JP2018172858A - 作業機械 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】軌跡補正Pi圧演算部10bで、フロント作業装置400の動作軌跡が目標施工面60の上方に保持されるように、ブームシリンダ33aの制御信号である軌跡補正Pi圧を作業装置400から目標施工面60までの距離Dに基づいて算出する。出力補正Pi圧演算部10aで、アームシリンダ33bの目標出力と実出力の差分が所定の出力値W1よりも大きいとき、アームシリンダ33bのボトム圧に基づいてブームシリンダ33aの制御信号である出力補正Pi圧を算出する。ブームシリンダ33aを、アームシリンダ33aの動作中、出力補正Pi圧と軌跡補正Pi圧のうち大きい方に基づいて制御する。
【選択図】図10
Description
図1は本発明の実施の形態に係る油圧ショベルの概略構成図である。図1において、油圧ショベルは、クローラ式の走行体401と、走行体401の上部に旋回可能に取り付けられた旋回体402を備えている。走行体401は、走行油圧モータ33によって駆動される。旋回体402は、旋回油圧モータ28の発生するトルクによって駆動され、左右方向に旋回する。
図3はコントローラ20の演算構成図である。コントローラ20は、油圧シリンダ33a,33b,33c及び旋回油圧モータ28の目標出力をそれぞれ演算するアクチュエータ目標出力演算部3aと、ブームシリンダ33a(ブーム405)の補正目標Pi圧を算出する補正目標Pi圧演算部3bと、補正目標Pi圧を基にブームシリンダ33a用の4つの比例電磁弁27(第1及び第2減圧弁と第1及び第2増圧弁)の指令電圧(比例電磁弁指令電圧)を算出する比例電磁弁指令電圧演算部3cと、ECU22に出力されるエンジン出力指令を算出するエンジン出力指令演算部3dとを備えている。
図4はアクチュエータ目標出力演算部3aの詳細図である。アクチュエータ目標出力演算部3aは、最大出力演算部4aと、旋回基本出力演算部4bと、ブーム基本出力演算部4cと、アーム基本出力演算部4dと、バケット基本出力演算部4eと、旋回ブーム出力配分演算部4fと、アームバケット出力配分演算部4gとを有し、油圧シリンダ33a,33b,33c及び旋回油圧モータ28の目標出力を算出する。
図10は補正目標Pi圧演算部3bの詳細図である。補正目標Pi圧演算部3bは、出力補正Pi圧演算部10aと、軌跡補正Pi圧演算部10bと、補正目標Pi圧選択部10cとを備えている。補正目標Pi圧演算部3bは、アーム406又はバケット407の出力を適切にするためのブームシリンダ33a(ブーム405)の補正目標Pi圧(「出力補正Pi圧」と称する)と、フロント作業装置400の動作軌跡を目標施工面60の上方に保持するためのブームシリンダ33a(ブーム405)の補正目標Pi圧(「軌跡補正Pi圧」と称する)をそれぞれ計算し、両者のうち所定の条件に基づいて選択した1つをブームシリンダ33a(ブーム405)の補正目標Pi圧として出力する。ただし、以下では、ブーム上げを指令するPi圧を「正」とし、ブーム下げを指令するPi圧を「負」とする。
図11は出力補正Pi圧演算部10aの詳細図である。出力補正Pi圧演算部10aは、アクチュエータ出力演算部11aと、アームによる出力補正目標ブームPi圧演算部11bと、バケットによる出力補正目標ブームPi圧演算部11cと、出力補正目標ブームPi圧選択部11dとを備えており、アーム406又はバケット407の出力を適切にするためのブームシリンダ33a(ブーム405)の補正Pi圧(出力補正目標Pi圧)を算出する。
アクチュエータ出力演算部11aは、速度センサ43の出力から算出されたアームシリンダ速度及びバケットシリンダ速度と、圧力センサ42の出力から算出されたアームシリンダ33bのボトム圧及びロッド圧並びにバケットシリンダ33cのボトム圧及びロッド圧とを入力し、アーム406とバケット407の実出力(実際のアクチュエータ33b,33cの出力)を算出する。実際のアクチュエータ出力(ActPwr)は、一般に、シリンダのロッド半径をRrod、ボトム半径をRbtm、シリンダ速度をVsyl、シリンダボトム圧をPbtm、シリンダロッド圧をProdとして下記の式で表される。この式を用いて、アクチュエータ出力演算部11aはアーム406とバケット407の実出力をそれぞれ算出する。なお、アームダンプとバケットダンプのときは、後続の演算部11bによる演算との関係上、出力の演算を省略しても良い。
ActPwr={Rbtm 2×Pbtm−(Rbtm 2−Rrod 2)×Prod}×2πVsyl
図14は軌跡補正目標Pi圧演算部10bの詳細図である。軌跡補正目標Pi圧演算部10bは、目標施工断面演算部14aと、ベクトル制限値演算部14cと、軌跡補正目標ブームPi圧演算部14bを有し、フロント作業装置400の動作軌跡が目標施工面の上方に保持されるようにフロント作業装置400から目標施工面までの距離Dに基づいてブームシリンダ33a(ブーム405)の補正目標Pi圧(軌跡補正目標ブームPi圧)を算出する。
図17は補正目標Pi圧選択部10cの詳細図である。補正目標Pi圧選択部10cは、フロント作業装置400の動作軌跡を目標施工面60の上方に保持するための軌跡補正目標ブームPi圧と、フロント作業装置400による仕事率が向上するようにアーム406又はバケット407の出力を調整するための出力補正目標ブームPi圧のいずれか一方を選択することで最終的なブームの補正Pi圧(補正目標Pi圧)を決定する。
ここで図3に戻る。比例電磁弁指令電圧演算部3cは、補正目標Pi演算部3bで算出した補正目標Pi圧から比例電磁弁への指令値を決定し、油圧アクチュエータ(ここではブームシリンダ33a)のPi圧を増圧しフロント作業装置400の動作を補正する。比例電磁弁指令電圧演算部3cは、油圧アクチュエータに対応する比例電磁弁27がどの程度電圧をかければ目標とするPi圧を得られる開口となるかの特性マップを保持しており、その特性マップに基づいて比例電磁弁27の指令値を算出する。
次に上記のように構成される油圧ショベルで目標施工面の形成作業を行った場合の典型的な動作について説明する。ここでは説明を簡略化するため、演算部11bで算出されるバケットによる出力補正目標ブームPi圧は0に保持されているものとする。
まず、バケット爪先407aから目標施工面60までの距離がd1(図15参照)を越えている掘削開始時の場合には、爪先407aから目標施工面60までの距離が十分あるためフロント作業装置400が目標施工面60の下方に侵入する可能性がなく、軌跡補正Pi圧演算部10bで算出される軌跡補正目標ブームPi圧は0に保持される。そのため、ブーム405の補正目標Pi圧は出力補正Pi圧演算部10aだけで生成されることになる。したがって、図12のテーブル12aに基づいて、アーム406の目標出力と実出力の差分と、アームボトム圧(アームクラウド時のアームシリンダ33bの駆動圧)の組合せに応じて出力補正目標ブームPi圧が生成されることになる。
距離Dがd1を越えており、アーム406の目標出力との実出力の差分がW1以下のときは、想定どおりの作業が行われているとみなして、テーブル12aにより出力補正目標ブームPi圧は0に保持され、強制的なブームの上げ・下げは行われない。
しかし、アーム406の目標出力と実出力の差分がW1を越える場合には、想定どおりの作業が行われていないとみなして、アームボトム圧に応じて出力補正目標ブームPi圧を算出して強制的なブーム405の上げ・下げが行われる。
まず、出力の差分がW1を越えかつアームボトム圧が所定値P1より大きい場合には、バケット407が硬い地盤に当たる等してアームシリンダ33bに負荷が掛かりすぎているとみなして、出力補正目標ブームPi圧として正の値を出力し、フロント作業装置400の動作にブーム上げを自動的に加える。このブーム上げによってフロント作業装置400の操作は地表から浅い部分を掘削する動作に自動的に変更されるため、アームシリンダ33bの負荷が低減して油圧ポンプ23出力の無駄使いが抑制され、結果的に燃料消費量を抑制できる。
一方、出力の差分がW1を越えかつアームボトム圧が所定値P1より小さい場合には、バケット407が軟らかい地盤を掘削している等してアームシリンダ33bの負荷が軽すぎるとみなして、出力補正目標ブームPi圧として負の値を出力し、フロント作業装置400の動作にブーム下げを自動的に加える。このブーム下げによって地表から深い部分を掘削する動作に自動的に変更されるため、アームシリンダ33bの仕事量が増加することで掘削回数が低減され、燃料消費量を抑制できる。
上記の実施形態の特徴と効果をまとめる。
(1)上記の実施形態に係る油圧ショベルは、目標施工面60の形成作業を行う多関節型のフロント作業装置(作業装置)400と、Pi圧(制御信号)に基づいてフロント作業装置400を駆動する複数の油圧アクチュエータ33a,33b,33cと、フロント作業装置400の動作軌跡が目標施工面60の上方に保持されるように、複数の油圧アクチュエータ33a,33b,33cに含まれるブームシリンダ(補正対象油圧アクチュエータ)33aの制御信号である軌跡補正Pi圧を作業装置400から目標施工面60までの距離Dに基づいて算出する軌跡補正Pi圧演算部10bを有するコントローラ20とを備え、コントローラ20は、複数の油圧アクチュエータ33a,33b,33cに含まれるアームシリンダ33b又はバケットシリンダ33c(特定油圧アクチュエータ)の目標出力と実出力の差分が所定の出力値W1よりも大きいとき、アームシリンダ33b又はバケットシリンダ33cの仕事率(所定時間に掘削できる土砂量)が増加するように、アームシリンダ33b又はバケットシリンダ33c(特定油圧アクチュエータ)のボトム圧(駆動圧)に基づいてブームシリンダ33a(補正対象油圧アクチュエータ)の制御信号である出力補正Pi圧を算出する出力補正Pi圧演算部10aをさらに有し、ブームシリンダ33a(補正対象油圧アクチュエータ)は、アームシリンダ33b又はバケットシリンダ33c(特定油圧アクチュエータ)の動作中、出力補正Pi圧と軌跡補正Pi圧のうち大きい方に基づいて制御されることとした。
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。
Claims (5)
- 目標施工面の形成作業を行う多関節型の作業装置と、
制御信号に基づいて前記作業装置を駆動する複数の油圧アクチュエータと、
前記作業装置の動作軌跡が前記目標施工面の上方に保持されるように、前記複数の油圧アクチュエータに少なくとも1つ含まれる補正対象油圧アクチュエータの制御信号である軌跡補正制御信号を前記作業装置から前記目標施工面までの距離に基づいて算出する軌跡補正制御信号演算部を有する制御装置とを備える作業機械において、
前記制御装置は、前記複数の油圧アクチュエータに少なくとも1つ含まれる特定油圧アクチュエータの目標出力と実出力の差分が所定の出力値よりも大きいとき、前記特定油圧アクチュエータの駆動圧に基づいて前記補正対象油圧アクチュエータの制御信号である出力補正制御信号を算出する出力補正制御信号演算部をさらに有し、
前記補正対象油圧アクチュエータは、前記特定油圧アクチュエータの動作中、前記出力補正制御信号と前記軌跡補正制御信号のうち大きい方に基づいて制御されることを特徴とする作業機械。 - 請求項1の作業機械において、
前記出力補正制御信号演算部は、前記特定油圧アクチュエータの駆動圧が所定の圧力値よりも大きいとき、前記補正対象油圧アクチュエータの動作により前記作業装置が前記目標施工面から遠ざかるように前記出力補正制御信号を算出することを特徴とする作業機械。 - 請求項1の作業機械において、
前記出力補正制御信号演算部は、前記特定油圧アクチュエータの駆動圧が所定の圧力値よりも小さいとき、前記補正対象油圧アクチュエータの動作により前記作業装置が前記目標施工面に近づくように前記出力補正制御信号を算出することを特徴とする作業機械。 - 請求項1の作業機械において、
前記作業装置は、ブーム、アーム及びバケットを有するフロント作業装置であり、
前記特定アクチュエータには前記アームを駆動するアームシリンダが含まれており、
前記補正対象アクチュエータは前記ブームを駆動するブームシリンダであることを特徴とする作業機械。 - 請求項1の作業機械において、
前記作業装置が取り付けられた旋回体と、
前記旋回体を制御信号に基づいて旋回させる油圧モータとをさらに備え、
前記制御装置は、前記油圧モータの制御信号が出力されているとき、前記軌跡補正制御信号演算部及び前記出力補正制御信号演算部による前記軌跡補正制御信号及び前記出力補正制御信号の算出を中断することを特徴とする作業機械。
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