旋回式作業機械
【課題】旋回時の余剰流量を正確に求めて油圧ポンプの流量制御を適切に行う。
【解決手段】旋回操作量で決まる一次目標回転数nt1と実回転数nrの偏差αに操作量に応じたゲインを乗じて補正回転数nreを求め、この補正回転数nreと実回転数nrの和で決まる二次目標回転数nt2から旋回モータ11に供給すべき旋回流量Qsを求める。この旋回流量Qsからポンプ傾転qsを求め、この傾転を実現するための第1ポジコン電流ip1を求める。一方、旋回操作量から一意的に決まる目標流量を元に第2ポジコン電流ip2を求め、両ポジコン電流ip1,ip2の低位選択を行って得られた方をポンプレギュレータに送るようにした。
【解決手段】旋回操作量で決まる一次目標回転数nt1と実回転数nrの偏差αに操作量に応じたゲインを乗じて補正回転数nreを求め、この補正回転数nreと実回転数nrの和で決まる二次目標回転数nt2から旋回モータ11に供給すべき旋回流量Qsを求める。この旋回流量Qsからポンプ傾転qsを求め、この傾転を実現するための第1ポジコン電流ip1を求める。一方、旋回操作量から一意的に決まる目標流量を元に第2ポジコン電流ip2を求め、両ポジコン電流ip1,ip2の低位選択を行って得られた方をポンプレギュレータに送るようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はショベル等の旋回式作業機械に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ショベルを例にとって背景技術を説明する。
【0003】
ショベルは、図6に示すようにクローラ式の下部走行体1上に上部旋回体2が地面に対して鉛直な軸Xまわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体2に掘削アタッチメント3が装着されて構成される。
【0004】
掘削アタッチメント3は、起伏自在なブーム4と、このブーム4の先端に取付けられたアーム5と、このアーム5の先端に取付けられたバケット6、それにこれらを作動させるブーム、アーム、バケット各シリンダ(油圧シリンダ)7,8,9によって構成される。
【0005】
また、他の油圧アクチュエータとして、下部走行体1の左右のクローラを駆動する左右の走行モータと、上部旋回体2を旋回駆動する旋回モータが設けられている。
【0006】
各アクチュエータは、操作手段としてのリモコン弁の操作に基づくコントロールバルブの作動によって油圧源としての油圧ポンプからの圧油の給排が制御され、これによって各アクチュエータの作動方向と作動速度が制御される。
【0007】
各アクチュエータ回路には、回路配管や機器が高圧によって破損することのないようにポンプ吐出管路とタンクとの間にメインリリーフ弁(以下、単にリリーフ弁という)が設けられ、回路圧がリリーフ圧を超えるとリリーフ弁が開いて圧油がタンクに逃がされる。
【0008】
ここで、旋回モータを駆動する旋回回路においては、油圧ポンプとして可変容量ポンプを用い、このポンプの吐出流量(以下、ポンプ流量という)を、リモコン弁の操作量(以下、旋回操作量という)に応じて、大操作量で多くなるように制御するいわゆる「ポジコン(ポジティブコントロール)」方式が採用されている。
【0009】
従って、旋回回路では、旋回操作量で決まるポンプ流量と、旋回モータの回転に実際に使用されるモータ流量(旋回流量)の差が余剰流量となり、この余剰流量がリリーフ弁からタンクに捨てられる。
【0010】
つまり、この余剰流量(リリーフ流量)が多いほど油圧ポンプのエネルギー効率が悪くなる。
【0011】
従来、この余剰流量をできるだけ少なくする手段として、特許文献1に示されているように、旋回時のポンプ圧と、リリーフ弁の圧力特性とからリリーフ流量を推定し、この推定値が0になるようにポンプ流量を制御するものが公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【特許文献1】特開2004−225867号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
しかし、このようにリリーフ弁の圧力特性をもとにリリーフ流量(余剰流量)を「推定」する公知技術によると、推定の根拠となる圧力特性そのものにリリーフ弁ごとのばらつきや、温度によるばらつきがあることから、推定値の精度に問題がある。
【0014】
このため、流量不足により旋回速度が不十分となって作業能率が悪くなったり、流量過多により余剰が多くなって省エネ効果が不十分となったりするおそれがある。
【0015】
そこで本発明は、余剰流量を正確に求めて油圧ポンプの流量制御を適切に行うことができる旋回式作業機械を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0016】
上記課題を解決する手段として、本発明においては、下部走行体と、この下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体と、この上部旋回体の旋回駆動源としての旋回モータと、この旋回モータの圧油供給源としての可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出流量を可変制御するポンプレギュレータと、旋回の加速、定常運転、減速、停止を指令する旋回操作手段と、この旋回操作手段の操作に基づいて上記旋回モータに対する圧油の供給方向と供給量を制御するコントロールバルブと上記油圧ポンプの吐出流量のうち余剰流量をタンクに戻すリリーフ弁と、上記旋回操作手段の操作方向と操作量を検出する操作検出手段と、上記旋回モータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、上記油圧ポンプの吐出流量を上記ポンプレギュレータに指令する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記旋回操作手段の操作量から求められる上記旋回モータの目標回転数と、上記モータ回転数検出手段によって検出される上記旋回モータの実回転数の偏差に基づいて余剰流量を求め、この余剰流量が0となるようにポンプ吐出流量を制御するように構成したものである。
【0017】
この構成によれば、旋回操作量に応じた旋回モータの目標回転数と、検出された実回転数の偏差から余剰流量を割り出し、この余剰流量を0とするポンプ流量制御を行うため、公知技術のようにリリーフ流量の推定値に基づいてポンプ流量の制御を行う場合と比較して、正確な余剰流量に基づく適切な流量制御が可能となる。
【0018】
これにより、旋回時の余剰流量を抑えてエネルギー効率を高めることができる。
【0019】
この場合、上記制御手段は、上記旋回操作手段の操作量から求められる目標回転数を一次目標回転数とし、上記操作量に応じて、大操作量で小さくなるゲインを上記一次目標回転数と実回転数の偏差に乗じて補正回転数を求め、この補正回転数と上記実回転数の和で決まる二次目標回転数から上記旋回モータに供給すべき旋回流量を求め、この旋回流量が得られるようにポンプ吐出流量を制御するように構成するのが望ましい(請求項2)。
【0020】
この構成によれば、操作量に応じて適切な流量特性を得ることができる。
【0021】
具体的には、とくに起動時を含む加速時において、操作量が大きいほど偏差が大きくなり、余剰流量が多くなる。
【0022】
そこで大操作量で偏差が小さくなるようにゲインを調整することで、ポンプ流量の増加を抑えることにより、余剰流量を減らすことができる。
【0023】
一方、操作量が小さい場合は、ポンプ流量の増加に対してモータの速度変化が遅れるため、ゲインを上げて速度追従性を良くすることができる。
【0024】
また本発明においては、上記制御手段は、上記ポンプ吐出流量について、上記旋回操作手段の操作量と偏差に基づいて求められる第1の値と、上記旋回操作手段の操作量のみに応じて決まる第2の値の低位選択を行い、選択された値に向けてポンプ吐出流量を制御するように構成するのが望ましい(請求項3)。
【0025】
この構成によれば、旋回の加速、減速停止に応じた適切な流量制御が行われる。
【0026】
すなわち、加速時には、偏差を0に近付けるフィードバック制御による第1の値が低位となるため、余剰流量を速やかに0とし、高い省エネ効果を得ることができる。
【0027】
一方、減速停止時には、旋回操作量に応じたポジコン制御による第2の値が低位となる(操作量0でポンプ流量0となる)ため、旋回モータの実回転数が0になるまでポンプ流量を出し続ける第1の値による場合と比べて、速やかに旋回停止させることができる。すなわち、停止の応答性が良いものとなる。
【発明の効果】
【0028】
本発明によると、余剰流量を正確に求めて油圧ポンプの流量制御を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】本発明の実施形態にかかる旋回回路のシステム構成を示す図である。
【図2】実施形態の制御フローである。
【図3】実施形態における旋回操作量と目標回転数の関係を示す図である。
【図4】実施形態において、旋回操作量が大きい場合と小さい場合とでゲインを変えることを説明するための図である。
【図5】二種類のポジコン値の低位選択を行うことを説明するための図である。
【図6】本発明の適用対象の一つであるショベルの概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
実施形態は、図6に示すショベルを適用対象としている。
【0031】
図1は上部旋回体2を旋回駆動する旋回t回路のシステム構成を示す。
【0032】
図1において、10は図示しないエンジンによって駆動される油圧源としての油圧ポンプ10はこの油圧ポンプ10からの圧油により回転して上部旋回体2を旋回駆動する旋回モータで、油圧ポンプ10及びタンクTとこの旋回モータ11との間に、旋回操作手段としてのリモコン弁12(12aは操作用のレバーである)によって操作される油圧パイロット式の切換弁であるコントロールバルブ13が設けられている。
【0033】
リモコン弁12は、中立位置と左右の旋回位置との間で操作され、このリモコン弁12からのパイロット圧によりコントロールバルブ13が図示の中立位置イと左、右両旋回位置ロ,ハとの間で切換わり動作して旋回モータ11に対する圧油の給排、すなわち、旋回の加速(起動を含む)、速度一定での定常運転、減速、停止の各状態、そして回転方向と回転速度が制御される。
【0034】
一方、コントロールバルブ13と旋回モータ11とを結ぶモータ両側管路(以下、図左側を左旋回管路、右側を右旋回管路という場合がある)14,15間には、一対のリリーフ弁(ポートリリーフ弁)16,17を互いの出口同士が接続された状態で対向配置したリリーフ弁回路18と、一対のチェック弁19,20を互いの入口同士が接続された状態で対向配置したチェック弁回路21とが並列状態で設けられている。
【0035】
リリーフ弁、チェック弁両回路18,21は連通路22によって接続されるとともに、この連通路22が油吸い上げ用のメークアップライン23によってタンクTに接続されている。24はメークアップライン23に設けられた背圧弁である。
【0036】
油圧ポンプ10は、ポンプレギュレータ25によって傾転(吐出流量)が調整される可変容量ポンプとして構成され、制御手段としてのコントローラ26からポンプレギュレータ25に送られる流量指令に基づいてその吐出流量(以下、単にポンプ流量という)が制御される。
【0037】
27は回路圧を設定値以下に規制するメインリリーフ弁である。
【0038】
この旋回回路の基本的な作用は次の通りである。
【0039】
リモコン弁12が操作されないとき(レバー12aが中立のとき)はコントロールバルブ13が図示の中立位置イにセットされ、リモコン弁操作時にコントロールバルブ13が中立位置イから図左側の位置(左旋回位置)ロまたは右側の位置(右旋回位置)ハにリモコン弁操作量に応じたストロークで作動する。
【0040】
コントロールバルブ13の中立位置イでは、両旋回管路14,15がポンプ10に対してブロックされるため、旋回モータ11は回転しない。
【0041】
この状態から、リモコン弁12が左または右旋回側に操作されてコントロールバルブ13が左旋回位置ロまたは右旋回位置ハに切換えられると、ポンプ10から左旋回管路14または右旋回管路15に圧油が供給される。
【0042】
これにより、旋回モータ11が左または右に回転して旋回力行、すなわち起動を含む加速または定常運転状態となる。
【0043】
この場合、旋回モータ11から吐出された油はコントロールバルブ13経由でタンクTに戻る。
【0044】
また、旋回中、回路圧が設定値を超えるとメインリリーフ弁27が開き、余剰流量がタンクTに戻される。
【0045】
一方、たとえば右旋回力行中、リモコン弁12が減速操作(中立復帰、または中立側への戻し操作)されると、旋回モータ11への圧油の供給及び旋回モータ11からタンクTへの油の戻りが停止し、または供給油量及び戻り油量が減少する。
【0046】
ここで、旋回モータ11は上部旋回体2の慣性によって右旋回を続けようとするため、メータアウト側である左旋回管路14に圧力が立ち、これが一定値に達すると図左側のリリーフ弁16が開いて左旋回管路14の油が同リリーフ弁16−連通路22−図右側のチェック弁20を通って右旋回管路(メータイン側管路)15に入り、旋回モータ11に流入する。
【0047】
これにより、旋回モータ11が慣性回転しながら上記リリーフ作用によるブレーキ力を受けるため、減速し停止する。左旋回からの減速/停止時もこれと同じである。
【0048】
また、この減速中、旋回管路14または15が負圧傾向になると、メークアップライン23、連通路22、チェック弁回路21のルートで旋回管路14または15にタンク油が吸い上げられてキャビテーションが防止される。
【0049】
この旋回回路においては、センサとして、リモコン弁12からのパイロット圧を旋回操作量として検出してコントローラ26に送るパイロット圧センサ28,29と、旋回モータ11の回転数を検出する回転数センサ30が設けられ、これらセンサ28,29,30からの信号(旋回操作量信号、旋回モータ回転数信号)がコントローラ26に入力される。
【0050】
コントローラ26は、検出された旋回操作量と旋回モータ回転数に基づいて必要なポンプ流量とこれを得るためのポンプ傾転が演算され、そのポンプ傾転がコントローラ26からポンプレギュレータ25に指令される。
【0051】
31はポンプ流量の演算に用いられるゲイン(比例定数)をオペレータが設定するためのゲイン設定器である。
【0052】
コントローラ26によるポンプ流量制御作用を図2の制御フローによって説明する。
【0053】
この旋回回路は、基本的にはポジコン方式をとるため、まず旋回操作量に応じた旋回モータ11の目標回転数(一次目標回転数)nt1が、図3のパイロット圧(旋回操作量)/目標回転数の特性から求められ、検出された旋回モータ11の実回転数nrとともに入力される。
【0054】
次に、この目標回転数nt1と実回転数nrの偏差αが求められ、制御ステップS1において、この偏差αにゲインを乗じて補正回転数nreが算出される。
【0055】
ゲインを乗じる理由を説明する。
【0056】
図4の左側は旋回操作量が大きい場合、右側は旋回操作量が小さい場合を示し、図最上段に示すように旋回操作量に応じてリモコン弁パイロット圧の値と立ち上がりの角度が異なる。
【0057】
図上から二番目はこのときの旋回モータ11の一次目標、実両回転数nt1,nrの時間に対摺る推移を示し、偏差αが、大操作量で大きく、小操作量で小さくなる。
【0058】
すなわち、旋回操作量が大きくなるほど偏差αも大きくなり、通常のポジコンでは大操作量でポンプ流量の増加が激しくて余剰流量が増え、小操作量でポンプ流量の追従性が悪くなる。
【0059】
そこで、図上から三番目に示すように、旋回操作量が大きい場合はゲインを下げてポンプ流量を下げ、旋回操作量が小さい場合はゲインを上げてポンプ流量を上げる。
【0060】
これにより、図最下段に示すように、大操作量での余剰流量の発生を抑えてエネルギーロスを低減し、小操作量でのポンプ流量の追従性(アクチュエータの応答性)を良くする。
【0061】
なお、上記ゲインは、ゲイン設定器31により、オペレータの好みや用途等に応じて選択、変更することができる。
【0062】
次に、制御ステップS2において、上記補正回転数nreと実回転数nrとを足して二次目標回転数nt2が求められ、この目標二次回転数nt2から、この回転数nt2を得るためのモータ流量(旋回流量)Qsが求められる。
【0063】
そして、制御ステップS3において、この旋回流量Qsから、この旋回流量Qsを得るためのポンプ傾転qsが求められ、さらに制御ステップS4において、このポンプ傾転qsを実現するためにコントローラ26からポンプレギュレータ25に送る電流(第1ポジコン電流)ip1が求められる。
【0064】
一方、別途、旋回操作量のみによって決まる目標回転数(一次目標回転数)nr1をもとに、この一次目標回転数nr1を実現するためのポンプ流量→旋回流量→ポンプ傾転の演算を経てポジコン電流(第2ポジコン電流)ip2が算出され、制御ステップS5において、前記第1ポジコン電流ib1とこの第2ポジコン電流ip2の低位選択が行われる。
【0065】
図5はこの低位選択の意義を説明するための例として、旋回の減速停止時におけるパイロット圧、電流値、実回転数の推移を示す。
【0066】
図5中、「第1ポジコン」とは偏差αにゲインの乗算を行う本発明固有の制御、「第2ポジコン」とは従来から行われている、旋回操作量のみによって目標回転数を決める制御をいい、図上段の左側が第2ポジコン、右側が第1ポジコンを示す。
【0067】
旋回中、リモコン弁12のレバー12aを旋回位置から中立位置に戻すと、その操作時点から目標回転数及びポジコン電流が減少し、これにより実回転数が漸減して旋回停止に至る。
【0068】
ここで、第2ポジコンでは、レバー中立でポジコン電流が最小となり、中立からわずかのタイムラグを経て旋回停止する。
【0069】
これに対し、第1ポジコンでは、実回転数のフィードバックを行うことから、電流値及び実回転数nrの減少に第2ポジコン以上の時間を要し、旋回停止が遅れる。
【0070】
そこで、このときの低位、すなわち第2ポジコンによる電流値を選択することにより、図5の最下段に示すように速やかに実回転数nrを減少させて旋回停止させることができる。
【0071】
逆に、起動を含む加速時には、第1ポジコンによる電流値が低位として選択されるため、余剰流量を減らすことができる。
【0072】
このように、この旋回システムによると、旋回操作量に応じた旋回モータ11の目標回転数(一次目標回転数nt1)と、検出された実回転数nrの偏差αから余剰流量を割り出し、この余剰流量を0とするポンプ流量制御を行うため、公知技術のようにリリーフ流量の推定値に基づいてポンプ流量の制御を行う場合と比較して、正確な余剰流量に基づく適切な流量制御が可能となる。
【0073】
これにより、旋回時の余剰流量を抑えてエネルギー効率を高めることができる。
【0074】
また、旋回操作量から求められる一次目標回転数nt1と実回転数nrの偏差αに、操作量に応じて、大操作量で小さくなるゲインを乗じて補正回転数nreを求め、この補正回転数nreと実回転数nrの和で決まる二次目標回転数nt2から旋回モータ11に供給すべき旋回流量Qsを求めるため、起動時を含む加速時において、大操作量ではポンプ流量の増加を抑えて余剰流量を減らすことができる一方、小操作量では速度追従性を良くすることができる。
【0075】
さらに、第1及び第2両ポジコンによる第1及び第2の電流値の低位選択を行うことにより、前記のように加速時に高い省エネ効果を得ることができる一方、減速停止の応答性を良くすることができる。
【0076】
ところで、上記実施形態のように第1及び第2両ポジコンによる電流値の低位選択を行うのが望ましいが、この低位選択を行わない構成をとった場合でも、余剰流量を正確に求める点の本発明の基本的な目的は達成することができる。
【0077】
また、本発明はショベルに限らず、ショベルを母体として構成される破砕機や解体機等の他の旋回式作業機械にも上記同様に適用し、かつ、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【0078】
1 下部走行体
2 上部旋回体
3 掘削アタッチメント
10 油圧ポンプ
11 旋回モータ
12 リモコン弁(旋回操作手段)
13 コントロールバルブ
14,15 モータ両側管路
25 ポンプレギュレータ
26 制御手段としてのコントローラ
27 メインリリーフ弁
28 センサ
28 パイロット圧センサ
30 回転数センサ
【技術分野】
【0001】
本発明はショベル等の旋回式作業機械に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ショベルを例にとって背景技術を説明する。
【0003】
ショベルは、図6に示すようにクローラ式の下部走行体1上に上部旋回体2が地面に対して鉛直な軸Xまわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体2に掘削アタッチメント3が装着されて構成される。
【0004】
掘削アタッチメント3は、起伏自在なブーム4と、このブーム4の先端に取付けられたアーム5と、このアーム5の先端に取付けられたバケット6、それにこれらを作動させるブーム、アーム、バケット各シリンダ(油圧シリンダ)7,8,9によって構成される。
【0005】
また、他の油圧アクチュエータとして、下部走行体1の左右のクローラを駆動する左右の走行モータと、上部旋回体2を旋回駆動する旋回モータが設けられている。
【0006】
各アクチュエータは、操作手段としてのリモコン弁の操作に基づくコントロールバルブの作動によって油圧源としての油圧ポンプからの圧油の給排が制御され、これによって各アクチュエータの作動方向と作動速度が制御される。
【0007】
各アクチュエータ回路には、回路配管や機器が高圧によって破損することのないようにポンプ吐出管路とタンクとの間にメインリリーフ弁(以下、単にリリーフ弁という)が設けられ、回路圧がリリーフ圧を超えるとリリーフ弁が開いて圧油がタンクに逃がされる。
【0008】
ここで、旋回モータを駆動する旋回回路においては、油圧ポンプとして可変容量ポンプを用い、このポンプの吐出流量(以下、ポンプ流量という)を、リモコン弁の操作量(以下、旋回操作量という)に応じて、大操作量で多くなるように制御するいわゆる「ポジコン(ポジティブコントロール)」方式が採用されている。
【0009】
従って、旋回回路では、旋回操作量で決まるポンプ流量と、旋回モータの回転に実際に使用されるモータ流量(旋回流量)の差が余剰流量となり、この余剰流量がリリーフ弁からタンクに捨てられる。
【0010】
つまり、この余剰流量(リリーフ流量)が多いほど油圧ポンプのエネルギー効率が悪くなる。
【0011】
従来、この余剰流量をできるだけ少なくする手段として、特許文献1に示されているように、旋回時のポンプ圧と、リリーフ弁の圧力特性とからリリーフ流量を推定し、この推定値が0になるようにポンプ流量を制御するものが公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【特許文献1】特開2004−225867号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
しかし、このようにリリーフ弁の圧力特性をもとにリリーフ流量(余剰流量)を「推定」する公知技術によると、推定の根拠となる圧力特性そのものにリリーフ弁ごとのばらつきや、温度によるばらつきがあることから、推定値の精度に問題がある。
【0014】
このため、流量不足により旋回速度が不十分となって作業能率が悪くなったり、流量過多により余剰が多くなって省エネ効果が不十分となったりするおそれがある。
【0015】
そこで本発明は、余剰流量を正確に求めて油圧ポンプの流量制御を適切に行うことができる旋回式作業機械を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0016】
上記課題を解決する手段として、本発明においては、下部走行体と、この下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体と、この上部旋回体の旋回駆動源としての旋回モータと、この旋回モータの圧油供給源としての可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出流量を可変制御するポンプレギュレータと、旋回の加速、定常運転、減速、停止を指令する旋回操作手段と、この旋回操作手段の操作に基づいて上記旋回モータに対する圧油の供給方向と供給量を制御するコントロールバルブと上記油圧ポンプの吐出流量のうち余剰流量をタンクに戻すリリーフ弁と、上記旋回操作手段の操作方向と操作量を検出する操作検出手段と、上記旋回モータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、上記油圧ポンプの吐出流量を上記ポンプレギュレータに指令する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記旋回操作手段の操作量から求められる上記旋回モータの目標回転数と、上記モータ回転数検出手段によって検出される上記旋回モータの実回転数の偏差に基づいて余剰流量を求め、この余剰流量が0となるようにポンプ吐出流量を制御するように構成したものである。
【0017】
この構成によれば、旋回操作量に応じた旋回モータの目標回転数と、検出された実回転数の偏差から余剰流量を割り出し、この余剰流量を0とするポンプ流量制御を行うため、公知技術のようにリリーフ流量の推定値に基づいてポンプ流量の制御を行う場合と比較して、正確な余剰流量に基づく適切な流量制御が可能となる。
【0018】
これにより、旋回時の余剰流量を抑えてエネルギー効率を高めることができる。
【0019】
この場合、上記制御手段は、上記旋回操作手段の操作量から求められる目標回転数を一次目標回転数とし、上記操作量に応じて、大操作量で小さくなるゲインを上記一次目標回転数と実回転数の偏差に乗じて補正回転数を求め、この補正回転数と上記実回転数の和で決まる二次目標回転数から上記旋回モータに供給すべき旋回流量を求め、この旋回流量が得られるようにポンプ吐出流量を制御するように構成するのが望ましい(請求項2)。
【0020】
この構成によれば、操作量に応じて適切な流量特性を得ることができる。
【0021】
具体的には、とくに起動時を含む加速時において、操作量が大きいほど偏差が大きくなり、余剰流量が多くなる。
【0022】
そこで大操作量で偏差が小さくなるようにゲインを調整することで、ポンプ流量の増加を抑えることにより、余剰流量を減らすことができる。
【0023】
一方、操作量が小さい場合は、ポンプ流量の増加に対してモータの速度変化が遅れるため、ゲインを上げて速度追従性を良くすることができる。
【0024】
また本発明においては、上記制御手段は、上記ポンプ吐出流量について、上記旋回操作手段の操作量と偏差に基づいて求められる第1の値と、上記旋回操作手段の操作量のみに応じて決まる第2の値の低位選択を行い、選択された値に向けてポンプ吐出流量を制御するように構成するのが望ましい(請求項3)。
【0025】
この構成によれば、旋回の加速、減速停止に応じた適切な流量制御が行われる。
【0026】
すなわち、加速時には、偏差を0に近付けるフィードバック制御による第1の値が低位となるため、余剰流量を速やかに0とし、高い省エネ効果を得ることができる。
【0027】
一方、減速停止時には、旋回操作量に応じたポジコン制御による第2の値が低位となる(操作量0でポンプ流量0となる)ため、旋回モータの実回転数が0になるまでポンプ流量を出し続ける第1の値による場合と比べて、速やかに旋回停止させることができる。すなわち、停止の応答性が良いものとなる。
【発明の効果】
【0028】
本発明によると、余剰流量を正確に求めて油圧ポンプの流量制御を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】本発明の実施形態にかかる旋回回路のシステム構成を示す図である。
【図2】実施形態の制御フローである。
【図3】実施形態における旋回操作量と目標回転数の関係を示す図である。
【図4】実施形態において、旋回操作量が大きい場合と小さい場合とでゲインを変えることを説明するための図である。
【図5】二種類のポジコン値の低位選択を行うことを説明するための図である。
【図6】本発明の適用対象の一つであるショベルの概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
実施形態は、図6に示すショベルを適用対象としている。
【0031】
図1は上部旋回体2を旋回駆動する旋回t回路のシステム構成を示す。
【0032】
図1において、10は図示しないエンジンによって駆動される油圧源としての油圧ポンプ10はこの油圧ポンプ10からの圧油により回転して上部旋回体2を旋回駆動する旋回モータで、油圧ポンプ10及びタンクTとこの旋回モータ11との間に、旋回操作手段としてのリモコン弁12(12aは操作用のレバーである)によって操作される油圧パイロット式の切換弁であるコントロールバルブ13が設けられている。
【0033】
リモコン弁12は、中立位置と左右の旋回位置との間で操作され、このリモコン弁12からのパイロット圧によりコントロールバルブ13が図示の中立位置イと左、右両旋回位置ロ,ハとの間で切換わり動作して旋回モータ11に対する圧油の給排、すなわち、旋回の加速(起動を含む)、速度一定での定常運転、減速、停止の各状態、そして回転方向と回転速度が制御される。
【0034】
一方、コントロールバルブ13と旋回モータ11とを結ぶモータ両側管路(以下、図左側を左旋回管路、右側を右旋回管路という場合がある)14,15間には、一対のリリーフ弁(ポートリリーフ弁)16,17を互いの出口同士が接続された状態で対向配置したリリーフ弁回路18と、一対のチェック弁19,20を互いの入口同士が接続された状態で対向配置したチェック弁回路21とが並列状態で設けられている。
【0035】
リリーフ弁、チェック弁両回路18,21は連通路22によって接続されるとともに、この連通路22が油吸い上げ用のメークアップライン23によってタンクTに接続されている。24はメークアップライン23に設けられた背圧弁である。
【0036】
油圧ポンプ10は、ポンプレギュレータ25によって傾転(吐出流量)が調整される可変容量ポンプとして構成され、制御手段としてのコントローラ26からポンプレギュレータ25に送られる流量指令に基づいてその吐出流量(以下、単にポンプ流量という)が制御される。
【0037】
27は回路圧を設定値以下に規制するメインリリーフ弁である。
【0038】
この旋回回路の基本的な作用は次の通りである。
【0039】
リモコン弁12が操作されないとき(レバー12aが中立のとき)はコントロールバルブ13が図示の中立位置イにセットされ、リモコン弁操作時にコントロールバルブ13が中立位置イから図左側の位置(左旋回位置)ロまたは右側の位置(右旋回位置)ハにリモコン弁操作量に応じたストロークで作動する。
【0040】
コントロールバルブ13の中立位置イでは、両旋回管路14,15がポンプ10に対してブロックされるため、旋回モータ11は回転しない。
【0041】
この状態から、リモコン弁12が左または右旋回側に操作されてコントロールバルブ13が左旋回位置ロまたは右旋回位置ハに切換えられると、ポンプ10から左旋回管路14または右旋回管路15に圧油が供給される。
【0042】
これにより、旋回モータ11が左または右に回転して旋回力行、すなわち起動を含む加速または定常運転状態となる。
【0043】
この場合、旋回モータ11から吐出された油はコントロールバルブ13経由でタンクTに戻る。
【0044】
また、旋回中、回路圧が設定値を超えるとメインリリーフ弁27が開き、余剰流量がタンクTに戻される。
【0045】
一方、たとえば右旋回力行中、リモコン弁12が減速操作(中立復帰、または中立側への戻し操作)されると、旋回モータ11への圧油の供給及び旋回モータ11からタンクTへの油の戻りが停止し、または供給油量及び戻り油量が減少する。
【0046】
ここで、旋回モータ11は上部旋回体2の慣性によって右旋回を続けようとするため、メータアウト側である左旋回管路14に圧力が立ち、これが一定値に達すると図左側のリリーフ弁16が開いて左旋回管路14の油が同リリーフ弁16−連通路22−図右側のチェック弁20を通って右旋回管路(メータイン側管路)15に入り、旋回モータ11に流入する。
【0047】
これにより、旋回モータ11が慣性回転しながら上記リリーフ作用によるブレーキ力を受けるため、減速し停止する。左旋回からの減速/停止時もこれと同じである。
【0048】
また、この減速中、旋回管路14または15が負圧傾向になると、メークアップライン23、連通路22、チェック弁回路21のルートで旋回管路14または15にタンク油が吸い上げられてキャビテーションが防止される。
【0049】
この旋回回路においては、センサとして、リモコン弁12からのパイロット圧を旋回操作量として検出してコントローラ26に送るパイロット圧センサ28,29と、旋回モータ11の回転数を検出する回転数センサ30が設けられ、これらセンサ28,29,30からの信号(旋回操作量信号、旋回モータ回転数信号)がコントローラ26に入力される。
【0050】
コントローラ26は、検出された旋回操作量と旋回モータ回転数に基づいて必要なポンプ流量とこれを得るためのポンプ傾転が演算され、そのポンプ傾転がコントローラ26からポンプレギュレータ25に指令される。
【0051】
31はポンプ流量の演算に用いられるゲイン(比例定数)をオペレータが設定するためのゲイン設定器である。
【0052】
コントローラ26によるポンプ流量制御作用を図2の制御フローによって説明する。
【0053】
この旋回回路は、基本的にはポジコン方式をとるため、まず旋回操作量に応じた旋回モータ11の目標回転数(一次目標回転数)nt1が、図3のパイロット圧(旋回操作量)/目標回転数の特性から求められ、検出された旋回モータ11の実回転数nrとともに入力される。
【0054】
次に、この目標回転数nt1と実回転数nrの偏差αが求められ、制御ステップS1において、この偏差αにゲインを乗じて補正回転数nreが算出される。
【0055】
ゲインを乗じる理由を説明する。
【0056】
図4の左側は旋回操作量が大きい場合、右側は旋回操作量が小さい場合を示し、図最上段に示すように旋回操作量に応じてリモコン弁パイロット圧の値と立ち上がりの角度が異なる。
【0057】
図上から二番目はこのときの旋回モータ11の一次目標、実両回転数nt1,nrの時間に対摺る推移を示し、偏差αが、大操作量で大きく、小操作量で小さくなる。
【0058】
すなわち、旋回操作量が大きくなるほど偏差αも大きくなり、通常のポジコンでは大操作量でポンプ流量の増加が激しくて余剰流量が増え、小操作量でポンプ流量の追従性が悪くなる。
【0059】
そこで、図上から三番目に示すように、旋回操作量が大きい場合はゲインを下げてポンプ流量を下げ、旋回操作量が小さい場合はゲインを上げてポンプ流量を上げる。
【0060】
これにより、図最下段に示すように、大操作量での余剰流量の発生を抑えてエネルギーロスを低減し、小操作量でのポンプ流量の追従性(アクチュエータの応答性)を良くする。
【0061】
なお、上記ゲインは、ゲイン設定器31により、オペレータの好みや用途等に応じて選択、変更することができる。
【0062】
次に、制御ステップS2において、上記補正回転数nreと実回転数nrとを足して二次目標回転数nt2が求められ、この目標二次回転数nt2から、この回転数nt2を得るためのモータ流量(旋回流量)Qsが求められる。
【0063】
そして、制御ステップS3において、この旋回流量Qsから、この旋回流量Qsを得るためのポンプ傾転qsが求められ、さらに制御ステップS4において、このポンプ傾転qsを実現するためにコントローラ26からポンプレギュレータ25に送る電流(第1ポジコン電流)ip1が求められる。
【0064】
一方、別途、旋回操作量のみによって決まる目標回転数(一次目標回転数)nr1をもとに、この一次目標回転数nr1を実現するためのポンプ流量→旋回流量→ポンプ傾転の演算を経てポジコン電流(第2ポジコン電流)ip2が算出され、制御ステップS5において、前記第1ポジコン電流ib1とこの第2ポジコン電流ip2の低位選択が行われる。
【0065】
図5はこの低位選択の意義を説明するための例として、旋回の減速停止時におけるパイロット圧、電流値、実回転数の推移を示す。
【0066】
図5中、「第1ポジコン」とは偏差αにゲインの乗算を行う本発明固有の制御、「第2ポジコン」とは従来から行われている、旋回操作量のみによって目標回転数を決める制御をいい、図上段の左側が第2ポジコン、右側が第1ポジコンを示す。
【0067】
旋回中、リモコン弁12のレバー12aを旋回位置から中立位置に戻すと、その操作時点から目標回転数及びポジコン電流が減少し、これにより実回転数が漸減して旋回停止に至る。
【0068】
ここで、第2ポジコンでは、レバー中立でポジコン電流が最小となり、中立からわずかのタイムラグを経て旋回停止する。
【0069】
これに対し、第1ポジコンでは、実回転数のフィードバックを行うことから、電流値及び実回転数nrの減少に第2ポジコン以上の時間を要し、旋回停止が遅れる。
【0070】
そこで、このときの低位、すなわち第2ポジコンによる電流値を選択することにより、図5の最下段に示すように速やかに実回転数nrを減少させて旋回停止させることができる。
【0071】
逆に、起動を含む加速時には、第1ポジコンによる電流値が低位として選択されるため、余剰流量を減らすことができる。
【0072】
このように、この旋回システムによると、旋回操作量に応じた旋回モータ11の目標回転数(一次目標回転数nt1)と、検出された実回転数nrの偏差αから余剰流量を割り出し、この余剰流量を0とするポンプ流量制御を行うため、公知技術のようにリリーフ流量の推定値に基づいてポンプ流量の制御を行う場合と比較して、正確な余剰流量に基づく適切な流量制御が可能となる。
【0073】
これにより、旋回時の余剰流量を抑えてエネルギー効率を高めることができる。
【0074】
また、旋回操作量から求められる一次目標回転数nt1と実回転数nrの偏差αに、操作量に応じて、大操作量で小さくなるゲインを乗じて補正回転数nreを求め、この補正回転数nreと実回転数nrの和で決まる二次目標回転数nt2から旋回モータ11に供給すべき旋回流量Qsを求めるため、起動時を含む加速時において、大操作量ではポンプ流量の増加を抑えて余剰流量を減らすことができる一方、小操作量では速度追従性を良くすることができる。
【0075】
さらに、第1及び第2両ポジコンによる第1及び第2の電流値の低位選択を行うことにより、前記のように加速時に高い省エネ効果を得ることができる一方、減速停止の応答性を良くすることができる。
【0076】
ところで、上記実施形態のように第1及び第2両ポジコンによる電流値の低位選択を行うのが望ましいが、この低位選択を行わない構成をとった場合でも、余剰流量を正確に求める点の本発明の基本的な目的は達成することができる。
【0077】
また、本発明はショベルに限らず、ショベルを母体として構成される破砕機や解体機等の他の旋回式作業機械にも上記同様に適用し、かつ、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【0078】
1 下部走行体
2 上部旋回体
3 掘削アタッチメント
10 油圧ポンプ
11 旋回モータ
12 リモコン弁(旋回操作手段)
13 コントロールバルブ
14,15 モータ両側管路
25 ポンプレギュレータ
26 制御手段としてのコントローラ
27 メインリリーフ弁
28 センサ
28 パイロット圧センサ
30 回転数センサ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
下部走行体と、この下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体と、この上部旋回体の旋回駆動源としての旋回モータと、この旋回モータの圧油供給源としての可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出流量を可変制御するポンプレギュレータと、旋回の加速、定常運転、減速、停止を指令する旋回操作手段と、この旋回操作手段の操作に基づいて上記旋回モータに対する圧油の供給方向と供給量を制御するコントロールバルブと上記油圧ポンプの吐出流量のうち余剰流量をタンクに戻すリリーフ弁と、上記旋回操作手段の操作方向と操作量を検出する操作検出手段と、上記旋回モータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、上記油圧ポンプの吐出流量を上記ポンプレギュレータに指令する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記旋回操作手段の操作量から求められる上記旋回モータの目標回転数と、上記モータ回転数検出手段によって検出される上記旋回モータの実回転数の偏差に基づいて余剰流量を求め、この余剰流量が0となるようにポンプ吐出流量を制御するように構成したことを特徴とする旋回式作業機械。
【請求項2】
上記制御手段は、上記旋回操作手段の操作量から求められる目標回転数を一次目標回転数とし、上記操作量に応じて、大操作量で小さくなるゲインを上記一次目標回転数と実回転数の偏差に乗じて補正回転数を求め、この補正回転数と上記実回転数の和で決まる二次目標回転数から上記旋回モータに供給すべき旋回流量を求め、この旋回流量が得られるようにポンプ吐出流量を制御するように構成したことを特徴とする請求項1記載の旋回式作業機械。
【請求項3】
上記制御手段は、上記ポンプ吐出流量について、上記旋回操作手段の操作量と偏差に基づいて求められる第1の値と、上記旋回操作手段の操作量のみに応じて決まる第2の値の低位選択を行い、選択された値に向けてポンプ吐出流量を制御するように構成したことを特徴とする請求項1または2記載の旋回式作業機械。
【請求項1】
下部走行体と、この下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体と、この上部旋回体の旋回駆動源としての旋回モータと、この旋回モータの圧油供給源としての可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出流量を可変制御するポンプレギュレータと、旋回の加速、定常運転、減速、停止を指令する旋回操作手段と、この旋回操作手段の操作に基づいて上記旋回モータに対する圧油の供給方向と供給量を制御するコントロールバルブと上記油圧ポンプの吐出流量のうち余剰流量をタンクに戻すリリーフ弁と、上記旋回操作手段の操作方向と操作量を検出する操作検出手段と、上記旋回モータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、上記油圧ポンプの吐出流量を上記ポンプレギュレータに指令する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記旋回操作手段の操作量から求められる上記旋回モータの目標回転数と、上記モータ回転数検出手段によって検出される上記旋回モータの実回転数の偏差に基づいて余剰流量を求め、この余剰流量が0となるようにポンプ吐出流量を制御するように構成したことを特徴とする旋回式作業機械。
【請求項2】
上記制御手段は、上記旋回操作手段の操作量から求められる目標回転数を一次目標回転数とし、上記操作量に応じて、大操作量で小さくなるゲインを上記一次目標回転数と実回転数の偏差に乗じて補正回転数を求め、この補正回転数と上記実回転数の和で決まる二次目標回転数から上記旋回モータに供給すべき旋回流量を求め、この旋回流量が得られるようにポンプ吐出流量を制御するように構成したことを特徴とする請求項1記載の旋回式作業機械。
【請求項3】
上記制御手段は、上記ポンプ吐出流量について、上記旋回操作手段の操作量と偏差に基づいて求められる第1の値と、上記旋回操作手段の操作量のみに応じて決まる第2の値の低位選択を行い、選択された値に向けてポンプ吐出流量を制御するように構成したことを特徴とする請求項1または2記載の旋回式作業機械。
【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2012−246944(P2012−246944A)
【公開日】平成24年12月13日(2012.12.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−116870(P2011−116870)
【出願日】平成23年5月25日(2011.5.25)
【出願人】(000246273)コベルコ建機株式会社 (644)
【出願人】(000001199)株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年12月13日(2012.12.13)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年5月25日(2011.5.25)
【出願人】(000246273)コベルコ建機株式会社 (644)
【出願人】(000001199)株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Fターム(参考)】
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