JP5873458B2 - Excavator and excavator turning control method - Google Patents
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Description
本発明は、ブーム、アーム、バケットを備えた旋回部を旋回駆動させるショベルに関する。 The present invention relates to an excavator that drives a swivel unit including a boom, an arm, and a bucket to swivel.
従来のパワーショベルは、図5、図6に示す構成を備えていた。まず、図5に示すように、エンジン40で油圧回路のポンプ41を駆動し、このポンプ41で発生した油圧でコントロールバルブ42を介して作業機駆動用油圧シリンダー44、油圧旋回モータ43および油圧走行モータ46を駆動していた。なお、45はセンタージョイント、48は走行部、49は旋回部、50は作業部である。
Conventional power shovels have the configurations shown in FIGS. 5 and 6. First, as shown in FIG. 5, a
図6は油圧系を示すブロック図である。この系を構成する油圧回路は、エンジン40にカップリングした油圧ポンプ41から直接コントロールバルブ42に連結し、コントロールバルブ42から油圧シリンダー44に給排出する回路、油圧旋回モータ43に給排出する回路、油圧走行モータ46に給排出する回路が接続された回路になっていた。
FIG. 6 is a block diagram showing the hydraulic system. The hydraulic circuit constituting this system is directly connected to the
この回路では、圧力源である油圧ポンプ41に対し、負荷を構成する各種油圧モータ43,46及び油圧シリンダー44等のアクチュエータの複数対象同時制御を行っていた。また、47は作動油タンク、48は走行部、49は旋回部、50は作業部(ブーム,アーム,バケット)であり、油圧系は駆動力を発生する必要性から高圧回路部分を有していた。
In this circuit, multiple target simultaneous control of actuators such as various
しかしながら、上記のような油圧回路は、接続部からの油漏れ、油の膨張伸縮特性に基づく応答性の悪さ、制御および切換の衝撃による制御の困難さの問題があった。 However, the hydraulic circuit as described above has problems of oil leakage from the connecting portion, poor responsiveness based on the expansion and contraction characteristics of oil, and difficulty in control due to control and switching impacts.
また、上記のような油圧駆動方式では、運転者が操作レバーを操作した場合、アクチュエータの負荷と油圧バルブの開口特性により油圧馬力配分がされ、負荷の軽いアクチュエータに圧油が流れ易くなる結果、機械全体の動作に偏りができることにより、操作者はその都度操作レバーで調整する必要があったため、複数負荷同時制御時のポンプ流量圧の不十分さに基づく操作性の悪さ、等の問題点があった。 Further, in the hydraulic drive system as described above, when the driver operates the operation lever, the hydraulic horsepower is distributed according to the load of the actuator and the opening characteristics of the hydraulic valve, so that the pressure oil can easily flow to the lightly loaded actuator. Since the operation of the entire machine can be biased, the operator has to adjust with the operation lever each time.Therefore, there are problems such as poor operability due to insufficient pump flow pressure during simultaneous control of multiple loads. there were.
本発明は、上記状況に鑑みて、応答性と操作性を向上した、ブーム、アーム、バケットを備えた旋回部を旋回駆動させるショベルを提供することを目的としている。 In view of the above situation, an object of the present invention is to provide an excavator that improves the responsiveness and operability, and that drives the swivel unit including the boom, the arm, and the bucket to swivel.
本発明において、上記目的を達成するために、ブーム、アーム及びバケットを含む作業機と、作業機を備えた旋回部と、を有するショベルにおいて、電源と、電源に接続されるコンバータと、コンバータに接続される第1のインバータと、第1のインバータに接続される旋回駆動装置の駆動源である旋回用電動機と、コンバータに接続される第2のインバータと、第2のインバータに接続される作業機用電動機と、旋回用電動機の回転数を検出するエンコーダと、CPUを有するコントローラであって、各種モードを設定可能なモードスイッチ、作業機用の操作レバー、旋回部の旋回用の操作レバーからの設定操作信号及び、エンコーダの検出データに基づいて所定のプログラム演算処理を行い、その演算結果により第1のインバータ及び第2のインバータの出力を変化させ、旋回用電動機及び作業機用電動機を関連付けて制御する前記コントローラと、コンバータと前記第1のインバータとの間には、コンデンサーが備えられることを特徴とする。 In the present invention, in order to achieve the above object , in an excavator having a work machine including a boom, an arm, and a bucket , and a swivel unit including the work machine , a power source, a converter connected to the power source, and a converter The first inverter to be connected, the turning electric motor that is the drive source of the turning drive device connected to the first inverter, the second inverter connected to the converter, and the work connected to the second inverter A motor having a motor, an encoder for detecting the rotational speed of the turning motor, and a controller having a CPU, from a mode switch capable of setting various modes, an operating lever for a working machine, and an operating lever for turning the turning unit setting operation signal and performs a predetermined program processing based on the detected data of the encoder, the calculation result by the first inverter and a second Changing the output of the converter, said controller for controlling in association with the turning electric motor and the working machine motor, between the said and the converter first inverter, characterized in that the condenser is provided.
そこで、上記ブーム、アーム、バケットを備えた旋回部を旋回駆動させるショベルによれば、操作レバーの操作設定に応じてコントローラで所定の演算を行い、インバータにより前記演算結果に制御精度高く、且つ個別に応答してそれぞれの応答性よく電動機を制御ですることができる。 Therefore, according to the excavator that drives the swing portion including the boom, arm, and bucket, the controller performs a predetermined calculation in accordance with the operation setting of the operation lever, and the calculation result is highly accurate and individually controlled by the inverter. In response to the motor, each motor can be controlled with good responsiveness.
また、コントローラにより両方のインバータを任意の設定で並列運転できるので、作業機用アクチュエータの駆動と旋回駆動装置の駆動との複合操作が容易にできる。 Further, since both the inverters can be operated in parallel with any setting by the controller, a combined operation of driving of the work machine actuator and driving of the swing drive device can be easily performed.
さらに、電動機の回転数をエンコーダで検出するので、その検出データをコントローラの処理しやすいコードデータとすることができる。 Furthermore, since the rotation speed of the electric motor is detected by the encoder, the detected data can be made into code data that can be easily processed by the controller.
本発明は、応答性及び操作性のよいAC電動機を各駆動源に用い、個別に制御可能なコンバータおよびインバータからなる電力制御手段を介して作業機用アクチュエータを駆動するAC電動機および旋回用AC電動機を制御するようにしたので、従来の油圧駆動では容易でなかった複数負荷同時制御が容易になった。また、複数負荷同時制御が容易になったことから、複合操作時の操作性が格段に向上した。 The present invention uses an AC motor having good responsiveness and operability for each drive source, and an AC motor and a turning AC motor that drive an actuator for a work machine via power control means including a converter and an inverter that can be individually controlled. As a result, the simultaneous control of multiple loads, which was not easy with conventional hydraulic drive, has become easier. In addition, since the simultaneous control of multiple loads has become easier, the operability during combined operations has been greatly improved.
モードスイッチによって幅広い作業モードの選定を可能にしたので、操作レバーの設定操作と相まって操作性が向上した。インバータの出力は、高調波出力になっているので、高調波の分、制御出力を細かくでき、且つ制御入力も細かく設定できるようになった。 The mode switch enables a wide range of work modes to be selected, improving operability in combination with the setting operation of the control lever. Since the output of the inverter is a harmonic output, the control output can be finely divided and the control input can be finely set by the amount of the harmonic.
以下に本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。(第1の実施の態様)図1は本発明の第1実施例を示すショベルの模式図であり、図2はそのショベルのモータへの電力制御系のブロック図、図3はその全体の制御系のブロック図である。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings showing embodiments thereof. (First Embodiment) FIG. 1 is a schematic diagram of a shovel showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a power control system for the motor of the shovel, and FIG. 3 is a control of the whole. It is a block diagram of a system.
図2において、1は電源であり、交流でも直流でも使える。2は電圧・電流検出器であり、電源電圧および電源電流を検出する。 In FIG. 2, reference numeral 1 denotes a power source which can be used for both alternating current and direct current. A voltage / current detector 2 detects a power supply voltage and a power supply current.
3はコンバータ(変換器)であり、電源出力を直流に直す機能を備えている。4,5はインバータ(変換器)であり、コンバータ3の出力を高周波交流出力に変換する。6,7は電圧・電流検出器であり、インバータ4,5の出力電圧および出力電流を検出する。8,10はAC(交流)電動機であり、インバータ駆動されるのに適した特性の誘導電動機である。9,11はエンコーダであり、AC電動機8,10の回転数を検出してコードデータを出力する。
Reference numeral 3 denotes a converter (converter) having a function of converting the power output to direct current.
12はモードスイッチであり、作業機用および旋回用電動機・電動発電機への電力投入割合をモード選定機能により複数通りの作業パターンに選定可能にしたり、コントローラ14のプログラム制御により各種のモード設定を可能とし、例えば、複合動作時各電動機に均等に電力配分する標準モード、作業機スピードを優先し多く電力配分する作業機優先モード、旋回スピードを優先し多く電力配分する旋回優先モード、作業機部および旋回部に速度一定、最高速度制限等の制限を行う速度補償モード等のモード設定を可能とし、各AC電動機8,10の単独運転、並列運転、作業を容易にする定速モード、負荷に応じた変速モード等の運転モードを選択する入力手段である。操作者は作業条件、熟練度に応じモード選定を行い、最もやりやすい操作条件を確保できるので、作業効率を向上させることができる。
13は操作レバーであり、操作に応じて種々の設定操作信号を出力する。作業機用と旋回用との別々の操作レバーを設けてもよく、共用するようにしてもよい。また、モードスイッチ12と連動するようにしてもよい。
An operation lever 13 outputs various setting operation signals according to the operation. Separate operating levers for the work machine and for turning may be provided, or may be shared. Further, it may be interlocked with the
14はコントローラ(制御装置)であり、プログラム可能なCPUを備え、電圧・電流検出器2,6,7およびエンコーダ9,11からの検出データに基づき、モードスイッチ12および操作レバー13からの入力に応じて、コンバータ3およびインバータ4,5を制御して、AC電動機8,10を個別または並列に制御する。
Reference numeral 14 denotes a controller (control device) having a programmable CPU, and based on detection data from the voltage / current detectors 2, 6, 7 and the encoders 9, 11, inputs from the
27はコンデンサーである。
図3はその制御系全体のブロック図(点線部分は参考例の部分)である。 FIG. 3 is a block diagram of the entire control system (dotted line portion is a reference example portion).
この図において、コントローラ14は、基本的に、入出力ポート、CPU、メモリからなる。入力ポートには、操作レバー13、エンコーダ9,11、電圧・電流検出器2,6,7、ブーム、アーム、バケット等の作業機用のアクチュエータの伸縮状況を検出する伸縮検出センサ15、荷重検出センサ16、旋回角度検出センサ17およびモードスイッチ12が接続されている。出力ポートには、コンバータ3、インバータ4,5、モニター装置18が接続されている。
In this figure, the controller 14 basically comprises an input / output port, a CPU, and a memory. The input port includes an
以上のように構成された上記第1実施例のショベルについて、以下その動作を説明する。 The operation of the excavator of the first embodiment configured as described above will be described below.
まず、モードスイッチ12によって、コントローラ14の作業機用AC電動機8並びに旋回用AC電動機10の駆動態様を設定し、メモリに登録しておく。次に、操作レバー13の操作によって設定操作信号を出力する。コントローラ14は、前記操作設定信号、エンコーダ9,11からの回転数データ、電圧・電流検出器2,6,7からの電圧値、電流値を取り込むと共に、メモリに記憶してあるテーブル等を検索して、所定のプログラムを実行し、コンバータ3およびインバータ4,5を周波数制御、位相制御、デューテイ比制御等の制御を行って、AC電動機8,10に所定の動作を行わせる。インバータ4,5の出力は、高調波出力になっているので、制御出力を細かくでき、且つ制御入力も細かく設定でき、操作性がよい。
First, the
(作業機用AC電動機の動作態様)
コントローラ14は、操作レバー13の設定操作信号に応じてインバータ4の出力を変化させて、作業機用AC電動機8を駆動してブーム、アーム、バケットの伸縮駆動を行う。
(Operation mode of AC electric motor for work equipment)
The controller 14 changes the output of the inverter 4 in accordance with the setting operation signal of the
その際、伸縮検出センサ15の検出データに基づいて、例えば、コントローラ14は、伸縮動作の始めはリニヤに速度を上げ、途中は一定速度で、終わりはリニヤに速度を下げるように制御する。これにより、ソフトスタート、ソフトランデイングが達成できる。また、コントローラ14は、荷重検出センサ16の検出データに応じて、作業機用AC電動機8の速度を、軽負荷の場合は速度を早く、重負荷の場合は速度を遅く制御することができる。 At this time, based on the detection data of the expansion / contraction detection sensor 15, for example, the controller 14 controls to increase the linear speed at the beginning of the expansion / contraction operation, to a constant speed in the middle, and to decrease the speed at the end. Thereby, soft start and soft landing can be achieved. Further, the controller 14 can control the speed of the work machine AC electric motor 8 according to the detection data of the load detection sensor 16, that is, when the load is light, the speed is increased, and when the load is heavy, the speed is decreased.
(旋回用AC電動機の動作態様)
コントローラ14は、操作レバー13の設定操作信号に応じてインバータ5の出力を変化させて、旋回用AC電動機10を駆動して作業機を旋回させる。
(Operation mode of AC motor for turning)
The controller 14 changes the output of the
その際、単位時間毎の旋回角度検出センサ17の出力を演算し、また、荷重検出センサ16の検出データを求め、これらから作業部の慣性力を演算して求め、この慣性力が所定の範囲に収まるように旋回用AC電動機10を制御する。また、操作レバー13、モードスイッチ12の設定操作信号により、定速制御に設定したとき、コントローラ14は、エンコーダ11の検出データを読み込みながら、インバータ5を制御して、旋回用AC電動機10を定速制御する。
At that time, the output of the turning angle detection sensor 17 per unit time is calculated, the detection data of the load detection sensor 16 is obtained, and the inertial force of the working unit is calculated from these, and this inertial force is within a predetermined range. The turning
(複合動作の動作態様)
コントローラ14は、作業機用AC電動機8と旋回用AC電動機10との複合作業のとき、例えば、作業を容易にするために、旋回用AC電動機10を旋回角度検出センサ17およびエンコーダ11の検出データを基に定速で駆動しながら、操作レバー13の設定操作信号に応じて作業機用AC電動機8を変速で駆動するようにインバータ4,5を制御することもできる。
(Operation mode of compound operation)
In the combined work of the work machine AC motor 8 and the turning
その他、コントローラ14は、操作レバー13およびモードスイッチ12の設定操作信号により、作業機用AC電動機8と旋回用AC電動機10を任意の関係に関連させて動作するようにインバータ4,5を制御することができる。
In addition, the controller 14 controls the
図4は本発明の参考として示す建設機械(クレーン)の模式図である。なお、この参考例における巻き上げ検出センサは図3では点線で示している。この建設機械(クローラクレーン)は、この図に示すように、吊り荷揚重用電動ウインチ用(作業機用)AC電動機21、ブーム起伏用電動ウインチ用(作業機用)AC電動機22、旋回用AC電動機23を備えており、巻き上げ検出センサ19の出力に基づき第1実施例と同様に、変換機制御される。なお、24は走行用電動機、25はブーム、26はフックである。
FIG. 4 is a schematic diagram of a construction machine (crane) shown as a reference of the present invention. The winding detection sensor in this reference example is indicated by a dotted line in FIG. As shown in this figure, the construction machine (crawler crane) includes an AC
(他の実施の態様)
電源は、エンジンとカップリングした発電機、燃料電池、商用電源などがあり、これらのバッテリバックアップも選択的に行われる。インバータの後段に2段目のコンバータを接続すれば、電動機としてDC(直流)電動機、パルスモータ等が使える。なお、操作レバー13およびモードスイッチ12は、代替手段として、無線または有線の遠隔操作手段に置き換えることもできる。なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
(Other embodiments)
The power source includes a generator coupled to the engine, a fuel cell, a commercial power source, etc., and these battery backups are also selectively performed. If a second stage converter is connected to the subsequent stage of the inverter, a DC (direct current) motor, a pulse motor or the like can be used as the motor. The
1 電源
2,6,7 電圧・電流検出器
3 コンバータ
4,5 インバータ
8 作業機用AC電動機
9,11 エンコーダ
10 旋回用AC電動機
12 モードスイッチ
13 操作レバー
14 コントローラ(制御装置)
15 伸縮検出センサ
16 荷重検出センサ
17 旋回角度検出センサ
18 モニター装置
21 吊り荷揚重用電動ウインチ用(作業機用)AC電動機
22 ブーム起伏用電動ウインチ用(作業機用)AC電動機
23 旋回用AC電動機
24 走行用電動機
25 ブーム
26 フック
27 コンデンサー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power supply 2, 6, 7 Voltage / current detector 3
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Expansion / contraction detection sensor 16 Load detection sensor 17 Turning angle detection sensor 18
Claims (5)
前記作業機を備えた旋回部と、を有するショベルにおいて、
電源と、
該電源に接続されるコンバータと、
該コンバータに接続される第1のインバータと、
該第1のインバータに接続される旋回駆動装置の駆動源である旋回用電動機と、
前記コンバータに接続される第2のインバータと、
前記第2のインバータに接続される作業機用電動機と、
該旋回用電動機の回転数を検出するエンコーダと、
CPUを有するコントローラであって、各種モードを設定可能なモードスイッチ、前記作業機用の操作レバー、前記旋回部の旋回用の操作レバーからの設定操作信号及び、前記エンコーダの検出データに基づいて所定のプログラム演算処理を行い、その演算結果により前記第1のインバータ及び前記第2のインバータの出力を変化させ、前記旋回用電動機及び前記作業機用電動機を関連付けて制御する前記コントローラと、
前記コンバータと前記第1のインバータとの間には、コンデンサーが備えられることを特徴とするショベル。 A work machine including a boom, an arm and a bucket ;
In shovel having a swivel part provided with the working machine,
Power supply,
A converter connected to the power source;
A first inverter connected to the converter;
A turning electric motor that is a drive source of a turning drive device connected to the first inverter;
A second inverter connected to the converter;
A working machine electric motor connected to the second inverter;
An encoder for detecting the rotational speed of the electric motor for turning;
A controller having a CPU, which is predetermined based on a mode switch capable of setting various modes, an operation lever for the work implement, a setting operation signal from the operation lever for turning of the turning unit, and detection data of the encoder The controller for performing the program calculation process, changing the outputs of the first inverter and the second inverter according to the calculation result, and controlling the turning electric motor and the work machine electric motor in association with each other ;
An excavator comprising a capacitor between the converter and the first inverter.
該電圧検出器の検出値は前記コントローラへ入力されるとともに、前記コントローラは前記コンバータを制御する請求項1に記載のショベル。 A voltage detector is provided between the power source and the converter,
The shovel according to claim 1, wherein a detection value of the voltage detector is input to the controller, and the controller controls the converter.
該電流検出器の検出値は前記コントローラへ入力される請求項1乃至3のいずれか一項に記載のショベル。 Between the first inverter and the turning electric motor, a current detector is provided,
The excavator according to any one of claims 1 to 3, wherein a detection value of the current detector is input to the controller.
5. The controller according to claim 1, wherein the controller has a plurality of control modes, and the controller performs the predetermined arithmetic processing based on a set control mode among the plurality of modes. The excavator described in the item.
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