JP2023151653A - ショベル - Google Patents

Abstract

【課題】ネガコン圧の上昇を抑制するショベルを提供する。【解決手段】下部走行体と、前記下部走行体に対し旋回可能な上部旋回体と、作動油を吐出するポンプと、油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータへ流れる作動油を制御する制御弁と、開口を変化可能なネガコン絞りと、制御部と、を有し、前記制御部は、前記ネガコン絞りの開口を変化させ、且つ、前記ポンプのスタンバイ流量を増加させる、ショベル。【選択図】図７

Description

本開示は、ショベルに関する。

作動油を供給するポンプ、制御弁、油圧アクチュエータを備えるショベルが知られている。特許文献１には、アタッチメントを利用する吊り作業が行われる場合、油圧ポンプのスタンバイ流量を、吊り作業以外の他の作業が行われる場合より大きくする、ショベルが開示されている。

特開２０２０－１６５２６８号公報

ところで、油圧アクチュエータの負荷が増大し、油圧アクチュエータの負荷圧が上昇することにより、油圧アクチュエータが動き出すまでの制御弁のスプールストローク量が大きくなる。これに対し、ポンプのスタンバイ流量を大きくすることにより、制御弁の圧力特性を変化させ、油圧アクチュエータが動き出すまでの制御弁のスプールストローク量を低減することができる。しかし、スタンバイ流量を増加させることにより、ネガコン圧が上昇するという課題がある。

そこで、本発明は、ネガコン圧の上昇を抑制するショベルを提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に対し旋回可能な上部旋回体と、作動油を吐出するポンプと、油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータへ流れる作動油を制御する制御弁と、開口を変化可能なネガコン絞りと、制御部と、を有し、前記制御部は、前記ネガコン絞りの開口を変化させ、且つ、前記ポンプのスタンバイ流量を増加させる。

本発明によれば、ネガコン圧の上昇を抑制するショベルを提供することができる。

本発明の実施形態に係るショベルの側面図である。 図１のショベルの上面図である。 図１のショベルに搭載される油圧システムの構成例を示す図である。 制御弁の開口面積及び圧力特性の一例を示すグラフである。 ネガコン圧とポンプ流量との関係を示すグラフの一例である。 コントローラの制御を説明するフローチャートである。 第１実施形態に係るショベルの制御におけるネガコン圧とポンプ流量との関係を示すグラフの一例である。 第２実施形態に係るショベルの制御におけるネガコン圧とポンプ流量との関係を示すグラフの一例である。

最初に、図１及び図２を参照して、本発明の実施形態に係る掘削機としてのショベル１００について説明する。図１はショベル１００の側面図であり、図２はショベル１００の上面図である。

本実施形態では、ショベル１００の下部走行体１はクローラ１Ｃを含む。クローラ１Ｃは、下部走行体１に搭載されている走行アクチュエータとしての走行油圧モータ２Ｍによって駆動される。具体的には、クローラ１Ｃは左クローラ１ＣＬ及び右クローラ１ＣＲを含む。左クローラ１ＣＬは左走行油圧モータ２ＭＬによって駆動され、右クローラ１ＣＲは右走行油圧モータ２ＭＲによって駆動される。

下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が旋回可能に搭載されている。旋回機構２は、上部旋回体３に搭載されている旋回アクチュエータとしての旋回油圧モータ２Ａによって駆動される。但し、旋回アクチュエータは、電動アクチュエータとしての旋回電動発電機であってもよい。

上部旋回体３にはブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられている。ブーム４、アーム５及びバケット６は、アタッチメントの一例であるアタッチメントＡＴを構成する。ブーム４はブームシリンダ７で駆動され、アーム５はアームシリンダ８で駆動され、バケット６はバケットシリンダ９で駆動される。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は、アタッチメントアクチュエータを構成している。図１及び図２に示す例では、バケット６は、掘削バケットであるが、スケルトンバケット又は（除礫バケット）であってもよい。また、バケット６は、バケットチルト機構を備えていてもよい。

上部旋回体３には、運転室としてのキャビン１０が設けられ、且つ、エンジン１１等の動力源が搭載されている。キャビン１０の内部には、操作装置２６、コントローラ３０、及び操作方式切換装置ＳＤ等が設けられている。また、上部旋回体３には、空間認識装置７０等が取り付けられている。なお、本書では、便宜上、上部旋回体３における、アタッチメントＡＴが取り付けられている側を前方とし、カウンタウェイトが取り付けられている側を後方とする。

空間認識装置７０は、ショベル１００の周囲の三次元空間に存在する物体を認識するように構成されている。また、空間認識装置７０は、空間認識装置７０又はショベル１００から認識された物体までの距離を算出するように構成されていてもよい。空間認識装置７０は、例えば、超音波センサ、ミリ波レーダ、撮像装置、ＬＩＤＡＲ、距離画像センサ、赤外線センサ等、又はそれらの任意の組み合わせを含む。撮像装置は、例えば、単眼カメラ又はステレオカメラ等である。本実施形態では、空間認識装置７０は、キャビン１０の上面前端に取り付けられた前方センサ７０Ｆ、上部旋回体３の上面後端に取り付けられた後方センサ７０Ｂ、上部旋回体３の上面左端に取り付けられた左方センサ７０Ｌ、及び、上部旋回体３の上面右端に取り付けられた右方センサ７０Ｒを含む。上部旋回体３の上方の空間に存在する物体を認識する上方センサがショベル１００に取り付けられていてもよい。

操作装置２６は、操作者がアクチュエータの操作のために用いる装置である。操作装置２６は、例えば、操作レバー及び操作ペダルを含む。アクチュエータは、油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータの少なくとも１つを含む。

操作方式切換装置ＳＤは、操作レバーの操作方式を切り換えることができるように構成される。例えば、操作方式切換装置ＳＤは、キャビン１０内の右側コンソールに設けられた押しボタンスイッチを含み、押しボタンスイッチが押される度に、第１操作方式と第２操作方式との間で操作レバーの操作方式を切り換えることができるように構成される。例えば、第１操作方式は、左操作レバー２６Ｌ（図３参照。）が前方に倒されたときにアーム５が開かれ、左操作レバー２６Ｌが後方に倒されたときにアーム５が閉じられ、左操作レバー２６Ｌが左方に倒されたときに左旋回が実行され、且つ、左操作レバー２６Ｌが右方に倒されたときに右旋回が実行されるように構成されている。また、第１操作方式は、右操作レバー２６Ｒ（図３参照。）が前方に倒されたときにブーム４が下げられ、右操作レバー２６Ｒが後方に倒されたときにブーム４が上げられ、右操作レバー２６Ｒが左方に倒されたときにバケット６が閉じられ、且つ、右操作レバー２６Ｒが右方に倒されたときにバケット６が開かれるように構成されている。一方で、第２操作方式は、左操作レバー２６Ｌ（図３参照。）が前方に倒されたときに右旋回が実行され、左操作レバー２６Ｌが後方に倒されたときに左旋回が実行され、左操作レバー２６Ｌが左方に倒されたときにアーム５が開かれ、且つ、左操作レバー２６Ｌが右方に倒されたときにアーム５が閉じられるように構成されている。

ショベル１００の操作者は、例えば、掘削バケットを用いて掘削作業を行う場合に第１操作方式を選択し、スケルトンバケット（除礫バケット）を用いて除礫作業を行う場合に第２操作方式を選択してもよい。

コントローラ３０は、ショベル１００を制御するための制御装置である。本実施形態では、コントローラ３０は、ＣＰＵ、揮発性記憶装置、及び不揮発性記憶装置等を備えたコンピュータで構成されている。そして、コントローラ３０は、各機能に対応するプログラムを不揮発性記憶装置から読み出して揮発性記憶装置にロードし、対応する処理をＣＰＵに実行させる。各機能は、例えば、操作者によるショベル１００の手動操作をガイド（案内）するマシンガイダンス機能、及び、操作者によるショベル１００の手動操作を支援したり或いはショベル１００を自動的或いは自律的に動作させたりするマシンコントロール機能を含む。コントローラ３０は、ショベル１００の周囲の監視範囲内に存在する物体とショベル１００との接触を回避するためにショベル１００を自動的或いは自律的に動作させたり或いは停止させたりする接触回避機能を含んでいてもよい。ショベル１００の周囲の物体の監視は、監視範囲内だけでなく監視範囲外に対しても実行される。

次に、図３を参照し、ショベル１００に搭載される油圧システムの構成例について説明する。図３は、ショベル１００に搭載される油圧システムの構成例を示す図である。図３は、機械的動力伝達系、作動油ライン、パイロットライン及び電気制御系を、それぞれ、二重線、実線、破線及び点線で示している。

ショベル１００の油圧システムは、主に、エンジン１１、レギュレータ１３、メインポンプ１４、パイロットポンプ１５、コントロールバルブユニット１７、操作装置２６、吐出圧センサ２８、操作センサ２９、及びコントローラ３０等を含む。

図３において、油圧システムは、エンジン１１によって駆動されるメインポンプ１４から、センターバイパス管路４０又はパラレル管路４２を経て作動油タンクまで作動油を循環させることができるように構成されている。

エンジン１１は、ショベル１００の駆動源である。本実施形態では、エンジン１１は、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。エンジン１１の出力軸は、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５のそれぞれの入力軸に連結されている。

メインポンプ１４は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブユニット１７に供給できるように構成されている。本実施形態では、メインポンプ１４は、斜板式可変容量型油圧ポンプである。

レギュレータ１３は、メインポンプ１４の吐出量を制御できるように構成されている。本実施形態では、レギュレータ１３は、コントローラ３０からの制御指令に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を調節することによってメインポンプ１４の吐出量を制御する。

パイロットポンプ１５は、パイロット圧生成装置の一例であり、パイロットラインを介して油圧制御機器に作動油を供給できるように構成されている。本実施形態では、パイロットポンプ１５は、固定容量型油圧ポンプである。但し、パイロット圧生成装置は、メインポンプ１４によって実現されてもよい。すなわち、メインポンプ１４は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブユニット１７に供給する機能に加え、パイロットラインを介して各種油圧制御機器に作動油を供給する機能を備えていてもよい。この場合、パイロットポンプ１５は、省略されてもよい。

コントロールバルブユニット１７は、ショベル１００における油圧システムを制御する油圧制御装置である。本実施形態では、コントロールバルブユニット１７は、制御弁１７１～１７６を含む。制御弁１７５は制御弁１７５Ｌ及び制御弁１７５Ｒを含み、制御弁１７６は制御弁１７６Ｌ及び制御弁１７６Ｒを含む。コントロールバルブユニット１７は、制御弁１７１～１７６を通じ、メインポンプ１４が吐出する作動油を１又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給できるように構成されている。制御弁１７１～１７６は、例えば、メインポンプ１４から油圧アクチュエータに流れる作動油の流量、及び、油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する。油圧アクチュエータは、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、左走行油圧モータ２ＭＬ、右走行油圧モータ２ＭＲ及び旋回油圧モータ２Ａを含む。

操作装置２６は、操作者がアクチュエータを操作できるように構成されている。本実施形態では、操作装置２６は、操作者が油圧アクチュエータを操作できるように構成された油圧アクチュエータ操作装置を含む。具体的には、油圧アクチュエータ操作装置は、パイロットラインを介して、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、コントロールバルブユニット１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できるように構成されている。パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力（パイロット圧）は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６の操作方向及び操作量に応じた圧力である。

吐出圧センサ２８は、メインポンプ１４の吐出圧を検出できるように構成されている。本実施形態では、吐出圧センサ２８は、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

操作センサ２９は、操作者による操作装置２６の操作の内容を検出できるように構成されている。本実施形態では、操作センサ２９は、アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６の操作方向及び操作量を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

メインポンプ１４は、左メインポンプ１４Ｌ及び右メインポンプ１４Ｒを含む。そして、左メインポンプ１４Ｌは、左センターバイパス管路４０Ｌ又は左パラレル管路４２Ｌを経て作動油タンクまで作動油を循環させ、右メインポンプ１４Ｒは、右センターバイパス管路４０Ｒ又は右パラレル管路４２Ｒを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。

左センターバイパス管路４０Ｌは、コントロールバルブユニット１７内に配置された制御弁１７１、１７３、１７５Ｌ及び１７６Ｌを通る作動油ラインである。右センターバイパス管路４０Ｒは、コントロールバルブユニット１７内に配置された制御弁１７２、１７４、１７５Ｒ及び１７６Ｒを通る作動油ラインである。

制御弁１７１は、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を左走行油圧モータ２ＭＬへ供給し、且つ、左走行油圧モータ２ＭＬが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７２は、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油を右走行油圧モータ２ＭＲへ供給し、且つ、右走行油圧モータ２ＭＲが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７３は、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を旋回油圧モータ２Ａへ供給し、且つ、旋回油圧モータ２Ａが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７４は、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をバケットシリンダ９へ供給し、且つ、バケットシリンダ９内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７５Ｌは、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。制御弁１７５Ｒは、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給し、且つ、ブームシリンダ７内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７６Ｌは、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７６Ｒは、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

左パラレル管路４２Ｌは、左センターバイパス管路４０Ｌに並行する作動油ラインである。左パラレル管路４２Ｌは、制御弁１７１、１７３、及び１７５Ｌの何れかによって左センターバイパス管路４０Ｌを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。右パラレル管路４２Ｒは、右センターバイパス管路４０Ｒに並行する作動油ラインである。右パラレル管路４２Ｒは、制御弁１７２、１７４、及び１７５Ｒの何れかによって右センターバイパス管路４０Ｒを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。

レギュレータ１３は、左レギュレータ１３Ｌ及び右レギュレータ１３Ｒを含む。左レギュレータ１３Ｌは、左メインポンプ１４Ｌの吐出圧に応じて左メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節することによって、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を制御する。具体的には、左レギュレータ１３Ｌは、例えば、左メインポンプ１４Ｌの吐出圧の増大に応じて左メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節して吐出量を減少させる。右レギュレータ１３Ｒについても同様である。吐出圧と吐出量との積で表されるメインポンプ１４の吸収パワー（吸収馬力）がエンジン１１の出力パワー（出力馬力）を超えないようにするためである。

操作装置２６は、左操作レバー２６Ｌ、右操作レバー２６Ｒ及び走行レバー２６Ｄを含む。走行レバー２６Ｄは、左走行レバー２６ＤＬ及び右走行レバー２６ＤＲを含む。

左操作レバー２６Ｌは、旋回操作とアーム５の操作に用いられる。左操作レバー２６Ｌは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７６のパイロットポートに導入させる。また、左右方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７３のパイロットポートに導入させる。

具体的には、左操作レバー２６Ｌは、アーム閉じ方向に操作された場合に、制御弁１７６Ｌの右側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７６Ｒの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、左操作レバー２６Ｌは、アーム開き方向に操作された場合には、制御弁１７６Ｌの左側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７６Ｒの右側パイロットポートに作動油を導入させる。また、左操作レバー２６Ｌは、左旋回方向に操作された場合に、制御弁１７３の左側パイロットポートに作動油を導入させ、右旋回方向に操作された場合に、制御弁１７３の右側パイロットポートに作動油を導入させる。

図３に示す例では、左操作レバー２６Ｌは、前後方向に操作されたときにアーム操作レバーとして機能し、左右方向に操作されたときに旋回操作レバーとして機能する。

右操作レバー２６Ｒは、ブーム４の操作とバケット６の操作に用いられる。右操作レバー２６Ｒは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７５のパイロットポートに導入させる。また、左右方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７４のパイロットポートに導入させる。

具体的には、右操作レバー２６Ｒは、ブーム下げ方向に操作された場合に、制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、右操作レバー２６Ｒは、ブーム上げ方向に操作された場合には、制御弁１７５Ｌの右側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、右操作レバー２６Ｒは、バケット閉じ方向に操作された場合に、制御弁１７４の右側パイロットポートに作動油を導入させ、バケット開き方向に操作された場合に、制御弁１７４の左側パイロットポートに作動油を導入させる。

図３に示す例では、右操作レバー２６Ｒは、前後方向に操作されたときにブーム操作レバーとして機能し、左右方向に操作されたときにバケット操作レバーとして機能する。

走行レバー２６Ｄは、クローラ１Ｃの操作に用いられる。具体的には、左走行レバー２６ＤＬは、左クローラ１ＣＬの操作に用いられる。左走行ペダルと連動するように構成されていてもよい。左走行レバー２６ＤＬは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７１のパイロットポートに導入させる。右走行レバー２６ＤＲは、右クローラ１ＣＲの操作に用いられる。右走行ペダルと連動するように構成されていてもよい。右走行レバー２６ＤＲは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７２のパイロットポートに導入させる。

吐出圧センサ２８は、吐出圧センサ２８Ｌ及び吐出圧センサ２８Ｒを含む。吐出圧センサ２８Ｌは、左メインポンプ１４Ｌの吐出圧を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。吐出圧センサ２８Ｒについても同様である。

操作センサ２９は、操作センサ２９ＬＡ、２９ＬＢ、２９ＲＡ、２９ＲＢ、２９ＤＬ、２９ＤＲを含む。操作センサ２９ＬＡは、操作者による左操作レバー２６Ｌに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作の内容は、例えば、レバー操作方向、レバー操作量（レバー操作角度）等である。

同様に、操作センサ２９ＬＢは、操作者による左操作レバー２６Ｌに対する左右方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作センサ２９ＲＡは、操作者による右操作レバー２６Ｒに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作センサ２９ＲＢは、操作者による右操作レバー２６Ｒに対する左右方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作センサ２９ＤＬは、操作者による左走行レバー２６ＤＬに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作センサ２９ＤＲは、操作者による右走行レバー２６ＤＲに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

コントローラ３０は、操作センサ２９の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ１３に対して制御指令を出力し、メインポンプ１４の吐出量を変化させる。また、コントローラ３０は、絞り（ネガコン絞り）１８の上流に設けられた制御圧センサ１９の出力（ネガコン圧）を受信し、必要に応じてレギュレータ１３に対して制御指令を出力し、メインポンプ１４の吐出量を変化させる。絞り１８は左絞り１８Ｌ及び右絞り１８Ｒを含み、制御圧センサ１９は左制御圧センサ１９Ｌ及び右制御圧センサ１９Ｒを含む。

ここで、絞り１８（１８Ｌ，１８Ｒ）は、開度を変更可能に構成されている。絞り１８は、絞り１８１と、絞り１８２と、開閉弁１８３と、リリーフ弁１８４と、を有する。絞り１８１、絞り１８２、リリーフ弁１８４は、並列に配置されている。開閉弁１８３は、コントローラ３０によって開閉可能な電磁弁であって、絞り１８２と直列に配置されている。開閉弁１８３を閉じることにより絞り１８１でネガコン圧を発生させる状態と、開閉弁１８３を開けることにより並列に配置された絞り１８１，１８２でネガコン圧を発生させる状態と、を切り換えることができる。リリーフ弁１８４は、作動油の圧力が所定のリリーフ圧以上となると開く。

なお、絞り１８は、複数の絞り１８１，１８２が並列に配置され、開閉弁１８３の開閉によって、絞り１８の開度を変更する構成を例に説明したが、これに限られるものではない。絞り１８は、開度を調整可能な絞りと、絞りと並列に配置されるリリーフ弁と、を有する構成であってもよい。

左センターバイパス管路４０Ｌには、最も下流にある制御弁１７６Ｌと作動油タンクとの間に左絞り１８Ｌが配置されている。そのため、左メインポンプ１４Ｌが吐出した作動油の流れは、左絞り１８Ｌで制限される。そして、左絞り１８Ｌは、左レギュレータ１３Ｌを制御するための制御圧を発生させる。左制御圧センサ１９Ｌは、この制御圧を検出するためのセンサであり、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。コントローラ３０は、この制御圧に応じて左メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節することによって、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を制御する。コントローラ３０は、この制御圧が大きいほど左メインポンプ１４Ｌの吐出量を減少させ、この制御圧が小さいほど左メインポンプ１４Ｌの吐出量を増大させる。右メインポンプ１４Ｒの吐出量も同様に制御される。

具体的には、図３で示されるようにショベル１００における油圧アクチュエータが何れも操作されていない待機状態の場合、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油は、左センターバイパス管路４０Ｌを通って左絞り１８Ｌに至る。そして、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油の流れは、左絞り１８Ｌの上流で発生する制御圧を増大させる。その結果、コントローラ３０は、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を許容最小吐出量まで減少させ、吐出した作動油が左センターバイパス管路４０Ｌを通過する際の圧力損失（ポンピングロス）を抑制する。一方、何れかの油圧アクチュエータが操作された場合、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油は、操作対象の油圧アクチュエータに対応する制御弁を介して、操作対象の油圧アクチュエータに流れ込む。そして、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油の流れは、左絞り１８Ｌに至る量を減少或いは消失させ、左絞り１８Ｌの上流で発生する制御圧を低下させる。その結果、コントローラ３０は、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を増大させ、操作対象の油圧アクチュエータに十分な作動油を循環させ、操作対象の油圧アクチュエータの駆動を確かなものとする。なお、コントローラ３０は、右メインポンプ１４Ｒの吐出量も同様に制御する。

上述のような構成により、図３の油圧システムは、待機状態においては、メインポンプ１４における無駄なエネルギ消費を抑制できる。無駄なエネルギ消費は、メインポンプ１４が吐出する作動油がセンターバイパス管路４０で発生させるポンピングロスを含む。また、図３の油圧システムは、油圧アクチュエータを作動させる場合には、メインポンプ１４から必要十分な作動油を作動対象の油圧アクチュエータに確実に供給できる。

また、ブームシリンダ７にはブームロッド圧センサＳ７Ｒ及びブームボトム圧センサＳ７Ｂが取り付けられている。アームシリンダ８にはアームロッド圧センサＳ８Ｒ及びアームボトム圧センサＳ８Ｂが取り付けられている。バケットシリンダ９にはバケットロッド圧センサＳ９Ｒ及びバケットボトム圧センサＳ９Ｂが取り付けられている。ブームロッド圧センサＳ７Ｒ、ブームボトム圧センサＳ７Ｂ、アームロッド圧センサＳ８Ｒ、アームボトム圧センサＳ８Ｂ、バケットロッド圧センサＳ９Ｒ及びバケットボトム圧センサＳ９Ｂは、集合的に「シリンダ圧センサ」とも称される。また、旋回油圧モータ２Ａには左旋回圧センサＳ１０Ｌ及び右旋回圧センサＳ１０Ｒが取り付けられている。

ブームロッド圧センサＳ７Ｒはブームシリンダ７のロッド側油室の圧力（以下、「ブームロッド圧」とする。）を検出し、ブームボトム圧センサＳ７Ｂはブームシリンダ７のボトム側油室の圧力（以下、「ブームボトム圧」とする。）を検出する。アームロッド圧センサＳ８Ｒはアームシリンダ８のロッド側油室の圧力（以下、「アームロッド圧」とする。）を検出し、アームボトム圧センサＳ８Ｂはアームシリンダ８のボトム側油室の圧力（以下、「アームボトム圧」とする。）を検出する。バケットロッド圧センサＳ９Ｒはバケットシリンダ９のロッド側油室の圧力（以下、「バケットロッド圧」とする。）を検出し、バケットボトム圧センサＳ９Ｂはバケットシリンダ９のボトム側油室の圧力（以下、「バケットボトム圧」とする。）を検出する。左旋回圧センサＳ１０Ｌは、旋回油圧モータ２Ａの左側ポートにおける作動油の圧力を検出する。右旋回圧センサＳ１０Ｒは、旋回油圧モータ２Ａの右側ポートにおける作動油の圧力を検出する。各センサで検出された値は、コントローラ３０に送信される。

次に、図４及び図５を用いて制御弁（１７１～１７６）及び絞り１８の特性について説明する。

図４は、制御弁（１７１～１７６）の開口面積及び圧力特性の一例を示すグラフである。図４において、横軸は、制御弁（１７１～１７６）のスプールストローク量を示す。縦軸は、制御弁（１７１～１７６）の開口面積及び圧力（回路圧）を示す。実線は、制御弁（１７１～１７６）の開口面積を示す。破線は、メインポンプ１４のスタンバイ流量が流量Ｑ１［Ｌ／ｍｉｎ］における回路圧の圧力特性を示す。一点鎖線は、メインポンプ１４のスタンバイ流量が流量Ｑ２［Ｌ／ｍｉｎ］における回路圧の圧力特性を示す。ここで、流量Ｑ２は、流量Ｑ１よりも大きい（Ｑ２＞Ｑ１）。また、油圧アクチュエータの負荷圧の一例を二点鎖線で示す。ここで、スタンバイ流量とは、油圧アクチュエータが動き出す前の状態（スタンバイ状態）において、メインポンプ１４から吐出した作動油が油圧回路内に流れる流量のことである。

図４に示すように、制御弁のスプールストローク量が大きくなると、圧力特性（破線、一点鎖線参照）における回路圧は、増加する。そして、圧力特性によって増加した圧力（回路圧）が負荷圧を超えることで油圧アクチュエータが動き出す。このため、油圧アクチュエータへの負荷が増大し、油圧アクチュエータの負荷圧が上昇すると、油圧アクチュエータが動き出すまでの制御弁のスプールストローク量が大きくなる。

これに対し、メインポンプ１４のスタンバイ流量を大きくすることにより、制御弁（１７１～１７６）の圧力特性を変化させ、油圧アクチュエータが動き出すまでの制御弁のスプールストローク量を低減することができる。図４に示す例において、二点鎖線で示す負荷圧において、破線で示すスタンバイ流量を流量Ｑ１（破線参照）から流量Ｑ２（一点鎖線参照）に増加させることにより、圧力特性を変更させ、油圧アクチュエータが動き出すまでの制御弁のスプールストローク量をＳ１からＳ２に低減することができる。

図５は、ネガコン圧とポンプ流量との関係を示すグラフの一例である。横軸はネガコン圧を示し、縦軸は作動油の流量を示す。また、スタンバイ流量が流量Ｑ１及び流量Ｑ２におけるネガコン圧に対するメインポンプ１４のポンプ流量を実線で示す。また、ネガコン圧に対する絞り１８を流れる流量（ネガコン流量）を破線で示す。メインポンプ１４のポンプ流量とネガコン流量との差が油圧アクチュエータに供給される流量（ＰＣ流量）を示す。なお、図５の例において、絞り１８は、絞り１８１と、リリーフ弁１８４と、を有する。

図５の実線に示すように、コントローラ３０は、制御圧センサ１９で検出したネガコン圧に基づいて、メインポンプ１４のポンプ流量を制御する。そして、実線で示すメインポンプ１４のポンプ流量の特性と破線で示すネガコン流量の特性との交点の位置でポンプ流とネガコン流量とがつり合う。スタンバイ流量を流量Ｑ１において、ネガコン圧が圧力Ｐ１でポンプ流量とネガコン流量とがつり合う。

ここで、スタンバイ流量を流量Ｑ１から流量Ｑ２に増加させることにより、ポンプ流量とネガコン流量とがつり合うネガコン圧が圧力Ｐ１から圧力Ｐ２に上昇する。

ネガコン圧が圧力Ｐ１から圧力Ｐ２に上昇することで、油圧回路内の圧力が上昇する。これにより、油圧回路内の各種のバルブに加わる圧力が上昇し、バルブの耐久性が低下するおそれがある。また、スタンバイ流量が増加し、ネガコン圧が増加することにより、絞り１８を通過する作動油によって生じる音が大きくなる。

また、破線で示すネガコン流量は、ネガコン圧の増加とともにネガコン流量が増加し、所定のネガコン圧（圧力Ｐ５）以上ではリリーフ弁１８４が作動することによりネガコン圧に対するネガコン流量の特性（傾き）が変化する。ネガコン圧が圧力Ｐ５よりも小さい圧力Ｐ１から圧力Ｐ５よりも大きい圧力Ｐ２に上昇することで、リリーフ弁１８４が作動して、特性が変化するため、油圧を制御しにくくなるという課題がある。

次に、本実施形態に係るショベル１００のコントローラ３０による制御について、図６を用いて説明する。図６は、コントローラ３０の制御を説明するフローチャートである。

ステップＳ１０１において、コントローラ３０は、操作レバー（左操作レバー２６Ｌ、右操作レバー２６Ｒ）の操作後、且つ、油圧アクチュエータが動き出す前（スタンバイ状態）における油圧アクチュエータの負荷圧（保持圧）を測定する。例えば、ブーム４上げの際には、負荷圧としてブームシリンダ７のボトム圧を測定する。ブーム４下げの際には、負荷圧としてブームシリンダ７のロッド圧を測定する。例えば、アーム５閉じの際には、負荷圧としてアームシリンダ８のボトム圧を測定するアーム５開きの際には、負荷圧としてアームシリンダ８のロッド圧を測定する。バケット６の開閉、上部旋回体３の旋回についても同様である。

ステップＳ１０２において、コントローラ３０は、制御切替を判断する。具体的には、コントローラ３０は、ステップＳ１０１で測定した負荷圧が所定の閾値以上であるか否かを判断する。負荷圧が所定の閾値以上である場合（Ｓ１０２・Ｙｅｓ）、コントローラ３０の処理はステップＳ１０３に進む。負荷圧が所定の閾値以上でない場合（Ｓ１０２・Ｎｏ）、コントローラ３０の処理はステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０３において、コントローラ３０は、操作レバーの操作後、且つ、油圧アクチュエータが動き出す前（スタンバイ状態）において、絞り１８の開口面積を大きく、スタンバイ流量を大きく（例えば、流量Ｑ２）する。例えば、開閉弁１８３を開き、絞り１８の開口面積を並列に配置された絞り１８１，１８２の開口面積の和とする。

ステップＳ１０４において、コントローラ３０は、油圧アクチュエータの負荷圧を測定する。ステップＳ１０５において、コントローラ３０は、制御切替を判断する。具体的には、コントローラ３０は、ステップＳ１０４で測定した負荷圧が所定の閾値以上であるか否かを判断する。負荷圧が所定の閾値以上である場合（Ｓ１０５・Ｙｅｓ）、コントローラ３０の処理はステップＳ１０４に戻る。負荷圧が所定の閾値以上でない場合（Ｓ１０４・Ｎｏ）、コントローラ３０の処理はステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６において、コントローラ３０は、操作レバーの操作後、且つ、油圧アクチュエータが動き出す前（スタンバイ状態）において、絞り１８の開口面積を小さく、スタンバイ流量を小さく（例えば、流量Ｑ１）する。例えば、開閉弁１８３を閉じ、絞り１８の開口面積を絞り１８１の開口面積のみとする。

その後、コントローラ３０の制御は、ステップＳ１０１に戻り、絞り１８の制御を繰り返す。

図７は、第１実施形態に係るショベル１００の制御におけるネガコン圧とポンプ流量との関係を示すグラフの一例である。横軸はネガコン圧を示し、縦軸は作動油の流量を示す。また、スタンバイ流量が流量Ｑ１及び流量Ｑ２におけるネガコン圧に対するメインポンプ１４のポンプ流量を実線で示す。また、ネガコン絞り小におけるネガコン圧に対する絞り１８を流れる流量（ネガコン流量）を破線で示す。ネガコン絞り大におけるネガコン圧に対する絞り１８を流れる流量（ネガコン流量）を一点鎖線で示す。メインポンプ１４のポンプ流量とネガコン流量との差が油圧アクチュエータに供給される流量（ＰＣ流量）を示す。なお、図７の例において、ネガコン絞り小は、開閉弁１８３を閉じ、絞り１８の開口面積を絞り１８１の開口面積のみとする。ネガコン絞り大は、開閉弁１８３を開き、絞り１８の開口面積を並列に配置された絞り１８１，１８２の開口面積の和とする。

前述する図５に示すように、スタンバイ流量を流量Ｑ１から流量Ｑ２に増加させることにより、ネガコン圧が圧力Ｐ１から圧力Ｐ２に上昇する。

これに対し、図７に示すように、第１実施形態に係るショベル１００の制御において、スタンバイ流量を流量Ｑ１から流量Ｑ２に増加させるとともに、絞り１８の開口面積をネガコン絞り小からネガコン絞り大に増加させる。これにより、スタンバイ流量Ｑ２におけるネガコン圧を圧力Ｐ３とすることができ、ネガコン圧の増加を抑制することができる。

これにより、油圧アクチュエータの負荷圧が上昇した場合であっても、油圧アクチュエータが動き出すまでの制御弁のスプールストローク量の増加を抑制することができる。

また、ネガコン圧が増加することを抑制することができる。よって、油圧回路内の各種のバルブに加わる圧力を抑制し、バルブの耐久性が低下することを防止することができる。また、ネガコン圧を抑制し、絞り１８を通過する作動油によって生じる音を抑制することができる。また、リリーフ弁１８４が作動することを抑制することができる。

なお、ステップＳ１０３及びステップＳ１０６において、コントローラ３０は、絞り１８の開口面積、メインポンプ１４のスタンバイ流量を制御するものとして説明したがこれに限られるものではない。

図８は、第２実施形態に係るショベル１００の制御におけるネガコン圧とポンプ流量との関係を示すグラフの一例である。横軸はネガコン圧を示し、縦軸は作動油の流量を示す。また、スタンバイ流量が流量Ｑ１及び流量Ｑ２におけるネガコン圧に対するメインポンプ１４のポンプ流量を実線で示す。また、ネガコン絞り小におけるネガコン圧に対する絞り１８を流れる流量（ネガコン流量）を破線で示す。ネガコン絞り大におけるネガコン圧に対する絞り１８を流れる流量（ネガコン流量）を一点鎖線で示す。メインポンプ１４のポンプ流量とネガコン流量との差が油圧アクチュエータに供給される流量（ＰＣ流量）を示す。なお、図８の例において、ネガコン絞り小は、開閉弁１８３を閉じ、絞り１８の開口面積を絞り１８１の開口面積のみとする。ネガコン絞り大は、開閉弁１８３を開き、絞り１８の開口面積を並列に配置された絞り１８１，１８２の開口面積の和とする。

第２実施形態に係るショベル１００の制御において、スタンバイ流量を流量Ｑ１から流量Ｑ２に増加させるとともに、絞り１８の開口面積をネガコン絞り小からネガコン絞り大に増加させる。加えて、ネガコン圧に対するメインポンプ１４のポンプ流量の特性を変更する。ここでは、ネガコン圧の降下に対するポンプ流量の増加量を抑えるように特性を変更する。換言すれば、ネガコン圧の増加に対するポンプ流量の減少する傾きを小さく（緩やかに）する。これにより、スタンバイ流量Ｑ２におけるネガコン圧を圧力Ｐ４とすることができ、ネガコン圧の増加を抑制することができる。

これにより、油圧アクチュエータの負荷圧が上昇した場合であっても、油圧アクチュエータが動き出すまでの制御弁のスプールストローク量の増加を抑制することができる。

また、ネガコン圧が増加することを抑制することができる。よって、油圧回路内の各種のバルブに加わる圧力を抑制し、バルブの耐久性が低下することを防止することができる。また、ネガコン圧を抑制し、絞り１８を通過する作動油によって生じる音を抑制することができる。また、リリーフ弁１８４が作動することを抑制することができる。

１００ ショベル
１ 下部走行体
２Ａ 旋回油圧モータ（油圧アクチュエータ）
２ 旋回機構
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（油圧アクチュエータ）
８ アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
９ バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）
１５ パイロットポンプ
１７ コントロールバルブユニット
１７１～１７６ 制御弁
１８ 絞り（ネガコン絞り）
１８１，１８２ 絞り
１８３ 開閉弁
１８４ リリーフ弁
２６ 操作装置
３０ コントローラ
３１ 比例弁（電磁比例弁）

Claims (8)

1. 下部走行体と、
   前記下部走行体に対し旋回可能な上部旋回体と、
   作動油を吐出するポンプと、
   油圧アクチュエータと、
   前記油圧アクチュエータへ流れる作動油を制御する制御弁と、
   開口を変化可能なネガコン絞りと、
   制御部と、を有し、
   前記制御部は、
   前記ネガコン絞りの開口を変化させ、且つ、前記ポンプのスタンバイ流量を増加させる、
   ショベル。
2. 前記制御部は、
   前記油圧アクチュエータの負荷圧を検知し、前記負荷圧が閾値よりも大きい場合、前記ネガコン絞りの開口を変化させ、且つ、前記ポンプのスタンバイ流量を増加させる、
   請求項１に記載のショベル。
3. 前記制御部は、
   前記油圧アクチュエータの負荷圧を検知し、前記負荷圧が閾値よりも大きい場合、前記ネガコン絞りの開口を大きくし、且つ、前記ポンプのスタンバイ流量を増加させる、
   請求項１に記載のショベル。
4. 前記制御部は、
   前記負荷圧に基づいて、前記ポンプの特性を変更する、
   請求項２または請求項３に記載のショベル。
5. 前記制御部は、
   前記負荷圧に基づいて、前記ネガコン絞りによって形成されるネガコン圧と前記ポンプの流量との関係を変更する、
   請求項４に記載のショベル。
6. 前記制御部は、
   前記ネガコン圧の降下に対する前記ポンプの流量の増加量を抑えるように特性を変更する、
   請求項５に記載のショベル。
7. 前記ネガコン絞りは、開口面積が可変可能な可変ネガコン絞りである、
   請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のショベル。
8. 前記ネガコン絞りは、第１の絞りと、前記第１の絞りと平行に配置される第２の絞りと、前記第２の絞りと直列に配置される開閉弁と、を有し、前記開閉弁を開閉することで開口面積を変化させる、
   請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のショベル。

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