WO1991013217A1 - Systeme hydraulique de commande d'engin de chantier - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a hydraulic drive device for a construction machine such as a hydraulic shovel.
- the pump discharge flow rate decreases when the load of the actuator increases, and the pump discharge flow rate increases when the load decreases.
- the present invention relates to a hydraulic drive device provided with a pump control means for controlling a pump discharge flow rate.
- a hydraulic drive device of a construction machine uses a variable displacement hydraulic pump and pressure oil supplied from the hydraulic pump as described in, for example, US Pat. No. 4,966,555. And a plurality of flow control valves for controlling the flow of the hydraulic oil supplied to the hydraulic actuators, and a differential pressure across the flow control valves. It is equipped with a plurality of pressure compensation valves and a pump control device that controls the discharge flow rate of the hydraulic pump.
- the pump control device reduces the discharge flow rate when the pump discharge pressure increases, and reduces the pump discharge pressure.
- a function is provided for performing input torque limit control for controlling the discharge flow rate of the hydraulic pump so that the discharge flow rate increases when the pressure decreases.
- the above-mentioned plurality of actuators include actuators such as a brush cylinder, an actuator cylinder, a bucket cylinder, and a swing motor. Each of them drives a workpiece such as a boom, arm, bucket, or revolving superstructure.
- the flow controlled by the flow control valve is supplied to the corresponding actuators such as a boom cylinder, an arm cylinder, a socket cylinder, etc.
- actuators such as a boom cylinder, an arm cylinder, a socket cylinder, etc.
- Work such as excavation is performed.
- the pump discharge flow rate is reduced by the input torque limiting control of the pump control device, and the engine to prevent
- the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances in the prior art, and has as its object to prevent a sudden increase in the hydraulic actuator speed due to a sudden decrease in load that does not occur in normal work.
- An object of the present invention is to provide a hydraulic drive device for a construction machine that can be used. Disclosure of the invention
- a variable displacement hydraulic pump a hydraulic actuator driven by hydraulic oil discharged from the hydraulic pump, and a hydraulic pump.
- Flow rate control means for controlling the flow rate of pressure oil supplied to the pump, and the hydraulic pressure so as to reduce the pump discharge flow rate when the load of the actuator increases, and to increase the pump discharge flow rate when the load decreases.
- a hydraulic drive for a construction machine comprising: a pump control unit for controlling a discharge flow rate of a pump; a first detection unit for detecting a magnitude of a load applied to the actuator; Sudden decrease in the load of the factory based on the signal from the detection means And when it is determined that the factory has reached a predetermined condition related to a sudden decrease in load, the flow rate is set so as to limit the acceleration of the flow rate of the pressure oil supplied to the factory.
- a hydraulic drive device for a construction machine comprising: a flow restricting means for controlling a control means.
- the actuaire when it is determined based on the signal from the first detection means that the actuary has reached a predetermined state related to a rapid decrease in the load, the actuaire is actuated. Since the rate of increase in the flow rate of the hydraulic oil supplied overnight is limited, the acceleration of the hydraulic actuator is suppressed and the increase in the actuator oil speed is smaller than during normal work. Therefore, a sudden increase in the hydraulic actuator speed due to a sudden decrease in load, which does not occur in normal work, is prevented.
- the flow rate limiting means is controlled by the pump flow rate control means when it is determined that the actuator has reached a predetermined state related to a sudden decrease in load.
- Pump flow rate limiting means for limiting the rate of increase in the discharge flow rate of the hydraulic pump to be controlled.
- the pump flow rate control means preferably includes a means for calculating a first displacement target value for input torque limit control of the hydraulic pump. Is the Means for calculating a second displacement target value for limiting the increasing rate of the pump discharge amount; and a smaller one of the first displacement target value and the second displacement target value. Means for selecting a value and outputting it as a displacement command value.
- Hydraulic pressure comprising: a flow control valve for controlling the flow rate of the pressure oil supplied from the hydraulic pump to the actuator over time; and a pressure compensation valve for controlling a differential pressure across the flow control valve.
- the flow rate limiting means controls a driving speed of the pressure compensating valve in a valve opening direction when it is determined that the factories have reached a predetermined state related to a sudden decrease in load.
- the control device may be a valve control unit that limits an increasing speed of the flow rate through the flow control valve.
- second detecting means for detecting a differential pressure between the discharge pressure of the hydraulic pump and the load pressure of the actuator, and a compensation differential pressure of the pressure compensation valve when the differential pressure decreases.
- the valve restricting means includes: means for calculating a second control force target value for restricting an increasing speed of a flow rate passing through the flow control valve; and the first control force target value and a second control. Means for selecting the smaller value of the force target value and outputting this as a command value.
- the flow rate restricting means is smaller than a first flow rate increment that provides a flow rate increasing rate for a normal operation and the first flow rate increment.
- Setting means for setting an increment of the second flow rate, and selecting the increase of the first flow rate when it is not determined that the factories have reached a predetermined state related to a sudden decrease in load, Selecting means for selecting an increment of the second flow rate when it is determined that the predetermined state has been reached; and a control target value of a flow rate supplied to the actuator based on the selected increment of the flow rate Computing means for computing
- the setting means is means for storing a plurality of different flow rate increments, and is operable from the outside, whereby one of the plurality of increments is stored as the second flow rate increment.
- a means for selecting by selecting may be 0, or may be a temporally variable value.
- the flow rate limiting means calculates a reduction speed of the magnitude of the load on the actuator based on a signal from the first detecting means.
- the flow rate limiting means is configured to detect an arc detected by the first detecting means.
- a configuration may be provided that includes a means for determining that the factories have reached a predetermined state related to a sudden decrease in the load when the loads of the factories are greater than a predetermined value.
- the first detecting means is means for detecting a discharge pressure of the hydraulic pump.
- FIG. 1 is a schematic diagram of a hydraulic drive device for a construction machine according to a first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a diagram showing a hard configuration of the control unit shown in FIG.
- FIG. 3 is a functional block diagram showing the processing of calculating the displacement target value of the hydraulic pump in the control unit shown in FIG.
- FIG. 4 is a diagram showing a functional relationship between a pump discharge pressure used in calculating a displacement target value for input torque limiting control and the target value.
- FIG. 5 is a functional block diagram showing the calculation processing of the control force target value of the shunt compensation valve in the control unit shown in FIG.
- FIG. 6 is a flow chart showing the processing contents of the block that calculates the displacement target value for the flow rate increase / acceleration limit control among the functional blocks shown in Fig. 3. is there.
- FIGS. 7 (a) and 7 (b) are diagrams showing the characteristics when the limiting control of the flow rate increasing rate according to the present embodiment is not performed and when it is performed, respectively.
- FIG. 8 is a functional block diagram showing the contents of a process of calculating a control force target value of the shunt compensating valve according to the second embodiment of the present invention.
- Fig. 9 is a flowchart showing the processing of a block for calculating the control force target value for the flow rate increase / acceleration limiting control among the functional blocks shown in Fig. 8. is there.
- FIGS. 10 (a) and 10 (b) are diagrams respectively showing the characteristics when the flow rate increasing speed limitation control of the present embodiment is not performed and when it is performed.
- FIG. 11 is a flow chart showing a process of calculating a displacement target value for limiting control of a flow rate increasing speed according to a third embodiment of the present invention.
- FIG. 12 is a flow chart showing the processing contents when calculating the control force target value for limiting control of the flow rate increase rate based on the same concept as in the third embodiment shown in FIG. Yes o
- FIGS. 13 and 14 are graphs showing the characteristics when the flow rate increment is set to 0 and a time-variable value in the flow rate increasing speed limiting control, respectively.
- a hydraulic drive device includes a variable displacement hydraulic pump 1 and a pump displacement operating device for controlling a displacement of the hydraulic pump 1, that is, a swash plate tilting angle.
- the pump displacement control device 2 comprises a control unit 2a for driving the swash plate of the hydraulic pump 1 and a flow control valve 2b for controlling the drive of the control unit 2a.
- the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 1 is supplied to a hydraulic actuator, for example, a hydraulic motor 5 and a hydraulic cylinder 6, and the flow of the hydraulic oil supplied to the hydraulic motor 5 and the hydraulic cylinder 6 Are controlled by flow control valves 7 and 8, respectively.
- Pressure compensation valves 9 and 10 are located upstream of the flow control valves 7 and 8, respectively, to control the differential pressure across the flow control valves 7 and 8.
- the load pressure on the high pressure side of the hydraulic motor 5 and the hydraulic cylinder 6, that is, the maximum load pressure is detected by the shuttle valve 11.
- the maximum discharge pressure of the hydraulic pump 1 is limited by the relief valve 12, and the maximum differential pressure between the pump discharge pressure and the maximum load pressure is limited by the unload valve 13. A The pump discharge pressure and the maximum load pressure detected by the shuttle valve 11 are led to the load valve 13.
- the flow control valves 7, 8 are, for example, pilot-hydraulic drive type, and the pilot pressure generated according to the operation amount of the operation devices 14, 15 connected to the pilot pump 4. Drive with The maximum load pressure of the hydraulic motor 5 is limited by the relief valve 16.
- the pressure compensating valves 9 and 10 have driving parts 9 a and 9 b for operating in the valve closing direction and springs 9 b and 10 b for setting the compensation differential pressure basic value.
- 0a is the control pressure against the spring due to the application of the pilot pressure output from the electromagnetic proportional pressure reducing valves 21 and 22 connected to the pilot pump 4.
- the compensation differential pressure target value can be changed.
- the displacement of the hydraulic pump 1 is detected by a displacement detector 23 that detects the amount of tilt of the swash plate, the discharge pressure of the hydraulic pump 1 is detected by a pressure detector 24, and the pump
- the differential pressure between the discharge pressure and the maximum load pressure is detected by the differential pressure detector 25.
- the pump pressure and the maximum load pressure detected by the shuttle valve 11 are guided to the differential pressure detector 25.
- the hydraulic drive device of the present embodiment can be operated by an operator who externally commands to select one of a plurality of different flow rates for performing the flow rate increase / acceleration limit control of the present invention.
- Selection commander 28 and displacement detection described above Input signals from output unit 23, pressure detector 24, differential pressure detector 25, and selection commander 28, and drive signals to flow control valve 2b and solenoid proportional pressure reducing valves 21 and 22. And a control unit 40 for outputting.
- the control unit 40 is composed of a micro computer, and as shown in Fig. 2, a displacement detector 23, a pressure detector 24, a differential pressure detector 25, and a selection commander.
- AZD converter 40a for inputting the signal from 28 and converting it to a digital signal
- CPU central processing unit
- ROM read-only memory
- RAM Random Access Memory
- AMP Output amplifiers
- the CPU 40b operates based on the signals from the displacement detector 23, the pressure detector 24, the differential pressure detector 25, and the selection commander 28, and the control program stored in R0M40c.
- the displacement target value of the pressure pump 1 and the control force target value of the pressure compensating valves 9 and 10 are calculated, and the corresponding drive signal is output via the AMP 40 f to 40 h to the flow control valve 2 b and the electromagnetic Output to proportional pressure reducing valves 21 and 22.
- Fig. 3 shows a functional block diagram of the processing of calculating the pump displacement target value in the CPU 4 Ob.
- block 41 calculates the target displacement value for load sensing control from the differential pressure ⁇ PLS detected by differential pressure detector 25, and blocks In 4 2, the target displacement value for input torque limiting control is obtained from the pump discharge pressure P detected by the pressure detector 24, and in the block 43, the pump discharge pressure P and the Calculates the displacement target value 0 e for the limit control of the flow rate increase rate based on the command signal S.
- the load sensing control involving the block 41 is defined as the differential pressure between the discharge pressure of the hydraulic pump 1 and the maximum load pressure detected by the shuttle valve 11 (load sense). This is to control the pump discharge flow rate so that ⁇ PLS is maintained at the target differential pressure ⁇ PLS 0, and thus the target value 0 LS for controlling the pump discharge flow rate is controlled.
- the method described in US Pat. No. 4,966,555 is used.
- the input torque limiting control involving the block 42 is such that the pump discharge flow rate decreases as the pump discharge pressure increases, and the pump discharge flow rate increases as the pump discharge pressure decreases. That is, it is to control the displacement of the pump.
- the ROM 40c shows the functional relationship between the pump discharge pressure P and the target displacement value for input torque limiting control as shown in Fig. 4. Then, a target value corresponding to the pump discharge pressure P is calculated from this functional relationship. This limits the input torque by limiting the maximum value of the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 at the portion of the curve 44 in FIG. 4, and the engine stall that drives the hydraulic pump 1 To prevent This is also described in the above-mentioned U.S. Pat. No. 4,967,555.
- the displacement target value 0 LS, ⁇ 1, 6> (: is the minimum displacement value selected in block 41, which is obtained in blocks 41 to 43, and this is the final displacement.
- the target value, that is, the displacement command value is the displacement command value, which is the amount of tilt of the swash plate of the hydraulic pump 1 detected by the displacement detector 23, that is, the actual displacement value.
- the command value 0 s for servo control is determined so that the displacement 0 is compared with the block 46 and the deviation between the two approaches 0. This command value 0 s is, as described above, Output to drive valve 2b as drive signal via AMP40f o
- ⁇ PLS0 is the target differential pressure for the load sensing control described above.
- the target value i LS obtained by the block 51 is output to the electromagnetic proportional pressure reducing valves 21 and 22 as a drive signal via the AMP 40 g and 40 h, and the electromagnetic proportional The pressure reducing valves 21 and 22 output the control pressure corresponding to the control force target value i LS to the drive units 9 a and 10 a of the pressure compensating valves 9 and 10.
- the driving portions 9a and 10a of the pressure compensation valves 9 and 10 are operated in the closing direction to apply a control force against the springs 9b and 10b.
- the control force target value i LS shown in Fig. 5 increases, the drive differential pressure target value of the pressure relief valves 9 and 10 decreases, and the control force target value i LS decreases.
- the higher the value the larger the compensation differential pressure target value. Therefore, the functional relationship shown in FIG. 5 shows that as the differential pressure AP LS becomes smaller, the compensation differential pressure target value of the pressure compensating valves 9 and 10 becomes smaller and the differential pressure ⁇ P LS becomes smaller.
- the control force target value i LS is calculated to increase the compensation differential pressure target value as the value increases.
- the target displacement value 0 T for the input torque limit control is set to the command value ⁇ in block 45 shown in FIG. is selected as r, and when the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is insufficient with respect to the required flow rates of the flow control valves 7 and 8, that is, when the hydraulic pump 1 is in the saturation state, the pressure is reduced.
- the degree of opening of the force compensating valves 9 and 10 is controlled in the throttle direction, and a shunt compensation control is performed to compensate for the flow rate of the pressure oil flowing to a plurality of factories 5 and 6. In this state, the flow rate of the hydraulic oil supplied to the hydraulic motor 5 and / or the hydraulic cylinder 6 is determined by the discharge flow rate of the hydraulic pump.
- the pump capacity operation device 2 functions as a flow rate control unit that controls the flow rate of the pressure oil supplied to the hydraulic cylinder 6.
- the calculation of the control target value of the pressure compensating valves 9 and 10 may be performed by the method described in the above-cited US Pat. No. 4,966,5557.
- the block 43 controls the flow rate of the hydraulic oil supplied to the hydraulic motor 5 and the Z or the hydraulic cylinder 6 when the load on the hydraulic motor 5 and / or the hydraulic cylinder 6 is suddenly reduced.
- the purpose of the present invention is to provide a flow rate limiting means for controlling the pump volume operation device 2 functioning as a flow rate controlling means so as to limit the increase.
- step S1 the pressure sensor 24
- the discharge pressure P of the hydraulic pump 1 detected by the control unit 40 and the command value S by the selection command unit 28 are supplied to the CPU 4 Ob via the A / D converter 40 a which is the input unit of the control unit 40. Is read in.
- step S2 the CPU 40b calculates a pressure drop speed (pressure drop width at a specified time interval) Pv from the pressure P detected this time and the pressure P detected last time, and The maximum value Pmax of the pressure including the pressure P detected this time is calculated, and the calculated value is stored in the RAM 40d. Then, proceed to step S3.
- a pressure drop speed pressure drop width at a specified time interval
- step 3 the predetermined speed Pvth stored in R0M40c is read out to the CPU 40b, and whether the pressure drop speed Pv obtained in step S2 is higher than the predetermined speed Pvth A determination is made.
- the predetermined speed P vth a speed at which the pressure drops during normal work is set. Therefore, when this determination is satisfied, there may have occurred a situation where the tip of the bucket slipped on the rock during the excavation work of, for example, rocks, and the procedure proceeds to step S4.
- step S4 the predetermined pressure P stored in the ROM 40c is read out to the CPU 40b, and it is determined whether the maximum value Pmax of the pressure stored in step S2 is greater than the predetermined pressure Pth. Done.
- the predetermined pressure Pth for example, as shown in FIG. 4, a pump discharge pressure that is close to the set pressure Pre of the relief valve 12 and that occurs during normal operation is set. Therefore, if the determination in step S 4 is satisfied, For example, when excavating rocks, etc., when a bucket is caught in rocks, the tip of the bucket is caught in the rock and the load is high, and as described above, the bucket is disengaged and suddenly loses load. In such a case, the flow proceeds to step S20 in order to start the restriction control of the flow rate increase rate in the present embodiment.
- the target displacement value for input torque limit control is selected as the command value in block 45 in Fig. 3.
- the pump discharge flow rate is greatly restricted.
- the pump capacity operation device 2 functions as a flow rate control unit that controls the flow rate of the pressure oil supplied to the hydraulic cylinder 6.
- step S20 after the timer is restarted and the flow rate increasing speed limiting control is started, counting for determining whether or not a predetermined time has elapsed is started, and the execution status of the limiting control is checked. Set the status to "Running" and proceed to step S5.
- step S5 the increment corresponding to the command value S of the selection command unit 28 out of the plurality of different flow rate increments stored in the ROM 40c is read out to the calculation unit and set as the discharge flow rate increment. Is done.
- the flow rate stored in the ROM 40c is the increase in the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 that gives the flow rate / acceleration for normal work (the maximum value of the flow rate increase ⁇ ⁇ in step S8 described later). ⁇ )
- the following values are obtained. What If the maximum value ⁇ 0 max is set as the increment ⁇ 0 of the discharge flow rate, it is equivalent to not performing the restriction control of the flow rate increase rate.
- the procedure moves to step S10.
- the displacement target value 0 e is calculated as described above, since the increment ⁇ 0 is smaller than the minimum value for normal work ⁇ max as described above, the minimum value shown in Fig. 3 is obtained.
- the displacement target value was selected as the command value 0r as described above, but the displacement target value 6> e is selected as the command value 0r.
- a corresponding drive signal is output from the AMP 40f to the flow control valve 2b of the pump displacement operating device 2 shown in FIG.
- the flow control valve 2b is driven, and the control factor 2a is driven accordingly, thereby increasing the displacement rate of the hydraulic pump 1, that is, the swash plate.
- the tilting speed is controlled to match the increment ⁇ 0.
- the flow rate of the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 1 is controlled so as to increase relatively slowly as compared with the case where the displacement target value T is continuously selected as the command value 0r.
- the flow rate is via the pressure compensating valve 9 and Z or 10 and the flow control valve 7 and Z or 8 Supplied to the hydraulic motors 5 and Z or the hydraulic cylinder 6, the speed of these actuators increases at a relatively small acceleration.
- step S6 it is determined whether or not the status indicating the execution status of the flow rate increasing speed restriction control is "executing". If this determination is satisfied, the procedure moves to step S7, and whether the count of the timer restarted in step S20 is within a predetermined value stored in R0M40c, that is, the flow rate increase rate After the start of the limit control, it is determined whether or not a predetermined time, for example, one second has not elapsed. If the determination in step S7 is satisfied, the flow proceeds to step S5, and further to step S10, where the above-described flow rate increasing speed limiting operation is performed.
- step S6 determines whether the flow rate is not satisfied during normal work, or if the determination in step S7 is not satisfied after a predetermined time has elapsed after the timer starts counting.
- the procedure proceeds to step S8, and the routine proceeds to step S8.
- the maximum value ⁇ ⁇ of the flow rate stored in the ROM 40 c as the increment of the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 that gives the rate of increase in the flow rate for work is read out to the CPU 4 Ob and this maximum The value ⁇ ⁇ ⁇ is Is set. Then, proceed to step S 9, where the maximum value of the pressure P nx stored in the RAM 40 d is P nx, and
- the target displacement ⁇ c is calculated as described above in step S 10
- the target displacement 0 LS, ⁇ T, 0 is obtained in the minimum value selection block 45 shown in FIG.
- the minimum value of e is selected as the command value 0 1
- the corresponding drive signal is output from AMP 40 f to the flow control valve 2 b of the pump displacement operating device 2 shown in Fig. 1.
- the flow of the maximum increasing speed is supplied to the hydraulic motors 5 and Z or the hydraulic cylinder 6, and these hydraulic actuators are increased at a relatively high acceleration required for normal work. I do.
- Fig. 7 shows the position of the bucket when the toe of the bucket is caught by the rock during the excavation of rocks and the load is high and the hook is released and the load suddenly becomes unloaded.
- Fig. 7 (a) shows the case where the flow rate increase speed limit control is not performed.
- Fig. 7 (b) shows the case where the limiting control of the flow rate increase rate is performed.
- time t1 indicates the point at which the bucket tip was caught by the rock and the load was suddenly reduced to a no-load condition when the toe of the bucket was caught by the rock during the excavation work on rocks and the like.
- the time t2 indicates the point at which the bucket tip collides with the next rock to be excavated after the hook is released and the load suddenly becomes zero.
- FIGS. 1 and 2 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
- the pressure compensating valves 9 and 10 are employed as flow control means for limiting the flow rate increasing speed, and the driving speed of the pressure compensating valves 9 and 10 is controlled. It limits the acceleration of the flow rate of pressurized oil supplied to reactors 7 or 8.
- the hardware configuration of this embodiment is substantially the same as that of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, and the drawings will be referred to in the description of this embodiment.
- the calculation of the control force target value of the pressure compensating valves 9 and 10 in the CPU 40b of the control unit 40 is performed as shown in FIG. That is, the flow is divided by the block 51 in the same manner as in the first embodiment shown in FIG.
- the control force target value i LS for compensation control is calculated, and in block 52, the control force for limiting control of the flow rate increase speed based on the pump discharge pressure P and the command signal S from the selection command unit 28.
- the target value ie is calculated, and the larger one of them is selected as the command value if in block 53.
- the command value ir is output as a drive signal to the electromagnetic proportional pressure reducing valves 21 and 22 via the AMPs 40 g and 40 h.
- the control pressure corresponding to the command value if is output to the drive units 9a and 10a of the pressure compensating valves 9 and 10.
- the function of calculating the pump displacement target value in the ROM 40c of the control unit 40 is the same as the configuration shown in Fig. 3 except that the function of the block 43 is omitted.
- the smaller of the target displacement 0 LS for the input control and the target displacement 0 T for the input torque limit control is selected as the command value 0 ⁇ .
- the pump volume operation device 2 is controlled.
- Steps S1 to S4, steps S6 and S7, step S9 and step S20 are the same as those of the first embodiment shown in FIG.
- the target displacement value for input torque limiting control is set by block 45 in Fig. 3 as described above.
- ⁇ T is selected as the command value 0r, and the pump discharge flow rate is greatly restricted. Therefore, the load sensing differential pressure ⁇ PLS is smaller than the target differential pressure ⁇ PLS0, and the control force target value i LS larger than usual is calculated in block 51 of FIG. Therefore, the pressure relief valves 9, 10 are in the corresponding throttle state.
- step S5A the increment according to the command value S of the selection command unit 28 out of the plurality of different increments of the flow rate stored in the ROM 40c is read out to the calculation unit, and the flow control valves 7, 8 It is set as an increment 9 of the flow rate of the water.
- the increment of the flow rate stored in the ROM 40c is the increment of the flow rate through the flow control valves 7 and 8, which gives the flow increasing speed for normal work, that is, the maximum value of the increment of the flow rate ⁇ q max or less It is.
- step S10A the control force target value of the pressure compensation valves 9, 10 based on the flow rate increment ⁇ q set in step S5A and the previous command value ir (see FIG. 8) ie Is calculated.
- This calculation is based on the fact that the flow rate of the flow control valves 7 and 8 and the control force applied to the pressure compensating valves 9 and 10 increase and decrease in opposite directions.
- control force target value i (; is obtained in step S10, Since the increment ⁇ q is smaller than the increment ⁇ qmax for normal work, in the maximum value selection block 53 shown in Fig. 8, the control force target value i LS has been the command value if until now.
- the control force target value ie is now selected as the command value if, and the drive signal corresponding to this is shown in FIG. 1 from AMP 40 g, 40 h. It is output to the proportional solenoid pressure reducing valves 21 and 22 as shown.
- the corresponding control pressure is applied to the drive units 9 &, 10 a of the pressure compensation valves 9, 10, and the drive speed of the pressure compensation valves 9, 10 in the valve opening direction is controlled. Is done.
- the control force command value i LS is continuously selected as the command value if, the load sensing differential pressure ⁇ PLS increases due to an increase in the pump discharge flow rate, and the control force command value i LS Is reduced, and the pressure compensating valves 9 and 10 in the throttled state are fully opened at the maximum speed.
- the drive speed of the pressure compensating valves 9 and 10 is controlled so as to gradually increase. You.
- the flow rate through the flow rate control valves 7 and 8 is controlled so as to increase relatively slowly, and the flow rate is supplied to the hydraulic motor 5 and the Z or the hydraulic cylinder 6 and these actuators are used. Evening speed increases with relatively small acceleration.
- step S8A the maximum value of the flow rate increment ⁇ qmax stored in the ROM 40c as the increment of the flow rate through the flow control valves 7 and 8, which gives the rate of increase in the flow rate for normal work, is the CPU 4 0 b and the maximum value A q ma: [ Set as an increment of. Then, the process proceeds to step S9, where a process of clearing the maximum value Pmax of the pressure stored in the RAM 40d, the status and the timer is performed, and then, the process proceeds to step S1OA, and the above-described process is performed. Calculate the control force target value i (; with the same capacity as.
- control force target value ie is calculated as described above in step S10A
- the control force target value i LS for the shunt compensation control is commanded by the maximum value selection block 53 shown in FIG.
- the value if is selected, and the pressure compensating valves 9, 10 are in the normal control state.
- FIG. 10 shows the pump discharge pressure in the case where the bucket toe is caught by the rock during the excavation work of rocks and the load is high, and the hook is released and the load suddenly becomes no load.
- the characteristics of the change, the control force of the pressure relief valve, and the change in the flow rate of the actuator are shown.
- FIG. 10 (a) shows the case where the flow rate increasing speed limit control is not performed
- FIG. 10 (b) shows the case where the flow rate increasing speed limit control is performed.
- the time tl indicates the point at which the bucket tip caught on the rock during the excavation work on rocks and the like became heavy, and the load was released and the load suddenly became unloaded.
- Time t 2 indicates the point at which the bucket tip collides with the next rock to be excavated after the hook is disengaged and the load suddenly drops.
- the control of the present embodiment shown in Fig. 10 (a) is not performed, the input torque limiting control is canceled with a sudden decrease in pressure, and the pump discharge flow rate suddenly increases.
- the control force of the pressure compensating valves 9 and 10 in the throttled state suddenly decreases, and the pressure compensation valve returns to the previous state, so the hydraulic motors 5 and Z or the hydraulic cylinder
- the flow supplied to 6 also increases rapidly. Therefore, at time t2, the overnight speed is unnecessarily large, and the bucket collides with the rock to be excavated at this high speed.
- the control force target value ie is set to As a result, the control force of the pressure compensating valves 9 and 10 gradually decreases, and the driving speed of the pressure compensating valves 9 and 10 gradually increases. That is, the opening of the pressure compensating valves 9 and 10 gradually increases. Therefore, the flow rate through the flow control valves 7 and 8 is controlled to increase relatively slowly, and the flow rate supplied to the hydraulic motor 5 and Z or the hydraulic cylinder 6 also increases gradually. As a result, the unnecessary increase in the factory speed at the time point t 2 is suppressed.
- a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
- the determination as to whether or not to start the flow rate increasing speed limiting control is made only based on the value of the pump discharge pressure, and an inconvenience due to a sudden decrease in the pump discharge pressure is prevented in advance. That is, the present embodiment is different from the first embodiment in that the function of the block 43 among the functions shown in FIG. 3 is as follows.
- FIG. 11 is a flowchart showing the function of the block 43 according to the present embodiment, and the same procedure as that of the flowchart of FIG. 6 according to the first embodiment is used.
- the code is attached.
- the point that only the maximum value Pmax of the pump discharge pressure P is obtained and stored in step S2B, and the step S3 in the first embodiment is omitted. This is different from the first embodiment.
- step S1 the discharge pressure P of the hydraulic pump 1 detected by the pressure detector 24 in the step S 1 and the command value S by the selection command unit 28 are compared with the CPU 4 of the control unit 40.
- step S2B the maximum value Pmax of the pressure up to that point, including the pressure P detected this time, is calculated in step S2B, and the value is stored in RAM40d.
- step S4 the predetermined pressure Pth stored in the ROM 40c is read out to the CPU 40b, and the maximum value Pmax of the pressure stored in step S2B is set to the predetermined pressure Pth. A determination is made whether it is greater.
- step S4 When the determination in step S4 is satisfied, a high load is applied to the actuary, for example, when a bucket is excavated for rock or the like. Includes cases where the toe of a creature is caught in rock and is under heavy load. Therefore, if the toe of the bucket is heavily loaded due to the rock being caught, the load will be suddenly unloaded if the hook is released.
- the process proceeds to step S20.
- steps S20 and S5 are the same as that in the first embodiment. After the timer is restarted in step S20, the increment set in step S5 is continued until a predetermined time has elapsed.
- the displacement target value 0 e calculated from the calculated value is selected as the command value 0 f in the minimum value selection block 45 in FIG. 3, and the flow rate increasing speed limit control is performed.
- This embodiment is a modification of the first embodiment.
- the pressure control valves 9, 10 were adopted as the flow rate control means for limiting the flow rate increase rate instead of the pump displacement operating device. Similar changes may be made to the embodiment, and in this case, the same effect as in the above embodiment can be obtained.
- the flow rate is read out by the command signal from the selection command device 28 and the set flow rate increment is 0.
- this increment may be set to zero.
- the pressure compensating valve is maintained in a state immediately before the pump discharge pressure sharply decreases. That is, the predetermined time in controlling the pressure compensating valve functions as a delay time. Therefore, even if the bucket toe collides with the rock to be excavated next during the delay time, the speed of the accident does not increase and the impact at the time of collision is reduced. be able to.
- the flow rate read and set by the command signal from the selection command unit 28 is set.
- this increment may be a variable value that increases in a predetermined pattern over time.
- the control force of the pressure compensating valve and the The flow rate of Yue changes as shown in Fig. 14, and the same effect can be obtained.
- the predetermined speed P vth stored in R 0 M 40 c of the control unit 40 is not necessarily unique, and different speeds depending on the type of work. It can be taken, and if necessary, may be stored in advance as a predetermined speed range, or the setting may be changed by an operator.
- the predetermined pressure P th described in the ROM 40 c of the control unit 40 is not necessarily unique, but may vary depending on so-called heavy excavation work, light excavation work, etc.
- the pressure may be stored in advance as a predetermined pressure range as needed, or the setting may be changed by an operation overnight.
- the maximum value of the increment corresponding to the rate of flow increase during normal work ⁇ 6> ⁇ 33 [or A q max, is also not unique and can be used for heavy digging, light digging It can be set to a value that takes into account the flow rate or the increment corresponding to the maximum flow rate increase rate, and the setting can be changed by the operator.
- the configuration is such that the discharge pressure of the hydraulic pump is detected to detect a sudden decrease in the load.
- the present invention is not limited to this, and it is possible to directly detect the load pressure in the factory. Changes in stress on the surface of work members such as buckets It may be configured to detect.
- the ROM 40c of the control unit 40 stores a plurality of different increments for performing the flow rate increase rate limiting control, and selects one of the increments by a command from the selection command unit 28.
- the maximum value of the increment corresponding to the maximum speed of normal work and one smaller increment are stored in the ROM 40c, and these are usually stored by operating the selection command unit 28.
- a configuration may be adopted in which one of the operation mode and the restriction control mode of the flow rate increase speed is selected for use. That is, when the normal operation mode is selected, the maximum value of the increment is set, and when the flow rate increasing speed restriction control mode is selected, the increment smaller than the maximum value is set.
- the driving section of the pressure compensating valve may be operated in the valve opening direction instead of the valve closing direction.
- the target value of the compensation differential pressure increases as the control force increases. Therefore, a correction to reverse the direction of the characteristic may be made correspondingly.
- the hydraulic drive system for construction equipment is configured as described above. Therefore, it is possible to prevent a sudden increase in hydraulic actuator speed due to a sudden decrease in load that does not occur in normal work. This allows for communication during normal work. Even if an unexpected situation occurs that is different from normal work and the load suddenly decreases, the speed of the hydraulic actuator is not increased unnecessarily, and the hydraulic actuator is driven by the hydraulic actuator.
- the above-mentioned collision of the working body due to the reduced load can be reduced, and therefore, the impact load on the main body and the hydraulic system of the construction machine provided with the hydraulic drive device can be reduced, and therefore, The life of the construction machine can be maintained longer than before, and the fatigue of the operator in the cab provided in the main body can be reduced.
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Description
明 細 書 建設機械の油圧駆動装置 技術分野
本発明は油圧シ ョ ベル等の建設機械の油圧駆動装置 に係り、 特に、 ァクチユエ一夕の負荷が増大する とポ ンプ吐出流量が減少し、 負荷が減少する とポ ンプ吐出 流量が増大するよ う ポンプ吐出流量を制御するポ ンプ 制御手段を備えた油圧駆動装置に関する。 背景技術
従来の建設機械の油圧駆動装置は、 例えば米国特許 第 4, 9 6 7, 5 5 7号に記載のよ う に、 可変容量型 の油圧ポンプと、 この油圧ポ ンプから供給される圧油 によ って駆動する複数の油圧ァクチユエ一夕 と、 これ ら油圧ァク チユエ一夕に供給される圧油の流れを制御 する複数の流量制御弁と、 これら流量制御弁の前後差 圧を制御する複数の圧力捕償弁と、 油圧ポ ンプの吐出 流量を制御するポ ンプ制御装置とを備え、 ポ ンプ制御 装置には、 ポンプ吐出圧力が増大する と吐出流量を減 少し、 ポ ンプ吐出圧力が減少する と吐出流量を增加す るよ う に油圧ポ ンプの吐出流量を制御する入力 ト ルク 制限制御を行う機能が付与されている。 建設機械が油
圧シ ョベルの場合、 上記複数のァクチユエ一夕にはブ —ム シ リ ンダ、 ァ一ム シ リ ンダ、 バケ ッ ト シ リ ンダ、 旋回モータ等のァク チユエ一夕が含まれ、 これらはそ れぞれブーム、 アーム、 バケ ツ ト、 旋回体等のワーク を駆動する。
操作レバーによって流量制御弁が切換えられる と、 流量制御弁によって制御された流量がブームシ リ ンダ、 アームシ リ ンダ、 ノ ケ ッ ト シ リ ンダ等の対応するァク チユエ一夕に供給され、 土砂の掘削等の作業が行われ る。 このよ うな作業において、 ァクチユエ一夕に加わ る負荷が大き く 、 ポンプ吐出圧力が所定圧力を越える と、 ポンプ制御装置の入力 トルク制限制御によ り ボン プ吐出流量は減少し、 エン ジ ンス ト ールを防止する。
と こ ろで、 上述した油圧シ ョ ベルで掘削作業が行わ れるに際し、 その作業が岩石の掘削作業である場合、 バゲ ッ トの爪先が岩石に引掛り、 掘削抵抗が大き く な つて負荷圧力が高く なつた状態からバケ ツ ト の爪先が 滑って急に無負荷になる こ とがしばしばある。 このよ う に急に無負荷になる状態が生じたと き、 ポ ンプ制御 装置は上記のよ う に入力 トルク制限制御を行っている ので、 ノ ケ ッ ト シ リ ンダ、 アームシ リ ンダ等のァクチ ユエ一夕に供給される流量が急激に増加する。 このた め、 ァク チユエ一夕の速度が不必要に速く な り、 バゲ ッ トが加速されて次の掘削予定の岩石に衝突する等の
事態を招き易い。 こ のよ う な衝突を生じる と、 油圧シ ョベル本体および油圧系統等に激しい衝撃負荷がかか り、 構造物である油圧シ ョ ベルの寿命が著し く 短く な る。 また本体に設置される運転室にも激しい衝撃が伝 えられる こ とから、 運転室内のオペレータの疲労を増 すこ とになる。
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、 通常作業では生じない 急激な負荷の低下に伴う油圧ァク チユエ一夕速度の急 激な增加を防止する こ とができ る建設機械の油圧駆動 装置を提供する こ と にある。 発明の開示
上記目的を達成するために、 本発明によれば、 可変 容量型の油圧ポンプと、 この油圧ポ ンプから吐出され る圧油によ り駆動される油圧ァク チユエ一夕 と、 この ァクチユエ一タに供給される圧油の流量を制御する流 量制御手段と、 前記ァクチユエ一夕の負荷が増大する とポンプ吐出流量が減少し、 負荷が減少する とポ ンプ 吐出流量が増大するよ う前記油圧ポ ンプの吐出流量を 制御するポ ンプ制御手段とを備える建設機械の油圧駆 動装置において、 前記ァク チユエ一夕に加わる負荷の 大きさを検出する第 1 の検出手段と、 前記第 1 の検出 手段からの信号に基づきァクチユエ一夕の負荷の急減
を監視し、 ァク チユエ一夕が負荷の急減に係わる所定 の状態に達したと判断されたと きに、 前記ァクチユエ 一夕に供給される圧油の流量の增加速度を制限するよ う前記流量制御手段を制御する流量制限手段とを備え る こ とを特徴とする建設機械の油圧駆動装置が提供さ れる。
以上のよ う に構成した本発明においては、 第 1 の検 出手段からの信号に基づきァク チユエ一夕が負荷の急 減に係わる所定の状態に達したと判断されたと きには、 ァクチユエ一夕に供給される圧油の流量の増加速度が 制限される こ とから、 通常作業時に比べて油圧ァクチ ユエ一夕の加速度が抑制され、 ァクチユエ一夕速度の 増加が小さ く なる。 したがって、 通常作業では生じな い急激な負荷の低下に伴う油圧ァクチユエ一夕速度の 急激な増加が防止される。
本発明の油圧駆動装置において、 好ま し く は、 前記 流量制限手段は、 前記ァクチユエ一夕が負荷の急減に 係わる所定の状態に達したと判断されたときに前記ポ ンプ流量制御手段によ り制御される前記油圧ポ ンプの 吐出流量の増加速度を制限するポンプ流量制限手段で ある。 この場合、 前記ポンプ流量制御手段が前記油圧 ポンプの入力 トルク制限制御のための第 1 の押しのけ 容積目標値を演算する手段を含む油圧駆動装置におい ては、 好ま し く は、 前記ポンプ流量制限手段は、 前記
ポンプ吐出量の増加速度を制限するための第 2 の押 し のけ容積目標値を演算する手段と、 前記第 1 の押 しの け容積目標値と第 2 の押しのけ容積目標値の小さい方 の値を選択し、 これを押しのけ容積指令値と して出力 する手段とを含む。
前記流量制御手段が前記油圧ポ ンプからァク チユエ 一夕に供給される圧油の流量を制御する流量制御弁と、 前記流量制御弁の前後差圧を制御する圧力捕償弁とを 含む油圧駆動装置においては、 前記流量制限手段は、 前記ァク チユエ一夕が負荷の急減に係わる所定の状態 に達したと判断されたと きに前記圧力補償弁の開弁方 向の駆動速度を制御し、 前記流量制御弁の通過流量の 増加速度を制限する弁制御手段であってもよい。 この 場合、 前記油圧ポ ンプの吐出圧力と前記ァク チユエ一 夕の負荷圧力との差圧を検出する第 2 の検出手段と、 前記差圧が減少する と前記圧力捕償弁の補償差圧目標 値が小さ く な り、 差圧が増加する と該補償差圧目標値 が大き く なる第 1 の制御力目標値を演算する手段とを さ らに備えた油圧駆動装置においては、 好ま し く は、 前記弁制限手段は、 前記流量制御弁の通過流量の増加 速度を制限するための第 2 の制御力目標値を演算する 手段と、 前記第 1 の制御力目標値と第 2 の制御力目標 値の小さい方の値を選択し、 これを指令値と して出力 する手段とを含む。
また、 本発明の油圧駆動装置において、 好ま し く は、 前記流量制限手段は、 通常作業のための流量増加速度 を与える第 1 の流量の増分およびこの第 1 の流量の増 分よ り小さ い第 2の流量の増分を設定する設定手段と、 前記ァク チユエ一夕が負荷の急減に係わる所定の状態 に達したと判断されないと きには前記第 1 の流量の増 分を選択し、 所定の状態に達したと判断されたと きに 前記第 2 の流量の増分を選択する選択手段と、 前記選 択された流量の増分に基づいて前記ァクチユエ一夕に 供給される流量の制御目標値を演算する演算手段とを 含む。 この場合、 前記設定手段は、 複数の異なる流量 の増分を記憶する手段と、 外部から操作可能であ り、 その操作によ り前記複数の増分の 1つを前記第 2 の流 量の増分と して選択する手段とを含む構成であっても 良い。 また、 前記第 2の流量の増分は 0であってもよ い し、 時間的な可変値であってもよい。
さ らに、 本発明の油圧駆動装置において、 好ま し く は、 前記流量制限手段は、 前記第 1 の検出手段からの 信号に基づき前記ァクチユエ一タの負荷の大きさの減 少速度を演算する手段と、 前記減少速度が所定値よ り 大き く かつァクチユエ一夕の負荷が所定値よ り大きい ときに前記ァク チユエ一夕が負荷の急減に係わる所定 の状態に達したと判断する手段とを含む。 前記流量制 限手段は、 前記第 1 の検出手段によ り検出されたァク
チユエ一夕の負荷が所定値よ り大きいと きに前記ァク チユエ一夕が負荷の急減に係わる所定の状態に達した と判断する手段を含む構成であっ てもよい。
また、 本発明の油圧駆動装置において、 好ま し く は、 前記第 1 の検出手段は前記油圧ポ ンプの吐出圧力を検 出する手段である。 図面の簡単な説明
第 1 図は本発明の第 1 の実施例による建設機械の油 圧駆動装置の概略図である。
第 2図は第 1 図に示す制御ュニッ トのハー ド構成を 示す図である。
第 3図は第 1 図に示す制御ュニッ ト における油圧ポ ンプの押しのけ容積目標値の演算処理内容を示す機能 プロ ッ ク図である。
第 4図は入力 トルク制限制御のための押しのけ容積 目標値を演算する際に用いるポ ンプ吐出圧力と当該目 標値との関数関係を示す図である。
第 5 図は第 1 図に示す制御ュニッ ト における分流捕 償弁の制御力目標値の演算処理内容を示す機能プロ ッ ク図である。
第 6図は第 3 図に示す機能ブロ ッ ク の う ち、 流量増 加速度の制限制御のための押 しのけ容積目標値を演算 する ブロ ッ クの処理内容を示すフ ローチ ヤ一 トである。
第 7図 ( a ) および第 7図 ( b ) は、 それぞれ、 本 実施例の流量増加速度の制限制御を行わない場合と行 う場合の特性を示す図である。
第 8図は本発明の第 2の実施例に係わる分流補償弁 の制御力目標値の演算処理内容を示す機能プロ ッ ク図 であ る。
第 9図は第 8図に示す機能ブロ ッ クの う ち、 流量増 加速度の制限制御のための制御力目標値を演算する ブ 口 ッ クの処理内容を示すフ ロ ーチ ヤ 一 トである。
第 1 0図 ( a ) および第 1 0図 ( b ) は、 それぞれ、 本実施例の流量増加速度の制限制御を行わない場合と 行う場合の特性を示す図である。
第 1 1図は本発明の第 3 の実施例に係わる流量増加 速度の制限制御のための押しのけ容積目標値を演算す る処理内容を示すフ ローチ ヤ一 トである。
第 1 2図は、 第 1 1 図に示す第 3 の実施例と同様な 考えで流量増加速度の制限制御のための制御力目標値 を演算する場合の処理内容を示すフ ローチ ヤ一 トであ る o
第 1 3図および第 1 4図は、 それぞれ、 流量増加速 度の制限制御における流量の増分を 0 および時間的可 変値に した場合の特性を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の建設機械の油圧駆動装置の好適実施 例を図面に基づいて説明する。
第 1 の実施例
まず、 本発明の第 1 の実施例を第 1 図〜第 7 図によ り説明する。
第 1 図において、 本実施例の油圧駆動装置は、 可変 容量型の油圧ポ ンプ 1 と、 この油圧ポンプ 1 の押 しの け容積、 すなわち、 斜板傾転角を制御するポ ンプ容量 操作装置 2 とを備えている。 ポ ンプ容量操作装置 2 は、 油圧ポンプ 1 の斜板を駆動する制御用ァクチユエ一夕 2 a と、 この制御用ァク チユエ一夕 2 a の駆動を制御 する流量調整弁 2 b とから成っている。 油圧ポンプ 1 から吐出される圧油は油圧ァク チユエ一タ、 例えば油 圧モータ 5 および油圧シ リ ンダ 6 に供給され、 これら 油圧モータ 5 および油圧シ リ ンダ 6 に供給される圧油 の流れは流量制御弁 7 , 8 のによ つてそれぞれ制御さ れる。 流量制御弁 7, 8 の上流側には圧力捕償弁 9, 1 0がそれぞれ配置され、 流量制御弁 7, 8 の前後差 圧を制御する。 油圧モータ 5のと油圧シ リ ンダ 6 の高 圧側の負荷圧力、 すなわち、 最大負荷圧力はシャ トル 弁 1 1 によ り検出される。
油圧ポ ンプ 1 の最大吐出圧力は リ リ ーフ弁 1 2 によ り制限され、 ポ ンプ吐出圧力と上記最大負荷圧力との 最大差圧はア ンロー ド弁 1 3 によって制限される。 ァ
ンロー ド弁 1 3 にはポンプ吐出圧力と シャ トル弁 1 1 によ って検出された最大負荷圧力が導かれる。
流量制御弁 7 , 8 は例えばパイ ロ ッ ト油圧駆動式に なっており、 パイ ロ ッ トポンプ 4 に連絡された操作装 置 1 4 , 1 5 の操作量に応じて発生するパイ ロ ッ ト圧 で駆動する。 油圧モー タ 5 の最大負荷圧力は リ リ ーフ 弁 1 6 によ って制限される。 また、 圧力捕償弁 9, 1 0 は閉弁方向作動の駆動部 9 a, 9 b と補償差圧基本 値を設定するばね 9 b, 1 0 b とを有し、 駆動部 9 a , 1 0 a はパイ ロ ッ ト ポ ンプ 4 に連絡された電磁比例減 圧弁 2 1, 2 2から出力されるパイ ロ ッ ト圧が負荷さ れる こ と によ り、 ばねに抗して制御力を付与し、 捕償 差圧目標値を変更可能となっている。
油圧ポンプ 1 の押しのけ容積は斜板傾転量を検出す る変位検出器 2 3 によ っ て検出され、 油圧ポ ンプ 1 の 吐出圧力は圧力検出器 2 4 によ っ て検出され、 ポ ンプ 吐出圧力と最大負荷圧力との差圧は差圧検出器 2 5 に よって検出される。 差圧検出器 2 5 にはポンプ吐出圧 力と シャ ト ル弁 1 1 によ って検出された最大負荷圧力 が導かれる。
また、 本実施例の油圧駆動装置は、 本発明の流量増 加速度の制限制御を行うための複数の異なる流量の增 分の 1つを選択するよ う外部から指令するオペレータ によ り操作可能な選択指令器 2 8 と、 上述した変位検
出器 2 3、 圧力検出器 2 4、 差圧検出器 2 5、 および 選択指令器 2 8からの信号を入力 し、 流量調整弁 2 b および電磁比例減圧弁 2 1 , 2 2 に駆動信号を出力す る制御ュニッ ト 4 0 とを備えている。
制御ュニ ッ ト 4 0 はマイ ク ロ コ ン ピュータで構成さ れ、 第 2図に示すよ う に、 変位検出器 2 3、 圧力検出 器 2 4、 差圧検出器 2 5および選択指令器 2 8からの 信号を入力し、 これをデジタル信号に変換する A Z D コ ンバータ 4 0 a と、 中央演算装置 ( C P U) 4 0 b と、 制御プログラムを格納する リ ー ドオ ン リ 一メ モ リ (R O M) 4 0 c と、 演算途中の数値を一時的に記憶 する ラ ンダムア ク セスメ モ リ (R A M) 4 0 d と、 流 量調整弁 2 bおよび電磁比例減圧弁 2 1, 2 2 に接続 される出力用の増幅器 (A M P ) 4 0 f , 4 0 g , 4 O h とを備えている。
C P U 4 0 b は、 変位検出器 2 3、 圧力検出器 2 4、 差圧検出器 2 5および選択指令器 2 8からの信号と、 R 0 M 4 0 cに格納した制御プログラムに基づいて油 圧ポ ンプ 1 の押しのけ容積目標値および圧力補償弁 9 , 1 0の制御力目標値を演算し、 対応する駆動信号を A M P 4 0 f 〜 4 0 hを介して流量調整弁 2 bおよび電 磁比例減圧弁 2 1, 2 2に出力する。
C P U 4 O bにおけるポ ンプ押 しのけ容積目標値の 演算処理の内容を第 3図に機能ブロ ッ ク図で示す。 第
3図において、 プロ ッ ク 4 1 では差圧検出器 2 5 によ り検出された差圧 Δ P L Sから ロー ドセ ン シ ング制御の ための押 しのけ容積目標値 を求め、 ブロ ッ ク 4 2 では圧力検出器 2 4 により検出されたポ ンプ吐出圧力 Pから入力 トルク制限制御のための押しのけ容積目標 値 を求め、 プロ ッ ク 4 3ではポンプ吐出圧力 P と 選択指令器 2 8 からの指令信号 S に基づき流量増加速 度の制限制御のための押しのけ容積目標値 0 e を演算 "5 る o
こ こで、 プロ ッ ク 4 1 が係わる ロー ドセ ン シ ング制 御とは、 油圧ポンプ 1 の吐出圧力と シャ トル弁 1 1 で 検出される最大負荷圧力との差圧 (ロー ドセ ン シ ング 差圧) Δ P L Sが目標差圧 Δ P L S 0 に保持されるよ う に ポンプ吐出流量を制御する こ とであり、 このよ う にポ ンプ吐出流量を制御するための目標値 0 L Sの演算には 例えば米国特許第 4, 9 6 7, 5 5 7号に記載の方法 が用い られる。
また、 ブロ ッ ク 4 2が係わる入力 トルク制限制御と はポンプ吐出圧力が増大する とポンプ吐出流量が減少 し、 ポンプ吐出圧力が減少する とポンプ吐出流量が増 大するよ う斜板傾転量、 すなわち、 ポンプ押 しのけ容 積を制御する こ とである。 具体的には、 第 4図に示す ようなポ ンプ吐出圧力 P と入力 トルク制限制御のため の押しのけ容積目標値 の関数関係を R O M 4 0 c
に予め記憶しておき、 この関数関係からポンプ吐出圧 力 P に対応する 目標値 を演算によ り求める。 これ によ り第 4 図の曲線 4 4 の部分で油圧ポ ンプ 1 の吐出 流量の最大値を制限して入力 トルクを制限し、 油圧ポ ンプ 1 を駆動するエ ン ジ ンのス ト ールを防止する。 な お、 この こ と も上記米国特許第 4, 9 6 7 , 5 5 7号 に記載されている。
流量増加速度の制限制御のための押しのけ容積目標 値 0 c を演算するブロ ッ ク 4 3 の機能については後述 する。
ブロ ッ ク 4 1 〜 4 3 で求められた押 しのけ容積目標 値 0 L S, θ 1 , 6> (: はブロ ッ ク 4 6でそれらの最小値 が選択され、 これが最終的な押しのけ容積目標値、 す なわち、 押しのけ容積指令値 となる。 こ の押 しの け容積指令値 は変位検出器 2 3 によ り検出された 油圧ポンプ 1 の斜板傾転量、 すなわち、 実際の押 しの け容積 0 と ブロ ッ ク 4 6 で比較され、 両者の偏差を 0 に近付けるよ うサ一ボ制御のための指令値 0 s が求め られる。 この指令値 0 s は前述したよ う に A M P 4 0 f を介して駆動信号と して流量調整弁 2 b に出力され o
一方、 C P U 4 0 b における圧力補償弁 9 , 1 0 の 制御力目標値の演算は第 5 図に示すよ う に行われる。 すなわち、 R O M 4 0 c にはプロ ッ ク 5 1 に示すよ う
1
1 4
な、 差圧 Δ P LSが小さ く なる と制御力目標値 i LSが大 き く な り、 差圧 A P LSが大き く なる と制御力目標値 i LSが小さ く なる差圧 Δ P LSと制御力目標値 i LSとの関 数関係が記憶されており、 差圧検出器 2 5 によ り検出 された差圧 A P LSから この関数関係に基づき制御力目 標値 i LSを演算する。 なお、 ブロ ッ ク 5 1 において、 Δ P LS0 は前述したロ ー ドセ ン シ ング制御のための目 標差圧である。 そ して、 ブロ ッ ク 5 1 で求め られた目 標値 i LSは A M P 4 0 g , 4 0 hを介して駆動信号と して電磁比例減圧弁 2 1, 2 2 に出力され、 電磁比例 減圧弁 2 1, 2 2 は制御力目標値 i L Sに応じた制御圧 力を圧力捕償弁 9, 1 0 の駆動部 9 a, 1 0 a に出力 する。
こ こで、 圧力捕償弁 9, 1 0 の駆動部 9 a, 1 0 a は、 前述したよ う に、 ばね 9 b , 1 0 b ばねに抗して 制御力を付与する閉方向作動の駆動部であり、 第 5図 に示す制御力目標値 i LSが大き く なる と圧力捕償弁 9 , 1 0 の捕償差圧目標値が小さ く な り、 制御力目標値 i LSが小さ く なる と捕償差圧目標値が大き く なる関係に ある。 したがって、 第 5図に示す関数関係は、 結果と して、 差圧 A P LSが小さ く なる と圧力捕償弁 9, 1 0 の補償差圧目標値を小さ く し、 差圧 Δ P LSが大き く な る と捕償差圧目標値を大き く する制御力目標値 i LSを 演算する ものである。
そ して、 以上のよ う に圧力補償弁を制御する こ とに よ り、 第 3 図に示すブロ ッ ク 4 5 において入力 ト ルク 制限制御のための押しのけ容積目標値 0 T が指令値 ø r と して選択され、 流量制御弁 7, 8 の要求流量に対 して油圧ポ ンプ 1 の吐出流量が不足する状態、 すなわ ち油圧ポ ンプ 1 がサチユ レーシ ヨ ン状態になる と、 圧 力捕償弁 9, 1 0 の開度が絞り方向に制御され、 複数 のァク チユエ一夕 5, 6へ流れる圧油の流量を補償す る分流補償制御が行われる。 また、 この状態では油圧 モータ 5 かつ または油圧シ リ ンダ 6 に供給される圧 油の流量は油圧ポンプの吐出流量によって決ま る。 し たがつて、 ボンプ容量操作装置 2 が油圧シ リ ンダ 6 に 供給される圧油の流量を制御する流量制御手段と して の機能を果たす。 なお、 圧力補償弁 9, 1 0 の制御目 標値の演算は上記に引用 した米国特許第 4, 9 6 7, 5 5 7号に記載の方法によ ってもよい。
次に、 第 3図に示すブロ ッ ク 4 3 の機能を第 6図に 示すフ ロ ーチャ ー ト によ り説明する。 プロ ッ ク 4 3 は、 油圧モータ 5かつ または油圧シ リ ンダ 6 に加わる負 荷が急減したと きに、 油圧モータ 5 かつ Zま たは油圧 シ リ ンダ 6 に供給される圧油の流量の増加を制限する よ う、 流量制御手段と して機能するポ ンプ容量操作装 置 2 を制御する流量制限手段を提供する ものである。
は じめに、 手順 S 1 に示すよ う に、 圧力検出器 2 4
によって検出された油圧ポンプ 1 の吐出圧力 P と、 選 択指令器 2 8 による指令値 Sが制御ュニッ ト 4 0 の入 力部である A / D コ ンバータ 4 0 a を介して C P U 4 O b に読み込まれる。 次いで手順 S 2 に移り、 C P U 4 0 b において今回検出された圧力 P と、 前回検出さ れた圧力 P とから圧力降下速度 (規定時間間隔におけ る圧力降下幅) P vが演算され、 かつ今回検出された 圧力 Pを含めてそれまでの圧力の最大値 P max が演算 され、 その値が R A M 4 0 d に記憶される。 次いで手 順 S 3 に移る。 この手順 3では、 R 0 M 4 0 c に記憶 された所定速度 P vth が C P U 4 0 b に読出され、 手 順 S 2で求めた圧力降下速度 P vが所定速度 P vth よ り大きいかどうか判別が行われる。 所定速度 P vth と しては通常作業時に生じる圧力の降下速度を設定する。 したがつてこの判別が満足されたときは、 例えば岩石 等の掘削作業中にバケ ツ トの爪先が岩石上を滑ったよ うな事態を生じた可能性があり、 手順 S 4 に移る。
手順 S 4では、 R O M 4 0 c に記憶された所定圧力 P が C P U 4 0 b に読出され、 手順 S 2で記憶され た圧力の最大値 P max が所定圧力 P thよ り大きいかど うか判別が行われる。 こ こで、 所定圧力 P t hには例え ば第 4図に示すよ う に、 リ リ ーフ弁 1 2 の設定圧力 P r eに近い、 通常作業時に生じるポンプ吐出圧力が設定 される。 したがって、 手順 S 4の判別が満足される と
きは、 例えば岩石等の掘肖 ij作業に際してバケ ツ 卜の爪 先が岩石に引掛かっ て高負荷になっている状態から上 述のよ う にその引掛かりが外れて急激に無負荷になる よ う な場合であ り、 本実施例の流量増加速度の制限制 御を開始するため、 手順 S 2 0 に移る。
なお、 手順 S 4 の判別が満足されるよ うな運転状態 では、 第 3 図のブロ ッ ク 4 5で入力 トルク制限制御の ための押 しのけ容積目標値 が指令値 と して選 択されており、 ポンプ吐出流量は大き く 制限されてい る。 また、 この状態では前述したよ う に、 ポ ンプ容量 操作装置 2が油圧シ リ ンダ 6 に供給される圧油の流量 を制御する流量制御手段と して機能している。
次に、 手順 S 2 0ではタイマを リ スター ト して流量 増加速度の制限制御の開始後、 所定時間が経過したか どうかを判別するための計数を開始し、 かつ当該制限 制御の実施状況を示すステータ スを "実行中" に して 手順 S 5 に移る。
手順 S 5 では、 R O M 4 0 c に記憶した複数の異な る流量の増分の う ち選択指令器 2 8 の指令値 S に応じ た増分が演算部に読出され、 吐出流量の増分 と し て設定される。 R O M 4 0 c に記憶される流量の增分 は、 通常作業のための流量增加速度を与える油圧ボ ン プ 1 の吐出流量の増分 (後述する手順 S 8 における流 量の増分の最大値 Δ ι χ ) 以下の値となっている。 な
お、 吐出流量の増分 Δ 0 と して最大値 Δ 0 m a x を設定 した場合は流量増加速度の制限制御を しないこ と と等 価である。 次いで手順 S 1 0 に移る。 この手順 S 1 0 では、 手順 S 5で設定された吐出流量の増分 Δ Θ と前 回の押しのけ容積指令値 0 f (第 3図参照) とに基づ き押しのけ容積目標値 0 e を演算する。 具体的には、 Θ c = Θ r + Δ 0の演算を行う。
以上のよ う に押しのけ容積目標値 0 e が演算される と、 上記のよ う に増分 Δ 0が通常作業のための增分厶 Θ m a x よ り小さいこ とから、 第 3図に示す最小値選択 プロ ッ ク 4 5では今まで前述したよ う に押しのけ容積 目標値 が指令値 0 r と して選択されていたものが、 押しのけ容積目標値 6> e が指令値 0 r と して選択され るよ う にな り、 これに対応する駆動信号が A M P 4 0 f から第 1 図に示すポ ンプ容量操作装置 2の流量調整 弁 2 b に出力される。 これによ り、 流量調整弁 2 bが 駆動し、 これに伴って制御用ァク チユエ一夕 2 aが駆 動し、 油圧ポンプ 1 の押しのけ容積の増加速度、 すな わち、 斜板の傾転速度が増分 Δ 0 に一致するよ う制御 される。 その結果、 当該油圧ポ ンプ 1 から吐出される 圧油の流量は押しのけ容積目標値 T が指令値 0 r と して選択され続けた場合に比べて比較的ゆるやかに増 加するよ う に制御され、 当該流量が圧力補償弁 9 かつ Zまたは 1 0、 流量制御弁 7かつ Zまたは 8 を介して
油圧モータ 5かつ Zまたは油圧シ リ ンダ 6 に供給され、 これらのァクチユエ一夕速度は比較的小さな加速度で 増加する。
また、 上述した第 6 図に示すフ ローチャ ー トの手順 S 3 の判別または手順 S 4 の判別が満足されないと き は、 流量増加速度の制限制御を要しない場合、 あるい は当該制御が実行されている最中のいずれかであ り、 手順 S 6 に移る。 この手順 S 6では、 流量増加速度の 制限制御の実施状況を示すステータスが "実行中" か どうかか判別される。 この判別が満足される と きは手 順 S 7 に移り、 手順 S 2 0で リ スター ト したタイマの 計数が R 0 M 4 0 c に記憶された所定値以内かどうか、 すなわち、 流量増加速度の制限制御開始後、 未だ所定 時間、 例えば 1秒が経過していないかどうか判別され る。 この手順 S 7 の判別が満足されれば手順 S 5 に移 り、 更に手順 S 1 0 に移って、 上述した流量増加速度 の制限動作が行なわれる。
また、 上述した手順 S 6 の判別が満足されない通常 作業中の場合、 あるいはタイマの計数開始後、 所定時 間が経過 して手順 S 7 の判別が満足されない場合は手 順 S 8 に移り、 通常作業のための流量増加速度を与え る油圧ポ ンプ 1 の吐出流量の増分と して R O M 4 0 c に記憶された流量の增分の最大値 Δ ΠΙ が C P U 4 O b に読出され、 この最大値 Δ ι χ が流量の増分と
して設定される。 次いで手順 S 9 に移り、 R A M 4 0 d に記憶された圧力の最大値 P n x 、 手順 S 2 0で
"実行中" と したステータ スおよびリ スター ト したタ イマをク リ アする処理が行われ、 手順 S 1 0 に移る。 手順 S 1 0では、 手順 S 8で設定した流量の増分の最 大値 6» maX と前回の押 しのけ容積指令値 0 f (第 3図 参照) とに基づき、 6> (; = Θ r + Δ Θ max の演算を行 つて押しのけ容積目標値 0 G を求める。
手順 S 1 0で上記のよ う に押しのけ容積目標値 Θ c が演算される と、 第 3図に示す最小値選択ブロ ッ ク 4 5では押 しのけ容積目標値 0 LS, θ T , 0 e の最小値 が指令値 0 1 と して選択され、 これに対応する駆動信 号が A M P 4 0 f から第 1 図に示すポンプ容量操作装 置 2 の流量調整弁 2 b に出力される。 これによ り 、 最 大増加速度の流量が油圧モータ 5 かつ Zまたは油圧シ リ ンダ 6 に供給され、 これらの油圧ァクチユエ一夕速 度は通常作業に必要とされる比較的大きな加速度で増 加する。
第 7図に、 岩石等の掘削作業に際してバケ ツ トの爪 先が岩石に引掛かって高負荷になっている状態からそ の引掛かりが外れて急激に無負荷になるよ う な場合に おけるポ ンプ吐出圧力の変化とポンプ吐出流量および ァク チユエ一夕流量の変化の特性を示す。 第 7図 ( a ) は流量増加速度の制限制御を実施しない場合であ り、
第 7図 ( b ) は流量増加速度の制限制御を実施した場 合である。 これらの図中、 時間 t 1 は岩石等の掘削作 業に際してバケ ツ トの爪先が岩石に引掛かって高負荷 になっている状態からその引掛かりが外れて急激に無 負荷になつ た時点を示し、 時間 t 2 は当該引掛かりが 外れて急激に無負荷になつ た後、 次に掘削が予定され る岩石にバケ ツ トの爪先が衝突した時点を示す。
第 7図 ( a ) に示す本実施例の制御を行わない場合 は、 圧力の急激な低下に伴って入力 トルク制限制御が 解除され、 ポンプ吐出流量が急激に大き く な り、 これ に対応して油圧モータ 5 かつ/または油圧シ リ ンダ 6 に供給される流量も同様に急激に増加する。 したがつ て、 時点 t 2 ではァク チユエ一タ速度が不必要に大き く なつており、 バケ ツ ト はこの大きな速度で次の掘削 予定の岩石に衝突する。 このよ うな衝突を生じる と、 油圧シ ョ ベル本体および油圧系統等に激しい衝撃負荷 がかかり、 構造物である油圧シ ョ ベルの寿命が著し く 短く なる。 また本体に設置される運転室にも激しい衝 撃が伝え られる こ とから、 運転室内のオペレータの疲 労を増すこ とになる。
これに対し、 第 7 図 ( b ) に示す本実施例の制御を 行う場合は、 圧力が急激に低下する と前述したよ う に 押しのけ容積目標値 0 e が指令値 0 f と して選択され る こ とから、 油圧ポ ンプ 1 の吐出流量は比較的ゆるや
かに増加するよ う に制御され、 油圧モータ 5 かつ ま たは油圧シ リ ンダ 6 に供給される流量も同様に緩やか に増加する。 したがって、 時点 t 2 におけるァ ク チュ エータ速度の不必要な増加が抑制される。
したがって、 本実施例によれば、 バケ ツ トの爪先の 岩石などへの衝突を緩和させる こ とができ、 この駆動 装置が備える建設機械の本体や油圧系統に与える衝撃 を小さ く する こ とができ、 この衝撃による当該建設機 械の寿命の低下や本体に設けられる運転室内のォペレ 一夕の疲労を防ぐこ とができる。
第 2の実施例
本発明の第 2 の実施例を第 8図〜第 1 0図によ り説 明する。 本実施例は、 流量増加速度の制限制御を行う 流量制御手段と して圧力捕償弁 9 , 1 0 を採用 し、 圧 力捕償弁 9 , 1 0 の駆動速度を制御する こ と によ り ァ クチユエ一夕 7 または 8 に供給される圧油の流量の増 加速度を制限する ものである。 なお、 本実施例のハ ー ド構成は第 1 図および第 2図に示す第 1 の実施例のも のと実質的に同じであ り、 本実施例の説明でも これら 図面を参照する。
本実施例において、 制御ュニッ ト 4 0 の C P U 4 0 b における圧力補償弁 9 , 1 0 の制御力目標値の演算 は第 8図に示すよ う に行われる。 すなわち、 プロ ッ ク 5 1 で第 5図に示す第 1 の実施例の場合と同様に分流
補償制御のための制御力目標値 i LSが演算され、 プロ ッ ク 5 2ではポ ンプ吐出圧力 P と選択指令器 2 8から の指令信号 Sに基づき流量増加速度の制限制御のため の制御力目標値 i e が演算され、 プロ ッ ク 5 3でその うちの大きい方の値が指令値 i f と して選択される。 そ して、 こ の指令値 i r は A M P 4 0 g, 4 0 hを介 して駆動信号と して電磁比例減圧弁 2 1 , 2 2に出力 され、 電磁比例減圧弁 2 1, 2 2 は指令値 i f に応じ た制御圧力を圧力補償弁 9, 1 0の駆動部 9 a, 1 0 aに出力する。
制御ュニッ ト 4 0の R O M 4 0 c におけるポンプ押 しのけ容積目標値の演算機能は、 第 3図に示す構成で ブロ ッ ク 4 3の機能を除いたのと同じであり、 ロー ド セ ン シ ング制御のための押 しのけ容積目標値 0 LSと入 力 トルク制限制御のための押しのけ容積目標値 0 T の う ちの小さ い方の値が指令値 0 〖 と して選択され、 ポ ンプ容量操作装置 2が制御される。
第 8図に示すプロ ッ ク 5 2の機能を第 9図に示すフ ロ ーチ ャ ー トによ り説明する。
手順 S 1 〜 S 4、 手順 S 6および S 7、 手順 S 9お よび手順 S 2 0 は第 6図に示す第 1 の実施例の ものと 同じである。 なお、 手順 S 4の判断が肯定される よ う な運転状態では、 前述したよ う に第 3図のブロ ッ ク 4 5で入力 トルク制限制御のための押しのけ容積目標値
θ T が指令値 0 r と して選択され、 ポ ンプ吐出流量は 大き く 制限されているいる。 したがって、 ロー ドセ ン シ ング差圧 Δ P L Sは目標差圧 Δ P L S 0 よ り小さ く なつ ており、 第 8図のブロ ッ ク 5 1 では通常よ り も大きな 制御力目標値 i LSが演算されるので、 圧力捕償弁 9, 1 0 はそれに対応する絞り状態にある。
手順 S 5 Aでは、 R O M 4 0 c に記憶した複数の異 なる流量の増分の う ち選択指令器 2 8 の指令値 S に応 じた増分が演算部に読出され、 流量制御弁 7, 8 の通 過流量の増分厶 9 と して設定される。 R O M 4 0 c に 記憶される流量の増分は、 通常作業のための流量増加 速度を与える流量制御弁 7, 8 の通過流量の増分、 す なわち流量の増分の最大値△ q max 以下の値となって いる。
次いで手順 S 1 0 Aに移る。 この手順 S 1 0 Aでは、 手順 S 5 Aで設定された流量の増分 Δ q と前回の指令 値 i r (第 8図参照) とに基づき圧力捕償弁 9, 1 0 の制御力目標値 i e を演算する。 この演算は、 流量制 御弁 7, 8 の通過流量と圧力捕償弁 9, 1 0 に付与さ れる制御力とは増減が逆方向となる こ とから、 例えば、 通過流量の増分 から制御力目標値の増分 Δ i を厶 i = - Δ q X k ( k は係数) の演算で求め、 i c = i r + A i の演算で i e を求める こ とによ り行う。
手順 S 1 0 にて制御力目標値 i (; が求め られる と、
増分 Δ qが通常作業のための増分 Δ q max よ り小さ い こ とから、 第 8図に示す最大値選択ブロ ッ ク 5 3では 今まで制御力目標値 i LSがが指令値 i f と して選択さ れていた ものが、 制御力目標値 i e が指令値 i f と し て選択されるよ う にな り、 これに対応する駆動信号が A M P 4 0 g , 4 0 hから第 1図に示す電磁比例減圧 弁 2 1 , 2 2に出力される。 これによ り、 圧力捕償弁 9, 1 0の駆動部 9 &, 1 0 a には対応する制御圧力 が負荷され、 圧力捕償弁 9, 1 0の開弁方向の駆動速 度が制御される。 すなわち、 制御力指令値 i LSが指令 値 i f と して選択され続ける場合は、 ポ ンプ吐出流量 の増加によ り ロ ー ドセ ンシ ング差圧 Δ P L Sが増加して 制御力指令値 i LSが小さ く なり、 絞り状態にある圧力 補償弁 9, 1 0が最大速度で全開するが、 本実施例で は圧力捕償弁 9 , 1 0の駆動速度が徐々 に増加する よ う に制御される。 その結果、 流量制御弁 7 , 8の通過 流量は比較的ゆるやかに増加するよ う に制御され、 当 該流量が油圧モータ 5かつ Zまたは油圧シ リ ンダ 6 に 供給され、 これらのァク チユエ一夕速度は比較的小さ な加速度で増加する。
手順 S 8 Aでは、 通常作業のための流量増加速度を 与える流量制御弁 7 , 8の通過流量の増分と して R O M 4 0 c に記憶された流量の増分の最大値 Δ q max が C P U 4 0 bに読出され、 こ の最大値 A q ma: [ が流量
の増分と して設定される。.次いで手順 S 9に移り、 R AM 4 0 dに記憶された圧力の最大値 P max 、 ステ一 タスおよびタイマをク リ アする処理を行った後、 手順 S 1 O Aに移り、 前述したのと同様の容量で制御力目 標値 i (; を演算する。
手順 S 1 0 Aで上記のよ う に制御力目標値 i e が演 算される と、 第 8図に示す最大値選択プロ ッ ク 5 3で 分流補償制御要の制御力目標値 i LSが指令値 i f と し て選択されるよ う にな り、 圧力補償弁 9, 1 0は通常 の制御状態となる。
第 1 0図に、 岩石等の掘削作業に際してバケ ツ トの 爪先が岩石に引掛かって高負荷になっている状態から その引掛かりが外れて急激に無負荷になるよ うな場合 におけるポンプ吐出圧力の変化と圧力捕償弁の制御力 およびァク チユエ一夕流量の変化の特性を示す。 第 1 0図 ( a ) は流量増加速度の制限制御を実施しない場 合であり、 第 1 0図 (b ) は流量増加速度の制限制御 を実施した場合である。 これらの図中、 時間 t l は岩 石等の掘削作業に際してバケツ トの爪先が岩石に引掛 かって高負荷になっている状態からその引掛かりが外 れて急激に無負荷になつた時点を示し、 時間 t 2 は当 該引掛かりが外れて急激に無負荷になった後、 次に掘 削が予定される岩石にバケ ツ トの爪先が衝突した時点 を示す。
第 1 0 図 ( a ) に示す本実施例の制御を行わない場 合は、 圧力の急激な低下に伴って入力 トルク制限制御 が解除され、 ポ ンプ吐出流量が急激に大き く な り、 こ れに対応して絞り状態にあ っ た圧力補償弁 9, 1 0 の 制御力が急激に小さ く なり、 圧力捕償弁が前回状態に なる こ とから油圧モータ 5 かつ Zまたは油圧シ リ ンダ 6 に供給される流量も同様に急激に増加する。 したが つて、 時点 t 2 ではァクチユエ一夕速度が不必要に大 き く なつており、 バケ ツ ト はこの大きな速度で次の掘 削予定の岩石に衝突する。
これに対し、 第 1 0 図 ( b ) に示す本実施例の制御 を行う場合は、 ポンプ吐出圧力が急激に低下する と前 述したよ う に制御力目標値 i e が指令値 i r と して選 択される こ とから、 圧力補償弁 9, 1 0 の制御力が徐 々 に小さ く な り 、 圧力補償弁 9 , 1 0 の駆動速度が徐 々 に大き く なる。 すなわち、 圧力補償弁 9, 1 0 の開 度が徐々 に大き く なる。 したがって、 流量制御弁 7, 8の通過流量は比較的ゆるやかに増加するよ う に制御 され、 油圧モータ 5 かつ Zまたは油圧シ リ ンダ 6 に供 給される流量も同様に緩やかに増加する。 その結果、 時点 t 2 におけるァク チユエ一タ速度の不必要な増加 が抑制される。
したがって、 本実施例によ っても、 第 1 の実施例と 同様の効果を得る こ とができる。
第 3の実施例
本発明の第 3の実施例を第 1 1図によ り説明する。 本実施例は、 流量増加速度の制限制御を開始するか否 かの判断をポ ンプ吐出圧力の値のみで行い、 ポ ンプ吐 出圧力の急減による不都合を事前に防止する ものであ る。 すなわち、 本実施例は、 第 3図に示す機能の うち ブロ ッ ク 4 3の機能が以下の点で第 1の実施例とは異 なる。
第 1 1図は、 本実施例によるブロ ッ ク 4 3の機能を フ ローチャ ー トで示すものであり、 第 1の実施例に係 わる第 6図のフ ローチヤ一 ト と同じ手順には同じ符号 を付している。 その符号から分かるよ う に、 本実施例 では手順 S 2 Bにてポンプ吐出圧力 Pの最大値 P max のみを求めて記憶する点と、 第 1の実施例にあった手 順 S 3が省略されている点が第 1の実施例とは異なる。
すなわち、 第 1 1図において、 手順 S 1 にて圧力検 出器 2 4によって検出された油圧ポンプ 1の吐出圧力 P と、 選択指令器 2 8による指令値 Sを制御ュニッ ト 4 0の C P U 4 0 bに読み込んだ後、 手順 S 2 Bにて、 今回検出された圧力 Pを含めてそれまでの圧力の最大 値 P max が演算され、 その値が R AM 4 0 dに記憶さ れる。 次いで手順 S 4に移り、 R O M 4 0 c に記憶さ れた所定圧力 P thが C P U 4 0 bに読出され、 手順 S 2 Bで記憶された圧力の最大値 P max が所定圧力 P th
よ り大きいかどうか判別が行われる。 そ して、 手順 S 4の判別が満足される と きはァク チユエ一夕 に高負荷 が加わっ ている場合であ り、 その場合と しては、 例え ば岩石等の掘削作業に際してバケ ツ トの爪先が岩石に 引掛かって高負荷になっている場合が含まれる。 した がって、 も しバケ ツ トの爪先が岩石に引掛かって高負 荷になっ ている場合には、 その引掛かりが外れる と急 激に無負荷になるので、 その可能性に備えて、 本実施 例の流量増加速度の制限制御を開始するため、 手順 S 2 0 に移る。
手順 S 2 0 および手順 5以下の処理は第 1 の実施例 と同じであ り、 手順 S 2 0 でタイ マがリ スター ト した 後、 所定時間経過するまでは手順 S 5で設定された増 分 から演算された押しのけ容積目標値 0 e が第 3 図の最小値選択ブロ ッ ク 4 5で指令値 0 f と して選択 され、 流量増加速度の制限制御が実施される。
本実施例によれば、 岩石等の掘削作業に際してバゲ ッ トの爪先が岩石に引掛かって高負荷になっている状 態からその引掛かりが外れて急激に無負荷になっ たと きには、 上記のよ う に既に流量増加速度の制限制御に 移行しているため、 応答性の良いァク チユエ一夕の加 速度制御が可能であ り、 したがって、 第 1 の実施例の 効果をよ り確実なものとする こ とができ る。
なお、 本実施例は第 1 の実施例を一部変更したもの
であるが、 第 1 2図に示すよ う に、 流量増加速度の制 限制御を行う流量制御手段と してポンプ容量操作装置 の代わり に圧力捕償弁 9, 1 0 を採用 した第 2 の実施 例に対して同様の変更を行っても良く 、 この場合も上 記実施例と同様の効果を得る こ とができ る。
その他の実施例
なお、 以上の実施例では、 例えば第 9図に示すフ ロ 一チヤ一 トの手順 S 5 Aにおいて、 選択指令器 2 8か らの指令信号によって読み出され、 設定される流量の 増分は 0以外の値を考えたが、 この増分を 0 に設定し てもよい。 この場合、 第 1 3図に示すよ う に、 タイマ によ り設定される所定時間の間、 圧力補償弁はポンプ 吐出圧力が急減する直前の状態に保持される。 すなわ ち、 圧力補償弁の制御に際してその所定時間が遅延時 間と して機能する。 したがって、 その遅延時間経過中 に、 次に掘削が予定される岩石にバケ ツ トの爪先が衝 突したと しても、 ァクチユエ一夕速度は大き く な らず、 衝突時の衝撃を緩和する こ とができる。
また、 以上の実施例では、 同様に例えば第 9図に示 すフ ロ ーチ ャ ー トの手順 S 5 Aにおいて、 選択指令器 2 8からの指令信号によって読み出され、 設定される 流量の増分は固定値を考えたが、 この増分を時間の経 過と共に所定のパター ンで増加する可変値と しても良 い。 この場合には、 圧力補償弁の制御力およびァク チ
ユエ一夕流量は第 1 4図に示すよ う に変化し、 同様の 効果を得る こ とができ る。
また、 上記実施例において、 制御ュニッ ト 4 0 の R 0 M 4 0 c に記憶される所定速度 P vth は必ずし も一 義的なものでな く 、 作業の種類に応じて異なっ た速度 を取り得る ものであ り、 また必要に応じて所定の速度 範囲と して予め記憶させるか、 あるいはオペレータ に よ り設定変更できるよ う に してもよい。
同様に制御ュニッ ト 4 0 の R O M 4 0 c に記載され る所定圧力 P t hもかな らずし も一義的な ものでな く 、 いわゆる重掘削作業、 軽掘削作業などに応じて異なつ た圧力を取り得る ものであ り、 また必要に応じて所定 の圧力範囲と して予め記憶されるか、 あるいはォペレ 一夕によ り設定変更できる よ う に してもよい。
さ らに、 通常作業時の流量増加速度に対応する増分 の最大値 Δ 6> πΐ33[ または A q max は、 これも一義的な ものでな く 、 重掘削作業、 軽掘削作業など作業の種類 を考慮した値、 または最大流量増加速度に対応する増 分に設定し得る ものであ り、 またオペレータが設定変 更でき るよ う に してもよい。
また、 上記実施例では、 油圧ポンプの吐出圧力を検 出 して負荷の急減を検出する構成に してあるが、 これ に限らず、 ァク チユエ一夕の負荷圧力を直接検出する か、 あるいはバケ ツ ト等の作業部材表面の応力変化を
検出する構成に してもよい。
また、 上記実施例では、 制御ュニッ ト 4 0 の R O M 4 0 c に流量増加速度の制限制御を行う ための複数の 異なる増分を記憶し、 選択指令器 2 8 の指令でその 1 つを選択するよ う に構成しているが、 R O M 4 0 c に は通常作業の最大速度に対応する増分の最大値とそれ よ り小さい 1つの増分を記憶し、 これらを選択指令器 2 8 の操作で通常操作モー ドと流量増加速度の制限制 御モ一 ドの一方を選択する こ とによ り使い分ける構成 と してもよい。 すなわち、 通常操作モー ドが選択され たと きには増分の最大値が設定され、 流量増加速度の 制限制御モー ドが選択されたと きにはその最大値よ り 小さい増分が設.定される。
さ らにまた、 圧力補償弁の駆動部は閉弁方向作動で はな く 開弁方向作動であってもよ く 、 この場合は、 制 御力が大き く なる と補償差圧目標値が大き く なる こ と から、 これに対応して特性の方向を逆にする修正を行 えばよい。 産業上の利用可能性
本発明の建設機械の油圧駆動装置は、 以上のよ う に 構成してある こ とから、 通常作業では生じない急激な 負荷の低下に伴う油圧ァクチユエ一タ速度の急激な増 加を防止する こ とができ、 これにより通常作業中に通
常作業と は異なる不測の事態を生じて負荷が急激に低 下した場合でも油圧ァク チユエ—夕の速度が不必要に 早く なる こ とがな く 、 この油圧ァクチユエ一夕によ つ て駆動される作動体の上述の負荷低下による衝突を緩 和させる こ とができ、 したがって当該油圧駆動装置が 備え られる建設機械の本体および油圧系統に対する衝 撃負荷を小さ く する こ とができ、 それ故従来に比べて 当該建設機械の寿命を長く 保つ こ とができ る と と もに、 本体に設け られる運転室内のオペレータの疲労を軽減 させる こ とができる。
Claims
1. 可変容量型の油圧ポンプ (1) と、 この油圧ポンプ から吐出される圧油により駆動される油圧ァク チユエ 一夕 (6) と、 このァク チユエ一夕に供給される圧油の 流量を制御する流量制御手段 (2;8, 10)と、 前記ァク チ ユエ一夕の負荷が増大する とポ ンプ吐出流量が減少し、 負荷が減少する とポ ンプ吐出流量が増大するよ う前記 油圧ポ ンプの吐出流量を制御するポ ンプ制御手段 (2, 4 0, 42) とを備える建設機械の油圧駆動装置において、 前記ァク チユエ一夕 (6) に加わる負荷の大きさを検 出する第 1の検出手段(24)と、
前記第 1の検出手段からの信号に基づきァク チユエ 一夕の負荷の急減を監視し、 ァク チユエ一夕が負荷の 急減に係わる所定の状態に達したと判断されたと きに、 前記ァクチユエ一夕に供給される圧油の流量の増加速 度を制限する よ う前記流量制御手段(2 ;8, 10)を制御す る流量制限手段 (43)とを備える こ とを特徴とする建設 機械の油圧駆動装置。
2. 前記流量制御手段が前記ポンプ流量制御手段(2) を含む請求の範囲第 1項記載の建設機械の油圧駆動装 置において、 前記流量制限手段は、 前記ァク チユエ一 夕 (6) が負荷の急減に係わる所定の状態に達したと判
断されたと きに前記ポンプ流量制御手段 (2) によ り制 御される前記油圧ポ ンプ (1) の吐出流量の増加速度を 制限するポ ンプ流量制限手段 U 3)である こ とを特徴と する建設機械の油圧駆動装置。
3. 前記ポ ンプ流量制御手段が前記油圧ポ ンプ (1) の 入力 トルク制限制御のための第 1 の押しのけ容積目標 値 ( 0 T)を演算する手段 (42)を含む請求の範囲第 2項 記載の建設機械の油圧駆動装置において、 前記ポ ンプ 流量制限手段は、 前記ポンプ吐出量の增加速度を制限 するための第 2 の押 しのけ容積目標値 ( 0 c)を演算す る手段 (43) と、 前記第 1 の押しのけ容積目標値と第 2 の押 しのけ容積目標値の小さい方の値を選択し、 これ を押しのけ容積指令値 ( r) と して出力する手段 (45) とを含むこ とを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
4. 前記流量制御手段が前記油圧ポンプ (1) からァク チユエ一夕 (6) に供給される圧油の流量を制御する流 量制御弁 (8) と、 前記流量制御弁の前後差圧を制御す る圧力捕償弁 (10) とを含む請求の範囲第 1項記載の建 設機械の油圧駆動装置において、 前記流量制限手段は、 前記ァクチユエ一夕 (6) が負荷の急減に係わる所定の 状態に達したと判断されたと きに前記圧力補償弁 (10) の開弁方向の駆動速度を制御し、 前記流量制御弁 (8) の通過流量の増加速度を制限する弁制御手段 (52)であ る こ とを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
5. 前記油圧ポ ンプ (1) の吐出圧力と前記ァクチユエ 一夕 (6) の負荷圧力との差圧を検出する第 2 の検出手 段 (25) と、 前記差圧が減少する と前記圧力補償弁 (1 0)の補償差圧目標値が小さ く な り、 差圧が増加する と 該捕償差圧目標値が大き く なる第 1 の制御力目標値 ( i LS) を演算する手段 (51) とをさ らに備えた請求の範 囲第 4項記載の建設機械の油圧駆動装置において、 前 記弁制限手段は、 前記流量制御弁 (8) の通過流量の増 加速度を制限するための第 2の制御力目標値 ( i e)を 演算する手段(52) と、 前記第 1 の制御力目標値( i LS ) と第 2 の制御力目標値( i c)の小さい方の値を選択 し、 これを指令値( i r) と して出力する手段 (53) とを 含むこ とを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
6. 請求の範囲第 1項記載の建設機械の油圧駆動装置 において、 前記流量制限手段は、 通常作業のための流 量増加速度を与える第 1 の流量の増分 ( A 0 max)およ びこの第 1 の流量の増分よ り小さい第 2の流量の増分 を設定する設定手段(S5, ) と、 前記ァク チ ユエ一夕 (6) が負荷の急減に係わる所定の状態に達し たと判断されないと きには前記第 1 の流量の増分を選 択し、 所定の状態に達したと判断されたときに前記第 2の流量の増分を選択する選択手段(S3, S4) と、 前記 選択された流量の増分に基づいて前記ァクチユエ一夕 に供給される流量の制御目標値を演算する演算手段 (S
10) とを含むこ とを特徴とする建設機械の油圧駆動装 置。
7. 請求の範囲第 6項記載の建設機械の油圧駆動装置 において、 前記設定手段は、 複数の異なる流量の増分 を記憶する手段 (40c) と、 外部から操作可能であ り、 その操作によ り前記複数の増分の 1 つを前記第 2 の流 量の増分 ( と して選択する手段 (28) とを含むこ とを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
8. 請求の範囲第 6項記載の建設機械の油圧駆動装置 において、 前記第 2 の流量の増分 ( 厶 ) は 0 である こ とを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
9. 請求の範囲第 6項記載の建設機械の油圧駆動装置 において、 前記第 2 の流量の増分( Δ 0 ) は時間的な 可変値である こ とを特徵とする建設機械の油圧駆動装 置。
1 0. 請求の範囲第 1項記載の建設機械の油圧駆動装 置において、 前記流量制限手段 3)は、 前記第 1 の検 出手段 (24)からの信号に基づき前記ァクチユエ一夕 (6 ) の負荷の大き さの減少速度 ( P v)を演算する手段 (S 2) と、 前記減少速度が所定値 ( P vth)よ り大き く かつ ァク チユエ一夕の負荷 ( P max)が所定値 ( P U) よ り 大きいと きに前記ァクチユエ一夕が負荷の急減に係わ る所定の状態に達したと判断する手段 (S3, S 4) とを含 むこ とを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
1 1. 請求の範囲第 1項記載の建設機械の油圧駆動装 置において、 前記流量制限手段 U3)は、 前記第 1 の検 出手段 (24)によ り検出されたァクチユエ一夕 (6) の負 荷( P n x)が所定値 ( P ) よ り大きいと きに前記ァ クチユエ一夕が負荷の急減に係わる所定の状態に達し たと判断する手段(S4)を含むこ とを特徴とする建設機 械の油圧駆動装置。
1 2. 請求の範囲第 1項記載の建設機械の油圧駆動装 置において、 前記第 1 の検出手段は前記油圧ポンプ (1 ) の吐出圧力 ( P ) を検出する手段(24)である こ とを 特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
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