JPH10183689A - 油圧制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 油圧ショベルなどの旋回時などに発生するシ
ョックを簡単な構造で確実に防止できる油圧制御装置を
提供する。 【解決手段】 油圧ショベルのパイロットポンプ21の吐
出ライン22に電磁比例弁23を介してポンプレギュレータ
24を接続する。ポンプレギュレータ24は、メインポンプ
25の斜板傾転角をパイロット圧により可変制御する。オ
ペレータは、メインポンプ25の吐出ライン26に接続した
メインコントロールバルブ27をリモコン弁にてパイロッ
ト操作し、走行モータ31、旋回モータ32、ブームシリン
ダ16a などを制御する。フロント作業装置の姿勢状態を
検出するブーム角センサ33およびアーム角センサ34、ブ
ームにかかる負荷状態を検出するブームシリンダ保持圧
センサ35などの検出信号に基づき、コントローラ37は電
磁比例弁23を絞り制御し、ポンプレギュレータ24を制御
して、ポンプ流量の立上り速度などを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベルや油
圧クレーンなどの油圧制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、図４に示される小旋回径型の油
圧ショベルを例に取って説明すると、下部走行体11に対
し旋回ベアリング12を介して旋回自在に設けられた上部
旋回体13は、キャブ14とともにフロント作業装置15を搭
載しており、このフロント作業装置15は、ブーム16（オ
フセットブーム16´を含む）、アーム17およびバケット
18が順次連結され、ブームシリンダ16a 、オフセットシ
リンダ（図示せず）、アームシリンダ17a およびバケッ
トシリンダ18a により回動されるものである。

【０００３】このオフセットブーム16´を備えたフロン
ト作業装置15は、図４に実線で示されるように旋回軸19
に可能な限りバケット18を接近させて旋回半径が最小と
なる最小旋回径姿勢と、図４に２点鎖線で示されるよう
に旋回軸19から可能な限りバケット18を離して旋回半径
が最大となる最大旋回径姿勢（最大リーチ姿勢）とを選
択できる。

【０００４】このような油圧ショベルでは、常に旋回用
操作レバーの操作量のみに応じた旋回速度で上部旋回体
13を旋回させると、このフロント作業装置15が最大旋回
径姿勢では旋回始動時および停止時のショックが小であ
ったとしても、最小旋回径姿勢では旋回始動時および停
止時のショックが大であり、オペレータの操作性に悪影
響が発生する問題がある。特に、オフセットブーム16´
を備えた超小旋回型の油圧ショベルでは、この現象が顕
著に現れる。

【０００５】すなわち、フロント作業装置15の旋回半径
が大きい姿勢では、フロント作業装置15の慣性モーメン
トが大きいため、旋回始動時および停止時の加速および
減速が滑らかであり、旋回始動時および停止時のショッ
クは比較的少ないが、フロント作業装置15の旋回半径が
小さい姿勢では、フロント作業装置15の慣性モーメント
が小さいため、旋回始動および停止の応答が鋭敏とな
り、大旋回径姿勢では問題のなかったレバー操作量でも
上部旋回体13が急旋回始動および停止することにより、
その都度、機体にオペレータの操作性を損なうほどのシ
ョックが発生するという問題がある。

【０００６】これに対し、特開平８−１０５０７６号公
報に記載のように、フロント作業装置に設けられたブー
ム角センサおよびアーム角センサによってブーム角およ
びアーム角を検出し、コントローラがこれらの検出結果
からフロント作業装置の姿勢に基づく旋回半径を算出
し、この旋回半径に対応する制御信号を、レバー操作さ
れる旋回用リモコン弁から旋回用コントロールバルブに
至るパイロット二次圧ラインの途中に設けられた絞り制
御弁に出力するようにしたものがある。

【０００７】絞り制御弁は、制御信号に基づいてパイロ
ット二次圧ラインに絞りを付与し、旋回リモコン弁から
旋回用コントロールバルブに供給されるパイロット二次
圧を変化させる。これにより、フロント作業装置の旋回
半径が小さいときは、パイロット圧力の伝播を遅らせる
ことにより旋回用コントロールバルブの切換速度を遅く
し、上部旋回体の旋回始動時および停止時に発生するシ
ョックを防止するようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この従来の旋回制御装
置においては、旋回用コントロールバルブのスプール両
端に対応する左右旋回方向用の２本のパイロット二次圧
ライン中にそれぞれ絞り制御弁を設け、これらの二つの
絞り制御弁により左旋回用パイロット二次圧および右旋
回用パイロット二次圧をそれぞれ制御する必要があり、
油圧回路やコントローラの構成が複雑になる。

【０００９】また、２本のパイロット二次圧ライン中に
それぞれ絞り制御弁を設ける構造は、旋回リモコン弁が
中立位置であっても、片側の絞り制御弁がコンタミネー
ション（ゴミ詰り）や、コントローラの回路上のトラブ
ルなどにより誤作動した場合に、旋回用コントロールバ
ルブのスプールも、その両端に作用するパイロット圧の
不平衡により誤作動するおそれを有している。

【００１０】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、作業装置の旋回時などに発生するショックを簡単
な構成で確実に防止できる油圧制御装置を提供すること
を目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発
明は、ポンプ制御部により可変制御されるメインポンプ
と、メインポンプから吐出される作動油を制御するコン
トロールバルブと、コントロールバルブにより動作制御
される油圧アクチュエータと、油圧アクチュエータによ
り作動される作動部の状態を検出するセンサと、センサ
で検出された作動部の状態によってポンプ制御部を制御
してメインポンプの特性を変更するコントローラとを具
備した油圧制御装置である。

【００１２】そして、油圧アクチュエータにより作動さ
れる作動部の状態をセンサにより検出し、センサで検出
された作動部の状態が、例えば旋回半径が小さい姿勢の
ときや、油圧アクチュエータの保持圧が低い状態のとき
は、コントローラによりポンプ制御部を介しメインポン
プの特性を変更し、作動部の始動時または停止時におけ
るメインポンプからの急激な出力変化を避ける。

【００１３】請求項２に記載された発明は、請求項１記
載の油圧制御装置におけるコントローラが、パイロット
ポンプとポンプ制御部との間に設けられた電磁弁を制御
することにより、ポンプ制御部をパイロット制御してメ
インポンプの特性を変更する油圧制御装置である。

【００１４】そして、コントローラが電磁弁を制御する
ことにより、パイロットポンプから電磁弁を経てポンプ
制御部へ供給されるパイロット圧を制御し、メインポン
プの特性を変更する。

【００１５】請求項３に記載された発明は、請求項１ま
たは２記載の油圧制御装置におけるコントローラが、セ
ンサにより検出された作動部の旋回半径が小さい姿勢の
ときにメインポンプの特性を変更するものである。

【００１６】そして、作動部の旋回半径が小さい姿勢の
ときは、作動部旋回時の慣性モーメントも小さいので、
コントローラによりメインポンプの特性を変更して、例
えば、ポンプ吐出流量の変化速度を小さくしたり、ポン
プ出力馬力の変化速度を小さくしたり、ポンプ出力馬力
の上限を小さくする。

【００１７】請求項４に記載された発明は、請求項１ま
たは２記載の油圧制御装置におけるコントローラが、セ
ンサにより検出された油圧アクチュエータの保持圧が低
いときにメインポンプの特性を変更するものである。

【００１８】そして、油圧アクチュエータの保持圧が低
いときは、作動部の負荷も小さいので、コントローラに
よりメインポンプの特性を変更して、例えば、ポンプ吐
出流量の変化速度を小さくしたり、ポンプ出力馬力の変
化速度を小さくしたり、ポンプ出力馬力の上限を小さく
する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
乃至図４を参照しながら説明する。

【００２０】図１は、油圧ショベルの油圧制御装置を示
し、パイロットポンプ21の吐出ライン22に比例動作の電
磁弁（以下、電磁比例弁23という）を介してポンプ制御
部としてのポンプレギュレータ24を接続する。

【００２１】電磁比例弁23は、入力信号（電流）に比例
してパイロットポンプ21から供給されたパイロット油を
絞り制御する弁である。また、ポンプレギュレータ24
は、吐出量可変型メインポンプ25の斜板の傾転角を、パ
イロット圧により可変制御するものである。

【００２２】メインポンプ25の吐出ライン26に、メイン
ポンプ25から吐出される作動油を制御するメインコント
ロールバルブ27を接続する。このメインコントロールバ
ルブ27は、パイロットポンプ21から図示されないパイロ
ットバルブ（オペレータによる操作されるリモコン弁）
を経て制御されるパイロット圧によりパイロット操作さ
れる。

【００２３】メインコントロールバルブ27に、油圧ショ
ベルの下部走行体11を駆動するための走行モータ31、上
部旋回体13を駆動するための旋回モータ32、作動部とし
てのフロント作業装置15のブーム16を作動するブームシ
リンダ16a などの各種油圧アクチュエータを接続する。

【００２４】前記各種油圧アクチュエータにより作動さ
れるフロント作業装置15の姿勢状態を検出するセンサと
して、ブーム16およびアーム17のそれぞれの回動支軸に
これらの部材の回動角を検出するポテンショメータなど
のブーム角センサ33、アーム角センサ34を設ける。

【００２５】また、作動部としてのブーム16にかかる負
荷状態を検出するセンサとして、ブームシリンダ16a の
ヘッド側の保持圧を検出するための保持圧センサ35を設
ける。さらに、走行モータ31への油圧回路に走行センサ
（圧力センサ）36を設け、走行状態の有無を検出する。

【００２６】これらの各センサ33〜36はコントローラ37
の入力端子に接続し、コントローラ37の出力端子は、パ
イロットポンプ21とポンプレギュレータ24との間に設け
られた電磁比例弁23のソレノイド23a に接続する。

【００２７】コントローラ37は、中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）およびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）などにより構成さ
れ、各センサ33〜36で検出されたフロント作業装置15の
状態に応じて電磁比例弁23を制御してポンプレギュレー
タ24を間接的に制御し、さらに、このポンプレギュレー
タ24を介しメインポンプ25を制御し、必要に応じてポン
プ特性を変更するためのプログラムを持っている。

【００２８】次に、図２は、コントローラ37のプログラ
ムによって制御される手順を示すフローチャートであ
る。なお、図中の丸数字は、ステップ番号を示す。

【００２９】（ステップ１）コントローラ37は、ブーム
角センサ33およびアーム角センサ34により検出されたフ
ロント作業装置15の姿勢情報から、フロント作業装置15
の旋回半径が一定の基準値より大きいか小さいかを判断
する。

【００３０】（ステップ２）フロント作業装置15の旋回
半径が小さい姿勢のときは、走行センサ36、ブーム角セ
ンサ33などからの情報により旋回系以外のアクチュエー
タ（走行モータ31、ブームシリンダ16a など）が動いて
いるか否かを判断する。

【００３１】（ステップ３）ステップ１で旋回半径が小
さく、ステップ２で旋回系以外のアクチュエータ（例え
ば走行モータ31など）が動いていないときは、コントロ
ーラ37から電磁比例弁23のソレノイド23a にメインポン
プ25を特別に制御する制御信号を出力して、ポンプレギ
ュレータ24を介しメインポンプ25のポンプ特性を特別に
変更するように制御する。この制御方法は後で述べる。

【００３２】（ステップ４）ステップ１でフロント作業
装置15の旋回半径が一定の基準値より大きいと判断され
た場合か、またはステップ２で旋回系以外のアクチュエ
ータが動いていると判断された場合は、保持圧センサ35
により検出されたブームシリンダ16a のヘッド側の保持
圧が一定の基準値より高いか低いかが判断される。

【００３３】（ステップ５）ブームシリンダ16a の保持
圧が高いときは、バケット18が土砂を抱えているなどの
負荷状態であるから、メインポンプ25のポンプ特性を特
別に変更しない。

【００３４】（ステップ６）ステップ４でブームシリン
ダ16a の保持圧が低いときは、走行センサ36、アーム角
センサ34などからの情報によりブームシリンダ16a 以外
のアクチュエータが動いているか否かを判断する。

【００３５】（ステップ７）ブームシリンダ16a 以外の
アクチュエータ、例えば走行モータ31などをレバー操作
により始動したときは、そのアクチュエータに十分な作
動油を迅速に供給するためにメインポンプ25のポンプ機
能を十分に発揮する必要があるので、メインポンプ25の
ポンプ特性を特別に変更しない。

【００３６】ステップ６で、ブームシリンダ16a 以外の
アクチュエータが動いていないときは、電磁比例弁23を
制御して、ポンプレギュレータ24を介しメインポンプ25
のポンプ特性を特別に変更する（ステップ３）。

【００３７】次に、ステップ３で行ったメインポンプ25
のポンプ特性を特別に変更する場合の制御方法を、図３
に基づき説明する。

【００３８】コントローラ37は、旋回半径が小さい場合
ほど、旋回始動時は図３（Ａ）に示すようにメインポン
プ25の吐出流量の立上り速度（上昇勾配）を小さくし、
また、旋回停止時のメインポンプ25の吐出流量の立下が
り速度（下降勾配）を小さくするように、電磁弁23を介
しポンプレギュレータ24を制御して、上部旋回体13の急
速旋回始動または停止を防止することにより、旋回始動
時または停止時のショック発生を抑える。

【００３９】同様に、ヘッド側保持圧の低い軽負荷状態
のブームシリンダ16a のみを伸縮始動するときもメイン
ポンプ25の吐出流量の立上り速度（上昇勾配）を小さく
し、また、伸縮停止時のメインポンプ25の吐出流量の立
下がり速度（下降勾配）を小さくするように制御して、
ブーム16の急速始動または停止を防止することにより、
ブーム上下動作時のショック発生を抑える。

【００４０】または、コントローラ37は、旋回半径が小
さい場合ほど、旋回始動時は図３（Ｂ）に示すようにメ
インポンプ25の出力馬力の立上り速度（上昇勾配）を小
さくし、また、旋回停止時のメインポンプ25の出力馬力
の立下がり速度（下降勾配）を小さくするように電磁弁
23を介しポンプレギュレータ24を制御して、上部旋回体
13の急速旋回始動または停止を防止することにより、旋
回始動時または停止時のショック発生を抑える。

【００４１】同様に、ヘッド側保持圧の低い軽負荷状態
のブームシリンダ16a のみを伸縮始動するときもメイン
ポンプ25の出力馬力の立上り速度（上昇勾配）を小さく
し、また、伸縮停止時のメインポンプ25の出力馬力の立
下がり速度（下降勾配）を小さくするように制御して、
ブーム16の急速始動または停止を防止することにより、
ブーム上下動作時のショック発生を抑える。

【００４２】または、コントローラ37は、旋回半径が小
さい場合ほど、図３（Ｃ）に示すようにメインポンプ25
の出力馬力の上限を小さく（絶対値を制限）するように
電磁弁23を介しポンプレギュレータ24を制御して、上部
旋回体13の高速旋回動作を防止することにより、旋回始
動時または停止時のショック発生を抑える。

【００４３】同様に、軽負荷状態のブームシリンダ16a
のみを伸縮するときも、メインポンプ25の出力馬力の上
限を小さく（絶対値を制限）するように制御して、ブー
ム16の高速動作を防止することにより、始動時または停
止時のショック発生を抑える。

【００４４】このように、油圧アクチュエータにより作
動されるフロント作業装置15の状態（例えばフロント作
業装置15の旋回半径が小さい状態や、ブームシリンダ16
a の保持圧が低い状態）をセンサ33〜36により検出し、
フロント作業装置15の旋回半径が小さい姿勢のときは、
旋回時の慣性モーメントも小さいので、また、ブームシ
リンダ16a の保持圧が低いときは、ブーム16にかかる負
荷も小さいので、そのような作動部状態をセンサ33〜36
で検出して、コントローラ37が電磁比例弁23を制御する
ことにより、パイロットポンプ21から電磁比例弁23を経
てポンプレギュレータ24へ供給されるパイロット圧を制
御し、例えばポンプ吐出流量の変化速度を小さくした
り、ポンプ出力馬力の変化速度を小さくしたり、ポンプ
出力馬力の上限を小さくして、メインポンプ25のポンプ
特性を変更する。

【００４５】この結果、小旋回径または軽負荷状態にお
いて、油圧ショベルなどのオペレータにより操作される
リモコン弁（図示せず）の操作速度または操作量が大旋
回径または高負荷状態と同一で、メインコントロールバ
ルブ27のスプール開口速度または開口量が同一であって
も、油圧発生源のメインポンプ25で吐出流量などを抑制
してしまうので、油圧ショベルなどのオペレータが感じ
るショックを軽減でき、旋回操作性やブーム操作性を向
上できる。

【００４６】なお、本発明の油圧制御装置は、油圧ショ
ベルに限定されるものではなく、油圧クレーンなどにも
適用されるものである。

【００４７】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、油圧アク
チュエータにより作動される作動部の状態をセンサによ
り検出し、センサで検出された作動部の状態が、例えば
作動部の旋回半径が小さい姿勢のときや、油圧アクチュ
エータの保持圧が低い状態のときは、コントローラによ
りポンプ制御部を制御してポンプ特性を変更し、作動部
の始動時または停止時におけるポンプからの吐出作動油
の急激な特性変化を避けることにより、始動時または停
止時のショック発生を低減でき、オペーレータの操作性
を向上できる。しかも、従来のようにコントロールバル
ブを制御するための各パイロットライン中に絞り制御弁
をそれぞれ設ける必要がなく、パイロット圧制御回路を
簡単なものにすることができるとともに、従来のように
各パイロットライン中にそれぞれ絞り制御弁を設けた場
合にコンタミネーションなどで発生するコントロールバ
ルブの誤作動を防止できる。

【００４８】請求項２記載の発明によれば、コントロー
ラが、パイロットポンプとポンプ制御部との間に設けら
れた電磁弁を制御するから、従来のパイロット圧作動式
のポンプ制御部をそのまま用いて、メインポンプの特性
を変更することができる。

【００４９】請求項３記載の発明によれば、センサによ
り検出された作動部の旋回半径が小さい姿勢のときにコ
ントローラがメインポンプの特性を変更するから、例え
ば油圧ショベルなどの小旋回径姿勢における旋回始動時
または停止時のショック発生を抑えることができる。

【００５０】請求項４記載の発明によれば、センサによ
り検出された油圧アクチュエータの保持圧が低いときに
コントローラがメインポンプの特性を変更するから、例
えば油圧ショベルのブームなどにかかる負荷が小さい状
態におけるブーム始動時または停止時のショック発生を
抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る油圧制御装置の一実施形態を示す
ブロック図である。

【図２】同上装置のコントローラにおける制御手順を示
すフローチャートである。

【図３】（Ａ）は同上コントローラの第１制御例を示す
ポンプ吐出流量と時間の関係を示す制御特性図、（Ｂ）
は同上コントローラの第２制御例を示すポンプ出力馬力
と時間の関係を示す制御特性図、（Ｂ）は同上コントロ
ーラの第３制御例を示すポンプ出力馬力と時間の関係を
示す制御特性図である。

【図４】小旋回径型の油圧ショベルを示す正面図であ
る。

【符号の説明】

15 作動部としてのフロント作業装置 16 作動部としてのブーム 21 パイロットポンプ 23 電磁弁（電磁比例弁） 24 ポンプ制御部としてのポンプレギュレータ 25 メインポンプ 27 コントロールバルブ 31，32，16a 油圧アクチュエータ 33〜36 センサ 37 コントローラ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプ制御部により可変制御されるメイ
   ンポンプと、 メインポンプから吐出される作動油を制御するコントロ
   ールバルブと、 コントロールバルブにより動作制御される油圧アクチュ
   エータと、 油圧アクチュエータにより作動される作動部の状態を検
   出するセンサと、 センサで検出された作動部の状態によってポンプ制御部
   を制御してメインポンプの特性を変更するコントローラ
   とを具備したことを特徴とする油圧制御装置。
2. 【請求項２】 コントローラは、パイロットポンプとポ
   ンプ制御部との間に設けられた電磁弁を制御することに
   より、ポンプ制御部をパイロット制御することを特徴と
   する請求項１記載の油圧制御装置。
3. 【請求項３】 コントローラは、センサにより検出され
   た作動部の旋回半径が小さい姿勢のときにメインポンプ
   の特性を変更することを特徴とする請求項１または２記
   載の油圧制御装置。
4. 【請求項４】 コントローラは、センサにより検出され
   た油圧アクチュエータの保持圧が低いときにメインポン
   プの特性を変更することを特徴とする請求項１または２
   記載の油圧制御装置。