(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建設機械の旋回体の旋回動作により、この旋回体に対し伸縮変位ないし上下変位する作動部材の慣性力の変化に対応して、前記旋回体の旋回力を制御するように構成してなる旋回制御装置において、
前記旋回体に対し伸縮変位ないし上下変位する作動部材のリンク部に偏心カムを取付け、この偏心カムにパイロット圧力可変制御弁の制御部材を当接配置し、前記作動部材の慣性力が大きくなる変位に際し前記パイロット圧力可変制御弁を開弁してパイロットポンプより吐出されるパイロット圧力信号を供給すると共に、前記作動部材の慣性力が小さくなる変位に際し前記パイロット圧力可変制御弁を遮断してパイロット圧力信号の供給を停止させるように構成した油圧パイロット式可変リリーフ弁を、前記旋回体の旋回力を制御する油圧モータの油圧駆動制御回路に設けることを特徴とする電気信号を使用しない純油圧式旋回制御装置。
【請求項２】
建設機械の旋回体は、アームとブームとを旋回可能に支持する油圧ショベルの旋回体からなり、アームとブームのリンク部と、ブームと旋回体とのリンク部とに、それぞれ偏心カムを取付け、これら偏心カムの外径部に対してパイロット圧力可変制御弁を制御する制御用ロッドをばねを介して弾力的に当接配置し、前記アームが伸長変位ないしブームが下げ方向変位した場合に、前記パイロット圧力可変制御弁を開弁してパイロットポンプより吐出されるパイロット圧力信号を出力するように構成すると共に、前記アームが縮小変位ないしブームが上げ方向変位した場合に、前記パイロット圧力可変制御弁を遮断してパイロットポンプより吐出されるパイロット圧力信号をタンク側へ排出するように構成してなる請求項１記載の旋回制御装置。
【請求項３】
油圧パイロット式可変リリーフ弁は、建設機械の旋回体の旋回力を発生する高圧室側とタンク側に連通する低圧室側とを相互に連通遮断するポペットを備え、このポペットを囲繞するスリーブ内にポペット背室を形成すると共に、このポペット背室内にばねを介してピストンを挿通配置し、さらにこのピストンに対し偏心カムによってそれぞれ制御されるパイロット圧力可変制御弁を介してパイロットポンプからのパイロット圧力信号によって操作される操作用ロッドを設けてなる請求項１または２記載の旋回制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベル等の建設機械における旋回制御装置に係り、特にブーム、アームの姿勢により旋回体の慣性モーメントが変化した場合に、前記旋回体の旋回力がその条件に対して最適となるよう簡便に制御することができる旋回制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、油圧ショベルの油圧アクチュエータとしては、油圧シリンダおよび油圧モータが知られている。本発明は、前記いずれのアクチュエータに対しても適用することができるものであり、ここでは最も代表的な旋回モータを対象として説明する。
【０００３】
しかるに、前記油圧ショベルは、作業機の姿勢やバケットの負荷状態によって、上部旋回体の旋回ブレーキ角が変化するため、予め旋回停止位置を予測して旋回停止指示を開始する、すなわち旋回レバーを中立位置に戻す必要があり、バケットに掬い込む土砂の量によって、オペレータは旋回停止指示の開始を行うことから、操作が難しく熟練を要し、長時間の作業では疲労が大きくなる。また、未熟練のオペレータでは、その操作が難しく、旋回停止開始の指示が遅いと、旋回停止位置を越えて上部旋回体がダンプトラック等に衝突することになり、安全上問題となっている。
【０００４】
このような観点から、従来において、油圧ショベル等の油圧モータで駆動される旋回体の旋回停止制御の油圧回路として、特に作業機の姿勢およびバケットの負荷状態に起因する上部旋回体の慣性モーメントの変化に影響されずに、未熟練者でも所定の位置に停止可能とした油圧ショベルの油圧回路が提案されている（特開平９−１３４２９号公報）。
【０００５】
前記提案に係る油圧ショベルの油圧回路は、上部旋回体に取着するブーム、アーム、バケットからなる作業機と、油圧ポンプから吐出する圧油の方向を制御する旋回用方向制御弁と、この旋回用方向制御弁の下流側管路から分岐する管路にリリーフ弁を備えた油圧ショベルの油圧回路とからなり、前記ブームを駆動するブームシリンダのボトム側管路に発生する保持圧を検知する検知手段と、この検知手段からの信号に応じて前記リリーフ弁に指令信号を出力して設定圧を可変とする制御装置とを設けた構成からなる。
【０００６】
すなわち、この従来技術においては、油圧ショベルの各シリンダ、特にブームシリンダの伸縮状態やバケットの負荷状態に起因する上部旋回体の慣性モーメントの変化によって、旋回停止時のフィーリングが変化する（特に、慣性が小さい場合にショックを生じる）のを改善する方法として、ブームシリンダの負荷圧を利用して、旋回モータ（アクチュエータ）に取付けたリリーフ弁の設定圧力を可変とする方法が示されている。
【０００７】
しかし、前述した従来技術における油圧ショベルの油圧回路においては、油圧ショベルの慣性モーメントの変化による上部旋回体の減速時の操作性向上を、旋回の起動・制動を制御するリリーフ弁の設定圧を調整して行っているが、この場合には、リリーフ弁の構造が比較的複雑になり、かつその作動圧力が実用上２００ｋｇｆ／ｃｍ2 程度以上であるために、微調整が困難である。この結果、今後の建設機械の都市土木化に伴って、要求されつつある油圧ショベルの微操作性や複合操作性を、さらに向上させるには限界がある。
【０００８】
このような観点から、本出願人は、旋回アクチュエータを制御するための切換弁のスプールが、アクチュエータ操作後に中立位置へ復帰する過程で、その復帰速度を上部旋回体の慣性モーメントの変化に対応して調整することにより、前述した問題点を克服し、従来方法に比較して大幅な旋回体停止時のフィーリング向上を図ることのできる油圧ショベルの油圧駆動装置を開発し、特許出願を行った（特願平９−１２８２７２号）。
【０００９】
すなわち、前記特許出願に係る油圧駆動装置は、油圧ショベルのアーム、ブーム、バケット、旋回、走行、その他の構造部を、各構造部に取付けた油圧アクチュエータで駆動し、これら各油圧アクチュエータへは、各切換弁を設けて油圧ポンプの圧油を供給すると共に、油圧アクチュエータからの戻り油をタンクへ排出するよう構成し、前記切換弁の操作をパイロットバルブからの油圧パイロット圧力にて制御するように構成した油圧ショベルの油圧駆動装置において、少なくとも１つのアクチュエータのパイロットバルブと切換弁の油圧操作部の間のパイロット油路中に流量・圧力調整手段を設けると共に、前記流量・圧力調整手段の開度を外部信号により調整する制御手段を設けた構成からなるものである。
【００１０】
前記油圧駆動装置の具体的構成としては、図４に示すように、パワーショベルのアーム１０とブーム１２のリンク部およびブーム１２と旋回体１４とのリンク部に、それぞれアーム１０またはブーム１２の回転角度を検出するための角度センサ１６、１８を取付け、前記各角度センサ１６、１８により検出される角度検出信号をコントローラ２０により演算処理し、現在のパワーショベルにおけるフロントアタッチメントの姿勢に対し最適となるような旋回力が得られるような指令信号とし、この指令信号を油圧アクチュエータとしての油圧モータ２２に装着された比例電磁式圧力制御弁２４に付与して、リリーフ圧力を制御するように構成したものである。なお、参照符号２６は旋回体１４の旋回力制御を行う油圧モータ２２の駆動制御用方向切換弁を示す。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の油圧ショベルの油圧駆動装置における旋回力制御機構においては、機械本体がコントローラを搭載していることが不可欠であり、また回転角度を検出するための角度センサや比例電磁式圧力制御弁を必要とするため、製造に多くの制約を受けると共に、製造コストが増大する難点がある。
【００１２】
そこで、本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、建設機械の旋回体の旋回動作により、この旋回体に対し伸縮変位ないし上下変位する作動部材の慣性力の変化に対応して、前記旋回体の旋回力を制御するように構成する場合において、前記旋回体に対し伸縮変位ないし上下変位する作動部材のリンク部に偏心カムを取付け、この偏心カムの外径部にパイロット圧力可変制御弁の制御部材を当接配置し、前記作動部材の慣性力が大きくなる変位に際してはパイロット圧力可変制御弁を開弁してパイロットポンプより吐出されるパイロット圧力信号を供給すると共に、前記作動部材の慣性力が小さくなる変位に際してはパイロット圧力可変制御弁を遮断してパイロット圧力信号の供給を停止させるように構成した油圧パイロット式可変リリーフ弁を、前記旋回体の旋回力を制御する油圧モータの油圧駆動制御回路に設けることによって、前記油圧パイロット式可変リリーフ弁の設定圧力が前記作動部材の姿勢から決定される建設機械の旋回体の慣性力を制御するのに適切な圧力になるよう制御することができることを突き止めた。
【００１３】
従って、本発明の目的は、簡単な構成により、建設機械の旋回体の慣性力に適合した最適な旋回力制御を達成することができると共に、低コストに製造することができ、しかも信頼性に優れた建設機械の旋回制御装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る建設機械の旋回制御装置は、旋回体の旋回動作により、この旋回体に対し伸縮変位ないし上下変位する作動部材の慣性力の変化に対応して、前記旋回体の旋回力を制御するように構成してなる旋回制御装置において、前記旋回体に対し伸縮変位ないし上下変位する作動部材のリンク部に偏心カムを取付け、この偏心カムにパイロット圧力可変制御弁の制御部材を当接配置し、前記作動部材の慣性力が大きくなる変位に際しパイロット圧力可変制御弁を開弁してパイロットポンプより吐出されるパイロット圧力信号を供給すると共に、前記作動部材の慣性力が小さくなる変位に際しパイロット圧力可変制御弁を遮断してパイロット圧力信号の供給を停止させるように構成した油圧パイロット式可変リリーフ弁を、前記旋回体の旋回力を制御する油圧モータの油圧駆動制御回路に設けることを特徴とする電気信号を使用しない純油圧式旋回制御装置である。
【００１５】
この場合、前記旋回体は、アームとブームとを旋回可能に支持する油圧ショベルの旋回体からなり、アームとブームのリンク部と、ブームと旋回体とのリンク部とに、それぞれ偏心カムを取付け、これら偏心カムの外径部に対してパイロット圧力可変制御弁を制御する制御用ロッドをばねを介して弾力的に当接配置し、前記アームが伸長変位ないしブームが下げ方向変位した場合に、パイロット圧力可変制御弁を開弁してパイロットポンプより吐出されるパイロット圧力信号を出力するように構成すると共に、前記アームが縮小変位ないしブームが上げ方向変位した場合に、パイロット圧力可変制御弁を遮断してパイロットポンプより吐出されるパイロット圧力信号をタンク側へ排出するように構成することができる。
【００１６】
また、前記油圧パイロット式可変リリーフ弁は、旋回体の旋回力を発生する高圧室側とタンク側に連通する低圧室側とを相互に連通遮断するポペットを備え、このポペットを囲繞するスリーブ内にポペット背室を形成すると共に、このポペット背室内にばねを介してピストンを挿通配置し、さらにこのピストンに対し偏心カムによってそれぞれ制御されるパイロット圧力可変制御弁を介してパイロットポンプからのパイロット圧力信号によって操作される操作用ロッドを設けた構成とすることができる。
【００１７】
【実施例】
次に、本発明に係る旋回制御装置の実施例につき、油圧ショベルの油圧駆動装置を例示して、以下詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る旋回制御装置を実施する油圧ショベルの油圧駆動装置の概略構成図である。すなわち、図１において、参照符号３０はアーム、３２はブームを示し、アーム３０の先端部にはバケット３４がバケットシリンダ３６を介して屈伸変位可能に取付けられ、また前記アーム３０はブーム３２に対してアームシリンダ３８を介して伸縮変位可能に取付けられ、そして前記ブーム３２は旋回体４０に対しブームシリンダ４２を介して上下変位可能に取付けられている。
【００１９】
しかるに、本実施例において、前記アーム３０とブーム３２とがリンクするアーム３０の構造物側には、第１の偏心カム４４Ａが前記リンク部の中心に対して偏心するように取付けられると共に、前記第１の偏心カム４４Ａの外径部に対向してブーム３２の構造物側に第１のパイロット圧力可変制御弁４６Ａの制御用ロッド４５ａの先端部がばね４５ｂを介して弾力的に当接するように構成配置されている。なお、前記制御用ロッド４５ａおよびばね４５ｂは本発明における制御部材を構成している。
【００２０】
また、前記ブーム３２と旋回体４０とがリンクするブーム３２の構造物側には、第２の偏心カム４４Ｂが前記リンク部の中心に対して偏心するように取付けられると共に、前記第２の偏心カム４４Ｂの外径部に対向して旋回体４０の構造物側に第２のパイロット圧力可変制御弁４６Ｂの制御用ロッド４５ａの先端部がばね４５ｂを介して弾力的に当接するように構成配置されている。
【００２１】
前記第１の偏心カム４４Ａは、アーム３０を伸長方向に操作した場合、すなわち旋回体の慣性力が大きくなる方向においては、前記偏心カム４４Ａは前記パイロット圧力可変制御弁４６Ａの制御用ロッド４５ａをばね４５ｂの弾力に抗して押圧（図１において左方へ）移動させる。これに対し、アーム３０を縮小方向に操作した場合、すなわち旋回体の慣性力が小さくなる方向においては、前記偏心カム４４Ａは前記パイロット圧力可変制御弁４６Ａの制御用ロッド４５ａを引き出すように（図１において右方へ）移動させる。
【００２２】
また、前記第２の偏心カム４４Ｂは、ブーム３２を下げ方向に操作した場合、すなわち旋回体の慣性力が大きくなる方向においては、前記偏心カム４４Ｂは前記パイロット圧力可変制御弁４６Ｂの制御用ロッド４５ａをばね４５ｂの弾力に抗して押圧（図１において左方へ）移動させる。これに対し、ブーム３３を上げ方向に操作した場合、すなわち旋回体の慣性力が小さくなる方向においては、前記偏心カム４４Ｂは前記パイロット圧力可変制御弁４６Ｂの制御用ロッド４５ａを引き出すように（図１において右方へ）移動させる。
【００２３】
そこで、本実施例において、前記油圧ショベルの油圧駆動装置における旋回制御装置の基本構成は、図２に示すように、前記各パイロット圧力可変制御弁４６Ａ、４６Ｂにより得られるパイロットポンプ４８からのパイロット圧力信号を、油圧アクチュエータとしての油圧モータ５０に装着された油圧パイロット式可変リリーフ弁５２に付与して、リリーフ圧力を制御するように構成する。なお、図２において、参照符号７０は旋回体４０の旋回力ないし慣性力を制御する油圧モータ５０の駆動制御用方向切換弁を示す。
【００２４】
しかるに、前記油圧パイロット式可変リリーフ弁５２は、例えば図３に示すように構成される。すなわち、図３において、油圧パイロット式可変リリーフ弁５２は、油圧モータ５０により旋回体制御用方向切換弁７０に対し旋回体４０の旋回力を発生する高圧室側と、タンク側に連通する低圧室側とを、相互に連通遮断するためのポペット５４を備え、このポペット５４をスリーブ５６で囲繞してポペット背室５８を形成し、このポペット背室５８内にばね６０を介してピストン６２を摺動自在に挿通配置する。さらに、前記ピストン６２に対し一対の操作用ロッド６４Ａ、６４Ｂの各一端を当接すると共に、前記操作用ロッド６４Ａ、６４Ｂの各他端を、それぞれパイロット圧力信号を供給するための第１のパイロットポート６６Ａおよび第２のパイロットポート６６Ｂに臨ませる。従って、このように構成される油圧パイロット式可変リリーフ弁５２は、高圧室側の圧力が上昇した際に、ポペット５４はその背室５８側においてばね６０の弾力を受け、この弾力と平衡する位置までポペット５４が後退して開弁動作する差動式直動形リリーフ弁として構成される。
【００２５】
そこで、本実施例においては、前記アーム３０を伸長方向に操作した場合またはブーム３２を下げ方向に操作した場合、すなわち旋回体の慣性力が大きくなる方向においては、各偏心カム４４Ａ、４４Ｂがパイロット圧力可変制御弁４６Ａ、４６Ｂのそれぞれ制御用ロッド４５ａを左方へ押圧移動させることにより、前記パイロット圧力可変制御弁４６Ａ、４６Ｂは、開弁して、パイロットポンプ４８からリリーフ弁４９で設定された圧力が、油圧パイロット式可変リリーフ弁５２のパイロットポート６６Ａまたは６６Ｂへ供給される。これにより、油圧パイロット式可変リリーフ弁５２の操作用ロッド６４Ａまたは６４Ｂは、ポペット背室５８内のばね６０を、そのばね弾力が平衡する位置迄ピストン６２を介して移動させ、油圧パイロット式可変リリーフ弁５２の設定圧力がアーム３０および／またはブーム３２の姿勢から決定される旋回体４０の慣性力を制御するのに適切な圧力になるよう制御することができる。
【００２６】
これに対し、前記アーム３０を縮小方向に操作した場合またはブーム３２を上げ方向に操作した場合、すなわち旋回体の慣性力が小さくなる方向においては、各偏心カム４４Ａ、４４Ｂがパイロット圧力可変制御弁４６Ａ、４６Ｂのそれぞれ制御用ロッド４５ａを右方へ引き出すことにより、前記パイロット圧力可変制御弁４６Ａ、４６Ｂは、パイロットポンプ４８からの供給通路を遮断し、油圧パイロット式可変リリーフ弁５２のパイロットポート６６Ａまたは６６Ｂはパイロットポンプ４８からの圧力の供給が停止され、タンク圧となる。これにより、油圧パイロット式可変リリーフ弁５２は、ポペット背室５８内のばね６０の弾力のみにより設定される圧力によって、旋回体４０の慣性力を制御することができる。
【００２７】
また、前記２操作の間においてポペット５４が変位する位置では、油圧パイロット式可変リリーフ弁５２のパイロットポート６６Ａまたは６６Ｂに供給される圧力は、パイロットポンプ４８のリリーフ弁４９で設定される最高圧力からタンク圧迄の間の圧力となる。
【００２８】
前記構成からなる本発明に係る旋回制御装置によれば、前述したような制御動作によって、特に小旋回機等における小旋回姿勢で発生する旋回ハンチングや、アタッチメントを伸長した場合（旋回慣性力が大きい場合）における旋回力不足等、の問題を容易に解決することができる。すなわち、本発明においては、例えば偏心カムの外径形状を適切に設定することにより、旋回体の慣性力に適合した最適な旋回力制御を達成することができる。
【００２９】
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内において多くの設計変更が可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る旋回制御装置は、建設機械の旋回体の旋回動作により、この旋回体に対し伸縮変位ないし上下変位する作動部材の慣性力の変化に対応して、前記旋回体の旋回力を制御するように構成してなる旋回制御装置において、前記旋回体に対し伸縮変位ないし上下変位する作動部材のリンク部に偏心カムを取付け、この偏心カムにパイロット圧力可変制御弁の制御部材を当接配置し、前記作動部材の慣性力が大きくなる変位に際しパイロット圧力可変制御弁を開弁してパイロットポンプより吐出されるパイロット圧力信号を供給すると共に、前記作動部材の慣性力が小さくなる変位に際しパイロット圧力可変制御弁を遮断してパイロット圧力信号の供給を停止させるように構成した油圧パイロット式可変リリーフ弁を、前記旋回体の旋回力を制御する油圧モータの油圧駆動制御回路に設けた構成とする電気信号を使用しない純油圧式旋回制御装置であることを特徴とするため、旋回ハンチングや旋回力不足等を解消することができると共に、簡単な構成部品により低コストに製造することができ、しかも外気温、振動ノイズ等の影響を受け易い電気信号を使用しないため、きわめて信頼性の高い旋回制御装置を得ることができる等、多くの優れた利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る旋回制御装置の実施例を示す油圧ショベルの油圧駆動装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す旋回制御装置の油圧駆動制御回路図である。
【図３】  図２に示す旋回制御装置における油圧パイロット式可変リリーフ弁の概略構成図である。
【図４】従来の旋回制御装置の構成例を示す油圧ショベルの油圧駆動制御回路図である。
【符号の説明】
３０  アーム
３２  ブーム
３４  バケット
３６  バケットシリンダ
３８  アームシリンダ
４０  旋回体
４２  ブームシリンダ
４４Ａ  第１の偏心カム
４４Ｂ  第２の偏心カム
４５ａ  制御用ロッド
４５ｂ  ばね
４６Ａ  第１のパイロット圧力可変制御弁
４６Ｂ  第２のパイロット圧力可変制御弁
４８  パイロットポンプ
４９  リリーフ弁
５０  油圧モータ
５２  油圧パイロット式可変リリーフ弁
５４  ポペット
５６  スリーブ
５８  ポペット背室
６０  ばね
６２  ピストン
６４Ａ、６４Ｂ  操作用ロッド
６６Ａ  第１のパイロットポート
６６Ｂ  第２のパイロットポート
７０  駆動制御用方向切換弁
【図１】
0003705909.tif 000002
【図２】
0003705909.tif 000003
【図３】
0003705909.tif 000004
【図４】
0003705909.tif 000005