(57)【要約】【課題】較正処理による油圧アクチュエータの作動を防止する。【解決手段】コントローラ１０からの電気指令と、これに基づく制御弁３〜７のストロークに関する特性を補正する補正処理の一部として、上記特性についての理論値と実際値の差を求める較正処理を行うように構成された建設機械の油圧回路において、コントローラ１０に較正処理の開始を指令する調整モードスイッチ１９と、油圧シリンダ２の圧力を検出するシリンダ圧力センサ１８を設け、シリンダ圧力が立っている場合は、調整モードスイッチ１９の操作にかかわらず較正処理を実行せず、表示器２０によりシリンダ圧力を抜く操作を促すように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧ポンプと、この油圧ポンプからの油によって駆動される油圧アクチュエータと、上記油圧アクチュエータに対する作動指令を出力する操作手段と、この操作手段からの作動指令に応じて電気指令を出力するコントローラと、このコントローラからの電気指令に基づきストローク作動して上記油圧アクチュエータの作動を制御する制御弁を備え、上記コントローラは、上記電気指令と、これに基づく上記制御弁のストロークに関する特性を補正する補正処理の一部として、上記特性についての理論値と実際値の差を求める較正処理を行うように構成された建設機械の油圧回路において、上記コントローラに上記較正処理の開始を指令する調整モードスイッチと、上記油圧アクチュエータの圧力を検出するアクチュエータ圧力検出手段を備え、上記コントローラは、上記アクチュエータ圧力検出手段によって検出された圧力が予め決められたアクチュエータ圧力設定値以上の場合に、上記調整モードスイッチの操作にかかわらず上記較正処理を実行しないように構成したことを特徴とする建設機械の油圧回路。
【請求項２】
表示手段を備え、上記コントローラは、上記アクチュエータ圧力検出手段によって検出された圧力が上記アクチュエータ圧力設定値以上の場合に、上記表示手段により、オペレータに対して上記圧力を抜く操作を促すように構成したことを特徴とする請求項１記載の建設機械の油圧回路。
【請求項３】
上記制御弁と一体に作動する子弁と、この子弁を通って油圧源とタンクを結ぶ信号ラインと、上記子弁の作動に応じて変化する上記信号ラインの圧力を信号圧として検出する信号圧検出手段を備え、上記コントローラは、上記較正処理として、上記信号圧について予め設定された値と、この信号圧の設定値が理論的に得られる電気指令値である理論値を予め記憶し、実際に上記信号圧設定値が得られたときの電気指令値である実際値と上記理論値を比較するように構成したことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械の油圧回路。
【請求項４】
上記制御弁を、パイロットポートに入力されるパイロット圧に応じてストローク作動する油圧パイロット切換弁として構成するとともに、この制御弁を、上記コントローラからの電気指令に応じて上記パイロット圧としての二次圧が変化する電磁比例減圧弁によって制御するように構成し、上記コントローラは、上記較正処理として、上記電磁比例減圧弁に与える電気指令について上記理論値を予め記憶し、この理論値と上記実際値を比較するように構成したことを特徴とする請求項３記載の建設機械の油圧回路。
【請求項５】
上記子弁は、上記制御弁のストローク作動に応じて開通位置と遮断位置の間で切換わり、上記両位置で上記信号圧が切換わるオン／オフ弁として構成し、上記コントローラは、上記較正処理として、上記信号圧の切換わり点での上記理論値と実際値を比較するように構成したことを特徴とする請求項３または４記載の建設機械の油圧回路。
【請求項６】
上記子弁は複数の上記切換わり点を備え、上記コントローラは、上記較正処理として、上記切換わり点ごとに上記信号圧の設定値と上記電気指令値の理論値を予め記憶し、かつ、各切換わり点での理論値と実際値を比較するように構成したことを特徴とする請求項５記載の建設機械の油圧回路。
【請求項７】
補正対象として複数の制御弁を備え、上記コントローラは、上記調整モードスイッチの操作時に、各制御弁についての電気指令を順次変化させて上記較正処理を行うように構成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の建設機械の油圧回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコントローラからの電気指令に基づいて制御弁(スプール弁)をストローク作動させる構成をとるショベル等の建設機械において、電気指令と制御弁のストロークの特性についての機械ごとのばらつきを補正する機能を持った油圧回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ショベル等の建設機械において、操作手段の操作量を電気量に変換してコントローラから電気指令を出力し、この電気指令に基づいて制御弁をストローク作動させる方式をとるものが公知である。
【０００３】
その代表的なものが、コントローラからの電気指令を電磁比例減圧弁(以下、通称に従って「比例弁」と略記する)に送り、その二次圧で制御弁を作動させる方式である (特許文献１，２参照)。以下、実施形態を含めて、この比例弁方式を例にとって説明する。
【０００４】
このように操作手段−コントローラ−比例弁−制御弁の経路で制御弁を作動させるシステムでは、たとえば比例弁指令値／比例弁二次圧の特性等、信号(電気信号または油圧信号)の伝達過程で公差等によるばらつきが生じる。
【０００５】
つまり、操作量と制御弁のストローク(開口面積)の特性に機械ごとの個体差が生じる。
【０００６】
そこで、このようなばらつきを補正する手段として、特許文献１には、比例弁二次圧を検出し、予め設定された比例弁指令値と比例弁二次圧の特性に合うように比例弁指令値を補正する技術が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、制御弁のストローク作動に応じて開閉する子弁と、この子弁を通ってパイロットポンプとタンクを結ぶ信号圧ラインを設け、この信号圧ラインに圧力が発生したときの実際の電気指令値(実際値)と、予め設定された理論値とを比較して、そのずれを補正する技術が開示されている。
【０００８】
ここで、補正処理の手順として、通常は、機械の出荷前や実作業に入る前に、上記実際値を求めて理論値との差を求める「較正処理)」が行われ、実作業でその差を埋める処理が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平２−１３４１０４号公報
【特許文献２】特許第４９００６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のように制御弁をストローク作動させて実際の特性を検出し、これに基づいて補正処理を行う技術によると、たとえばショベルにおいて作業アタッチメントが地面から浮いた状態で、アタッチメント関係の油圧アクチュエータ用の制御弁について上記較正処理が実行されると、油圧アクチュエータが作動してしまう可能性がある。
【００１１】
とくに、ブームシリンダやアームシリンダのようにアタッチメント自重によって保持圧が作用する油圧アクチュエータにおいて、保持圧が作用している状態でメータアウト開口が開かれると、保持圧がタンクに落ち、オペレータの意に反してアタッチメントが急作動する可能性がある。
【００１２】
そこで本発明は、較正処理による油圧アクチュエータの作動を防止することができる建設機械の油圧回路を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決する手段として、本発明においては、油圧ポンプと、この油圧ポンプからの油によって駆動される油圧アクチュエータと、上記油圧アクチュエータに対する作動指令を出力する操作手段と、この操作手段からの作動指令に応じて電気指令を出力するコントローラと、このコントローラからの電気指令に基づきストローク作動して上記油圧アクチュエータの作動を制御する制御弁を備え、上記コントローラは、上記電気指令と、これに基づく上記制御弁のストロークに関する特性を補正する補正処理の一部として、上記特性についての理論値と実際値の差を求める較正処理を行うように構成された建設機械の油圧回路において、上記コントローラに上記較正処理の開始を指令する調整モードスイッチと、上記油圧アクチュエータの圧力を検出するアクチュエータ圧力検出手段を備え、上記コントローラは、上記アクチュエータ圧力検出手段によって検出された圧力が予め決められたアクチュエータ圧力設定値以上の場合に、上記調整モードスイッチの操作にかかわらず上記較正処理を実行しないように構成したものである。
【００１４】
この構成によれば、たとえばショベルにおいて作業アタッチメントを地面から浮かした状態のように油圧シリンダに保持圧が立った状態を含めて、油圧アクチュエータの圧力が設定値以上の場合には、調整モードスイッチの操作にかかわらず較正処理を実行しないため、油圧アクチュエータの作動を防止し、安全性を確保することができる。
【００１５】
本発明において、表示手段を備え、上記コントローラは、上記アクチュエータ圧力検出手段によって検出された圧力が上記アクチュエータ圧力設定値以上の場合に、上記表示手段により、オペレータに対して上記圧力を抜く操作を促すように構成するのが望ましい(請求項２)。
【００１６】
こうすれば、較正処理の速やかな実行を確保することができる。
【００１７】
また本発明において、上記制御弁と一体に作動する子弁と、この子弁を通って油圧源とタンクを結ぶ信号ラインと、上記子弁の作動に応じて変化する上記信号ラインの圧力を信号圧として検出する信号圧検出手段を備え、上記コントローラは、上記較正処理として、上記信号圧について予め設定された値と、この信号圧の設定値が理論的に得られる電気指令値である理論値を予め記憶し、実際に上記信号圧設定値が得られたときの電気指令値である実際値と上記理論値を比較するように構成するのが望ましい(請求項３)。
【００１８】
この構成によれば、信号ラインに発生する圧力(信号圧)を検出することによって制御弁のストローク位置を間接的に検出するため、メータイン、メータアウト、ブリードオフを含めた広範囲の制御弁(スプール弁)に適用することができる。
【００１９】
しかも、信号圧は、制御弁のスプールバネ特性を含めた伝達系全体の結果として現れるため、伝達系全体のばらつきを補正することが可能となる。
【００２０】
この場合、上記制御弁を、パイロットポートに入力されるパイロット圧に応じてストローク作動する油圧パイロット切換弁として構成するとともに、この制御弁を、上記コントローラからの電気指令に応じて上記パイロット圧としての二次圧が変化する電磁比例減圧弁によって制御するように構成し、上記コントローラは、上記較正処理として、上記電磁比例減圧弁に与える電気指令について上記理論値を予め記憶し、この理論値と上記実際値を比較するように構成するのが望ましい(請求項４)。
【００２１】
このように比例弁の二次圧によって制御弁をストローク作動させる比例弁方式をとることにより、制御弁を電磁比例弁としてコイルで直接駆動する場合と比べて、スプールに十分な推力とストロークを確保することができる。
【００２２】
また、請求項３または４の構成において、上記子弁は、上記制御弁のストローク作動に応じて開通位置と遮断位置の間で切換わり、上記両位置で上記信号圧が切換わるオン／オフ弁として構成し、上記コントローラは、上記較正処理として、上記信号圧の切換わり点での上記理論値と実際値を比較するように構成するのが望ましい(請求項５)。
【００２３】
この構成によれば、信号圧が立つか立たないかという明確なポイントで比例弁指令値の実際値と理論値を比較するため、高い精度で補正することができる。
【００２４】
この場合、上記子弁は複数の上記切換わり点を備え、上記コントローラは、上記較正処理として、上記切換わり点ごとに上記信号圧の設定値と上記電気指令値の理論値を予め記憶し、かつ、各切換わり点での理論値と実際値を比較するように構成するのが望ましい(請求項６)。
【００２５】
こうすれば、比例弁二次圧やスプールバネの変化の傾き(変化の度合い)をも加味したより精度の良い補正が可能となる。
【００２６】
また、請求項１〜６のいずれかの構成において、補正対象として複数の制御弁を備え、上記コントローラは、上記調整モードスイッチの操作時に、各制御弁についての電気指令を順次変化させて上記較正処理を行うように構成するのが望ましい(請求項７)。
【００２７】
こうすれば、補正対象が複数ある場合でも、較正処理を順次、自動的にかつ能率良く行うことができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によると、較正処理による油圧アクチュエータの作動を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態にかかるシステム構成図である。
【図２】実施形態における制御弁のストロークと開口面積等の関係、及び比例弁指令値と二次圧の関係を示す図である。
【図３】実施形態の作用を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
実施形態では、油圧ショベルにおいて作業アタッチメントを作動させるための油圧アクチュエータ(ブームシリンダ等の油圧シリンダの場合で説明する)についてメータイン、メータアウト、ブリードオフ各制御を行う油圧回路を適用対象としている。
【００３１】
メインポンプ１と油圧シリンダ２の間、及び油圧シリンダ２とタンクＴの間に、メータイン制御、メータアウト制御を行うための、二つずつの制御弁(以下、第１〜第４制御弁という)３，４，５，６が設けられるとともに、メインポンプ１とタンクＴの間にブリードオフ制御を行うための制御弁(以下、第５制御弁という)７が設けられ、これら計五つの制御弁３〜７によって油圧シリンダ２の作動が制御される。
【００３２】
各制御弁３〜７は、それぞれ比例弁(共通符号「８」を付している)の二次圧によってストローク作動する油圧パイロット式のスプール弁として構成され、図２の左側に示すようにスプールストロークに応じてその開口面積(メイン通路開口面積)が変化する。
【００３３】
９は操作手段としての操作レバー(代表して一つだけを示す)で、この操作レバー９の操作に基づいてコントローラ１０から対応する比例弁８に電気指令が出力され、図２の右側に示すようにこの電気指令の値(比例弁指令値)に応じて比例弁二次圧が変化する。
【００３４】
すなわち、操作レバー９の操作量によって比例弁指令値が決まり、この比例弁指令値によって比例弁二次圧が決まり、この比例弁二次圧によって制御弁３〜７のスプールストロークが決まる。
【００３５】
１１は比例弁８の一次圧源となるパイロットポンプ、１２はメイン回路の最高圧力を設定するメインリリーフ弁、１３はパイロット回路の最高圧力を設定するパイロットリリーフ弁である。
【００３６】
各制御弁３〜７には、メインスプールと一体にストローク作動する子弁(「サイドバイパス弁」ともいう。共通符号「１４」を付している)が設けられるとともに、各子弁１４を通る信号ライン１５が設けられ、この信号ライン１５の一端がパイロットポンプ１１に、他端がタンクＴにそれぞれ接続されている。
【００３７】
１６は、パイロットポンプ１１から各比例弁８に加えられる一次圧を保持するために信号ライン１５の最上流位置に設けられた絞りである。
【００３８】
各子弁１４は、各制御弁３〜７のストローク作動に応じて二つの開通位置と遮断位置の間で切換わるオン／オフ弁として構成され、いずれか一つの子弁１４が遮断位置に切換わった状態で信号ライン１５に圧力(信号圧)が発生するように構成されている。
【００３９】
実施形態では、図２の左側に示すように、制御弁３〜７のストローク開始後、メイン通路が開き始める前のポイント(第１ポイント)ＳＴａで子弁１４が閉じて信号圧が発生し、ストロークエンド近くのポイント(第２ポイント)ＳＴｂで子弁１４が開いて信号圧が０となるように設定されている。
【００４０】
信号ライン１５の圧力は、絞り１６の直下流位置で信号ライン１５に設けられた信号圧検出手段としての信号圧センサ１７によって検出され、この信号圧信号がコントローラ１０に入力される。
【００４１】
一方、油圧シリンダ２のヘッド側及びロッド側の圧力を検出するアクチュエータ圧力検出手段としてのシリンダ圧力センサ１８が設けられ、同センサ１８からのシリンダ圧力信号もコントローラ１０に入力される。
【００４２】
また、コントローラ１０に、較正処理の開始を指令する調整モードスイッチ１９と、表示器２０が接続されている。
【００４３】
表示器２０は、調整モードスイッチ１９の操作があったときに、油圧シリンダ２に圧力が立った状態である場合に、上記シリンダ圧力信号に基づくコントローラ１０からの指令により、オペレータに向けて油圧シリンダ２の圧力を抜く操作を促す旨の指示(たとえば、『較正処理を行います。作業アタッチメントを地面に下して下さい』)を表示する。
【００４４】
コントローラ１０には、製造公差等によるばらつきが無いとした場合に、制御弁３〜７のスプリング特性によって決まる第１及び第２両ポイントＳＴａ，ＳＴｂでの比例弁二次圧とそのときの比例弁指令値(理論値)の関係が予め記憶され、実際に比例弁８を作動させたときの両ポイントＳＴａ，ＳＴｂでの比例弁指令値(実際値)と上記理論値とを比較してこれらの差を求める較正処理が行われる。
【００４５】
図２右側のＩ０ａ，Ｉ０ｂは両ポイントでの比例弁指令値の理論値、Ｉ１ａ，Ｉ１ｂは同、実際値である。
【００４６】
上記「圧抜き指示」の表示を含めたコントローラ１０の作用を図３のフローチャートによって説明する。
【００４７】
ステップＳ１で調整モードスイッチ１９がオン操作されたか(較正処理開始の指令があったか)否かを判断し、ＮＯであれば通常制御に入る(ステップＳ２)。
【００４８】
ＹＥＳの場合は、ステップＳ３でシリンダ圧力を検出し、ステップＳ４でシリンダ圧力が立っているか否かを判断する。
【００４９】
なお、実施形態では設定値＝０とし、シリンダ圧力の有無を判断するようにしているが、わずかな残圧がある場合を考慮し、設定値を０以上として実際値と比較するようにしてもよい。
【００５０】
シリンダ圧力が立っていないと判断する(ＹＥＳとなる)と較正処理を開始し、ステップＳ５で、較正対象となる制御弁が１番目であることを意味する「ＳＶ＝１」、及びまだ信号圧が立っていないことを意味する「フラグ０」とする。
【００５１】
続くステップＳ６で比例弁指令値の初期値設定(Ｉ＝Ｉ０)を行った後、比例弁８に指令値Ｉを出力する(ステップＳ７)とともに、信号圧Ｐを検出し(ステップＳ８)、ステップＳ９でフラグ＝０か否かを判断する。
【００５２】
ここでＹＥＳとなるとステップＳ１０に移行し、信号圧Ｐが、予め設定された値(信号圧設定値)Ｐｓより高いか否かを判断し、低い(ＮＯ)となると、制御弁のスプールストロークが第１ポイントＳＴａに達していない(信号ライン１５が閉じていない)として、ステップＳ１３で指令値を増加させ、ステップＳ７に戻る。
【００５３】
ステップＳ１０で信号圧Ｐ＞Ｐｓと判断すると、ステップＳ１１でそのときの実際の比例弁指令値を記憶する(Ｉ１ａ＝Ｉ)とともに、ステップＳ１２でフラグ＝１を立てる。
【００５４】
この後、ステップＳ１３、ステップＳ７〜Ｓ８を経てステップＳ９でＮＯとなるためステップＳ１４に移行する。
【００５５】
ステップＳ１４ではＰ＞Ｐｓになったか、つまりスプールストロークが第２ポイントに達したか否かを判断し、ＹＥＳの場合は、まだ第２ポイントＳＴｂに達していない(信号ライン１５が閉じたままである)としてステップＳ１３に戻る。
【００５６】
ＮＯの場合は、スプールストロークが第２ポイントに達して信号ライン１５が開いたとして、そのときの比例弁指令値Ｉ１ｂを記憶する(Ｉ１ｂ＝Ｉ)。
【００５７】
また、ステップＳ１６でフラグ＝０に戻した後、ステップＳ１８でＳＶ＝ＳＶ＋１に更新し、ステップＳ１８で較正済み制御弁が全Ｎ個(実施形態では全５個)に達したか否かを判断し、ＮＯとなるとステップＳ６に戻って次の較正処理を開始する。
【００５８】
これをすべての制御弁３〜７について行い、ステップＳ１８でＹＥＳとなると、較正処理が終了したとして通常制御に入る(ステップＳ１９)。
【００５９】
一方、ステップＳ４でＮＯの場合、つまりシリンダ圧力が立っている場合は、作業アタッチメントが地面から浮いた状態にあるためこのまま較正処理を実行すると油圧シリンダ２が作動する可能性があるとして、ステップＳ２０において前記のように表示器２０によりオペレータに対しシリンダ圧力を抜く操作を促して、ステップＳ３に戻る。
【００６０】
すなわち、シリンダ圧力が立っている状態では較正処理を実行せず、圧抜き操作を待つ。
【００６１】
そして、通常制御において、上記較正処理で得られた理論値と実際値を用いて実作業での補正値Ｉ´を演算する。
【００６２】
この補正値Ｉ´は、両ポイントＳＴａ，ＳＴｂでの比例弁指令値の理論値をＩ０ａ、Ｉ０ｂ、実際値をＩ１ａ，Ｉ１ｂ、実操作に基づいて演算された指令値をＩとして、
Ｉ´＝(Ｉ１ｂ−Ｉ１ａ)／(Ｉ０ｂ−Ｉ０ａ)×(Ｉ−Ｉ０ａ)＋Ｉ１ａ
の式で算出することができ、この補正値Ｉ´を、対応する比例弁８に送ることにより、公差等によるばらつきを解消した制御弁作動を得ることができる。
【００６３】
この油圧回路によると、次の効果を得ることができる。
【００６４】
(１)  油圧シリンダ２に保持圧が作用した状態を含めて、シリンダ圧力が立っている場合には、調整モードスイッチ１９の操作にかかわらず較正処理を実行しないため、油圧シリンダ２の作動を防止し、安全性を確保することができる。
【００６５】
(２)  シリンダ圧力が立っている場合に、オペレータに対しシリンダ圧力を抜く操作(たとえば作業アタッチメントを地上に置く操作)を促すため、較正処理の速やかな実行を確保することができる。
【００６６】
(３)   各制御弁３〜７に子弁１４を設けて信号ライン１５でつなぎ、信号ライン１５に発生する圧力(信号圧)を検出することによって制御弁３〜７のストローク位置を間接的に検出するため、メータイン、メータアウト、ブリードオフを含めた広範囲の制御弁(スプール弁)に適用することができる。
【００６７】
しかも、信号圧は、制御弁３〜７のスプールバネ特性を含めた伝達系全体の結果として現れるため、伝達系全体のばらつきを補正することが可能となる。
【００６８】
(４)  比例弁８の二次圧によって制御弁３〜７をストローク作動させる比例弁方式をとっているため、制御弁３〜７を電磁比例弁としてコイルで直接駆動する場合と比べて、スプールに十分な推力とストロークを確保することができる。
【００６９】
(５)   子弁１４をオン／オフ弁として構成し、信号圧の切換わり点で信号圧が立つか立たないかという明確なポイントで比例弁指令値の実際値と理論値を比較するため、高い精度で補正することができる。
【００７０】
しかも、切換わり点を二つ(第１、第２ポイントＳＴａ，ＳＴｂ)設定しているため、比例弁二次圧やスプールバネの変化の傾き(変化の度合い)をも加味したより精度の良い補正が可能となる。
【００７１】
(６)   複数の制御弁３〜７についての電気指令を順次変化させて較正処理を自動的にかつ能率良く行うことができる。
【００７２】
他の実施形態
(１)  上記実施形態では、信号圧の切換わり点を二つ(第１、第２両ポイントＳＴａ，ＳＴｂ)設定したが、メイン通路が開くストローク中の一点のみ、または三点以上に設定してもよい。
【００７３】
(２)  上記実施形態では、電磁比例弁の二次圧で制御弁３〜７を駆動する比例弁方式をとる場合を例示したが、本発明はメインスプールをコイルで直接駆動する電磁比例式の制御弁を用いる場合にも適用することができる。
【００７４】
(３)  本発明は、シリンダ駆動回路に限らず、油圧モータの駆動回路にも、また作業アタッチメント用のアクチュエータ回路以外のアクチュエータ回路にも適用可能である。
【００７５】
(４)  上記実施形態ではメータイン、メータアウト制御弁、ブリードオフ制御弁が個別に設定された油圧回路を適用対象としたが、メータイン、メータアウトの両通路、またはこれらにブリードオフ通路を加えた一体式の制御弁にも適用することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１  メインポンプ
２  油圧シリンダ(油圧アクチュエータ)
３〜７  制御弁
Ｔ  タンク
８  比例弁
９  操作レバー(操作手段)
１０  コントローラ
１１  パイロットポンプ
１４  子弁
１５  信号ライン
１７  信号圧センサ
ＳＴａ，ＳＴｂ  切換わり点(第１、第２ポイント)
１８  シリンダ圧力センサ
１９  調整モードスイッチ
２０  表示器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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