JP6115121B2 - 旋回制御装置及びこれを備えた建設機械 - Google Patents

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Description

本発明は、油圧ショベルのように旋回モータ（油圧モータ）により旋回駆動される旋回体を有する建設機械の旋回制御装置に関するものである。
従来、例えば、油圧ショベルの旋回システムは、旋回モータに作動油を供給する油圧ポンプと、旋回モータに対する作動油の給排を制御するコントロールバルブと、コントロールバルブを操作する旋回操作手段（以下、一般的なリモコン弁の場合で説明する）と、旋回モータとコントロールバルブとの間における右旋回用の油路及び左旋回用の油路にそれぞれ設けられたリリーフ弁とを備えている（特許文献１参照）。
この旋回システムにおいて、例えばリモコン弁が右旋回方向に操作されると、右旋回用の油路を介して作動油が旋回モータに供給される。これにより、旋回体が右方向への旋回を開始する。
ここで、コントロールバルブは、中立位置で作動油の流通をブロックするように構成されている。そのため、旋回体の右旋回中にリモコン弁の操作を停止して、コントロールバルブを中立位置に復帰させると、旋回モータに対する作動油の供給が停止する一方、リリーフ弁の作動によって上部旋回体に対して減速作用が働く。その結果、上部旋回体は、慣性により回転しながら徐々に停止する。
一方、前記右旋回動作の減速中に左旋回動作に切り換えるためにリモコン弁を逆方向に操作して、コントロールバルブを左旋回位置まで操作する場合がある。以下、旋回方向と同じ方向のリモコン弁の操作を『順方向操作』、旋回方向と逆方向のリモコン弁の操作を『逆方向操作』という。
特開２０１０−１５６１３６号公報
ここで、いわゆるポジティブコントロール（以下、「ポジコン」と称する）を行なう油圧ショベルでは、上部旋回体の旋回方向にかかわらずリモコン弁の操作量が大きくなるほど油圧ポンプの容量が大きくなるように制御される。
このポジコンのもとでは、前記逆方向操作が行なわれた場合、その操作量の大きさに応じた流量の作動油が旋回モータの排出側の油路（前記の例では左旋回用の油路）に供給される。この作動油は、上部旋回体の加速には用いられずにリリーフ弁を介してタンクに回収されるため、逆方向操作時には油圧ポンプの動力のロスが発生する。
本発明の目的は、逆方向操作時における油圧ポンプの動力のロスを低減することができる旋回駆動装置及びこれを備えた建設機械を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明は、旋回体を旋回駆動する旋回モータと、前記旋回モータの油圧源としての油圧ポンプと、前記旋回体を双方向に駆動するために前記旋回モータの両側のポートに接続された一対の旋回用油路と、前記各旋回用油路と前記油圧ポンプとの間に設けられ、前記油圧ポンプからの吐出油の供給先を前記各旋回用油路の間で切り換えるコントロールバルブと、前記各旋回用油路にそれぞれ接続されたブレーキ弁としての一対のリリーフ弁と、前記コントロールバルブを操作する旋回操作手段と、前記旋回操作手段の操作方向及び操作量を検出する操作検出器と、前記旋回体の旋回方向を検出する旋回方向検出器と、前記操作検出器により検出された操作方向と前記旋回方向検出器により検出された旋回方向とが一致する順方向操作時には、前記操作検出器により検出された操作量が大きいほど前記油圧ポンプの吐出量を大きくする一方、前記操作検出器により検出された操作方向と前記旋回方向検出器により検出された旋回方向とが逆向きである逆方向操作時には、前記順方向操作時よりも前記油圧ポンプの吐出量を制限するように、前記油圧ポンプの吐出量を制御する制御器と、前記油圧ポンプと前記コントロールバルブとを接続するポンプ吐出油路から分岐して前記油圧ポンプからタンクへ作動油を戻すためのアンロード回路と、前記アンロード回路に設けられ、開口の大きさを調整可能なアンロード弁とを備え、前記制御器は、前記順方向操作時には前記操作検出器により検出された操作量が大きいほど前記アンロード弁の開口を小さく調整する一方、前記逆方向操作時には前記順方向操作時よりも前記アンロード弁の開口を大きく調整する、旋回制御装置を提供する。
本発明によれば、逆方向操作時に順方向操作時よりも油圧ポンプの吐出量を制限することにより、逆方向操作時に、リリーフ弁を介してタンクに回収される作動油の流量を低減することができる。
したがって、逆方向操作時に順方向操作時と同様に油圧ポンプの容量を設定する場合と比較して、油圧ポンプの動力のロスを低減することができる。
さらに、逆方向操作時に順方向操作時よりもアンロード弁の開口を大きく調整することにより、逆方向操作時における油圧ポンプの吐出圧力を低減することができる。
したがって、逆方向操作時に順方向操作時と同様にアンロード弁の開口を調整する場合と比較して、油圧ポンプの動力をより低減することができる。
なお、上述のように、前記逆方向操作時にアンロード弁を開く場合、旋回モータから導出された作動油がコントロールバルブ及びアンロード弁を介してタンクに流れるおそれがある。
そこで、前記ポンプ吐出油路における前記アンロード回路の分岐点と前記コントロールバルブとの間に設けられ、前記油圧ポンプから前記コントロールバルブへ向けた作動油の流れを許容する一方、その逆向きの流れを規制するチェック弁をさらに備えていることが好ましい。
このようにすれば、旋回モータから導出された作動油がアンロード弁に流れるのをチェック弁により規制することができるので、旋回モータから導出された作動油によりリリーフ弁を確実に作動させることができる。つまり、上述のようにアンロード弁を開くことにより油圧ポンプの動力を低減しながら、リリーフ弁による旋回体の減速作用を確実に得ることができる。
前記旋回制御装置において、前記制御器は、前記逆方向操作が検出された時点から予め設定された遅延時間をかけて、前記油圧ポンプの吐出量を設定値まで漸減させることが好ましい。
この態様によれば、油圧ポンプの吐出量が遅延時間をかけて漸減するため、逆方向操作の後、直ちに順方向操作が行なわれた場合に、旋回モータに対する作動油の流量が不足するのを抑制することができる。
また、本発明は、自走式の下部走行体と、前記下部走行体に対して旋回可能に設けられた上部旋回体と、前記上部旋回体を前記旋回体として旋回させる、前記旋回制御装置とを備えている、建設機械を提供する。
本発明によれば、逆方向操作時における油圧ポンプの動力のロスを低減することができる。
本発明の第１実施形態に係る油圧ショベルを示す右側面図である。 図１に示す油圧ショベルの旋回制御装置を示す回路図である。 図２に示すコントローラにより実行される処理を示すフローチャートである。 図３の逆レバー検知処理の内容を示すフローチャートである。 図２に示すコントローラによる制御の内容を示すタイミングチャートである。
以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
図１を参照して、建設機械の一例としての油圧ショベル１は、クローラ２ａを有する下部走行体２と、地面に対して垂直な軸回りに旋回可能となるように下部走行体２上に設けられた上部旋回体（旋回体）３と、上部旋回体３に対して起伏可能に設けられたアタッチメント４と、下部走行体２に対する上部旋回体３の旋回動作を制御する旋回制御装置５（図２参照）とを備えている。
アタッチメント４は、上部旋回体３に対して起伏可能に設けられたブーム６と、ブーム６の先端部に対して回動可能に取り付けられたアーム７と、アーム７の先端に対して回動可能に取り付けられたバケット８とを備えている。また、アタッチメント４は、ブーム６を起伏させるブームシリンダ９と、アーム７を回動させるアームシリンダ１０と、バケット８を回動させるバケットシリンダ１１とを備えている。
以下、図２を参照して、旋回制御装置５について説明する。
旋回制御装置５は、上部旋回体３を旋回駆動する旋回モータ１４と、旋回モータ１４の油圧源としての可変容量式の油圧ポンプ１５と、旋回モータ１４の回転方向（上部旋回体３の旋回方向）を切り換えるためのコントロールバルブ１６と、上部旋回体３を左右双方向に駆動するために旋回モータ１４の両側のポートに接続された右旋回油路Ｒ１及び左旋回油路Ｒ２と、各旋回油路Ｒ１、Ｒ２にそれぞれ接続されたブレーキ弁としての一対のリリーフ弁１９Ａ、１９Ｂと、コントロールバルブ１６を操作する旋回操作手段としてのリモコン弁１７と、リモコン弁１７の操作方向及び操作量を検出する操作センサ（操作検出器）１８Ａ、１８Ｂと、油圧ポンプ１５の負荷を低減するためのアンロード回路２２と、アンロード回路２２とコントロールバルブ１６との間に設けられたチェック弁２１と、上部旋回体３の旋回方向を検出する回転センサ（旋回方向検出器）２３と、コントローラ２４とを備えている。なお、図２中、符号２０Ａ及び２０Ｂは、タンクＷから油圧ポンプ１５に作動油を補給するための補給弁である。
油圧ポンプ１５は、後述するコントローラ２４からの指令を受けてポンプ容量を調整するポンプレギュレータ１５ａを有する。
コントロールバルブ１６は、旋回モータ１４を停止させるための中立位置Ｐ１と、油圧ポンプ１５の吐出油を右旋回油路Ｒ１に供給して旋回モータ１４を右旋回させるための右旋回位置Ｐ２と、油圧ポンプ１５の吐出油を左旋回油路Ｒ２に供給して旋回モータ１４を左旋回させるための左旋回位置Ｐ３とを有し、レバー操作されるリモコン弁１７により切換操作される。
操作センサ１８Ａ、１８Ｂは、コントロールバルブ１６に供給されるパイロット圧を通じてリモコン弁１７の操作方向及び操作量を検出し、その検出信号（右レバー信号又は左レバー信号及びこれらの操作量に関する信号）をコントローラ２４に出力する。
アンロード回路２２は、油圧ポンプ１５とコントロールバルブ１６とを接続するポンプ吐出油路Ｒ３から分岐してタンクＷに接続されている。このアンロード回路２２には、アンロード弁２２ａが設けられている。
アンロード弁２２ａは、その開口面積が可変となるように構成された電磁弁である。具体的に、アンロード弁２２ａは、コントローラ２４により、油圧ポンプ１５からタンクＷへ最大流量での流れを許容する全開位置Ｐ５と、油圧ポンプ１５からタンクＷへの作動油の流れを遮断する遮断位置Ｐ４との間で切換制御される。
チェック弁２１は、ポンプ吐出油路Ｒ３におけるアンロード回路２２の分岐点とコントロールバルブ１６との間に設けられている。また、チェック弁２１は、油圧ポンプ１５からコントロールバルブ１６へ向けた作動油の流れを許容する一方、その逆向きの流れを規制する。
回転センサ２３は、上部旋回体３の回転方向を検出し、検出信号（右回転信号又は左回転信号）をコントローラ２４に出力する。
コントローラ２４は、操作センサ１８Ａ、１８Ｂ及び回転センサ２３による検出結果に基づいて、油圧ポンプ１５の容量（吐出量）及びアンロード弁２２ａの開度を調整する。以下、図２及び図５を参照して、コントローラ２４により実行される制御の内容を説明する。
コントローラ２４は、操作センサ１８Ａ、１８Ｂにより検出された操作方向と回転センサ２３により検出された旋回方向とが一致する順方向操作状態にあるか（逆レバーフラグがＯＦＦであるか）、又は逆向きである逆方向操作状態にあるか（逆レバーフラグがＯＮであるか）によって制御内容を切り換える。
まず、油圧ポンプ１５の容量の制御について説明する。なお、図５は、順方向にフルレバー操作をしている状態から逆方向にフルレバー操作をし、再び順方向にフルレバー操作を行なった場合を示している。
順方向操作時（逆レバーフラグがＯＦＦの状態）において、コントローラ２４は、操作センサ１８Ａ、１８Ｂにより検出された操作量が大きいほど油圧ポンプ１５の容量を大きくする。図５の例では、フルレバー操作されていることに応じて、油圧ポンプ１５の容量が最大に設定されている。
一方、逆方向操作時（逆レバーフラグがＯＮの状態）において、コントローラ２４は、吐出流量が最低流量（スタンバイ流量）となるように、油圧ポンプ１５の容量を設定値まで低下させる。これにより、図５の一点鎖線Ｌ２で示すようにリモコン弁１７の操作量が大きいほど油圧ポンプ１５の吐出流量を大きくする通常のポジコンと比較して、リリーフ弁１９Ａ、１９Ｂを介してタンクＷに回収される作動油の流量を低減することができる。そのため、逆方向操作時における油圧ポンプ１５の動力のロスを低減することができる。なお、本実施形態では、吐出流量が最低流量となるように油圧ポンプ１５の容量を制御しているが、順方向操作時の容量（一点差線Ｌ２）よりも油圧ポンプ１５の容量を制限すれば油圧ポンプ１５の動力のロスを低減することができる。
ここで、コントローラ２４は、図５の符号Ｌ１で示すように、逆方向操作が検出された時点から予め設定された遅延時間をかけて、油圧ポンプ１５の容量を制限容量まで漸減させる。これにより、逆方向操作の後、直ちに順方向操作が行なわれた場合に、旋回モータ１４に対する作動油の流量が不足するのを抑制することができる。
次に、アンロード弁２２ａの開度の制御について説明する。
順方向操作時において、コントローラ２４は、操作センサ１８Ａ、１８Ｂにより検出された操作量が大きいほどアンロード弁２２ａの開口を小さく調整する。図５では、リモコン弁１７がフルレバー操作されていることに応じて、アンロード弁２２ａの開口が最小の開口（全閉）に調整されている。
一方、逆方向操作時において、コントローラ２４は、アンロード弁２２ａの開口を最大の開口（全開口）に調整する。これにより、図５の二点差線Ｌ３で示すようにリモコン弁１７の操作量が大きいほどアンロード弁２２ａの開口を小さく調整する従来の制御と比較して、油圧ポンプ１５の動力のロスを低減することができる。具体的に、図５のハッチングで示す吐出流量Ｅ１について、油圧ポンプ１５の吐出圧力を低減することができるため、油圧ポンプ１５の動力のロスをより低減することができる。なお、本実施形態では、アンロード弁２２ａの開口を全開口に調整しているが、順方向操作時の開口（二点鎖線Ｌ３）よりもアンロード弁２２ａの開口を大きくすれば油圧ポンプ１５の動力のロスを低減することができる。
以上の作用を図３及び図４のフローチャートによって詳述する。
コントローラ２４による処理が開始されると、図３において、まず、逆方向操作が行なわれているか否かを判定するための逆レバー検知処理Ｔが実行される。
逆レバー検知処理Ｔでは、図４に示すように、右レバー信号が操作センサ１８Ａから入力されたか否かが判定され（ステップＴ１）、ステップＴ１でＹＥＳと判定されると、左回転信号が入力されたか否かが判定される（ステップＴ２）。このステップＴ２でＹＥＳと判定される場合、つまり、右レバー信号が入力されているにもかかわらず左回転信号が入力された場合には、逆方向操作が行なわれているものと判断し、逆レバーフラグをＯＮに設定する（ステップＴ３）。
また、ステップＴ１でＮＯと判定された場合、左レバー信号が操作センサ１８Ｂから入力されたか否かが判定され（ステップＴ４）、ステップＴ４でＹＥＳと判定されると、右回転信号が入力されたか否かが判定される（ステップＴ５）。このステップＴ５でＹＥＳと判定される場合、つまり、左レバー信号が入力されているにもかかわらず右回転信号が入力された場合には、逆方向操作が行なわれているものと判断し、逆レバーフラグをＯＮに設定する（ステップＴ６）。
一方、ステップＴ２及びステップＴ５でＮＯと判定された場合、つまり、順方向操作が行なわれている場合又はレバー操作が行われているものの上部旋回体３が旋回していない場合には、逆方向操作が行われていないものと判断し、逆レバーフラグをＯＦＦに設定する（ステップＴ７）。
同様に、ステップＴ４でＮＯと判定された場合、つまり、レバー操作が行なわれていない場合にも、逆方向操作が行なわれていないものと判断し、ステップＴ７において逆レバーフラグをＯＦＦに設定する。
図３に示すメインリーチンでは、逆レバー検知処理Ｔの結果を受けて、逆レバーフラグがＯＮであるか否かが判定される（ステップＳ１）。ステップＳ１でＹＥＳと判定されると、図３及び図５に示すように、順方向操作時よりも油圧ポンプ１５の吐出流量（容量）を制限し（ステップＳ２）、アンロード弁２２ａの開口を順方向操作時よりも大きく調整する（ステップＳ３）。これにより、リリーフ弁１９Ａ、１９Ｂを介してタンクＷに回収される作動油の流量を減らすとともに、油圧ポンプ１５の吐出圧力を低減することにより、油圧ポンプ１５の動力のロスを低減することができる。
一方、ステップＳ１でＮＯと判定されると、リモコン弁１７の操作量が大きくなるほど油圧ポンプ１５の容量を大きくする吐出流量の通常制御（ポジコン）を行なう（ステップＳ４）。次いで、リモコン弁１７の操作量が大きくなるほどアンロード弁２２ａの開口を小さく調整するアンロード弁２２ａの通常制御を行なう（ステップＳ５）。
以上説明したように、逆方向操作時に順方向操作時よりも油圧ポンプ１５の吐出量を制限することにより、逆方向操作時に、リリーフ弁１９Ａ、１９Ｂを介してタンクＷに回収される作動油の流量を低減することができる。
したがって、逆方向操作時に順方向操作時と同様に油圧ポンプ１５の吐出量を設定する場合と比較して、油圧ポンプ１５の動力のロスを低減することができる。
また、前記実施形態によれば、次の効果を奏する。
前記実施形態では、逆方向操作時に順方向操作時よりもアンロード弁２２ａの開口を大きく調整することにより、逆方向操作時における油圧ポンプ１５の吐出圧力を低減することができる。
したがって、逆方向操作時に順方向操作時と同様にアンロード弁２２ａの開口を調整する場合と比較して、油圧ポンプ１５の動力をより低減することができる。
なお、逆方向操作時にアンロード弁２２ａを開く場合、旋回モータ１４から導出された作動油がコントロールバルブ１６を介してタンクＷに流れるおそれがある。
ここで、前記実施形態では、旋回モータ１４から導出された作動油がアンロード弁２２ａに流れるのをチェック弁２１により規制することができるので、旋回モータ１４から導出された作動油によりリリーフ弁１９Ａ、１９Ｂを確実に作動させることができる。つまり、上述のようにアンロード弁２２ａを開くことにより油圧ポンプ１５の動力を低減しながら、リリーフ弁１９Ａ、１９Ｂによる上部旋回体３の減速作用を確実に得ることができる。
また、前記実施形態によれば、油圧ポンプ１５の吐出量が遅延時間をかけて漸減するため、逆方向操作の後、直ちに順方向操作が行なわれた場合に、旋回モータ１４に対する作動油の流量が不足するのを抑制することができる。
なお、前記実施形態では、油圧ポンプ１５の容量を調整することにより、その吐出量を制御しているが、容量の調整以外の手段によって油圧ポンプ１５の吐出量を制御してもよい。例えば、油圧ポンプ１５の駆動速度、又は、油圧ポンプ１５を駆動するための装置（エンジン又は電動機等）の駆動速度（回転数）を調整することにより、油圧ポンプ１５の吐出量を制御してもよい。
１ 油圧ショベル（建設機械）
２ 下部走行体
３ 上部旋回体（旋回体）
５ 旋回制御装置
１４ 旋回モータ
１５ 油圧ポンプ
１６ コントロールバルブ
１７ 旋回操作手段
１８Ａ、１８Ｂ 操作センサ（操作検出器）
１９Ａ、１９Ｂ リリーフ弁
２１ チェック弁
２２ アンロード回路
２２ａ アンロード弁
２３ 回転センサ（旋回方向検出器）
２４ コントローラ（制御器）

Claims (4)

  1. 旋回体を旋回駆動する旋回モータと、
    前記旋回モータの油圧源としての油圧ポンプと、
    前記旋回体を双方向に駆動するために前記旋回モータの両側のポートに接続された一対の旋回用油路と、
    前記各旋回用油路と前記油圧ポンプとの間に設けられ、前記油圧ポンプからの吐出油の供給先を前記各旋回用油路の間で切り換えるコントロールバルブと、
    前記各旋回用油路にそれぞれ接続されたブレーキ弁としての一対のリリーフ弁と、
    前記コントロールバルブを操作する旋回操作手段と、
    前記旋回操作手段の操作方向及び操作量を検出する操作検出器と、
    前記旋回体の旋回方向を検出する旋回方向検出器と、
    前記操作検出器により検出された操作方向と前記旋回方向検出器により検出された旋回方向とが一致する順方向操作時には、前記操作検出器により検出された操作量が大きいほど前記油圧ポンプの吐出量を大きくする一方、前記操作検出器により検出された操作方向と前記旋回方向検出器により検出された旋回方向とが逆向きである逆方向操作時には、前記順方向操作時よりも前記油圧ポンプの吐出量を制限するように、前記油圧ポンプの吐出量を制御する制御器と、
    前記油圧ポンプと前記コントロールバルブとを接続するポンプ吐出油路から分岐して前記油圧ポンプからタンクへ作動油を戻すためのアンロード回路と、
    前記アンロード回路に設けられ、開口の大きさを調整可能なアンロード弁とを備え、
    前記制御器は、前記順方向操作時には前記操作検出器により検出された操作量が大きいほど前記アンロード弁の開口を小さく調整する一方、前記逆方向操作時には前記順方向操作時よりも前記アンロード弁の開口を大きく調整する、旋回制御装置。
  2. 前記ポンプ吐出油路における前記アンロード回路の分岐点と前記コントロールバルブとの間に設けられ、前記油圧ポンプから前記コントロールバルブへ向けた作動油の流れを許容する一方、その逆向きの流れを規制するチェック弁をさらに備えている、請求項１に記載の旋回制御装置。
  3. 前記制御器は、前記逆方向操作が検出された時点から予め設定された遅延時間をかけて、前記油圧ポンプの吐出量を設定値まで漸減させる、請求項１又は２に記載の旋回制御装置。
  4. 自走式の下部走行体と、
    前記下部走行体に対して旋回可能に設けられた上部旋回体と、
    前記上部旋回体を前記旋回体として旋回させる、請求項１〜３の何れか１項に記載の旋回制御装置とを備えている、建設機械。
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