JP2016031125A - 建設機械の旋回制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】エンジン回転数の変化にかかわらず、適正なリリーフカット制御を行う。【解決手段】エンジン１１で可変容量型の油圧ポンプ１０を駆動し、その吐出油によって旋回モータ１２を駆動する油圧ショベルにおいて、リリーフカット、ポジティブ、ＰＱの各制御に基づいてポンプ指令流量Ｑｏを求め、そのうちの低位選択による最小値をエンジン回転数Ｎｅで除して目標ポンプ傾転ｑｔｇを求め、油圧ポンプ１０の傾転をこの目標ポンプ傾転ｑｔｇに向けて制御するようにした。【選択図】図１

Description

本発明は油圧ショベルのように油圧ポンプの吐出油で旋回モータを駆動して旋回体を旋回させる建設機械の旋回制御装置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。
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４、アーム５、バケット６及びこれらを駆動する各油圧シリンダ７，８，９から成る作業アタッチメント３が取付けられて構成される。
また、他の油圧アクチュエータとして、下部走行体１を走行駆動する走行モータと、上部旋回体２を旋回駆動する旋回モータ(いずれも油圧モータ。図示省略)が設けられる。
これら各油圧アクチュエータを駆動するアクチュエータ回路には、回路の最高圧力を規制するリリーフ弁が設けられ、このリリーフ弁の設定圧力(リリーフ圧力)が油圧アクチュエータの最高圧力となる。
いいかえれば、油圧アクチュエータの圧力がリリーフ圧力以上とならないように余剰油をタンクに戻すリリーフ作用が行われ、これが損失となってエネルギー効率が悪くなる。
旋回回路でいうと、とくに旋回起動／加速時に旋回モータの圧力がリリーフ圧力を超えるためリリーフ流量が多くなり、リリーフ損失が大きくなる。
そこで、この旋回起動時等のリリーフ損失を抑えるためのリリーフカット制御が公知となっている(特許文献１参照)。
この公知のリリーフカット制御においては、旋回速度を検出し、検出された旋回速度に対応する流量(旋回モータに実際に流れる流量。以下、『速度対応流量』という)Ｑ１と、リリーフ弁の特性値であって旋回起動に必要な最低圧力を得るためのリリーフ流量である『必要最小リリーフ流量』Ｑｍｉｎの和をポンプ指令流量Ｑｏとして、この指令流量Ｑｏが得られるようにポンプ傾転を制御する構成がとられている。
特開２０１１−２０８７９０号公報
ところが、ポンプ流量はエンジン回転数によっても変わり、エンジン回転数は作業内容等によって変動するにもかかわらず、公知技術ではこの点が考慮されていないため、エンジン回転数の変動によって必要最小リリーフ流量Ｑｍｉｎが過小、または過大となる可能性があった。
すなわち、エンジンハイアイドル回転数で必要最小リリーフ流量Ｑｍｉｎが得られるように設定すると、エンジンローアイドル回転数で流量不足となって必要な旋回圧力が立たず、旋回起動または加速が不能となる。
一方、エンジンローアイドル回転数で必要最小リリーフ流量Ｑｍｉｎが得られるように設定すると、エンジンハイアイドル回転数で流量過多となり、リリーフカット本来の目的である省エネルギーを達成できない。
そこで本発明は、エンジン回転数の変化にかかわらず、適正なリリーフカット制御を行うことができる建設機械の旋回制御装置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、エンジンと、このエンジンによって駆動される可変容量型の油圧ポンプと、旋回体の旋回駆動源としての旋回モータと、この旋回モータに対する旋回指令を出す旋回操作手段と、この旋回操作手段の操作に基づいて上記旋回モータの作動を制御するコントロールバルブと、上記旋回モータの最高圧力を規制するリリーフ弁と、上記油圧ポンプの吐出量であるポンプ流量を決めるポンプ傾転を制御する制御手段とを具備し、上記制御手段は、リリーフカット制御として、
(ｉ) 上記エンジンの回転数Ｎｅと旋回速度を検出し、
(ｉｉ) 検出された旋回速度に対応する流量であって上記旋回モータに実際に流れる流量である旋回速度対応流量Ｑ１と、旋回起動に必要な圧力を確保するための必要最小限の流量である必要最小リリーフ流量Ｑｍｉｎの和をポンプ指令流量Ｑｏとして求め、
(ｉｉｉ) 上記ポンプ指令流量Ｑｏを上記検出されたエンジン回転数Ｎｅで除して目標ポンプ傾転ｑｔｇを求め、
(ｉｖ) 上記油圧ポンプの傾転を上記目標ポンプ傾転ｑｔｇに向けて制御する
ように構成したものである。
この構成によれば、リリーフカット制御として、旋回速度対応流量Ｑ１と必要最小リリーフ流量Ｑｍｉｎの和であるポンプ指令流量Ｑｏをエンジン回転数Ｎｅで除して目標ポンプ傾転ｑｔｇを求め、この目標ポンプ傾転ｑｔｇに向けてポンプ傾転を制御するため、エンジン回転数Ｎｅの変化を取り込んだポンプ傾転制御が可能となる。
すなわち、エンジン回転数Ｎｅの変化にかかわらず、適正な必要最小リリーフ流量Ｑｍｉｎを確保することができる。
本発明において、上記リリーフカット制御を含む、制御内容が異なる複数種類の制御法(請求項３ではリリーフカット制御とポジティブ制御とＰＱ制御)に基づいてポンプ指令流量Ｑｏを求め、そのうちの低位選択による最小値をエンジン回転数Ｎｅで除して目標ポンプ傾転ｑｔｇを求めるように構成するのが望ましい(請求項２，３)。
この構成によれば、たとえば、旋回起動／加速が終わった後の定常旋回時に、ポジティブ制御による指令ポンプ流量が選択されることにより、リリーフ損失をより少なくすることができる等、旋回の各場面で、各制御の特質を生かした好ましいポンプ傾転制御が可能となる。
本発明によると、エンジン回転数の変化にかかわらず、適正なリリーフカット制御を行うことができる。
本発明の実施形態を示す回路構成図である。 実施形態で用いられるポジティブ制御によるレバー操作量とポンプ流量の関係を示す図である。 実施形態で用いられるＰＱ制御によるポンプ圧力とポンプ流量の関係を示す図である。 実施形態で用いられるリリーフカット制御による旋回速度とポンプ流量の関係を示す図である。 実施形態の作用を説明するためのフローチャートである。 本発明の適用対象例である油圧ショベルの概略側面図である。
本発明の実施形態を図１〜図５によって説明する。
図１は旋回回路の回路構成を示す。
図中、１０はエンジン１１によって駆動される油圧源としての油圧ポンプ、１２はこの油圧ポンプ１０からの圧油により回転して図６に示す上部旋回体２を旋回駆動する旋回モータで、この旋回モータ１２と油圧ポンプ１０及びタンクＴとの間に、旋回操作手段としてのリモコン弁１３からのパイロット圧によって切換わり作動する油圧パイロット切換式のコントロールバルブ１４が設けられ、このコントロールバルブ１４によって旋回モータ１２に対する圧油の給排（旋回モータ１２の回転／停止、回転方向、回転速度）が制御される。
すなわち、リモコン弁１３が操作されないときはコントロールバルブ１４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１４が中立位置イから図左側の位置（たとえば左旋回位置）ロまたは右側の位置（同、右旋回位置）ハに、リモコン弁１３の操作量に応じたストロークで作動する。
これにより、旋回モータ１２が、リモコン弁１３の操作方向に応じた方向に、同操作量(以下、「レバー操作量」という)に応じた速度で回転して上部旋回体２が旋回する。
油圧ポンプ１０には、ポンプレギュレータ１５によって傾転が変化する可変容量型ポンプが用いられ、ポンプレギュレータ１５がコントローラ１６によって制御される。
また、検出手段として、旋回モータ１２の回転速度を旋回速度として検出する旋回速度センサ１７と、リモコン弁１３からコントロールバルブ１４に送られるパイロット圧をレバー操作量として検出する圧力センサ１８と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ１９がそれぞれ設けられ、これらによって検出された旋回速度、レバー操作量及びエンジン回転数の各信号がコントローラ１６に入力される。
すなわち、コントローラ１６とポンプレギュレータ１５と各センサ１７，１８，１９によって、特許請求の範囲の「制御手段」が構成され、この制御手段によって油圧ポンプ１０の吐出量であるポンプ流量が制御される。
ここで、コントローラ１６には、ポンプ流量の制御のために、
Ｉ. 図２に示すように、レバー操作量の増加に応じてポンプ流量を増加させるポジティブ制御、
ＩＩ. 図３に示すように、ポンプ圧力の増加に応じてポンプ流量を減少させるＰＱ制御(馬力制御または圧力フィードバック制御ともいう)
ＩＩＩ. 図４に示す、リリーフ損失を低減するためのリリーフカット制御
の三種類の制御法が用意され、各制御法によって求められたポンプ流量のうちから低位選択されたポンプ流量に基づいてポンプ傾転の制御が行われる。
リリーフカット制御は、
(ａ) エンジン回転数Ｎｅと旋回速度を検出し、
(ｂ) 検出された旋回速度に対応する流量であって旋回モータ１２に実際に流れる流量である旋回速度対応流量Ｑ１(図４中の斜線を付した部分)と、旋回起動に必要な圧力を確保するための必要最小限の流量である必要最小リリーフ流量Ｑｍｉｎの和(Ｑ１＋Ｑｍｉｎ)をポンプ指令流量Ｑｏとして求め、
(ｃ) このポンプ指令流量Ｑｏを、検出されたエンジン回転数Ｎｅで除して目標ポンプ傾転ｑｔｇを求め、
(ｄ) 油圧ポンプ１０の傾転を目標ポンプ傾転ｑｔｇに向けて制御する。
このリリーフカット制御を含めた、コントローラ１６による制御の内容を図５のフローチャートによって説明する。
制御開始後、ステップＳ１でレバー操作(リモコン弁１３の操作)が有ったか否かが判断され、ＮＯ(レバー操作無し)の場合は、ステップＳ２においてポンプ流量をスタンバイ流量とするためのポンプ傾転を演算し、ポンプレギュレータ１５に指令してステップＳ１に戻る。
ステップＳ１でＹＥＳ(レバー操作有り)となると、ステップＳ３ａ,Ｓ３ｂ,Ｓ３ｃに移行し、各制御法によるポンプ流量が演算される。
すなわち、ステップＳ３ａでは図２のポジティブ制御による、レバー操作量に対するポンプ流量、ステップＳ３ｂでは図３のＰＱ制御による、ポンプ圧力に対するポンプ流量がそれぞれポンプ指令流量Ｑｏとして演算される。
また、ステップＳ３ｃでは、図４のリリーフカット制御による、旋回速度対応流量Ｑ１と必要最小リリーフ流量Ｑｍｉｎの和がポンプ指令流量Ｑｏとして求められ、ステップＳ４において各制御によるポンプ指令流量Ｑｏの低位選択が行われる。
この場合、旋回起動／加速時には、リリーフカット制御における旋回速度対応流量Ｑ１が小さくなることから、同制御によるポンプ指令流量Ｑｏが最小値として選択される。
そして、続くステップＳ５において、選択されたリリーフカット制御によるポンプ指令流量Ｑｏをエンジン回転数Ｎｅで除して目標ポンプ傾転ｑｔｇを求め、これをポンプレギュレータ１５に指令してステップＳ１に戻る。
このように、リリーフカット制御によるポンプ指令流量Ｑｏをエンジン回転数Ｎｅで除して目標ポンプ傾転ｑｔｇを求め、この目標ポンプ傾転ｑｔｇに向けてポンプ傾転を制御するため、エンジン回転数Ｎｅの変化を取り込んだポンプ傾転制御が可能となる。
すなわち、エンジン回転数Ｎｅの変動によって必要最小リリーフ流量Ｑｍｉｎが過小、または過大となるおそれがなく、常に適正なリリーフカット制御を行うことができる。
また、制御内容が異なる複数種類の制御法(リリーフカット制御とポジティブ制御とＰＱ制御)に基づいてポンプ指令流量Ｑｏを求め、そのうちの低位選択による最小値をエンジン回転数Ｎｅで除して目標ポンプ傾転ｑｔｇを求めるため、たとえば、旋回起動／加速が終わった後の定常旋回時に、ポジティブ制御による指令ポンプ流量が選択されることにより、リリーフ損失をより少なくすることができる等、旋回の各場面で、各制御の特質を生かした好ましいポンプ傾転制御が可能となる。
他の実施形態
(１) リリーフカット制御以外の制御法として、ポジティブ制御、ＰＱ制御に限らず、ネガティブ制御、ロードセンシング制御等を用いてもよい。
(２) 上記のように複数種類の制御によるポンプ指令流量の低位選択を行うのが望ましいが、リリーフカット制御のみを行うことも理論上、可能である。
(３) 上記実施形態では、複数種類の制御によるポンプ指令流量Ｑｏを求めた後、これらの低位選択値をエンジン回転数Ｎｅで除して目標ポンプ傾転ｑｔｇを求めるようにしたが、手順を変えて、各ポンプ指令流量Ｑｏごとにエンジン回転数Ｎｅで除して制御ごとの目標ポンプ傾転ｑｔｇを求め、これらの最小値を選択するようにしてもよい。
(４) 本発明は油圧ショベルに限らず、油圧モータを駆動源として旋回する建設機械に広く適用することができる。
２ 上部旋回体
１０ 油圧ポンプ
１１ エンジン
１２ 旋回モータ
１３ 旋回操作手段としてのリモコン弁
１４ コントロールバルブ
１５ ポンプレギュレータ
１６ 制御手段を構成するコントローラ
１７ 同、旋回速度センサ
１８,１８ 同、圧力センサ
１９ 同、エンジン回転数センサ

Claims (3)

  1. エンジンと、このエンジンによって駆動される可変容量型の油圧ポンプと、旋回体の旋回駆動源としての旋回モータと、この旋回モータに対する旋回指令を出す旋回操作手段と、この旋回操作手段の操作に基づいて上記旋回モータの作動を制御するコントロールバルブと、上記旋回モータの最高圧力を規制するリリーフ弁と、上記油圧ポンプの吐出量であるポンプ流量を決めるポンプ傾転を制御する制御手段とを具備し、上記制御手段は、リリーフカット制御として、
    (ｉ) 上記エンジンの回転数Ｎｅと旋回速度を検出し、
    (ｉｉ) 検出された旋回速度に対応する流量であって上記旋回モータに実際に流れる流量である旋回速度対応流量Ｑ１と、旋回起動に必要な圧力を確保するための必要最小限の流量である必要最小リリーフ流量Ｑｍｉｎの和をポンプ指令流量Ｑｏとして求め、
    (ｉｉｉ) 上記ポンプ指令流量Ｑｏを上記検出されたエンジン回転数Ｎｅで除して目標ポンプ傾転ｑｔｇを求め、
    (ｉｖ) 上記油圧ポンプの傾転を上記目標ポンプ傾転ｑｔｇに向けて制御する
    ように構成したことを特徴とする建設機械の旋回制御装置。
  2. 上記制御手段は、上記リリーフカット制御を含む、制御内容が異なる複数種類の制御法に基づいてポンプ指令流量Ｑｏを求め、そのうちの低位選択による最小値をエンジン回転数Ｎｅで除して目標ポンプ傾転ｑｔｇを求めるように構成したことを特徴とする請求項１記載の建設機械の旋回制御装置。
  3. 上記制御手段は、上記リリーフカット制御と、旋回操作手段の操作量に応じた流量を求めるポジティブ制御と、ポンプ圧に応じたポンプ流量を求めるＰＱ制御のうちから低位選択したポンプ指令流量Ｑｏをエンジン回転数Ｎｅで除して目標ポンプ傾転ｑｔｇを求めるように構成したことを特徴とする請求項２記載の建設機械の旋回制御装置。
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