(57)【要約】【課題】操作レバーの操作量と機械の動きとがエンジンの回転数の影響を受けないようにする。【解決手段】操作レバー４の操作にて比例減圧弁５に２次圧を発生させ、この２次圧にて流量制御弁３を制御して油圧ポンプ２の吐出油をアクチュエータへ供給する建設機械の油圧操作装置において、比例減圧弁５と並列に電磁比例減圧弁１１，２１を介装し、比例減圧弁５の２次圧と電磁比例減圧弁１１，２１の２次圧を高圧選択して流量制御弁３を制御するようにし、比例減圧弁５の２次圧を圧力センサ１０，２０にて検出するとともに、エンジン１の回転数を回転センサ３０にて検出し、コントローラ４０はこれらの検出信号に基づき、流量制御弁３の１次流量が最大のときは、比例減圧弁５の２次圧と電磁比例減圧弁１１，２１の２次圧とが略等しくなるように電磁比例減圧弁１１，２１を制御し、流量制御弁３の１次流量が最小のときは、比例減圧弁５の２次圧をパラメータに所定の関数に従って電磁比例減圧弁１１，２１にて２次圧を発生させるように制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転数を可変できる動力源にて駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから吐出される圧油を流量制御してアクチュエータへ供給する流量制御弁と、
操作レバーの操作にて２次圧を発生し、この２次圧にて前記流量制御弁を制御する比例減圧弁とからなる建設機械の油圧操作装置において、
前記比例減圧弁と並列に介装され、制御信号に基づいて所定の２次圧を発生する電磁比例減圧弁と、
前記比例減圧弁の２次圧と前記電磁比例減圧弁の２次圧とを高圧選択して前記流量制御弁に導く手段と、
前記比例減圧弁の２次圧を検出する圧力検出手段と、
前記動力源の回転数を検出する回転数検出手段とを設け、
前記検出される動力源の回転数と前記比例減圧弁の２次圧とに基づいて、前記電磁比例減圧弁を制御する演算装置を備えたことを特徴とする建設機械の油圧操作装置。
【請求項２】
前記流量制御弁の１次流量が最大のときは、前記比例減圧弁の２次圧と電磁比例減圧弁の２次圧とが略等しくなるように制御し、前記流量制御弁の１次流量が最小のときは、前記比例減圧弁の２次圧をパラメータにした所定の関数に従って前記電磁比例減圧弁に２次圧を発生させるように制御する演算装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の建設機械の油圧操作装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は建設機械の油圧操作装置に関するものであり、特に、操作レバーの操作量と機械の動きとの関係がエンジン回転数の影響を受けることを防止できるように構成した建設機械の油圧操作装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
この種の建設機械の油圧操作装置として、特許文献１のようなものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２８２９７８号公報
【０００４】
この特許文献１中の油圧操作装置に関する部分を概略記載したものを図４に示す。油圧操作装置は、図４に示すように、エンジン１と、エンジン１によって駆動される油圧ポンプ２と、油圧ポンプ２の吐出油を流量制御してアクチュエータへ供給する流量制御弁３と、操作レバー４の操作にて２次圧を発生し、この２次圧にて前記流量制御弁３を制御する比例減圧弁５とから構成されたものが知られている。なお、特許文献１中には記載されていないが、油圧ポンプ２は、通常、回転数を可変できる動力源であるエンジンによって駆動されるので、図４中にはエンジン１を記載している。
【０００５】
前記流量制御弁３のＰポートには、油圧ポンプ２から吐出された圧油が１次流量として供給される。また、比例減圧弁５のＰポートにはパイロット油圧ポンプ１５からの吐出油が供給され、操作レバー４の操作に応じて減圧されたパイロット２次圧がａ２またはｂ２ポートに発生する。例えば、流量制御弁３の油室ａ１に操作圧Ｐｉが入ると、スプールの移動により油圧ポンプ２から供給される圧油が１次流量として流量制御弁３のＡポートとＴポートに分流されてＡポートに２次流量が流れる。図５に模式的に示すように、流量制御弁３の内部にはスプールの移動量により変化する絞り６，７，８が形成されている。（絞り６は、ＰポートからＴポートへの油路に、絞り７は、ＰポートからＡポートへの油路に、絞り８は、ＢポートからＴポートへの油路にそれぞれ形成されている。）
【０００６】
次に、図６及び図７にて流量制御弁３の作動原理について説明する。流量制御弁３は、中立位置ではＰ→Ｔへの油路の絞り６が開放され、Ｐ→Ａ（又はＢ）への油路の絞り７及びＢ（又はＡ）→Ｔへの油路の絞り８は閉止している。流量制御弁３のスプールを移動させていくと、図６▲１▼に示すように、スプールの移動量（増加）に応じてＰ→Ｔへの油路の絞り６開口面積が減少していく。これと同時に、Ｐ→Ａ（又はＢ）への油路の絞り７及びＢ（又はＡ）→Ｔへの油路の絞り８は、同図▲２▼に示すように、開口面積が増加していく。この結果、流量制御弁３のＰポートに流入する１次流量は、中立位置では全量Ｔポートに流れるが、スプールの移動に伴いＰ→Ｔへの油路の絞り６が絞られていき、Ｐポートには絞り量に応じ圧力Ｐｐ（以下、ポンプ吐出圧という）が発生する。このポンプ吐出圧Ｐｐが、Ａ（又はＢ）ポートに接続した負荷が必要とする圧力Ｐａ（以下、負荷圧という）を超えると、ＰポートからＡ（又はＢ）ポートへ油が流れ始め、流量制御弁３に接続される不図示のアクチュエータが動作を開始する。
【０００７】
このＡ（又はＢ）ポートへの圧油の流れ始め（アクチュエータの動き始め）時点（Ａ又はＢポートへの流量は未だ０）のとき、発生する力と流量の関係は、次式のようになる。
Ｑ＝α・Ｆ√（２ｇ・ｐ／γ）
Ｑ；流量、α；流量係数、Ｆ；絞り開口面積、γ；油の比重量、ｇ；重力加速度、ｐ；差圧。
即ち、ポンプ吐出圧Ｐｐは１次流量Ｑｐの二乗に比例することが分かる。従って、１次流量Ｑｐが変化すると、同じスプール位置で発生する圧力Ｐｐが大きく変化することになり、負荷側が要求する圧力Ｐａを圧力Ｐｐが超えるときの絞り６の面積が、１次流量Ｑｐの関数として決まる。即ち、アクチュエータが動き始めるときのスプールの移動量は１次流量Ｑｐの関数として決定されることを意味する。ＰポートからＡポートへ油が流れると、絞り７による圧損が前述した式のように発生するため、Ｐｐ＝Ｐａでは実際には油は流れない。流れる油の量は、前述したように差庄ｐ（Ｐｐ−Ｐａ）と絞り７の面積の関数となるが、Ｐｐが１次流量Ｑｐの影響を強く受けるために、この流量もＱｐの影響を強く受ける。
【０００８】
以上の原理により、流量制御弁３のスプール移動量とアクチュエータの速度の関係を模式的に表すと、図７のようになり、流量制御弁３の１次流量Ｑｐが少ないときの特性は破線、１次流量Ｑｐが多いときの特性は実線で示すように、
（１）アクチュエータが動き出すときのスプール位置が１次流量Ｑｐの変化で大きく変動する。
（２）速度制御に使える範囲が少ない。（破線、実線の状態とも、スプール移動量の半分程度）
といった欠点がある。従って、操作レバー４の操作量と流量制御弁３のスプール移動量が略比例するため、上記の欠点は、
（１）アクチュエータが動き始めるときの操作レバー４の位置が、１次流量の変化で大きく変動する。とりわけ、Ｑｐが小流量の時に操作レバー４を大きく動かさないと動作しないという不具合がある。
（２）速度制御に使える操作レバーの範囲が少ない。
ということになり、操作性が悪かった。
【０００９】
流量制御弁３の１次流量Ｑｐは、油圧ポンプ２の吐出量に依存し、油圧ポンプ２の吐出量は、油圧ポンプ２を駆動するエンジン１の回転数に依存する。
そこで、操作レバー４の操作量とアクチュエータの動きとがエンジン１の回転数の影響を受けないようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の建設機械の油圧操作装置は、上記目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、回転数を可変できる動力源にて駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される圧油を流量制御してアクチュエータへ供給する流量制御弁と、操作レバーの操作にて２次圧を発生し、この２次圧にて前記流量制御弁を制御する比例減圧弁とからなる建設機械の油圧操作装置に適用され、前記比例減圧弁と並列に介装され、制御信号に基づいて所定の２次圧を発生する電磁比例減圧弁と、前記比例減圧弁の２次圧と前記電磁比例減圧弁の２次圧を高圧選択して前記流量制御弁に導く手段と、前記比例減圧弁の２次圧を検出する圧力検出手段と、前記動力源の回転数を検出する回転数検出手段とを設け、前記検出される動力源の回転数と前記比例減圧弁の２次圧とに基づいて、前記電磁比例減圧弁を制御する演算装置を備えたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、前記流量制御弁の１次流量が最大のときは、前記比例減圧弁の２次圧と電磁比例減圧弁の２次圧とが略等しくなるように制御し、前記流量制御弁の１次流量が最小のときは、前記比例減圧弁の２次圧をパラメータにした所定の関数に従って前記電磁比例減圧弁に２次圧を発生させるように制御する演算装置を備えたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に従って詳述する。尚、説明の都合上、従来技術と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。図１は建設機械の油圧操作装置を示す。比例減圧弁５のａ２ポートと流量制御弁３の油室ａ１とは管路５０により接続され、管路５０には比例減圧弁５と並列に電磁比例減圧弁１１が管路５１により接続される。この電磁比例減圧弁１１は、油圧源１６から供給される圧油を所定の圧力に減圧し２次圧として流量制御弁３の油室ａ１に出力する。管路５０と管路５１との間には、比例減圧弁５の２次圧と電磁比例減圧弁１１の２次圧とを高圧選択して流量制御弁３の油室ａ１に供給するシャトル弁１２が設けられる。また、管路５０には、比例減圧弁５の２次圧を検出する手段として圧力センサ１０が設けられる。
【００１２】
これと同様に、比例減圧弁５のｂ２ポートと流量制御弁３の油室ｂ１とは管路６０により接続され、管路６０には比例減圧弁５と並列に電磁比例減圧弁２１が管路６１により接続される。この電磁比例減圧弁２１は、油圧源１６から供給される圧油を所定の圧力に減圧し２次圧として流量制御弁３の油室ｂ１に出力する。管路６０と管路６１との間には、比例減圧弁５の２次圧と電磁比例減圧弁２１の２次圧とを高圧選択して流量制御弁３の油室ｂ１に供給するシャトル弁２２が設けられる。また、管路６０には、比例減圧弁５の２次圧を検出する手段として圧力センサ２０が設けられる。
【００１３】
尚、３０は油圧ポンプ２を駆動する動力源であるエンジン１の回転数を検出する手段としての回転センサであり、エンジン１の回転数を検出することにより、このエンジン１によって駆動される油圧ポンプ２の吐出流量（１次流量）を検出できる。そしてこのエンジン回転数に基づいて、１次流量の最大流量、最小流量を予め設定する。
【００１４】
また、圧力センサ１０，２０並びに回転センサ３０の検出信号に基づいて電磁比例減圧弁１１，２１の制御信号を演算する演算装置を備えたコントローラ４０が設けられ、該コントローラ４０は、圧力センサ１０，２０が検出した圧力信号と、回転センサ３０が検出した回転数信号を入力し、後述する制御特性（関数）に基づいて電磁比例減圧弁１１及び２１へ制御信号を出力する。
【００１５】
次に、図２にてコントローラ４０にて演算される電磁比例減圧弁１１，２１の制御信号について説明する。図２は、比例減圧弁５の２次圧と電磁比例減圧弁１１，２１の２次圧との関係を示している。回転センサ３０にてエンジン１の回転数を検出し、その回転数により流量制御弁３の１次流量が最大とされるときには、電磁比例減圧弁１１，２１は、比例減圧弁５の２次圧と略同圧の２次圧を発生するように制御される。即ち、コントローラ４０は、回転センサ３０で検出されたエンジン１の回転数が所定値以上であると油圧ポンプ２による１次流量が最大であることを判断する。そして、圧力センサ１０，２０で検出される比例減圧弁５の２次圧（検出信号）に基づいて、図２の実線で示すように、電磁比例減圧弁１１，２１が比例減圧弁５の２次圧と略同圧の２次圧を出力するように電磁比例減圧弁１１，２１に制御信号を出力する。これにより、流量制御弁３の油室ａ１、ｂ１には、高圧選択弁１２，２２を介して比例減圧弁５の２次圧と略同圧の２次圧が作用し、流量制御弁３は操作レバー４の操作により比例制御弁５が出力する２次圧によって制御される。
【００１６】
なお、上記の場合、流量制御弁３の油室ａ１、ｂ１には比例減圧弁５の２次圧と略同圧が作用することになるため、電磁比例減圧弁１１，２１は、２次圧を出力しないか、もしくは比例減圧弁５の出力する２次圧より小さい２次圧を出力するようにしても高圧選択弁１２，２２により比例減圧弁５の２次圧が選択されて上記と同等の作用を実現できる。
【００１７】
一方、回転センサ３０にてエンジン１の回転数を検出し、その回転数により流量制御弁３の１次流量が最小とされるときには、電磁比例減圧弁１１，２１は、１次流量が最大のときに発生する２次圧よりも大きい２次圧（比例減圧弁５の２次圧より大）を図２の破線で示すような特性で出力するように制御される。即ち、コントローラ４０には、比例減圧弁５の２次圧をパラメータとし、下記条件を満たすように予め設定される特性（関数）により演算される２次圧を出力するように電磁比例減圧弁１１，２１に制御信号を出力する。これにより、流量制御弁３の油室ａ１，ｂ１には、高圧選択弁１２，２２を介して比例減圧弁５の２次圧に応じて上記特性に基づいて電磁比例減圧弁１１，２１が出力する２次圧が作用し、流量制御弁３は、操作レバー４の操作により、その２次圧によって制御される。なお、上記設定される特性は、
（１）アクチュエータの動き出し位置が１次流量の影響を受けずに最大流量時と略同位置となる。
（２）速度制御範囲が１次流量の影響を受けずに最大流量時と略同一となる。
の条件を満たすものであり、予め数種類の１次流量に関して実験を行って上記所定の関数を決定する。また、最小流量と最大流量との間の１次流量については、上記２つの条件を満たすように決定した所定の関数を補完して使用（図２中、「流量をパラメータに可変」として表す部分に対応。）することで、１次流量が最小流量から最大流量までの全流範囲で操作レバーの操作に対して上記条件のようにアクチュエータを駆動することができる。
【００１８】
以上により、図７に示すように従来の油圧操作装置では、流量制御弁３の１次流量が最小のときは、スプール移動量の前半（〜Ｌ０）に不感帯があり、１次流量が最大の時は後半（Ｌ１〜）に不感帯がある。スプール移動量は比例減圧弁の操作角度に略比例するため１次流量が少ない時は操作レバーの操作量が大きくなる欠点があったが、本発明によれば、流量制御弁３の１次流量が最大流量のときよりも少ない場合は、上記特性に基づいて最大流量時よりも大きな２次圧で流量制御弁３を制御することで、操作レバーの同操作位置に対する流量制御弁３のスプールの移動量を最大流量時よりも大きくして、図３に示すように操作レバーの操作によるアクチュエータの動き出し位置を１次流量に関わりなく略同一とすることができ、また、比例減圧弁５の２次圧はスプール移動量Ｌ１相当で良いため、操作レバーの無駄な操作量を無くすことができる。
【００１９】
尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が改変されたものに及ぶことは当然である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の建設機械の油圧操作装置は、操作レバーの操作量と機械の動きとが動力源であるエンジン等の回転数の影響を受けることを防止できるとともに、速度制御に無効な操作レバーの操作範囲を無くすことが可能となり、また、アクチュエータの動き出し位置が１次流量の影響を受けずに略同位置となるとともに、速度制御範囲が１次流量の影響を受けずに略同一となって、操作性を大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示し、建設機械の油圧操作装置の回路図。
【図２】本発明の一実施の形態を示し、比例減圧弁の２次圧と電磁比例減圧弁の２次圧指令の関係を示すグラフ。
【図３】本発明の一実施の形態を示し、比例減圧弁の操作角とアクチュエータ速度の変化との関係を示すグラフ。
【図４】従来技術を示し、建設機械の油圧操作装置の回路図。
【図５】従来技術を示し、流量制御弁の内部絞りの説明図。
【図６】従来技術を示し、流量制御弁のスプールの移動量と開口面積の変化との関係を示すグラフ。
【図７】従来技術を示し、流量制御弁のスプールの移動量とアクチュエータ速度の変化との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１；エンジン、２；油圧ポンプ、３；流量制御弁、４；操作レバー、５；比例減圧弁、１０，２０；圧力センサ（２次圧検出手段）、１１，２１；電磁比例減圧弁、１２，２２；シャトル弁、３０；回転センサ、４０；コントローラ（演算装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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