专利名称：液压式作业机械的控制装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及利用压力液体驱动执行机构进行作业的液压式作业机械的控制装置及其控制方法。
然而，在前者的场合，存在可变节流出现故障时控制阀的动作降低；执行机构的制动难于奏效等操作上的问题。另外，在后者的场合，也有执行机构的前后成为连通的状态；执行机构停止不了等操作上的问题。进而，还存在形成连通两侧管路的旁通线路，故向执行机构的供给流量减少，速度降低的问题。
本发明的液压式作业机械的控制装置构成如下即液压泵；利用从该液压泵排出的驱动介质驱动的液压式执行机构；对于该液压式执行机构的驱动介质的给排进行控制的切换装置；操作该切换装置的操作装置；设置在该切换装置的排出侧管路、控制驱动介质的排出流量的排出流量控制装置；以及检测该操作装置的操作速度，根据操作速度操作排出流量控制装置的控制装置。
此时，利用排出量控制装置，根据操作速度控制液压式执行机构的排出侧管路的排出流量，所以对操作装置进行急操作时，能够减少冲击和振动。另外，排出流量控制装置设置在切换装置的排出侧管路上，所以排出流量控制装置即使出现故障时，通过使切换装置动作，液压式执行机构也能制动和停止，进而，也提高了操作性。
图2是表示有关上述第1实施形式的液压式作业机械的控制方法的流程图。
图3是表示操作杆量和液控压力的关系的示意图。
图4是表示液控压力和电磁比例阀电流的关系的示意图。
图5是表示电磁比例阀电流和电磁比例阀二次压力的关系的示意图。
图6是表示电磁比例阀二次压力和排出流量控制阀开度的关系的示意图。
图7是表示操作杆量和排出流量控制阀开度的关系的示意图。
图8是表示第1实施形式中的操作量、背压、速度的变化状态和现有技术的操作量、背压、速度的变化状态的示意图。
图9是表示有关本发明的液压式作业机械的控制装置的第2实施形式的主要部分回路图。
图10是表示液控压力和电磁比例阀电流的关系的变形例的示意图。
最佳实施形式的说明以下，参照附图对本发明的液压式作业机械的控制装置进行说明。在下面的实施形式中表示将该控制装置应用于液压挖掘机的动臂缸回路的例子。而且，这是本发明的第1实施形式，但并不限定于此。第1实施形式对本发明的第1实施形式根据图1至图8进行以下说明。
图1是表示有关本发明的液压式作业机械的控制装置的第1实施形式的主要部分回路图。图1所示的液压挖掘机1是一种利用液压进行挖掘等作业的液压式作业机械。该液压挖掘机1包括动臂2、悬臂3和铲斗4。另外，动臂2和悬臂3之间装有作为执行机构的液压缸5，利用该液压缸5的伸缩动作驱动悬臂3。
另外，如图1所示，液压挖掘机1的控制装置19，由作为液压式执行机构的液压缸5；作为液压泵的泵6；作为切换装置的主流量控制阀7；作为操作装置的遥控阀8；作为液控压力传感器的压力传感器10a、10b；作为排出流量控制装置的排出流量控制阀11；电磁比例阀12以及作为控制装置的控制器13构成。
泵6向液压缸5供给油箱T的压力油。连接液压缸5的缸盖侧油室5a的第1管路15和连接液压缸5的杆侧油室5b的第2管路16，通过液压先导切换式的主流量控制阀7相连接。另外，主流量控制阀7通过供给侧管路16a连接于泵6，同时通过排出侧管路15a连接于油箱T。
主流量控制阀7是液压先导切换式阀，是先导(pilot)切换装置。主流量控制阀7，对向液压缸5给排的压力油的动作方向和流量进行控制。该主流量控制阀7有以下3个切换位置。即通过向液控口7a供给液控压力来进行切换的第1位置a；通过向液控口7b供给液控压力进行切换的第2位置b；及以弹簧7c的按压进行切换的中立位置c。在第1位置a，液压缸5伸长；在第2位置，液压缸5缩短。
遥控阀8由操作杆8a操作。遥控阀8是使操作杆8a的操作量变换为液控压力的操作装置。利用遥控阀8的操作，通过液控管线17a或17b，向主流量控制阀7的两侧的液控口7a、7b中的操作侧供给液控(pilot)压力，主流量控制阀7执行切换动作。而且，遥控阀8有压力源9a。
两侧液控管线17a、17b分别连接有压力传感器10a、10b。压力传感器10a、10b对与遥控阀8的操作量对应的液控压力Pi进行检测，液控压力信号输入到控制器13。
排出流量控制阀11是排出流量控制装置，设置在主流量控制阀7的排出侧管路15a中。
电磁比例阀12根据来自控制器13的指令控制电磁比例阀二次压力18，利用电磁比例阀二次压力18控制排出流量控制阀11的开度。而且，电磁比例阀12有压力源9b。
控制器13是控制装置，由压力变动速度运算装置—压力变动速度运算部13a；电磁比例阀电流运算装置—电磁比例阀电流运算部13b；及指令装置—指令部13c构成。压力变动速度运算部13a从压力传感器10a、10b输入的液控压力信号计算液控压力Pi的液控压力变动速度即操作速度。电磁比例阀电流运算部13b从运算出的操作速度计算电磁比例阀电流。指令部13c将运算出的电磁比例阀电流输出到电磁比例阀12。
下面，对液压挖掘机1的控制装置19的作用进行说明。图2是表示有关本实施形式的液压式作业机械的控制方法的流程图。
首先，操作杆8a进行操作，操作量由遥控阀8变换为液控压力，并由压力传感器10a、10b进行检测，输入到控制器13。然后，在控制器13中，从压力传感器10a、10b输入的液控信号读出液控压力Pi(步骤S1)。在此，操作杆的操作量和液控压力有如图3所示的关系。
其次，在压力变动速度运算部13a，利用读出的液控压力的当前值Pi(T)和上次取样时输入的液控压力Pi(T-T)，求出压力变动速度即操作速度(步骤S2)。而且，操作速度dPi/dt由下式求出dPi/dt＝(Pi(T)-Pi(T-T))/T算出的操作速度输入到电磁比例阀电流运算部13b，根据表示液控压力和电磁比例阀电流的关系的图4中的图形，算出电磁比例阀电流(步骤S3)。而且，如图4所示，电磁比例阀电流的计算应使用根据操作速度而不同的图形。图形设定为在操作速度的高速度侧电磁比例阀电流变小。
算出的电磁比例阀电流由指令部13c输出到电磁比例阀12(步骤S4)。
而且，在电磁比例阀12中，利用输出的电磁比例阀电流控制电磁比例阀二次压力18。且电磁比例阀电流和电磁比例阀二次压力，有如图5所示的正比例的关系，电磁比例阀电流增加时，则电磁比例阀二次压力也增加。
进而，利用电磁比例阀二次压力18控制排出流量控制阀11的开度。而且，电磁比例阀二次压力和排出流量控制阀的开度，有如图6所示的大致成比例的关系，电磁比例阀电流增加时，则排出流量控制阀的开度也增加。
依据该控制装置19，操作量多、操作速度变快时，如图7所示，在排出侧管路15a上与主流量控制阀7串联设置的排出流量控制阀11的开度，随着操作速度的加快而变小。因此，液压缸5的背压的上升方式为，利用该排出侧流量控制阀11的节流，如图8所示，从杆返回开始后就产生充分的背压。
另一方面，一般使用的压力液体驱动回路中，对执行机构加以制动时，通过操作杆返回，在执行机构的排出侧配管内产生背压。结果，采用利用产生制动力使执行机构减速和停止的出口节流控制。此时，背压利用主控制阀的排出侧的节流来产生。一般对该主控制阀排出侧节流进行节流时，则通常操作时在节流部压力损失造成的发热即能量损失量变大，对节流部过度进行节流，将使燃料消耗效率变差。因此，对操作杆进行急速返回操作，则在如图8所示的现有技术的场合，杆开始返回的背压未充分上升，造成制动力不足。这是因为主控制阀排出侧的节流未充分进行节流的缘故。
对此，如果根据本发明，如图8所示，与现有技术相比较，从杆开始返回的早期阶段就产生充分的制动力，执行机构速度减速。因此，在停止之前，执行机构速度已充分减速，故能够解决现有技术那样，产生大的背压并加以急制动的问题。即可以减少杆急返回时的冲击及振动。
即因为利用控制装置19，是随着操作速度加速而操作排出流量控制装置的开度，以减少排出侧管路的排出流量，所以能在对于操作装置进行急操作时，从操作后的早期阶段就产生充分的背压(制动力)，使执行机构速度衰减。因此，可以减轻进行急操作时的冲击及振动。
另外，如果利用上述控制装置19，进行操作速度比较小的杆操作，则如图7所示，排出侧流量控制阀的节流就不会被强力节流。为此，将不易产生伴随节流部的压力损失的发热问题。
进而，在本实施形式中，未采用将电磁阀产生的可变节流插入到主流量控制阀的液控管线等的构成，所以排出流量控制阀11或电磁比例阀12发生故障时，主流量控制阀7的动作也不受影响。为此，可以由主流量控制阀7的功能实现振动和停止，操作性良好。
另外，在本实施形式中，与将电磁阀产生的可变节流和主流量控制阀进行并联配置的构成不同。本实施形式中，由电磁比例阀12驱动的排出流量控制阀11配置在主流量控制阀7的排出侧管路15a上。因此，即使排出流量控制阀11或电磁比例阀12发生故障时，一旦杆返回中立，则主流量控制阀7也变为全闭。为此，第1管路15及第2管路16完全关闭，执行机构能够可靠地实现停止。第2实施形式下面，根据图9对本发明的第2实施形式进行说明。图9是表示有关本发明的液压式作业机械的控制装置的第2实施形式的主要部分回路图。而且，对于与第1实施形式相同的部件标有同一的符号，省去其说明。
在有关本实施形式的控制装置19中，如图9所示，配备再生流量控制阀20替代排出流量控制阀11。另外，至缸盖侧油室5a的第1管路15和排出侧管路15a之间设有再生管路14。
再生流量控制阀20，以与主流量控制阀7串联、并包含排出侧管路15a和再生管路14的状态设置在排出侧管路15a上。再生流量控制阀20，作为执行机构即液压缸5的增速回路，把从排出侧管路15a排出的压力油的一部分通过再生管路14供给第1管路15。其余的压力油从排出侧管路15a排出到油箱T。
另外，电磁比例阀12利用来自控制器13的指令控制电磁比例阀二次压力18。利用电磁比例阀二次压力18控制再生流量控制阀20的开度。
其他的构成与第1实施形式相同。
而且，在上述的构成中，有关本实施形式的控制装置19的作用，与上述的第1实施形式的控制装置19的作用相同，因此以下只对不同点作一说明。
为使悬臂3下降对操作杆8a进行急操作，则依靠电磁比例阀二次压力18进行控制，使再生流量控制阀20的开度在操作速度的高速度侧变小。结果，从排出侧管路15a排出到油箱的压力油的量减少。另一方面，悬臂3下降时，则液压缸5伸长，杆侧油室5b的油压力变得比缸盖侧油室5a的油压力高。结果，从主流量控制阀7到缸盖侧油室5a的流量不足。因此，从排出侧管路15a排出的压力油通过再生回路14流入第1管路15，供给缸盖侧油室5a。而且，电磁比例阀二次压力和再生流量控制阀开度具有与第1实施形式同样如图6所示的关系，图6中的“排出流量控制阀开度”在本实施形式的场合，与“再生流量控制阀开度”对应。
这样，如果依靠本实施形式的控制装置19，在操作量多、操作速度快的场合，与第1实施形式同样，如图7所示，再生流量控制阀20的开度随着操作速度的加快而变小。因此，与第1实施形式同样，液压缸5的背压的上升方法是通过再生流量控制阀20的节流，如图8所示，从杆开始返回后就产生充分的背压。因此，与第1实施形式同样，能够减轻杆急返回时的冲击和振动。而且，在本实施形式的场合，图7中的“排出流量控制阀开度”与“再生流量控制阀开度”对应。
另外，再生流量控制阀20，能够对由再生回路14向供给侧管路16a供给的压力油的一部分的流量进行控制，同时，对由排出侧管路15a排出的剩余压力油的流量进行控制。因此，可以使控制装置19的构造简化。
如上所述，切换装置具有液压先导切换式的阀。操作装置具有通过液控管线向切换装置供给液控压力的遥控阀。排出流量控制装置具有通过电磁比例阀控制排出流量的排出流量控制阀。控制装置由检测液控压力的液控压力检测装置；将检测的液控压力的变动速度作为操作速度进行运算的操作速度运算装置；根据运算的操作速度对电磁比例阀电流进行运算的电磁比例阀电流运算装置；及将运算的电磁比例阀电流作为指令信号相对于电磁比例阀进行输出的指令装置构成。
如果利用这样的构成，以遥控阀变换的液控压力由液控压力检测装置进行检测，在液控压力检测装置中，液控压力被运算成操作速度，在操作速度运算装置中，按照操作速度进行电磁比例阀电流运算。而且，根据从指令装置输出的电磁比例阀电流的指令信号，通过电磁比例阀操作排出流量控制阀，对液压式执行机构的排出侧管路的排出流量进行控制。因此，对于操作装置，能够在进行急操作时减少冲击和振动。另外，因为排出流量控制阀与液压先导控制阀串联设置，所以在排出流量控制阀出现故障时，也能利用使液压先导切换装置动作，使液压式执行机构实行制动和停止，提高了操作性。
另外，本发明具备，包括把从排出侧管路排出的驱动介质供给与液压式执行机构的缸盖侧油室连接的第1管路或与液压式执行机构的杆侧油室相连的第2管路之一的再生管路的再生流量控制阀。
利用这种构成，依靠与切换装置串联设置的排出流量控制装置，可以减少对操作装置进行急操作时产生的冲击和振动。另外，即使排出流量控制装置出现故障时，利用对切换装置的驱动也可以使液压式执行机构实现制动、停止。由此，可以提高操作性。进而，通过给排出流量控制装置设有再生流量控制阀，可以提高操作性，同时因为能够共用排出流量控制和再生流量控制，所以使装置的构造简化。
进而，推荐一种液压式作业机构，该液压式作业机构具备液压泵；利用从液压泵排出的驱动介质进行驱动的液压式执行机构；对液压式执行机构的驱动介质的给排进行控制的切换装置；及对切换装置进行操作的操作装置，在切换装置的排出侧管路上设置排出流量控制装置，并在操作液压式执行机构时，进行控制，根据操作装置的操作速度使流量控制装置的开度在高速度侧变小。
这种场合下，因为是依靠排出量控制装置，根据操作速度对液压式执行机构的排出侧管路的排出流量进行控制，所以可在急操作时进行控制，以减少冲击和振动。另外，因为排出流量控制装置与切换装置串联设置，所以即使排出流量控制装置出现故障时，通过使切换装置动作，也可以使液压式执行机构实现制动和停止，提高了操作性。
另外，因为对执行机构的排出侧的阀与供给侧的阀单独进行控制，所以可以提高减少振动的效果。进而，因为未使用连通压力液体的供给侧和排出侧的管路的旁通线路，所以向执行机构的供给流量减少且速度降低的问题得到改善。
而且，有关本发明的液压式作业机械的控制装置的实施形式，并不限定于上述的实施形式，可以进行能充分满足权利要求范围中所述的技术思想的各种各样的设计变更。
例如在上述实施形式中，如图4所示的电磁比例阀电流和液控压力的关系的曲线图形中，操作速度变快时，可设置曲率使电磁阀电流发生改变。但是，也可以如图10所示，根据操作速度使电磁阀电流产生直线性变化。在这种场合也能得到与上述实施形式同样的效果。
另外，在第2实施形式中，再生管路14设置在至缸盖侧油室5a的第1管路15和排出管路15a之间。但是，也可以将再生管路14设置在至杆侧油室5b的第2管路16和排出管路15a间。
进而，在上述实施形式中，是使用液控压力计算出操作速度，但也可以用传感器检测遥控阀8的操作量，从该操作量算出操作速度。或者，也可以直接用速度传感器检测遥控阀8的操作速度。另外，进一步也可以不用电磁比例阀12，利用来自控制器13的指令，直接对排出流量控制阀11或再生流量控制阀20进行操作。
本发明并不限定于上述实施形式中举出的液压挖掘机的动臂缸回路，特别是它能够广泛应用于对惯性大的可动部进行驱动的执行机构回路。
权利要求
1.一种液压式作业机械的控制装置，它包括以下部分液压泵；利用从所述液压泵排出的驱动介质进行驱动的液压式执行机构；对所述液压式执行机构的驱动介质的给排进行控制的切换装置；对所述切换装置进行操作的操作装置；设置在所述切换装置的排出侧管路上、对驱动介质的排出流量进行控制的排出流量控制装置；及对所述操作装置的操作速度进行检测并根据该操作速度，对所述排出流量控制装置进行操作的控制装置。
2.根据权利要求1所述的液压式作业机械的控制装置，其特征是，所述控制装置在所述操作装置的操作速度快时，进行所述排出流量控制装置的开度操作，使所述排出侧管路的排出流量减少。
3.根据权利要求1所述的液压式作业机械的控制装置，其特征是，所述切换装置具备液压先导切换式阀。
4.根据权利要求1所述的液压式作业机械的控制装置，其特征是，所述操作装置具备通过液控管线向所述切换装置供给液控压力的遥控阀。
5.根据权利要求1所述的液压式作业机械的控制装置，其特征是，所述排出流量控制装置具备通过电磁比例阀对排出流量进行控制的排出流量控制阀。
6.根据权利要求4所述的液压式作业机械的控制装置，其特征是，所述控制装置具有检测所述液控压力的液控压力检测装置；以所述液控压力的变动速度为操作速度进行运算的操作速度运算装置；根据所述操作速度对电磁比例阀电流进行运算的电磁比例阀电流运算装置；以及以所述电磁比例阀电流作为对电磁比例阀的指令信号进行输出的指令装置。
7.根据权利要求1所述的液压式作业机械的控制装置，其特征是，所述排出流量控制装置是具有把从所述排出侧管路排出的驱动介质供给连接于所述液压式执行机构的缸盖侧油室的第1管路和连接于所述液压式执行机构的杆侧油室的第2管路之一的再生管路的再生流量控制阀。
8.一种液压式作业机械的控制方法，包括在设置在权利要求1所述的液压式作业机械上的液压式执行机构进行操作时，根据所述操作装置的操作速度进行控制，使所述排出流量控制装置的开度在高速度侧变小。
全文摘要
本发明是一种液压式作业机械的控制装置及控制方法，其特征为，它具有的构成是，在主流量控制阀的排出侧管路上设有排出流量控制阀，操作杆的操作量由遥控阀变换为液控压力，该液控压力被输入给控制器，同时液控压力在压力变动速度运算部被计算成压力变动速度即操作速度，进而，操作速度在电磁比例阀电流运算部被计算成电磁比例阀电流，然后，电磁比例阀电流从指令部输出到电磁比例阀，根据电磁比例阀二次压力对排出流量控制阀的开度进行控制。由此，进行急操作时，可以减少冲击和振动，同时提高执行机构的制动和停止的操作性。
文档编号E02F9/22GK1441171SQ0312069
公开日2003年9月10日 申请日期2003年2月8日 优先权日2002年2月4日
发明者冈秀和, 藤井和彦, 菅野直纪, 今西悦二郎 申请人:神钢建设机械株式会社