JPH0633617B2 - 土木建設機械の油圧制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は油圧シヨベル等の土木建設機械に備えられ、掘
削対象面に対する作業機の押付力を自動的に制御できる
油圧制御装置に関する。

〔従来の技術〕

油圧シヨベル等によつておこなわれる掘削作業にあつて
は、掘削対象面に対する押付力が大きすぎると負荷が過
大になつてリリーフを生じ、この際油圧シヨベルのブー
ム、アーム、バケツト等のフロントや油圧機器の損傷を
生じやすく、また逆に押付力が小さすぎると負荷が小さ
すぎ、空掘削に近い状態となり掘削土量が不足する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来、このような負荷の過大、過小を生じないようにオ
ペレータの手操作による制御がおこなわれているが、オ
ペレータが熟練者でない場合などにあつてはこのような
負荷の過大、過小を生じることが避けられず、作業能率
の向上を見込み難い。

なお、参考技術として、土中に埋設した土止め用の鋼矢
板の表面に沿つて掘削するために、従来、アキユムレー
タによつて所定のシリンダを加圧するものが提案されて
いる。しかし、これは通常の掘削を対象としたものでは
なく、またアキユムレータを特別に大きくしない限りシ
リンダの変位によつて加圧力が大幅に変化し、１度該ア
キユムレータが使用された後、次の作業サイクルまでに
該アキユムレータに所定の圧力になるまで蓄圧する手段
が必要になり、装置が大がかりになるなど通常の掘削の
ためにはこの従来技術は適用し難い。

また、別の参考技術として、従来、ロボツト等において
力センサによつて直接に荷重を検出して押付力を制御す
ることが提案されている。しかし、荷重の変動が極めて
激しい土木建設機械にあつては、この従来技術のように
荷重をフイードバツクして円滑な掘削作業をおこなうこ
とは難しく、また一般に力センサは価格、耐久性、構造
物への取付方法などの点において本願の対象とする土木
建設機械に用いることには問題があり、結局、この従来
技術も適用が困難である。

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、作業機の掘削対象面等に対する
押付力を最適な値に自動的に制御できる土木建設機械の
油圧制御装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するために本発明は、互いに回動可能な
少なくとも２つの部材例えばブーム、アーム等からなる
リンク機構およびこのリンク機構に連結されるバケツト
等の作業機を有し、旋回軸を中心に回動可能な連結体
と、リンク機構を回動させるブームシリンダ、アームシ
リンダ等の第１の油圧アクチユエータと、作業機を駆動
するバケツトシリンダ等の第２の油圧アクチユエータ
と、連結体を旋回軸のまわりに回動させる旋回モータ等
の第３の油圧アクチユエータとを含む油圧シヨベル等の
土木建設機械の油圧制御装置において、例えばブームシ
リンダ、アームシリンダ等の第１の油圧アクチユエー
タ、バケツトシリンダ等の第２の油圧アクチユエータ、
旋回モータ等の第３の油圧アクチユエータを駆動する操
作指令信号を出力する操作指令手段と、第１、第２、第
３の油圧アクチユエータのうちの掘削対象面に対する押
付力を与える第１の所定アクチユエータ、例えばブーム
シリンダの駆動圧力を所定の圧力に制御するポンプレギ
ユレータ、あるいは方向切換弁等を含む圧力制御手段
と、上述の第１の所定アクチユエータと異なる第２の所
定アクチユエータ、例えばアームシリンダに対応する操
作指令信号に応じて予め定められた関数関係に基づいて
作動指令信号を求め、この作動指令信号を圧力制御手段
に出力する制御装置とを備えた構成にしてある。

〔作 用〕

本発明は、上記のように構成してあることにより、第２
の所定アクチユエータ例えばアームシリンダに対応する
操作指令信号に応じて制御装置から圧力制御手段に作動
指令信号が出力され、これによつて掘削対象面に対する
押付力を与える第１の所定アクチユエータ例えばブーム
シリンダの駆動圧力が所定の圧力となるように制御さ
れ、作業機例えばバケツトの掘削対象面等に対する押付
力を最適な値に自動的に制御することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の土木建設機械の油圧制御装置を図に基づ
いて説明する。第１図は本発明の第１の実施例の要部構
成を示す回路図、第２図は第１図に示す第１の実施例が
備えられる土木建設機械の一例として挙げた油圧シヨベ
ルの掘削作業時の状態を示す側面図、第３図は第１図に
示す第１の実施例に備えられる制御装置に含まれる要部
構成および制御装置と関連機器との接続関係を示すブロ
ツク図である。

これらの図、特に第２図において、１は油圧シヨベルの
本体を構成する旋回体、２はこの旋回体１に回動可能に
連結されたブーム、３はこのブーム２に回動可能に連結
されたアーム、４はこのアーム３に回動可能に連結され
たバケツトである。上述のブーム２とアーム３はリンク
機構を構成し、バケツト４は作業機を構成し、これらの
リンク機構と作業機によつて旋回軸５を中心に回動可能
な連結体６が構成されている。５２はブーム２を回動さ
せるブームシリンダ、５８はアーム３を回動させるアー
ムシリンダで、これらのアクチユエータは上述したリン
ク機構を回動させる第１の油圧アクチユエータを構成し
ている。５４はバケツトシリンダで、バケツト４すなわ
ち作業機を回動させる第２の油圧アクチユエータであ
る。なお、図示しないが、このような油圧シヨベルには
旋回体１を旋回させる旋回モータが設けられており、こ
れが上述の連結体６を回動させる第３のアクチユエータ
を構成している。上述した旋回体１と、ブーム２，アー
ム３を含むリンク機構と、バケツト４からなる作業機等
によつて構成される連結体６，およびブームシリンダ５
２，アームシリンダ５８からなる第１の油圧アクチユエ
ータ，バケツトシリンダ５４からなる第２の油圧アクチ
ユエータ、旋回モータからなる第３のアクチユエータは
第２図に例示する油圧シヨベル等の土木建設機械に普通
に設けられているものである。

また、２５２は旋回体１とブーム２との相対角度を検出
する角度検出器、２５８はブーム２とアーム３との相対
角度を検出する角度検出器、２５４はアーム３とバケツ
ト４との相対角度を検出する角度検出器で、これらのも
のは、後述する第２の所定アクチユエータ例えばアーム
シリンダ５８の作動変位を検出する作動変位検出手段を
構成しており、それぞれ後述の制御装置に角度信号すな
わち変位信号を出力する。

なお、同第２図のＨは該油圧シヨベルが配置される地
面、Ｄはバケツト４によつて掘削される掘削対象面、Ｋ
は掘削によつて形成された面を示している。

次に、このような油圧シヨベルに備えられる第１の実施
例の要部構成を第１，３図によつて説明する。

第１図において、５２，５８，５４はそれぞれ前述した
ブームシリンダ、アームシリンダ、バケツトシリンダ、
２５２，２５８，２５４はそれぞれ前述した角度検出器
である。１４は旋回モータ５６およびアームシリンダ５
８に圧油を供給する第１の可変容量油圧ポンプ、１６は
ブームシリンダ５２およびバケツトシリンダ５４に圧油
を供給する第２の可変容量油圧ポンプである。２６は第
１の可変容量油圧ポンプ１４から旋回モータ５６に供給
される圧油の流れ方向を制御する旋回用方向切換弁、２
８は油圧ポンプ１４からアームシリンダ５８に供給され
る圧油の流れ方向を制御するアーム用方向切換弁、２２
は第２の可変容量油圧ポンプ１６からブームシリンダ５
２に供給される圧油の流れ方向を制御するブーム用方向
切換弁、２４は油圧ポンプ１６からバケツトシリンダ５
４に供給される圧油の流れ方向を制御するバケツト用方
向切換弁である。１５，１７はそれぞれ油圧ポンプ１
４，１６の押しのけ容積を制御するポンプレギユレータ
で、このうちポンプレギユレータ１７は掘削対象面に対
する押付力を与える第１の所定アクチユエータ、例えば
ブームシリンダ５２の駆動圧力を所定の圧力に制御する
圧力制御手段を構成している。２６４，２６６はそれぞ
れ油圧ポンプ１４，１６から吐出される圧油の圧力を検
出し、信号として出力する圧力検出器である。２１２，
２１４，２１６，２１８はそれぞれブームシリンダ５
２，バケツトシリンダ５４，旋回モータ５６，アームシ
リンダ５８に対応して設けられ、これらのアクチユエー
タによつて駆動するブーム２，バケツト４，旋回体１，
アーム３を作動させる操作指令信号を出力する操作指令
手段である。２３０は、掘削対象面等の作業条件に応じ
た最適な目標圧力設定信号を出力する目標圧力設定手段
である。

また、２００は制御装置で、操作指令手段２１２，２１
４，２１６，２１８から出力される操作指令信号、角度
検出器２５２，２５８，２５４から出力される角度信
号、目標圧力設定手段２３０から出力される目標圧力信
号、および圧力検出器２６４，２６６から出力される圧
力信号を入力し、所定の演算処理をおこなつて、ポンプ
レギユレータ１５，１７，ブーム用方向切換弁２２，バ
ケツト用方向切換弁２４，旋回用方向切換弁２６，アー
ム用方向切換弁２８に作動指令信号を出力する。この制
御装置２００は、第２の所定アクチユエータ例えばアー
ムシリンダ５８に対応する操作指令信号と、掘削対象面
に対する押付力を与える第１の所定アクチユエータ例え
ばブームシリンダ５２に供給される圧油の圧力を決める
目標圧力信号との関数関係が設定らえる関数テーブル２
０１と、角度検出器２５２，２５８，２５４から出力さ
れる角度信号に応じて所定の演算をおこなつて得られた
リンク角度信号と修正値との関数関係が設定される関数
テーブル２０２と、関数テーブル２０１から出力される
目標圧力信号と関数テーブル２０２から出力される修正
値とを乗算して信号Ｐ_ｒを出力する乗算器２０３と、こ
の信号Ｐ_ｒと前述の圧力検出器２６６から出力される圧
力信号Ｐ_ｓとを加算して信号ΔＰを出力する加算器２０
４と、この信号ΔＰとポンプレギユレータ１７に関連し
た微分信号との関数関係が設定された関数テーブル２
０５と、この関数テーブル２０５から出力される微分信
号を積分して作動指令信号Ｘをポンプレギユレータ１
７に出力する積分器２０８とを有している。

上記した関数テーブル２０１には、操作指令信号が所定
値に至るまでは目標圧力信号がＯであり、当該操作指令
信号が所定値を越えると目標圧力信号が一定値をとる関
数関係が設定されており、また当該一定値が目標圧力設
定手段２３０から出力される目標圧力設定信号に応じて
変化する関係が設定されている。すなわち、この関数テ
ーブル２０１は目標圧力設定信号に応じて、予め定めら
れた操作指令信号と目標圧力信号との関数関係を修正す
る第１の修正手段を構成している。

また、上記した関数テーブル２０２には、リンク角度信
号が所定値に至るまでは修正値が次第にＫに近づくよう
に小さくなり、所定値に至ると修正値がＫとなり、所定
値より大きくなると修正値がさらに小さくなる関数関係
が設定されている。すなわち、この関数テーブル２０２
と上述した乗算器２０３は角度検出器２５２，２５８，
２５４から出力される角度信号（変位信号）に応じて上
述の関数テーブル２０１において予め定められた操作指
令信号と目標圧力信号との関数関係を修正する第２の修
正手段を構成している。

このように構成してある実施例における動作は以下のと
おりである。

第２図に示す状態において、比較的掘削対象面が軟い通
常掘削の場合、アームシリンダ５８を伸長させて掘削を
おこなおうとすると、ブームシリンダ５２のヘツド側の
圧力が押付力を与える圧力となり、上述したようにこの
ブームシリンダ５２が第１の所定アクチユエータ、アー
ムシリンダ５８が第２の所定アクチユエータとなる。

この際、目標圧力設定手段２３０からブームシリンダ５
２のヘツド側の圧力が最適な圧力となるように、目標圧
力設定信号が制御装置２００に出力されるとともに、操
作指令手段２１８からアーム３を駆動する操作指令信号
が出力され、操作指令手段２１２からブーム２を駆動す
る操作指令信号が出力され、これに応じて制御装置２０
０はアーム用方向切換弁２８，ブーム用方向切換弁２２
をそれぞれ切換える作動指令信号を出力する。これによ
つて第１の可変容量油圧ポンプ１４から吐出される圧油
が方向切換弁２８を介してアームシリンダ５８に供給さ
れ、このアームシリンダ５８が伸長し、アーム３が第２
図の時計方向に回動し、また第２の可変容量油圧ポンプ
１６から吐出される圧油が方向切換弁２２を介してブー
ムシリンダ５２のヘツド側に適宜供給される。これによ
つて掘削作業がおこなわれるが、この掘削作業の間、圧
力検出器２６６はブームシリンダ５２のヘツド側に供給
される第２の可変容量油圧ポンプ１６の圧油の圧力Ｐ_ｓ
を検出して制御装置２００に出力し、また角度検出器２
５２，２５８，２５４はアーム３の変位すなわち作業姿
勢の変化に伴つて角度信号を制御装置２００に出力す
る。

制御装置２００においては、アーム３を駆動する操作指
令信号と目標圧力設定信号とに応じて関数テーブル２０
１からブームシリンダ５２を駆動する目標圧力信号が出
力され、また角度信号を演算して得られるリンク角度信
号に応じて関数テーブル２０２から修正値が出力され、
乗算器２０３で目標圧力信号と修正値が乗算されて信号
Ｐ_ｒが出力され、この信号Ｐ_ｒと圧力検出器２６６から
出力される圧力信号Ｐ_ｓが加算器２０４で加算されて信
号ΔＰが出力され、この信号ΔＰに応じて関数テーブル
２０５から微分信号が出力され、この微分信号が積
分器２０８で積分されて作動指令信号Ｘがポンプレギユ
レータ１７に出力される。ポンプレギユレータ１７はこ
の作動指令信号Ｘに応じて適宜作動し、これによつて第
２の可変容量油圧ポンプ１６の傾転角が制御され、当該
第２の可変容量油圧ポンプ１６から吐出される圧油の圧
力、すなわちブームシリンダ５２に供給される圧油の圧
力が所定の圧力に制御される。

このように構成した第１の実施例にあつては、アーム３
を作動させておこなう掘削作業の最中に、ブームシリン
ダ５２のヘツド側の圧力を予め設定される最適な圧力に
自動的に決めることができ、すなわち、オペレータの熟
練度に影響なく負荷の過大、過小を生じることがなく、
掘削作業能率を向上させることができる。

なお、上記第１の実施例では圧力制御手段をブームシリ
ンダ５２のヘツド側の圧力を所定の圧力に制御するポン
プレギユレータ１７によつて構成し、圧力検出器からの
圧力信号Ｐ_ｓに応じて圧力を制御するように構成してあ
るが、本発明はこれに限られず、圧力制御手段が第２の
可変容量油圧ポンプ１６の吐出し流路に介設した設定圧
力可変の圧力制御弁であつてもよい。

第４図は本発明の第２の実施例の要部構成を示す回路
図、第５図はこの第４図に示す第２の実施例に備えられ
る制御装置に含まれる要部構成および制御装置と関連機
器との接続関係を示すブロツク図である。

この第２の実施例にあつては、第４図に示すように、ブ
ームシリンダ５２のヘツド側の圧力を検出する圧力検出
器２７２を設けてあり、この圧力検出器２７２の圧力信
号Ｐ_Ｈが制御装置２００の加算器２０４に出力されるよ
うになつている。そして、制御装置２００には加算器２
０４から出力される信号ΔＰとブーム用方向切換弁２２
を作動させる作動指令信号Ｘ_Ａとの関数関係が設定され
る関数テーブル２０６が設けられている。この関数テー
ブル２０６には、例えばΔＰが第１の所定値に至るまで
は作動指令信号Ｘ_ＡがＯ，ΔＰが第１の所定値から第２
の所定値に至るまでは作動指令信号Ｘ_Ａが徐々に大きく
なり、第２の所定値以降にあつては作動指令信号Ｘ_Ａが
一定値となる関数関係が設定されている。また、ブーム
用方向切換弁２２が圧力制御手段を構成している。

この第２の実施例にあつては、ブームシリンダ５２のヘ
ツド側の圧力が圧力検出器２７２によつて検出され、こ
の圧力検出器２７２の圧力信号Ｐ_Ｈを加算した信号ΔＰ
に対する作動指令信号Ｘ_Ａがブーム用方向切換弁２２に
出力され、これにより方向切換弁２２のヘツド側が適宜
絞られ、これによりブームシリンダ５２のヘツド側の圧
力が所定圧力に自動的に保たれる。

第６図は本発明の第３の実施例の要部構成を示す回路
図、第７図はこの第６図に示す第３の実施例に備えられ
る制御装置に含まれる要部構成および制御装置と関連機
器との接続関係を示すブロツク図である。

この第３の実施例は掘削対象面が通常の掘削の場合に比
べて堅いときなどに好適であり、第６図に示すようにブ
ームシリンダ５２のロツド側の圧力を検出する圧力検出
器２７３を設けてあり、この圧力検出器２７３の圧力信
号Ｐ_Ｒが制御装置２００の加算器２０４に出力されるよ
うになつている。そして、制御装置２００には、加算器
２０４から出力される信号ΔＰとブーム用方向切換弁２
２を作動させる作動指令信号Ｘ_Ｂとの関数関係が設定さ
れる関数テーブル２０７が設けられている。この関数テ
ーブル２０７には、例えばΔＰが第１の所定値に至るま
では作動指令信号Ｘ_Ｂが比較的大きな一定値をとり、所
定値以降にあつては作動指令信号Ｘ_Ｂが上記一定値より
徐々に小さい値をとる関数関係が設定されている。ま
た、関数テーブル２０１の関数関係は必要に応じて前述
した第１，第２の実施例における場合と異なるように設
定される。なお、この第３の実施例にあつても、ブーム
用方向切換弁２２が圧力制御手段を構成している。

掘削対象面が堅い場合にはブームシリンダ５２が掘削反
力により押上げられる事態を生じるが、この第３の実施
例にあつては、ブームシリンダ５２のロツド側の圧力が
圧力検出器２７３によつて検出され、この圧力検出器２
７３の圧力信号Ｐ_Ｒを加算して信号ΔＰに対応する作動
指令信号Ｘ_Ｂがブーム用方向切換弁２２の駆動部に出力
され、これによつてブーム用方向切換弁２２のロツド側
が適宜絞られ、ブームシリンダ５２のロツド側の圧力が
所定圧力に自動的に保たれる。

なお、上記実施例では第１のアクチユエータとしてブー
ムシリンダ５２を挙げたが、旋回体１によつて押付力を
与えて掘削をおこなうような場合にあつては、旋回モー
タ５６を第１のアクチユエータとすることにより、この
発明を適用させることができる。また上記各実施例では
切換弁をセンタバイパス型としたが、中立でポンプポー
トブロツク型でもよい。

〔発明の効果〕

本発明の土木建設機械の油圧制御装置は、作業機の掘削
対象面等に対する押付力を最適な値に自動的に制御で
き、したがつて従来の手操作におけるような負荷の過大
や過小を生じることがなく、従来に比べて作業能率が向
上するとともに、連結体および油圧機器の損傷を防止で
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の土木建設機械の油圧制御装置の第１の
実施例の要部構成を示す回路図、第２図は第１図に示す
第１の実施例が備えられる土木建設機械の一例として挙
げた油圧シヨベルの掘削作業時の状態を示す側面図、第
３図は第１図に示す第１の実施例に備えられる制御装置
に含まれる要部構成および制御装置と関連機器との接続
関係を示すブロツク図、第４図は本発明の第２の実施例
の要部構成を示す回路図、第５図はこの第４図に示す第
２の実施例に備えられる制御装置に含まれる要部構成お
よび制御装置と関連機器との接続関係を示すブロツク
図、第６図は本発明の第３の実施例の要部構成を示す回
路図、第７図はこの第６図に示す第３の実施例に備えら
れる制御装置に含まれる要部構成および制御装置と関連
機器との接続関係を示すブロツク図である。 ２……ブーム（リンク機構）、３……アーム（リンク機
構）、４……バケツト（作業機）、５……旋回軸、６…
…連結体、１７……ポンプレギユレータ（圧力制御手
段）、２２……ブーム用方向切換弁（圧力制御手段）、
５２……ブームシリンダ（第１の油圧アクチユエータ、
第１の所定アクチユエータ）、５４……バケツトシリン
ダ（第２の油圧アクチユエータ）、５６……旋回モータ
（第３の油圧アクチユエータ）、５８……アームシリン
ダ（第１の油圧アクチユエータ、第２の所定アクチユエ
ータ）、２００……制御装置、２０１……関数テーブル
（第１の修正手段）、２０２……関数テーブル（第２の
修正手段）、２０３……乗算器（第２の修正手段）、２
０４……加算器、２０５，２０６，２０７……関数テー
ブル、２０８……積分器、２１２，２１４，２１６，２
１８……操作指令手段、２３０……目標圧力設定手段、
２５２，２５８，２５４……角度検出器、２６６，２７
２，２７３……圧力検出器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安田 知彦 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (56)参考文献 特開 昭56−14605（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−126829（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに回動可能な少なくとも２つの部材か
   らなるリンク機構およびこのリンク機構に連結される作
   業機を有し、旋回軸を中心に回動可能な連結体と、上記
   リンク機構を回動させる第１の油圧アクチユエータと、
   上記作業機を駆動する第２の油圧アクチユエータと、上
   記連結体を上記旋回軸のまわりに回動させる第３の油圧
   アクチユエータとを含む土木建設機械の油圧制御装置に
   おいて、上記第１，第２，第３の油圧アクチユエータを
   駆動する操作指令信号を出力する操作指令手段と、上記
   第１，第２，第３の油圧アクチユエータのうちの掘削対
   象面に対する押付力を与える第１の所定アクチユエータ
   の駆動圧力を所定の圧力に制御する圧力制御手段と、上
   記第１，第２，第３の油圧アクチユエータのうちの上記
   第１の所定アクチユエータと異なる第２の所定アクチユ
   エータに対応する操作指令信号に応じて予め定められた
   関数関係に基づいて作動指令信号を求め、該作動指令信
   号を上記圧力制御手段に出力する制御装置とを備えたこ
   とを特徴とする土木建設機械の油圧制御装置。
2. 【請求項２】制御装置に目標圧力設定信号を出力する目
   標圧力設定手段を有するとともに、制御装置が上記目標
   圧力設定信号に応じて予め定められた関数関係を修正す
   る第１の修正手段を有することを特徴とする特許請求の
   範囲第(1)項記載の土木建設機械の油圧制御装置。
3. 【請求項３】第２の所定アクチユエータの作動変位を求
   め、制御装置に変位信号を出力する作動変位検出手段を
   有するとともに、制御装置が該変位信号に応じて予め定
   められた関数関係を修正する第２の修正手段を有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第(1)項または第(2)項記
   載の土木建設機械の油圧制御装置。
4. 【請求項４】圧力制御手段がポンプレギユレータを含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項または第(2)項
   記載の土木建設機械の油圧制御装置。
5. 【請求項５】圧力制御手段が第１の所定アクチユエータ
   の駆動圧力を制御する方向切換弁を含むことを特徴とす
   る特許請求の範囲第(1)項または第(2)項記載の土木建設
   機械の油圧制御装置。
6. 【請求項６】圧力制御手段が設定圧力可変の圧力制御弁
   を含むことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項または
   第(2)項記載の土木建設機械の油圧制御装置。