特開 2024-170760 作業機械におけるブーム下降制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024170760

(43)【公開日】2024-12-11

(54)【発明の名称】作業機械におけるブーム下降制御システム

(51)【国際特許分類】

   F15B 11/044 20060101AFI20241204BHJP

   F15B 11/00 20060101ALI20241204BHJP

   F15B 11/04 20060101ALI20241204BHJP

   E02F 9/22 20060101ALI20241204BHJP

【ＦＩ】

F15B11/044

F15B11/00 E

F15B11/04 G

E02F9/22 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023087460

(22)【出願日】2023-05-29

(71)【出願人】

【識別番号】505236469

【氏名又は名称】キャタピラー エス エー アール エル

(74)【代理人】

【識別番号】100085394

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 哲夫

(74)【代理人】

【識別番号】100128392

【弁理士】

【氏名又は名称】服部 秀一

(74)【代理人】

【識別番号】100165456

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 佑子

(72)【発明者】

【氏名】皆木 良太

(72)【発明者】

【氏名】中嶌 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】喜安 浩一

【テーマコード（参考）】

2D003

3H089

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB03

2D003BA01

2D003BB03

2D003CA02

2D003DA04

2D003DB02

3H089AA12

3H089AA23

3H089AA60

3H089BB15

3H089BB16

3H089CC01

3H089DA03

3H089DB46

3H089DB49

3H089DB54

3H089EE03

3H089EE36

3H089GG02

3H089JJ02

(57)【要約】

【課題】機体本体に上下揺動自在に軸支されるブームを含むフロント作業機を備えた作業機械において、フロント作業機を構成する作業アームや作業アタッチメントの重量、寸法等のデータを入手できなくても、操作具操作量に応じた下降速度でブームを下降させるための制御を安定した状態で行えるようにする。
【解決手段】フロント作業機４を所定の測定姿勢にした状態でブーム５を上下動させるブーム保持圧測定作業を行ったときのブームシリンダヘッド側油室９ａの測定圧力に基づいてフロント作業機４個別のブーム保持圧Ｐｂを設定し、該ブーム保持圧Ｐｂに基づいてコントロールバルブ１８の縮小側排出用開口１８ｆの開口面積を制御する構成にした。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

機体本体に上下揺動自在に軸支されるブームを含んで構成され、ブーム以外の構成部材の少なくとも一部が交換可能なフロント作業機と、ヘッド側油室への油供給で伸長しヘッド側油室からの油排出で縮小して前記ブームを上下揺動せしめるブームシリンダと、ブームシリンダのヘッド側油室からの排出流量を制御するメータアウト開口を有した制御弁と、該制御弁の作動を制御する制御手段と、ブームを上下動するべく操作される操作具とを備えてなる作業機械において、
前記ブームシリンダのヘッド側油室の圧力を測定する圧力測定手段と、フロント作業機を所定の測定姿勢にした状態でブームを上下動させるブーム保持圧測定作業を行ったときのブームシリンダヘッド側油室の測定圧力に基づいてフロント作業機個別のブーム保持圧を設定するブーム保持圧設定手段とを設ける一方、
前記制御手段は、ブーム下降時におけるブームシリンダヘッド側油室からの排出流量を操作具操作量に応じて設定される目標排出流量にするべく前記ブーム保持圧設定手段で予め設定されたブーム保持圧に基づいて制御弁のメータアウト開口面積を制御することを特徴とする作業機械におけるブーム下降制御システム。

【請求項2】

請求項１において、ブーム保持圧設定手段は、ブーム保持圧測定作業を行ったときのブームシリンダヘッド側油室の測定圧力の最大圧力を求め、該最大圧力に基づいてブーム保持圧を設定することを特徴とする作業機械におけるブーム下降制御システム。

【請求項3】

請求項１または２において、ブーム保持圧測定作業を行うときにブームの上下動速度を制限する測定速度制限手段を設けたことを特徴とする作業機械におけるブーム下降制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、油圧ショベル等のブームを備えた作業機械におけるブーム下降制御システムの技術分野に関するものである。

【背景技術】

【0002】

油圧ショベル等の作業機械のなかには、機体本体に装着されるフロント作業機を、機体本体に上下揺動自在に軸支されるブームや該ブームの先端部に軸支されるスティック等からなる作業アームと、該作業アームの先端部に取り付けられるバケット等の作業アタッチメントとを用いて構成するとともに、作業アームの一部或いは作業アタッチメントを、作業内容等に応じて交換できるようにしたものがある。このものにおいて、前記ブームの上下動は、ヘッド側油室への油供給で伸長しヘッド側油室からの油排出で縮小するブームシリンダの伸縮作動で行なわれるが、この場合に、作業アームや作業アタッチメントの重量がブームを下降させる力として作用するため、ブームシリンダのヘッド側油室の圧力は高圧となっており、このため、ブームの下降速度の制御は、通常、ブームシリンダヘッド側油室からの排出流量制御（メータアウト制御）によって行われる。例えば、ブームシリンダヘッド側油室からの排出油路にメータアウト開口を有した制御弁を設け、該制御弁のメータアウト開口面積をブーム用操作具の操作量に応じて増減制御することで、操作具操作量に応じたブーム下降速度となるように制御される。
しかるに、前述したようにブームシリンダヘッド側油室からの排出流量制御でブームの下降速度を制御する場合、ヘッド側油室からの排出流量は、制御弁のメータアウト開口の開口面積だけでなく、ブームシリンダヘッド側油室の圧力に応じて増減するとともに、該ブームシリンダヘッド側油室の圧力は、ブームを下降させる力として作用する作業アームや作業アタッチメントの重量によって大きく変化する。このため、メータアウト開口の開口面積が同じ、つまりブーム用操作具の操作量が同じであっても、装着された作業アームや作業アタッチメトンの重量によってブームの下降速度が変化してしまい、ブーム下降速度を正確にコントロールすることができず操作性に劣るという問題がある。
そこで従来、作業アタッチメントを交換しても、操作具操作量に応じたブーム下降速度を確保できるようにした技術として、例えば、ブームシリンダヘッド側油室からの排出流量を制御する制御弁（メータアウト制御弁）と、該制御弁を通過する流量を検出する流量検出手段と、外力によってブームシリンダに作用する保持圧を検出する圧力センサとを設け、これら検出された保持圧と流量とに基づいて保持圧に対抗する圧力が制御弁の入口側に発生するように制御弁の開口面積を制御するようにした技術（例えば、特許文献１参照。）や、ブームの下降時にブームシリンダのヘッド側油室からの排出油をロッド側油室に供給する再生回路に電磁比例減圧弁を設け、該電磁比例減圧弁の開度を、圧力センサにより検出されるヘッド側油室の圧力と、予め設定されるヘッド側油室の目標圧力値との差圧に基づいて制御するようにした技術（例えば、特許文献２参照。）が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３－１０６３０４号公報

【特許文献2】特開２０１０－７８０３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、前記特許文献１、２のものは、いずれも、圧力センサから随時入力されるブームシリンダヘッド側油室の圧力に基づいて、メータアウト制御弁の開口面積や電磁比例減圧弁の開度を制御する構成になっている。しかるに、圧力センサから随時入力される圧力は動的圧力であって、作業アタッチメントの使用状況によっては不安定で予測できない圧力値が入力される可能性があり、このような動的圧力を用いると制御弁や電磁比例減圧弁が不規則に動いて安定した制御を行うことができないという問題があり、ここに本発明の解決すべき課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、機体本体に上下揺動自在に軸支されるブームを含んで構成され、ブーム以外の構成部材の少なくとも一部が交換可能なフロント作業機と、ヘッド側油室への油供給で伸長しヘッド側油室からの油排出で縮小して前記ブームを上下揺動せしめるブームシリンダと、ブームシリンダのヘッド側油室からの排出流量を制御するメータアウト開口を有した制御弁と、該制御弁の作動を制御する制御手段と、ブームを上下動するべく操作される操作具とを備えてなる作業機械において、前記ブームシリンダのヘッド側油室の圧力を測定する圧力測定手段と、フロント作業機を所定の測定姿勢にした状態でブームを上下動させるブーム保持圧測定作業を行ったときのブームシリンダヘッド側油室の測定圧力に基づいてフロント作業機個別のブーム保持圧を設定するブーム保持圧設定手段とを設ける一方、前記制御手段は、ブーム下降時におけるブームシリンダヘッド側油室からの排出流量を操作具操作量に応じて設定される目標排出流量にするべく前記ブーム保持圧設定手段で予め設定されたブーム保持圧に基づいて制御弁のメータアウト開口面積を制御することを特徴とする作業機械におけるブーム下降制御システムである。
請求項２の発明は、請求項１において、ブーム保持圧設定手段は、ブーム保持圧測定作業を行ったときのブームシリンダヘッド側油室の測定圧力の最大圧力を求め、該最大圧力に基づいてブーム保持圧を設定することを特徴とする作業機械におけるブーム下降制御システムである。
請求項３の発明は、請求項１または２において、ブーム保持圧測定作業を行うときにブームの上下動速度を制限する測定速度制限手段を設けたことを特徴とする作業機械におけるブーム下降制御システムである。

【発明の効果】

【0006】

請求項１の発明とすることにより、フロント作業機構成部材の重量、寸法等のデータを入手できなくても、実測に基づいた精度の高いフロント作業機個別のブーム保持圧を設定できるとともに、該設定されたブーム保持圧に基づいて制御弁のメータアウト開口を制御することで、操作具操作量に応じたブームの下降制御を安定した状態で行えることになって、操作性の向上に大きく貢献できる。
請求項２の発明とすることにより、ブームシリンダヘッド側油室の圧力が最大となったときを基準としたブーム下降制御が行われることになって、ブーム下降速度が予測速度よりも速くなってしまうことを確実に回避できる。
請求項３の発明とすることにより、ブーム保持圧測定作業時におけるブームシリンダヘッド側油室の圧力測定の精度向上に貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】測定開始姿勢の油圧ショベルの概略側面図である。

【図2】ブームシリンダの油圧回路図である。

【図3】ブーム保持圧測定制御を示す制御ブロック図である。

【図4】ブーム保持圧測定作業時のブームシリンダのストロークとヘッド側油室の測定圧力との関係を示す図である。

【図5】最大リーチ姿勢の油圧ショベルの概略側面図である。

【図6】ブーム下降制御を示す制御ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の作業機械の一例である油圧ショベル１の概略側面図であって、該油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２の上方に旋回自在に支持される上部旋回体（本発明の機体本体に相当する）３、該上部旋回体３に装着されるフロント作業機４等の各部から構成されており、さらに該フロント作業機４は、基端部が上部旋回体３にブーム支軸５ａを介して上下揺動自在に支持されるブーム５と、該ブーム５の先端部にスティック支軸６ａを介して前後揺動自在に支持されるスティック６とから構成される作業アーム７、作業アーム７の先端部にアタッチメント支軸８ａを介して揺動自在に取付けられる作業アタッチメント８、前記ブーム５を上下揺動させるべく伸縮作動するブームシリンダ９、スティック６を前後揺動させるべく伸縮作動するスティックシリンダ１０、作業アタッチメント８を揺動させるべく伸縮作動するバケットシリンダ１１等の各種部材から構成されている。

【0009】

ここで、前記図１には、作業アーム７の先端部に取付けられる作業アタッチメント８としてバケットを図示したが、作業アーム７の先端部には、油圧ショベル１の行う作業内容等に応じて、ブレーカ（ハンマー）、コンパクタ、チルトバケット、クラムシェルバケット、サムバケット、グラップル、破砕機（いずれも図示せず）等の各種作業アタッチメント８を交換可能に装着できるようになっている。さらに、これら作業アタッチメント８を作業アーム７の先端部に取付ける場合に、図１に示すバケットのようにカプラーを用いない場合もあるが、図示しない各種カプラー（ピン固定カプラー、クイックカプラー、フック付きカプラー、作業ツールを作業アームに対してチルトあるいは回転させることができるカプラー等）を用いる場合もある。
また、図１には、本発明の作業アーム７を構成する作業アーム構成部材としてブーム５およびスティック６を図示するとともに、スティック６の先端部に作業アタッチメント８が取付けられているが、前述したような各種作業アタッチメント８のなかにはブーム５の先端部に取付けられるものもあり、その場合には作業アーム７にスティック６は含まれない。また、作業アーム７は、機体本体に上下揺動自在に軸支されるブーム５を少なくとも含むが、該ブーム５に加えて作業アーム７を構成する他の作業アーム構成部材がある場合、該作業アーム構成部材は、前記スティック６に限定されることなく、種々の長さ、形状、数の作業アーム構成部材を作業内容等に応じて適宜交換可能に用いることができる。

【0010】

一方、前記ブームシリンダ９は、ヘッド側油室９ａへの油供給で伸長してブーム５を上動せしめ、ロッド側油室９ｂからの油排出で縮小してブーム５を下動せしめるものであるが、該ブームシリンダ９の油給排制御について、図２の概略油圧回路図に基づいて説明すると、該図２において、１５はブームシリンダ９の油圧供給源となる油圧ポンプ、１５ａは油圧ポンプ１５の容量可変手段、１６はパイロット圧の供給源となるパイロットポンプ、１７は油タンク、１８はブームシリンダ９に対する油給排制御を行うブーム用コントロールバルブである。尚、油圧ショベル１の油圧回路には、ブームシリンダ９以外の他の油圧アクチュエータ（前記スティックシリンダ１０やバケットシリンダ１１、あるいは上部旋回体３を旋回せしめる旋回モータ（図示せず）、走行モータ（図示せず）等）に対する制御回路や、油圧ポンプの吐出流量制御用の回路等も設けられるが、それらについての図示、説明は省略する。

【0011】

前記ブーム用コントロールバルブ（本発明の制御弁に相当する）１８は、伸長側、縮小側パイロットポート１８ａ、１８ｂを有したパイロット作動式の三位置切換スプール弁であって、両パイロットポート１８ａ、１８ｂにパイロット圧が入力されていない状態では、ブームシリンダ９に対する油給排を行わない中立位置Ｎに位置しているが、伸長側パイロットポート１８ａにパイロット圧が入力されることにより伸長側位置Ｘに切換わって、油圧ポンプ１５からの供給油を伸長側供給用開口１８ｃを経由してブームシリンダ９のヘッド側油室９ａに供給するとともに、ロッド側油室９ｂからの排出油を伸長側排出用開口１８ｄを経由して油タンク１７に流す一方、縮小側パイロットポート１８ｂにパイロット圧が入力されることにより縮小側位置Ｙに切換わって、油圧ポンプ１５からの供給油を縮小側供給用開口１８ｅを経由してブームシリンダ９のロッド側油室９ｂに供給するとともに、ヘッド側油室９ａからの排出油を縮小側排出用開口１８ｆ（本発明のメータアウト開口に相当する）を経由して油タンク１７に流すように構成されている。そして、前記伸長側供給用、排出用開口１８ｃ、１８ｄ、縮小側供給用、排出用開口１８ｅ、１８ｆの開口面積は、伸長側、縮小側パイロットポート１８ａ、１８ｂに入力されるパイロット圧に応じて移動するスプールの移動ストロークによって増減制御されるようになっている。

【0012】

さらに、図２において、１９、２０は伸長側、縮小側の電磁比例弁であって、これら伸長側、縮小側電磁比例弁１９、２０は、後述するコントローラ２１から出力される制御信号に基づいて、前記ブーム用コントロールバルブ１８の伸長側、縮小側パイロットポート１８ａ、１８ｂにそれぞれパイロット圧を出力する。そして、該伸長側、縮小側電磁比例弁１９、２０から出力されるパイロット圧の増減によって、ブーム用コントロールバルブ１８のスプール移動ストロークが増減して前述した伸長側供給用、排出用開口１８ｃ、１８ｄ、縮小側供給用、排出用開口１８ｅ、１８ｆの開口面積が増減制御されるようになっている。

【0013】

ここで、ブーム５を空中下降させる場合（作業アタッチメント８が接地していない状態でブーム５を下降させる場合）、フロント作業機４（作業アーム７や作業アタッチメント８等）の重量がブームシリンダ９を縮小させる力として作用するため、ブームシリンダ９のヘッド側油室９ａの圧力はロッド側油室９ｂの圧力に比して十分に高圧になっている。このため、ブーム５の下降速度の制御は、ブームシリンダヘッド側油室９ａからの排出流量制御（メータアウト制御）によって行われるようになっている。そして、該ブームシリンダヘッド側油室９ａからの排出流量制御は、後述するように、前記ブーム用コントロールバルブ１８の縮小側排出用開口１８ｆの開口面積を、ブーム用操作具の操作量、および予め設定される後述のブーム保持圧Ｐｂに基づいて増減制御することで行われるように構成されている。尚、ブーム５の上動速度の制御は、ブームシリンダヘッド側油室９ａへの供給流量制御（メータイン制御）によって行われる。

【0014】

一方、前記コントローラ（本発明の制御手段に相当する）２１は、各種油圧アクチュエータ用の操作具操作等に基づいて、各種油圧アクチュエータ用コントロールバルブの制御や、油圧ポンプ１５の吐出流量制御等を行うとともに、後述するブーム保持圧測定値ＣＰｂを求めるブーム保持圧測定制御やブーム下降制御を行うが、まず、ブーム保持圧測定制御について図３の制御ブロック図に基づいて説明すると、２２はコントローラ２１に設けられたブーム保持圧測定制御部２２であって、該ブーム保持圧測定制御部２２は、入力側に、オペレータがブーム５を上下動するべく操作するブーム用操作具（図示しないが、本発明の操作具に相当する）の操作方向および操作量を検出するブーム操作検出手段２３、ブームシリンダ９のヘッド側油室９ａの圧力を検出するヘッド側圧力センサ（本発明の圧力測定手段に相当する）２４、ブームシリンダ９のストロークを検出するブーム用ストロークセンサ２５、スティックシリンダ１０のストロークを検出するスティック用ストロークセンサ２６、バケットシリンダ１１のストロークを検出するバケット用ストロークセンサ２７等が接続され、出力側に、前記ブーム用コントロールバルブ１８にパイロット圧を出力する伸長側電磁比例弁１９、縮小側電磁比例弁２０、油圧ポンプ１５の容量可変手段１５ａ等が接続され、さらにモニタ装置２８が入出力自在に接続されるとともに、測定データ処理部２９、保持圧測定値設定部３０、測定速度制限部３１等の各部が設けられている。

【0015】

前記モニタ装置２８は、本実施の形態では、上部旋回体３に搭載される運転室３ａ内に配設されており、各種情報等を表示する表示画面（図示せず）、キーボートやタッチパネル等の操作手段（図示せず）、作業アタッチメント８や作業アーム７に関する各種情報を保存するメモリー等を備えて構成されている。そして、該モニタ装置２８をオペレータが操作することで、コントローラ２１が行うブーム保持圧測定制御を開始、終了したり、装着された作業アタッチメント８や作業アーム７の情報をモニタ装置２８に入力したり、さらに、これら情報をモニタ装置２８からコントローラ２１に入力することができるようになっている。

【0016】

次いで、前記ブーム保持圧測定値ＣＰｂを設定するために行うブーム保持圧測定作業、および該ブーム保持圧測定作業時にブーム保持圧測定制御部２２が行うブーム保持圧測定制御について説明する。前記ブーム保持圧測定作業は、機体本体に装着されたフロント作業機４を初めて使用する前の準備段階で、該フロント作業機４個別のブーム保持圧測定値ＣＰｂを求めるために行われる作業であって、フロント作業機４の構成部材の一部（作業アーム７の一部や作業アタッチメント８）を交換した場合には、該交換が完了したフロント作業機４で新たにブーム保持圧測定作業を行って新たなブーム保持圧測定値ＣＰｂを求める。尚、ブーム保持圧測定値ＣＰｂのデータは保存されていて、交換したフロント作業機４の構成部材を再び元の構成部材に戻すような場合には、前回のブーム保持圧測定値ＣＰｂを用いることができる。

【0017】

前記ブーム保持圧測定作業を行う場合、オペレータは、まず、フロント作業機４を、予め設定された所定の測定開始姿勢（本発明の所定の測定姿勢に相当する）にする。該測定開始姿勢は、例えば、作業アタッチメント８がバケットの場合、前記図１に示すように、スティック６を最大アウト姿勢（スティックシリンダ１０を最も縮小させた姿勢）に、作業アタッチメント８を最大イン姿勢（バケットシリンダ１１を最も伸長させた姿勢）にするとともに、作業アタッチメント８を接地させた姿勢が例示される。この場合、スティック６を最大アウト姿勢とすることで、測定開始姿勢からブーム５を上動させた場合に、後述するフロント作業機４の最大リーチ姿勢（図５参照）を経過させることができる。また、前記スティック６の最大アウト姿勢、作業アタッチメント８の最大イン姿勢は、それぞれスティック用ストロークセンサ２６、バケット用ストロークセンサ２７の検出値によって確認でき、作業アタッチメント８の接地は、ヘッド側圧力センサ２４によって検出されるブームシリンダヘッド側油室９ａの圧力が所定の閾値以下であることによって確認できる。この場合、スティック用ストロークセンサ２６、バケット用ストロークセンサ２７、ヘッド側圧力センサ２４の検出値を、例えばモニタ装置２８に表示できるようにすることで、容易に確認できる。そして、このように測定開始姿勢をセンサ等で確認できるようにすることで、測定開始姿勢の正確性を確保できる。
次いで、フロント作業機４を前記測定開始姿勢にした状態で、コントローラ２１のブーム保持圧測定制御を開始させる。該ブーム保持圧測定制御の開始は、オペレータが例えばモニタ装置２８に設けられた開始スイッチを操作することで行われる。しかる後、オペレータは、ブーム用操作具を操作して、測定開始姿勢からブーム５を低速の一定速度で最高位まで上動させた後、ブーム５を低速の一定速度で作業アタッチメント８が接地するまで下動させ、さらにこのブーム５上動、ブーム５下動を数回繰り返す、という一連の操作によるブーム保持圧測定作業を行う。

【0018】

一方、ブーム保持圧測定制御部２２は、ブーム保持圧測定制御が開始すると、測定データ処理部２９において、ヘッド側圧力センサ２４およびブーム用ストロークセンサ２５の検出値を入力して、前記ブーム保持圧測定作業におけるブームシリンダヘッド側油室９ａの最高圧力を求める。この場合、ブーム保持圧測定作業は、前述したように、ブーム５の上下動が数回繰り返されるが、一回ごとのブーム５上動時、ブーム５下動時のヘッド側油室９ａの最高圧力を求め、その平均値を測定されたヘッド側油室９ａの最高圧力とする。さらに、コントローラ２１は、保持圧測定値設定部３０において、前記測定データ処理部２９において求めたヘッド側油室９ａの最高圧力を、ブーム保持圧測定作業が行われたフロント作業機４個別のブーム保持圧測定値ＣＰｂとして設定する。
ここで、図４に、測定データ処理部２９において測定されたブームシリンダヘッド側油室９ａの圧力と、ブームシリンダ９のストロークとの関係を示すが、ヘッド側油室９ａの圧力は、フロント作業機４の重量によるブーム支軸５ａ回りのモーメントが最大となる最大リーチ姿勢、つまり、図５に示すように、アタッチメント支軸８ａの軸心高さがブーム支軸５ａの軸心高さと同高さとなり（同水平線Ｈ上に位置し）、かつ、アタッチメント支軸８ａの軸心がブーム支軸５ａの軸心から最遠位置となる姿勢のときに最大となる。そして、該ヘッド側油室９ａの最大圧力の測定値の平均値が、保持圧測定値設定部３０において、フロント作業機４個別のブーム保持圧測定値ＣＰｂとして設定されることになる。
また、コントローラ２１は、ブーム保持圧測定制御が開始すると、オペレータのブーム用操作具の操作に基づいてブーム５を上下動させるべく、伸長側電磁比例弁１９、縮小側電磁比例弁２０に制御信号を出力してブーム用コントロールバルブ１８の伸長側供給用、排出用開口１８ｃ、１８ｄ、縮小側供給用、排出用開口１８ｅ、１８ｆの開口面積を制御するとともに、油圧ポンプ１５の容量可変手段１５ａに制御信号を出力してポンプ流量を制御するが、この場合に、ブーム保持圧測定作業時のブーム５の上下動速度が速くならないように、測定速度制限部（本発明の測定速度制限手段に相当する）３１において、ブーム５の上下動速度を制限する。この場合、測定速度制限部３１は、ブーム上動時においては、ポンプ流量を予め設定される所定流量以下となるように制限するポンプ流量制限制御を行い、ブーム下動時においては、縮小側排出用開口１８ｆの開口面積を予め設定される開口面積以下となるように制限する開口面積制限制御を行うように構成されている。これにより、ブーム保持圧測定作業におけるブーム５の上下動速度が速すぎて測定の精度が損なわれてしまうことを回避できるようになっている。
尚、本実施の形態では、ブーム保持圧測定作業におけるブーム５の上下動を、オペレータのブーム用操作具の操作に基づいて行う構成になっているが、ブーム５の上下動をコントローラ２１で自動制御する構成にすることもできる。この場合は、オペレータがモニタ装置２８を操作することで、ブーム５の上下動の開始や終了を行う構成にすることができる。

【0019】

次いで、前記ブーム保持圧測定作業が終了し、コントローラ２１のブーム保持圧測定制御部２２によるブーム保持圧測定値ＣＰｂの設定が行われた後にコントローラ２１が行うブーム下降制御について、図６の制御ブロック図に基づいて説明する。
まず、コントローラ２１は、ブーム保持圧測定制御部２２でブーム保持圧測定値ＣＰｂが設定されると、該ブーム保持圧測定値ＣＰｂを保持圧設定部３２に入力する。さらにコントローラ２１は、モニタ装置２８から入力される情報に基づいて補正係数設定部３３において補正係数Ｘｉを設定し、該補正係数Ｘｉを保持圧設定部３２に入力する。該補正係数Ｘｉは、重量物を運搬する積込み用作業アタッチメント８（例えば、バケット）が装着されている場合等、実際の作業時のブーム保持圧が前記ブーム保持圧測定作業で求めたブーム保持圧測定値ＣＰｂよりも高圧になることが推定される場合に、ブーム保持圧測定値ＣＰｂを増加側に補正するための係数であって、作業アタッチメント８の種類や容量等に応じて設定される。この場合、ブーム保持圧測定値ＣＰｂを補正する必要がない作業アタッチメント８の場合には、補正係数Ｘｉは「１」となる。
尚、前記ブーム保持圧測定制御部２２および保持圧設定部３２は、本発明のブーム保持圧設定手段を構成する。

【0020】

前記保持圧設定部３２は、入力されたブーム保持圧測定値ＣＰｂと補正係数Ｘｉとに基づいて、装着されたフロント作業機４個別のブーム保持圧Ｐｂを設定する。この場合、ブーム保持圧測定値ＣＰｂを補正する必要がない場合には、つまり補正係数Ｘｉが「１」の場合には、ブーム保持圧測定値ＣＰｂをそのままブーム保持圧Ｐｂとして設定し、補正する必要がある場合（積み込み用作業アタッチメント８の場合等）には、該補正係数Ｘｉを用いてブーム保持圧測定値ＣＰｂを補正した値をブーム保持圧Ｐｂとして設定する。

【0021】

一方、コントローラ２１は、ブーム用操作具が下降側に操作された場合に、ブーム操作検出手段２３から出力された操作信号を、目標排出流量設定部３４に入力する。該目標排出流量設定部３４は、ブーム操作検出手段２３からブーム下降側の操作信号が入力された場合に、ブーム用操作具の操作量に応じたブーム下降速度にするべく、ブーム用操作具の操作量に応じてブームシリンダ９のヘッド側油室９ａからの目標排出流量Ｑｔを設定する。そして、該目標排出流量Ｑｔを開口面積計算部３５に出力する。

【0022】

前記開口面積計算部３５は、前記保持圧設定部３２から入力されるブーム保持圧Ｐｂと、目標排出流量設定部３４から入力される目標排出流量Ｑｔとに基づき、下記に示すオリフィスの式（１）から導いた式（２）を用いて、ブーム用コントロールバルブ１８の縮小側排出用開口１８ｆの開口面積を計算する。
Ｑ＝Ｃ×Ａ×√（ΔＰ／ρ） ・・・（１）
Ａ＝（√ρ／Ｃ）×（Ｑｔ／√Ｐｂ） ・・・（２）
上記式（１）において、Ｑはオリフィスの通過流量、Ａはオリフィスの開口面積、ΔＰはオリフィスの前後差圧、Ｃは流量係数、ρは流体密度である。
また、上記（２）において、Ａはブーム用コントロールバルブ１８の縮小側排出用開口１８ｆの開口面積、Ｑｔは目標排出流量設定部３４で設定された目標排出流量、Ｐｂは保持圧設定部３２で設定されたブーム保持圧、Ｃは流量係数、ρは流体密度である。尚、式（２）では、縮小側排出用開口１８ｆの下流側の圧力（タンク圧）を「０（ゼロ）」とみなしている。また、式（２）における「√ρ／Ｃ」の値は定数とみなすとともに、該「√ρ／Ｃ」の値は、例えば前記モニタ装置２８等の外部入力手段を用いて定数設定部３５ａで設定されて開口面積計算部３５に入力される。
そして、前記式（２）を用いて計算されたブーム用コントロールバルブ１８の縮小側排出用開口１８ｆの開口面積は、バルブ制御部３６に出力される。

【0023】

前記バルブ制御部３６は、前記開口面積計算部３５から入力される縮小側排出用開口１８ｆの開口面積に基づいて、該開口面積となるブーム用コントロールバルブ１８のスプール移動ストロークを求める。さらに、該ストロークまでスプールを移動させるための縮小側パイロットポート１８ｂへの入力パイロット圧を求め、さらに該パイロット圧を出力するための縮小側電磁比例弁２０への電流指令値を求めて、該電流指令値を制御信号として縮小側電磁比例弁２０に出力する。これにより、ブーム用コントロールバルブ１８の縮小側排出用開口１８ｆは、前記開口面積計算部３５で計算された開口面積となるように制御される。そして、このようにブーム用コントロールバルブ１８の縮小側排出用開口１８ｆの開口面積を制御することで、ブームシリンダ９のヘッド側油室９ａからの排出流量を、ブーム用操作具の操作に応じて設定された目標排出流量Ｑｔとなるように制御できることになる。

【0024】

叙述の如く構成された実施の形態において、油圧ショベル１は、上部旋回体３（機体本体）に上下揺動自在に軸支されるブーム５を含んで構成され、ブーム５以外の構成部材の少なくとも一部（作業アーム７の一部や作業アタッチメント８）が交換可能なフロント作業機４と、ヘッド側油室９ａへの油供給で伸長しヘッド側油室９ｂからの油排出で縮小してブーム５を上下揺動せしめるブームシリンダ９と、ブームシリンダ９のヘッド側油室９ａからの排出流量を制御する縮小側排出用開口１８ｆ（メータアウト開口）を有したブーム用コントロールバルブ１８（制御弁）と、該ブーム用コントロールバルブ１８の作動を制御するコントローラ２１（制御手段）と、ブーム５を上下動するべく操作されるブーム用操作具とを備えているが、さらに油圧ショベル１には、ブームシリンダ９のヘッド側油室９ａの圧力を測定するヘッド側圧力センサ２４（圧力測定手段）と、フロント作業機４を所定の測定姿勢にした状態でブーム５を上下動させるブーム保持圧測定作業を行ったときのブームシリンダヘッド側油室９ａの測定圧力に基づいてフロント作業機４個別のブーム保持圧Ｐｂを設定するブーム保持圧測定制御部２２および保持圧設定部３２（ブーム保持圧設定手段）とが設けられている。そして、前記コントローラ２１は、ブーム５下降時におけるブームシリンダヘッド側油室９ａからの排出流量をブーム用操作具の操作量に応じて設定される目標排出流量にするべく前記ブーム保持圧設定手段（ブーム保持圧測定制御部２２および保持圧設定部３２）で予め設定したブーム保持圧Ｐｂに基づいてブーム用コントロールバルブ１８の縮小側排出用開口１８ｆの開口面積を制御することになる。

【0025】

このように本発明の実施の形態にあっては、ブーム５下降時におけるコントロールバルブ１８の縮小側排出用開口１８ｆの開口面積を、ブーム保持圧測定作業を行ったときのブームシリンダヘッド側油室９ａの測定圧力に基づいて設定されたフロント作業機４個別のブーム保持圧Ｐｂに基づいて制御することになり、これにより、作業アーム７構成部材の一部や作業アタッチメント８の交換によりフロント作業機４の重量や重心位置が変更しても、ブームシリンダ９からの排出流量をブーム用操作具の操作量に応じて設定される目標排出流量となるように、つまりブーム５の下降をブーム用操作具２４ａの操作量に応じた下降速度で行えるように制御できることになって、操作性の向上に大きく貢献できるが、この場合に、前記ブーム保持圧Ｐｂは、ブーム保持圧設定手段（ブーム保持圧測定制御部２２および保持圧設定部３２）で予め設定されたフロント作業機４個別の値であるから、圧力センサから随時入力されるブーシリンダヘッド側油室９ａの圧力検出値を保持圧として排出流量制御を行う場合のように、縮小側排出用開口１８ｆの開口面積が圧力検出値に応じて不規則に変化して制御が不安定になってしまうような不具合がなく、安定した排出流量制御を行えることになる。しかも、前記ブーム保持圧Ｐｂは、フロント作業機４を所定の測定姿勢にした状態でブーム５を上下動させるブーム保持圧測定作業を行ったときのブームシリンダヘッド側油室９ａの測定圧力に基づいて設定されるから、フロント作業機４を構成する作業アーム７構成部材や作業アタッチメント８の重量や寸法等のデータを入手できなくても、実測に基づいた精度の高いブーム保持圧Ｐｂを、個々のフロント作業機４毎に設定できることになる。

【0026】

このものにおいて、ブーム保持圧設定手段（ブーム保持圧測定制御部２２および保持圧設定部３２）は、ブーム保持圧測定作業を行ったときのブームシリンダヘッド側油室９ａの測定圧力の最大圧力を求め、該最大圧力に基づいてブーム保持圧Ｐｂを設定する構成になっており、これにより、フロント作業機４の姿勢によって増減するブームシリンダヘッド側油室９ａの圧力が最大になったときを基準としたブーム下降制御が行われることになって、ブーム下降速度が予測速度よりも速くなってしまうことを確実に回避できることになる。

【0027】

さらにこのものには、ブーム保持圧測定作業を行うときにブーム５の上下動速度を制限する測定速度制限部３１（測定速度制限手段）が設けられており、これにより、ブーム保持圧測定作業時におけるブームシリンダヘッド側油室９ａの圧力測定の精度向上に貢献できる。

【0028】

尚、本実施の形態は上記実施の形態に限定されないことは勿論であって、例えば、上記実施の形態において、コントローラ２１の開口面積計算部３５で縮小側排出用開口（メータアウト開口）１８ｆの開口面積を計算する場合、前述したように式（２）を用いて計算しているが、この計算に、コントロールバルブ１８や油圧配管の圧力損失を考慮した補正値を追加することで、より正確な開口面積制御を行うことができる。
また、本発明は、油圧ショベルに限定されることなく、ブームを含むフロント作業機を備え、ブーム以外のフロント作業機構成部材の少なくとも一部が交換可能な各種作業機械のブーム下降制御システムに実施できる。

【産業上の利用可能性】

【0029】

本発明は、ブームを含むフロント作業機を備えた油圧ショベル等の作業機械において、ブーム以外のフロント作業機構成部材の少なくとも一部が交換可能な場合のブーム下降制御システムに利用することができる。

【符号の説明】

【0030】

４ フロント作業機
５ ブーム
７ 作業アーム
８ 作業アタッチメント
９ ブームシリンダ
９ａ ヘッド側油室
１８ ブーム用コントロールバルブ
１８ｆ 縮小側排出用開口
２１ コントローラ
２２ ブーム保持圧測定制御部
２３ ブーム操作検出手段
２４ ヘッド側圧力センサ
３１ 測定速度制限部
３２ 保持圧設定部
３４ 目標排出流量設定部
３５ 開口面積計算部
Ｐｂ ブーム保持圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】