JPH07116729B2 - 建設機械の作動制御方法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、主として、建設機械の作業装置の作動、機
体の移動などの複雑な操作の制御を容易、確実にするた
めの制御方法と、その装置に関するものである。

従来の技術 建設機械の各種作業装置の作動、姿勢のセッティング、
位置の保持、機体の移動、それら作動の緩急など、動力
の配分・制御は、従来から、運転室や運転席付近に設け
られた操作レバ、ペダル等を前後、上下、ないしは左右
に操作することによりなされていたが、建設機械の大型
化や、作業能率の向上、運転者の疲労軽減などの目的
で、油圧、空気圧、電気などを利用する倍力機構などを
介して操作することで対処してきた。

然るに、近年に至り、更に、建設機械が人力施工にとっ
て代り、非常に緻密な工種を迅速に、しかも、運転者の
技量にのみ期待することなく、安全で経済的に施工する
に適した操縦性能を有する機械が求められてきた。

これらの要求を満足するには、各種作業条件、作業時負
荷、操作レバ等の操作加減に応じた動力の配分、関係作
業装置の相対的作業速度比の保持、各アクチュエータの
円滑な、作動などが可能な制御系が必要であり、１人の
運転者のみの能力では適応しきれなくなっているので、
例えば、油圧動力を利用した建設機械では、作業装置作
動用の動力配分操作は運転者の操作により得られるパイ
ロット油圧により作動させ、一方、作業条件に対応する
上述の如き関連制御事項は、機械各部の状態をピックア
ップ、センサなどで監視しながら運転者が新たな電気信
号を発信させて、所望の機械運転条件に導くといった複
雑な操作が必要である。

このような機械運転時の制御装置として従来から用いら
れてきた制御信号発信装置の例を示すと次のようなもの
がある。すなわち、 第６図に示すのは油圧式リモートコントロール弁（以下
リモコン弁と称す）の要部断面を示す図であり、一般的
には、操作レバ2aを中心として、４方向に放射状等間隔
に、プッシュロッド3a、比例油圧信号発生手段4aが配置
されており、操作レバ2aを前、後、左、右に傾倒させる
ことにより、１または２個のプッシュロッド3aが下方に
押下げられ、その移動量だけ、すなわち、操作レバの傾
倒角度、方向に比例する量だけ、上記比例油圧信号発生
手段4aに内蔵のスプリングが圧縮されるので、その反発
力が増大し、その増大反発力に見合う圧力が発生するま
で、油圧源６の圧油が油圧信号ポート10へと流入してい
く構造となっている。一方、油圧信号ポート10に信号圧
力が保持された状態から、操作レバ2aが中立方向へ復帰
し、比例油圧信号発生手段4a内蔵のスプリングの反発力
が減少すると、油圧信号ポート10はタンクポート７に連
通し、信号圧力は低下していくものである。

第７図は、操作レバ2aの左右方向に配置された比例油圧
信号発生手段4a,4a′の油圧系統図を示す図で、操作レ
バ2aを左右に傾倒させる角度に比例した信号圧力がパイ
ロット管路8,8′へと伝達されることを示す。第８図
は、第７図の比例油圧信号発生部4aまたは4a′における
操作レバストロークＳと信号圧力Piとの関係特性を示す
線図で、この比例特性を利用して、例えば、油圧切換弁
の開度制御などの遠隔制御がなされる。

次に、第９図に示す図は、操作レバ2bの傾倒角度に比例
した電気信号を発生させる装置の要部断面図であり、前
述のリモコン弁と同様、操作レバ2bを中心として４方向
に、プッシュロッド3bと、これに連動する比例電気信号
発生手段5aが放射状に配置された、いわゆる、ジョイス
ティックと称されるものである。この比例電気信号発生
手段5aの構成記号の１例は第10図に示す如きポテンショ
メータで構成され、操作レバ2bを或方向に操作すると、
その方向にある１または２のプッシュロッド3bが下方に
移動し、これに連動する接点で内部の電気抵抗を変化さ
せることにより電気信号に変化をもたらすようにしたも
ので、その特性は第11図に示す如く、操作レバストロー
クＳに比例して信号電圧Eiが増大するように示してある
が、逆にEiが減少する特性にすることも当然容易であ
る。

発明が解決しようとする課題 上述したように、遠隔制御用の油圧信号発生装置と、電
気信号発生装置とは、従来の技術では、それぞれ別個の
製品でしかなく、遠隔操作システムにおいて、強力な操
作力を要する制御には主として、前述のリモコン弁を、
操作レバストロークと或部分の作動、状態などから検出
した電気信号とを加味した新たな電気信号として指令を
発するような、いわゆるメカトロ制御には、ジョイステ
ィックを、と使い分けしており、それらを同時に使用す
ることも往々にしてあるので、構成も複雑なうえ、運転
操作も煩雑となる傾向にある。

この発明は、上記に鑑み、単一の操作レバを操作するの
みで、その操作レバストロークに比例した油圧、電気信
号を含む複数信号を同時に発生する手段を含む位置で、
その装置で発生する異なる複数の信号を、複数の異なる
機能を発揮する建設機械の制御系に、それぞれ、同時に
供給し、所期の合理的作動をなさしめようとするもので
ある。

課題を解決するための手段 イ．本発明の建設機械の作動制御方法では、操作レバを
操作し、その操作量に比例する信号を発生させ、当該信
号により運転をするリモートコントロール方式の制御系
において、 ロ．油圧式リモートコントロール弁における操作レバの
傾倒角度に応じてストローク移動しかつパイロット圧を
導出せしめるプッシュロッドに絶縁体を固定して取付
け、その絶縁体にブラシを設け、また上記油圧式リモー
トコントロール弁の弁本体側に抵抗素子を固定して設
け、その抵抗素子にブラシが接触して摺動移動すること
によって上記抵抗素子の抵抗値を変化させるようにし、
上記操作レバの操作量に比例した油圧および電気信号を
含む複数信号を同時に取出し、建設機械に装備している
所要の制御部へ、直接または間接的に、供給するように
した。

イ．本発明の建設機械の作動制御装置では、操作レバを
操作し、その操作量に比例する信号を発生させ、当該信
号により運転をするリモートコントロール方式の制御系
において、 ロ．上記操作レバの操作量に応じて連動する部材の移動
量に比例して、油圧源からの圧油を減圧してパイロット
油圧信号を発生する機能と、上記部材に連動して、その
移動量に比例する電気信号を発生する機能を含む複数の
信号発生機能を具備せしめて構成した。

作用 この発明にかかる装置を組込んだ油圧回路の建設機械の
運転に当り、主作業装置の作動、機体の移動などをさせ
る操作レバを操作して作業をしようとすると、操作レバ
の操作量に比例した油圧信号はもとより、電気信号も同
時に得られる。従って、例えば、油圧信号を、パイロッ
ト油圧切換式の主作業装置作動用油圧切換弁のパイロッ
ト油室に接続し、同時に発生する電気信号を、直接また
は、エンジンの回転数、出力、アクチュエータの負荷圧
力などを示す電気信号と上記電気信号とから、新たな指
令電気信号を発するコントローラを介してメインポンプ
の吐出油量、切換弁・絞り弁などの作動量を加減するそ
れらの受信部に接続しておくと、常時、所望の運転状態
を、自動的に保持することが可能となるので、従来の如
く、操作レバの微妙な操作、異なる制御信号が必要な場
合毎に別個の操作レバの設置、操作をすることなく、単
一の操作レバの操作により、複数個所の制御効果が発揮
できる。

実施例 この発明の実施例を図に基づいて説明する。

第１図は、この発明にかかる制御信号発信装置１の要部
断面図を示す。図において、２は建設機械の運転席近く
に設けた操作スタンド上の操作レバで、その取付中心軸
線Ｙ−Ｙに対し、ユニバーサルジョイントを介して前後
左右何れの方向へも傾倒自在である。この中心軸線Ｙ−
Ｙを中心として放射状に、通常、前、後、左、右、４方
向にプッシュロッド３を配設し、その頂部は、操作レバ
と一体に傾倒する皿状部材の下面に接している。

４は従来技術で述べたリモコン弁における4aと同様の機
能を有する比例油圧信号発生手段であって、パイロット
ポンプ９から管路21、油圧源ポート６を経て供給された
規定圧油を、操作レバ２の傾倒角度、すなわち、プッシ
ュロッド３の移動量に比例した圧力に変化させ、パイロ
ット圧として、油圧信号ポート10からパイロット管路８
により所望の被制御部機器、例えば油圧切換弁のパイロ
ット油室へと供給される。

また、５は比例電気信号発生手段の１例で、第２図は第
１図におけるＸ−Ｘ矢視断面を示す詳細図であるが、こ
れらの図において、12はプッシュロッド３と共に移動す
る絶縁体、Ａはその本体であり、該本体Ａの内面には、
相互に電気的に絶縁された抵抗素子14とこれに平行な導
電体14aとがあり、これらに同時に接触し、長手方向に
摺動する如く、ブラシ13が、上記絶縁体12の側面に固設
してある。そうして、抵抗素子14の両端部および導電体
14aから、それぞれ、接続端子15,16,17が外部に向けて
設けられ、更に、これらに接続する電線18,19,20があ
る。

従って、上記構成の制御信号発信装置１は、プッシュロ
ッド３が下方に移動すること、すなわち、操作レバ２の
その方向のストロークが大きくなるにつれ、油圧信号ポ
ート10からのパイロット信号圧力は増大し、接続端子1
5,16間の電気抵抗に対し、ブラシ13の位置が変ることに
より、接続端子16,17間、または、15,17間の電気抵抗は
変化するので、接続端子15に連なる電線18と、接続端子
16に連なる電線19との間に電源電圧を加えると、電線1
9,20間または18,20間で変化する電気信号を取出すこと
が可能である。

上記構成を簡明に記号により示した系統図が第３図であ
り、この図は、プッシュロッド３が４個配置された制御
信号発信装置１のうち、操作レバ２が、前後または左右
の２方向に操作されるとき、比例油圧信号発生手段4,
4′と比例電気信号発生手段5,5′が作動することを示す
ものである。

第４図は、制御信号発生装置１のうちの１対の比例油圧
信号発生手段と比例電気信号発生手段の特性の１例を示
す線図であり、１個の操作レバストロークＳの増大に伴
ない、パイロット信号圧力Piは、Ｓ−Pi特性に示す如く
増大し、信号電圧EiはＳ−EiI特性の如く増大したり、
Ｓ−EiII特性に示す如く減少したりすることが可能であ
ることを示す。

以上の如き特性を有する制御信号発信装置を備えた建設
機械の制御方法の１例として、油圧ショベルの作業装置
作動用のアクチュエータの１つであるアームシリンダの
油圧系統を示す第５図に基づいて説明する。

図において、21,9は、それぞれ、エンジン22で駆動され
るメインポンプとパイロットポンプであり、メインポン
プ21はアーム26回動用のアームシリンダ27を伸縮させる
油圧切換弁23およびその他のアクチュエータ用の油圧切
換弁に圧油を供給し、パイロットポンプ９は、この発明
にかかる制御信号発信装置１、後述のコントローラ25な
ど、主として、操作系の油圧源となる。

24はアームシリンダ27のロッド側油室27bと、油圧切換
弁23とを接続する管路30の中間に設けられ、チェック弁
および外部信号の大小に応じて絞り効果が変化する絞り
弁からなる可変スローリターン弁、27aは管路29を介し
て油圧切換弁23に接続するヘッド側油室、28はエンジン
22の回転速度を電気信号として取出す回転数検出器であ
る。

コントローラ25は、上記制御信号発信装置１と回転数検
出器28とからの電気信号が演算部25aに入力されると、
それらの信号の大小の組合わせに対応し、予めプログラ
ムされたルールに基づく新たな電気信号を信号変換部25
bに送り、該変換部25bで圧力信号に変換して管路33に出
力し、可変スローリターン弁24の受信部に供給するよう
になっている。なお、31,32は、制御信号発信装置１の
操作レバ２の操作により得られる油圧信号を油圧切換弁
23の受信部に伝達するパイロット管路である。

以上のような油圧ショベルのアームおよびアームシリン
ダの構成においては、他のこれに類した構成において
も、ほとんど同様の現象となるものであるが、一般的
に、図においても明らかな様に、アーム26の回動中心点
を通る垂直線Ｚ−Ｚに対し、アーム26およびこれに取付
けた工具、付属装置、作業負荷を含めた重心位置が、図
の左方にあるときはその自重により、アームシリンダ27
は強制的に伸長する方向に力を受ける。従って、アーム
シリンダ27を収縮状態から伸長させる過程において、メ
インポンプ21の吐出油量が標準量よりも少ないとき、す
なわち、エンジン22の低速回転時や、油圧切換弁23の切
換開度が不適当なときは、メインポンプ21の吐出油が、
油圧切換弁23、管路29を通りヘッド側油室27aに供給さ
れてアームシリンダ27が伸長する速度よりも早い速度で
伸長するように、ロッド側油室27bの圧油が、管路30、
油圧切換弁23を通り、タンク11へ戻るので、ヘッド側油
室27aには真空状の空隙が発生し、アーム26を引続いて
更に回動させようとする時、その作動が一時的に停止す
るなどの作動上の不工合を生じ、緻密な作業に従事する
には相当の技量を必要とする。

このような現象を防止する目的で、従来技術において
は、管路30の中間に、ロッド側油室27bに向けては自由
通路の機能を果たすチェック弁と、このチェック弁と並
列に絞り弁を設け、通常の作業時負荷の下で、なおか
つ、エンジンは定格回転速度よりも若干低めのときにお
いて、ヘッド側油室27aに空隙が生じない程度に、上記
絞り弁の絞り効果を付与しておく方法がとられてきた。

しかしながら、昨今の如く、油圧ショベルまたは類似の
作業用機械が、１台で多種の作業に使用され、その作業
内容も遅速、精粗と種々雑多で、しかも、経済的に、か
つ、特別の運転技量、特定操作をすることなく、これら
の要求に対応できることが望まれる。

この様な用途に対し、第５図に示す、この発明にかかる
作動制御方法および装置を装備すると容易にその目的と
する要望が満足される。

すなわち、アーム26を回動させるべく、アームシリンダ
27を収縮状態から伸長させるため、操作レバ２を操作す
ると、従来の油圧式リモコン弁と同様、制御信号発信装
置１からパイロット圧信号がパイロット管路31または32
を経て油圧切換弁23を操作レバ２の操作ストロークに比
例する開度に作動させるとともに、上記制御信号発信装
置から、操作レバ２の操作ストロークに比例する電気信
号が発生し、一方、回転数検出器28からは、エンジン22
の回転数に比例する電気信号が発生し、これらの電気信
号は電線によりコントローラ25の演算部25aに導いてあ
るので、信号変換部25bからの出力信号はスローリター
ン弁24の可変絞り弁の絞り効果を加減する。

先にも述べた演算部25aに予めプログラムされたルール
は、上記の場合、油圧切換弁23の切換開度と、そのとき
のエンジン22の回転数の下でのメインポンプ21の吐出量
でもって、伸長するアームシリンダ27のヘッド側油室27
aに空隙が生じない程度にスローリターン弁24内の可変
絞り弁の絞り効果が過不足なく発揮できる信号が、信号
変換部25bから出力されるように設定されている。

なお、上記コントローラ25の演算部25aに入力される情
報は、制御信号発信装置１と回転数検出器28とからの電
気信号としたが、この他に、例えば、負荷状態を示す管
路30の圧力、アーム26の角度など各種の情報と制御信号
発信装置１からの情報を組合わせ入力してもよい。

また、この実施例における制御信号発信装置において
は、１つの操作レバの１方向への系統による１つのプッ
シュロッドの移動に対し、１対の比例油圧信号発信手段
と比例電気信号発生手段とから制御信号が発信される如
く説明したが、必ずしも１対である必要はなく、それぞ
れ複数の信号を同時に発信し、複数の制御系に利用する
ことをも含むことは当然である。

発明の効果 本発明の作動制御方法とその装置では、油圧式リモート
コントロール弁における操作レバの傾倒角度に応じてス
トローク移動しかつパイロット圧を導出せしめるプッシ
ュロッドに絶縁体を固定して取付け、その絶縁体にブラ
シを設け、また上記油圧式リモートコントロール弁の弁
本体側に抵抗素子を固定して設け、その抵抗素子にブラ
シが接触して摺動移動することによって上記抵抗素子の
抵抗値を変化させるようにし、上記操作レバの操作量に
比例した油圧および電気信号を含む複数信号を同時に取
出し、建設機械に装備している所要の制御部へ、直接ま
たは間接的に、供給するようにした。すなわち本発明で
は操作レバを中立位置より傾動操作すると、操作レバの
傾倒角度に比例して抵抗素子の抵抗値が変化し、正確な
比例電気信号を発生させることができる。本発明の作動
制御装置の構造は簡単で安価に製作できるとともに、操
作レバ操作によって発生する正確な電気信号を、所要の
制御系へ自動的かつ確実に作用させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる２系統信号の場合の制御信号
発信装置の要部断面図、第２図は第１図のＸ−Ｘ矢視断
面図、第３図は第１図を記号により示す電気・油圧系統
の機器構成図、第４図は制御信号発信装置からの信号の
特性線図、第５図はこの発明にかかる建設機械の作動制
御方法を油圧ショベルのアーム作動系統に利用した１例
の電気・油圧系統図、第６図は従来の油圧式のリモコン
弁の要部断面図、第７図は第６図を記号により示す油圧
系統構成図、第８図はリモコン弁の油圧信号の特性線
図、第９図は従来のジョイスティックの要部断面図、第
10図は第９図の記号による構成図、第11図はジョイステ
ィックの電気信号の特性線図である。 １……制御信号発信装置 4,4a……比例油圧信号発信手段 5,5a……比例電気信号発信手段 12……絶縁体 13……ブラシ 14……抵抗素子 15,16,17……接続端子 24……可変スローリターン弁 25……コントローラ 28……回転数検出器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】操作レバを操作し、その操作量に比例する
   信号を発生させ、当該信号により運転をするリモートコ
   ントロール方式の制御系において、油圧式リモートコン
   トロール弁における操作レバの傾倒角度に応じてストロ
   ーク移動しかつパイロット圧を導出せしめるプッシュロ
   ッドに絶縁体を固定して取付け、その絶縁体にブラシを
   設け、また上記油圧式リモートコントロール弁の弁本体
   側に抵抗素子を固定して設け、その抵抗素子にブラシが
   接触して摺動移動することによって上記抵抗素子の抵抗
   値を変化させるようにし、上記操作レバの操作量に比例
   した油圧および電気信号を含む複数信号を同時に取出
   し、建設機械に装備している所要の制御部へ、直接また
   は間接的に、供給するようにしたことを特徴とする建設
   機械の作動制御方法。
2. 【請求項２】操作レバを操作し、その操作量に比例する
   信号を発生させ、当該信号により運転をするリモートコ
   ントロール方式の制御系において、上記操作レバの操作
   量に応じて連動する部材の移動量に比例して、油圧源か
   らの圧油を減圧してパイロット油圧信号を発生する機能
   と、上記部材に連動して、その移動量に比例する電気信
   号を発生する機能を含む複数の信号発生機能を具備せし
   めたことを特徴とする建設機械の作動制御装置。