JP2014141859A

JP2014141859A - 建設機械

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Publication number: JP2014141859A
Application number: JP2013012352A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Oka; 秀和岡
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2014-08-07
Anticipated expiration: 2033-01-25
Also published as: JP6160090B2

Abstract

【課題】空調装置を備え、かつ、馬力制御を行うことを前提として、作業性を高めながらエンストを確実に防止でき、しかも必要な設備を簡素化してコストダウンを実現する。
【解決手段】固定容量型の油圧ポンプであるドーザポンプ１３のポンプ圧によってオン／オフ作動する圧力スイッチ３０を設ける。圧力スイッチ３０がオンとなるドーザポンプ圧の設定値は、ドーザトルクを含めた全負荷トルクがエンジントルクを上回る状態となる値として定められ、この圧力スイッチ３０のオン作動時にリレー２９の常閉接点２８を開いて空調回路２４を電源２３に対して遮断し、全負荷トルクを下げる構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は可変容量型油圧ポンプによる馬力制御(所謂ＰＱ制御)を行い、かつ、空調装置を備えた油圧ショベル等の建設機械に関するものである。

油圧ショベルを例にとって背景技術を説明する。

油圧ショベルは、図４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が地面に対して垂直となる軸Ｘのまわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体２に、ブーム３、アーム４、バケット５、及びこれら駆動するブーム、アーム、バケット各シリンダ６，７，８を有するフロントアタッチメント９が取付けられて成っている。２ａは上部旋回体２に設けられた操縦室としてのキャビンである。

また、下部走行体１にドーザ１０が装着される。このドーザ１０は、図示しないドーザシリンダによって昇降駆動され、接地状態で走行しながら地面を平らにする地均し作業や、土を押して運ぶ土運び作業等を行う。

図５は油圧ショベルの駆動系、及び従来のポンプ制御系の構成を示す。

油圧ポンプとして、第１及び第２両メインポンプ１１，１２と、ドーザシリンダの油圧源となるドーザポンプ１３と、パイロット油圧源となるパイロットポンプ１４を備え、これら各ポンプ１１〜１４が共通の動力源としてのエンジン１５によって駆動される。

両メインポンプ１１，１２には、傾転制御装置によって傾転(ポンプ吐出流量)が制御される可変容量型の油圧ポンプが用いられる。

一方、ドーザポンプ１３は、ドーザ作業の独立性を担保する等の理由から両メインポンプ１１，１２とは別ポンプとされ、安価なギヤポンプ等の固定容量型の油圧ポンプが用いられる。

傾転制御装置は、バネ１６と、両メイン及びドーザ各ポンプ１１〜１３のポンプ圧をポンプ圧導入管路１７…によりバネ力に対抗する力(制御圧)として導入されるレギュレータ１８とを具備し、制御圧(ポンプ圧)とバネ力によってポンプ傾転が大小制御される。

すなわち、負荷トルクがエンジントルクを上回ってエンストが起こることがないように、図６に示すようにトータルのポンプ圧ＰｐＴの増加に応じてポンプ流量Ｑが減少する馬力制御(所謂ＰＱ制御)が行われる。

この場合、ドーザを備えた油圧ショベルにおいては、走行とドーザの両動作が行われるドーザ作業時に負荷トルクが大きくなり、エンストの危険性が生じるため、ドーザポンプ１３のポンプ圧の上昇に応じて両メインポンプ１１，１２の減馬力制御を行う構成がとられる。

これら両メインポンプ１１，１２及びドーザポンプ１３からの圧油はコントロールバルブ１９を介して上記各油圧アクチュエータ(代表符号「２０」を付している)に供給される。

一方、図示のようなキャビン２ａを備えた油圧ショベルにおいては、キャビン用の空調装置(以下、エアコンという)が設けられ、このエアコンのコンプレッサ２１が各油圧ポンプ１１〜１４と共通の動力源としてのエンジン１５によって駆動される。

コンプレッサ２１は、キャビン２ａ内に設けられたエアコンスイッチ２２を介して電源２３に接続され、エアコンスイッチ２２のオン操作時に作動する。

すなわち、コンプレッサ２１とエアコンスイッチ２２とによって空調回路２４が構成されている。

ここで、コンプレッサ２１のトルク(以下、エアコントルクという)とポンプトルクを合わせたものがトータルの負荷トルク(全負荷トルク)となるため、エアコントルクを考慮して可変容量型ポンプのＰＱ制御を行う必要がある。

この場合、従来は、エアコン作動時に、エアコントルクを含めた全負荷トルクがエンジントルクを上回らないように馬力制御する構成がとられている。

具体的には、パイロットポンプ圧をレギュレータ１８に制御圧として導入するパイロット圧導入管路２５を設けるとともに、このパイロット圧導入管路２５に電磁切換弁２６を設け、エアコン作動時にパイロット圧をこの電磁切換弁２６を介してレギュレータ１８に導入することにより、ＰＱ制御の流量設定を低流量側に下げる構成がとられている。図５中、Ｔはタンクである。

また、特許文献１に示された公知技術においては、同様の目的を達成する手段として、両メインポンプのポンプ圧を検出してコントローラと電磁比例弁にてＰＱ制御を行う構成をとり、エアコン作動時にはエアコン停止時よりもＰＱ制御のトルク設定を下げる構成がとられている。

特開平０８−３０３４０３号公報

図５に示す従来技術を含む公知技術においては、前記のようにエアコン作動を維持することを前提として、エアコントルクを含めた全負荷トルクがエンジントルクを上回らないように馬力制御するため、エアコン作動時には、常時、エアコントルクの分だけポンプ最大トルクが下がる。このため、作業性が低下する。

また、エアコン作動時と停止時とでトルク設定を変えることによりエンストを防止する制御を行うため、トルク設定を変えるための設備(図５に示す従来技術では電磁切換弁２６、特許文献１に示す公知技術では電磁比例弁)が必要となり、コストアップとなる。

そこで本発明は、空調装置を備え、かつ、馬力制御を行うことを前提として、作業性を高めながらエンストを確実に防止でき、しかも必要な設備を簡素化してコストダウンを実現することができる建設機械を提供するものである。

上記課題を解決する手段として、本発明においては、可変容量型のメインポンプを含む複数の油圧ポンプと、空調装置のコンプレッサが共通の動力源としてのエンジンによって駆動され、かつ、上記メインポンプの馬力制御を行う傾転制御装置と、空調スイッチのオン／オフ操作に基づいて上記コンプレッサを作動／停止させる空調回路とを備え、上記傾転制御装置は、制御圧として導入されるポンプ圧とバネ力を用いて、予め設定されたＰＱ特性に基づき上記メインポンプの傾転を変えてポンプ流量を制御するように構成された建設機械において、上記空調スイッチのオン／オフ操作とは無関係に上記空調回路を電源に対して接続／遮断する開閉手段を設け、この開閉手段は、上記油圧ポンプ及び上記コンプレッサによる負荷トルクがエンジントルクを上回る状態となったときを空調遮断時期として上記空調回路を遮断状態とし、上記負荷トルクがエンジントルクよりも小さいときは上記空調回路を接続状態とするように構成したものである。

この構成によれば、コンプレッサを含めた全負荷トルクがエンジントルクを上回る状態となったときに、空調回路を遮断(エアコン作動中であれば停止させ、停止中であればそのまま停止状態に維持する)して全負荷トルクを下げるため、エンジントルクをポンプ優先で使用し、作業性を高めることができる。

また、馬力制御はポンプ圧のみに基づいて行うため、公知技術のようなエアコン作動時と停止時とでトルク設定を変えるといった余分な制御が不要となる。このため、トルク設定を変えるための電磁弁が不要となり、コストダウンを実現することができる。

しかも、全負荷トルクがエンジントルクを超えるような高負荷作業は、実際上、定常的に継続して行われることがないため、エアコンを停止しても影響は少ない。

本発明において、上記開閉手段は、複数の油圧ポンプのうち一つの油圧ポンプの圧力が設定値を超えたときを上記空調遮断時期として上記空調回路を遮断状態とするように構成することができる(請求項２〜５)。

複数の油圧ポンプのうち一つの油圧ポンプでも、その圧力が設定値を超えると、全負荷トルクがエンジントルクを超える可能性が高くなるため、一つのポンプ圧力に基づいて空調回路を遮断することにより、エンストを防止することができる。

また、一つの油圧ポンプの圧力のみを監視対象とすればよいため、構成が簡単ですむ。

この場合、上記メインポンプに加えて固定容量型の油圧ポンプ(請求項４，５ではドーザポンプ)を備えた建設機械においては、上記開閉手段は、この固定容量型の油圧ポンプの圧力が設定値を超えたときを上記空調遮断時期として上記空調回路を遮断状態とするように構成するのが望ましい(請求項３〜５)。

固定容量型の油圧ポンプを備えた建設機械においては、同ポンプによる作業が高負荷となるとエンストの可能性がとくに高くなるため、同ポンプの圧力に基づいて空調回路を遮断することにより、エンスト防止効果が高くなる。

とりわけ、ドーザ作業は、走行とドーザ動作の複合作業であるため、大トルクを消費する。いいかえれば、ドーザポンプのポンプ圧がエンスト発生の指標となる。このため、請求項４，５のように、このドーザポンプ圧に基づいて空調回路を遮断することにより、エンストを確実に防止することがでる。

また、上記ドーザポンプの圧力が設定値を超えたときにオン作動する圧力スイッチと、上記空調回路に設けられ上記圧力スイッチのオン作動時に開く開閉器によって上記開閉手段を構成するのが望ましい(請求項５)。

請求項２〜５の構成をとる場合、上記開閉手段は、上記油圧ポンプの圧力の設定値について、上記空調回路を遮断状態とする値を、接続状態とする値よりも高く設定して、空調回路の遮断／接続にヒステリシスを持たせるように構成するのが望ましい(請求項６)。

こうすれば、ポンプの脈動等による圧力変動に対して空調回路の遮断／接続の無駄な切換わりを防止し、制御の安定性を実現することができる。

また、本発明において、上記開閉手段は、すべての油圧ポンプの圧力から求められる総負荷トルクがエンジントルクを上回る状態となったときを上記空調遮断時期として上記空調回路を遮断状態とするように構成してもよい(請求項７)。

この構成によれば、全ポンプトータルの負荷トルクに基づいて空調回路を遮断するため、真にエンストが起こる負荷状況でのみ空調作動を停止させることができ、不必要にエアコン停止させてしまうおそれがない。

一方、本発明において、上記空調装置は電動式の送風ファンを備え、この送風ファンを上記空調回路とパラレル状態で電源に接続するのが望ましい(請求項８)。

この構成によれば、エアコン作動中に空調回路が遮断されても、送風ファンによる送風作用は継続されるため、空調機能が極端に低下するおそれがないし、オペレータの違和感や不快感を軽減することができる。

本発明によると、作業性を高めながらエンストを確実に防止でき、しかも必要な設備を簡素化してコストダウンを実現することができる。

本発明の第１実施形態を示す回路図である。同実施形態における圧力スイッチのヒステリシス特性を示す図である。本発明の第２実施形態を示す回路図である。本発明の適用対象の一つである油圧ショベルの概略側面図である。従来の回路図である。馬力制御によるポンプ圧とポンプ流量の関係を示す図である。

実施形態は油圧ショベルを適用対象としている。

図１，２に示す第１実施形態、及び図３に示す第２実施形態において、次の点は図５に示す従来技術と同じである。

(Ａ) 油圧ポンプとして、第１及び第２両メインポンプ１１，１２と、ドーザシリンダの油圧源となるドーザポンプ１３と、パイロット油圧源となるパイロットポンプ１４を備え、これら各ポンプ１１〜１４が共通の動力源としてのエンジン１５によって駆動される点。

(Ｂ) 両メインポンプ１１，１２には、傾転制御装置によって傾転(ポンプ吐出流量)が制御される可変容量型の油圧ポンプが用いられる一方、ドーザポンプ１３は両メインポンプ１１，１２とは別ポンプとされ、安価なギヤポンプ等の固定容量型の油圧ポンプが用いられる点。

(Ｃ) 傾転制御装置は、バネ１６と、両メイン及びドーザ各ポンプ１１〜１３のポンプ圧をポンプ圧導入管路１７…によりバネ力に対抗する力(制御圧)として導入されるレギュレータ１８とを具備し、制御圧(ポンプ圧)とバネ力によってポンプ傾転が大小制御される点。すなわち、全ポンプトルクがエンジントルクを上回ってエンストが起こることがないように、トータルのポンプ圧の増加に応じてポンプ流量が減少する馬力制御(所謂ＰＱ制御)が行われる点。

なお、図５中のパイロット圧導入管路２５及び電磁切換弁２６は設ける必要がない。

(Ｄ) これら両メインポンプ１１，１２及びドーザポンプ１３からの圧油は、コントロールバルブ１９を介して上記各油圧アクチュエータ(代表符号「２０」を付している)に供給される点。

(Ｅ) 図４に示すようなキャビン２ａ付きの油圧ショベルにおいては、キャビン２ａ用の空調装置(以下、エアコンという)が設けられ、このエアコンのコンプレッサ２１が各油圧ポンプ１１〜１４と共通の動力源としてのエンジン１５によって駆動される点。

(Ｆ) コンプレッサ２１は、キャビン内に設けられたエアコンスイッチ２２を介して電源２３に接続され、エアコンスイッチ２２のオン操作時に作動する点。すなわち、コンプレッサ２１とエアコンスイッチ２２とによって空調回路２４が構成されている点。

第１実施形態(図１，２参照)
第１実施形態においては、空調回路２４のエアコンスイッチ２２と直列に、開閉器としてのリレー２７の常閉接点２８が接続され、リレー２７のソレノイド２９が励磁されて常閉接点２８が開いたときに、空調回路２４が電源２３に対して遮断されるように構成されている。

また、ドーザポンプ１３の吐出管路に圧力スイッチ３０が設けられ、この圧力スイッチ３０とリレー２７のソレノイド２９の直列回路が電源２３に接続されている。

また、空調装置は電動式の送風ファン３１を備え、この送風ファン３１が、空調回路２４とパラレル状態で電源２３に接続されている。

圧力スイッチ３０は、ドーザポンプ１３の圧力が予め定められた設定値未満のときはオフ、設定値を超えたときにオンとなる。

そして、この圧力スイッチ３０がオンとなると、リレー２７が作動して空調回路２４が電源２３に対して遮断、すなわちエアコン作動が停止する(停止中であれば停止状態に維持される)ように構成されている。

ここで、ドーザポンプ１３に必要なドーザポンプトルクＴｄと、両メインポンプ１１，１２に必要なメインポンプトルクＴｍと、エアコン(コンプレッサ２１)の作動に必要なエアコントルクＴａの和が全負荷トルクＴ０となる。

この場合、ドーザ作業は走行とドーザの複合作業であって、必要なトルクはドーザポンプトルクＴｄと、両メインポンプ１１，１２のうち走行モータに使用される一方のメインポンプのトルクＴｍの和である。

そして、ドーザ作業時に走行に使用される平均的なメインポンプトルクＴｍは決まっているため、全負荷トルクＴ０がエンジントルクＴｅを上回るか否かはドーザポンプトルクＴｄ次第となる。

そこで、
Ｔｅ＞Ｔｄ+Ｔｍ
となるように圧力スイッチ３０の設定値が決められている。

こうして、コンプレッサ２１を含めた全負荷トルクＴ０がエンジントルクＴｅを上回る状態となったときを空調遮断時期として、エアコンスイッチ２２に関係なく空調回路２４を遮断して全負荷トルクＴ０を下げ、全負荷トルクＴ０がエンジントルクＴｅよりも小さいときは空調回路２４を接続状態とするように構成されている。

これにより、エンストを防止しながら、エンジントルクをポンプ優先で使用し、作業性を高めることができる。

また、馬力制御は、両メインポンプ１１，１２とドーザポンプ１３の圧力(ポンプ圧)のみに基づいて行うため、公知技術のようなエアコン作動時と停止時とでトルク設定を変えるといった余分な制御が不要となる。このため、トルク設定を変えるための電磁弁が不要となり、コストダウンを実現することができる。

しかも、全負荷トルクＴ０がエンジントルクＴｅを超えるような高負荷作業は、実際上、定常的に継続して行われることがないため、エアコンを停止しても影響は少ない。

また、エアコン作動中に空調回路２４が遮断されても、送風ファン３１による送風作用は継続されるため、空調機能が極端に低下するおそれがないし、オペレータの違和感や不快感を軽減することができる。

一方、圧力スイッチ３０の設定値について、図２に示すように、同スイッチ３０がオンとなる(空調回路２４を遮断する)設定値Ｐｄ１が、オフとなる設定値Ｐｄ２よりも高く設定されている。図２中、Ｐｒはドーザポンプ１３のリリーフ圧である。

いいかえれば、相対的に高い圧力でオンとなり、低い圧力でオフとなるように、つまり、空調回路２４の遮断／接続にヒステリシスを持たせるように構成されている。

こうすれば、ドーザポンプ１３の脈動等による圧力変動に対して空調回路２４の遮断／接続の無駄な切換わりを防止し、制御の安定性を実現することができる。

第２実施形態(図３参照)
第１実施形態との相違点のみを説明する。

第１実施形態では、ドーザポンプ１３の圧力をもとに全負荷トルクＴ０がエンジントルクＴｅを上回る状態となったときを空調遮断時期として空調回路２４を遮断する構成とされているのに対し、第２実施形態においては、パイロットポンプ１４を除く全ポンプ１１〜１３のポンプ圧を検出して実際の全負荷トルクＴ０を求め、これがエンジントルクＴｅを上回る状態となったときを空調遮断時期として空調回路２４を遮断する構成とされている。

すなわち、両メインポンプ１１，１２及びドーザポンプ１３の圧力を検出する圧力センサ３２，３３，３４と、検出された全ポンプ圧力をもとにトルク演算を行うコントローラ３５が設けられ、このコントローラ３５によって空調回路２４の遮断／接続を制御する構成がとられている。

いいかえれば、圧力センサ３２〜３４と、コントローラ３５と、リレー２７とによって、空調回路２４を接続／遮断する開閉手段が構成されている。

コントローラ３５は次の処理を行う。

(ｉ) 全ポンプ圧力から全ポンプトルクを求め、これにエアコントルクＴａを加えて全負荷トルクＴ０を求める。

(ｉｉ) この全負荷トルクＴ０とエンジントルクＴｅを比較し、Ｔ０＞Ｔｅのときに空調回路２４を遮断する処理、すなわちリレー２７のソレノイド２９を励磁し、Ｔ０<Ｔｅのときに空調回路２４を接続する処理、すなわちソレノイド２９の励磁を停止する。

これにより、エンストを防止しながら、エンジントルクをポンプ優先で使用して作業性を高めることができる等、第１実施形態と基本的に同じ効果を得ることができる。

また、第２実施形態によると、全ポンプトータルの負荷トルクに基づいて空調回路を遮断するため、真にエンストが起こる負荷状況でのみ空調作動を停止させることができ、不必要にエアコン停止させてしまうおそれがない。

他の実施形態
(１) 第１実施形態の変形形態として、ドーザポンプ圧を圧力センサで検出し、第２実施形態のようにコントローラによってリレー２７を制御する構成をとってもよい。

(２) ドーザポンプ１３ではなく、両メインポンプ１１，１２の一方または双方のポンプ圧、または一方のメインポンプ圧とドーザポンプ圧を検出し、これらの合計のポンプ圧に基づいてリレー２７を制御する構成をとってもよい。

１下部走行体
２上部旋回体
２ａ空調装置が設けられたキャビン
１０ドーザ
１１，１２メインポンプ
１３ドーザポンプ
１５エンジン
１６傾転制御装置を構成するバネ
１７同、ポンプ圧導入管路
１８同、レギュレータ
２１空調装置のコンプレッサ
２２同、エアコンスイッチ
２３電源
２４空調回路
２７開閉器としてのリレー
２８リレーの常閉接点
２９同、ソレノイド
３０圧力スイッチ
３１送風ファン
３２〜３４開閉手段を構成する圧力センサ
３５同、コントローラ

Claims

可変容量型のメインポンプを含む複数の油圧ポンプと、空調装置のコンプレッサが共通の動力源としてのエンジンによって駆動され、かつ、上記メインポンプの馬力制御を行う傾転制御装置と、空調スイッチのオン／オフ操作に基づいて上記コンプレッサを作動／停止させる空調回路とを備え、上記傾転制御装置は、制御圧として導入されるポンプ圧とバネ力を用いて、予め設定されたＰＱ特性に基づき上記メインポンプの傾転を変えてポンプ流量を制御するように構成された建設機械において、上記空調スイッチのオン／オフ操作とは無関係に上記空調回路を電源に対して接続／遮断する開閉手段を設け、この開閉手段は、上記油圧ポンプ及び上記コンプレッサによる負荷トルクがエンジントルクを上回る状態となったときを空調遮断時期として上記空調回路を遮断状態とし、上記負荷トルクがエンジントルクよりも小さいときは上記空調回路を接続状態とするように構成したことを特徴とする建設機械。
上記開閉手段は、複数の油圧ポンプのうち一つの油圧ポンプの圧力が設定値を超えたときを、上記空調遮断時期として上記空調回路を遮断状態とするように構成したことを特徴とする建設機械。
上記メインポンプに加えて、固定容量型の油圧ポンプを備え、上記開閉手段は、この固定容量型の油圧ポンプの圧力が設定値を超えたときを上記空調遮断時期として上記空調回路を遮断状態とするように構成したことを特徴とする請求項２記載の建設機械。
下部走行体と、この下部走行体に取付けられたドーザと、このドーザを昇降させるドーザシリンダと、このドーザシリンダの油圧源としての固定容量型のドーザポンプとを備え、上記開閉手段は、上記ドーザポンプの圧力が設定値を超えたときを上記空調遮断時期として上記空調回路を遮断するように構成したことを特徴とする請求項３記載の建設機械。
上記ドーザポンプの圧力が設定値を超えたときにオン作動する圧力スイッチと、上記空調回路に設けられ上記圧力スイッチのオン作動時に開く開閉器によって上記開閉手段を構成したことを特徴とする請求項４記載の建設機械。
上記開閉手段は、上記油圧ポンプの圧力の設定値について、上記空調回路を遮断状態とする値を、接続状態とする値よりも高く設定して、空調回路の遮断／接続にヒステリシスを持たせるように構成したことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の建設機械。
上記開閉手段は、すべての油圧ポンプの圧力から求められる総負荷トルクがエンジントルクを上回る状態となったときを上記空調遮断時期として上記空調回路を遮断状態とするように構成したことを特徴とする請求項１記載の建設機械。
上記空調装置は電動式の送風ファンを備え、この送風ファンを上記空調回路とパラレル状態で電源に接続したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の建設機械。