JPH0437888B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、油圧モータにより大きな慣性力を有
する旋回体を駆動する場合、この旋回体を所定の
位置に自動的に停止させる旋回体の停止制御装置
に関する。

〔発明の背景〕

大きな慣性力を有する旋回体、例えば油圧シヨ
ベルにおいて、走行体上に旋回可能に設けられて
いる上部旋回体は、走行体に対して360゜旋回する
ことができ、これにより、ある個所に存在する物
体（例えば土砂）を、上部旋回体の旋回のみによ
り他の個所に移すことができる。このような旋回
体を図により説明する。

第３図は油圧シヨベルの上部旋回体の上面図で
ある。１は油圧シヨベルの走行体（図示されてい
ない）上に旋回可能に設置された上部旋回体、２
は上部旋回体１に揺動可能に取付けられたフロン
トである。フロント２は、互いに揺動可能に取付
けられたブーム３、アーム４、バケツト５で構成
されている。６は上部旋回体１を走行体に対して
旋回駆動せしめる油圧モータである。油圧モータ
６をある方向に駆動すると、これに応じて上部旋
回体１が走行体上において、例えば矢印Ｒの方向
にフロント２とともに旋回し、油圧モータ６の停
止により上部旋回体１も停止する。したがつて、
バケツト５に積載した物体を所定位置、例えば図
で２点鎖線で示した位置に移送せしめることがで
きる。

第４図は油圧モータの駆動回路図である。図
で、６は第３図に示す油圧モータ、７は油圧モー
タ６に圧油を供給する油圧ポンプ、８は油圧モー
タ６および油圧ポンプ７間に介在し油圧モータ６
への圧油の供給を制御する方向切換弁である。
Ａ，Ｂは油圧モータ６の主回路を示す。９ａ，９
ｂはそれぞれ主回路Ａ，Ｂ間に接続されたリリー
フ弁である。

今、方向切換弁８を図で左側位置に切換える
と、油圧ポンプ７の圧油は主回路Ａを経て油圧モ
ータ６に供給される。これにより油圧モータ６は
駆動し、油圧モータ６からの油は主回路Ｂを経て
タンクに戻される。この油圧モータ６の駆動によ
り、上部旋回体１は例えば第３図矢印方向に旋回
する。この状態において、上部旋回体１を停止す
べく方向切換弁８を図示のように中立位置に戻す
と、油圧ポンプ７からの圧油の供給回路および油
圧モータ６からタンクへの戻り油回路は遮断さ
れ、油圧モータ６は上部旋回体１の慣性力により
ポンプ作用を行ない、主回路Ｂは高圧となり、両
主回路Ａ，Ｂ間の圧力差に応じたブレーキ力（停
止トルク）が発生し、上部旋回体１は停止する。

ところで、上部旋回体１の慣性モーメントは極
めて大きいので、上述のように油圧モータ６の駆
動中に方向切換弁８を中立位置にすると、主回路
Ｂ（回転方向側の主回路）には異常高圧が発生す
る。このため、リリーフ弁９ａ，９ｂが設けら
れ、主回路Ｂに発生した高圧がリリーフ弁９の設
定圧力以上になると、主回路Ｂの圧油は主回路Ａ
側へ逃がされる。

このような油圧回路においては、上部旋回体１
を停止しようとして方向切換弁８を中立位置に切
換えても、リリーフ弁９ａ又はリリーフ弁９ｂか
ら圧油がリリーフされる間、油圧モータ６は回転
し、この圧油のリリーフ量だけ上部旋回体１が流
れて停止する。この流れ量（流れ角度）は、後述
するように、慣性モーメント、停止トルクおよび
方向切換弁８を切換えたときの上部旋回体１の速
度により定まる。

従来、オペレータが上部旋回体１を旋回させる
場合、オペレータは上部流れ量を勘案して方向切
換弁８により流量制御しながら上部旋回体１を所
定の位置に停止させていた。ところで、バケツト
５に積載された物体（例えば土砂）に移送個所が
定められた一定位置であり、このような移送が繰
返し実施される場合、上部旋回体１の操作を自動
化したいという要望が生じる。しかしながら、上
述のように、上部旋回体１の停止時には、慣性モ
ーメント、停止トルクおよび速度により定まる流
れ量が生じ、しかもこれらの値は絶えず変化して
いるので流れ量も一定せず、したがつて、自動運
転では上部旋回体１を所定位置に停止させるのは
極めて困難であるという問題があつた。このよう
に、上部旋回体１の自動運転を実施するには、そ
の停止位置の精度が極めて悪い点を無視するか、
又は旋回速度を極端に低下させて停止位置の精度
の悪化を補うしか手段はなかつた。

しかしながら、このような移送においては停止
位置の精度を要求されることが多く、又、旋回速
度の低下は作業能率を著しく悪化させるという問
題があつた。

〔発明の目的〕

本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、上記従来の問題点を解決
し、旋回体を所定位置に正確に自動停止させるこ
とができる旋回体の停止制御装置を提供するにあ
る。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するため、本発明は、旋回体
の旋回中において、その旋回速度、慣性モーメン
ト、停止トルクを求め、これらの値から旋回体の
流れ量を演算し、定められた停止位置までの間隔
が上記流れ量以下になつたとき油圧モータへの圧
油の供給を減少させる制御を行い、その制御開始
後は当該制御開始後における慣性モーメントと停
止トルクの比を一定に保持するように、即ち、慣
性モーメントが変化してもこれに応じて停止トル
クを変化させるように前記油圧ポンプの傾転量を
制御し、これにより、当該制御開始時において演
算された流れ量を一定に保持するようにしたこと
を特徴とする。

〔発明の実施例〕

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停止制御装置の
系統図である。図で、第４図に示す部分と同一部
分には同一符号を付して説明を省略する。１０は
主回路Ａ，Ｂ間に接続されたフラツシング弁、１
１はフラツシング弁１０に接続されたリリーフ
弁、１２ａ，１２ｂはチエツク弁、１３はチエツ
ク弁１２ａ，１２ｂを介して主回路Ａ，Ｂに圧油
を補給するチヤージポンプ、１４はチヤージポン
プ１３の吐出側回路に接続されたリリーフ弁であ
る。１５は可変容量両傾転油圧ポンプ（以下、両
傾転油圧ポンプという）、１５ａは両傾転油圧ポ
ンプ１５のおしのけ容積可変機構（以下、斜板で
代表させる）である。これらにより油圧閉回路が
構成される。

１６は斜板１５ａの傾転を制御する傾転角度制
御装置、１７はパイロツト油圧ポンプ、１８は傾
転角度制御装置１６とパイロツト油圧ポンプ１７
との間に介在する制御弁である。１９は斜板１５
ａの傾転角度を検出する傾転角度センサ、２０
ａ，２０ｂはそれぞれ主回路Ａ，Ｂの圧力を検出
する圧力センサ、２１は上部旋回体１の位置を検
出する角度センサ、２２は上部旋回体１の停止位
置を設定する停止位置設定装置である。２３は傾
転角度センサ１９、圧力センサ２０ａ，２０ｂ、
角度センサ２１および停止位置設定装置２２から
の信号を入力し、所要の演算、制御を行なう演算
処理装置であり、マイクロコンピユータにより構
成されている。

このような閉回路においても、両傾転油圧ポン
プ１５の斜板１５ａを中立方向に戻すと、第４図
に示す油圧回路において、方向切換弁８を中立位
置に戻したときと同じく主回路Ａ，Ｂのいずれか
に高圧のブレーキ圧力が生じ、リリーフ弁９ａ又
はリリーフ弁９ｂのいずれかにより高圧側の圧油
がリリーフされようとするのであるが、本実施例
においては斜板を適当に制御することによりリリ
ーフ損失を発生させずにブレーキ圧力を生じさせ
ることが可能となる。

次に、本実施例の動作を第２図に示すフローチ
ヤートおよび第３図に示す上部旋回体の上面図を
参照しながら説明する。第３図において、Ｓは角
度の基準線を示し、本実施例における角度はすべ
て基準線Ｓからの角度で表わされる。この基準線
はどこに設定してもよいが、例えば角度センサ２
１の基準位置（例えば出力０の位置）を基準線と
すれば便利である。θは上部旋回体１の現在位置
の角度、θ₀は上部旋回体１を停止させたい位置の
角度である。角度θは角度センサ２１から、又、
角度θ₀は停止位置設定装置２２から出力される。

上部旋回体１の第３図矢印Ｒ方向の旋回におい
て、演算処理装置２３はまず、そのときの角度θ
を角度センサ２１から、又、角度θ₀を停止位置設
定装置２２から入力する（第２図に示す手順S₁）。
これらの値を基に、角速度θ〓、角加速度θ¨、および
現在位置から停止位置までの残りの角度（θ−
θ₀）を計算する（手順S₂）。角速度θ〓および角加速
度θ¨の演算方法は周知であるので説明は省略する。
次いで、演算された角加速度θ¨が０か否かをみる
（手順S₃）。角加速度θ¨が０でないとき、即ち、上
部旋回体１が一定速度で旋回していないときは、
圧力センサ２０ａの信号P_iおよび圧力センサ２０
ｂの信号P₀を入力し（手順S₄）、その差の絶対値
Ｐを演算する（手順S₅）。次に、この差の絶対値
（圧力差）Ｐおよびさきに計算した角加速度θ¨に基
づいて停止トルクＴおよび慣性モーメントＩを計
算する。（手順S₄）。

ここで、停止トルクＴと慣性モーメントＩの計
算について説明する。両圧力センサ２０ａ，２０
ｂの圧力差を上記のようにＰ、両傾転油圧モータ
１５の容量をＱとすると、停止トルクＴは次式に
より算出することができる。

Ｔ＝Ｐ・Ｑ／2π ………(1) 又、慣性モーメントＩは次式により算出するこ
とができる。

Ｉ＝Ｔ／θ ………(2) 実際はモータ効率等を考慮してこれらの値を求
めることになるが、その詳細は省略する。このよ
うにして、手順S₆では停止トルクＴと慣性モーメ
ントＩを求める。そして、このときの慣性モーメ
ントＩと停止トルクＴとの比を求め、これをＷと
して記憶する（手順S₇）。この比は後述するよう
に上部旋回体１の停止動作開始後の制御において
用いられる。次に、定められたブレーキフラグが
OFFであるか否かがチエツクされ（手順S₈）、ブ
レーキフラグがOFFの場合、即ち、上部旋回体
１の停止動作がまが開始されていないとき、流れ
量θ₂が計算される（手順S₉）。

流れ量θ₂は手順S₂で求めたその時点における角
速度、手順S₆で求めたその時点における慣性モー
メントＩおよび停止トルクＴに基づき、次式によ
り算出することができる。

θ₂＝１／２・Ｉ／Ｔ・（θ〓）² ………(3) 即ち、その時点において、上部旋回体１を停止
させようとした場合、上部旋回体１が停止するま
でにどれだけの角度流れるかが算出されることに
なる。

このようにして算出された流れ量θ₂は手順S₂で
計算された停止位置までの残りの角度（θ−θ₀）
と比較され（手順S₁₀）、角度（θ−θ₀）が流れ角
θ₂より大きいときは、そのときの角速度が０か否
か（上部旋回体１が停止状態にあるかないか）を
手順S₁₁で判断した後、再び手順S₁に戻る。一方、
手順S₃で上部旋回体１が一定速度で旋回している
（θ¨＝０）と判断された場合は、停止制御動作に必
要な手順S₄〜S₉の処理は行なわず、直ちに手順
S₁₀の処理に移る。この場合の手順S₁₀における流
れ量θ₂は、上部旋回体１が一定速度となる直前に
おける手順S₉で求められた値が用いられる。

手順S₁₀において、残りの角度（θ−θ₀）が流
れ量θ₂以下になつたと判断されると、定められた
ブレーキフラグをONにして両傾転油圧ポンプ１
５の斜板１５ａを中立方向に戻し（手順S₁₂）、手
順S₇で演算した慣性モーメントＩと停止トルクＴ
との比ＷをブレーキフラグがONに変化した時点
での値W₀として記憶する（手順S₁₃）。前述のよ
うに、流れ量θ₂は停止動作後、上部旋回体１が停
止するまでに流れる角度である。この流れ量θ₂
は、上記の比Ｗが一定であることを前提としてい
る。したがつて、停止動作後は上記比Ｗを停止動
作開始時点における比W₀に常に維持しておかね
ばならない。比W₀はこのような意味において後
述する処理に用いられる。

手順S₁₄では、ブレーキフラグがONに変化し
たときの手順S₅で求めた圧力差Ｐを目標ブレーキ
圧力P_Bとして記憶する。そして、回路のブレー
キ圧力がこの目標ブレーキ圧力P_Bとなるように
演算処理装置２３から制御弁１８に対して斜板１
５ａを傾転させる傾転指令が出力される。（手順
S₁₅）。この指令出力後、処理は手順S₁₁を経て手
順S₁に戻り、再び手順S₁〜S₈が実行される。この
場合、さきの手順S₁₂でブレーキフラグはすでに
ONになつているので、処理は手順S₈から手順
S₁₆に移行する。

手順S₁₆では、さきに記憶されている値W₀をと
り出し、これを現時点で演算された値Ｗに比較す
る。即ち、停止動作開始後、慣性モーメントＩは
変化するので、停止トルクＴとの比がどの程度変
化したかを比較する。そして、手順S₁₇では、値
Ｗを値W₀に等しくするための停止トルクが演算
されるとともに、この停止トルクを生じさせるた
めの目標ブレーキ圧力P_Bが演算される。手順S₁₅
では、この目標ブレーキ圧力P_Bが得られるよう
に斜板１５ａを傾転させる傾転指令が出力され
る。この斜板１５ａの傾転制御により停止トルク
Ｔの値が慣性モーメントＩの変化に応じて変化す
ることになり、値Ｉ／Ｔは常に値W₀に一致する
ように保持される。かくして、上部旋回体１が設
定された停止位置（角度θ₀）に停止すると、手順
S₁₁でその停止が判断され、処理は終了する。

このように、本実施例では、上部旋回体の慣性
モーメント、停止トルク、速度に基づいて流れ量
を計算し、設定された停止位置までの距離が流れ
量以下になつたとき両傾転油圧ポンプの斜板を中
立方向に戻し、以後、慣性モーメントと停止トル
クの比を一定とすべく当該斜板の傾転を制御する
ようにしたので、上部旋回体を所定位置に正確に
停止させることができる。

なお、慣性モーメントは必ずしも(2)式による計
算方法による算出のみでなく、次に述べる方法に
より算出してもよい。即ち、フロントの各揺動部
に角度計を取付け、各リンクの重心位置を計算す
る。又、バケツト内の荷重の重量はブームシリン
ダ等の圧力差で検出する。このようにして、各ユ
ニツトの重力m_i、旋回中心から重心位置までの
距離l_iが得られたとき、慣性モーメントＩは次式
により得られる。

Ｉ＝Σm_i・l_i ²／ｇ ………(4) ただし、上式でｇは重力加速度である。

さらに、上記実施例の説明では、旋回体として
油圧シヨベルの上部旋回体を例示して説明した
が、これに限ることなく、他の旋回体であつても
よいのは当然である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、旋回体の慣性
モーメント、停止トルクおよび速度に基づいて流
れ量を求め、設定された停止位置までの距離が流
れ量以下になつたとき油圧モータへの圧油の供給
を傾転の制御により減少させ、以後、慣性モーメ
ントと停止トルクの比を一定とすべく両傾転油圧
ポンプの斜板弁を制御するようにしたので、旋回
体を所定位置に正確に自動停止させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る旋回体の停止制
御装置の系統図、第２図は第１図に示す装置の動
作を説明するフローチヤート、第３図は油圧シヨ
ベルの上部旋回体の上面図、第４図は油圧シヨベ
ルの上部旋回体を駆動する油圧モータの駆動回路
図である。 １…上部旋回体、２…フロント、１５…可変容
量両傾転油圧ポンプ、１５ａ…斜板、１６…傾転
角度制御装置、１８…制御弁、２０ａ，２０ｂ…
圧力センサ、２１…角度センサ、２２…停止位置
設定装置、２３…演算処理装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 大きな慣性力を有する旋回体と、この旋回体
   を駆動する油圧モータと、この油圧モータに圧油
   を供給する油圧ポンプとを備えたものにおいて、
   前記旋回体の旋回速度を検出する速度検出手段
   と、前記旋回体を停止すべき位置を設定する停止
   位置設定手段と、前記旋回体の停止トルクおよび
   慣性モーメントを演算する演算手段と、前記速度
   検出手段の検出値および前記停止位置設定手段に
   より設定された値ならびに前記演出手段の演算値
   に基づき前記油圧ポンプから前記油圧モータへの
   圧油の供給を停止する停止手段と、前記演算手段
   により演算された停止トルクと慣性モーメントの
   比が一定となるように前記油圧ポンプの傾転を制
   御する傾転制御手段とを設けたことを特徴とする
   旋回体の停止制御装置。