JPH0389003A - 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１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７クチユエータ
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遠戚され
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
側の油圧と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てい
る。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
、慣性の人なる負荷（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
度も最大開度となり、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等の悪影響を及ぼす。

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５種々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圧腿動装
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ポンプと、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を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
されたとき前記差圧制御手段を前記切換弁の絞りの前後
差圧が予め定められた変化態様で変化するように駆動制
御する差圧変化制御手段を設け、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
、切換弁の絞りの前後差圧を差圧変化制御手段で差圧制
御手段を駆動することにより予め定められた変化態様で
変化させてゆき、最終的に所定の設定値に到達させる。

［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しこ係る油圧ショベルの油圧邪
動装置の油圧回路図である９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は旋何モータ
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、↓５Ｌ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１６は切換弁機構１１と同しく、流量制御
弁１７、オーバーロートリリーフ弁１８ａ、１８ｂ、お
よび調整弁１９で構成されている。２０は旋回モータ１
０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
。２３．２４は電磁比例減圧弁であり、これらから出力
される制御圧力はそれぞれ調整弁１４．１９に導かれる
。

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図に示す差圧変化目標値特性図および第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１
０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
。

流量制御弁上２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力刊区
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代償による圧油の流量
の偏りを調整する機能を有するとともに、流量制御弁上
２の流量制御絞り前後の差圧を電磁比例減圧弁２３から
導かれる制御圧力に応じて制御する機能をも有する。

ここで、操作指令信号発生器１０Ｌ、Ｌ５Ｌから指令信
号が出力されたときの制御装置２２の動作について説明
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Ｓ□）。そし
て、流量制御弁１７に対しては操作指令信号発生１１５
Ｌから出力された指令信号に応じた能動信号を出力し、
流量制御弁１７を当該腿動信ｙ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
で郵動されろ。

一方、旋回モータ１０に対しては、＠９ｊ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。

ここで、ω＝Ｑ／Ｄであるから、 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（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。

ところで、旋回モータ１０への流量Ｑは、前記差圧をΔ
Ｐ、係数をＧとすると Ｑ＝Ｇ−Ｆ　　　　（３） で表わされるので、流ｆｆ１Ｑの時間に対する変化は次
式のようになる。

結局、旋回モータ１０の能動圧力Ｐは、上記（２）式お
よび（４）式から差圧ΔＰの時間に対する変化分により
制御することができることとなる。

制御装置２２は、電磁比例減圧弁２３に、時間により変
化するある定められた信号を出方して調整弁１４を制御
し、この調整弁１４により流量制御弁１２の流量制御絞
り差圧を制御するものである。そして、このような制御
により、前記絞り差圧は時間函数的に制御され、このた
め、旋回モータ１ｏに供給される流量の時間変化が調整
され、これにより旋回モータ１０に加わる動力が制御さ
れることとなる。第２図に示すフローチャートの手順８
２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工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調整弁１４の設定
差圧を変化させる制御が実施される。即ち、まず、調整
弁１４の設定差圧の前回の指令値（後述する手順Ｓ３に
より得られる指令値）から差圧変化目標値、即ち、一定
時間後の前記値の増分Δ、１７〒−）が求められる（手
順Ｓ２Ｌ第３図に、差圧指令値に対する差圧変化目標値
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図に示す実線がら明らかなように
、差圧変化目標値は、差圧指令値がＯ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。

前回の差圧指令値はＯである。

次に、調整弁１４に対して最初の差圧指令値を出力する
ために、これを今回の差圧指令値とじて演算により求め
る（手順Ｓ、）。即ち、今回の差圧指令値は、前回の差
圧指令値に（差圧変化目標［ＸΔＴ）を加算して求める
。この場合、前回の差圧指令値はＯ１差圧変化目標値は
手順Ｓ２の処理により求められた値、ΔＴは予め定めら
れた単位時間である。このようにして求められた今回の
差圧指令値は、最終的に調整弁１４が制御する差圧の最
大値に相当する値（最大差圧相当値）と比較される（手
順Ｓ４）。今回の差圧指令値が上記最大差圧相当値に達
していない場合、処理は手順Ｓ、に移り、今回の差圧指
令値を出力する。そして、処理は再び手順Ｓ、に戻り、
手順８１〜　Ｓｓの処理が繰返えされる。

上記の処理の繰返えしにより、調整弁１４により設定さ
れる差圧は旋回モータ１０の操作レバーの操作量にかか
わらず抽々に増加してゆき、その増加は第３図に示す差
圧変化に対応したものとなる。一方手順Ｓ、で、今回の
差圧指令値が前記最大差圧相当値に達していると判断さ
れた場合には。

手順Ｓ３で求められた今回の差圧指令値の如何にかかわ
らず、これを最大差圧相当値と置き換え（手順Ｓ、）、
この値を調整弁１４に出力する（手順Ｓ、）。

上記の制御により旋回モータ１０の能動流量は流量制御
絞りの前後の差圧の時間的な変化で制御される。ここで
、旋回モータの能動圧力は旋回モータ１０への流量に比
例するので、結局、旋回モータ１０の能動圧力は当該差
圧で制御されることになる。第４図は第３図に示す差圧
指令値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１
０へ負荷する動力が所定の値を超えないように制御し得
ることが明らかである。

第５図は上記制御における調整弁１４の差圧変化目標値
Δ（ｒＴｊ−）、流量Ｑおよび流量制御弁１２の前後差
圧指令値５〒−の時間的変化の特性図であり、横軸には
時間ｔがとっである。図から明らかなように、時間１＝
０において調整弁１４は電磁比例減圧弁２３の出力によ
り大きな絞りとされ、値Δ（１１丁）は大きい。そして
、この値Δ（ｐ〒−）は時間経過とともに時間ｔ、まで
は一定値である。即ち、時間ｔ０〜ｔ１間は第３図に示
す目標値の最大値の領域に相当しており、したがって流
量制御弁１２の前後差圧指令値β７は直線的に増加して
ゆく。これに対応して、流量Ｑは、流量制御弁１２が開
いているにもかかわらず最初は極めて小さく、値へ下が
増加するとともにほぼ直線的に増加してゆく。

時間ｔ１〜ｔ２間において、値Δ（メ］ン〒−）は第３
図に示す斜線部分の領域に相当して減少され。

これに対応して、流量Ｑと差圧指令値　Ｆ下の増加も抑
制される。そして、時間ｔ３以後、値Δ（ｐ）はほぼ０
、流量Ｑと差圧指令値Ｆ下は一定値となる。即ち、旋回
モータ１０は起動状態を脱して定常回転状態となる。

このように、本実施例では、旋回モータへの流量を調整
弁の差圧指令値を所定の変化速度で変化させることによ
り増加させてゆくようにしたもので、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、この作業では一般に、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流量変化速度の
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く能動
することができる。

なお、上記実施例の説明では、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、慣性体を能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図に示す差圧変化目標値の特性を破線に示す
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。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明では、差圧変化制御手段によ
り、差圧制御手段の設定差圧を予め定められた特性に基
づいて変化させてゆくようにしたので、慣性体を能動す
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能動
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、差圧変化目標値特性図および能動圧力特性図、第
５図は値 Δ＜５〒−）、Ｑ、ｐの変化を示すグラフである。 ２，３・・・・・・可変容量油圧ポンプ、５，６・・・
・・・制御弁、↓Ｏ・・・・・・旋回モータ、ＩＯＬ、
１５Ｌ・・・・・・操作指令信号発生器、１２．１７・
・・・・・流量制御弁、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゜２４・・
・・・・電磁比例減圧弁。 第 図 第 図 差圧指ヤ値（ムＴ） 第 図

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ポンプと、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
   切換弁の絞りの前後差圧を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
   出力されたとき前記差圧制御手段を前記切換弁の絞りの
   前後差圧が予め定められた変化態様で変化するように駆
   動制御する差圧変化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。