JP3708563B2 - 油圧建設機械の駆動制御装置 - Google Patents

油圧建設機械の駆動制御装置 Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、油圧アクチュエータの負荷に応じて原動機回転数を調節するときに可変容量油圧ポンプの押除け容積も調節するようにした油圧ショベルなどの油圧建設機械の駆動制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、たとえば特開昭57−163701号公報には、燃料レバーなどにより予め設定されたエンジン回転数を負荷や操作レバーの操作量に応じて補正する油圧建設機械の駆動制御装置が開示されている。
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
油圧建設機械、特に可変容量油圧ポンプを搭載した建設機械においては、全エンジン回転数領域でポンプの入力トルクがエンジンの出力トルクに接近するようにポンプ押除け容積が制御されており、負荷に応じて回転数増量の指令がなされたとき、いわゆる引きずり現象が発生してエンジン回転数の噴き上がりに時間がかかる。そのため、回転数増量にともない燃料噴射量が増量されても回転数が噴き上がらない間は不完全燃焼を起こし、黒煙が発生しやすくなるとともに燃費も悪化する。また、回転数上昇に時間がかかるため、所望のアクチュエータ速度が得られず、作業量があまり増加しない。
【0004】
本発明の目的は、負荷による原動機回転数の増量補正を行なう際に回転数が噴き上がりやすくして黒煙の発生を抑制するようにした油圧建設機械の駆動制御装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
一実施例を示す図1〜図5に対応付けて説明すると、請求項1の発明は、原動機27によって駆動される可変容量油圧ポンプ1と、この油圧ポンプ1からの吐出油により駆動される油圧アクチュエータ21と、この油圧アクチュエータ21の操作を指令する指令手段58,59と、操作部材57aの操作に応じて原動機27の目標回転数を設定する目標回転数設定手段81と、油圧アクチュエータ21の負荷を検出する負荷検出手段52と、検出された負荷が所定値以上のときに、設定された目標回転数を前記負荷の大きさに基づいて補正する回転数補正手段82,87と、補正された目標回転数となるように原動機27を制御する原動機制御手段28,88と、押除け容積制御信号により前記可変容量油圧ポンプの入力トルクを原動機の出力範囲内に制限するトルク制御手段62とを備える油圧建設機械の駆動制御装置に適用される。
そして、回転数補正手段82,87により行う回転数の増量補正が、その今回値と前回値の偏差が所定値以上で行われる増量補正であることを検出する回転数補正検出手段84,85と、この回転数補正検出手段84,85により、回転数の増量補正の今回値と前回値の偏差が所定値以上で行われる増量補正であることが検出された時、トルク制御手段62により可変容量油圧ポンプ1の押除け容積制御信号を低減する押除け容積低減手段65,66,67とを備えることにより、上記目的を達成する。
請求項2の発明は、制御弁20の上流下流の圧力差が一定になるように可変容量油圧ポンプ1の押除け容積を制御するロードセンシング制御部61押除け容積の制御により可変容量油圧ポンプ1の入力トルクを原動機の出力範囲内に制限するトルク制限制御部62とのいずれかの制御部から出力される押除け容積制御信号により可変容量油圧ポンプ1の押除け容積を制御する押除け容積制御手段80を備えた油圧建設機械の駆動制御装置に適用され、回転数補正手段82,87により行う回転数の増量補正が、その今回値と前回値の偏差が所定値以上で行われる増量補正であることを検出する回転数補正検出手段84,85を備え、この回転数補正検出手段84,85により、回転数の今回値と前回値の偏差が所定値以上で行われる増量補正であることが検出されているときに、トルク入力制限制御部62は、可変容量油圧ポンプ1の押除け容積制御信号を低減して出力することにより、上述した目的を達成する。
【0006】
【作用】
回転数補正検出手段84,85により回転数の増量補正が行なわれることを検出すると、可変容量油圧ポンプ1の押除け容積が低減されてポンプ入力トルクが小さくされる。
請求項2の駆動制御装置では、入力トルク制限制御実行中に回転数の増量補正が行なわれた場合には、可変容量油圧ポンプの押除け容積が低減されるが、ロードセンシング制御を実行中に回転数の増量補正が行なわれた時には押除け容積が低減されない。
【0007】
なお、本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明が実施例に限定されるものではない。
【0008】
【実施例】
−第1の実施例−
図1〜図4により本発明をホイール式油圧ショベルに適用した場合の一実施例を説明する。
図2は油圧ショベルの駆動制御装置の全体構成を示す図、図3はそのパイロット操作回路を示す図であり、1はエンジン(原動機)27により駆動される可変容量油圧ポンプである。エンジン27の回転数は、ガバナ27aのガバナレバー27bをパルスモータ28により回動することにより制御される。そして、そのエンジン回転数に応じた可変容量油圧ポンプ1の吐出油が走行用制御弁2を介して油圧モータ4に導かれるとともに、アーム用制御弁20を介してアーム用油圧シリンダ21に導かれる。
【0009】
今、例えば前後進切換弁8(図3)を前進(F位置)に切換えパイロット弁6のペダル6aを操作すると、油圧ポンプ5からの吐出油がパイロット式制御弁2のパイロットポート2aに導かれ、この制御弁2がパイロット油圧に応じたストローク量で切換わる。これにより、可変容量油圧ポンプ1からの吐出油が管路91,圧力補償弁23,制御弁2を経て油圧モータ4に供給され車両が走行する。
車両の速度は走行ペダル6aの踏込量に依存する。
【0010】
走行中にペダル6aを離すとパイロット弁6が圧油を遮断しその出口ポートがタンク10と連通される。この結果、パイロットポート2aに作用していた圧油が前後進切換弁8、スローリターン弁7、パイロット弁6を介してタンク10に戻る。このとき、スローリターン弁7の絞りにより戻り油が絞られるからパイロット式制御弁2は徐々に中立位置に切換わりながら車両が徐々に減速されていく。
【0011】
またアームレバー58を操作すると、その操作量に応じて減圧弁59で減圧された圧力により油圧パイロット式のアーム用制御弁20が切換わり、油圧ポンプ1からの吐出油が管路92,圧力補償弁24および制御弁20を介してアームシリンダ21に導かれ、アームシリンダ21の伸縮によりアームが昇降する。
【0012】
図1では図示を省略するが、アームレバー58や走行ペダル6aの他に、ブームレバー、バケットレバー、旋回レバーが設けられ、アームレバー58と同様に各レバーの操作量に応じたパイロット圧油を吐出する減圧弁と、その吐出パイロット圧油でそれぞれ切換えられる制御弁と、制御弁からの圧油で駆動されるアクチュエータとを備えている。
【0013】
圧力補償弁23,24は、油圧モータ4とアームシリンダ21の作動を独立に補償させるために設けられ、それぞれの制御弁の出入口圧力の差が所定値以上のときに油圧ポンプ1からの圧油を各アクチュエータに供給する。上述した不図示の各アクチュエータに対してもこの種の圧力補償弁が設けられる。
【0014】
可変容量油圧ポンプ1の傾転角、すなわち押除け容積は、傾転角制御装置40により制御される。傾転角制御装置40は、エンジン27により駆動される油圧ポンプ41と、一対の電磁弁42,43と、電磁弁42,43の切換に応じて油圧ポンプ41からの圧油によりピストン位置が制御されるサーボシリンダ44とから成り、サーボシリンダ44のピストン位置に応じて油圧ポンプ1の傾転角が制御される。ここで、一対の電磁弁42,43はコントローラ50により切換制御される。
【0015】
51は、油圧ポンプ1の傾転角θsを検出する傾転角センサ、52は油圧ポンプ1の吐出圧力Ppを検出する圧力センサ、53はエンジン27の回転数Nrを検出する回転数センサ、54は、油圧ポンプ1の吐出圧力とアクチュエータの最大負荷圧力(油圧モータ4の負荷圧力、アームシリンダ21およびその他の各アクチュエータの負荷圧力のうち最大の値であり、シャトル弁29にて選択されたものである)との差圧、つまりLS差圧ΔPLSを検出する差圧センサである。
また、55はガバナレバー27bの回動量Nθを検出するポテンショメ−タであり、これらの各センサの検出結果はコントローラ50に入力される。57は、燃料レバー57aの手動操作に応じた目標回転数Xを指令する回転数設定装置であり、その指令信号もコントローラ50に入力される。
【0016】
コントローラ50は、図1に示すような第1の制御回路部60と図4に示す第2の制御回路部80とを有している。図4に示す第2の制御回路部80において、81は目標回転数演算部であり、回転数設定装置57の燃料レバー57aの変位量に相当する信号Xに応じた目標回転数Nxを決定する。変位量Xと目標回転数Nxとは、変位量Xが増加するに従って目標回転数Nxがアイドル回転数Niから直線的に増加する関係に設定されている。
【0017】
82は回転数補正値演算部であり、圧力センサ52の出力である油圧ポンプ1の吐出圧力Ppにしたがって回転数補正値ΔNを出力する。この回転数補正値演算部82は、ポンプ圧力が回転数アップ圧力設定値Puを越えて増加する場合は、図示の増量特性にしたがいポンプ圧力に応じた回転数補正値ΔNを出力する。
一方、ポンプ圧力が所定値以上減少する場合、すなわち現在値から(Pu−Pd)以上減少する場合は、図示の減量特性にしたがいポンプ圧力に応じた回転数補正値ΔNを出力する。
ここで、回転数補正値ΔNがゼロになるときの圧力Pdを回転数ダウン設定値と呼び、PuとPdとの差がヒステリシスであり、いったん増量された回転数はポンプ圧力がその差分以上低下しないと減量されないようになっており、これにより、ハンチングが防止される。
【0018】
回転数補正値演算部82の出力ΔNは後述する加算器87に入力される。回転数補正値演算部82と加算器87との間に、運転席から自由にオン・オフできる選択スイッチを設けてもよい。
83は、回転数補正値ΔNを前回値ΔNoldとして記憶するメモリ、84は、今回値ΔNと前回値ΔNoldの偏差ΔΔNを演算して出力する偏差器である。85は、この偏差ΔΔNが所定値以上のときにハイレベル信号Scを、所定値未満のときにローレベル信号Scを後述する第1の制御部60に送出する関数発生器であり、関数発生器85からハイレベル信号が出力されると、可変容量油圧ポンプ1の押除け容積が所定値だけ低減される。その詳細は後述する。
なお、信号Scは回転数の増量補正の有無を検出するもので、遅延タイマによりハイレベル信号を所定時間だけ保持するの望ましい。好ましくは、回転数が増量されるまでハイレベルを保持するように遅延時間を制御するとよい。
【0019】
図4に示すように、回転数補正値演算部82で求められた回転数補正値ΔNは加算部87の+入力端子に入力され、ここで上記目標回転数Nxに加算され、目標回転数指令値Nyとされる。この目標回転数指令値Nyはサ−ボ制御部88でポテンショメ−タ55により検出したガバナレバー27bの変位量Nθの信号と比較され、図5に示す手順にしたがって両者が一致するようパルスモータ28が制御される。
【0020】
図5において、まずステップS21で目標回転数指令値Nyとガバナレバー変位量Nθとをそれぞれ読み込み、ステップS22に進む。ステップS22では、Nθ−Nyの結果を回転数差Aとしてメモリに格納し、ステップS23において、予め定めた基準回転数差Kを用いて、|A|≧Kか否かを判定する。肯定されるとステップS24に進み、回転数差A>0か否かを判定し、A>0ならばガバナレバ−変位量Nθが目標回転数指令値Nyよりも大きい、つまり制御回転数が目標回転数よりも高いから、エンジン回転数を下げるためステップS25でモータ逆転を指令する信号をパルスモータ28に出力する。これによりパルスモータ28が逆転しエンジン27の回転数が低下する。
【0021】
一方、A≦0ならばガバナレバ−変位量Nθが目標回転数指令値Nyよりも小さい、つまり制御回転数が目標回転数よりも低いから、エンジン回転数を上げるためステップS26でモータ正転を指令する信号を出力する。これにより、パルスモータ28が正転し、エンジン27の回転数が上昇する。ステップS23が否定されるとステップS27に進んでモータ停止信号を出力し、これによりエンジン27の回転数が一定値に保持される。ステップS25〜S27を実行すると始めに戻る。
【0022】
図1に示す第1の制御回路部60は、ロードセンシング制御部(以下、LS制御部)61と、トルク制御部62と、選択部63と、サーボ制御部64とから成る。LS制御部61は、目標差圧ΔPLSRと、差圧センサ54で検出されたLS差圧ΔPLSとの偏差Δ(PLS)を演算し、この偏差Δ(PLS)から目標値の変化量ΔθLを演算し、これを積分してロードセンシング制御のための目標ポンプ傾転角θLを求めて出力する。
【0023】
トルク制御部62は、回転数センサ53で検出されたエンジン回転数Nrと、ポテンショメ−タ55で検出されたガバナレバー位置Nθとの偏差ΔNを演算し、この偏差ΔNからエンジンストールを防止するための目標トルクTpoを演算し、この目標トルクTpoに圧力センサ52で検出されたポンプ吐出圧力Ppの逆数を乗じて傾転角演算を行い、その値θpsに一時遅れ要素のフィルタをかけて入力トルク制限制御のための目標ポンプ傾転角θTを求める。
【0024】
65は減算器であり、トルク制御部62から出力される目標ポンプ傾転角θTから基準ポンプ傾転角θtoを減算して低減目標ポンプ傾転角θTrを出力する減算器、66は、目標ポンプ傾転角θTと低減目標ポンプ傾転角θTrのいずれかを選択して選択部63に送出する切換器である。基準ポンプ傾転角θtoは基準ポンプ傾転角出力部67から出力される
【0025】
選択部63は、上記2つの目標傾転角θLとθT、あるいはθLとθTrのうち小さい方の値を選択してサーボ制御部64に出力する。サ−ボ制御部64は、選択された傾転角指令値θrと、傾転角センサ51により検出した傾転角フィ−ドバック値θsとを比較し、ポンプ傾転角θsが傾転角指令値θrに一致するよう傾転角制御装置40を制御する。この切換えは、上述した回転数の増量補正にともなって、θTrを選択するように切換えられる。
【0026】
ここで、上記ロードセンシング制御によれば、LS差圧が一定値になるように可変容量油圧ポンプ1の押除け容積(以下、傾転角ともいう)が制御され、上記ポンプ圧がロードセンシング圧よりも所定の目標値だけ高く保持されるので、ポンプ吐出流量が制御弁2または20などの要求流量になるようにポンプ傾転角が制御され、余分な流量を吐出することがなく絞り損失による無駄がなくなり燃費および操作性の向上が図れる。また入力トルク制限制御によれば、油圧ポンプ1のトルクがエンジン27の出力トルクの範囲内に保持され、エンジン27に過負荷が作用するのが防止される。
【0027】
以上の構成において、圧力センサ52で検出された油圧ポンプ1の吐出圧力Ppが所定値Pu(図1)を越えると、その圧力Puに応じた回転数補正値ΔNが回転数補正値演算部82から出力される。この補正値ΔNは、加算器87において、目標回転数演算部81で設定された目標回転数Nxに加算される。したがって、目標回転数指令値Nyが目標回転数Nxよりも高くなり、エンジン27の実際の回転数もそれに応じて上昇し、制御弁の通過流量がサチュレートしていない範囲では、油圧ポンプ1の吐出流量が増加する。
【0028】
このとき、今回の回転数補正値ΔNと前回の回転数補正値ΔNoldとの偏差ΔΔNが所定値以上であれば、関数発生器84からハイレベル信号Scが出力され、第1の制御部60の切換器66はb接点側に切換えられる。その結果、選択部63にはロードセンシング制御のための目標ポンプ傾転角θLと低減目標ポンプ傾転角θTrとが入力され、いずれか小さい値値が選択部63から出力される。
【0029】
選択部63がθTを選択しているときに回転数の増量補正が行なわれた場合、θTr<θLであれば可変容量油圧ポンプ1の押除け容積はθTrに設定される。その結果、回転数増量に伴って可変容量油圧ポンプ1の押除け容積がΔθtoだけ低減され、ポンプ入力トルクが小さくなってエンジン27の負荷が低減される。そのため、回転数増量の噴き上がり向上し、回転数増量の効果が顕著となる。ロードセンシング制御中に回転数増量が行なわれてもトルクの軽減はなく、ロードセンシング制御の操作フィーリングを損うことはない。
【0030】
−第2の実施例−
図6は第1の制御部60の第2の実施例を示す。図1との相違点は、基準ポンプ傾転角θtoを回転数補正値ΔNに応じて変更するようにした点にあり、その他は同様に構成される。すなわち、関数発生器67Aには回転数補正値ΔNが入力され、この回転数補正値に応じた基準ポンプ傾転角θtoが出力される。
この第2の実施例では、回転数補正値ΔNが大きいほど目標ポンプ傾転角θTrが小さく、すなわち回転数補正値ΔNが大きいほどポンプ入力トルクが小さくなり、回転数の噴き上がりが回転数補正量にかかわらず一定になり、操作フィーリングが向上する。
【0031】
以上の実施例の構成において、油圧モータ4および作業用油圧シリンダ21などが油圧アクチュエータを、走行ペダル6a、操作レバー58などが指令手段を、燃料レバー57aが操作部材を、目標回転数演算部81が目標回転数設定手段を、加算器87が回転数補正手段を、パルスモータ28およびサーボ制御部88が原動機制御手段を、圧力センサ52が負荷検出手段を、偏差器84や関数発生器85などが回転数補正検出手段を、第1の制御部60が押除け容積低減手段や押除け容積制御手段をそれぞれ構成する。
【0032】
なお以上では、ポンプ圧力でアクチュエータの負荷を検出するようにしたが、油圧アクチュエータの圧力や、エンジン実回転数と目標回転数(ガバナレバー位置)との偏差などからアクチュエータの負荷を検出してもよい。
また以上では、操作部材として燃料レバーの操作量に応じてエンジン目標回転数を設定する例を示したが、操作部材は燃料レバーに限定されず、例えば走行ペダル操作量に応じてエンジン目標回転数を設定するものにも本発明を適用できる。また、アップダウンスイッチでエンジン目標回転数を設定するもの、あるいは、重負荷用スイッチ、軽負荷用スイッチ、アイドル用スイッチを設け、各スイッチを操作すると予め定めた目標回転数に設定するものでもよい。さらに、油圧ショベル以外の油圧建設機械にも本発明を同様に適用できる。さらにまた、ロードセンシング油圧駆動制御装置として説明したが、ロードセンシング制御を必須としない発明にあっては、この制御方式に本発明が限定されるものではない。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、負荷に応じて原動機回転数を増量補正する際に、必要に応じて可変容量油圧ポンプの入力トルクを所定量だけ低減するようにしたので、原動機の噴き上がりが向上し、黒鉛の発生が抑制されるとともに燃費も向上する。また、回転数上昇が速くなるので、これによるポンプの吐出流量の増大量は、この間の入力トルク低減によるポンプ吐出流量減少量を上回り、結果的にアクチュエータ速度が速くなり作業量が向上する。
ロードセンシング制御とトルク制限制御とを行なう駆動制御装置にあっては、トルク制限制御時にのみ上記押除け容積低減制御を行なうようにしたので、ロードセンシング制御時の操作フィーリングが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例に係るポンプ制御回路部の詳細を示すブロック図である。
【図2】油圧建設機械の駆動制御装置の一実施例の全体構成を示す図である。
【図3】図2のパイロット操作回路を示す図である。
【図4】回転数制御回路部のブロック図である。
【図5】エンジン回転数制御の手順を示すフローチャートである。
【図6】ポンプ制御回路部の別実施例の詳細を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 可変容量油圧ポンプ
2 走行用制御弁
4 走行用油圧モータ
4a〜4c 圧力センサ
6 パイロット弁
6a 走行ペダル
8 前後進切換弁
20 アーム用制御弁
21 アームシリンダ
21a〜21d 圧力センサ
27 エンジン(原動機)
28 パルスモータ
40 傾転制御装置
50 コントローラ
51 傾転角センサ
52 圧力センサ
53 回転数センサ
54 差圧センサ
55 ポテンショメ−タ
57 回転数設定装置
57a 燃料レバー
60 第1の制御回路部
61 LS制御部
62 トルク制御部
63 選択部
64 サ−ボ制御部
65 偏差器
66 切換器
67 基準ポンプ傾転角出力部
67A 関数発生器
80 第2の制御回路部
81 目標回転数演算部
82 回転数補正値演算部
83 メモリ
84 偏差器
85 関数発生器

Claims (2)

  1. 原動機によって駆動される可変容量油圧ポンプと、この油圧ポンプからの吐出油により駆動される油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータの操作を指令する指令手段と、前記油圧アクチュエータの負荷を検出する負荷検出手段と、操作部材の操作に応じて前記原動機の目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、検出された負荷が所定値以上のときに、前記設定された目標回転数を前記負荷の大きさに基づいて補正する回転数補正手段と、前記補正された目標回転数となるように前記原動機を制御する原動機制御手段と、押除け容積制御信号により前記可変容量油圧ポンプの入力トルクを原動機の出力範囲内に制限するトルク制御手段とを備えた油圧建設機械の駆動制御装置において、
    前記回転数補正手段により行う回転数の増量補正が、その今回値と前回値の偏差が所定値以上で行われる増量補正であることを検出する回転数補正検出手段と、
    この回転数補正検出手段により、前記回転数の増量補正の今回値と前回値の偏差が所定値以上で行われる増量補正であることが検出された時、前記トルク制御手段により前記可変容量油圧ポンプの押除け容積制御信号を低減する押除け容積低減手段とを備えることを特徴とする油圧建設機械の駆動制御装置。
  2. 原動機によって駆動される可変容量油圧ポンプと、この油圧ポンプからの吐出油により駆動される油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータの操作を指令する指令手段と、この指令手段の指令にしたがって前記油圧ポンプから油圧アクチュエータへ供給する圧油を制御する制御弁と、前記油圧アクチュエータの負荷を検出する負荷検出手段と、操作部材の操作に応じて前記原動機の目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、検出された負荷が所定値以上のときに、前記設定された目標回転数を前記負荷の大きさに基づいて補正する回転数補正手段と、前記補正された目標回転数となるように前記原動機を制御する原動機制御手段と、前記制御弁の上流下流の圧力差が一定になるように前記可変容量油圧ポンプの押除け容積を制御するロードセンシング制御部、および押除け容積の制御により前記可変容量油圧ポンプの入力トルクを原動機の出力範囲内に制限するトルク制限制御のいずれかの制御部から出力される押除け容積制御信号により前記可変容量油圧ポンプの押除け容積を制御する押除け容積制御手段とを備えた油圧建設機械の駆動制御装置において、
    前記回転数補正手段により行う回転数の増量補正が、その今回値と前回値の偏差が所定値以上で行われる増量補正であることを検出する回転数補正検出手段を備え、
    この回転数補正検出手段により、前記回転数の増量補正の今回値と前回値の偏差が所定値以上で行われる増量補正であることが検出されているときに、前記トルク入力制限制御部は、前記可変容量油圧ポンプの押除け容積制御信号を低減して出力することを特徴とする油圧建設機械の駆動制御装置。
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