WO2018139166A1

WO2018139166A1 - 旋回制御装置

Info

Publication number: WO2018139166A1
Application number: PCT/JP2017/047294
Authority: WO
Inventors: 真輔神田
Original assignee: 株式会社タダノ
Priority date: 2017-01-27
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2018-08-02
Also published as: JP6540724B2; JP2018119667A

Abstract

油圧ポンプの吐出流量や旋回負荷によらず、操作感覚の変動が小さい旋回操作性を実現する旋回制御装置を提供する。　旋回台７と、旋回台７を操作するための操作レバー２０と、旋回台７を旋回するための旋回モータ７ａと、旋回モータ７ａに作動油を供給する油圧ポンプ２１と、メータイン回路と、メータアウト回路と、前記油圧ポンプからタンク５０に戻る圧油の流量を制御するブリードオフ回路と、を備えた作業機械の旋回動作を制御する旋回制御装置３９であって、旋回台７の旋回動作時にかかる旋回負荷圧ΔＰ_Ａを推定し、当該旋回負荷圧ΔＰ_Ａと油圧ポンプ２１の吐出流量Ｑと、メータイン回路の開口面積と、メータアウト回路の開口面積と、ブリードオフ回路の開口面積と、から旋回台７の旋回動作時に旋回モータ７ａに流入する作動油の旋回流量Ｑ_Ａを所定の演算式により推定し、操作レバー２０の操作量と旋回流量Ｑ_Ａとの関係を線形化する。

Description

旋回制御装置

　本発明は、旋回制御装置に関する。詳しくは、クレーン等の作業機械の旋回操作性を向上させる旋回制御装置に関する。

　従来、クレーンの旋回用油圧回路においては操作性を考慮してブリードオフ回路を採用したものが知られている（特許文献１、２参照）。

　特許文献１では、可変容量油圧ポンプからの圧油を方向制御弁でブリードオフ制御して油圧モータの回転速度を制御する作業機の旋回制御装置が開示されている。この作業機の旋回制御装置は、方向制御弁からタンクへ連通するブリードオフ回路の圧力を油圧モータの駆動圧力と等しく設定し、作業機の作業状態に対して予め対応づけられている方向制御弁の複数の流量特性の中から作業状態に基づいていずれかの流量特性を選択し、その選択された流量特性と操作量に基づいて可変容量油圧ポンプの吐出流量を制御するものである。

　特許文献２に開示されるアクチュエータのブリードオフ制御装置は、ポンプ吐出量に応じてブリードオフ回路の開閉を行うことで、動作速度を一定に保つというものである。

　このようなクレーンの旋回用油圧回路においてブリードオフ回路を採用したものでは、油圧ポンプの吐出流量や旋回時にアクチュエータにかかる負荷（例えば吊荷荷重による負荷）の変動によって、旋回動作の操作レバーのレバー操作量に対して旋回速度が変動する。すなわち、同じような旋回操作をしてもそのときどきに加わる旋回負荷によって動きが変わるという特性を有している。このような旋回操作の特性は、例えば旋回動作をフィードバック制御をしようとしたときに制御性を悪化させたり、操作条件によっては操作品質や操作感覚の悪化を招くという問題点がある。そのため、レバー操作量に対して旋回速度の変動を抑え、旋回速度を条件によらずに安定化させる技術が求められている。すなわち、油圧ポンプの吐出流量や旋回負荷によらず、操作レバーによる旋回操作に対する旋回速度が一定となるような旋回操作性を実現するための技術が求められる。

特開平９－２８６５９２号公報特開平１１－２３０１０８号公報

　本発明は、油圧ポンプの吐出流量や旋回負荷によらず、操作感覚の変動が小さい旋回操作性を実現する旋回制御装置を提供することを目的とする。

　本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

　即ち、本発明の旋回制御装置は、旋回台と、前記旋回台を旋回操作するための操作手段と、前記旋回台を旋回するための油圧モータと、前記油圧モータに作動油を供給する油圧ポンプと、前記油圧モータに流入する作動油の流量を制御するメータイン回路と、前記油圧モータから流出する作動油の流量を制御するメータアウト回路と、前記油圧ポンプからタンクに戻る圧油の流量を制御するブリードオフ回路と、を備えた作業機械の旋回動作を制御する旋回制御装置であって、前記旋回台の旋回動作時にかかる旋回負荷圧を推定し、当該旋回負荷圧と前記油圧ポンプの吐出流量と、前記メータイン回路の開口面積と、前記メータアウト回路の開口面積と、前記ブリードオフ回路の開口面積と、から前記旋回台の旋回動作時に前記油圧モータに流入する作動油の旋回流量を所定の演算式により推定し、前記操作手段の操作量と前記旋回流量との関係を線形化するものである。

　また、前記所定の演算式は、

（式中、Ｑ：油圧ポンプの吐出流量、ΔＰ_Ａ：旋回負荷圧、ａ_ｉｎ：メータイン回路の開口面積、ａ_ｏｕｔ：メータアウト回路の開口面積、ａ_Ｂ：ブリードオフ回路の開口面積、Ｒ：係数とする）であるものである。

　本発明は、以下に示すような効果を奏する。

　本発明の旋回制御装置においては、既存の油圧回路のバルブ等を変更することなく、操作手段の操作量と、これに対応する旋回流量の関係を線形化して旋回動作を制御することができる。これにより、油圧ポンプの吐出流量や旋回負荷圧の変化による旋回動作（例えば、旋回角速度）の変動を抑制できる。また、例えば、旋回動作（例えば、旋回角速度）がフィードバック制御されている場合では、フィードバック制御性が向上する。さらに、油圧ポンプの吐出流量や旋回負荷圧の変化による旋回動作の操作品質や操作感覚の悪化を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るクレーンの全体構成を示す側面図。本発明の一実施形態に係るクレーンの旋回用油圧回路を示す図。旋回用油圧回路が有するメータイン絞り、メータアウト絞り及びブリードオフ絞りを示す図。本発明の一実施形態に係る制御装置の構成を示す図。線形化テーブルを示す図。線形化後の流量特性を示す図。（ａ）スプールの開度と旋回流量の関係（設計値）を示す図。（ｂ）従来のスプールの開度と旋回流量の関係を示す図。本発明の一実施形態に係る制御装置の制御態様を表すフローチャートを示す図。演算部と制御対象である旋回モータからなる制御系を示す図。制御装置により線形化テーブルを生成する際のイメージを示す図。

　以下に、図１から図９を用いて、本発明の旋回制御装置の一実施形態である制御装置３９を備えるクレーン１について説明する。なお、本実施形態においては、作業機械の一例であるクレーンとして移動式クレーンについて説明を行うが、これに限定されるものではなく、作業時に旋回可能なクレーンであればどのような形態のクレーンにも本発明を適用
することができる。

　図１に示すように、クレーン１は、不特定の場所に移動可能な移動式クレーンである。クレーン１は、車両２、クレーン装置６を有する。

　車両２は、クレーン装置６を搬送するものである。車両２は、複数の車輪３を有し、エンジン４（図２参照）を動力源として走行する。車両２には、アウトリガ５が設けられている。アウトリガ５は、車両２の幅方向両側に油圧によって延伸可能な張り出しビームと地面に垂直な方向に延伸可能な油圧式のジャッキシリンダとから構成されている。車両２は、アウトリガ５のビームを車両２の幅方向に延伸させるとともにジャッキシリンダを接地させることにより、クレーン１の作業可能範囲を広げることができる。

　クレーン装置６は、搬送物Ｗをワイヤロープによって吊り上げるものである。クレーン装置６は、旋回台７、伸縮ブーム８、フックブロック１０、起伏シリンダ１２、ウインチ１３、ワイヤロープ１４、キャビン１９、操作レバー２０、制御装置３９（図４参照）等を具備する。

　旋回台７は、クレーン装置６を旋回可能に構成するものである。旋回台７は、車体２に設けた円環状の軸受である旋回ベアリングを介して車両２のフレーム上に設けられる。円環状の旋回ベアリングは、その回転中心が車両２の設置面に対して垂直になるように配置されている。旋回台７は、円環状の旋回ベアリングの中心を回転中心として一方向と他方向とに回転自在に構成されている。また、旋回台７は、油圧式モータである旋回モータ７ａ（図２参照）によって回転（旋回）されるように構成されている。旋回台７には、その旋回位置（旋回角度）を検出する旋回位置検出センサ４０（図２参照）が設けられている。旋回位置検出センサ４０は、旋回台７の旋回角度を検出するセンサであり、制御装置３９では、旋回位置検出センサ４０により入力される電気信号に基づいて、旋回台７の旋回角度に係る情報、及び、旋回台７の単位時間当たりの旋回角度を算出することで旋回速度（旋回角速度）に係る情報が得られる。旋回台７の旋回ベアリングには、旋回ベアリングにかかる荷重を検出する旋回ベアリング荷重検出手段４３（図４参照）と、旋回ベアリングの車体２に対する傾斜角度を検出する旋回ベアリング傾斜角度検出手段４４（図４参照）が設けられている。

　伸縮ブーム８は、搬送物Ｗを吊り上げ可能な状態にワイヤロープを支持するものである。伸縮ブーム８は、複数のブーム部材であるベースブーム部材８ａ、セカンドブーム部材８ｂ、サードブーム部材８ｃ、フォースブーム部材８ｄ、フィフスブーム部材８ｅ、トップブーム部材８ｆから構成されている。各ブーム部材は、断面積の大きさの順に入れ子式に挿入されている。伸縮ブーム８は、各ブーム部材を図示しない伸縮シリンダで移動させることで軸方向に伸縮自在に構成されている。伸縮ブーム８は、ベースブーム部材８ａの基端が旋回台７上に揺動可能に設けられている。これにより、伸縮ブーム８は、車両２のフレーム上で水平回転可能かつ揺動自在に構成されている。伸縮ブーム８には、その伸縮ブーム長さを検出する伸縮ブーム長さ検出センサ４１と起伏角度を検出する起伏角度検出センサ４２（図４参照）とが設けられている。

　フックブロック１０は、搬送物Ｗを吊るものである。フックブロック１０には、ワイヤロープ１４が巻き掛けられる複数のフックシーブと、搬送物Ｗを吊るフックとが設けられている。

　起伏シリンダ１２は、伸縮ブーム８を起立および倒伏させ、伸縮ブーム８の姿勢を保持するものである。起伏シリンダ１２はシリンダ部とロッド部とからなる油圧シリンダから構成されている。起伏シリンダ１２は、シリンダ部の端部が旋回台７に揺動自在に連結され、ロッド部の端部が伸縮ブーム８のベースブーム部材８ａに揺動自在に連結されている。起伏シリンダ１２は、ロッド部がシリンダ部から押し出されるように作動油が供給されることでベースブーム部材８ａを起立させ、ロッド部がシリンダ部に押し戻されるように作動油が供給されることでベースブーム部材８ａを倒伏させるように構成されている。起伏シリンダ１２には、圧力センサ３０（図４参照）が設けられている。吊荷の実荷重は、起伏シリンダ１２の圧力センサ３０によって検出されるシリンダ圧力と伸縮ブーム８の起伏角度検出センサ４２によって検出される起伏角度及び、伸縮ブーム長さ検出センサ４１によって検出される伸縮ブーム８の長さとに基づいて制御装置３９の図示しない実荷重演算部が演算して求めることができる。また、吊荷を吊っていない場合、予め吊荷の荷重が分かっているときには、図示しない操作部のキー操作によって入力してもよく、仮想の荷重を入力してもよい。

　油圧ウインチであるウインチ１３は、ワイヤロープ１４の繰り入れ（巻き上げ）および繰り出し（巻き下げ）を行うものである。ウインチ１３は、ワイヤロープ１４が巻きつけられるドラムがドラム用油圧モータによって回転されるように構成されている。ウインチ１３は、ドラム用油圧モータが一方向へ回転するように作動油が供給されることでドラムに巻きつけられているワイヤロープ１４を繰り出し、ドラム用油圧モータが他方向へ回転するように作動油が供給されることでワイヤロープ１４をドラムに巻きつけて繰り入れるように構成されている。

　伸縮ブーム８の伸縮動作に用いられる伸縮シリンダ、起伏動作に用いられる起伏シリンダ１２、旋回台７の旋回動作に用いられる旋回モータ７ａは、作動油の供給又は排出によって作動する。

　ワイヤロープ１４は、一端がフックブロック１０から延伸され、複数のガイドシーブに案内されて、他端が旋回台７に配置されたウインチ１３に巻回されている。

　キャビン１９は、操縦席を覆うものである。キャビン１９は、旋回台７における伸縮ブーム８の側方に設けられ、旋回台７とともに旋回可能である。キャビン１９の内部には、操縦席が設けられている。操縦席には、操作レバー２０、ウインチ１３を操作するためのウインチ用操作弁、伸縮ブーム８を操作するための起伏用操作具、クレーン１を移動させるためのハンドル等が設けられている。

　操作レバー２０は、旋回台７を旋回操作するための操作手段である。操作レバー２０は、制御装置３９に電気的に接続され、オペレータが操作レバー２０を所定角度傾倒することで、これに応じた旋回操作にかかる操作信号を制御装置３９に送信することができる。
　なお、操作手段としては、操作レバー以外に、押ボタン、ペダル及びタッチパネル等を採用してもよい。

　このように構成されるクレーン１は、車両２を走行させることで任意の位置にクレーン装置６を移動させることができる。また、クレーン１は、旋回モータ７ａで旋回台７を所定角度回転させるとともに、起伏シリンダ１２で伸縮ブーム８を任意の起伏角度に起立させて、伸縮ブーム８を任意の伸縮ブーム長さに延伸させたりすることができる。

　以下に、図２、図３を用いて、クレーン１が具備する旋回モータ７ａに関する油圧回路について説明する。

　油圧回路は、エンジン４からの駆動力が伝導されている油圧ポンプ２１、旋回用油圧回路２３、および制御装置３９を具備する。

　図２に示すように、油圧ポンプ２１は、作動油を吐出するものである。油圧ポンプ２１は、エンジン４によって駆動されている。油圧ポンプ２１から吐出された作動油は、吐出油路２２を介して旋回用油圧回路２３、旋回モータ７ａに供給される。油圧ポンプ２１の吐出油路２２には、リリーフ弁２２ａが設けられている。

　また、旋回用油圧回路２３は、図３に示すように流量制御弁から構成される、メータイン回路であるメータイン絞り２３ａ、メータアウト回路であるメータアウト絞り２３ｂ、ブリードオフ回路であるブリードオフ絞り２３ｃを有している。メータイン絞り２３ａは、旋回モータ７ａの作動油供給側に配置され、旋回モータ７ａに流入する作動油の流量を制御するものである。メータアウト絞り２３ｂは、旋回モータ７ａの作動油排出側に配置され、旋回モータ７ａから流出する作動油の流量を制御するものである。ブリードオフ絞り２３ｃは、油圧ポンプ２１からタンク５０に戻る圧油の流量を制御するものである。ブリードオフ絞り２３ｃは、図示せぬスプールの開度を調整することで流量を制御することができる。

　図２に示すように、旋回用油圧回路２３は、旋回モータ７ａを作動させるものである。旋回用油圧回路２３は、旋回モータ７ａ、旋回用操作弁２４、旋回用パイロット式切換弁２５、旋回位置検出センサ４０を備える。

　旋回モータ７ａは、旋回台７を回転させるものである。旋回モータ７ａは、旋回台７と連動連結するように構成されている。旋回モータ７ａは、作動油が供給されると旋回台７一側方向または他側方向に回転させる。

　旋回用操作弁２４は、旋回モータ７ａの動作を制御するものである。旋回用操作弁２４は、旋回用パイロット式切換弁２５に付加されるパイロット圧を電磁石でスプールを移動させることで切り換え可能な電磁切換弁から構成されている。また、旋回用操作弁２４は、制御装置３９からの制御信号によって電磁石を励起可能に構成されている。旋回用操作弁２４には、油圧ポンプ２１からパイロット圧が供給されている。旋回用操作弁２４は、制御装置３９を介して操作レバー２０による操作信号により制御される。

　旋回用操作弁２４は、制御装置３９から操作信号を受けていない場合、スプールが停止位置Ｓに保持される。旋回用操作弁２４は、制御装置３９から旋回台７を一側に回転させる操作信号を受けた場合、電磁石によってスプールが一側旋回位置Ｒに移動される。旋回用操作弁２４は、制御装置３９から旋回台７を他側に回転させる操作信号を受けた場合、電磁石によってスプールが他側旋回位置Ｌに移動される。

　旋回用パイロット式切換弁２５は、旋回モータ７ａに供給される作動油の方向を切り換えるものである。旋回用パイロット式切換弁２５の供給ポートには、吐出油路２２を介して油圧ポンプ２１が接続されている。旋回用パイロット式切換弁２５の一方のポートには、一側旋回用油路２６を介して旋回モータ７ａの一側が接続されている。旋回用パイロット式切換弁２５の他方のポートには他側旋回用油路２７を介して旋回モータ７ａの他側が接続されている。

　旋回用パイロット式切換弁２５は、旋回用操作弁２４のスプールが停止位置Ｓに保持されている場合、一側旋回用油路２６と他側旋回用油路２７とを閉鎖する。これにより、旋回モータ７ａは、その回転位置が保持される。旋回用パイロット式切換弁２５は、旋回用操作弁２４のスプールが一側旋回位置Ｒに移動された場合、油圧ポンプ２１からの作動油が一側旋回用油路２６を介して旋回モータ７ａの一側に供給されるように切り換る。これにより、旋回モータ７ａは、旋回台７を一側方向に回転させる方向に作動される。旋回用パイロット式切換弁２５は、旋回用操作弁２４のスプールが他側旋回位置Ｌに移動された場合、油圧ポンプ２１からの作動油が他側旋回用油路２７を介して旋回モータ７ａの他側に供給されるように切り換る。これにより、旋回モータ７ａは、旋回台７を他側方向に回転させる方向に作動される。

　このように構成される旋回用油圧回路２３を備えるクレーン１は、制御装置３９からの操作信号に基づいて旋回用操作弁２４を操作することで旋回用パイロット式切換弁２５を切り換える。つまり、クレーン１は、制御装置３９からの操作信号によって旋回モータ７ａに供給される作動油の流れを切り換えて旋回台７の旋回動作を自在に行うことができる。

　制御装置３９は、クレーン１が有するアクチュエータ等の動作を制御する装置である。具体的には、制御装置３９は、制御形態の一例として、クレーン１が有するアクチュエータの一つである旋回モータ７ａによる旋回動作を制御するための旋回制御装置である。制御装置３９は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。制御装置３９は、旋回用操作弁２４等の動作を制御するために種々のプログラムやデータが格納されている。制御装置３９は、車両２に設けられている。制御装置３９は、各種センサ等から種々の電気信号が入力され、適宜の演算処理が可能であり、油圧ポンプ２１及び各種流量制御弁等に対してそれぞれ駆動信号を出力することができる。制御装置３９は、あらかじめ記憶部に記憶した演算式、各種センサ等から取得される検出値等を用いて種々の演算を実行する演算部３９Ａを有している。また、制御装置３９は、旋回台７の旋回動作の制御を一般的なフィードバック制御で行うための制御装置である。

　図４に示すように、制御装置３９は、起伏シリンダ１２の圧力センサ３０に接続されている。吊荷（本実施形態の搬送物Ｗ）の実荷重は、例えば、起伏シリンダ１２の圧力センサ３０によって検出されるシリンダ圧力と伸縮ブーム８の起伏角度検出センサ４２によって検出される起伏角度及び、伸縮ブーム長さ検出センサ４１によって検出される伸縮ブーム８の長さとに基づいて制御装置３９の図示しない実荷重演算部が演算して求めることができる。

　制御装置３９は、旋回台７の旋回位置検出センサ４０に接続され、旋回位置検出センサ４０が検出した旋回台７の旋回方向および旋回角度を取得することができる。

　制御装置３９は、伸縮ブーム８の伸縮ブーム長さ検出センサ４１と起伏角度検出センサ４２とに接続され、伸縮ブーム長さ検出センサ４１が検出した伸縮ブーム８の伸縮ブーム長さおよび起伏角度検出センサ４２が検出した伸縮ブーム８の起伏角度を取得することができる。

　制御装置３９は、車体２に設けた旋回ベアリング荷重検出手段４３に接続され、旋回ベアリングにかかる荷重を取得することができる。旋回ベアリング荷重検出手段４３の例としては、圧力センサ等が挙げられる。

　制御装置３９は、旋回ベアリング傾斜角度検出手段４４に接続され、車体２に設けた旋回ベアリングの車体２に対する傾斜角度を取得することができる。

　次に、制御装置３９による旋回モータ７ａの制御態様について説明する。
　本実施形態の制御装置３９は、旋回台７の旋回動作時にかかる旋回負荷圧ΔＰ_Ａを推定し、当該旋回負荷圧ΔＰ_Ａと油圧ポンプ２１の吐出流量Ｑと、メータイン回路の開口面積と、メータアウト回路の開口面積と、ブリードオフ回路の開口面積と、から旋回台７の旋回動作時に旋回モータ７ａに流入する作動油の旋回流量Ｑ_Ａを所定の演算式を用いて推定し、操作レバー２０のレバー操作量と旋回流量Ｑ_Ａとの関係を線形化する。詳細を以下に説明する。

　［旋回負荷圧ΔＰ_Ａの推定］
　本実施形態では、制御装置３９は、油圧ポンプ２１の吐出流量Ｑや旋回台７の旋回動作時に掛かる圧力（旋回負荷圧）による旋回角速度の変動を抑制するために、油圧ポンプ２１の吐出流量Ｑと旋回負荷圧ΔＰ_Ａに応じて、操作レバー２０のレバー操作量とブリードオフ絞り２３ｃのバルブ開度（以下では単にスプール開度ともいう）の関係を示すテーブルを変化させる（後述する線形化テーブルの生成）。制御装置３９は、荷重情報として車体２に設けた旋回ベアリングにかかる荷重、姿勢情報として旋回ベアリングの傾斜角度及びクレーンの作業姿勢、操作情報としてオペレータの操作入力の情報、エンジン情報としてエンジン４の回転数の情報、その他の機差による負荷変動量等の旋回負荷圧ΔＰ_Ａにかかる情報、その他定数（旋回ベアリング諸元（摩擦係数など）、旋回動作の減速比（≒総等価容量）、総効率）等を適宜取得して、この情報をもとに旋回負荷圧ΔＰ_Ａを推定する。推定する旋回負荷圧ΔＰ_Ａは、クレーンの姿勢や荷重によって変化する負荷である。ただし、荷の振れや伸縮ブーム８の慣性による旋回負荷圧ΔＰ_Ａの変動は考慮していない。
　なお、旋回負荷圧ΔＰ_Ａは、旋回台７の旋回動作の起動時に旋回モータ７ａにかかるトルクに相当する。

　制御装置３９は、旋回ベアリングにかかる荷重を検出する旋回ベアリング荷重検出手段４３と、旋回ベアリングの車両２に対する傾斜角度を検出する旋回ベアリング傾斜角度検出手段４４に接続されている。制御装置３９は、旋回ベアリング荷重検出手段４３及び旋回ベアリング傾斜角度検出手段４４を介して旋回ベアリングにかかる荷重及び旋回ベアリングの車両２に対する傾斜角度を取得することができる。また、制御装置３９は、クレーン１の作業姿勢を検出する手段として、例えば、圧力センサ３０、旋回位置検出センサ４０、伸縮ブーム長さ検出センサ４１、起伏角度検出センサ４２等を用いてクレーン１の作業姿勢を検出することができる。
　なお、旋回負荷圧ΔＰ_Ａは、主に搬送物Ｗの吊荷荷重による旋回ベアリングにかかるモーメントによって決定される。そのため、旋回負荷圧ΔＰ_Ａは、少なくとも旋回ベアリング荷重検出手段４３で取得される旋回ベアリングにかかる荷重を用いて推定が可能である。

　［旋回流量Ｑ_Ａの推定］
　次に、上述した旋回負荷圧ΔＰ_Ａと油圧ポンプ２１の吐出流量Ｑと下記式を用いて旋回流量Ｑ_Ａを推定する。旋回流量Ｑ_Ａは、クレーン１の旋回動作時に旋回モータ７ａに供給される作動油の流量であり、本発明では旋回動作前にレバー操作量［Ｖ］と旋回流量Ｑ_Ａ［Ｌ／ｍｉｎ］との関係を示す線形化された流動特性（図６参照）を導くために算出される値である。以下に、旋回流量Ｑ_Ａを導出する演算式を示す。

　ただし、図３で示すように、Ｑ：油圧ポンプ２１の吐出流量、ａ_ｉｎ：メータイン絞り２３ａの開口面積、ａ_ｏｕｔ：メータアウト絞り２３ｂの開口面積、ａ_Ｂ：ブリードオフ絞り２３ｃの開口面積、Ｒ：係数とする。
　ここで、式中のΔＰ_Ａは、上述した旋回モータ７ａの旋回動作時の旋回負荷圧の推定値である。
　また、油圧ポンプ２１の吐出流量Ｑは、制御装置３９によりエンジン４の回転数から算出される。
　また、メータイン絞り２３ａの開口面積ａ_ｉｎ、メータアウト絞り２３ｂの開口面積ａ_ｏｕｔ、及びブリードオフ絞り２３ｃの開口面積ａ_Ｂは、スプールの開度（スプールの位置）によって一意に決まるものである。

　制御装置３９は、油圧ポンプ２１、メータイン絞り２３ａ、メータアウト絞り２３ｂ及びブリードオフ絞り２３ｃに接続され、油圧ポンプ２１の吐出流量Ｑ、メータイン絞り２３ａの開口面積ａ_ｉｎ、メータアウト絞り２３ｂの開口面積ａ_ｏｕｔ、及びブリードオフ絞り２３ｃの開口面積ａ_Ｂをそれぞれ取得することができる。

　［線形化テーブルの生成］
　上記のように旋回流量Ｑ_Ａが推定することができれば、この旋回流量Ｑ_Ａを得るためのスプールの開度が一意的に設定することできるため、旋回負荷圧ΔＰ_Ａによる旋回角速度の変動による傾斜ばらつきが統一され、線形化された線形化テーブルを得ることができる（図５参照）。
　すなわち、図１０に示すように、設計値と上記演算式によって求まるカーブの関係から旋回流量Ｑ_Ａの設計値となるレバー操作量に応じたスプールの開度の目標値(スプールの目標位置Ｐ)を算出することができる。
　なお、図５に示す点線丸印部分は、意図的に設けられた不感帯飛ばし部分である。

　［線形化後の流動特性］
　図５に示す線形化テーブルにより、旋回流量Ｑ_Ａと操作レバー２０のレバー操作量が一意的に決定され、レバー操作量[Ｖ]と旋回流量Ｑ_Ａ[Ｌ／ｍｉｎ]との関係を示す線形化後の流動特性（図６参照）を得ることができる。本実施形態に係る流動特性は、後述する図７（ｂ）に示す従来の流動特性と比べて線形の関係を保持している。

　図７（ａ）に示すように、スプールの開度（スプールの位置）［ｍｍ］と旋回流量Ｑ_Ａ［Ｌ／ｍｉｎ］との関係を示す設計値は、旋回動作の起動時において線形の関係であり、その傾きは一定である。この傾き部分については旋回流量Ｑ_Ａとスプールの開度（スプールの位置）とは一意的な関係となる。しかし、クレーン１を稼働して諸条件を振ったシミュレーションを実施して、従来のスプールの開度（スプールの位置）［ｍｍ］と旋回流量Ｑ_Ａ［Ｌ／ｍｉｎ］との関係を推定した場合、図７（ｂ）に示すような結果となる。旋回流量Ｑ_Ａに対してスプール開度のばらつきが発生し、傾きが変動する。この傾きの変動は、旋回負荷圧ΔＰ_Ａが変動するために発生するものである。なお、図７（ｂ）のＱ_ｐは油圧ポンプ２１の吐出流量の変動を示したものである。また、油圧ポンプ２１の吐出流量に応じて旋回流量Ｑ_Ａの最大値（図７（ｂ）のｍａｘ）は変動するが、この旋回流量Ｑ_Ａの最大値の変動はオペレータが意図的にエンジン４の回転数を制御することに起因する部分であり、本発明の課題に対応する部分ではない。本発明では、旋回操作の起動開始時において、あらかじめ旋回負荷圧ΔＰ_Ａの推定値を算出し、これと上記演算式により旋回流量Ｑ_Ａを推定し、この旋回流量Ｑ_Ａを得るためのスプールの開度の目標値(目標位置)[ｍｍ]を決定する。これにより、スプールの開度の目標値から操作レバー２０のレバー操作量が一意的に決定され（図５参照）、これに基づいて図６に示す線形化後の流量特性を得ることができる。この線形化後の流量特性では、旋回操作の起動時において操作レバー２０のレバー操作量[Ｖ]と旋回流量Ｑ_Ａ[Ｌ／ｍｉｎ]の関係を線形（一定）に保つことができる。

　旋回制御装置の一例である制御装置３９の制御対象は、特定の制御対象に限定するものでなく、旋回動作を実施するその他の作業機械、移動車両、生産機械等が有する旋回動作部が含まれる。

　次に、図８を用いて、クレーン１の制御装置３９にによる旋回モータ７ａの制御フローについて具体的に説明する。

　ステップＳ１００において、制御装置３９は、操作レバー２０が操作され、クレーン１の旋回モータ７ａによる旋回動作が開始されるか否か判断する。すなわち、制御装置３９は、演算部３９Ａにオペレータが操作レバー２０を操作した操作信号が入力されたか否か判断する。
　その結果、操作レバー２０が操作され、旋回モータ７ａによる旋回動作が開始されたと判定された場合、制御装置３９はステップをステップＳ１１０に移行させる。
　一方、操作レバー２０が操作されず、旋回モータ７ａによる旋回動作が実施されていないと判定された場合、制御装置３９はステップをステップＳ１００に移行させる。

　ステップＳ１１０において、制御装置３９は、油圧ポンプ２１の吐出流量Ｑを取得し、ステップをステップＳ１２０に移行させる。

　ステップＳ１２０において、制御装置３９は、上述したように旋回負荷圧ΔＰ_Ａを推定し、ステップをステップＳ１３０に移行させる。

　ステップＳ１３０において、制御装置３９は、演算部３９ＡにおいてステップＳ１１０で取得した油圧ポンプ２１の吐出流量ＱとステップＳ１２０で推定した旋回負荷圧ΔＰ_Ａと上述した演算式、メータイン絞りの開口面積ａ_ｉｎ、メータアウト絞りの開口面積ａ_ｏｕｔ、ブリードオフ絞りの開口面積ａ_Ｂを用いて演算部３９Ａで演算処理することで旋回流量Ｑ_Ａを推定し、ステップをステップＳ１４０に移行させる。

　ステップＳ１４０において、制御装置３９は、旋回流量Ｑ_Ａを得るためのスプールの開度の目標値を算出し、当該スプールの開度の目標値とレバー操作量との関係を線形化した線形化テーブルを作成する。続いて、制御装置３９は、ステップをステップＳ１５０に移行させる。

　ステップＳ１５０において、制御装置３９は、ステップＳ１４０で作成した線形化テーブルに基づいて決定されるレバー操作量と旋回流量Ｑ_Ａの関係を示す流動特性に基づいて、オペレータの操作レバー２０のレバー操作量に対応する旋回流量Ｑ_Ａが一意的に決定される。そして、線形化後の操作レバー２０のレバー操作量［Ｖ］に対応して、制御対象である旋回モータ７ａに対して作動油の供給が実行され、旋回台７を所望の旋回角速度［ｄｅｇ／ｓ］で旋回操作することができる（図９参照）。
　以上のように、オペレータが操作レバー２０により旋回動作を行うごとに、制御装置３９は、操作レバー２０のレバー操作量とスプールの目標値の関係を線形化した線形化テーブルを変更して、操作レバー２０のレバー操作量と旋回流量Ｑ_Ａの関係が変動しないようにしている。

　以上のように構成することで、制御装置３９では、既存の油圧回路のバルブを変更することなく、操作レバー２０のレバー操作量と、これに対応する旋回流量Ｑ_Ａの関係を線形化して旋回動作を制御することができる。これにより、油圧ポンプ２１の吐出流量Ｑや旋回負荷圧ΔＰ_Ａの変化による旋回動作（例えば、旋回角速度）の変動を抑制できる。また、例えば、旋回動作（例えば、旋回角速度）がフィードバック制御されている場合、旋回動作のフィードバック制御性が向上する。さらに、油圧ポンプ２１の吐出流量Ｑや旋回負荷圧ΔＰ_Ａの変化による旋回動作の操作品質や操作感覚の悪化を抑制することができる。すなわち、油圧ポンプ２１の吐出流量Ｑや旋回負荷圧ΔＰ_Ａによらず、操作レバー２０による旋回操作に対する旋回速度が一定となるような旋回操作性を実現することができる。

　上述の実施形態は、代表的な形態を示したに過ぎず、一実施形態の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

　本発明は、クレーン等の作業機械の旋回操作性を向上させる旋回制御装置として利用可能である。

　　　１　　クレーン（作業機械）
　　　７　　旋回台
　　７ａ　　旋回モータ（油圧モータ）
　　２０　　操作レバー（操作手段）
　　２１　　油圧ポンプ
　　２３ａ　メータイン絞り（メータイン回路）
　　２３ｂ　メータアウト絞り（メータアウト回路）
　　２３ｃ　ブリードオフ絞り（ブリードオフ回路）
　　３９　　制御装置（旋回制御装置）
　　５０　　タンク
　　ΔＰ_Ａ　旋回負荷圧
　　Ｑ　　　油圧ポンプの吐出流量
　　Ｑ_Ａ　　旋回流量

Claims

　旋回台と、
　前記旋回台を旋回操作するための操作手段と、
　前記旋回台を旋回するための油圧モータと、
　前記油圧モータに作動油を供給する油圧ポンプと、
　前記油圧モータに流入する作動油の流量を制御するメータイン回路と、
　前記油圧モータから流出する作動油の流量を制御するメータアウト回路と、
　前記油圧ポンプからタンクに戻る圧油の流量を制御するブリードオフ回路と、を備えた作業機械の旋回動作を制御する旋回制御装置であって、
　前記旋回台の旋回動作時にかかる旋回負荷圧を推定し、当該旋回負荷圧と前記油圧ポンプの吐出流量と、前記メータイン回路の開口面積と、前記メータアウト回路の開口面積と、前記ブリードオフ回路の開口面積と、から前記旋回台の旋回動作時に前記油圧モータに流入する作動油の旋回流量を所定の演算式により推定し、
　前記操作手段の操作量と前記旋回流量との関係を線形化する旋回制御装置。
　前記所定の演算式は、

（式中、Ｑ：油圧ポンプの吐出流量、ΔＰ_Ａ：旋回負荷圧、ａ_ｉｎ：メータイン回路の開口面積、ａ_ｏｕｔ：メータアウト回路の開口面積、ａ_Ｂ：ブリードオフ回路の開口面積、Ｒ：係数とする）である請求項１に記載の旋回制御装置。