JPH0941421A

JPH0941421A - 油圧ショベル

Info

Publication number: JPH0941421A
Application number: JP21822595A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Yamazaki; 弘章山崎
Original assignee: Mitsubishi Agricultural Machinery Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Agricultural Machinery Co Ltd
Priority date: 1995-08-03
Filing date: 1995-08-03
Publication date: 1997-02-10

Abstract

(57)【要約】【課題】作業部の高さ制限や深さ制限を行うにあた
り、ブームの減速停止時に大きなショックが生じる不都
合を解消する。【解決手段】ブーム動作を制限する場合には、その減
速開始位置および減速速度をアーム回動角に基づいて補
正し、また、アーム動作を制限する場合には、その減速
開始位置および減速速度をバケット回動角に基づいて補
正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高さ制限機能や深
さ制限機能を備えた油圧ショベルの技術分野に属するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種油圧ショベルのなかには、
作業部の最高位置や最低位置が予め設定される設定位置
（設定高さもしくは設定深さ）を越えないように作業部
の動作を制限（減速および停止）する高さ制限機能や深
さ制限機能を備えるものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来では、
上記の如く作業部動作を制限するにあたり、減速停止時
に作用する慣性力の相違を考慮していないため、ブーム
の減速停止時において、アームが押し側に位置する状態
と、引き側に位置する状態とでは、慣性力の相違に基づ
いて前者の方が停止時のショックが大きくなる傾向があ
り、また、アームの減速停止時においても、アタッチメ
ントの位置に応じて停止時のショックが変化する可能性
があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の如き実
情に鑑みこれらの課題を解決することができる油圧ショ
ベルを提供することを目的として創作されたものであっ
て、ブーム、アームおよびアタッチメントを順次回動自
在に連結して構成される作業部と、該作業部の各部を動
作させる油圧アクチュエータと、作業部の各部の動作位
置を検出する動作位置検出センサと、該動作位置検出セ
ンサの検出値に基づいて所定の制御を行う制御装置とを
備えてなる油圧ショベルにおいて、前記制御装置に、予
め設定される作業部の最高位置もしくは最低位置に基づ
いてブーム動作の減速域を決定する減速域決定手段と、
減速域の始端位置からブーム動作の減速を開始し、減速
域の終端位置でブーム動作を停止させるブーム減速停止
手段と、前記減速域の始端位置もしくは減速域のブーム
動作速度をアーム位置に応じて補正する減速補正手段と
を設けたものである。つまり、ブーム停止時の慣性力が
アーム位置に応じて変化することを考慮し、減速域の始
端位置もしくは減速域のブーム動作速度をアーム位置に
応じて補正するため、慣性力が大きい状態ではゆっくり
とした減速停止を行うことが可能になり、この結果、ブ
ームの減速停止時に大きなショックが生じる不都合を解
消することができる。

【０００５】また、ブーム、アームおよびアタッチメン
トを順次回動自在に連結して構成される作業部と、該作
業部の各部を動作させる油圧アクチュエータと、作業部
の各部の動作位置を検出する動作位置検出センサと、該
動作位置検出センサの検出値に基づいて所定の制御を行
う制御装置とを備えてなる油圧ショベルにおいて、前記
制御装置に、予め設定される作業部の最高位置もしくは
最低位置に基づいてアーム動作の減速域を決定する減速
域決定手段と、減速域の始端位置からアーム動作の減速
を開始し、減速域の終端位置でアーム動作を停止させる
アーム減速停止手段と、前記減速域の始端位置もしくは
減速域のアーム動作速度をアタッチメント位置に応じて
補正する減速補正手段とを設けたものである。つまり、
アーム停止時の慣性力がアタッチメント位置に応じて変
化することを考慮し、減速域の始端位置もしくは減速域
のアーム動作速度をアタッチメント位置に応じて補正す
るため、アームの減速停止時に大きなショックが生じる
不都合を解消することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態の一つ
を図面に基づいて説明する。図面において、１は油圧シ
ョベルであって、該油圧ショベル１は、無限軌道式の下
部走行体２、該下部走行体２の上部に旋回自在に支持さ
れる上部旋回体３、該上部旋回体３の前端部に連結され
る作業部４等で構成されている。そして前記各部は、エ
ンジン動力で駆動する油圧ポンプの吐出油圧で作動せし
められるが、これらの基本構成は何れも従来通りであ
る。

【０００７】前記作業部４は、上部旋回体３の前端部に
上下回動自在（上下昇降動作自在）に連結されるブーム
５、該ブーム５の先端部に前後回動自在（押し引き動作
自在）に連結されるアーム６、該アーム６の先端部に前
後回動自在（掘削および排土動作自在）に連結されるバ
ケット７（アタッチメント）、前記ブーム５を強制的に
回動させるブームシリンダ８、前記アーム６を強制的に
回動させるアームシリンダ９、前記バケット７を強制的
に回動させるバケットシリンダ１０等で構成されるが、
ブーム回動支点、アーム回動支点およびバケット回動支
点には、ポテンショメータ等の角度センサからなるブー
ムセンサＳ１、アームセンサＳ２およびバケットセンサ
Ｓ３が組付けられると共に、各センサＳ１〜Ｓ３の検出
値を所定のインタフェース回路（Ａ／Ｄ変換回路）を介
して後述の制御部１３にフィードバックするようになっ
ている。

【０００８】１４は前記各シリンダ８、９、１０等の作
動を切換えるコントロールバルブユニットであって、該
コントロールバルブユニット１４は、電磁比例弁ユニッ
ト１５を経由する左右操作レバーユニット１６Ｌ、１６
Ｒからのパイロット油圧に基づいて前記各シリンダ８、
９、１０等の作動を切換えるものであるが、前記電磁比
例弁ユニット１５と制御部１３との間には、電磁比例弁
ユニット１５をパルス幅変調に基づいて駆動制御するド
ライバ回路１７が設けられている。

【０００９】前記ドライバ回路１７は、Ｄ／Ａ変換回路
を介して制御部１３から出力されるＰＷＭ信号（パルス
幅変調信号）に、電磁比例弁ユニット１５からのフィー
ドバックをかけると共に、発振した三角波との比較演算
に基づいて新たなＰＷＭ信号を生成し、該ＰＷＭ信号に
基づいて電磁比例弁ユニット１５をチョッパ駆動（断続
駆動）すべく構成されている。そして、ドライバ回路１
７からＰＷＭ信号を入力した電磁比例弁ユニット１５
は、左右操作レバーユニット１６Ｌ、１６Ｒからのパイ
ロット油圧を補正して各シリンダ８、９、１０の作動制
限（減速、停止等）を行う一方、ドライバ回路１７から
ＰＷＭ信号が出力されない状態では、左右操作レバーユ
ニット１６Ｌ、１６Ｒからのパイロット油圧をそのまま
コントロールバルブユニット１４に供給するようになっ
ている。

【００１０】前記制御部１３は、所謂マイクロコンピュ
ータ（ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インタフェース等を含
む）を用いて構成されるものであるが、設定データのバ
ックアップメモリとしてＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｏｒ
ｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅＰＲＯＭ：電気的に
消去可能なＰＲＯＭ）等の書換え自在な不揮発性メモリ
を備えている。そして、制御部１３のメインルーチン
は、起動に伴って所定の初期化を行った後、初期値設定
モードであるか否かを判断し、該判断がＹＥＳの場合
は、「初期値設定」を実行する一方、初期値設定モード
以外である場合は、ＥＥＰＲＯＭから設定データを読み
込む「ＥＥＰＲＯＭリード」を実行した後、センサ信号
を角度データに変換する「角度変換」、表示設定パネル
１８の操作に基づいて設定データを変更する「高・深さ
設定」、変更された設定データをＥＥＰＲＯＭに書き込
む「ＥＥＰＲＯＭライト」、アームシリンダ９のストロ
ークエンド動作を減速する「アームショックレス」、セ
ンサ信号および深さ設定データに基づいて作業深さを制
限する「深さ制御」、センサ信号および高さ設定データ
に基づいて作業高さを制限する「高さ制御」等のサブル
ーチンをループ内で実行するようになっており、以下、
前記各サブルーチンのうち、「アームショックレス」お
よび「高さ制御」の制御手順をフローチャートに基づい
て説明する。尚、「深さ制御」は、「高さ制御」と略同
様の制御アルゴリズムを採用し、また、「高さ制御」に
おけるアーム押し用ＰＷＭ信号デューティ値の演算ルー
チンは、ブーム上昇用ＰＷＭ信号デューティ値の演算ル
ーチンと略同様の演算アルゴリズムを採用しているた
め、詳細な説明は省略する。

【００１１】前記「アームショックレス」では、まず、
右側操作レバーユニット１６Ｒの握り部に設けられる解
除スイッチ１９のＯＮ−ＯＦＦを判断し、ここで解除ス
イッチ１９がＯＮである場合には、アーム押し用および
アーム引き用ＰＷＭ信号のデューティ値(PWMAH,PWMAD)
にそれぞれ一定値(e3,g3)をセットすると共に、ストロ
ークＬフラグおよびストロークＳフラグをリセットして
メインルーチンに復帰するようになっている。即ち、解
除スイッチ１９を操作した状態では、アームシリンダ９
のストロークエンド動作を減速する後述の処理を実行し
ないため、ストロークエンドで意識的に衝撃を発生させ
る所謂泥落し操作を行うことができるようになってい
る。

【００１２】一方、解除スイッチ１９がＯＦＦである場
合には、アームシリンダ９のストロークエンド値(LIMLN
G,LIMSHT)とアームセンサＳ２の検出値(ARM)との偏差(D
IFAL,DIFAS)を演算（但し、偏差(DIFAL,DIFAS)がマイナ
スである場合には偏差(DIFAL,DIFAS)に「０」をセッ
ト）し、しかる後、偏差(DIFAL,DIFAS)とストロークエ
ンド判断値(d2,f2)とを比較する。そして、偏差(DIFAL,
DIFAS)の方が大きい場合には、デューティ値(PWMAH,PWM
AD)にそれぞれ一定値(e3,g3)をセットするが、偏差(DIF
AL,DIFAS)の方が小さい場合には、頂点座標が(0,e2)も
しくは(0,g2)で、かつ(d2,e3)もしくは(f2,g3)を通る２
次関数を用いて偏差(DIFAL,DIFAS)に応じたデューティ
値(PWMAH,PWMAD)を演算すると共に、対応するフラグ
（ストロークＬフラグもしくはストロークＳフラグ）を
セットするようになっている。即ち、アームシリンダ９
がストロークエンドに近づいた場合には、バルブ駆動電
流を２次関数で減少させるため、ストロークエンドの手
前で十分に減速してストロークエンドのショックを緩衝
することができるようになっている。

【００１３】また、「高さ制御」では、始めに前記各セ
ンサＳ１〜Ｓ３の検出信号に基づいて作業部４の最大検
出高さ(HGTMAX)を演算する。つまり、アーム支点上端高
さおよびバケット上端高さを演算すると共に、アーム支
点上端高さとバケット上端高さとを比較し、何れか高い
方を最大検出高さ(HGTMAX)として格納するようになって
いる。

【００１４】次に、最大設定高さ(HGTSET)の格納処理を
行うが、この格納処理は、作業部４を所望の高さまで実
際に操作し、前記表示設定パネル１８に設けられるセッ
トスイッチをＯＮ操作することにより実行される。つま
り、前述の最大検出高さ(HGTMAX)を、前記セットスイッ
チのＯＮ操作に基づいて最大設定高さ(HGTSET)に格納す
るようになっている。

【００１５】上記の処理を実行した後は、最大設定高さ
(HGTSET)と最大検出高さ(HGTMAX)との偏差(DIFBH)を演
算（但し、偏差(DIFBH)がマイナスである場合には偏差
(DIFBH)に「０」をセット）し、しかる後、偏差(DIFBH)
と一定値(m3)とを比較する。そして、偏差(DIFBH)が一
定値(m3)よりも大きい場合には、減速定数(KBH)の演算
完了を判定するための定数フラグをリセットする一方、
偏差(DIFBH)が一定値(m3)以下である場合には、減速開
始判断値(mθ)および減速定数(KBH)を下記の式に基づい
て演算した後、定数フラグをセットするようになってい
る。 KBH=(n3-n2)/(mθ-m1)(mθ-m1) mθ=ｆ(θ)，m2＜mθ≦m3 但し、θは偏差(DIFBH)が一定値(m3)以下になった時点
のアーム回動角であり、また、アーム回動角(θ)に基づ
いて演算される減速開始判断値(mθ)は、アーム６が押
し側ストロークエンドに位置するとき最大(mθ＝m3)と
なる。即ち、減速開始判断値(mθ)はアーム６が押し側
に位置するときほど大きくなり、また、減速定数(KBH)
はアーム６が引き側に位置するときほど大きくなるよう
両値をアーム回動角(θ)に基づいて補正するようになっ
ている。

【００１６】次に、ブーム上昇用ＰＷＭ信号のデューテ
ィ値(PWMBH)を偏差(DIFBH)に基づいて演算する。つま
り、偏差(DIFBH)が減速開始判断値(mθ)よりも大きい場
合には、デューティ値(PWMBH)に一定値(n3)をセットす
る一方、偏差(DIFBH)が減速開始判断値(mθ)以下で、か
つ一定値(m1)よりも大きい場合には、頂点座標が(m1,n
2)もしくは(0,n2)で、かつ(mθ,n3)を通る２次関数を用
いてデューティ値(PWMBH)を演算し、また、偏差(DIFBH)
が一定値(m3)以下である場合には、傾きが(n2-n1)/m1
で、かつＹ切片が(n1)となる１次関数を用いてデューテ
ィ値(PWMBH)を演算するようになっている。そして、前
記２次関数においては、傾きを決定する定数として前記
減速定数(KBH)が用いられるため、アーム６が押し側に
位置するときほどブーム５の減速がゆっくりと行われる
ことになる。尚、ブーム６を停止させるデューティ値(P
WMBH)は(n1)と(n2)との間に設定されている。

【００１７】さらに、高さ制御では、最大設定高さを越
える可能性があるアーム押し動作についても動作制限を
行うが、アーム押し用ＰＷＭ信号のデューティ値演算に
おいては、バケット７が押し側に位置するときほど減速
開始判断値が大きくなり、また、バケット７が引き側に
位置するときほど減速定数が大きくなるよう両値をバケ
ット回動角に基づいて補正するため、バケット７が押し
側に位置するときほどアーム６の減速がゆっくりと行わ
れることになる。また、本実施形態では、アーム押し用
ＰＷＭ信号の演算に先立ち、前記ストロークＬフラグが
セットされているか否かを判断すると共に、ストローク
Ｌフラグがセットされていると判断した場合には、アー
ム押し用ＰＷＭ信号の演算を実行することなく、前記
「アームショックレス」で演算したアーム押し用ＰＷＭ
信号を優先的に使用するようになっている。

【００１８】一方、２０は操作部フロアＦに配設される
走行切換スイッチであって、該走行切換スイッチ２０の
ＯＮ状態（踏込み状態）では、走行用電磁バルブ（図示
せず）の開度切換えに基づいて走行速度が高速に切換わ
るようになっている。

【００１９】２１は前記走行切換スイッチ２０を組み付
けるためのブラケットであって、該ブラケット２１に一
体的に設けられるボス部２１ａの上部には、上端部にペ
ダル２２を有するシャフト２３が出没自在に支持される
一方、ボス部２１ａの下部には、走行切換スイッチ２０
が組み込まれている。そして、前記シャフト２３は、走
行切換スイッチ２０との間に介装される戻し弾機２４の
付勢力を受けて常時は突出側に位置するが、ペダル２２
が踏込み操作された場合には、遊びストロークＳを経た
後に走行切換スイッチ２０に接当し、該スイッチ２０を
ＯＮに切換えるようになっている。つまり、踏込みスト
ロークを走行切換スイッチ２０の作動ストロークよりも
大きく確保すると共に、踏込操作範囲（ペダル２２の面
積）を可及的に広くして走行切換スイッチ２０の操作性
を向上させるようになっている。尚、２１ｂはボス部２
１ａに形成される水抜き孔２１ｂである。

【００２０】叙述の如く構成されたものにおいて、予め
設定される最大設定高さや最大設定深さを越えないよう
にブーム動作やアーム動作を制限（減速および停止）す
るものであるが、ブーム動作を制限する場合には、その
減速開始位置および減速速度をアーム回動角に基づいて
補正し、また、アーム動作を制限する場合には、その減
速開始位置および減速速度をバケット回動角に基づいて
補正することになる。即ち、ブーム５やアーム６を停止
する際にその慣性力（モーメント荷重）がアーム回動角
やバケット回動角に応じて変化することを考慮して減速
を行うため、慣性力が大きい状態ではゆっくりとした減
速を行うことができ、この結果、ブーム５やアーム６を
停止する際に大きなショックが生じる不都合を解消する
ことができる。

【００２１】しかも、本実施形態では、慣性力の変動要
素である支点間距離（バケット支点〜ブーム支点等）を
殊更演算することなく、センサＳで検出されるアーム回
動角やバケット回動角に基づいて直接補正を行うように
したため、ソフトを簡略化できるという利点がある。

【００２２】また、本実施形態では、アームシリンダ９
がストロークエンドに近づいた場合に、バルブ駆動電流
を２次関数で減少させるため、ストロークエンドの手前
で十分に減速してストロークエンドのショックを緩衝す
ることができる。

【００２３】また、前記ストロークエンドの減速は、解
除スイッチ１９の操作に基づいて解除することが可能で
あるため、ストロークエンドで意識的に衝撃を発生させ
る所謂泥落し操作も従来通り行うことができる。

【００２４】また、アームシリンダ９のストロークエン
ド判断に必要なアームセンサＳ２は、高さ制御や深さ制
御を行うために設けられる既存のものが利用されるた
め、ソフトの追加のみでストロークエンドの減速を行う
ことができる。

【００２５】また、ストロークエンドの減速は、高さ制
御や深さ制御に優先して実行されるため、高さ制御や深
さ制御の実行中であってもストロークエンドのショック
を緩衝することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】油圧ショベルの側面図である。

【図２】同上平面図である。

【図３】制御機構の全体構成を示すブロック図である。

【図４】メインルーチンを示すフローチャートである。

【図５】アームショックレスを示すフローチャートであ
る。

【図６】アームショックレスの作用を示すグラフ図であ
る。

【図７】高さ制御を示すフローチャートである。

【図８】高さ制御の作用を示すグラフ図である。

【図９】走行切換スイッチの組付け状態を示す断面図で
ある。

【図１０】従来例を示す同上断面図である。

【符号の説明】

１油圧ショベル４作業部５ブーム６アーム７バケット８ブームシリンダ９アームシリンダ１０バケットシリンダ１３制御部Ｓ１ブームセンサＳ２アームセンサＳ３バケットセンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ブーム、アームおよびアタッチメントを
順次回動自在に連結して構成される作業部と、該作業部
の各部を動作させる油圧アクチュエータと、作業部の各
部の動作位置を検出する動作位置検出センサと、該動作
位置検出センサの検出値に基づいて所定の制御を行う制
御装置とを備えてなる油圧ショベルにおいて、前記制御
装置に、予め設定される作業部の最高位置もしくは最低
位置に基づいてブーム動作の減速域を決定する減速域決
定手段と、減速域の始端位置からブーム動作の減速を開
始し、減速域の終端位置でブーム動作を停止させるブー
ム減速停止手段と、前記減速域の始端位置もしくは減速
域のブーム動作速度をアーム位置に応じて補正する減速
補正手段とを設けた油圧ショベル。
【請求項２】ブーム、アームおよびアタッチメントを
順次回動自在に連結して構成される作業部と、該作業部
の各部を動作させる油圧アクチュエータと、作業部の各
部の動作位置を検出する動作位置検出センサと、該動作
位置検出センサの検出値に基づいて所定の制御を行う制
御装置とを備えてなる油圧ショベルにおいて、前記制御
装置に、予め設定される作業部の最高位置もしくは最低
位置に基づいてアーム動作の減速域を決定する減速域決
定手段と、減速域の始端位置からアーム動作の減速を開
始し、減速域の終端位置でアーム動作を停止させるアー
ム減速停止手段と、前記減速域の始端位置もしくは減速
域のアーム動作速度をアタッチメント位置に応じて補正
する減速補正手段とを設けた油圧ショベル。