JP4922963B2 - Pump tilt control device for hydraulic working machine - Google Patents
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Description
本発明は、油圧ショベル等の油圧作業機のポンプ傾転制御装置に関する。 The present invention relates to a pump tilt control device for a hydraulic working machine such as a hydraulic excavator.
従来より、操作レバーの操作量に応じた傾転制御信号によりポンプ傾転を制御するようにした装置が知られている(例えば特許文献1参照)。この特許文献1記載の装置では、操作レバーの操作量に応じた傾転制御信号を出力して比例電磁弁を駆動し、この比例電磁弁の駆動によって切換弁に作用するパイロット圧を調整し、切換弁の駆動によりポンプ傾転を目標ポンプ傾転に制御するようにしている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an apparatus that controls pump tilting by a tilt control signal corresponding to an operation amount of an operation lever (see, for example, Patent Document 1). In the device described in Patent Literature 1, a proportional control valve is driven by outputting a tilt control signal corresponding to the operation amount of the control lever, and the pilot pressure acting on the switching valve is adjusted by driving the proportional control valve. The pump tilt is controlled to the target pump tilt by driving the switching valve.
しかしながら、上記特許文献1記載の装置では、切換弁にパイロット圧に対抗したケーシング内の圧力が作用する。このため、ケーシング内の圧力が上昇した場合には、指令値通りに切換弁が駆動されず、ポンプ傾転を精度よく目標ポンプ傾転に制御できないおそれがある。 However, in the apparatus described in Patent Document 1, the pressure in the casing that opposes the pilot pressure acts on the switching valve. For this reason, when the pressure in the casing rises, the switching valve is not driven according to the command value, and the pump tilt may not be accurately controlled to the target pump tilt.
本発明による油圧作業機のポンプ傾転制御装置は、油圧アクチュエータに駆動圧を供給する可変容量型の油圧ポンプと、ポンプ傾転制御用の制御圧を発生する弁手段と、弁手段の駆動に応じて油圧ポンプのポンプ容量を変更する容量変更手段と、弁手段を駆動するための指令圧を出力する指令圧出力手段と、指令圧に対抗して弁手段に作用する背圧を取得する背圧取得手段と、背圧取得手段により取得した背圧に応じて指令圧を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。
指令圧出力手段は、パイロット圧発生用のパイロット油圧ポンプと、目標ポンプ傾転を入力する入力手段と、目標ポンプ傾転に応じてパイロット油圧ポンプからのパイロット圧を減圧する減圧手段とにより構成することができる。
背圧取得手段が、油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧検出手段と、予めポンプ吐出圧と背圧との関係を記憶する記憶手段と、吐出圧検出手段により検出された吐出圧と記憶されたポンプ吐出圧と背圧との関係に基づき、背圧を演算する背圧演算手段とを備えることもできる。
背圧取得手段が、背圧を検出する背圧検出手段を有するものとしてもよい。
弁手段に作用する指令圧を検出する指令圧検出手段と、指令圧検出手段により検出された指令圧が補正手段により補正された指令圧となるように指令圧出力手段を制御する制御手段とをさらに有するものとしてもよい。
A pump tilt control device for a hydraulic working machine according to the present invention is a variable displacement hydraulic pump that supplies a drive pressure to a hydraulic actuator, a valve means that generates a control pressure for pump tilt control, and a drive for the valve means. In response, the capacity changing means for changing the pump capacity of the hydraulic pump, the command pressure output means for outputting the command pressure for driving the valve means, and the back pressure for obtaining the back pressure acting on the valve means against the command pressure. The apparatus includes a pressure acquisition unit and a correction unit that corrects the command pressure according to the back pressure acquired by the back pressure acquisition unit.
The command pressure output means includes a pilot hydraulic pump for generating a pilot pressure, an input means for inputting a target pump tilt, and a pressure reducing means for reducing the pilot pressure from the pilot hydraulic pump in accordance with the target pump tilt. be able to.
The back pressure acquisition means stores the discharge pressure detection means for detecting the discharge pressure of the hydraulic pump, the storage means for storing the relationship between the pump discharge pressure and the back pressure in advance, and the discharge pressure detected by the discharge pressure detection means. Further, back pressure calculating means for calculating the back pressure based on the relationship between the pump discharge pressure and the back pressure can be provided.
The back pressure acquisition means may include back pressure detection means for detecting back pressure.
Command pressure detecting means for detecting command pressure acting on the valve means, and control means for controlling the command pressure output means so that the command pressure detected by the command pressure detecting means becomes the command pressure corrected by the correcting means. Furthermore, it is good also as what has.
本発明によれば、ポンプ傾転制御用の弁手段への指令圧に対抗して作用する背圧に応じて指令圧を補正するようにしたので、背圧の影響を考慮してポンプ傾転を精度よく目標ポンプ傾転に制御できる。 According to the present invention, since the command pressure is corrected according to the back pressure acting against the command pressure to the valve means for pump tilt control, the pump tilt is considered in consideration of the effect of the back pressure. Can be accurately controlled to the target pump tilt.
以下、図1〜図14を参照して本発明による油圧作業機のポンプ傾転制御装置の実施の形態について説明する。
図1は、本実施の形態に係るポンプ傾転制御装置が適用される油圧作業機の一例である油圧ショベルの外観側面図である。油圧ショベルは、走行体101と、旋回可能な旋回体102と、旋回体102に回動可能に軸支されたブームBM,アームAM,バケットBKからなる作業装置103とを有する。ブームBM,アームAM,バケットBKは、それぞれブームシリンダ103a、アームシリンダ103b、バケットシリンダ103cにより駆動される。
Hereinafter, an embodiment of a pump tilt control device for a hydraulic working machine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is an external side view of a hydraulic excavator that is an example of a hydraulic working machine to which a pump tilt control device according to the present embodiment is applied. The hydraulic excavator includes a
図2(a)は、本実施の形態に係るポンプ傾転制御装置の構成を示す図である。エンジン1の出力軸には可変容量型のメインポンプ2とサブポンプ3の入力軸が連結され、エンジン1の駆動によりこれら油圧ポンプ2,3から圧油が吐出される。メインポンプ2からの圧油は、方向制御弁4を介して油圧シリンダ(ブームシリンダなど)や油圧モータ(旋回モータなど)等の油圧アクチュエータ5に供給される。
Fig.2 (a) is a figure which shows the structure of the pump tilt control apparatus based on this Embodiment. The output shaft of the engine 1 is connected to the input shafts of the variable displacement
方向制御弁4にはパイロット弁7を介してサブポンプ3からのパイロット圧が供給される。パイロット弁7は操作レバー6の操作により駆動され、操作レバー6の操作量に応じて油圧アクチュエータ5への圧油の流れが制御される。なお、図示は省略するが、メインポンプ2とコントロールバルブ4の間には、ポンプ吐出圧の上限をリリーフ圧Prに制限するリリーフ弁が設けられている。
Pilot pressure from the sub pump 3 is supplied to the direction control valve 4 via the
パイロット弁7とサブポンプ3との間にはロックバルブ9が設けられている。ロックバルブ9は、運転席の入口に設けられたゲートロックレバー(不図示)のロック操作によりロック位置に切り換わり、アンロック操作によりアンロック位置に切り換わる。ロックバルブ9がロック位置に切り換わると、パイロット弁7への圧油の流れが禁止される。この状態では、操作レバー6の操作に拘わらず方向制御弁4へパイロット圧は供給されず、方向制御弁4は中立位置に保持され、油圧アクチュエータ5への圧油の流れが阻止される。ロックバルブ9がアンロック位置に切り換わると、パイロット弁7への圧油の流れが許容される。
A lock valve 9 is provided between the
メインポンプ2の傾転はポンプレギュレータにより変更される。ポンプレギュレータは傾転制御用ピストン12と油圧切換弁13と比例電磁弁14とを備える。傾転制御用ピストン12の小径側油室12aにはメインポンプ2の吐出圧Ppが作用し、大径側油室12bには油圧切換弁13を介してメインポンプ2とサブポンプ3の吐出圧が作用する。各油室12a,12bに作用する油圧力に応じてピストン12が駆動され、メインポンプ2の傾転が変更される。
The tilt of the
油圧切換弁13には、比例電磁弁14を介したサブポンプ3からのパイロット圧(二次圧Pa)が作用し、二次圧Paに応じて油圧切換弁13が切り換わる。すなわち比例電磁弁14の二次圧Paが増加すると油圧切換弁13は位置イ側に切り換わる。これにより油室12bに作用する油圧力が増加し、ポンプ傾転が増加する。一方、二次圧Paが減少すると油圧切換弁13は位置ロ側に切り換わる。これにより油室12bに作用する油圧力が減少し、ポンプ傾転が減少する。このようにポンプ傾転が増減すると、ポンプ吐出量は最小流量Qmin〜最大流量Qmaxの間で変化する。
The pilot pressure (secondary pressure Pa) from the sub pump 3 via the
メインポンプ2とレギュレータはポンプブロック10により一体に構成され、ブロック10の内部はポンプ2からの漏れ油で満たされている。このため図2(b)に示すように油圧切換弁13のスプールには二次圧Paに対抗してブロック内の圧力(ケーシング圧Pb)が背圧となって作用する。なお、ポンプブロック内の油はドレンポート、フィルタを介してタンクに排出されるため、このドレンポート〜タンクへの排出経路の圧力損失(圧損)や作動油の粘度の影響によってドレンポート圧(ドレン圧Pd)が増加するとケーシング圧Pd(ポンプブロック内の内部圧力)も増加する。以下、ケーシング圧Pbとドレン圧Pdが同等なものとして説明する。
The
図3は、ポンプ吐出圧Ppとドレン圧Pdとの関係を示す図である。図3に示すようにポンプ吐出圧Ppが増加するとメインポンプ2からの油の漏れ量が増加し、ドレン圧Pdが比例的に増加する。ポンプ吐出圧Ppが最大Pp1(リリーフ圧Pr)のとき、ドレン圧も最大Pd1となる。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the pump discharge pressure Pp and the drain pressure Pd. As shown in FIG. 3, when the pump discharge pressure Pp increases, the amount of oil leakage from the
図4は、二次圧Paとポンプ吐出量Qとの関係である傾転制御特性を示す図である。図の特性aは、ドレン圧Pdが0のときの基準特性であり、特性bはドレン圧Pdが最大Pd1のときの特性である。特性aに示すように、ドレン圧Pdが0の場合には、二次圧が所定値Pa1でポンプ吐出量はQ1となる。 FIG. 4 is a diagram showing a tilt control characteristic that is a relationship between the secondary pressure Pa and the pump discharge amount Q. A characteristic a in the figure is a reference characteristic when the drain pressure Pd is 0, and a characteristic b is a characteristic when the drain pressure Pd is the maximum Pd1. As shown in the characteristic a, when the drain pressure Pd is 0, the secondary pressure is a predetermined value Pa1 and the pump discharge amount is Q1.
一方、特性bに示すように、ドレン圧PdがPd1の場合には、ケーシング圧(ドレン圧Pd1)が二次圧Paの抗力として作用するため、油圧切換弁13に作用する二次圧Paは実質ドレン圧Pd1の分だけ減少する。このため、傾転制御特性は右側にシフトし、ポンプ吐出量はQ1よりも少くなる。このようにドレン圧Pdが上昇した場合に基準特性aに基づいて比例電磁弁14を制御したのでは、所望のポンプ吐出量Qが得られないおそれがある。とくに油圧切換弁13は、メインポンプ2よりも低圧のサブポンプ3からのパイロット圧により切り換えるので、ケーシング圧による影響が大きい。そこで、本実施の形態では、以下に述べるように予め図3に示すようなポンプ吐出圧Ppとドレン圧Pdとの関係(ドレン圧特性)を定め、この関係に基づきポンプ傾転を制御する。
On the other hand, as shown in the characteristic b, when the drain pressure Pd is Pd1, since the casing pressure (drain pressure Pd1) acts as a drag of the secondary pressure Pa, the secondary pressure Pa acting on the hydraulic
ドレン圧特性は次のようにして求める。まず、ドレン圧Pdを検出するための圧力センサ25をポンプブロック10のドレンポートに取り付けて、信号線をコントローラ20に接続する。次いで、作動油の温度Tが所定範囲内になるまで油圧作業機をウォーミングアップさせる。すなわち、油温Tによって油の粘性が変化し、ドレン圧Pdが影響を受ける点を考慮して、油温Tが通常作業時の油温(例えば50〜60℃)になるまで油圧作業機をウォーミングアップさせる。また、ポンプ吐出量Qはエンジン回転数Nが大きいほど増加するため、エンジン回転数Nを定格回転数Naに設定する。
The drain pressure characteristic is obtained as follows. First, the
さらに、ブーム起伏用の操作レバー6を上げ操作してブームBMを最大に起立させ、リリーフ弁からメインポンプ2の吐出油をリリーフさせる。すなわちドレン圧Pdの最大値を取得する。この状態で、ポンプ吐出圧Pp(=Pp1)とドレン圧Pd(=Pd1)をそれぞれ圧力センサ23,25で検出し、これと原点とを結んだ直線をドレン圧特性とする。
Further, the boom raising and lowering operation lever 6 is operated to raise the boom BM to the maximum, and the oil discharged from the
図2に示すコントローラ20は、CPU,ROM,RAM,その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。コントローラ20には、エンジン1の回転数Nを検出する回転数センサ21と、操作レバー6の操作量に応じた操作圧Pn(ポジコン圧)を検出する圧力センサ22と、メインポンプ2の吐出圧Ppを検出する圧力センサ23と、比例電磁弁14に作用する二次圧Paを検出する圧力センサ24と、ドレン圧Pdを検出する圧力センサ25と、作動油温度Tを検出する温度センサ26と、ドレン圧特性を自動で算出するための処理(自動調整)を指令する指令スイッチ27と、学習モードと通常モードのいずれかを選択するモードスイッチ28と、ゲートロックレバーのロック操作を検出するリミットスイッチ29が接続されている。コントローラ20は、これらセンサ21〜26とスイッチ27〜29からの信号に基づき以下のような処理を実行する。
The
(1)自動調整
図5は、コントローラ20で実行される自動調整の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、指令スイッチ27がオン操作されると開始される。なお、自動調整を行う場合には、予めコントローラ20にドレン圧力センサ25を接続する。ドレン圧力センサ25は自動調整が終了すると、取り外される。
(1) Automatic Adjustment FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of automatic adjustment executed by the
ステップS1では、温度センサ26により検出された作動油温度Tが所定範囲内(50〜60℃)にあるか否かを判定する。ステップS2では、回転数センサ21により検出されたエンジン回転数Nが定格回転数Naであるか否かを判定する。ステップS3では、圧力センサ22によりブームBMの上げ操作が検出されたか否かを判定する。ステップS4ではメインポンプの吐出圧がリリーフ圧以上になっているか否かを判定する。ステップS1〜ステップS4の全てが肯定されるとステップS5に進み、いずれか1つでも否定されるとステップS10に進む。
In step S1, it is determined whether or not the hydraulic oil temperature T detected by the
ステップS5では、ドレン圧検出用の圧力センサ25の検出値Pdが正常範囲内にあるか否かを判定する。ステップS5が肯定されるとステップS6に進み、圧力センサ25の検出値Pd(=Pd1)を読み取り、メモリに記憶する。ステップS7では、ポンプ吐出圧検出用の圧力センサ23の検出値Ppが正常範囲内にあるか否かを判定する。ステップS7が肯定されるとステップS8に進み、圧力センサ23の検出値Pp(=Pp1)を読み取り、メモリに記憶する。
In step S5, it is determined whether or not the detection value Pd of the
次いで、ステップS9で、例えば表示モニタに信号を出力し、自動調整が正常終了した旨を作業員に報知する。ステップS1〜ステップS5またはステップS7のいずれかが否定されるとステップS10に進み、自動調整が異常終了した旨を作業員に報知する。以上の処理により図3のドレン圧特性が得られる。このドレン圧特性は図12のドレン圧演算回路36に記憶され、後述するようにポンプ傾転が制御される。
Next, in step S9, for example, a signal is output to the display monitor to notify the worker that the automatic adjustment has been normally completed. If any of step S1 to step S5 or step S7 is denied, the process proceeds to step S10 to notify the worker that the automatic adjustment has ended abnormally. The drain pressure characteristic of FIG. 3 is obtained by the above processing. This drain pressure characteristic is stored in the drain
本実施の形態では、比例電磁弁14の個体差による特性のばらつきを考慮したポンプ傾転制御を併せて行う。以下、この点について説明する。図6は、比例電磁弁14の入出力特性の一例を示す図であり、図7は、二次圧Paとポンプ傾転θの関係を示す図である。
In the present embodiment, pump tilt control is performed in consideration of characteristic variations due to individual differences of the
図6において、特性A0は基準特性であり、比例電磁弁14への駆動電流iの増加に伴い、二次圧Paは増加する。このような比例電磁弁14の特性には個体差があるため、基準特性A0に対して許容公差±Δα内で特性がばらつき、実際の特性Aは基準特性A0に対してずれる。このため、例えば二次圧Pa1を発生させようとして基準特性A0に基づき比例電磁弁14に駆動電流i1を出力すると実際の二次圧はPa1’となり、目標値Pa1と乖離する。
In FIG. 6, a characteristic A0 is a reference characteristic, and the secondary pressure Pa increases as the drive current i to the
その結果、図7に示すように実際のポンプ傾転θ1’が目標ポンプ傾転θ1から乖離し、操作レバー6の操作に応じた良好な作業を行うことができなくなる。この点を考慮し、本実施の形態では、予め比例電磁弁14のばらつきを考慮した補正特性を設定し(学習制御)、学習制御によって得られた補正特性に基づきポンプ傾転θを制御する(通常制御)。
As a result, as shown in FIG. 7, the actual pump tilt θ 1 ′ deviates from the target pump tilt θ 1, and it becomes impossible to perform good work according to the operation of the operation lever 6. In consideration of this point, in the present embodiment, a correction characteristic that takes into account the variation of the
(2)学習制御
図8は、学習制御の処理の一例を示すフローチャートである。コントローラ10には予め図9に示すような比例電磁弁14の基準特性F0(設計値)が記憶され、この特性上の3点、すなわちポンプ最小傾転θminに対応する駆動電流(基準制御信号iAmin)、ポンプ最大傾転θmaxに対応する駆動電流(基準制御信号iAmax)、およびθminとθmaxの中間である中間傾転θmeaに対応する駆動電流(基準制御信号iAmea)が基準値として記憶されている。また、θmin,θmea,θmaxにそれぞれ対応する設計上の二次圧(基準制御圧)Pmin,Pmea,Pmaxも基準値として記憶されている。
(2) Learning Control FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of learning control processing. A reference characteristic F0 (design value) of the
図8の処理は、モードスイッチ28の操作により学習モードが選択されると開始される。ステップS11では、温度センサ27により検出された作動油温度Tが所定範囲内(50〜60℃)にあるか否かを判定する。ステップS12では、回転数センサ21により検出されたエンジン回転数Nが定格回転数Naであるか否かを判定する。ステップS11,ステップS12は、実際の作業条件に合わせて学習制御を行うための処理であり、ステップS11,ステップS12がともに肯定されるとステップS13に進み、いずれかが否定されるとステップS11に戻る。
The process of FIG. 8 is started when the learning mode is selected by operating the
ステップS13では、リミットスイッチ29からの信号によりゲートロックレバーがロック操作されているか否かを判定する。これは、学習制御の際に機械が誤作動しないようにするための処理であり、方向制御弁4へのパイロット圧の供給が断たれた状態でのみ学習制御を行うようにする。ステップS13が肯定されるとステップS14に進み、否定されるとステップS11に戻る。
In step S13, it is determined based on a signal from the
ステップS14では、図9の基準特性F0によりポンプ最小傾転θminもしくはその近傍の傾転θに対応した駆動電流i11(例えばiAmin)を演算し、この駆動電流i11を比例電磁弁14に出力する。ステップS15では、二次圧データが安定するまで所定時間(例えば5秒)をカウントし、所定時間の経過後に二次圧Paを読み込み、実測二次圧P11としてメモリに記憶する。
In step S14, a drive current i11 (for example, iAmin) corresponding to the minimum pump tilt θmin or the tilt θ in the vicinity thereof is calculated based on the reference characteristic F0 of FIG. 9 and this drive current i11 is output to the
ステップS16では、図9の基準特性F0によりポンプ最大傾転θmaxもしくはその近傍の傾転θに対応した駆動電流i12(例えばiAmax)を演算し、この駆動電流i12を比例電磁弁14に出力する。ステップS17では、二次圧データが安定するまで所定時間(例えば5秒)をカウントし、所定時間の経過後に二次圧Paを読み込み、実測二次圧P12としてメモリに記憶する。
In step S16, a drive current i12 (for example, iAmax) corresponding to the pump maximum tilt θmax or the tilt θ in the vicinity thereof is calculated based on the reference characteristic F0 of FIG. 9 and this drive current i12 is output to the
ステップS18では、図9の基準特性F0により中間傾転θmeaもしくはその近傍の傾転θに対応した駆動電流i13(例えばiAmea)を演算し、この駆動電流i13を比例電磁弁14に出力する。ステップS19では、二次圧データが安定するまで所定時間(例えば5秒)をカウントし、所定時間の経過後に二次圧Paを読み込み、実測二次圧P13としてメモリに記憶する。以上により求めた二次圧データP11,P12,P13を図10に示すように直線で結ぶことにより、二次圧と制御信号(電流)との関係が得られる。
In step S18, a drive current i13 (for example, iAmea) corresponding to the intermediate tilt θmea or the tilt θ in the vicinity thereof is calculated based on the reference characteristic F0 of FIG. 9, and this drive current i13 is output to the
ステップS20では、図10の関係を用いて、予め定めた基準制御圧Pmin,Pmea,Pmaxに対応する駆動電流imin,imea,imaxをそれぞれ次式(I)により演算する。
imin=i11−(P11−Pmin)×(i13−i11)/(P13−P11)
imea=i13−(P13−Pmea)×(i13−i11)/(P13−P11);P13>Pmeaのとき
imea=i13+(Pmea−P13)×(i12−i13)/(P12−P13);P13<Pmeaのとき)
imax=i12+(Pmax−P12)×(i12−i13)/(P12−P13) ・・・(I)
In step S20, drive currents imin, imea and imax corresponding to predetermined reference control pressures Pmin, Pmea and Pmax are calculated by the following equation (I) using the relationship shown in FIG.
imin = i11− (P11−Pmin) × (i13−i11) / (P13−P11)
imea = i13− (P13−Pmea) × (i13−i11) / (P13−P11); when P13> Pmea imea = i13 + (Pmea−P13) × (i12−i13) / (P12−P13); P13 < Pmea)
imax = i12 + (Pmax−P12) × (i12−i13) / (P12−P13) (I)
ここで求めたimin,imea,imaxは、それぞれ比例電磁弁14の最小傾転θmin,中間傾転θmea,最大傾転θmaxに対応する駆動電流を意味する。すなわち比例電磁弁14に電流imin,imea,imaxを出力すると、二次圧はそれぞれPmin,Pmea,Pmaxとなり、実ポンプ傾転はそれぞれθmin,θmea,θmaxとなる。
The imin, imea, and imax obtained here mean drive currents corresponding to the minimum tilt θmin, the intermediate tilt θmea, and the maximum tilt θmax of the
ステップS21では、駆動電流imin,imea,imaxから予め定めた駆動電流iAmin,iAmea,iAmaxをそれぞれ減算して電流補正値Δimin,Δimea,Δimaxを演算し、メモリに記憶する。これにより図11に示すように比例電磁弁14に固有の補正特性f1が求められ、この特性がコントローラ20のメモリに記憶される。以上により学習制御を終了する。なお、学習制御の終了時に例えば運転席のランプなどを点灯させ、学習制御が終了した旨を作業員に報知するようにしてもよい。
In step S21, current correction values Δimin, Δimea, Δimax are calculated by subtracting predetermined driving currents iAmin, iAmea, iAmax from the driving currents imin, imea, imax, respectively, and stored in the memory. As a result, as shown in FIG. 11, a correction characteristic f1 unique to the
(3)通常制御
図12は、コントローラ内における通常制御の処理を示すブロック図である。学習制御の終了後、モードスイッチ28の操作により通常モードが選択されると、通常制御が開始される。回転数センサ21からの信号はトルク演算回路31に入力される。トルク演算回路31には、予め図示のようにエンジン回転数Nと出力トルクTrとの関係が記憶されている。トルク演算回路31では、この関係に基づきエンジン回転数Nに対応した出力トルクTrを演算し、容量演算回路32に出力する。
(3) Normal Control FIG. 12 is a block diagram showing normal control processing in the controller. After the learning control is finished, when the normal mode is selected by operating the
容量演算回路32には、圧力センサ23により検出されたポンプ吐出圧Ppが入力される。容量演算回路32には、ポンプ吸収トルクがエンジン出力トルクTrを超えないようにするため、予め図示のようにエンジン出力トルクTrが一定の馬力特性が設定されている。容量演算回路32では、この特性に基づきポンプ吐出圧Ppに対応した目標ポンプ傾転θ1を演算する。
A pump discharge pressure Pp detected by the
容量演算回路33には、圧力センサ22により検出されたポジコン圧Pnが入力される。容量演算回路33には、予め図示のように操作レバー6の操作によるポジコン圧Pnと目標ポンプ傾転θ2との関係、すなわちポジコン圧Pnの増加に伴い目標ポンプ傾転θ2が増加するような関係が記憶されている。容量演算回路33では、この特性に基づきポジコン圧Pnに対応した目標ポンプ傾転θ2を演算する。
A positive control pressure Pn detected by the
容量演算回路32,33により演算された目標ポンプ傾転θ1,θ2はそれぞれ選択回路34に入力される。選択回路34では、目標ポンプ傾転θ1,θ2のうちいずれか小さい方の値を目標ポンプ傾転θとして選択し、目標ポンプ傾転θを指令圧演算回路35に出力する。
The target pump tilts θ1 and θ2 calculated by the
指令圧演算回路35には、予め図示のような指令圧P0の基準特性、すなわち目標ポンプ傾転θが増加するほど指令圧P0が増加するような特性が記憶されている。指令圧演算回路35では、この特性に基づき目標ポンプ傾転θに対応した目標指令圧P0(二次圧Paの指令値)を演算する。
The command
ドレン圧演算回路36には、圧力センサ23により検出されたポンプ吐出圧Ppが入力される。ドレン圧演算回路36には、予め自動調整制御により求めたポンプ吐出圧Ppとドレン圧Pdとの関係(図3)が記憶されている。ドレン圧演算回路36では、この特性に基づきポンプ吐出圧Ppに対応したドレン圧Pdを演算する。加算回路37では、目標指令圧P0にドレン圧Pdを加算し、目標指令圧P0を補正する。
The drain
フィードバック制御回路40では、目標指令圧P0をフィードバック制御して指令圧Pxを出力する。すなわち減算回路41で、目標指令圧P0から圧力センサ24で検出した二次圧Paを減算し、圧力偏差ΔP(=P0−Pa)を演算する。ゲイン回路42で、この偏差ΔPにフィードバックゲインKを乗じ、偏差ΔPKを演算する。加算回路43で、目標指令圧P0に偏差ΔPKを加算し、指令圧Pxを出力する。これによりフィードバック制御回路40は、圧力センサ24で検出した二次圧Paが目標指令圧P0と等しくなるようにフィードバック指令圧Pxを出力する。
The
指令圧Pxは、基準演算回路44と補正演算回路45にそれぞれ出力される。基準演算回路44には予め図示のような比例電磁弁14の指令圧Pxと駆動電流I0との関係(設計値)が記憶されている。基準演算回路44は、この駆動電流の基準特性f0に基づき指令圧Pxに対応した目標駆動電流I0を演算する。
The command pressure Px is output to the
補正演算回路45には、予め学習モードにおいて定めた指令圧Pxと補正電流ΔI0との関係(図11)が記憶されている。補正演算回路45は、この駆動電流の補正特性に基づき指令圧Pxに対応した補正電流ΔI0を演算する。加算回路46は、目標駆動電流I0と補正電流ΔI0を加算して補正後の目標駆動電流Iを演算し、比例電磁弁14に出力する。以上の通常制御の処理は作業時に繰り返し行われる。
The
本実施の形態に係る動作をまとめると次のようになる。まず、学習モードにおいて、コントローラ20で図8の処理を行い、比例電磁弁14に固有の補正特性f1を求める。この場合、モードスイッチ28を学習モードに切り換え操作し、かつ、作動油温Tを所定範囲内に保ち、かつ、エンジン回転数Nを定格回転数Naに制御し、かつ、ゲートロックレバーをロック操作する(ステップS11〜ステップS13)。
The operations according to the present embodiment are summarized as follows. First, in the learning mode, the process of FIG. 8 is performed by the
以上の条件が成立すると、コントローラ20は比例電磁弁14に所定の駆動電流i11,i12,i13を出力するとともに、二次圧P11,P12,P13を検出し、二次圧Paと電流iとの関係(図10)を求める。この関係から基準制御圧Pmin,Pmea,Pmaxに対応した駆動電流imin,imea,imaxを演算する(ステップS20)。この駆動電流imin,imea,imaxから基準の駆動電流iAmin,iAmea,iAmaxをそれぞれ減算し、電流補正値Δimin,Δimea,Δimaxをメモリに記憶する(ステップS21)。
When the above conditions are established, the
次に、図5に示す自動調整の処理を行い、ドレン圧特性(図3)を求める。この場合、ドレン圧検出用の圧力センサ25をコントローラ20に接続するとともに、指令スイッチ27を操作し、かつ、作動油温Tを所定範囲内に保ち、かつ、エンジン回転数Nを定格回転数Naに制御し、かつ、ブームBMを上げ操作し、メインポンプ2の吐出圧をリリーフさせる(ステップS1〜ステップS4)。
Next, the automatic adjustment process shown in FIG. 5 is performed to obtain the drain pressure characteristic (FIG. 3). In this case, the
以上の条件が成立すると、コントローラ20はドレン圧Pdとポンプ吐出圧Ppを検出し、メモリに記憶する(ステップS6,ステップS8)。その後、作業員はコントローラ20から圧力センサ25を取り外す。なお、学習制御と自動調整は、通常制御で用いる補正特性とドレン圧特性を設定するために行うものであり、通常、工場出荷時にメーカによって行われる。
When the above conditions are satisfied, the
通常の作業時には、モードスイッチ28を通常モードに切り換え操作する。通常モードでは、コントローラ20は圧力センサ24で検出した二次圧Paが操作レバー6の操作量に応じた目標指令圧P0と等しくなるように比例電磁弁14に目標駆動電流Iを出力する。すなわち、圧力センサ24で検出した二次圧Paが目標指令圧P0と等しくなるようにフィードバック制御により指令圧Pxを出力するとともに、この指令圧Pxに対応した目標駆動電流I0を、学習モードによって定めた補正電流ΔI0の特性f1により補正し、補正後の目標駆動電流I(=I0+ΔI0)を比例電磁弁14に出力する。
During normal work, the
この際、コントローラ20はドレン圧特性に基づきドレン圧Pdを演算し、目標指令圧P0にドレン圧Pdを加算して目標指令圧P0を補正する。このため、油圧切換弁13に作用する二次圧Paが背圧相当分のドレン圧Pdの分だけ増加することとなり、油圧切換弁13に作用するケーシング圧(ドレン圧Pd)がキャンセルされる。その結果、図4に示す基準特性aに沿ってポンプ吐出量Qを変化させることができ、所望のポンプ吐出量Qが得られる。
At this time, the
この場合のメインポンプ2の吐出圧Pと吐出量Qの関係を図13に示す。図の特性aは、ドレン圧Pdが0のときのPQ特性(基準特性)であり、さらに、ドレン圧PdがPd1で、指令圧P0をドレン圧Pd1で補正した場合のPQ特性である。特性bは、ドレン圧PdがPd1で、指令圧P0を補正しない場合のPQ特性である。
The relationship between the discharge pressure P and the discharge amount Q of the
指令圧P0を補正しない場合には、油圧切換弁13に作用する二次圧Paがドレン圧Pdの分だけ不足する。このため、実ポンプ傾転は目標ポンプ傾転θとならず、ポンプ吐出量Qはドレン圧Pdが0のとき、すなわち目標値よりもΔQだけ減少する。一方、本実施の形態のように指令圧P0を補正する場合には、油圧切換弁13にドレン圧Pdを上乗せした二次圧Paが作用する。このため、実ポンプ傾転は目標ポンプ傾転θとなり、ポンプ吐出量Qを精度よく目標値に制御できる。
When the command pressure P0 is not corrected, the secondary pressure Pa acting on the hydraulic
本実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
(1)ドレン圧演算部36に設定したドレン圧特性によりドレン圧Pdを演算し、目標ポンプ傾転θに対応した指令圧P0をドレン圧Pdの分だけ加算して出力するようにした。これにより油圧切換弁13にケーシング圧(ドレン圧Pd)が作用することによる油圧切換弁13の切換量の低下が抑えられ、ポンプ傾転を精度良く目標ポンプ傾転θに制御できる。
(2)自動調節の際にドレン圧検出用の油圧センサ25を取り付けてドレン圧Pdを検出した後、通常制御においてはドレン圧特性によりドレン圧Pdを演算するので、工場出荷後の作業機に油圧センサ25を設ける必要がなく、コストを抑えることができる。
(3)メインポンプ2からの圧油ではなく、サブポンプ3からの低圧のパイロット圧を比例電磁弁14で減圧して油圧切換弁13に付与し、油圧切換弁13を切り換えるようにした。これにより比例電磁弁14と油圧切換弁13の耐圧性をそれほど高める必要がなく、安価に構成できる。
(4)作動油温Tが所定範囲内、かつ、エンジン回転数Nが定格回転数Na、かつ、ブーム上げリリーフの状態のときに、自動調整を行うようにした。すなわち実際の作業条件に合わせて自動調整を行うようにしたので、ドレン圧特性を精度よく求めることができる。
According to the present embodiment, the following operational effects can be achieved.
(1) The drain pressure Pd is calculated from the drain pressure characteristic set in the drain
(2) Since the drain pressure Pd is detected by attaching the drain pressure detection
(3) The low pressure pilot pressure from the sub pump 3, not the pressure oil from the
(4) Automatic adjustment is performed when the hydraulic oil temperature T is within a predetermined range, the engine speed N is the rated speed Na, and the boom is raised. That is, since the automatic adjustment is performed according to the actual working conditions, the drain pressure characteristic can be obtained with high accuracy.
(5)学習制御において、圧力センサ24の検出値Paを用いてポンプ傾転制御用の補正特性f1を求め、通常制御において、圧力センサ24の検出値Paを用いてフィードバック制御により駆動電流Iを補正するとともに、補正特性f1に基づき駆動電流Iを補正するようにした。これにより傾転角センサを用いることなく傾転制御を行うので、傾転制御装置を安価に構成することができる。また、圧力センサ24は傾転角センサに比べて温度特性がよいので、高温条件下で作業した場合であってもポンプ傾転を精度良く補正することができる。
(6)指令圧Pxをフィードバック制御により出力して駆動電流Iを補正するので、操作レバー6の操作により目標ポンプ傾転θが変化した場合に、実ポンプ傾転を応答性よく目標ポンプ傾転θに制御できる。
(7)予め定めた比例電磁弁14の固有の補正特性f1に基づき傾転制御するので、個々の製品間の動的特性のばらつきが少なく、均一の動作特性が得られる。
(8)補正特性f1を求めるために基準制御圧を3点(Pmin,Pmea,Pmax)設定するので、補正特性f1が比例電磁弁14の特性に良好に対応し、駆動電流Iを精度良く補正することができる。
(5) In the learning control, the correction characteristic f1 for the pump tilt control is obtained using the detection value Pa of the
(6) Since the command pressure Px is output by feedback control and the drive current I is corrected, when the target pump tilt θ changes due to the operation of the operation lever 6, the actual pump tilt can be responsive to the target pump tilt. It can be controlled to θ.
(7) Since the tilt control is performed based on the inherent correction characteristic f1 of the
(8) Since the reference control pressure is set at three points (Pmin, Pmea, Pmax) to obtain the correction characteristic f1, the correction characteristic f1 corresponds well to the characteristic of the
以上では、通常制御時にコントローラ20からドレン圧検出用の圧力センサ25を取り外し、ドレン圧Pdを演算によって求めるようにしたが、通常制御時において、圧力センサ25によりドレン圧Pdを直接検出するようにしてもよい。すなわちドレン圧特性を求めるための自動調整の処理を省略してもよい。その場合のコントローラ20における処理の一例を図14に示す。
In the above, the
図14では、ドレン圧演算部36は設けられておらず、加算回路37に圧力センサ25により検出されたドレン圧Pdが入力される。これによりポンプ吐出圧Ppとドレン圧Pdの関係が図3の特性からずれている場合であっても、指令圧P0をドレン圧Pdによって精度よく補正することができ、ポンプ傾転を精度よく制御することができる。このような構成では、自動調整が不要であるため、即座に指令圧P0を補正することができる。
In FIG. 14, the drain
なお、上記実施の形態では、比例電磁弁14からの二次圧Paにより油圧切換弁13を切り換えてピストン12への制御圧を発生するようにしたが、二次圧Paに対抗した背圧が作用するように構成されているのであれば、制御圧を発生する弁手段としての油圧切換弁13はいかなるものでもよい。油圧切換弁13の切換に応じて傾転制御用ピストン12を駆動することで、ポンプ傾転(ポンプ容量)を変更するようにしたが、容量変更手段はこれに限らない。サブポンプ3からの圧油を比例電磁弁14で減圧して油圧切換弁13に二次圧Pa(指令圧P0)を出力するようにしたが、指令圧出力手段はこれに限らない。例えばメインポンプ2からの圧油により弁手段を切り換えるようにしてもよい。
In the above embodiment, the hydraulic
吐出圧検出手段としての圧力センサ23によりポンプ吐出圧Ppを検出するとともに、記憶手段としてのメモリに予めポンプ吐出圧Ppとドレン圧Pdとの関係を記憶し、この関係に基づいて、ポンプ吐出圧Ppに対応したドレン圧Pdをドレン圧演算回路36(背圧演算手段)により演算するようにしたが、背圧取得手段はこれに限らない。図14に示したように背圧検出手段としての圧力センサ25によりドレン圧Pdを検出し、背圧を取得するようにしてもよい。油圧切換弁13に作用する背圧に応じて指令圧P0を補正するのであれば、補正手段としてのコントローラ20の構成はいかなるものでもよい。
The pump discharge pressure Pp is detected by the
操作レバー6の操作によりポジコン圧Pnを発生させて目標ポンプ傾転を入力するようにしたが、他の入力手段を用いてもよい。サブポンプ3からのパイロット圧を比例電磁弁14で減圧するようにしたが、減圧手段はこれに限らない。指令圧検出手段としての圧力センサ24により二次圧Pa(指令圧)を検出するとともに、検出された二次圧Paが補正後の指令圧P0となるように比例電磁弁14を制御するようにしたが、制御手段としてのコントローラ20の構成はいかなるものでもよい。
Although the positive pump pressure Pn is generated by the operation of the operation lever 6 and the target pump tilt is input, other input means may be used. Although the pilot pressure from the sub pump 3 is reduced by the
以上では、傾転制御装置を油圧ショベルに適用する例を説明したが、可変容量型のポンプを有する他の油圧作業機にも本発明を同様に適用可能である。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の油圧作業機のポンプ傾転制御装置に限定されない。 The example in which the tilt control device is applied to a hydraulic excavator has been described above, but the present invention can be similarly applied to other hydraulic working machines having a variable displacement pump. That is, as long as the features and functions of the present invention can be realized, the present invention is not limited to the pump tilt control device for the hydraulic working machine according to the embodiment.
2 メインポンプ
3 サブポンプ
6 操作レバー
12 傾転制御用ピストン
14 比例電磁弁
20 コントローラ
23〜25 圧力センサ
36 ドレン圧演算回路
2 Main pump 3 Sub pump 6
Claims (5)
ポンプ傾転制御用の制御圧を発生する弁手段と、
前記弁手段の駆動に応じて前記油圧ポンプのポンプ容量を変更する容量変更手段と、
前記弁手段を駆動するための指令圧を出力する指令圧出力手段と、
前記指令圧に対抗して前記弁手段に作用する背圧を取得する背圧取得手段と、
前記背圧取得手段により取得した背圧に応じて前記指令圧を補正する補正手段とを備えることを特徴とする油圧作業機械のポンプ傾転制御装置。 A variable displacement hydraulic pump that supplies drive pressure to the hydraulic actuator;
Valve means for generating a control pressure for pump tilt control;
Capacity changing means for changing the pump capacity of the hydraulic pump according to the driving of the valve means;
Command pressure output means for outputting a command pressure for driving the valve means;
Back pressure acquisition means for acquiring back pressure acting on the valve means against the command pressure;
A pump tilt control device for a hydraulic working machine, comprising: correction means for correcting the command pressure according to the back pressure acquired by the back pressure acquisition means.
前記指令圧出力手段は、
パイロット圧発生用のパイロット油圧ポンプと、
目標ポンプ傾転を入力する入力手段と、
目標ポンプ傾転に応じて前記パイロット油圧ポンプからのパイロット圧を減圧する減圧手段とを有することを特徴とする油圧作業機のポンプ傾転制御装置。 The pump tilt control device for a hydraulic working machine according to claim 1,
The command pressure output means includes
A pilot hydraulic pump for generating pilot pressure;
Input means for inputting the target pump tilt;
A pump tilt control device for a hydraulic working machine, comprising: a pressure reducing means for reducing a pilot pressure from the pilot hydraulic pump in accordance with a target pump tilt.
前記背圧取得手段は、
前記油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧検出手段と、
予めポンプ吐出圧と背圧との関係を記憶する記憶手段と、
前記吐出圧検出手段により検出された吐出圧と前記記憶されたポンプ吐出圧と背圧との関係に基づき、背圧を演算する背圧演算手段とを備えることを特徴とする油圧作業機のポンプ傾転制御装置。 The pump tilt control device for a hydraulic working machine according to claim 1 or 2,
The back pressure acquisition means includes
A discharge pressure detecting means for detecting a discharge pressure of the hydraulic pump;
Storage means for storing the relationship between pump discharge pressure and back pressure in advance;
A hydraulic working machine pump comprising back pressure calculating means for calculating a back pressure based on the relationship between the discharge pressure detected by the discharge pressure detecting means and the stored pump discharge pressure and back pressure. Tilt control device.
前記背圧取得手段は、背圧を検出する背圧検出手段を有することを特徴とする油圧作業機のポンプ傾転制御装置。 The pump tilt control device for a hydraulic working machine according to claim 1 or 2,
The back pressure acquisition means includes back pressure detection means for detecting back pressure.
前記弁手段に作用する指令圧を検出する指令圧検出手段と、
前記指令圧検出手段により検出された指令圧が前記補正手段により補正された指令圧となるように前記指令圧出力手段を制御する制御手段とをさらに有することを特徴とする油圧作業機のポンプ傾転制御装置。 The pump tilt control device for a hydraulic working machine according to any one of claims 1 to 4,
Command pressure detecting means for detecting command pressure acting on the valve means;
And a control means for controlling the command pressure output means so that the command pressure detected by the command pressure detection means becomes the command pressure corrected by the correction means. Roll control device.
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