(57)【要約】【課題】作動油の粘度変動があっても油圧作業機の操作性を良好に維持できる油圧駆動作業機を提供する。【解決手段】作業機用の油圧アクチュエータ２１〜２５に作動油を供給する油圧ポンプ１２と、油圧アクチュエータ２１〜２５に供給する作動油の流量と方向を制御する油圧制御弁１３と、油圧アクチュエータの駆動速度を制御する制御手段１８と、作動油の油温を検出する温度センサ１９と、を備え、制御手段１８は、温度センサ１９で検出した油温から作動油の粘度を推定し、推定粘度に対応付けた油圧ポンプ回転数または油圧制御弁のスプール開度を制御する。作動油の推定粘度に対応付けて油圧ポンプ回転数を選択したりスプール開度を変更できるので、作業機用の油圧アクチュエータを一定の速度で駆動することができる。粘度を計測するセンサを用いる必要がなく、製造コストを抑制できる。【選択図】図１
2017066908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機用の油圧アクチュエータと、
該油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプと、
前記油圧アクチュエータに供給する作動油の流量と方向を制御する油圧制御弁と、
該油圧ポンプの駆動速度を制御する制御手段と、
前記作動油の油温を検出する温度センサと、を備え、
前記制御手段は、前記温度センサで検出した油温から作動油の粘度を推定し、推定粘度に対応付けた油圧ポンプ回転数を選択して前記油圧ポンプを駆動制御する
ことを特徴とする油圧駆動作業機。
【請求項２】
前記制御手段は、前記油圧ポンプ回転数制御に代えて前記油圧制御弁のスプールストロークの開度制御を行う
ことを特徴とする請求項１記載の油圧駆動作業機。
【請求項３】
前記制御手段は、油圧ポンプ回転数および請求項２記載のスプールストロークを共に制御する
ことを特徴とする請求項１記載の油圧駆動作業機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧駆動作業機に関する。さらに詳しくは、移動式クレーンや高所作業車などの油圧駆動作業機に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動式クレーンや高所作業車などの油圧駆動作業機では、ブームなどの作業機器を動作させるのに油圧シリンダや油圧モータなどの多数のアクチュエータを用いている。油圧シリンダの駆動にはポンプが吐出する作動油の給排が不可欠であるが、作動油は油温の上昇・低下により粘度が低下・上昇して油圧ポンプの容積効率が変動する。このような場合、オペレータが感じる操作感覚が通常の場合と違ってくるので、ブームなどが周辺の建物などに衝突したり、安全限界を超えるようなことになると危険である。とくに、このような問題は、二つ以上のアクチュエータを同時操作するときに著るしかった。
【０００３】
しかるに、作動油の粘度を正確に計測するセンサは無いので、粘度の変動により生じる容積効率の変動とそれに伴う操作感覚の補償を行うことができなかった。
【０００４】
従来技術としては、作動油の粘度を考慮し、低温時の高粘度状態でも性能向上を図るようにした特許文献１の技術がある。
この従来技術は、油圧制御ユニットをもつ油圧制御システムであって、ソレノイドにより作動されるバルブなどの電気エネルギー源が、流体粘度を下げて制御ユニットの性能を向上させるために、作動油を加熱するのに用いられる。
【０００５】
しかるに、この従来技術では、作動油の粘度を下げることだけを考慮したものであって、粘度の変動があったときでも容積効率を補償したり油圧作業機の操作性を向上させるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２５７３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑み、作動油の粘度変動があっても、油圧作業機の操作性を良好に維持できる油圧駆動作業機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明の油圧駆動作業機は、作業機用の油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプと、前記油圧アクチュエータに供給する作動油の流量と方向を制御する油圧制御弁と、該油圧ポンプの駆動速度を制御する制御手段と、前記作動油の油温を検出する温度センサと、を備え、前記制御手段は、前記温度センサで検出した油温から作動油の粘度を推定し、推定粘度に対応付けた油圧ポンプ回転数を選択して前記油圧ポンプを駆動制御することを特徴とする。
第２発明の油圧駆動作業機は、第１発明において、前記油圧ポンプ回転数制御に代えて前記油圧制御弁のスプールストロークの開度制御を行うことを特徴とする。
第３発明の油圧駆動作業機は、第１発明において、油圧ポンプ回転数および請求項２記載のスプールストロークを共に制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１発明によれば、油温から作動油の粘度を推定し、推定粘度に対応付けた油圧ポンプ回転数を選択して油圧ポンプを駆動制御できるので、油圧ポンプの容積効率の変動を補償できる。このため、作業機用の油圧アクチュエータを一定の速度で駆動することができる。また、粘度は油温から推定するので、粘度を計測するセンサを用いる必要がなく、製造コストを抑制できる。
第２発明によれば、作動油の推定粘度に基づき前記油圧ポンプ回転数に代えて油圧制御弁のスプールストロークを開度制御できるので、油圧ポンプの容積効率の変動を補償できる。このため、作業機用の油圧アクチュエータを一定の速度で駆動することができる。
第３発明によれば、油圧ポンプ回転数およびスプールストロークを共に制御するので、油圧ポンプの容積効率の変動の補償範囲を広くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の油圧駆動作業機における制御部の説明図である。
【図２】（Ａ）は作動油粘度とポンプ容積効率の関係説明図、（Ｂ）は作動油温度と作動油粘度の関係説明図、（Ｃ）は作動油温度とポンプ回転数の関係説明図である。
【図３】（Ａ）はバルブ操作量に対応するポンプ回転数の説明図、（Ｂ）は本発明に基づきポンプ回転数を制御した場合の説明図。（Ｃ）は本発明に基づきスプールストロークを制御した場合の説明図である。
【図４】本発明を適用した油圧駆動作業機の一例であるトラック搭載型クレーンの油圧回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明に係る油圧駆動作業機は、トラック搭載型クレーンなどの移動式クレーン、高所作業車などであるが、これらに限られるものではなく、あらゆる作業機が含まれる。
以下では、トラック搭載型クレーンを例に説明する。
【００１２】
本発明を適用したトラック搭載型クレーンは、汎用トラックの運転室と荷台との間の車両フレームに小型クレーンが搭載されたものである。
【００１３】
図４に示すように、トラック搭載型クレーンにおける小型クレーンの油圧回路１０は、複数の油圧アクチュエータ２１〜２５と、それら油圧アクチュエータ２１〜２５に作動油を供給する油圧ポンプ１２と、油圧アクチュエータ２１〜２５と油圧ポンプ１２との間に介装された油圧バルブユニット１３とを備えている。
【００１４】
図示の油圧アクチュエータ２１〜２５は、小型クレーンのブームを伸縮させるブーム伸縮用油圧シリンダ２２、ブームを起伏させるブーム起伏用油圧シリンダ２３、フックを巻上巻下するウインチ用油圧モータ２１、ポストを旋回させる旋回用油圧モータ２５、アウトリガを伸縮させるアウトリガ用油圧シリンダ２４などであるが、これら以外のものを含んだものも、これらの一部で構成されたものも本発明を適用することができる。
【００１５】
油圧ポンプ１２は、オイルタンク１４に貯留された作動油を吸入し、その作動油をポンプ油路１５を介して油圧バルブユニット１３に供給する。
【００１６】
油圧バルブユニット１３は、各油圧アクチュエータ２１〜２５への作動油の供給排出を制御する複数の切換制御弁１３ａ〜１３ｅで構成されている。各切換制御弁１３ａ〜１３ｅは３位置６ポートの切換制御弁であり、その中立位置で連通し切換位置で遮断されるキャリーオーバ油路を有している。各切換制御弁１３ａ〜１３ｅのキャリーオーバ油路を直列に連通して油圧ポンプ１２から供給された作動油をオイルタンク１４に還流させるように構成されている。また、各切換制御弁１３ａ〜１３ｅは、それぞれＰポートがポンプ油路１５に接続され、Ｔポートがオイルタンク１４に接続されている。さらに、各切換制御弁１３ａ〜１３ｅの一対の制御ポートは、対応する油圧アクチュエータ２１〜２５に接続されている。
【００１７】
上記の油圧バルブユニット１３は、遠隔制御を可能とするラジコン操作器や手動で操作される。
図１に示すように、ラジコン操作器２０で制御される油圧駆動作業機では、油圧バルブユニット１３には、高速応答弁や電磁比例弁などで構成されたバルブストロークを制御するバルブ制御手段３１が接続されている。
【００１８】
油圧ポンプ１２にはエンジンや電動モータなどの駆動手段１６が接続されており、この駆動手段１６により駆動される。また、駆動手段１６にはエンジンコントロールユニットやインバータなどの回転数制御手段１７が接続されており、この回転数制御手段１７により駆動手段１６の回転数が制御されている。さらに、回転数制御手段１７には駆動手段１６の回転数を指示する制御手段１８が接続されている。
【００１９】
そのため、制御手段１８の指示に従って、回転数制御手段１７が駆動手段１６の回転数を制御し、それにより油圧ポンプ１２の回転数が制御される。一般に、油圧ポンプはその回転数に比例して吐出流量が増減する。そのため、制御手段１８により油圧ポンプ１２の吐出流量を制御できる。
【００２０】
オイルタンク１４には、オイルタンク１４に貯留された作動油の油温を検出する温度センサ１９が設けられている。この温度センサ１９は制御手段１８に接続されており、検出した油温を制御手段１８に入力するように構成されている。
【００２１】
（本発明の技術原理）
まず、上記のような油圧駆動作動機に適用される本発明の技術原理を説明する。
油圧駆動作業機の各アクチュエータ２１〜２５は、油圧ポンプ１２によって供給される作動油によって駆動される。油圧ポンプ１２はタンク１４から作動油を吸引して加圧し、各アクチュエータ２１〜２５に圧送するのであるが、油圧ポンプ１２の容積効率は作動油粘度に応じて変化する。
【００２２】
たとえば、図２（Ａ）に示すように、作動油粘度が高くなると、流動性は低くなり、油圧ポンプの容積効率は高くなる。
従って、同じポンプ回転数でも吐出流量は作動油粘度によって変化するので、アクチュエータに供給する流量も作動油粘度によって変化する。
一方、図２（Ｂ）に示すように、作動油の粘度は温度によって変化する。すなわち、作動油温度が高くなると、作動油粘度は低下する。
【００２３】
そこで、（１）作動油粘度とポンプ容積効率の関係、および（２）作動油温度と作動油粘度との関係を記憶しておけば、前記（１）、（２）を制御パラメータとして利用しポンプ吐出流量を一定にすることができる。
また、上記（１）、（２）をまとめて、図２（Ｃ）に示すように（３）作動油温度とポンプ容積効率との関係を制御パラメータとしてもよい。
【００２４】
図１に基づき、本発明の技術原理を応用した制御部の基本構成を説明する。
符号１８は制御手段１８を示しており、この制御手段１８には油温センサ１９からの作動油油温とラジコン操作器２０からの操作量が入力される。油温センサ１９はタンク１４内の作動油の油温を検出するものであり、公知の油温センサ１９で構成できる。この温度センサ１９は、制御手段１８に接続されている。油温センサ１９の配置位置は油温を検出できる場所であればとくに制約はない。最も正確に油温測定できるのは、タンク１４内であるが、タンク１４に近いところにある作動油供給配管や帰還配管であってもよい。
【００２５】
ラジコン操作器２０は、小型クレーンを遠隔操作するための公知のラジオコントロール型操作器で構成されている。
バルブ操作量の把握は、ラジコン操作器２０からの入力信号によって実行される。基準値には、Ａ）ポンプ回転数とＢ）スプールストロークの２点が含まれる。この基準値としてのＡ）ポンプ回転数とＢ）スプールストロークの２点は、バルブ操作量に予め対応付けられている。
【００２６】
制御手段１８では、内蔵プログラムにより、バルブ操作量把握ステップ（Ｓ１）とそれに対応した基準値判断ステップ（Ｓ２）とが実行される。
制御手段１８ではまた、粘度推定ステップ（Ｓ３）と変更値決定ステップ（Ｓ４）が実行される。
【００２７】
粘度推定ステップ（Ｓ３）は、油温センサ１９から入力された作動油油温に基づき粘度を推定する。この推定は適宜の式に基づいて計算してもよく、対比表を用いて対応粘度を特定してもよく、公知の任意の方法をとってもよい。
【００２８】
変更値決定ステップ（Ｓ４）は、ステップ（Ｓ３）で得られた作動油粘度に基づき対応付けられた変更値を選択する。
変更値には、ａ）ポンプ回転数とｂ）スプールストロークの２点がある。ａ）ポンプ回転数とｂ）スプールストロークは、どちらか一方を変更値として採用してもよく、両方を変更値として採用してもよい。
【００２９】
図１において、１６は油圧ポンプ１２の駆動手段（具体的にはエンジンなど）、１７は回転数制御手段（具体的には、エンジンコントロールユニットなど）である。また、３１は油圧バルブユニット１３のスプールストロークを可変に制御する既述の制御手段である。
【００３０】
上記技術原理を応用した制御方法を、図３に基づき説明する。
図３（Ａ）は、現状のある操作に対してを示しており、ラジコン操作器２０の操作量に対し当初はポンプ回転数一定で、その後比例的に増加させるようなポンプ回転数の制御を行っている。
なお、図３（Ａ〜Ｃ）において、横軸はラジコン操作器等のバルブ操作量を示している。
【００３１】
（１）ポンプ回転数制御
図３（Ｂ）に示すように、ポンプ回転数を高温時対応の回転数と低温時対応の回転数を設定しておき、作動油温度に対応付けて選択する。ここでいう選択は、予じめ設定しておいた回転数を選択するものの外、記憶しておいた効率から計算して対応する回転数を求めるものも含むものである。
【００３２】
上記図３（Ｂ）では作動油温度は２種類のみであるが、高温時と低温時の間を無段階で連続的に変化させてもよい。また、数段階の制御でもよい。
【００３３】
上記のポンプ回転数制御は、作動油粘度に応じて変化するポンプの容積効率を考慮したものであるが、アクチュエータとしてのモータの容積効率の変化も考慮して、ポンプ回転数を制御する。この場合、モータの容積効率を補償するに必要な作動油量をポンプ側の回転数に負わせればよい。
それにより、図１に示すように、アクチュエータ速度を一定にすることができる。
【００３４】
（２）バルブストロークの開度制御
作動油粘度の変化に応じた、容積効率補償を行う第２の制御項目はバルブストロークの開度制御である。
この制御はポンプ吐出流量が全量アクチュエータに供給されるようなバルブの場合に適用可能な制御である。
バルブが圧力補償型の場合、スプールストロークが同じであれば、アクチュエータに供給される流量は（ポンプ吐出流量が十分であれば）同じである。その為、アクチュエータの効率が変化するとアクチュエータ速度は変化する。
そこで、本発明では、アクチュエータの効率の変化を考慮し、アクチュエータ速度が一定となるようにスプールストロークを制御する。
【００３５】
本制御では、作動油粘度に応じて、バルブストロークを制御するが、バルブのスプールストローク（開口面積）と流量の関係に作動油粘度の及ぼす影響は程度は小さいものの存在する。そこで、図３（Ｃ）に示すようにアクチュエータ速度が一定となるようにスプールストロークを制御する。この制御では、同じバルブ操作量に対し、バルブ内スプールのストローク（開度量）は作動油低温時に小さく、高温時に大きくしている。こうすると、高温時には低温時よりも多目に作動油が供給されるので、温度の高低に拘らずアクチュエータ速度は一定となる。
【００３６】
再び、図１に基づき説明する。
本実施形態では、油温から作動油の粘度を推定し、推定粘度に対応付けた油圧ポンプ１２の回転数を選択して油圧ポンプ１２を駆動制御できるので、油圧ポンプ１２の容積効率の変動を補償できる。このため、作業機用の油圧アクチュエータ２１〜２５を一定の速度で駆動することができる。
【００３７】
また、本実施形態では、作動油の推定粘度に基づき油圧ポンプ１２の回転数に代えて油圧制御弁１３のスプールストロークを制御できるので、油圧アクチュエータ２１〜２５の容積効率の変動を補償できる。このため、作業機用の油圧アクチュエータ２１〜２５を一定の速度で駆動することができる。
さらに、本実施形態において、油圧ポンプ１２の回転数とスプールストロークを共に制御すれば、油圧ポンプ１２の容積効率の変動の補償範囲を広くできる。
【００３８】
上記各実施形態において粘度は油温から推定するので、粘度を計測するセンサを用いる必要がなく、製造コストを抑制できる。
【符号の説明】
【００３９】
１２  油圧ポンプ
１３  油圧バルブユニット
１８  制御手段
１９  温度センサ
２１〜２５  油圧アクチュエータ
【図１】
2017066908.tif 000003
【図２】
2017066908.tif 000004
【図３】
2017066908.tif 000005
【図４】
2017066908.tif 000006