JP6697361B2

JP6697361B2 - 油圧ショベル駆動システム

Info

Publication number: JP6697361B2
Application number: JP2016184547A
Authority: JP
Inventors: 哲弘近藤; 武久加藤
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2036-09-21
Also published as: US10612212B2; JP2018048698A; CN107859087A; CN107859087B; US20180080196A1

Description

本発明は、油圧ショベル駆動システムに関する。

一般に、油圧ショベルでは、旋回体に対して俯仰するブームの先端にアームが揺動可能に連結され、アームの先端にバケットが揺動可能に連結される。この油圧ショベルに搭載される駆動システムは、ブームを俯仰させるブームシリンダ、アームを揺動させるアームシリンダおよびバケットを揺動させるバケットシリンダなどを含み、これらの油圧アクチュエータには、ポンプから制御弁を介して作動油が供給される。

例えば、特許文献１には、図８に示すような油圧ショベル駆動システム１００が開示されている。この駆動システム１００では、アームシリンダ１１０に対する作動油の供給および排出が制御弁１５０により制御される。制御弁１５０は、パイロット操作弁１４０と接続された一対のパイロットポートを有しており、制御弁１５０へ導かれるパイロット圧が大きくなるほど、制御弁１５０のメータイン側の開口面積およびメータアウト側の開口面積が大きくなる。

さらに、駆動システム１００では、アームシリンダ１１０のロッド側油室１１２と制御弁１５０とを接続する給排ラインに、パイロット開閉弁１２０が設けられている。パイロット開閉弁１２０は、アームシリンダ１１０のボトム側油室１１１内の圧力が所定圧力以下に低下したときに作動して、アームシリンダ１１０のロッド側油室１１２から排出される作動油用の通路の開口度を低減する。これにより、アーム引き操作時にアームシリンダ１１０がアームおよびバケット全体の自重で伸長することが防止され、アームシリンダ１１０でキャビテーションが発生することが防止される。

特開平５−１８７４０９号公報

しかしながら、図８に示す駆動システム１００では、パイロット開閉弁１２０に加え、このパイロット開閉弁１２０を作動させるための弁として、パイロット操作弁１４０からパイロット開閉弁１２０へ導かれるパイロット圧を、アームシリンダ１１０のボトム側油室１１１内の圧力に応じて減圧する減圧弁１３０が必要である。従って、駆動システム１００の構成は複雑であり、コストが高い。

そこで、本発明は、アームまたはバケットを揺動させるシリンダに重力の影響でキャビテーションが発生することを安価な構成で防止できる油圧ショベル駆動システムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の１つの側面からの油圧ショベル駆動システムは、アームまたはバケットである揺動部を揺動させるシリンダと、前記シリンダに対する作動油の供給および排出を制御する制御弁であって、前記揺動部をキャビンに近づける第１操作用の第１パイロットポートおよび前記揺動部を前記キャビンから遠ざける第２操作用の第２パイロットポートを有する制御弁と、操作レバーを含み、前記第１操作と前記第２操作のどちらかを受けたときに前記操作レバーの傾倒角に応じた操作信号を出力する操作装置と、前記第１パイロットポートと接続された電磁比例弁と、前記操作信号に基づいて前記電磁比例弁を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記操作装置が前記第１操作を受けたとき、前記電磁比例弁から出力されるパイロット圧が、上限圧までは前記操作装置から出力される操作信号に比例し、かつ、前記揺動部がアームであるときはアームおよびバケット全体の重心が、前記揺動部がバケットであるときはバケットの重心が、少なくとも前記揺動部の揺動中心を通る鉛直線を基準として前記キャビンと反対側に位置する限りは、前記揺動部が前記キャビンに近いほど前記上限圧が上昇するように、前記電磁比例弁を制御する、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、第１操作時にアームおよびバケット全体であるかバケットである重力影響部の重心（以後、重力影響部の重心と短縮して表すことがある）がキャビンから最も遠くにあるとき、換言すれば重力が揺動部に当該揺動部の揺動を最も加速するように作用するときに、電磁比例弁から出力されるパイロット圧の上限圧が最小となる。つまり、操作装置の操作レバーが大きく傾倒されたときの制御弁のメータアウト側の最大開口面積を、重力影響部の重心がキャビンから遠くにあるほど小さくすることができる。従って、揺動部が重力に準じて揺動するときには、重力の影響でシリンダにキャビテーションが発生することを防止することができる。しかも、第１操作に対して１つの電磁比例弁を用いた安価な構成でそれを実現できる。

前記制御装置は、前記操作装置が前記第１操作を受けたとき、前記揺動部の揺動範囲の全域において、前記揺動部が前記キャビンに近いほど前記上限圧が上昇するように、前記電磁比例弁を制御してもよい。この構成によれば、第１操作時に重力影響部の重心がキャビンの最も近くにあるとき、換言すれば重力が揺動部に当該揺動部の揺動を最も減速するように作用するときに、電磁比例弁から出力されるパイロット圧の上限圧が最大となる。つまり、操作装置の操作レバーが大きく傾倒されたときの制御弁のメータアウト側の最大開口面積を、重力影響部の重心がキャビンに近いほど大きくすることができる。従って、揺動部が重力に逆らって揺動するときには、操作装置の操作レバーが大きく傾倒されたときの制御弁のメータアウト側の最大開口面積が大きくなるため、シリンダから排出される作動油が制御弁で絞られることが抑制される。従って、重力影響部の重心が鉛直線を基準としてキャビンと同じ側に位置するときは、揺動部の揺動に必要な動力を低減することができる。

前記電磁比例弁は、第１電磁比例弁であり、前記第２パイロットポートと接続された第２電磁比例弁をさらに備え、前記制御装置は、前記操作装置が前記第２操作を受けたとき、前記第２電磁比例弁から出力されるパイロット圧が、上限圧までは前記操作装置から出力される操作信号に比例し、かつ、前記揺動部がアームであるときはアームおよびバケット全体の重心が、前記揺動部がバケットであるときはバケットの重心が、少なくとも前記揺動部の揺動中心を通る鉛直線を基準として前記キャビンと同じ側に位置する限りは、前記揺動部が前記キャビンから遠くにあるほど前記上限圧が上昇するように、前記第２電磁比例弁を制御してもよい。この構成によれば、第２操作時に重力影響部の重心がキャビンの最も近くにあるとき、換言すれば重力が揺動部に当該揺動部の揺動を最も加速するように作用するときに、第２電磁比例弁から出力されるパイロット圧の上限圧が最小となる。つまり、操作装置の操作レバーが大きく傾倒されたときの制御弁のメータアウト側の最大開口面積を、重力影響部の重心がキャビンに近いほど小さくすることができる。従って、揺動部が重力に準じて揺動するときには、重力の影響でシリンダにキャビテーションが発生することを防止することができる。しかも、第２操作に対して１つの電磁比例弁を用いた安価な構成でそれを実現できる。

前記制御装置は、前記操作装置が前記第２操作を受けたとき、前記揺動部の揺動範囲の全域において、前記揺動部が前記キャビンから遠くにあるほど前記上限圧が上昇するように、前記第２電磁比例弁を制御してもよい。この構成によれば、第２操作時に重力影響部の重心がキャビンから最も遠くにあるとき、換言すれば重力が揺動部に当該揺動部の揺動を最も減速するように作用するときに、第２電磁比例弁から出力されるパイロット圧の上限圧が最大となる。つまり、操作装置の操作レバーが大きく傾倒されたときの制御弁のメータアウト側の最大開口面積を、重力影響部の重心がキャビンから遠くにあるほど大きくすることができる。従って、揺動部が重力に逆らって揺動するときには、操作装置の操作レバーが大きく傾倒されたときの制御弁のメータアウト側の最大開口面積が大きくなるため、シリンダから排出される作動油が制御弁で絞られることが抑制される。従って、重力影響部の重心が鉛直線を基準としてキャビンと反対側に位置するときは、揺動部の揺動に必要な動力を低減することができる。

また、本発明の別の側面からの油圧ショベル駆動システムは、アームまたはバケットである揺動部を揺動させるシリンダと、前記シリンダに対する作動油の供給および排出を制御する制御弁であって、前記揺動部をキャビンに近づける第１操作用の第１パイロットポートおよび前記揺動部を前記キャビンから遠ざける第２操作用の第２パイロットポートを有する制御弁と、操作レバーを含み、前記第１操作と前記第２操作のどちらかを受けたときに前記操作レバーの傾倒角に応じた操作信号を出力する操作装置と、前記第２パイロットポートと接続された電磁比例弁と、前記操作信号に基づいて前記電磁比例弁を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記操作装置が前記第２操作を受けたとき、前記電磁比例弁から出力されるパイロット圧が、上限圧までは前記操作装置から出力される操作信号に比例し、かつ、前記揺動部がアームであるときはアームおよびバケット全体の重心が、前記揺動部がバケットであるときはバケットの重心が、少なくとも前記揺動部の揺動中心を通る鉛直線を基準として前記キャビンと同じ側に位置する限りは、前記揺動部が前記キャビンから遠くにあるほど前記上限圧が上昇するように、前記電磁比例弁を制御する。

上記の構成によれば、第２操作時に重力影響部の重心がキャビンの最も近くにあるとき、換言すれば重力が揺動部に当該揺動部の揺動を最も加速するように作用するときに、電磁比例弁から出力されるパイロット圧の上限圧が最小となる。つまり、操作装置の操作レバーが大きく傾倒されたときの制御弁のメータアウト側の最大開口面積を、重力影響部の重心がキャビンに近いほど小さくすることができる。従って、揺動部が重力に準じて揺動するときには、重力の影響でシリンダにキャビテーションが発生することを防止することができる。しかも、第２操作に対して１つの電磁比例弁を用いた安価な構成でそれを実現できる。

前記制御装置は、前記操作装置が前記第２操作を受けたとき、前記揺動部の揺動範囲の全域において、前記揺動部が前記キャビンから遠くにあるほど前記上限圧が上昇するように、前記電磁比例弁を制御してもよい。この構成によれば、第２操作時に重力影響部の重心がキャビンから最も遠くにあるとき、換言すれば重力が揺動部に当該揺動部の揺動を最も減速するように作用するときに、電磁比例弁から出力されるパイロット圧の上限圧が最大となる。つまり、操作装置の操作レバーが大きく傾倒されたときの制御弁のメータアウト側の最大開口面積を、重力影響部の重心がキャビンから遠くにあるほど大きくすることができる。従って、揺動部が重力に逆らって揺動するときには、操作装置の操作レバーが大きく傾倒されたときの制御弁のメータアウト側の最大開口面積が大きくなるため、シリンダから排出される作動油が制御弁で絞られることが抑制される。従って、重力影響部の重心が鉛直線を基準として前記キャビンと反対側に位置するときは、揺動部の揺動に必要な動力を低減することができる。

上記の油圧ショベル駆動システムは、旋回体と、前記旋回体に取り付けられた、前記揺動部を撮影するカメラと、をさらに備え、前記制御装置は、前記カメラで撮影された画像から、前記重心と前記揺動部の揺動中心とを結ぶ線と前記鉛直線との間の揺動角を求め、この揺動角に応じて前記上限圧を決定してもよい。ブームシリンダおよびアームシリンダ、またはブームシリンダ、アームシリンダおよびバケットシリンダにストロークセンサを設け、これらのストロークセンサの検出値から揺動部の揺動角を算出することは可能である。しかしながら、それらのシリンダには大きな振動が作用するため、ストロークセンサを用いた場合には振動対策が必要になる。さらに、例えば揺動部がアームである場合には、アームの揺動角を算出するために、ブームシリンダのストローク検出値とアームシリンダのストローク検出値の両方が必要になる。これに対し、振動の少ない旋回体にカメラを取り付け、そのカメラで撮影された画像から揺動部の揺動角を求めれば、簡単な構成で振動による悪影響を避けることができる。

上記の油圧ショベル駆動システムは、前記旋回体を旋回可能に支持する走行体と、前記旋回体に取り付けられた、前記旋回体の水平度を検出する傾斜センサと、をさらに備え、前記鉛直線は、前記旋回体の旋回軸と平行な仮想直線であり、前記制御装置は、前記傾斜センサで検出された水平度に基づいて、前記カメラで撮影された画像から求められる前記揺動角を補正してもよい。この構成によれば、揺動部の揺動角を地面の傾斜に拘らず正確に求めることができる。

本発明によれば、アームまたはバケットを揺動させるシリンダに重力の影響でキャビテーションが発生することを安価な構成で防止することができる。

本発明の第１実施形態に係る油圧ショベル駆動システムの概略構成図である。油圧ショベルの側面図である。制御弁へのパイロット圧と制御弁の開口面積との関係を示すグラフである。操作レバーの傾倒角と電磁比例弁から出力されるパイロット圧との関係を示すグラフである。アームの揺動角と電磁比例弁から出力されるパイロット圧の上限圧との関係を示すグラフである。アームをキャビンから最も遠くの位置からキャビンの最も近くの位置まで操作レバーを大きく傾倒させて揺動させたときの制御弁のメータアウト側の開口面積の経時的変化を示すグラフである。本発明の第２実施形態に係る油圧ショベル駆動システムの概略構成図である。従来の油圧ショベル駆動システムの概略構成図である。

（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係る油圧ショベル駆動システム１Ａを示し、図２に、その駆動システム１Ａが搭載された油圧ショベル１０を示す。

図２に示す油圧ショベル１０は、自走式であり、走行体１１を含む。また、油圧ショベル１０は、走行体１１に旋回可能に支持された旋回体１２と、旋回体１２に対して俯仰するブーム１３を含む。ブーム１３の先端には、アーム１４が揺動可能に連結されており、アーム１４の先端には、バケット１５が揺動可能に連結されている。旋回体１２には、運転席が設置されたキャビン１６が設けられている。

図１に示すように、駆動システム１Ａは、油圧アクチュエータとして、図示しない左右一対の走行モータおよび旋回モータを含むとともに、ブームシリンダ２１（図２参照）、アームシリンダ２２およびバケットシリンダ２３を含む。ブームシリンダ２１はブーム１３を俯仰させ、アームシリンダ２２はアーム１４を揺動させ、バケットシリンダ２３はバケット１５を揺動させる。

上述した油圧アクチュエータには、主ポンプ３１から制御弁を介して作動油が供給される。主ポンプ３１は、エンジン３０により駆動される。例えば、アームシリンダ２２には、アーム制御弁４１を介して作動油が供給され、バケットシリンダ２３には、バケット制御弁４４を介して作動油が供給される。なお、その他の油圧アクチュエータ用の制御弁は、図示を省略する。主ポンプ３１は、シングルポンプであってもダブルポンプであってもよい。

具体的に、アーム制御弁４１およびバケット制御弁４４は、供給ライン３２により主ポンプ３１と接続されている。また、アーム制御弁４１およびバケット制御弁４４のそれぞれは、タンクライン３５によりタンクと接続されている。

アーム制御弁４１は、一対の給排ライン２２ａ，２２ｂによりアームシリンダ２２と接続されている。アーム制御弁４１は、アームシリンダ２２に対する作動油の供給および排出を制御する。アーム制御弁４１は、アーム１４をキャビン１６に近づけるアーム引き操作用の第１パイロットポート４３と、アーム１４をキャビン１６から遠ざけるアーム押し操作用の第２パイロットポート４２を有している。

同様に、バケット制御弁４４は、一対の給排ライン２３ａ，２３ｂによりバケットシリンダ２３と接続されている。バケット制御弁４４は、バケットシリンダ２３に対する作動油の供給および排出を制御する。バケット制御弁４４は、バケット１５をキャビン１６に近づけるバケットイン操作用の第１パイロットポート４６と、バケット１５をキャビン１６から遠ざけるバケットアウト操作用の第２パイロットポート４５を有している。

さらに、駆動システム１Ａは、アーム制御弁４１を動かすためのアーム操作装置６１と、バケット制御弁４４を動かすためのバケット操作装置６２を含む。アーム操作装置６１は、操作レバーを含み、アーム引き操作とアーム押し操作のどちらかを受けたときに操作レバーの傾倒角に応じた操作信号を出力する。バケット操作装置６２は、操作レバーを含み、バケットイン操作とバケットアウト操作のどちらかを受けたときに操作レバーの傾倒角に応じた操作信号を出力する。

本実施形態では、アーム操作装置６１およびバケット操作装置６２が、操作信号としてパイロット圧を出力するパイロット操作弁である。アーム操作装置６１がアーム引き操作を受けたとき（操作レバーがアーム引き方向に傾倒されたとき）に出力するパイロット圧は第１圧力計８１により検出され、アーム操作装置６１がアーム押し操作を受けたとき（操作レバーがアーム押し方向に傾倒されたとき）に出力するパイロット圧は第２圧力計８２により検出される。同様に、バケット操作装置６２がバケットイン操作を受けたとき（操作レバーがバケットイン方向に傾倒されたとき）に出力するパイロット圧は第３圧力計８３により検出され、バケット操作装置６２がバケットアウト操作を受けたとき（操作レバーがバケットアウト方向に傾倒されたとき）に出力するパイロット圧は第４圧力計８４により検出される。第１〜第４圧力計８１〜８４により検出されるパイロット圧は、制御装置７へ入力される。

上述したアーム制御弁４１の第２パイロットポート４２は、アーム押しパイロットライン６３によりアーム操作装置６１と接続されている。一方、第１パイロットポート４３は、アーム引きパイロットライン６４によりアーム用電磁比例弁５１と接続されている。

同様に、バケット制御弁４４の第２パイロットポート４５は、バケットアウトパイロットライン６５によりバケット操作装置６２と接続されている。一方、第１パイロットポート４６は、バケットインパイロットライン６６によりバケット用電磁比例弁５２と接続されている。

アーム用電磁比例弁５１およびバケット用電磁比例弁５２は、一次圧ライン３４により副ポンプ３３と接続されている。副ポンプ３３は、主ポンプ３１と同様に、エンジン３０により駆動される。

上述した制御装置７は、例えば、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリとＣＰＵを有する。制御装置７は、アーム引き操作時にはアーム操作装置６１から出力される操作信号（本実施形態では、第１圧力計８１で検出されるパイロット圧）に基づいてアーム用電磁比例弁５１を制御し、バケットイン操作時にはバケット操作装置６２から出力される操作信号（本実施形態では、第３圧力計８３で検出されるパイロット圧）に基づいてバケット用電磁比例弁５２を制御する。

本実施形態では、各電磁比例弁５１，５２が、出力されるパイロット圧（二次圧）が指令電流と正の相関を示す正比例型である。ただし、各電磁比例弁５１，５２は、出力されるパイロット圧が指令電流と負の相関を示す逆比例型であってもよい。

具体的に、制御装置７は、アーム引き操作時に、アーム用電磁比例弁５１へ指令電流を送給し、バケットイン操作時に、バケット用電磁比例弁５２へ指令電流を送給する。なお、アーム押し操作時は、アーム操作装置６１から出力されるパイロット圧がアーム制御弁４１の第２パイロットポート４２へ導かれるため、アーム制御弁４１はアーム操作装置６１の操作レバーの傾倒角に応じて制御される。同様に、アームアウト操作時は、バケット操作装置６２から出力されるパイロット圧がバケット制御弁４４の第２パイロットポート４５へ導かれるため、バケット制御弁４４はバケット操作装置６２の操作レバーの傾倒角に応じて制御される。

バケットイン操作時は、制御装置７は、バケット用電磁比例弁５２から出力されるパイロット圧がバケット操作装置６２から出力される操作信号に比例するように、バケット用電磁比例弁５２を制御する。つまり、制御装置７は、バケット操作装置６２から出力される操作信号に比例する指令電流をバケット用電磁比例弁５２へ送給する。

本実施形態では、アーム引き操作時に、以下で説明する上限圧ＰＬに基づく制御が行われる。つまり、本実施形態では、アーム１４が本発明の揺動部に相当し、アーム引き操作およびアーム押し操作がそれぞれ本発明の第１操作および第２操作に相当する。

アーム引き操作時、制御装置７は、図４に示すように、アーム用電磁比例弁５１から出力されるパイロット圧が、上限圧ＰＬまではアーム操作装置６１から出力される操作信号に比例するように、アーム用電磁比例弁５１を制御する。つまり、制御装置７は、アーム用電磁比例弁５１から出力されるパイロット圧が上限圧ＰＬとなるまでは、アーム操作装置６１から出力される操作信号に比例する指令電流をアーム用電磁比例弁５１へ送給し、それ以上にアーム操作装置６１の操作レバーが傾倒されても、アーム用電磁比例弁５１へ送給する指令電流を上限圧ＰＬと対応する値に維持する。

さらに、制御装置７は、アーム１４がキャビン１６に近いほど上限圧ＰＬが上昇するように、アーム用電磁比例弁５１を制御する。本実施形態では、アーム１４の揺動範囲の全域において、そのような制御が行われる。

図２に示すように、本実施形態では、旋回体１２のキャビン１６にアーム１４を撮影するカメラ７１が取り付けられている。そして、制御装置７は、カメラ７１で撮影された画像からアーム１４の揺動角θを求める。アーム１４の揺動角θは、アーム１４およびバケット１５全体である重力影響部の重心とアーム１４の揺動中心１４ａとを結ぶ線と揺動中心１４ａを通る鉛直線Ｌとの間の角度である。重心は、予め定められた点であってもよいし、バケット１５の姿勢に応じて変化する点であってもよい。

具体的に、制御装置７は、カメラ７１で撮影された画像を予め格納された基準データと比較することにより、アーム１４の揺動角θを算出する。この場合、アーム１４の揺動中心１４ａを通る鉛直線Ｌは、旋回体１２の水平度にかかわらず、旋回体１２の旋回軸と平行な仮想直線となる。アーム１４の揺動角θを求めた後、制御装置７は、揺動角θに応じて上限圧ＰＬを決定する。

アーム１４の揺動角θは、重力影響部の重心が鉛直線Ｌ上にあるときにゼロとなり、アーム引き操作時は、キャビン１６から遠い側がプラス、キャビン１６に近い側がマイナスである。

本実施形態では、図５に示すように、アーム１４がキャビン１６から最も遠くの位置からキャビン１６の最も近くの位置まで揺動する、換言すればアーム１４の揺動角θが最大角度θmax（プラスの値）から最小角度θmin（マイナスの値）まで減少すると、上限圧ＰＬがＰ１からＰ２まで上昇する。このため、図４に示すように、アーム操作装置６１の操作レバーがフルに傾倒されたときの最大パイロット圧は、Ｐ１とＰ２の間でアーム１４の揺動角θに応じて変化する。従って、図３に示すように、アーム操作装置６１の操作レバーが大きく傾倒されたときのアーム制御弁４１のメータアウト側の最大開口面積は、アーム１４の揺動角θが最大角度θmaxのときにＡ１と小さくなり、アーム１４の揺動角θが最小角度θminのときにＡ２と大きくなる。

例えば、アーム１４の揺動角θが最大角度θmaxである状態において、アーム１４の揺動角θが最小角度θminとなるまでアーム操作装置６１の操作レバーをフルに傾倒したときには、図６に示すように、アーム制御弁４１のメータアウト側の開口面積は、まずはＡ１まで急激に増大し、その後に揺動角θの変化に応じてＡ２まで緩やかに上昇する。

さらに、本実施形態では、図２に示すように、旋回体１２に傾斜センサ７２が取り付けられている。図例では傾斜センサ７２がキャビン１６に配置されているが、傾斜センサ７２はその他の部分（例えば、エンジンルーム）に配置されてもよい。傾斜センサ７２は、旋回体１２の水平度を検出する。そして、制御装置７は、傾斜センサ７２で検出された水平度に基づいて、カメラ７１で撮影された画像から求められるアーム１４の揺動角θを補正する。例えば、旋回体１２が前下がりの場合には、カメラ７１で撮影された画像から求められるアーム１４の揺動角θを、当該揺動角θから旋回体１２の傾斜角（傾斜センサ７２で検出される水平度）を差し引くように補正する。

以上説明したように、本実施形態の駆動システム１Ａでは、アーム引き操作時に重力影響部（アーム１４およびバケット１５全体）の重心がキャビン１６から最も遠くにあるとき、換言すれば重力がアーム１４に当該アーム１４の揺動を最も加速するように作用するときに、アーム用電磁比例弁５１から出力されるパイロット圧の上限圧ＰＬが最小Ｐ１となる。つまり、アーム操作装置６１の操作レバーが大きく傾倒されたときのアーム制御弁４１のメータアウト側の最大開口面積を、重力影響部の重心がキャビン１６から遠くにあるほど（すなわち、アーム１４の揺動角θが大きいほど）小さくすることができる。従って、アーム１４が重力に準じて揺動するときには、重力の影響でアームシリンダ２２にキャビテーションが発生することを防止することができる。しかも、アーム引き操作に対して１つのアーム用電磁比例弁５１を用いた安価な構成でそれを実現できる。

一方、アーム引き操作時に重力影響部の重心がキャビン１６の最も近くにあるとき、換言すれば重力がアーム１４に当該アーム１４の揺動を最も減速するように作用するときに、アーム用電磁比例弁５１から出力されるパイロット圧の上限圧ＰＬが最大Ｐ２となる。つまり、アーム操作装置６１の操作レバーが大きく傾倒されたときのアーム制御弁４１のメータアウト側の最大開口面積を、重力影響部の重心がキャビン１６に近いほど（すなわち、アーム１４の揺動角θが小さいほど）大きくすることができる。従って、アーム１４が重力に逆らって揺動するときには、アーム操作装置６１の操作レバーが大きく傾倒されたときのアーム制御弁４１のメータアウト側の最大開口面積が大きくなるため、アームシリンダ２２から排出される作動油がアーム制御弁４１で絞られることが抑制される。従って、重力影響部の重心が鉛直線Ｌを基準としてキャビン１６と同じ側に位置するときは、アーム１４の揺動に必要な動力を低減することができる。

ここで、上限圧ＰＬに基づく制御を行わない場合について説明する。この場合、図３中に二点鎖線で示すように、アーム制御弁４１のメータアウト側の開口面積は、本実施形態のメータアウト側の開口面積（実線）に比べて小さくしなければならない。なぜなら、上限圧ＰＬに基づく制御を行わない場合のアーム制御弁４１のメータアウト側の最大開口面積は、最悪条件時（アーム１４の揺動角θが最大角度θmaxであり、かつ、アーム操作装置６１の操作レバーがフルに傾倒されたとき）に、アームシリンダ２２でキャビテーションが発生しないように設定されるからである。このため、最悪条件時以外では、アームシリンダ２２から排出される作動油がアーム制御弁４１で無駄に絞られることになる。

これに対し、本実施形態では、アーム操作装置６１の操作レバーが大きく傾倒されたときのアーム制御弁４１のメータアウト側の最大開口面積がアーム１４の揺動角θに応じて変化する。従って、アーム制御弁４１のメータアウト側の開口面積を、上限圧ＰＬに基づく制御を行わない場合のアーム制御弁４１のメータアウト側の開口面積に比べて、格段に大きくすることができる。

ところで、ブームシリンダ２１およびアームシリンダ２２にストロークセンサを設け、これらのストロークセンサの検出値からアーム１４の揺動角θを算出することは可能である。しかしながら、ブームシリンダ２１およびアームシリンダ２２には大きな振動が作用するため、ストロークセンサを用いた場合には振動対策が必要になる。さらに、アーム１４の揺動角θを算出するために、ブームシリンダ２１のストローク検出値とアームシリンダ２２のストローク検出値の両方が必要になる。これに対し、本実施形態のように振動の少ない旋回体１２にカメラ７１を取り付け、そのカメラ７１で撮影された画像からアーム１４の揺動角θを求めれば、簡単な構成で振動による悪影響を避けることができる。

さらに、本実施形態では、傾斜センサ７２で検出された旋回体１２の水平度に基づいて、カメラ７１で撮影された画像から求められるアーム１４の揺動角θが補正されるので、アーム１４の揺動角θを地面の傾斜に拘らず正確に求めることができる。

＜変形例＞
バケット用電磁比例弁５２が省略され、パイロット操作弁であるバケット操作装置６２がバケットインパイロットライン６６によりバケット制御弁４４の第１パイロットポート４６と接続されてもよい。しかし、バケット用電磁比例弁５２が設けられていれば、上限圧ＰＬに基づく制御を、バケットイン操作時にも行うことができる。あるいは、上限圧ＰＬに基づく制御をアーム引き操作時に行わずにバケットイン操作時にのみ行ってもよい。この場合、アーム用電磁比例弁５１が省略され、パイロット操作弁であるアーム操作装置６１がアーム引きパイロットライン６４によりアーム制御弁４１の第１パイロットポート４３と接続されてもよい。

上限圧ＰＬに基づく制御をバケットイン操作時に行う場合、バケット１５が本発明の揺動部に相当し、バケットイン操作およびバケットアウト操作がそれぞれ本発明の第１操作および第２操作に相当する。この場合、制御装置７は、前記実施形態と同様に、バケット用電磁比例弁５２から出力されるパイロット圧が、上限圧ＰＬまではバケット操作装置６２から出力される操作信号に比例するように、バケット用電磁比例弁５２を制御する。つまり、制御装置７は、バケット用電磁比例弁５２から出力されるパイロット圧が上限圧ＰＬとなるまでは、バケット操作装置６２から出力される操作信号に比例する指令電流をバケット用電磁比例弁５２へ送給し、それ以上にバケット操作装置６２の操作レバーが傾倒されても、バケット用電磁比例弁５２へ送給する指令電流を上限圧ＰＬと対応する値に維持する。

さらに、制御装置７は、バケット１５の揺動範囲の全域において、バケット１５がキャビン１６に近いほど上限圧ＰＬが上昇するように、バケット用電磁比例弁５２を制御する。この場合、キャビン１６に取り付けられるカメラ７１でバケット１５を撮影してもよい。そして、制御装置７は、カメラ７１で撮影された画像から、バケット１５（重力影響部）の重心とバケット１５の揺動中心１５ａ（図２参照）とを結ぶ線と揺動中心１５ａを通る鉛直線との間の角度であるバケット１５の揺動角を求め、この揺動角に応じて上限圧ＰＬを決定する。

このような構成であれば、前記実施形態と同様の効果（前記実施形態の効果においてアーム１４をバケット１５と読み替えたもの）を得ることができる。

また、前記実施形態では、アーム１４の揺動範囲の全域においてアーム１４がキャビン１６に近いほど上限圧ＰＬが上昇していた。しかし、重力影響部（アーム１４およびバケット１５全体）の重心が少なくとも鉛直線Ｌを基準としてキャビン１６と反対側に位置する限りは、アーム１４がキャビン１６に近いほど上限圧ＰＬが上昇してもよい。この点は、上限圧ＰＬに基づく制御をバケットイン操作時に行う場合も同様である。

（第２実施形態）
次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態に係る油圧ショベル駆動システム１Ｂを説明する。

本実施形態では、アーム操作装置６１およびバケット操作装置６２が、操作信号として制御装置７へ電気信号を出力する電気ジョイスティックである。このため、アーム制御弁４１の第２パイロットポート４２は、アーム押しパイロットライン６３によりアーム用電磁比例弁５３と接続されており、バケット制御弁４４の第２パイロットポート４５は、バケットアウトパイロットライン６５によりバケット用電磁比例弁５４と接続されている。なお、図７では、図面の簡略化のために一部の信号線のみを描いている。

本実施形態では、第１実施形態で説明した上限圧ＰＬに基づく制御が、アーム引き操作時にのみ行われてもよいし、バケットイン操作時にのみ行われてもよい。あるいは、本実施形態では、第１実施形態で説明した上限圧ＰＬに基づく制御が、アーム押し操作時にのみ行われてもよいし、バケットアウト操作時にのみ行われてもよい。

さらには、上限圧ＰＬに基づく制御は、アーム引き操作時およびアーム押し操作時に行われてもよい。この場合、アーム用電磁比例弁５１が本発明の第１電磁比例弁に相当し、アーム用電磁比例弁５３が本発明の第２電磁比例弁に相当する。あるいは、上限圧ＰＬに基づく制御は、バケットイン操作時およびバケットアウト操作時に行われてもよい。

例えば、上限圧ＰＬに基づく制御をアーム押し操作時に行う場合、制御装置７は、アーム用電磁比例弁５３から出力されるパイロット圧が、上限圧ＰＬまではアーム操作装置６１から出力される操作信号に比例するように、アーム用電磁比例弁５３を制御する。また、アーム押し操作時、制御装置７は、重力影響部（アーム１４およびバケット１５全体）の重心が少なくとも鉛直線Ｌを基準としてキャビン１６と同じ側に位置する限りは、アーム１４がキャビン１６から遠くにあるほど上限圧ＰＬが上昇するように、アーム用電磁比例弁５３を制御してもよい。上限圧ＰＬの決定は、第１実施形態で説明したのと同様に行われる。

アーム１４の揺動角θは、重力影響部の重心が鉛直線Ｌ上にあるときにゼロとなり、アーム押し操作時は、キャビン１６に近い側がプラス、キャビン１６から遠い側がマイナスである。

上記の構成によれば、アーム押し操作時に、アーム操作装置６１の操作レバーが大きく傾倒されたときのアーム制御弁４１のメータアウト側の最大開口面積を、重力影響部の重心がキャビン１６に近いほど（すなわち、アーム１４の揺動角θが大きいほど）小さくすることができる。従って、アーム１４が重力に準じて揺動するときには、重力の影響でアームシリンダ２２にキャビテーションが発生することを防止することができる。しかも、アーム押し操作に対して１つのアーム用電磁比例弁５３を用いた安価な構成でそれを実現できる。

さらに、アーム１４の揺動範囲の全域においてアーム１４がキャビン１６から遠くにあるほど上限圧ＰＬが上昇する場合には、アーム操作装置６１の操作レバーが大きく傾倒されたときのアーム制御弁４１のメータアウト側の最大開口面積を、重力影響部の重心がキャビン１６から遠くにあるほど（すなわち、アーム１４の揺動角θが小さいほど）大きくすることができる。従って、アーム１４が重力に逆らって揺動するときには、アーム操作装置６１の操作レバーが大きく傾倒されたときのアーム制御弁４１のメータアウト側の最大開口面積が大きくなるため、アームシリンダ２２から排出される作動油がアーム制御弁４１で絞られることが抑制される。従って、重力影響部の重心が鉛直線Ｌを基準としてキャビン１６と反対側に位置するときは、アーム１４の揺動に必要な動力を低減することができる。

（その他の実施形態）
本発明は上述した第１および第２実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、アーム制御弁４１およびバケット制御弁４４のそれぞれは、必ずしも単一の制御弁である必要はなく、メータイン用の制御弁とメータアウト用の制御弁に分かれていてもよい。また、エンジン３０の代わりに電動機を用いてもよい。

さらに、駆動システム（１Ａまたは１Ｂ）が搭載される油圧ショベル１０は、必ずしも自走式である必要はない。例えば、油圧ショベル１０が船に搭載される場合には、旋回体１２が船体に旋回可能に支持されてもよい。

１Ａ，１Ｂ油圧ショベル駆動システム
１０油圧ショベル
１１走行体
１２旋回体
１４アーム（揺動部）
１５バケット（揺動部）
２２アームシリンダ
２３バケットシリンダ
４１アーム制御弁
４２第２パイロットポート
４３第１パイロットポート
４４バケット制御弁
４５第２パイロットポート
４６第１パイロットポート
５１，５２，５３，５４電磁比例弁
６１アーム操作装置
６２バケット操作装置
７制御装置
７１カメラ
７２傾斜センサ

Claims

アームまたはバケットである揺動部を揺動させるシリンダと、
前記シリンダに対する作動油の供給および排出を制御する制御弁であって、前記揺動部をキャビンに近づける第１操作用の第１パイロットポートおよび前記揺動部を前記キャビンから遠ざける第２操作用の第２パイロットポートを有する制御弁と、
操作レバーを含み、前記第１操作と前記第２操作のどちらかを受けたときに前記操作レバーの傾倒角に応じた操作信号を出力する操作装置と、
前記第１パイロットポートと接続された電磁比例弁と、
前記操作信号に基づいて前記電磁比例弁を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記操作装置が前記第１操作を受けたとき、前記電磁比例弁から出力されるパイロット圧が、上限圧までは前記操作装置から出力される操作信号に比例し、かつ、前記揺動部がアームであるときはアームおよびバケット全体の重心が、前記揺動部がバケットであるときはバケットの重心が、少なくとも前記揺動部の揺動中心を通る鉛直線を基準として前記キャビンと反対側に位置する限りは、前記揺動部が前記キャビンに近いほど前記上限圧が上昇するように、前記電磁比例弁を制御する、油圧ショベル駆動システム。
前記制御装置は、前記操作装置が前記第１操作を受けたとき、前記揺動部の揺動範囲の全域において、前記揺動部が前記キャビンに近いほど前記上限圧が上昇するように、前記電磁比例弁を制御する、請求項１に記載の油圧ショベル駆動システム。
前記電磁比例弁は、第１電磁比例弁であり、
前記第２パイロットポートと接続された第２電磁比例弁をさらに備え、
前記制御装置は、前記操作装置が前記第２操作を受けたとき、前記第２電磁比例弁から出力されるパイロット圧が、上限圧までは前記操作装置から出力される操作信号に比例し、かつ、前記揺動部がアームであるときはアームおよびバケット全体の重心が、前記揺動部がバケットであるときはバケットの重心が、少なくとも前記揺動部の揺動中心を通る鉛直線を基準として前記キャビンと同じ側に位置する限りは、前記揺動部が前記キャビンから遠くにあるほど前記上限圧が上昇するように、前記第２電磁比例弁を制御する、請求項１または２に記載の油圧ショベル駆動システム。
前記制御装置は、前記操作装置が前記第２操作を受けたとき、前記揺動部の揺動範囲の全域において、前記揺動部が前記キャビンから遠くにあるほど前記上限圧が上昇するように、前記第２電磁比例弁を制御する、請求項３に記載の油圧ショベル駆動システム。
アームまたはバケットである揺動部を揺動させるシリンダと、
前記シリンダに対する作動油の供給および排出を制御する制御弁であって、前記揺動部をキャビンに近づける第１操作用の第１パイロットポートおよび前記揺動部を前記キャビンから遠ざける第２操作用の第２パイロットポートを有する制御弁と、
操作レバーを含み、前記第１操作と前記第２操作のどちらかを受けたときに前記操作レバーの傾倒角に応じた操作信号を出力する操作装置と、
前記第２パイロットポートと接続された電磁比例弁と、
前記操作信号に基づいて前記電磁比例弁を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記操作装置が前記第２操作を受けたとき、前記電磁比例弁から出力されるパイロット圧が、上限圧までは前記操作装置から出力される操作信号に比例し、かつ、前記揺動部がアームであるときはアームおよびバケット全体の重心が、前記揺動部がバケットであるときはバケットの重心が、少なくとも前記揺動部の揺動中心を通る鉛直線を基準として前記キャビンと同じ側に位置する限りは、前記揺動部が前記キャビンから遠くにあるほど前記上限圧が上昇するように、前記電磁比例弁を制御する、油圧ショベル駆動システム。
前記制御装置は、前記操作装置が前記第２操作を受けたとき、前記揺動部の揺動範囲の全域において、前記揺動部が前記キャビンから遠くにあるほど前記上限圧が上昇するように、前記電磁比例弁を制御する、請求項５に記載の油圧ショベル駆動システム。
旋回体と、
前記旋回体に取り付けられた、前記揺動部を撮影するカメラと、をさらに備え、
前記制御装置は、前記カメラで撮影された画像から、前記重心と前記揺動部の揺動中心とを結ぶ線と前記鉛直線との間の揺動角を求め、この揺動角に応じて前記上限圧を決定する、請求項１〜６の何れか一項に記載の油圧ショベル駆動システム。
前記旋回体を旋回可能に支持する走行体と、
前記旋回体に取り付けられた、前記旋回体の水平度を検出する傾斜センサと、をさらに備え、
前記鉛直線は、前記旋回体の旋回軸と平行な仮想直線であり、
前記制御装置は、前記傾斜センサで検出された水平度に基づいて、前記カメラで撮影された画像から求められる前記揺動角を補正する、請求項７に記載の油圧ショベル駆動システム。