JP2019065956A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】旋回操作とブーム上げ操作とが同時に行われる場合、エネルギーを効率的に利用する技術を提供する。【解決手段】油圧駆動装置６０のコントローラ１０は、ブーム２５の上げ操作と旋回体２１の旋回操作とが同時に行われることにより、第一の油圧ポンプ２から第一の制御弁６ａを介してブームシリンダ７ａへ作動油が供給され、かつ第二の油圧ポンプ３から第二の制御弁６ｂを介して旋回モータ７ｂへ作動油が供給される特定状態において、旋回モータ７ｂが定常旋回状態にまで至っていないときには、ブーム操作圧カット弁１３を開くよう指令電流を出力して、第二の油圧ポンプ３から旋回モータ７ｂへ供給する作動油の一部を第三の制御弁６ｃを介してブームシリンダ７ａへ作動油を供給し、旋回モータ７ｂが定常旋回状態にあるときには、ブーム操作圧カット弁１３を閉じるように指令電流を出力する。【選択図】図２

Description

本発明は、フロント作業機を備えた油圧ショベル等の作業機械の油圧駆動技術に関する。

フロント作業機を備える作業機械において、ブーム上げ操作と旋回操作とが同時に行われる際、エネルギーの無駄な消費を抑制しつつブームシリンダへ十分な量の作動油を供給する油圧駆動装置がある。例えば、特許文献１には、「傾転角が互いに独立して調整可能な第１油圧ポンプおよび第２油圧ポンプと、旋回モータへの作動油の供給を制御するための旋回制御弁と、ブームシリンダへの作動油の供給を制御するためのブーム主制御弁およびブーム副制御弁を含み、旋回制御弁およびブーム副制御弁は、第１ブリードライン上に配置され、ブーム主制御弁は、第２ブリードライン上に配置される。旋回制御弁へは旋回操作弁からパイロット圧が出力され、ブーム主制御弁へはブーム操作弁からパイロット圧が出力される。旋回操作とブーム上げ操作が同時に行われるときには、ブーム側規制弁がブーム副制御弁へパイロット圧を出力しない（要約抜粋）。」作業機械の油圧駆動装置が開示されている。

特開２０１５−８６９５９号公報

特許文献１に開示の技術によれば、ブーム上げ操作と旋回操作とが同時に行われる場合、ブーム副制御弁によりブーム副制御弁からブームシリンダへの作動油の供給ラインを遮断する。そして、一方の油圧ポンプを旋回モータ専用、他方の油圧ポンプをブームシリンダ専用とし、それぞれの油圧ポンプを独立して制御する。これにより、旋回モータに供給する作動油を制限するための可変絞りが不要になり、旋回モータ負荷圧がブームシリンダ負荷圧よりも小さい場合に可変絞りの開口を絞ることにより発生する作動油のエネルギーロスを低減できる。

しかしながら、ブーム上げ操作と旋回操作とが同時に行われる場合であっても、旋回開始時は、旋回に大きな力を要し、ブームシリンダ負荷圧以上に旋回モータ負荷圧が高くなる。特許文献１に開示の技術では、このような状況であっても、両操作が同時に行われている限り、旋回モータへの供給ラインとブームシリンダの供給ラインとを独立させるため、高い旋回モータ負荷圧により旋回リリーフ弁が作動することがある。旋回リリーフ弁が作動すると、旋回モータへの供給ラインを介してポンプから供給された作動油が、作動油タンクへと捨てられることになり、無駄がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、フロント作業機を備える作業機械において、旋回操作とブーム上げ操作とが同時に行われる場合、タイミングによらず、エネルギーを効率的に利用する技術を提供することを目的とする。

本発明は、走行体と、前記走行体に旋回可能に設けられる旋回体と、前記旋回体を駆動する旋回モータと、前記旋回体に上下方向に回動可能に設けられるブームと、前記ブームを駆動するブームシリンダと、前記旋回モータおよび前記ブームシリンダを駆動する油圧駆動装置と、前記油圧駆動装置を制御するコントローラと、を備えた作業機械において、前記油圧駆動装置は、前記ブームシリンダに作動油を供給する第一の油圧ポンプと、前記旋回モータに作動油を供給する第二の油圧ポンプと、前記ブームを操作するための信号であるブーム操作圧を出力するブーム操作装置と、前記旋回体を操作するための信号である旋回操作圧を出力する旋回操作装置と、前記第一の油圧ポンプと前記ブームシリンダとの間に配置され、前記ブーム操作圧に応じて作動して前記第一の油圧ポンプから前記ブームシリンダへ供給される作動油の方向及び流量を制御する第一の制御弁と、前記第二の油圧ポンプと前記旋回モータとの間に配置され、前記旋回操作圧に応じて作動して前記第二の油圧ポンプから前記旋回モータへ供給される作動油の方向及び流量を制御する第二の制御弁と、前記第二の油圧ポンプと前記ブームシリンダとの間で、かつ、前記第二の制御弁とパラレルに配置され、前記ブーム操作圧が導入されていない状態では、前記第二の油圧ポンプから前記ブームシリンダへの作動油の供給を遮断すると共に、前記ブーム操作圧に応じて作動して前記第二の油圧ポンプから前記ブームシリンダへ供給される作動油の方向及び流量を制御する第三の制御弁と、前記ブーム操作装置と前記第三の制御弁との間に配置され、前記コントローラからの指令電流に基づいて開閉する電磁開閉弁と、前記第二の油圧ポンプと前記旋回モータとの間に設けられるリリーフ弁と、を備え、前記コントローラは、前記ブームの上げ操作と前記旋回体の旋回操作とが同時に行われることにより、前記第一の油圧ポンプから前記第一の制御弁を介して前記ブームシリンダへ作動油が供給され、かつ前記第二の油圧ポンプから前記第二の制御弁を介して前記旋回モータへ作動油が供給される特定状態において、前記旋回モータが定常旋回状態にまで至っていないと判別したときには、前記ブーム操作圧を前記第三の制御弁に導入するために前記電磁開閉弁を開くよう前記指令電流を出力して、前記第二の油圧ポンプから前記旋回モータへ供給する作動油の一部を前記第三の制御弁を介して前記ブームシリンダへ作動油を供給し、前記旋回モータが前記定常旋回状態にあると判別したときには、前記ブーム操作圧の前記第三の制御弁への導入を制限するために前記電磁開閉弁を閉じるように前記指令電流を出力することを特徴とする作業機械を提供する。

本発明によれば、フロント作業機を備える作業機械において、旋回操作とブーム上げ操作とが同時に行われる場合、タイミングによらず、エネルギーを効率的に利用できる。なお、前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

第一の実施形態の油圧ショベルの側面図である。 第一の実施形態の油圧駆動装置の構成図である。 第一の実施形態のカット弁制御処理のフローチャートである。 第一の実施形態の油圧駆動装置の動作を説明するための説明図である。 第一の実施形態の油圧駆動装置の動作を説明するための説明図である。 旋回ブーム上げ操作時にブーム操作圧カット弁１３を、負荷圧によらず遮断した場合の各油圧ポンプの吐出圧の経時的変化のグラフである。 第一の実施形態の各油圧ポンプの吐出圧の経時的変化のグラフである。 第二の実施形態の油圧駆動装置の構成図である。 第二の実施形態のカット弁制御処理のフローチャートである。 本発明の実施形態の変形例のカット弁制御処理のフローチャートである。 本発明の実施形態の変形例２のブーム操作圧カット弁のメータリング特性のグラフである。 本発明の実施形態の変形例３の油圧駆動装置の構成図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。また、以下の各実施形態では、油圧駆動装置により駆動される作業機械として、油圧ショベルを例にあげて説明する。

＜＜第一の実施形態＞＞
本実施形態では、第一の油圧ポンプと第二の油圧ポンプとを備える油圧ショベルの油圧駆動装置において、ブーム上げ操作と旋回操作とが同時に行われる場合、両操作対象のアクチュエータの負荷圧の大小も考慮して、両ポンプの独立化、非独立化を制御する。

具体的には、例えば、旋回開始時のように、旋回モータの負荷圧がブーム上げ操作の負荷圧より大きい場合は、両ポンプを非独立化する。一方、旋回開始から所定の時間を経過し、旋回のために大きな力が不要な状態では、両ポンプを独立化する。

以下、ブーム上げ操作と旋回操作とが同時に行われる状態を旋回ブーム上げ操作と呼ぶ。

まず、本実施形態の油圧ショベルの概要を説明する。図１は、本実施形態の油圧ショベル５０の側面図である。

本図に示すように、本実施形態の油圧ショベル５０は、走行体２０と、走行体２０に旋回可能に配置される旋回体２１と、旋回体２１を駆動する旋回モータ７ｂと、旋回体２１に俯仰動可能に連結されるフロント作業機２２と、旋回体２１の前部に設けられる運転室３０と、旋回体２１の後部に設けられる原動源室３１と、を備える。

フロント作業機２２は、旋回体２１に連結されるブーム２５と、ブーム２５を駆動するブームシリンダ７ａと、ブーム２５の先端に連結されるアーム２６と、アームを駆動するアームシリンダ２８と、アーム２６の先端に連結されるバケット２７と、バケット２７を駆動するバケットシリンダ２９と、を備える。

旋回モータ７ｂ、ブームシリンダ７ａ、アームシリンダ２８、バケットシリンダ２９は、いずれも、後述する油圧ポンプから供給される作動油で作動する油圧アクチュエータである。

また、油圧ショベル５０は、これらの油圧アクチュエータを駆動する油圧駆動装置と、油圧駆動装置を制御するコントローラとを備える。油圧駆動装置およびコントローラは、例えば、原動源室３１に配される。油圧駆動装置およびコントローラについては、後述する。

なお、走行体２０は、左右に一対設けられる。また、左右の走行体２０は、それぞれ、走行モータ２３と、クローラ２４とを備える。ここでは、一方のみを図示する。クローラ２４は、走行モータ２３により駆動され、油圧ショベル５０を走行させる。

［油圧駆動回路］
次に、本実施形態の油圧駆動装置６０を説明する。図２は、本実施形態の油圧駆動装置６０の構成図である。

上述のように、本実施形態では、旋回モータ７ｂによる旋回操作とブームシリンダ７ａによるブーム上げ操作とを同時に行った場合に、エネルギーを効率的に利用する油圧駆動装置６０を提供する。このため、ここでは、油圧アクチュエータとして、旋回モータ７ｂとブームシリンダ７ａとを示す。

油圧駆動装置６０は、原動機（例えばエンジン）１と、原動機１により駆動される第一の油圧ポンプ２および第二の油圧ポンプ３とパイロットポンプ４と、油圧駆動装置６０内の各機器を制御するコントローラ１０とを備える。

第一の油圧ポンプ２は、ブームシリンダ７ａに作動油を供給する。第二の油圧ポンプ３は、主に旋回モータ７ｂに作動油を供給する。

第一の油圧ポンプ２および第二の油圧ポンプ３は、斜板式または斜軸式の可変容量型油圧ポンプである。第一の油圧ポンプ２は、この第一の油圧ポンプ２の斜板または斜軸の傾転角を調整する第一レギュレータ１２ａを備える。同様に、第二の油圧ポンプ３は、同傾転角を調整する第二レギュレータ１２ｂを備える。

また、油圧駆動装置６０は、ブーム２５を操作するための信号であるブーム操作圧を出力するブーム操作装置８ａと、旋回体２１を操作するための信号である旋回操作圧を出力する旋回操作装置８ｂと、を備える。

ブーム操作装置８ａおよび旋回操作装置８ｂは、それぞれ、オペレータによるブーム操作を受け付ける操作レバー８１ａ、８１ｂと、操作レバー８１ａ、８１ｂによる操作量に応じたブーム操作圧を出力する操作弁８２ａ、８２ｂと、を備える。

なお、操作レバー８１ａ、８１ｂは、運転室３０内に設けられる。また、操作弁８２ａ、８２ｂは、パイロットポンプ４に接続され、パイロットポンプ４の吐出圧を元圧にし、操作量に応じた操作圧力を、ブーム操作圧、旋回操作圧として生成して出力する。

また、油圧駆動装置６０は、作動油の方向及び流量を制御する第一の制御弁６ａ、第二の制御弁６ｂおよび第三の制御弁６ｃと、コントローラ１０からの指令電流に基づいて開閉する電磁開閉弁であるブーム操作圧カット弁１３と、旋回モータ７ｂへの作動油の供給路を過剰な圧力から保護する旋回リリーフ弁１４と、を備える。

第一の制御弁６ａは、第一の油圧ポンプ２とブームシリンダ７ａとの間に配置され、ブーム操作圧に応じて作動して第一の油圧ポンプ２からブームシリンダ７ａに供給される作動油の方向及び流量を制御する。

第二の制御弁６ｂは、第二の油圧ポンプ３と旋回モータ７ｂとの間に配置され、旋回操作圧に応じて作動して第二の油圧ポンプ３から旋回モータ７ｂに供給される作動油の方向及び流量を制御する。

第三の制御弁６ｃは、第二の油圧ポンプ３とブームシリンダ７ａとの間に、第二の制御弁６ｂとパラレルに配置される。そして、ブーム操作圧に応じて作動して第二の油圧ポンプ３からブームシリンダ７ａに供給される作動油の方向及び流量を制御する。なお、第三の制御弁６ｃは、ブーム操作圧が導入されていない状態では、第二の油圧ポンプ３からブームシリンダ７ａへの作動油の供給を遮断する。

ブーム操作圧カット弁１３は、ブーム操作装置８ａと第三の制御弁６ｃとの間に配置され、前記コントローラからの指令電流に基づいて、ブーム操作圧を制限する。

旋回リリーフ弁１４は、第二の油圧ポンプ３と旋回モータ７ｂとの間に設けられ、旋回モータ７ｂへの作動油の供給路を過剰な圧力から保護する。旋回リリーフ弁１４は、設定された圧力（設定圧）になると作動し、作動油タンク５へとつながる回路を開き、回路内の作動油を作動油タンク５へと流し、回路内の圧力を低下させる。

コントローラ１０は、各センサ信号を受信し、油圧ショベル５０の各部を制御する。本実施形態では、各操作圧および負荷圧に応じてブーム操作圧カット弁１３の開閉を制御するカット弁制御処理を行う。例えば、ブーム操作圧センサ９ａからのブーム操作圧、旋回操作圧センサ９ｂからの旋回操作圧、ブームシリンダ圧力センサ１１ａからのブーム負荷圧、旋回モータ圧力センサ１１ｂからの旋回負荷圧の入力を受け、所定の条件を満たした場合、ブーム操作圧カット弁１３に閉指令を出力する。

具体的には、旋回ブーム上げ操作時、第一の油圧ポンプ２から第一の制御弁６ａを介してブームシリンダ７ａに作動油が供給され、第二の油圧ポンプ３から第二の制御弁６ｂを介して旋回モータ７ｂに作動油が供給される特定状態において、旋回負荷圧がブーム負荷圧以上の場合は、ブーム操作圧を第三の制御弁６ｃに導入するためにブーム操作圧カット弁１３を開けるよう指令電流を出力する。これにより、第二の油圧ポンプ３から旋回モータ７ｂに供給する作動油の一部を第三の制御弁６ｃを介してブームシリンダ７ａに供給する。一方、旋回負荷圧がブーム負荷圧より小さい場合、ブーム操作圧の第三の制御弁６ｃへの導入を制限するために、ブーム操作圧カット弁１３を閉じるように指令電流を出力する。

以下、本実施形態では、ブーム操作圧カット弁１３を開けるよう出力する指令電流を開指令、閉じるよう出力する指令電流を閉指令と呼ぶ。そして、本実施形態では、開指令の電流値は０とする。すなわち、ブーム操作圧カット弁１３は、何も電流が出力されない場合は、ブーム操作圧をそのまま通し、閉指令を受信すると、ブーム操作圧を遮断する。

なお、コントローラ１０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置を備える演算装置で実現される。

カット弁制御処理では、コントローラ１０は、まず、ブーム操作圧および旋回操作圧の受信の有無により、旋回ブーム上げ操作時であるか否かを判別する。そして、旋回ブーム上げ操作時であると判別した場合、旋回ブーム上げ操作開始直後であるか、動作後半であるかを判別する。そして、動作後半であると判別された場合、ブーム操作圧カット弁１３に、弁を閉じる指令（閉指令）を出力する。

なお、旋回ブーム上げ操作の開始直後は、上述のように、旋回モータ７ｂを始動させるために大きな力を要する。一方、動作後半時は、旋回モータ７ｂには大きな力は必要ない。動作後半時の大きな力が必要なくなった時の旋回モータ７ｂの状態を、定常旋回状態と呼ぶ。本実施形態では、ブーム負荷圧と旋回負荷圧との大きさを比較し、ブーム負荷圧が旋回負荷圧より大きい場合、旋回モータ７ｂが定常旋回状態になったものとする。

以下、コントローラ１０によるカット弁制御処理の流れを、図３のフローに従って説明する。このカット弁制御処理は、所定の時間間隔で実行される。また、処理開始前、ブーム操作圧カット弁１３は、開状態とする。

まず、コントローラ１０は、旋回操作がなされたか否かを判定する（ステップＳ１１０１）。コントローラ１０は、上述のように、旋回操作圧センサ９ｂから旋回操作圧を受信した場合、旋回操作がなされたと判定する。そして、旋回操作がなされたと判定されない場合は、処理を終了する。

旋回操作がなされたと判定された場合、コントローラ１０は、ブーム操作がなされたか否かを判定する（ステップＳ１１０２）。コントローラ１０は、上述のように、ブーム操作圧センサ９ａからブーム操作圧を受信した場合、ブーム操作がなされたと判定する。そして、ブーム操作がなされたと判定されない場合は、処理を終了する。

ブーム操作がなされたと判定された場合、コントローラ１０は、ブーム負荷圧と旋回負荷圧とを比較する（ステップＳ１１０３）。

比較した結果、ブーム負荷圧が旋回負荷圧より大きい場合、コントローラ１０は、ブーム操作圧カット弁１３に対し、閉指令を出力し（ステップＳ１１０４）、処理を終了する。コントローラ１０は、ブーム負荷圧が旋回負荷圧より大きい場合、旋回モータ７ｂが定常旋回状態であると判別するためである。

一方、ブーム負荷圧が旋回負荷圧以下の場合は、そのまま処理を終了する。この場合、コントローラ１０は、旋回モータ７ｂに大きな負荷がかかる旋回開始時であり、定常旋回状態にまで至っていないと判断する。

なお、ステップＳ１１０１およびＳ１１０２は、いずれを先に行ってもよい。

次に、上記制御がなされた場合の、本実施形態の油圧駆動装置６０の動作について、図４および図５を用いて説明する。なお、図中、作動油が流れるラインを太線で示す。また、操作圧によるパイロット圧油が流れるラインを一点鎖線で示す。

本図に示すように、ブーム上げ操作時は、図中右方向に操作レバー８１ａ（ブーム操作装置８ａ）を操作することで、ブーム上げ操作圧ｄａが生成される。ブーム上げ操作圧ｄａにより、第一の制御弁６ａが中立位置から図中右側にストロークし、第一の油圧ポンプ２の作動油は、ブームシリンダ７ａのボトム側へ流入する。

また、旋回操作時は、第一の方向に操作レバー８１ｂ（旋回操作装置８ｂ）を操作することで、旋回操作圧ｄｂが生成される。旋回操作圧ｄｂにより、第二の制御弁６ｂが図中右側にストロークし、第二の油圧ポンプ３の作動油は、旋回モータ７ｂに供給され、第二の制御弁６ｂを経由して作動油タンク５へ戻る。

ブーム操作圧センサ９ａは、ブーム上げ操作圧ｄａを検出すると、コントローラ１０に出力する。同様に、旋回操作圧センサ９ｂは、旋回操作圧ｄｂを検出するとコントローラ１０に出力する。また、ブームシリンダ圧力センサ１１ａは、ブーム負荷圧Ｐａを、旋回モータ圧力センサ１１ｂは、旋回負荷圧Ｐｂをそれぞれ検出し、コントローラ１０に出力する。

旋回ブーム上げ操作開始時は、上述のように、旋回負荷圧Ｐｂは、ブーム負荷圧Ｐａ以上（Ｐｂ≧Ｐａ）である。このため、コントローラ１０は、ブーム操作圧カット弁１３に対し、閉指令ｃｃを出力しない。よって、ブーム操作圧カット弁１３は、開状態である。

従って、旋回ブーム上げ操作開始時は、図４に示すように、ブーム上げ操作圧ｄａは、第三の制御弁６ｃにも作用し、第三の制御弁６ｃを図中右側にストロークさせる。これにより、第二の油圧ポンプ３の作動油は、ブームシリンダ７ａのボトム側にも流入する。

このように、旋回負荷圧Ｐｂがブーム負荷圧Ｐａ以上の場合、第二の油圧ポンプ３の作動油は、旋回モータ７ｂと、ブームシリンダ７ａとの両方に供給される。

なお、このとき、ロッド側から排出された作動油は、第三の制御弁６ｃおよび第一の制御弁６ａを経由して、作動油タンク５へ戻る。

一方、旋回モータ７ｂの回転が定常旋回状態になると、旋回負荷圧Ｐｂは低減し、ブーム負荷圧Ｐａより小さく（Ｐｂ＜Ｐａ）なる。この時、コントローラ１０は、ブーム操作圧カット弁１３に対し、図５に示すように、閉指令ｃｃを出力する。

本図に示すように、閉指令ｃｃが出力されることにより、ブーム操作圧カット弁１３は、第三の制御弁６ｃに作用するブーム上げ操作圧ｄａを遮断する。これにより、第三の制御弁６ｃは、ストロークせず、中立状態となる。このため、第二の油圧ポンプ３からの作動油は、ブームシリンダ７ａには供給されない。

なお、このとき、図４同様、ブーム上げ操作圧ｄａは、第一の制御弁６ａに作用し、第一の油圧ポンプ２の作動油をブームシリンダ７ａのシリンダボトム側に導く。また、旋回操作圧ｄｂは、第二の制御弁６ｂに作用し、第二の油圧ポンプ３の作動油を旋回モータ７ｂに導く。

これにより、第一の油圧ポンプ２をブームシリンダ７ａ専用、第二の油圧ポンプ３を、旋回モータ７ｂ専用に用いる、独立回路を実現できる。このように、ブーム操作圧カット弁１３を切り替えることにより、独立回路とパラレル回路とを実現できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、油圧ショベル５０の油圧駆動装置６０において、旋回ブーム上げ操作時、第一の油圧ポンプ２から第一の制御弁６ａを介してブームシリンダ７ａへ作動油が供給され、第二の油圧ポンプ３から第二の制御弁６ｂを介して旋回モータ７ｂへ作動油が供給される特定状態において、旋回負荷圧がブーム負荷圧以上のとき、ブーム操作圧を第三の制御弁６ｃに導入するためにブーム操作圧カット弁１３を開け、第二の油圧ポンプ３から旋回モータ７ｂへ供給する作動油の一部を第三の制御弁６ｃを介してブームシリンダ７ａへ供給する。また、旋回負荷圧がブーム負荷圧より小さくなったとき、旋回モータが定常旋回状態にあると判別し、ブーム操作圧の第三の制御弁６ｃへの導入を制限するためにブーム操作圧カット弁１３を閉じるように閉指令を出力する。

油圧ショベル５０は、旋回時に、旋回体２１の慣性モーメントが大きく、特に旋回開始時に大きな旋回力を必要とする。ブーム上げ操作と旋回操作とが同時に行われた場合であっても、旋回開始時は、旋回負荷圧がブーム負荷圧より大きい。

旋回ブーム上げ操作時、旋回負荷圧Ｐｂがブーム負荷圧Ｐａより大きい状態で、ブーム操作圧カット弁１３を遮断した場合の、第一の油圧ポンプ２および第二の油圧ポンプ３の吐出圧の圧力波形を図６に示す。なお、本図において、Ｐｒは旋回リリーフ弁１４のセット圧である。また、Ｐ１、Ｐ２は、それぞれ、第一の油圧ポンプ２、第二の油圧ポンプ３の吐出圧である。

本図に示すように、旋回開始時は、第二の油圧ポンプ３の吐出圧が、旋回リリーフ弁１４のセット圧Ｐｒまで上昇する。これにより、旋回リリーフ弁１４が開かれ、作動油が作動油タンク５に捨てられることになり、無駄がある。

しかしながら、本実施形態では、旋回開始時のように、旋回負荷圧Ｐｂがブーム負荷圧Ｐａ以上の場合、たとえ、旋回ブーム上げ操作時であっても、ブーム操作圧カット弁１３を開いた状態にし、２つの制御弁６ａ、６ｃに操作圧を導く。これにより、旋回モータ７ｂへの作動油供給ライン（旋回ライン）とブームシリンダ７ａへの作動油供給ライン（ブームライン）とをパラレルに接続するパラレル回路とし、第二の油圧ポンプ３からの作動油を、旋回モータ７ｂとブームシリンダ７ａとへ分流させる。

そして、ブーム負荷圧Ｐａが旋回負荷圧Ｐｂより大きくなると、ブーム操作圧カット弁１３を遮断する。旋回ライン側に設置される第三の制御弁６ｃへの操作圧の出力を遮断し、旋回ラインとブームラインとを切り分けて独立回路とする。これにより、第一の油圧ポンプ２と第二の油圧ポンプ３とを、それぞれ、旋回専用とブーム専用として使用する。

このときの、第一の油圧ポンプ２および第二の油圧ポンプ３の吐出圧の圧力波形を、図７に示す。なお、図６同様、Ｐａは、ブーム負荷圧、Ｐ１、Ｐ２は、それぞれ、第一の油圧ポンプ２、第二の油圧ポンプ３の吐出圧である。またＴ１は、ブーム負荷圧Ｐａが旋回負荷圧Ｐｂより大きくなる時刻である。

ブーム操作圧カット弁１３を遮断しない場合、すなわち、パラレル回路の場合、アクチュエータの圧力は、より負荷圧の低いアクチュエータの圧力の影響を受け、回路内では、全て同程度となる。よって、本図に示すように、第一の油圧ポンプ２の吐出圧Ｐ１と第二の油圧ポンプ３の吐出圧Ｐ２も、略同じ値となる。これにより、独立回路では旋回リリーフにより作動油タンク５へと流れていた作動油は、ブームシリンダ７ａへと合流する。従って、旋回リリーフ弁１４が作動することなく、旋回リリーフによる無駄なエネルギーの消費が無くなる。

また、時刻Ｔ１移行、すなわち、ブーム負荷圧Ｐａが旋回負荷圧Ｐｂより大きくなった時点で、ブーム操作圧カット弁１３を遮断する。これにより、第一の油圧ポンプ２および第二の油圧ポンプ３が、それぞれ、旋回専用とブーム専用として使用されるため、各ポンプの吐出圧を独立して制御できる。これにより、パラレル回路でブーム負荷圧が旋回負荷圧より高くなる場合に必要であった、旋回モータ７ｂへと作動油を供給するための可変絞りが不要となる。

このように、本実施形態によれば、旋回ブーム上げ操作時に、アクチュエータの負荷圧に応じてパラレル回路と独立回路とを使い分ける。これにより、独立回路の場合に発生していた旋回リリーフでの無駄なエネルギーの消費を抑えることができる。また、ブームシリンダへの作動油の供給量不足を解消できる。そして、パラレル回路で発生していた可変絞りを通過することによるエネルギーの無駄な消費もなくなる。従って、エネルギーを効率的に利用できる。

特許文献１に開示の技術では、パイロット圧のみにより、ブーム副制御弁を制御しているため、ブームシリンダの負荷圧および旋回モータの負荷圧の変化に応じた制御を行うことが難しい。しかしながら、本実施形態によれば、ブームシリンダの負荷圧および旋回モータの負荷圧を用いるため、これらの変化に応じて最適な制御を行うことができる。

しかも、これらの負荷圧は、通常の油圧駆動装置６０で検出するパラメータである。このため、本実施形態によれば、新たな構成を追加することなく、エネルギーを効率的に利用可能な油圧駆動装置６０を実現できる。

＜＜第二の実施形態＞＞
次に、本発明の第二の実施形態を説明する。本実施形態では、旋回の加速度を検出するための加速度センサを備える。本実施形態では、旋回ブーム上げ操作時、旋回負荷圧の高い開始時であるか否かを、加速度センサにより検出する。

以下、本実施形態について、第一の実施形態と異なる構成に主眼をおいて説明する。

本実施形態が適用される作業機械の一例である油圧ショベル５０は、基本的に第一の実施形態の油圧ショベル５０と同様の構成を有する。

本実施形態の油圧駆動装置６０ａも、基本的に第一の実施形態の油圧駆動装置６０と同様である。ただし、図８に示すように、本実施形態では、旋回モータ圧力センサ１１ｂの代わりに、加速度センサ１１ｃを備える。なお、油圧駆動装置６０ａは、さらに旋回モータ圧力センサ１１ｂを備えていてもよい。また、本実施形態のコントローラ１０ａの処理内容も異なる。

加速度センサ１１ｃは、所定の時間間隔で、旋回モータ７ｂの加速度（旋回加速度と呼ぶ。）を検出する。そして、旋回加速度を検出する毎に、検出した旋回加速度を、コントローラ１０に送信する。

本実施形態のコントローラ１０は、第一の実施形態同様、ブーム操作圧および旋回操作圧により旋回ブーム上げ操作時であるか否かを判定する。そして、旋回ブーム上げ操作時と判定した場合、旋回ブーム上げ操作開始直後であるか、定常旋回状態であるかを判定する。そして、定常旋回状態であると判定された場合、ブーム操作圧カット弁１３に、閉指令を出力する。

旋回ブーム上げ操作時、開始直後は、旋回加速度は大きく変化する。一方、定常旋回状態では、旋回加速度は、略一定となる。すなわち、等速旋回を行う。本実施形態のコントローラ１０は、これを利用し、等速旋回中であるか否かにより、開始直後か定常旋回状態かを判定する。そして、等速旋回中と判定した場合、定常旋回状態であるとし、ブーム操作圧カット弁１３に対し、閉指令を出力する。

具体的には、コントローラ１０は、加速度センサ１１ｃから旋回加速度を受信すると、１回前に受信した旋回加速度の値と比較する。最新の旋回加速度（最新加速度）が、１回前に受信した旋回加速度（前回加速度）と等しい場合、等速旋回中と判断する。なお、１回前に受信した旋回加速度は、ＲＡＭ等に保持しておく。

また、等速旋回中との判断は、最新加速度と前回加速度とが一致する場合に限定されない。例えば、両者の差の絶対値が予め定めた閾値以下の場合、等速旋回中と判断してもよい。すなわち、加速度の変化量が所定の範囲内であれば、等速旋回中と判断してもよい。

以下、本実施形態のコントローラ１０によるカット弁制御処理の流れを、図９のフローに従って説明する。なお、第一の実施形態と同様の箇所は、説明を省略する。また、本実施形態のカット弁制御処理も、第一の実施形態同様、所定の時間間隔で行われるものとする。ここでは、カット弁制御処理を行う時間間隔をΔｔ、現在時刻をｔとする。

まず、第一の実施形態同様、コントローラ１０が、旋回操作圧、ブーム操作圧に従って、旋回ブーム上げ操作中であるか否かを判別する（ステップＳ１１０１、Ｓ１１０２）。旋回ブーム上げ操作でなければ、そのまま処理を終了する。

一方、旋回ブーム上げ操作中であると判別された場合、コントローラ１０は、上記手法で、等速旋回中であるか否かを判別する（ステップＳ１２０３）。

ステップＳ１２０３では、時刻ｔに取得した旋回加速度ａｃ（ｔ）と、前回取得した旋回加速度ａｃ（ｔ−Δｔ）とを比較する。そして、両者が等しければ、等速旋回中と判断する。あるいは、両者の差の絶対値が所定の閾値以下の場合、等速旋回中と判断する。

等速旋回中でなければ、そのまま処理を終了する。一方、等速旋回中と判断された場合、コントローラ１０は、ブーム操作圧カット弁１３に対し、閉指令を出力し（ステップＳ１１０４）、処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、旋回モータ７ｂの旋回加速度を検出し、コントローラ１０に出力する加速度センサ１１ｃをさらに備え、コントローラ１０は、前述の特定状態において、旋回加速度の変化量が所定の範囲内である場合、定常旋回状態にあると判別し、ブーム操作圧カット弁１３に閉指令を出力する。

従って、本実施形態によれば、第一の実施形態と同様、旋回ブーム上げ操作時であっても、開始直後のように、旋回操作に大きな負荷がかかる場合、旋回ラインとブームラインとをパラレル接続する。そして、定常旋回状態になると、両ラインを切り分けて独立回路とする。このため、第一の実施形態同様、エネルギーを効率的に利用できる。

例えば、負荷圧で開始直後であるか定常旋回状態であるかを判断する場合、フロント作業機２２が壁や地面に押し当てられている場合など、外力の影響でアクチュエータの負荷圧が上昇してしまう場合がある。しかしながら、本実施形態によれば、直接、旋回モータ７ｂの加速度を検出し、その結果を用いてブーム操作圧カット弁１３の遮断および導通を制御するため、旋回モータ７ｂの状態を、油圧駆動装置６０の制御に高精度に反映できる。

＜変形例＞
なお、旋回モータ圧力センサ１１ｂと加速度センサ１１ｃとを両方備えていてもよい。この場合のコントローラ１０による、カット弁制御処理の流れを、図１０に示す。

まず、コントローラ１０は、第一の実施形態と同様に、旋回操作圧およびブーム操作圧により、旋回ブーム上げ操作中であるか否かを判定する（ステップＳ１１０１、Ｓ１１０２）。旋回ブーム上げ操作中でないと判定された場合は、処理を終了する。

一方、旋回ブーム上げ操作中であると判定された場合、コントローラ１０は、ブーム負荷圧と旋回負荷圧とを比較する（ステップＳ１１０３）。ブーム負荷圧が旋回負荷圧以下の場合は、そのまま処理を終了する。

ブーム負荷圧が旋回負荷圧より大きい場合、コントローラ１０は、等速旋回中であるか否かを判定する（ステップＳ１２０３）。等速旋回中でなければ、そのまま処理を終了する。本判定は、第二の実施形態と同様の手法で行う。

一方、等速旋回中と判定された場合、コントローラ１０は、ブーム操作圧カット弁１３に対し、閉指令を出力し（ステップＳ１２０４）、処理を終了する。

本変形例によれば、まず、負荷圧により定常旋回状態の可能性が高いと判断されたときのみ、加速度で判断する。このため、効率よく、かつ、高精度に定常旋回状態であるか否かを判別できる。従って、本変形例によれば、より高精度に制御を行うことができ、さらに、エネルギー効率を向上させることができる。

＜変形例２＞
また、上記各実施形態では、ブーム操作圧カット弁１３として、開閉（遮断と導通）の２状態のみを有する電磁開閉弁（ＯＮ／ＯＦＦ弁）を用いる場合を例にあげて説明した。しかしながら、ブーム操作圧カット弁１３は、これに限定されない。例えば、ブーム操作圧カット弁１３は、メータリングを持つスプール弁を用いてもよい。

図１１に、本変形例のブーム操作圧カット弁１３のメータリング特性の一例を示す。本図において、横軸は、スプールストローク［ｍｍ］、縦軸は、ブーム操作圧カット弁１３の開口面積［ｍｍ^２］である。本図に示すように、本変形例のブーム操作圧カット弁１３の開口面積は、スプールストロークの増加に伴い、単調に減少する。なお、ブーム操作圧カット弁１３のスプールストロークは、コントローラ１０からの閉指令の指令電流の積算値で決定する。

本変形例のコントローラ１０は、ブーム負荷圧が旋回負荷圧より大きい場合、ブーム操作圧カット弁１３に閉指令を出力する。ここでは、閉指令を出力し続ける。これにより、ブーム操作圧カット弁１３の開口面積は、図１１の特性に従って、小さくなる。

本変形例によれば、上記各実施形態同様、エネルギーを効率的に利用できる。さらに、本変形例によれば、ブーム操作圧カット弁１３がメータリング特性を有する。このため、パラレル回路と独立回路との切替えを滑らかに行う事ができる。

なお、本変形例によれば、ブーム操作圧カット弁１３が閉じきっていない場合は、パラレル回路となる。このとき、上述のよ
うに、第三の制御弁６ｃをブーム操作圧カット弁１３により制御できる。そのため、パラレル回路時のブームシリンダ７ａと旋回モータ７ｂへの作動油の流量配分を、ポンプの傾転を変更することなく、第一の制御弁６ａ、第二の制御弁６ｂ、および第三の制御弁６ｃのみで制御できる。これにより、より細かな流量の制御が可能となる。

さらに、従来の回路では、複数のアクチュエータを駆動しようとした際には、負荷圧の低い方のアクチュエータへと作動油が流入しやすくなるため、圧力のバランスを調整するためにブリードライン上に絞りを設置している。しかし、メータリングを持ったブーム操作圧カット弁１３を用いることにより、このブーム操作圧カット弁１３が絞りの役割を果たす。すなわち、第三の制御弁６ｃを制御することにより、絞りの役割をブーム操作圧カット弁１３が実現する。従って、ブリードライン上に絞りを設けることなく、圧力のバランスを制御することができる。よって、エネルギーの無駄な消費を抑えることができる。

＜変形例３＞
さらに、作動油の温度によって、ブーム操作圧カット弁１３のスプール開度を調整してもよい。

この場合、油圧駆動装置６０ｂは、図１２に示すように、作動油の温度を検出する温度センサ１５を備える。そして、温度センサ１５の検出結果は、コントローラ１０に出力される。

コントローラ１０は、作動油の温度に応じて、ブーム操作圧カット弁１３のスプール開度を調整する。ここでは、変形例２同様、ブーム操作圧カット弁１３は、図１１に示すメータリング特性を有する。

前記の通り作動油は温度によって粘度が変化する。そのため、温度の違いによって油圧駆動装置６０ｂの圧力損失は異なる。すなわち、作動油が低温の場合、粘度が高く、油圧駆動装置６０ｂの圧力損失が高い。従って、作動油の温度が低いほど、作動油が流れやすくなるよう、ブーム操作圧カット弁１３の開度をより大きくする。

従って、本変形例においては、コントローラ１０は、検出された作動油の温度が低いほど、ブーム操作圧カット弁１３の開度をより開くようブーム操作圧カット弁１３に指令を出力する。ここでは、例えば、出力する閉指令の指令電流の大きさを、変形例２の場合に比較して小さくする。

このように、作動油の温度によってブーム操作圧カット弁１３の開度を調整することにより、温度の変化による圧力損失の変化によって、狙い通りの制御値から外れることを回避できる。従って、温度によらず一定の駆動状態を保つことができる。

１：原動機、２：第一の油圧ポンプ、３：第二の油圧ポンプ、４：パイロットポンプ、５：作動油タンク、６ａ：第一の制御弁、６ｂ：第二の制御弁、６ｃ：第三の制御弁、７ａ：ブームシリンダ、７ｂ：旋回モータ、８ａ：ブーム操作装置、８ｂ：旋回操作装置、９ａ：ブーム操作圧センサ、９ｂ：旋回操作圧センサ、
１０：コントローラ、１０ａ：コントローラ、１１ａ：ブームシリンダ圧力センサ、１１ｂ：旋回モータ圧力センサ、１１ｃ：加速度センサ、１２ａ：第一レギュレータ、１２ｂ：第二レギュレータ、１３：ブーム操作圧カット弁、１４：旋回リリーフ弁、１５：温度センサ、
２０：走行体、２１：旋回体、２２：フロント作業機、２３：走行モータ、２４：クローラ、２５：ブーム、２６：アーム、２７：バケット、２８：アームシリンダ、２９：バケットシリンダ、３０：運転室、３１：原動源室、５０：油圧ショベル、
６０：油圧駆動装置、６０ａ：油圧駆動装置、６０ｂ：油圧駆動装置、８１ａ：操作レバー、８１ｂ：操作レバー、８２ａ：操作弁、８２ｂ：操作弁

Claims (6)

1. 走行体と、前記走行体に旋回可能に設けられる旋回体と、前記旋回体を駆動する旋回モータと、前記旋回体に上下方向に回動可能に設けられるブームと、前記ブームを駆動するブームシリンダと、前記旋回モータおよび前記ブームシリンダを駆動する油圧駆動装置と、前記油圧駆動装置を制御するコントローラと、を備えた作業機械において、
   前記油圧駆動装置は、
   前記ブームシリンダに作動油を供給する第一の油圧ポンプと、
   前記旋回モータに作動油を供給する第二の油圧ポンプと、
   前記ブームを操作するための信号であるブーム操作圧を出力するブーム操作装置と、
   前記旋回体を操作するための信号である旋回操作圧を出力する旋回操作装置と、
   前記第一の油圧ポンプと前記ブームシリンダとの間に配置され、前記ブーム操作圧に応じて作動して前記第一の油圧ポンプから前記ブームシリンダへ供給される作動油の方向及び流量を制御する第一の制御弁と、
   前記第二の油圧ポンプと前記旋回モータとの間に配置され、前記旋回操作圧に応じて作動して前記第二の油圧ポンプから前記旋回モータへ供給される作動油の方向及び流量を制御する第二の制御弁と、
   前記第二の油圧ポンプと前記ブームシリンダとの間で、かつ、前記第二の制御弁とパラレルに配置され、前記ブーム操作圧が導入されていない状態では、前記第二の油圧ポンプから前記ブームシリンダへの作動油の供給を遮断すると共に、前記ブーム操作圧に応じて作動して前記第二の油圧ポンプから前記ブームシリンダへ供給される作動油の方向及び流量を制御する第三の制御弁と、
   前記ブーム操作装置と前記第三の制御弁との間に配置され、前記コントローラからの指令電流に基づいて開閉する電磁開閉弁と、
   前記第二の油圧ポンプと前記旋回モータとの間に設けられるリリーフ弁と、を備え、
   前記コントローラは、
   前記ブームの上げ操作と前記旋回体の旋回操作とが同時に行われることにより、前記第一の油圧ポンプから前記第一の制御弁を介して前記ブームシリンダへ作動油が供給され、かつ前記第二の油圧ポンプから前記第二の制御弁を介して前記旋回モータへ作動油が供給される特定状態において、
   前記旋回モータが定常旋回状態にまで至っていないと判別したときには、前記ブーム操作圧を前記第三の制御弁に導入するために前記電磁開閉弁を開くよう前記指令電流を出力して、前記第二の油圧ポンプから前記旋回モータへ供給する作動油の一部を前記第三の制御弁を介して前記ブームシリンダへ供給し、
   前記旋回モータが前記定常旋回状態にあると判別したときには、前記ブーム操作圧の前記第三の制御弁への導入を制限するために前記電磁開閉弁を閉じるように前記指令電流を出力することを特徴とする作業機械。
2. 請求項１記載の作業機械であって、
   前記油圧駆動装置は、
   前記ブームシリンダの負荷圧であるブーム負荷圧を検出し、前記コントローラに出力するブームシリンダ圧力センサと、
   前記旋回モータの負荷圧である旋回負荷圧を検出し、前記コントローラに出力する旋回モータ圧力センサと、をさらに備え、
   前記コントローラは、前記特定状態において、前記ブーム負荷圧と前記旋回負荷圧とを比較し、前記ブーム負荷圧が前記旋回負荷圧より大きい場合、前記定常旋回状態にあると判別すること
   を特徴とする作業機械。
3. 請求項１記載の作業機械であって、
   前記油圧駆動装置は、
   前記旋回モータの旋回加速度を検出し、前記コントローラに出力する加速度センサをさらに備え、
   前記コントローラは、前記特定状態において、前記旋回加速度の変化量が所定の範囲内である場合、前記定常旋回状態にあると判別すること
   を特徴とする作業機械。
4. 請求項１記載の作業機械であって、
   前記油圧駆動装置は、
   前記ブームシリンダの負荷圧であるブーム負荷圧を検出し、前記コントローラに出力するブームシリンダ圧力センサと、
   前記旋回モータの負荷圧である旋回負荷圧を検出し、前記コントローラに出力する旋回モータ圧力センサと、
   前記旋回モータの旋回加速度を検出し、前記コントローラに出力する加速度センサと、をさらに備え、
   前記コントローラは、前記特定状態において、前記ブーム負荷圧と前記旋回負荷圧とを比較した結果、前記ブーム負荷圧が前記旋回負荷圧より大きい場合であって、前記加速度センサが検出した前記旋回加速度の変化量が所定の範囲内である場合、前記定常旋回状態にあると判別すること
   を特徴とする作業機械。
5. 請求項１記載の作業機械であって、
   前記電磁開閉弁は、前記コントローラから前記指令電流の積算値で決定するスプールストロークが増大するにつれて導通させる前記ブーム操作圧が低下するメータリング特性を有すること
   を特徴とする作業機械。
6. 請求項５記載の作業機械であって、
   前記作動油の温度を検出して前記コントローラに出力する温度センサをさらに備え、
   前記コントローラは、前記温度センサで検出された温度が低いほど、出力する前記指令電流の大きさを低減すること
   を特徴とする作業機械。

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