JPH02213528A - 建設機械の作動制御方法とその装置 - 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 この発明は、主として、建設機械の作業装置の作動１機
体の移動などの複雑な操作の制御を容易、確実にするた
めの制御方法と、その装置に関するものである。

従来の技術 建設機械の各種作業装置の作動、姿勢のセツティング、
位置の保持５機体の移動、それら作動の緩急など、動力
の配分・制御は、従来から、運転室や運転席付近に設け
られた操作レバ、ペダル等を前後、上下、ないしは左右
に操作することによりなされていたが、建設機械の大型
化や、作業能率の向上、運転者の疲労軽減などの目的で
、油圧、空気圧、電気などを利用する倍力機構などを介
して操作することで対処してきた。

然るに、近年に至り、更に、建設機械が人力施工にとっ
て代り、非常に緻密な工種を迅速に、しかも、運転者の
技量にのみ期待することなく、安全で経済的に施工する
に適した操縦性能を有する機械が求められてきた。

これらの要求を満足するには、各種作業条件。

作業時負荷、操作レバ等の操作加減に応じた動力の配分
、関係作業装置の相対的作業速度比の保持、各アクチュ
エータの円滑な、作動などが可能な制御系が必要であり
、１人の運転者のみの能力では適応しきれなくなってい
るので、例えば、油圧動力を利用した建設機械では、作
業装置作動用の動力配分操作は運転者の操作により得ら
れるパイロット油圧により作動させ、一方１作業条件に
対応する上述の如き関連制御事項は、機械各部の状態を
ピックアップ、センサなとで監視しながら運転者が新た
な電気信号を発信させて、所望の機械運転条件に導くと
いった複雑な操作か必要である。

このような機械運転時の制御装置として従来から用いら
れてきた制御信号発信装置の例を示すと次のようなもの
がある。すなわち、 第６図に示すのは油圧式リモートコントロール弁（以下
リモコン弁と称す）の要部断面を示す図であり、一般的
には、操作レバ２ａを中心として、４方向に放射状等間
隔に、スプール３Ｑ、比例油圧信号発生手段４αが配置
されており、操作レバ２Ｑを前、後、左、右に傾倒させ
ることにより、ｌまたは２側のプウシュロ・ソド３αか
下方に押下げられ、その移動量だけ、すなわち、操作レ
バの傾倒角度、方向に比例する量だけ、上記比例油圧信
号発生手段４αに内蔵のスプリングが圧縮されるので、
その反発力が増大し、その増大反発力に見合う圧力か発
生するまで、油圧源６の圧油が油圧信号ボートｌＯへと
流入していく構造となっている。一方、油圧信号ボート
ｌＯに信号圧力が保持された状態から、操作レバ２Ｑか
中立方向へ復帰し、比例油圧信号発生手段４α内蔵のス
プリングの反発力か減少すると、油圧信号ボートｌＯは
タンクボート７に連通し、信号圧力は低下していくもの
である。

第７図は、操作レバ２αの左右方向に配置された比例油
圧信号発生部４Ｑ、４にＬ’の油圧系統図を示す図で、
操作レバ２ａを左右に傾倒させる角度に比例した信号圧
力かパイロット管路８．８′へと伝達されることを示す
、第８図は、第７図の比例油圧信号発生部４Ｑまたは４
Ｑ：における操作レバストロークＳと信号圧力Ｐ、どの
関係特性を示す線図で、この比例特性を利用して、例え
ば、油圧切換弁の開度制御などの遠隔制御がなされる。

次に、第９図に示す図は、操作レバ２ｄの傾倒角度に比
例した電気信号を発生させる装置の要部断面図であり、
前述のリモコン弁と同様、操作レバ２ぜを中心として４
方向に、ブツシュロッド３（と、これに連動する比例電
気信号発生手段５αが放射状に配置された、いわゆる、
ジョイスティックと称されるものである。この比例電気
信号発生手段５ｃＬの構成・記号の１例は第１θ図に示
す如きボテンシジメータで構成され、操作レバ２ｄを或
方向に操作すると、その方向にあるｌまたは２のブツシ
ュロッド３ｇが下方に移動し、これに連動する接点で内
部の電気抵抗を変化させることにより電気信号に変化を
もたらすようにしたもので、その特性は第１１図に示す
如く、操作レバストロークＳに比例して信号電圧Ｅｉが
増大するように示しであるが、逆にＥムが減少する特性
にすることも当然容易である。

発明が解決しようとする課題 上述したように、遠隔制御用の油圧信号発生装置と、電
気信号発生装置とは、従来の技術では。

それぞれ別個の製品でしかなく、遠隔操作システムにお
いて１強力な操作力を要する制御には主として、前述の
リモコン弁を、操作レバストロークと酸部分の作動、状
態などから検出した電気信号とを加味した新たな電気信
号として指令を発するような、いわゆるメカトロ制御に
は、ジョイスティックを、と使い分けしており、それら
を同時に使用することも往々にしであるので、構成も複
雑なうえ１Ｍ転操作も煩雑となる傾向にある。

この発明は、上記に鑑み、単一の操作レバな操作するの
みで、その操作レバストロークに比例した油圧、電気信
号を含む複数信号を同時に発生する手段を含む位置で、
その装置で発生する異なる複数の信号を、複数の異なる
機能を発揮する建設機械の制御系に、それぞれ、同時に
供給し、所期の合理的作動をなさしめようとするもので
ある。

課題を解決するための手段 この発明の目的とする建設機械における各種作動を合理
的に作動させる制御方法は１次の要件を具備する制御信
号発信装置を使用することにより達成される。すなわち
、その装置は、 イ、）操作レバストロークに比例して移動する部材と、
該部材に係合し、連動する複数の手段を有するリモコン
弁であって、 口、）　上記連動する複数の手段のうちの一部は、その
移動量に比例して、油圧源からの圧油を減圧してパイロ
ット油圧としての信号を発生させる比例油圧信号発生手
段であり、 ハ、）さらに、前記連動する複数の手段のうちの１部ま
たは残部は、その移動量に比例する電気信号を発生する
比例電気信号発生手段と、を具Ｉｌ！ｌ要件とする作動
制御３１′６１ｔ置であること。

作　　　用 この発明にかかる装置を組込んだ油圧回路の建設機械の
運転に当り、主作業装置の作動１機体の移動などをさせ
る操作レバを操作して作業をしようとすると、操作レバ
の操作量に比例した油圧信号はもとより、電気信号も同
時に得られる。従って、例えば、油圧信号を、パイロッ
ト油圧切換式の主作業装置作動用油圧切換弁のパイロッ
ト油室に接続し、同時に発生する電気信号を、直接また
は、エンジンの回転数、出力、アクチュエータの負荷圧
力などを示す電気信号と上記電気信号とから、新たな指
令電気信号を発するコントローラを介してメインポンプ
の吐出油量、切換弁・絞り弁などの作動量を加減するそ
れらの受信部に接続しておくと、常時、所望の連転状態
を、自動的に保持することが可能となるので、従来の如
く、操作レバの微妙な操作、異なる制御信号が必要な場
合毎に別個の操作レバの設置、操作をすることなく、単
一の操作レバの操作により、複数個所の制御効果が発揮
できる。

実　　　施　　　例 この発明の実施例を図に基づいて説明する。

第１図は、この発明にかかる制御信号発信装置１の要部
断面図を示す１図において、２は建設機械の運転席近く
に設けた操作スタンドＥの操作レバで、その取付中心軸
線Ｙ−Ｙに対し、ユニバーサルジヨイントを介して前後
左右何れの方向へも傾倒自在である。この中心軸線Ｙ−
Ｙを中心として放射状に５通常、前、後、左、右、４方
向にブツシュロット３を配設し、その頂部は、操作レバ
と一体に傾倒する皿状部材の下面に接している。

４は従来技術で述べたリモコン弁における４αと同様の
機能を有する比例油圧信号発生手段であって、パイロッ
トポンプ９から管路２１、油圧源ボート６を経て供給さ
れた規定圧油を、操作レバ２の傾倒角度、すなわち、ブ
ツシュロット３の移ｍｌに比例した圧力に変化させ、パ
イロット圧として、油圧信号ボートｌＯからパイロット
管路８により所望の被制御部機器、例えば油圧切換弁の
パイロット油室へと供給される。

また、５は比例電気信号発生手段の１例で、第２図は第
１図におけるｘ−ｘ矢視断面を示す詳細図であるが、こ
れらの図において、１２はブツシュロット３と共に移動
する絶縁体、Ａはその本体であり、該本体Ａの内面には
、相互に電気的に絶縁された抵抗素子１４とこれに平行
な導電体１４αとがあり、これらに同時に接触し、長手
方向に［＋する如く、ブラシ１３が、上記絶縁体１２の
側面に固設しである。そうして、抵抗素子１４の両端部
および導電体１４αから、それぞれ、接続端子１５，１
６．１７が外部に向けて設けられ。

更に、これらに接続する電線１８，１９，２０がある。

従って、上記構成の制御信号発信装置ｌは、ブツシュロ
ット３が下方に移動すること、すなわち、操作レバ２の
その方向のストロークが大きくなるにつれ、油圧信号ボ
ート１０からのパイロット信号圧力は増大し、接続端子
ｉｓ、ｉｓ間の電気抵抗に対し、ブラシ１３の位置か変
ることにより、接続端子１６．１７間、または、１５．
１７間の電気抵抗は変化するので、接続端子１５に連な
る電線１８と、接続端子１６に連なる電線１９との間に
電源電圧を加えると、電線１９．２０間または１８．２
０間で変化する電気信号を取出すことが可能である。

上記構成を簡明に記号により示した系統図が第３図であ
り、この図は、ブウシュロット３が４個配置された制御
信号発信装置１のうち、操作レバ２が１前後または左右
の２方向に操作されるとき、比例油圧信号発生手段４．
４′と比例電気信号発生手段５．５′が作動することを
示すものである。

第４図は、制御信号発生装置１のうちの１対の比例油圧
信号発生手段と比例電気信号発生手段の特性の１例を示
す線図であり、１個の操作レバストロークＳの増大に伴
ない、パイロット信号圧力Ｐｔは、Ｓ　−Ｐｉ特性に示
す如く増大し、信号電圧Ｅムは５ＥｉＩ特性の如く増大
したり、Ｓ　−Ｅｉ　Ｉｆ特性に示す如く減少し・たり
することが可能であることを示す。

以上の如き特性を有する制御信号発信装置を備えた建設
機械の制御方法の１例として、油圧ショベルの作業装置
作動用のアクチュエータの１つであるアームシリンダの
油圧系統を示す第５図に基づいて説明する。

図におい°Ｃ１２１，９は、それぞれ、エンジン２２で
駆動されるメインポンプとパイロットポンプであり、メ
インポンプ２１はアーム２６回動用のアームシリンダ２
７を伸縮させる油圧切換弁２３８よびその他のアクチュ
エータ用の油圧切換弁に圧油を供給し、パイロットポン
プ９は、この発明にかかる制御信号発信装ａｌｌ、後述
のコントローラ２５など、主として、操作系の油圧源と
なる。

２４はアームシリンダ２７のロット側油室２７４と、油
圧切換弁２３とを接続する管路３０の中間に設けられ、
チエツク弁および外部信号の大小に応じて絞り効果が変
化する絞り弁からなる可変スローリターン弁、２７αは
管路２９を介して油圧切換弁２３に接続するヘッド側油
室、２８はエンジン２２の回転速度を電気信号として取
出す回転数検出器である。

コントローラ２５は、上記制御信号発信装２１ｔｌと回
転数検出器２８とからの電気信号が演算部２５αに入力
されると、それらの信号の大小の組合わせに対応し、予
めプログラムされたルールに基づく新たな電気信号を信
号変換部２５ｄに送り、該変換部２５（で圧力信号に変
換して管路３３に出力し、ｕｆ変ススローリターン弁２
４受信部に供給するようになっている。なお、３１．３
２は、制御信号発信装ａＩｌの操作レバ２の操作により
得られる油圧信号を油圧切換弁２３の受信部に伝達する
パイロット管路である。

以Ｅのような油圧ショベルのアームおよびアームシリン
ダの構成においては、他のこれに類した構成においても
、はとんど同様の現象となるものであるが、一般的に、
図においても明らかな様に、アーム２６の回動中心点を
通る垂直線Ｚ−２に対し、アーム２６およびこれに取付
けた工具、付属装置、作業負荷を含めた重心位置が、図
の左方にあるときはその自重により、アームシリンダ２
７は強制的に伸長する方向に力を受ける。従つて、アー
ムシリンダ２７を収縮状態から伸長させる過程において
、メインポンプ２１の吐出油量か標準量よりも少ないと
き、すなわち、エンジン２２の低速回転時や、油圧切換
弁２３の切換開度が不適当なときは、メインポンプ２１
の吐出油が、油圧切換弁２３、管路２９を通りヘット側
油室２７αに供給されてアームシリンダ２７が伸長する
速度よりも早い速度で伸長するように、ロット側油室２
フイの圧油が、管路３０．油圧切換弁２３を通り、タン
ク１１へ戻るので、ヘット側油室２７αには真空状の空
隙が発生し、アーム２６を弓続いて更に回動させようと
する時、その作動か一時的に停止するなどの作動上の不
工合を生じ、緻密な作業に従事するには相当の技量を必
要とする。

このような現象を防止する目的で、従来技術においては
、管路３０の中間に、ロット側油室２フイに向けては自
由通路の機能を果たすチエツク弁と、このチエツク弁と
並列に絞り弁を設け、通常の作業時負荷の下で、なおか
つ、エンジンは定格回転速度よりも若干低めのときにお
いて、ヘッド側油室２７αに空隙か生じない程度に、上
記絞り弁の絞り効果を付与しておく方法がとられてきた
ゆ しかしながら、昨今の如く、油圧ショベルまたは類似の
作業用機械が、１台で多種の作業に使用され、その作業
内容も遅速、精粗と種々雑多で、しかも、経済的に、か
つ、＃別の運転技量、特定操作をすることなく、これら
の要求に対応できることが望まれる。

この様な用途に対し、第５図に示す、この発明にかかる
作動制御方法および装置を装備すると容易にその目的と
する要望が満足される。

すなわち、アーム２６を回動させるべく、アームシリン
ダ２７を収縮状態から伸長させるため。

操作レバ２を操作すると、従来の油圧式リモコン弁と同
様、制御１＠号発信装置ｌからパイロット圧信号かパイ
ロット管路３１または３２を経て油圧切換弁２３を操作
レバ２の操作ストロークに比例する開度に作動させると
ともに、上記制御信号発＠装置から、操作レバ２の操作
ストロークに比例する電気信号が発生し、一方、回転数
検出器２Ｂからは、エンジン２２の回転数に比例する電
気信号が発生し、これらの電気信号は電線によりコント
ローラ２５の演算部２５αに導いであるので、信号変換
部２５（からの出力信号はスローリターン弁２４の可変
絞り弁の絞り効果を加減する。

先にも述べた演算部２５αに予めプログラムされたルー
ルは、上記の場合、油圧切換弁２３の切換開度と、その
ときのエンジン２２の回転数の下でのメインポンプ２Ｉ
の吐出量でもって、伸長するアームシリンダ２７のヘッ
ト側油室２７αに空隙か生じない程度にスローリターン
弁２４内の可変絞り弁の絞り効果が過不足なく発揮でき
る信号が、信号変換部２５１から出力されるように設定
されている。

なお、上記コントローラ２５の演算部２５（Ｌに入力さ
れる情報は、制御信号発＠装置１と回転数検出器２８と
からの電気信号としたが、この他に、例えば、負荷状態
を示す管路３０の圧力、アーム２６の角度など各種の情
報と制御信号発信装ｆｉｔからの情報を組合わせ入力し
てもよい。

また、この実施例における制御信号発信装置においては
、１つの操作レバの１方向への系統による１つのブツシ
ュロッドの移動に対し、１対の比例油圧信号発信手段と
比例電気信号発生手段とから制御信号が発信される如く
説明したが、必ずしも１対である必要はなく、それぞれ
複数の信号を同時に発信し、複数の制御系に利用するこ
とをも含むことは当然である。

発明の効果 この発明にかかる作動制御方法によれば、単一の操作レ
バな操作することにより、同時に得られる複数の異質の
信号によって、主作動部の作動の他に、その他の信号を
直接または、その機械の運転・作業条件等から得られる
情報を加味して得られる新たな信号を、上記主作動部の
特定の作動に必要な制御系、その他の制御系へも、自動
的に作用させることができるので、建設機械の作動は合
理的となり、その運転操作は簡易化され、未熟な運転者
でも、微妙なレバ操作を強いられることはなく、緻密な
作業を円滑、正確、安全、迅速に運転することのてきる
建設機械の実現が可能であり、また、本発明にかかる作
動制御装置を上記制御方法に応用することにより、操作
レバの数も少なくて済むので操作スタンドは簡略化され
、しかも、十分な機能を具備し１Ｍ転時の誤操作も少な
く、かつ、経済的である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる２系統信号の場合の制御信号
発信装置の要部断面図、第２図は第１図のＸ−ｘ矢視断
面図、第３図は第１図を記号により示す電気・油圧系統
の機器ａ成図、第４図は制御信号発信装置からの信号の
特性線図、第５図はこの発明にかかる建設機械の作動制
御方法を油圧ショベルのアーム作動系統に利用した１例
の電気・油圧系統図、第６図は従来の油圧式のリモコン
弁の要部断面図、第７図は第６図を記号により示す油圧
系統構成図、第８図はリモコン弁の油圧信号の特性線図
、第９図は従来のショイスティッりの要部断面図、第１
０図は第９図の記号による構ｒ＆図、第１ｉ図はジョイ
スティックの電気信号の特性線図である。 ｌ　・・・・・・・・・・ ４．４α　・・・・ ５．５α　・・・・ １２　・・・・・・・・ １３　・・・・・φ・・ １４　・・・・・・・・ １５．１６．１７ ２４　　・・・・・・・・ ２５　・・・・・・・・ ２８　・・・・・・・・ 制御信号発信装置 比例油圧信号発信手段 比例電気信号発信手段 絶縁体 ブラシ 抵抗素子 ・・・・・・　接続端子 可変スローリターン弁 コントローラ 回転数検出器 以 り

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）操作レバを操作し、その操作量に比例する信号を
   発生させ、当該信号により運転をするリモートコントロ
   ール方式の制御系において、１個の操作レバを操作する
   ことにより、その操作量に比例した油圧および電気信号
   を含む複数信号を同時に取出し、各種制御装置へ、直接
   または間接的に、供給する如くしたことを特徴とする建
   設機械の作動制御方法。
2. （２）リモートコントロール方式の制御系に使用するパ
   イロット弁であって、操作レバの操作量に応じて作動す
   る部材の移動量に比例して、油圧源からの圧油を減圧し
   てパイロット油圧信号を発生する機能と、上記部材に連
   動して、その移動量に比例する電気信号を発生する機能
   を含む複数の信号発生機能を具備したことを特徴とする
   建設機械の作動制御装置。