JP4382520B2 - 油圧機器の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、油圧機器の制御装置に関し、特に、油圧ショベル等の建設機械に使用される油圧機器の制御装置に関するものである。

一般に、油圧ショベル等の建設機械は、図５に示すように、下部走行体５０と、上部旋回体５１と、この上部旋回体５１に連設される作業機５２とを備える。また、作業機５２は、上部旋回体５１から突設されるブーム５３と、このブーム５３に連結されるアーム５４と、このアーム５４に付設されるバケット５５等を有する。そして、ブーム５３はブーム用シリンダ機構５６の駆動にて揺動し、アーム５４はアーム用シリンダ機構５７の駆動にて揺動し、バケット５５はバケット用シリンダ機構５８の駆動にて揺動する。この際、各シリンダ機構は油圧にて駆動する。すなわち、使用する油圧機器としては、油圧ポンプと、この油圧ポンプを駆動する原動機とを備え、この油圧ポンプの駆動によって、アクチェータである上記各シリンダ機構が駆動する。

油圧ショベル等の建設機械には油圧式変速装置を搭載したものがある（例えば、特許文献１参照）。この場合、この油圧式変速装置の他に機械式変速装置を備え、高速自走の場合に機械式変速装置によりエンジンの動力を車輪に伝達し、また、低速自走する場合、あるいは自走しながら作業する場合に油圧式変速装置によりエンジンの動力を車輪に伝達するものである。
特開平９−３１０７４７号公報

ところで、この種の油圧機器の油圧ポンプとしては、一般に可変容量形油圧ポンプが使用され、作業機等にて作業している際に、高負荷時（油圧が高い領域での運転時）となれば、原動機の出力馬力を超えてしまい、エンジンストップしてしまう。そこで、原動機の出力馬力を超えないように、ポンプ容量を下げて（吸収馬力を下げて）使用することになる。しかしながら、ポンプ容量を下げると、ポンプ自身の容積効率及びトルク効率が低下する。このため、高負荷時において、ポンプとして効率の悪い領域で使用することになっていた。

すなわち、一般的な可変容量ポンプにおいては、図３のグラフ図で示すように、吐出圧力が同じ場合、ポンプ容量が小さいほど容積効率が悪いことがわかる。この図３は、横軸に、ポンプ容量比（％）及びポンプ容量（ｃｃ／ｒｅｖ）をとり、縦軸に吐出圧力（ｋｇ／ｃｍ^２）をとって、容積効率を示している。例えば、吐出圧力が２００（ｋｇ／ｃｍ^２）のときに、最大容量が１６０（ｃｃ／ｒｅｖ）であって、ポンプ容量比が１００％であれば、容積効率は９７％程度であるに対して、容量が小さくなって、ポンプ容量比が３０％である４８（ｃｃ／ｒｅｖ）となれば、容積効率が８８％程度に低下する。また、図４のグラフ図で示すように、吐出圧力が同じ場合、容量が小さいほどトルク効率が悪いことがわかる。この図４は、横軸に、ポンプ容量比（％）及びポンプ容量（ｃｃ／ｒｅｖ）をとり、縦軸に吐出圧力（ｋｇ／ｃｍ^２）をとって、トルク効率を示している。例えば、吐出圧力が２００（ｋｇ／ｃｍ^２）のときに、最大容量が１６０（ｃｃ／ｒｅｖ）であって、ポンプ容量比が１００％であれば、トルク効率は９２％程度であるのに対して、容量が小さくなって、ポンプ容量比が３０％である４８（ｃｃ／ｒｅｖ）となれば、トルク効率が８０％程度に低下する。

この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、高負荷時であってもエンジンストップすることなく、ポンプ効率を高く維持できて、油圧ロスの低減を図って低燃料消費率を達成できる油圧機器の制御装置を提供することにある。

そこで請求項１の油圧機器の制御装置は、油圧ポンプ１と、この油圧ポンプ１を駆動する原動機２とを備えた油圧機器の制御装置であって、上記原動機２と油圧ポンプ１との間に有段の減速機５ａを配置し、上記油圧ポンプ１の負荷が所定設定値以上の高負荷時に、上記減速機５ａの変速比を低速側に切換えると共に、ポンプ容量を上げて、吐出量の変動を補うことを特徴としている。

上記請求項１の油圧機器の制御装置では、上記油圧ポンプ１の負荷が所定設定値以上の高負荷時に、上記減速機５ａの変速比を低速側に切換えることになる。このため、この負荷に応じて吐出量が低下しようとするが、この場合、ポンプ容量を上げて、吐出量の変動を補うことができる。これによって、このような高負荷時においても、油圧ポンプ１を容量の大きな領域で使用することができる。

請求項２の油圧機器の制御装置は、上記油圧ポンプ１の負荷が所定設定値を越えない低負荷時に戻れば、上記減速機５ａの変速比を高速側に切換えると共に、ポンプ容量を下げて、吐出量の変動を補うことを特徴としている。

上記請求項２の油圧機器の制御装置では、油圧ポンプ１の負荷が所定設定値を越えない低負荷状態となれば、減速機５ａの変速比を高速側に切換えることになる。この際、この負荷に応じて吐出量が上昇しようとするが、この場合、ポンプ容量を下げて、吐出量の変動を補うことができる。これによって、この装置では、負荷が大きくなっても小さくなっても、変速機５ａの変速比をその負荷に応じて変速させ、同時にポンプ容量を制御して、ポンプ自身の容量変化量を小さくできる。

請求項１の油圧機器の制御装置によれば、高負荷時においても、油圧ポンプを、容量の大きな領域で使用することができる。このため、ポンプ効率が高く、油圧ロスの低減できて、この制御装置を搭載した油圧ショベル等の建設機械において、より効率のよい運転（低燃料消費率運転）が可能となる。

請求項２の油圧機器の制御装置によれば、この装置では、変速機の変速比を負荷に応じて変速することになり、これと同時にポンプ容量を制御することができ、ポンプ自身の容量変化量を小さくできる。これにより、常時効率のよい運転が可能となる。

次に、この発明の油圧機器の制御装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１にこの発明の油圧機器の制御装置の簡略ブロック図を示す。この油圧機器は、油圧ポンプ１と、この油圧ポンプ１を駆動する原動機２等を備え、例えば油圧ショベル等の建設機械に使用される。すなわち、建設機械は、下部走行体と、上部旋回体と、この上部旋回体に連設される作業機とを備える。また、作業機は、上部旋回体から突設されるブームと、このブームに連結されるアームと、このアームに付設されるバケット等を有する。そして、ブームはブーム用シリンダ機構の駆動にて揺動し、アームはアーム用シリンダ機構の駆動にて揺動し、バケットはバケット用シリンダ機構の駆動にて揺動する。この際、この油圧機器の上記油圧ポンプ１の駆動によって、アクチェータである上記各シリンダ機構が駆動することになる。

そして、この油圧機器の油圧回路には、上記油圧ポンプ１の負荷を検知する油圧センサ３と、原動機２の回転数を検知する回転センサ４とが設けられると共に、油圧ポンプ１と原動機２との間に変速機５が配置されている。この場合、上記油圧ポンプ１は可変容量形油圧ポンプ１ａであり、調整機構（例えば、サーボ機構）６にて斜板７の傾斜角度を変更することよって容量を調整することができる。変速機５は、変速比を高速側と低速側とに切換えが可能な有段の変速機５ａである。

また、油圧センサ３や回転センサ４からの検出データは、制御手段（コントローラ）８に入力され、これに基づいて上記変速機５の変速比を切換える。すなわち、油圧センサ３からの油圧値や回転センサ４からの回転信号値がコントローラ８に入力され、このコントローラ８にて上記可変容量形油圧ポンプ１ａの負荷が算出される。

次にこの油圧機器の制御装置の制御について説明する。例えば、作業機による作業中であって、負荷が大きい作業となって、可変容量形油圧ポンプ１ａの負荷が大きくなったとき（高負荷領域になったとき）に、変速機５ａの変速比を低速側に切換えて、ポンプ回転数を低下させる。ここで、高負荷領域とは、油圧が高い領域をいう。この場合、具体的には、予め設定値を定め、この設定値をコントローラ８に入力しておき、このコントローラ８にて、油圧センサ３からの油圧値や回転センサ４からの回転信号値から算出された負荷と設定値を比較して、この負荷が設定値以上であれば、変速機５ａの変速比を低速側に切換えて、ポンプ回転数を低下させる。これと同時に、上記調整機構６を調整することによって、ポンプ容量を上げて、吐出量の変動を補う。これによって、油圧が高い領域で運転するようにしている。

また、高負荷状態での作業が解除されて、負荷が上記設定値よりも低下すれば、低負荷領域に入る。このように低負荷領域に入れば、変速機５ａの変速比を高速側に切換え、ポンプ回転数を増加させる。これと同時に、上記調整機構６を調整することによって、ポンプ容量を下げて、吐出量の変動を補うようにしている。ここで、低負荷領域とは、油圧が低い領域をいう。

このため、上記制御装置によれば、油圧ポンプ１の負荷が所定設定値以上の高負荷時に、上記減速機５ａの変速比を低速側に切換えてポンプ回転数を低下させることになる。このため、この負荷に応じて吐出量が低下しようとするが、この場合、ポンプ容量を上げて、吐出量の変動を補うことができる。これによって、このような高負荷時においても、油圧ポンプ１を容量の大きな領域で使用することができる。このため、ポンプ効率が高く、油圧ロスの低減できて、この制御装置を搭載した油圧ショベル等の建設機械において、より効率のよい運転（低燃料消費率運転）が可能となる。

また、油圧ポンプ１の負荷が所定設定値を越えない低負荷状態となれば、減速機５ａの変速比を高速側に切換えてポンプ回転数を増加させることになる。この際、この負荷に応じて吐出量が上昇しようとするが、この場合、ポンプ容量を下げて、吐出量の変動を補うることができる。これによって、この装置では、負荷が大きくなっても小さくなっても（つまり、どのような負荷であっても）、変速機５ａの変速比をその負荷に応じて変速させ、同時にポンプ容量を制御して、ポンプ自身の容量変化量を小さくできる。これにより、常時効率のよい運転が可能となる。

次に、図２は参考例を示し、この場合、油圧ポンプ１として、定容量形油圧ポンプ１ｂが使用され、変速機５として無段の変速機５ｂが使用される。従って、この制御装置でも、上記図１の制御装置と同様に、油圧センサ３からの油圧値や回転センサ４からの回転信号値がコントローラ８に入力され、このコントローラ８にて上記定容量形油圧ポンプ１ｂの負荷が算出される。そして、この負荷の変動に応じて減速機５ｂの減速比を変更する。すなわち、負荷が増加すれば、変速機５ｂの変速比をポンプ回転数が低下するように制御（調整）し、負荷が低下すれば、変速機５ｂの変速比をポンプ回転数が増加するように制御（調整）する。

このように、図２に示す制御装置では、負荷が大きくなれば（高負荷領域に入れば）、減速機５ｂの減速比を低速側に変更し、負荷が小さくなれば（低負荷領域に入れば）、減速機５ｂの減速比を高速側に変更することになるので、負荷が大きくなっても小さくなっても（つまり、どのような負荷であっても）、ポンプ効率が高く、油圧ロスの低減を図ることができ、この制御装置を搭載した油圧ショベル等の建設機械において、より効率のよい運転（低燃料消費率運転）が可能となる。また、この油圧ポンプ１を最大容量のまま固定することができ、ポンプとして定容量形油圧ポンプ１ｂを使用することができる。これにより、ポンプの容量を調整するための調整機構を必要とせず、装置全体の簡素化を達成できる。

以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、上記実施形態では、油圧ショベルに使用したが、建設機械として油圧ショベル以外の他の種々の建設機械であっても、建設機械以外の油圧機器が使用される機械にも適用することができる。また、変速機５としては、図１に示す制御装置では、低速側と高速側とに切換えることができる有段式のものであればよく、既存のものを使用することができ、また、図２に示す制御装置では、変速比を可変することができる無段式のものであればよく、この場合であっても、既存のものを使用することができる。

この発明の油圧機器の制御装置の実施形態を示す簡略ブロック図である。 この発明の油圧機器の参考例を示す簡略ブロック図である。 容積効率を示すグラフ図である。 トルク効率を示すグラフ図である。 建設機械の簡略図である。

符号の説明

１・・油圧ポンプ、２・・原動機、５ａ、５ｂ・・変速機

Claims (2)

1. 油圧ポンプ（１）と、この油圧ポンプ（１）を駆動する原動機（２）とを備えた油圧機器の制御装置であって、上記原動機（２）と油圧ポンプ（１）との間に有段の減速機（５ａ）を配置し、上記油圧ポンプ（１）の負荷が所定設定値以上の高負荷時に、上記減速機（５ａ）の変速比を低速側に切換えると共に、ポンプ容量を上げて、吐出量の変動を補うことを特徴とする油圧機器の制御装置。
2. 上記油圧ポンプ（１）の負荷が所定設定値を越えない低負荷時に戻れば、上記減速機（５ａ）の変速比を高速側に切換えると共に、ポンプ容量を下げて、吐出量の変動を補うことを特徴とする請求項１の油圧機器の制御装置。