JP2010216208A

JP2010216208A - 旋回制御装置

Info

Publication number: JP2010216208A
Application number: JP2009067692A
Authority: JP
Inventors: Takaya Terakawa; 貴也寺川; Seiichi Akiyama; 征一秋山; Atsushi Wada; 篤志和田; Shigeo Kajita; 重夫梶田; Masato Yahiro; 誠人八尋
Original assignee: Caterpillar SARL
Current assignee: Caterpillar SARL
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2010-09-30

Abstract

【課題】旋回操作終了時に旋回ブレーキ機能を自動的にかつ確実にオン制御できる旋回制御装置を提供する。
【解決手段】ロッカースイッチ26のオン・オフ操作により、旋回停止時における旋回用回路内に閉込められた作動油による旋回ブレーキ機能を開動作で解除できる旋回用回路連通電磁弁54を開閉制御可能である。ロッカースイッチ26のスイッチオン操作により旋回用回路連通電磁弁54が開状態であっても、オフ遅延制御部64は、旋回用の操作レバーが中立位置に戻されてから一定時間経過後に旋回用回路連通電磁弁54を自動的にオフ制御して旋回用回路間を閉じる（旋回ブレーキオン）。
【選択図】図１

Description

本発明は、旋回用回路から供給される流体圧により旋回駆動される旋回モータを備えた旋回制御装置である。

油圧ショベルなどの旋回型の作業機械では、旋回微操作性を向上させるために、旋回モータの旋回用回路間に旋回モータをバイパスして短絡可能に通路を設け、この通路中に、旋回用回路連通電磁弁を開閉制御可能に設置し、この旋回用回路連通電磁弁を開制御することで旋回用制御弁の中立位置における旋回用回路内に閉込められた作動流体による旋回ブレーキ機能を解除するようにし、そして、旋回操作レバーを中立位置に戻したとき旋回用回路連通電磁弁を開位置に切換えて旋回用回路間を連通させ、旋回停止時のショックの緩和を図っている（例えば、特許文献１、２参照）。

図８は上記旋回用回路連通電磁弁の制御回路を示し、旋回用回路連通電磁弁１のオン・オフ（開閉）を、作業機械のキャブ内のスイッチパネルに設けられた専用のロッカースイッチ２をオン・オフ操作することにより、オペレータの意思によって制御できる場合である。

このロッカースイッチ２がオンの間は、旋回用回路連通電磁弁１はオン動作して旋回用回路間の通路を開放し、旋回用回路は継続的な連通状態となる。

このように、旋回性能を向上させるために上記旋回用回路連通電磁弁１を追加することで、旋回用回路間に連通部が生じ、システム的には旋回ブレーキ機能が解除される（旋回ブレーキ・オフ状態となる）。言い換えれば、システム上でこの旋回用回路連通電磁弁１が旋回用回路間の連通部を閉じていれば、旋回ブレーキ機能はオン状態となる。

この種の旋回モータにはメカニカルブレーキ（駐車ブレーキ）が設けられている。このメカニカルブレーキは、スプリングなどの付勢力によりモータ軸を機械的に制動するとともに、旋回操作圧などを圧力センサ３により検知してメカニカルブレーキ解除電磁弁４をオンに制御することで、このメカニカルブレーキ解除電磁弁４より供給される油圧によりメカニカルブレーキの制動を解除するようにしている。

特開平１０−２１９７４９号公報（第１頁、図２）実開平５−４０６０１号ＣＤ−ＲＯＭ（第１頁、図１）

旋回用回路連通電磁弁１のオン・オフ（開閉）を制御しているロッカースイッチ２がオンのときに、オペレータが旋回用回路の連通部を閉じたければ、ロッカースイッチ２をオフに操作する以外に方法はなく、このような回路構成ではオペレータによる連通部の開閉方法が限定的であり、したがって、オペレータによる旋回ブレーキ機能のオン・オフ操作方法も限定的となり、旋回ブレーキのオフ状態が継続する。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、旋回操作終了時に旋回ブレーキ機能を自動的にかつ確実にオン制御できる旋回制御装置を提供することを目的とするものである。

請求項１に記載された発明は、旋回用の操作レバーと、この旋回用の操作レバーからの信号により操作される旋回用制御弁と、この旋回用制御弁の出力側に接続された旋回用回路と、この旋回用回路に接続され、この旋回用回路を経て供給される流体圧により旋回駆動される旋回モータと、この旋回モータをバイパスして旋回用回路間に短絡可能に設けられた通路中にあって開閉制御可能に設置され、開制御されることで旋回用制御弁の中立位置における旋回用回路内に閉込められた作動流体による旋回ブレーキ機能を解除する旋回用回路連通電磁弁と、この旋回用回路連通電磁弁をオン・オフ操作により開閉制御可能の旋回ブレーキ解除スイッチと、この旋回ブレーキ解除スイッチのスイッチオン操作により旋回用回路連通電磁弁が開状態であっても旋回用の操作レバーが中立位置に戻されてから一定時間経過後に旋回用回路連通電磁弁を自動的にオフ制御して旋回用回路間を閉じるオフ遅延制御部とを具備した旋回制御装置である。

請求項２に記載された発明は、請求項１記載の旋回制御装置におけるオフ遅延制御部が、オフ遅延タイマを内蔵した機体コントローラと、この機体コントローラに接続されてオフ遅延タイマによりセットされた設定時間の経過により旋回用回路連通電磁弁をオフ作動するリレーとを具備したものである。

請求項１に記載された発明によれば、旋回ブレーキ解除スイッチにより旋回用回路連通電磁弁を開閉制御することで旋回ブレーキ機能をオフ・オン制御するとともに、旋回ブレーキ解除スイッチのスイッチオン操作により旋回用回路連通電磁弁が開状態であっても、旋回用の操作レバーが中立位置に戻されてから一定時間経過後に、オフ遅延制御部は旋回用回路連通電磁弁を自動的にオフ作動して旋回用回路間を閉じるので、旋回用回路連通電磁弁が開状態の間は旋回微操作を得られるとともに、旋回操作終了時は、オフ遅延制御部の遅延作用により操作レバー中立時から一定時間の間は旋回用回路連通電磁弁の開状態を維持して急激な旋回停止をすることなく緩やかに制動を加え、操作レバー中立時から一定時間経過後は旋回用回路連通電磁弁をオフ作動して、旋回ブレーキ機能を自動的にかつ確実にオン制御できる。

請求項２に記載された発明によれば、オフ遅延制御部は、機体コントローラに内蔵されたオフ遅延タイマによりセットされた設定時間が経過すると、リレーにより旋回用回路連通電磁弁をオフ作動するようにしたので、既存の機体コントローラにリレーを加えるのみで、オフ遅延制御部を簡単に構成できる。

本発明に係る旋回制御装置に用いられる電気回路の一実施の形態を示す回路図である。同上制御装置の制御フローを示すフローチャートである。同上制御装置の旋回用回路連通電磁弁オン状態を示す説明図である。同上制御装置の旋回用回路連通電磁弁オフ状態を示す説明図である。同上制御装置が搭載された油圧ショベルの側面図である。同上制御装置を操作するレバー・スイッチ類の設置箇所を示すキャブ内の斜視図である。同上制御装置に係る油圧回路を示す回路図である。従来の旋回制御装置に用いられる電気回路の回路図である。

以下、本発明を、図１乃至図７に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。

図５に示されるように、作業機械としての油圧ショベル11は、下部走行体12に対し上部旋回体13が旋回可能に設けられ、この上部旋回体13上に、エンジンおよび油圧ポンプなどの動力部14と、オペレータを保護するキャブ15と、油圧シリンダにより駆動される作業装置16とが搭載されている。下部走行体12に対し上部旋回体13は、旋回モータ17により減速機構を介して双方向に旋回駆動される。

図６に示されるように、キャブ15内には、オペレータが座るシート21を中心に、このシート21の左右両側にコンソール22が配置され、これらの左右のコンソール22上には、オペレータにより手動操作される操作レバー23，24がそれぞれ取付けられている。

オペレータから見て左の操作レバー23は、上部旋回体13の旋回モータ17と、作業装置16のスティックシリンダとを操作し、右の操作レバー24は、作業装置16のブームシリンダおよびバケットシリンダを操作する。操作レバー23が旋回用の操作レバーである。

一側のコンソール22とキャブ側板との間にはスイッチパネル25が配置され、このスイッチパネル25上には、車載バッテリなどから電装品などに供給される電気を制御する種々のスイッチ類が配置されている。その中には、旋回ブレーキ機能をオン・オフする旋回ブレーキ解除スイッチとしてのロッカースイッチ26も設けられている。

シート21の右前方には、設定値などの入力機能を有する表示用のモニタ27が配置され、シート21の中央前方には、下部走行体12の左右走行モータをそれぞれ制御操作する左右１対のペダル28が配置されている。

図７は、その旋回ブレーキ機能を備えた旋回油圧回路を示し、油圧ポンプ31から作動流体としての作動油の供給を受けるコントロール弁32は、各油圧アクチュエータに対応するスプール型の制御弁を集合させたもので、その１つに、旋回用の操作レバー23からのパイロット圧信号により操作されて、旋回モータ17に供給される作動油を方向制御および流量制御する旋回用制御弁33がある。

旋回モータユニット34は、旋回用制御弁33の出力側に接続され、この旋回用制御弁33を経て供給された流体圧としての油圧を旋回モータ17に導いてこの旋回モータ17を旋回駆動する旋回用回路35，36を備えている。

一方、旋回用の操作レバー23から出力された旋回用パイロット圧を旋回用制御弁33に導く２つのパイロット通路37には、シャトル弁38を介して圧力スイッチ39が接続され、この圧力スイッチ39により、いずれの旋回用パイロット圧も検知して、旋回用制御弁33から旋回用回路35，36に作動油が出力されたことを検知できる。

旋回モータユニット34は、旋回モータ17を機械的に制動するメカニカルブレーキ41を備えている。

このメカニカルブレーキ41は、フェイルセーフの設計思想に基づき、シリンダ42内に、ブレーキ荷重をかけるスプリング43と、このスプリング43のブレーキ荷重を旋回モータ軸に伝えるピストン44とが設けられ、スプリング43が内蔵されたスプリング室は、ドレン通路45によりタンク46に連通され、ピストン44が嵌合されたピストン室は、ブレーキ解除圧導入通路47およびメカニカルブレーキ解除電磁弁48を経てパイロットポンプ49に連通可能となっている。

メカニカルブレーキ解除電磁弁48は、ソレノイド48sの励磁・非励磁により開閉制御される弁であり、このメカニカルブレーキ解除電磁弁48が、図７に示されたスプリングリターン位置にあると、メカニカルブレーキ41のピストン室はタンクに連通されるので、スプリング43のブレーキ荷重が旋回モータ軸に作用して、メカニカルブレーキ41が働き、一方、メカニカルブレーキ解除電磁弁48が、ソレノイド48sの励磁により切換わると、パイロットポンプ49からメカニカルブレーキ41のピストン室にブレーキ解除圧が供給されて、メカニカルブレーキ41の働きを解除できる。

旋回モータユニット34内の旋回用回路35，36間には、作動油を相手回路または外部タンクから補充するためのメイクアップ用のチェック弁51と、設定圧以上の作動油を相手回路または外部タンクに排出するリリーフ弁52と、旋回モータ17をバイパスして旋回用回路35，36間に短絡可能に設けられた通路53と、この通路53中に設けられた旋回用回路連通電磁弁54と、旋回停止時に旋回モータ排出側で発生する閉込み圧により旋回モータ17が反転することを防止する旋回反転防止弁55とが設けられている。

旋回用回路連通電磁弁54は、ソレノイド54sの励磁・非励磁により開閉制御される弁であり、旋回用制御弁33が、図７に示された中立位置にパイロット操作された場合は、旋回用回路35，36内に閉込められた作動油が旋回モータ17を停止させる旋回ブレーキ機能を有しているが、このような作用が急激に行なわれると、衝撃が大きく操作性も低下するので、旋回用回路連通電磁弁54をソレノイド54sの励磁により切換えて旋回用回路35，36間を連通状態に制御することで、閉込作動油による旋回ブレーキ機能を解除する。

この旋回用回路連通電磁弁54は、開状態であっても、内部通路に絞り抵抗があるので、この開状態を維持することで急激な旋回停止作用をすることなく緩やかな制動を加えることができ、一方、閉じ状態に切換わると、旋回用回路35，36間の連通を完全に遮断するので、旋回用制御弁33が中立位置に制御された場合は、強い油圧ブレーキである旋回ブレーキを効かせることができる。

図１に示されるように、バッテリ57にロッカースイッチ26の一方の端子が接続され、この一方の端子に対して常開の接点が接離自在に設けられ、この常開の接点に接続された他方の端子は、スイッチモジュール58に接続されている。

スイッチモジュール58は、コントローラ・エリア・ネットワークCANを介して、油圧ショベル11に搭載された、油圧ショベル11の機体（下部走行体12、上部旋回体13および作業装置16）を制御するコントローラとしての機体コントローラ59に接続されている。この機体コントローラ59は、例えば、圧力スイッチ39で検知された旋回用パイロット圧信号が入力されると、メカニカルブレーキ解除電磁弁48のソレノイド48sに励磁電流を出力するなどの制御を行なう。

64は、オフ遅延制御部であり、このオフ遅延制御部64は、オフ遅延タイマを内蔵した機体コントローラ59と、この機体コントローラ59にコントローラ・エリア・ネットワークCANを介して接続されたスイッチモジュール58と、このスイッチモジュール58に接続されたリレー65と具備し、ロッカースイッチ26のスイッチオン操作により、リレー65をオンに制御して旋回用回路連通電磁弁54をオン（開）動作させるとともに、この旋回用回路連通電磁弁54がオン動作して開状態であっても、旋回用の操作レバー23が中立位置に戻されてから一定時間経過後に、オフ遅延タイマにより旋回用回路連通電磁弁54を自動的にオフ制御して旋回用回路35，36間を閉じる制御部である。

このオフ遅延制御部64のリレー65は、機体コントローラ59のオフ遅延タイマによりセットされた設定時間の経過により旋回用回路連通電磁弁54をオフ作動するものであり、このリレー65の常開の接点65aが接続された一方の端子およびコイル65cの一端はバッテリ57に接続され、常開の接点65aがコイル65cの励磁により接触する他方の端子は、旋回用回路連通電磁弁54のソレノイド54sに接続され、コイル65cの他端は、スイッチモジュール58に接続されている。

このように、旋回用回路連通電磁弁54をオン・オフ（開閉）するためのロッカースイッチ26とは別に、オフ遅延制御部64を追加設置する。このオフ遅延制御部64は、オペレータが操作レバー23を中立に戻してから一定時間経過後に働くように、機体コントローラ59内に設けられたタイマを設定して、リレー65により、旋回用回路連通電磁弁54を自動的にオフ（閉）作動する遅延機能をタイマ制御により提供する。

次に、図示された実施の形態の作用を、図２に示されたフローチャート、図３および図４に示された旋回用回路連通電磁弁54の開閉制御状態に基いて説明する。なお、図２中の丸数字は、ステップ番号を表わす。

（ステップ１）
ロッカースイッチ26をオンにする。

（ステップ２）
リレー65のコイル65cが励磁されて接点65aがオンとなり、旋回用回路連通電磁弁54は、ソレノイド54sが励磁されて、図３に示されるようにオン（絞り開状態）となる。

（ステップ３）
機体コントローラ59は、圧力スイッチ39からの旋回操作圧検知信号により、旋回用の操作レバー23が中立位置に戻されたか否かを判断する。

（ステップ４）
旋回用の操作レバー23が中立位置に戻されたら、機体コントローラ59内のオフ遅延タイマがセットされる。

（ステップ５）
旋回用の操作レバー23が中立位置に戻されてからｘ秒が経過したか否かが機体コントローラ59により判断される。オフ遅延制御部64の遅延作用により操作レバー中立時からｘ秒が経過するまでの一定時間は、旋回用回路連通電磁弁54の絞り開状態を維持して、急激な旋回停止をすることなく緩やかに制動を加えるので、旋回停止時の衝撃を緩和することが可能となる。

（ステップ６）
ｘ秒が経過したら、機体コントローラ59は、スイッチモジュール58を制御して、バッテリ57からリレー65のコイル65cを経てアースに至る電気回路を開き、コイル65cを非励磁にして接点65aを開くので、旋回用回路連通電磁弁54のソレノイド54sが非励磁となり、この旋回用回路連通電磁弁54が図４に示されるオフ状態（閉状態）となる。

（ステップ７）
図４に示されるように、旋回用回路連通電磁弁54が閉状態に切換わると、旋回用回路35，36間の通路53が遮断され、中立位置の旋回用制御弁33と旋回モータ17との間の旋回用回路35，36内に封入された油がそれぞれロックされた状態になり、これが油圧ブレーキとして機能する旋回ブレーキ・オン状態となる。

（ステップ８）
旋回ブレーキ・オンから、機体コントローラ59内のタイマで設定された一定時間ｙ秒が経過したか否かを判断する。

（ステップ９）
ｙ秒が経過したら、機体コントローラ59は、メカニカルブレーキ解除電磁弁48への通電を停止してメカニカルブレーキ解除圧を抜取り、メカニカルブレーキ41をオンにする。

このように、ロッカースイッチ26をオンにした状態で、旋回用の操作レバー23が中立位置に戻されてからｘ秒が経過したら、旋回用回路連通電磁弁54はオフ状態（閉状態）となり、さらに、ｙ秒が経過したら、メカニカルブレーキ41が作動する。

次に、図示された実施の形態による効果を説明する。

ロッカースイッチ26により旋回用回路連通電磁弁54を開閉制御することで旋回ブレーキ機能をオフ・オン制御するとともに、ロッカースイッチ26のスイッチオン操作により旋回用回路連通電磁弁54が開状態であっても、旋回用の操作レバー23が中立位置に戻されてから一定時間経過後に、オフ遅延制御部64は旋回用回路連通電磁弁54を自動的にオフ作動して旋回用回路35，36間を閉じるので、旋回用回路連通電磁弁54が開状態の間は旋回微操作を得られるとともに、旋回操作終了時は、オフ遅延制御部64の遅延作用により操作レバー中立時から一定時間の間は旋回用回路連通電磁弁54の開状態を維持して急激な旋回停止をすることなく緩やかに制動を加え、操作レバー中立時から一定時間経過後は旋回用回路連通電磁弁54をオフ作動して、旋回ブレーキ機能を自動的にかつ確実にオン制御できる。

オフ遅延制御部64は、機体コントローラ59に内蔵されたオフ遅延タイマによりセットされた設定時間が経過すると、リレー65により旋回用回路連通電磁弁54をオフ作動するようにしたので、既存の機体コントローラ59にリレー65を加えるのみで、オフ遅延制御部64を簡単に構成できる。

このように、旋回ブレーキ機能がオペレータによって解消されても、このオフ遅延制御部64により、一定時間後に確実に旋回用回路連通電磁弁54がオフ状態（閉状態）となり、旋回ブレーキ機能がオン状態となる。

したがって、オペレータが操作レバー23を中立位置付近に戻しても、オフ遅延制御部64の働きで、旋回用回路連通電磁弁54が直ちに閉じることはなく、旋回微操作性を得られるとともに、一定時間後に自動的に旋回ブレーキ機能を作動させ、旋回モータ17を確実に停止させることができる。

本発明は、油圧ショベル、クレーン車などの旋回体を備えた車両の旋回制御装置として利用可能である。

17 旋回モータ
23 操作レバー
26 旋回ブレーキ解除スイッチとしてのロッカースイッチ
33 旋回用制御弁
35，36 旋回用回路
53 通路
54 旋回用回路連通電磁弁
59 機体コントローラ
64 オフ遅延制御部
65 リレー

Claims

旋回用の操作レバーと、
この旋回用の操作レバーからの信号により操作される旋回用制御弁と、
この旋回用制御弁の出力側に接続された旋回用回路と、
この旋回用回路に接続され、この旋回用回路を経て供給される流体圧により旋回駆動される旋回モータと、
この旋回モータをバイパスして旋回用回路間に短絡可能に設けられた通路中にあって開閉制御可能に設置され、開制御されることで旋回用制御弁の中立位置における旋回用回路内に閉込められた作動流体による旋回ブレーキ機能を解除する旋回用回路連通電磁弁と、
この旋回用回路連通電磁弁をオン・オフ操作により開閉制御可能の旋回ブレーキ解除スイッチと、
この旋回ブレーキ解除スイッチのスイッチオン操作により旋回用回路連通電磁弁が開状態であっても旋回用の操作レバーが中立位置に戻されてから一定時間経過後に旋回用回路連通電磁弁を自動的にオフ制御して旋回用回路間を閉じるオフ遅延制御部と
を具備したことを特徴とする旋回制御装置。
オフ遅延制御部は、
オフ遅延タイマを内蔵した機体コントローラと、
この機体コントローラに接続されてオフ遅延タイマによりセットされた設定時間の経過により旋回用回路連通電磁弁をオフ作動するリレーと
を具備したことを特徴とする請求項１記載の旋回制御装置。