JP5638471B2 - Control device for hybrid construction machine - Google Patents
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Description
本発明は、ハイブリッド式建設機械の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a hybrid construction machine.
上部旋回体を駆動する電動アクチュエータとしての発電電動機と、上部旋回体に装設した多関節形の作業機を駆動する油圧アクチュエータ等とを備えたハイブリッド式建設機械において、油圧アクチュエータと電動アクチュエータとを複合的に作動させて、作業機によって土砂を掘削した後、作業機を上昇させながら上部旋回体を旋回させて、土砂をダンプトラックの荷台に放土するホイスト旋回作業が行われる。このホイスト旋回作業の際に、両アクチュエータのスピードをマッチングさせる制御を行うことで、オペレータに操作感覚上の違和感を与えることなく、操作性を向上させたものがある(例えば、特許文献1参照)。 In a hybrid construction machine including a generator motor as an electric actuator for driving an upper swing body and a hydraulic actuator for driving an articulated work machine installed on the upper swing body, a hydraulic actuator and an electric actuator are provided. After excavating the earth and sand with the work machine, the hoist turning work is performed in which the upper turning body is turned while raising the work machine to release the earth and sand to the loading platform of the dump truck. In this hoist turning work, there is one that improves operability without giving the operator a sense of incongruity by performing control for matching the speeds of both actuators (see, for example, Patent Document 1). .
上述の従来技術においては、油圧アクチュエータと電動アクチュエータとが複合して作動されているか否かを判定する判定手段と、電動アクチュエータのトルク又は作動速度に制限を加える制御手段とを備え、判定手段が例えばホイスト旋回作業のように、油圧アクチュエータと電動アクチュエータとが複合して作動していると判定した場合には、電動アクチュエータである発電電動機のトルク又は作動速度を制限することで、上部旋回体の旋回と作業機のブームのスピードのマッチングを良好に制御している。換言すると、上述の従来技術は、操作性を向上させるために、複合動作に応じた適切な出力配分ができるハイブリッド式建設機械の制御装置が開示されている。この従来技術における出力配分は、ある優先度の高い複合動作(本例ではホイスト旋回作業)に対して調整されている。しかしながら、ハイブリッド式建設機械においては、上述したホイスト旋回作業以外の作業も要求されている。 In the above-described prior art, the determination unit includes a determination unit that determines whether or not the hydraulic actuator and the electric actuator are operated in combination, and a control unit that limits the torque or the operation speed of the electric actuator. For example, when it is determined that the hydraulic actuator and the electric actuator are operating in combination, such as in a hoist turning operation, the torque or operating speed of the generator motor that is the electric actuator is limited to Good matching between turning and boom speed of work equipment. In other words, the above-described prior art discloses a control device for a hybrid construction machine capable of appropriately distributing output according to a combined operation in order to improve operability. The output distribution in this prior art is adjusted for a composite operation with a high priority (in this example, a hoist turning operation). However, in the hybrid construction machine, work other than the hoist turning work described above is also required.
例えば、土砂の均しや整地作業の場合には、土砂を移動するための旋回体の旋回及び作業機の動作が実行されるが、作業機のバケットを高く上げる動作は少なく、作業機の微操作性が要求される。旋回動作には上述の土砂積み込みと同等の動作特性が要求されるので、上述した両者のアクチュエータの速度バランスでは、良好な操作性を得にくいという問題がある。 For example, in the case of earth and sand leveling and leveling work, turning of the revolving body and movement of the work machine are performed to move the earth and sand, but there is little movement to raise the bucket of the work machine, Usability is required. Since the turning operation requires the same operating characteristics as the above-described sediment loading, there is a problem that it is difficult to obtain good operability in the speed balance between the two actuators described above.
さらに、例えば、都市部などでの狭小な場所で比較的深く掘削する場合には、旋回動作はゆっくりで良いが、作業機を機敏に動作させて掘削速度を速くする機敏な操作性が要求される。このような場合にも、上述した両者のアクチュエータの速度バランスでは、良好な操作性を得にくい。この結果、オペレータの労力が増大し、生産性が低下するという問題がある。 Furthermore, for example, when excavating relatively deeply in a narrow place in an urban area or the like, the turning operation may be slow, but agile operability is required to increase the excavation speed by operating the work machine quickly. The Even in such a case, it is difficult to obtain good operability by the speed balance between the two actuators described above. As a result, there is a problem that the labor of the operator is increased and the productivity is lowered.
本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、ハイブリッド式建設機械のあらゆる作業に応じて生じる電動アクチュエータと油圧アクチュエータとの複合動作時において、電動アクチュエータの出力と油圧アクチュエータの出力とを適切に配分できるハイブリッド式建設機械の制御装置を提供することにある。 The present invention has been made based on the above-described matters, and its purpose is to provide an output of an electric actuator and an output of the hydraulic actuator in a combined operation of the electric actuator and the hydraulic actuator that occur in accordance with every operation of the hybrid construction machine. It is an object of the present invention to provide a control device for a hybrid construction machine that can appropriately distribute output.
上記の目的を達成するために、第1の発明は、油圧ポンプと、前記油圧ポンプにより駆動される複数の油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプの吐出流量を制御する可変容量機構と、前記各油圧アクチュエータの駆動を指令する複数の作業機操作装置と、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記電動モータに接続された蓄電デバイスと、前記電動モータ駆動用のインバータと、前記旋回体の駆動を指令する旋回操作装置とを備えたハイブリッド式建設機械の制御装置において、前記作業機操作装置からの指令に基づき前記油圧ポンプ吐出流量を算出するポンプ流量演算手段と、前記旋回操作装置からの指令に基づき前記旋回体の旋回速度を算出する旋回速度演算手段と、前記各油圧アクチュエータの動作速度と前記旋回体の旋回速度との速度バランスを設定する速度設定器と、前記速度設定器からの信号を基に前記油圧ポンプ吐出流量の補正量を算出するポンプ流量補正手段と、前記速度設定器からの信号を基に前記旋回速度の補正量を算出する旋回速度補正手段とを備え、前記可変容量器機構には、前記ポンプ流量演算手段で算出された前記油圧ポンプ吐出流量に前記ポンプ流量補正手段で算出された補正量が演算された指令信号が出力され、前記インバータには、前記旋回速度演算手段で算出された前記旋回体の旋回速度に前記旋回速度補正手段で算出された補正量が演算された指令信号が出力され、前記速度設定器は、中立位置から正方向及び負方向にそれぞれ回動可能であり、前記ポンプ流量補正手段は、前記速度設定器の正方向側及び中立位置の信号を取込んだときには、定数1の補正値を算出し、前記速度設定器の負方向側の信号を取込んだときには、定数1未満の補正値を算出し、前記旋回速度補正手段は、前記速度設定器の負方向側及び中立位置の信号を取込んだときには、定数1の補正値を算出し、前記速度設定器の正方向側の信号を取込んだときには、定数1未満の補正値を算出するものとする。
In order to achieve the above object, the first invention provides a hydraulic pump, a plurality of hydraulic actuators driven by the hydraulic pump, a variable displacement mechanism for controlling a discharge flow rate of the hydraulic pump, and each of the hydraulic actuators A plurality of work machine operating devices that command the driving of the rotating body, a revolving body, the electric motor for driving the revolving body, an electric storage device connected to the electric motor, the inverter for driving the electric motor, and the revolving body In a control device for a hybrid construction machine having a turning operation device for instructing driving of the pump, a pump flow rate calculating means for calculating the hydraulic pump discharge flow rate based on a command from the work implement operating device, and a turning operation device A turning speed calculating means for calculating a turning speed of the turning body based on the command of the above, an operating speed of each hydraulic actuator and a turning speed of the turning body A speed setter for setting a speed balance with the pump, a pump flow rate correcting means for calculating a correction amount of the hydraulic pump discharge flow rate based on a signal from the speed setter, and a signal from the speed setter. A swing speed correction unit that calculates a correction amount of the swing speed, and the variable capacity mechanism has a correction amount calculated by the pump flow rate correction unit to the hydraulic pump discharge flow rate calculated by the pump flow rate calculation unit. Is output, and the inverter outputs a command signal obtained by calculating the correction amount calculated by the turning speed correcting means to the turning speed of the turning body calculated by the turning speed calculating means. is, the speed setting unit, respectively from the neutral position in the positive and negative directions is rotatable, the pump flow rate correction means, ipecac a signal in the positive direction side and the neutral position of the speed setter Sometimes, a correction value of
また、第2の発明は、第1の発明において、前記速度設定器は、前記複数の作業機操作装置のいずれかに設けられていることを特徴とする。 According to a second aspect, in the first aspect, the speed setting device is provided in any one of the plurality of work implement operating devices .
本発明によれば、ハイブリッド式建設機械の電動アクチュエータと油圧アクチュエータ都の複合動作を伴うあらゆる作業に応じて、電動アクチュエータ系や油圧アクチュエータ系の速度特性を調整することができるので、複合動作での作業に見合った各アクチュエータの動作が容易に実現できる。この結果、オペレータの操作性が向上すると共に、オペレータの労力が低減し、生産性を高めることができる。 According to the present invention, the speed characteristics of the electric actuator system and the hydraulic actuator system can be adjusted according to any work involving the combined operation of the electric actuator and the hydraulic actuator of the hybrid construction machine. The operation of each actuator corresponding to the work can be easily realized. As a result, the operability of the operator is improved, the labor of the operator is reduced, and the productivity can be increased.
以下、本発明の建設機械の制御装置の実施の形態を図面を用いて説明する。
図1は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルを示す側面図、図2は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルの駆動制御システムの概略図である。
Embodiments of a construction machine control apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side view showing a hydraulic excavator provided with an embodiment of a control device for a hybrid construction machine according to the present invention, and FIG. 2 shows a hydraulic pressure provided with an embodiment of a control device for a hybrid construction machine according to the present invention. It is the schematic of the drive control system of an shovel.
図1において、ハイブリッド式油圧ショベルは、走行体10と、走行体10上に旋回可能に設けた旋回体20及び多関節形の作業機30を備えている。
In FIG. 1, the hybrid excavator includes a
走行体10は、一対のクローラ11a,11b及びクローラフレーム12a,12b(図1では片側のみを示す)、各クローラ11a,11bを独立して駆動制御する一対の走行用油圧モータ13、14及びその減速機構等で構成されている。
The traveling
旋回体20は、旋回フレーム21と、旋回フレーム21上に設けられた、原動機としてのエンジン22と、エンジン22により駆動されるアシスト発電モータ23と、旋回電動モータ25と、アシスト発電モータ23及び旋回電動モータ25に接続される電気二重層キャパシタ24と、旋回電動モータ25の回転を減速する減速機構26等から構成され、旋回電動モータ25の駆動力が減速機構26を介して伝達され、その駆動力により走行体10に対して旋回体20(旋回フレーム21)を旋回駆動させる。
The
また、旋回体20には多関節形の作業機30が装設されている。多関節形の作業機30は、旋回体20の前部に設けたブーム31と、ブーム31を駆動するためのブームシリンダ32と、ブーム31の先端部近傍に回転自在に軸支されたアーム33と、アーム33を駆動するためのアームシリンダ34と、アーム33の先端に回転可能に軸支されたバケット35と、バケット35を駆動するためのバケットシリンダ36等で構成されている。
The revolving
さらに、旋回体20の旋回フレーム21上には、上述した走行用油圧モータ13,14、ブームシリンダ32、アークシリンダ34、バケットシリンダ36等の油圧アクチュエータを駆動するための油圧システム40が搭載されている。油圧システム40は、油圧を発生する油圧源となる油圧ポンプ41及び各アクチュエータを駆動制御するためのコントロールバルブ42(図2)を含み、油圧ポンプ41は直列に接続されたエンジン22及びアシスト発電モータ23によって駆動される。
Further, a hydraulic system 40 for driving hydraulic actuators such as the traveling
また、旋回体の旋回フレーム21上の前側には、運転席27が設けられていて、運転席27には、後述する各操作レバー装置62,64,65,66と速度設定器70とが配設されている。
In addition, a driver's
次に、油圧ショベルの電動・油圧機器のシステム構成について概略説明する。図2に示すように、油圧ポンプ41は可変容量機構として例えば斜板を有していて、この斜板を傾転角操作部50で操作して、その傾転角を調整することにより油圧ポンプ41の容量(押しのけ容積)を変化させ、圧油の吐出流量を制御している。傾転角操作部50への指令は後述するコントローラ80から出力される。
Next, the system configuration of the electric / hydraulic equipment of the hydraulic excavator will be outlined. As shown in FIG. 2, the
コントロールバルブ42は、ブーム用スプール42A,アーム用スプール42B,及びバケット用スプール42C等を備え、ブーム操作レバー装置62,アーム操作レバー装置64,及びバケット操作レバー装置66等からの各操作指令(図示しない油圧パイロット信号)に応じて、ブームシリンダ32、アームシリンダ34、バケットシリンダ36及びその他の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量と方向を制御する。また、ブーム操作レバー装置62,アーム操作レバー装置64,及びバケット操作レバー装置66等は、操作レバーの操作によるそれぞれの操作信号をコントローラ80に出力する。
The
電動システムは、アシスト発電モータ23、蓄電装置としてのキャパシタ24及び旋回電動モータ25と、旋回電動モータ25を駆動するためのインバータ52、アシスト発電モータ23を駆動するためのインバータ53等から構成されている。
The electric system includes an assist
キャパシタ24からの直流電力は図示しないチョッパ等によって所定の母線電圧に昇圧され、旋回電動モータ25を駆動するためのインバータ52、アシスト発電モータ23を駆動するためのインバータ53に入力される。旋回電動モータ25は、減速機構26を介して旋回体20を駆動する。アシスト発電モータ23及び旋回電動モータ25の駆動状態(力行しているか回生しているか)によって、キャパシタ24は充放電されることになる。
DC power from the
旋回電動モータ25を駆動するためのインバータ52とアシスト発電モータ23を駆動するためのインバータ53とは、図示しないインバータ制御コントローラを有していて、各インバータ制御コントローラは、コントローラ80からのトルク指令や発電またはアシスト指令を受け取り、指令に従って、インバータ52,53に対してPWM信号を出力し、インバータ52,53内の図示しないスイッチング素子を開閉させることにより、三相交流電流を生成し、旋回電動モータ25、アシスト発電モータ23を指令されたトルクで駆動する。
The
コントローラ80は、ブーム操作レバー装置62,アーム操作レバー装置64,バケット操作レバー装置66,及び旋回操作レバー装置65からの各操作信号を入力すると共に、油圧系のアクチュエータの動作速度と電気系のアクチュエータである旋回動作速度との速度バランスを設定する速度設定器70からの速度信号を入力し、これらの操作指令信号等(後述)を用いて、コントロールバルブ42、傾転角操作部50、インバータ52,53に対する制御指令を生成し、油圧系のアクチュエータの動作速度に応じた油圧ポンプ41の流量制御や、旋回体20を駆動する旋回電動モータ25の旋回制御を行う。この際、速度設定器70の指令に従がって、油圧アクチュエータの動作速度と電動アクチュエータの旋回動作速度との速度バランスを制御する。
The
次に、本実施の形態におけるコントローラ80の制御について図を用いて説明する。図3は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を示す制御ブロック図、図4は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を構成するコントローラ内のブーム用設定関数の一例を示す特性図、図5は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を構成するコントローラ内の旋回用設定関数の一例を示す特性図、図6は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を構成するコントローラ内の油圧系速度補正用設定関数の一例を示す特性図、図7は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を構成するコントローラ内の電気系速度補正用設定関数の一例を示す特性図である。図3乃至図7において、図1及び図2に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。なお、本実施の形態においては、電動アクチュエータとして旋回電動モータ25が操作され、油圧アクチュエータとしてブーム31を駆動するブームシリンダ32が操作される場合を例に説明する。
Next, control of the
図3に示すコントローラ80は、油圧アクチュエータの動作速度に応じて油圧ポンプ41の吐出流量を制御するポンプ流量演算部80Aと、電動アクチュエータとして旋回電動モータ25の回転速度を制御する旋回速度演算部80Bと、予め設定値を記憶する図示しない記憶部とを備えるコントローラユニットで構成されている。
The
コントローラ80には、図3に示すようにブーム操作レバー装置62と、旋回操作レバー装置65とからの操作信号と、速度設定器70からの設定信号がそれぞれ入力されている。本実施の形態においては、例えば電流信号が入力されている。
As shown in FIG. 3, the
コントローラ80からは、演算された各指令信号が出力されている。ポンプ流量演算部80Aからは、斜板の傾転角操作部50へ油圧ポンプ41の吐出流量に相当する駆動指令が出力されている。また、旋回速度演算部80Bからは、インバータ52へ指令速度を実現するトルク指令が出力されている。
The
ポンプ流量演算部80Aは、ブーム操作レバー装置62からの操作信号と速度設定器70からの設定信号とがそれぞれ入力される吐出流量特性関数発生器81,ポンプ吐出流量補正関数発生器82と、乗算演算器83とを備えている。
The pump flow
吐出流量特性関数発生器81には、ブーム操作レバー装置62からの操作信号が入力され、この入力に対する油圧ポンプ41の吐出流量特性が予め設定されている。この設定値は、オペレータの操作感覚に適合するようにして決められ、記憶部に記憶されている。ここで、吐出流量特性関数発生器81の出力はブーム操作レバー装置62からの信号に対応するものであって、図4に示すように、ブーム縮小側のレバーストローク−1から中立の0を経由してブーム伸長側のレバーストローク1までを入力として、各入力値に応じたポンプ吐出流量である出力信号が得られるように予め設定されている。吐出流量特性関数発生器81の出力信号は、乗算演算器83の一方へ入力される。
An operation signal from the boom
ポンプ吐出流量補正関数発生器82には、速度設定器70からの設定信号が入力され、この信号を基に油圧ポンプ41の吐出流量の補正特性が予め設定されている。この設定値は、記憶部に記憶されている。この補正特性は図6に示すように、速度設定器70の負方向であるダイヤルB側の目盛−1から中立の0を経由して速度設定器70の正方向であるダイヤルA側の目盛1までを入力として、各入力値に応じたポンプ吐出流量の補正係数である出力信号が得られるように予め設定されている。ポンプ吐出流量補正関数発生器82の出力信号は、乗算演算器83の他方へ入力される。
The pump discharge flow rate
乗算演算器83は、ポンプ吐出流量の特性信号である吐出流量特性関数発生器81の出力信号と補正係数であるポンプ吐出流量補正関数発生器82の出力信号とを入力し、2入力を乗算する演算を行ない、その出力信号を傾転角操作部50へ出力する。この信号は、例えば電流信号に変換されて、吐出流量駆動指令として出力されている。
The
旋回速度演算部80Bは、旋回操作レバー装置65からの操作信号と速度設定器70からの設定信号とがそれぞれ入力される速度トルク特性関数発生器84,旋回速度補正関数発生器85と、乗算演算器86とを備えている。
The turning speed calculation unit 80B includes a speed torque
速度トルク特性関数発生器84には、旋回操作レバー装置65からの操作信号が入力され、この入力に対する旋回駆動モータ25の速度トルク特性が予め設定されている。この設定値は、オペレータの操作感覚に適合するようにして決められ、記憶部に記憶されている。ここで、速度トルク特性関数発生器84の出力は旋回操作レバー装置65からの信号に対応するものであって、図5に示すように、旋回左側のレバーストローク−1から中立の0を経由して旋回右側のレバーストローク1までを入力として、各入力値に応じた速度トルク指令である出力信号が得られるように予め設定されている。速度トルク特性関数発生器84の出力信号は、乗算演算器86の一方へ入力される。
An operation signal from the turning
旋回速度補正関数発生器85には、速度設定器70からの設定信号が入力され、この信号を基に旋回駆動モータ25の速度トルクの補正特性が予め設定されている。この設定値は、記憶部に記憶されている。この補正特性は図7に示すように、速度設定器70の負方向であるダイヤルB側の目盛−1から中立の0を経由して速度設定器70の正方向であるダイヤルA側の目盛1までを入力として、各入力値に応じた速度トルクの補正係数である出力信号が得られるように予め設定されている。旋回速度補正関数発生器85の出力信号は、乗算演算器86の他方へ入力される。
The turning speed
乗算演算器86は、速度トルクの特性信号である速度トルク特性関数発生器84の出力信号と補正係数である旋回速度補正関数発生器85の出力信号とを入力し、2入力を乗算する演算を行ない、その出力信号を旋回駆動モータ25のインバータ52へ出力する。この信号は、例えば電流信号に変換されて、トルク指令として出力されている。
The
ポンプ吐出流量補正関数発生器82と旋回速度補正関数発生器85とは、図6及び図7に示すように、速度設定器70の中立近傍では、出力が定数1(K=1)として、補正しないように構成している。速度設定器70からの信号が一方向、例えば負方向であるダイヤルB側に進むに従って、油圧系のみを減少させて電気系はそのまま補正しないように構成し、逆に正方向であるダイヤルA側に進むに従って、電気系のみを減少させて油圧系はそのまま補正しないように構成している。この結果、オペレータが速度設定器70を操作することによって、油圧系と電気系の各アクチュエータの速度バランスを任意に調整することができる。
As shown in FIGS. 6 and 7, the pump discharge flow rate
次に、上記構成による本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態における動作について図を用いて説明する。図8は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルのホイスト旋回作業における旋回変位量とブーム変位量との時系列特性の一例を示す特性図、図9は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルのホイスト旋回作業時の速度設定器目盛に対する旋回変位量とブーム変位量とを示す特性図、図10は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルのホイスト旋回作業における旋回変位量とブーム変位量との時系列特性の他の例を示す特性図、図11は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルのホイスト旋回作業における旋回変位量とブーム変位量との時系列特性の更に他の例を示す特性図である。 Next, the operation of the embodiment of the control device for the hybrid construction machine according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a characteristic diagram showing an example of a time-series characteristic of a turning displacement amount and a boom displacement amount in a hoist turning operation of a hydraulic excavator equipped with an embodiment of a control device for a hybrid construction machine according to the present invention. FIG. 10 is a characteristic diagram showing a turning displacement amount and a boom displacement amount with respect to a speed setting scale during a hoist turning operation of a hydraulic excavator provided with an embodiment of a control device for a hybrid construction machine according to the present invention. FIG. 11 is a characteristic diagram showing another example of the time-series characteristic of the turning displacement amount and the boom displacement amount in the hoist turning operation of the hydraulic excavator equipped with the embodiment of the control device for the hybrid construction machine. Chart showing still another example of time-series characteristics of turning displacement amount and boom displacement amount in hoist turning operation of a hydraulic excavator equipped with an embodiment of a control device for a construction machine A.
まず、速度設定器70が中立付近の場合について説明する。図3において、速度設定器70が中立付近の場合は、ポンプ吐出流量補正関数発生器82と旋回速度補正関数発生器85はそれぞれ補正をしない値K=1を出力する。油圧系のブーム操作レバー装置62からの指令入力を基に吐出流量特性が予め設定された吐出流量特性関数発生器81によりポンプ吐出流量が求められ、ポンプ吐出流量補正関数発生器82の補正ゲインK=1にて補正される。この場合補正のないポンプ吐出流量が油圧ポンプ41へ指令されることになり、これらのポンプ吐出流量がコントロールバルブ42にて制御される。
First, the case where the
一方、旋回操作レバー装置65からの指令入力を基に速度トルク特性関数発生器84により旋回速度が求められ、旋回速度補正関数発生器85の補正ゲインK=1にて補正される。この場合補正のない旋回速度がインバータ52へ指令されることになり旋回動作する。これにより速度設定器70が中立付近の場合は調整機能が作動しないニュートラルな状態になる。
On the other hand, the turning torque
次に、具体的なホイスト旋回作業の動作について説明する。例えば、油圧ショベルで掘削した土砂等を旋回体20の旋回及び作業機30の動作にてダンプトラックの荷台へ積み込む場合であって、旋回動作における旋回量を掘削位置から放土位置まで90度とし、バケット35の上昇量を約2.5mとした場合を説明する。
Next, a specific operation of the hoist turning operation will be described. For example, when sediment or the like excavated by a hydraulic excavator is loaded on a dump truck bed by turning the revolving
図8は、横軸を時間t、縦軸を各変位量Dx,Dyとし、特性線Xは旋回体20の旋回変位量、特性線Yはブーム31の変位量を示している。このような連動操作において、ブーム変位量と旋回変位量との速度バランスがマッチングされた場合を示している。図8においては、旋回変位量とブーム変位量が略同時に上昇開始し、旋回変位量が90度に到達したときに、ブーム変位量も2.5mに到達している。また、図9は、横軸を旋回変位量Dx、縦軸をブーム変位量Dyとし、特性線Nは速度設定器70が中立付近の場合のブーム変位量と旋回変位量との関係を示している。旋回変位量が90度のときには、ブームシリンダ変位量は2.5mとなる。
In FIG. 8, the horizontal axis represents time t, the vertical axis represents the respective displacement amounts Dx and Dy, the characteristic line X represents the turning displacement amount of the revolving
このような速度バランスは、図3における速度トルク特性関数発生器84と吐出流量特性が予め設定された吐出流量特性関数発生器81の各特性を設定することで実現する。このように調整されていれば、オペレータが比較的ラフな操作を行っても、およそダンプトラック積込みに適当な連動動作を得ることができる。
Such speed balance is realized by setting each characteristic of the speed torque
一方、土砂の均しや整地の作業の場合には、土砂を移動するための作業機30の動作や旋回体20の旋回動作を必要とするが、ダンプトラックへの積込み作業がないため作業機30を上昇させる動作は少ない。このため、旋回動作の速度は、上述したホイスト旋回作業と同等の動作特性が要求されるが、作業機30の動作は、ゆっくりとした微操作性が要求される。このような均し・整地作業の場合には、速度設定器70を操作することにより速度バランスを変更する。
On the other hand, in the case of earth and sand leveling and leveling work, the operation of the working
図3において、作業機30の動作速度を下げるために、速度設定器70を負方向であるB側方向に変更する。これにより、旋回速度補正関数発生器85は中立時と等しい補正をしない値K=1を算出するが、ポンプ吐出流量補正関数発生器82は減少補正をする値K<1を算出する。油圧系のブーム操作レバー装置62からの指令入力を基に吐出流量特性関数発生器81によりポンプ吐出流量が求められ、ポンプ吐出流量補正関数発生器82の補正ゲインK<1にて補正される。この結果、中立時のポンプ吐出流量より小さいポンプ吐出流量が油圧ポンプ41へ指令されることになり、これらのポンプ吐出流量がコントロールバルブ42にて制御される。一方、速度トルク特性関数発生器84による旋回速度の指令は補正されないことになる。
In FIG. 3, in order to reduce the operating speed of the
これにより、作業機30の動作については微操作に合った動作ができるとともに、旋回動作については通常の動作が実施できるので、均し・整地作業に適当な動作を得ることが可能となる。
Accordingly, the operation of the
図10は、このような連動操作におけるブーム変位量と旋回変位量とを示している。図10においては、特性線Xで示される旋回変位量と特性線Yで示されるブーム変位量が略同時に上昇開始し、旋回変位量が90度に到達したときに、ブーム変位量は約1.5mぐらいであって、2.5mには到達していない。また、図9における特性線Bは速度設定器70が負方向であるB側方向の場合のブーム変位量と旋回変位量との関係を示している。旋回変位量が90度のときには、ブーム変位量は約1.5mとなる。
FIG. 10 shows the boom displacement amount and the turning displacement amount in such an interlocking operation. In FIG. 10, when the turning displacement amount indicated by the characteristic line X and the boom displacement amount indicated by the characteristic line Y start to rise substantially simultaneously, and the turning displacement amount reaches 90 degrees, the boom displacement amount is about 1. It is about 5m and has not reached 2.5m. A characteristic line B in FIG. 9 shows the relationship between the boom displacement and the turning displacement when the
さらに、狭小な場所で比較的深く掘削する作業の場合には、旋回体20の旋回動作はゆっくりでよいが、掘削動作は速くしたい場合がある。このため、作業機30の動作の速度は、上述したホイスト旋回作業と同等の動作特性が要求されるが、旋回動作においては、ゆっくりとした微操作性が要求される。このような狭小地作業の場合には、速度設定器70を操作することにより速度バランスを変更する。
Furthermore, in the operation of excavating relatively deeply in a narrow place, the revolving operation of the revolving
図3において、旋回体20の旋回動作速度を下げるために、速度設定器70を正方向であるA側方向に変更する。これにより、ポンプ吐出流量補正関数発生器82は中立時と等しい補正をしない値K=1を算出するが、旋回速度補正関数発生器85は減少補正をする値K<1を算出する。旋回操作レバー装置65からの指令入力を基に速度トルク特性関数発生器84により旋回速度が求められ、旋回速度補正関数発生器85の補正ゲインK<1にて補正される。この結果、中立時の速度指令より小さい速度指令がインバータ52へ指令されることになる。この場合補正のない旋回速度がインバータ52へ指令されて、旋回体20を旋回動作する。一方、ポンプ吐出流量補正関数発生器82によるポンプ吐出流量の指令は補正されないことになる。
In FIG. 3, in order to reduce the turning speed of the turning
これにより、作業機30の動作については通常の動作ができるとともに、旋回体20の旋回動作については微操作に合った動作が実施できるので、主に掘削主体の作業にも適当な動作を得ることが可能となる。
As a result, the operation of the work implement 30 can be performed normally, and the revolving operation of the revolving
図11は、このような連動操作におけるブーム変位量と旋回変位量とを示している。図11においては、特性線Xで示される旋回変位量と特性線Yで示されるブーム変位量が略同時に上昇開始し、ブーム変位量が2.5mに到達したときに、旋回変位量は約60度ぐらいであって、90度には到達していない。また、図9における特性線Aは、速度設定器70が正方向であるA側方向の場合のブーム変位量と旋回変位量との関係を示している。ブーム変位量が2.5mのときには、旋回変位量は約60度となる。
FIG. 11 shows the boom displacement amount and the turning displacement amount in such an interlocking operation. In FIG. 11, the turning displacement amount indicated by the characteristic line X and the boom displacement amount indicated by the characteristic line Y start to rise substantially simultaneously, and when the boom displacement amount reaches 2.5 m, the turning displacement amount is about 60. About 90 degrees, but not 90 degrees. A characteristic line A in FIG. 9 shows the relationship between the boom displacement amount and the turning displacement amount when the
上述した本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態によれば、ハイブリッド式建設機械の電動アクチュエータと油圧アクチュエータとの複合作業を伴うあらゆる作業に応じて、電動アクチュエータ系や油圧アクチュエータ系の速度特性を調整することができるので、複合動作での作業に見合った各アクチュエータの動作が容易に実現できる。この結果、オペレータの操作性が向上すると共に、オペレータの労力が低減し、生産性を高めることができる。 According to one embodiment of the control device for a hybrid construction machine of the present invention described above, an electric actuator system or a hydraulic actuator system can be used in accordance with any work involving a combined work of an electric actuator and a hydraulic actuator of the hybrid construction machine. Since the speed characteristic of the actuator can be adjusted, the operation of each actuator commensurate with the work in the combined operation can be easily realized. As a result, the operability of the operator is improved, the labor of the operator is reduced, and the productivity can be increased.
なお、本実施の形態においては、油圧系アクチュエータとしてブーム31を駆動するブームシリンダ32が操作される場合を例に説明したが、これに限るものではない。例えば、ブーム操作レバー装置62,アーム操作レバー装置64,バケット操作レバー装置66からの操作指令の最大値を選択する最大値選択回路を設けて、その最大操作指令から油圧ポンプ41の吐出流量を制御してもよい。
In the present embodiment, the case where the
また、本実施の形態において説明したポンプ吐出流量補正関数発生器82と旋回速度補正関数発生器85及びその補正方法は双方のバランス配分が設定できるものであればよく、この方法に限定されるものではない。また、速度設定器70は、負方向であるダイヤルB側の目盛−1から中立の0を経由して正方向であるダイヤルA側の目盛1まで設定できるもので説明したが、これに限るものではない。中立位置から一方側と他方側にそれぞれ回動可能であって、連続的に出力を可変できるものであればよい。
Further, the pump discharge flow rate
更に、速度設定器70は、運転席27のオペレータが操作しやすい場所に設置することが有効であるが、旋回レバー等(電気系操作のあるレバー装置)に設置し、オペレータが目視にて確認することなく操作できる場所に設置してもよい。この場合、更なる作業性の向上が図れる。
In addition, it is effective to install the
10 走行体
11 クローラ
12 クローラフレーム
13 右走行用油圧モータ
20 旋回体
21 旋回フレーム
22 エンジン
23 アシスト発電モータ
24 キャパシタ
25 旋回電動モータ
26 減速機
27 運転席
30 作業機
31 ブーム
33 アーム
35 バケット
41 油圧ポンプ
42 コントロールバルブ
50 電気・油圧変換装置
52 旋回電動モータ用インバータ
53 アシスト発電モータ用インバータ
62 ブーム操作レバー装置
64 アーム操作レバー装置
65 旋回操作レバー装置
66 バケット操作レバー装置
70 速度設定器
80 コントローラ
81 吐出流量特性関数発生器
82 ポンプ吐出流量補正関数発生器
84 速度トルク特性関数発生器
85 旋回速度補正関数発生器
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記作業機操作装置からの指令に基づき前記油圧ポンプ吐出流量を算出するポンプ流量演算手段と、前記旋回操作装置からの指令に基づき前記旋回体の旋回速度を算出する旋回速度演算手段と、前記各油圧アクチュエータの動作速度と前記旋回体の旋回速度との速度バランスを設定する速度設定器と、前記速度設定器からの信号を基に前記油圧ポンプ吐出流量の補正量を算出するポンプ流量補正手段と、前記速度設定器からの信号を基に前記旋回速度の補正量を算出する旋回速度補正手段とを備え、
前記可変容量器機構には、前記ポンプ流量演算手段で算出された前記油圧ポンプ吐出流量に前記ポンプ流量補正手段で算出された補正量が演算された指令信号が出力され、
前記インバータには、前記旋回速度演算手段で算出された前記旋回体の旋回速度に前記旋回速度補正手段で算出された補正量が演算された指令信号が出力され、
前記速度設定器は、中立位置から正方向及び負方向にそれぞれ回動可能であり、
前記ポンプ流量補正手段は、前記速度設定器の正方向側及び中立位置の信号を取込んだときには、定数1の補正値を算出し、前記速度設定器の負方向側の信号を取込んだときには、定数1未満の補正値を算出し、
前記旋回速度補正手段は、前記速度設定器の負方向側及び中立位置の信号を取込んだときには、定数1の補正値を算出し、前記速度設定器の正方向側の信号を取込んだときには、定数1未満の補正値を算出する
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械の制御装置。 A hydraulic pump; a plurality of hydraulic actuators driven by the hydraulic pump; a variable displacement mechanism that controls a discharge flow rate of the hydraulic pump; a plurality of work implement operating devices that command the driving of the hydraulic actuators; A hybrid construction comprising: an electric motor for driving the swing body; an electric storage device connected to the electric motor; an inverter for driving the electric motor; and a swing operation device for commanding the drive of the swing body In the control device of the machine,
A pump flow rate calculating means for calculating the hydraulic pump discharge flow rate based on a command from the work implement operating device; a turning speed calculating means for calculating a turning speed of the swing body based on a command from the turning operation device; A speed setter for setting a speed balance between the operating speed of the hydraulic actuator and the turning speed of the swing body, and a pump flow rate correction means for calculating a correction amount of the hydraulic pump discharge flow rate based on a signal from the speed setter; A turning speed correction means for calculating a correction amount of the turning speed based on a signal from the speed setter,
A command signal obtained by calculating the correction amount calculated by the pump flow rate correction unit to the hydraulic pump discharge flow rate calculated by the pump flow rate calculation unit is output to the variable capacity mechanism.
The inverter outputs a command signal obtained by calculating the correction amount calculated by the turning speed correcting means to the turning speed of the turning body calculated by the turning speed calculating means ,
The speed setter is rotatable in a positive direction and a negative direction from a neutral position,
The pump flow rate correction means calculates a correction value of a constant 1 when the signals for the positive direction side and the neutral position of the speed setter are fetched, and when the signals for the negative direction side of the speed setter are fetched. Calculate a correction value less than a constant 1,
The turning speed correction means calculates a correction value of a constant 1 when the negative direction side and neutral position signals of the speed setter are captured, and when the positive direction side signal of the speed setter is acquired. A control device for a hybrid construction machine, wherein a correction value less than a constant 1 is calculated .
前記速度設定器は、前記複数の作業機操作装置のいずれかに設けられている
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械の制御装置。 The control device for a hybrid construction machine according to claim 1 ,
The speed setting device is provided in any one of the plurality of work machine operation devices. A control device for a hybrid construction machine, characterized in that:
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