(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の油圧アクチュエータと、これら油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプと、各油圧アクチュエータへの圧油供給制御をそれぞれ行う制御バルブと、各制御バルブをそれぞれ作動させるためのバルブ作動手段とを備えてなる作業機械において、前記各油圧アクチュエータ用の操作具の操作状態を検出する操作状態検出手段からの信号を入力し、該入力信号に基づいて対応するバルブ作動手段に制御指令を出力する制御部を設け、該制御部を、操作状態検出手段からの入力信号に基づいて油圧ポンプの出力流量を各油圧アクチュエータに分配するための分配流量を演算し、該分配流量を各油圧アクチュエータに供給すべく前記バルブ作動手段に対し制御指令を出力する構成とするにあたり、エンジン回転数を設定するための操作ダイアルであるアクセルダイヤルを設ける一方、制御部には、現時点における油圧ポンプの最大トルク、前記アクセルダイヤルで設定されるエンジン回転数および定数の積をポンプ吐出圧で除した式に基づいて演算される油圧ポンプの出力流量の演算回路と、油圧ポンプが出力できる最大流量値よりもポンプ許容流量が大きくならないように制限するリミッターとを設けて、操作具の操作状態から求められる各油圧アクチュエータの要求流量の和が油圧ポンプの出力流量よりも小さい場合には、各操作具の操作量に対応する各油圧アクチュエータの要求流量が分配流量となるように設定され、前記要求流量の和が油圧ポンプの出力流量よりも大きい場合には、油圧ポンプの出力流量を操作具の操作量に対応して分配した分配流量となるように設定されている作業機械における油圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベル等の作業機械における油圧制御装置の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、油圧ショベル等の作業機械のなかには、複数の油圧アクチュエータと、これら油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプと、各油圧アクチュエータへの圧油供給制御をそれぞれ行うべく作動する制御バルブと、操作具の操作信号を入力して上記制御バルブの作動手段に対し制御指令を出力する制御部とを備えたものがあるが、このような作業機械の油圧制御システムとして、制御バルブの中立時に油をブリードさせないようにしたクローズドセンターシステムがある。そしてこの様なクローズドセンターシステムのものにおいて、従来、各々の制御バルブの開度量（スプール位置）は、他の操作具の操作状態とは無関係に、対応する操作具の操作量に応じて制御されるように構成されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記作業機械において、複数の操作具を複合操作したような場合、該操作具操作により要求される各油圧アクチュエータの要求流量の和が、油圧ポンプが供給し得る流量よりも多くなることがある。この場合、各制御バルブを通過して油圧アクチュエータに供給される流量は要求流量よりも少なくなるが、このときの各制御バルブの開度量は、前述したように対応する操作具の操作量に応じて制御されるため、油圧ポンプからの供給流量以上の開口度となることがある。このような場合、油圧アクチュエータがバキュームぎみとなって適切な動作をしないことがあり、例えば、作業機械に装着されるフロントアタッチメントの連動時において円滑動作の妨げとなって、操作性が低下するという問題があり、ここに本発明が解決しようとする課題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の如き実情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、複数の油圧アクチュエータと、これら油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプと、各油圧アクチュエータへの圧油供給制御をそれぞれ行う制御バルブと、各制御バルブをそれぞれ作動させるためのバルブ作動手段とを備えてなる作業機械において、前記各油圧アクチュエータ用の操作具の操作状態を検出する操作状態検出手段からの信号を入力し、該入力信号に基づいて対応するバルブ作動手段に制御指令を出力する制御部を設け、該制御部を、操作状態検出手段からの入力信号に基づいて油圧ポンプの出力流量を各油圧アクチュエータに分配するための分配流量を演算し、該分配流量を各油圧アクチュエータに供給すべく前記バルブ作動手段に対し制御指令を出力する構成とするにあたり、エンジン回転数を設定するための操作ダイアルであるアクセルダイヤルを設ける一方、制御部には、現時点における油圧ポンプの最大トルク、前記アクセルダイヤルで設定されるエンジン回転数および定数の積をポンプ吐出圧で除した式に基づいて演算される油圧ポンプの出力流量の演算回路と、油圧ポンプが出力できる最大流量値よりもポンプ許容流量が大きくならないように制限するリミッターとを設けて、操作具の操作状態から求められる各油圧アクチュエータの要求流量の和が油圧ポンプの出力流量よりも小さい場合には、各操作具の操作量に対応する各油圧アクチュエータの要求流量が分配流量となるように設定され、前記要求流量の和が油圧ポンプの出力流量よりも大きい場合には、油圧ポンプの出力流量を操作具の操作量に対応して分配した分配流量となるように設定されている作業機械における油圧制御装置。
そして、この様にすることにより、制御バルブは、分配流量を各油圧アクチュエータに供給すべく作動することになって、複数の油圧アクチュエータを複合で作動させる場合に、油圧ポンプの出力流量を各油圧アクチュエータに適切に分配できると共に、制御バルブの開度量が油圧ポンプからの供給流量よりも大きくなってしまうことを回避でき、複合操作性が向上する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図面において、１は油圧ショベルであって、該油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２の上方に旋回自在に支持される上部旋回体３、該上部旋回体３に取付けられるフロントアタッチメント４等の各部から構成されており、さらに該フロントアタッチメント４は、基端部が上部旋回体３に揺動自在に支持されるブーム５、該ブーム５の先端部に揺動自在に支持されるスティック６、該スティック６の先端部に揺動自在に支持されるバケット７等の部材装置から構成されている等の基本的構成は従来通りである。
【０００６】
さらに油圧ショベル１には、左右の走行用モータ８、９、ブーム５を揺動させるためのブーム用シリンダ１０、スティック６を揺動させるためのスティック用シリンダ１１、バケット７を揺動させるためのバケット用シリンダ１２、図示しないアタッチメントを作動させるためのアタッチメント用シリンダ１３等の各種油圧アクチュエータが設けられており、これら油圧アクチュエータの作動は、エンジンの動力で駆動する油圧ポンプＰからの圧油供給に基づいて行われる構成となっている。
【０００７】
前記油圧アクチュエータ８〜１３への圧油供給回路の概略図を図２に示すが、該図２において、１４〜１９は各油圧アクチュエータ８〜１３への圧油供給制御をそれぞれ行う左走行用、右走行用、ブーム用、スティック用、バケット用、アタッチメント用の制御バルブであって、これら制御バルブ１４〜１９はパイロット操作式の三位置切換弁で構成されている。
そしてこの制御バルブ１４〜１９は、パイロットポート１４ａ〜１９ａまたは１４ｂ〜１９ｂにパイロット圧油が供給されていない状態では、油圧アクチュエータ８〜１３に圧油を供給しない中立位置Ｎに位置しているが、パイロットポート１４ａ〜１９ａまたは１４ｂ〜１９ｂにパイロット圧油が供給されることによりスプールが移動して、対応する油圧アクチュエータ８〜１３の一方の油室８ａ〜１３ａに油圧ポンプＰからの圧油を供給する弁路、および油圧アクチュエータ８〜１３の他方の油室８ｂ〜１３ｂからの排出油を油タンクＴに流す弁路が開く圧油供給位置ＸまたはＹに切換る構成になっている。そして、上記制御バルブ１４〜１９の弁路の開度量（スプール位置）は、前記パイロットポート１４ａ〜１９ａまたは１４ｂ〜１９ｂに供給されるパイロット圧により制御される。
【０００８】
また、２０Ａ〜２５Ａ、２０Ｂ〜２５Ｂは前記制御バルブ１４〜１９のパイロットポート１４ａ〜１９ａ、１４ｂ〜１９ｂにパイロット圧油をそれぞれ出力する左走行用、右走行用、ブーム用、スティック用、バケット用、アタッチメント用の電磁比例減圧弁であって、これら電磁比例減圧弁２０Ａ〜２５Ａ、２０Ｂ〜２５Ｂの出力圧力は、後述する制御部２６からの指令に基づいて制御される。
尚、図２中、２７は油圧ロック用の電磁切換弁であって、該電磁切換弁２７は、ロックスイッチ２８が開成している状態では、前記電磁比例減圧弁２０Ａ〜２５Ａ、２０Ｂ〜２５Ｂへのパイロット供給油路を閉鎖し、これにより油圧アクチュエータ８〜１３の作動がロックされるようになっているが、ロックスイッチ２８が閉成している状態では上記パイロット供給油路を開放し、これにより油圧アクチュエータ８〜１３の作動が許容されるようになっている。
【０００９】
さらに、２９〜３４は左走行用、右走行用、ブーム用、スティック用、バケット用、アタッチメント用の各操作レバー、操作ペダルの操作量をそれぞれ検出する操作量検出手段であって、角度センサ等から構成されるものであるが、これら操作量検出手段２９〜３４から出力される検出信号は、前記制御部２６に入力されるように構成されている。
【００１０】
前記制御部２６は、マイクロコンピュータ等を用いて構成されるものであるが、該制御部２６は、前記操作量検出手段２９〜３４、油圧ポンプＰの吐出圧を検出する圧力センサ３５、アクセルダイヤル３６、ロックスイッチ２８等からの信号を入力し、該入力信号に基づいて前記電磁比例減圧弁２０Ａ〜２５Ａ、２０Ｂ〜２５Ｂ、油圧ロック電磁切換弁２７に対し制御指令を出力するように構成されている。
ここで、前記アクセルダイヤル３６は、エンジン回転数を設定するための操作ダイヤルであって、本実施の形態では［１］〜［１０］の１０段階にセットでき、例えば、アクセルダイヤル３６を［１］にセットするとエンジン回転数は８５０ｒｐｍに設定され、［５］にセットすると１４５０ｒｐｍに設定され、［１０］にセットすると２２００ｒｐｍに設定される。
【００１１】
次に、前記制御部２６における制御手順について説明すると、まず、前記操作量検出手段２９〜３４から入力される操作具の操作量値に基づいて、対応する各油圧アクチュエータ８〜１３に要求される作動速度を算出し、該作動速度を得るのに必要な要求流量α１〜α６をそれぞれ求める。次いで、各油圧アクチュエータ８〜１３の要求流量α１〜α６の絶対値の総和を算出し、このものを、ポンプ要求流量αとする。
一方、現時点で油圧ポンプＰが出せる最大トルク、前記圧力センサ３５により検出された油圧ポンプＰの吐出圧、アクセルダイヤル３６により設定されたエンジン回転数を用いて、現時点での油圧ポンプＰのポンプ許容流量β（油圧ポンプＰが出力できる最大流量）を算出する。この場合、図５の流量算出式に示す如く、油圧ポンプＰの吐出圧が小さくなるとポンプ流量は大きくなるが、吐出圧が極端に小さい値になったときのために第一リミッター３７が設けられていて、油圧ポンプＰが出力できる最大流量値よりもポンプ許容流量βが大きくならないように制限されている。つまり、現時点における油圧ポンプの最大トルク、エンジン回転数および定数の積をポンプ吐出圧で除した式に基づいて演算される油圧ポンプの出力流量の演算回路には、油圧ポンプが出力できる最大流量値よりもポンプ許容流量が大きくならないように制限する第一リミッター３７が設けられている。
次いで、前記ポンプ要求容量αに対するポンプ許容流量βの比（β／α）を求め、このものを、前記各油圧アクチュエータ８〜１３の要求流量α１〜α６に乗じて、各油圧アクチュエータ８〜１３に分配される分配流量γ１〜γ６（γ１〜γ６＝α１〜α６×β／α）求める。この場合、ポンプ許容流量βがポンプ要求流量αよりも大きいと、前記比（β／α）が「１」よりも大きくなって、各油圧アクチュエータ８〜１３への分配流量γ１〜γ６が要求流量α１〜α６よりも大きくなるという不具合が生じる。これを回避するために、前記比（β／α）が「１」以上｛（β／α）≧１｝の場合には「１」に制限する第二リミッター３８が設けられており、これによりポンプ許容流量βがポンプ要求流量αよりも大きい場合には、各油圧アクチュエータ８〜１３の要求流量α１〜α６が分配流量γ１〜γ６となるように設定されている。
そして制御部２６は、各油圧アクチュエータ８〜１３に供給される圧油の流量が前記分配流量γ１〜γ６となるように制御バルブ１４〜１９の開度量を制御すべく、電磁比例減圧弁２０Ａ〜２５Ａ、２０Ｂ〜２５Ｂに対して制御指令を出力する。而して制御バルブ１４〜１９の開度量は、油圧ポンプＰの出力流量を各油圧アクチュエータ８〜１３に分配した分配流量γ１〜γ６に対応したものとなり、そして該分配流量γ１〜γ６が各油圧アクチュエータ８〜１３に供給されるようになっている。
【００１２】
叙述の如く構成されたものにおいて、各油圧アクチュエータ８〜１３の作動は、操作具の操作に基づいて油圧ポンプＰから圧油供給されることによりなされる。この場合に、油圧アクチュエータ８〜１３の圧油供給制御を行う制御バルブ１４〜１９の開度量は、油圧アクチュエータ８〜１３に供給される流量が、油圧ポンプＰの出力流量を操作具の操作量に対応して分配した分配流量γ１〜γ６となるように制御される。
【００１３】
この結果、フロントアタッチメント４の連動時において複数の操作具を複合操作するときに、各操作具が要求する油圧アクチュエータ８〜１３の要求流量の総和が油圧ポンプＰの出力流量よりも多いような場合であっても、制御バルブ１４〜１９の開度量は、油圧ポンプＰの出力流量を各操作具の操作量に基づいて分配した分配流量γ１〜γ６に対応するものとなり、そして該分配流量γ１〜γ６が各油圧アクチュエータ８〜１３に供給されることになって、油圧ポンプＰの出力流量を各油圧アクチュエータ８〜１３に適切に分配できることになる。しかもこの場合、制御バルブ１４〜１９の開度量は、分配流量γ１〜γ６に対応したものとなっていて、従来のように制御バルブ１４〜１９の開度量が供給流量よりも大きくなってしまうことがなく、フロントアタッチメント４が円滑に動作することになり、操作性の向上に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】油圧ショベルの側面図である。
【図２】油圧アクチュエータへの圧油供給を示す油圧回路の概略図である。
【図３】制御部の入出力を示すブロック図である。
【図４】ポンプ要求流量の算出手順を示す制御ブロック図である。
【図５】ポンプ許容流量の算出手順を示す制御ブロック図である。
【図６】分配流量の算出手順を示す制御ブロック図である。
【符号の説明】
８〜１３    油圧アクチュエータ
１４〜１９    制御バルブ
２０Ａ〜２５Ａ  電磁比例減圧弁
２０Ｂ〜２５Ｂ  電磁比例減圧弁
２６    制御部
２９〜３４    操作量検出手段
３５    圧力センサ
３６    アクセルダイヤル
Ｐ    油圧ポンプ
【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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