JP3878190B2

JP3878190B2 - 建設機械の制御装置

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Publication number: JP3878190B2
Application number: JP2004241569A
Authority: JP
Inventors: 紀幸坂井
Original assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2019-10-19
Also published as: JP2005024098A

Description

本発明は、建設機械の制御装置に関するものであり、特に、低速作業モードと高速作業モードの何れかに切換えて作業を実施できるように構成された建設機械の制御装置に関するものである。

従来の此種建設機械の制御装置を図２、図３及び図７に従って説明する。図２はポンプ性能線図であり、図３はエンジン性能線図を示す。之等の図面は本発明の実施の形態の説明に於いても用いられる。図７は主として油圧ショベルの制御回路図である。

図７に於いて、１２は第１の油圧ポンプであり、１３は第２の油圧ポンプを示す。該第１及び第２の油圧ポンプ１２，１３の油路にはブーム、アーム、バケットシリンダ等の各種アクチュエータ用のコントロールバルブ１〜８が接続されている。また、前記第１及び第２の油圧ポンプ１２，１３はエンジン１９によって駆動される。更に、該エンジン１９はエンジンガバナーのコントロールアクチュエータ２０によって燃料噴射量及び燃料噴射タイミングが調整される。該エンジンガバナーのコントロールアクチュエータ２０はコントローラ２１からの指令信号によって作動する。また、前記第１及び第２の油圧ポンプ１２，１３からの吐出油は電磁比例弁から成るアクチュエータ１５によって制御される。該アクチュエータ１５は前記コントローラ２１からの指令信号によって作動する。

また、この建設機械は低速作業モード又は高速作業モードに切換えて作業が行われるように構成されているが、該切換えは前記コントローラ２１に結線されている作業モード選択スイッチ２６をオペレータの手動による切換動作によって行われる。尚、図中符号１４はパイロットポンプであり、２２はバッテリを示す。

図２及び図３に示すように、作業モードはスピード及びパワーに優れているＡモード（以下、「高速作業モード」と称す）と、低燃費及び微操作に適したＢモード（以下、「低速作業モード」と称す）とから成り、前記作業モード選択スイッチ２６をオペレータの手動による切換動作によってオペレータが欲する前記何れかの作業モードが選択される。該作業モード選択スイッチ２６のオン・オフは前記コントローラ２１が認識し、例えば、該作業モード選択スイッチ２６がオンのときには、コントローラ２１は前記高速作業モードが選択されたと判断し、該コントローラ２１はエンジン１９をコントロールするエンジンガバナーのアクチュエータ２０に指令信号を転送して該エンジン１９を前記高速作業モードに切換えて高速回転させると同時に、前記第１及び第２の油圧ポンプ１２，１３の吐出油をコントロールするアクチュエータ１５にも指令信号を転送し、そして、該アクチュエータ１５によって之等第１及び第２の油圧ポンプ１２，１３はその吐出油が高速作業モードに適した高出力状態に切換わる。

また、該作業モード選択スイッチ２６がオペレータの手動によってオフに切換えられたときには、前記エンジン１９及び第１並びに第２の各油圧ポンプ１２，１３も夫々の出力が低速作業モードに切換わるように、前記コントローラ２１からの指令信号が前記各アクチュエータ２０及び１５に転送されて該低速作業モードによる作業が行われる。

上記作業モード選択スイッチがオペレータの手動によって高速作業モードに切換えられているとき、この高速作業モードによる作業はスピード及びパワーに優れているので、高速作業や負荷が大きな作業には適しているのであるが、この高速作業モードによる一連の作業中に於いて、負荷の軽い動作又は微操作を行っているときにもエンジン出力は高いままで行われるので、無駄な燃料が消費される。そこで、この無駄な燃料消費を回避するにはその都度、前記作業モード選択スイッチを手動によって低速作業モードに切換えなければならないのであるが、該切換動作は非常に手間がかかる。一般には、オペレータはかかる切換え動作を行っていないので、前述のような無駄な燃料が消費されることになる。

また、オペレータが前記作業モード選択スイッチを切換えて低速作業モードが選択されて該低速作業モードによる作業が行われているとき、この低速作業モードはオペレータの微操作及びエンジンの燃費の節減のためには優れているが、該低速作業モードによる一連の作業中に於いて機械を速く動作させたいとき、或いは大きなパワーを必要とするときには、スピード或いはパワーが不足し、オペレータの欲するスピード及びパワーを満足させることはできない。之を回避するためにその都度、前記作業モード選択スイッチの切換え動作を手動で行うことは非常に手間がかかる。そのため、近年、低速作業モードと高速作業モード相互の切換えを自動的に行えるようにして、オペレータが手動によって煩雑な作業モード選択スイッチの切換え操作をしなくても済むようになってきたが、その一方で建設機械の走行中に作業モードの切換えが自動的に行われるとオペレータにショックを与え、走行が不安定になるという問題があり、又、作業モードの切換えを自動で行う建設機械においても、作業状況に応じた細かな作業モード切換えは行われていなかった。

そこで、高速作業モードと低速作業モードの何れかを選択して作業を実施する建設機械であって、従来例のようにオペレータが手動によって煩雑な作業モード選択スイッチの切換え操作をすることなく、エンジンの低燃費及び適正なる作業スピードの双方を満足できるようにした建設機械の制御装置に於いて、暖機が完了しても、走行が検出された場合は、作業モードの切換えを不能にして安定的な走行を確保する必要があり、一方、暖機が完了し、走行がなされていないことが検出された場合は、作業モードの切換えを作業状況に応じて安定的に行うことができるようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は該課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、エンジンによって駆動される第１の油圧ポンプと第２の油圧ポンプ及びパイロットポンプを有し、該第１及び第２の油圧ポンプの下流にアクチュエータに圧油を給排制御するコントロールバルブを配設し、上記エンジンのラジエータの水温を検知するラジエータ水温センサと上記第１及び第２の油圧ポンプの作動油の温度を検知する作動油温センサと上記パイロットポンプのパイロット油路のパイロット圧を検知する圧力スイッチを設けると共に、該ラジエータ水温センサ、作動油温センサ及び圧力スイッチを夫々コントローラに接続し、作業モードを低速作業モード又は高速作業モードの何れかに切換え可能にした建設機械に於いて、上記第１及び第２の油圧ポンプの圧力を検出する圧力センサを設け、上記ラジエータ水温センサ又は作動油温センサによる検出値の少なくとも一つが暖機に達してても、上記圧力スイッチにより走行が検出されたときは作業モードの切換えを不能にし、一方、上記ラジエータ水温センサ又は作動油温センサによる検出値の少なくとも一つが暖機に達すると共に上記圧力スイッチにより走行がなされていないことが検出されたときは、上記第１及び第２の油圧ポンプの圧力和（Ｐｍ１＋Ｐｍ２）が所定の圧力（ＰＨ）以上で、且つ、所定時間（ｔ₂秒）経過していないときに低速作業モードを維持するように構成された建設機械の制御装置を提供するものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、第１及び第２の油圧ポンプの圧力和（Ｐｍ１＋Ｐｍ２）が所定の圧力（ＰＨ）以上で、且つ、所定時間（ｔ₂秒）経過したときは、低速作業モードから高速作業モードへ切換えるように構成された建設機械の制御装置を提供するものである。

請求項１記載の構成によれば、走行が検出されたときは、作業モードの切換えを不能にし、一方、走行がなされていないことが検出されたときは、所定の条件下で低速作業モードが維持され、また、請求項２記載の構成によれば、走行が検出されたときは、作業モードの切換えを不能にし、一方、走行がなされていないことが検出されたときは、所定の条件下で低速作業モードから高速作業モードへ切換わる。

請求項１及び２記載の発明は、共に暖機が完了し、且つ、走行が検出されたときは、作業モードの切換えを不能にして安定的な走行を可能にし、一方、暖機が完了し、且つ、走行がなされていないことが検出された場合は、請求項１記載の発明は、所定の条件下で低速作業モードを維持し、請求項２記載の発明は、別の条件下で低速作業モードから高速作業モードへの切換えを可能にし、且つ、当該作業モードの切換えを安定的に行うことができる。

以下、本発明及び本発明に関連する第１〜第３の制御装置について図１乃至図６に従って説明する。尚、説明の都合上、従来例と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。

図１は油圧ショベルの制御回路の一例を示す。但し、本発明の建設機械は該油圧ショベルに限定されるものではない。該油圧ショベルの制御回路はエンジン１９にて駆動される第１の油圧ポンプ１２の油路にはブーム用のコントロールバルブ３が接続されており、第２の油圧ポンプ１３の油路にはアーム用のコントロールバルブ５が接続されている。更に、該第１及び第２の油圧ポンプ１２，１３の各油路には走行用のコントロールバルブ４，８が接続されると共に、その他、バケットシリンダ等の各種アクチュエータ用のコントロールバルブ１〜３及び６，７が接続されている。

そこで、先ず、図１に従って本発明に関連する第１の制御装置について説明する。図１に於いて該アーム用のコントロールバルブ５は第２の油圧ポンプ１３の油路の最下流側に接続されており、そして、該油路はネガコン絞り弁９を介してタンク１０に接続されている。又、該ネガコン絞り弁９の上流側に圧力センサ１６が設けられ、そして、該圧力センサ１６をコントローラ２１に結線し、前記アーム側のコントロールバルブ５の作動油の油圧を該圧力センサ１６が検出して該検出信号をコントローラ２１に入力できるように構成されている。又、該アーム側のコントロールバルブ５の制御はリモコン弁１１の操作レバー１１ａの操作によって行われる。そこで、低速作業モードによる作業が行われているとき、オペレータが建設機械に速い動作を要求するときには、前記リモコン弁１１の操作レバー１１ａの動きに現われる。この動きは前記ネガコン絞り弁９の上流側に設けられている前記圧力センサ１６によって検知される。而して、この圧力波形は図５に示すように、前記リモコン弁１１の未操作の状態からフル動作の位置まで緩慢に操作した場合に於いてはパターンＸのような波形となり、又、速く操作した場合に於いてはパターンＹのような波形となる。この圧力を前記圧力センサ１６で検出し、この検出信号が前記コントローラ２１に入力されるのである。この検出信号の入力を受けたコントローラ２１は所定のサンプリング時間で図６に示す後述の演算処理を行う。

即ち、油圧ショベルが低速作業モードによって作業が行われているときには、該コントローラ２１は図５に於いて前記アーム側のコントロールバルブ５の油圧を監視して、前記リモコン弁１１の未操作時の圧力と、フル動作時の圧力の間の任意の圧力ＰＮ１とＰＮ２との関連を比較演算する。このＰＮ１及びＰＮ２はコントローラ２１に予め格納されている定数である。又、該コントローラ２１は常にｔ₁秒前の前記ネガコン絞り弁９のネガコン圧Ｐ１を記憶することができるようにしておく。該ネガコン圧Ｐ１もコントローラ２１に予め格納されている定数である。

そこで、今、該ネガコン圧がＰＮ１以下の圧力Ｐ_Oに達したときには、ｔ₁秒前の圧力Ｐ１とＰＮ２とを比較する。その演算結果がＰ１＜ＰＮ２であるときには、前記リモコン弁１１の操作レバー１１ａの操作が緩慢であると判断し、該建設機械は低速作業モードをそのまま保持して該低速作業モードによる作業が続行される。若し、Ｐ１≧ＰＮ２に達したときには、コントローラ２１は該リモコン弁１１の速い操作が要求されているものと判断し、該低速作業モードはコントローラ２１の指令信号により高速作業モードに切換わる。この切換えは従来例と同様に、該コントローラ２１からの切換指令信号がエンジン１９及び第１並びに第２の油圧ポンプ１２，１３を制御する夫々のアクチュエータ２０及び１５に転送されることによって行われる。

次に、本発明に関連する第２の制御装置について説明する。オペレータが建設機械に所定の力を要求するときには、該要求される力は第１及び第２の油圧ポンプ１２，１３の圧力の和として現われる。そこで、この圧力を検出するために、該第１及び第２の油圧ポンプ１２，１３の夫々の圧力Ｐｍ１，Ｐｍ２を之等油圧ポンプ１２，１３の下流側に夫々設けられた圧力センサ１７，１８によって検出し、そして、之等の検出信号をコントローラ２１に入力する。該コントローラ２１は所定のサンプリング時間で、図６に示す後述の演算処理を行う。そして、更に、之等の各油圧ポンプ１２，１３の圧力Ｐｍ１，Ｐｍ２の和を演算し、この演算結果がＰｍ１＋Ｐｍ２≧ＰＨ（ＰＨは高負荷を判定する任意の圧力であって、このＰＨはコントローラ２１に予め格納されている定数）となり、且つ、この状態がｔ₂秒以上経過したときには、該コントローラ２１は前述のように切換指令信号を出力して低速作業モードから高速作業モードへ切換えるのである。而して、前述のｔ₂秒の経過を待つ理由は負荷変動が激しく、頻繁に作業モードが切換ってオペレータに違和感を与えないようにするためである。

更に又、本発明に関連する第３の制御装置について説明する。油圧ショベルのような建設機械に於いては、諸種の動作中で、ブーム下げ動作はブームの自重落下力も作用するので、エンジン１９の高出力は要求されない。而して、このブーム下げ動作は、前記第１の油圧ポンプ１２の圧力として現われる。そこで、この圧力を前記圧力センサ１８で検出し、この検出信号を前記コントローラ２１に入力する。該油圧ショベルが高速作業モードにあるときには、コントローラ２１は前記圧力センサ１８の検知圧力Ｐｍ２と、ブーム下げを判定する圧力ＰＬ（ＰＬはコントローラ２１に予め格納されている定数）とを比較演算し、Ｐｍ２≧ＰＬのときには高速作業モードが保持されて該高速作業モードによる作業が続行され、Ｐｍ２＜ＰＬに達したとき、コントローラ２１の切換指令信号がエンジン１９及び第１並びに第２の油圧ポンプ１２，１３の夫々のアクチュエータ２０，１５に転送されて高速作業モードが低速作業モードに切換えられることになる。

次に、本発明の請求項１記載の発明について説明する。前述の高速作業モード及び低速作業モードの切換えを安定的に行うことができるようにするために、図４に示すように、前記エンジン１９近傍にラジエータ水温センサ２３を設け、又、前記第１及び第２の油圧ポンプ１２，１３の作動油の温度を検出する作動油温センサ２４をタンク近傍に設け、更に、パイロットポンプ１４のパイロット油路に圧力スイッチ２５を設け、該ラジエータ水温センサ、作動油温センサ及び圧力スイッチを夫々コントローラ２１に結線し、そして、該ラジエータの水温がエンジン１９の暖機に適する温度に達したか否か、又は、該作動油温が油圧系の暖機に達したか否かを該コントローラ２１が演算し、該ラジエータの水温がエンジン１９の暖機に適した水温に達し、又は、該作動油温が油圧系の暖機に達し、且つ、前記圧力スイッチにより走行がなされていないことが検出された場合に、前記コントローラ２１の指令信号により、低速作業モード又は高速作業モードの何れかによる作業を可能とすると共に、低速作業モードと高速作業モード相互の切換えを可能としたものである。

次に、請求項１及び２記載の発明の実施の形態について図１、図４及び図６に従って説明する。先ず、エンジン１９近傍に設けたラジエータ水温センサ２３の検出値がエンジン１９の暖機に適した水温に達したか否か、又は、作動油温センサ２４の検出値が油圧系の暖機に達したか否かをコントローラ２１にて判断し（ステップＳ₁）、暖機未完了のときは作業モードの切換動作は行われない。暖機完了のときは建設機械が走行中であるか否かをコントローラ２１が判断し（ステップＳ₂）、もし、走行中であれば作業モードの切換動作は行われない。走行を停止し、高速作業モード（Ａ）が選択されたか、低速作業モード（Ｂ）が選択されたかを判断し（ステップＳ₃）、もし、高速作業モード（Ａ）が選択され、高速作業モード（Ａ）で作業しているとき、第１の油圧ポンプ１２の圧力Ｐｍ２が定数のＰＬに対してＰｍ２＜ＰＬであるか否かをコントローラ２１が判断し（ステップＳ₄）、もし、Ｐｍ２＞ＰＬであれば高速作業モード（Ａ）で作業が続行される。Ｐｍ２＜ＰＬの場合は、コントローラ２１の指令信号により低速作業モード（Ｂ）に自動的に切換わり、低速作業モード（Ｂ）による作業が行われる（ステップＳ₅）。又、前記ステップＳ₃に於いて、低速作業モード（Ｂ）が選択され、低速作業モードで作業しているとき、第１及び第２の油圧ポンプ１２，１３の夫々の圧力Ｐｍ１及びＰｍ２を圧力センサ１７，１８によって検出し、コントローラ２１が之等の和を演算し、之等の和が定数ＰＨに対してＰｍ１＋Ｐｍ２≦ＰＨであるか否かを判断する（ステップＳ₆）。もし、Ｐｍ１＋Ｐｍ２≦ＰＨであれば、ステップＳ₇に進み、ここで、図５に示すようにネガコン圧Ｐ_Oが予めコントローラ２１に格納されている定数ＰＮ１に対し、Ｐ_O＜ＰＮ１であるか否かを判断し、もし、Ｐ_O＞ＰＮ１であれば低速作業モードによる作業が続行され、Ｐ_O＜ＰＮ１であればステップＳ₈に進み、ここでｔ₁秒前のネガコン圧Ｐ１が予めコントローラ２１に格納されている定数ＰＮ２に対し、Ｐ１＜ＰＮ２であるか否かを判断し、もし、Ｐ１＞ＰＮ２であれば高速作業モードに自動的に切換わり、高速作業モードによる作業が行われる。もし、Ｐ１＜ＰＮ２のときは低速作業モードによる作業が続行される。

又、ステップＳ₆に於いて、Ｐｍ１＋Ｐｍ２≧ＰＨのときはステップＳ₉に進み、ここで、Ｐｍ１＋Ｐｍ２≧ＰＨの状態がｔ₂秒以上経過したか否かをコントローラ２１が判断し、もし、ｔ₂秒以上経過したと判断したときにはステップＳ₁₀に進み、高速作業モードに自動的に切換わり、高速作業モードによる作業が行われる。もし、ｔ₂秒経過していないときには、低速作業モードによる作業が続行される。

その結果、建設機械の走行中は、低速作業モードと高速作業モード相互の切換えを行うことができず、建設機械が走行していない場合に作業状況に応じて図６のフローチャートに示す低速作業モード又は高速作業モードの維持並びに低速作業モードと高速作業モード相互の切換えが可能となる。

尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明に関連する第１〜第３の制御装置を採用した油圧ショベルの制御回路図。ポンプの性能線図。エンジンの性能線図。本発明の前提となる油圧ショベルの制御回路図。ネガコン圧の圧力波形図。本発明の作業手順を示すフローチャート図。従来の高速作業モードと低速作業モードの切換えを示す油圧ショベルの制御回路図。

符号の説明

１〜８各アクチュエータのコントロールバルブ
９ネガコン絞り弁
１０タンク
１１リモコン弁
１２第１の油圧ポンプ
１３第２の油圧ポンプ
１４パイロットポンプ
１５電磁比例弁から成るアクチュエータ
１６，１７，１８圧力センサ
１９エンジン
２０エンジンガバナーのコントロールアクチュエータ
２１コントローラ
２３ラジエータ水温センサ
２４作動油温センサ
２５圧力スイッチ

Claims

エンジンによって駆動される第１の油圧ポンプと第２の油圧ポンプ及びパイロットポンプを有し、該第１及び第２の油圧ポンプの下流にアクチュエータに圧油を給排制御するコントロールバルブを配設し、上記エンジンのラジエータの水温を検知するラジエータ水温センサと上記第１及び第２の油圧ポンプの作動油の温度を検知する作動油温センサと上記パイロットポンプのパイロット油路のパイロット圧を検知する圧力スイッチを設けると共に、該ラジエータ水温センサ、作動油温センサ及び圧力スイッチを夫々コントローラに接続し、作業モードを低速作業モード又は高速作業モードの何れかに切換え可能にした建設機械に於いて、上記第１及び第２の油圧ポンプの圧力を検出する圧力センサを設け、上記ラジエータ水温センサ又は作動油温センサによる検出値の少なくとも一つが暖機に達してても、上記圧力スイッチにより走行が検出されたときは作業モードの切換えを不能にし、一方、上記ラジエータ水温センサ又は作動油温センサによる検出値の少なくとも一つが暖機に達すると共に上記圧力スイッチにより走行がなされていないことが検出されたときは、上記第１及び第２の油圧ポンプの圧力和（Ｐｍ１＋Ｐｍ２）が所定の圧力（ＰＨ）以上で、且つ、所定時間（ｔ₂秒）経過していないときに低速作業モードを維持するように構成されたことを特徴とする建設機械の制御装置。
上記第１及び第２の油圧ポンプの圧力和（Ｐｍ１＋Ｐｍ２）が所定の圧力（ＰＨ）以上で、且つ、所定時間（ｔ₂秒）経過したときは、低速作業モードから高速作業モードへ切換えるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の建設機械の制御装置。