JPS6288805A - 油圧駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、油圧ショベルに備えらるアームシリンダ等の
片ロッドシリンダを可変容量油圧ポンプから吐出される
圧油によって駆動制御するようにした油圧駆動装置に関
する。

〔発明の背景〕

この種の油圧駆動装置として、従来、特願昭５６−１６
１４号に記載のものがある。第１１図はこの従来の油圧
駆動装置を示す回路図で、１は図示しない操作レバーか
ら出力される信号に応じて吐出量を制御される可変容量
油圧ポンプ、１４はこの可変容量油圧ポンプ１から吐出
される圧油によって駆動制御される片ロッドシリンダ、
例えば油圧ショベルに備えられるアームシリンダで、そ
のヘッド側の受圧面積とロッド側の受圧面積の比は、は
ぼ２：１に設定されている。またＡ、Ｂは可変容量油圧
ポンプ１とアームシリンダ１４とを連絡する主管路、８
はタンク、４は主管路Ａ、Ｂのいずれかの圧力を検知し
、低圧側をタンク８に連通させるフラッシング弁、５は
主管路Ａ、　Ｂの最低圧力を規定するリリーフ弁、６．
７は主管路Ａ、　　Ｂへの油の補給のために設けられた
チェック弁である。

第１２図は第１１図に示す油圧駆動装置が備えられる油
圧ショベルの概略側面図である。この図において、１４
は前述したアームシリンダ、１３はブームシリンダ、１
５はパケットシリンダ、１０はブームシリンダ１３によ
って駆動される回動可能なブーム、１１はブーム１０に
連結され、アームシリンダ１４によって回動可能なアー
ム、１２はアーム１１に連結され、パケットシリンダ１
５によって回動可能なパケットで、これらによって作業
機が構成されている。なお、Ｇはアーム１１およびパケ
ット１２等を含めた重心、θはブーム１０とアーム１１
との連結部と重心Ｇとを通る線と接地面とのなす角度で
ある。

上記のように構成される油圧駆動装置にあっては、作業
機の姿勢の変化に応じてアームシリンダ１４のヘッド側
が高圧に、ロッド側が低圧になり、あるいは逆にロッド
側が高圧に、ヘッド側が低圧になり、そのため第１２図
に示すように、　アーム１１を最も引き込んだ掘削姿勢
からアームシリンダ１４を縮めて放出姿勢に移行する際
に問題を生じる。

すなわち最初は、アーム１１の自重がアームシリンダニ
４を縮めるように働き、第１１図の主管路Ｂ側が高圧に
なり、主管路Ａ側がフラッシング弁４によってリリーフ
弁５を介してタンク８に連通ずる。

このような状態からアーム１１の伸長動作をおこなうた
め可変容量油圧ポンプｌがアームシリンダ１４のヘッド
側回路の油を主管路Ａ側に送り出すと、アーム１１の重
量によるエネルギも手伝ってアームシリンダ１４はその
送り出された油量に応した速度で作動する。このとき、
上述したように主管路Ａはタンク８に連通している。そ
して、アーム１１が次第に垂直に近い姿勢になると、当
該アーム１１の重量によるエネルギが小さくなり、アー
ムシリンダ１４の作動速度が遅くなる。アーム１１が垂
直位置を過ぎると、アームシリンダ１４に加わる力が反
転し、そのロッド側すなわち主管路Ａが高圧となり、ヘ
ッド側すなわち主管路Ｂが低圧となり、フラッシング弁
４は主管路Ｂをタンク８に連通するように切り換わる。

このとき、アームシリンダ１４は可変容量油圧ポンプ１
の吐出量とロッド側の受圧面積で決まる速度に急激に加
速される。

第１３図（ａ）は上記したアームシリンダ１４の上述し
た第１２図に示す角度θに対応する作動速度を示す特性
図、第１３図（ｂ）、　（ＣＬ　（ｄ）はそれぞれθが
５０’。

９０’、１３０”におけるアーム１１部分の形態を例示
する説明図である。なお、第１３図（ａｌにおけるＳｌ
はアームシリンダ１４のへフド側受圧面積と油圧ポンプ
１の吐出量による速度を示し、第１３図（ｂ）の説明図
における形態がこれに対応しており、Ｓ２はアーム１１
の自重による自由落下範囲を示し、第１３図（Ｃ）の説
明図における形態がこれに対応しており、Ｓ３はアーム
シリンダ１４のロッド側受圧面積と油圧ポンプ１の吐出
量による速度を示し、第１３図（ｄｌの説明図における
形態がこれに対応している。そして、ＳＯはフラッシン
グ弁４の切換点を示している。

このように従来の油圧駆動装置にあっては、上述のよう
に掘削動作から放出動作に移行するに際して、主管路Ａ
、　　Ｂの圧力やアーム１１の自重による力に応じてア
ームシリンダ１４の作動速度が制御されることから、フ
ラッシング弁４の切換点で当該アームシリンダ１４の作
動速度が急激に加速され、このためショックを生じ、操
作性が悪くなる不具合がある。また、アームシリンダ１
４の作動速度がアーム１１の自重の影響を受けることか
ら、このアーム１１の自由落下による速度低下を生じ、
操作性が悪くなる不具合がある。

〔発明の目的〕

本発明は上記した従来技術における実情に鑑みてなされ
たもので、その目的は、片ロッドシリンダに加わる力の
変化にかかわらず当該片ロッドシリンダの速度変化を防
止することのできる油圧駆動装置を提供することにある
。

〔発明の概要〕

この目的を達成するために本発明は、操作レバーから出
力される信号に応じて吐出量を制御される可変容量油圧
ポンプと、この可変容量油圧ポンプから吐出される圧油
によって駆動制御される片ロンドシリンダとを備えたも
のにおいて、片ロッドシリンダのヘッド側回路とタンク
との間に、流量を制御する電磁比例弁等の弁を設けると
ともに、片ロッドシリンダにかかる負荷の方向を検出し
、信号を出力するネ食出手段と、この検出手段から出力
される信号に時間遅れを付与する遅れ手段を設け、片ロ
ッドシリンダの収縮時に、操作レバーから出力される信
号に応じて可変容量油圧ポンプの吐出量を制御し、かつ
上記操作レバーから出力される信号と遅れ手段から出力
される信号に応じて上述の弁の流量を制御する構成にし
である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の油圧駆動装置を図に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例の主要構成を示す回路図、第
２図は第１図に示す回路に備えられる制御部を示す説明
図である。なおこれらの図において、前述した第１１図
に示すものと同じものは同一符号で示しである。

可変容量油圧ポンプ１には電気・油圧ポンプ吐出量制御
装置３５を設けてあり、この制御装置３５は後述の制御
部３０からの電気信号に応じて油圧ポンプ１の吐出量を
制御する。また、アームシリンダ１４のヘッド側回路を
構成する主管路Ｂとタンク８との間に流量を制御する弁
、例えば１１磁比例弁２０を設けてあり、この電磁比例
弁２０とタンク８との間に主管路Ａ、Ｂの最低圧力を規
定するリリーフ弁５を配置しである。なお、電磁比例弁
２０は制御部３０から出力される信号に応じて弁開度が
調節される。４０はアームシリンダ１４のロッド側の圧
力、すなわち主管路Ａの圧力を検出し、制御部３０に信
号ＰＡを出力する圧力検出手段、すなわち圧力検出器で
ある。４１はアームシリンダ１４のヘッド側の圧力、す
なわち主管路Ｂの圧力を積出し、制御部３０に信号ＰＩ
ｌを出力する圧力検出手段、すなわち圧力検出器である
。

上述した制御部３０は、第２図に示すように、操作レバ
ー２５のレバー信号ＸＬ、圧力検出器４０．４１の信号
ＰＡ、Ｐｌのアナログ信号を選択的に出力するマルチプ
レクサ３０ａと、このマルチプレクサ３０ａからのアナ
ログ信号をデジタル信号に交換して出力するＡ／Ｄ変換
器３０ｂと、論理判断、演算等をおこなう中央処理装置
（ＣＰＵ）３０ｃと、処理手順やデータ変換テーブル等
が記憶されるＲＯＭメモリ３０ｄと、ＣＰ　Ｕ３０ｃの
演算途中の数値等が一時的に記憶されるＲＡＭメモリ３
０ｅと、ＣＰＵ　３０ｃで演算されたポンプ指令値ＱＰ
および電磁比例弁指令値Ｑｖを、それぞれポンプ吐出量
制御装置３５および電磁比例弁２０へ出力する出力器３
０ｆとを備えている。

なお、第３図は制御部３０で実施される処理手順の概要
を示すフローチャート、第４．　６．　７．１０図はそ
れぞれ第３図に示す処理手順の詳細を例示するフローチ
ャート、第５．８．９図はそれぞれ関数関係、すなわち
レバー信号ＸＬ−ポンプ指令値Ｑ、テーブル、レバー信
号ＸＬ−電磁比例弁指令値Ｑｖ、（Ｑ□）テーブル、レ
バー信号Ｘ、−電磁比例弁指令値Ｑｖ、　（ＱＶＡ）テ
ーブルで、これらの内容は上述したＲＯＭメモリ３０ｄ
にあらかじめ記憶される。

次に上記のように構成された実施例の動作を主に第３．
４，６，７．１０図に示すフローチャートに従って説明
する。

まず、処理手順の概要を示すフローチャートの手順Ａ（
ブロックＡ）において、マルチプレクサ３０ａ　、　Ａ
／Ｄ変換器３０ｂを動作させ、操作レバー２５のレバー
信号Ｘ４、圧力検出器４０．４１の信号ＰＡ＋Ｐ、を入
力し、ＲＡＭメモリ３０ｅに一時記憶する。

次に手順Ｂ（ブロックＢ）に移り、ｃ　Ｐ　Ｕ、３０Ｃ
でポンプ傾転指令値Ｑ、を求める演算をおこなう。

この手順Ｂでは、第４図の手順Ｂ−１に詳細に示すよう
に、レバー信号ＸＬをＲＯＭメモリ３０ｄに記憶されて
いる第５図に示すＸＬ−ＱＦ子テーブル関係に応じてポ
ンプ指令値Ｑ２に変換する処理をおこなう。なお、第５
図に示すＸ、は（＋）側がアームシリンダ１４の収縮方
向、（−）側が伸長方向を示している。

次いで、第３図の手順Ｃ（ブロックＣ）に移り、アーム
シリンダ１４にかかる負荷の方向の検出をおこなう。こ
の手順Ｃでは、第６図に詳細に示すように、まず手順Ｃ
−１において、管路Ｂの圧力すなわち圧力検出器４１の
出力である信号Ｐ８とアームシリンダ１４のヘッド側受
圧面積Ａ、がＣＰ　Ｕ３０ｃに呼出され、このＣＰ　Ｕ
３０ｃでアームシリンダ１４のヘッド側負荷Ｆ８が、 Ｆｌ　＝　　ＰＢ　Ｘ　　Ａ＠ によって求められる。次に手順Ｃ−２に移り、管路Ａの
圧力すなわち圧力検出器４０の出力である信号ＰＡと、
アームシリンダ１４のロッド側受圧面積ＡＡが呼出され
、アームシリンダ１４のヘッド側負荷ＦＡが、 ＦＡ＝Ｐ＾×ＡＡ によって求められる０次に手順Ｃ−３に移り、上述の負
荷Ｆ＾　Ｆ、の大小を判定する。ＦＡ　＞ＦＷと判定さ
れた場合、つまりアームシリンダ１４がロッド側の負荷
が大きいと判定された場合には手順Ｃ−４に移り、ＲＡ
Ｍメモリ３０ｅ上に設定される負荷方向フラグＦｓをク
リア（−０）する。また、手順Ｃ−３においてＦＡＳＦ
Ｉと判定された場合、つまりアームシリンダ１４がヘッ
ド側の負荷が大きいと判定された場合には手順Ｃ−５に
移り、負荷方向フラグＦ、をセット（−１）する。すな
わち、圧力検出器４０．４１および制御部３０のＣＰ　
Ｕ３０ｃ等によってアームシリンダ１４にかかる負荷の
方向を検出、し、信号を出力する検出手段が構成されて
いる。

次に第３図の手順Ｄ（ブロックＤ）に移り、電磁比例弁
２０に対する指令の演算をおこなう。この手順りでは、
第７図に詳細に示すように、手順り一１において先に設
定した負荷方向フラグＦ、がｌか０か判定する。この判
定がＦ、＝１すなわちアームシリンダ１４のヘッド側負
荷が大の場合には、手順Ｄ−２に移り、レバー信号ＸＬ
をＲＯＭメモリ３０ｄに記憶されている第８図に示すＸ
Ｌ−Ｑｖ、。

（Ｑｖｍ）テーブルでの関係に応じてｔ磁比側弁指令値
Ｑ１、（予備値）に変換する処理をおこなう。

また、手順Ｄ−１でＦ５−〇、すなわちアームシリンダ
１４のロッド側負荷が大と判定された場合には手順Ｄ−
３に移り、レバー信号ＸＬをＲＯＭメモリ３０ｄに記憶
されている第９図に示すＸＬ−Ｑｖ。

（Ｑ　ｖ　Ａ）テーブルの関係に応じてｔｆｆｉ比例弁
指令値Ｑｖ、　（予備値）に変換する処理をおこなう。

ここで上記した第８．９図に示したｘＬ−Ｑｖ、。

（Ｑｖ＋＋）　、ＸＬ　　Ｑｖ−（ＱｖＡ）テーブルに
ついて説明する６両テーブルにおいて、ｘ、〈０のとき
Ｑ　Ｖｒが０となるように設定しであるのは、ＸＬ＜Ｏ
ｌつまりアームシリンダ１４が伸長する方向にあるとき
は油圧回路内の油量は不足する。そのためチェック弁６
、あるいはチェック弁７を介してタンク８から油が供給
されるので、電磁比例弁２０は閉じてお（必要がある。

そして、Ｘ≧０、つまりアームシリンダ１４が収縮する
方向にあるときは、油圧回路内の油が余剰になるので、
ｚ６ｇ比例弁２０を開とし、余剰油を逃がす必要がある
。なお、この場合アームシリンダ１４のロッド側に流れ
る油量をｑ２とし、この油’Ｉｔ　ｑ　ｐによって該ア
ームシリンダ１４のヘッド側から流出する油量をｑゎと
すると、はぼ油！ｑ、＝！ｑｉ、−Ｑｐが電磁比例弁２
０を通してタンク８に流れるように電磁比例弁２０を駆
動する指令値Ｑ　ｖ　ｒを設定しである。

また、アームシリンダ１４にかかる負荷方向に応じてＱ
　ｖｒの値を変えるのは以下の理由による。すなわち、
アームシリンダ１４のヘッド側負荷が大のとき、つまり
アームシリンダ１４のヘッド側で負荷を支えているとき
には、電磁比例弁２０を通過する油により当該アームシ
リンダ１４の速度が決まり、したがって電磁比例弁２０
の開度をあまり大きくすると当該速度が制御できなくな
る。このようなことから、第８図に示すテーブルでは、
Ｘ、に対するＱ　ｖｒの値が比較的小さくなるように設
定しである。また、アームシリンダ１４のロッド側負荷
が大のとき、つまりアームシリンダ１４のロッド側で負
荷を支えているときには、ポンプ吐出量でアームシリン
ダ１４の速度を制御でき、したがって電ｉｆｆ比例弁２
００開度があまり小さいと、余剰油のために管路Ｂ内に
圧力がたち、アームシリンダ１４を通じてロッド側すな
わち管路Ａ内にも圧力がたち、アームシリンダ１４を駆
動するのに大きな馬力が必要となり、エネルギの浪費を
生じる。このようなことから、第９図に示すテーブルで
はＸＬに対するＱ　ｖ　ｒの値が比較的大きくなるよう
に設定してあり、このときのｔ磁比側弁２０の開度を大
きくして余剰油を逃げやすくしている。

そして、上記した手順りの後、第３図に示す手順Ｅ（ブ
ロックＥ）に移り、電磁比例弁指令値Ｑ　ｖｒに対して
フィルタを掛けて、電磁比例弁最終指令値Ｑ、を求める
演算をおこなう。この手順Ｅでは、第１０図に詳細に示
すように、手順Ｅ−１において、上述の手順りで求めた
ｔ磁比側弁指令値Ｑ、、（予備値）と、前回の演算時に
出力された電磁比例弁最終指令値Ｑｖとから、ＣＰ　Ｕ
３０ｃで偏差ΔＱｖを、 ΔＱｖ＝　　Ｑｖ、　　−Ｑ。

によって求める演算をおこなう０次いで手順Ｅ−２に移
り、該ＣＰ　Ｕ３０ｃで上述の偏差ΔＱｖにフィルタ定
数Ｋを乗じてに×ΔＱ９を求める演算をおこなう。次い
で手順Ｅ−３に移り、該ＣＰ　Ｕ３０ｃで前回出力され
た電磁比例弁最終指令値Ｑｖと上記のに×ΔＱｖとから
、今回の電磁比例弁最終指令値Ｑ、を、 Ｑｖ−Ｑｖ＋　　Ｋ　　Ｘ　　ΔＱｖ によって求める演算をおこなう。実際には第３図に示し
た手順はＡからＦまでを常に回って処理をおこなうので
、その１回の手順Ａ−Ｆ間の演算時間ΔＴに１回の割合
で上述のフィルタ演算がおこなわれるので、フィルタの
時定数はに／ΔＴとなる。すなわち、上記した制御部３
０のＣＰ　Ｕ３０ｃ、ＲＯＭメモリ３０ｄ、ＲＡＭメモ
リ３０ｅ等によって負荷方向を検出する検出手段から出
力される信号、つまり電磁比例弁指令値Ｑ、、（予備値
）に時間遅れを付与する遅れ手段が構成されている。

このように構成した実施例では、フラッシング弁を設け
ておらず、第５．８．９図に例示する制御部３０のＲＯ
Ｍメモリ３０ｄに設定される関数関係に応じて電磁比例
弁２０の開度すなわち電磁比例弁を流れる余剰油の量が
調整され、これによってアームシリンダ１４の作動速度
は操作レバー２５の操作量に対応した所定の作動速度に
制御され、すなわちアームの形態の変化に伴ってアーム
シリンダ１４に加わる力の変化にかかわらず当該アーム
シリンダ１４の速度変化を防止でき、アームシリンダ１
４の急激な加速やアームの自由落下による速度低下を生
じることがなく、良好な操作性が得られる。

また、アームシリンダ１４の収縮時、アームシリンダ１
４がヘッド側で負荷を支えているときには電（Ｒ比例弁
２０の開度を比較的小さくすることによって微操作を実
現でき、一方、同収縮時にアームシリンダ１４がロッド
側で負荷を支えているときにはＮ％ｉｌ比例弁２０の開
度を比較的大きくすることによってエネルギの浪費を防
止できる。

また、第８．９図に示すテーブルに応じて得られた電磁
比例弁指令値Ｑｖ、（予備（ｆ）に時間遅れを付与して
電磁比例弁最終指令値Ｑｖを電磁比例弁２０に出力する
ようにしであることから、アームシリンダ１４によって
仮に大きな慣性を有するアーム（負荷体）を駆動するよ
うな場合でも、指令値Ｑｖの瞬時の切換えによって懸念
される圧力変動、すなわち当該アームシリンダ１４の負
荷方向の急変に伴う油量の変化による大きな圧力変動が
抑制され、ハンチングの発生を防止することができる。

なお、上記実施例では片ロッドシリンダの一例としてア
ームシリンダ１４を挙げたが、本発明はこれに限定され
ず、大きさおよび方向が変化する力が加えられる片ロッ
ドシリンダを有するものであれば適用可能である。

〔発明の効果〕

本発明の油圧駆動装置は以上のように構成しであること
から、片ロッドシリンダに加わる力の変化にかかわらず
当該片ロッドシリンダの速度変化を防止でき、それ故、
従来に比べて操作性が向上し、また片ロッドシリンダの
収縮時においてヘッド側ムこ負荷がかかっているときの
微操作を実現でき、また同収縮時においてロッド側に負
荷がかかつているときの主管路の圧力の閉じ込みを防止
でき、エネルギの浪費を抑制できる効果がある。

また、負荷方向を検出する検出手段から出力される信号
に時間遅れを付与する遅れ手段を設けたことから、片ロ
ッドシリンダによって駆動される負荷体が大きな慣性を
有する場合でも、当該片ロッドシリンダの負荷方向の急
変に伴う圧力変動が抑制され、ハンチングの発生を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第９図は本発明の油圧駆動装置の一実施例を示
す説明図で、第１図は主要構成を示す回路図、第２図は
第１図に示す回路に備えられる制御部を示す説明図、第
３図は第２図に示す制御部で実施される処理手順の概要
を示すフローチャート、第４図、第６図、第７図および
第１０図はそれぞれ第３図に示す処理手順の詳細を例示
するフローチャート、第５図、第８図、および第９図は
それぞれ第３図に示す制置部に記憶される関数関係を例
示する説明図、第１１図は従来の油圧駆動装置を示す回
路図、第１２図は第１１図に示す油圧駆動装置が備えら
れる油圧ショベルの概略側面図、第１３図（ａ）は第１
１図に示すアームシリンダの第１２図に示す角度θに対
応する作動速度を示す特性図、第１３図（ｂ）、　（Ｃ
１，（ｄ）は第１２図に示す角度θがそれぞれ５０°。 ９０°、　　１３０”の場合におけるアーム部分の形態
を例示する説明図である。 １・・・可変容量油圧ポンプ、８・・・タンク、１４・
・・アームシリンダ（片ロッドシリンダ）、２０・・・
電磁比例弁、２５・・・操作レバー、３０・・・制御部
、３０ａ・・・マルチプレクサ、３０ｂ・・・Ａ／Ｄ変
換器、３０ｃ・・・中央処理装置（ＣＰ　Ｕ）　、３０
ｄ−ＲＯＭメモリ、３０ｅ　＝ＲＡＭメモリ、３０ｆ・
・・出力装置、３５・・・電気・油圧ポンプ吐出量制御
装置、４０．４１・・・圧力検出器。 −小′−・−・− ム−５・工、ゴー 第１図 ｒ　　　Ｏ− Ｎ　　臂　　ぐ 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、操作レバーから出力される信号に応じて吐出量を制
   御される可変容量油圧ポンプと、この可変容量油圧ポン
   プから吐出される圧油によつて駆動制御される片ロッド
   シリンダとを備えた油圧駆動装置において、上記片ロッ
   ドシリンダのヘッド側回路とタンクとの間に、流量を制
   御する弁を設けるとともに、上記片ロッドシリンダにか
   かる負荷の方向を検出し、信号を出力する検出手段と、
   この検出手段から出力される信号に時間遅れを付与する
   遅れ手段を設け、上記片ロッドシリンダの収縮時に、上
   記操作レバーから出力される信号に応じて上記可変容量
   油圧ポンプの吐出量を制御し、かつ上記操作レバーから
   出力される信号と上記遅れ手段から出力される信号に応
   じて上記の弁の流量を制御することを特徴とする油圧駆
   動装置。