JPH059645B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、油圧シヨベルに備えられるアームシ
リンダ等の片ロツドシリンダを可変容量油圧ポン
プから吐出される圧油によつて駆動制御するよう
にした油圧駆動装置に関する。

〔発明の背景〕

この種の油圧駆動装置として、従来、特願昭56
−1614号に記載のものがある。第１１図はこの従
来の油圧駆動装置を示す回路図で、１は図示しな
い操作レバーから出力される信号に応じて吐出量
を制御される可変容量油圧ポンプ、１４はこの可
変容量油圧ポンプ１から吐出される圧油によつて
駆動制御される片ロツドシリンダ、例えば油圧シ
ヨベルに備えられるアームシリンダで、そのヘツ
ド側の受圧面積とロツド側の受圧面積の比は、ほ
ぼ２：１に設定されている。またＡ，Ｂは可変容
量油圧ポンプ１とアームシリンダ１４とを連絡す
る主管路、８はタンク、４は主管路Ａ，Ｂいずれ
かの圧力を探知し、低圧側をタンク８に連通させ
るフラツシング弁、５は主管路Ａ，Ｂの最低圧力
を規定するリリーフ弁、６，７は主管路Ａ，Ｂへ
の油の補給のために設けられたチエツク弁であ
る。

第１２図は第１１図に示す油圧駆動装置が備え
られる油圧シヨベルの概略側面図である。この図
において、１４は前述したアームシリンダ、１３
はブームシリンダ、１５はバケツトシリンダ、１
０はブームシリンダ１３によつて駆動される回動
可能なブーム、１１はブーム１０に連結され、ア
ームシリンダ１４によつて回動可能なアーム、１
２はアーム１１連結され、バケツトシリンダ１５
によつて回動可能なバケツトで、これらによつて
作業機が構成されている。なお、Ｇはアーム１１
およびバケツト１２等を含めた重心、θはブーム
１０とアーム１１との連結部と重心Ｇとを通る線
と接地面とのなす角度である。

上記のように構成される油圧駆動装置にあつて
は、作業機の姿勢の変化に応じてアームシリンダ
１４のヘツド側が高圧に、ロツド側が低圧にな
り、あるいは逆にロツド側が高圧に、ヘツド側が
低圧になり、そのため第１２図に示すように、ア
ーム１１を最も引き込んだ掘削姿勢からアームシ
リンダ１４を縮めて放土姿勢に移行する際に問題
が生じる。

すなわち最初は、アーム１１の自重がアームシ
リンダ１４を縮めるように働き、第１１図の主管
路Ｂ側が高圧になり、主管路Ａ側がフラツシング
弁４によつてリリーフ弁５を介してタンク８に連
通する。このような状態からアーム１１の伸長動
作をおこなうため可変容量油圧ポンプ１がアーム
シリンダ１４のヘツド側回路の油を主管路Ａ側に
送り出すと、アーム１１の重量によるエネルギも
手伝つてアームシリンダ１４はその送り出された
油量に応じた速度で動作する。このとき、上述し
たように主管路Ａはタンク８に連通している。そ
して、アーム１１が次第に垂直に近い姿勢になる
と、当該アーム１１の重量によるエネルギが小さ
くなり、アームシリンダ１４の作動速度が遅くな
る。アーム１１が垂直位置を過ぎると、アームシ
リンダ１４に加わる力が反転し、そのロツド側す
なわち主管路Ａが高圧となり、ヘツド側すなわち
主管路Ｂが低圧となり、フラツシング弁４は主管
路Ｂをタンク８に連通するように切り換わる。こ
のとき、アームシリンダ１４は可変容量油圧ポン
プ１の吐出量とロツド側の受圧面積で決まる速度
に急激に加速される。

第１３図ａは上記したアームシリンダ１４の上
述した第１２図に示す角度θに対応する作動速度
を示す特性図、第１３図ｂ，ｃ，ｄはそれぞれθ
が50゜、90゜、130゜におけるアーム１１部分の形態
を例示する説明図である。なお、第１３図ａにお
けるＳ１はアームシリンダ１４のヘツド側受圧面
積と油圧ポンプ１の吐出量による速度を示し、第
１３図ｂの説明図における形態がこれに対応して
おり、Ｓ２はアーム１１の自重による自由落下範
囲を示し、第１３図ｃの説明図における形態がこ
れに対応しており、Ｓ３はアームシリンダ１４の
ロツド側受圧面積と油圧ポンプ１の吐出量による
速度を示し、第１３図ｄの説明図における形態が
これに対応している。そしてＳ０はフラツシング
弁４の切換点を示している。

このように従来の油圧駆動装置にあつては、上
述のように掘削動作から放土動作に移行するに際
して、主管路Ａ，Ｂの圧力やアーム１１の自重に
よる力に応じてアームシリンダ１４の作動速度が
制御されることから、フラツシング弁４の切換点
で当該アームシリンダ１４の作動速度が急激に加
速され、このためシヨツクを生じ、操作性が悪く
なる不具合がある。また、アームシリンダ１４の
作動速度がアーム１１の自重の影響を受けること
から、このアーム１１の自由落下による速度低下
を生じ、操作性が悪くなる不具合がある。

〔発明の目的〕

本発明は上記した従来技術における実情に鑑み
てなされたもので、その目的は、片ロツドシリン
ダに加わる力の変化にかかわらず当該片ロツドシ
リンダの速度変化を防止することができ、また片
ロツドシリンダによつて駆動される負荷体が大き
な慣性を有する場合でも、当該片ロツドシリンダ
の負荷方向の急変に伴う圧力変動を抑制すること
のできる油圧駆動装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するために本発明は、操作レバ
ーから出力される信号に応じて吐出量を制御され
る可変容量油圧ポンプと、この可変容量油圧ポン
プから吐出される圧油によつて駆動制御される片
ロツドシリンダとを備えるとともに、この片ロツ
ドシリンダと上記可変容量油圧ポンプとで閉回
路、または半閉回路を形成した油圧駆動装置にお
いて、上記片ロツドシリンダのヘツド側回路とタ
ンクとの間に、流量を制御する弁を設け、上記片
ロツドシリンダにかかる負荷の方向を検出し、信
号を出力する検出手段と、上記弁に対する出力信
号に時間遅れを付与する遅れ手段を内蔵し、上記
片ロツドシリンダの収縮時に、上記操作レバーか
ら出力される信号の値の増加に応じて上記可変容
量油圧ポンプの吐出量が増加するように制御し、
かつ上記操作レバーから出力される信号の値の増
加に応じて上記弁の流量が増加するようにすると
ともに、上記検出手段が上記片ロツドシリンダの
ヘツド側の負荷がロツド側の負荷よりも大きいこ
とを検出したときの、上記遅れ手段によつて時間
遅れを付与される出力信号に応じて駆動する上記
弁の流量が、上記検出手段が上記片ロツドシリン
ダのロツド側の負荷がヘツド側の負荷よりも大き
いことを検出したときの、上記遅れ手段によつて
時間遅れを付与させる出力信号に応じて駆動する
上記弁の流量に比べて小さくなるように制御する
制御手段を設けた構成にしてある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の油圧駆動装置を図に基づいて説
明する。

第１図は本発明の一実施例の主要構成を示す回
路図、第２図は第１図に示す回路に備えられる制
御部を示す説明図である。なおこれらの図におい
て、前述した第１１図に示すものと同じものは同
一符号で示してある。

可変容量油圧ポンプ１には電気・油圧ポンプ吐
出量制御装置３５を設けてあり、この制御装置３
５は後述の制御部３０からの電気信号に応じて油
圧ポンプ１の吐出量を制御する。また、アームシ
リンダ１４のヘツド側回路を構成する主管路Ｂと
タンク８との間に流量を制御する弁、例えば電磁
比例弁２０を設けてあり、この電磁比例弁２０と
タンク８との間に主管路Ａ，Ｂの最低圧力を規定
するリリーフ弁５を配置してある。なお、電磁比
例弁２０は制御部３０から出力される信号に応じ
て弁開度が調節される。４０はアームシリンダ１
４のロツド側の圧力、すなわち主管路Ａの圧力を
検出し、制御部３０に信号P_Aを出力する圧力検
出手段、すなわち圧力検出器である。４１はアー
ムシリンダ１４のヘツド側の圧力、すなわち主管
路Ｂの圧力を検出し、制御部３０に、信号P_Bを
出力する圧力検出手段、すなわち圧力検出器であ
る。

上述した制御部３０は、第２図に示すように、
操作レバー２５のレバー信号X_L、圧力検出器４
０，４１の信号P_A，P_Eのアナログ信号を選択的
に出力するマルチプレクサ３０ａと、このマルチ
プレクサ３０ａからのアナログ信号をデジタル信
号に交換して出力するＡ／Ｄ変換器３０ｂと、論
理判断、演算等をおこなう中央処理装置（CPU）
３０ｃと、処理手順やデータ変換テーブル等が記
憶されるROMメモリ３０ｄと、CPU３０ｃの演
算途中の数値等が一時的に記憶されるRAMメモ
リ３０ｅと、CPU３０ｃで演算されたポンプ指
令値Q_Pおよび電磁比例弁指令値Q_Vを、それぞれ
ポンプ吐出量制御装置３５および電磁比例弁２０
へ出力する出力器３０ｆとを備えている。

なお、第３図は制御部３０で実施される処理手
順の概要を示すフローチヤート、第４，６，７，
１０図はそれぞれ第３図に示す処理手順の詳細を
例示するフローチヤート、第５，８，９図はそれ
ぞれ関数関係、すなわちレバー信号X_L−ポンプ
指令値Q_Pテーブル、レバー信号X_L−電磁比例弁
指令値Q_Vr（Q_VB）テーブル、レバー信号X_L−電磁
比例弁指令値Q_Vr（Q_VA）テーブルで、これらの内
容は上述したROMメモリ３０ｂにあらかじめ記
憶される。

次に上記のように構成された実施例の動作を主
に第３，４，６，７，１０図に示すフローチヤー
トに従つて説明する。

まず、処理手順の概要を示すフローチヤートの
手順Ａ（ブロツクＡ）において、マルチプレクサ
３０ａ、Ａ／Ｄ変換器３０ｂを動作させ、操作レ
バー２５のレバー信号X_L、圧力検出器４０，４
１の信号P_A，P_Eを入力し、RAMメモリ３０ｅに
一時記憶する。

次に手順Ｂ（ブロツクＢ）に移り、CPU３０ｃ
でポンプ傾転指令値Q_Pを求める演算をおこなう。
この手順Ｂでは、第４図の手順Ｂ−１に詳細に示
すように、レバー信号X_LをROMメモリ３０ｂに
記憶されている第５図に示すX_L−Q_Pテーブルの
関係を応じてポンプ指令値Q_Pに変換する処理を
おこなう。なお、第５時に示すX_Lは（＋）側が
アームシリンダ１４の収縮方向（−）側が伸長方
向を示している。

次いで、第３図の手順Ｃ（ブロツクＣ）に移り、
アームシリンダ１４にかかる負荷の方向の検出を
おこなう。この手順Ｃでは第６図に詳細に示すよ
うに、まず手順Ｃ−１において、管路Ｂの圧力す
なわち圧力検出器４１の出力である信号P_Bとア
ームシリンダ１４のヘツド側受圧面積A_BがCPU
３０ｃに呼出され、このCPU３０ｃでアームシ
リンダ１４のヘツド側負荷F_Bが、 F_B＝P_B×A_B によつて求められる。次に手順Ｃ−２に移り、管
路Ａの圧力すなわち圧力検出器４０の出力である
信号P_Aとアームシリンダ１４のロツド側受圧面
積A_Aご呼出され、アームシリンダ１４のロツド
側負荷F_Aが、 F_A＝P_A×A_A によつて求められる。次に手順Ｃ−３に移り、上
述の負荷F_A，F_Bの大小を判定する。F_A＞F_Bと判
定された場合、つまりアームシリンダ１４がロツ
ド側の負荷が大きいと判定された場合には手順Ｃ
−４に移り、RAMメモリ３０ｅ上に設定される
負荷方向フラグF_Sをクリア（＝０）する。また、
手順Ｃ−３においてF_A≦F_Bと判定された場合、
つまりアームシリンダ１４がヘツド側の負荷が大
きいと判定された場合には手順Ｃ−５に移り、負
荷方向フラグF_Sをセツト（＝１）する。すなわ
ち、圧力検出器４０，４１および制御部３０の
CPU３０ｃ等によつてアームシリンダ１４にか
かる負荷の方向を検出し、信号を出力する検出手
段が構成されている。

次に第３図の手順Ｄ（ブロツクＤ）に移り、電
磁比例弁２０に対する指令の演算をおこなう。こ
の手順Ｄでは、第７図に詳細に示すように、手順
Ｄ−１において先に設定した負荷方向フラグF_Sが
１か０か判定する。この判定がF_S＝１すなわちア
ームシリンダ１４のヘツド側負荷が大の場合に
は、手順Ｄ−２に移り、レバー信号X_LをROMメ
モリ３０ｂに記憶されている第８図に示すX_L−
Q_Vr（Q_VB）テーブルでの関係に応じて電磁比例弁
指令値Q_VR（予備値）に変換する処理をおこなう。
また、手順Ｄ−１でF_S＝０、すなわちアームシリ
ンダ１４のロツド側負荷が大と判定された場合に
は手順Ｄ−３に移り、レバー信号X_LをROMメモ
リ３０ｂに記憶されている第９図に示すX_L−Q_VR
（Q_VA）テーブルの関係に応じて電磁比例弁指令
値Q_Vr（予備値）に変換する処理をおこなう。

ここで上記した第８，９図に示したX_L−Q_Vr
（Q_VB）、X_L−Q_Vr（Q_VA）テーブルについて説明す
る。両テーブルにおいてX_L＜０のときQ_VAが０と
なるように設定してあのは、X₁＜０つまりアー
ムシリンダ１４が伸長する方向にあるときは油圧
回路内の油量は不足する。そのためチエツク弁
６、あるいはチエツク弁７を介してタンク８から
油が供給されるので、電磁比例弁２０は閉じてお
く必要がある。そして、Ｘ≧０、つまりアームシ
リンダ１４が収縮する方向にあるときは、油圧回
路内の油が余剰になるので、電磁比例弁２０を開
とし、余剰油を逃がす必要がある。なお、この場
合アームシリンダ１４のロツド側に流れる油量を
q_pとし、この油量q_pによつて該アームシリンダ１
４のヘツド側から流出する油量をq_hとすると、ほ
ぼ油量q_v＝q_h−q_pが電磁比例弁２０を通してタン
ク８に流れるように電磁比例弁２０を駆動する指
令値Q_VRを設定してある。

また、アームシリンダ１４にかかる負荷方向に
応じてQ_Vrの値を変えるのは以下の理由による、
すなわち。アームシリンダ１４のヘツド側負荷が
大のとき、つまりアームシリンダ１４のヘツド側
で負荷を支えているときには、電磁比例弁２０を
通過する油により当該アームシリンダ１４の速度
が決まり、したがつて電磁比例弁２０の開度をあ
まり大きくすると当該速度が制御できなくなる。
このようなことから、第８図に示すテーブルで
は、X_Lに対するQ_Vrの値が比較的小さくなるよう
に設定してある。この時、厳密にQ_VBを求めると
以下のようになる。

シリンダ速度をｖとすると、アームシリンダの
ボトム側で制御されるので、 ｖ＝（Q_P＋Q_VB）／A_B となる。この時、ロツド側のポンプからの流入量
もQ_Pとなるので、 ｖ＝Q_P／A_A よつて、 （Q_P＋Q_VB）／A_B＝Q_P／A_A したがつて、 Q_VB＝（A_B−A_A）・Q_P／A_A となるようにQ_VBを設定することが基本的に望ま
しい。ただし、このQ_VBは操作性等を考えて多少
変化させることができる。また、アームシリンダ
１４のロツド側負荷が大のとき、つまりアームシ
リンダ１４のロツド側で負荷を支えているときに
は、ポンプ吐出量でアームシリンダ１４の速度を
制御でき、その時、シリンダ速度をｖとすると、 ｖ＝Q_P／A_A となる。したがつて電磁比例弁２０の開度があま
り小さいと、余剰油のために管路Ｂ内に圧力がた
ち、アームシリンダ１４を通じてロツド側すなわ
ち管路Ａ内にも圧力がたち、アームシリンダ１４
を駆動するのに大きな馬力が必要となり、エネル
ギの浪費を生じる。このようなことから、第９図
に示すテーブルではX_Lに対するQ_Vrの値が比較的
大きくなるように設定してあり、このときの電磁
比例弁２０の開度を大きくして余剰油を逃げやす
くしている。

そして、上記した手順Ｄの後、第３図に示す手
順Ｅ（ブロツクＥ）に移り、電磁比例弁指令値
Q_Vrに対してフイルタを掛けて、電磁比例弁最終
指令値Q_Vを求める演算をおこなう。この手順Ｅ
では、第１０図に詳細に示すように、手順Ｅ−１
において、上述の手順Ｄで求めた電磁比例弁指令
値Q_Vr（予備値）と、前回の演算時に出力された
電磁比例弁最終指令値Q_Vとから、CPU３０ｃで
偏差ΔQ_Vを、 ΔQ_V＝Q_Vr−Q_V によつて求める演算をおこなう。次いで手順Ｅ−
２に移り、該CPU３０ｃで上述の偏差ΔQ_Vにフ
イルタ定数Ｋを乗じてＫ×ΔQ_Vを求めるい演算を
おこなう。次いで手順Ｅ−３に移り、該CPU３
０ｃで前回出力された電磁比例弁最終指令値Q_V
と上記のＫ×ΔQ_Vから、今回の電磁比例弁最終指
令値Q_Vを、 Q_V＝Q_V＋Ｋ×ΔQ_V によつて求める演算をおこなう。実際には第３図
に示した手順はＡからＦまでを常に回つて処理を
おこなうので、その１回の手順Ａ〜Ｆ間の演算時
間度ΔTに１回の割合で上述のフイルタ演算がお
こなわれるので、フイルタの時定数はＫ／ΔTと
なる。すなわち、上記した制御部３０のCPU３
０ｃ、ROMメモリ３０ｂ、RAMメモリ３０ｅ
等によつて電磁比例弁２０への出力信号に時間遅
れを付与する遅れ手段が構成されている。

このように構成した実施例では、フラツシング
弁を設けておらず、第５，８，９図に例示する制
御部３０のROMメモリ３０ｂに設定される関数
関係に応じて電磁比例弁２０の回度すなわち電磁
比例弁２０を流れる余剰油の量が調整され、これ
によつてアームシリンダ１４の作動速度は操作レ
バー２５の操作量に対応した所定の作動速度に制
御され、すなわちアームの形態の変化に伴つてア
ームシリンダ１４に加わる力の変化にかかわらず
当該アームシリンダ１４の速度変化を防止でき、
アームシリンダ１４の急激な加速やアームの自由
落下による速度低下を生じることがなく、良好な
操作性が得られる。

また、アームシリンダ１４の収縮時、アームシ
リンダ１４がヘツド側で負荷を支えているときに
は電磁比例弁２０の開度を比較的小さくすること
によつて微操作を実現でき、一方、同収縮時にア
ームシリンダ１４がロツド側で負荷を支えている
ときには電磁比例弁２０の開度を比較的大きくす
ることによつてエネルギの浪費を防止できる。

また、第８，９図に示すテーブルに応じて得ら
れた電磁比例弁指令値Q_Vr（予備値）に時間遅れ
を付与して電磁比例弁最終指令値Q_Vを電磁比例
弁２０に出力するようにしてあることから、アー
ムシリンダ１４によつて仮に大きな慣性を有する
アーム（負荷体）を駆動するような場合でも、指
令値Q_Vの瞬時の切換えによつて懸念される圧力
変動、すなわち当該アームシリンダ１４の負荷方
向の急変に伴う油量の変化による大きな圧力変動
が抑制され、ハンチングの発生を防止することが
できる。

なお、上記の実施例では片ロツドシリンダの一
例としてアームシリンダ１４を挙げたが、本発明
はこれに限定されず、大きさおよび方向が変化す
る力が加えられる片ロツドシリンダを有するもの
であれば適用可能である。

〔発明の効果〕

本発明の油圧駆動装置は以上のように構成して
あることから、片ロツドシリンダに加わる力の変
化にかかわらず当該片ロツドシリンダの速度変化
を防止でき、それ故、従来に比べて操作性が向上
し、また片ロツドシリンダの収縮時においてヘツ
ド側に負荷がかかつているときの微操作を実現で
き、また同収縮時においてロツド側に負荷がかか
つているときの主管路の圧力の閉じ込みを防止で
き、エネルギの浪費を抑制できる効果がある。

また、制御手段が、片ロツドシリンダのヘツド
側回路とタンクとの間に設けられる流量を制御す
る弁に対する出力信号に、時間遅れを付与する遅
れ手段を内蔵することから、片ロツドシリンダに
よつて駆動される負荷体が大きな慣性を有する場
合でも、当該片ロツドシリンダの負荷方向の急変
に伴う圧力変動が抑制され、ハンチングの発生を
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第９図は本発明の油圧駆動装置の一実
施例を示す説明図で、第１図は主要構成を示す回
路図、第２図は第１図に示す回路に備えられる制
御部を示す説明図、第３図は第２図に示す制御部
で実施される処理手順の概要を示すフローチヤー
ト、第４図、第６図、第７図および第１０図はそ
れぞれ第３図に示す処理手順の詳細を例示するフ
ローチヤート、第５図、第８図、および第９図は
それぞれ第３図に示す制御部に記憶される関数関
係を例示する説明図、第１１図は従来の油圧駆動
装置を示す回路図、第１２図は第１１図に示す油
圧駆動装置が備えられる油圧シヨベルの概略側面
図、第１３図ａは第１１図に示すアームシリンダ
の第１２図に示す角度θに対応する作動速度をを
示す特性図、第１３図ｂ，ｃ，ｄは第１２図に示
す角度θがそれぞれθが50゜、90゜、130゜における
アーム部分の形態を例示する説明図である。 １……可変容量油圧ポンプ、８……タンク、１
４……アームシリンダ（片ロツドシリンダ）、２
０……電磁比例弁、２５……操作レバー、３０…
…制御部、３０ａ……マルチプレクサ、３０ｂ…
…Ａ／Ｄ変換器、３０ｃ……中央処理装置
（CPU）、３０ｄ……ROMメモリ、３０ｅ……
RAMメモリ、３０ｆ……出力装置、３５……電
気・油圧ポンプ吐出量制御装置、４０，４１……
圧力検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 操作レバーから出力される信号に応じて吐出
   量を制御される可変容量油圧ポンプと、この可変
   容量油圧ポンプから吐出される圧油によつて駆動
   制御される片ロツドシリンダとを備えるととも
   に、この片ロツドシリンダと上記可変容量油圧ポ
   ンプとで閉回路、または半閉回路を形成した油圧
   駆動装置において、上記片ロツドシリンダのヘツ
   ド側回路とタンクとの間に、流量を制御する弁を
   設け、上記片ロツドシリンダにかかる負荷の方向
   を検出し、信号を出力する検出手段と、上記弁に
   対する出力信号に時間遅れを付与する遅れ手段を
   内蔵し、上記片ロツドシリンダの収縮時に、上記
   操作レバーから出力される信号の値の増加に応じ
   て上記可変容量油圧ポンプの吐出量が増加するよ
   うに制御し、かつ上記操作レバーから出力される
   信号の値の増加に応じて上記弁の流量が増加する
   ように制御するとともに、上記検出手段が上記片
   ロツドシリンダのヘツド側の負荷がロツド側の負
   荷よりも大きいことを検出したときの、上記遅れ
   手段によつて時間遅れを付与される出力信号に応
   じて駆動する上記弁の流量が、上記検出手段が上
   記片ロツドシリンダのロツド側の負荷がヘツド側
   の負荷よりも大きいことを検出したときの上記遅
   れ手段によつて時間遅れを付与される出力信号に
   応じて駆動する上記弁の流量に比べて小さくなる
   ように制御する制御手段を設けたことを特徴とす
   る油圧駆動装置。