(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変容量型油圧ポンプから吐出される圧油流量を、電磁比例減圧弁の開度に応じて変化するパイロット油供給量で傾斜制御しつつ複数のアクチュエータに供給する油圧作業機械において、前記油圧ポンプの最大流量を必要としない低容量型アクチュエータで作動するアタッチメントを装着するにあたり、低容量型アクチュエータの使用モードに切り換えるモード切換手段と、装着される前記アタッチメントに応じて前記油圧ポンプから前記低容量型アクチュエータに供給される圧油吐出量の上限を設定する最大吐出量設定手段と、装着された前記低容量型アクチュエータの操作を行う操作体と、流量制御手段とを備え、この流量制御手段は、前記モード切換手段によって前記低容量型アクチュエータの使用モードが選択され、前記操作体によって前記低容量型アクチュエータが操作された際に、前記最大吐出量設定手段によって設定された圧油吐出量と、前記操作体の操作量に応じてポジティブ制御される圧油吐出量と、過負荷とならないようにポンプの最大トルクを設定してポンプ吐出量を制限するＰ−Ｑ制御による圧油吐出量のうち最も小さい吐出量を選択し、選択した吐出量となるように前記電磁比例減圧弁の開度を制御するように構成されたことを特徴とする油圧作業機械。
【請求項２】
前記油圧ポンプから前記低容量型アクチュエータに至る油路を開閉する切換弁を有し、前記操作体を操作した際に、前記油路を遮断位置から連通位置に切り換えるように構成されている請求項１記載の油圧作業機械。
【請求項３】
前記最大流量設定手段によって設定された最大吐出量を報知する報知手段をさらに備えてなる請求項１または２記載の油圧作業機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ポンプからの最大油量を必要としないブレーカ、ニブラ等の低容量型のアクチュエータを装着した際に、必要な圧力だけをポンプから発生させる油圧作業機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の油圧作業機械として、特開平7−３３１７０７号公報に記載の油圧式建設機械が知られている。この油圧式建設機械は、最大油量を必要としない低容量型のアクチュエータに圧油を供給する場合において余剰油が発生しないようになっている。その構成は、図５に示すように、複数のアクチュエータに対しコントロールバルブ１を介して圧油を供給する可変容量型油圧ポンプ２と、電磁比例減圧弁３及び切換弁４を有する油路Ａと、切換弁５及び減圧弁６を有する油路Ｂとを備え、シャトル弁７によって油路ＡまたはＢのうちの高圧側油路が選択されるようになっている。
【０００３】
モード切換スイッチ８によってブレーカ使用モードが選択されている状態でブレーカの操作が行われると、切換弁４が閉じて切換弁５が開き、減圧弁６から傾斜制御器に対してパイロット圧が供給される。それにより、減圧弁６によって油圧ポンプ２が一定の低容量状態になるように制御される。なお、図中符号９はブレーカピストンである。
【０００４】
従って、このような構成を有する油圧式建設機械によれば、油圧ポンプ２の流量制御は、各アクチュエータの作業制御モードに対応してコントローラ１１から出力される可変容量制御指令に基づいて行われるものでありながら、油圧ポンプ２の最大油量を必要としないブレーカ用低容量型アクチュエータを操作する場合は、油圧ポンプ２からは低容量型アクチュエータに対応した流量制御が行われるようになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の流量制御を行う油圧式建設機械では、ブレーカを使用する場合に、油圧ポンプ２から吐出される圧油量を低容量にすることができるものの、減圧弁６を用いて機械的に一定流量に制御するものであるため、ブレーカにしか対応することができず、ブレーカを取り外し低容量型アクチュエータで作動する他のアタッチメント、例えば一対のロッカービームを有する圧砕機等を装着することができないという不都合があった。
【０００６】
また、最大流量を必要とする汎用アタッチメントに対して流量制御を行う既存の油路に加えて、低容量型アタッチメントに対する低流量制御を行う油路を別途付設しなければならないため、コスト高になるという問題がある。
【０００７】
さらに、ポンプから吐出される圧油の流量が低容量に切り換えられたとしても、装着されたブレーカが許容できる最大流量の範囲内で流量制御されているかを確認することができないという問題もある。
【０００８】
本発明は以上のような低容量型アクチュエータで作動するアタッチメントを装着した場合における従来の流量制御の課題を考慮してなされたものであり、特別な回路を付設することなく、低容量型アクチュエータで作動するアタッチメントに応じて最大流量を設定することができ、また、アタッチメントを装着した状態で最大流量を確認することのできる油圧作業機械を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、可変容量型油圧ポンプから吐出される圧油流量を、電磁比例減圧弁の開度に応じて変化するパイロット油供給量で傾斜制御しつつ複数のアクチュエータに供給する油圧作業機械において、前記油圧ポンプの最大流量を必要としない低容量型アクチュエータで作動するアタッチメントを装着するにあたり、低容量型アクチュエータの使用モードに切り換えるモード切換手段と、装着される前記アタッチメントに応じて前記油圧ポンプから前記低容量型アクチュエータに供給される圧油吐出量の上限を設定する最大吐出量設定手段と、装着された前記低容量型アクチュエータの操作を行う操作体と、流量制御手段とを備え、この流量制御手段は、前記モード切換手段によって前記低容量型アクチュエータの使用モードが選択され、前記操作体によって前記低容量型アクチュエータが操作された際に、前記最大吐出量設定手段によって設定された圧油吐出量と、前記操作体の操作量に応じてポジティブ制御される圧油吐出量と、過負荷とならないようにポンプの最大トルクを設定してポンプ吐出量を制限するＰ−Ｑ制御による圧油吐出量のうち最も小さい吐出量を選択し、選択した吐出量となるように前記電磁比例減圧弁の開度を制御するように構成されたものである。
【００１０】
本発明において、油圧ポンプから低容量型アクチュエータに至る油路を開閉する切換弁を設け、操作体を操作した際に、油路を遮断位置から連通位置に切り換えるように構成することが好ましい。
【００１１】
本発明において、最大流量設定手段によって設定された最大吐出量を報知する報知手段をさらに備えることが好ましい。なお、報知手段の一具体例としては操作室内に備えられているモニタを利用することができる。
【００１２】
本発明に従えば、油圧ポンプからの最大油量を使用するバケット等の汎用アタッチメントに代えてブレーカ等の低容量型アクチュエータで作動するアタッチメントを装着する場合に、オペレータは低容量型アクチュエータの使用モードに切り換えるとともに、最大吐出量設定手段を用いて圧油吐出量の上限を設定する。操作体としての例えば操作ペダルを踏み込んで低容量型アクチュエータを操作すると、流量制御手段は、最大吐出量設定手段によって設定された圧油吐出量と、操作ペダルの操作量に応じてポジティブコントロールされる圧油吐出量と、Ｐ−Ｑ制御における圧油吐出量のうち最も小さい吐出量を選択し、選択した吐出量となるように電磁比例減圧弁の開度を制御する。それにより、操作ペダルの操作量に応じてポンプ吐出量を増減させるポジコン制御が行われ、また、過負荷となった場合にはＰ−Ｑ制御が行われるが、低容量型アクチュエータの許容吐出量を超えるような例えばペダル操作が行われた場合には、最大吐出量設定手段によって設定されている圧油吐出量を上限として吐出量がカットされる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した好ましい実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の油圧作業機械の油圧制御回路図を示したものである。同図において、油圧ポンプ２０はエンジン２１の駆動によって作動するようになっており、その油圧ポンプ２０から吐出される圧油は、コントロールバルブ２２を介し各アクチュエータ２３の作動油として供給されるようになっている。上記油圧ポンプ２０は、斜板の傾斜角に応じて吐出流量が変化する可変容量型油圧ポンプから構成されている。
【００１５】
パイロットポンプ２４からレギュレータ２５に至る油路には電磁比例減圧弁２６が介設されており、この電磁比例減圧弁２６はコントローラ２７からの制御指令Ｓ0 に基づいて弁開度が調整される。従って、上記調整された弁開度に対応するパイロット圧油がレギュレータ２５に供給され、それにより傾斜制御が行われ、ポンプ２０から吐出される流量が制御される。
【００１６】
また、ポンプ２０から吐出される圧油は切換弁２８を経由して低容量アクチュエータによって作動するブレーカ（アタッチメント）２９に供給される。切換弁２８のパイロットポート２８ａには操作体としてのブレーカパイロットバルブ３０を介しパイロットポンプ２４からパイロット圧油が供給される。また、ブレーカパイロットバルブ３０において、操作ペダル３０ａを踏み込むと、そのブレーカパイロットバルブ３０から切換弁２８に至る油路Ｃにパイロット圧が発生し、発生したパイロット圧は圧力センサ３１によって検知されるようになっている。
【００１７】
モード切換手段としてのモード切換スイッチ３２は、バケット等の汎用アタッチメントを操作する際に選択されるＨポジションと、ブレーカ等の低容量型アクチュエータで作動するアタッチメントを操作する際に選択されるＬポジションとが備えられている。
【００１８】
最大吐出量設定手段としてのアクセルポテンショメータ３３は、ポンプ２０からの最大流量を段階的に制限するためのものであり、油圧ショベルのアーム先端に装着される低容量アクチュエータで作動するアタッチメントに応じて、オペレータが油圧ポンプ２０の最大吐出量を"LOW "から"HIGH"の範囲内で設定する。また、設定された最大吐出量は、後述するコントローラ２７を介し、表示手段としてのモニタ３４にクラスタゲージで表示されるようになっており、オペレータは、低容量型アクチュエータで作動するアタッチメントにおいて許容される最大吐出量を満足しているかどうかを確認することができる。なお、ステッピングモータ３５は、コントローラ２７からの指令を受け、調速機３６を介してエンジン２１の回転数を調整する。
【００１９】
上記コントローラ２７は流量制御手段としての流量制御部２７ａと報知部２７ｂを有し、流量制御部２７ａには圧力センサ３１から出力されるブレーカ操作有りを示す信号Ｓ1 、アクセルポテンショメータ３３から出力される最大吐出量設定信号Ｓ2、モード切換スイッチ３２から出力されるアタッチメント使用モード信号Ｓ3 がそれぞれ与えられる。また、報知部２７ｂはアクセルポテンショメータ３３によって設定された最大吐出量を表示信号に変換してモニタ３４に出力する。上記報知部２７ｂとモニタ３４は報知手段とみなすことができる。
【００２０】
次に、上記構成を有する油圧制御回路の動作を図２のフローチャートに従って説明する。
【００２１】
まず、コントローラ２７は、モード切換スイッチ３２から出力されるアタッチメント使用モード信号Ｓ3 に基づいてブレーカモードが選択されているかどうかを判断し（ステップＳ１）、ＹＥＳであれば、アタッチメントの応答特性が低下しないようにステッピングモータ３５に対してＨｉアイドル指令を出力する（ステップＳ２）。
【００２２】
次いでオペレータはアクセルポテンショメータ３３のダイヤルを"HIGH"から"LOW "に廻すことによって、電磁比例減圧弁２６の開度を段階的に減少させ、油圧ポンプ２０からの吐出量の上限を制限する。コントローラ２７は、アクセルポテンショメータ３３から出力される最大吐出量設定信号Ｓ2を受けて（ステップＳ３）、電磁比例減圧弁２６の開度を制御する電磁比例減圧弁電流ｉを下記式(1)より算出する（ステップＳ４）。
【００２３】
【数１】
0003609923.tif 000002
【００２４】
ここに、ｉ：電磁比例減圧弁電流 (mA)
Ｉmax ：吐出量最大となる電流 (mA)
Ｉmin ：吐出量最小となる電流 (mA)
slot pot：アクセルポテンショメータの入力電圧値 (V)
HI：アクセルポテンショメータ最大電圧値 (V)
LOW ：アクセルポテンショメータ最小電圧値 (V)
上記式(1)によって得られるアクセルポテンショメータ入力値と電磁比例減圧弁電流ｉとの関係を図３の線Ｌ1に示す。
【００２５】
次に、上記式(1)で求めた電磁比例減圧弁電流ｉを用いて下記式(2)、(3)からポンプ流量Ｑを算出する（ステップＳ５）。
【００２６】
ｉ＝Ａ×ｑ＋Ｂ                      …(2)
ここに、ｑ：ポンプ吐出量 (cc/rev)
Ａ：定数
Ｂ：定数
Ｑ＝ｑ＋Ｎｈ／１０００              …(3)
ここに、Ｑ：ポンプ流量 (l/min)
Ｎｈ：HIGHアイドル (rpm)
算出されたポンプ流量Ｑは、モニタ３４のクラスタゲージに表示される（ステップＳ６）。
【００２７】
ここで、コントローラ２７は圧力センサ３１からブレーカ操作有りを示す信号Ｓ1 が出力されているかどうかを判断し（ステップＳ７）、ＹＥＳであれば計算式(1) で求められた電磁比例減圧弁電流ｉと、後述する通常の流量制御から算出される電磁比例減圧弁電流ｉｐとを比較し（ステップＳ８）、ｉｐ＞ｉであれば、電磁比例減圧弁電流ｉを電磁比例減圧弁２６に出力する（ステップＳ９）。また、ステップＳ８においてＮＯであれば、電磁比例減圧弁電流ｉｐを電磁比例減圧弁電流ｉとし、電磁比例減圧弁２６の開度信号として出力する。
【００２８】
上記電磁比例減圧弁電流ｉｐとは、図４（ａ）に示すポジコン制御と同図（ｂ）に示すＰ−Ｑ制御のうち、低い方の吐出量に相当する電磁比例減圧弁電流を示している。ポジコン制御は、シリンダ等のアクチュエータに圧油を供給するために操作体の操作量に応じてポンプ吐出量を増減する制御であり、Ｐ−Ｑ制御とは、ポンプのトルクが大きくなって過負荷とならないように最大トルクを設定してポンプ吐出量を制限する制御であり、両制御を用いて油圧ポンプ２０の流量制御が行われる。
【００２９】
具体的には、ブレーカの操作開始時において、ポジコン制御ではパイロット圧が１５kgf/cm2 のときポンプ吐出量は６２cc/revの指令となり、Ｐ−Ｑ制御では５０kgf/cm2のときポンプ吐出量は９５cc/revの指令となる。そこでポジコン制御によるポンプ吐出量がＰ−Ｑ制御におけるポンプ吐出量よりも小さいため、ポジコンの指令値６２cc/revが選択される。
【００３０】
一方、ブレーカに負荷が加わった場合、ポジコン制御では操作ペダルの操作量が最大となる３０kgf/cm2 においてポンプ吐出量は９５cc/revの指令となり、Ｐ−Ｑ制御ではポンプ圧２００kgf/cm2のとき５８cc/revの指令となる。そこでＰ−Ｑ制御によるポンプ吐出量がポジコン制御によるポンプ吐出量よりも小さいため、Ｐ−Ｑ制御の指令値５８cc/revが選択される。
【００３１】
このようにして選択された指令値から換算される電磁比例減圧弁電流ｉｐを、前述した計算式(1)を用いて算出される電磁比例減圧弁電流ｉとさらに比較し、吐出量の小さい方の電流値を選択する。
【００３２】
このように、コントローラ２７は、ブレーカを操作する操作ペダルの操作量に応じて決まるいわゆるポジコン制御における吐出量と、Ｐ−Ｑ制御における吐出量と計算式(1) によって算出された吐出量のうち、最も小さい吐出量を制御値として選択し、電磁比例減圧弁２６の開度を制御する。
【００３３】
従って、ブレーカの操作開始時には操作ペダルの操作量に応じてポンプ吐出量を増減させるポジコン制御が行われ、また、ポンプが過負荷となった場合にはＰ−Ｑ制御が行われるが、いずれの場合も低容量型アクチュエータの許容最大吐出量を超えるような操作が行われる場合には、アクセルポテンショメータ３３によって設定された最大吐出量で油圧ポンプ２０からの吐出油量がカットされるため、低容量型アクチュエータで作動するアタッチメントに対して圧油が過剰に供給されることがない。
【００３４】
なお、上記実施形態では低容量アクチュエータで作動するアタッチメントがブレーカである場合について説明したが、これに限らず、一対のロッカービームを有する圧砕機等の任意の低容量型アクチュエータで作動するアタッチメントにも本発明を適用することができる。
【００３５】
また、本実施形態では操作体の操作有無を圧力センサで検知する構成を示したが、これに限らず操作レバーの操作有無を例えばポテンショメータ等で電気的に検知することもできる。
【００３６】
また、本発明の報知手段は、上記実施形態ではアクセルポテンショメータで設定した最大吐出量をモニタ上に表示する構成であったが、これに限らずスピーカに音声出力するものであってもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、低容量型アクチュエータで作動するアタッチメントに応じて最大吐出量を調整することができ、必要な油量だけ油圧ポンプから発生させることができるため、余剰油の発生を防止することができる。
【００３８】
また、低容量型アクチュエータで作動するアタッチメントの流量制御をソフトウエア的に実行するため、既存の油圧制御回路に別途制御回路を付設することがなく構成が複雑化しないという長所を有する。
【００３９】
また、最大流量設定手段によって設定された最大吐出量を報知することができるため、低容量型アクチュエータの許容最大吐出量を超えているかどうかを確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る油圧作業機械の一実施形態を示す油圧制御回路である。
【図２】本発明の油圧制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る電磁比例減圧弁の特性図である。
【図４】本発明に係るコントローラの制御内容を説明するグラフである。
【図５】従来のブレーカ流量制御を行う油圧制御回路図である。
【符号の説明】
２０  油圧ポンプ
２１  エンジン
２２  コントロールバルブ
２３  アクチュエータ
２４  パイロットポンプ
２５  レギュレータ
２６  電磁比例減圧弁
２７  コントローラ
２８  切換弁
２９  ブレーカ
３０  ブレーカパイロットバルブ
３１  圧力センサ
３２  モード切換スイッチ
３３  アクセルポテンショメータ
【図１】
0003609923.tif 000003
【図２】
0003609923.tif 000004
【図３】
0003609923.tif 000005
【図４】
0003609923.tif 000006
【図５】
0003609923.tif 000007