WO2008133125A1 - アクチュエータの制御装置 - Google Patents

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WO2008133125A1
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actuator
meter
solenoid valve
hydraulic cylinder
working fluid
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PCT/JP2008/057383
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Hiroshi Kobata
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Kayaba Industry Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to an actuator control device, and more particularly to a control device that controls an actuator that drives a movable member of a construction machine.
  • a conventional actuator mounted on a construction machine has a control valve interposed between a hydraulic pump and the spool of the control valve is mechanically connected to an operating lever operated by an operator ( Japanese Patent Laid-Open No. 1 1-10 7 3 2 8).
  • the actuator is driven by the operator operating the operating lever to switch the position of the control valve and adjusting the supply and discharge of hydraulic fluid to the actuator.
  • the characteristics of the meter-in and meter-art opening areas with respect to the lever operation amount are uniquely determined, the characteristics of the meter-in and meter-art opening areas are optimal depending on the operating conditions such as the load and speed of the actuator. It may not be. In that case, there may be a situation where the actuator does not operate smoothly.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an actuator control device capable of smoothly operating an actuator regardless of the operating state of the actuator.
  • the present invention is a control device for controlling an actuator that drives a movable member of a construction machine, the actuator being driven by a working fluid supplied from a pump, and the actuator for driving the actuator in one direction.
  • a first meter-in solenoid valve and a first meter-out solenoid valve for controlling the working fluid supplied to the actuator and the working fluid discharged from the actuator, respectively, and driving the actuator in the other direction.
  • a second meter-in solenoid valve and a second meter-out solenoid valve for controlling the working fluid supplied to the actuator and the working fluid discharged from the actuator, respectively, and the mainine for the speed command of the actuator Characteristics of the opening area of the solenoid valve for metering and the metering solenoid valve Based on a plurality of defined maps and a detection result of a detector that detects the operation information of the actuator, a determination means for determining the operation state of the actuator, and the operation of the actuator determined by the determination means It is characterized by comprising selection means for selecting a map to be used for control from the plurality of maps according to the state.
  • the supply and discharge of the working fluid for driving the actuator in one direction and the other direction is controlled by the four independent solenoid valves, and the meter-in solenoid valve for the speed command of the actuator And several maps that define the characteristics of the opening area of the metered solenoid valve. Since the map used for control among the plurality of maps is selected according to the operating state of the actuator, the actuator can be operated smoothly regardless of the operating state such as the load and speed of the actuator.
  • FIG. 1 is a hydraulic circuit diagram of an actuator control device according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 is a map in which the characteristics of the opening area of the metering solenoid valve and meterout solenoid valve with respect to the speed command of the actuator are defined.
  • FIG. 3A is a hydraulic circuit diagram of the control device for the actuator according to the second embodiment of the present invention.
  • Fig. 3B is a map that defines the characteristics of the opening area of the meter-in solenoid valve and meter-fault solenoid valve with respect to the speed command of the actuator.
  • FIG. 4A and FIG. 4B are diagrams for explaining the control at the time of activation of the actuator by the actuator control device according to the third embodiment of the present invention.
  • Fig. 5 is a map in which the characteristics of the opening area of the metering solenoid valve and metering solenoid valve with respect to the speed command of the actuator are defined.
  • FIG. 6A to FIG. 6C are diagrams for explaining the control when the actuator is stopped by the actuator control device according to the third embodiment of the present invention.
  • the control device controls the operation of an actuator that drives a movable member mounted on a construction machine.
  • the actuator in the present embodiment is a hydraulic motor and a hydraulic cylinder.
  • the hydraulic motor is a swing hydraulic motor that rotates the upper swing body and a traveling hydraulic motor that causes the construction machine to travel.
  • the hydraulic cylinder includes a boom that is rotatably connected to the upper swing body, and a tip of the boom. An arm that is rotatably connected to an end, and a hydraulic cylinder that drives a bucket that is rotatably connected to a tip of the arm.
  • FIG. 1 a hydraulic circuit common to the actuator control devices according to first to third embodiments described below will be described.
  • the actuator is a hydraulic cylinder 1 driven by hydraulic oil (working fluid) will be described.
  • the hydraulic cylinder 1 is divided into a cylinder tube 6 filled with hydraulic oil, and the inside of the cylinder tube 6 is divided into an anti-mouth side oil chamber 4 a and a rod side oil chamber 4 b.
  • the piston 3 is slidably moved, and the rod 2 is connected to the piston 3 at one end and protrudes from the cylinder tube 6 at the other end.
  • the hydraulic cylinder 1 is driven by hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 5.
  • a supply passage 7 through which hydraulic oil supplied to the hydraulic cylinder 1 flows is connected to the discharge side of the hydraulic pump 5, and the supply passage 7 is connected to branch passages 8a and 8b branched in two directions.
  • the branch passages 8 a and 8 b join again and are connected to the discharge passage 9 through which the working oil discharged from the hydraulic cylinder 1 flows.
  • the discharge passage 9 is connected to the suction side of the hydraulic pump 5.
  • a metering solenoid valve V 1 (first metering solenoid valve) that controls the flow rate of hydraulic fluid supplied to the oil chamber 4 a on the opposite side of the hydraulic cylinder 1
  • a metering solenoid valve V 3 (second meter-in solenoid valve) for controlling the flow rate of the hydraulic fluid supplied to the mouth side oil chamber 4 b is interposed in parallel.
  • a metering solenoid valve V 2 (second solenoid valve) for controlling the flow rate of the hydraulic fluid discharged from the counter-opening side oil chamber 4a of the hydraulic cylinder 1 is provided.
  • a meter-out solenoid valve V 4 (first meter-out solenoid valve) that controls the flow rate of the hydraulic oil discharged from the rod-side oil chamber 4 b is interposed in parallel.
  • the branch passage 8a has a meter-in solenoid valve V 1 and a meter-out power supply.
  • a magnetic valve V 2 is interposed in series, and a meter-in solenoid valve V 3 and a meter-out solenoid valve V 4 are interposed in series in the branch passage 8 b.
  • the first supply / discharge passage 10 a communicating with the non-rod side oil chamber 4 a is connected, and the meter-in solenoid valve in the branch passage 8 b
  • a second supply / discharge passage 10 b communicating with the fluid chamber 4 b on the side of the mouth is connected.
  • Meter-in solenoid valve VI, meter-out solenoid valve V 2, meter-in solenoid valve V 3, and meter-out solenoid valve V 4 are electromagnetic control valves (flow control valves). Each solenoid valve V1 to V4 is driven by a control current output from the controller 12, and the opening area is adjusted according to this control current. In this way, the controller 12 individually adjusts the opening area of each solenoid valve V1 to V4, and individually controls the flow rate of hydraulic oil that passes through each solenoid valve VI to V4.
  • each of the solenoid valves V1 to V4 is disposed integrally with or close to the hydraulic cylinder 1.
  • the construction machine according to the present invention is of a distributed arrangement type in which the control valves (solenoid valves VI to V4) i for controlling the operation of the actuator are arranged integrally with or in close proximity to the respective actuators.
  • Piping that connects solenoid valves V1 to V4 and the actuator by distributing solenoid valves V1 to V4 together with each actuator can be shortened to reduce the occurrence of problems such as oil leakage.
  • controller 12 controls the processing operations of the entire control device, the CPU that stores the programs and maps required for the processing operations of the CPU, and the data that is read from the ROM and is read by each instrument. Stores RAM and other data that temporarily stores the data that is output.
  • the meter-in solenoid valve V 1 and the meter-out solenoid valve V 4 are solenoid valves for driving the hydraulic cylinder 1 in the direction in which the rod 2 moves forward, that is, for extending the hydraulic cylinder 1.
  • the meter-in solenoid valve V 3 and the meter-out solenoid valve V 2 are solenoid valves for driving the hydraulic cylinder 1 in the direction in which the rod 2 moves backward, that is, for causing the hydraulic cylinder 1 to contract.
  • an actuator control apparatus As described above, the operation of the hydraulic cylinder 1 is controlled by four independent solenoid valves. Specifically, the supply flow rate and discharge flow rate of the hydraulic oil when the hydraulic cylinder 1 is extended are individually controlled by the meter-in solenoid valve V 1 and the meter-out solenoid valve V 4. The meter-in solenoid valve V 3 and meter-out solenoid valve V 2 The supply flow rate and discharge flow rate of the hydraulic oil during the contraction operation of Linda 1 are individually controlled. Therefore, by individually controlling the operations of the solenoid valves V 1 to V 4, it is possible to individually control the flow rate of the hydraulic oil that passes through the solenoid valves V 1 to V 4. That is, meter-in control and meter-out control can be freely set according to the operating state of the hydraulic cylinder 1.
  • the ROM of controller 12 includes the opening area of meter-in solenoid valves V 1 and V 3 and the opening of meter-out solenoid valves V 2 and V 4 for the speed command of hydraulic cylinder 1.
  • a plurality of maps in which the area characteristics are defined are stored. Each of these maps has different characteristics.
  • the controller 12 determines the operating state of the hydraulic cylinder 1 based on the detection result of the detector that detects each operation information of the hydraulic cylinder 1 provided in the hydraulic cylinder 1 (determination means), and according to the operating state
  • the optimum map to be used for control is selected from a plurality of maps stored in the ROM (selection means).
  • the detectors are pressure gauges 1 3 a and 1 3 b (pressure detectors) shown in Fig. 1 that detect the respective pressures in the anti-rod side oil chamber 4a and the rod side oil chamber 4b of the hydraulic cylinder 1.
  • a speedometer (not shown) that detects the speed of the hydraulic cylinder 1, etc. Based on these detection results, the operating state of the hydraulic cylinder 1 such as load and speed is determined.
  • the controller 12 is programmed to set the meter-in and meter-out opening areas to the optimum values in accordance with the operating state of the hydraulic cylinder 1. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of shock during the operation of the hydraulic cylinder 1, and the hydraulic cylinder 1 can be operated smoothly.
  • the open area of meter-in and meter-out can be freely set according to the operating state of hydraulic cylinder 1.
  • the four solenoid valves V1 to V4 are used to supply hydraulic oil during the expansion and contraction operations of hydraulic cylinder 1. This is because the waste can be controlled individually.
  • meter-in control using the map by controller 12 and meter The auto control will be specifically described.
  • the current operating state of the hydraulic cylinder 1 is determined, and an optimal map used for control is selected from a plurality of maps.
  • the current position of the operating lever by the construction machine operator is detected by a position detector such as a potentiometer, and the speed command for the hydraulic cylinder 1 corresponding to the horizontal axis of the map is calculated based on the detected current position of the operating lever. Is done.
  • the target opening area corresponding to the calculated speed command is determined.
  • the solenoid valves V I to V 4 are controlled so that the valve opening degree becomes the target opening area. Specifically, the solenoid valves V1 to V4 are controlled to the target opening area by supplying a control current corresponding to the calculated speed command to the solenoids of the solenoid valves VI to V4. .
  • a map to be selected for example, when it is determined that the operating state of the hydraulic cylinder 1 is at the time of starting and stopping, as shown in FIG. A map with a characteristic that the opening area of solenoid valves V 2 and V 4 is larger than the opening area of meter-in solenoid valves V 1 and V 3 is selected. As a result, the pressure loss on the meter-out side is reduced, so that smooth start / stop can be performed.
  • the opening area of meter-out solenoid valves V 2 and V 4 is smaller than the opening area of meter-in solenoid valves V 1 and V 3 in the region where the speed command is large. In other words, the characteristics of the region where the speed command is small and the region where the speed command is large are reversed.
  • the selected map is switched sequentially according to the operating conditions such as the load and speed of the hydraulic cylinder 1, and the opening area of each solenoid valve VI ⁇ V4 is the operating condition of the hydraulic cylinder 1. It will be optimally controlled according to.
  • a map having different characteristics may be selected when the hydraulic cylinder 1 is extended and contracted. That is, the characteristics of the opening area between the main solenoid valve VI and the meter-out solenoid valve V 4 that are opened when the hydraulic cylinder 1 is extended, and the meter-in solenoid valve V 3 that is opened when the hydraulic cylinder 1 is contracted. Set the opening area characteristics of the meter valve and the solenoid valve for meter V 2 to different characteristics.
  • the supply and discharge of hydraulic oil in the expansion operation and contraction operation of the hydraulic cylinder 1 can be controlled by the four solenoid valves V 1 to V 4, respectively.
  • the opening area of meter-in and meter-out can be changed freely. Therefore, the opening area of the meter-in and meter-out can be optimally controlled according to the operating state of the hydraulic cylinder 1, and the occurrence of shock during the operation of the hydraulic cylinder 1 can be prevented. It can be operated smoothly.
  • the construction machine is a hydraulic excavator
  • the actuator is a hydraulic cylinder 1 that drives a boom, an arm, and a bucket.
  • each hydraulic cylinder 1 that drives the boom, arm, and packet opens the meter-in solenoid valve V 1 and the meter-out solenoid valve V 4 as shown in Fig. 3A. Therefore, the pressure in the mouth side oil chamber 4 b increases.
  • the map shown in the first embodiment is shown in order to prevent the hydraulic cylinder 1 from running away. The map is selected so that the opening area from 1 to V4 is reduced. When such a map is used during excavation, the pressure loss at the meter-out solenoid valve V 4 is large, and wasteful loss occurs during excavation.
  • the pressure in the rod side oil chamber 4 b is detected by the pressure gauge 13 b and input to the controller 12.
  • the map with the opening area of the meter-out solenoid valve V 4 in the normal state shown is switched to the map with the opening area of the meter-out solenoid valve V 4 in the excavation indicated by the solid line.
  • the map shown in Fig. 3B is an example, and any map having any characteristics can be used as long as the opening area of the meter-out solenoid valve V4 is larger than the present one.
  • the metering solenoid valve V 4 is controlled so as to increase the opening area of the metering valve V 4. Since the pressure loss on the outer side is reduced, it is possible to prevent unnecessary loss. Therefore, the hydraulic cylinder 1 operates smoothly and excavation work can be performed efficiently.
  • the control device controls the opening / closing timings of the solenoid valves VI to V 4 when the hydraulic cylinder 1 is started and stopped, in addition to the control by the control device according to the first embodiment. It is.
  • the hydraulic cylinder 1 is extended by opening the metering solenoid valve V 1 and supplying hydraulic oil to the anti-rod side oil chamber 4a.
  • the timing at which meter-out solenoid valve V 4 and meter-in solenoid valve VI begin to open can be freely set according to the operating state of the hydraulic cylinder 1 such as load and speed.
  • the horizontal axis (speed) is the timing at which the metering solenoid valve V 4 starts to open.
  • the main solenoid valve V 1 and meter-out solenoid valve V 4 are open.
  • the main solenoid valve V 1 is closed, and the hydraulic fluid to the counter-port side oil chamber 4 a is stopped. Stop supplying.
  • Timing when meter-in solenoid valve V 1 and meter-out solenoid valve V 4 close Can be freely set according to the operating state of the hydraulic cylinder 1 such as load and speed. Specifically, as shown in Fig. 5, as in the case of the start-up described above, point B on the horizontal axis (speed command), which is the timing at which meter-in solenoid valve VI closes, and meter-out solenoid valve V
  • the valve closing timing of meter-in solenoid valve VI and meter-out solenoid valve V 4 can be set by changing the position of point A on the horizontal axis (speed command), which is the timing when valve 4 closes. it can.
  • control is performed such that the main solenoid valve V 3 is closed first and then the meter solenoid valve V 2 is closed.
  • the supply and discharge of hydraulic fluid during the expansion and contraction operations of the hydraulic cylinder 1 can be controlled by the four solenoid valves V 1 to V 4, respectively.
  • Meter-in and meter-out valve opening timing at the time, and meter-in and meter-out valve closing timing when the hydraulic cylinder 1 is stopped can be freely controlled. Therefore, the opening / closing timing of the solenoid valves V I to V 4 when the hydraulic cylinder 1 is started and stopped can be optimally controlled according to the state of the hydraulic cylinder 1, and the hydraulic cylinder 1 can be started and stopped smoothly.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea. Industrial applicability
  • the present invention can be applied to a control device that controls an actuator that drives a movable member of a construction machine. '

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Abstract

反ロッド側液室（４ｂ）に対する作動油の給排を制御するメータイン用電磁弁（Ｖ１）及びメータアウト用電磁弁（Ｖ４）と、ロッド側液室（４ａ）に対する作動油の給排を制御するメータイン用電磁弁（Ｖ３）及びメータアウト用電磁弁（Ｖ２）と、アクチュエータの速度指令に対するメータイン用電磁弁（Ｖ１，Ｖ３）及びメータアウト用電磁弁（Ｖ２，Ｖ４）の開口面積の特性が規定された複数のマップと、アクチュエータの動作情報を検出する検出器の検出結果を基にアクチュエータの動作状態を判定する判定手段と、アクチュエータの動作状態に応じて、複数のマップから制御に用いるマップを選択する選択手段とを備える。

Description

明細書 ァクチユエータの制御装置 技術分野
本発明は、 ァクチユエータの制御装置に関するものであり、 特には、 建設機械 の可動部材を駆動するァクチユエータを制御する制御装置に関するものである。 背景技術
建設機械に搭載される従来のァクチユエータは、 油圧ポンプとの間に介装され る制御弁を有し、 その制御弁のスプールは、 作業者が操作する操作レバーに機械 的に接続されている （特開平 1 1— 1 0 7 3 2 8号公報参照） 。
ァクチユエータの駆動は、 操作者が操作レバーを操作し制御弁のポジションを 切り換え、 ァクチユエータに対する作動油の給排を調整することによって行われ る。
この種のァクチユエータにおける制御弁では、 レバー操作量に対するメータィ ンとメータアウトの開口面積の特性は、 一義的に決まっている （特開平 1 1—1 0 7 3 2 8号公報の図 3参照） 。 発明の開示
このように、 レバー操作量に対するメータインとメータァゥトの開口面積の特 性が一義的に決まっている場合には、 ァクチユエータの負荷や速度等の動作状態 によっては、 メータインとメータァゥトの開口面積の特性が最適とならない場合 がある。 その場合には、 ァクチユエータがスムーズに動作しない事態も起こり得 る。 本発明は、 上記の問題点に鑑みてなされたものであり、 ァクチユエータの動作 状態に関係なく、 ァクチユエータをスムーズに動作させることができるァクチュ エータの制御装置を提供することを目的とする。
本発明は、 建設機械の可動部材を駆動するァクチユエータを制御する制御装置 であって、 ポンプから供給される作動流体によって駆動するァクチユエータと、 前記ァクチユエータを一方の方向へと駆動するために、 前記ァクチユエ一タに供 給される作動流体及び前記ァクチユエータから排出される作動流体のそれぞれを 制御する第 1メータイン用電磁弁及び第 1メータァゥト用電磁弁と、 前記ァクチ ユエータを他方の方向へと駆動するために、 前記ァクチユエータに供給される作 動流体及び前記ァクチユエータから排出される作動流体のそれぞれを制御する第 2メータイン用電磁弁及び第 2メータァゥト用電磁弁と、 前記ァクチユエータの 速度指令に対する前記メ一タイン用電磁弁及び前記メータァゥト用電磁弁の開口 面積の特性が規定された複数のマップと、 前記ァクチユエータの動作情報を検出 する検出器の検出結果を基に、 前記ァクチユエータの動作状態を判定する判定手 段と、 前記判定手段にて判定された前記ァクチユエータの動作状態に応じて、 前 記複数のマップから制御に用いるマツプを選択する選択手段とを備えることを特 徴とする。
本発明によれば、 ァクチユエータを一方の方向及び他方の方向へと駆動するた めの作動流体の給排は、 独立した 4個の電磁弁にて制御され、 ァクチユエータの 速度指令に対するメータイン用電磁弁及びメータァゥト用電磁弁の開口面積の特 性が規定されたマップを複数備える。 その複数のマップのうち制御に用いられる マップは、 ァクチユエータの動作状態に応じて選択されるため、 ァクチユエータ の負荷や速度等の動作状態に関係なく、 ァクチユエータをスムーズに動作させる ことができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施の形態に係るァクチユエータの制御装置の油圧回路図で める。
図 2は、 ァクチュ ータの速度指令に対するメータィン用電磁弁及びメータァ ゥト用電磁弁の開口面積の特性が規定されたマップである。
図 3 Aは、 本発明の第 2の実施の形態に係るァクチユエータの制御装置の油圧 回路図である。
図 3 Bは、 ァクチユエータの速度指令に対するメータイン用電磁弁及びメータ ァゥト用電磁弁の開口面積の特性が規定されたマップである。
図 4 A及び図 4 Bは、 本発明の第 3の実施の形態に係るァクチユエータの制御 装置によるァクチユエ一タ起動時の制御を説明する図である。
図 5は、 ァクチユエータの速度指令に対するメータィン用電磁弁及びメータァ ゥト用電磁弁の開口面積の特性が規定されたマップである。
図 6 A〜図 6 Cは、 本発明の第 3の実施の形態に係るァクチユエータの制御装 置によるァクチユエータ停止時の制御を説明する図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照して、 本発明の実施の形態に係るァクチユエータの制御装置 について説明する。
本実施の形態に係る制御装置は、 建設機械に搭載される可動部材を駆動するァ クチユエータの動作を制御するものである。
本実施の形態におけるァクチユエータとは、 液圧モータ及び液圧シリンダであ る。 建設機械が油圧ショベルである場合には、 液圧モータは、 上部旋回体を回転 させる旋回油圧モータ及び建設機械を走行させる走行油圧モータである。 また、 液圧シリンダは、 上部旋回体に対して回動可能に連結されるブーム、 ブームの先 端に回動可能に連結されるアーム、 及びアームの先端に回動可能に連結されるバ ケットを駆動する油圧シリンダである。
まず、 図 1を参照して、 以下に説明する第 1〜第 3の実施の形態に係るァクチ ユエータの制御装置に共通する油圧回路について説明する。 なお、 図 1では、 ァ クチユエータが、 作動油 （作動流体） によって駆動する油圧シリンダ 1である場 合について説明する。
油圧シリンダ 1は、 作動油が封入されたシリンダチューブ 6と、 シリンダチュ ーブ 6内を反口ッド側油室 4 aとロッド側油室 4 bとに画成し、 シリンダチュー ブ 6内を摺動自在に移動するピストン 3と、 一端がピストン 3に結合され、 他端 がシリンダチューブ 6から突出するロッド 2とを備える。
油圧シリンダ 1は、 油圧ポンプ 5から供給される作動油によって駆動する。 油圧ポンプ 5の吐出側には、 油圧シリンダ 1に供給される作動油が流通する供 給通路 7が接続され、 供給通路 7は 2方向に枝分かれした分岐通路 8 a， 8 bに 接続される。 分岐通路 8 a , 8 bは再度合流し油圧シリンダ 1から排出される作 動油が流通する排出通路 9に接続される。 排出通路 9は油圧ポンプ 5の吸込側に 接続される。
分岐通路 8 a , 8 bには、 油圧シリンダ 1の反口ッド側油室 4 aに供給される 作動油の流量を制御するメータィン用電磁弁 V 1 (第 1メータィン用電磁弁）と、 口ッド側油室 4 bに供給される作動油の流量を制御するメータィン用電磁弁 V 3 (第 2メータイン用電磁弁） とが並列に介装される。
また、 分岐通路 8 a , 8 bには、 油圧シリンダ 1の反口ッド側油室 4 aから排 出される作動油の流量を制御するメータァゥト用電磁弁 V 2 (第 2メータァゥト 用電磁弁） と、 ロッド側油室 4 bから排出される作動油の流量を制御するメータ アウト用電磁弁 V 4 (第 1メータアウト用電磁弁） とが並列に介装される。 このように、 分岐通路 8 aには、 メータイン用電磁弁 V 1とメータアウト用電 磁弁 V 2とが直列に介装され、 分岐通路 8 bには、 メータイン用電磁弁 V3とメ 一タァゥト用電磁弁 V 4とが直列に介装される。
分岐通路 8 aにおけるメータイン用電磁弁 VIとメータァゥト用電磁弁 V 2と の間には、 反ロッド側油室 4 aに連通する第 1給排通路 10 aが接続され、 分岐 通路 8 bにおけるメータイン用電磁弁 V 3とメータァゥト用電磁弁 V 4との間に は、 口ッド側油室 4 bに連通する第 2給排通路 10 bが接続される。
メータイン用電磁弁 VI， メータアウト用電磁弁 V 2， メータイン用電磁弁 V 3， 及びメータアウト用電磁弁 V 4は、 電磁式の制御弁 （流量調整弁） である。 各電磁弁 V 1〜V4は、 コントローラ 12から出力される制御電流によって駆動 し、 この制御電流に応じて開口面積が調整される。 このように、 コントローラ 1 2は、 各電磁弁 V 1〜V 4の開口面積を個別に調整し、 各電磁弁 VI〜V 4を通 過する作動油の流量を個別に制御する。
また、 各電磁弁 V1〜V4は； 油圧シリンダ 1と一体的又は近接して配置され る。 このように、 本発明における建設機械は、 ァクチユエータの動作を制御する 制御弁 （電磁弁 VI〜V 4) i それぞれのァクチユエータと一体的又は近接し て配置される分散配置型のものである。
電磁弁 V 1〜V 4を各ァクチユエータと共に分散配置することによって、 電磁 弁 V1〜V4とァクチユエ一タとを接続する配管 （図 1では、 第 1給排通路 10 a, 第 2給排通路 10 b) の長さを短くすることができるため、 油漏れ等の不具 合の発生が少なくなる。
なお、 コントローラ 12には、 制御装置全体の処理動作を制御する CP U、 C PUの処理動作に必要なプログラム、 マップ等が記憶された ROM、 及び ROM から読み出されたデータや各計器によって読み出されたデータ等を一時的に記憶 する RAM等が格納されている。
図 1に示す油圧回路の動作について説明する。 油圧シリンダ 1を伸長させる場合には、 メータイン用電磁弁 V I及びメータァ ゥト用電磁弁 V 4を開弁し、 メータイン用電磁弁 V 3及びメータァゥト用電磁弁 V 2を閉弁する。 これにより、 油圧ポンプ 5から吐出された作動油は、 供給通路 7、 分岐通路 8 a、 メータイン用電磁弁 V I、 及び第 1給排通路 1 0 aを通り反 ロッド側油室 4 aに流入すると共に、口ッド側油室 4 bから排出された作動油は、 第 2給排通路 1 0 b、 メータアウト用電磁弁 V 4、 分岐通路 8 b、 及び排出通路 9を通り油圧ポンプ 5の吸込側へと流入する。
これに对して、 油圧シリンダ 1を収縮させる場合には、 メータイン用電磁弁 V 3及びメータァゥト用電磁弁 V 2を開弁し、 メータイン用電磁弁 V I及びメータ アウト用電磁弁 V 4を閉弁する。 これにより、 油圧ポンプ 5から吐出された作動 油は、 供給通路 7、 分岐通路 8 b、 メータイン用電磁弁 V 3、 及び第 2給排通路 1 0 bを通りロッド側油室 4 bに流入すると共に、 反ロッド側油室 4 aから排出 された作動油は、 第 1給排通路 1 0 a、 メータアウト用電磁弁 V 2、 分岐通路 8 a、 及び排出通路 9を通り油圧ポンプ 5の吸込側へと流入する。
このように、 メータイン用電磁弁 V 1及びメータアウト用電磁弁 V 4は、 油圧 シリンダ 1をロッド 2が前進する方向に駆動させる、 つまり、 油圧シリンダ 1を 伸長動作させるための電磁弁である。 また、 メータイン用電磁弁 V 3及びメータ ァゥト用電磁弁 V 2は、油圧シリンダ 1をロッド 2が後退する方向に駆動させる、 つまり、 油圧シリンダ 1を収縮動作させるための電磁弁である。
(第 1の実施の形態）
本発明の第 1の実施の形態に係るァクチユエータの制御装置について説明する。 前述したように、 油圧シリンダ 1の動作は、 独立した 4個の電磁弁にて制御さ れる。具体的には、メータイン用電磁弁 V 1及びメータァゥト用電磁弁 V 4にて、 油圧シリンダ 1の伸長動作時の作動油の供給流量及び排出流量が個別に制御され る。 また、 メータイン用電磁弁 V 3及びメータアウト用電磁弁 V 2にて、 油圧シ リンダ 1の収縮動作時の作動油の供給流量及び排出流量が個別に制御される。 したがって、 各電磁弁 V 1〜V 4の動作を個別に制御することによって、 電磁 弁 V 1〜 V 4を通過する作動油の流量を個別に制御することができる。 つまり、 油圧シリンダ 1の動作状態に応じてメータイン制御とメータァゥト制御を自在に 設定することが可能となる。
コントローラ 1 2の R OMには、 図 2に示すような、 油圧シリンダ 1の速度指 令に対するメータイン用電磁弁 V 1， V 3の開口面積、 及びメータアウト用電磁 弁 V 2， V 4の開口面積の特性が規定された複数のマップが記憶されている。 こ の複数のマップは、 それぞれ異なつた特性に設定されている。
コントローラ 1 2は、 油圧シリンダ 1に設けられ油圧シリンダ 1の各動作情報 を検出する検出器の検出結果を基に、 油圧シリンダ 1の動作状態を判定し （判定 手段） 、 その動作状態に応じて R OMに記憶された複数のマップの中から制御に 用いる最適なマップを選択する （選択手段） 。 検出器は、 例えば、 油圧シリンダ 1の反ロッド側油室 4 a， ロッド側油室 4 bのそれぞれの圧力を検出する図 1に 示す圧力計 1 3 a， 1 3 b (圧力検出器） や、 油圧シリンダ 1の速度を検出する 速度計 （図示省略） 等であり、 これらの検出結果を基に、 油圧シリンダ 1の負荷 や速度等の動作状態が判定される。
このように、 コントローラ 1 2は、 油圧シリンダ 1の動作状態に応じてメータ インとメータァゥトの開口面積を最適なものに設定するようにプログラムされて いる。 したがって、 油圧シリンダ 1の動作中におけるショックの発生を防止する ことができ、 油圧シリンダ 1をスムーズに動作させることができる。
油圧シリンダ 1の動作状態に応じてメータインとメータァゥトの開口面積を自 由に設定可能なのは、 4個の電磁弁 V 1〜V 4にて、 油圧シリンダ 1の伸長動作 及び収縮動作における作動油の給排をそれぞれ制御可能であるためである。 以下に、 コントローラ 1 2によるマップを用いたメータイン制御及びメータァ ゥト制御を具体的に説明する。
まず、 各検出器によって検出された検出結果を基に、 油圧シリンダ 1の現在の 動作状態を判定し、複数のマップの中から制御に用いる最適なマップを選択する。 建設機械の操作者による操作レバーの現在位置をポテンショメータ等の位置検 出器にて検出し、 その検出した操作レバーの現在位置を基にマップの横軸に対応 する油圧シリンダ 1の速度指令が演算される。
油圧シリンダ 1の動作状態に応じて選択されたマップを基に、 演算された速度 指令に対応する目標開口面積が決定される。
電磁弁 V I〜V 4は、 弁開度がその目標開口面積となるように制御される。 具 体的には、 演算された速度指令に対応する制御電流が電磁弁 V I〜V 4のソ ノ ィドに供給されることによって、電磁弁 V 1〜V 4は目標開口面積に制御される。
ヽ
ここで、 選択されるマップとしては、 例えば、 油圧シリンダ 1の動作状態が起 動停止時であると判定された場合には、 図 2に示すように、 速度指令が小さい領 域では、メータァゥト用電磁弁 V 2， V 4の開口面積がメータイン用電磁弁 V 1， V 3の開口面積よりも大きい特性のマップが選択される。 これにより、 メータァ ゥト側の圧力損失が小さくなるため、 スムーズな起動停止を行うことができる。 また、 図 2に示すマップは、 速度指令が大きい領域では、 メータアウト用電磁 弁 V 2， V 4の開口面積がメータイン用電磁弁 V 1， V 3の開口面積よりも小さ くなつている。 つまり、 速度指令が小さい領域と速度指令が大きい領域との特性 が逆になつている。
このように、 速度指令が大きい領域にてメータアウト用電磁弁 V 2， V 4の開 口面積を絞ることによって、 自重や慣性による油圧シリンダ 1の逸走が発生し難 くなり、 速度制御がし易くなる。
選択されるマップは、 油圧シリンダ 1の負荷、 速度等の動作状態に応じて順次 に切り換えられ、 各電磁弁 V I〜V 4の開口面積は、 油圧シリンダ 1の動作状態 に応じて最適に制御されることになる。
なお、 油圧シリンダ 1の伸長動作時と収縮動作時にて、 異なる特性のマップを 選択するようにしてもよい。 つまり、 油圧シリンダ 1の伸長動作時に開弁するメ 一タイン用電磁弁 V Iとメータァゥト用電磁弁 V 4との開口面積の特性と、 油圧 シリンダ 1の収縮動作時に開弁するメータイン用電磁弁 V 3とメータァゥト用電 磁弁 V 2との開口面積の特性とを異なる特性に設定してもょレ、。
以上の本実施の形態によれば、 以下に示す効果を奏する。
作業者が操作する操作レバーにスプールが機械的に接続された従来の制御弁で は、 レバー操作量に対するメータインとメータァゥトの開口面積の特性は一義的 に決まっているため、 メータインとメータアウトの開口面積の特性を変更させる ことはできなかった。
し力 し、 本実施の形態によれば、 油圧シリンダ 1の伸長動作及び収縮動作にお ける作動油の給排は、 4個の電磁弁 V 1 ~V 4にてそれぞれ制御可能であるため、 メータインとメータァゥトの開口面積を自由に変更することができる。 したがつ て、 油圧シリンダ 1の動作状態に応じてメータインとメータアウトの開口面積を 最適に制御するができ、 油圧シリンダ 1の動作中におけるショックの発生を防止 することができ、 油圧シリンダ 1をスムーズに動作させることができる。
(第 2の実施の形態）
次に、 図 3を参照して、 本発明の第 2の実施の形態に係るァクチユエ一タの制 御装置について説明する。
本実施の形態では、建設機械が油圧ショベルであり、ァクチユエータがブーム、 アーム、 及びバケツトを駆動する油圧シリンダ 1である。
油圧ショベルの掘削時には、 ブーム、 アーム、 及びパケットを駆動する各油圧 シリンダ 1は、 図 3 Aに示すように、 メータイン用電磁弁 V 1及びメータアウト 用電磁弁 V 4が開弁し伸長動作するため、口ッド側油室 4 bの圧力が大きくなる。 ここで、 油圧ショベルが掘削を行っていない場合において、 油圧シリンダ 1を 駆動する際には、 油圧シリンダ 1の逸走を防止するため、 前記第 1の実施の形態 に示したマップは各電磁弁 V 1〜V 4の開口面積が絞られるようなマップが選択 される。 掘削時に、 このようなマップを用いた場合には、 メータアウト用電磁弁 V 4での圧力損失が大きいため、 掘削時に無駄な損失が発生してしまう。
油圧ショベルの掘削時には、 油圧シリンダ 1の逸走のおそれがないため、 メー タアウト用電磁弁 V 4の開口面積を大きくしても問題がない。 したがって、 掘削 時には、 メータァゥト用電磁弁 V 4の開口面積を大きくするように制御すること によって、 無駄な損失の発生を防止することができる。
以下に、 コントローラ 1 2によって行われる具体的な処理について説明する。 まず、 ロッド側油室 4 bの圧力が圧力計 1 3 bにて検出され、 コントローラ 1 2に入力される。
圧力計 1 3 bによる検出結果を基に、ロッド側油室 4 bの負荷状態を判定する。 具体的には、 口ッド側油室 4 bの圧力が予め設定された基準値よりも大きい場合 には、 油圧シリンダ 1の負荷が大きく油圧シリンダ 1は現在掘削中であると判定 される。
油圧シリンダ 1が掘削中であると判定された場合には、 メータァゥト用電磁弁 V 4について、 速度指令に対する開口面積が現在よりも大きくなるマップ、 例え ば、 図 3 Bに示すように、 点線で示される通常時のメータアウト用電磁弁 V 4の 開口面積が設定されたマップから、 実線で示される掘削時のメータアウト用電磁 弁 V 4の開口面積が設定されたマップ と切り換えられる。 なお、 図 3 Bに示す マップは、 例示であり、 メータアウト用電磁弁 V 4の開口面積が現在よりも大き くなるようなマップであれば、 どのような特性を有するマップでもよレ、。
このように、 油圧シリンダ 1が掘削中であると判定された場合に、 メータァゥ ト用電磁弁 V 4の開口面積を大きくするように制御することによって、 メータァ ゥト側の圧力損失が小さくなるため、無駄な損失の発生を防止することができる。 したがって、 油圧シリンダ 1の動作はスムーズに動作し、 効率よく掘削作業を行 うことができる。
(第 3の実施の形態）
次に、 図 4〜図 6を参照して、 本発明の第 3の実施の形態に係るァクチユエ一 タの制御装置について説明する。 なお、 本実施の形態では、 ァクチユエ一タが油 圧シリンダ 1である場合について説明する。
本実施の形態に係る制御装置は、 上記第 1の実施の形態に係る制御装置による 制御に加えて、 油圧シリンダ 1の起動停止時における各電磁弁 V I〜V 4の開閉 のタイミングを制御するものである。
まず、 図 4を参照して、 油圧シリンダ 1の起動時の制御について説明する。 な お、 以下では油圧シリンダ 1を伸長方向に起動する場合について説明する。
油圧シリンダ 1を起動するには、各電磁弁 V 1〜V 4が閉弁の状態から、まず、 図 4 Aに示すように、 メータアウト用電磁弁 V 4を開弁し、 ロッド側油室 4 bを 開放する。
次に、 図 4 Bに示すように、 メータィン用電磁弁 V 1を開弁し、 反ロッド側油 室 4 aに作動油を供給することによって、 油圧シリンダ 1は伸長動作する。
このように、 先にメータアウト用電磁弁 V 4を開弁し、 その後メータイン用電 磁弁 V 1を開弁するように制御することによって、 油圧シリンダ 1の起動時に口 ッド 2の進行方向であるロッド側油室 4 bに高圧が発生することがなく、 油圧シ リンダ 1はスムーズに起動する。
メータァゥト用電磁弁 V 4及びメータイン用電磁弁 V Iが開きはじめるタイミ ングは、 油圧シリンダ 1の負荷や速度等の動作状態に応じて自由に設定すること ができる。 具体的には、 図 5に示すように、 前記第 1の実施の形態に示したマツ プにおいて、メータァゥト用電磁弁 V 4が開きはじめるタイミングである横軸 (速 度指令） 上のポイント A、 及びメータイン用電磁弁 V Iが開きはじめるタイミン グである横軸 （速度指令） 上のポイント Bの位置を変更することによって、 メー タァゥト用電磁弁 V 4及ぴメ一タイン用電磁弁 V 1の開弁タイミングを設定する ことができる。
なお、 油圧シリンダ 1を収縮方向に起動する場合には、 先にメータアウト用電 磁弁 V 2を開弁し、 その後メ一タイン用電磁弁 V 3を開弁するように制御する。 次に、 図 6を参照して、 油圧シリンダ 1の停止時の制御について説明する。 な お、 以下では伸長方向に動作している油圧シリンダ 1を停止させる場合について 説明する。
油圧シリンダ 1が伸長方向に動作している場合には、 図 6 Aに示すように、 メ 一タイン用電磁弁 V 1及びメータァゥト用電磁弁 V 4が開弁の状態である。 この状態から、油圧シリンダ 1を停止させるには、まず、図 6 Bに示すように、 メ一タイン用電磁弁 V 1を閉弁し、 反口ッド側油室 4 aへの作動油の供給を停止 する。
メータイン用電磁弁 V 1を閉弁することによって、 反ロッド側油室 4 aへの作 動油の供給は停止するが、油圧シリンダ 1は慣性力で伸長しようとする。し力 し、 メータァゥト用電磁弁 V 4は開弁の状態であるため、 口ッド側油室 4 bにおける 高圧の発生が防止される。
油圧シリンダ 1の慣性力による伸長速度が十分に低下した後、 図 6 Cに示すよ うに、 メータアウト用電磁弁 V 4を閉弁する。
このように、 先にメータイン用電磁弁 V Iを閉弁し、 その後メータアウト用電 磁弁 V 4を閉弁するように制御することによって、 油圧シリンダ 1の停止時に口 ッド 2の進行方向である口ッド側油室 4 bに高圧が発生することがなく、 油圧シ リンダ 1はスムーズに停止する。
メータイン用電磁弁 V 1及びメータァゥト用電磁弁 V 4が閉弁するタイミング は、 油圧シリンダ 1の負荷や速度等の動作状態に応じて自由に設定することがで きる。 具体的には、 前述した起動時と同様に、 図 5に示すように、 メータイン用 電磁弁 V Iが閉弁するタイミングである横軸 （速度指令） 上のポイント B、 及び メータアウト用電磁弁 V 4が閉弁するタイミングである横軸 （速度指令） 上のポ イント Aの位置を変更することによって、 メータイン用電磁弁 V I及びメータァ ゥト用電磁弁 V 4の閉弁タイミングを設定することができる。
なお、 収縮方向に動作している油圧シリンダ 1を停止させる場合には、 先にメ 一タイン用電磁弁 V 3を閉弁し、 その後メータァゥト用電磁弁 V 2を閉弁するよ うに制御する。
本実施の形態によれば、 油圧シリンダ 1の伸長動作及び収縮動作における作動 油の給排は、 4個の電磁弁 V 1〜V 4にてそれぞれ制御可能であるため、 油圧シ リンダ 1の起動時のメータイン及びメータァゥトの開弁タイミング、 及び油圧シ リンダ 1の停止時のメータイン及ぴメータァゥトの閉弁タイミングをそれぞれ自 由に制御することができる。 したがって、 油圧シリンダ 1の起動停止時における 電磁弁 V I〜V 4の開閉タイミングを油圧シリンダ 1の状態に応じて最適に制御 することができ、 油圧シリンダ 1のスムーズな起動停止を行うことができる。 本発明は上記の実施の形態に限定されずに、 その技術的な思想の範囲内におい て種々の変更がなしうることは明白である。 産業上の利用可能性
本発明は、 建設機械の可動部材を駆動するァクチユエータを制御する制御装置 に適用することができる。 '

Claims

請求の範囲
1. 建設機械の可動部材を駆動するァクチユエータ （1) を制御する制御装置で あって、
ポンプ （5) 力 ら供給される作動流体によって駆動するァクチユエータ （1) と、
前記ァクチユエータ （1) を一方の方向へと駆動するために、 前記ァクチユエ ータ （1) に供給される作動流体及び前記ァクチユエータ （1) 力 ら排出される 作動流体のそれぞれを制御する第 1メータイン用電磁弁 (VI) 及び第 1メータ ァゥト用電磁弁 (V4) と、
前記ァクチユエータ （1) を他方の方向へと駆動するために、 前記ァクチユエ ータ （1) に供給される作動流体及び前記ァクチユエータ （1) 力 ら排出される 作動流体のそれぞれを制御する第 2メータイン用電磁弁 (V3) 及び第 2メータ ァゥト用電磁弁 （V2) と、
前記ァクチユエータ（1)の速度指令に対する前記メータイン用電磁弁（VI, V3) 及び前記メータアウト用電磁弁 （V2， V4) の開口面積の特性が規定さ れた複数のマップと、
前記ァクチユエータ （1) の動作情報を検出する検出器の検出結果を基に、 前 記ァクチユエータ （1) の動作状態を判定する判定手段と、
前記判定手段にて判定された前記ァクチユエータ （1) の動作状態に応じて、 前記複数のマップから制御に用いるマツプを選択する選択手段と、
を備えることを特徴とするァクチユエータの制御装置。
2. 前記ァクチユエータ （1) は、 作動流体が封入された反ロッド側液室 （4 a) とロッド側液室 （4 b) とを備える液圧シリンダ （ 6 ) であり、 前記第 1メータイン用電磁弁 （VI) 及び前記第 1メータアウト用電磁弁 （V 4) は、 前記ァクチユエータ （1) の伸長動作を制御し、
前記第 2メータイン用電磁弁 （V3) 及び前記第 2メータアウト用電磁弁 （V 2) は、 前記ァクチユエータ （1) の収縮動作を制御し、
前記ロッド側液室 （4 b) の圧力を検出する圧力検出器 （13 b) を備え、 前記判定手段は、 前記ロッド側液室 （4 b) の圧力が予め設定された基準値よ りも大きい場合には前記口ッド側液室 （4 b) の負荷が大きいと判定し、 前記ロッド側液室 （4 b) の負荷が大きいと判定された場合には、 前記選択手 段は、 前記ァクチユエータ （1) の速度指令に対する前記第 1メータアウト用電 磁弁 （V4) の開口面積が現在よりも大きくなるマップを選択する
ことを特徴とする請求項 1に記載のァクチユエータの制御装置。
3. 前記ァクチユエータ （1) の起動時には、前記メータァゥト用電磁弁 (V2, V4) を開弁した後、 前記メータイン用電磁弁 （VI, V3) を開弁することを 特徴とする請求項 1に記載のァクチユエータの制御装置。
4. 前記ァクチユエータ （1) の停止時には、 前記メータイン用電磁弁 (VI, V3) を閉弁した後、 前記メータアウト用電磁弁 （V2， V4) を閉弁すること を特徴とする請求項 1に記載のァクチユエータの制御装置。
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