JP5898232B2 - 建設機械用可変容量型油圧ポンプの流量制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、オペレータによる操作レバー（ＲＣＶ：ｒｅｍｏｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｌｖｅ）の操作により油圧ポンプの吐出流量を制御する建設機械用可変容量型油圧ポンプの流量制御方法に係り、さらに詳しくは、油圧ポンプの吐出圧力が変わっても操作レバーの操作量に比例して吐出流量を制御することのできる油圧ポンプの流量制御方法に関する。
図１は、本発明の実施形態に係る建設機械用可変容量型油圧ポンプの流量制御方法が適用される油圧システムを示す回路図である。
掘削機などの油圧式建設機械に適用される油圧システムは、オペレータによる操作量に比例する操作信号を出力する操作レバー（ＲＣＶ）１と、エンジン２に接続される可変容量型油圧ポンプ（以下、「油圧ポンプ」と称する。）３及びパイロットポンプ４と、油圧ポンプ３に接続される油圧アクチュエータ（図示せず）と、油圧ポンプ３の吐出流路に設けられ、操作レバー１からの操作信号によって切り換えられたときに油圧アクチュエータの起動、停止及び方向切換えを制御する制御弁（一例として、主制御弁（ＭＣＶ：ｍａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｌｖｅ）用スプールを図示）５と、操作レバー１の操作によるパイロット信号圧力を検出するパイロット圧力検出センサ６と、油圧ポンプ３から吐出される作動油の圧力を検出する吐出圧力検出センサ７と、パイロット圧力検出センサ６及び吐出圧力検出センサ７からの検出信号によって油圧ポンプ３の吐出流量を制御するコントローラ８と、を備える。
図中、説明されていない符号９は、コントローラ８から入力される制御信号に比例する２次信号圧力を生成して油圧ポンプ３の斜板の傾転角を制御する電磁比例制御弁である。
図２は、従来技術による油圧ポンプの流量制御方法を示すフローチャートである。
図２を参照すると、上述したパイロット圧力検出センサ６によって検出された操作レバー１の操作量に相当する検出信号がコントローラ８に送信される。これにより、操作量に対する油圧ポンプの容積関係を用いて、操作レバー１の操作量に比例して油圧ポンプ３に求められる流量Ｑ１を算出する（ステップＳ１００）。
次いで、上述した吐出圧力検出センサ７によって検出された油圧ポンプ３の吐出圧力に相当する検出信号がコントローラ８に送信される。これにより、検出された吐出圧力帯における特定の馬力またはトルクを超えない最大吐出可能な流量Ｑavailable を算出式に従って算出する（ステップＳ２００）。
操作レバー１の操作量に比例して油圧ポンプ３に求められる流量Ｑ１の値と、設定値を超えない最大吐出流量Ｑavailable の値との大小を比較する（ステップＳ３００）。
操作レバー１の操作による流量Ｑ１の値が算出された最大吐出流量Ｑavailable の値よりも小さければ、油圧ポンプ３の吐出流量は操作レバー１の操作量に比例するように制御される（ステップＳ４００）。
操作レバー１の操作による流量Ｑ１の値が算出された最大吐出流量Ｑavailable の値よりも大きければ、油圧ポンプ３の吐出流量は、設定値を超えない最大吐出流量Ｑavailable の値に制御される（ステップＳ５００）。
上述した油圧ポンプ３の吐出流量を制御するときは、下記の制御方法を採る。
一つは、オペレータによる操作レバー１の操作量に比例して油圧ポンプ３の吐出流量を増大させ、操作レバー１の操作がなければ、油圧ポンプ３の吐出流量を最小化させて油圧エネルギーの無駄使いを低減する方法である。
もう一つは、油圧ポンプ３の吐出圧力が油圧ポンプ３に割り当てられたトルクまたは馬力を超えないように予め設定された設定値を超えると、設定値を超える分の流量を制限することにより（図６に示す）、先のステップにおいて決定された流量を低減する方法である。
上述した方法により油圧ポンプ３の吐出流量を制御するとき（油圧ポンプの吐出流量を機械的なメカニズムまたは電子制御装置によってトルクまたは馬力を制限して制御するときをいう）、吐出圧力が高いと、オペレータによる操作レバー１の操作区間が短くなるという問題点が発生する。特に、重量体の物品を持ち上げる引き揚げ作業のように精度の高い作業が求められても、操作レバー１の操作区間が短くなって精度の高い操作を行うことが困難になる。
図３は、トルクまたは馬力の制限時における吐出圧力に対する容積または流量の相関関係を示すグラフである。図４及び図５は、従来技術による流量制御方法を示すグラフであり、図３に示す油圧ポンプの吐出圧力がＰ１及びＰ２の地点における操作量に対する油圧ポンプの吐出容積または流量の相関関係をそれぞれ示すグラフである。
図４に示すように、図３に示す油圧ポンプの吐出圧力がＰ１の地点においては、油圧ポンプの吐出流量は、最大流量の範囲内で操作レバーの操作量に比例して増大する。
一方、図５に示すように、図３に示す油圧ポンプの吐出圧力がＰ２の地点においては、操作レバーの操作量が増大しても、油圧ポンプの吐出流量はそれ以上増大しなくなる。これにより、操作レバーの操作区間ｂが図４に示す操作レバーの操作区間ａよりも相対的に短くなって操作性が低下するという問題点がある。
図６に示すように、操作レバーの操作量が５０％または７５％であり、且つ、油圧ポンプの吐出流量がトルクまたは馬力を制限するために設定された設定値を超えると、超過分に相当する流量は、制御線図によってそれぞれ制限される。このように、油圧ポンプの吐出圧力によって操作レバーを７５％操作するときの方が、操作レバーを５０％操作するときよりも操作区間が短くなるため、重量体の引き揚げ作業時に精度の高い操作を行うことができないという問題点がある。
本発明の目的は、油圧ポンプの最大吐出可能な流量を制限する設定値を予め設定しておいた状態で、設定値の範囲内で操作レバーの操作量に比例して吐出流量を制御することにより、高負荷の作業領域においても操作レバーの操作区間を確保して操作性を高めることのできる建設機械用可変容量型油圧ポンプの流量制御方法を提供することである。
本発明の実施形態に係る建設機械用可変容量型油圧ポンプの流量制御方法は、
可変容量型油圧ポンプと、油圧ポンプに接続される油圧アクチュエータと、オペレータによる操作量に比例する操作信号を出力する操作レバーと、操作レバーからの操作信号によって切り換えられたときに油圧アクチュエータの起動、停止及び方向切換えを制御する制御弁と、操作レバーの操作量を検出する操作量検出手段と、油圧ポンプから吐出される作動油の圧力を検出する吐出圧力検出センサと、操作量検出手段及び吐出圧力検出センサからの検出信号によって油圧ポンプの吐出流量を制御するコントローラと、を備える建設機械用油圧ポンプの流量制御方法において、
オペレータによる操作レバーの操作量に応じて油圧ポンプに求められる流量Ｑ１を算出する第１のステップと、
吐出圧力検出センサによって検出された圧力に対して、油圧ポンプの特定の馬力またはトルクを超えない範囲において許容可能な吐出流量を算出する第２のステップと、
第２のステップにおいて算出された許容可能な吐出流量の値の範囲内で操作レバーの操作量に比例する吐出流量に油圧ポンプの吐出流量を制御する第３のステップと、を含み、
前記第３のステップにおいて、前記操作レバーの操作量が無負荷において最大のポンプ流量を求める操作量であるとき、油圧ポンプの吐出流量を予め設定された圧力に対して油圧ポンプの最大吐出可能な流量になるように制御し、
前記無負荷における前記操作レバーの操作量に応じて油圧ポンプに求められる吐出流量を無負荷における油圧ポンプの最大吐出流量に対する百分率で算出して、負荷が発生しても予め設定された圧力に対する油圧ポンプの最大吐出可能な流量に前記の算出された百分率を乗算して油圧ポンプの吐出流量を算出する。
上述したように構成される本発明の実施形態に係る建設機械用可変容量型油圧ポンプの流量制御方法は、下記のメリットを有する。
油圧ポンプの最大吐出可能な流量を制限する設定値を予め設定しておいた状態で、設定値の範囲内で操作レバーの操作量に比例して吐出流量を制御することにより、高負荷の作業領域においても操作レバーの操作区間を確保して操作性を高めることができる。
また、高負荷が発生する作業を行うときに、スプール（主制御弁（ＭＣＶ）のスプールをいう）の広い開口面積の領域から流量が吐出されるので、圧力ロスが低減されて燃費が上がる。
本発明の実施形態に係る建設機械用可変容量型油圧ポンプの流量制御方法が適用される油圧システムを示す回路図である。 従来技術による油圧ポンプの流量制御方法を示すフローチャートである。 従来技術による油圧ポンプの流量制御を説明するためのグラフである。 従来技術による油圧ポンプの流量制御を説明するためのグラフである。 従来技術による油圧ポンプの流量制御を説明するためのグラフである。 従来技術による油圧ポンプの流量制御を説明するためのグラフである。 本発明の実施形態に係る油圧ポンプの流量制御を説明するためのグラフである。 本発明の実施形態に係る油圧ポンプの流量制御を説明するためのグラフである。 本発明の実施形態に係る建設機械用可変容量型油圧ポンプの流量制御方法を示すフローチャートである。
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態について詳述するが、これは本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が発明を容易に実施できる程度に詳細に説明するためのものであり、これにより本発明の技術的な思想及び範疇が限定されることはない。
図７から図９に示す本発明の実施形態に係る建設機械用可変容量型油圧ポンプの流量制御方法は、
オペレータによる操作量に比例する操作信号を出力する操作レバー（ＲＣＶ）１と、エンジン２に接続される可変容量型油圧ポンプ（以下、「油圧ポンプ」と称する。）３及びパイロットポンプ４と、油圧ポンプ３に接続される油圧アクチュエータ（図示せず）と、操作レバー１からの操作信号によって切り換えられたときに油圧アクチュエータ（油圧シリンダなどをいう）の起動、停止及び方向切換えを制御する制御弁５（一例として、ＭＣＶ用スプールが用いられる）と、操作レバー１の操作量を検出する検出手段（一例として、パイロット圧力検出センサ６をいう）と、油圧ポンプ３から吐出される作動油の圧力を検出する吐出圧力検出センサ７と、パイロット圧力検出センサ６及び吐出圧力検出センサ７からの検出信号によって油圧ポンプ３の吐出流量を制御するコントローラ８と、を備える建設機械用油圧ポンプの流量制御方法において、
オペレータによる操作レバー１の操作量に応じて油圧ポンプ３に求められる流量Ｑ１を算出する第１のステップ（Ｓ１０００）と、
吐出圧力検出センサ７によって検出された圧力に対して、油圧ポンプの特定の馬力またはトルクを超えない範囲において許容可能な吐出流量Ｑavailable を算出する第２のステップ（Ｓ２０００）と、
第２のステップ（Ｓ２０００）において算出された許容可能な吐出流量Ｑavailable の値の範囲内で操作レバー１の操作量に比例して油圧ポンプ３の吐出流量を制御する第３のステップ（Ｓ３０００）と、を含む。
このとき、上述した第３のステップ（Ｓ３０００）において、操作レバー１の操作量が無負荷において最大のポンプ流量を求める操作量であれば、油圧ポンプの吐出流量を予め設定された圧力に対して油圧ポンプ３の最大吐出可能な流量Ｑmax になるように算出する。
一方、上述した無負荷における操作レバー１の操作量に応じて油圧ポンプ３に求められる吐出流量Ｑ１を百分率で算出して、予め設定された圧力に対する油圧ポンプ３の最大吐出許容可能な流量Ｑavailable に算出された百分率（Ｑ１／Ｑmax ）を乗算して油圧ポンプ３の吐出流量を算出する。
以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態に係る建設機械用可変容量型油圧ポンプの流量制御方法の使用例について詳述する。
図９に示すように、上述した油圧ポンプ３の吐出流量を制御するためにオペレータが操作レバー１を操作すると、操作信号がパイロット圧力検出センサ６によって検出される。操作レバー１の操作量検出信号がコントローラ８に送信されるので、操作量に対する油圧ポンプの容積関係を用いて操作レバー１の操作量に応じて油圧ポンプ３に求められる流量Ｑ１を算出する（ステップＳ１０００）。
次いで、前記した吐出圧力検出センサ７により検出された油圧ポンプ３の検出信号がコントローラ８に送信される。これにより、検出された吐出圧力帯から油圧ポンプ３の特定の馬力またはトルクを超えない範囲において許容可能な吐出流量Ｑavailable を算出式に従って算出する（ステップＳ２０００）。
次いで、第２のステップ（Ｓ２０００）において設定された最大吐出可能な流量Ｑmax の値の範囲内において操作レバー１の操作量に比例して油圧ポンプ３の吐出流量を制御する。このとき、操作レバー１の操作量が最大であれば、予め設定された圧力に対して油圧ポンプ３の最大吐出可能な流量Ｑmax になるように算出する（ステップＳ３０００）。
一方、無負荷における操作レバー１の操作量に応じて油圧ポンプ３に求められる吐出流量Ｑ１を百分率で算出して、予め設定された圧力に対する油圧ポンプ３の許容可能な吐出流量Ｑavailable に算出された百分率（Ｑ１／Ｑmax ）を乗算して油圧ポンプ３の吐出流量Ｑを算出する。すなわち、このとき、負荷が発生するときにも油圧ポンプ３の吐出流量Ｑは、下式によって算出される。
Ｑ＝Ｑavailable ×（Ｑ１／Ｑmax ）
このように、油圧ポンプに割り当てられたトルクまたは馬力を超えないように設定された圧力に対する最大吐出可能な流量を制限する設定値を設定しておいた状態で、その値を超えない範囲内で操作レバーの操作量に比例するように油圧ポンプの吐出流量を制御することができる。
すなわち、図８に示すように、負荷が発生するときの操作においても、予め設定された油圧ポンプの最大吐出可能な流量範囲値を示す曲線と、操作レバーの操作量７５％、５０％、２５％のそれぞれを示す曲線とから、予め設定された油圧ポンプの最大吐出可能な流量値の範囲内で操作レバーの操作量にそれぞれ比例するように油圧ポンプの吐出流量を制御することができる。
図７に示すように、図３に示す油圧ポンプの吐出圧力がＰ１の地点においては、油圧ポンプの吐出流量は、最大流量の範囲内で操作レバーの操作量に比例して増大する（図７に点線にて示す）。一方、図３に示す油圧ポンプの吐出圧力がＰ２の地点においては、操作レバーの操作区間ｃが図５に示す従来技術の操作レバーの操作区間ｂよりも相対的に長いことを確認することができる（図７に実線にて示す）。
これにより、高負荷が発生する作業領域においても操作区間が長くなり、特に、重量体の引き揚げ作業に際しては、一層精度の高い操作性及び安全性が確保される。また、作業時に負荷が発生すると、スプールの開口面積が広くなった状態で流量を吐出するので、圧力ロスを低減して燃費を高めることができる。
以上述べたように、本発明の実施形態に係る建設機械用可変容量型油圧ポンプの流量制御方法によれば、油圧ポンプの最大吐出可能な流量を制限する設定値を予め設定しておいた状態で、設定値の範囲内で操作レバーの操作量に比例して吐出流量を制御することから、重量体を引き揚げる作業に際して操作区間を確保して操作性を高めることができる。また、高負荷が発生する作業に際してスプールの広い開口面積の領域から流量が吐出されるので、圧力ロスを低減することができる。
１ 操作レバー
２ エンジン
３ 可変容量型油圧ポンプ
４ パイロットポンプ
５ 制御弁(ＭＣＶ)
６ パイロット圧力検出センサ
７ 吐出圧力検出センサ
８ コントローラ
９ 電磁比例制御弁

Claims (1)

  1. 可変容量型油圧ポンプと、油圧ポンプに接続される油圧アクチュエータと、オペレータによる操作量に比例する操作信号を出力する操作レバーと、前記操作レバーからの操作信号によって切り換えられたときに前記油圧アクチュエータの起動、停止及び方向切換えを制御する制御弁と、前記操作レバーの操作量を検出する操作量検出手段と、前記油圧ポンプから吐出される作動油の圧力を検出する吐出圧力検出センサと、前記操作量検出手段及び前記吐出圧力検出センサからの検出信号によって前記油圧ポンプの吐出流量を制御するコントローラと、を備える建設機械用可変容量型油圧ポンプの流量制御方法において、
    オペレータによる前記操作レバーの操作量に応じて前記油圧ポンプに求められる吐出流量を算出する第１のステップと、
    前記吐出圧力検出センサにより検出された圧力に対して、前記油圧ポンプの特定の馬力またはトルクを超えない最大吐出可能な流量を算出する第２のステップと、
    前記第２のステップにおいて設定された最大吐出可能な流量の値の範囲内で前記操作レバーの操作量に比例する吐出流量に前記油圧ポンプの吐出流量を制御する第３のステップと、を含み、
    前記第３のステップにおいて、前記操作レバーの操作量が無負荷において最大のポンプ流量を求める操作量であるとき、油圧ポンプの吐出流量を予め設定された圧力に対して油圧ポンプの最大吐出可能な流量になるように制御し、
    前記無負荷における前記操作レバーの操作量に応じて油圧ポンプに求められる吐出流量を無負荷における油圧ポンプの最大吐出流量に対する百分率で算出して、負荷が発生しても予め設定された圧力に対する油圧ポンプの最大吐出可能な流量に前記の算出された百分率を乗算して油圧ポンプの吐出流量を算出することを特徴とする建設機械用可変容量型油圧ポンプの流量制御方法。
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