JP3576064B2 - Control equipment for construction machinery - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設機械に備えられる油圧ポンプからの作動油の流量を制御弁により制御して、ブームシリンダ,スティックシリンダ,バケットシリンダ,旋回モータ等の油圧アクチュエータの作動を制御する、建設機械の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、油圧ショベル等の建設機械は、図12に示すように、上部旋回体102と下部走行体100と作業装置118とからなっている。
下部走行体100は、互いに独立して駆動しうる右トラック100R及び左トラック100Lをそなえており、一方、上部旋回体102は、下部走行体100に対して水平面内で旋回可能に設けられている。このため、上部旋回体102には旋回モータ(旋回用油圧アクチュエータ)が取り付けられている
また、作業装置118は、主にブーム103,スティック104,バケット108等からなっており、ブーム103は、上部旋回体102に対して回動可能に枢着されている。また、ブーム103の先端には、同じく鉛直面内に回動可能にスティック104が接続されている。
【0003】
また、上部旋回体102とブーム103との間には、ブーム103を駆動するためのブーム駆動用油圧シリンダ(ブームシリンダ,ブーム駆動用油圧アクチュエータ)105が設けられるとともに、ブーム103とスティック104との間には、スティック104を駆動するためのスティック駆動用油圧シリンダ(スティックシリンダ,スティック駆動用油圧アクチュエータ)106が設けられている。また、スティック104とバケット108との間には、バケット108を駆動するためのバケット駆動用油圧シリンダ(バケットシリンダ,バケット駆動用油圧アクチュエータ)107が設けられている。
【0004】
また、上述の各シリンダ105〜107や旋回モータには、エンジン(主に、ディーゼルエンジン)により駆動される複数(一般に2つ)の油圧ポンプ、ブーム用制御弁,スティック用制御弁,バケット用制御弁,旋回用制御弁等の複数の制御弁を備える油圧回路(図示せず)が接続されており、これらの油圧ポンプから各制御弁を介して所定の油圧の作動油が供給され、このようにして供給された作動油圧に応じて駆動されるようになっている。
【0005】
このような構成により、ブーム103は図中矢印a方向及び矢印b方向に、スティック104は図中矢印c方向及び矢印d方向に、バケット108は図中矢印e方向及び矢印f方向に回動可能に構成されている。
なお、ブーム103の図中矢印a方向への回動をブームアップといい、図中矢印b方向への回動をブームダウンという。また、スティック104の図中矢印c方向への回動をスティックアウトといい、図中矢印d方向への回動をスティックインという。また、バケット108の図中矢印e方向への回動をバケットオープンといい、図中矢印f方向への回動をバケットインという。
【0006】
また、運転操作室101には、油圧ショベルの作動(走行,旋回,ブーム回動,スティック回動及びバケット回動)を制御するための操作部材として、左レバー,右レバー,左ペダル及び右ペダル等がそなえられている。
また、運転操作室101内には、複数のワークモードスイッチも設けられており、トラックローディングモード(ブーム優先モード), トレンチングモード(スウィング優先モード), レベリングモード, タンピングモード等の各種のモードを運転操作者が作業に応じて最適なものを適宜選択しうるようになっている。なお、このような選択が行われない通常の場合は、建設機械の作業においてはスティック104の動作が重要であり、これを最も優先される必要があるため、スティック104の作動を優先する回路構成となっている。
【0007】
そして、例えばオペレータがこれらのレバーやペダル等の操作部材を操作することにより、油圧回路の各制御弁が制御されて、各シリンダ105〜107や旋回モータが駆動され、これにより、ブーム103,スティック104及びバケット108等を回動させ、上部旋回体102を旋回させうるようになっている。 また、各制御弁を制御するために、パイロット油圧回路が設けられている。これにより、ブーム103やスティック104を作動させるには、運転操作室101内のブーム操作部材やスティック操作部材を操作して、パイロット油圧をパイロット油路を通じてブーム用制御弁やスティック用制御弁に作用させて、ブーム用制御弁やスティック用制御弁を所要の位置に駆動させる。これにより、ブーム駆動用油圧シリンダ105やスティック駆動用油圧シリンダ106への作動油が給排調整され、これらのシリンダ105,106が所要の長さに伸縮駆動されることになる。
【0008】
また、上部旋回体102を作動させるには、運転操作室101内の旋回用操作部材を操作して、パイロット油圧をパイロット油路を通じて旋回用制御弁に作用させて、旋回用制御弁を所要の位置に移動させる。これにより、旋回モータへの作動油が給排調整され、この旋回モータが駆動されることになる。
上述のように、油圧ショベルでは、各シリンダ105〜107を伸縮駆動させて、ブーム103,スティック104, バケット108等の作業装置118を駆動させたり、旋回モータを駆動させて上部旋回体102を旋回させることで、壁けずり作業や水平ならし作業等のエクスカベーション,掘削作業等のディギング,積込作業等のリフト/旋回動作等を行なうようになっている。
【0009】
ここで、エクスカベーション時には、スティックイン操作と旋回操作とが同時に行なわれる。また、ディギング時にはスティックイン操作とバケット操作とが同時に行なわれる。さらに、リフト/旋回時にはブームアップ操作と旋回操作とが同時に行なわれる。
これらの作業時には、複数の油圧ポンプのうちのそれぞれの油圧ポンプから各油圧アクチュエータへ作動油が供給されるようになっている。この場合、これらの油圧ポンプは一つのエンジンにより駆動されるため、エンジンからのエンジン出力は、それぞれの油圧ポンプのエンジンに対するポンプ負荷に応じて使われることになる。なお、エンジン出力とは、エンジンから出力されるエンジンパワー,エンジントルク,エンジン馬力を含むものとする。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の油圧ポンプの制御においては、複数の油圧ポンプを駆動するのに必要なエンジン出力(合計馬力,合計ポンプ馬力)及び複数の油圧ポンプ間のエンジン出力配分(複数の油圧ポンプ間の馬力配分)をいずれも固定値として設定している。
【0011】
例えば、エンジンの最大馬力が約140馬力(約140PS;約102.20kW)であれば、この1つのエンジンにより駆動される複数の油圧ポンプの合計馬力(合計ポンプ馬力)は約140馬力(約140PS;約102.20kW)に固定的に設定されてしまう。また、複数の油圧ポンプ間の馬力配分も、ほぼ等分に、かつ、固定的に設定されてしまうのが通例である。
【0012】
このように合計馬力や馬力配分が固定的に設定されてしまうと、作業条件(例えば、負荷圧力の大きさや作動するアクチュエータの組み合わせ)によっては、馬力損失が大きくなって作業に必要な十分な力(パワー)が得られなかったり、十分な作業スピードが得られなかったりして、作業効率が低下することになる。
ここで、固定的に設定されるエンジン馬力(合計馬力,合計ポンプ馬力)と負荷圧力との関係について見てみると、馬力が固定値で一定という条件下では、負荷圧力が低ければ油圧ポンプから吐出される作動油の流量は多くなるが(ポンプ流量=馬力(一定)/負荷圧力)、油圧ポンプから吐出される作動油の流量が増加すると、配管系の圧損が増加して配管圧損による馬力損失が大きくなるため、エンジン馬力(ポンプ馬力)のうち油圧アクチュエータへ供給可能な有効馬力(有効作動油圧)が減少し、作業に必要な十分な力(パワー)が得られないことになる。
【0013】
また、この配管圧損による馬力損失分は熱となって作動油の温度を上昇させ、この温度上昇に起因して作動油の粘度が低下して油圧機器の内部リークが増大して、油圧システムの効率(油圧アクチュエータへの作動油供給効率)が悪化し、十分な作業スピードが得られずに作業効率が悪化することになる。
さらに、過度の作動油温の上昇を防止するために、大型のオイルクーラが必要になったり、冷却ファンを設ける場合にはこの冷却ファンを駆動するために余分な馬力が必要になったりもする。
【0014】
次に、複数の油圧アクチュエータ間における馬力配分(エンジン馬力の馬力配分)の関係について見てみると、複数の操作部材を連動操作して複数の油圧アクチュエータを同時に作動させる場合であっても、優先的にパワフルに作動して欲しい油圧アクチュエータと、補助的に最低限の作動をしてくれればよい油圧アクチュエータとが存在する。
【0015】
例えば、スティックインとバケットインとを同時に行なうことで掘削作業をする場合には、スティック104が優先的にパワフルに作動して欲しい作業機であり、バケット108は最低限の作動してくれれば良い作業機である。
ところで、このような作動パターン(例えば、掘削作業のように複数の油圧アクチュエータを同時に作動させる場合)を考慮して、各油圧アクチュエータ毎に対応する油圧ポンプがそれぞれ接続されるように油圧回路が構成されている。
【0016】
しかし、例えばスティック駆動用油圧シリンダ106には油路を介して第2油圧ポンプが接続されており、バケット駆動用油圧シリンダ107には第1油圧ポンプが接続されているとしても、第1油圧ポンプ及び第2油圧ポンプの双方が1つのエンジンにより駆動され、第1油圧ポンプと第2油圧ポンプとの間の馬力配分が等分とされる場合には、優先的に作動させたいスティック駆動用油圧シリンダ106へ十分な量の作動油が供給されず、また十分な作動油圧も得られないため、スティック104をパワフルに作動させることはできず、作業効率(作業サイクルタイム等)も良くない。
【0017】
ここで、パワフルに作動して欲しい油圧アクチュエータに接続される油圧ポンプ(上述の例においては、スティック駆動用油圧シリンダ106へ接続される第2ポンプ)へより多くのエンジン馬力(ポンプ馬力)を配分すれば作業効率を改善させることができると考えられる。
しかし、作業機にかかる負荷圧力に応じて合計馬力を可変に設定する制御と、複数の油圧ポンプ間の馬力配分を可変とする制御との双方を作業の種類にかかわらず一律に実施しようとすると、以下のような不具合が発生する場合がある。
【0018】
例えば、作業機にかかる負荷圧力に応じて合計馬力を可変に設定する制御を実施する場合に、作業の種類にかかわらず一律に負荷圧力に応じて馬力が小さくなるように設定してしまうと、作業の種類によっては作業効率が低下してしまうことになる。例えば、ブームアップ時に、負荷圧力に応じて合計馬力が小さくなるように設定してしまうと、サイクルタイムが長くなってしまう不具合が発生する。このため、ブームアップ時には、全負荷圧力域でエンジン馬力のフル馬力がそれぞれの油圧ポンプのポンプ馬力として使われるようにする必要がある。
【0019】
また、複数の油圧ポンプ間の馬力配分を可変に設定する制御を実施する場合に、操作される複数の油圧アクチュエータの組み合わせにかかわらず一律に馬力配分を行なってしまうと、複数の油圧アクチュエータの組み合わせによっては最適な馬力配分が行なわれず、エンジン出力を効率的に利用することができない場合がある。
【0020】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、エンジン出力の損失を低減させてシステム全体の効率を向上させるとともに、エンジン出力を効率的に利用できるようにして作業効率を向上させた、建設機械の制御装置を提供することを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1記載の本発明の建設機械の制御装置は、建設機械に備えられるエンジンにより駆動され、タンク内の作動油を吐出する複数の油圧ポンプと、オペレータにより操作される複数の操作レバーと、上記複数の油圧ポンプに接続される複数の油圧アクチュエータと、上記の複数の油圧ポンプからの吐出流量を調整すべく上記の複数の油圧ポンプの傾転角を制御する制御手段とを備え、該制御手段が、上記の複数の操作レバーからの電気信号に基づいて上記の複数の油圧アクチュエータのうちの2つの油圧アクチュエータを同時に作動させる作業であると判定した場合、該2つの油圧アクチュエータの組み合わせに応じて、該2つの油圧アクチュエータのそれぞれに接続される複数の油圧ポンプに配分されるエンジン出力の配分割合を設定し、該配分割合になるように上記の複数の油圧ポンプのそれぞれの傾転角を制御することを特徴としている。
【0022】
請求項2記載の本発明の建設機械の制御装置は、請求項1記載の装置において、複数の油圧ポンプにより吐出される作動油のポンプ吐出圧を検出する圧力センサを備え、制御手段が、圧力センサからの検出信号に応じて設定される上限出力に基づいて複数の油圧ポンプのそれぞれに配分されるエンジン出力を設定し、配分出力になるように複数の油圧ポンプのそれぞれの傾転角を制御することを特徴としている。
【0023】
請求項3記載の本発明の建設機械の制御装置は、請求項1記載の装置において、上記の複数の操作レバーが、該建設機械を旋回させるために操作される旋回用操作レバーと、該建設機械に備えられるスティックを作動させるために操作されるスティック用操作レバーを含み、該制御手段が、上記の旋回用操作レバー及びスティック用操作レバーからの電気信号に基づいて旋回操作とスティック操作とを伴うエクスカベーション作業であるか否かを判定するエクスカベーション判定手段と、該油圧ポンプからの吐出流量を調整すべく該油圧ポンプの傾転角を制御するポンプ傾転角制御手段とを備え、該ポンプ傾転角制御手段が、該エクスカベーション判定手段によりエクスカベーション作業であると判定された場合に、上記複数の油圧アクチュエータのうちの旋回用油圧アクチュエータ及びスティック駆動用油圧アクチュエータのそれぞれに接続される複数の油圧ポンプに配分されるエンジン出力の配分割合を設定し、該配分割合になるように上記の複数の油圧ポンプのそれぞれの傾転角を制御することを特徴としている。
【0024】
請求項4記載の本発明の建設機械の制御装置は、請求項3記載の装置において、複数の油圧ポンプにより吐出される作動油のポンプ吐出圧を検出する圧力センサを備え、ポンプ傾転角制御手段が、圧力センサからの検出信号に応じて設定される上限出力から建設機械を旋回させるのに最低限必要な旋回最低要求出力を減算することにより複数の油圧ポンプのそれぞれに配分されるエンジン出力を設定し、配分出力になるように複数の油圧ポンプのそれぞれの傾転角を制御することを特徴としている。
【0025】
請求項5記載の本発明の建設機械の制御装置は、請求項1記載の装置において、上記の複数の操作レバーが、該建設機械に備えられるスティックを作動させるために操作されるスティック用操作レバーと、該建設機械に備えられるバケットを作動させるために操作されるバケット用操作レバーを含み、該制御手段が、上記のスティック用操作レバー及びバケット用操作レバーからの電気信号に基づいてスティック操作とバケット操作とを伴うディギング作業であるか否かを判定するディギング判定手段と、該油圧ポンプからの吐出流量を調整すべく該油圧ポンプの傾転角を制御するポンプ傾転角制御手段とを備え、該ポンプ傾転角制御手段が、該ディギング判定手段によりディギング作業であると判定された場合に、上記複数の油圧アクチュエータのうちのスティック駆動用油圧アクチュエータ及びバケット駆動用油圧アクチュエータのそれぞれに接続される複数の油圧ポンプに配分されるエンジン出力の配分割合を設定し、該配分割合になるように上記の複数の油圧ポンプのそれぞれの傾転角を制御することを特徴としている。
【0026】
請求項6記載の本発明の建設機械の制御装置は、請求項5記載の装置において、複数の油圧ポンプにより吐出される作動油のポンプ吐出圧を検出する圧力センサを備え、ポンプ傾転角制御手段が、圧力センサからの検出信号に応じて設定される上限出力からバケットを作動させるのに最低限必要なバケット最低要求出力を減算することにより複数の油圧ポンプのそれぞれに配分されるエンジン出力を設定し、配分出力になるように複数の油圧ポンプのそれぞれの傾転角を制御することを特徴としている。
【0027】
請求項7記載の本発明の建設機械の制御装置は、請求項1記載の装置において、上記の複数の操作レバーが、該建設機械に備えられるブームを作動させるために操作されるブーム用操作レバーと、該建設機械を旋回させるために操作される旋回用操作レバーとを含み、
該制御手段が、上記のブーム用操作レバー及び旋回用操作レバーからの電気信号に基づいてブーム操作と旋回操作とを伴うリフト/旋回時であるか否かを判定するリフト/旋回判定手段と、該油圧ポンプからの吐出流量を調整すべく該油圧ポンプの傾転角を制御するポンプ傾転角制御手段とを備え、該ポンプ傾転角制御手段が、該リフト/旋回判定手段によりリフト/旋回時であると判定された場合に、上記複数の油圧アクチュエータのうちのブーム駆動用油圧アクチュエータ及び旋回用油圧アクチュエータのそれぞれに接続される複数の油圧ポンプに配分されるエンジン出力の配分割合を設定し、該配分割合になるように上記の複数の油圧ポンプのそれぞれの傾転角を制御することを特徴としている。
【0028】
請求項8記載の本発明の建設機械の制御装置は、請求項7記載の装置において、複数の油圧ポンプにより吐出される作動油のポンプ吐出圧を検出する圧力センサを備え、ポンプ傾転角制御手段が、圧力センサからの検出信号に応じて設定される上限出力から建設機械を旋回させるのに最低限必要な旋回最低要求出力を減算することにより複数の油圧ポンプのそれぞれに配分されるエンジン出力を設定し、配分出力になるように複数の油圧ポンプのそれぞれの傾転角を制御することを特徴としている。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
まず、本実施形態にかかる建設機械について説明する。
本建設機械は、従来技術(図12参照)で既に説明したように、油圧ショベル等の建設機械(作業機械)であって、上部旋回体102と下部走行体100と作業装置118とからなっている。
【0030】
下部走行体100は、互いに独立して駆動しうる右トラック100R及び左トラック100Lをそなえており、一方、上部旋回体102は、下部走行体100に対して水平面内で旋回可能に設けられている。
また、作業装置118は、主にブーム103,スティック104,バケット108等からなっており、ブーム103は、上部旋回体102に対して回動可能に枢着されている。また、ブーム103の先端には、同じく鉛直面内に回動可能にスティック104が接続されている。
【0031】
また、上部旋回体102とブーム103との間には、ブーム103を駆動するためのブーム駆動用油圧シリンダ(ブームシリンダ,ブーム駆動用油圧アクチュエータ)105が設けられるとともに、ブーム103とスティック104との間には、スティック104を駆動するためのスティック駆動用油圧シリンダ(スティックシリンダ,スティック駆動用油圧アクチュエータ)106が設けられている。また、スティック104とバケット108との間には、バケット108を駆動するためのバケット駆動用油圧シリンダ(バケットシリンダ,バケット駆動用油圧アクチュエータ)107が設けられている。
【0032】
そして、このような構成により、ブーム103は図中a方向及びb方向に、スティック104は図中c方向及びd方向に、バケット108は図中e方向及びf方向に回動可能に構成されている。
ここで、図2はこのような油圧ショベルの油圧回路の要部を模式的に示す図である。
【0033】
図2に示すように、上述の左トラック100L及び右トラック100Rには、それぞれ独立した動力源としての走行モータ109L,109Rが設けられ、また、上部旋回体102には、下部走行体100に対して上部旋回体102を旋回駆動させるための旋回モータ110が設けられている。
これらの走行モータ109L,109Rや旋回モータ110は、油圧により作動する油圧モータとして構成されており、後述するようにエンジン(主に、ディーゼルエンジン)50により駆動される複数(ここでは2つ)の油圧ポンプ51,52からの作動油が油圧回路53を介して所定圧力とされて供給され、このようにして供給される作動油圧に応じて各油圧モータ109L,109R,110が駆動されるようになっている。
【0034】
ここで、油圧ポンプ51,52は、リザーバタンク70内の作動油を所定油圧として吐出するもので、ここでは、斜板回転式ピストンポンプ(ピストン型可変容量ポンプ,可変吐出量形ピストンポンプ)として構成されている。これらの油圧ポンプ51,52は、油圧ポンプ内に設けられたピストン(図示略)のストローク量を変更することでポンプ吐出流量を調整しうるようになっている。
【0035】
つまり、これらの油圧ポンプ51,52では、上記ピストンの一端が斜板(クリーププレート:図示略)に当接するように構成されており、この斜板の傾き(傾転角)を後述するコントローラ1からの作動信号に基づいて変更することでピストンのストローク量を変更してポンプ吐出流量を調整しうるようになっている。
【0036】
このようにコントローラ1からの作動信号に基づいて斜板の傾きを変更しうるようになっており、油圧回路を構成する油路内の作動油の圧力のほかに、オペレータによる各操作部材54の操作量をも加味することができるため、従来のように油路内の作動油の圧力を導いて斜板の傾きを変更するものに比べ、オペレータの運転フィーリングを向上させることができることになる。
【0037】
また、エンジン50は、オペレータがエンジン回転数設定ダイヤルを切り替えることでエンジン回転数を設定できるようになっており、ここでは、最大エンジン回転数(例えば約2000rpm)と最小エンジン回転数(例えば約1000rpm)との間で複数段階に切り換えられるようになっている。なお、エンジン回転数はこのように段階的に切り換えるものに限られず、滑らかに変更しうるものであっても良い。
【0038】
また、各シリンダ105〜107についても、これらの走行モータ109L,109Rや旋回モータ110と同様に、エンジン50により駆動される複数(ここでは2つ)の油圧ポンプ51,52から供給される作動油の油圧により駆動されるようになっている。なお、エンジン50の全馬力はこれらの油圧ポンプ51,52及び後述するパイロットポンプ83を駆動するために消費される。
【0039】
また、運転操作室101には、油圧ショベルの作動(走行,旋回,ブーム回動,スティック回動及びバケット回動)を制御するために左レバー,右レバー,左ペダル及び右ペダル等の複数の操作部材54が備えられている。これらの操作部材54は電気式操作部材(例えば電気式操作レバー)として構成され、その操作量に応じた電気信号を後述するコントローラ(制御手段)1へ出力するようになっている。
【0040】
さらに、運転操作室101内には、複数のワークモードスイッチも設けられており、ブーム優先モード, スウィング優先モード, レベリングモード, タンピングモード等の各種のモードを運転操作者が作業に応じて最適なものを適宜選択しうるようになっている。なお、このような選択が行われない通常の場合は、建設機械の作業においてはスティック104の動作が重要であり、これを最も優先される必要があるため、スティック優先モードとなっている。
【0041】
そして、例えばオペレータがこれらの操作部材54を操作することにより、油圧回路53に介装される各制御弁57〜60,62〜65が制御されて、各シリンダ105〜107や油圧モータ109L,109R,110が駆動される。これにより、上部旋回体102を旋回させたり、ブーム103,スティック104及びバケット108等を回動させたり、油圧ショベルを走行させることができるのである。
【0042】
なお、ブーム103を回動させる場合に操作するものをブーム用操作部材54a、スティック104を回動させる場合に操作するものをスティック用操作部材54b、バケット108を回動させる場合に操作するものをバケット用操作部材54c、上部旋回体102を旋回させる場合に操作するものを旋回用操作部材54dという。
【0043】
次に、これらの各シリンダ等を制御するための油圧回路53について説明する。
油圧回路53は、図2に示すように、第1回路部55と、第2回路部56とを備える。
このうち、第1回路部55は、第1油圧ポンプ51に接続される油路61と、油路61に介装される右走行モータ用制御弁57,バケット用制御弁58,第1ブーム用制御弁59,第2スティック用制御弁60等の制御弁とを備えて構成される。
【0044】
そして、第1油圧ポンプ51からの作動油が、油路61,右走行モータ用制御弁57を介して右走行モータ109Rへ供給され、右走行モータ109Rを駆動するようになっている。また、第1油圧ポンプ51からの作動油は、油路61,バケット用制御弁58を介してバケット駆動用油圧シリンダ107へ供給されるとともに、油路61,第1ブーム用制御弁59を介してブーム駆動用油圧シリンダ105へ供給され、さらに油路61,第2スティック用制御弁60を介してスティック駆動用油圧シリンダ106へ供給され、これにより、各シリンダ105,106,107が駆動されるようになっている。
【0045】
また、第1回路部55の油路61の下流側には絞り81が備えられており、この絞り81を通じて第1油圧ポンプ51からの作動油をリザーバタンク70へ戻すようになっている。
第2回路部56は、第2油圧ポンプ52に接続される油路66と、油路66に介装される左走行モータ用制御弁62,旋回モータ用制御弁63,第1スティック用制御弁64,第2ブーム用制御弁65等の制御弁と、絞り82とを備えて構成される。
【0046】
そして、第2油圧ポンプ52からの作動油が、油路66,左走行モータ用制御弁62を介して左走行モータ109Lへ供給され、これにより、左走行モータ109Lが駆動されるようになっている。また、第2油圧ポンプ52からの作動油は、油路66,旋回モータ用制御弁63を介して旋回モータ110へ供給され、これにより、旋回モータ110が駆動されるようになっている。さらに、第2油圧ポンプ52からの作動油は、油路66,第1スティック用制御弁64を介してスティック駆動用油圧シリンダ106へ供給されるとともに、油路66,第2ブーム用制御弁65を介してブーム駆動用油圧シリンダ105へ供給され、これにより、各シリンダ105,106が駆動されるようになっている。
【0047】
また、第2回路部56の油路66の下流側には絞り82が備えられており、この絞り82を通じて第2油圧ポンプ52からの作動油をリザーバタンク70へ戻すようになっている。
なお、各制御弁57〜60,62〜65は、図示しないコントロールユニット内に収納されている。
【0048】
このように、本実施形態では、建設機械の作業において重要なスティック104に他の作業機118との同時操作時においても十分な作動油が供給されるように、第2回路部56の第2油圧ポンプ52からの作動油に加え、第1回路部55の第1油圧ポンプ51からの作動油もスティック駆動用油圧シリンダ106へ供給されるようになっている。
【0049】
このため、第2回路部56の油路66に第1スティック用制御弁64が介装され、第1回路部55の油路61に第2スティック用制御弁60が介装されている。そして、第1スティック用制御弁64を比例制御弁64a,64bにより制御するとともに、第2スティック用制御弁60を比例制御弁60a,60bにより制御することにより、スティック駆動用油圧シリンダ106への作動油の給排を行なえるようになっている。
【0050】
同様に、他の作業機118との同時操作時においてもブーム103に十分な作動油が供給されるように、第1回路部55の第1油圧ポンプ51からの作動油に加え、第2回路部56の第2油圧ポンプ52からの作動油もブーム駆動用油圧シリンダ105へ供給されるようになっている。
このため、第1回路部55の油路61に第1ブーム用制御弁59が介装され、第2回路部56の油路66に第2ブーム用制御弁65が介装されている。そして、第1ブーム用制御弁59を比例制御弁59a,59bにより制御するとともに、第2ブーム用制御弁65を比例制御弁65a,65bにより制御することにより、ブーム駆動用油圧シリンダ105への作動油の給排を行なえるようになっている。
【0051】
また、本実施形態では、スティック駆動用油圧シリンダ106への作動油の給排を行なう油路67,68にはスティック用再生弁76が介装されており、作動油排出側油路から作動油供給側油路へ所定量の作動油を再生できるようになっている。
同様に、ブーム駆動用油圧シリンダ105への作動油の給排を行なう油路78,79にもブーム用再生弁77が介装されており、作動油排出側油路から作動油供給側油路へ所定量の作動油を再生できるようになっている。
【0052】
ここで、各制御弁57〜60,62〜65は、図3に示すように、スプール弁として構成され、いずれも複数(ここでは5つ)の絞りを備えて構成される。 つまり、各制御弁57〜60,62〜65は、図3に示すように、第1油圧ポンプ51,第2油圧ポンプ52とスティック駆動用油圧シリンダ106とを連通する油路(作動油供給通路,P−C通路)61a,66aに介装されるP−C絞り8と、スティック駆動用油圧シリンダ106とリザーバタンク70とを連通する油路(作動油排出通路,C−T通路)66b,69に介装されるC−T絞り9と、第1油圧ポンプ51,第2油圧ポンプ52とリザーバタンク70とを連通する油路(バイパス通路)61b,66cに介装されるバイパス通路絞り10とを備えて構成される。
【0053】
なお、図3ではスティック用制御弁60,64はスティック下げ位置になっているが、スティック用制御弁60,64を、図3中、上方向へ移動させて、スティック用制御弁60,64のバイパス通路絞り10をバイパス通路61b,66cに介装させることで、スティック用制御弁60,64を中立位置とすることができ、また、スティック用制御弁60,64を、図3中、最も上方向へ移動させて、スティック用制御弁60,64のP−C絞り8をP−C通路61a,66aに介装させるとともに、スティック用制御弁60,64のC−T絞り9をC−T通路66b,69に介装させることで、スティック用制御弁60,64をスティック上げ位置にすることができる。
【0054】
なお、絞り8,9,10の径の設定においては、ブーム103やスティック104等の作業装置118の連動性を確保すべく、各操作部材54がフル操作されている場合に全ての作業装置118が動くように考慮される。
そして、P−C絞り8によって、第1油圧ポンプ51,第2油圧ポンプ52とスティック駆動用油圧シリンダ106とを連通する油路61a,66aの開口面積(作動油供給通路の開口面積,P−C開口面積)が調整される。
【0055】
C−T絞り9によって、スティック駆動用油圧シリンダ106とリザーバタンク70とを連通する油路66b,69の開口面積(作動油排出通路の開口面積,C−T開口面積)が調整される。
バイパス通路絞り10によって、第1油圧ポンプ51,第2油圧ポンプ52とリザーバタンク70とを連通する油路61b,66cの開口面積(バイパス通路の開口面積)が調整される。
【0056】
ところで、本実施形態では、図2に示すように、各制御弁57〜60,62〜65を制御するために、パイロットポンプ83と、比例減圧弁57a〜60a,57b〜60b,62a〜65a,62b〜65bとを備えるパイロット油圧回路が設けられている。なお、図2では、パイロット油圧回路に備えられるパイロットポンプ83及び比例減圧弁57a〜60a,57b〜60b,62a〜65a,62b〜65bのみを図示し、パイロット油路を省略してパイロット油圧を符号Pで示している。
【0057】
ここで、比例減圧弁57a〜60a,57b〜60b,62a〜65a,62b〜65bは、電磁弁であって、後述するコントローラ1からの作動信号により作動されるようになっている。これにより、パイロットポンプ83からのパイロット油圧をコントローラ1からの作動信号に基づいて所定圧として各制御弁57〜60,62〜65に作用させるようになっている。
【0058】
このような構成により、例えば上部旋回体102を旋回させるには、運転操作室101内の旋回用操作部材54dを操作して、パイロットポンプ83からのパイロット油圧Pを図示しないパイロット油路を通じて、旋回モータ用制御弁63に作用させて、旋回モータ用制御弁63を所要の位置に移動させる。これにより、旋回モータ110への作動油が給排調整され、これにより、旋回モータ110が作動される。
【0059】
例えば、上部旋回体102を右旋回させるには、旋回モータ110を右回りに回動させれば良い。この場合には、パイロット油路を通じてパイロット油圧を旋回モータ用制御弁63に作用させる。これにより、旋回モータ用制御弁63が右旋回位置となって、第2回路部56の第2油圧ポンプ52からの作動油が油路66a,96を経て、旋回モータ110の右側油室へ供給される一方、旋回モータ110の左側油室内の作動油が、油路97,66bを経てリザーバタンク70へ排出される。これにより、旋回モータ110が右回りに回動され、上部旋回体102が右旋回する。
【0060】
逆に、上部旋回体102を左旋回させるには、旋回モータ110を左回りに回動させれば良い。この場合には、パイロット油路を通じてパイロット油圧を旋回モータ用制御弁63に作用させる。これにより、旋回モータ用制御弁63が左旋回位置となって、第2回路部56の第2油圧ポンプ52からの作動油が油路66a,97を経て、旋回モータ110の左側油室へ供給される一方、旋回モータ110の右側油室内の作動油が、油路96,66bを経てリザーバタンク70へ排出される。これにより、旋回モータ110が左回りに回動され、上部旋回体102が左旋回する。
【0061】
さらに、上部旋回体102の現状態を保持するには、パイロット油圧を旋回モータ用制御弁63に適宜作用させて、旋回モータ用制御弁63のスプールの位置を中立位置(油圧給排路遮断位置)にすればよい。これにより、旋回モータ110の各油室における作動油の給排が停止され、上部旋回体102が現位置に保持される。
【0062】
また、例えばブーム103を作動させるには、運転操作室101内のブーム用操作部材54aを操作して、パイロットポンプ83からのパイロット油圧Pを図示しないパイロット油路を通じて、ブーム用制御弁59,65に作用させて、ブーム用制御弁59,65を所要の位置に移動させる。これにより、ブーム駆動用油圧シリンダ105の作動油が給排調整され、これらのシリンダ105が所要の長さに伸縮駆動され、これにより、ブーム103が作動される。
【0063】
例えば、ブーム103を下側へ回動させる(ブームダウン)には、ブーム駆動用油圧シリンダ105を収縮させればよい。この場合には、パイロット油路を通じてパイロット油圧を第1ブーム用制御弁59に作用させる。これにより、第1ブーム用制御弁59のスプール位置がブーム下側回動位置(ブームダウン位置)となって、第1回路部55の第1油圧ポンプ51からの作動油が油路95,79を経て、ブーム駆動用油圧シリンダ105の一室へ供給され、ブーム駆動用油圧シリンダ105の一室へ供給される。この一方で、ブーム駆動用油圧シリンダ105の他室内の作動油が、油路78,69を経てリザーバタンク70へ排出される。これにより、ブーム駆動用油圧シリンダ105が収縮しながら、ブーム103を図12中、矢印bで示すように下側へ回動させる。
【0064】
逆に、ブーム103を上側へ回動させる(ブームアップ)には、ブーム駆動用油圧シリンダ105を伸長させればよい。この場合には、パイロット油路を通じてパイロット油圧を第1ブーム用制御弁59, 第2ブーム用制御弁65に作用させる。これにより、第1ブーム用制御弁59, 第2ブーム用制御弁65のスプール位置がブーム上側回動位置(ブームアップ位置)となって、第1回路部55の第1油圧ポンプ51からの作動油が油路95,78を経て、ブーム駆動用油圧シリンダ105の一室へ供給され、さらに、第2回路部56の第2油圧ポンプ52からの作動油が油路66a ,90, 78を経て、ブーム駆動用油圧シリンダ105の他室へ供給される。この一方で、ブーム駆動用油圧シリンダ105の一室内の作動油が、油路79,91, 66b又は、油路79, 69を経てリザーバタンク70へ排出される。これにより、ブーム駆動用油圧シリンダ105が伸長しながら、ブーム103を図12中、矢印aで示すように上側へ回動させる。
【0065】
さらに、ブーム駆動用油圧シリンダ105の現状態を保持するには、パイロット油圧を第1ブーム用制御弁59, 第2ブーム用制御弁65に適宜作用させて、第1ブーム用制御弁59, 第2ブーム用制御弁65の各スプールの位置を中立位置(油圧給排路遮断位置)にすればよい。これにより、ブーム駆動用油圧シリンダ105の各油室における作動油の給排が停止され、ブーム103が現位置に保持される。
【0066】
また、例えばスティック104を作動させるには、運転操作室101内の操作部材54を操作して、パイロットポンプ83からのパイロット油圧Pを図示しないパイロット油路を通じて、スティック用制御弁60,64に作用させて、スティック用制御弁60,64を所要の位置に駆動させるようにする。これにより、スティック駆動用油圧シリンダ106の作動油が給排調整され、これらのシリンダ105,106が所要の長さに伸縮駆動され、これにより、スティック104が作動される。
【0067】
例えば、スティック104を内側へ回動させる(スティックイン)には、スティック駆動用油圧シリンダ106を伸長させればよい。この場合には、パイロット油路を通じてパイロット油圧を第2スティック用制御弁60に作用させる。これにより、第2スティック用制御弁60のスプール位置がスティック内側回動位置(スティックイン位置)となって、第1回路部55の第1油圧ポンプ51からの作動油が油路61,67を経て、スティック駆動用油圧シリンダ106の一室へ供給される。この一方で、スティック駆動用油圧シリンダ106の他室内の作動油が、油路68,69を経てリザーバタンク70へ排出される。これにより、スティック駆動用油圧シリンダ106が伸長しながら、スティック104を図12中、矢印dで示すように内側へ回動させる。
【0068】
逆に、スティック104を外側へ回動させる(スティックアウト)には、スティック駆動用油圧シリンダ106を収縮させればよい。この場合には、パイロット油路を通じてパイロット油圧を第2スティック用制御弁60に作用させる。これにより、第2スティック用制御弁60のスプール位置がスティック外側回動位置(スティックアウト位置)となって、第1回路部55の第1油圧ポンプ51からの作動油が油路61,68を経て、スティック駆動用油圧シリンダ106の他室へ供給される。この一方で、スティック駆動用油圧シリンダ106の一室内の作動油が、油路67,69を経てリザーバタンク70へ排出される。これにより、スティック駆動用油圧シリンダ106が収縮しながら、スティック104を図12中、矢印cで示すように外側へ回動させる。
【0069】
さらに、スティック駆動用油圧シリンダ106の現状態を保持するには、パイロット油圧を第2スティック用制御弁60に適宜作用させて、第2スティック用制御弁60の各スプールの位置を中立位置(油圧給排路遮断位置)にすればよい。これにより、スティック駆動用油圧シリンダ106の各油室における作動油の給排が停止され、スティック104が現位置に保持される。
【0070】
また、例えばバケット108を作動させるには、運転操作室101内のバケット用操作部材54cを操作して、パイロットポンプ83からのパイロット油圧Pを図示しないパイロット油路を通じて、バケット用制御弁58に作用させて、バケット用制御弁58を所要の位置に移動させる。これにより、バケット駆動用油圧シリンダ107の作動油が給排調整され、これらのシリンダ107が所要の長さに伸縮駆動され、これにより、バケット108が作動される。
【0071】
例えば、バケット108を内側へ回動させる(バケットイン)には、バケット駆動用油圧シリンダ107を伸長させればよい。この場合には、パイロット油路を通じてパイロット油圧をバケット用制御弁58に作用させる。これにより、バケット用制御弁58のスプール位置がバケット内側回動位置(バケットイン位置)となって、第1回路部55の第1油圧ポンプ51からの作動油が油路61,92を経て、バケット駆動用油圧シリンダ107の一室へ供給される。この一方で、バケット駆動用油圧シリンダ107の他室内の作動油が、油路93,69を経てリザーバタンク70へ排出される。これにより、バケット駆動用油圧シリンダ107が伸長しながら、バケット108を図12中、矢印fで示すように内側へ回動させる。
【0072】
逆に、バケット108を外側へ回動させる(バケットオープン)には、バケット駆動用油圧シリンダ107を収縮させればよい。この場合には、パイロット油路を通じてパイロット油圧をバケット用制御弁58に作用させる。これにより、バケット用制御弁58のスプール位置がバケット外側回動位置(バケットオープン位置)となって、第1回路部55の第1油圧ポンプ51からの作動油が油路94,93を経て、バケット駆動用油圧シリンダ107の他室へ供給される。この一方で、バケット駆動用油圧シリンダ107の一室内の作動油が、油路92, 69を経てリザーバタンク70へ排出される。これにより、バケット駆動用油圧シリンダ107が収縮しながら、バケット108を図12中、矢印eで示すように外側へ回動させる。
【0073】
さらに、バケット駆動用油圧シリンダ107の現状態を保持するには、パイロット油圧をバケット用制御弁58に適宜作用させて、バケット用制御弁58のスプールの位置を中立位置(油圧給排路遮断位置)にすればよい。これにより、バケット駆動用油圧シリンダ107の油室における作動油の給排が停止され、バケット108が現位置に保持される。
【0074】
ところで、このように構成される建設機械には、種々のセンサが取り付けられており、各センサからの検出信号は後述するコントローラ1へ送られるようになっている。
例えば、油圧ポンプ51,52を駆動するエンジン50にはエンジン回転数センサ71が取り付けられており、エンジン回転数センサ71からの検出信号は後述するコントローラ1へ送られるようになっている。そして、コントローラ1は、実際のエンジン回転数がオペレータによりエンジン回転数設定ダイヤルで設定された目標エンジン回転数になるようにフィードバック制御するようになっている。
【0075】
また、第1回路部55の第1油圧ポンプ51及び第2回路部56の第2油圧ポンプ52の吐出側には、ポンプ吐出圧を検出すべくそれぞれ圧力センサ(P/S−P1)72,圧力センサ(P/S−P2)73が備えられており、これらの圧力センサ72,73からの検出信号は後述するコントローラ1へ送られるようになっている。
【0076】
また、第1回路部55の油路61の各制御弁57〜60及び第2回路部56の油路66の各制御弁62〜65の下流側には、それぞれ圧力センサ(P/S−N1)74,圧力センサ(P/S−N2)75が備えられており、これらの圧力センサ74,75からの検出信号は後述するコントローラ1へ送られるようになっている。
【0077】
また、ブーム駆動用油圧シリンダ105への作動油の給排を行なう油路、即ち、ブーム駆動用油圧シリンダ105のロッド側圧力(負荷圧力)には、圧力センサ(P/S−BMd)80が設けられており、この圧力センサ80からの検出信号は後述するコントローラ1へ送られるようになっている。
そして、本実施形態では、上述のように構成される建設機械を制御すべく、コントローラ1が備えられている。
【0078】
コントローラ1は、上述の各センサ71〜75,80からの検出信号や操作部材54からの電気信号に基づいて、第1油圧ポンプ51,第2油圧ポンプ52,各再生弁76,77,各制御弁57〜60,62〜65へ作動信号を出力することにより、第1油圧ポンプ51,第2油圧ポンプ52の傾転角制御,各制御弁57〜60,62〜65の位置制御,各再生弁76,77の位置制御等を行なうようになっている。
【0079】
このうち、コントローラ1による第1油圧ポンプ51,第2油圧ポンプ52の傾転角制御は、第1回路部55のバイパス通路61bの下流側及び第2回路部56のバイパス通路66cの下流側に設けられたそれぞれの圧力センサ74,75からの検出信号に基づいてネガティブフローコントロールにより行なわれるようになっている。なお、圧力センサ74,75により検出される圧力に基づいてネガティブフローコントロールが行なわれるため、圧力センサ74,75により検出される圧力をネガコン圧ともいう。
【0080】
ここで、ネガティブフローコントロール(電子式ネガティブフローコントローシステム)とは、バイパス通路61b,66cの下流側の圧力が上がったらポンプ吐出流量を減らすようなネガティブな特性のポンプ流量制御をいう。
ここで、ポンプの制御は、各操作部材54の操作量、即ちネガコン圧に応じてポンプ吐出流量が制御される流量制御と、アクチュエータにかかる負荷圧力、即ちポンプ吐出圧力に応じてポンプ吐出流量が制御される馬力制御とに分けられる。
【0081】
このうち、流量制御は、許容馬力内でアクチュエータ(各シリンダ)のスピードを制御しうるものである。つまり、ポンプ吐出流量を各操作部材54の操作量、即ちネガコン圧に応じて制御でき、これにより、アクチュエータのスピードを制御できるものである。
ところで、各操作部材54がフル操作され、ポンプ吐出流量が最大となり、アクチュエータのスピードが最大となる場合、ポンプ吐出流量(即ち、アクチュエータのスピード)は、次式により決定される。
【0082】
ポンプ吐出流量Q=許容馬力W/ポンプ吐出圧力P
この状態で、アクチュエータにかかる負荷圧力が変動するとポンプ吐出圧力Pも変動し、上式より、ポンプ吐出流量Qも変動することになるため、これにより、アクチュエータのスピードも変動することになる。
このように、ポンプ吐出流量Qが、各操作部材54の操作量に応じて制御されるのではなく、アクチュエータにかかる負荷圧力、即ちポンプ吐出圧力Pに応じて制御され、ポンプ吐出流量Qの多少は第1油圧ポンプ51,第2油圧ポンプ52を駆動するエンジン50の許容馬力Wに依存するような状態における制御を馬力制御という。
【0083】
このような馬力制御が行なわれる場合には、オペレータが各操作部材54をフル操作し、アクチュエータの最大スピードを要求しても、実際のアクチュエータのスピードは負荷圧力の大きさによって決まることになる。この場合、エンジン50の馬力は許容最大値となる。
また、例えば複数のアクチュエータを同時操作するような場合、各々の操作部材54がフル操作されていない状態であっても、それぞれのアクチュエータへ作動油が供給されてネガコン圧が低下し、要求流量が許容馬力によって決定される許容流量を超えているときは馬力制御における許容流量になるようにポンプ傾転角制御が行なわれる。
【0084】
ところで、操作部材54が中立位置の場合、即ちオペレータが操作部材54を操作していない場合は、作業装置118は何ら仕事せず、アクチュエータを駆動させる必要がないため、油圧ポンプ51,52からのポンプ吐出流量は望ましくはゼロにしたい。
このため、本実施形態では、各制御弁57〜60,62〜65はオープンセンタ(スプール中立位置でバイパス通路61b,66cがオープンになるように配設すること)にして、操作部材54が中立位置の場合は、油圧ポンプ51,52から供給される作動油はバイパス通路61b,66cを通じてリザーバタンク70へ戻るようになっている。
【0085】
これにより、操作部材54が中立位置の場合は、バイパス通路61b,66cの下流側に介装された絞り81,82の直上流側の圧力が大きくなり、ネガティブフローコントロールによって、可変容量油圧ポンプ51,52からのポンプ吐出流量が減少するように制御されるようになっている。
一方、操作部材54が操作された場合には、その操作量に応じた量の作動油が各アクチュエータ(シリンダ等)へ供給され、残りの作動油がバイパス通路61b,66cを通じてリザーバタンク70へ戻るようになっている。
【0086】
また、バイパス通路61b,66cの下流側には、上述したように絞り(オリフィス)81,82が設けられている。そして、これらの絞り81,82の直上流側のバイパス通路61b,66cに圧力センサ74,75が介装され、これらの圧力センサ74,75により検出される絞り81,82の直上流側の圧力に基づいて油圧ポンプ51,52の傾転角制御が行なわれるようになっている。
【0087】
そして、オペレータが操作部材54を操作すると、操作部材54の操作量に応じて制御弁57〜60,62〜65が移動してバイパス通路61b,66cが絞られ、バイパス通路61b,66cを流れる作動油の流量が減少するが、絞り81,82の径は一定であるため、流量が減った分だけ絞り81,82の直上流側の圧力、即ち圧力センサ74,75により検出される圧力が低下し、この低下した圧力に応じてポンプ吐出流量が多くなるように可変容量油圧ポンプ51,52の傾転角制御が行なわれることになる。
【0088】
これは、オペレータの要求、即ちオペレータによる操作部材54の操作量に応じてポンプ吐出流量が多くなるように制御されることを意味し、これはオペレータが操作部材54を操作することで油圧ポンプ51,52からのポンプ吐出流量を制御してアクチュエータ(各シリンダ)のスピードを制御できることを意味する。
【0089】
ところで、本実施形態では、コントローラ1による各制御弁57〜60,62〜65の位置制御として、オペレータによる操作部材54の操作に応じた各制御弁57〜60,62〜65の位置制御に加え、エンジン回転数に応じた各制御弁57〜60,62〜65の位置制御も行なわれるようになっている。
つまり、コントローラ1は、操作部材54からの電気信号に基づいて、各制御弁57〜60,62〜65へ作用させるパイロット油圧を調整する比例減圧弁(パイロット圧力制御弁)57a〜60a,57b〜60b,62a〜65a,62b〜65bの作動を制御すべく作動信号を出力するようになっている。
【0090】
さらに、コントローラ1は、第1油圧ポンプ51,第2油圧ポンプ52を駆動するエンジン50に付設されたエンジン回転数センサ71からの検出信号に基づいて、各制御弁57〜60,62〜65へ作用させるパイロット油圧を調整する比例減圧弁(パイロット圧力制御弁)57a〜60a,57b〜60b,62a〜65a,62b〜65bの作動を制御すべく作動信号を出力するようになっている。
【0091】
そして、このような作動信号に基づいて比例減圧弁57a〜60a,57b〜60b,62a〜65a,62b〜65bが作動され、これにより、パイロットポンプ83から供給されるパイロット油圧の圧力が調整されて各制御弁57〜60,62〜65のスプールストローク量(スプール移動量)が調整されるようになっている。
【0092】
本実施形態にかかる建設機械の制御装置は、上述のように構成され、コントローラ1による各種の制御が行なわれ、さらに、本実施形態では、通常のネガティブフローコントロールにおけるポンプ流量制御(油圧ポンプの基本傾転角制御)に加え、エンジンからのエンジン出力を複数の油圧ポンプ51,52のそれぞれに最適配分しうるように複数の操作部材54からの電気信号に基づいて複数の油圧ポンプ51,52のそれぞれのポンプ馬力制御(ポンプ傾転角制御)を行なうようになっている。なお、エンジン出力とは、エンジンから出力されるエンジンパワー,エンジントルク,エンジン馬力を含むものとする。
【0093】
ところで、例えばエンジン馬力(ポンプ馬力)が固定値で一定という条件下では、図4中、実線Aで示すように、作業機にかかる負荷圧力が低ければ油圧ポンプから吐出される作動油の流量は多くなるが(ポンプ流量=馬力(一定)/負荷圧力)、油圧ポンプから吐出される作動油の流量が増加すると、図4中、斜線部領域として示すように、配管系の圧損が増加して配管圧損による馬力損失が大きくなるため、エンジン馬力(ポンプ馬力)のうち油圧アクチュエータへ供給可能な有効馬力(有効作動油圧,図4中、矢印Cで示す)が減少して、図4中、実線Aは実線Bで示すようになり、作業に必要な十分な作動油の流量が得られず、十分な出力(パワー)も得られないことになる。
【0094】
また、この配管圧損による馬力損失分は熱となって作動油の温度を上昇させ、この温度上昇に起因して作動油の粘度が低下して油圧機器の内部リークが増大して、油圧システムの効率(油圧アクチュエータへの作動油供給効率)が悪化し、十分な作業スピードが得られずに作業効率が悪化することになる。
一方、負荷圧力が高く、この結果、ポンプ流量が少ない領域においては、配管圧損による馬力損失が減少するため、エンジン馬力(ポンプ馬力)のうち油圧アクチュエータへ供給可能な有効馬力が増加する。
【0095】
このため、本実施形態では、油圧システム全体の効率を考慮して、負荷圧力に連動して、配管圧損による馬力損失が大きい低負荷圧力/大流量領域ではエンジン馬力(ポンプ馬力)が小さくなるように設定し、配管圧損による馬力損失が小さい高負荷圧力/小流量領域ではエンジン馬力(ポンプ馬力)が大きくなるように設定している。
【0096】
なお、ポンプ馬力を小さく設定すると、油圧アクチュエータへ供給可能な有効馬力もこれに比例して小さくなるが、この場合には配管圧損による馬力損失分が熱として作動油の温度を上昇させるように作用することで油圧機器の内部リークが増すという二次的不具合が少なくなるため、これとのバランス評価において、システム全体の効率は改善できる。
【0097】
また、例えば、作業機にかかる負荷圧力に応じてエンジン馬力(ポンプ馬力)を可変に設定する制御を実施する場合に、作業の種類にかかわらず一律に負荷圧力に応じてエンジン馬力(ポンプ馬力)が小さくなるように設定してしまうと、作業の種類によっては作業効率が低下してしまうことになる。例えば、ブームアップ時に、作業機にかかる負荷圧力に応じてエンジン馬力(ポンプ馬力)が小さくなるように設定してしまうと、サイクルタイムが長くなってしまう不具合が発生する。このため、ブームアップ時には、全負荷圧力域でエンジン馬力のフル馬力がそれぞれの油圧ポンプのポンプ馬力として使われるようにする必要がある。
【0098】
また、複数の油圧ポンプ間の馬力配分(エンジン馬力の馬力配分)を可変に設定する制御を実施する場合に、操作される複数の油圧アクチュエータの組み合わせにかかわらず一律に馬力配分を行なってしまうと、複数の油圧アクチュエータの組み合わせによっては必ずしも最適な馬力配分が行なわれているとはいえず、エンジン出力を効率的に利用することができない場合がある。このような場合には、複数の油圧ポンプ間の馬力配分の配分率を変更できるようにすれば良い。
【0099】
このため、本実施形態では、各操作部材54からの操作信号(電気信号)に基づいて、作業の種類に応じて、それぞれの制御を使い分けるようにしている。
次に、本実施形態にかかる建設機械の制御装置において特徴となるエンジン出力を複数の油圧ポンプ51,52のそれぞれに配分して行なわれるポンプ傾転角制御(馬力制御)について説明する。
【0100】
ここで、図1は本実施形態にかかる建設機械の制御装置によるポンプ傾転角制御を説明するための制御ブロック図である。
本実施形態では、図1に示すように、コントローラ1は、ローパワー/ハイパワー判定手段2,ディギング判定手段3,エクスカベーション判定手段4,リフト/旋回判定手段5,ポンプ傾転角制御手段6とを備えて構成される。
【0101】
このうち、ローパワー/ハイパワー判定手段2は、作業装置118にかかる作業負荷に応じてローパワーとすべきか、ハイパワーとすべきかを判定し、この判定結果を後述するポンプ傾転角制御手段6のディギング制御部6B及びエクスカベーション制御部6Cへ出力するものである。これにより、作業負荷に応じて自動的にローパワーとすべきか、ハイパワーとすべきかを判定できることになる。このため、ローパワー/ハイパワー判定手段2には、圧力センサ72,73により検出されたポンプ吐出圧に相当する電気信号が入力されるようになっている。
【0102】
なお、ローパワー/ハイパワー判定手段2による判定結果をリフト/旋回判定手段5へ出力しないのは、リフト/旋回作業時はブームアップ作業を伴うものであり、ブームアップ作業の場合には常にハイパワーを必要とするからである。 具体的には、ローパワー/ハイパワー判定手段2は、圧力センサ72,73により検出されるポンプ吐出圧のうちのいずれか一方のポンプ吐出圧が所定圧(例えば200kgf/cm2;約19.6MPa)以上であるか否かを判定し、ポンプ吐出圧が所定圧(例えば200kgf/cm2;約19.6MPa)以上である場合はハイパワーとすべきと判定する一方、ポンプ吐出圧が所定圧(例えば約200kgf/cm2;約19.6MPa)以上でない場合はローパワーとすべきと判定するようになっている。
【0103】
ここでは、ブーム103等の作業装置118にかかる作業負荷に応じてポンプ吐出圧が変わるので、ポンプ吐出圧が所定圧(例えば約200kgf/cm2;約19.6MPa)以上であるか否かを判定することで、ブーム103等の作業装置118にかかる作業負荷が大きいか(又は小さいか)を判定するようになっている。
【0104】
なお、ここでは、ポンプ吐出圧が所定圧(例えば200kgf/cm2;約19.6MPa)以上であるか否かにより、エンジン50をローパワーとハイパワーとのうちのいずれにすべきかを判定しているが、しきい値として複数の所定圧を設定し、ポンプ吐出圧が複数の所定圧のうちのいずれかの所定圧以上であるか否かを判定して、複数段階でエンジン出力を制御できるようにしても良い。また、圧力センサ72,73により検出されるポンプ吐出圧のいずれもが所定圧(例えば200kgf/cm2;約19.6MPa)以上であるか否かを判定するものとして構成しても良し、圧力センサ72,73により検出されるポンプ吐出圧の平均値が所定圧(例えば200kgf/cm2;約19.6MPa)以上であるか否かを判定するものとして構成しても良い。また、所定圧はオペレータのフィーリング(作動スピード)を考慮してパワーアップさせる必要があるか否かに基づいてどの程度の大きさの圧力とするかが決定される。 ディギング判定手段3は、スティック用操作部材54b及びバケット用操作部材54cからの電気信号に基づいてディギング作業であるか否かを判定し、この判定の結果を後述するポンプ傾転角制御手段6のディギング制御部6Bへ出力するものである。
【0105】
このディギング判定手段3では、スティック用操作部材54b及びバケット用操作部材54cからの電気信号に基づいて、スティックイン操作が行なわれており、かつ、バケット用操作部材54cが操作されている場合にディギング作業であると判定するようになっている。
ここで、ディギング作業とは、スティックイン操作とバケット操作とが同時に行なわれる作業であり、例えば、ハイパワーで行なわれる掘削作業(重掘削作業)と、ローパワーで行なわれる均し作業や掘削作業(軽掘削作業)とがある。
【0106】
エクスカベーション判定手段4は、スティック用操作部材54b及び旋回用操作部材54dからの電気信号に基づいてエクスカベーション作業であるか否かを判定し、この判定の結果を後述するポンプ傾転角制御手段6のエクスカベーション制御部6Cへ出力するものである。
このエクスカベーション判定手段4では、スティック用操作部材54b及び旋回用操作部材54dからの電気信号に基づいて、スティックイン操作が行なわれており、かつ、旋回用操作部材54dが操作されている場合にエクスカベーション作業であると判定するようになっている。
【0107】
ここで、エクスカベーション作業とは、スティックイン操作と旋回操作とが同時に行なわれる作業である。このエクスカベーション作業としては、ローパワーで行なわれるものと、ハイパワーで行なわれるものとがある。なお、ローパワーとは、スティック駆動用油圧シリンダ106にかかる負荷圧力が低く、したがってポンプ吐出圧力が所定値よりも小さくなる場合をいう。一方、ハイパワーとは、スティック駆動用油圧シリンダ106にかかる負荷圧力が高く、したがってポンプ吐出圧力が所定値よりも大きくなる場合をいう。
【0108】
例えば、ローパワーで行なわれるものとして、スティック操作と旋回操作とを連動操作する作業であって、旋回操作はフル操作しない操作パターンである斜め引き均し作業がある。
ここで、斜め引き均し作業は、バケット刃先を軽く地面に差し込んだ状態で引き均す作業であり、上部旋回体102を旋回させて作業機を側壁に押し付けることなく、操作部材の操作量に応じて上部旋回体102を旋回させながら行なうものである。この斜め引き均し作業は、反力が小さく、従って機体のガタツキも少ないので、X軸方向へも、Y軸方向へも、モジュレーション位置で操作することができる。この点で、側壁掘削作業と区別することができる。
【0109】
また、ハイパワーで行なわれるものとして、旋回操作により作業機を側壁に押し付けながらスティックイン操作を行なう側壁けずり作業(側壁掘削作業,サイドウォールカッティング)がある。
ここで、側壁けずり作業は、旋回用操作部材54dをフル操作した状態で固定し(この場合、作業機は側壁にぶつかっているため、上部旋回体は102は実際には旋回せず、側壁へ押し付けられているだけである)、スティックインをモジュレーション操作により行なうことで実施される。このように操作するのは、旋回用操作部材54dとスティック用操作部材54bとを1本の操作レバーにより構成し、その操作レバーをX軸方向へ操作すると旋回操作となり、Y軸方向へ操作するとスティック操作となるように構成されていることに起因し、また側壁けずり作業では掘削反力で機体がガタツクため、このような条件下では、X軸方向への操作も、Y軸方向への操作も、モジュレーション位置に固定することは難しいからである。
【0110】
リフト/旋回判定手段5は、ブーム用操作部材54a及び旋回用操作部材54dからの電気信号に基づいてリフト/旋回作業であるか否かを判定し、この判定の結果を後述するポンプ傾転角制御手段6のリフト/旋回制御部6Dへ出力するものである。
このリフト/旋回判定手段5では、ブーム用操作部材54a及び旋回用操作部材54dからの電気信号に基づいて、ブームアップ操作が行なわれており、かつ、旋回用操作部材54dが操作されている場合にリフト/旋回動作であると判定するようになっている。
【0111】
ここで、リフト/旋回動作とは、ブームアップ操作と旋回操作とが同時に行なわれる動作であり、例えば、土砂をダンプ,トラック等に積み込む積込作業における一つの動作として行なわれる。
ポンプ傾転角制御手段6は、基本傾転角制御部6Aと、ディギング制御部6Bと、エクスカベーション制御部6Cと、リフト/旋回制御部6Dとを備えて構成され、それぞれの油圧ポンプ51,52の傾転角制御を行なうべく油圧ポンプ51,52へ作動信号を出力するものである。
【0112】
本実施形態では、油圧ポンプ51,52のポンプ傾転角は基本的には基本傾転角制御部6Aにより設定されるが、ディギング時,エクスカバーション時及びリフト/旋回時には、エンジン50からのエンジン出力が最適配分されるように油圧ポンプ51,52のポンプ傾転角が制御されるようになっている。
このうち、基本傾転角制御部6Aは、圧力センサ72,73,74,75からの検出情報に基づいて油圧ポンプ51,52の基本的なポンプ傾転角制御を行なうものである。
【0113】
ここで、基本傾転角制御部6Aによるネガティブフローコントロールにおけるポンプ傾転角制御について説明する。
つまり、基本傾転角制御部6Aは、圧力センサ74,75によって検出された作動油圧(ネガコン圧)PN1,PN2を読み込んで、ネガコン圧PNと要求流量QNとを関係づけた図5に示すようなマップから、読み込まれたネガコン圧PN1,PN2に対応する要求流量QN1,QN2(具体的には要求流量QN1,QN2に相当するポンプ傾転角VN1,VN2)を設定するようになっている。なお、要求流量とは、ネガティブフローコントロールにおいて要求される流量をいう。また、図5ではネガコン圧PN1に対応する要求流量QN1(具体的には要求流量QN1,に相当するポンプ傾転角VN1)のみ示している。
【0114】
一方、基本傾転角制御部6Aは、圧力センサ72,73によって検出されたポンプ吐出圧PP1,PP2を読み込んで、ポンプ吐出圧PPと許容流量QPとを関係づけた図6に示すようなマップから、読み込まれたポンプ吐出圧PP1,PP2に対応する許容流量QP1,QP2(具体的には許容流量QP1,QP2に相当するポンプ傾転角VP1,VP2)を設定するようになっている。なお、許容流量とは第1油圧ポンプ51及び第2油圧ポンプ52を駆動するエンジン50の許容馬力に応じたポンプ吐出流量をいう。また、図6ではポンプ吐出圧PP1に対応する許容流量QP1(具体的には許容流量QP1に相当するポンプ傾転角VP1)のみ示している。
【0115】
そして、基本傾転角制御部6Aは、上述の要求流量QN1,QN2と許容流量QP1,QP2とを比較し、小さい方のポンプ流量(要求流量QN1,QN2又は許容流量QP1,QP2)になるようにポンプ傾転角(ポンプ傾転角VN1,VN2又はポンプ傾転角VP1,VP2)を設定し、これを傾転角制御信号として第1油圧ポンプ51及び第2油圧ポンプ52へ出力するようになっている。
【0116】
次に、基本傾転角制御部6Aによるネガティブフローコントロールにおける基本的なポンプ傾転角制御の動作について、図7のフローチャートを参照しながら説明する。
つまり、まずステップS10でネガコン圧PN1,PN2を読み込むとともに、ステップS20でポンプ吐出圧PP1,PP2を読み込む。
【0117】
次に、ステップS30でステップS10で読み込まれたネガコン圧PN1,PN2に対応する要求流量QN1,QN2を図5のマップから算出するとともに、ステップ40でステップS20で読み込まれたポンプ吐出圧PP1,PP2に対応する許容流量QP1,QP2を図6のマップから算出する。
そして、ステップS50で要求流量QN1,QN2が許容流量QP1,QP2よりも小さいか否かを判定し、この判定の結果、要求流量QN1,QN2が許容流量QP1,QP2よりも小さいと判定された場合は、ステップS60に進み、要求流量QN1,QN2をポンプ流量として設定し、リターンする。これにより、第1油圧ポンプ51及び第2油圧ポンプ52の傾転角が要求流量QN1,QN2に応じた傾転角となるように設定される。
【0118】
一方、要求流量QN1,QN2が許容流量QP1,QP2以上であると判定された場合は、ステップS70に進み、許容流量QP1,QP2をポンプ流量として設定し、リターンする。これにより、第1油圧ポンプ51及び第2油圧ポンプ52の傾転角が許容流量QP1,QP2に応じた傾転角となるように設定される。
ディギング制御部6Bは、ディギング判定手段3によってディギング時、即ちスティックイン操作とバケット操作とが同時に行なわれていると判定された場合に、スティック駆動用油圧シリンダ106とバケット駆動用油圧シリンダ107とに過不足なく作動油が供給されるように各油圧ポンプ51,52へのエンジン出力の配分が設定され、この配分内で油圧ポンプ51,52が作動するように,各油圧ポンプ51,52のポンプ傾転角を制御するものである。なお、各油圧ポンプ51,52のポンプ傾転角制御は、上述の基本傾転角制御部6Aの場合と同様である。 これにより、エンジン出力を各油圧ポンプ51,52の双方に最適配分することができ、第1油圧ポンプ51及び第2油圧ポンプ52のそれぞれのポンプ吐出流量が、スティック104とバケット108とを同時作動させるのに十分なポンプ吐出流量となるとともに、エンジン出力を効率的に利用することで燃費を向上させることができる。
【0119】
具体的には、ディギング制御部6Bでは、ローパワー/ハイパワー判定手段2からの判定結果に基づいて、後述するようにエンジン50からのエンジン出力を各油圧ポンプ51,52に配分する配分割合(配分馬力)の設定と、各油圧ポンプ51,52の合計馬力の上限(上限馬力)を設定するようになっている。
ここでは、ハイパワーとすべき場合には上限馬力がエンジンの最大馬力(例えば約140PS;約102.20kW)に設定される。一方、ローパワーとすべき場合には上限馬力がエンジンの最大馬力以下の所定馬力(例えば約120PS;約87.60kW)に設定される。
【0120】
また、ディギング制御部6Bでは、スティック用操作部材54b及びバケット用操作部材54cの操作量に相当する電気信号に基づいて各油圧ポンプ51,52へのエンジン出力配分が設定されるようになっている。
ここで、以下の表1はエンジン出力の配分割合例と上限馬力の設定例をそれぞれ示している。この表1では各操作部材54がフル操作されている場合のエンジン出力の配分割合を示している。なお、表1ではエンジン出力の配分割合に応じたポンプ馬力も示している。また、第1油圧ポンプ51は、主にバケット駆動用油圧シリンダ107へ作動油を供給しており、第2油圧ポンプ52は、主にスティック駆動用油圧シリンダ106へ作動油を供給している。
【0121】
【表1】
【0122】
この表1に示すように、まず、ローパワーとすべき場合は、エンジン50からのエンジン出力は、第1油圧ポンプ51にバケット108を駆動するのに最低限必要なエンジン出力を供給すべくバケット最低要求割合(例えば約30%)配分され、第2油圧ポンプ52にスティック104を十分な作動スピードで作動させるのに必要なエンジン出力を供給すべくバケット要求割合よりも大きいスティック要求割合(例えば約70%)配分される。
【0123】
つまり、ローパワーとすべき場合は、各油圧ポンプ51,52に配分される合計馬力の上限値がローパワー上限馬力(例えば約120PS;約87.6kW)に設定される。そして、このエンジン馬力は、第1油圧ポンプ51にバケット108を駆動するのに最低限必要なエンジン馬力を供給すべくバケット駆動要求馬力(例えば約36PS;約26.28kW)配分され、第2油圧ポンプ52にスティック104を十分な作動スピードで作動させるのに必要なエンジン馬力を供給すべくバケット要求馬力よりも大きいスティック要求馬力(例えば約84PS;約61.32kW)配分されることになる。
【0124】
一方、ハイパワーとすべき場合は、エンジン50からのエンジン出力は、上述の表1に示すように、第1油圧ポンプ51にバケット108を十分な作動スピードで作動させるのに必要なエンジン出力を供給すべくバケット要求割合(例えば約40%)配分され、第2油圧ポンプ52にスティック104を十分な作動スピードで作動させるのに必要なエンジン出力を供給すべくバケット要求割合よりも大きいスティック要求割合(例えば約60%)配分される。
【0125】
つまり、ハイパワーとすべき場合は、各油圧ポンプ51,52に配分される合計馬力の上限値がハイパワー上限馬力(エンジンの最大馬力;例えば約140PS;約102.20kW)に設定される。そして、このエンジン馬力は、第1油圧ポンプ51にバケット108を十分な作動スピードで作動させるのに必要なエンジン馬力を供給すべくバケット要求馬力(例えば約56PS;約40.88kW)配分され、第2油圧ポンプ52にスティック104を十分な作動スピードで作動させるのに必要なエンジン馬力を供給すべくバケット要求馬力よりも大きいスティック要求馬力(例えば約84PS;約61.32kW)配分されることになる。
【0126】
なお、ここで第1油圧ポンプ51に配分されるエンジン馬力を所定馬力(例えば約56PS;約40.88kW)としているのは、バケット108を駆動するためにバケット駆動用油圧シリンダ107へ作動油を供給する第1油圧ポンプ51をローパワーのときよりも大きなエンジン馬力(ハイパワー)で駆動することでバケット108の作動スピードを確保して作業効率を向上させるためである。
【0127】
上述のように、ローパワー,ハイパワーのいずれも場合も、エンジン出力を第2油圧ポンプ52へ多く配分しているのは、第2油圧ポンプ52からスティック駆動用油圧シリンダ106へ供給される作動油の流量を多くして、最も作業効率に影響を与えるスティック104の作動スピードを向上させることで、全体として作業効率を向上させるためである。
【0128】
また、上述のように、作業機にかかる負荷圧力に応じてエンジン馬力(ポンプ馬力)を可変に設定する制御において、複数の油圧ポンプ51,52の合計馬力が小さくなるように設定された場合であっても、馬力配分を可変に設定しうる制御を実施することによって、優先させて作動させたい油圧アクチュエータ(ここではスティック駆動用油圧シリンダ)に馬力を多く配分(例えば高馬力設定時と同等の馬力を配分)することで、優先させて作動させたい油圧アクチュエータの作業効率を向上させることができる。
【0129】
また、上述のように、作業機にかかる負荷圧力に応じてエンジン馬力(ポンプ馬力)を可変に設定する制御と、複数の油圧ポンプ間の馬力配分を可変に設定する制御とを、各操作部材からの操作信号(電気信号)に基づいて組み合わせることで、システム全体の効率(生産性/ヒートロスを含む)を改善することができる。
【0130】
なお、各操作部材54がフル操作されていない場合のエンジン出力の配分割合(配分馬力)は、上述の各操作部材54がフル操作されている場合のエンジン出力の配分割合(配分馬力)を、各操作部材54の操作量に応じて補正することにより設定すれば良い。
エクスカベーション制御部6Cは、エクスカベーション判定手段4によってエクスカベーション時、即ちスティックイン操作と旋回操作とが同時に行なわれていると判定された場合に、スティック駆動用油圧シリンダ106と旋回モータ110とに過不足なく作動油が供給されるように各油圧ポンプ51,52へのエンジン出力の配分が設定され、この配分内で油圧ポンプ51,52が作動するように、各油圧ポンプ51,52のポンプ傾転角を制御するものである。なお、各油圧ポンプ51,52のポンプ傾転角制御は、上述の基本傾転角制御部6Aの場合と同様である。
【0131】
これにより、エンジン出力を各油圧ポンプ51,52の双方に最適配分することができ、第1油圧ポンプ51及び第2油圧ポンプ52のそれぞれのポンプ吐出流量が、スティック104の作動と上部旋回体102の旋回とを同時に行なうのに十分なポンプ吐出流量となるとともに、エンジン出力を効率的に利用することで燃費を向上させることができる。
【0132】
具体的には、エクスカベーション制御部6Cでは、ローパワー/ハイパワー判定手段2からの判定結果に基づいて、後述するようにエンジン50からのエンジン出力を各油圧ポンプ51,52に配分する配分割合(配分馬力)の設定と、各油圧ポンプ51,52の合計馬力の上限出力(上限馬力)を設定するようになっている。なお、合計馬力の上限出力(上限馬力)は、エンジン出力(エンジン馬力)のフル出力(フル馬力)に相当する。
【0133】
ここでは、ハイパワーとすべき場合には上限馬力がエンジンの最大馬力(例えば約140PS;約102.20kW)に設定される。一方、ローパワーとすべき場合には上限馬力がエンジンの最大馬力以下の所定馬力(例えば約120PS;約87.60kW)に設定される。
また、エクスカベーション制御部6Cでは、スティック用操作部材54b及び旋回用操作部材54dの操作量に相当する電気信号に基づいて各油圧ポンプ51,52へのエンジン出力配分を設定するようになっている。
【0134】
ここで、以下の表2はエンジン出力の配分割合例と上限馬力の設定例をそれぞれ示している。この表2では各操作部材54がフル操作されている場合のエンジン出力の配分割合を示している。なお、表2ではエンジン出力の配分割合に応じたポンプ馬力も示している。また、第1油圧ポンプ51は、主にスティック駆動用油圧シリンダ106へ作動油を供給しており、第2油圧ポンプ52は、主に旋回モータ110へ作動油を供給している。
【0135】
【表2】
【0136】
この表2に示すように、例えばならし作業の場合、スティック駆動用油圧シリンダ106の負荷圧力が低く、従ってポンプ吐出圧力が所定値よりも小さいため、ローパワーと判定され、エンジン50からのエンジン出力は、第1油圧ポンプ51にスティック104を十分な作動スピードで作動させるのに必要なエンジン出力を供給すべくスティック要求割合(例えば約70%)配分され、第2油圧ポンプ52に上部旋回体102を旋回させるのに最低限必要なエンジン出力を供給すべく旋回最低要求割合(例えば約30%)配分される。
【0137】
このときの各油圧ポンプ51,52に配分される合計馬力の上限値がローパワー上限馬力(例えば約120PS;約87.60kW)に設定される。そして、このエンジン馬力は、第1油圧ポンプ51にスティック104を十分な作動スピードで作動させるのに必要なエンジン馬力を供給すべくスティック要求馬力(例えば約84PS;約61.32kW)配分され、第2油圧ポンプ52に上部旋回体102を旋回させるのに最低限必要なエンジン馬力を供給すべく旋回最低要求馬力(例えば約36PS;約26.28kW)配分されることになる。
【0138】
一方、側壁けずり作業(側壁掘削)である場合、スティック駆動用油圧シリンダ106の負荷圧力が高く、従ってポンプ吐出圧力が所定値よりも大きいため、ハイパワーと判定され、上述の表2に示すように、第1油圧ポンプ51にスティック104を十分な作動スピードで作動させるのに必要なエンジン出力を供給すべくスティック要求割合(例えば約75%)配分され、第2油圧ポンプ52に上部旋回体102を旋回させるのに最低限必要なエンジン出力を供給すべく旋回最低要求割合(例えば約25%)配分される。
【0139】
このときの各油圧ポンプ51,52に配分される合計馬力の上限値がハイパワー上限馬力(エンジンの最大馬力;例えば約140PS;約102.20kW)に設定される。そして、このエンジン馬力は、第1油圧ポンプ51にスティック104を十分な作動スピードで作動させるのに必要なエンジン馬力を供給すべくスティック要求馬力(例えば約104PS;約75.92kW)配分され、第2油圧ポンプ52に上部旋回体102を旋回させるのに最低限必要なエンジン馬力を供給すべく旋回最低要求馬力(例えば約36PS;約26.28kW)配分されることになる。
【0140】
なお、ここで第1油圧ポンプ51に配分されるエンジン馬力を所定馬力(例えば約104PS;約75.92kW)としているのは、スティック104を作動させるためにスティック駆動用油圧シリンダ106へ作動油を供給する第1油圧ポンプ51をローパワーのときよりも大きなエンジン馬力(ハイパワー)で駆動することでスティック104の作動スピードを確保して作業効率を向上させるためである。
【0141】
このように、ローパワー,ハイパワーのいずれも場合も、エンジン出力を第1油圧ポンプ51へ多く配分しているのは、第1油圧ポンプ51からスティック駆動用油圧シリンダ106へ供給される作動油の流量を多くして、最も作業効率に影響を与えるスティック104の作動スピードを向上させることで、全体として作業効率を向上させるためである。
【0142】
また、上述のように、作業機にかかる負荷圧力に応じてエンジン馬力(ポンプ馬力)を可変に設定する制御において、複数の油圧ポンプ51,52の合計馬力が小さくなるように設定された場合であっても、馬力配分を可変に設定しうる制御を実施することによって、優先させて作動させたい油圧アクチュエータ(ここではスティック駆動用油圧シリンダ)に馬力を多く配分することで、優先させて作動させたい油圧アクチュエータの作業効率を向上させることができる。
【0143】
また、上述のように、作業機にかかる負荷圧力に応じてエンジン馬力(ポンプ馬力)を可変に設定する制御と、複数の油圧ポンプ間の馬力配分を可変に設定する制御とを、各操作部材からの操作信号(電気信号)に基づいて組み合わせることで、システム全体の効率(生産性/ヒートロスを含む)を改善することができる。
【0144】
なお、各操作部材54がフル操作されていない場合のエンジン出力の配分割合(配分馬力)は、上述の各操作部材54がフル操作されている場合のエンジン出力の配分割合(配分馬力)を、各操作部材54の操作量に応じて補正することにより設定すれば良い。
リフト/旋回制御部6Dは、リフト/旋回判定手段5によってリフト/旋回時、即ちブームアップ操作と旋回操作とが同時に行なわれていると判定された場合に、ブーム用操作部材54a及び旋回用操作部材54dの操作量に相当する電気信号に基づいて、ブーム駆動用油圧シリンダ105と旋回モータ110とに過不足なく作動油が供給されるように各油圧ポンプ51,52へのエンジン出力の配分が設定され、このようなエンジン出力配分になるように各油圧ポンプ51,52のポンプ傾転角を制御するものである。なお、各油圧ポンプ51,52のポンプ傾転角制御は、上述の基本傾転角制御部6Aの場合と同様である。
【0145】
これにより、エンジン出力を各油圧ポンプ51,52の双方に最適配分することができ、第1油圧ポンプ51及び第2油圧ポンプ52のそれぞれのポンプ吐出流量が、ブーム103の作動と上部旋回体102の旋回とを同時に行なうのに十分なポンプ吐出流量となるとともに、エンジン出力を効率的に利用することで燃費を向上させることができる。
【0146】
具体的には、リフト/旋回制御部6Dでは、後述するようにエンジン50からのエンジン出力を各油圧ポンプ51,52に配分する配分割合(配分馬力)の設定と、各油圧ポンプ51,52の合計馬力の上限出力(上限馬力)を設定するようになっている。ここでは、上限馬力はエンジンの最大馬力(例えば約140PS;約102.20kW)に設定される。
【0147】
また、リフト/旋回制御部6Dでは、ブーム用操作部材54a及び旋回用操作部材54dの操作量に相当する電気信号に基づいて各油圧ポンプ51,52へのエンジン出力配分を設定するようになっている。
ここで、以下の表3はエンジン出力の配分割合例を示している。この表3では各操作部材54がフル操作されている場合のエンジン出力の配分割合を示している。なお、表3ではエンジン出力の配分割合に応じたエンジン馬力も示している。また、第1油圧ポンプ51は、主にブーム駆動用油圧シリンダ105へ作動油を供給しており、第2油圧ポンプ52は、主に旋回モータ110へ作動油を供給している。
【0148】
【表3】
【0149】
この表3に示すように、エンジン50からのエンジン出力は第1油圧ポンプ51にブーム103を十分な作動スピードで作動させるのに必要なエンジン出力を供給すべくブーム要求割合(例えば約70%)配分され、第2油圧ポンプ52に上部旋回体102を旋回させるのに最低限必要なエンジン出力を供給すべく旋回最低要求割合(例えば約30%)配分される。
【0150】
このときの各油圧ポンプ51,52に配分される合計馬力の上限値が上限馬力(例えば約140PS;約102.20kW)に設定される。これは、ブームアップ作業の場合には常にハイパワーを必要とするからである。そして、このエンジン馬力は、第1油圧ポンプ51にブーム103を十分な作動スピードで作動させるのに必要なエンジン馬力を供給すべくブーム要求馬力(例えば約98PS;約71.54kW)配分され、第2油圧ポンプ52に上部旋回体102を旋回させるのに最低限必要なエンジン馬力を供給すべく旋回最低要求馬力(例えば約42PS;約30.66kW)配分されることになる。
【0151】
また、エンジン出力を第1油圧ポンプ51へ多く配分しているのは、第1油圧ポンプ51からブーム駆動用油圧シリンダ105へ供給される作動油の流量を多くして、ブーム103の作動スピードを向上させることで作業効率を向上させるためである。
なお、各操作部材54がフル操作されていない場合のエンジン出力の配分割合(配分馬力)は、上述の各操作部材54がフル操作されている場合のエンジン出力の配分割合(配分馬力)を、各操作部材54の操作量に応じて補正することにより設定すれば良い。
【0152】
本実施形態にかかる建設機械の制御装置は、上述のように構成され、本制御にかかるメインルーチンは図8のフローチャートに示すような手順で動作する。 まず、ステップS10では各操作部材54からの電気信号を読み込む、ステップS20へ進む。
ステップS20では、ディギング判定手段3,エクスカベーション判定手段4及びリフト/旋回判定手段5が、スティック用操作部材54bからの電気信号に基づいてスティックイン操作が行なわれたか否かを判定し、この判定の結果、ディギング判定手段3,エクスカベーション判定手段4によりスティックイン操作が行なわれたと判定された場合は、ステップS30へ進む。
【0153】
ステップS30では、ローパワー/ハイパワー判定手段2が圧力センサ72,73からの検出情報(ポンプ吐出圧に相当する)を読み込んで、ステップS40へ進み、ステップS40で、ローパワー/ハイパワー判定手段2が、圧力センサ72,73により検出されたポンプ吐出圧が所定圧(例えば200kgf/cm2;約19.6MPa)以上か否かを判定する。
【0154】
この判定の結果、ポンプ吐出圧が所定圧(例えば200kgf/cm2;約19.6MPa)以上であると判定した場合は、ステップS50へ進み、ポンプ傾転角制御手段6のディギング制御部6B及びエクスカベーション制御部6Cが、各油圧ポンプ51,52に配分されるエンジン出力の上限値をハイパワー上限馬力(例えば約140PS;約102.20kW)に設定し、この所定馬力を各油圧ポンプ51,52に最適パワー配分してポンプ傾転角制御を行なうべく、ハイパワー時の最適パワー配分ポンプ傾転角制御ルーチンを実行する。なお、ハイパワー時の最適パワー配分ポンプ傾転角制御ルーチンについては後述する。
【0155】
一方、ステップS40で、ポンプ吐出圧が所定圧(例えば200kgf/cm2;約19.6MPa)以上でないと判定した場合は、ステップS60へ進み、ポンプ傾転角制御手段6のディギング制御部6B及びエクスカベーション制御部6Cは、各油圧ポンプ51,52に配分されるエンジン出力の上限値をローパワー上限馬力(例えば約120PS;約87.60kW)に設定し、この所定馬力を各油圧ポンプ51,52に最適パワー配分してポンプ傾転角制御を行なうべく、ローパワー時の最適パワー配分ポンプ傾転角制御ルーチンを実行する。なお、ローパワー時の最適パワー配分ポンプ傾転角制御ルーチンについては後述する。
【0156】
ところで、ステップS20で、スティックイン操作が行なわれていないと判定した場合は、ステップS70へ進み、リフト/旋回時の最適パワー配分ポンプ傾転角制御ルーチンを実行する。なお、リフト/旋回時の最適パワー配分ポンプ傾転角制御ルーチンについては後述する。
次に、本実施形態にかかる建設機械の制御装置は、ハイパワー時の最適パワー配分ポンプ傾転角制御ルーチン(図8のステップS50)は、図9のフローチャートに示すような手順で動作する。
【0157】
つまり、ステップA10ではディギング判定手段3及びエクスカベーション判定手段4が、バケット用操作部材54cからの電気信号に基づいてバケット操作が行なわれたか否かを判定する。
その判定の結果、ディギング判定手段3がバケット操作が行なわれたと判定した場合は、スティックイン操作とバケット操作とが同時に行なわれた場合であり、これはディギング作業であると考えられるため、ステップA50に進み、ポンプ傾転角制御手段6のディギング制御部6Bが、スティック用操作部材54b及びバケット用操作部材54cからの電気信号に基づいて、エンジン50からのエンジン出力が最適配分されるように各油圧ポンプ51,52へのエンジン出力の配分を設定する。
【0158】
ここでは、ディギング制御部6Bは、エンジン出力を第1油圧ポンプ51にバケット要求割合(例えば約40%)配分し、第2油圧ポンプ52にスティック要求割合(例えば約60%)配分する。つまり、ディギング制御部6Bは、上限値がハイパワー上限馬力(例えば約140PS;約102.20kW)に設定されたエンジン馬力を、第1油圧ポンプ51にバケット要求馬力(例えば約56PS;約40.88kW)配分し、第2油圧ポンプ52にスティック要求馬力(例えば約84PS;約61.32kW)配分する。
【0159】
そして、このようなエンジン出力配分になるように各油圧ポンプ51,52のポンプ傾転角を制御して、リターンする。
一方、ステップA10で、エクスカベーション判定手段4がバケット操作が行なわれていないと判定した場合は、ステップA20へ進み、さらにエクスカベーション判定手段4が旋回用操作部材54dからの電気信号に基づいて旋回操作が行なわれたか否かを判定する。
【0160】
この判定の結果、エクスカベーション判定手段4が旋回操作が行なわれたと判定した場合は、スティックイン操作と旋回操作とが同時に行なわれた場合であり、これはエクスカベーション作業であると考えられるため、ステップA30の処理を行なう。
次いで、ステップA30では、エクスカベーション制御部6Cが、スティック用操作部材54b及び旋回用操作部材54dからの電気信号に基づいて、エンジン50からのエンジン出力が最適配分されるように各油圧ポンプ51,52へのエンジン出力の配分を設定する。
【0161】
ここでは、エクスカベーション制御部6Cは、エンジン出力を第1油圧ポンプ51にスティック要求割合(例えば約75%)配分し、第2油圧ポンプ52に旋回最低要求割合(例えば約25%)配分する。つまり、エクスカベーション制御部6Cは、上限値がハイパワー上限馬力(例えば約140PS;約102.20kW)に設定されたエンジン馬力を、第1油圧ポンプ51にスティック要求馬力(例えば約104PS,約75.92kW)配分し、第2油圧ポンプ52に旋回最低要求馬力(例えば約36PS;約26.28kW)配分する。
【0162】
そして、このようなエンジン出力配分になるように各油圧ポンプ51,52のポンプ傾転角を制御して、リターンする。
ところで、ステップA20で、エクスカベーション判定手段4が旋回操作が行なわれていないと判定した場合は、エクスカベーション作業でないと考えられるため、エクスカベーション時のポンプ傾転角制御を行なわずに、リターンする。
【0163】
次に、本実施形態にかかる建設機械の制御装置は、ローパワー時の最適パワー配分ポンプ傾転角制御ルーチン(図8のステップS60)を行なうべく、図10のフローチャートに示すように動作する。
つまり、ステップB10ではディギング判定手段3及びエクスカベーション判定手段4が、バケット用操作部材54cからの電気信号に基づいてバケット操作が行なわれたか否かを判定する。
【0164】
その判定の結果、ディギング判定手段3がバケット操作が行なわれたと判定した場合は、スティックイン操作とバケット操作とが同時に行なわれた場合であり、これはディギング作業であると考えられるため、ステップB50に進み、ポンプ傾転角制御手段6のディギング制御部6Bが、スティック用操作部材54b及びバケット用操作部材54cからの電気信号に基づいて、エンジン50からのエンジン出力が最適配分されるように各油圧ポンプ51,52へのエンジン出力の配分を設定する。
【0165】
ここでは、ディギング制御部6Bは、エンジン出力を第1油圧ポンプ51にバケット最低要求割合(例えば約30%)配分し、第2油圧ポンプ52にスティック要求割合(例えば約70%)配分する。つまり、ディギング制御部6Bは、上限値がローパワー上限馬力(例えば約120PS;約87.60kW)に設定されたエンジン馬力を、第1油圧ポンプ51にバケット最低要求馬力(例えば約36PS;約26.28kW)配分し、第2油圧ポンプ52にスティック要求馬力(例えば約84PS;約61.32kW)配分する。
【0166】
そして、このようなエンジン出力配分になるように各油圧ポンプ51,52のポンプ傾転角を制御して、リターンする。
一方、ステップB10で、エクスカベーション判定手段4がバケット操作が行なわれていないと判定した場合は、ステップB20へ進み、さらにエクスカベーション判定手段4が旋回用操作部材54dからの電気信号に基づいて旋回操作が行なわれたか否かを判定する。
【0167】
この判定の結果、エクスカベーション判定手段4が旋回操作が行なわれたと判定した場合は、スティックイン操作と旋回操作とが同時に行なわれた場合であり、これはエクスカベーション作業であると考えられるため、ステップB30の処理を行なう。
次いで、ステップB30では、ポンプ傾転角制御手段6のエクスカベーション制御部6Cが、スティック用操作部材54b及び旋回用操作部材54dからの電気信号に基づいて、エンジン50からのエンジン出力が最適配分されるように各油圧ポンプ51,52へのエンジン出力の配分を設定する。
【0168】
ここでは、エクスカベーション制御部6Cは、エンジン出力を第1油圧ポンプ51にスティック要求割合(例えば約70%)配分し、第2油圧ポンプ52に旋回最低要求割合(例えば約30%)配分する。つまり、エクスカベーション制御部6Cは、上限値がローパワー上限馬力(例えば約120PS;約87.60kW)に設定されたエンジン馬力を、第1油圧ポンプ51にスティック要求馬力(例えば約84PS;約61.32kW)配分し、第2油圧ポンプ52に旋回最低要求馬力(例えば約36PS;約26.28kW)配分する。
【0169】
そして、このようなエンジン出力配分になるように各油圧ポンプ51,52のポンプ傾転角を制御して、リターンする。
ところで、ステップB20で、エクスカベーション判定手段4が旋回操作が行なわれていないと判定した場合は、エクスカベーション作業でないと考えられるため、エクスカベーション時のポンプ傾転角制御を行なわずに、リターンする。
【0170】
次に、本実施形態にかかる建設機械の制御装置は、リフト/旋回時の最適パワー配分ポンプ傾転角制御ルーチン(図8のステップS70)を行なうべく、図11のフローチャートに示すように動作する。
つまり、ステップC10ではリフト/旋回判定手段5が、ブーム用操作部材54aからの電気信号に基づいてブームアップ操作が行なわれたか否かを判定し、この判定の結果、ブームアップが行なわれたと判定した場合は、ステップC20へ進み、さらに旋回用操作部材54dからの電気信号に基づいて旋回操作が行なわれたか否かを判定する。
【0171】
この判定の結果、旋回操作が行なわれたと判定した場合は、ブームアップ操作と旋回操作とが同時に行なわれた場合であり、これはリフト/旋回動作であると考えられるため、ステップC30へ進み、ポンプ傾転角制御手段6のリフト/旋回制御部6Cが、ブーム用操作部材54a及び旋回用操作部材54dからの電気信号に基づいて、エンジン50からのエンジン出力が最適配分されるように各油圧ポンプ51,52へのエンジン出力の配分を設定する。
【0172】
ここでは、リフト/旋回制御部6Cは、エンジン出力を第1油圧ポンプ51にブーム要求割合(例えば約70%)配分し、第2油圧ポンプ52に旋回最低要求割合(例えば約30%)配分する。つまり、リフト/旋回制御部6Cは、上限値が上限馬力(例えば約140PS;約102.20kW)に設定されたエンジン馬力を第1油圧ポンプ51にブーム要求馬力(例えば約98PS;約71.54kW)配分し、第2油圧ポンプ52に旋回最低要求馬力(例えば約42PS;約30.66kW)配分する。
【0173】
そして、このようなエンジン出力配分になるように各油圧ポンプ51,52のポンプ傾転角を制御して、リターンする。
ところで、ステップC10でリフト/旋回判定手段5がブームアップ操作が行なわれていないと判定した場合、及びステップC20でリフト/旋回判定手段5が旋回操作が行なわれていないと判定した場合は、リフト/旋回動作でないと考えられるため、リフト/旋回時のポンプ傾転角制御を行なわずに、リターンする。
【0174】
したがって、本実施形態にかかる建設機械の制御装置によれば、エンジン出力が各油圧ポンプ51,52に最適配分されるため、油圧ポンプ51,52に十分なエンジン出力が供給されず、ポンプ出力が足りなくなって作業スピードが低下するのを防止することができ、作業効率を向上させることができるという利点がある。
【0175】
また、油圧ポンプ51,52に必要以上にエンジン出力が供給されてしまって、配管圧損の増加を招いて馬力損失を発生させたり、これに起因する作動油温度の上昇による内部リークの増大や、クーリングのために余分な馬力を消費するといったシステム全体の非効率部分を改善することができるという利点もある。
なお、上述の実施形態では、2つの油圧ポンプが設けられており、これらの油圧ポンプにエンジン出力を配分しているが、2以上の複数の油圧ポンプを設けて、各油圧アクチュエータにかかる作業負荷に応じてこれらの油圧ポンプのそれぞれにエンジン出力を配分するようにしても良い。
【0176】
また、上述の実施形態では、油圧ポンプ51,52は斜板回転式ピストンポンプとして構成しているが、コントローラ1からの作動信号によりポンプ吐出流量を制御しうる可変容量ポンプであれば良く、例えば斜軸式ピストンポンプや可変吐出量形ベーンポンプ等であっても良い。
また、上述の実施形態では、ディギング制御部6B,エクスカベーション制御部6Cにおいて、ローパワー/ハイパワー判定手段2の判定結果に基づいて作業装置118にかかる作業負荷に応じてローパワー時とハイパワー時とで各油圧ポンプ51,52に配分されるエンジン出力の上限値を変更しているが、リフト/旋回制御部6Dにおいてもローパワー/ハイパワー判定手段2の判定結果に基づいて作業装置118にかかる作業負荷に応じてローパワー時とハイパワー時とで各油圧ポンプ51,52に配分されるエンジン出力の上限値を変更するようにしても良い。
【0177】
また、上述の実施形態では、ディギング制御部6B,エクスカベーション制御部6Cにおいて、ローパワー/ハイパワー判定手段2の判定結果に基づいて作業装置118にかかる作業負荷に応じてローパワー時とハイパワー時とで油圧ポンプ51,52に配分されるエンジン出力を制御しているが、基本傾転角制御部6Aにおいてローパワー/ハイパワー判定手段2の判定結果に基づいて作業装置118にかかる作業負荷に応じてローパワー時とハイパワー時とで油圧ポンプ51,52に配分されるエンジン出力を制御するようにしても良い。
【0178】
また、上述の実施形態では、本発明をネガティブフローコントロールを行なう建設機械の制御装置に適用する場合について説明しているが、本発明をポジティブフローコントロールを行なう建設機械の制御装置に適用しても良い。
【0179】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1〜8記載の本発明の建設機械の制御装置によれば、エンジン出力が各油圧ポンプに最適配分されるため、油圧ポンプに十分なエンジン出力が供給されず、ポンプ出力が足りなくなって作業スピードが低下するのを防止することができ、作業効率を向上させることができるという利点がある。また、油圧ポンプに必要以上にエンジン出力が供給されてしまうのを防止でき、配管圧損の増加を招いて馬力損失を発生させたり、これに起因する作動油温度の上昇による内部リークの増大や、クーリングのために余分な馬力を消費するといったシステム全体の非効率部分を改善することができるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかる建設機械の制御装置における最適パワー配分によるポンプ傾転角制御を説明するための制御ブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態にかかる建設機械の制御装置の全体構成図である。
【図3】本発明の一実施形態にかかる建設機械の制御装置の制御弁を説明するための模式図である。
【図4】一般的な建設機械における配管圧損による馬力損失及び油圧アクチュエータへ供給可能な有効馬力を説明するための図である。
【図5】本発明の一実施形態にかかる建設機械の制御装置におけるネガティブフローコントロールの要求流量とネガコン圧との関係を示す図である。
【図6】本発明の一実施形態にかかる建設機械の制御装置におけるネガティブフローコントロールの許容流量とポンプ吐出圧との関係を示す図である。
【図7】本発明の一実施形態にかかる建設機械の制御装置におけるネガティブフローコントロールを説明するためのフローチャートである。
【図8】本発明の一実施形態にかかる建設機械の制御装置における最適パワー配分ポンプ傾転角制御のメインルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図9】本発明の一実施形態にかかる建設機械の制御装置におけるハイパワー時のポンプ傾転角制御ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図10】本発明の一実施形態にかかる建設機械の制御装置におけるローパワー時のポンプ傾転角制御ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図11】本発明の一実施形態にかかる建設機械の制御装置におけるリフト/旋回時のポンプ傾転角制御ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図12】従来の建設機械を示す模式的斜視図である。
【符号の説明】
1 コントローラ(制御手段)
2 ローパワー/ハイパワー判定手段
3 ディギング判定手段
4 エクスカベーション判定手段
5 リフト/旋回判定手段
6 ポンプ傾転角制御手段
6A 基本傾転角制御部
6B ディギング制御部
6C エクスカベーション制御部
6D リフト/旋回制御部
7 旋回用比例減圧弁制御手段
51 第1油圧ポンプ
52 第2油圧ポンプ
54 操作部材
54a ブーム用操作部材
54b スティック用操作部材
54c バケット用操作部材
54d 旋回用操作部材
63 旋回用制御弁
63a,63b 旋回用比例減圧弁
102 上部旋回体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to control of a construction machine that controls the flow rate of hydraulic oil from a hydraulic pump provided in the construction machine by a control valve to control the operation of hydraulic actuators such as a boom cylinder, a stick cylinder, a bucket cylinder, and a swing motor. Related to the device.
[0002]
[Prior art]
In general, a construction machine such as a hydraulic shovel includes an upper revolving
The
The
[0003]
A boom drive hydraulic cylinder (boom cylinder, boom drive hydraulic actuator) 105 for driving the
[0004]
Each of the
[0005]
With such a configuration, the
The rotation of the
[0006]
The
Also, a plurality of work mode switches are provided in the driver's
[0007]
Then, for example, when the operator operates these operating members such as levers and pedals, the control valves of the hydraulic circuit are controlled, and the
[0008]
In order to operate the
As described above, in the hydraulic excavator, the
[0009]
Here, at the time of the excavation, the stick-in operation and the turning operation are performed simultaneously. At the time of digging, the stick-in operation and the bucket operation are performed simultaneously. Further, during the lift / turn, the boom-up operation and the turn operation are performed simultaneously.
During these operations, hydraulic oil is supplied from each of the plurality of hydraulic pumps to each hydraulic actuator. In this case, since these hydraulic pumps are driven by one engine, the engine output from the engine is used in accordance with the pump load of each hydraulic pump on the engine. Note that the engine output includes engine power, engine torque, and engine horsepower output from the engine.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the control of the conventional hydraulic pump, the engine output (total horsepower, total pump horsepower) required to drive the plurality of hydraulic pumps and the engine output distribution between the plurality of hydraulic pumps (horsepower between the plurality of hydraulic pumps) Allocation) are set as fixed values.
[0011]
For example, if the maximum horsepower of the engine is about 140 horsepower (about 140 PS; about 102.20 kW), the total horsepower (total pump horsepower) of the plurality of hydraulic pumps driven by this one engine is about 140 horsepower (about 140 PS). About 102.20 kW). Also, the horsepower distribution among the plurality of hydraulic pumps is usually set to be approximately equal and fixed.
[0012]
If the total horsepower and the horsepower distribution are fixedly set in this manner, the horsepower loss increases depending on the working conditions (for example, the magnitude of the load pressure and the combination of the actuating actuators), and the sufficient horsepower required for the work is obtained. (Power) cannot be obtained, or a sufficient work speed cannot be obtained, resulting in reduced work efficiency.
Looking at the relationship between the fixedly set engine horsepower (total horsepower, total pump horsepower) and the load pressure, under the condition that the horsepower is fixed at a fixed value, if the load pressure is low, the hydraulic pump will Although the flow rate of the discharged hydraulic oil increases (pump flow rate = horsepower (constant) / load pressure), if the flow rate of the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump increases, the pressure loss of the piping system increases, and the horsepower due to the pipe pressure loss Since the loss increases, the effective horsepower (effective operating oil pressure) that can be supplied to the hydraulic actuator out of the engine horsepower (pump horsepower) decreases, and a sufficient force (power) required for the work cannot be obtained.
[0013]
In addition, the horsepower loss due to the pipe pressure loss becomes heat and raises the temperature of the hydraulic oil, and due to this temperature rise, the viscosity of the hydraulic oil decreases and the internal leak of hydraulic equipment increases, and the hydraulic system Efficiency (efficiency of supplying hydraulic oil to the hydraulic actuator) is deteriorated, and sufficient work speed is not obtained, resulting in work efficiency being deteriorated.
Furthermore, a large oil cooler is required to prevent an excessive rise in operating oil temperature, and when a cooling fan is provided, extra horsepower is required to drive the cooling fan. .
[0014]
Next, when looking at the relationship between horsepower distribution (horsepower distribution of engine horsepower) among a plurality of hydraulic actuators, priority is given to a case where a plurality of operating members are operated in conjunction to operate a plurality of hydraulic actuators simultaneously. There are hydraulic actuators that are desired to be powerfully operated, and hydraulic actuators that are required to perform a minimum required operation.
[0015]
For example, when excavation work is performed by performing stick-in and bucket-in simultaneously, the
By the way, in consideration of such an operation pattern (for example, when a plurality of hydraulic actuators are simultaneously operated as in an excavation operation), a hydraulic circuit is configured such that a hydraulic pump corresponding to each hydraulic actuator is connected. Have been.
[0016]
However, for example, even if the second hydraulic pump is connected to the stick driving
[0017]
Here, more engine horsepower (pump horsepower) is distributed to the hydraulic pump (in the above example, the second pump connected to the stick driving hydraulic cylinder 106) connected to the hydraulic actuator that wants to be powerfully operated. It is thought that work efficiency can be improved by doing so.
However, when trying to uniformly perform both the control for variably setting the total horsepower in accordance with the load pressure applied to the work implement and the control for varying the horsepower distribution among a plurality of hydraulic pumps regardless of the type of work. However, the following problems may occur.
[0018]
For example, when performing control to variably set the total horsepower according to the load pressure applied to the work machine, if the horsepower is set to be uniformly reduced according to the load pressure regardless of the type of work, Depending on the type of work, work efficiency will be reduced. For example, if the total horsepower is set to be smaller in accordance with the load pressure when the boom is raised, a problem that the cycle time becomes longer occurs. Therefore, when the boom is raised, it is necessary to use the full horsepower of the engine horsepower as the pump horsepower of each hydraulic pump in the full load pressure range.
[0019]
Further, when performing control to variably set the horsepower distribution among a plurality of hydraulic pumps, if the horsepower distribution is uniformly performed regardless of the combination of the operated hydraulic actuators, the combination of the plurality of hydraulic actuators In some cases, optimal horsepower distribution is not performed, and the engine output cannot be used efficiently.
[0020]
The present invention has been made in view of such a problem, and has improved the efficiency of the entire system by reducing the loss of the engine output, and has improved the working efficiency by enabling the efficient use of the engine output. It is an object of the present invention to provide a control device for a construction machine.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the control device for a construction machine according to the first aspect of the present invention includes a plurality of hydraulic pumps driven by an engine provided in the construction machine to discharge hydraulic oil in a tank and a plurality of operation units operated by an operator. lever When, A plurality of hydraulic actuators connected to the plurality of hydraulic pumps; Control means for controlling the tilt angle of the plurality of hydraulic pumps to adjust the discharge flow rate from the plurality of hydraulic pumps, the control means comprising: When it is determined that the operation is to simultaneously operate two hydraulic actuators among the plurality of hydraulic actuators based on the electric signals from the plurality of operation levers, the operation is performed according to a combination of the two hydraulic actuators. A distribution ratio of engine output distributed to a plurality of hydraulic pumps connected to each of the two hydraulic actuators is set, and the distribution ratio is set to the distribution ratio. The tilt angle of each of the plurality of hydraulic pumps is controlled.
[0022]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a construction machine control device according to the first aspect. , Multiple A pressure sensor that detects a pump discharge pressure of hydraulic oil discharged by the number of hydraulic pumps, and a control unit controls each of the plurality of hydraulic pumps based on an upper limit output set according to a detection signal from the pressure sensor. The engine output to be distributed is set, and the tilt angles of the plurality of hydraulic pumps are controlled so as to achieve the distributed output.
[0023]
[0024]
Claim 4 The control device for a construction machine according to the present invention is described in the claims. 3 The apparatus according to claim 1, further comprising a pressure sensor that detects a pump discharge pressure of hydraulic oil discharged from the plurality of hydraulic pumps, wherein the pump tilt angle control unit detects an upper limit output set according to a detection signal from the pressure sensor. The engine output to be allocated to each of the plurality of hydraulic pumps is set by subtracting the minimum required turning power required to turn the construction machine, and the tilt of each of the plurality of hydraulic pumps is set so as to achieve the distributed output. It is characterized in that the turning angle is controlled.
[0025]
Claim 5 According to a first aspect of the present invention, there is provided a control device for a construction machine according to the first aspect, wherein the plurality of operations are performed. lever Is operated for operating a stick provided to the construction machine. lever And a bucket operation operated to operate a bucket provided in the construction machine lever Wherein said control means operates said stick. lever And bucket operation lever Digging determining means for determining whether or not the digging operation involves stick operation and bucket operation based on an electric signal from the controller, and controls a tilt angle of the hydraulic pump to adjust a discharge flow rate from the hydraulic pump. Pump tilt angle control means that performs a digging operation when the digging determination means determines that it is a digging operation. Setting a distribution ratio of an engine output distributed to a plurality of hydraulic pumps connected to the stick driving hydraulic actuator and the bucket driving hydraulic actuator among the plurality of hydraulic actuators, so that the distribution ratio becomes the distribution ratio. The tilt angle of each of the plurality of hydraulic pumps is controlled.
[0026]
Claim 6 The control device for a construction machine according to the present invention is described in the claims. 5 The apparatus according to claim 1, further comprising a pressure sensor that detects a pump discharge pressure of hydraulic oil discharged from the plurality of hydraulic pumps, wherein the pump tilt angle control unit detects an upper limit output set according to a detection signal from the pressure sensor. The engine output distributed to each of the plurality of hydraulic pumps is set by subtracting the minimum required output of the bucket required to operate the bucket, and each of the plurality of hydraulic pumps is tilted so as to have the distributed output. The feature is to control the angle.
[0027]
Claim 7 According to a first aspect of the present invention, there is provided a control device for a construction machine according to the first aspect, wherein the plurality of operations are performed. lever Is operated for operating a boom provided in the construction machine. lever And a turning operation operated to turn the construction machine. lever And
The control means operates the boom. lever And turning operation lever Lift / turn determination means for determining whether or not a lift / turn involving a boom operation and a turn operation based on an electric signal from the hydraulic pump, and a tilt of the hydraulic pump to adjust a discharge flow rate from the hydraulic pump. Pump tilt angle control means for controlling a shift angle, wherein the pump tilt angle control means determines that a lift / turn is being performed by the lift / turn determination means. Setting a distribution ratio of engine output distributed to a plurality of hydraulic pumps connected to the boom driving hydraulic actuator and the turning hydraulic actuator among the plurality of hydraulic actuators, so that the distribution ratio becomes equal to the distribution ratio. The tilt angle of each of the plurality of hydraulic pumps is controlled.
[0028]
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a construction machine according to the present embodiment will be described.
The construction machine is a construction machine (working machine) such as a hydraulic shovel, as described in the related art (see FIG. 12), and includes the
[0030]
The
The working
[0031]
A boom drive hydraulic cylinder (boom cylinder, boom drive hydraulic actuator) 105 for driving the
[0032]
With such a configuration, the
Here, FIG. 2 is a diagram schematically showing a main part of a hydraulic circuit of such a hydraulic shovel.
[0033]
As shown in FIG. 2, the
The traveling
[0034]
Here, the
[0035]
That is, in these
[0036]
As described above, the inclination of the swash plate can be changed based on the operation signal from the controller 1, and in addition to the pressure of the operating oil in the oil passage constituting the hydraulic circuit, the operation of each operation member 54 by the operator is performed. Since the operation amount can also be taken into consideration, the operator's driving feeling can be improved as compared with the conventional method in which the pressure of the hydraulic oil in the oil passage is guided to change the inclination of the swash plate. .
[0037]
The
[0038]
Also, for each of the
[0039]
In addition, a plurality of driving levers such as a left lever, a right lever, a left pedal, and a right pedal for controlling the operation (running, turning, boom turning, stick turning, and bucket turning) of the hydraulic excavator are provided in the driving
[0040]
Further, a plurality of work mode switches are also provided in the driving
[0041]
Then, for example, when the operator operates these operation members 54, the control valves 57 to 60 and 62 to 65 interposed in the hydraulic circuit 53 are controlled, and the
[0042]
In addition, what is operated when rotating the
[0043]
Next, the hydraulic circuit 53 for controlling each of these cylinders will be described.
The hydraulic circuit 53 includes a
The
[0044]
Then, hydraulic oil from the first
[0045]
Further, a
The
[0046]
Then, the hydraulic oil from the second
[0047]
A
The control valves 57 to 60 and 62 to 65 are housed in a control unit (not shown).
[0048]
As described above, in the present embodiment, the second
[0049]
For this reason, the first
[0050]
Similarly, in addition to the hydraulic oil from the first
For this reason, the first
[0051]
In the present embodiment, the
Similarly,
[0052]
Here, as shown in FIG. 3, each of the control valves 57 to 60 and 62 to 65 is configured as a spool valve, and each is configured to include a plurality (here, five) of throttles. That is, as shown in FIG. 3, each of the control valves 57 to 60 and 62 to 65 is provided with an oil passage (operating oil supply passage) for communicating the first
[0053]
In FIG. 3, the
[0054]
In setting the diameters of the
The opening areas of the oil passages 61a and 66a that connect the first
[0055]
The CT throttle 9 adjusts the opening area of the
The opening area of the
[0056]
By the way, in this embodiment, as shown in FIG. 2, in order to control the control valves 57 to 60 and 62 to 65, the
[0057]
Here, the proportional pressure reducing valves 57a to 60a, 57b to 60b, 62a to 65a, and 62b to 65b are electromagnetic valves, and are operated by an operation signal from the controller 1 described later. Thus, the pilot oil pressure from the
[0058]
With such a configuration, for example, in order to rotate the upper revolving
[0059]
For example, to rotate the
[0060]
Conversely, to rotate the
[0061]
Further, in order to maintain the current state of the
[0062]
To operate the
[0063]
For example, to rotate the
[0064]
Conversely, to rotate the
[0065]
Further, in order to maintain the current state of the boom drive
[0066]
To operate the
[0067]
For example, to rotate the
[0068]
Conversely, to rotate the
[0069]
Further, in order to maintain the current state of the stick driving
[0070]
Further, for example, to operate the
[0071]
For example, to rotate the
[0072]
Conversely, to rotate the
[0073]
Further, in order to maintain the current state of the bucket driving
[0074]
By the way, various sensors are attached to the construction machine configured as described above, and a detection signal from each sensor is sent to a controller 1 described later.
For example, an engine speed sensor 71 is attached to the
[0075]
Further, on the discharge side of the first
[0076]
Further, pressure sensors (P / S-N1) are provided downstream of the control valves 57 to 60 of the
[0077]
A pressure sensor (P / S-BMd) 80 is provided in an oil passage for supplying and discharging hydraulic oil to and from the boom drive
In the present embodiment, the controller 1 is provided to control the construction machine configured as described above.
[0078]
The controller 1 controls the first
[0079]
Of these, the tilt angle control of the first
[0080]
Here, the negative flow control (electronic negative flow control system) refers to a pump flow control having negative characteristics such that the pump discharge flow rate is reduced when the pressure on the downstream side of the
Here, the pump is controlled by controlling the operation amount of each operation member 54, that is, the flow rate control in which the pump discharge flow rate is controlled according to the negative control pressure, and the load pressure applied to the actuator, that is, the pump discharge flow rate in accordance with the pump discharge pressure. Controlled horsepower control is divided into.
[0081]
Among them, the flow rate control can control the speed of the actuator (each cylinder) within the allowable horsepower. That is, the pump discharge flow rate can be controlled in accordance with the operation amount of each operation member 54, that is, the negative control pressure, and thereby the speed of the actuator can be controlled.
By the way, when each operation member 54 is fully operated and the pump discharge flow rate is maximum and the actuator speed is maximum, the pump discharge flow rate (that is, the actuator speed) is determined by the following equation.
[0082]
Pump discharge flow Q = allowable horsepower W / pump discharge pressure P
In this state, if the load pressure applied to the actuator fluctuates, the pump discharge pressure P also fluctuates, and the pump discharge flow rate Q also fluctuates according to the above equation, so that the actuator speed also fluctuates.
As described above, the pump discharge flow rate Q is not controlled according to the operation amount of each operation member 54, but is controlled according to the load pressure applied to the actuator, that is, the pump discharge pressure P. Is called horsepower control in a state where the control depends on the allowable horsepower W of the
[0083]
When such horsepower control is performed, the actual speed of the actuator is determined by the magnitude of the load pressure even if the operator fully operates each operating member 54 and requests the maximum speed of the actuator. In this case, the horsepower of the
Further, for example, when a plurality of actuators are simultaneously operated, even if each operation member 54 is not fully operated, the hydraulic oil is supplied to each actuator, the negative control pressure decreases, and the required flow rate decreases. When the flow rate exceeds the allowable flow rate determined by the allowable horsepower, the pump tilt angle control is performed so as to achieve the allowable flow rate in the horsepower control.
[0084]
By the way, when the operating member 54 is in the neutral position, that is, when the operator is not operating the operating member 54, the working
For this reason, in the present embodiment, the control valves 57 to 60 and 62 to 65 are open centers (arranged so that the
[0085]
Accordingly, when the operation member 54 is in the neutral position, the pressure immediately upstream of the
On the other hand, when the operation member 54 is operated, an amount of hydraulic oil corresponding to the operation amount is supplied to each actuator (cylinder or the like), and the remaining hydraulic oil returns to the
[0086]
The throttles (orifices) 81 and 82 are provided downstream of the
[0087]
When the operator operates the operation member 54, the control valves 57 to 60 and 62 to 65 move according to the operation amounts of the operation member 54, the
[0088]
This means that the pump discharge flow rate is controlled to increase according to the operator's request, that is, the amount of operation of the operation member 54 by the operator. , 52 means that the speed of the actuator (each cylinder) can be controlled.
[0089]
In the present embodiment, the position control of the control valves 57 to 60 and 62 to 65 by the controller 1 is performed in addition to the position control of the control valves 57 to 60 and 62 to 65 according to the operation of the operation member 54 by the operator. The position of each of the control valves 57 to 60 and 62 to 65 is also controlled in accordance with the engine speed.
That is, the controller 1 adjusts the pilot oil pressure applied to each of the control valves 57 to 60 and 62 to 65 based on the electric signal from the operation member 54 and controls the proportional pressure reducing valves (pilot pressure control valves) 57 a to 60 a and 57 b to An operation signal is output in order to control the operation of 60b, 62a to 65a, and 62b to 65b.
[0090]
Further, the controller 1 sends control signals to the control valves 57 to 60 and 62 to 65 based on a detection signal from an engine speed sensor 71 attached to the
[0091]
The proportional pressure reducing valves 57a to 60a, 57b to 60b, 62a to 65a, 62b to 65b are operated based on such an operation signal, whereby the pressure of the pilot hydraulic pressure supplied from the
[0092]
The control device for a construction machine according to the present embodiment is configured as described above, and various controls are performed by the controller 1. Further, in the present embodiment, a pump flow rate control (basic of a hydraulic pump) in a normal negative flow control is performed. In addition to the tilt angle control), the plurality of
[0093]
By the way, for example, under the condition that the engine horsepower (pump horsepower) is constant at a fixed value, as shown by a solid line A in FIG. 4, if the load pressure applied to the working machine is low, the flow rate of the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump becomes Although it increases (pump flow rate = horsepower (constant) / load pressure), when the flow rate of the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump increases, the pressure loss of the piping system increases as shown by the hatched area in FIG. Since the horsepower loss due to the pipe pressure loss increases, the effective horsepower (effective operating oil pressure, indicated by arrow C in FIG. 4) of the engine horsepower (pump horsepower) that can be supplied to the hydraulic actuator decreases, and the solid line in FIG. A becomes as shown by the solid line B, and a sufficient flow rate of hydraulic oil necessary for the work cannot be obtained, and a sufficient output (power) cannot be obtained.
[0094]
In addition, the horsepower loss due to the pipe pressure loss becomes heat and raises the temperature of the hydraulic oil, and due to this temperature rise, the viscosity of the hydraulic oil decreases and the internal leak of hydraulic equipment increases, and the hydraulic system Efficiency (efficiency of supplying hydraulic oil to the hydraulic actuator) is deteriorated, and sufficient work speed is not obtained, resulting in work efficiency being deteriorated.
On the other hand, in a region where the load pressure is high and the pump flow rate is small, the horsepower loss due to the pipe pressure loss is reduced, so that the effective horsepower of the engine horsepower (pump horsepower) that can be supplied to the hydraulic actuator increases.
[0095]
For this reason, in the present embodiment, in consideration of the efficiency of the entire hydraulic system, the engine horsepower (pump horsepower) is reduced in the low load pressure / large flow rate region in which the horsepower loss due to the pipe pressure loss is large, in conjunction with the load pressure. The engine horsepower (pump horsepower) is set to be large in a high load pressure / small flow rate region where horsepower loss due to pipe pressure loss is small.
[0096]
When the pump horsepower is set small, the effective horsepower that can be supplied to the hydraulic actuator also decreases in proportion to this, but in this case, the horsepower loss due to the pipe pressure loss acts as heat to raise the temperature of the hydraulic oil. By doing so, it is possible to reduce the secondary inconvenience that the internal leak of the hydraulic equipment increases, and in the balance evaluation with this, the efficiency of the entire system can be improved.
[0097]
Further, for example, when performing control for variably setting the engine horsepower (pump horsepower) according to the load pressure applied to the work implement, the engine horsepower (pump horsepower) is uniformly determined according to the load pressure regardless of the type of work. Is set to be small, the work efficiency will be reduced depending on the type of work. For example, if the engine horsepower (pump horsepower) is set to be small in accordance with the load pressure applied to the work machine at the time of the boom up, a problem that the cycle time becomes long occurs. Therefore, when the boom is raised, it is necessary to use the full horsepower of the engine horsepower as the pump horsepower of each hydraulic pump in the full load pressure range.
[0098]
Also, when performing control to variably set horsepower distribution (horsepower distribution of engine horsepower) among a plurality of hydraulic pumps, if horsepower is uniformly distributed regardless of a combination of a plurality of hydraulic actuators to be operated. However, depending on the combination of a plurality of hydraulic actuators, optimum horsepower distribution is not always performed, and the engine output may not be used efficiently. In such a case, the distribution ratio of the horsepower distribution among the plurality of hydraulic pumps may be changed.
[0099]
For this reason, in this embodiment, based on the operation signal (electric signal) from each operation member 54, each control is selectively used according to the kind of work.
Next, a description will be given of pump tilt angle control (horsepower control) performed by distributing the engine output to each of the plurality of
[0100]
Here, FIG. 1 is a control block diagram for explaining pump tilt angle control by the control device of the construction machine according to the present embodiment.
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the controller 1 includes a low power / high power determination unit 2, a digging
[0101]
Among these, the low power / high power determination means 2 determines whether the power should be low power or high power according to the work load applied to the working
[0102]
The reason why the judgment result by the low-power / high-power judgment means 2 is not output to the lift / turn judgment means 5 is that it involves a boom-up operation during the lift / turn operation, and is always high in the case of the boom-up operation. It requires power. Specifically, the low power / high power determination unit 2 determines that one of the pump discharge pressures detected by the
[0103]
Here, since the pump discharge pressure changes according to the work load applied to the
[0104]
Here, the pump discharge pressure is a predetermined pressure (for example, 200 kgf / cm 2 It is determined whether the
[0105]
The digging determination means 3 performs digging when the stick-in operation is performed and the
Here, the digging work is a work in which the stick-in operation and the bucket operation are performed at the same time. For example, a digging work performed with high power (heavy digging work), a leveling work or digging work performed with low power (Light excavation work).
[0106]
The excavation determining means 4 determines whether or not an excavation operation is to be performed based on electric signals from the
In the excavation determining means 4, the stick-in operation is performed based on the electric signals from the
[0107]
Here, the excavation work is a work in which the stick-in operation and the turning operation are performed simultaneously. The excavation work includes a work performed with low power and a work performed with high power. Note that the low power refers to a case where the load pressure applied to the stick driving
[0108]
For example, as an operation to be performed with low power, there is a diagonal leveling operation in which a stick operation and a turning operation are interlocked, and the turning operation is an operation pattern in which a full operation is not performed.
Here, the diagonal leveling operation is a leveling operation in which the bucket blade is lightly inserted into the ground, and the upper revolving
[0109]
Further, as a work performed with high power, there is a side wall scraping operation (side wall excavation operation, side wall cutting operation) in which a stick-in operation is performed while a work machine is pressed against the side wall by a turning operation.
Here, in the side wall scraping operation, the turning
[0110]
The lift / swing determination means 5 determines whether or not a lifting / swing operation is performed based on electric signals from the
In the lift / turn determination unit 5, the boom-up operation is performed based on the electric signals from the
[0111]
Here, the lift / turn operation is an operation in which a boom-up operation and a turn operation are performed simultaneously, and is performed as one operation in a loading operation for loading earth and sand into a dump truck or the like.
The pump tilt angle control means 6 includes a basic tilt
[0112]
In the present embodiment, the pump tilt angles of the
The basic tilt
[0113]
Here, the pump tilt angle control in the negative flow control by the basic tilt
That is, the basic tilt
[0114]
On the other hand, the basic tilt
[0115]
Then, the basic tilt
[0116]
Next, the basic operation of the pump tilt angle control in the negative flow control by the basic tilt
That is, first, in step S10, the negative control pressure P N1 , P N2 And at step S20 the pump discharge pressure P P1 , P P2 Read.
[0117]
Next, in step S30, the negative control pressure P read in step S10. N1 , P N2 Required flow Q corresponding to N1 , Q N2 Is calculated from the map of FIG. 5 and the pump discharge pressure P read in step S20 in
Then, in step S50, the required flow rate Q N1 , Q N2 Is the allowable flow rate Q P1 , Q P2 It is determined whether the flow rate is smaller than the required flow rate Q. N1 , Q N2 Is the allowable flow rate Q P1 , Q P2 If it is determined that the required flow rate Q is smaller than N1 , Q N2 Is set as the pump flow rate, and the routine returns. As a result, the tilt angle of the first
[0118]
On the other hand, the required flow Q N1 , Q N2 Is the allowable flow rate Q P1 , Q P2 If it is determined that the flow rate is equal to or greater than the above, the process proceeds to step S70, where the allowable flow rate Q P1 , Q P2 Is set as the pump flow rate, and the routine returns. As a result, the tilt angle of the first
The digging
[0119]
More specifically, the digging
Here, if high power is to be set, the upper limit horsepower is set to the maximum horsepower of the engine (for example, about 140 PS; about 102.20 kW). On the other hand, when low power is to be set, the upper limit horsepower is set to a predetermined horsepower (for example, about 120 PS; about 87.60 kW) that is equal to or less than the maximum horsepower of the engine.
[0120]
In the digging
Here, Table 1 below shows an example of the distribution ratio of the engine output and an example of the setting of the upper limit horsepower. Table 1 shows the distribution ratio of the engine output when each operation member 54 is fully operated. Table 1 also shows the pump horsepower according to the distribution ratio of the engine output. The first
[0121]
[Table 1]
[0122]
As shown in Table 1, first, when low power is to be set, the engine output from the
[0123]
That is, when low power is to be set, the upper limit value of the total horsepower distributed to each of the
[0124]
On the other hand, when the power should be high, the engine output from the
[0125]
That is, when high power is to be set, the upper limit of the total horsepower distributed to each of the
[0126]
Here, the engine horsepower distributed to the first
[0127]
As described above, in both the low power and high power cases, the engine output is largely distributed to the second
[0128]
Further, as described above, in the control for variably setting the engine horsepower (pump horsepower) according to the load pressure applied to the work implement, a case where the total horsepower of the plurality of
[0129]
Further, as described above, the control for variably setting the engine horsepower (pump horsepower) in accordance with the load pressure applied to the work machine and the control for variably setting the horsepower distribution among the plurality of hydraulic pumps are performed by each operating member. By combining them based on an operation signal (electric signal) from, the efficiency (including productivity / heat loss) of the entire system can be improved.
[0130]
The distribution ratio (distribution horsepower) of the engine output when each operation member 54 is not fully operated is the distribution ratio (distribution horsepower) of the engine output when each operation member 54 is fully operated. What is necessary is just to set by correcting according to the operation amount of each operation member 54.
When the excavation determining unit 4 determines that the excavation is being performed, that is, when the stick-in operation and the turning operation are performed simultaneously, the excavation control unit 6C controls the stick driving
[0131]
As a result, the engine output can be optimally distributed to both of the
[0132]
Specifically, the excavation control unit 6C distributes the engine output from the
[0133]
Here, if high power is to be set, the upper limit horsepower is set to the maximum horsepower of the engine (for example, about 140 PS; about 102.20 kW). On the other hand, when low power is to be set, the upper limit horsepower is set to a predetermined horsepower (for example, about 120 PS; about 87.60 kW) that is equal to or less than the maximum horsepower of the engine.
The excavation control unit 6C sets the engine output distribution to the
[0134]
Here, Table 2 below shows an example of the distribution ratio of the engine output and an example of the setting of the upper limit horsepower. Table 2 shows the distribution ratio of the engine output when each operation member 54 is fully operated. Table 2 also shows the pump horsepower according to the distribution ratio of the engine output. Further, the first
[0135]
[Table 2]
[0136]
As shown in Table 2, for example, in the case of the leveling operation, the load pressure of the stick driving
[0137]
At this time, the upper limit value of the total horsepower distributed to each of the
[0138]
On the other hand, in the case of the side wall scraping operation (sidewall excavation), the load pressure of the stick driving
[0139]
At this time, the upper limit of the total horsepower distributed to each of the
[0140]
Here, the engine horsepower distributed to the first
[0141]
As described above, in both the low power and high power cases, the engine output is largely distributed to the first
[0142]
Further, as described above, in the control for variably setting the engine horsepower (pump horsepower) according to the load pressure applied to the work implement, a case where the total horsepower of the plurality of
[0143]
Further, as described above, the control for variably setting the engine horsepower (pump horsepower) in accordance with the load pressure applied to the work machine and the control for variably setting the horsepower distribution among the plurality of hydraulic pumps are performed by each operating member. By combining them based on an operation signal (electric signal) from, the efficiency (including productivity / heat loss) of the entire system can be improved.
[0144]
The distribution ratio (distribution horsepower) of the engine output when each operation member 54 is not fully operated is the distribution ratio (distribution horsepower) of the engine output when each operation member 54 is fully operated. What is necessary is just to set by correcting according to the operation amount of each operation member 54.
The lift /
[0145]
As a result, the engine output can be optimally distributed to both of the
[0146]
Specifically, the lift /
[0147]
Further, the lift /
Here, Table 3 below shows an example of the distribution ratio of the engine output. Table 3 shows the distribution ratio of the engine output when each operation member 54 is fully operated. Table 3 also shows the engine horsepower according to the distribution ratio of the engine output. Further, the first
[0148]
[Table 3]
[0149]
As shown in Table 3, the engine output from the
[0150]
At this time, the upper limit value of the total horsepower distributed to each of the
[0151]
Further, the reason why the engine output is distributed to the first
The distribution ratio (distribution horsepower) of the engine output when each operation member 54 is not fully operated is the distribution ratio (distribution horsepower) of the engine output when each operation member 54 is fully operated. What is necessary is just to set by correcting according to the operation amount of each operation member 54.
[0152]
The control device for a construction machine according to the present embodiment is configured as described above, and the main routine according to the present control operates according to the procedure shown in the flowchart of FIG. First, in step S10, an electric signal from each operation member 54 is read, and the process proceeds to step S20.
In step S20, the digging
[0153]
In step S30, the low power / high power determination means 2 reads the detection information (equivalent to the pump discharge pressure) from the
[0154]
As a result of this determination, the pump discharge pressure becomes a predetermined pressure (for example, 200 kgf / cm 2 If it is determined that the pressure is about 19.6 MPa) or more, the process proceeds to step S50, in which the
[0155]
On the other hand, in step S40, the pump discharge pressure becomes a predetermined pressure (for example, 200 kgf / cm 2 If it is determined that the difference is not more than about 19.6 MPa), the process proceeds to step S60, and the digging
[0156]
If it is determined in step S20 that the stick-in operation has not been performed, the process proceeds to step S70 to execute an optimal power distribution pump tilt angle control routine during lift / turn. The optimal power distribution pump tilt angle control routine during lift / turn will be described later.
Next, in the control device of the construction machine according to the present embodiment, the optimal power distribution pump tilt angle control routine (step S50 in FIG. 8) at the time of high power operates according to the procedure shown in the flowchart of FIG.
[0157]
That is, in step A10, the digging
As a result of the determination, when the digging determination means 3 determines that the bucket operation has been performed, it means that the stick-in operation and the bucket operation have been performed at the same time, and this is considered to be a digging operation. The digging
[0158]
Here, the digging
[0159]
Then, the pump tilt angles of the
On the other hand, when the excavation determination means 4 determines that the bucket operation has not been performed in step A10, the process proceeds to step A20, and the excavation determination means 4 further performs the operation based on the electric signal from the turning
[0160]
As a result of this determination, when the excavation determination means 4 determines that the turning operation has been performed, it means that the stick-in operation and the turning operation have been performed simultaneously, and this is considered to be an excavation operation. Therefore, the process of step A30 is performed.
Next, in step A30, the excavation control unit 6C controls the
[0161]
Here, the excavation control unit 6C distributes the engine output to the first
[0162]
Then, the pump tilt angles of the
By the way, if the excavation determination means 4 determines in step A20 that the turning operation has not been performed, it is considered that the operation is not an excavation operation, and therefore the pump tilt angle control during the excavation is not performed. And return.
[0163]
Next, the control device of the construction machine according to the present embodiment operates as shown in the flowchart of FIG. 10 in order to perform the optimal power distribution pump tilt angle control routine (step S60 in FIG. 8) at the time of low power.
That is, in step B10, the digging
[0164]
As a result of the determination, when the digging determination means 3 determines that the bucket operation has been performed, it means that the stick-in operation and the bucket operation have been performed at the same time, and this is considered to be a digging operation. The digging
[0165]
Here, the digging
[0166]
Then, the pump tilt angles of the
On the other hand, if the excavation determination means 4 determines that the bucket operation has not been performed in step B10, the process proceeds to step B20, where the excavation determination means 4 further performs the operation based on the electric signal from the turning
[0167]
As a result of this determination, when the excavation determination means 4 determines that the turning operation has been performed, it means that the stick-in operation and the turning operation have been performed simultaneously, and this is considered to be an excavation operation. Therefore, the process of step B30 is performed.
Next, in step B30, the excavation control unit 6C of the pump tilt angle control unit 6 optimally distributes the engine output from the
[0168]
Here, the excavation control unit 6C distributes the engine output to the first
[0169]
Then, the pump tilt angles of the
By the way, if the excavation determining means 4 determines in step B20 that the turning operation has not been performed, it is considered that the operation is not an excavation operation, and the pump tilt angle control during the excavation is not performed. And return.
[0170]
Next, the control device of the construction machine according to the present embodiment operates as shown in the flowchart of FIG. 11 in order to perform the optimal power distribution pump tilt angle control routine during lift / turn (step S70 in FIG. 8). .
That is, in step C10, the lift / turn determination unit 5 determines whether a boom-up operation has been performed based on the electric signal from the
[0171]
As a result of this determination, when it is determined that the turning operation has been performed, it means that the boom-up operation and the turning operation have been performed simultaneously. Since this is considered to be a lift / turn operation, the process proceeds to step C30. The lift / turn control unit 6C of the pump tilt angle control means 6 controls each hydraulic pressure so that the engine output from the
[0172]
Here, the lift / turn control unit 6C distributes the engine output to the first
[0173]
Then, the pump tilt angles of the
When the lift / turn determination unit 5 determines that the boom-up operation has not been performed in step C10, and when the lift / turn determination unit 5 determines that the turn operation has not been performed in step C20, Since the operation is not considered to be a swing / turn operation, the process returns without performing the pump tilt angle control during the lift / turn operation.
[0174]
Therefore, according to the control device for a construction machine according to the present embodiment, the engine output is optimally distributed to the
[0175]
Further, the engine output is supplied to the
In the above-described embodiment, two hydraulic pumps are provided, and the engine output is distributed to these hydraulic pumps. However, by providing two or more hydraulic pumps, a work load applied to each hydraulic actuator is provided. , The engine output may be distributed to each of these hydraulic pumps.
[0176]
Further, in the above-described embodiment, the
Further, in the above-described embodiment, the digging
[0177]
Further, in the above-described embodiment, the digging
[0178]
Further, in the above-described embodiment, a case is described in which the present invention is applied to a control device for a construction machine that performs negative flow control. However, the present invention is also applicable to a control device for a construction machine that performs positive flow control. good.
[0179]
【The invention's effect】
As described in detail above, claims 1 to 8 According to the above-described control device for a construction machine of the present invention, the engine output is optimally distributed to the respective hydraulic pumps, so that sufficient engine output is not supplied to the hydraulic pumps, the pump output becomes insufficient, and the work speed is reduced. This is advantageous in that work efficiency can be improved and work efficiency can be improved. In addition, it is possible to prevent the engine output from being supplied to the hydraulic pump more than necessary, to cause an increase in piping pressure loss to cause horsepower loss, and to increase internal leak due to a rise in hydraulic oil temperature, Another advantage is that inefficiencies in the overall system, such as consuming extra horsepower for cooling, can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a control block diagram for explaining pump tilt angle control by optimal power distribution in a control device for a construction machine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an overall configuration diagram of a control device for a construction machine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a control valve of the control device for the construction machine according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining a horsepower loss due to a pipe pressure loss in a general construction machine and an effective horsepower that can be supplied to a hydraulic actuator.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a required flow rate of negative flow control and a negative control pressure in the control device for a construction machine according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between an allowable flow rate of negative flow control and a pump discharge pressure in the control device for a construction machine according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart illustrating negative flow control in the control device for the construction machine according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart illustrating a main routine of optimal power distribution pump tilt angle control in the control device for a construction machine according to one embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a flowchart illustrating a pump tilt angle control routine at the time of high power in the control device for the construction machine according to the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart illustrating a low-power pump tilt angle control routine in the control device for the construction machine according to the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a flowchart illustrating a pump tilt angle control routine during lift / turn when the control device for the construction machine according to the embodiment of the present invention;
FIG. 12 is a schematic perspective view showing a conventional construction machine.
[Explanation of symbols]
1 controller (control means)
2 Low power / high power judgment means
3 Digging judgment means
4 Excavation judgment means
5 Lift / turn determination means
6 Pump tilt angle control means
6A Basic tilt angle control unit
6B digging control unit
6C Excavation control unit
6D lift / turn controller
7 Control means for proportional pressure reducing valve for turning
51 1st hydraulic pump
52 Second hydraulic pump
54 Operation members
54a Operating member for boom
54b Operating member for stick
54c Bucket operating member
54d turning operation member
63 Swivel control valve
63a, 63b Proportional pressure reducing valve for turning
102 Upper revolving superstructure
Claims (8)
オペレータにより操作される複数の操作レバーと、
上記複数の油圧ポンプに接続される複数の油圧アクチュエータと、
上記の複数の油圧ポンプからの吐出流量を調整すべく上記の複数の油圧ポンプの傾転角を制御する制御手段とを備え、
該制御手段が、上記の複数の操作レバーからの電気信号に基づいて上記の複数の油圧アクチュエータのうちの2つの油圧アクチュエータを同時に作動させる作業であると判定した場合、該2つの油圧アクチュエータの組み合わせに応じて、該2つの油圧アクチュエータのそれぞれに接続される複数の油圧ポンプに配分されるエンジン出力の配分割合を設定し、該配分割合になるように上記の複数の油圧ポンプのそれぞれの傾転角を制御することを特徴とする、建設機械の制御装置。A plurality of hydraulic pumps driven by an engine provided in the construction machine and discharging hydraulic oil in a tank,
A plurality of operation levers operated by an operator,
A plurality of hydraulic actuators connected to the plurality of hydraulic pumps;
Control means for controlling the tilt angle of the plurality of hydraulic pumps to adjust the discharge flow rate from the plurality of hydraulic pumps,
When the control means determines that the operation is to simultaneously operate two hydraulic actuators of the plurality of hydraulic actuators based on the electric signals from the plurality of operating levers, a combination of the two hydraulic actuators In accordance with the above, the distribution ratio of the engine output distributed to the plurality of hydraulic pumps connected to each of the two hydraulic actuators is set, and the tilt of each of the plurality of hydraulic pumps is set so as to become the distribution ratio. A control device for a construction machine, characterized by controlling an angle.
該制御手段が、該圧力センサからの検出信号に応じて設定される上限出力に基づいて上記の複数の油圧ポンプのそれぞれに配分されるエンジン出力を設定し、該配分出力になるように上記の複数の油圧ポンプのそれぞれの傾転角を制御することを特徴とする、請求項1記載の建設機械の制御装置。A pressure sensor that detects a pump discharge pressure of hydraulic oil discharged by the plurality of hydraulic pumps,
The control means sets an engine output distributed to each of the plurality of hydraulic pumps based on an upper limit output set in accordance with a detection signal from the pressure sensor, and sets the engine output to be the distributed output. The control device for a construction machine according to claim 1, wherein each tilt angle of the plurality of hydraulic pumps is controlled.
該制御手段が、上記の旋回用操作レバー及びスティック用操作レバーからの電気信号に基づいて旋回操作とスティック操作とを伴うエクスカベーション作業であるか否かを判定するエクスカベーション判定手段と、
該油圧ポンプからの吐出流量を調整すべく該油圧ポンプの傾転角を制御するポンプ傾転角制御手段とを備え、
該ポンプ傾転角制御手段が、該エクスカベーション判定手段によりエクスカベーション作業であると判定された場合に、上記複数の油圧アクチュエータのうちの旋回用油圧アクチュエータ及びスティック駆動用油圧アクチュエータのそれぞれに接続される複数の油圧ポンプに配分されるエンジン出力の配分割合を設定し、該配分割合になるように上記の複数の油圧ポンプのそれぞれの傾転角を制御することを特徴とする、請求項1記載の建設機械の制御装置。The plurality of operation levers include a turning operation lever operated to turn the construction machine, and a stick operation lever operated to operate a stick provided to the construction machine,
An excavation determination unit configured to determine whether the control unit is an excavation operation involving a turning operation and a stick operation based on an electric signal from the turning operation lever and the stick operation lever ,
Pump tilt angle control means for controlling the tilt angle of the hydraulic pump to adjust the discharge flow rate from the hydraulic pump,
When the pump displacement angle control means determines that the excavation work is performed by the excavation determination means, the pump tilt angle control means controls the turning hydraulic actuator and the stick driving hydraulic actuator among the plurality of hydraulic actuators. A distribution ratio of engine output distributed to the plurality of connected hydraulic pumps is set, and a tilt angle of each of the plurality of hydraulic pumps is controlled so as to become the distribution ratio. The control device for a construction machine according to claim 1.
該ポンプ傾転角制御手段が、該圧力センサからの検出信号に応じて設定される上限出力から該建設機械を旋回させるのに最低限必要な旋回最低要求出力を減算することにより上記の複数の油圧ポンプのそれぞれに配分されるエンジン出力を設定し、該配分出力になるように上記の複数の油圧ポンプのそれぞれの傾転角を制御することを特徴とする、請求項3記載の建設機械の制御装置。A pressure sensor that detects a pump discharge pressure of hydraulic oil discharged by the plurality of hydraulic pumps,
The pump tilt angle control means subtracts a minimum required turn output required for turning the construction machine from an upper limit output set in accordance with a detection signal from the pressure sensor, thereby forming the plurality of pump tilt angles. 4. The construction machine according to claim 3 , wherein an engine output allocated to each of the hydraulic pumps is set, and each of the tilt angles of the plurality of hydraulic pumps is controlled so as to achieve the allocated output. Control device.
該制御手段が、
上記のスティック用操作レバー及びバケット用操作レバーからの電気信号に基づいてスティック操作とバケット操作とを伴うディギング作業であるか否かを判定するディギング判定手段と、
該油圧ポンプからの吐出流量を調整すべく該油圧ポンプの傾転角を制御するポンプ傾転角制御手段とを備え、
該ポンプ傾転角制御手段が、該ディギング判定手段によりディギング作業であると判定された場合に、上記複数の油圧アクチュエータのうちのスティック駆動用油圧アクチュエータ及びバケット駆動用油圧アクチュエータのそれぞれに接続される複数の油圧ポンプに配分されるエンジン出力の配分割合を設定し、該配分割合になるように上記の複数の油圧ポンプのそれぞれの傾転角を制御することを特徴とする、請求項1記載の建設機械の制御装置。The plurality of operation levers include a stick operation lever operated to operate a stick provided on the construction machine, and a bucket operation lever operated to operate a bucket provided on the construction machine. ,
The control means,
Digging determination means for determining whether or not a digging operation involving stick operation and bucket operation based on an electric signal from the stick operation lever and the bucket operation lever ,
Pump tilt angle control means for controlling the tilt angle of the hydraulic pump to adjust the discharge flow rate from the hydraulic pump,
The pump tilt angle control means is connected to each of the stick driving hydraulic actuator and the bucket driving hydraulic actuator of the plurality of hydraulic actuators when the digging determining means determines that it is a digging operation. 2. The system according to claim 1, wherein a distribution ratio of the engine output distributed to the plurality of hydraulic pumps is set, and a tilt angle of each of the plurality of hydraulic pumps is controlled so as to become the distribution ratio . Control device for construction machinery.
該ポンプ傾転角制御手段が、該圧力センサからの検出信号に応じて設定される上限出力から該バケットを作動させるのに最低限必要なバケット最低要求出力を減算することにより上記の複数の油圧ポンプのそれぞれに配分されるエンジン出力を設定し、該配分出力になるように上記の複数の油圧ポンプのそれぞれの傾転角を制御することを特徴とする、請求項5記載の建設機械の制御装置。A pressure sensor that detects a pump discharge pressure of hydraulic oil discharged by the plurality of hydraulic pumps,
The pump tilt angle control means subtracts the minimum required output of the bucket required to operate the bucket from the upper limit output set in accordance with the detection signal from the pressure sensor, thereby obtaining the plurality of hydraulic pressures. 6. The control of a construction machine according to claim 5 , wherein an engine output to be allocated to each of the pumps is set, and a tilt angle of each of the plurality of hydraulic pumps is controlled so as to obtain the allocated output. apparatus.
該制御手段が、上記のブーム用操作レバー及び旋回用操作レバーからの電気信号に基づいてブーム操作と旋回操作とを伴うリフト/旋回時であるか否かを判定するリフト/旋回判定手段と、
該油圧ポンプからの吐出流量を調整すべく該油圧ポンプの傾転角を制御するポンプ傾転角制御手段とを備え、
該ポンプ傾転角制御手段が、該リフト/旋回判定手段によりリフト/旋回時であると判定された場合に、上記複数の油圧アクチュエータのうちのブーム駆動用油圧アクチュエータ及び旋回用油圧アクチュエータのそれぞれに接続される複数の油圧ポンプに配分されるエンジン出力の配分割合を設定し、該配分割合になるように上記の複数の油圧ポンプのそれぞれの傾転角を制御することを特徴とする、請求項1記載の建設機械の制御装置。The plurality of operation levers include a boom operation lever operated to operate a boom provided on the construction machine, and a turning operation lever operated to turn the construction machine,
Lift / turn determination means for determining whether or not a lift / turn involving a boom operation and a turn operation is performed based on electric signals from the boom operation lever and the turn operation lever ,
Pump tilt angle control means for controlling the tilt angle of the hydraulic pump to adjust the discharge flow rate from the hydraulic pump,
When the pump tilt angle control unit determines that the lift / turn operation is performed by the lift / turn operation unit , each of the boom drive hydraulic actuator and the turn hydraulic actuator of the plurality of hydraulic actuators is used. A distribution ratio of engine output distributed to the plurality of connected hydraulic pumps is set, and a tilt angle of each of the plurality of hydraulic pumps is controlled so as to become the distribution ratio. 2. The control device for a construction machine according to claim 1.
該ポンプ傾転角制御手段が、該圧力センサからの検出信号に応じて設定される上限出力から該建設機械を旋回させるのに最低限必要な旋回最低要求出力を減算することにより上記の複数の油圧ポンプのそれぞれに配分されるエンジン出力を設定し、該配分出力になるように上記の複数の油圧ポンプのそれぞれの傾転角を制御することを特徴とする、請求項7記載の建設機械の制御装置。A pressure sensor that detects a pump discharge pressure of hydraulic oil discharged by the plurality of hydraulic pumps,
The pump tilt angle control means subtracts a minimum required turn output required for turning the construction machine from an upper limit output set in accordance with a detection signal from the pressure sensor, thereby forming the plurality of pump tilt angles. The construction machine according to claim 7 , wherein an engine output to be allocated to each of the hydraulic pumps is set, and a tilt angle of each of the plurality of hydraulic pumps is controlled so as to become the distributed output. Control device.
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