作業機械の旋回用油圧制御装置
【課題】エネルギーロスを低減することができるとともに、汎用性に優れた作業機械の旋回用油圧制御装置を提供する。
【解決手段】旋回モータ３５に供給される作動油の流入方向と流入流量とを制御する旋回用制御弁５と、旋回用制御弁５のスプールの位置に応じたネガコン圧ＰNBを取り出すためのネガコン油路ＬNとを備える。
旋回モータ３５に流入する作動油の圧力が予め設定されたリリーフ圧に達したときに開弁するオーバーロードリリーフ弁９と、オーバーロードリリーフ弁９から流出した作動油の余剰流量に相当する値ＰOを検出する余剰検出手段１６とを備える。
旋回モータ３５の単独駆動時に、余剰検出手段１６の検出した値ＰOに応じてネガコン油路のネガコン圧ＰNBを補正した補正ネガコン圧ＰNAで、油圧ポンプ２の吐出流量を制御する制御手段２０を備える。
【解決手段】旋回モータ３５に供給される作動油の流入方向と流入流量とを制御する旋回用制御弁５と、旋回用制御弁５のスプールの位置に応じたネガコン圧ＰNBを取り出すためのネガコン油路ＬNとを備える。
旋回モータ３５に流入する作動油の圧力が予め設定されたリリーフ圧に達したときに開弁するオーバーロードリリーフ弁９と、オーバーロードリリーフ弁９から流出した作動油の余剰流量に相当する値ＰOを検出する余剰検出手段１６とを備える。
旋回モータ３５の単独駆動時に、余剰検出手段１６の検出した値ＰOに応じてネガコン油路のネガコン圧ＰNBを補正した補正ネガコン圧ＰNAで、油圧ポンプ２の吐出流量を制御する制御手段２０を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の油圧式作業機械の旋回用油圧制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、油圧ショベルの上部旋回体を旋回駆動する旋回モータの制御として、旋回モータへ流入する作動油の一部をブリードオフし、急旋回時のショックを防止して安定した旋回動作を行うブリードオフ制御が知られている。
例えば特許文献１には、ブリードオフ制御による良好な旋回性能を維持しながら、省エネルギーを実現するための技術が開示されている。詳しくは、特許文献１の技術は、可変容量型の油圧ポンプと旋回モータとの間にコントロールバルブを設け、そのコントロールバルブにブリードオフ通路が形成されている構成において、旋回モータへの流入流量を検出するモータ流量検出手段（モータ回転数センサ）と、旋回体の慣性質量を求めるためのデータ（作業アタッチメントの姿勢，バケット負荷）を検出する慣性質量データ検出手段（姿勢センサ，負荷センサ）とを備えている。そして、モータ流量検出手段によって検出される実際のモータ流入流量の増加分から、旋回体の慣性質量と加速力とから求められる流量分を差し引いた量だけポンプ吐出流量を増加させ、旋回開始時のブリードオフ流量を最小値にしてエネルギーロスを低減するとともに、旋回加速段階で旋回加速圧力が時間の経過とともに漸減する特性が得られるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６２２８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、特許文献１に開示された技術では、慣性質量を求めてポンプ吐出流量を制御しているため、作業アタッチメントが変更されると慣性質量データ検出手段の構成や慣性質量を求める方法を変更する必要があり、汎用性に乏しい。
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、エネルギーロスを低減することができるとともに、汎用性に優れた作業機械の旋回用油圧制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の作業機械の旋回用油圧制御装置は、旋回用油圧アクチュエータとその他の油圧アクチュエータとを備えた作業機械において、前記旋回用油圧アクチュエータに向かって作動油を吐出する可変容量型の油圧ポンプの吐出流量を制御する、作業機械の旋回用油圧制御装置であって、前記旋回用油圧アクチュエータに供給される作動油の流入方向と流入流量とをスプールの移動によって制御する旋回用制御弁と、前記旋回用制御弁のスプールの位置に応じたネガコン圧が発生するネガコン油路と、前記旋回用油圧アクチュエータに流入する作動油の圧力が予め設定されたリリーフ圧に達したときに開弁するオーバーロードリリーフ弁と、前記オーバーロードリリーフ弁から流出した作動油の余剰流量に相当する値を検出する余剰検出手段と、前記旋回用油圧アクチュエータの単独駆動時には、前記余剰検出手段の検出した値に応じて前記ネガコン油路のネガコン圧を補正した補正ネガコン圧で前記油圧ポンプの吐出流量を制御する制御手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００６】
なお、前記オーバーロードリリーフ弁から流出した作動油の余剰流量に応じた圧力を余剰圧として出力する低圧リリーフ弁と、前記ネガコン油路のネガコン圧の値を検出するネガコン圧検出手段と、パイロット圧を出力するパイロット油圧源と、前記パイロット油圧源のパイロット圧を減圧して前記補正ネガコン圧を出力する補正ネガコン圧出力弁と、前記ネガコン油路のネガコン圧と前記補正ネガコン圧出力弁の出力する補正ネガコン圧とのうちの高圧側の圧力を選択する高圧選択弁と、をさらに備え、前記余剰検出手段は、前記低圧リリーフ弁の出力する余剰圧を検出し、前記制御手段は、前記オーバーロードリリーフ弁から流出する余剰流量の最小値に応じた前記低圧リリーフ弁の最小余剰圧を予め記憶し、前記余剰検出手段の検出した前記余剰圧から前記最小余剰圧を減算して圧力偏差を算出し、その圧力偏差をＰＩ制御演算し、そのＰＩ制御演算値と前記ネガコン油路のネガコン圧の値とを加算して補正値を算出し、前記旋回用油圧アクチュエータの単独駆動時には、前記補正ネガコン圧出力弁に前記補正値の前記補正ネガコン圧を出力するように指令を送信することが好ましい。
【０００７】
また、前記制御手段は、前記油圧ポンプの吐出流量が最大になるネガコン圧最小値を予め記憶し、前記その他の油圧アクチュエータの駆動操作がなされた場合には、前記補正ネガコン圧出力弁に前記ネガコン圧最小値の値の前記補正ネガコン圧を出力するように指令を送信することが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の作業機械の旋回用油圧制御装置によれば、旋回単独駆動開始時には余剰流量が多くなるにつれネガコン圧を増大補正した補正ネガコン圧でポンプ吐出流量を制御することで、余剰流量を低減するようにポンプ吐出流量が低減してエネルギーロスを低減することができる。また、従来のように慣性質量の情報を利用することなく、余剰流量に相当する値を検出してポンプ吐出流量を制御するので、旋回体の慣性質量の変化に対しても良好に追従することができ、汎用性に優れているという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る作業機械の旋回用油圧制御装置の構成を模式的に示す油圧・電気回路図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る作業機械の旋回用油圧制御装置のＥＣＵの模式的な制御ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る作業機械の旋回用油圧制御装置の油圧ポンプの特性を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態に係る作業機械の旋回用油圧制御装置の低圧リリーフ弁の特性を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る作業機械の旋回用油圧制御装置の作用を説明するためのグラフであって、（ａ）は旋回モータの駆動圧力を示し、（ｂ）はポンプ吐出流量及びモータ流入流量を示し、（ｃ）は補正ネガコン圧を示し、（ｄ）は補正ネガコン圧のためのＰＩ制御演算値を示している。
【図６】本発明の一実施形態に係る作業機械の旋回用油圧制御装置が備えられた油圧ショベルの全体像を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面により本発明の作業機械の旋回用油圧制御装置の実施の形態について説明する。
＜構成＞
本実施形態の旋回用油圧制御装置は、図６に示すような油圧ショベル３０に設けられている。
【００１１】
油圧ショベル３０は、下部走行体３１と、下部走行体３１上に旋回自在に結合された上部旋回体３２と、上部旋回体３２から前方へ延出するように取り付けられ、ブーム３３ａ，アーム３３ｂ及びバケット３３ｃを有して種々の作業を行う作業装置３３とを備えて構成されている。
下部走行体３１は走行用油圧アクチュエータとしての左右一対の走行モータ３４（左側の走行モータ３４のみを図６にて図示）を備え、上部旋回体３２は旋回用油圧アクチュエータとしての旋回モータ３５を備えている。また、作業装置３３は、ブーム３３ａ，アーム３３ｂ及びバケット３３ｃそれぞれに対して、作業用油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ３６，アームシリンダ３７及びバケットシリンダ３８を備えている。以下では、左走行モータ３４，右走行モータ，ブームシリンダ３６，アームシリンダ３７及びバケットシリンダ３８を、旋回モータ３５と区別して他アクチュエータ（その他の油圧アクチュエータ）とも総称する。また、図１に示す油圧回路において、図面の簡略化のために他アクチュエータの図示は省略している。
【００１２】
上部旋回体３２の前部には、オペレータが搭乗するキャブ４１が設けられている。キャブ４１内には、下部走行体３１を走行駆動するためにオペレータによって操作される走行用操作レバー（図示略）と、上部旋回体３２を旋回駆動するため及び作業装置３３を作動させるためにオペレータによって操作される作業用操作レバー（図示略）とが設けられている。走行用操作レバーと作業用操作レバーとには、走行操作，旋回操作，ブーム操作，アーム操作及びバケット操作それぞれの操作量に対応して後述の各制御弁５，５１〜５３のスプールの位置を切り換えるリモコン弁（図示略）が設けられている。
【００１３】
本実施形態の旋回用油圧制御装置は、旋回モータ３５に供給される作動油を制御するものであって、その油圧・電気回路は図１に示すように構成されている。この油圧・電気回路には、第一油圧ポンプ２，第一ポンプレギュレータ（第一ポンプ制御手段）２ａ，第二油圧ポンプ３，第二ポンプレギュレータ（第二ポンプ制御手段）３ａ及びコントロールバルブ４が設けられている。また、高圧選択用チェック弁８ａ，８ｂと、オーバーロードリリーフ弁９と、低圧リリーフ弁１０と、チェック弁１１ａ，１１ｂと、パイロット油圧源１２と、電磁比例減圧弁（補正ネガコン圧出力弁）１３と、シャトル弁（高圧選択弁）１４と、作動油タンク１５とが設けられている。さらに、第一圧力センサ（余剰検出手段）１６と、第二圧力センサ（ネガコン圧検出手段）１７と、旋回圧力スイッチ（旋回操作検出手段）１８と、他アクチュエータ用圧力スイッチ（他操作検出手段）１９と、ＥＣＵ（制御手段）２０とが設けられている。
【００１４】
第一及び第二の油圧ポンプ２，３は、油圧ショベル３０の駆動源であるエンジン１により駆動されて作動油を吐出し、吐出した作動油を旋回モータ３５及び他アクチュエータに供給するものである。
第一及び第二の油圧ポンプ２，３は斜板を有する可変容量型ポンプであり、それぞれが第一又は第二のポンプレギュレータ２ａ，３ａによって斜板の傾きが制御されて吐出流量（単に吐出量ともいう）を変化させる。なお、第一油圧ポンプ２は、旋回モータ３５と他のアクチュエータのうちの一部（例えば、左走行モータ３４とアームシリンダ３７）とに向けて作動油を吐出し、第二油圧ポンプは、残りの他アクチュエータ（例えば、右走行モータとブームシリンダ３６とバケットシリンダ３８）に向けて作動油を吐出するようになっている。
【００１５】
第一ポンプレギュレータ２ａは特に、後述するネガコン圧（ネガティブコントロール圧）に応じて第一油圧ポンプ２の斜板の傾きを制御し、吐出流量を増減させる。この第一油圧ポンプ２の吐出流量とネガコン圧との関係を図３に示す。
コントロールバルブ４は、旋回用制御弁５と、左走行用制御弁５１と、アーム用制御弁（図示略）と、第一フートリリーフ弁６と、右走行用制御弁５２と、ブーム用制御弁５３と、バケット用制御弁（図示略）と、第二フートリリーフ弁５４とを備えている。図１には、図面の簡略化のために、他アクチュエータ用制御弁のうち３つの制御弁５１〜５３を代表して示している。
【００１６】
旋回用制御弁５は、第一油圧ポンプ２と旋回モータ３５とを接続する油圧ライン上に介装されている。そして、スプールの移動によって、第一油圧ポンプ２から旋回モータ３５へ供給される作動油の流入流量と流入方向とを制御可能になっている。旋回用制御弁５のスプールは、前述のように、作業用操作レバーの旋回操作量に応じて旋回用リモコン弁が作動することで移動し、位置が切り換わるようになっている。
【００１７】
旋回用制御弁５内には、旋回操作がなされずにスプールが中立位置にあるときにセンタバイパスラインＬCに連通するセンタバイパス通路５ａが設けられている。旋回操作のない状態（旋回無負荷状態）では、第一油圧ポンプ２の作動油はセンタバイパス通路５ａとセンタバイパスラインＬCとを通過し、旋回モータ３５に供給されることなく作動油タンク１５に戻る。センタバイパスラインＬCは、第一油圧ポンプ２の吐出した作動油を、旋回モータ３５を通さずに作動油タンク１５へ戻すラインである。
【００１８】
フートリリーフ弁６は、センタバイパスラインＬCにおいて旋回用制御弁５及び他の制御弁５１よりも下流側に介装され、センタバイパスラインＬCにネガコン圧（基本ネガコン圧ＰNB）を発生させるためのリリーフ弁である。また、センタバイパスラインＬCには、フートリリーフ弁６により生じた基本ネガコン圧ＰNBを取り出すために、フートリリーフ弁６の直上流からネガコンライン（ネガコン油路）ＬNが分岐して設けられている。
【００１９】
旋回操作がない場合には、旋回用制御弁５のセンタバイパス通路５ａが開通してセンタバイパスラインＬCの流量が増し、センタバイパスラインＬCのフートリリーフ弁６手前の圧力が上がる。一方、旋回操作がなされると、旋回用制御弁５のスプールが移動してセンタバイパス通路５ａは徐々に閉鎖されてセンタバイパスラインＬCの流量が徐々に減り、センタバイパスラインＬCのフートリリーフ弁６手前の圧力が徐々に下がる。このセンタバイパスラインＬCのフートリリーフ弁６手前の圧力が、ネガコンラインＬNによって基本ネガコン圧ＰNBとして取り出される。そして、通常は、このネガコンラインＬNの基本ネガコン圧ＰNBによって第一油圧ポンプ２の吐出流量が制御される。
【００２０】
つまり、通常のネガコン制御では、基本ネガコン圧ＰNBが高ければ旋回負荷がないと判断してポンプ吐出流量を減らし、逆に、基本ネガコン圧ＰNBが低ければ旋回負荷がかかっていると判断してポンプ吐出流量を増やす制御が行われる。
高圧選択用チェック弁８ａ，８ｂは、旋回モータ３５の２つあるポート（右旋回用ポートと左旋回用ポート）のうちの何れのポートが高圧であるか、すなわち何れのポートに向かって作動油が流入しているかをチェックする弁である。高圧選択用チェック弁８ａ，８ｂは、旋回モータ３５のリリーフラインＬRに配設されている。
【００２１】
リリーフラインＬRは、旋回モータ３５を高圧から保護するための油路であり、旋回モータ３５の一方のポートに接続される油路Ｌ1と他方のポートに接続される油路Ｌ2とを連通して、一方又は他方のポートへ向かって流入している作動油をリリーフラインＬRを介して作動油タンク１５へ還流可能に設けられている。
オーバーロードリリーフ弁９は、リリーフラインＬRにおいて高圧選択用チェック弁８ａ，８ｂよりも下流に配設されている。そして、高圧選択用チェック弁８ａ，８ｂから流出した作動油が流入するようになっている。オーバーロードリリーフ弁９には予め所定のリリーフ圧が設定され、このリリーフ圧に達したらオーバーロードリリーフ弁９が開弁して、低圧リリーフ弁１０へと作動油を流出させるようになっている。オーバーロードリリーフ弁９が開弁して作動油の一部がリリーフラインＬRへ逃げることにより、旋回モータ３５は高圧から保護される。
【００２２】
低圧リリーフ弁１０は、図４に示すように、オーバーロードリリーフ弁９から流出した余剰流量に応じた大きさの圧力（余剰圧）ＰOを上流側に残しつつ作動油をリリーフする特性を有している。つまり、低圧リリーフ弁１０は、オーバーロードリリーフ弁９からの余剰流量が多いほど高い余剰圧ＰOを上流側に発生させる（換言すれば、オーバーロードリリーフ弁９と低圧リリーフ弁１０との間の油路に余剰圧ＰOを出力する）ようになっている。
【００２３】
チェック弁１１ａ，１１ｂは低圧リリーフ弁１０の下流側に設けられ、低圧リリーフ弁１０からリリーフした作動油を、油路Ｌ1及びＬ2のうち低圧側の一方に戻すように機能している。
パイロット油圧源１２はパイロット圧を出力する油圧源である。電磁比例減圧弁１３は、後述の信号変換器２７の指令に応じてパイロット油圧源１２のパイロット圧を減圧して補正ネガコン圧ＰNAを出力するようになっている。より詳しくは、電磁比例減圧弁１３は、パイロット油圧源１２からのパイロット圧を絞り、指令に応じた値に調整したパイロット圧を補正ネガコン圧ＰNAとしてシャトル弁１４に出力するようになっている。
【００２４】
シャトル弁１４は、電磁比例減圧弁１３から出力された補正ネガコン圧ＰNAと、ネガコンラインＬNから入力された基本ネガコン圧ＰNBとのうちの何れか高圧の圧力を選択する弁であり、選択した圧力を最終的なネガコン圧ＰNとして第一ポンプレギュレータ２ａへ出力するようになっている。
第一圧力センサ１６はオーバーロードリリーフ弁９及び低圧リリーフ弁１０間に生じる余剰圧ＰOの値を検出する検出手段であり、第二圧力センサ１７はネガコンラインＬNの基本ネガコン圧ＰNBの値を検出する検出手段である。また、旋回圧力スイッチ１８は、旋回用リモコン弁の出力するリモコン圧を検出して旋回操作を把握する検出手段であり、他アクチュエータ用圧力スイッチ１９は、他アクチュエータ用のリモコン弁の出力するリモコン圧を検出して旋回以外の操作（走行操作やブーム操作やアーム操作やバケット操作）を把握する検出手段である。旋回圧力スイッチ１８及び他アクチュエータ用圧力スイッチ１９の検出結果は、ＥＣＵ２０に入力される。
【００２５】
ＥＣＵ２０は、ＲＯＭ，ＲＡＭといったメモリやＣＰＵ（中央処理演算装置）で構成される電子制御ユニット（Electronic Control Unit）であり、図２に示すように、圧力設定器２１と、減算器２２と、ＰＩ制御器２３と、加算器２４と、最小ネガコン圧設定器２５と、信号選択器２６と、信号変換器２７とを備えている。
圧力設定器２１は、低圧リリーフ弁１０に流入する余剰流量が最小となるときの圧力（最小余剰圧）ＰXを設定している。すなわち、オーバーロードリリーフ弁９がリリーフ圧に達して開弁し、オーバーロードリリーフ弁９から作動油が流出開始した時点での余剰流量の最小値（最小余剰流量）に対応した低圧リリーフ弁１０の最小余剰圧ＰXを設定している。
【００２６】
減算器２２は、第一圧力センサ１６の検出した余剰圧ＰOから圧力設定器２１の設定した最小余剰圧ＰXを減算して圧力偏差ΔＰ（＝ＰO−ＰX）を算出する。オーバーロードリリーフ弁９から流出する余剰流量が多い場合には第一圧力センサ１６の検出する余剰圧ＰOは最小余剰圧ＰXよりも高くなり（ＰO＞ＰX）、圧力偏差ΔＰはプラス（正）になる。逆に、オーバーロードリリーフ弁９が開弁しない場合には、第一圧力センサ１６の検出する余剰圧ＰOは最小余剰圧ＰXよりも小さくなり（ＰO＜ＰX）、圧力偏差ΔＰはマイナスになる。
【００２７】
ＰＩ制御器２３は、減算器２２の算出した圧力偏差ΔＰに基づいてＰＩ制御演算を行い、ＰＩ制御演算値ＰPIを算出する。ＰＩ制御器２３は、旋回圧力スイッチ１８からＯＮ信号が入力されるとＰＩ制御演算を開始し、ＯＦＦ信号が入力されるとＰＩ制御演算を停止し値をリセットする。つまり、ＰＩ制御器２３は、旋回操作に連動してＰＩ制御演算値ＰPIを算出する。
【００２８】
加算器２４は、ＰＩ制御器２３の算出したＰＩ制御演算値ＰPIと第二圧力センサ１７の検出した基本ネガコン圧ＰNBの値とを加算して、補正値ＰA（＝ＰNB＋ＰPI）を算出する。
最小ネガコン圧設定器２５は、第一油圧ポンプ２の吐出流量が最大となるネガコン圧最小値ＰNmin（図３参照）を設定する。
【００２９】
信号選択器２６は、他アクチュエータ用圧力スイッチ１９から入力された信号によって、最小ネガコン圧設定器２５の設定したネガコン圧最小値ＰNminと加算器２４の算出した補正値ＰAとのうちの何れか一つの値をネガコン圧指令値として選択する。詳しくは、他アクチュエータ用圧力スイッチ１９からＯＮ信号が入力されるとネガコン圧最小値ＰNminを選択し、ＯＦＦ信号が入力されると補正値ＰAを選択する。
信号変換器２７は、信号選択器２６の出力したネガコン圧指令値（ＰNmin又はＰA）を、電磁比例減圧弁１３用の指令値に変換して出力するものである。
【００３０】
＜作用・効果＞
本発明の一実施形態に係る作業機械の旋回用油圧制御装置は上述のように構成されているので、以下のような作用および効果を奏する。
（１）旋回単独駆動の場合
まず、旋回操作が行われて且つ他のアクチュエータの操作は行われていない旋回単独駆動の場合の作用を、順を追って説明する。
【００３１】
まず、オペレータが操作レバーを旋回操作すると、操作レバーに併設された旋回用リモコン弁が作動する。この旋回用リモコン弁の作動によって旋回用制御弁５が開弁し、同時に、第一油圧ポンプ２の斜板が立ち上がって、旋回モータ３５に作動油が供給される。これにより、上部旋回体３２は旋回を開始する（図５に示す旋回開始時点ｔ1）。また、センタバイパスラインＬCの基本ネガコン圧ＰNBは、第二圧力センサ１７で検出される。
【００３２】
図５（ｃ）中に実線及び一点鎖線で示すように、旋回加速時（ｔ1〜ｔ3）には、基本ネガコン圧ＰNBが時間の経過に伴い急激に減少することになる。また、旋回加速開始時には旋回の慣性モーメントが大きいため、オーバーロードリリーフ弁９はリリーフ圧に達し、オーバーロードリリーフ弁９から余剰流量が流出する。
第一油圧ポンプ２から吐出される作動油流量は、図５（ａ）に示すように、旋回開始時（ｔ1）から急激に増大する。同様に、旋回モータ３５に供給される作動油圧も、旋回開始時（ｔ1）から急激に増大する。
【００３３】
オーバーロードリリーフ弁９から流出した作動油の圧力は、低圧リリーフ弁１０によって調整される。すなわち、低圧リリーフ弁１０が余剰流量に応じた余剰圧ＰOをオーバーロードリリーフ弁９との間の油路に残存させる。
この余剰圧ＰOは第一圧力センサ１６に検出される。そして、ＥＣＵ２０の減算器２２が余剰圧ＰOから圧力設定器２１の設定する最小余剰圧ＰXを減算して圧力偏差ΔＰを算出する。このとき、オーバーロードリリーフ弁９から流出する余剰流量が多ければ、余剰圧ＰOが最小余剰圧ＰXよりも高くなり、圧力偏差ΔＰはプラスの値になる。
【００３４】
一方、ＰＩ制御器２３は、減算器２２の算出した圧力偏差ΔＰ（＞０）に基づいてＰＩ制御演算を行い、ＰＩ制御演算値ＰPIを算出する。ＰＩ制御演算値ＰPIは、図５（ｄ）に示すように、時間の経過に伴い急激に上昇することになる（ｔ2→ｔ3）。次いで、加算器２４が、ＰＩ制御器２３の演算したＰＩ制御演算値ＰPIを第二圧力センサ１７の検出した基本ネガコン圧ＰNBの値に加算して補正ネガコン圧ＰNAのための補正値ＰAを算出する。
【００３５】
このとき、他アクチュエータ用圧力スイッチ１９はＯＦＦであるので、信号選択器２６は加算器２４の算出した補正値ＰAをネガコン圧指令値として信号変換器２７に出力する。信号変換器２７は入力されたネガコン圧指令値としての補正値ＰAの値を電磁比例減圧弁１３用の値に変換して、その変換値を電磁比例減圧弁１３に出力する。
電磁比例減圧弁１３は、パイロット油圧源１２のパイロット圧を減圧して、信号変換器２７から指令された補正値ＰAと同一の大きさの補正ネガコン圧ＰNAを出力する。このとき、補正値ＰAはプラスであるので、補正ネガコン圧ＰNAは第二圧力センサ１７の検出する基本ネガコン圧ＰNBよりも高圧となる（ＰNA＞ＰNB）。そのため、シャトル弁１４は電磁比例減圧弁１３の出力する補正ネガコン圧ＰNAを選択して第一ポンプレギュレータ２ａに出力する。
【００３６】
したがって、旋回単独操作での旋回開始時には、第一ポンプレギュレータ２ａが第一油圧ポンプ２の吐出流量を余剰流量に応じて下げるように補正することになる。図５（ｂ）に示すように、第一油圧ポンプ２の吐出流量は旋回モータ３５に流入する作動油量に漸近するように変動する。この結果、オーバーロードリリーフ弁９から流出する余剰流量が最小限の流量になり、エネルギーロスを低減することができる。また、ＥＣＵ２０は、従来のように慣性質量の情報を利用することなく補正ネガコン圧ＰNAのための補正値ＰAを算出するので、上部旋回体３２の慣性質量の変化に対しても良好に追従することができ、汎用性に優れているという利点がある。
【００３７】
（２）他の油圧アクチュエータを駆動操作した場合
オペレータが他アクチュエータを操作した場合には、信号選択器２６は最小ネガコン圧設定器２５の出力するネガコン圧最小値ＰNminを選択するので、電磁比例減圧弁１３はシャトル弁１４に向かってネガコン圧最小値ＰNminの値の補正ネガコン圧ＰNAを出力する。そして、シャトル弁１４は基本ネガコン圧ＰNBと補正ネガコン圧ＰNAとを高圧選択するが、補正ネガコン圧ＰNAの圧力はネガコン圧最小値ＰNminの値であるために当然に基本ネガコン圧ＰNBよりも低圧となり、シャトル弁１４は常に基本ネガコン圧ＰNBを選択して第一ポンプレギュレータ２ａに出力する。
【００３８】
したがって、他アクチュエータを駆動操作した場合には、基本ネガコン圧ＰNBの値に応じてポンプ吐出流量が制御される通常のネガコン制御が行われ、他アクチュエータの作動に必要な流量を他アクチュエータに確実に供給することができる。
【００３９】
＜その他＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。
例えば、上記実施形態では、低圧リリーフ弁１０をオーバーロードリリーフ弁９の下流に設け、オーバーロードリリーフ弁９から流出する作動油の余剰流量に応じた余剰圧を低圧リリーフ弁１０で発生させて、その余剰圧を第一圧力センサ１６が検出するようにしたが、低圧リリーフ弁１０を設けることなく、オーバーロードリリーフ弁９からの余剰流量を直接検出する流量検出手段を第一圧力センサ１６に替えて設け、ＥＣＵ２０が流量検出手段で検出された余剰流量の値に応じて補正ネガコン圧の値を算出するようにしても良い。
【００４０】
また、上記実施形態では、油圧ショベル３０に適用した場合について説明したが、旋回機能を具備する他の作業機械（例えば、クレーン等）に適宜変更して適用してももちろん良い。
【符号の説明】
【００４１】
１ エンジン
２，３ 油圧ポンプ
２ａ，３ａ ポンプレギュレータ
４ コントロールバルブ
５ 旋回用制御弁
８ａ，８ｂ 高圧選択用チェック弁
９ オーバーロードリリーフ弁
１０ 低圧リリーフ弁
１１ａ，１１ｂ チェック弁
１２ パイロット油圧源
１３ 電磁比例減圧弁（補正ネガコン圧出力弁）
１４ シャトル弁（高圧選択弁）
１５ 作動油タンク
１６ 第一圧力センサ（余剰検出手段）
１７ 第二圧力センサ（ネガコン圧検出手段）
１８ 旋回圧力スイッチ（旋回操作検出手段）
１９ 他アクチュエータ用圧力スイッチ（他操作検出手段）
２０ ＥＣＵ（制御手段）
２１ 圧力設定器
２２ 減算器
２３ ＰＩ制御器
２４ 加算器
２５ 最小ネガコン圧設定器
２６ 信号選択器
２７ 信号変換器
３０ 油圧ショベル（作業機械）
３１ 下部走行体
３２ 上部旋回体
３３ 作業装置
３４ 左走行モータ（その他の油圧アクチュエータ）
３５ 旋回モータ（旋回用油圧アクチュエータ）
３６ ブームシリンダ（その他の油圧アクチュエータ）
３７ アームシリンダ（その他の油圧アクチュエータ）
３８ バケットシリンダ（その他の油圧アクチュエータ）
４１ キャブ
５１〜５３ 他アクチュエータ用制御弁
ＬN ネガコンライン（ネガコン油路）
ＰA 補正値
ＰNA 補正ネガコン圧
ＰNB 基本ネガコン圧
ＰNmin ネガコン圧最小値
ＰO 低圧リリーフ弁の余剰圧
ＰPI ＰＩ制御演算値
ＰX 低圧リリーフ弁の最小余剰圧
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の油圧式作業機械の旋回用油圧制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、油圧ショベルの上部旋回体を旋回駆動する旋回モータの制御として、旋回モータへ流入する作動油の一部をブリードオフし、急旋回時のショックを防止して安定した旋回動作を行うブリードオフ制御が知られている。
例えば特許文献１には、ブリードオフ制御による良好な旋回性能を維持しながら、省エネルギーを実現するための技術が開示されている。詳しくは、特許文献１の技術は、可変容量型の油圧ポンプと旋回モータとの間にコントロールバルブを設け、そのコントロールバルブにブリードオフ通路が形成されている構成において、旋回モータへの流入流量を検出するモータ流量検出手段（モータ回転数センサ）と、旋回体の慣性質量を求めるためのデータ（作業アタッチメントの姿勢，バケット負荷）を検出する慣性質量データ検出手段（姿勢センサ，負荷センサ）とを備えている。そして、モータ流量検出手段によって検出される実際のモータ流入流量の増加分から、旋回体の慣性質量と加速力とから求められる流量分を差し引いた量だけポンプ吐出流量を増加させ、旋回開始時のブリードオフ流量を最小値にしてエネルギーロスを低減するとともに、旋回加速段階で旋回加速圧力が時間の経過とともに漸減する特性が得られるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６２２８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、特許文献１に開示された技術では、慣性質量を求めてポンプ吐出流量を制御しているため、作業アタッチメントが変更されると慣性質量データ検出手段の構成や慣性質量を求める方法を変更する必要があり、汎用性に乏しい。
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、エネルギーロスを低減することができるとともに、汎用性に優れた作業機械の旋回用油圧制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の作業機械の旋回用油圧制御装置は、旋回用油圧アクチュエータとその他の油圧アクチュエータとを備えた作業機械において、前記旋回用油圧アクチュエータに向かって作動油を吐出する可変容量型の油圧ポンプの吐出流量を制御する、作業機械の旋回用油圧制御装置であって、前記旋回用油圧アクチュエータに供給される作動油の流入方向と流入流量とをスプールの移動によって制御する旋回用制御弁と、前記旋回用制御弁のスプールの位置に応じたネガコン圧が発生するネガコン油路と、前記旋回用油圧アクチュエータに流入する作動油の圧力が予め設定されたリリーフ圧に達したときに開弁するオーバーロードリリーフ弁と、前記オーバーロードリリーフ弁から流出した作動油の余剰流量に相当する値を検出する余剰検出手段と、前記旋回用油圧アクチュエータの単独駆動時には、前記余剰検出手段の検出した値に応じて前記ネガコン油路のネガコン圧を補正した補正ネガコン圧で前記油圧ポンプの吐出流量を制御する制御手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００６】
なお、前記オーバーロードリリーフ弁から流出した作動油の余剰流量に応じた圧力を余剰圧として出力する低圧リリーフ弁と、前記ネガコン油路のネガコン圧の値を検出するネガコン圧検出手段と、パイロット圧を出力するパイロット油圧源と、前記パイロット油圧源のパイロット圧を減圧して前記補正ネガコン圧を出力する補正ネガコン圧出力弁と、前記ネガコン油路のネガコン圧と前記補正ネガコン圧出力弁の出力する補正ネガコン圧とのうちの高圧側の圧力を選択する高圧選択弁と、をさらに備え、前記余剰検出手段は、前記低圧リリーフ弁の出力する余剰圧を検出し、前記制御手段は、前記オーバーロードリリーフ弁から流出する余剰流量の最小値に応じた前記低圧リリーフ弁の最小余剰圧を予め記憶し、前記余剰検出手段の検出した前記余剰圧から前記最小余剰圧を減算して圧力偏差を算出し、その圧力偏差をＰＩ制御演算し、そのＰＩ制御演算値と前記ネガコン油路のネガコン圧の値とを加算して補正値を算出し、前記旋回用油圧アクチュエータの単独駆動時には、前記補正ネガコン圧出力弁に前記補正値の前記補正ネガコン圧を出力するように指令を送信することが好ましい。
【０００７】
また、前記制御手段は、前記油圧ポンプの吐出流量が最大になるネガコン圧最小値を予め記憶し、前記その他の油圧アクチュエータの駆動操作がなされた場合には、前記補正ネガコン圧出力弁に前記ネガコン圧最小値の値の前記補正ネガコン圧を出力するように指令を送信することが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の作業機械の旋回用油圧制御装置によれば、旋回単独駆動開始時には余剰流量が多くなるにつれネガコン圧を増大補正した補正ネガコン圧でポンプ吐出流量を制御することで、余剰流量を低減するようにポンプ吐出流量が低減してエネルギーロスを低減することができる。また、従来のように慣性質量の情報を利用することなく、余剰流量に相当する値を検出してポンプ吐出流量を制御するので、旋回体の慣性質量の変化に対しても良好に追従することができ、汎用性に優れているという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る作業機械の旋回用油圧制御装置の構成を模式的に示す油圧・電気回路図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る作業機械の旋回用油圧制御装置のＥＣＵの模式的な制御ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る作業機械の旋回用油圧制御装置の油圧ポンプの特性を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態に係る作業機械の旋回用油圧制御装置の低圧リリーフ弁の特性を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る作業機械の旋回用油圧制御装置の作用を説明するためのグラフであって、（ａ）は旋回モータの駆動圧力を示し、（ｂ）はポンプ吐出流量及びモータ流入流量を示し、（ｃ）は補正ネガコン圧を示し、（ｄ）は補正ネガコン圧のためのＰＩ制御演算値を示している。
【図６】本発明の一実施形態に係る作業機械の旋回用油圧制御装置が備えられた油圧ショベルの全体像を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面により本発明の作業機械の旋回用油圧制御装置の実施の形態について説明する。
＜構成＞
本実施形態の旋回用油圧制御装置は、図６に示すような油圧ショベル３０に設けられている。
【００１１】
油圧ショベル３０は、下部走行体３１と、下部走行体３１上に旋回自在に結合された上部旋回体３２と、上部旋回体３２から前方へ延出するように取り付けられ、ブーム３３ａ，アーム３３ｂ及びバケット３３ｃを有して種々の作業を行う作業装置３３とを備えて構成されている。
下部走行体３１は走行用油圧アクチュエータとしての左右一対の走行モータ３４（左側の走行モータ３４のみを図６にて図示）を備え、上部旋回体３２は旋回用油圧アクチュエータとしての旋回モータ３５を備えている。また、作業装置３３は、ブーム３３ａ，アーム３３ｂ及びバケット３３ｃそれぞれに対して、作業用油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ３６，アームシリンダ３７及びバケットシリンダ３８を備えている。以下では、左走行モータ３４，右走行モータ，ブームシリンダ３６，アームシリンダ３７及びバケットシリンダ３８を、旋回モータ３５と区別して他アクチュエータ（その他の油圧アクチュエータ）とも総称する。また、図１に示す油圧回路において、図面の簡略化のために他アクチュエータの図示は省略している。
【００１２】
上部旋回体３２の前部には、オペレータが搭乗するキャブ４１が設けられている。キャブ４１内には、下部走行体３１を走行駆動するためにオペレータによって操作される走行用操作レバー（図示略）と、上部旋回体３２を旋回駆動するため及び作業装置３３を作動させるためにオペレータによって操作される作業用操作レバー（図示略）とが設けられている。走行用操作レバーと作業用操作レバーとには、走行操作，旋回操作，ブーム操作，アーム操作及びバケット操作それぞれの操作量に対応して後述の各制御弁５，５１〜５３のスプールの位置を切り換えるリモコン弁（図示略）が設けられている。
【００１３】
本実施形態の旋回用油圧制御装置は、旋回モータ３５に供給される作動油を制御するものであって、その油圧・電気回路は図１に示すように構成されている。この油圧・電気回路には、第一油圧ポンプ２，第一ポンプレギュレータ（第一ポンプ制御手段）２ａ，第二油圧ポンプ３，第二ポンプレギュレータ（第二ポンプ制御手段）３ａ及びコントロールバルブ４が設けられている。また、高圧選択用チェック弁８ａ，８ｂと、オーバーロードリリーフ弁９と、低圧リリーフ弁１０と、チェック弁１１ａ，１１ｂと、パイロット油圧源１２と、電磁比例減圧弁（補正ネガコン圧出力弁）１３と、シャトル弁（高圧選択弁）１４と、作動油タンク１５とが設けられている。さらに、第一圧力センサ（余剰検出手段）１６と、第二圧力センサ（ネガコン圧検出手段）１７と、旋回圧力スイッチ（旋回操作検出手段）１８と、他アクチュエータ用圧力スイッチ（他操作検出手段）１９と、ＥＣＵ（制御手段）２０とが設けられている。
【００１４】
第一及び第二の油圧ポンプ２，３は、油圧ショベル３０の駆動源であるエンジン１により駆動されて作動油を吐出し、吐出した作動油を旋回モータ３５及び他アクチュエータに供給するものである。
第一及び第二の油圧ポンプ２，３は斜板を有する可変容量型ポンプであり、それぞれが第一又は第二のポンプレギュレータ２ａ，３ａによって斜板の傾きが制御されて吐出流量（単に吐出量ともいう）を変化させる。なお、第一油圧ポンプ２は、旋回モータ３５と他のアクチュエータのうちの一部（例えば、左走行モータ３４とアームシリンダ３７）とに向けて作動油を吐出し、第二油圧ポンプは、残りの他アクチュエータ（例えば、右走行モータとブームシリンダ３６とバケットシリンダ３８）に向けて作動油を吐出するようになっている。
【００１５】
第一ポンプレギュレータ２ａは特に、後述するネガコン圧（ネガティブコントロール圧）に応じて第一油圧ポンプ２の斜板の傾きを制御し、吐出流量を増減させる。この第一油圧ポンプ２の吐出流量とネガコン圧との関係を図３に示す。
コントロールバルブ４は、旋回用制御弁５と、左走行用制御弁５１と、アーム用制御弁（図示略）と、第一フートリリーフ弁６と、右走行用制御弁５２と、ブーム用制御弁５３と、バケット用制御弁（図示略）と、第二フートリリーフ弁５４とを備えている。図１には、図面の簡略化のために、他アクチュエータ用制御弁のうち３つの制御弁５１〜５３を代表して示している。
【００１６】
旋回用制御弁５は、第一油圧ポンプ２と旋回モータ３５とを接続する油圧ライン上に介装されている。そして、スプールの移動によって、第一油圧ポンプ２から旋回モータ３５へ供給される作動油の流入流量と流入方向とを制御可能になっている。旋回用制御弁５のスプールは、前述のように、作業用操作レバーの旋回操作量に応じて旋回用リモコン弁が作動することで移動し、位置が切り換わるようになっている。
【００１７】
旋回用制御弁５内には、旋回操作がなされずにスプールが中立位置にあるときにセンタバイパスラインＬCに連通するセンタバイパス通路５ａが設けられている。旋回操作のない状態（旋回無負荷状態）では、第一油圧ポンプ２の作動油はセンタバイパス通路５ａとセンタバイパスラインＬCとを通過し、旋回モータ３５に供給されることなく作動油タンク１５に戻る。センタバイパスラインＬCは、第一油圧ポンプ２の吐出した作動油を、旋回モータ３５を通さずに作動油タンク１５へ戻すラインである。
【００１８】
フートリリーフ弁６は、センタバイパスラインＬCにおいて旋回用制御弁５及び他の制御弁５１よりも下流側に介装され、センタバイパスラインＬCにネガコン圧（基本ネガコン圧ＰNB）を発生させるためのリリーフ弁である。また、センタバイパスラインＬCには、フートリリーフ弁６により生じた基本ネガコン圧ＰNBを取り出すために、フートリリーフ弁６の直上流からネガコンライン（ネガコン油路）ＬNが分岐して設けられている。
【００１９】
旋回操作がない場合には、旋回用制御弁５のセンタバイパス通路５ａが開通してセンタバイパスラインＬCの流量が増し、センタバイパスラインＬCのフートリリーフ弁６手前の圧力が上がる。一方、旋回操作がなされると、旋回用制御弁５のスプールが移動してセンタバイパス通路５ａは徐々に閉鎖されてセンタバイパスラインＬCの流量が徐々に減り、センタバイパスラインＬCのフートリリーフ弁６手前の圧力が徐々に下がる。このセンタバイパスラインＬCのフートリリーフ弁６手前の圧力が、ネガコンラインＬNによって基本ネガコン圧ＰNBとして取り出される。そして、通常は、このネガコンラインＬNの基本ネガコン圧ＰNBによって第一油圧ポンプ２の吐出流量が制御される。
【００２０】
つまり、通常のネガコン制御では、基本ネガコン圧ＰNBが高ければ旋回負荷がないと判断してポンプ吐出流量を減らし、逆に、基本ネガコン圧ＰNBが低ければ旋回負荷がかかっていると判断してポンプ吐出流量を増やす制御が行われる。
高圧選択用チェック弁８ａ，８ｂは、旋回モータ３５の２つあるポート（右旋回用ポートと左旋回用ポート）のうちの何れのポートが高圧であるか、すなわち何れのポートに向かって作動油が流入しているかをチェックする弁である。高圧選択用チェック弁８ａ，８ｂは、旋回モータ３５のリリーフラインＬRに配設されている。
【００２１】
リリーフラインＬRは、旋回モータ３５を高圧から保護するための油路であり、旋回モータ３５の一方のポートに接続される油路Ｌ1と他方のポートに接続される油路Ｌ2とを連通して、一方又は他方のポートへ向かって流入している作動油をリリーフラインＬRを介して作動油タンク１５へ還流可能に設けられている。
オーバーロードリリーフ弁９は、リリーフラインＬRにおいて高圧選択用チェック弁８ａ，８ｂよりも下流に配設されている。そして、高圧選択用チェック弁８ａ，８ｂから流出した作動油が流入するようになっている。オーバーロードリリーフ弁９には予め所定のリリーフ圧が設定され、このリリーフ圧に達したらオーバーロードリリーフ弁９が開弁して、低圧リリーフ弁１０へと作動油を流出させるようになっている。オーバーロードリリーフ弁９が開弁して作動油の一部がリリーフラインＬRへ逃げることにより、旋回モータ３５は高圧から保護される。
【００２２】
低圧リリーフ弁１０は、図４に示すように、オーバーロードリリーフ弁９から流出した余剰流量に応じた大きさの圧力（余剰圧）ＰOを上流側に残しつつ作動油をリリーフする特性を有している。つまり、低圧リリーフ弁１０は、オーバーロードリリーフ弁９からの余剰流量が多いほど高い余剰圧ＰOを上流側に発生させる（換言すれば、オーバーロードリリーフ弁９と低圧リリーフ弁１０との間の油路に余剰圧ＰOを出力する）ようになっている。
【００２３】
チェック弁１１ａ，１１ｂは低圧リリーフ弁１０の下流側に設けられ、低圧リリーフ弁１０からリリーフした作動油を、油路Ｌ1及びＬ2のうち低圧側の一方に戻すように機能している。
パイロット油圧源１２はパイロット圧を出力する油圧源である。電磁比例減圧弁１３は、後述の信号変換器２７の指令に応じてパイロット油圧源１２のパイロット圧を減圧して補正ネガコン圧ＰNAを出力するようになっている。より詳しくは、電磁比例減圧弁１３は、パイロット油圧源１２からのパイロット圧を絞り、指令に応じた値に調整したパイロット圧を補正ネガコン圧ＰNAとしてシャトル弁１４に出力するようになっている。
【００２４】
シャトル弁１４は、電磁比例減圧弁１３から出力された補正ネガコン圧ＰNAと、ネガコンラインＬNから入力された基本ネガコン圧ＰNBとのうちの何れか高圧の圧力を選択する弁であり、選択した圧力を最終的なネガコン圧ＰNとして第一ポンプレギュレータ２ａへ出力するようになっている。
第一圧力センサ１６はオーバーロードリリーフ弁９及び低圧リリーフ弁１０間に生じる余剰圧ＰOの値を検出する検出手段であり、第二圧力センサ１７はネガコンラインＬNの基本ネガコン圧ＰNBの値を検出する検出手段である。また、旋回圧力スイッチ１８は、旋回用リモコン弁の出力するリモコン圧を検出して旋回操作を把握する検出手段であり、他アクチュエータ用圧力スイッチ１９は、他アクチュエータ用のリモコン弁の出力するリモコン圧を検出して旋回以外の操作（走行操作やブーム操作やアーム操作やバケット操作）を把握する検出手段である。旋回圧力スイッチ１８及び他アクチュエータ用圧力スイッチ１９の検出結果は、ＥＣＵ２０に入力される。
【００２５】
ＥＣＵ２０は、ＲＯＭ，ＲＡＭといったメモリやＣＰＵ（中央処理演算装置）で構成される電子制御ユニット（Electronic Control Unit）であり、図２に示すように、圧力設定器２１と、減算器２２と、ＰＩ制御器２３と、加算器２４と、最小ネガコン圧設定器２５と、信号選択器２６と、信号変換器２７とを備えている。
圧力設定器２１は、低圧リリーフ弁１０に流入する余剰流量が最小となるときの圧力（最小余剰圧）ＰXを設定している。すなわち、オーバーロードリリーフ弁９がリリーフ圧に達して開弁し、オーバーロードリリーフ弁９から作動油が流出開始した時点での余剰流量の最小値（最小余剰流量）に対応した低圧リリーフ弁１０の最小余剰圧ＰXを設定している。
【００２６】
減算器２２は、第一圧力センサ１６の検出した余剰圧ＰOから圧力設定器２１の設定した最小余剰圧ＰXを減算して圧力偏差ΔＰ（＝ＰO−ＰX）を算出する。オーバーロードリリーフ弁９から流出する余剰流量が多い場合には第一圧力センサ１６の検出する余剰圧ＰOは最小余剰圧ＰXよりも高くなり（ＰO＞ＰX）、圧力偏差ΔＰはプラス（正）になる。逆に、オーバーロードリリーフ弁９が開弁しない場合には、第一圧力センサ１６の検出する余剰圧ＰOは最小余剰圧ＰXよりも小さくなり（ＰO＜ＰX）、圧力偏差ΔＰはマイナスになる。
【００２７】
ＰＩ制御器２３は、減算器２２の算出した圧力偏差ΔＰに基づいてＰＩ制御演算を行い、ＰＩ制御演算値ＰPIを算出する。ＰＩ制御器２３は、旋回圧力スイッチ１８からＯＮ信号が入力されるとＰＩ制御演算を開始し、ＯＦＦ信号が入力されるとＰＩ制御演算を停止し値をリセットする。つまり、ＰＩ制御器２３は、旋回操作に連動してＰＩ制御演算値ＰPIを算出する。
【００２８】
加算器２４は、ＰＩ制御器２３の算出したＰＩ制御演算値ＰPIと第二圧力センサ１７の検出した基本ネガコン圧ＰNBの値とを加算して、補正値ＰA（＝ＰNB＋ＰPI）を算出する。
最小ネガコン圧設定器２５は、第一油圧ポンプ２の吐出流量が最大となるネガコン圧最小値ＰNmin（図３参照）を設定する。
【００２９】
信号選択器２６は、他アクチュエータ用圧力スイッチ１９から入力された信号によって、最小ネガコン圧設定器２５の設定したネガコン圧最小値ＰNminと加算器２４の算出した補正値ＰAとのうちの何れか一つの値をネガコン圧指令値として選択する。詳しくは、他アクチュエータ用圧力スイッチ１９からＯＮ信号が入力されるとネガコン圧最小値ＰNminを選択し、ＯＦＦ信号が入力されると補正値ＰAを選択する。
信号変換器２７は、信号選択器２６の出力したネガコン圧指令値（ＰNmin又はＰA）を、電磁比例減圧弁１３用の指令値に変換して出力するものである。
【００３０】
＜作用・効果＞
本発明の一実施形態に係る作業機械の旋回用油圧制御装置は上述のように構成されているので、以下のような作用および効果を奏する。
（１）旋回単独駆動の場合
まず、旋回操作が行われて且つ他のアクチュエータの操作は行われていない旋回単独駆動の場合の作用を、順を追って説明する。
【００３１】
まず、オペレータが操作レバーを旋回操作すると、操作レバーに併設された旋回用リモコン弁が作動する。この旋回用リモコン弁の作動によって旋回用制御弁５が開弁し、同時に、第一油圧ポンプ２の斜板が立ち上がって、旋回モータ３５に作動油が供給される。これにより、上部旋回体３２は旋回を開始する（図５に示す旋回開始時点ｔ1）。また、センタバイパスラインＬCの基本ネガコン圧ＰNBは、第二圧力センサ１７で検出される。
【００３２】
図５（ｃ）中に実線及び一点鎖線で示すように、旋回加速時（ｔ1〜ｔ3）には、基本ネガコン圧ＰNBが時間の経過に伴い急激に減少することになる。また、旋回加速開始時には旋回の慣性モーメントが大きいため、オーバーロードリリーフ弁９はリリーフ圧に達し、オーバーロードリリーフ弁９から余剰流量が流出する。
第一油圧ポンプ２から吐出される作動油流量は、図５（ａ）に示すように、旋回開始時（ｔ1）から急激に増大する。同様に、旋回モータ３５に供給される作動油圧も、旋回開始時（ｔ1）から急激に増大する。
【００３３】
オーバーロードリリーフ弁９から流出した作動油の圧力は、低圧リリーフ弁１０によって調整される。すなわち、低圧リリーフ弁１０が余剰流量に応じた余剰圧ＰOをオーバーロードリリーフ弁９との間の油路に残存させる。
この余剰圧ＰOは第一圧力センサ１６に検出される。そして、ＥＣＵ２０の減算器２２が余剰圧ＰOから圧力設定器２１の設定する最小余剰圧ＰXを減算して圧力偏差ΔＰを算出する。このとき、オーバーロードリリーフ弁９から流出する余剰流量が多ければ、余剰圧ＰOが最小余剰圧ＰXよりも高くなり、圧力偏差ΔＰはプラスの値になる。
【００３４】
一方、ＰＩ制御器２３は、減算器２２の算出した圧力偏差ΔＰ（＞０）に基づいてＰＩ制御演算を行い、ＰＩ制御演算値ＰPIを算出する。ＰＩ制御演算値ＰPIは、図５（ｄ）に示すように、時間の経過に伴い急激に上昇することになる（ｔ2→ｔ3）。次いで、加算器２４が、ＰＩ制御器２３の演算したＰＩ制御演算値ＰPIを第二圧力センサ１７の検出した基本ネガコン圧ＰNBの値に加算して補正ネガコン圧ＰNAのための補正値ＰAを算出する。
【００３５】
このとき、他アクチュエータ用圧力スイッチ１９はＯＦＦであるので、信号選択器２６は加算器２４の算出した補正値ＰAをネガコン圧指令値として信号変換器２７に出力する。信号変換器２７は入力されたネガコン圧指令値としての補正値ＰAの値を電磁比例減圧弁１３用の値に変換して、その変換値を電磁比例減圧弁１３に出力する。
電磁比例減圧弁１３は、パイロット油圧源１２のパイロット圧を減圧して、信号変換器２７から指令された補正値ＰAと同一の大きさの補正ネガコン圧ＰNAを出力する。このとき、補正値ＰAはプラスであるので、補正ネガコン圧ＰNAは第二圧力センサ１７の検出する基本ネガコン圧ＰNBよりも高圧となる（ＰNA＞ＰNB）。そのため、シャトル弁１４は電磁比例減圧弁１３の出力する補正ネガコン圧ＰNAを選択して第一ポンプレギュレータ２ａに出力する。
【００３６】
したがって、旋回単独操作での旋回開始時には、第一ポンプレギュレータ２ａが第一油圧ポンプ２の吐出流量を余剰流量に応じて下げるように補正することになる。図５（ｂ）に示すように、第一油圧ポンプ２の吐出流量は旋回モータ３５に流入する作動油量に漸近するように変動する。この結果、オーバーロードリリーフ弁９から流出する余剰流量が最小限の流量になり、エネルギーロスを低減することができる。また、ＥＣＵ２０は、従来のように慣性質量の情報を利用することなく補正ネガコン圧ＰNAのための補正値ＰAを算出するので、上部旋回体３２の慣性質量の変化に対しても良好に追従することができ、汎用性に優れているという利点がある。
【００３７】
（２）他の油圧アクチュエータを駆動操作した場合
オペレータが他アクチュエータを操作した場合には、信号選択器２６は最小ネガコン圧設定器２５の出力するネガコン圧最小値ＰNminを選択するので、電磁比例減圧弁１３はシャトル弁１４に向かってネガコン圧最小値ＰNminの値の補正ネガコン圧ＰNAを出力する。そして、シャトル弁１４は基本ネガコン圧ＰNBと補正ネガコン圧ＰNAとを高圧選択するが、補正ネガコン圧ＰNAの圧力はネガコン圧最小値ＰNminの値であるために当然に基本ネガコン圧ＰNBよりも低圧となり、シャトル弁１４は常に基本ネガコン圧ＰNBを選択して第一ポンプレギュレータ２ａに出力する。
【００３８】
したがって、他アクチュエータを駆動操作した場合には、基本ネガコン圧ＰNBの値に応じてポンプ吐出流量が制御される通常のネガコン制御が行われ、他アクチュエータの作動に必要な流量を他アクチュエータに確実に供給することができる。
【００３９】
＜その他＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。
例えば、上記実施形態では、低圧リリーフ弁１０をオーバーロードリリーフ弁９の下流に設け、オーバーロードリリーフ弁９から流出する作動油の余剰流量に応じた余剰圧を低圧リリーフ弁１０で発生させて、その余剰圧を第一圧力センサ１６が検出するようにしたが、低圧リリーフ弁１０を設けることなく、オーバーロードリリーフ弁９からの余剰流量を直接検出する流量検出手段を第一圧力センサ１６に替えて設け、ＥＣＵ２０が流量検出手段で検出された余剰流量の値に応じて補正ネガコン圧の値を算出するようにしても良い。
【００４０】
また、上記実施形態では、油圧ショベル３０に適用した場合について説明したが、旋回機能を具備する他の作業機械（例えば、クレーン等）に適宜変更して適用してももちろん良い。
【符号の説明】
【００４１】
１ エンジン
２，３ 油圧ポンプ
２ａ，３ａ ポンプレギュレータ
４ コントロールバルブ
５ 旋回用制御弁
８ａ，８ｂ 高圧選択用チェック弁
９ オーバーロードリリーフ弁
１０ 低圧リリーフ弁
１１ａ，１１ｂ チェック弁
１２ パイロット油圧源
１３ 電磁比例減圧弁（補正ネガコン圧出力弁）
１４ シャトル弁（高圧選択弁）
１５ 作動油タンク
１６ 第一圧力センサ（余剰検出手段）
１７ 第二圧力センサ（ネガコン圧検出手段）
１８ 旋回圧力スイッチ（旋回操作検出手段）
１９ 他アクチュエータ用圧力スイッチ（他操作検出手段）
２０ ＥＣＵ（制御手段）
２１ 圧力設定器
２２ 減算器
２３ ＰＩ制御器
２４ 加算器
２５ 最小ネガコン圧設定器
２６ 信号選択器
２７ 信号変換器
３０ 油圧ショベル（作業機械）
３１ 下部走行体
３２ 上部旋回体
３３ 作業装置
３４ 左走行モータ（その他の油圧アクチュエータ）
３５ 旋回モータ（旋回用油圧アクチュエータ）
３６ ブームシリンダ（その他の油圧アクチュエータ）
３７ アームシリンダ（その他の油圧アクチュエータ）
３８ バケットシリンダ（その他の油圧アクチュエータ）
４１ キャブ
５１〜５３ 他アクチュエータ用制御弁
ＬN ネガコンライン（ネガコン油路）
ＰA 補正値
ＰNA 補正ネガコン圧
ＰNB 基本ネガコン圧
ＰNmin ネガコン圧最小値
ＰO 低圧リリーフ弁の余剰圧
ＰPI ＰＩ制御演算値
ＰX 低圧リリーフ弁の最小余剰圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋回用油圧アクチュエータとその他の油圧アクチュエータとを備えた作業機械において、前記旋回用油圧アクチュエータに向かって作動油を吐出する可変容量型の油圧ポンプの吐出流量を制御する、作業機械の旋回用油圧制御装置であって、
前記旋回用油圧アクチュエータに供給される作動油の流入方向と流入流量とをスプールの移動によって制御する旋回用制御弁と、
前記旋回用制御弁のスプールの位置に応じたネガコン圧が発生するネガコン油路と、
前記旋回用油圧アクチュエータに流入する作動油の圧力が予め設定されたリリーフ圧に達したときに開弁するオーバーロードリリーフ弁と、
前記オーバーロードリリーフ弁から流出した作動油の余剰流量に相当する値を検出する余剰検出手段と、
前記旋回用油圧アクチュエータの単独駆動時には、前記余剰検出手段の検出した値に応じて前記ネガコン油路のネガコン圧を補正した補正ネガコン圧で前記油圧ポンプの吐出流量を制御する制御手段と、を備えた
ことを特徴とする、作業機械の旋回用油圧制御装置。
【請求項２】
前記オーバーロードリリーフ弁から流出した作動油の余剰流量に応じた圧力を余剰圧として出力する低圧リリーフ弁と、
前記ネガコン油路のネガコン圧の値を検出するネガコン圧検出手段と、
パイロット圧を出力するパイロット油圧源と、
前記パイロット油圧源のパイロット圧を減圧して前記補正ネガコン圧を出力する補正ネガコン圧出力弁と、
前記ネガコン油路のネガコン圧と前記補正ネガコン圧出力弁の出力する補正ネガコン圧とのうちの高圧側の圧力を選択する高圧選択弁と、を備え、
前記余剰検出手段が、前記低圧リリーフ弁の出力する余剰圧を検出し、
前記制御手段が、前記オーバーロードリリーフ弁から流出する余剰流量の最小値に応じた前記低圧リリーフ弁の最小余剰圧を予め記憶し、前記余剰検出手段の検出した前記余剰圧から前記最小余剰圧を減算して圧力偏差を算出し、その圧力偏差をＰＩ制御演算し、そのＰＩ制御演算値と前記ネガコン油路のネガコン圧の値とを加算して補正値を算出し、前記旋回用油圧アクチュエータの単独駆動時には、前記補正ネガコン圧出力弁に前記補正値の前記補正ネガコン圧を出力するように指令を送信する
ことを特徴とする、請求項１記載の作業機械の旋回用油圧制御装置。
【請求項３】
前記制御手段が、前記油圧ポンプの吐出流量が最大になるネガコン圧最小値を予め記憶し、前記その他の油圧アクチュエータの駆動操作がなされた場合には、前記補正ネガコン圧出力弁に前記ネガコン圧最小値の値の前記補正ネガコン圧を出力するように指令を送信する
ことを特徴とする、請求項２記載の作業機械の旋回用油圧制御装置。
【請求項１】
旋回用油圧アクチュエータとその他の油圧アクチュエータとを備えた作業機械において、前記旋回用油圧アクチュエータに向かって作動油を吐出する可変容量型の油圧ポンプの吐出流量を制御する、作業機械の旋回用油圧制御装置であって、
前記旋回用油圧アクチュエータに供給される作動油の流入方向と流入流量とをスプールの移動によって制御する旋回用制御弁と、
前記旋回用制御弁のスプールの位置に応じたネガコン圧が発生するネガコン油路と、
前記旋回用油圧アクチュエータに流入する作動油の圧力が予め設定されたリリーフ圧に達したときに開弁するオーバーロードリリーフ弁と、
前記オーバーロードリリーフ弁から流出した作動油の余剰流量に相当する値を検出する余剰検出手段と、
前記旋回用油圧アクチュエータの単独駆動時には、前記余剰検出手段の検出した値に応じて前記ネガコン油路のネガコン圧を補正した補正ネガコン圧で前記油圧ポンプの吐出流量を制御する制御手段と、を備えた
ことを特徴とする、作業機械の旋回用油圧制御装置。
【請求項２】
前記オーバーロードリリーフ弁から流出した作動油の余剰流量に応じた圧力を余剰圧として出力する低圧リリーフ弁と、
前記ネガコン油路のネガコン圧の値を検出するネガコン圧検出手段と、
パイロット圧を出力するパイロット油圧源と、
前記パイロット油圧源のパイロット圧を減圧して前記補正ネガコン圧を出力する補正ネガコン圧出力弁と、
前記ネガコン油路のネガコン圧と前記補正ネガコン圧出力弁の出力する補正ネガコン圧とのうちの高圧側の圧力を選択する高圧選択弁と、を備え、
前記余剰検出手段が、前記低圧リリーフ弁の出力する余剰圧を検出し、
前記制御手段が、前記オーバーロードリリーフ弁から流出する余剰流量の最小値に応じた前記低圧リリーフ弁の最小余剰圧を予め記憶し、前記余剰検出手段の検出した前記余剰圧から前記最小余剰圧を減算して圧力偏差を算出し、その圧力偏差をＰＩ制御演算し、そのＰＩ制御演算値と前記ネガコン油路のネガコン圧の値とを加算して補正値を算出し、前記旋回用油圧アクチュエータの単独駆動時には、前記補正ネガコン圧出力弁に前記補正値の前記補正ネガコン圧を出力するように指令を送信する
ことを特徴とする、請求項１記載の作業機械の旋回用油圧制御装置。
【請求項３】
前記制御手段が、前記油圧ポンプの吐出流量が最大になるネガコン圧最小値を予め記憶し、前記その他の油圧アクチュエータの駆動操作がなされた場合には、前記補正ネガコン圧出力弁に前記ネガコン圧最小値の値の前記補正ネガコン圧を出力するように指令を送信する
ことを特徴とする、請求項２記載の作業機械の旋回用油圧制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−７６５６（Ｐ２０１２−７６５６Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４３０５４（Ｐ２０１０−１４３０５４）
【出願日】平成２２年６月２３日（２０１０．６．２３）
【出願人】（５０５２３６４６９）キャタピラー エス エー アール エル (144)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２３日（２０１０．６．２３）
【出願人】（５０５２３６４６９）キャタピラー エス エー アール エル (144)
【Ｆターム（参考）】
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