專利名稱：作業機械的控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及由電磁比例閥控制先導操作式控制閥的先導控制壓力的 作業機械的控制裝置。
背景技術：
在具有多個液壓致動器的液壓挖掘機等作業機械中，為了獲得恒定 的操作性而不與作業臂的重量(前部重量)無關，有的液壓控制裝置計 算從液壓泵分配到各液壓致動器的流量，并通過電磁比例減壓閥進行控 制(例如，參照專利文獻l)。
專利文獻l:日本特開2000 — 145720號公報(第3—4頁、圖6)
另一方面，在安裝有安裝在液壓挖掘機的作業臂的前端部的附屬工 具或長臂等特殊作業臂的情況下，所述作業臂的重量增加，會發生以下
損害操作性的問題，而通過上述專利文獻1的流量分配控制并不能解決 該問題。
艮口，在向重力反方向的動作例如動臂提升動作等中，動臂缸的開始 起動變遲鈍。此外，在朝向重力方向的動作例如動臂下降動作等中，動 臂缸的動作速度變快，也有可能無法控制。

發明內容
本發明是鑒于這樣的問題而完成的，其目的在于提供一種作業機械 的控制裝置，在由電磁比例閥控制先導操作式控制閥的先導控制壓力的 作業機械中，該作業機械的控制裝置在作業臂的重量變化時也能自動獲 得最優的操作性。
第一方面的本發明是一種作業機械的控制裝置，該作業機械將通過 流體壓力致動器進行動作的作業臂的至少一部分設置成可以更換，上述作業機械的控制裝置具有先導操作式控制閥，其控制流體壓力致動器; 電磁比例閥，其利用基于與手動操作量對應的電信號的先導控制壓力對 先導操作式控制閥進行先導控制；測量單元，其測量作業臂的至少一部 分的重量；以及控制器，其將電磁比例閥的手動操作量與先導控制壓力
的特性，轉換為與測量單元所測量到的作業臂的重量對應的特性。
第二方面的本發明在第一方面的作業機械的控制裝置中，測量單元 具有測量作業臂的流體壓力致動器的保持壓力的壓力傳感器，控制器具
備自動停止功能，即，使作業臂以固定的保持壓力測量姿態停止的功 能；和重量運算功能，即，根據在固定的保持壓力測量姿態下由壓力傳 感器測量到的保持壓力，推測作業臂的重量的功能。
第三方面的本發明在第一或第二方面的作業機械的控制裝置中，控 制器將表示電磁比例閥的手動操作量與先導控制壓力的特性的操作表， 轉換為與測量單元所測量到的作業臂的重量對應的特性的操作表。
第四方面的本發明在第三方面的作業機械的控制裝置中，控制器將 使作業臂向重力反方向動作的電磁比例閥的標準作業臂安裝時或標準挖 斗安裝時的操作表，轉換為通過以在先導控制壓力的起動位置為最大的 方式逐漸增加了手動操作量的中間區域以下的先導控制壓力而獲得的特 性的操作表。
第五方面的本發明在第三或第四方面的作業機械的控制裝置中，控 制器將使作業臂向重力方向動作的電磁比例閥的標準作業臂安裝時或標 準挖斗安裝時的操作表，轉換為通過逐漸減小了手動操作量的中間區域 以上的先導控制壓力而獲得的特性的操作表。
根據第一方面的本發明，由于作業機械的控制裝置具有測量單元， 其測量作業臂的至少一部分的重量；以及控制器，其將電磁比例閥的手 動操作量與先導控制壓力的特性，轉換為與測量單元所測量到的重量對
應的特性，所以在由電磁比例閥控制先導操作式控制閥的先導控制壓力 的作業機械中，在作業臂或其一部分的重量變化時，也能夠自動地獲得 良好的操作性。
根據第二方面的本發明，由于控制器具備自動停止功能，即，使作業臂以固定的保持壓力測量姿態停止的功能；和重量運算功能，艮P， 根據在固定的保持壓力測量姿態下由壓力傳感器測量到的保持壓力，推 測作業臂的重量的功能，所以無需檢測作業臂的姿態，僅根據保持壓力 就能夠簡便地推測作業臂的重量。
根據第三方面的本發明，由于控制器將表示電磁比例閥的手動操作 量與先導控制壓力的特性的操作表，轉換為與測量單元所測量到的作業 臂的重量對應的特性的操作表，所以使用該操作表，能夠快速地進行使 在作業臂或其一部分的重量變化時也可以自動獲得良好的操作性的運 算。
根據第四方面的本發明，通過將使作業臂向重力反方向動作的電磁
比例閥的標淮作業臂安裝時或標準挖斗安裝時的操作表，轉換為通過以
在先導控制壓力的起動位置為最大的方式逐漸增加了手動操作量的中間
區域以下的先導控制壓力而獲得的特性的操作表，能夠防止作業臂的幵
始起動點相對于手動操作量變深。即，能夠使流體壓力致動器相對于手 動操作量向重力反方向的開始起動反應敏銳。
根據第五方面的本發明，通過將使作業臂向重力方向動作的電磁比 例閥的標準作業臂安裝時或標準挖斗安裝時的操作表，轉換為通過逐漸 減小了手動操作量的中間區域以上的先導控制壓力而獲得的特性的操作 表，能夠防止因作業臂的重量增加導致重力方向的動作速度過大。艮P， 能夠將流體壓力致動器的動作速度保持在可控制區域內。


圖l是表示本發明的作業機械的控制裝置的一個實施方式的回路圖。
圖2 (a)是表示安裝有上述控制裝置的作業機械的測量準備姿態的 側視圖，圖2 (b)是表示其保持壓力測量姿態的側視圖。
圖3是表示上述控制裝置的控制流程的流程圖。
圖4 (a)是上述控制裝置的向重力反方向動作的情況下的操作表， 是表示桿行程一先導二次壓力(先導控制壓力)特性的特性圖，圖4 (b) 是表示其桿行程一偏差(offset)壓力特性的特性圖，圖4 (c)是表示其保持壓力—最大偏差量特性的特性圖。
圖5 (a)是上述控制裝置的向重力方向動作的情況下的操作表，是 表示桿行程一先導二次壓力(先導控制壓力)特性的特性圖，圖5 (b). 是表示其桿行程一偏差壓力特性的特性圖，圖5 (c)是表示其保持壓力 一最大偏差量特性的特性圖。
標號說明
A:作業機械；3:作業臂；4bm、 5st、 6bk:流體壓力致動器；24、 25、 26、 27、 28:先導操作式控制閥；24.ev、 25ev、 26ev、 27ev、 28ev: 電磁比例閥；31:控制器；34bm、. 35st、 36bk:測量單元(壓力傳感器); 41、 42:操作表。
具體實施例方式
下面參照圖1至圖5所示的一個實施方式詳細說明本發明。
圖2表示液壓挖掘機型的作業機械A，下部行走體1具有由作為流體 壓力致動器的行走電動機ltr驅動的履帶，在該下部行走體1上設置有 由作為流體壓力致動器的回轉電動機2sw驅動回轉的上部回轉體2，在該 上部轉動體2上安裝有作業臂(前部作業裝置)3。
該作業臂3在上部轉動體2上軸支承有動臂4的基端部，該動臂4 通過作為流體壓力致動器的動臂缸4bm在上下方向上轉動，在該動臂4 的前端部軸支承有斗桿5，該斗桿5通過作為流體壓力致動器的斗桿缸 5st在斗桿收回/伸出方向上轉動，在該斗桿5的前端部軸支承有挖斗或 附屬工具6，所述挖斗或附屬工具6通過作為流體壓力致動器的挖斗缸 6bk在挖斗收回/伸出方向上轉動。作業臂3或作為該作業臂3的一部分 的附屬工具6設置成可以更換。
圖1表示該作業機械A的控制裝置，從多個主泵11伸出的工作油供 給管路12與控制閥13連接，該控制閥13的回油排出口經由單向閥14 和油冷卻器15與油箱16連接。在控制閥13中內置有作為控制上述各 種流體壓力致動器的先導操作式控制閥的左右行走電動機用滑閥21、 22、 回轉電動機用滑閥23、動臂缸用滑閥24、 25、斗桿缸用滑閥26、 27、挖斗缸用滑閥28、以及對使附屬工具6動作(開閉等)的附屬用致動器7at 進行控制的附屬用滑閥29、 30。
在這些各種先導操作式控制閥的一端部和另一端部連接有電磁比例 閥21ev、 22ev、 23ev、 24ev、 25ev、 26ev、 27ev、 28ev、 29ev、 30ev (下 面稱為"21ev 30ev")，電磁比例閥21ev 30ev利用基于與手動操作量 對應的電信號的先導控制壓力(先導二次壓力)對這些各種先導操作式 控制閥進行先導控制。在這些電磁比例閥21ev 30ev上分別連接有從先 導泵llpi伸出的先導一次壓力管路、和通往油箱16的先導回油管路。 此外，電磁比例閥中包括電磁比例減壓閥。
這些電磁比例閥21ev 30ev的電磁部分別與控制器31的信號輸出 部連接。在該控制器31的信號輸入部連接有由作業機械A的操作者手動 操作的作業用的操作桿32和行走用的操作踏板33。操作桿32和操作踏 板33將手動操作量轉換為電信號并輸入到控制器31中。
作為測量作業臂3或附屬工具6的重量的測量單元，壓力傳感器 34bm、 35st、 36bk測量作業臂3的動臂缸4bm、斗桿缸5st和挖斗缸6bk 的保持壓力，壓力傳感器34bm、 35st、 36bk分別設置在這些流體壓力致 動器的蓋(head)側管路和桿側管路上。此外，為了減少成本，'即使僅 在動臂缸4bm的蓋側、斗桿缸5st的桿側和挖斗缸6bk的桿側這三個部 位進行測量，也能夠推測作業臂3的重量即前部重量等。壓力傳感器34bm、 35st、 36bk的信號輸出部與控制器31的信號輸入部連接。
控制器31具有以下功能將電磁比例閥21ev 30ev的手動操作量 與先導控制壓力的特性、轉換為與由壓力傳感器34bm、 35st、 36bk所測 量到的作業臂3的重量對應的特性的功能。
作為其前提，由于控制器31僅利用壓力傳感器34bm、 35st、 36bk 來測量與作業臂3的重量對應的保持壓力，所以需要使作業臂3為固定 的姿態來進行測量，于是，控制器31具備以下兩種功能自動停止功能， 即，使作業臂3以固定的保持壓力測量姿態停止的功能；和重量運算功 能，即，根據在固定的保持壓力測量姿態下由壓力傳感器34bm、 35st、 36bk測量到的保持壓力，推測作業臂3或附屬工具6的重量的功能。例如，如圖2 (a)所示，自動停止功能是，從作業機械A的斗桿缸 5st和挖斗缸6bk縮小為最短的測量準備姿態開始，當設定成測量模式， 對操作桿32向斗桿收回方向和挖斗收回方向進行桿操作時，在來自電磁 比例閥26ev、 28ev的先導控制壓力(二次壓力)和來自主泵11的泵排 出量(斜板偏轉角)被控制為預定值的狀態下，使斗桿缸5st和挖斗缸 6bk向斗桿收回方向和挖斗收回方向進行固定時間的行程動作后，自動停 止的功能，通過該自動停止功能，如圖2 (b)所示，能夠得到作業機械 A的斗桿缸5st和挖斗缸6bk伸長了固定距離的固定的保持壓力測量姿 態。
并且，重量運算功能能夠根據在該固定的保持壓力測量姿態下由壓 力傳感器34bm、 35st、 36bk測量到的動臂缸4bm、斗桿缸5st和挖斗缸 6bk的保持壓力，推測作業臂3或附屬工具6的重量。例如，從動臂缸 4bm的蓋側壓力和桿側壓力的壓力差和已知的活塞受壓面積，可知動臂缸 4bm的保持力和該保持力所作用的矢量，所以可知動臂缸4bm的保持力力 矩，另外，由于從固定的保持壓力測量姿態可知作業臂3的重心位置， 所以利用動臂缸4bm的保持力力矩和作業臂3的重心力矩的平衡式能夠 算出作業臂3的重量。
這樣，從圖2 (a)所示的固定的測量準備姿態將姿態變為圖2 (b) 所示的固定的保持壓力測量姿態，完成僅由安裝在動臂缸4bm、斗桿缸 5st和挖斗缸6bk的各桿側和蓋側的壓力傳感器34bm、 35st、 36bk進行 的各保持壓力的測量，由此，控制器31能夠自動地算出所安裝的作業臂 3的重量。
此外，即使不進行準確的前部重量的計算，通過比較挖斗安裝時的 保持壓力和前部附屬工具變更時的保持壓力，也能夠改變操作表。
接下來，圖3表示控制器31的控制流程，當作業臂操作性自動最優 化模式開始時，在最初代替標準作業臂而安裝特殊作業臂(長臂等)或 代替挖斗而安裝附屬工具6時，利用上述的重量運算功能來測量作業臂3 或附屬工具6的重量(步驟S1)，接著，將表示電磁比例閥24ev、 25ev、 26ev、 27ev、 28ev的手動操作量(桿行程)和先導控制壓力(先導二次壓力)的特性的、標準作業臂安裝時或標準挖斗安裝時的操作表，轉換 為與作業臂3或附屬工具6的重量對應的最優特性的操作表(步驟S2)。
艮口，如圖4 (a)和圖5 (a)所示，控制器31具備以下功能將表 示電磁比例閥24ev、 25ev、 26ev、 27ev、 28ev的手動操作量(桿行程) 與先導控制壓力(先導二次壓力)的特性的、標準作業臂安裝時或標準 挖斗安裝時的操作表，轉換為與由壓力傳感器34bm、 35st、 36bk測量并 由控制器31運算得到的作業臂3或附屬工具6的重量對應的特性的操作 表的功能。
這里，所謂的操作表是桿操作量一滑閥操作量控制壓力的特性，若 是由電磁比例閥24ev、 25ev、 26ev、 27ev、 28ev控制動臂缸用滑閥24、 25、斗桿缸用滑閥26、 27以及挖斗缸用滑閥28的滑閥操作量控制壓力 的電控式液壓挖掘機，就能容易地改變其特性。
接下來，按照作業臂3的每個動作，說明轉換為與根據所測得的保 持壓力運算出的作業臂重量對應的操作表的操作表轉換方法。此外，最 大偏差量是指作業臂3從標準位置(角度)的最大位移量，作業臂3的 重量越大，則該最大偏差量也與保持壓力一起越來越大。
首先，圖4表示動臂提升動作和斗桿伸出動作這樣的向重力反方向 動作的情況下的操作表41，如圖4 (c)所示，控制器31根據通過實際 設備測量算出的保持壓力一最大偏差量特性的曲線，求出所測量到的保 持壓力下的最大偏差量a，如圖4 (b)所示，從與該最大偏差量a對應 的偏差壓力a算出桿行程一偏差壓力的遞減特性，如圖4 (a)所示，將 該桿行程一偏差壓力的特性加到桿行程一先導二次壓力(先導控制壓力) 的特性上。
由此，能夠將使作業臂3向重力反方向動作的電磁比例閥24ev、 25ev、 26ev、 27ev的操作表41的特性41a，轉換為通過以在先導控制壓 力的起動位置為最大的方式逐漸增加了桿行程(手動操作量)的中間區 域以下的先導控制壓力而獲得的特性41b，通過該轉換，能夠提高直到中
間區域的先導控制壓力，并實現與標準設備同樣的缸開始起動位置，能 夠消除現有的作業臂開始起動點相對于桿操作量變深的缺點。此外，圖5表示動臂下降動作、斗桿收回動作、挖斗收回動作這樣
的向重力方向動作的情況下的操作表42，如圖5 (c)所示，控制器31
從通過實際設備測量算出的保持壓力一最大偏差量特性的曲線，求出所
測量到的保持壓力下的最大偏差量(3，如圖5 (b)所示，從與該最大偏 差量P對應的偏差壓力P算出桿行程一偏差壓力的遞增特性，如圖5 (a) 所示，從桿行程一先導二次壓力(先導控制壓力)的特性中減去該桿行 程一偏差壓力的特性。
這樣，能夠將使作業臂3向重力方向動作的電磁比例閥24ev、 25ev、 26ev、 27ev、 28ev的操作表42的特性42a，轉換為通過逐漸減小了桿行 程(手動操作量)的中間區域以上的先導控制壓力而獲得的特性42b，通 過該轉換，能夠降低中間區域以上的先導控制壓力，限制滑閥移動量， 并抑制為標準設備的缸速度，能夠消除現有的因作業臂重量的增加而使 缸速度過大的缺點。
接下來，說明圖示的實施方式的效果。
本實施方式的作業機械的控制裝置由于具有測量作業臂3的至少 一部分的重量的測量單元的壓力傳感器34bm、 35st、 36bk;以及控制器 31，其將電磁比例閥24ev、 25ev、 26ev、 27ev、 28ev的手動操作量與先 導控制壓力(先導二次壓力)的特性，轉換為與由壓力傳感器34bm、 35st、 36bk所測量到的重量對應的特性，所以在由電磁比例閥24ev、25ev、26ev、 27ev、 28ev控制先導操作式控制閥24、 25、 26、 27、 28的先導控制壓力 的作業機械中，在作業臂3或其一部分的重量變化時也能夠自動地得到 良好的操作性。
由于控制器31具備自動停止功能，即，使作業臂3以固定的保持 壓力測量姿態停止的功能；和重量運算功能，即，根據在固定的保持壓 力測量姿態下由壓力傳感器34bm、 35st、 36bk測量到的保持壓力，來推 測作業臂3的重量的功能，所以無需檢測作業臂3的姿態，僅根據保持 壓力就能夠簡便地推測出作業臂3的重量。
由于控制器31將表示電磁比例閥24ev、 25ev、 26ev、 27ev、 28ev 的手動操作量與先導控制壓力的特性的、標準作業臂安裝時或標準挖斗安裝時的操作表41或42，轉換為與由壓力傳感器34bm、 35st、 36bk測 量到的作業臂3的重量對應的操作表，所以使用該操作表，能夠快速地 進行使在作業臂3或其一部分的重量變化時也可自動獲得良好的操作性 的運算。
通過將使作業臂3向重力反方向動作的電磁比例閥24ev、 25ev、 26ev、 27ev的標準作業臂安裝時或標準挖斗安裝時的操作表41的特性 41a，轉換為通過以在先導控制壓力的起動位置為最大的方式逐漸增加了 手動操作量的中間區域以下的先導控制壓力而獲得的特性41b，能夠防止 作業臂3的開始起動點相對于手動操作量變深。即，能夠使流體壓力致 動器4bm、 5st相對于手動操作量向重力反方向的開始起動反應敏銳。
通過將使作業臂3向重力方向動作的電磁比例閥24ev、 25ev、 26ev、 27ev、 28ev的標準作業臂安裝時或標準挖斗安裝時的操作表42的特性 42a，轉換為通過逐漸減小了手動操作量的中間區域以上的先導控制壓力 而獲得的特性42b，能夠防止因作業臂3的重量增加而使重力方向的動作 速度過大。即，能夠將流體壓力致動器4bm、 5st、 6bk的動作速度保持 在可控制區域內。
這樣，能夠提供自動最優化系統，該系統應用于電控式的液壓挖掘 機，即使在安裝有所有附屬工具和特殊作業臂時，也能夠自動地得到最 優的操作性，即使在向重力方向的動作例如動臂下降動作等中，也能夠 將動臂缸動作速度控制為抑制后的速度，并且在向重力反方向的動作例
如動臂提升動作等中，能夠使動臂缸的開始起動反應良好。 本發明可用于液壓挖掘機和裝載機等作業機械。
權利要求
1.一種作業機械的控制裝置，該作業機械將通過流體壓力致動器進行動作的作業臂的至少一部分設置成可以更換，其特征在于，上述作業機械的控制裝置具有先導操作式控制閥，其控制流體壓力致動器；電磁比例閥，其利用基于與手動操作量對應的電信號的先導控制壓力對先導操作式控制閥進行先導控制；測量單元，其測量作業臂的至少一部分的重量；以及控制器，其將電磁比例閥的手動操作量與先導控制壓力的特性，轉換為與測量單元所測量到的作業臂的重量對應的特性。
2. 根據權利要求l所述的作業機械的控制裝置，其特征在于， 測量單元具有測量作業臂的流體壓力致動器的保持壓力的壓力傳感器，控制器具備自動停止功能，即，使作業臂以固定的保持壓力測量姿態停止的功能；和重量運算功能，即，根據在固定的保持壓力測量姿 態下由壓力傳感器測量到的保持壓力，推測作業臂的重量的功能。
3. 根據權利要求1或2所述的作業機械的控制裝置，其特征在于，控制器將表示電磁比例閥的手動操作量與先導控制壓力的特性的操 作表，轉換為與測量單元所測量到的作業臂的重量對應的特性的操作表。
4. 根據權利要求3所述的作業機械的控制裝置，其特征在于， 控制器將使作業臂向重力反方向動作的電磁比例閥的標準作業臂安裝時或標準挖斗安裝時的操作表，轉換為通過以在先導控制壓力的起動 位置為最大的方式逐漸增加了手動操作量的中間區域以下的先導控制壓 力而獲得的特性的操作表。
5. 根據權利要求3或4所述的作業機械的控制裝置，其特征在于， 控制器將使作業臂向重力方向動作的電磁比例閥的標準作業臂安裝時或標準挖斗安裝時的操作表，轉換為通過逐漸減小了手動操作量的中 間區域以上的先導控制壓力而獲得的特性的操作表。
全文摘要
本發明提供一種作業機械的控制裝置，其在作業機械的作業臂的重量變化時也能自動獲得最優的操作性。在將通過流體壓力致動器(4bm、5st、6bk)進行動作的作業臂的至少一部分設置成可更換的作業機械中，所述控制裝置具有控制流體壓力致動器的先導操作式控制閥(24、25、26、27、28)；電磁比例閥(24ev、25ev、26ev、27ev、28ev)，它們通過基于與手動操作量對應的電信號的先導控制壓力對先導操作式控制閥進行先導控制；測量單元(34bm、35st、36bk)，它們測量作業臂的至少一部分的重量；以及控制器(31)，其將電磁比例閥的手動操作量和先導控制壓力的特性，轉換為與測量單元所測量到的作業臂的重量對應的特性。
文檔編號E02F9/22GK101310114SQ20078000007
公開日2008年11月19日 申請日期2007年2月20日 優先權日2006年7月31日
發明者中西學, 島原圣, 西川裕康 申請人:新履帶牽引車三菱有限公司