JPH02199301A - 慣性体の油圧駆動装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、慣性体を駆動するアクチュエータを圧油によ
り駆動する慣性体の油圧駆動装置に関する。

〔従来の技術〕

圧油を用いである部材を駆動して所期の動作を行なう機
械は多くの分野において使用されている。

そのような機械の１つとして、例えば油圧ショベルを挙
げることができる。油圧ショベルにおいては、１つ又は
複数の油圧ポンプが搭載され、当該油圧ポンプから吐出
される圧油により、ブームシリンダ、アームシリンダ、
パケットシリンダ、旋回モータ、左右の走行モータ等の
アクチュエータが駆動される。これら各アクチュエータ
と油圧ポンプとの間にはそれぞれ流量制御弁が設けられ
ており、オペレータが油圧ショベルの運転席に備えられ
ている各アクチュエータの操作レバーを任意に操作する
ことにより前記流量制御弁がこれに応じて作動し、油圧
ポンプからアクチュエータへの圧油の流れの方向および
流量が制御され、ひいてはアクチュエータの動作が制御
され、これにより油圧ショベルの所期の作業が達成され
る。

このようなアクチュエータの駆動制御には種々の手段が
提案されているが、それらの１つに、例えば特開昭６０
−１１７０６号公報に示されているロードセンシングシ
ステムがある。このロードセンシングシステムは、アク
チュエータの駆動制御中、前記流量制御弁の油圧ポンプ
側の油圧どアクチュエータ側の油圧（負荷圧）との差圧
（流量制御弁のメータリングオリフィスにより生じる差
圧）が常に、ある定められた所定値になるように油圧ポ
ンプ（可変容量油圧ポンプ）を制御する手段を備えるや
さらに詳細に述べると、今、可変容量油圧ポンプがその
斜板等の傾転角により定まる一定流量を吐出し、これに
よりアクチュエータが駆動されている状態において、当
該アクチュエータを増速すべく前記操作レバーが操作さ
れると、これに応じて流量制御弁の開口面積が増加する
。

このため、必然的に前記差圧は減少し７て前記所定値と
の間に偏差を生じる。この偏差に応じて可変容量油圧ポ
ンプに、その傾転角を大きくして圧油の吐出流量を増加
させる指令が出力される。これにより流量制御弁を通過
する油量は増大してアクチュエータは増速され、かつ、
同時に前記差圧も増大して前記所定値に戻る。このよう
にして、常に前記差圧を所定値に保持するように可変容
量油圧ポンプを制御することにより、アクチュエータを
操作レバーの操作に応じて駆動制御することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記ロードセンシングシステムは、可変容量油圧ポンプ
の入力トルク制御手段により制限される・トルクの範囲
内において、アクチュエータへの流量は流量制御弁の開
度のみによって決定されるものであり、アクチュエータ
の速度制御手段として極めて優れた手段である。しかし
ながら、このようなロードセンシングシステムにあって
は、慣性の大なる負荷（以下単に慣性体という。）を駆
動する場合に不都合を生じる。

以下、これを油圧ショベルの旋回モータの例により説明
する。油圧ショベルの旋回モータは、フロント機構が取
付けられ、かつ、原動機、油圧モータ、運転室、その他
の装置が設置された上部旋回体を回転させるアクチュエ
ータ、即ち慣性体を駆動するアクチュエータである。し
たがって、起動に際しては大きな圧力が必要であり、こ
のため、油圧ショベルのオペレータは旋回モータの起動
に際し操作レバーの操作量を最大とするのが通常である
。ところで、ロードセンシングシステムにおいては、上
記操作レバーの操作量が最大とされると流量制御弁の開
度も最大関度となり、この最大開度に応じて可変容量油
圧ポンプが流量を供給しようとするので、今、旋回モー
タの加速時を考えると、旋回モータには当該最大開度に
対応する流量とリリーフ弁設定圧力とにより定まる動力
が加えられ、この動力により加速されることになる。

このため上部旋回体と旋回モータとの間に介在する歯車
等の動力伝達機構に過大な動力が加えられることになり
、動力伝達機構に対して寿命低下環の悪影響を及ぼす、
さらに旋回モータに実際に流入する流量以外の余剰の流
量はリリーフ弁を介してタンクに流出し、動力損失を発
生する。

ロードセンシングシステムにおけるこのような不都合を
防止するには、可変容量油圧ポンプの入力トルクを制限
する手段が考えられるが、このような手段は、旋回モー
タと他のアクチュエータとを同時に駆動する複合操作を
行う場合、各アクチュエータに配分される動力の低下を
招き、作業能力が低下するので、到底採用することはで
きない。

そして、上記の不都合は油圧ショベルの旋回モータに限
らず、種ケの油圧機械における慣性体を駆動する油圧ア
クチュエータでは常に生じる問題である。

本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、
ロードセンシングシステムが採用されている油圧装置に
おいて、慣性体を駆動するアクチュエータに過大な動力
が配分されるのを防止することができ、ひいては機構部
の寿命低下を防止することができる慣性体の油、正駆動
装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明は、慣性体と、こ
れを駆動する油圧アクチュエータと、この油圧アクチュ
エータに圧油を供給する油圧ボンプと、前記油圧アクチ
ュエータの駆動を制御する切換弁と、この切換弁の流量
制御絞りの前後差圧が予め定められた設定値になるよう
に篩後柚掻卓轟五龜ｉ番移暴壽制御する差圧制御手段と
を備えた油圧駆動装置において、前記切換弁への切換指
令が出力されたとき当該切換弁の開度を前記切換指令の
指令値に相当する値に達するまで予め定められた速度特
性に基づいて変化させてゆく開度制御手段を設け、前記
油圧アクチュエータに負荷される動力を所定の大きさ以
下に制限することを特徴とする。

〔作用〕

慣性体を駆動する油圧アクチュエータにおいて、その駆
動を制御する切換弁に対して切換指令が出力されたとき
、切換弁の開度をただちに切換指令の指令値とすること
なく、あらかじめ定められた速度で徐々に変化させてゆ
き、最後に当該指令値の開度とする。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る油圧ショベルの油圧駆動
装置の油圧回路図である。図で、１は圧油供給機構を示
す。この圧油供給機構１は、可変容量油圧ポンプ２．３
、それらのおしのけ容積可変機構（斜板で代表させる）
２ａ、３ａ、各斜板２ａ、３ａを駆動する油圧シリンダ
４、入力トルク制御を行う制御弁５、およびロードセン
シングシステム制御を行う制御弁６で構成されている。

７はパイロットポンプ、８はパイロットポンプ７の回路
の最高圧を規定するリリーフ弁である。

１０は油圧ショベルの旋回モータ、ＩＯＬは旋回モータ
１０の図示しない操作レバーの操作量に応じた信号を出
力する操作指令信号発生器、１１は旋回モータ１０の切
換弁機構を示す。切換弁機構１１は、オーバーロードリ
リーフ弁１３ａ。

１３ｂ、流量制御弁１２、および調整弁１４で構成され
ている。１５は油圧ショベルのブームシリンダ、１５Ｌ
はブームシリンダ１５の図示しない操作レバーの操作量
に応じ°た信号を出力する操作指令信号発生器、１６は
ブームシリンダ１５の切換弁機構を示す。切換弁機構１
６は切換弁機構１１と同じく、流量制御弁１７、オーバ
ーロードリリーフ弁１８ａ、１８ｂ、および調整弁１９
で構成されている。２０は旋回モータ１０およびブーム
シリンダ１５の負荷圧のうちの高圧を選択するシャトル
弁、２１は可変容量油圧ポンプ２．３の油圧回路の最高
圧を規定するリーフ弁である。２２は操作指令信号発生
器１０Ｌ、１５Ｌの信号を入力し、これに基づいて流量
制御弁１２．１７の開度を制御する制御装置であり、マ
イクロコンピュータで構成されている。

次に、本実施例の動作を第２図に示すフローチャート、
第３図に示す開度変化速度特性図および第４図に示す駆
動圧力特性図を参照しながら説明する。旋回モータｌＯ
の操作レバーが操作されるとその操作量に応じて操作指
令信号発生器１０Ｌから信号が出力され、この信号に基
づいて制御装置２２は流量制御弁１２を所定の開度に駆
動する。

この制御装置２２の動作については後述する。流量制御
弁１２が開くと旋回モータ１０に可変容量油圧ポンプ２
，３の圧油が供給され、旋回モータ１０が駆動される。

ブームシリンダ１５も同様の動作により駆動される。

このような油圧アクチュエータの駆動において、制御弁
５は可変容量油圧ポンプ２．３の吐出圧を導入して入力
トルクがある設定値以上になるのを制限する入力トルク
制御を行い、又、制御弁６は可変容量油圧ポンプ２，３
の吐出圧とシャトル弁２０からの最高負荷圧とを導いて
ロードセンシング制御を行う。さらに、調整弁１４は複
合操作が行われた場合の負荷圧の大小による圧油の流量
の偏りを調整する機能を有する。以上の動作は公知であ
るので、詳細な説明は省略する。

ここで、操作指令信号発生器１０Ｌ、１５Ｌから指令信
号が出力されたときの制御装置２２の操作について説明
する。制御装置２２は、まずこれら指令信号を読込む（
第２図に示すフローチャートにおける手順Ｓ１）、そし
て、流量制御弁１７に対しては操作指令信号発生器１５
Ｌから出力された指令信号に応じた駆動信号を出力し、
流量制御弁１７を当該駆動信号に応じた開度とする。こ
れにより、ブームシリンダ１５はその開度に応じた速度
で駆動される。

一方、旋回モータ１０に対しては、制御装置２２によっ
て、前述のように過大な動力が加わるのを避ける制御が
実行される。この制御は次のような考えに基づく制御で
ある。即ち、今、慣性体の慣性モーメントをＪ、油圧シ
ョベルの上部旋回体の回転角速度をω、駆動圧力をＰ、
旋回モータ１０の容量をＤ、旋回モータ１０への流量を
Ｑとすると次式が成立する。

ｄｔ ここで、ω＝Ｑ／Ｄであるから、 １）”ｄｔ となる。（２）式は、旋回モータ１０に加わる圧力Ｐを
流量Ｑの時間変化速度（ｄＱ／ｄｔ）の調整により制御
することができることを示している。制御装置２２は、
流量制御弁１２の開度を時間函数的に制御することによ
り旋回モータ１０に供給される流量の時間変化速度を調
整し、これにより旋回モータ１０に加わる動力を制御す
るものである。

第２図に示すフローチャートの手順８２以下の処理は、
このような制御を行うための処理である。

次に、この処理を説明する。

手順Ｓ、で操作指令信号発生器１０Ｌからの信号が読込
まれると、これを制御開始信号として流量制御弁１２に
対する弁開度の制御が実施される。

即ち、まず、流量制御弁１２に対する弁開度の前回の指
令値（後述する手順Ｓ、により得られる指令値）から弁
開度変化速度が求められる（手順Ｓ、）。

第３図に、弁開度指令値に対する弁開度変化速度の特性
が示されている。このような特性は制御装置２２に備え
られた関数発生器により得られ、又は記憶装置に記憶さ
れている。第３図の実線から明らかなように、弁開度変
化速度は、弁開度指令値が０からある値までは最大値と
され、以後直線状に低下するように設定されている。こ
の場合は旋回モータ１０の起動時の最初の処理であるか
ら。

前回の弁開度指令値はＯである。

次に、流量制御弁１２に対して最初の弁開度指令値を出
力するために、これを今回の弁開度指令値として演算に
より求める（手順Ｓ３）。即ち、今回の弁開度指令値は
、前回の弁開度指令値に（開度変化速度×ΔＴ）を加算
して求める。この場合、前回の弁開度指令値は０、開度
変化速度は手順Ｓｔの処理により求められた値、ΔＴは
処理手順が一巡するのに要する時間（時間刻み）である
、このようにして求められた今回の弁開度指令値は、流
量制御弁１２の弁開度最大値と比較される（手順Ｓ９）
、今回の弁開度指令値が流量制御弁１２の弁開度最大値
に達していない場合、処理は手順Ｓ。

に移り、今度は、今回の弁開度指令値が、手順Ｓ。

で読込まれた操作指令信号発生器１０Ｌの指令信号に相
当する値と比較される。今回の弁開度指令値が当該指令
信号に相当する値に達していない場合、手順Ｓ、で得ら
れた今回の弁開度指令値を流量制御弁１２の弁開度指令
値として出力する（手順Ｓ６）。そして、処理は再び手
順Ｓ１に戻り、手順Ｓ、〜Ｓ＆の処理が繰返えされる。

上記の処理の繰返えしにより、流量制御弁１２の弁開度
指令値は旋回モータ１０の操作レバーの操作量にかかわ
らず徐々に増加してゆき、その増加の速度は第３図に示
す開度変化速度に対応した速度となる。そして、手順Ｓ
Ｓで、今回の弁開度指令値が操作指令信号発生器１０Ｌ
の出力信号に達したと判断されると、手順Ｓ３で求めた
今回の弁開度指令値がどのような値であっても、この値
を操作指令信号発生器１０Ｌの出力信号に相当する弁開
度指令値と置き換え（手順Ｓ７）、置き換えた弁開度指
令値を流量制御弁１２に出力する（手順Ｓ＆）、即ち、
旋回モータ１０の操作レバーの操作量に応じた弁開度指
令値が流量制御弁１２に出力される。又、手順Ｓ４で、
今回の弁開度指令値が流量制御弁１２の弁開度最大値に
達していると判断された場合には、手順Ｓ、で求められ
た今回の弁開度指令値の如何にかかわらず、これを弁開
度最大値と置き換え（手順ＳＳ）、この弁開度最大値を
流量制御弁１２に出力する（手順Ｓ＆）。

上記の制御により旋回モータ１０の駆動圧力は流量制御
弁１２の弁開度の時間的な変化で制御される。ここで、
ロードセンシング制御においては、当該弁開度は旋回モ
ータ１０への流量に比例するので、結局、旋回モータ１
０の駆動圧力は当該流量で制御されることになる。第４
図は第３図に示す開度変化速度にしたがった場合の旋回
モータ１０の流量に対する駆動圧力の特性図であり、こ
れにより、旋回モータ１０へ負荷する動力が所定の値を
越えないように制御し得ることが明らかである。

このように、本実施例では、旋回モータの弁開度を、そ
の指令値に相当する弁開度まで所定の開度変化速度で徐
々に増加させてゆくようにしたので、ロードセンシング
システムを採用していても、旋回モータに過大な動力が
加わるのを防止することができ、ひいてはその伝達機構
の寿命の低下を防止することができ、さらに余剰流量が
リリーフされることにより発生する動力損失を防止する
ことができる。又、油圧ショベルにあっては、ブームの
上げ動作と上部旋回体の旋回動作とを同時に行う作業が
多用されるが、この作業では一層に、ブーム上げ速度に
比較して上部旋回体の旋回速度が早過ぎるきらいがある
。しかし、本実施例の制御手段を採用し開度変化速度の
特性を任意に設定することにより、動力を適切に配分す
ることができるので、結局、両者をタイミング良（駆動
することができる。

第５図は本発明の他の実施例に係る油圧ショベルの油圧
駆動装置の油圧回路図である０図で、第１図に示す部分
と同−又は等価な部分には同一符号を付して説明を省略
する。１１′は旋回モータ１０の切換弁機構である。こ
の切換弁機構１１゛において、第１図に示す流量制御弁
１２に相当するのは、ポペット弁１２ａ、〜１２ａ４お
よび電磁比例弁１２ｂ、〜１２ｂ４である。１６′　は
ブームシリンダ１５の切換弁機構である。この切換弁機
構１６′において、第１図に示す流量制御弁１７に相当
するのは、ポペット弁１７ａ＋〜１７ａ４および電磁比
例弁１７ｂ１〜１７ｂ４である。

２２′　は第１図に示す制御装置２２に相当する制御装
置である。２３は旋回モータ１０とブームシリンダ１５
の負荷圧を導く共通のパイロット管路に設けられた絞り
であり、この絞り２３により最高負荷圧が制御弁６に与
えられることになる。

制御装置２２′から電磁比例弁１２ｂ＋、１２ｂｔに指
令信号が出力されると、この指令信号に応じた開度でポ
ペット弁１２ａ＋、１２ａｔが開き、旋回モータ１０が
駆動される。又、電磁比例弁１２ｂ５，１２ｂ４に指令
信号が出力されると、これに応じた開度でポペット弁１
２ａ３，１２ａｎが開き、旋回モータ１０が逆方向に駆
動される。ブームシリンダ１５の駆動も同様になされる
。制御装置２２′の処理手順は第１図に示す制御装置２
２の処理手順と同じであり、これによる旋回モータ１０
、ブームシリンダ１５の制御態様も同じであって、さき
の実施例の効果と同じ効果を奏する。

なお、上記各実施例の説明では、油圧アクチュエータと
して油圧ショベルの旋回モータを例示して説明したが、
これに限ることはなく、慣性体を駆動する油圧アクチュ
エータであればどのようなものに対しても適用可能であ
る。又、第３図に示す開度変化速度特性を破線に示すよ
うに双曲線とすれば、より良い等馬力近似が可能となる
。さらに、上記特性を慣性モーメントやポンプ回転数に
より補正すれば、より一層良好な特性を得ることができ
る。また、上記各実施例ではポンプ吐出流量を操作する
ことにより流量制御弁メータリングオリフィスの前後の
差圧を制御する例を示したが、これに限らず公知の弁に
より、余剰の流量をタンクに流出して上記差圧を制御す
る方式でも良いし、最終的に調整弁１４．１９で調整さ
れるオリフィス差圧より所定の値だけ大きな差圧に調整
しても良い。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、開度制御手段により、
切換弁の開度を予め定められた速度特性に基づいて変化
させてゆ（ようにしたので、慣性体を駆動する油圧アク
チュエータに過大な動力が配分されるのを防止すること
ができ、ひいては機構部の寿命低下を防止することがで
きる。又、当該油圧アクチュエータ以外の油圧アクチュ
エータが備えられ、その油圧アクチュエータとの複合操
作がなされる場合、各油圧アクチュエータを適切に作動
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る油圧ショベルの油圧駆動
装置の油圧回路図、第２図、第３図および第４図はそれ
ぞれ第１図に示す制御装置の動作を説明するフローチャ
ート、開度変化速度特性図および駆動圧力特性図、第５
図は本発明の他の実施例に係る油圧ショベルの油圧駆動
装置の油圧回路図である。 ２．３・・・・・・可変容量油圧ポンプ、５，６・・・
・・・制御弁、１０・・・・・・旋回モータ、ＩＯＬ、
１５Ｌ・・・・・・操作指令信号発生器、１２．１７・
・・・・・流量制御弁、１２ａ１〜１２ａ４，１７ａ＋
〜１７ａ４・・・・・・ポペット弁、１２ｂ＋〜１２ｂ
４，１７ｂ、〜１７ｂ４・・・・・・電磁比例弁、１４
．１９・・・・・・調整弁、１５・・・・・・ブームシ
リンダ、２０・・・・・・シャトル弁、２２゜・・・・
・・制御装置、 ２３・・・・・・絞り。 労間度ネ１今儀 流 ■

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 慣性体と、これを駆動する油圧アクチユエータと、この
   油圧アクチユエータに圧油を供給する油圧ポンプと、前
   記油圧アクチユエータの駆動を制御する切換弁と、この
   切換弁の絞りの前後差圧が予め定められた設定値になる
   ように制御する差圧制御手段とを備えた油圧駆動装置に
   おいて、前記切換弁への切換指令が出力されたとき当該
   切換弁の開度を前記切換指令の指令値に相当する値に達
   するまで予め定められた速度特性に基づいて変化させて
   ゆく開度制御手段を設けたことを特徴とする慣性体の油
   圧駆動装置。