JPH07197490A

JPH07197490A - 建設機械の油圧制御装置

Info

Publication number: JPH07197490A
Application number: JP33653993A
Authority: JP
Inventors: Akira Tatsumi; 明辰巳
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-08-01

Abstract

(57)【要約】【目的】ブームシリンダへ供給する圧油の流量の制御
特性を作業内容に応じて切換えられるようにする。【構成】可変容量油圧ポンプ１の傾転制御モードを選
択する選択スイッチ３１と、ブームシリンダ２１が下げ
操作されているとき、選択スイッチ３１で選択された傾
転制御モードにしたがって、可変容量油圧ポンプ１の傾
転量を設定するモード別傾転選択部６５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ブームシリンダを有す
る油圧ショベルなどの建設機械の油圧制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図８は従来から知られている油圧ショべ
ルのブームシリンダ９９と、ブームシリンダ９９に供給
される油量と方向を制御する油圧パイロット式の制御弁
９８を示すものである。制御弁９８は不図示の操作レバ
ーの操作量に応じて発生するパイロット圧力で切換えら
れる。制御弁９８がＬ位置に切換えられるとブームシリ
ンダ９９は収縮しては降下し、Ｕ位置に切換えられると
伸長して上昇する。ブーム下げ時、油圧源９７の圧油は
Ｐ→Ａポート間からブームシリンダ９９のロッド室９９
ａに供給され、ボトム室９９ｂから排出される油はＢ→
Ｔポート間からタンク９６に流れる。

【０００３】図９は制御弁９８の４つのポート間のスプ
ール開口面積をそのストロークに応じて示すものであ
り、横軸がストローク、縦軸がスプール開口面積を表わ
す。図９では、Ｐ→Ａポート間の流量がＢ→Ｔポート間
の流量よりも少ない場合を示す。この場合、ブーム下げ
操作を行うとブームは自由落下する。

【０００４】このようなメータリング特性の制御弁を使
用した場合、ブーム下げ動作後に操作レバーを中立に戻
したとき、ブームシリンダのボトム室とロッド室の圧力
の挙動は図１０のようになる。すなわち、ロッド室側へ
の圧油の供給がボトム室側からの圧油の排出に追い付か
なくなり、ロッド室の圧力はしばらくの間、負圧とな
る。このため、ブームが整定せず、車体が振動して安定
性が悪い。

【０００５】一方、図１１は、Ｐ→Ａポート間の開口面
積がＢ→Ｔポート間の開口面積よりも多い場合を示す。
この場合、ブーム下げ操作を行うとブームは要求される
圧油の油量に依存する速度で降下する。

【０００６】このようなメータリング特性の制御弁を使
用した場合、ブーム下げ動作後に操作レバーを中立に戻
したとき、ブームシリンダのボトム室とロッド室の圧力
の挙動は図１２のようになる。すなわち、ボトム室側か
ら排出される油量がロッド室側から供給される油量より
も少ないから、押込み勝手となり、ロッド室の圧力はす
ぐにたつ。このため、ブームがすぐに整定して、車体の
振動が抑制されて安定性が良い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ブーム
の安定性を重視して制御弁のメータリング特性を図１１
のようにしてブーム下げ時に押込み勝手にすると、転圧
作業時に車体がジャッキアップされてしまい、転圧性能
が悪くなる。逆に転圧性能を良くするようにメータリン
グ特性を図９のようにしてブームが自由落下するように
すると安定性が悪くなり、掘削作業時の操作性が悪くな
ってしまう。

【０００８】本発明の目的は、ブーム下げ動作を作業内
容に応じて自由落下と押込み勝手に切換えられるように
した建設機械の油圧制御装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】一実施例を示す図１〜図
３に対応づけて説明すると、本発明は、原動機２７によ
って駆動される可変容量油圧ポンプ１と、この可変容量
油圧ポンプ１からの吐出油により駆動されるブームシリ
ンダ２１と、このブームシリンダ２１の上下動を指令す
る指令手段５８，５９と、この指令手段５８，５９の指
令に応じてブームシリンダ２１への圧油の方向と流量と
を制御する制御弁２０とを備えた建設機械の油圧制御装
置に適用される。そして、可変容量油圧ポンプ１の傾転
制御モードを選択する選択手段３１，３２，６６と、ブ
ームシリンダ２１が下げ操作されているとき、選択手段
３１，３２，６６で選択された傾転制御モードにしたが
って、可変容量油圧ポンプ１の傾転量を設定する設定手
段６５とを備えることにより、上述した目的を達成す
る。

【００１０】

【作用】選択手段３１，３２，６６で傾転制御モードが
選択され、設定手段６５はその傾転制御モードにしたが
って、可変容量油圧ポンプ１の傾転量を設定する。

【００１１】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【００１２】

【実施例】

−第１の実施例− 図１〜図３により本発明をホイール式油圧ショベルに適
用した場合の一実施例を説明する。図１は油圧ショベル
の駆動制御装置の全体構成を示す図、図２はそのパイロ
ット操作回路を示す図であり、１はエンジン（原動機）
２７により駆動される可変容量油圧ポンプである。エン
ジン２７の回転数は、ガバナ２７ａのガバナレバー２７
ｂをパルスモータ２８により回動することにより制御さ
れる。そして、そのエンジン回転数に応じた可変容量油
圧ポンプ１の吐出油が走行用制御弁２を介して油圧モー
タ４に導かれるとともに、ブーム用制御弁２０を介して
ブーム用油圧シリンダ２１に導かれる。

【００１３】今、例えば前後進切換弁８（図２）を前進
（Ｆ位置）に切換えパイロット弁６のペダル６ａを操作
すると、油圧ポンプ５からの吐出油がパイロット式制御
弁２のパイロットポート２ａに導かれ、この制御弁２が
パイロット油圧に応じたストローク量で切換わる。これ
により、可変容量油圧ポンプ１からの吐出油が圧力補償
弁２３，制御弁２を経て油圧モータ４に供給され車両が
走行する。車両の速度は走行ペダル６ａの踏込量に依存
する。

【００１４】走行中にペダル６ａを離すとパイロット弁
６が圧油を遮断しその出口ポートがタンク１０と連通さ
れる。この結果、パイロットポート２ａに作用していた
圧油が前後進切換弁８、スローリターン弁７、パイロッ
ト弁６を介してタンク１０に戻る。このとき、スローリ
ターン弁７の絞りにより戻り油が絞られるからパイロッ
ト式制御弁２は徐々に中立位置に切換わりながら車両が
徐々に減速されていく。

【００１５】またブームレバー５８を操作すると、その
操作量に応じて減圧弁５９で減圧された圧力により油圧
パイロット式のブーム用制御弁２０が切換わり、油圧ポ
ンプ１からの吐出油が圧力補償弁２４および制御弁２０
を介してブームシリンダ２１に導かれ、ブームシリンダ
２１の伸縮によりブームが上下動する。

【００１６】図１では図示を省略するが、ブームレバー
５８や走行ペダル６ａの他に、アームレバー、バケット
レバー、旋回レバーが設けられ、ブームレバー５８と同
様に各レバーの操作量に応じたパイロット圧油を吐出す
る減圧弁と、その吐出パイロット圧油でそれぞれ切換え
られる制御弁と、制御弁からの圧油で駆動されるアクチ
ュエータとを備えている。

【００１７】図１において、コントローラ５０には選択
スイッチ３１が接続されていて、この選択スイッチ３１
がオフのときコントローラ５０は掘削作業モードを設定
し、オンのときは転圧作業モードを設定する。３２はブ
ーム操作用減圧弁５９からブーム下げパイロット圧力が
出力されているときにオンする圧力スイッチである。コ
ントローラ５０は、選択スイッチ３１がオンのときは、
ブーム下げパイロット圧力がたっていれば転圧作業に適
したモードで傾転制御を行ない、オフのときには掘削作
業に適したモードで傾転制御を行なう。また、ブーム用
制御弁２０の下げ側位置でのメータリング特性は図１１
のようにＰ→Ａポート間の開口面積がＢ→Ｔポート間の
開口面積よりも多くされている。

【００１８】圧力補償弁２３，２４は、油圧モータ４と
ブームシリンダ２１の作動を独立に補償させるために設
けられ、それぞれの制御弁の出入口圧力の差が所定値以
上のときに油圧ポンプ１からの圧油を各アクチュエータ
に供給する。上述した不図示の各アクチュエータに対し
てもこの種の圧力補償弁が設けられる。

【００１９】可変容量油圧ポンプ１の傾転角、すなわち
押除け容積は、傾転角制御装置４０により制御される。
傾転角制御装置４０は、エンジン２７により駆動される
油圧ポンプ４１と、一対の電磁弁４２，４３と、電磁弁
４２，４３の切換に応じて油圧ポンプ４１からの圧油に
よりピストン位置が制御されるサーボシリンダ４４とか
ら成り、サーボシリンダ４４のピストン位置に応じて油
圧ポンプ１の傾転角が制御される。ここで、一対の電磁
弁４２，４３はコントローラ５０により切換制御され
る。

【００２０】５１は、油圧ポンプ１の傾転角θｓを検出
する傾転角センサ、５２は油圧ポンプ１の吐出圧力Ｐｐ
を検出する圧力センサ、５３はエンジン２７の回転数Ｎ
ｒを検出する回転数センサ、５４は、油圧ポンプ１の吐
出圧力とアクチュエータの最大負荷圧力（油圧モータ４
の負荷圧力、ブームシリンダ２１およびその他の各アク
チュエータの負荷圧力のうち最大の値であり、シャトル
弁２９にて選択されたものである）との差圧、つまりＬ
Ｓ差圧ΔＰＬＳを検出する差圧センサである。また、５
５はガバナレバー２７ｂの回動量Ｎθを検出するポテン
ショメ−タであり、これらの各センサの検出結果はコン
トローラ５０に入力される。５７は、燃料レバー５７ａ
の手動操作に応じた目標回転数Ｘを指令する回転数設定
装置であり、その指令信号もコントローラ５０に入力さ
れる。

【００２１】コントローラ５０は、図３に示すような制
御回路部６０を有し、この制御回路部６０は、ロードセ
ンシング制御部（以下、ＬＳ制御部）６１と、トルク制
御部６２と、モード別傾転選択部６５と、選択スイッチ
３１がオンで圧力スイッチ３２もオンのときにオンする
アンドゲート６６と、最小傾転選択部６３と、サーボ制
御部６４とから成る。ＬＳ制御部６１は、目標差圧ΔＰ
ＬＳＲと差圧センサ５４で検出されたＬＳ差圧ΔＰＬＳ
との偏差Δ（ＰＬＳ）を演算し、この偏差Δ（ＰＬＳ）
から目標値の変化量ΔθＬを演算し、これを積分してロ
ードセンシング制御のための目標ポンプ傾転角θＬを求
めて出力する。

【００２２】トルク制御部６２は、回転数センサ５３で
検出されたエンジン回転数Ｎｒと、ポテンショメ−タ５
５で検出されたガバナレバー位置Ｎθとの偏差ΔＮを演
算し、この偏差ΔＮからエンジンストールを防止するた
めの目標トルクＴｐｏを演算し、この目標トルクＴｐｏ
に圧力センサ５２で検出されたポンプ吐出圧力Ｐｐの逆
数を乗じて傾転角演算を行い、その値θｐｓに一時遅れ
要素のフィルタをかけて入力トルク制限制御のための目
標ポンプ傾転角θＴを求める。

【００２３】モード別傾転選択部６５は、最小傾転θ₀
を出力する最小傾転設定器６５ａと、この最小傾転θ₀
とロードセンシング制御のための目標ポンプ傾転角θＬ
のいずれか小さい方を選択する最小値選択部６５ｂと、
アンドゲート６６がオンのときにｂ接点に切換わって最
小値選択部６５ｂからの信号を選択し、オフのときはａ
接点に切換わって目標ポンプ傾転角θＬを選択して目標
ポンプ傾転角θＭとして出力する切換器６５ｃとを備え
る。

【００２４】選択部６３は、上記２つの目標傾転角θ
Ｍ，θＴのうち小さい方の値を選択してサーボ制御部６
４に出力する。サ−ボ制御部６４は、選択された傾転角
指令値θｒと、傾転角センサ５１により検出した傾転角
フィ−ドバック値θｓとを比較し、ポンプ傾転角θｓが
傾転角指令値θｒに一致するよう傾転角制御装置４０を
制御する。

【００２５】ここで、上記ロードセンシング制御によれ
ば、ＬＳ差圧が一定値になるように可変容量油圧ポンプ
１の押除け容積（以下、傾転角ともいう）が制御され、
上記ポンプ圧がロードセンシング圧よりも所定の目標値
だけ高く保持されるので、ポンプ吐出流量が制御弁２ま
たは２０の要求流量になるようにポンプ傾転角が制御さ
れ、余分な流量を吐出することがなく絞り損失による無
駄がなくなり燃費および操作性の向上が図れる。すなわ
ち、図１１のようなメータリング特性で決る開口面積が
与えられたとき、そのポート間の圧力差がΔＰＬＳＲと
なるような通過流量にポンプ傾転が制御される。また入
力トルク制限制御によれば、油圧ポンプ１のトルクがエ
ンジン２７の出力トルクの範囲内に保持され、エンジン
２７に過負荷が作用するのが防止される。

【００２６】エンジン回転数制御は、コントローラ５０
でパルスモータ２８を駆動制御して行なわれるが、本発
明と直接関係がないので説明を省略する。

【００２７】このように構成された油圧駆動制御装置で
は、掘削作業時は選択スイッチ３１をオフしておく。こ
れにより、制御回路部６０のアンドゲート６６はオフさ
れるから、切換器６５ｃはａ接点に切換わって目標ポン
プ傾転角θＬを選択する。したがって、モード別傾転選
択部６５は目標ポンプ傾転角θＬを出力し、選択部６３
は、トルク制御部６２から出力される目標ポンプ傾転角
θＴとθＬのいずれか小さい方を選択し、通常の傾転制
御で可変容量油圧ポンプ１は運転される。すなわち、Ｐ
−Ｑ線図上でトルク制限がかからない範囲ではθＬに依
存して傾転はロードセンシング制御され、トルク制限が
かかるとθＴに依存して傾転はトルク制限制御される。

【００２８】その結果、制御弁２０は図１１のメータリ
ング特性にしたがってポンプ吐出油を油圧シリンダ２１
に供給し、ブームシリンダ２１は押込み勝手で運転され
る。そのため、図１２に示すように、ブーム下げ操作を
中止したときにロッド室圧力が直ちに立上がり、掘削作
業時のブームシリンダの安定性は良い。

【００２９】一方、転圧作業時は選択スイッチ３１をオ
ンしておく。ブーム操作レバー５８が下げ操作されて圧
力スイッチ３２がオンするとアンドゲート６６がオン
し、切換器６５ｃはｂ接点に切換わって最小値選択部６
５ｂからの傾転角を選択する。したがって、目標差圧Δ
ＰＬＳＲが実際の差圧ΔＰＬＳより小さい場合に目標ポ
ンプ傾転θＬがθ₀を越えようとしても、モード別傾転
選択部６５から出力される目標ポンプ傾転θＭはθ₀で
制限される。たとえば、図１１のメータリング特性を有
する制御弁２０を６０％ストロークさせたとき、３２％
程度の開口面積で決まる要求流量になるように油圧ポン
プ１の傾転角はθ₃₂に制御されるが、切換器６５ｃがｂ
側に切換わっている時には、油圧ポンプ１の傾転角はθ
₃₂よりも小さい最小傾転θ₀で運転される。その結果、
ブームシリンダ２１は自由落下運転される。したがって
ブーム下げ操作を中止したとき、図１０に示したよう
に、ロッド室圧力は直ちに正圧にはならないから、転圧
作業時に車体がジャッキアップされず、効率良く転圧作
業が行われる。ここで、傾転角θ₃₂は、図１１において
制御弁２０を６０％ストロークしたときに制御弁２０の
前後差圧ΔＰＬＳが目標差圧ΔＰＬＳＲとなるような値
に制御されるものである。

【００３０】−第２の実施例− 図４および図５は第２の実施例を示す。第１の実施例で
は、選択スイッチ３１からのオン・オフ信号と圧力スイ
ッチ３２からの出力信号により掘削作業モードと転圧作
業モードを選択するようにしたが、第２の実施例は、ブ
ームレバー５８の操作状態から掘削作業か転圧作業かを
判別して上記モードを切換えるようにしたものである。
そのために、図４に示すように、ブームレバー５８の操
作量に比例して減圧弁５９から出力される下げパイロッ
ト圧力と上げパイロット圧力をそれぞれ検出する圧力セ
ンサ３３，３４を設け、図５に示すような作業内容判別
プログラムにより切換器６５ｃを切換える信号を出力す
る作業判別器６７を設ける。それ以外は第１の実施例と
同様に構成できる。

【００３１】図５において、ステップＳ１１で、ブーム
上げおよび下げ操作のパイロット圧力を読み込み、ステ
ップＳ１２で、所定時間内にＮ回以上ブーム上げ下げ切
換え操作が行われたかを判別する。このステップＳ１２
が肯定されると、ステップＳ１３において転圧作業と判
定して切換器６５ｃをｂ接点に切換え、否定されるとス
テップＳ１４で掘削作業と判定して切換器６５ｃをａ接
点に切換える。この実施例では、選択スイッチ３１が不
要となる上、そのスイッチ３１の操作を忘れても各作業
に不都合はない。傾転制御は第１の実施例と同様であ
り、説明を省略する。

【００３２】−第３の実施例− 図６は第３の実施例を示す。第１および第２の実施例で
は最小傾転θ₀を固定値としたが、この第３の実施例で
は、オペレータにより任意に操作されるダイアル３５
と、このダイアル３５の操作量に応じた最小傾転θ₀を
出力する関数発生器６５ｅをそれぞれ設け、最小傾転θ
₀の値を任意に選択できるようにしたものである。

【００３３】この実施例によれば、転圧作業時にブーム
レバー５８をわずかに操作したときにブームシリンダを
自由落下運転したいときには、ダイアル３５でθ₀を小
さな値θ₀minとし、転圧作業時でもブームレバー５８を
かなり操作したときにブームシリンダを自由落下運転す
るようにする場合には、ダイアル３５でθ₀を大きな値
θ₀maxとする。したがって、転圧作業時にオペレータの
好みに応じた運転性能を実現できる。その他の傾転制御
については第１の実施例と同様である。

【００３４】−第４の実施例− 図７は第４の実施例を示す。第３の実施例では最小傾転
θ₀をダイアル操作で任意に調節するようにしたが、こ
の第４の実施例では、ブーム下げ操作量に応じて最小傾
転θ₀を調節するようにしたものである。図７におい
て、関数発生器６５ｆは、ブーム下げパイロット圧力に
応じた信号を出力する圧力センサ３３からの信号に応じ
て、図に示すような特性で最小傾転θ₀を出力する。関
数発生器６５ｆの特性は、図１１の曲線ＣＡに相当して
定められ、第３の実施例とは異なり、ブーム下げ操作時
には常にブームは自由落下運転される。

【００３５】以上の実施例の構成において、ブームレバ
ー５８と減圧弁５９が指令手段を、切換スイッチ３１，
圧力スイッチ３２およびアンドゲード６６などが選択手
段を、モード別傾転選択ブーム６５が設定手段を、ダイ
アル３５が手動操作部材を、関数発生器６５ｅが任意設
定手段を、関数発生器６５ｆが指令設定手段を、作業判
別器６７が判定手段をそれぞれ構成する。

【００３６】なお、クローラ式油圧ショベルにも本発明
を適用できる他、ブームを有するそれ以外の油圧建設機
械にも本発明を同様に適用できる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、作
業内容に応じて油圧ポンプの傾転制御モードを設定する
ようにし、作業内容に応じて押込み勝手でブームを下げ
操作したり、自由落下させることができ、とくに、ブー
ム下げ操作を中止したときに、転圧作業時には車体のジ
ャッキアアップ現象が起きずに転圧作業を効率よく行う
ことができ、また、掘削作業ではブームが整定する時間
が短くなり、作業性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による建設機械の油圧制御装置の第１の
実施例の全体構成を示す図である。

【図２】図１のパイロット操作回路を示す図である。

【図３】一実施例に係るポンプ制御回路部の詳細を示す
ブロック図である。

【図４】本発明による建設機械の油圧制御装置の第２の
実施例によるポンプ制御部の全体構成を示す図である。

【図５】図４の作業判別器を実現するプログラムの一例
を示す図である。

【図６】本発明による建設機械の油圧制御装置の第３の
実施例のポンプ制御部の全体構成を示す図である。

【図７】本発明による建設機械の油圧制御装置の第４の
実施例のポンプ制御部の全体構成を示す図である。

【図８】従来のブームシリンダとその制御弁を示す図で
ある。

【図９】ブームシリンダ用制御弁のメータリング特性の
一例を示す図である。

【図１０】図９のメータリング特性の制御弁を用いた場
合のロッド室圧力とボトム室圧力の挙動を示すグラフで
ある。

【図１１】ブームシリンダ用制御弁のメータリング特性
の他の例を示す図である。

【図１２】図１１のメータリング特性の制御弁を用いた
場合のロッド室圧力とボトム室圧力の挙動を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１可変容量油圧ポンプ２走行用制御弁４走行用油圧モータ４ａ〜４ｃ圧力センサ６パイロット弁６ａ走行ペダル８前後進切換弁２０ブーム用制御弁２１ブームシリンダ２１ａロッド室２７エンジン３１選択スイッチ３２圧力スイッチ３３ブーム下げパイロット圧力センサ３４ブーム上げパイロット圧力センサ３５ダイアル４０傾転制御装置５０コントローラ５８ブーム操作レバー５９ブーム操作用減圧弁６５モード別傾転選択部６６アンドゲード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原動機によって駆動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の吐出油により駆動される
ブームシリンダと、このブームシリンダの上下動を指令する指令手段と、この指令手段の指令に応じて前記ブームシリンダへの圧
油の方向と流量とを制御する制御弁とを備えた建設機械
の油圧制御装置において、前記可変容量油圧ポンプの傾転制御モードを選択する選
択手段と、前記ブームシリンダが下げ操作されているとき、前記選
択手段で選択された傾転制御モードにしたがって、前記
可変容量油圧ポンプの傾転量を設定する設定手段とを備
えることを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項２】請求項１の建設機械の油圧制御装置にお
いて、前記傾転制御モードは、傾転量が作業状態に応じ
て変更される通常作業モードと、この通常作業モードよ
りも小さい傾転量とする小傾転モードとを有することを
特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項３】請求項２の建設機械の油圧制御装置にお
いて、手動操作部材からの信号に応じて、前記小傾転モ
ードで使用される傾転量を任意に設定する任意設定手段
を有することを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項４】請求項２の建設機械の油圧制御装置にお
いて、前記指令手段の指令量に応じて、前記小傾転モー
ドで使用される傾転量を設定する指令設定手段を有する
ことを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかの項に記載の建
設機械の油圧制御装置において、前記指令手段からの指
令にしたがってブームの上げ下げの繰返しの頻度を判定
する判定手段を備え、前記選択手段は前記判定手段での
判定結果に基づいて前記傾転量モードを選択することを
特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項６】請求項２に記載の建設機械の油圧制御装
置において、前記指令手段からの指令にしたがってブー
ムの上げ下げの繰返しの頻度を判定する判定手段を備
え、前記選択手段は前記判定手段でブーム上げ下げの繰
返し頻度が高いと判定すると前記小傾転モードを選択す
ることを特徴とする建設機械の油圧制御装置。