JP2009155988A - Revolving drive control device and construction machine including it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、建設機械の旋回機構の駆動制御を行う旋回駆動制御装置及びこれを含む建設機械に関する。 The present invention relates to a turning drive control device that performs drive control of a turning mechanism of a construction machine, and a construction machine including the same.
従来より、建設機械の上部旋回体を旋回させるための旋回機構の動力源として電動機を備え、この電動機の力行運転で旋回機構を加速するとともに、旋回機構を減速する際に回生運転を行い、発電される電力をバッテリに充電する建設機械が提案されている。 Conventionally, an electric motor has been provided as a power source for the turning mechanism for turning the upper turning body of a construction machine, and the turning mechanism is accelerated by the power running operation of the electric motor, and the regenerative operation is performed when the turning mechanism is decelerated. Construction machines that charge the battery with the generated electric power have been proposed.
このような建設機械は、上部旋回体にブーム、アーム、及びバケット等の作業要素を搭載し、旋回操作に応じて生成される駆動指令で電動機を駆動することにより、上部旋回体の旋回駆動を制御している。 Such a construction machine mounts working elements such as a boom, an arm, and a bucket on the upper swing body, and drives the electric motor with a drive command generated according to the swing operation, thereby driving the upper swing body to rotate. I have control.
また、旋回機構を停止状態に保持するためのメカニカルブレーキは、電気的に作動/解除の制御が行われている(例えば、特許文献1)。
ところで、上部旋回体にはブームやアーム等の長尺物が搭載されており、これらは畳んでも建設機械の幅よりも長い。 By the way, long objects such as a boom and an arm are mounted on the upper swing body, and these are longer than the width of the construction machine even when folded.
また、旋回機構を駆動するための電動機や電動機の駆動制御装置に故障等の異常が生じた場合には、安全性を確保するためにメカニカルブレーキが作動され、旋回機構は旋回不能な状態となる。 In addition, when an abnormality such as a failure occurs in the electric motor for driving the turning mechanism or the drive control device of the electric motor, the mechanical brake is operated to ensure safety, and the turning mechanism becomes incapable of turning. .
このため、ブームやアーム等が下部走行体の走行方向に対して角度を有する状態において、電動機等に異常が生じてメカニカルブレーキが作動すると、移動が困難になる可能性があった。 For this reason, in a state where the boom, the arm, etc. have an angle with respect to the traveling direction of the lower traveling body, there is a possibility that the movement becomes difficult if an abnormality occurs in the electric motor and the mechanical brake is activated.
そこで、本発明は、電動機等の異常発生時にメカニカルブレーキを解除することのできる旋回駆動制御装置及びこれを含む建設機械を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the turning drive control apparatus which can cancel | release a mechanical brake at the time of abnormality generation | occurrence | production of an electric motor etc., and a construction machine including this.
本発明の一局面の旋回駆動制御装置は、下部走行体、前記下部走行体に旋回機構を介して旋回自在に搭載される上部旋回体、前記上部旋回体に取り付けられる作業要素、及び前記旋回機構の旋回を機械的に停止させるメカニカルブレーキを含み、前記旋回機構を電動機で駆動する建設機械において、前記旋回機構を駆動制御する旋回駆動制御装置であって、前記旋回機構の操作装置に入力される操作量に応じて前記電動機の駆動制御を行う駆動制御手段と、建設機械の運転状態に応じて前記メカニカルブレーキの作動/解除を制御するブレーキ制御手段と、前記電動機又は前記駆動制御手段の異常時に前記メカニカルブレーキを解除するためのブレーキ解除手段とを備える。 The turning drive control device of one aspect of the present invention includes a lower traveling body, an upper turning body that is rotatably mounted on the lower traveling body via a turning mechanism, a work element attached to the upper turning body, and the turning mechanism. In a construction machine that includes a mechanical brake that mechanically stops the turning of the turning mechanism and drives the turning mechanism with an electric motor, the turning drive control device drives and controls the turning mechanism, and is input to the operation device of the turning mechanism Drive control means for controlling the drive of the electric motor according to the operation amount, brake control means for controlling the operation / release of the mechanical brake according to the operating state of the construction machine, and when the electric motor or the drive control means is abnormal Brake release means for releasing the mechanical brake.
また、前記メカニカルブレーキは、作動/解除を電磁的に行う電磁制御部を備えており、前記ブレーキ解除手段は、前記電動機又は前記駆動制御手段の異常時に前記電磁制御部を作動させてもよい。 The mechanical brake may include an electromagnetic control unit that electromagnetically operates / releases the brake, and the brake release unit may operate the electromagnetic control unit when the motor or the drive control unit is abnormal.
また、前記ブレーキ解除手段を操作するための操作手段は、建設機械の運転席周辺に配設されてもよい。 The operation means for operating the brake release means may be disposed around the driver's seat of the construction machine.
また、建設機械の運転席には所定の運転状態を示す表示装置が配設されており、前記操作手段は、前記表示装置に表示される非常用画面を通じて操作可能に構成されてもよい。 In addition, a display device indicating a predetermined operation state is disposed in a driver's seat of the construction machine, and the operation means may be configured to be operable through an emergency screen displayed on the display device.
本発明の一局面の建設機械は、前記いずれかに記載の旋回駆動制御装置を含む。 A construction machine according to one aspect of the present invention includes the turning drive control device according to any one of the above.
本発明によれば、作業状況に応じて制動力を調節できる旋回駆動制御装置及びこれを含む建設機械を提供できるという特有の効果が得られる。 According to the present invention, it is possible to provide a specific effect that it is possible to provide a turning drive control device capable of adjusting a braking force according to a work situation and a construction machine including the same.
以下、本発明の旋回駆動制御装置及びこれを含む建設機械を適用した実施の形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment to which a turning drive control device of the present invention and a construction machine including the same are applied will be described.
図1は、本実施の形態の旋回駆動制御装置を含む建設機械を示す側面図である。 FIG. 1 is a side view showing a construction machine including a turning drive control device of the present embodiment.
この建設機械の下部走行体1には、旋回機構2を介して上部旋回体3が搭載されている。また、上部旋回体3には、ブーム4、アーム5、及びバケット6と、これらを油圧駆動するためのブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9に加えて、キャビン10及び動力源が搭載される。
An upper swing body 3 is mounted on the lower traveling body 1 of the construction machine via a swing mechanism 2. In addition to the boom 4, the arm 5, and the bucket 6, and the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, and the bucket cylinder 9 for hydraulically driving them, the upper swing body 3 is equipped with a
「全体構成」
図2は、本実施の形態の旋回駆動制御装置を含む建設機械の構成を表すブロック図である。この図2では、機械的動力系を二重線、高圧油圧ラインを実線、パイロットラインを破線、電気駆動・制御系を一点鎖線でそれぞれ示す。
"overall structure"
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the construction machine including the turning drive control device of the present embodiment. In FIG. 2, the mechanical power system is indicated by a double line, the high-pressure hydraulic line is indicated by a solid line, the pilot line is indicated by a broken line, and the electric drive / control system is indicated by a one-dot chain line.
機械式駆動部としてのエンジン11と、アシスト駆動部としての電動発電機12は、ともに増力機としての減速機13の入力軸に接続されている。また、この減速機13の出力軸には、メインポンプ14及びパイロットポンプ15が接続されている。メインポンプ14には、高圧油圧ライン16を介してコントロールバルブ17が接続されている。
An
コントロールバルブ17は、本実施の形態の建設機械における油圧系の制御を行う制御装置であり、このコントロールバルブ17には、下部走行体1用の油圧モータ1A(右用)及び1B(左用)、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9が高圧油圧ラインを介して接続される。
The
また、電動発電機12には、インバータ18を介してバッテリ19が接続されており、バッテリ19には、インバータ20を介して旋回用電動機21が接続されている。
Further, a
旋回用電動機21の回転軸21Aには、レゾルバ22、メカニカルブレーキ23、及び旋回減速機24が接続される。また、パイロットポンプ15には、パイロットライン25を介して操作装置26が接続される。
A
操作装置26には、油圧ライン27及び28を介して、コントロールバルブ17及び圧力センサ29がそれぞれ接続される。この圧力センサ29には、本実施の形態の建設機械の電気系の駆動制御を行うコントローラ30が接続されている。
A
このような本実施の形態の建設機械は、エンジン11、電動発電機12、及び旋回用電動機21を動力源とするハイブリッド型の建設機械である。これらの動力源は、図1に示す上部旋回体3に搭載される。以下、各部について説明する。
The construction machine of this embodiment is a hybrid construction machine that uses the
「各部の構成」
エンジン11は、例えば、ディーゼルエンジンで構成される内燃機関であり、その出力軸は減速機13の一方の入力軸に接続される。このエンジン11は、建設機械の運転中は常時運転される。
"Configuration of each part"
The
電動発電機12は、力行運転及び回生運転の双方が可能な電動機であればよい。ここでは、電動発電機12として、インバータ20によって交流駆動される電動発電機を示す。この電動発電機12は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたIPM(Interior Permanent Magnetic)モータで構成することができる。電動発電機12の回転軸は減速機13の他方の入力軸に接続される。
The
減速機13は、2つの入力軸と1つの出力軸を有する。2つの入力軸の各々には、エンジン11の駆動軸と電動発電機12の駆動軸が接続される。また、出力軸にはメインポンプ14の駆動軸が接続される。エンジン11の負荷が大きい場合には、電動発電機12が力行運転を行い、電動発電機12の駆動力が減速機13の出力軸を経てメインポンプ14に伝達される。これによりエンジン11の駆動がアシストされる。一方、エンジン11の負荷が小さい場合は、エンジン11の駆動力が減速機13を経て電動発電機12に伝達されることにより、電動発電機12が回生運転による発電を行う。電動発電機12の力行運転と回生運転の切り替えは、コントローラ30により、エンジン11の負荷等に応じて行われる。
The
メインポンプ14は、コントロールバルブ17に供給するための油圧を発生するポンプである。この油圧は、コントロールバルブ17を介して油圧モータ1A、1B、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9の各々を駆動するために供給される。
The
パイロットポンプ15は、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生するポンプである。この油圧操作系の構成については後述する。
The
コントロールバルブ17は、高圧油圧ラインを介して接続される下部走行体1用の油圧モータ1A、1B、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9の各々に供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御することにより、これらを油圧駆動制御する油圧制御装置である。
The
インバータ18は、電動発電機12の力行運転に必要な電力をバッテリ19から電動発電機12に供給するとともに、電動発電機12の回生運転によって発電された電力をバッテリ19に充電するために電動発電機12とバッテリ19との間に設けられたインバータである。
The
バッテリ19は、インバータ18とインバータ20との間に配設されている。これにより、電動発電機12と旋回用電動機21の少なくともどちらか一方が力行運転を行っている際には、力行運転に必要な電力を供給するとともに、また、少なくともどちらか一方が回生運転を行っている際には、回生運転によって発生した回生電力を電気エネルギーとして蓄積するための電源である。
The
インバータ20は、上述の如く旋回用電動機21とバッテリ19との間に設けられ、コントローラ30からの指令に基づき、旋回用電動機21に対して運転制御を行う。これにより、インバータが旋回用電動機21の力業を運転制御している際には、必要な電力をバッテリ19から旋回用電動機21に供給する。また、旋回用電動機21が回生運転をしている際には、旋回用電動機21により発電された電力をバッテリ19へ充電する。
The
旋回用電動機21は、力行運転及び回生運転の双方が可能な電動機であればよく、上部旋回体3の旋回機構2を駆動するために設けられている。力行運転の際には、旋回用電動機21の回転駆動力の回転力が減速機24にて増幅され、上部旋回体3が加減速制御され回転運動を行う。また、上部旋回体3の慣性回転により、減速機24にて回転数が増加されて旋回用電動機21に伝達され、回生電力を発生させることができる。ここでは、旋回用電動機21として、PWM(Pulse Width Modulation)制御信号によりインバータ20によって交流駆動される電動機を示す。この旋回用電動機21は、例えば、磁石埋込型のIPMモータで構成することができる。これにより、より大きな誘導起電力を発生させることができるので、回生時に旋回用電動機21にて発電される電力を増大させることができる。バッテリ19の充放電制御は、バッテリ19の充電状態、電動発電機12の運転状態(力行運転又は回生運転)、旋回用電動機21の運転状態(力行運転又は回生運転)に基づき、コントローラ30によって行われる。
The turning
なお、インバータ20と旋回用電動機21は、コントローラ30に含まれる旋回駆動装置40によって監視されている。旋回駆動装置40は、電流変換部57で検出されるモータ電流と、インバータ20及び旋回用電動機21の温度とを監視しており、モータ電流、インバータ20の温度、又は旋回用電動機21の温度のいずれかが閾値を超えた場合に、インバータ20又は旋回用電動機21の故障と判定する。
The
レゾルバ22は、旋回用電動機21の回転軸21Aの回転位置及び回転角度を検出するセンサであり、旋回用電動機21と機械的に連結することで旋回用電動機21の回転前の回転軸21Aの回転位置と、左回転又は右回転した後の回転位置との差を検出することにより、回転軸21Aの回転角度及び回転方向を検出するように構成されている。旋回用電動機21の回転軸21Aの回転角度を検出することにより、旋回機構2の回転角度及び回転方向が導出される。
The
メカニカルブレーキ23は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、旋回用電動機21の回転軸21Aを機械的に停止させる。このメカニカルブレーキ23は、電気的な制御により作動/解除を切り替えられるものであればよく、例えば、mayr社のROBA-stop-Mを用いることができる。このROBA-stop-Mは、ばねの付勢力で圧着されるアマチュアとライニングに解除用の電磁コイルを組み合わせたブレーキであり、電磁コイルの消磁時にアマチュアとライニングが圧着して作動状態になり、電磁コイルの励磁時には電磁力でアマチュアをライニングから離間させて解除状態になるメカニカルブレーキである。
The
本実施の形態では、このメカニカルブレーキ23は、コントローラ30に含まれる旋回駆動制御装置40により作動/解除の切替制御が行われる。駆動制御装置40は、旋回用電動機21の旋回駆動制御を行う制御装置であり、旋回用電動機21の旋回駆動時とブーム4、アーム5、又はバケット6での作業時には電磁コイルを励磁して解除し、それ以外の場合は電磁コイルを消磁して作動させる。旋回用電動機21又はインバータ20の故障時には、安全性を確保するために電磁コイルは消磁され、メカニカルブレーキ23は作動状態となり、旋回機構2は停止状態に保持される。
In the present embodiment, the
しかしながら、本実施の形態では、旋回用電動機21又はインバータ20の故障時においても、解除スイッチの操作により、必要に応じてメカニカルブレーキ23を解除することが可能である。この解除スイッチはキャビン10内の運転席の周辺に配設される非常用操作部であり、この解除スイッチについては図4を用いて後述する。
However, in the present embodiment, even when the turning
なお、メカニカルブレーキ23は、電気的な制御によって作動/解除の切替を行えればよく、ROBA-stop-M以外のものを用いてもよい。
The
旋回減速機24は、旋回用電動機21の回転軸21Aの回転速度を減速して旋回機構2に機械的に伝達する減速機である。
The turning speed reducer 24 is a speed reducer that reduces the rotational speed of the
旋回機構2は、旋回用電動機21のメカニカルブレーキ23が解除された状態で旋回可能となり、これにより、上部旋回体3が左方向又は右方向に旋回される。
The turning mechanism 2 can turn in a state where the
操作装置26は、旋回用電動機21、下部走行体1、ブーム4、アーム5、及びバケット6を操作するための操作装置であり、レバー26A及び26Bとペダル26Cを含む。レバー26Aは、旋回用電動機21及びアーム5を操作するためのレバーであり、上部旋回体3の運転席近傍に設けられる。レバー26Bは、ブーム4及びバケット6を操作するためのレバーであり、運転席近傍に設けられる。また、ペダル26Cは、下部走行体1を操作するための一対のペダルであり、運転席の足下に設けられる。
The
この操作装置26は、パイロットライン25を通じて供給される油圧(1次側の油圧)を運転者の操作量に応じた油圧(2次側の油圧)に変換して出力する。操作装置26から出力される2次側の油圧は、油圧ライン27を通じてコントロールバルブ17に供給されるとともに、圧力センサ29によって検出される。
The operating
レバー26A及び26Bとペダル26Cの各々が操作されると、油圧ライン27を通じてコントロールバルブ17が駆動され、これにより、油圧モータ1A、1B、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9内の油圧が制御されることによって、下部走行体1、ブーム4、アーム5、及びバケット6が駆動される。
When each of the
なお、油圧ライン27は、油圧モータ1A及び1B、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダの駆動に必要な油圧をコントロールバルブに供給する。
The
圧力センサ29は、レバー26Aの操作による、油圧ライン28内の油圧の変化が圧力センサ29を検出する操作方向検出手段である。圧力センサ29は、油圧ライン28内の油圧を表す電気信号を出力する。この電気信号は、レバー26Aの操作方向(右旋回又は左旋回)と操作量を表す信号であり、コントローラ30に入力される。
The
「コントローラ30」
コントローラ30は、本実施の形態の建設機械の駆動制御を行う制御装置であり、速度指令変換部31、駆動制御装置32、及び旋回駆動制御装置40を含む。このコントローラ30は、CPU(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、速度指令変換部31、駆動制御装置32、及び旋回駆動制御装置40は、コントローラ30のCPUが内部メモリに格納される駆動制御用のプログラムを実行することにより、
実現される装置である。
"
The
It is a device to be realized.
速度指令変換部31は、圧力センサ29から入力される信号を速度指令に変換する演算処理部である。これにより、レバー26Aの操作量は、旋回用電動機21を回転駆動させるための速度指令(rad/s)に変換される。この速度指令は、駆動制御装置32及び旋回駆動制御装置40に入力される。
The speed
駆動制御装置32は、電動発電機12の運転制御(力行運転又は回生運転の切り替え)、及び、バッテリ19の充放電制御を行うための制御装置である。この駆動制御装置32は、エンジン11の負荷の状態とバッテリ19の充電状態に応じて、電動発電機12の力行運転と回生運転を切り替える。駆動制御装置32は、電動発電機12の力行運転と回生運転を切り替えることにより、インバータ18を介してバッテリ19の充放電制御を行う。
The
「旋回駆動制御装置40」
図3は、本実施の形態の旋回駆動制御装置40の構成を示す制御ブロック図である。
"Swivel
FIG. 3 is a control block diagram showing the configuration of the turning
旋回駆動制御装置40は、インバータ20を介して旋回用電動機21の駆動制御を行うための制御装置であり、旋回用電動機21を駆動するための駆動指令を生成する駆動指令生成部50、及び主制御部60を含む。
The turning
駆動指令生成部50には、レバー26Aの操作量に応じて速度指令変換部31から出力される速度指令が入力され、この駆動指令生成部50は速度指令に基づき駆動指令を生成する。駆動指令生成部50から出力される駆動指令はインバータ20に入力され、このインバータ20によって旋回用電動機21がPWM制御信号により交流駆動される。
The
主制御部60は、旋回駆動制御装置40の制御処理に必要な周辺処理を行う制御部である。具体的な処理内容については、関連箇所においてその都度説明する。
The
なお、旋回駆動制御装置40は、操作レバー26Aの操作量に応じて、旋回用電動機21を駆動制御する際に、力行運転と回生運転の切り替え制御を行うと共に、インバータ20を介してバッテリ19の充放電制御を行う。
The turning
「駆動指令生成部50」
駆動指令生成部50は、減算器51、PI制御部52、トルク制限部53、トルク制限部54、減算器55、PI制御部56、電流変換部57、及び旋回動作検出部58を含む。この駆動指令生成部50の減算器51には、レバー26Aの操作量に応じた旋回駆動用の速度指令(rad/s)が入力される。
"Drive
The
減算器51は、レバー26Aの操作量に応じた速度指令の値(以下、速度指令値)から、旋回動作検出部58によって検出される旋回用電動機21の回転速度(rad/s)を減算して偏差を出力する。この偏差は、後述するPI制御部52において、旋回用電動機21の回転速度を速度指令値(目標値)に近づけるためのPI制御に用いられる。
The
PI制御部52は、減算器51から入力される偏差に基づき、旋回用電動機21の回転速度を速度指令値(目標値)に近づけるように(すなわち、この偏差を小さくするように)PI制御を行い、そのために必要なトルク電流指令を演算する。生成されたトルク電流指令は、トルク制限部53に入力される。
Based on the deviation input from the
トルク制限部53は、レバー26Aの操作量に応じてトルク電流指令の値(以下、トルク電流指令値)を制限する処理を行う。この制限処理は、レバー26Aの操作量に応じてトルク電流指令値の許容値が緩やかに増大する制限特性に基づいて行われる。このようなトルク電流指令値の制限は、PI制御部52によって演算されるトルク電流指令値が急激に増大すると制御性が悪化するため、これを抑制するために行われる。
The
この制限特性は、レバー26Aの操作量の増大に伴ってトルク電流指令値の許容値(の絶対値)を緩やかに増大させる特性を有し、上部旋回体3の左方向及び右方向の双方向を制限するための特性を有するものである。制限特性を表すデータは、主制御部60の内部メモリに格納されており、主制御部60のCPUによって読み出され、トルク制限部53に入力される。
This limiting characteristic has a characteristic of gradually increasing the allowable value (absolute value) of the torque current command value as the amount of operation of the
トルク制限部54は、トルク制限部53から入力されるトルク電流指令によって生じるトルクが旋回用電動機21の許容最大トルク値以下となるように、トルク制限部53から入力されるトルク電流指令値を制限する。このトルク電流指令値の制限は、トルク制限部53と同様に、上部旋回体3の左方向及び右方向の双方向の回転に対して行われる。
The
ここで、トルク制限部54においてトルク電流指令値を制限するための上限値(右旋回用の最大値)及び下限値(左旋回用の最小値)は、このトルク制限部54によってトルク電流指令値の制限が行われても、バケット6が積み上げられた土砂等に触れて旋回用電動機21の負荷が大きい状態でも、旋回用電動機21を駆動させるための駆動トルクを発生できるような値に設定されている。なお、トルク電流指令値を制限するための特性を表すデータは、主制御部60の内部メモリに格納されており、主制御部60のCPUによって読み出され、トルク制限部54に入力される。
Here, an upper limit value (maximum value for right turn) and a lower limit value (minimum value for left turn) for limiting the torque current command value in the
減算器55は、トルク制限部54から入力されるトルク電流指令値から、電流変換部57の出力値を減算して得る偏差を出力する。この偏差は、後述するPI制御部56及び電流変換部57を含むフィードバックループにおいて、電流変換部57から出力される旋回用電動機21の駆動トルクを、トルク制限部54を介して入力されるトルク電流指令値(目標値)によって表されるトルクに近づけるためのPI制御に用いられる。
The
PI制御部56は、減算器55から入力される偏差に基づき、この偏差を小さくするようにPI制御を行い、インバータ20に送る最終的な駆動指令となる電圧指令を生成する。インバータ20は、PI制御部56から入力される電圧指令に基づき、旋回用電動機21をPWM駆動する。
Based on the deviation input from the
電流変換部57は、旋回用電動機21のモータ電流を検出し、これをトルク電流指令に相当する値に変換し、減算器55に入力する。
The
旋回動作検出部58は、レゾルバ22によって検出される旋回用電動機21の回転位置の変化を検出するとともに、回転位置の時間的な変化から旋回用電動機21の回転速度を微分演算によって導出する。この回転位置の変化により、旋回用電動機21の回転方向(上部旋回体3の旋回方向)が導出されるため、旋回動作検出部58は回転方向検出手段として機能する。導出された回転速度及び回転方向を表すデータは、減算器51及び主制御部60に入力される。
The turning
このような構成の駆動指令生成部50において、速度指令変換部31から入力される速度指令に基づき、旋回用電動機21を駆動するためのトルク電流指令が生成され、上部旋回体3が所望の位置まで旋回される。
In the drive
主制御部60は、旋回駆動制御装置40の制御処理に必要な周辺処理を行う制御部であり、メカニカルブレーキ23の作動/解除の切替制御も行う。
The
なお、旋回駆動制御装置40は、操作レバー26Aの操作量に応じて、旋回用電動機21を駆動制御する際に、力行運転と回生運転の切り替え制御を行うと共に、インバータ20を介してバッテリ19の充放電制御を行う。
The turning
図4は、本実施の形態の建設機械の運転席及びその周辺を示す斜視図である。 FIG. 4 is a perspective view showing a driver's seat and its surroundings of the construction machine according to the present embodiment.
キャビン10内に配設される運転席10Aの両側には、コンソール10R、10Lが配設されており、この一対のコンソール10R、10Lには、一対の操作レバー26Aがそれぞれ配設されている。運転席10Aには、キャビン前方向に対して左側(コンソール10Lの側)から乗降が可能である。
右側のコンソール10Rには、タッチパネル10Bが配設されている。
A touch panel 10B is disposed on the
また、左側のコンソール10Lには、ゲートロック操作部10Cが配設されている。ゲートロック操作部10Cは、上部旋回体3のキャビン内に配設される運転席の脇に配設されており、運転席への乗降部に配設されるゲート10Dを開閉操作するための操作部である。ゲート10Dは、ゲートロックレバー10Eにワイヤで接続されており、ゲートロックレバー10Eが下ろされるとゲート10Dは開放され(図4に示すようにゲート10Dがコンソール10L内に格納された状態)、ゲートロックレバー10Eが引き上げられるとゲート10Dは閉成され、コンソール10Lから突出した状態となる。このゲート10Dが閉成されたとき、運転者は運転席から降りることはできず、開放されたときに降りることができる状態となる。ゲートロックレバー10Eにはリミットスイッチが接続されており、リミットスイッチの出力はコントローラ30に入力される。建設機械は、ゲートロックレバー10Eを引き上げてゲート10Dを閉成した状態でないと運転できないようにコントローラ30によって誤動作防止制御が行われている。
A gate lock operation unit 10C is disposed on the
タッチパネル10Bには、通常、建設機械の運転時間、エンジン11の水温や油温等の情報、及びメインポンプ14の油圧等の各種情報を選択して表示するように構成されているが、旋回用電動機21又はインバータ20の故障時には表示内容が非常用画面に切り替わり、非常時にメカニカルブレーキ23を操作するための非常用操作ボタンが表示されるようになっている。すなわち、タッチパネル10Bは、非常時にメカニカルブレーキ23を解除するための解除スイッチとして機能するものである。この非常用操作ボタンを押せばメカニカルブレーキ23が解除され、再び押せば作動状態に復帰させることができる。この非常用操作ボタンの操作によるメカニカルブレーキ23の解除は、ゲートロックレバー10Eが下ろされてゲート10Dが開放されている状態でも実行可能に構成されている。
Normally, the touch panel 10B is configured to select and display various information such as the operation time of the construction machine, the water temperature and oil temperature of the
以上、本実施の形態の旋回駆動制御装置によれば、旋回用電動機21又はインバータ20に故障が生じ、メカニカルブレーキ23が作動して旋回機構が停止状態に保持されている場合でも、必要に応じてメカニカルブレーキ23を解除することができる。このため、旋回用電動機21又はインバータ20の故障時にブーム4、アーム5、又はバケット6が下部走行体1の走行方向に対して角度を有している場合でも、タッチパネル10Bに表示される非常用操作ボタンの操作によりメカニカルブレーキ23を解除し、上部旋回体3を手動等で旋回させて、ブーム4、アーム5、又はバケット6の向きを下部走行体1の走行方向に合わせるための調節を行うことができる。走行方向とブーム4、アーム5、又はバケット6の向きが一致していれば、移動時に支障は生じない。
As described above, according to the turning drive control device of the present embodiment, even when a failure occurs in the turning
なお、このように手動等で旋回させた後は、再び非常用操作ボタンを押すことによりメカニカルブレーキ23を作動させることができるので、下部走行体1で移動する際に、慣性力による上部旋回体3の旋回を抑制することができる。
Since the
以上では、旋回用電動機21又はインバータ20が故障した場合に、タッチパネル10B及び旋回駆動装置40を通じてメカニカルブレーキ23を解除できるようにした形態について説明したが、コントローラ30内にメカニカルブレーキ23の作動/解除の切替制御を行う制御装置を旋回駆動装置40とは別に設けておき、旋回用電動機21又はインバータ20だけでなく、旋回駆動装置40が故障した場合においても、タッチパネル10B及びコントローラ30を通じてメカニカルブレーキ23を解除できるように構成してもよい。この場合、例えば、旋回駆動装置40が自己診断機能により故障を判定できるようにすればよい。
Although the embodiment has been described above in which the
また、以上では、キャビン10内のタッチパネル10Bに非常用操作ボタンが表示される形態について説明したが、非常用操作ボタンはタッチパネル10Bに表示されるものに限定されるものではなく、専用のスイッチとしてキャビン10内のコンソール10R、10L等に設置されていてもよいし、キャビン10や上部旋回体3の外部に配置してもよい。
Moreover, although the form which displayed the emergency operation button on the touch panel 10B in the
また、以上では、旋回用電動機21がインバータ20によってPWM駆動される交流モータであり、その回転速度を検出するために、レゾルバ22及び旋回動作検出部58を用いる形態について説明したが、旋回用電動機21は直流モータであってもよい。この場合は、インバータ20、レゾルバ22及び旋回動作検出部58が不要となり、回転速度としては直流モータのタコジェネレータで検出される値を用いればよい。
In the above description, the turning
また、以上では、トルク電流指令の演算にPI制御を用いる形態について説明したが、これに代えて、ロバスト制御、適応制御、比例制御、積分制御等を用いてもよい。 In the above description, the PI control is used for calculating the torque current command. However, instead of this, robust control, adaptive control, proportional control, integral control, or the like may be used.
また、以上では、ハイブリッド型の建設機械を用いて説明したが、旋回機構が電動化されている建設機械であれば、本実施の形態の旋回駆動装置の適用対象は、バイブリッド型に限定されるものではない。 In the above description, the hybrid construction machine is used. However, if the turning mechanism is an electric construction machine, the application target of the turning drive device according to the present embodiment is limited to the hybrid type. It is not something.
以上、本発明の例示的な実施の形態の旋回駆動制御装置及びこれを含む建設機械について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。 As mentioned above, although the turning drive control apparatus of the exemplary embodiment of the present invention and the construction machine including the same have been described, the present invention is not limited to the specifically disclosed embodiment, and is claimed. Various modifications and changes can be made without departing from the scope.
1 下部走行体
1A、1B 走行機構
2 旋回機構
3 上部旋回体
4 ブーム
5 アーム
6 バケット
7 ブームシリンダ
8 アームシリンダ
9 バケットシリンダ
10 キャビン
11 エンジン
12 電動発電機
13 減速機
14 メインポンプ
15 パイロットポンプ
16 高圧油圧ライン
17 コントロールバルブ
18 インバータ
19 バッテリ
20 インバータ
21 旋回用電動機
23 メカニカルブレーキ
24 旋回減速機
25 パイロットライン
26 操作装置
26A、26B レバー
26C ペダル
27 油圧ライン
28 油圧ライン
29 圧力センサ
30 コントローラ
31 速度指令変換部
32 駆動制御装置
40 旋回駆動制御装置
50 駆動指令生成部
51 減算器
52 PI制御部
53 トルク制限部
54 トルク制限部
55 減算器
56 PI制御部
57 電流変換部
58 旋回動作検出部
60 主制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記旋回機構の操作装置に入力される操作量に応じて前記電動機の駆動制御を行う駆動制御手段と、
建設機械の運転状態に応じて前記メカニカルブレーキの作動/解除を制御するブレーキ制御手段と、
前記電動機又は前記駆動制御手段の異常時に前記メカニカルブレーキを解除するためのブレーキ解除手段と
を備える旋回駆動制御装置。 A lower traveling body, an upper revolving body that is pivotably mounted on the lower traveling body via a revolving mechanism, a work element attached to the upper revolving body, and a mechanical brake that mechanically stops the revolving of the revolving mechanism In a construction machine that drives the turning mechanism with an electric motor, a turning drive control device that drives and controls the turning mechanism,
Drive control means for performing drive control of the electric motor according to an operation amount input to the operation device of the turning mechanism;
Brake control means for controlling the operation / release of the mechanical brake according to the operating state of the construction machine;
A turning drive control device comprising: brake release means for releasing the mechanical brake when the electric motor or the drive control means is abnormal.
前記ブレーキ解除手段は、前記電動機又は前記駆動制御手段の異常時に前記電磁制御部を作動させることによって前記メカニカルブレーキを解除する、請求項1に記載の旋回駆動制御装置。 The mechanical brake includes an electromagnetic control unit that electromagnetically operates / releases,
The turning drive control device according to claim 1, wherein the brake release means releases the mechanical brake by operating the electromagnetic control unit when the electric motor or the drive control means is abnormal.
前記操作手段は、前記表示装置に表示される非常用画面を通じて操作可能に構成される、請求項3に記載の旋回駆動制御装置。 A display device indicating a predetermined operation state is disposed in the driver's seat of the construction machine,
4. The turning drive control device according to claim 3, wherein the operation means is configured to be operable through an emergency screen displayed on the display device.
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