JP5914510B2 - 電動式油圧作業機械の油圧駆動装置 - Google Patents
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Description
このようにロードセンシング制御演算部に油圧ポンプの仮想容量という概念を導入してロードセンシング制御の目標流量を求め、電動機の回転数制御によるロードセンシング制御を行うことで、電動機の回転数制御によるロードセンシング制御の性能の向上が容易となる(下記(4)及び(5)参照)。
図1は、本発明の第1の実施の形態における電動式油圧作業機械の油圧駆動装置の構成を示す図である。本実施の形態は、本発明をフロントスイング式の油圧ショベルの油圧駆動装置に適用した場合のものである。
〜動作〜
次に本実施の形態の動作を説明する。
<操作レバー中立時>
操作レバー装置122,123,124の操作レバーを含む全ての操作装置が中立にあるときは、流量制御弁6a,6b,6c…も全て中立位置にある。このためアクチュエータ3a,3b,3c…の負荷ポート26a,26b,26c…は、それぞれタンクに接続され、シャトル弁9a,9b,9c…によって検出されるアクチュエータ3a,3b,3c…の最高負荷圧もタンク圧と等しくなる。圧力センサ41は、このタンク圧を検出する。
Qd=qmin×N0=qmax×Nmin
Nmin=N0×(qmin/qmax)
である。
q*=qmin
N=Nmin=N0×(qmin/qmax)
<ブーム上げ単独操作(軽負荷)>
操作レバー装置122,123のうちブームに対応する操作レバー装置の操作レバーをブーム上げ方向に操作してブーム上げ操作を行った場合、パイロット圧供給路31から供給されるパイロット圧を元圧として、ブーム用の操作レバー装置のブーム上げ操作用のリモコン弁(図示せず)から、流量制御弁6aの端面受圧部にパイロット圧が作用し、流量制御弁6aが図中で左側に切り換わる。メインポンプ2からの圧油供給路4aの圧油は、圧力補償弁7aを介して流量制御弁6aを通り、ブームシリンダ3aのボトム側に供給される。
Qd=qmax×N0=qmax×Nmax
Nmax=N0
である。
qmin<q*≦qmax
Nmin<N≦Nmax
(Nmin<N≦N0)
<ブーム上げ単独操作(重負荷)>
ブームシリンダ3aの負荷圧が高くなり、メインポンプ2の吐出圧(圧油供給油路4aの圧力)がトルク制御装置17のバネ17b1,17b2により決まる所定の圧力P0以上になった場合、コントローラ50では、「ブーム上げ単独操作(軽負荷)」の場合と同様に、電動機1を用いたロードセンシング制御を行う。このときも、「ブーム上げ単独操作(軽負荷)」の場合と同様、ロードセンシング制御の仮想容量q*は操作レバーの操作量(要求流量)に応じて増減して最小から最大まで変化し、電動機1の回転数(メインポンプ2の回転数)も同様に操作レバーの操作量(要求流量)に応じて最小から最大まで変化する。
qmin<q*≦qmax
Nmin<N≦Nmax
(Nmin<N≦N0)
<ブーム上げ単独操作(リリーフ時)>
ブームシリンダ3aが例えば伸長しストロークエンドに達するような場合、メインポンプ2の吐出圧(第2圧油供給油路4aの圧力)は更に高くなり、リリーフ弁14の設定圧まで上昇していく。リリーフ弁14が作動すると、第2圧油供給油路4aの圧力は、リリーフ弁14のバネによって予め設定された圧力(いわゆるリリーフ圧−Pmax)に保たれる。また、信号油路27には、流量制御弁6aの負荷ポート26aを経由してブームシリンダ3aの負荷圧が導かれるが、この圧力は上記リリーフ圧と等しくなる。つまり、この状態では、第2圧油供給油路4aの圧力は信号油路27の圧力と等しく、リリーフ弁14によって設定されるリリーフ圧と同じとなる。
q*=qmax
N=Nmax=Nd
以上はブーム操作を行った場合の動作であるが、アーム307等その他の作業要素に対応する操作レバー装置の操作レバーを操作した場合も同様である。
〜効果〜
図5Aは、従来の電動機回転数制御によりロードセンシング制御を行う油圧駆動装置の馬力特性を示す図であり、図5Bは本実施の形態の油圧駆動装置の馬力特性を示す図である。従来の油圧駆動装置における固定容量式の油圧ポンプの容量(一定)は、図3に示し本実施の形態におけるメインポンプ2の最大容量と同じqmaxであると仮定する。
〜構成〜
図6において、本実施の形態に係わる油圧駆動装置は、図1に示す第1の実施の形態と異なり、メインポンプ2Aは固定容量型であり、メインポンプ2Aは馬力制御用のトルク制御装置17を備えていない。一方、コントローラ50Aはメインポンプ2Aの馬力制御を模擬する制御機能(トルク制御装置の機能)を備えている。
〜動作〜
次に本実施の形態の動作を説明する。
<操作レバー中立時>
操作レバー装置122,123,124の操作レバーを含む全ての操作装置の中立にあるときは、第1の実施の形態の「操作レバー中立時」の動作例で説明したように、メインポンプ2Aの吐出圧はアンロード弁15のバネ15cのセット圧相当のPminである。図8中、このときの状態をA1点で示している。この場合、前述したように、コントローラ50Aの演算部50fで演算される差圧偏差ΔP(=PGR−PLS)は負の値であり、ロードセンシング制御の仮想容量q*は減少する。
q**=qmin
N=Nmin=N0×(qmin/qmax)
<ブーム上げ単独操作(軽負荷)>
操作レバー装置122,123のうちブームに対応する操作レバー装置の操作レバーをブーム上げ方向に操作してブーム上げ操作を行った場合、コントローラ50Aで演算されるロードセンシング制御の仮想容量q*は操作レバーの操作量(要求流量)に応じて増減する。このとき、メインポンプ2Aの吐出圧が図8中のB1点で示される圧力Pbにあるとすると、コントローラ50Aの演算部50aで求められるメインポンプ2Aの吐出圧PpsはPps<P0であるため、演算部50rではトルク制御を模擬する特性(図8の特性線TP0)から仮想容量の制限値q*limitとしてqmaxを算出する。
qmin<q**≦qmax
Nmin<N≦Nmax
(Nmin<N≦N0)
<ブーム上げ単独操作(重負荷)>
ブームシリンダ3aの負荷圧が高くなる重負荷時においても、コントローラ50Aで演算されるロードセンシング制御の仮想容量q*は操作レバーの操作量(要求流量)に応じて増減する。このとき、重負荷時でメインポンプ2Aの吐出圧が図8中のC1点で示される圧力Pcにあるとすると、コントローラ50Aの演算部50aで求められるメインポンプ2Aの吐出圧PpsはPps>P0となり、演算部50rでは、トルク制御を模擬する特性(図8のトルク一定曲線TP4)から仮想容量の制限値q*limitとしてqlimit(<qmax)を算出する。図8中、このときのトルク一定曲線TP4上の位置をC2点で示している。C2点ではq*limit=qcである。
qmin<q**≦qlimit
Nmin<N≦Nlimit
<ブーム上げ単独操作(リリーフ時)>
ブームシリンダ3aが例えば伸長しストロークエンドに達するような場合は、前述したように、メインポンプ2Aの吐出圧はリリーフ圧Pmaxに保たれ、最高負荷圧もリリーフ圧と同じとなる。図8中、このときの状態をD1点で示している。この場合、前述したように、コントローラ50Aの演算部50fで演算される差圧偏差ΔP(=PGR−PLS)は正の値となり、ロードセンシング制御の仮想容量q*は増加する。
q**=qlimit-min
N=Nlimit-min
以上はブーム操作を行った場合の動作であるが、アーム307等その他の作業要素に対応する操作レバー装置の操作レバーを操作した場合も同様である。
〜効果〜
本実施の形態によっても、第1の実施の形態と同様、メインポンプ2Aの吸収トルクは最大トルクTM以下に制御され、メインポンプ2Aの消費馬力は最大トルクTMにそのときのメインポンプ2Aの回転数をかけた最大馬力HMを超えないように制御される。その結果、メインポンプ2Aの消費馬力が抑えられ、従来の電動機回転数制御によりロードセンシング制御を行う場合に比べて電動機1の出力馬力もHMに減り、消費電力が減少する。これによりバッテリ70を長持ちさせ、電動式油圧作業機械の稼動時間を延長することができる。また、電動機1の出力馬力が減ることで電動機1を小型化することができる。
<その他>
以上の実施の形態は本発明の精神の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、圧力補償弁7a,7b,7c…は、流量制御弁6a,6b,6c…のメータイン絞り部の下流側に配置され、全ての流量制御弁6a,6b,6c…の下流圧力を同じ最高負荷圧に制御することで流量制御弁6a,6b,6c…の前後差圧を同じ差圧に制御する後置きタイプとしたが、流量制御弁6a,6b,6c…のメータイン絞り部の上流側に配置され、メータイン絞り部の前後差圧を設定値に制御する前置きタイプであってもよい。
2,2A 油圧ポンプ(メインポンプ)
2a 第1圧油供給油路
3a,3b,3c… アクチュエータ
4 コントロールバルブ
4a 第2圧油供給油路
6a,6b,6c… 流量制御弁
7a,7b,7c… 圧力補償弁
8a,8b,8c… 油路
9a,9b,9c… シャトル弁
14 メインリリーフ弁
15 アンロード弁
15a バネ
15b 開方向作動の受圧部
15c 閉方向作動の受圧部
17 トルク制御装置
17a トルク制御傾転ピストン
17b1,17b2 バネ
21a,21b,21c… 閉方向作動の受圧部
22a,22b,22c… 開方向作動の受圧部
24 ゲートロックレバー
25a,25b,25c… 油路
26a,26b,26c… 負荷ポート
27,27a,27b,27c… 信号油路
30 パイロットポンプ
31,31a パイロット油路
32 パイロットリリーフ弁
38 パイロット油圧源
40,41 圧力センサ
50,50A コントローラ
50a〜50m 演算部
50r、50s 演算部
51 基準回転数指示ダイヤル51
60 インバータ
61 チヨツパ
70 バッテリ
100 ゲートロック弁
122,123 操作レバー装置
q* 仮想容量
q*limit 仮想容量の制限値
TP1,TP2 トルク制御の特性線
TP4 トルク一定曲線
Claims (5)
- 電動機と、
この電動機により駆動される油圧ポンプと、
この油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される複数のアクチュエータ(3a〜3c)と、
前記油圧ポンプから複数のアクチュエータへ供給される圧油の流量を制御する複数の流量制御弁と、
前記電動機に電力を与える蓄電装置とを備えた電動式油圧作業機械の油圧駆動装置において、
前記蓄電装置の電力により前記電動機を駆動し前記油圧ポンプを駆動するとき、前記油圧ポンプの吐出圧が前記複数のアクチュエータの最高負荷圧より目標差圧だけ高くなるよう前記油圧ポンプの回転数を制御するロードセンシング制御を行う電動機回転数制御装置と、
前記電動機により駆動される前記油圧ポンプの吐出圧が上昇したときに前記油圧ポンプの吐出流量を減少させることで前記油圧ポンプの吸収トルクが予め設定した最大トルクを超えないように制御するトルク制御装置とを備えることを特徴とする電動式油圧作業機械の油圧駆動装置。 - 請求項1に記載の電動式油圧作業機械の油圧駆動装置において、
前記電動機回転数制御装置は、
前記油圧ポンプの吐出圧を検出する第1圧力センサと、
前記最高負荷圧を検出する第2圧力センサと、
前記電動機の回転数を制御するインバータと、
コントローラとを備え、
前記コントローラは、
前記第1及び第2圧力センサが検出した前記油圧ポンプの吐出圧及び前記最高負荷圧と目標LS差圧とに基づいて、前記油圧ポンプの吐出圧と前記最高負荷圧との差圧と前記目標LS差圧との差圧偏差の正負に応じて増減する前記油圧ポンプの仮想容量を演算するロードセンシング制御演算部を有し、前記仮想容量に基準回転数を乗じて前記油圧ポンプの目標流量を演算し、前記油圧ポンプの吐出流量が前記目標流量となるよう前記電動機の回転数を制御するための制御指令を前記インバータに出力することを特徴とする電動式油圧作業機械の油圧駆動装置。 - 請求項1又は2に記載の電動式油圧作業機械の油圧駆動装置において、
前記油圧ポンプは可変容量型の油圧ポンプであり、
前記トルク制御装置は、前記油圧ポンプに組み込まれたレギュレータであることを特徴とする電動式油圧作業機械の油圧駆動装置。 - 請求項2に記載の電動式油圧作業機械の油圧駆動装置において、
前記油圧ポンプは固定容量型の油圧ポンプであり、
前記トルク制御装置は、前記コントローラに組み込まれた前記コントローラの一機能として構成され、
前記コントローラは、前記第1圧力センサが検出した前記油圧ポンプの吐出圧に基づいて、前記油圧ポンプの吐出圧が高くなるにしたがって減少する仮想容量の制限値を演算し、前記ロードセンシング制御演算部で演算した前記仮想容量と前記仮想容量の制限値の小さい方を選択して新たな仮想容量を求めるトルク制限制御演算部を更に有し、前記新たな仮想容量に前記基準回転数を乗じて前記油圧ポンプの目標流量を演算することを特徴とする電動式油圧作業機械の油圧駆動装置。 - 請求項2又は4に記載の電動式油圧作業機械の油圧駆動装置において、
前記基準回転数を指示する操作装置を更に備え、
前記コントローラは、前記操作装置の指示信号に基づいて前記基準回転数を設定し、かつこの基準回転数に基づいて前記基準回転数の大きさに応じた前記目標LS差圧と前記目標流量を演算することを特徴とする電動式油圧作業機械の油圧駆動装置。
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