JP5590074B2 - 旋回式作業機械 - Google Patents

旋回式作業機械 Download PDF

Info

Publication number
JP5590074B2
JP5590074B2 JP2012142845A JP2012142845A JP5590074B2 JP 5590074 B2 JP5590074 B2 JP 5590074B2 JP 2012142845 A JP2012142845 A JP 2012142845A JP 2012142845 A JP2012142845 A JP 2012142845A JP 5590074 B2 JP5590074 B2 JP 5590074B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
torque
motor
turning
hydraulic motor
swing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2012142845A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2014005679A (ja
Inventor
昌之 小見山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobelco Construction Machinery Co Ltd filed Critical Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority to JP2012142845A priority Critical patent/JP5590074B2/ja
Priority to EP13808817.4A priority patent/EP2865813B1/en
Priority to US14/406,651 priority patent/US9366010B2/en
Priority to KR1020157001580A priority patent/KR102077356B1/ko
Priority to PCT/JP2013/003212 priority patent/WO2014002368A1/ja
Priority to CN201380031186.0A priority patent/CN104350216B/zh
Publication of JP2014005679A publication Critical patent/JP2014005679A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5590074B2 publication Critical patent/JP5590074B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/08—Superstructures; Supports for superstructures
    • E02F9/10—Supports for movable superstructures mounted on travelling or walking gears or on other superstructures
    • E02F9/12—Slewing or traversing gears
    • E02F9/121—Turntables, i.e. structure rotatable about 360°
    • E02F9/123—Drives or control devices specially adapted therefor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/08—Superstructures; Supports for superstructures
    • E02F9/10—Supports for movable superstructures mounted on travelling or walking gears or on other superstructures
    • E02F9/12—Slewing or traversing gears
    • E02F9/121—Turntables, i.e. structure rotatable about 360°
    • E02F9/128—Braking systems
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2058—Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2095—Control of electric, electro-mechanical or mechanical equipment not otherwise provided for, e.g. ventilators, electro-driven fans
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2264—Arrangements or adaptations of elements for hydraulic drives
    • E02F9/2267—Valves or distributors
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/267—Diagnosing or detecting failure of vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B20/00—Safety arrangements for fluid actuator systems; Applications of safety devices in fluid actuator systems; Emergency measures for fluid actuator systems
    • F15B20/008—Valve failure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/30—Directional control
    • F15B2211/305—Directional control characterised by the type of valves
    • F15B2211/3056—Assemblies of multiple valves
    • F15B2211/30565—Assemblies of multiple valves having multiple valves for a single output member, e.g. for creating higher valve function by use of multiple valves like two 2/2-valves replacing a 5/3-valve
    • F15B2211/3058—Assemblies of multiple valves having multiple valves for a single output member, e.g. for creating higher valve function by use of multiple valves like two 2/2-valves replacing a 5/3-valve having additional valves for interconnecting the fluid chambers of a double-acting actuator, e.g. for regeneration mode or for floating mode
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60—Circuit components or control therefor
    • F15B2211/63—Electronic controllers
    • F15B2211/6303—Electronic controllers using input signals
    • F15B2211/6306—Electronic controllers using input signals representing a pressure
    • F15B2211/6313—Electronic controllers using input signals representing a pressure the pressure being a load pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60—Circuit components or control therefor
    • F15B2211/665—Methods of control using electronic components
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/70—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/705—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor characterised by the type of output members or actuators
    • F15B2211/7058—Rotary output members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/70—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/76—Control of force or torque of the output member
    • F15B2211/761—Control of a negative load, i.e. of a load generating hydraulic energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/86—Control during or prevention of abnormal conditions
    • F15B2211/863—Control during or prevention of abnormal conditions the abnormal condition being a hydraulic or pneumatic failure
    • F15B2211/8636—Circuit failure, e.g. valve or hose failure

Description

本発明はショベル等の旋回式作業機械に関するものである。
ショベルを例にとって背景技術を説明する。
ショベルは、図７に示すようにクローラ式の下部走行体１上に上部旋回体２が地面に対して鉛直な軸Ｘまわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体２に掘削アタッチメント３が装着されて構成される。
掘削アタッチメント３は、起伏自在なブーム４と、このブーム４の先端に取付けられたアーム５と、このアーム５の先端に取付けられたバケット６、それにこれらを作動させるブーム、アーム、バケット各シリンダ（油圧シリンダ）７,８,９によって構成される。
このショベルにおいて、上部旋回体２を旋回駆動する旋回駆動システムとして特許文献１に記載されたものが公知である。
この公知技術においては、駆動源としての旋回用油圧モータの出力軸に電動機を接続している。
また、モータ両側管路とコントロールバルブとの間に、モータ両側管路を短絡可能な連通弁(電磁切換弁)を設け、旋回制動時(減速時)に、連通弁によりモータ吐出油をモータ入口側に戻すとともに、電動機に発電機作用を行わせて回生発電し、回生ブレーキ作用を発揮させるとともに発生した回生電力を蓄電器に蓄える構成がとられている。
この構成によると、連通弁により旋回制動時にモータ出口側に作用する背圧を小さくして油圧モータの連れ回り負荷を低減し、これによって慣性運動エネルギーの回収(回生)効率を上げることができる。
なお、この構成をとる場合、モータ両側管路間に設けられた一対のリリーフ弁等から成るブレーキ弁は、旋回制動時には働かず、旋回停止直後の停止保持機能のみを果たす。
特開２０１０−６５５１０号公報
ところが、上記公知技術においては、連通弁を切換制御するための制御系の断線、あるいはスプールのスティック等によって連通弁が指令通りに動かない切換異常が生じると種々の旋回トラブルが発生する。
たとえば、連通弁が開き位置から閉じ位置に戻らない事態が発生すると、油圧モータの駆動力(モータ駆動力)が働かず、油圧による保持力も働かないため、坂道で上向きに旋回させる上り旋回時に、旋回しないばかりでなく重力によって下り旋回してしまうおそれがある。
また、連通弁が閉じ位置から開き位置に切換わらない事態が発生すると、一方向に旋回中、旋回操作手段の逆方向操作(所謂逆レバー操作)によって旋回制動しようとしても、モータ制動トルクが働かないことから慣性によって旋回し続けるおそれがある。
そこで本発明は、連通弁の切換異常による旋回トラブルを回避することができる旋回式作業機械を提供するものである。
上記課題を解決する手段として、本発明においては、下部走行体と、この下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体と、この上部旋回体の旋回駆動源としての旋回用の油圧モータと、この油圧モータの出力軸に接続された旋回電動機と、上記油圧モータの圧油供給源としての油圧ポンプと、旋回の駆動及び制動を指令する旋回操作手段と、この旋回操作手段の操作に基づいて上記油圧モータに対する圧油の給排を制御するコントロールバルブと、上記油圧モータの両側管路に接続され油圧ブレーキ作用を行うブレーキ弁と、上記油圧モータの出口側管路を上記コントロールバルブを介さずに直接タンクまたはモータ入口側管路に連通させる開き位置とこの連通を遮断する閉じ位置との間で切換わり作動する連通弁と、上記連通弁に対する切換指令及び上記旋回電動機に対するトルク指令を出す制御手段を備え、上記制御手段は、
(ｉ) 上記旋回操作手段の操作状態と、上記上部旋回体の旋回状態とから、上記連通弁が無いとした場合に上記油圧モータに発生する圧力、またはこの圧力から得られるトルクを目標値として求め、
(ｉｉ) 上記油圧モータに実際に発生している圧力、またはこの圧力から得られるトルクを実際値として求め、
(ｉｉｉ) 上記目標値から上記実際値を差し引いて得られるトルクを上記旋回電動機に対するトルク指令として出力し、
(ｉｖ) 上記連通弁に切換異常が発生したことを検出する
ように構成したものである。
この構成によれば、連通弁の切換異常によって油圧モータにトルク異常が発生した場合でも、連通弁が無い回路において油圧モータに発生する圧力またはトルク(目標値)から実際値を差し引いた値を電動機にトルク指令するため、合計として、切換異常が無いとした場合に働くトルクをモータ出力軸に作用させることができる。
これにより、連通弁の切換異常にかかわらず、異常が無い場合と同じトルクによって上部旋回体を駆動または制動することができる。すなわち、旋回トラブルを回避することができる。
また、連通弁の切換異常を検出するため、異常発生をオペレータに表示し、または機械の運転を停止させる等の安全対策に生かすことができる。
この場合、上記制御手段は、上記旋回操作手段の操作量から求められる上記コントロールバルブのメータアウト開口面積と、上記油圧モータの流量とから、上記連通弁が無いとした場合に上記油圧モータの出口側に発生するモータ出口側圧力に基づいて上記目標値としての目標トルクを設定するとともに、この目標トルクから、上記油圧モータに実際に発生している上記実際値としての実トルクを算出し、上記目標トルクから上記実トルクを差し引いて得られるトルクを上記旋回電動機に対するトルク指令として出力するように構成することができる(請求項２)。
連通弁の切換異常の一つとして、出口側の連通弁が「開き固定」されると、減速操作しても油圧モータによる制動トルクが働かず、ブレーキ弁による油圧ブレーキ力も働かないことにより、平地作業時に制動不能となる。
これに対し、請求項２の構成によると、油圧トルクに代えて電動機トルクを制動トルクとして発生させることができるため、上部旋回体を確実に減速させることができる。
一方、出口側連通弁が「閉じ固定」されると、電動機出力軸に電動機回生トルクと、油圧ブレーキによる油圧制動トルクの双方が作用して電動機出力軸が過負荷となる。
これに対し、目標トルクから、正常時ならば発生しない油圧トルクを差し引くことで電動機トルクのみが電動機出力軸に作用するため、急激な減速ショックや電動機出力軸の破損を防止することができる。
また、本発明において、上記制御手段は、上記操作手段によって指令された旋回方向と実際の旋回方向が異なるときに、上記連通弁が無いとした場合に上記油圧モータの入口側に発生するモータ入口側圧力に基づいて上記目標値である目標トルクを設定するとともに、上記モータ入口側及び出口側両圧力から上記油圧モータに実際に発生している上記実際値としての実トルクを算出し、上記目標トルクから上記実トルクを差し引いて得られるトルクを上記旋回電動機に対するトルク指令として出力するように構成することができる(請求項３)。
この構成によれば、逆レバー操作時や上り旋回時に駆動トルクが働かないことによって生じる事態、すなわち、慣性に抗しきれずに操作方向に駆動できず、制動もできず、さらに重力によって旋回してしまう事態の発生を回避することができる。
本発明によると、連通弁の切換異常による旋回トラブルを回避することができる。
本発明の第１実施形態を示すシステム構成図である。 第１実施形態の作用を説明するためのフローチャートである。 図２中のＡに続くフローチャートである。 図２中のＢに続くフローチャートである。 連通弁を設けない場合の旋回操作量とコントロールバルブのメータアウト開口面積の関係を示す図である。 (ａ)(ｂ)は連通弁の切換異常があった場合と無い場合における公知技術及び第１実施形態によるトルクの発生状況を示す表である。 本発明の適用対象であるショベルの概略側面図である。
実施形態はショベルを適用対象としている。
図１において、１０は図示しないエンジンによって駆動される油圧源としての油圧ポンプ、１１はこの油圧ポンプ１０からの圧油により回転して図７の上部旋回体２を旋回駆動する旋回用の油圧モータで、油圧ポンプ１０及びタンクＴとこの油圧モータ１１との間に、旋回操作手段としてのリモコン弁１２(１２ａは操作用のレバーである)によって操作される油圧パイロット式の切換弁であるコントロールバルブ１３が設けられている。
リモコン弁１２は、中立位置と左右の旋回位置との間で操作され、このリモコン弁１２からのパイロット圧によりコントロールバルブ１３が図示の中立位置イと左、右両旋回位置ロ，ハとの間で切換わり動作して油圧モータ１１に対する圧油の給排、すなわち、旋回の起動を含む加速、速度一定での定常運転、減速、停止の各動作、そして回転方向と回転速度が制御される。
一方、コントロールバルブ１３と油圧モータ１１とを結ぶモータ両側管路（以下、図左側を左旋回管路、右側を右旋回管路という場合がある）１４,１５間には、それぞれ一対のリリーフ弁１６,１７とチェック弁１８,１９を備えたブレーキ弁２０が設けられている。
なお、両リリーフ弁１６，１７同士をつなぐリリーフ弁回路２１と、チェック弁１８，１９同士をつなぐチェック弁回路２２とが通路２３で接続され、この通路２３が油吸い上げ用のメークアップライン２４によってタンクＴに接続されている。２５はメークアップライン２４に設けられた背圧弁である。
ここまでの構成は従来の油圧ショベルの旋回駆動システムと同じであり、上記構成のみによる作用は次の通りである。
リモコン弁１２が操作されないとき(レバー１２ａが中立のとき)はコントロールバルブ１３が図示の中立位置イにセットされ、リモコン弁操作時にコントロールバルブ１３が中立位置イから図左側の位置（左旋回位置）ロまたは右側の位置（右旋回位置）ハにリモコン弁操作量に応じたストロークで作動する。
コントロールバルブ１３の中立位置イでは、両旋回管路１４,１５がポンプ１０に対してブロックされるため、油圧モータ１１は回転しない。
この状態から、リモコン弁１２が左または右旋回側に操作されてコントロールバルブ１３が左旋回位置ロまたは右旋回位置ハに切換えられると、ポンプ１０から左旋回管路１４または右旋回管路１５に圧油が供給される。
これにより、油圧モータ１１が左または右に回転して旋回力行、すなわち起動を含む加速または速度一定の定常運転状態となる。
この場合、油圧モータ１１から吐出された油はコントロールバルブ１３経由でタンクＴに戻る。
また、たとえば右旋回力行中、リモコン弁１２が減速操作(中立復帰、または中立側への戻し操作)されると、メータアウト側である左旋回管路１４に圧力が立ち、これが一定値に達するとブレーキ弁２０が働いて上部旋回体２が減速し停止する。
左旋回からの減速／停止時もこれと同じである。
また、この減速中、旋回管路１４または１５が負圧傾向になると、メークアップライン２４、通路２３、チェック弁回路２２のルートで旋回管路１４または１５にタンク油が吸い上げられてキャビテーションが防止される。
実施形態においては、上記構成に加えて、両旋回管路１４，１５とタンクＴとの間に左側及び右側両連通弁２６，２７が設けられている。
連通弁２６，２７は、制御手段を構成するコントローラ２８からの信号によって開き位置ａと閉じ位置ｂとの間で切換わる電磁切換弁として構成され、入口側が旋回管路１４，１５に、出口側が通路２９を介してブレーキ弁２０の通路２３にそれぞれ接続されている。
ここで、通路２３は、メークアップライン２４を介してタンクＴに接続されているため、連通弁２６，２７が開き位置ａにセットされると、両旋回管路１４，１５がコントロールバルブ１３を介さずに直接タンクＴに連通する。
また、油圧モータ１１の出力軸に接続された旋回電動機３０と、蓄電器３１と、これらを制御する電動機／蓄電器制御装置(制御手段を構成する)３２が設けられ、旋回電動機３０の回生作用によってに発生した回生電力が電動機／蓄電器制御装置３２経由で蓄電器３１に蓄えられるように構成されている。
一方、制御手段を構成する検出手段として、リモコン弁１２からのパイロット圧を通じてリモコン弁１２の操作(中立か左または右旋回操作されたか)を検出する旋回操作検出手段としての圧力センサ３３，３４と、モータ両側管路１４，１５の圧力(旋回動作時のモータ入口側及び出口側圧力)を検出する圧力検出手段としての圧力センサ３５，３６とが設けられ、これらからの信号(操作信号、圧力信号)がコントローラ２８に入力される。
また、旋回電動機３０の速度(旋回速度)が、電動機／蓄電器制御装置３２からコントローラ２８に入力される。なお、旋回電動機３０の速度を速度センサで検出してコントローラ２８に入力する構成をとってもよい。
コントローラ２８は、入力される各信号に基づいて旋回動作状態か停止状態かを判断し、旋回動作時、つまり起動を含む加速時、定常運転時、減速時を通じて旋回動作中は常に、連通弁２６，２７のうち操作された側と反対側のもの(右旋回時には左側連通弁２６、左旋回時には右側連通弁２７。以下、反対側連通弁という)を開き位置ａに切換える。
従って、旋回動作時には、油圧モータ１１から吐出された油は、コントロールバルブ１３を通らずに、反対側両連通弁２６または２７を通るルートでタンクＴに直接戻される。
たとえば右旋回時には、油圧モータ１１、左旋回管路１４、左側連通弁２６、通路２９、通路２３、メークアップライン２４のルートでタンクＴに戻る。このため、戻り油はコントロールバルブ１３での絞り作用を受けない。
これにより、旋回動作時のメータアウト側に作用する背圧を低減してメータイン側の圧力を落とし、ポンプ圧を低下させることができるため、油圧ポンプ１０の動力損失を抑えることができる。
この旋回動作中、旋回電動機３０は油圧モータ１１により駆動されて所謂連れ回り回転し、この間、コントローラ２８からの回生指令に基づいて発電機(回生)作用を行う。
この回生作用により、旋回動作中、常に蓄電器３１が充電されるとともに、減速時には回生ブレーキにより油圧モータ１１が制動されて上部旋回体が減速／停止する。
そして、旋回停止後、コントローラ２８からの指令によって連通弁２６，２７が閉じ位置ｂに切換わる。
この旋回停止状態でブレーキ弁２０のブレーキ作用によって図５の上部旋回体２が停止保持される。
一方、コントローラ２８には表示器３７が接続され、連通弁２６，２７の制御系に断線やスプールのスティック等による切換異常が発生した場合にその旨が表示器３７によってオペレータに表示される。
実施形態におけるコントローラ２８の作用を図２〜図４のフローチャートによって説明する。
図２のフローチャートについて
制御開始後、ステップＳ１で右旋回操作信号があるか(右旋回操作されたか)否かが判断され、ＹＥＳの場合に、ステップＳ２で左側連通弁２６を開く(右側連通弁２７は閉じる)。
続くステップＳ３で、右旋回速度信号があるか否か(右旋回動作中か)が判断され、ここでＹＥＳの場合に、ステップＳ４〜Ｓ７において、旋回電動機３０に対する指令トルクの演算、出力が行われる。この点を詳述する。
まず、ステップＳ４で、旋回操作量と旋回速度から、連通弁２６，２７が無いとした場合のモータ出口側圧力ΔＰを算出する。
ここで、コントローラ２８には、図５に示す、旋回操作量とコントロールバルブ１３のメータアウト開口面積の関係を表す開口特性が予め記憶され、この開口特性と、検出された旋回操作量からメータアウト開口面積Ａを算出する。
また、検出された旋回速度から油圧モータ１１に流れる流量(旋回流量)Ｑを算出するとともに、この旋回流量Ｑと、上記算出されたメータアウト開口面積Ａを用いて、下記式により出口側圧力ΔＰを算出する(ステップＳ５)。
Ｑ＝Ｃｄ・Ａ√(２ΔＰｂ／ρ)
Ｃｄ：流量係数
ρ ：流体密度
次に、ステップＳ５で、上記出口側圧力の算出値ΔＰから目標トルク(目標値)Ｔｍを、
Ｔｍ＝−ΔＰ×ｑ／(２π)
ｑ：油圧モータ容積(ｃｃ／ｒｅｖ)
によって算出する。
さらに、ステップＳ６で、油圧モータ圧力から油圧モータ１１に実際に発生している油圧トルク(実際値)Ｔｈを、
Ｔｈ＝(Ｐａ−Ｐｂ)×ｑ／(２π)
Ｐａ：油圧モータ１１のＡポート圧力(ＭＰａ)
Ｐｂ：油圧モータ１１のＢポートの圧力(ＭＰａ)
ｑ：油圧モータ容積(ｃｃ／ｒｅｖ)
によって算出する。
そして、ステップＳ７において、目標トルクＴｍから油圧トルクＴｈを差し引いてトルクＴｒｅｆを求め、これを旋回電動機３０に対するトルク指令値として電動機／蓄電器制御装置３２に向けて出力する。
この後、ステップＳ８で連通弁２６，２７に切換異常がないかどうかが判断され、異常があればステップＳ９で連通弁異常を表示器３７に表示させた後に、異常が無ければそのままステップＳ１に戻る。
なお、切換異常の主因は連通弁制御系の断線であり、この断線は連通弁２６，２７のソレノイド回路の電圧を監視することによって検出することができる。
あるいは、連通弁２６，２７の切換状態をストロークセンサ等によって直接検出し、リモコン弁１２の操作との関係で切換異常を検出するようにしてもよい。
一方、ステップＳ３でＮＯ(右旋回操作されているのに右旋回速度信号が無い)の場合は、ステップＳ１０で左旋回速度信号があるか否かが判断され、ＹＥＳ(左旋回速度信号がある)の場合は、逆レバー操作されたか、上り旋回時に重力によって下り旋回しているとして、ステップＳ１１において、モータ入口側に発生すべき圧力ΔＰとして、リリーフ圧相当の最大値(Ｐｍａｘ)を設定する。
続くステップＳ１２で、ΔＰから目標トルクＴｍを、
Ｔｍ＝ΔＰ×ｑ／(２π)
によって算出し、ステップＳ６に移行する。
また、ステップＳ１０でＮＯ(右旋回操作されているのに右も左も旋回速度信号が無い)の場合は、押し付け作業等によって実際の旋回動作が行われていないとして、ステップＳ１３で電動機トルク指令無しとしてステップＳ８に移行する。
さらに、ステップＳ１でＮＯ(右旋回操作信号が無い)のときは、ステップＳ１４で左旋回操作信号があるか否かが判断され、ＹＥＳ(左旋回操作信号有り)の場合は、ステップＳ１５で左側連通弁２６を閉じ、右側連通弁２７を開いた後、図３のステップＳ１６に移行する。
一方、ステップＳ１４でＮＯ(右も左も旋回操作信号が無い)の場合は図４のステップＳ２７に移行する。
図３のフローチャートについて
図３のステップＳ１６で左旋回速度信号があるか否かが判断され、ＹＥＳ(左旋回速度信号有り)の場合は、図１のステップＳ４〜Ｓ９と同様に、旋回操作量と旋回速度を用いたモータ出口側圧力ΔＰの算出(ステップＳ１７)、ΔＰからの目標トルクＴｍの算出(ステップＳ１８)、油圧モータ圧力からの油圧トルクＴｈの算出((ステップＳ１９)、電動機トルク指令値Ｔｒｅｆの算出、出力(ステップＳ２０)、連通弁異常判断(ステップＳ２１)、連通弁異常表示(ステップＳ２２)を経てステップＳ１に戻る。
また、ステップＳ１６でＮＯ(左旋回操作されているのに左旋回速度が無い)の場合は、ステップＳ２３で右旋回速度信号があるか否かが判断された後、図１のステップＳ１１〜Ｓ１３と同様に、ステップＳ２４でモータ入口側に発生すべき圧力として最大値Ｐｍａｘを設定し(ΔＰ＝Ｐｍａｘ)、かつ、ステップＳ２５でΔＰから目標トルクＴｍを、
Ｔｍ＝ΔＰ×ｑ／(２π)
によって算出した後、ステップＳ１９に移行する。
または、ステップＳ２３からステップＳ２６に移って電動機トルク指令無しとした後、ステップＳ２１に移行する。
図４のフローチャートについて
図２のステップＳ１４でＮＯ(右も左も旋回操作信号が無い)の場合は、図４のステップＳ２７で右旋回速度信号があるか否かが判断され、ＹＥＳ(右速度信号有り)の場合は、図１のステップＳ４〜Ｓ７と同じステップＳ２８〜Ｓ３１を経た後、図１のステップＳ８，Ｓ９と同じステップＳ３２，Ｓ３３を踏んでステップＳ１に戻る。
また、ステップＳ２７でＮＯ(右速度信号無し)の場合、つまり、右も左も旋回操作されず、右旋回速度も出ていない場合は、ステップＳ３４で左旋回速度信号があるか否かが判断され、ＹＥＳ(左旋回速度信号有り)の場合は、旋回減速のために旋回リモコン弁１２が中立復帰しているが上部旋回体２はなお慣性で旋回しているとして、図１のステップＳ１１，Ｓ１２と同様に、ステップＳ３５でモータ入口側に発生すべき圧力として最大値Ｐｍａｘを設定するとともに、ステップＳ３６でΔＰから目標トルクＴｍを算出してステップＳ３０に移行する。
一方、ステップＳ３４でＮＯの場合、つまり、左右の旋回操作信号も速度信号も無い場合は、旋回停止状態であるとしてステップＳ３７で左右両側連通弁２６，２７を閉じ、ステップＳ３８で電動機トルク指令無しとしてステップＳ３２に移行する。
このように、連通弁２６，２７の切換異常によって油圧モータ１１にトルク異常が発生した場合でも、連通弁２６，２７が無い通常の回路において油圧モータに発生するトルク(目標値)から、異常トルクを差し引いた値を電動機にトルク指令するため、合計として、切換異常が無いとした場合に働くトルクをモータ出力軸に作用させることができる。
これにより、連通弁２６，２７の切換異常にかかわらず、異常が無い場合と同じトルクによって上部旋回体を駆動または制動することができる。すなわち、旋回トラブルを回避することができる。
具体的には、出口側の連通弁２６または２７が「開き固定」された場合に、油圧トルクに代えて電動機トルクを制動トルクとして発生させることができるため、上部旋回体を確実に減速させることができる。
一方、出口側連通弁２６または２７が「閉じ固定」された場合に、目標トルクＴｍから、正常時ならば発生しない油圧トルクＴｈを差し引くことで電動機トルクのみが電動機出力軸に作用するため、電動機出力軸の過負荷による破損を防止することができる。
また、旋回操作方向(指令された旋回方向)と実際の旋回方向が異なるときに、連通弁２６，２７が無いとした場合に油圧モータ１１の入口側に発生するモータ入口側圧力に基づいて目標トルクＴｍを設定し、この目標トルクＴｍから、モータ入口側及び出口側両圧力から油圧モータ１１に実際に発生している実際値である実トルクＴｈを差し引いて得られるトルクＴｒｅｆを旋回電動機３０に対するトルク指令として出力するため、逆レバー操作時や上り旋回時に駆動トルクが働かないことによって生じる事態、すなわち、慣性に抗しきれずに操作方向に駆動できず、制動もできず、さらに重力によって旋回してしまう事態の発生を回避することができる。
図６(ａ)は出口側連通弁２６または２７が「開き固定」された場合、(ｂ)は同「閉じ固定」された場合に、特許文献１に記載された公知技術、及び実施形態によってどのようなトルクが発生するかを示す。
「開き固定」された場合、逆レバー操作時または上り旋回時に、公知技術では、図６(ａ)に示すように、油圧モータによる発生トルクを期待して電動機トルク(制動トルク)Ｔｒｅｆとして０％を指令するが、実際には油圧トルクＴｈも０％(正常時は１００％)となるため電動機出力軸に出力されるトルクは０％となる。このため、逆レバー操作によっても上部旋回体が停止せず、上り旋回時には重力によって下り旋回してしまう。
これに対し実施形態によると、目標トルクＴｍとして１００％を算出する一方で、油圧トルクＴｈは０％となり、指令トルクＴｒｅｆは(１００−０)で目標トルクＴｍの１００％が電動機出力軸トルクとなる。このため、逆レバー操作によって上部旋回体を確実に停止させ、上り旋回時の重力による下り旋回を防止することができる。
一方、「閉じ固定」された場合、公知技術では電動機トルクとして１００％を指令し、油圧トルクＴｈも１００％(正常時は０％)発生するため、電動機出力軸トルクは合計で２００％となり、過負荷となる。
これに対し実施形態によると、目標トルクＴｍとして１００％を算出するが、油圧トルクＴｈの１００％を差し引き、電動機指令トルクは合計として０％となるため、結局、電動機出力軸トルクは目標トルクと同じ、油圧トルク分の１００％として作用させることができる。このため、電動機出力軸が過負荷となるおそれがない。
また、連通弁２６，２７の切換異常をコントローラ２８によって検出するため、異常発生を表示器３７によってオペレータに表示し、または機械の運転を停止させる等の安全対策に生かすことができる。
他の実施形態
(１) 上記実施形態では、目標値及び実際値をそれぞれトルクとして求める構成をとったが、これらをそれぞれ圧力として求め、両者の差圧から求めたトルクを旋回電動機３０に対するトルク指令とするようにしてもよい。
(２) 上記実施形態では、連通弁２６，２７の出口側を通路２９を介してブレーキ弁２０の通路２３に接続する構成、すなわち、メークアップライン２４を、連通弁２６，２７の出口側をタンクＴにつなぐラインとして共用する構成をとったが、連通弁２６，２７の出口側を専用のタンク接続ラインでタンクＴに接続する構成をとってもよい。
(３) 上記実施形態では、モータ両側管路１４，１５ごとに連通弁２６，２７を設けたが、両側管路１４，１５に共用される一つの連通弁を設け、この連通弁を閉じ位置(中立位置)と左右の開き位置との間で切換制御する構成をとってもよい。
(４) 上記実施形態では、連通弁として、モータ出口側管路をタンクＴに連通させる開き位置ａとこの連通を遮断する閉じ位置ｂとの間で切換わる連通弁２６，２７をモータ両側管路１４，１５とタンクＴとの間に設けたが、本発明は、特許文献１に記載された短絡切換弁と同様に、モータ両側管路を短絡させる開き位置と、両側管路をコントロールバルブに接続する閉じ位置との間で切換わる連通弁をモータ両側管路とコントロールバルブとの間に設け、旋回減速時にこの連通弁によりモータ出口管路を入口管路に連通させる回路構成をとる場合にも上記同様に適用することができる。
(５) 本発明はショベルに限らず、ショベルを母体として構成される解体機や破砕機等の他の旋回式作業機械にも上記同様に適用することができる。
１ 下部走行体
２ 上部旋回体
１０ 油圧ポンプ
１１ 油圧モータ
１２ 旋回操作手段としての旋回リモコン弁
１３ コントロールバルブ
１４，１５ モータ両側管路
２０ ブレーキ弁
２６，２７ 連通弁
Ｔ タンク
２８ 制御手段を構成するコントローラ
３０ 旋回電動機
３２ 制御手段を構成する電動機／蓄電器制御装置
３３，３４ 操作状態を検出する圧力センサ
３５，３６ モータ圧力を検出する圧力センサ
３７ 表示器

Claims (3)

  1. 下部走行体と、この下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体と、この上部旋回体の旋回駆動源としての旋回用の油圧モータと、この油圧モータの出力軸に接続された旋回電動機と、上記油圧モータの圧油供給源としての油圧ポンプと、旋回の駆動及び制動を指令する旋回操作手段と、この旋回操作手段の操作に基づいて上記油圧モータに対する圧油の給排を制御するコントロールバルブと、上記油圧モータの両側管路に接続され油圧ブレーキ作用を行うブレーキ弁と、上記油圧モータの出口側管路を上記コントロールバルブを介さずに直接タンクまたはモータ入口側管路に連通させる開き位置とこの連通を遮断する閉じ位置との間で切換わり作動する連通弁と、上記連通弁に対する切換指令及び上記旋回電動機に対するトルク指令を出す制御手段を備え、上記制御手段は、
    (ｉ) 上記旋回操作手段の操作状態と、上記上部旋回体の旋回状態とから、上記連通弁が無いとした場合に上記油圧モータに発生する圧力、またはこの圧力から得られるトルクを目標値として求め、
    (ｉｉ) 上記油圧モータに実際に発生している圧力、またはこの圧力から得られるトルクを実際値として求め、
    (ｉｉｉ) 上記目標値から上記実際値を差し引いて得られるトルクを上記旋回電動機に対するトルク指令として出力し、
    (ｉｖ) 上記連通弁に切換異常が発生したことを検出する
    ように構成したことを特徴とする旋回式作業機械。
  2. 上記制御手段は、上記旋回操作手段の操作量から求められる上記コントロールバルブのメータアウト開口面積と、上記油圧モータの流量とから、上記連通弁が無いとした場合に上記油圧モータの出口側に発生するモータ出口側圧力に基づいて上記目標値としての目標トルクを設定するとともに、この目標トルクから、上記油圧モータに実際に発生している上記実際値としての実トルクを算出し、上記目標トルクから上記実トルクを差し引いて得られるトルクを上記旋回電動機に対するトルク指令として出力するように構成したことを特徴とする請求項１記載の旋回式作業機械。
  3. 上記制御手段は、上記操作手段によって指令された旋回方向と実際の旋回方向が異なるときに、上記連通弁が無いとした場合に上記油圧モータの入口側に発生するモータ入口側圧力に基づいて上記目標値である目標トルクを設定するとともに、上記モータ入口側及び出口側両圧力から上記油圧モータに実際に発生している上記実際値としての実トルクを算出し、上記目標トルクから上記実トルクを差し引いて得られるトルクを上記旋回電動機に対するトルク指令として出力するように構成したことを特徴とする請求項１または２記載の旋回式作業機械。
JP2012142845A 2012-06-26 2012-06-26 旋回式作業機械 Active JP5590074B2 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012142845A JP5590074B2 (ja) 2012-06-26 2012-06-26 旋回式作業機械
EP13808817.4A EP2865813B1 (en) 2012-06-26 2013-05-21 Slewing work machine
US14/406,651 US9366010B2 (en) 2012-06-26 2013-05-21 Slewing-type working machine
KR1020157001580A KR102077356B1 (ko) 2012-06-26 2013-05-21 선회식 작업 기계
PCT/JP2013/003212 WO2014002368A1 (ja) 2012-06-26 2013-05-21 旋回式作業機械
CN201380031186.0A CN104350216B (zh) 2012-06-26 2013-05-21 回转式工程机械

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012142845A JP5590074B2 (ja) 2012-06-26 2012-06-26 旋回式作業機械

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014005679A JP2014005679A (ja) 2014-01-16
JP5590074B2 true JP5590074B2 (ja) 2014-09-17

Family

ID=49782570

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012142845A Active JP5590074B2 (ja) 2012-06-26 2012-06-26 旋回式作業機械

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9366010B2 (ja)
EP (1) EP2865813B1 (ja)
JP (1) JP5590074B2 (ja)
KR (1) KR102077356B1 (ja)
CN (1) CN104350216B (ja)
WO (1) WO2014002368A1 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6190763B2 (ja) * 2014-06-05 2017-08-30 日立建機株式会社 ハイブリッド式建設機械
US10494788B2 (en) 2016-11-02 2019-12-03 Clark Equipment Company System and method for defining a zone of operation for a lift arm
JP6708969B2 (ja) 2016-12-08 2020-06-10 コベルコ建機株式会社 旋回制御装置
JP6975036B2 (ja) 2017-12-28 2021-12-01 日立建機株式会社 作業機械
JP7006350B2 (ja) * 2018-02-15 2022-01-24 コベルコ建機株式会社 旋回式油圧作業機械

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19735111C2 (de) * 1997-08-13 1999-06-02 Brueninghaus Hydromatik Gmbh Drehwerksteuerung mit Brems- und Steuerventilen
JP2003106305A (ja) * 2001-09-28 2003-04-09 Kobelco Contstruction Machinery Ltd 旋回制御回路
JP4228980B2 (ja) * 2004-04-22 2009-02-25 コベルコ建機株式会社 作業機械の旋回駆動装置
WO2006033399A1 (ja) * 2004-09-24 2006-03-30 Komatsu Ltd. 旋回制御装置、旋回制御方法、および建設機械
JP5351471B2 (ja) 2008-09-12 2013-11-27 住友建機株式会社 作業機械の駆動装置
JP5421074B2 (ja) * 2008-11-10 2014-02-19 住友重機械工業株式会社 ハイブリッド型建設機械
CN102209655B (zh) 2008-11-10 2015-05-06 住友重机械工业株式会社 混合式施工机械
JP5480529B2 (ja) * 2009-04-17 2014-04-23 株式会社神戸製鋼所 旋回式作業機械の制動制御装置
JP5175870B2 (ja) 2010-01-13 2013-04-03 川崎重工業株式会社 作業機械の駆動制御装置
JP5682744B2 (ja) * 2010-03-17 2015-03-11 コベルコ建機株式会社 作業機械の旋回制御装置
JP5667830B2 (ja) * 2010-10-14 2015-02-12 日立建機株式会社 旋回体を有する建設機械
JP5747533B2 (ja) * 2011-02-02 2015-07-15 コベルコ建機株式会社 旋回式作業機械
WO2012150651A1 (ja) * 2011-05-02 2012-11-08 コベルコ建機株式会社 旋回式作業機械
JP5333511B2 (ja) * 2011-05-02 2013-11-06 コベルコ建機株式会社 旋回式作業機械
EP2706151B1 (en) * 2011-05-02 2017-10-11 Kobelco Construction Machinery Co., Ltd. Slewing type working machine
US8826656B2 (en) * 2011-05-02 2014-09-09 Kobelco Construction Machinery Co., Ltd. Slewing type working machine
JP5738674B2 (ja) * 2011-05-25 2015-06-24 コベルコ建機株式会社 旋回式作業機械

Also Published As

Publication number Publication date
EP2865813B1 (en) 2017-03-22
JP2014005679A (ja) 2014-01-16
US9366010B2 (en) 2016-06-14
CN104350216A (zh) 2015-02-11
KR20150027230A (ko) 2015-03-11
WO2014002368A1 (ja) 2014-01-03
EP2865813A4 (en) 2015-08-26
EP2865813A1 (en) 2015-04-29
US20150184362A1 (en) 2015-07-02
CN104350216B (zh) 2016-09-14
KR102077356B1 (ko) 2020-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5857004B2 (ja) 建設機械のエネルギ回生システム
JP5333511B2 (ja) 旋回式作業機械
JP5858818B2 (ja) 建設機械
JP5647052B2 (ja) ハイブリッド式建設機械
WO2012150653A1 (ja) 旋回式作業機械
WO2012150652A1 (ja) 旋回式作業機械
JP6191494B2 (ja) 建設機械の油圧制御装置
WO2012150651A1 (ja) 旋回式作業機械
JP5590074B2 (ja) 旋回式作業機械
WO2010128645A1 (ja) ハイブリッド建設機械の制御装置
JP2011220390A (ja) 油圧作業機械の制御装置
JP6013503B2 (ja) 建設機械
JP2015078576A (ja) ハイブリッド式建設機械
JP5071571B1 (ja) 旋回式作業機械
JP2016038074A (ja) 旋回式作業機械の制御装置
JP5071572B1 (ja) 旋回式作業機械
JP5201239B2 (ja) 旋回式作業機械

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140701

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140714

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5590074

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150