JP2016172962A

JP2016172962A - ショベル

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Publication number: JP2016172962A
Application number: JP2015052618A
Authority: JP
Inventors: 英祐松嵜; Hidesuke Matsuzaki
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2015-03-16
Filing date: 2015-03-16
Publication date: 2016-09-29
Anticipated expiration: 2035-03-16
Also published as: CN105986596A; JP6491501B2

Abstract

【課題】反復旋回操作時に旋回角速度を滑らかに増大させるショベルを提供すること。【解決手段】本発明の実施例に係るショベルは、旋回用油圧モータ４４と、旋回リリーフ弁７１と、を備え、旋回用油圧モータ４４の回転中に反復旋回操作が行われた場合に旋回用油圧モータ４４の吸い込み側の作動油の圧力である旋回圧力を旋回リリーフ弁７１の旋回リリーフ圧以下に維持する。反復旋回操作は、旋回中に旋回操作レバーを中立位置に戻してから再び旋回操作レバーを旋回方向に操作することを意味する。【選択図】図５

Description

本発明は、旋回用油圧モータを備えたショベルに関する。

旋回操作中に旋回リリーフ弁から放出される作動油の量を低減可能なショベルが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１４−２２２１０４号公報

上述のショベルは、旋回中に旋回操作レバーを中立位置に戻してから再び旋回操作レバーを旋回方向に操作した場合（以下、このような操作を「反復旋回操作」とする。）に旋回角速度を滑らかに増大できない場合がある。

そこで、反復旋回操作時に旋回角速度を滑らかに増大させるショベルの提供が望まれる。

上述の目的を達成するために、本発明の実施例に係るショベルは、旋回用油圧モータと、旋回リリーフ弁と、を備え、前記旋回用油圧モータの回転中に反復旋回操作が行われた場合に前記旋回用油圧モータの吸い込み側の作動油の圧力である旋回圧力を前記旋回リリーフ弁の旋回リリーフ圧以下に維持する。

上述の手段により、反復旋回操作時に旋回角速度を滑らかに増大させるショベルを提供することができる。

本発明の実施例に係るショベルの構成例を示す図である。図１のショベルに搭載される油圧システムの回路図である。ポンプ流量とネガコン圧との関係を示すネガコン制御線図である。ポンプ流量とポンプ吐出圧との関係を示す馬力制御線図（ＰＱ線図）である。旋回油圧回路の構成例を示す概略図である。旋回油圧回路内圧と旋回リリーフ流量との関係を示す図（その１）である。初期値設定処理の一例の流れを示すフローチャートである。旋回加速時の旋回圧力とポンプ流量指令値の時間的推移を示す図である。初期値設定処理の別の一例の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施例について説明する。

図１は、本発明の実施例に係る建設機械としてのショベルの構成例を示す図である。図１において、ショベル１は、クローラ式の下部走行体２の上に、旋回機構を介して、上部旋回体３をＸ軸周りに旋回自在に搭載している。

また、上部旋回体３は、前方中央部に掘削アタッチメントを備える。掘削アタッチメントは、ブーム４、アーム５、及びバケット６を含み、且つ、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によって駆動される。

図２は、図１のショベルに搭載される油圧システム１００の回路図である。油圧システム１００は、エンジン、電動モータ等の駆動源によって駆動される油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒ（以下では、集合的に「油圧ポンプ１０」と称する場合もある。左右一対で構成される他の構成要素についても同様である。）を有する。油圧ポンプ１０Ｌは、１回転当たりの吐出量である押し退け容積を可変とする可変容量型ポンプである。また、油圧ポンプ１０Ｌは、流量制御弁１１Ｌ、１２Ｌ、１３Ｌ、及び１５Ｌを連通するセンターバイパス管路３０Ｌを経て作動油タンク２２まで作動油を循環させる。同様に、油圧ポンプ１０Ｒは、流量制御弁１２Ｒ、１３Ｒ、１４Ｒ、及び１５Ｒを連通するセンターバイパス管路３０Ｒを経て作動油タンク２２まで作動油を循環させる。

流量制御弁１１Ｌは、油圧ポンプ１０Ｌが吐出する作動油を油圧アクチュエータとしての走行用油圧モータ４２Ｌに供給するために作動油の流れを切り替えるスプール弁である。

流量制御弁１２Ｌは、油圧ポンプ１０Ｌが吐出する作動油を油圧アクチュエータとしての旋回用油圧モータ４４に供給するために作動油の流れを切り替えるスプール弁である。流量制御弁１２Ｒは、油圧ポンプ１０Ｒが吐出する作動油を走行用油圧モータ４２Ｒに供給するために作動油の流れを切り替えるスプール弁である。

流量制御弁１３Ｌ、１３Ｒはそれぞれ、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒが吐出する作動油を油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ７へ供給し、また、ブームシリンダ７内の作動油を作動油タンク２２へ排出するために作動油の流れを切り替えるスプール弁である。流量制御弁１３Ｒは、操作装置としてのブーム操作レバーが操作された場合に、油圧ポンプ１０Ｒが吐出する作動油をブームシリンダ７に供給するスプール弁である。また、流量制御弁１３Ｌは、ブーム操作レバーが所定のレバー操作量以上で操作された場合に、油圧ポンプ１０Ｌが吐出する作動油を追加的にブームシリンダ７に供給するスプール弁である。

流量制御弁１４Ｒは、油圧ポンプ１０Ｒが吐出する作動油を油圧アクチュエータとしてのバケットシリンダ９へ供給し、また、バケットシリンダ９内の作動油を作動油タンク２２へ排出するためのスプール弁である。

また、流量制御弁１５Ｌ、１５Ｒはそれぞれ、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒが吐出する作動油を油圧アクチュエータとしてのアームシリンダ８へ供給し、また、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンク２２へ排出するために作動油の流れを切り替えるスプール弁である。流量制御弁１５Ｌは、操作装置としてのアーム操作レバーが操作された場合に、油圧ポンプ１０Ｌが吐出する作動油をアームシリンダ８に供給するスプール弁である。また、流量制御弁１５Ｒは、アーム操作レバーが所定のレバー操作量以上で操作された場合に、油圧ポンプ１０Ｒが吐出する作動油を追加的にアームシリンダ８に供給するスプール弁である。

センターバイパス管路３０Ｌ、３０Ｒは、それぞれ、最も下流にある流量制御弁１５Ｌ、１５Ｒと作動油タンク２２との間にネガティブコントロール絞り２０Ｌ、２０Ｒを備える（以下では、ネガティブコントロールを「ネガコン」と略称する。）。ネガコン絞り２０Ｌ、２０Ｒは、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒが吐出する作動油の流れを制限することにより、ネガコン絞り２０Ｌ、２０Ｒの上流でネガコン圧を発生させる。

圧力センサＳ１、Ｓ２は、ネガコン絞り２０Ｌ、２０Ｒの上流で発生したネガコン圧を検出し、検出した値を電気的なネガコン圧信号としてコントローラ５４に対して出力する。圧力センサＳ３、Ｓ４は、圧力取得装置の一例であり、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出圧を検出し、検出した値を電気的な吐出圧信号としてコントローラ５４に対して出力する。

コントローラ５４は、油圧システム１００を制御する制御装置であり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＮＶＲＡＭ（Non Volatile ＲＡＭ）等を備えたコンピュータである。

本実施例では、コントローラ５４は、アーム操作レバー、ブーム操作レバー等の各種操作装置を操作した場合に発生するパイロット圧を測定する操作内容検出部としてのパイロット圧センサの出力に基づいて各種操作装置の操作内容（例えば、レバー操作の有無、レバー操作方向、レバー操作量等である。）を電気的に検出する。但し、操作内容検出部は、各種操作レバーの傾きを検出する傾きセンサ等、パイロット圧センサ以外のセンサを用いて構成されてもよい。

そして、コントローラ５４は、各種操作装置の操作内容に応じて電磁弁５５Ｌ、５５Ｒ等を動作させる各種機能要素に対応するプログラムをＣＰＵに実行させる。

電磁弁５５Ｌ、５５Ｒは、コントローラ５４が出力する指令に応じて動作する弁である。本実施例では、電磁弁５５Ｌ、５５Ｒは、コントローラ５４が出力する電流指令に応じてコントロールポンプ５２から吐出量制御部６１Ｌ、６１Ｒの受圧室６１２Ｌ、６１２Ｒに導入される制御圧を調整する電磁減圧弁である。

ポンプレギュレータ４０Ｌは、油圧ポンプ１０Ｌの吐出量を制御する駆動機構であり、主に、傾転アクチュエータ４１Ｌ、スプール弁機構６０Ｌ、吐出量制御部６１Ｌ、及び、フィードバックレバー６２Ｌを含む。また、ポンプレギュレータ４０Ｌ及び電磁弁５５Ｌはポンプ流量調整装置を構成する。

傾転アクチュエータ４１Ｌは、油圧ポンプ１０Ｌのポンプ容量を変化させるための斜板（ヨーク）を傾転駆動する機能要素である。具体的には、傾転アクチュエータ４１Ｌは、一端に大径受圧部ＰＲ１を有すると共に他端に小径受圧部ＰＲ２を有する作動ピストン４１０Ｌと、大径受圧部ＰＲ１に対応する受圧室４１１Ｌと、小径受圧部ＰＲ２に対応する受圧室４１２Ｌとを含む。受圧室４１１Ｌにはスプール弁６００Ｌを介して油圧ポンプ１０Ｌの吐出圧が導入され、或いは、受圧室４１１Ｌからスプール弁６００Ｌを介して作動油が排出される。また、受圧室４１２Ｌには油圧ポンプ１０Ｌの吐出圧が導入される。作動ピストン４１０Ｌは、受圧室４１１Ｌに作動油が導入されて受圧室４１２Ｌ側に変位すると油圧ポンプ１０Ｌの斜板（ヨーク）を小流量側に傾転駆動する。また、作動ピストン４１０Ｌは、受圧室４１１Ｌから作動油が排出されて受圧室４１１Ｌ側に変位すると油圧ポンプ１０Ｌの斜板（ヨーク）を大流量側に傾転駆動する。

スプール弁機構６０Ｌは、傾転アクチュエータ４１Ｌに作動油の給排を行うための機能要素であり、スプール弁６００Ｌ及びばね６０１Ｌを含む。スプール弁６００Ｌは、油圧ポンプ１０Ｌの吐出圧が導入される第一ポート、作動油タンク２２に連通する第二ポート、及び受圧室４１１Ｌに連通する出力ポートを有する。また、スプール弁６００Ｌは、第一ポートと出力ポートとを連通する第一位置、第二ポートと出力ポートとを連通する第二位置、又は第一ポート及び第二ポートの何れをも出力ポートに連通しない中立位置に選択的に切り替えられる。ばね６０１Ｌは、スプール弁６００Ｌを第二位置に変位させる方向に作用する力を付与する。

吐出量制御部６１Ｌは、スプール弁６００Ｌを変位させるための機能要素である。具体的には、吐出量制御部６１Ｌは、サーボピストン６１０Ｌ、ばね６１１Ｌ、及び受圧室６１２Ｌを含む。サーボピストン６１０Ｌは、電磁弁５５Ｌが生成する制御圧に応じて、スプール弁６００Ｌを第一位置に変位させる方向に移動する。ばね６１１Ｌは、電磁弁５５Ｌが生成する制御圧に抗して、サーボピストン６１０Ｌを復帰させる方向に作用する力を付与する。受圧室６１２Ｌは、サーボピストン６１０Ｌに設けられた受圧部ＰＲ３に対応し、コントロールポンプ５２から電磁弁５５Ｌを通じて作動油が導入される。

フィードバックレバー６２Ｌは、傾転アクチュエータ４１Ｌの変位をスプール弁６００Ｌにフィードバックするためのリンク機構である。具体的には、フィードバックレバー６２Ｌは、作動ピストン４１０Ｌが移動したときにその移動量を物理的にスプール弁６００Ｌにフィードバックしてスプール弁６００Ｌを中立位置に復帰させるようにする。

なお、上述の説明は、ポンプレギュレータ４０Ｌに関するものであるが、ポンプレギュレータ４０Ｒに対しても同様に適用される。

以上の構成により、ポンプレギュレータ４０Ｌ、４０Ｒは、吐出量制御部６１Ｌ、６１Ｒに導入される制御圧が大きいほど油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出量を低減させる。また、ポンプレギュレータ４０Ｌ、４０Ｒは、吐出量制御部６１Ｌ、６１Ｒに導入される制御圧が小さいほど油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出量を増大させる。

なお、図２は、ショベル１における油圧アクチュエータが何れも利用されていない状態を示す。以下、この状態を「待機モード」と称する。待機モードでは、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒが吐出する作動油は、センターバイパス管路３０Ｌ、３０Ｒを通ってネガコン絞り２０Ｌ、２０Ｒに至り、ネガコン絞り２０Ｌ、２０Ｒの上流で発生するネガコン圧を増大させる。

その結果、ポンプレギュレータ４０Ｌ、４０Ｒは、ネガコン圧信号に基づいてコントローラ５４が生成する指令に応じて、スプール弁６００Ｌ、６００Ｒを第一位置に変位させる。スプール弁６００Ｌ、６００Ｒは、傾転アクチュエータ４１Ｌ、４１Ｒを駆動して、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出量を低減させる。その結果、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒが吐出する作動油がセンターバイパス管路３０Ｌ、３０Ｒを通過する際の圧力損失（ポンピングロス）が抑制される。

一方、ショベル１における何れかの油圧アクチュエータが操作された場合、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒが吐出する作動油は、その油圧アクチュエータに対応する流量制御弁を介してその油圧アクチュエータに流れ込む。そのため、ネガコン絞り２０Ｌ、２０Ｒに至る量は減少或いは消滅し、ネガコン絞り２０Ｌ、２０Ｒの上流で発生するネガコン圧は低下する。

その結果、ポンプレギュレータ４０Ｌ、４０Ｒは、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出量を増大させ、各油圧アクチュエータに十分な作動油を循環させ、各アクチュエータの駆動を確かなものとする。

図３は、油圧ポンプ１０の吐出量（以下、「ポンプ流量」とする。）とネガコン圧との関係を示すネガコン制御線図であり、縦軸にポンプ流量を配し、横軸にネガコン圧を配する。上述の通り、実線で表されるポンプ制御線は、ネガコン圧が減少するにつれてポンプ流量が増大する傾向を示す。なお、図３は、待機モードにおけるネガコン圧とポンプ流量との関係の図示を省略するが、実際には、待機モードにおいてネガコン圧が所定圧を下回る場合、ポンプ流量は最小流量に制限される。

以下では、上述のようなネガコン圧に基づくポンプ流量の制御を「ネガコン制御」と称する。ネガコン制御により、油圧システム１００は、待機モードにおいては、無駄なエネルギ消費を抑制できる。油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出する作動油がセンターバイパス管路３０Ｌ、３０Ｒで発生させるポンピングロスを抑制できるためである。また、油圧システム１００は、各種油圧アクチュエータを作動させる場合には、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒから必要十分な作動油を各種油圧アクチュエータに供給できる。

また、油圧システム１００は、ネガコン制御と並行して馬力制御を実行する。馬力制御は、油圧ポンプ１０の吸収馬力がエンジンの出力馬力を超えないよう、油圧ポンプ１０の吐出圧（以下、「ポンプ吐出圧」とする。）の上昇に応じてポンプ流量を低減させる制御である。

図４は、ポンプ流量とポンプ吐出圧との関係を示す馬力制御線図（ＰＱ線図）であり、縦軸にポンプ流量を配し、横軸にポンプ吐出圧を配する。実線で表される馬力制御線は、ポンプ吐出圧が減少するにつれてポンプ流量が増大する傾向を示す。

次に、図５を参照しながら、図１のショベルに搭載される油圧システム１００の一部を構成する旋回油圧回路２００について説明する。なお、図５は、旋回油圧回路２００の構成例を示す概略図である。

図５に示すように、旋回油圧回路２００は、主に、旋回用油圧モータ４４、旋回リリーフ弁７１Ｌ、７１Ｒ、及びチェック弁７２Ｌ、７２Ｒを含む。

旋回用油圧モータ４４は、メカニカルブレーキ８０及び減速機８１を含む旋回機構を介して上部旋回体３を旋回させる。本実施例では、旋回用油圧モータ４４の出力トルクは、２段階のプラネタリギア機構で構成される減速機８１によって増幅される。また、旋回用油圧モータ４４の出力軸の回転は、複数枚のブレーキディスクと各ブレーキディスクを挟む複数枚のブレーキプレートとで構成されるメカニカルブレーキ８０によって制動される。

また、旋回用油圧モータ４４の第１ポート４４Ｌは、管路７０Ｌを介して、流量制御弁１２Ｌの第１ポート１２Ｐ１に接続され、旋回用油圧モータ４４の第２ポート４４Ｒは、管路７０Ｒを介して、流量制御弁１２Ｌの第２ポート１２Ｐ２に接続される。

旋回リリーフ弁７１Ｌ、７１Ｒは、管路７０Ｒ、７０Ｌ内の作動油の圧力（以下、「旋回油圧回路内圧」とする。）を所定の旋回リリーフ圧以下に制限する弁である。本実施例では、旋回リリーフ弁７１Ｌ、７１Ｒは、電気的に旋回リリーフ圧を調整可能な電磁式リリーフ弁であり、コントローラ５４からの制御指令に応じて旋回リリーフ圧を変更する。但し、旋回リリーフ弁７１Ｌ、７１Ｒは、バネ等によって旋回リリーフ圧が固定的に設定される機械式リリーフ弁であってもよい。

具体的には、旋回リリーフ弁７１Ｌは、管路７０Ｌの旋回油圧回路内圧がクラッキング圧に達した場合に部分的開状態となり、管路７０Ｌ内の作動油の、管路７３を介した作動油タンク２２への流出を開始させる。さらに、旋回リリーフ弁７１Ｌは、管路７０Ｌの旋回油圧回路内圧が旋回リリーフ圧に達した場合に全開状態となり、旋回油圧回路内圧が旋回リリーフ圧を過度に上回らないように管路７０Ｌ内の作動油を作動油タンク２２へ流出させる。同様に、旋回リリーフ弁７１Ｒは、管路７０Ｒの旋回油圧回路内圧がクラッキング圧に達した場合に部分的開状態となり、管路７０Ｒ内の作動油の、管路７３を介した作動油タンク２２への流出を開始させる。さらに、旋回リリーフ弁７１Ｒは、管路７０Ｒの旋回油圧回路内圧が旋回リリーフ圧に達した場合に全開状態となり、旋回油圧回路内圧が旋回リリーフ圧を過度に上回らないように管路７０Ｒ内の作動油を作動油タンク２２へ流出させる。

角速度検出装置Ｓ７は、上部旋回体３の旋回角速度を検出するセンサであり、検出した値をコントローラ５４に対して出力する。

図６は、旋回油圧回路内圧と、旋回リリーフ弁７１を通過する作動油の流量（以下、「旋回リリーフ流量」とする。）との関係を示す図である。

図６に示すように、旋回リリーフ流量は、旋回油圧回路内圧がクラッキング圧未満の場合にゼロである。また、旋回リリーフ流量は、旋回油圧回路内圧がクラッキング圧以上旋回リリーフ圧未満の場合には、旋回油圧回路内圧が増大するにつれて比較的緩やかに増加する。また、旋回リリーフ流量は、旋回油圧回路内圧が旋回リリーフ圧以上の場合には、旋回油圧回路内圧が増大するにつれて比較的急激に増加する。

チェック弁７２Ｌ、７２Ｒは、管路７０Ｌ、７０Ｒ内の作動油の圧力が作動油タンク２２の作動油の圧力（以下、「タンク圧」とする。）を下回らないようにする弁である。

具体的には、チェック弁７２Ｌは、管路７０Ｌの作動油が作動油タンク２２へ流出するのを禁止しながら、管路７０Ｌの旋回油圧回路内圧がタンク圧未満となった場合に開状態となり、作動油タンク２２（管路７３）の作動油を管路７０Ｌ内に流入させる。同様に、チェック弁７２Ｒは、管路７０Ｒの作動油が作動油タンク２２へ流出するのを禁止しながら、管路７０Ｒの旋回油圧回路内圧がタンク圧未満となった場合に開状態となり、作動油タンク２２（管路７３）の作動油を管路７０Ｒ内に流入させる。

メインリリーフ弁８３は、油圧システム１００内の作動油の圧力を所定のメインリリーフ圧以下に制限する弁である。本実施例では、メインリリーフ弁８３は、バネ等によってメインリリーフ圧が固定的に設定される機械式リリーフ弁である。なお、メインリリーフ圧は、旋回リリーフ圧より高くなるように設定される。

コントローラ５４は、旋回操作内容と油圧ポンプ１０Ｌのポンプ吐出圧とに基づいて、油圧ポンプ１０Ｌのポンプ流量、及び、旋回リリーフ弁７１Ｌ、７１Ｒの旋回リリーフ圧を調整することができる。

本実施例では、旋回操作の有無等を含む旋回操作内容は、圧力センサＳ５、Ｓ６の出力に基づいて導き出される。なお、圧力センサＳ５、Ｓ６は、旋回操作レバー８２のレバー操作量に対応するパイロット圧を検出するパイロット圧センサである。また、油圧ポンプ１０Ｌのポンプ吐出圧は、吐出圧センサとしての圧力センサＳ３の出力に基づいて導き出される。

例えば、旋回操作レバー８２が右旋回方向に操作され、圧力センサＳ６が検出するパイロット圧が上昇すると、流量制御弁１２Ｌが左方向に移動させられる。このとき、流量制御弁１２Ｌは、第１ポート１２Ｐ１を通じて、油圧ポンプ１０Ｌと旋回用油圧モータ４４の第１ポート４４Ｌとを連通させ、且つ、第２ポート１２Ｐ２を通じて、旋回用油圧モータ４４の第２ポート４４Ｒと作動油タンク２２とを連通させる。また、流量制御弁１２Ｌは、センターバイパス管路３０Ｌを遮断する。油圧ポンプ１０Ｌは、センターバイパス管路３０Ｌの遮断によりネガコン圧がほぼゼロまで減少するため、図３のネガコン制御線図に示すように、そのポンプ流量を最大ポンプ流量まで増大させる。

一方で、旋回用油圧モータ４４の駆動に消費される作動油の量（以下、「旋回消費流量」とする。）は、油圧ポンプ１０Ｌの最大ポンプ流量より低いまま、緩やかに増加する。ショベル１の上部旋回体３が大きな慣性モーメントを有するためである。このとき、最大ポンプ流量と旋回消費流量との間の流量差を生じさせる作動油は、旋回リリーフ弁７１Ｌを介して作動油タンク２２に排出される。そのため、油圧ポンプ１０Ｌが生成する油圧エネルギの一部は、利用されることがないまま無駄に捨てられてしまう。

そこで、コントローラ５４は、この無駄に捨てられてしまう油圧エネルギを最小限に抑えるために、油圧ポンプ１０Ｌのポンプ流量を旋回消費流量に近づける制御（以下、「旋回リリーフカット制御」とする。）を実行する。具体的には、コントローラ５４は、旋回操作内容と油圧ポンプ１０Ｌのポンプ吐出圧とに基づいて、油圧ポンプ１０Ｌのポンプ流量、旋回リリーフ弁７１Ｌ、７１Ｒの旋回リリーフ圧等を調整する。

次に、図７を参照し、コントローラ５４が省エネモード開始後の初回のポンプ流量指令値（Ｑ２）に初期値を設定する処理（以下、「初期値設定処理」とする。）の一例について説明する。なお、図７は初期値設定処理の一例の流れを示すフローチャートである。また、省エネモードは、旋回リリーフカット制御を実行した上で、ポンプ流量指令値（Ｑ２）、ネガコン制御流量（Ｑｎ）、及び馬力制御流量（Ｑｈ）を含む複数のポンプ流量指令値のうちで最も小さい値（ポンプ流量指令値（Ｑ３））に基づいて電流指令（Ｉｓ）を出力する処理である。

最初に、コントローラ５４は、操作内容検出部としてのパイロット圧センサが取得したパイロット圧に基づいて旋回操作が行われたか否かを判定する（ステップＳＴ４１）。本実施例では、コントローラ５４は、旋回操作レバー８２が操作された場合に旋回操作が行われたと判定する。旋回操作が行われたと判定するまで（ステップＳＴ４１のＮＯ）、コントローラ５４はこの判定を繰り返す。

そして、旋回操作が行われたと判定した場合（ステップＳＴ４１のＹＥＳ）、コントローラ５４は、旋回操作開始後の経過時間の計測を開始する（ステップＳＴ４２）。

その後、コントローラ５４は、旋回圧力が閾値ＴＨ１以上となったか否かを判定する（ステップＳＴ４３）。旋回圧力が閾値ＴＨ１以上となったと判定するまで（ステップＳＴ４３のＮＯ）、コントローラ５４はこの判定を繰り返す。

そして、旋回圧力が閾値ＴＨ１以上となったと判定した場合（ステップＳＴ４３のＹＥＳ）、コントローラ５４は、旋回操作開始後の経過時間の計測を停止する（ステップＳＴ４４）。

その後、コントローラ５４は、旋回操作が開始されてから旋回圧力が閾値ＴＨ１以上となるまでの経過時間（計測時間）に基づいてポンプ流量指令値（Ｑ２）の初期値（Ｑ２ａ）を決定する（ステップＳＴ４５）。なお、この計測時間は、旋回用油圧モータ４４の吸い込み側の作動油の圧力である旋回圧力を閾値ＴＨ１まで増大させるのに要する時間であり、以下、「加圧時間」と称する。この「加圧時間」に基づいて油圧ポンプ１０Ｌを「低速回転時の省エネモード」で駆動するか「高速回転時の省エネモード」で駆動するかを決定する。

この決定方法は、ポンプ流量指令値（Ｑ２）の初期値（Ｑ２ａ）が低速回転時の省エネモード又は高速回転時の省エネモード開始時の旋回消費流量に相当するという前提に基づく。

具体的には、旋回消費流量Q_swPCは、以下の連続の方程式（１）に示すように、旋回用油圧モータ４４を回転させるための回転用流量V_sw・ω_swと、旋回用油圧モータ４４を能動的に回転駆動できる状態まで旋回圧力を増大させるための加圧用流量C_sw・p'_swとの合計として表される。なお、V_swは旋回用油圧モータ４４の１回転当たりの押し退け容積を表し、ω_swは旋回用油圧モータ４４の回転角速度（旋回角速度）を表す。V_swは旋回用油圧モータ４４に特有の固定値であり、ω_swは旋回用の回転数検出センサにより検出される検出値であってもよい。また、C_swは流量係数（固定値）を表し、p'_swは旋回圧力p_swの微分値（変化）を表す。また、能動的な回転は旋回用油圧モータ４４の惰性回転でない回転を意味する。また、惰性回転は旋回操作レバー８２が中立位置にある状態で旋回用油圧モータ４４が回転している状態を意味する。

また、低速回転時の省エネモード又は高速回転時の省エネモードが開始された後、すなわち、ポンプ吐出圧が閾値ＴＨ１に達した後は、ポンプ吐出圧が目標ポンプ吐出圧に制御されるため、旋回圧力は変化しない。そのため、加圧用流量C_sw・p'_swはゼロとなり、旋回消費流量Q_swPCは回転用流量V_sw・ω_swのみで表される。目標ポンプ吐出圧（Ｐｔｇｔ）は、旋回リリーフ弁７１のクラッキング圧（Ｐｃ）以上で且つ旋回リリーフ弁７１の旋回リリーフ圧（Ｐｒ）未満の値であり、ＮＶＲＡＭ等に予め記憶されている。本実施例では、目標ポンプ吐出圧（Ｐｔｇｔ）は、クラッキング圧と旋回リリーフ圧との中間値である。

また、低速回転時の省エネモード又は高速回転時の省エネモードが開始されるまで、すなわち、ポンプ吐出圧が閾値ＴＨ１に達するまでは、油圧ポンプ１０Ｌは旋回用油圧モータ４４を能動的に回転駆動できない。そのため、旋回角速度ω_swがゼロであれば、回転用流量V_sw・ω_swはゼロとなり、旋回消費流量Q_swPCは加圧用流量C_sw・p'_swのみで表される。但し、惰性回転により旋回角速度ω_swがゼロでなければ、回転用流量V_sw・ω_swはゼロとならず、旋回用油圧モータ４４を能動的に回転駆動できる状態になる前であっても、旋回消費流量Q_swPCは、旋回用油圧モータ４４を惰性回転させるための惰性回転用流量V_sw・ω_swと加圧用流量C_sw・p'_swとの合計で表される。

そのため、コントローラ５４は、省エネモード開始時の旋回角速度ω_swがゼロであれば、加圧用流量C_sw・p'_swを低速回転時の省エネモード開始時の旋回消費流量とすることができる。そして、省エネモード開始時の加圧用流量C_sw・p'_swは上述の通りゼロであるため、コントローラ５４は、低速回転時の省エネモード開始時の旋回消費流量をゼロとすることができる。

また、省エネモード開始時の旋回角速度ω_swがゼロでない場合は、惰性回転用流量V_sw・ω_swと加圧用流量C_sw・p'_sw（ゼロ）との合計を高速回転時の省エネモード開始時の旋回消費流量とすることができる。そして、省エネモード開始時の加圧用流量C_sw・p'_swは上述の通りゼロであるため、コントローラ５４は、惰性回転用流量V_sw・ω_swを高速回転時の省エネモード開始時の旋回消費流量とすることができる。

以上の関係から、コントローラ５４は、高速回転時の省エネモードにおいて、高速回転時の省エネモード開始時（図８の時刻ｔ５参照。）の惰性回転用流量V_sw・ω_swを取得できれば高速回転時の省エネモード開始時の旋回消費流量Q_swPCを導き出すことができ、その旋回消費流量Q_swPCをポンプ流量指令値（Ｑ２）の初期値（Ｑ２ａ）として設定できる。

そこで、コントローラ５４は、例えば、加圧時間と惰性回転用流量との対応関係を表す対応テーブルを参照し、加圧時間から惰性回転用流量を導き出す。対応テーブルは、ＲＯＭ等に予め記憶される参照用テーブルであり、加圧時間と惰性回転用流量との対応関係は実験値に基づいて決定されている。なお、惰性回転用流量は、通常、加圧時間に対して比例の関係にあり、加圧時間が大きいほど大きい。

或いは、コントローラ５４は、反復旋回操作における旋回操作の反復回数と惰性回転用流量との対応関係を表す対応テーブルを参照し、何回目の旋回操作であるかを表す反復回数から惰性回転用流量を導き出してもよい。なお、惰性回転用流量は、通常、反復回数に対して比例の関係にあり、反復回数が大きいほど大きい。

このようにして、コントローラ５４は、旋回操作が開始されてから旋回圧力が閾値ＴＨ１以上となるまでの経過時間（加圧時間）、旋回操作の反復回数等の旋回状態に応じ、低速回転時の省エネモード又は高速回転時の省エネモード開始時の旋回消費流量を導き出す。そして、その旋回消費流量をポンプ流量指令値（Ｑ２）の初期値（Ｑ２ａ）として設定する。

次に、図８を参照し、旋回加速時の旋回圧力とポンプ流量指令値（Ｑ３）の時間的推移について説明する。なお、図８中の実線は初期値設定処理が実行される場合の推移を表し、点線は高速回転時の省エネモード開始時のポンプ流量指令値（Ｑ２）の初期値（Ｑ２ａ）を最小値（Ｑ２ｍｉｎ）に固定した場合の推移を表す。最小値（Ｑ２ｍｉｎ）は予め設定された値であり、回転中の旋回用油圧モータ４４へ供給すべき最低限の流量である。また、図８中の一点鎖線は、旋回リリーフカット制御を実行しない場合の推移を表す。

図８に示すように、時刻ｔ１において旋回操作レバー８２の操作が開始されると、ポンプ流量指令値（Ｑ３）はネガコン制御流量が選択されてネガコン制御流量（Ｑｎ）となる。また、旋回圧力はポンプ流量の増大に伴って増大する。なお、本実施例では、圧力取得装置としての圧力センサＳ３が検出するポンプ吐出圧を旋回圧力として取得する。但し、圧力取得装置は旋回圧力を直接的に検出する圧力センサであってもよい。

その後、時刻ｔ２において、旋回圧力（ポンプ吐出圧）が目標圧（目標ポンプ吐出圧（Ｐｔｇｔ））としての閾値ＴＨ１に達すると、コントローラ５４は、低速回転時の省エネモードを開始させる。この時点では旋回用油圧モータ４４は未だ回転を開始していないため省エネモード開始時の旋回消費流量はゼロである。そのため、ポンプ流量指令値（Ｑ２）は、初期値（Ｑ２ｍｉｎ）にリセットされた後、時刻ｔ３において旋回操作レバー８２が戻されることで操作が中断されるまで旋回リリーフカット制御の下で徐々に増大する。初期値（Ｑ２ｍｉｎ）は、例えば、参照テーブルに記憶されている。また、ポンプ流量指令値（Ｑ２）に基づいて設定されてもよい。また、旋回圧力（ポンプ吐出圧）は、時刻ｔ３において旋回操作レバー８２の操作が中断されるまで目標圧（目標ポンプ吐出圧（Ｐｔｇｔ））のまま維持される。また、時刻ｔ３において旋回操作レバー８２の操作が中断されると、コントローラ５４は、低速回転時の省エネモードを終了させる。

その後、時刻ｔ４において旋回操作レバー８２の操作が再開されると、ポンプ流量指令値（Ｑ３）はネガコン制御流量が選択されて再びネガコン制御流量（Ｑｎ）となる。また、旋回圧力（ポンプ吐出圧）もポンプ流量の増大に伴って増大する。

その後、時刻ｔ５において、旋回圧力（ポンプ吐出圧）が目標圧（目標ポンプ吐出圧（Ｐｔｇｔ））としての閾値ＴＨ１に達すると、コントローラ５４は、高速回転時の省エネモードを開始させる。今回（２回目）の旋回操作では、１回目の旋回操作の場合と異なり、旋回用油圧モータ４４は惰性回転中であるため、旋回圧力が閾値ＴＨ１以上となった時点の旋回消費流量はゼロではなく惰性回転用流量となる。そこで、コントローラ５４は、対応テーブルを参照して計測時間（加圧時間Ｄ１）に対応する惰性回転用流量（Ｑ２ａ）を導き出し、その惰性回転用流量（Ｑ２ａ）でポンプ流量指令値（Ｑ２）をリセットする。そのため、ポンプ流量指令値（Ｑ２）は、その惰性回転用流量（Ｑ２ａ）にリセットされた後、旋回操作レバー８２の操作が中断或いは中止されるまで旋回リリーフカット制御の下で徐々に増大する。また、旋回圧力（ポンプ吐出圧）は、旋回操作レバー８２の操作が中断或いは中止されるまで目標圧（目標ポンプ吐出圧（Ｐｔｇｔ））のまま維持される。なお、惰性回転用流量（Ｑ２ａ）は加圧時間Ｄ１に対して比例の関係にあり、加圧時間Ｄ１が大きいほど大きい。また、加圧時間Ｄ１は、通常、旋回操作レバー８２の操作を再開させたときの旋回角速度（惰性回転用流量）が大きいほど大きい。

また、図８の点線で示すように、２回目の旋回操作に関する旋回圧力が閾値ＴＨ１以上となった時点でポンプ流量指令値（Ｑ２）が初期値（Ｑ２ｍｉｎ）にリセットされると、ポンプ流量指令値（Ｑ２）は、省エネモード開始時の実際の旋回消費流量よりも低い値となってしまう。この指令値と実測値との乖離に起因し、旋回圧力（ポンプ吐出圧）は、目標圧（目標ポンプ吐出圧（Ｐｔｇｔ））を挟んで振動し、ポンプ流量指令値（Ｑ２）もそれに連動して振動（ハンチング）する。

このように、反復旋回操作の２回目以降の旋回操作のそれぞれに関する旋回圧力が閾値ＴＨ１以上となった時点でポンプ流量指令値（Ｑ２）の初期値を旋回消費流量に合わせることはポンプ流量指令値（Ｑ２）のハンチングを防止する上で有効である。

以上の構成により、コントローラ５４は、旋回操作が開始されてから旋回圧力が閾値ＴＨ１以上となるまでの経過時間（加圧時間）に基づいて高速回転時の省エネモード開始時の旋回消費流量を導き出す。そして、その旋回消費流量をポンプ流量指令値（Ｑ２）の初期値（Ｑ２ａ）として設定する。そのため、コントローラ５４は、反復旋回操作が行われた場合であっても、複数の旋回操作のそれぞれに対応する高速回転時の省エネモード開始時のポンプ流量指令値（Ｑ２）を実際の旋回消費流量に合わせることができる。その結果、旋回リリーフカット制御中における旋回圧力（ポンプ吐出圧）の目標圧（目標ポンプ吐出圧）を挟んだ振動、及び、ポンプ流量指令値（Ｑ２）の振動（ハンチング）を防止できる。

次に、図９を参照し、初期値設定処理の別の一例について説明する。この例では、旋回用の回転数検出センサを用いずに、高速回転時の省エネモードを開始させるときの旋回消費流量を算出する。なお、図９は初期値設定処理の別の一例の流れを示すフローチャートである。また、図９のフローは、ステップＳＴ４２、ＳＴ４４、ＳＴ４５の代わりにステップＳＴ４２Ａ、ＳＴ４４Ａ、ＳＴ４５Ａを実行する点で図７のフローと相違するがその他の部分で共通する。そのため、共通部分の説明を省略し、相違部分を詳細に説明する。

図９のフローでは、旋回操作が行われたと判定した場合（ステップＳＴ４１のＹＥＳ）、コントローラ５４は、旋回操作開始後の経過時間の計測を開始し、且つ、圧力センサＳ３が検出するポンプ吐出圧を旋回操作開始時圧力として記憶する（ステップＳＴ４２Ａ）。なお、コントローラ５４は、旋回圧力を直接的に検出できる場合には、このときの旋回圧力を旋回操作開始時圧力として記憶してもよい。

そして、旋回圧力が閾値ＴＨ１以上となったと判定した場合（ステップＳＴ４３のＹＥＳ）、コントローラ５４は、旋回操作開始後の経過時間の計測を停止し、且つ、このときのポンプ吐出圧を省エネモード開始時圧力として記憶する（ステップＳＴ４４Ａ）。なお、コントローラ５４は、旋回操作開始時圧力のときと同様、このときの旋回圧力を省エネモード開始時圧力として記憶してもよい。

その後、コントローラ５４は、省エネモード開始時圧力と旋回操作開始時圧力の差（以下、「旋回圧力差」とする。）と、計測時間（加圧時間）とに基づいてポンプ流量指令値（Ｑ２）の初期値（Ｑ２ａ）を決定する（ステップＳＴ４５Ａ）。コントローラ５４は、閾値ＴＨ１以上になるまでの経過時間が所定の時間よりも長いと、旋回用油圧モータ４４が高速回転状態であると判断し、低速回転時の省エネモードではなく、高速回転時の省エネモードの流量指令を出力する。

具体的には、コントローラ５４は、式（１）における省エネモード開始時の旋回消費流量Q_swPCを省エネモード開始直前のポンプ流量指令値Q_P（前回のポンプ流量指令値（Ｑ３））で代用する。また、コントローラ５４は、式（１）における惰性回転用流量V_sw・ω_swをポンプ流量V_d・ω_Eで代用する。また、旋回圧力差ΔPを加圧時間Δtで除した値は式（１）における旋回圧力p_swの変化p'_swに相当する。したがって、式（１）は以下の式（２）で置き換えられる。なお、V_dは油圧ポンプ１０Ｌの押し退け容積を表し、ω_Eはエンジン回転数を表す。

そして、コントローラ５４は、固定値としてのエンジン回転数ω_E及び流量係数C_sw、前回のポンプ流量指令値（Ｑ３）であるポンプ流量指令値Q_P、並びに、現に取得した旋回圧力差ΔP及び加圧時間Δtを用いて押し退け容積V_dを算出する。そして、コントローラ５４は、算出した押し退け容積V_dにエンジン回転数ω_Eを乗じた値を省エネモード開始時の旋回消費流量として導き出し、その旋回消費流量をポンプ流量指令値（Ｑ２）の初期値（Ｑ２ａ）として設定する。

以上の構成により、コントローラ５４は、旋回操作が開始されてから旋回圧力が閾値ＴＨ１以上となるまでの経過時間（加圧時間）とその間の旋回圧力差とに基づいて高速回転時の省エネモード開始時の旋回消費流量を導き出す。そして、その旋回消費流量をポンプ流量指令値（Ｑ２）の初期値（Ｑ２ａ）として設定する。そのため、コントローラ５４は、図７の初期値設置処理を実行する場合と同様、反復旋回操作が行われた場合であっても、複数の旋回操作のそれぞれに対応する高速回転時の省エネモード開始時のポンプ流量指令値（Ｑ２）を実際の旋回消費流量に合わせることができる。その結果、旋回リリーフカット制御中における旋回圧力（ポンプ吐出圧）の目標圧（目標ポンプ吐出圧）を挟んだ振動、及び、ポンプ流量指令値（Ｑ２）の振動（ハンチング）を防止できる。

また、コントローラ５４は、旋回角速度ω_swを検出する角速度検出装置Ｓ７の出力に基づいてポンプ流量指令値（Ｑ２）の初期値（Ｑ２ａ）を決定してもよい。具体的には、コントローラ５４は、検出した旋回角速度ω_swとＲＯＭ等に予め記憶された旋回用油圧モータ４４の１回転当たりの押し退け容積V_swとに基づいて高速回転時の省エネモード開始時の惰性回転用流量V_sw・ω_swを導き出す。そして、コントローラ５４は、その惰性回転用流量V_sw・ω_swから高速回転時の省エネモード開始時の旋回消費流量Q_swPCを導き出し、その旋回消費流量Q_swPCをポンプ流量指令値（Ｑ２）の初期値（Ｑ２ａ）として設定する。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

例えば、上述の実施例において、油圧システム１００は、ネガコン制御を実行しながら、旋回リリーフカット制御により油圧ポンプ１０Ｌの吐出量を旋回消費流量に近づけてリリーフ流量を抑制する。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、油圧システム１００は、ネガコン制御の代わりに、ポジティブコントロール制御、ロードセンシング制御等を実行してもよい。

また、上述の実施例において、油圧システム１００は、旋回操作時に旋回リリーフ弁７１の旋回リリーフ流量がほぼ一定となるように旋回リリーフカット制御を実行する。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、油圧システム１００は、旋回用油圧モータ４４以外の他の油圧アクチュエータの操作時に、その油圧アクチュエータとその油圧アクチュエータに対応する流量制御弁との間に設置されるリリーフ弁のリリーフ流量がほぼ一定となるようにリリーフカット制御を実行してもよい。

１・・・ショベル２・・・下部走行体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１０Ｌ、１０Ｒ・・・油圧ポンプ１１Ｌ、１２Ｌ、１２Ｒ、１３Ｌ、１３Ｒ、１４、１５Ｌ、１５Ｒ・・・流量制御弁２０Ｌ、２０Ｒ・・・ネガコン絞り２２・・・作動油タンク３０Ｌ、３０Ｒ・・・センターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒ・・・ポンプレギュレータ４１Ｌ、４１Ｒ・・・傾転アクチュエータ４２Ｌ、４２Ｒ・・・走行用油圧モータ４４・・・旋回用油圧モータ５２・・・コントロールポンプ５４・・・コントローラ５５Ｌ、５５Ｒ・・・電磁弁６０Ｌ、６０Ｒ・・・スプール弁機構６１Ｌ、６１Ｒ・・・吐出量制御部８０・・・メカニカルブレーキ８１・・・減速機８２・・・旋回操作レバー８３・・・メインリリーフ弁７０、７３・・・管路７１・・・旋回リリーフ弁７２・・・チェック弁１００・・・油圧システム２００・・・旋回油圧回路Ｓ１〜Ｓ６・・・圧力センサＳ７・・・角速度検出装置

Claims

旋回用油圧モータと、
旋回リリーフ弁と、を備え、
前記旋回用油圧モータの回転中に反復旋回操作が行われた場合に前記旋回用油圧モータの吸い込み側の作動油の圧力である旋回圧力を前記旋回リリーフ弁の旋回リリーフ圧以下に維持する、
ショベル。
前記旋回用油圧モータに作動油を供給する油圧ポンプを備え、
前記油圧ポンプは省エネモードで駆動され、
前記省エネモードは、前記旋回用油圧モータの回転状態に応じた複数の省エネモードを含む、
請求項１に記載のショベル。
旋回圧力を取得する圧力取得装置と、
前記旋回用油圧モータを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記圧力取得装置が取得する旋回圧力が所定の閾値に達した後、旋回圧力を所定の目標圧に制御する、
請求項１に記載のショベル。
前記旋回用油圧モータに作動油を供給する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプのポンプ流量を調整するポンプ流量調整装置と、を備え、
前記制御装置は、前記圧力取得装置が取得する旋回圧力が所定の閾値に達した後、前記ポンプ流量調整装置に対してポンプ流量指令値を出力して旋回圧力を所定の目標圧に制御し、且つ、旋回圧力が所定の閾値に達したときの前記旋回用油圧モータの旋回状態に応じて前記ポンプ流量指令値の初期値を決定する、
請求項３に記載のショベル。
前記所定の目標圧は、前記旋回リリーフ弁のクラッキング圧以上で且つ旋回リリーフ圧未満である、
請求項３又は４に記載のショベル。
前記制御装置は、旋回操作の開始後に旋回圧力が所定の閾値に達するまでに要した時間に応じて前記ポンプ流量指令値の初期値を決定する、
請求項４に記載のショベル。
旋回角速度を検出する角速度検出装置を備え、
前記制御装置は、前記角速度検出装置が検出する旋回角速度に応じて前記ポンプ流量指令値の初期値を決定する、
請求項４に記載のショベル。