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技術 油圧ショベルの油圧制御装置

出願人 コベルコ建機株式会社株式会社神戸製鋼所
発明者 田路浩
出願日 1997年7月1日 (23年6ヶ月経過) 出願番号 1997-176107
公開日 1999年1月26日 (21年11ヶ月経過) 公開番号 1999-021941
状態 特許登録済
技術分野 掘削機械の作業制御 流体圧回路(1)
主要キーワード アーム信号 開通位置 メイン圧 分流供給 補償圧 応答感度 ポンプ最大 循環位置
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (11)

課題

水平引き操作時に、アーム引きに対してブーム上げ操作遅れバケット爪先が地面に食い込むような不都合を防止し、水平引き操作を簡単かつ確実に行える油圧ショベル油圧制御装置を提供する。

解決手段

アーム用方向切換弁10のアーム引き込み操作時戻り油出口ポート10bと油タンク22との間に油路切換弁11を介設し、該油路切換弁11が、アーム用方向切換弁10のアーム引き込み切換動作連動して切換え動作するよう構成し、コントローラ21は、ブーム上げとアーム引き込みの同時操作においてアーム引き込み動作の速度が、アーム単独操作時よりも遅れるように、油路切換弁11のスプール移動を制御する。

概要

背景

従来、油圧ショベルにおける油圧制御装置の構成としては、特開平7 −189285号公報に記載の油圧制御装置が知られている。この油圧制御装置は、図10に示すように、油圧ショベルのアームシリンダ50及びブームシリンダ51にそれぞれ供給される圧油の流量を制御する流量制御弁52,53と、その流量制御弁52,53の上流側に配置され、各流量制御弁52,53の前後差圧補償する可変圧力補償弁54,55を備えている。

同図において、ブーム上げアーム引き込みが同時に操作される、いわゆる水平引き操作には、フロントアタッチメント全体を引き揚げる際の負荷がブーム上げに加わるため、ブームシリンダ51の負荷圧力PBUが高くなる。一方、アーム引き操作については、実掘削を行なうわけではなく土砂均すだけであるため、アームシリンダ50の負荷圧力PAは低く、結果として、水平引き操作では、ブーム上げ時の負荷圧力PBUが最大負荷圧力となる。

ポンプ吐出圧力Psは、ロードセンシング制御部の演算により、PBU+ΔPLSとなるように制御され、ポンプ吐出流量Qは、入力トルク制限制御により負荷圧力PBU+ΔPLSに対応する流量に制限される。従って、ブーム上げとアーム下げが同時に操作されると、アームシリンダ50とブームシリンダ51に対して供給されるポンプ吐出流量が不足し、ロードセンシング差圧目標差圧よりも小さいΔPLS´となり、且つ各可変圧力補償弁54,55の補償圧はこのΔPLS´に等しくなるように制御される。

そうすると、アームシリンダ50及びブームシリンダ51に導入される圧油は、この不足状態のロードセンシング差圧ΔPLS´に基づく流量制御弁52,53のメータイン可変絞り開口面積比に応じて分流供給されてしまう。

概要

水平引き操作時に、アーム引きに対してブーム上げ操作遅れバケット爪先が地面に食い込むような不都合を防止し、水平引き操作を簡単かつ確実に行える油圧ショベルの油圧制御装置を提供する。

アーム用方向切換弁10のアーム引き込み操作時戻り油出口ポート10bと油タンク22との間に油路切換弁11を介設し、該油路切換弁11が、アーム用方向切換弁10のアーム引き込み切換動作連動して切換え動作するよう構成し、コントローラ21は、ブーム上げとアーム引き込みの同時操作においてアーム引き込み動作の速度が、アーム単独操作時よりも遅れるように、油路切換弁11のスプール移動を制御する。

目的

本発明は以上のような従来の油圧制御装置における課題を考慮してなされたものであり、アーム単独操作では応答遅れなしにアームを操作することができ、またブーム上げとアーム引きが同時に操作される場合には、バケットの爪先が地面に食い込むような不具合を解消し、水平引き操作を簡単かつ確実に行えるようにする油圧ショベルの油圧制御装置を提供するものである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

アーム用及びブーム用の各油圧アクチュエータと、前記アーム用油圧アクチュエータ及びブーム用油圧アクチュエータを制御するアーム用方向制御弁及びブーム用方向制御弁と、各方向制御弁圧油を供給する油圧ポンプと、アーム及びブーム操作用操作体と、前記アーム用操作体及び前記ブーム用操作体の操作状態を検出する検出手段と、前記アーム用方向制御弁の油出口ポート油タンクとを連通する油路に介設され、前記アーム用方向制御弁に連動して油路制限位置から油路開放位置に切り換わる油路切換弁と、前記アーム用及びブーム用操作体が同時に操作された状態において前記検出手段により検出された操作状態に応じて、前記油路切換弁の切り換え動作速度を、アーム用操作体の単独操作時よりも遅らせる切換弁制御手段と、を備えてなることを特徴とする油圧ショベル油圧制御装置

請求項2

前記油路切換弁は、前記アーム用操作体の操作量に比例して動作する請求項1記載の油圧制御装置。

請求項3

前記切換弁制御手段は、アーム引き操作ブーム上げ操作が同時に検出された際に、前記油路切換弁の切り換え動作速度を、前記アーム用操作体の単独操作時よりも遅らせる請求項1または2に記載の油圧制御装置。

請求項4

前記アーム用及びブーム用操作体が同時に操作された状態において、前記ブーム用操作体の操作量に応じて前記油路切換弁の応答性が変更される請求項1〜3のいずれかに記載の油圧制御装置。

請求項5

前記油路切換弁は、油路を遮断位置から前記アーム用方向制御弁の圧油導入部切り換えるとともに、過剰な油を油タンクに戻すスプール弁から構成される請求項1〜4のいずれかに記載の油圧制御装置。

請求項6

前記油路切換弁は、油路を遮断位置から油タンク連通位置に切り換えるスプール弁から構成される請求項1〜4のいずれかに記載の油圧制御装置。

請求項7

前記油路切換弁は、通路絞り込んだ状態でアーム用方向制御弁の圧油導入部に圧油を送る中立位置から、前記通路を開放する開放位置に切り換えるスプール弁から構成される請求項1〜4のいずれかに記載の油圧制御装置。

請求項8

前記油路切換弁は、油路を遮断位置から絞り部付き油タンク連通位置に切り換えるスプール弁から構成される請求項1〜4のいずれかに記載の油圧制御装置。

請求項9

前記アーム用及びブーム用操作体が同時に操作された状態において、前記油圧ポンプの吐出流量を減少させる請求項1〜8のいずれかに記載の油圧制御装置。

技術分野

0001

本発明は、油圧ショベルフロントアタッチメントに備えられているアームアクチュエータ及びブーム用アクチュエータ複合操作する場合に好適である油圧ショベルの油圧制御装置に関するものである。

背景技術

0002

従来、油圧ショベルにおける油圧制御装置の構成としては、特開平7 −189285号公報に記載の油圧制御装置が知られている。この油圧制御装置は、図10に示すように、油圧ショベルのアームシリンダ50及びブームシリンダ51にそれぞれ供給される圧油の流量を制御する流量制御弁52,53と、その流量制御弁52,53の上流側に配置され、各流量制御弁52,53の前後差圧補償する可変圧力補償弁54,55を備えている。

0003

同図において、ブーム上げアーム引き込みが同時に操作される、いわゆる水平引き操作には、フロントアタッチメント全体を引き揚げる際の負荷がブーム上げに加わるため、ブームシリンダ51の負荷圧力PBUが高くなる。一方、アーム引き操作については、実掘削を行なうわけではなく土砂均すだけであるため、アームシリンダ50の負荷圧力PAは低く、結果として、水平引き操作では、ブーム上げ時の負荷圧力PBUが最大負荷圧力となる。

0004

ポンプ吐出圧力Psは、ロードセンシング制御部の演算により、PBU+ΔPLSとなるように制御され、ポンプ吐出流量Qは、入力トルク制限制御により負荷圧力PBU+ΔPLSに対応する流量に制限される。従って、ブーム上げとアーム下げが同時に操作されると、アームシリンダ50とブームシリンダ51に対して供給されるポンプ吐出流量が不足し、ロードセンシング差圧目標差圧よりも小さいΔPLS´となり、且つ各可変圧力補償弁54,55の補償圧はこのΔPLS´に等しくなるように制御される。

0005

そうすると、アームシリンダ50及びブームシリンダ51に導入される圧油は、この不足状態のロードセンシング差圧ΔPLS´に基づく流量制御弁52,53のメータイン可変絞り開口面積比に応じて分流供給されてしまう。

発明が解決しようとする課題

0006

このように、従来の油圧制御装置では、油圧ポンプ58からの吐出流量を、アーム用流量制御弁52とブーム用流量制御弁53とに分配するとき、その分流比を変更できるようになっているが、掘削作業、荷つり作業等に対応できるようにするために、ブーム用方向切換弁の制御は微操作を考慮した特性に設定されており、従って、すばやい応答性が要求される作業には不向きであるという不都合があった。

0007

また、ブーム上げとアーム引き込みが同時に操作される場合、アーム引き操作に対してブーム上げ操作遅れると、バケット爪先が地面に食い込んでしまうために慎重な操作が要求され、オペレータの負担となっていた。

0008

本発明は以上のような従来の油圧制御装置における課題を考慮してなされたものであり、アーム単独操作では応答遅れなしにアームを操作することができ、またブーム上げとアーム引きが同時に操作される場合には、バケットの爪先が地面に食い込むような不具合を解消し、水平引き操作を簡単かつ確実に行えるようにする油圧ショベルの油圧制御装置を提供するものである。

課題を解決するための手段

0009

本発明は、アーム用及びブーム用の各油圧アクチュエータと、アーム用油圧アクチュエータ及びブーム用油圧アクチュエータを制御するアーム用方向制御弁及びブーム用方向制御弁と、各方向制御弁に圧油を供給する油圧ポンプと、アーム及びブーム操作用操作体と、アーム用操作体及びブーム用操作体の操作状態を検出する検出手段と、アーム用方向制御弁の油出口ポート油タンクとを連通する油路に介設され、アーム用方向制御弁に連動して油路制限位置から油路開放位置に切り換わる油路切換弁と、アーム用及びブーム用操作体が同時に操作された状態において検出手段により検出された操作状態に応じて、油路切換弁の切り換え動作速度を、アーム用操作体の単独操作時よりも遅らせる切換弁制御手段と、を備えてなる作業機械の油圧制御装置である。

0010

本発明における油路切換弁は、アーム用操作体の操作量に比例して動作させることが好ましく、切換弁制御手段は、アーム引き操作とブーム上げ操作が同時に検出された際、すなわち水平引き操作が検出された際に、油路切換弁の切り換え動作速度を、アーム用操作体の単独操作時よりも遅らせることが好ましい。また、上記水平引き操作が行われる場合には、ブーム用操作体の操作量に応じて油路切換弁の応答性を変更することができるように構成することが好ましい。

0011

本発明における油路切換弁は、油路を遮断位置からアーム用方向制御弁の圧油導入部切り換えるとともに、過剰な油を油タンクに戻すスプール弁で構成することができ、また、油路を遮断位置から油タンク連通位置に切り換えるスプール弁から構成することができ、また、通路を絞り込んだ状態でアーム用方向制御弁の圧油導入部に圧油を送る中立位置から、通路を開放する開放位置に切り換えるスプール弁から構成することができ、さらには、油路を遮断位置から絞り部付き油タンク連通位置に切り換えるスプール弁から構成することができる。また、本発明においては、アーム用及びブーム用操作体の同時操作が検出手段によって検知された際に、油圧ポンプの吐出流量を減少させることが好ましい。

0012

本発明に従えば、ブーム用操作体及びアーム用操作体がそれぞれブームの上昇側及びアームの引き込み側に同時操作されると、例えばブーム用リモコン弁に接続されている圧力センサ、及びアーム用リモコン弁に接続されている圧力センサからブーム上げ信号及びアーム引き込み信号がそれぞれ出力されて切換弁制御手段に与えられる。

0013

切換弁制御手段は、各信号が与えられたことにより同時操作であることを判断し、例えば電磁比例減圧弁を介して油路切換弁における油路を制限位置から開放位置に切り換えるとともに、切換え動作を、アーム用操作体の単独操作時よりも遅れるように制御する。それにより、油路切換弁におけるスプール緩慢に移動する。すなわち、同時操作の場合には、油路切換弁におけるスプールの移動が立上り時に遅れ、結果としてアームの引き込みが緩やかに行われる。従って、オペレータはバケットの爪が地面に食い込むことに注意払うことなく、水平引き操作を簡単且つ確実に行うことが可能になる。

0014

また、油路切換弁におけるスプールのメータアウト開口は、ブーム用操作体のブーム上げ操作量が大きくなるにつれて拡大されるため、油路切換弁の応答性は、ブーム上げの操作量が大きくなるほど機敏になる。

0015

さらにまた、ブーム上げとアーム引き込みが同時に操作されると、油圧ポンプの吐出流量も減少されるため、ブーム上げとアーム引き込みの各動作が緩やかに行われることになり、水平引き操作をより確実に行うことができる。

0016

一方、アーム用操作体が単独操作された際は、切換弁制御手段は遅れを指示することなく電磁比例減圧弁を介して油路切換弁を切り換えるため、同時操作時に比べてアーム動作を速くすることができる。なお、上記油路切換弁のスプールは、アーム用操作体の操作量に比例して動作する。

0017

また、ブーム上げとアームの引き込みが同時に操作されたとき、アームシリンダからのアーム引き込み操作時の戻り油通路の開口量は、アーム用方向切換弁のアームスプール及び油路切換弁のスプールのそれぞれメータウト開口の開口量の総和で規定されるようになっている。

発明を実施するための最良の形態

0018

以下、本発明の油圧ショベルの油圧制御装置に係る実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、油圧ショベル1の外観構成を示す側面図であり、水平引き作業を行っている状態を示している。同図において、2は油圧ショベル1の走行体、3は走行体2の上部に搭載されている旋回体、4は旋回体3のフロント部に連結されている作業アタッチメント、その作業アタッチメントにおいて、5はブーム、5aはブーム用油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ、6はアーム、6aはアーム用アクチュエータとしてのアームシリンダ、7はバケット、7aはそのバケットシリンダである。

0019

図2は、油圧制御装置としてのアームシリンダ制御装置に係る第一の実施形態を示す回路図である。同図において、10はアームシリンダ6aを制御するアーム用方向制御弁としてのアーム用パイロット切換弁であり、10L,10Rはそのアーム用パイロット切換弁10の左右のパイロットポート、10aは図示しないアーム用パイロット切換弁10のメインスプール(以下、アームスプールと呼ぶ)である。

0020

図3パイロット圧P1 と時間tとの関係を示すグラフである。パイロット圧P1 とは、アーム引き込み操作(図2におけるアーム用操作レバー12aを矢印ロの方向に傾動操作)時における、アーム用油圧リモコン弁12から導出されるパイロット二次圧である。同図に示されるように、アーム用パイロット切換弁10のアームスプール10aは、アーム引き込み操作に追従して移動することができる。

0021

11は油路切換弁としての油路切換スプール弁であり、11Rはスプール弁11のパイロットポート、11aはスプール弁11の切換スプール(図示しない)である。

0022

12はアーム用油圧リモコン弁、12aはアーム用油圧リモコン弁12の操作レバー(操作体)である。13はブーム用油圧リモコン弁、13aはブーム用油圧リモコン弁13のブーム用操作レバー(操作体)である。

0023

14はメイン圧油を吐出する可変容量型の油圧ポンプ、14aは油圧ポンプ14のレギュレータ、15はパイロット油圧源であるパイロットポンプ、16は油タンク、17,18はそれぞれ電磁比例減圧弁、19及び20はアーム用油圧リモコン弁12及びブーム用油圧リモコン弁13の操作状態を検出する検出手段としての圧力センサ、21は切換弁制御手段としてのコントローラである。なお、アーム用油圧リモコン弁12の出口イは、アーム用パイロット切換弁10の左側パイロットポート10Lのイに接続されている。次に、上記アームシリンダ制御装置の構成を図1図3を参照しながらさらに詳しく説明する。

0024

本発明の実施形態では、油圧ポンプ14から分配される圧油は、アーム用パイロット切換弁10、図示しないブーム用パイロット切換弁、図示しないバケット用パイロット切換弁に与えられ、アーム6を駆動するアームシリンダ6a、ブーム5を駆動するブームシリンダ5a、バケット7を駆動するバケットシリンダ7aをそれぞれ動作させる。

0025

本発明では、ブーム用操作レバー13aがブーム5の上昇側(以下、図1に示す矢印a方向にブーム5が操作されることをブーム上げと呼ぶ)に、アーム用操作レバー12aがアーム6の引き込み側(以下、図1に示す矢印b方向にアーム6が操作されることをアーム引きと呼ぶ)に、それぞれ同時操作されたとき、アーム用パイロット切換弁10の油出口から流出する油量を、少なくともアーム用操作レバー12aが単独操作された場合より減少させるように、アームスプールの応答性を調整できるように構成されている。すなわち、アームシリンダ6aの伸長動作によってアーム引き込みが行われるとき、ロッド側油室6a1 から油タンク22へ戻される戻り油を通すために開かれるアームスプール10aの油出口の開口面積Ac1が調整されるようになっている。

0026

そのための構成として、第一の実施形態に係るアームシリンダ制御装置では、アーム用パイロット切換弁10のアーム引き操作時戻り油出口ポート10bと油タンク22との間に、アーム用パイロット切換弁10のアーム引き切換動作と連動して切換動作する油路切換スプール弁11を介設している。

0027

また、圧力センサ20,19は、ブーム用操作レバー13aがブーム上げ(図1に示す矢印ハの方向に操作)に、アーム用操作レバー12aがアーム引き(矢印ロの方向に操作)にそれぞれ同時に操作された際にブーム信号S2 及びアーム信号S1 を出力することができるようになっており、これらの信号はコントローラ21に与えられる。コントローラ21は、上記ブーム信号S2 及びアーム信号S1 を受けて各操作レバーが同時操作されたことを判断し、電磁比例減圧弁17を介して油路切換スプール弁11のパイロットポート11Rにパイロット圧P2を作用させる。

0028

油路切換スプール弁11の油路遮断位置(油路制限位置)ニは、アーム引き操作時戻り油出口ポート10bから流出する戻り油を遮断しており、また、油路遮断位置ニ内に配設されている絞り部11bとチェック弁11cは、アームシリンダ6aのボトム側油室6a2 のキャビテーションを防止するためのものである。

0029

また、油路帰還位置ホは、アーム引き操作時戻り油出口ポート10bから流出する戻り油の一部を、絞り部11dとチェック弁11cを介して油圧ポンプ14の圧油導入部と合流させ、ボトム側油室6a2 に帰還させるようになっている。なお、余剰の戻り油は、絞り部11bを通じて油タンク22に戻される。

0030

このような構成において、油路切換スプール弁11は、上記パイロット圧P2を受けて切換弁を油路遮断位置ニから油路帰還位置ホに切り換える。また、油路切換スプール弁11の切換スプール11aは、コントローラ21から立ち上がりを遅らせる指示が出力されない限り、アーム用操作レバー12aのアーム引き操作量(中立位置からの傾動操作角度量をいう)に比例して動くことができる。

0031

このようにアーム用パイロット切換弁10の油出口に油路切換弁11を接続ししている理由は、ブーム上げとアーム引きが同時に操作された場合、アームシリンダ6aのロッド側油室6a1 からの戻り油の通路の開口量(開口面積)を、アームスプール10aのメータアウト開口(その開口面積をAc1とする)と、切換スプール11aのメータアウト開口(その開口面積をAc2とする)の総和で設定されるようにするためである。その総和Atotal を求める式の一例を数式で表わすと、下記の通りである。

0032

0033

また、ブーム上げとアーム引き込みが同時に操作されたとき、切換スプール11aについてはそのメータアウト開口が、ブーム用操作レバー13aのブーム上げ操作量に応じて変更されるため、ブーム上げ操作量が大きくなるほど、切換スプール11aの応答性は機敏になる。すなわち、油路切換スプール11aのメータアウト開口(開口面積Ac2)は拡大する方向に調整される。次に、上記構成を有するアームシリンダ制御装置の動作について説明する。

0034

( a)アーム引き込み単独操作
アーム引き込み単独操作時において、アーム用操作レバー12aがアーム引き込み(矢印ロ方向に操作)操作されると、圧力センサ19によって検出され、信号S1 がコントローラ21に与えられ、アーム用油圧リモコン弁12から導出されるパイロット圧P1 が、管路23、24を経て、アーム用パイロット切換弁10のパイロットポート10Rに作用する。また、これと同時に、コントローラ21は、圧力センサ19から出力される信号S1 に基づき、電磁比例弁17を介して油路切換スプール弁11のパイロットポート11Rにパイロット圧P2 を作用させる。 このように、アーム用パイロット切換弁10は、パイロット圧P1 を受けて中立位置からアーム引き位置トに切り換えられ、このアーム用パイロット切換弁10の切換動作と連動して、切換スプール弁11は油路遮断位置ニから油路循環位置ホに切り換えられる。

0035

このとき、切換スプール弁11の切換スプール11aは、アーム用操作レバー12aのアーム引き操作量に比例してしかも機敏に動作するため、高応答性のアーム引き込み操作を効果的かつ確実に行うことができる。また、アーム6の俊敏な回動操作が可能になることにより、アーム6の回動操作に基づくバケット7による土払い作業等を難なく行うことができる。

0036

図4のグラフはパイロット圧P2 と時間tとの関係を示したものである。パイロット圧P2 は、上記したアーム引き込み単独操作時において切換スプール11aに作用するパイロット二次圧であり、電磁比例減圧弁17から導出され、切換スプール11aのパイロットポート11Rに作用する。

0037

( b)ブーム上げとアーム引き込み同時操作
ブーム上げとアーム引き込みが同時に操作されると、同時操作されたことが各圧力センサ20,19によって検出され、圧力センサ20,19から出力される信号S2 及び信号S1 がコントローラ21に与えられる。

0038

コントローラ21は、両信号S2 ,S1 が与えられたことを条件として時間遅れ(後述する)を発生させ、電磁比例減圧弁17を介して切換スプール弁11を制御する。すなわち、切換スプール弁11は、アーム用パイロット切換弁10と連動動作するため、切換スプール11aはアーム用操作レバー12aのアーム引き操作量に比例して移動するが、ブーム上げとアーム引き込みが同時に操作された場合には、アームスプール10aの動作についてはアーム引き込み単独操作と同じであるものの、切換スプール11aの動作についてはアーム引き込み単独操作時に比べて、移動が緩慢になる。

0039

図5のグラフは、ブーム上げとアーム引き込みが同時操作された場合の切換スプール11aに作用するパイロット圧P2 ´と、時間tとの関係を示したものである。単独操作の場合は線110のように立ち上がるが、同時された場合には、ブーム操作レバーの操作量に応じて立ち上がりの速度が変化し、具体的には、操作量が小さくなるほど線111→113のように所定圧力に達するまでの時間が長くなるように設定されている。このようにして、ブーム上げとアーム引き込みが同時操作されると、切換スプール11aの応答性は、同図に示すよう立ち上がりが遅れるように調整される。なお、応答性の調整は、立ち上がりについて、または立ち上がりと立ち下がりの両方について行うことができる。

0040

また、図6のグラフは、アームスプール10aと切換スプール11aによるアーム引き込みメータアウト開口(総和式による開口面積Atotal )と、時間tとの関係を示したものである。線114はアーム引き込み単独操作の場合のメータアウト開口面積の変化を示し、線115はブーム上げとアーム引き込み同時操作の場合のメータアウト開口面積の変化を示している。このように、ブーム上げとアーム引き込みが同時操作された場合には、アーム引き込みメータアウト開口が絞られる。従って、図5及び図6に示したように、ブーム上げとアーム引き込みが同時に操作された場合には、切換スプール11aのメータアウト開口が絞られることにより、アーム動作の立上り時において遅れが生じ、それによりアーム引き込み操作が緩やかに行われる。よって、オペレータは同時操作時に発生していたトラブルすなわち、バケットの爪が地面に食い込むことに注意を払う必要がなく、簡単且つ確実に水平方向の引き込み操作を行うことができる。

0041

また、切換スプール11aのメータアウト開口は、ブーム用操作レバー13aのブーム上げ操作量に応じて調整され、その応答性は、ブーム上げ操作量が大きくなるほど機敏になり、水平引き作業をより簡単且つすばやく行うことができる。

0042

図7(a)は上記ブーム上げに対する切換スプール11aの応答性を説明するためのフローチャートであり、同図(b)は切換スプール11aとブーム上げリモコン圧との関係を示すグラフである。

0043

アーム引き込み操作有りと判断され(ステップS1)、次いでブーム上げ操作有りと判断されると(ステップS2)、ブーム上げリモコン弁13から導出されるリモコン圧が15kgf/cm2 以上であるかどうかを判断し(ステップS3)、noであれば、ブーム上げリモコン圧/15kgf/cm2 の値を応答感度として設定し(ステップS4)、yesであれば応答感度を“1”に設定する。すなわち、図7(b)に示すように、ブーム操作レバー13aの操作量が大きければ応答感度を“1”に設定して応答特性を高め、ブーム操作レバー13aの操作量がしきい値である15kgf/cm2 を下回れば、ブーム操作量に応じた応答感度に設定する。具体的には、設定された応答感度が例えば0.5である場合には、1/0.5=2.0となり、コントローラ21は、2.0秒かけて切換スプール弁11に対するパイロット圧P2 が最大になるよう指示を行う。そこで、コントローラ21の制御周期が20msecとすると、2000msec/20msec=100回の指令でパイロット圧P2 が最大になるような遅延制御が行われる。

0044

また、本実施形態では、ブーム上げとアーム引き込みが同時に操作され、圧力センサ20,19から出力される信号がコントローラ21に入力されると、両信号有りと判断したコントローラ21は、電磁比例減圧弁18を介して油圧ポンプ14のレギュレータ14aを制御するようになっている。詳しくは、油圧ポンプ14の斜板傾転量を調整し、ポンプ最大吐出流量を低減させることによって、ブーム5とアーム6のそれぞれの回動動作を緩やかに行い、それにより、水平引き操作の確実性を高めている。

0045

図8は、本発明の第二の実施形態に係るアームシリンダ制御装置を示す回路図である。なお、以下の説明において、図2と同じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。

0046

このアームシリンダ制御装置が上記第一の実施形態の構成と異なる点は、アーム用パイロット切換弁30のアーム引き操作時戻り油出口ポート30bと油タンク22とを連通する管路32に、油路遮断位置(油路制限位置)リから油路開通位置ヌに切換可能なメータアウト用スプール弁31を介設していることである。なお、上記管路32は、アーム用パイロット切換弁30がアーム引き位置チに切り換わると、そのチ位置内のタンク連通油路30c、管路30dを経て油タンク22に通じるようになっている。

0047

この第二の実施形態では、ブーム上げとアーム引き込みが同時に操作されたとき、アームシリンダ6aのロッド側油室6a1 からの戻り油の通路開口量(開口面積)を、アームスプール30aのメータアウト開口(その開口面積をAc1とする)と、メータアウト用スプール31bのメータアウト開口(その開口面積をAc2とする)の総和で設定されるようにしている。その総和を求める式は前述した数式1と同じである。

0048

次に、上記第二の実施形態の構成を有するアームシリンダ制御装置の動作について説明する。アーム引き込み単独操作時には、第一の実施形態と同様に、アーム用パイロット切換弁30が、中立位置よりアーム引き込み位置チに切り換わり、また、メータアウト用スプール弁31が油路遮断位置リより油路開通位置ヌに連動して切り換わる。なお、この場合にメータアウト用スプール弁31のメータアウト用スプール31bは、アーム用操作レバー24のアーム引き操作量に比例してしかも機敏に動くので、高応答性のアーム引き動作を効果的かつ確実に行うことができる。

0049

次にブーム上げとアーム引きが同時に操作されたときには第一の実施形態の場合と同様に、メータアウト用スプール弁31は、アーム用パイロット切換弁30と連動して動作し、かつメータアウト用スプール31bはアーム用操作レバー12aのアーム引き操作量に比例して動作するが、ブーム上げとアーム引き込みの同時操作時の場合にはアーム引き込み単独操作時の場合に比べて、メータアウト用スプール31bの動作が緩慢になる。すなわち、切換え動作制御手段としてのコントローラ21は、アーム動作の立上り時においてメータアウト用スプール31bの移動を遅れさせ、それにより、アーム引き動作が緩やかに行われる。よって、オペレータは簡単かつ確実に水平引き操作を行うことができる。また、メータアウト用スプール31bのメータアウト開口がブーム用操作レバー13aのブーム上げ操作量に応じて変更されることによって、メータアウト用スプール31bの応答性がブーム上げ操作量に応じて機敏となる点は第一の実施形態と同じである。

0050

従って、第二の実施形態においても第一の実施形態と基本的に同じ機能を果たすことができる。

0051

図9は、本発明の第三の実施形態に係るアームシリンダ制御装置を示す回路図である。同図において、40はアームシリンダ6aを制御する方向切換弁としてのアーム用パイロット切換弁、40L,40Rはアーム用パイロット切換弁40の左右のパイロットポート、40aは図示しないアーム用パイロット切換弁40のメインスプールであるアームスプール、41は応答性変更用スプール弁の一例であるメータアウト用スプール弁、41Rはメータアウト用スプール弁41のパイロットポート、41aは図示しないメータアウト用スプール弁41内における応答性変更用のメータアウト用スプールである。

0052

第三の実施形態に係るアームシリンダ制御装置が上記した実施形態と異なる点は、アーム用パイロット切換弁40のアーム引き操作時戻り油出口ポート40bと油タンク22との間に、油路遮断位置(油路制限位置)オから絞り部41b付き油路位置ワに切換可能なメータアウト用スプール弁41を介設したことである。

0053

本実施形態では、ブーム上げとアーム引き込みが同時に操作されたとき、アームシリンダ6aのロッド側油室6a1 からの戻り油の通路開口量(開口面積)を、アームスプール40aのメータアウト開口(その開口面積をAc1とする)と、メータアウト用スプール41aのメータアウト開口(その開口面積をAc2とする)の総和で設定されるようにした。その総和Atotal を求める式の一例を下記に示す。
Atotal =Ac1+Ac2

0054

次に、上記構成を有する第三の実施形態に係るアームシリンダ制御装置の動作について説明する。アーム引き込み単独操作時には上記第一の実施形態と同様に、アーム用パイロット切換弁40が中立位置よりアーム引き位置ルに切り換わり、またアーム用パイロット切換弁40の切換動作と連動してメータアウト用スプール弁41が遮断油路位置オより絞り部付油路位置ワに切り換わる。なお、この場合にメータアウト用スプール弁41のメータアウト用スプール41aは、アーム用操作レバー12aのアーム引き操作量に比例して機敏に動作するため、高応答性のアーム引き動作を効果的かつ確実に行うことができる。

0055

ブーム上げとアーム引き込みが同時に操作されたときには、第一の実施形態の動作と同様に、メータアウト用スプール弁41は、アーム用パイロット切換弁40と連動して動作し、かつメータアウト用スプール41aはアーム用操作レバー12aのアーム引き操作量に比例して動作するが、切換え動作制御手段としてのコントローラ21は、アーム引き込み単独操作時の場合に比べて、メータアウト用スプール41aの動作が緩慢になるように制御する。すなわち、アーム動作においてメータアウト用スプール41aの移動が、立上り時において遅れるように制御し、それにより、アーム引き動作を緩やかに行わせる。

0056

また、メータアウト用スプール41aのメータアウト開口がブーム用操作レバー13aのブーム上げ操作量に応じて変更されるため、メータアウト用スプール41aの応答性は、ブーム上げ操作量が大きくなるほど機敏になり、水平引き作業をより簡単にかつすばやく行うことができる。このように、第三の実施形態においても第一の実施形態と基本的に同じ機能を果たすことができる。

0057

なお、本発明の油路切換弁は、上記した実施形態に限らず、中立位置(油路制限位置)ではアーム用方向制御弁の圧油導入部への通路は予め開いており、且つその通路が絞り込まれた状態であり、切換時にその通路を開く構造のスプール弁で構成することもできる。

発明の効果

0058

本発明によれば、アーム引き込みが単独で操作された場合には、高応答性のアーム引き込み動作を実現することができ、例えばアームをすばやく動作させてバケットの土払いを行う等の瞬間的な動作速度を高めることができる。

0059

また、ブーム上げとアーム引き込みが同時に操作されたときには、切換え動作制御手段は、アーム動作の立上り時において遅れが生じるように制御し、アーム引き込み動作を緩やかに行なう。従って、オペレータはバケットの爪が地面に食い込むということに注意を払うことなく簡単かつ確実に水平引き操作を行うことができる。

0060

また、油路切換弁の切換え動作速度は、ブーム用操作レバーのブーム上げ操作量に応じて変更されるため、アームの応答特性は、ブーム上げ操作量が大きくなるほど機敏になり、水平引き作業の操作性がより高められる。

0061

また、ブーム上げとアーム引き込みが同時に操作された際には、油圧ポンプの吐出流量が制限されるため、ブームとアームのそれぞれ回動作動が緩やかに行われ、水平引き操作がより確実に行われるという長所を有する。

0062

本発明では、水平引きを開始してある時間経過後に、またはブーム操作量の大きさに応じて応答が機敏になるように構成されているため、水平引き完了時の土払いが機敏に行える。すなわち、水平引き開始から水平引き連続操作に移り、さらに作業の締めくくりとして土払いを行うという一連の動作を行うにあたり、それぞれの動作を、必要とされる速度にコントロールすることができる。従って、同時操作時に単にアーム速度を低下させるという従来技術では実現できなかった機敏な動作を得ることができる。

図面の簡単な説明

0063

図1本発明の油圧制御装置を搭載した油圧ショベル(水平引き作業を行っている状態)を示す側面図である。
図2本発明の第一の実施形態に係るアームシリンダ制御装置を示す回路図である。
図3アーム引き操作時におけるパイロット圧P1 と時間tとの関係を示すグラフである。
図4アーム引き単独操作時において油路切換弁のスプールに作用するパイロット圧P2 と時間tとの関係を示すグラフである。
図5ブーム上げとアーム引き込みの同時操作時において油路切換弁のスプールに作用するパイロット圧P2 ´と時間tとの関係を示すグラフである。
図6図2に示すアームスプールと切換スプールとによるアーム引きメータアウト開口面積Atotal と時間tとの関係を示すグラフである。
図7本発明に係るブーム上げ操作量に対応して動作する油路切換弁の応答状態を説明する説明図である。
図8本発明の第二の実施形態に係るアームシリンダ制御装置の構成を示す回路図である。
図9本発明の第三の実施形態に係るアームシリンダ制御装置の構成を示す回路図である。
図10従来の油圧ショベルに搭載されている油圧制御装置の構成を示す説明図である。

--

0064

1油圧ショベル
4作業アタッチメント
5ブーム
5aブームシリンダ
6アーム
6aアームシリンダ
10 アーム用パイロット切換弁
10a アームスプール
10bアーム引き操作時戻り油出口ポート
11油路切換スプール弁
11a 油路切換スプール
12aアーム操作レバー
13aブーム操作レバー
14油圧ポンプ
17,18電磁比例減圧弁
19,20圧力センサ
21 コントローラ

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