JP6150740B2

JP6150740B2 - 建設機械

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Publication number: JP6150740B2
Application number: JP2014031031A
Authority: JP
Inventors: 朋晃金田; 石川　広二; 広二石川; 英敏佐竹; 井村　進也; 進也井村
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2014-02-20
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2034-02-20
Also published as: JP2015155615A; EP3109366A4; EP3109366B1; EP3109366A1; CN105473793B; KR101747611B1; WO2015125503A1; CN105473793A; US9863123B2; KR20160033746A; US20160348340A1

Description

本発明は、俯仰動可能な作業機と旋回体とを有する油圧ショベル等の建設機械に係る。

一般の建設機械では、作業負荷が大きくなるとポンプ圧が高くなってポンプの吐出流量が減少する。その結果、フロント作業機を操作していると、作業負荷が大きい程フロント作業機の速度が遅くなる。

それに対し、操作弁の前後差圧と操作量とに応じて圧力補償手段により操作弁の開口面積を変化させる建設機械がある（特許文献１等参照）。この建設機械では、例えば旋回とブーム上げを同時に行う旋回ブーム上げの動作をする場合、ブームの負荷が大きければ、旋回動作に対応する操作弁の開ロ面積が減少するとともにブームに対応する操作弁の開口面積が増加することで、ブームの負荷が小さいときと同様の操作性が確保される。

特開２００８−２２４０３９号公報

負荷に関係なく一定の操作性が確保されることは利点であるが、その一方でブームの負荷が大きい場合にはブームの動作速度が落ちるのが操作フィーリングとして自然であり、ブームにかかっている負荷が感じられる動作を好むオペレータもいる。上記特許文献１の建設機械にあっても、圧力補償手段を省略すればブーム負荷に応じてブーム速度が落ち、その分ブーム負荷が感じられる動作となり得る。しかしその場合には、旋回ブーム上げ時に次のような問題がある。

例えば、ブームの負荷が変化すれば同じブーム上げ操作量でもブームの上昇速度が変化するのに対し、同じ旋回操作量であればブームの負荷が変化しても旋回速度はさほど変わらない。換言すれば、同じように操作してもブーム負荷によって時間当たりのブームの上昇量が異なるため、ブーム負荷が小さい場合と大きい場合とでは旋回ブーム上げ時のフロント作業機の軌跡が変化する。その結果、ブーム負荷が小さいときと同じように旋回ブーム上げ操作をすると、ブームの負荷が大きい場合にはブームが存外に低い軌跡を描き、ダンプトラックの荷台にフロント作業機を衝突させてしまう恐れがある。また、ブームにかかる負荷は作業状況により不測に変化し得るところ、旋回ブーム上げ動作時のフロント作業機の軌跡をブーム負荷によらず常時一定に揃えるには熟練した高度な技能を要する。

本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、フロント作業機の動作からブームにかかっている負荷が感じられる一方でブーム負荷に影響されず操作に応じた軌跡でフロント作業機を動作させることができる建設機械を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、走行体と、この走行体上に旋回可能に設けた旋回体と、この旋回体を旋回駆動する旋回モータと、前記旋回体に連結したブームと、このブームを俯仰動させるブームシリンダと、前記旋回体の旋回動作を指示する旋回操作装置と、前記ブームの俯仰動を指示するブーム操作装置と、前記ブームシリンダの負荷に応じて変化する状態量を検出する検出器とを備えた建設機械において、前記旋回操作装置による旋回操作及び前記ブーム操作装置によるブーム上げ操作の信号が入力されている間、前記旋回操作の信号に応じた基準旋回速度に対して前記検出器の信号に応じて前記旋回体の旋回速度を減じるコントローラを備えており、前記コントローラは、前記ブーム上げ操作の信号に応じた基準ブーム上げ速度に対するブーム減速量を前記検出器の信号を基に演算し、演算したブーム減速量が大きいほど前記基準旋回速度に対する旋回速度の減少量を大きく設定することを特徴とする。

本発明によれば、フロント作業機の動作からブームにかかっている負荷が感じられる一方でブーム負荷に影響されず操作に応じた軌跡でフロント作業機を動作させることができ、操作性及び安全性の向上が期待できる。

本発明の第１の実施の形態に係る建設機械の一部透視側面図である。本発明の第１の実施の形態に係る建設機械に備えられた駆動システムの概念図である。本発明の第１の実施の形態に係る建設機械に備えられた駆動システムの要部のブロック図である。本発明の第１の実施の形態に係る建設機械においてブーム負荷がない場合の旋回ブーム上げ時のトルク等の挙動を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る建設機械においてブーム負荷がある場合の旋回ブーム上げ時のトルク等の挙動を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係る建設機械に備えられた駆動システムの要部のブロック図である。本発明の第２の実施の形態に係る建設機械においてブーム負荷がない場合の旋回ブーム上げ時のトルク等の挙動を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係る建設機械においてブーム負荷がある場合の旋回ブーム上げ時のトルク等の挙動を示す図である。本発明の第３の実施の形態に係る建設機械に備えられた駆動システムの要部のブロック図である。本発明の第３の実施の形態に係る建設機械における旋回ブーム上げ動作時の旋回モータトルクと旋回角速度等との関係の一例を示す特性図である。旋回ブーム上げ動作時におけるブーム負荷によるブームの軌跡の違いを示す図であり、本発明の効果の説明図である。動作中のブーム負荷が変動する場合における本発明に係る建設機械の旋回ブーム上げ動作時のトルク等の挙動を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る建設機械において旋回速度を抑制する条件をまとめた図である。

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

最初に、本願明細書でいう旋回ブーム上げ操作とは、ブーム上げ操作と旋回操作を同時に行うこと、すなわち互いの操作入力に時間的な重なりがあることをいう。したがって、両操作の始期及び終期が同じ場合が旋回ブーム上げ操作に含まれることは言うまでもないが、一方の操作入力が他方の操作入力に先行しても一方の操作入力の継続中に他方の操作入力を行う場合等において両操作が同時に行われている時間も、旋回ブーム上げ操作に含まれる。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る建設機械の一部透視側面図である。

図１に示した建設機械は電動式油圧ショベルであり、走行体１０、走行体１０上に旋回可能に設けた旋回体２０、及び旋回体２０に俯仰動可能に設けたショベル機構（フロント作業機）３０を備えている。

走行体１０は、左右一対のクローラ１１ａ，１１ｂ及びクローラフレーム１２ａ，１２ｂ、左右のクローラ１１ａ，１１ｂをそれぞれ駆動する走行用油圧モータ１３，１４、並びに走行用油圧モータ１３，１４の減速機等を備えている。クローら１１ａ，１１ｂ及びクローラフレーム１２ａ，１２ｂについてはそれぞれ左側のもののみ図１に図示する。

旋回体２０は、旋回フレーム２１を介してクローラフレーム１２ａ，１２ｂの上部に搭載されている。旋回フレーム２１は旋回輪を介してクローラフレーム１２ａ，１２ｂの上部に鉛直軸を中心に旋回可能に設けてある。特に図示していないが、旋回輪はクローラフレーム１２ａ，１２ｂに接続した内輪と旋回フレーム２１に接続した外輪を備えていて、内輪に対して外輪が旋回する構成である。旋回フレーム２１上には旋回用電動モータ２５及び旋回用油圧モータ２７が設けられている。旋回用電動モータ２５は旋回用油圧モータ２７とともに旋回輪の外輪に支持されていて、減速機２６を介して内輪の内歯車に出力軸を噛合させている。旋回用油圧モータ２７は旋回用電動モータ２５と同軸に設けられている。また、旋回用電動モータ２５には蓄電デバイスであるキャパシタ２４が接続されていて、キャパシタ２４からの給電により電界用電動モータ２５が駆動する。この構成より旋回用油圧モータ２７及び旋回用電動モータ２５の駆動力が減速機２６を介して旋回輪に伝達され、走行体１０に対して旋回フレーム２１とともに旋回体２０が旋回する。

ショベル機構３０は、ブーム３１、アーム３４、バケット３５を備えた多関節構造のフロント作業機である。ブーム３１は旋回体２０の旋回フレーム２１に上下方向に俯仰動可能にピン等で連結されている。アーム３４はブーム３１の先端部に前後方向に回動可能にピン等で連結されている。バケット３５はアーム３４の先端部に回動可能にピン等で連結されている。そして、ブーム３１、アーム３４及びバケット３５は、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４及びバケットシリンダ３６でそれぞれ駆動される。ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４及びバケットシリンダ３６は油圧シリンダである。

また、上記旋回フレーム２１上には、各種アクチュエータを駆動するための駆動システムが搭載されている。駆動システムには、油圧アクチュエータを駆動する油圧システム４０、及び電動アクチュエータを駆動する電動システムが含まれる。油圧システム４０は、上述した走行用油圧モータ１３，１４、旋回用油圧モータ２７、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等を駆動する。電動システムは、上述したアシスト発電モータ２３や旋回用電動モータ２５等を駆動する。

図２は本発明の第１の実施の形態に係る建設機械に備えられた駆動システムの概念図である。

同図に示したように、油圧システム４０は、油圧を発生する油圧源である油圧ポンプ４１及び各油圧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を含む。油圧ポンプ４１はエンジン２２によって駆動される。コントロールバルブ４２は、旋回操作装置７２（図３参照）からの旋回操作指令（油圧パイロット信号）に応じて、旋回用スプール６１（図３参照）を動作させて、旋回用油圧モータ２７に供給する圧油の流量と方向を制御する。また、コントロールバルブ４２は、ブーム操作装置７８（図３参照）からのブーム操作指令（油圧パイロット信号）に応じて、ブーム用スプール６４（図３参照）を動作させて、ブームシリンダ３２に供給する圧油の流量と方向を制御する。同様に、特に図示していないが、コントロールバルブ４２は、他の操作レバー装置からの操作指令（油圧パイロット信号）に応じて対応するスプールを動作させて、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６及び走行用油圧モータ１３，１４にそれぞれ供給する圧油の流量と方向を制御する。旋回操作装置７２及びブーム操作装置７８を含む各種操作装置は旋回体２０の運転室内にある。

電動システムは、上述したキャパシタ２４の他、パワーコントロールユニット５０及びメインコンタクタ５１等を備えている。パワーコントロールユニット５０はアシスト発電モータ２３及び旋回用電動モータ２５と接続しており、またメインコンタクタ５１を介してキャパシタ２４に接続している。キャパシタ２４は、アシスト発電モータ２３及び旋回用電動モータ２５の駆動状態（力行しているか回生しているか）によって充放電される。アシスト発電モータ２３及び旋回用電動モータ２５の駆動状態は、コントローラ８０からの指令に従ってパワーコントロールユニット５０によって制御される。

コントローラ８０は、各種入力信号を基にコントロールバルブ４２、油圧ポンプ４１、パワーコントロールユニット５０に対する制御指令を生成し、旋回用電動モータ２５のトルク制御や油圧ポンプ４１の吐出流量制御等を実行する。コントローラ８０への入力信号には、各種操作装置からの操作信号、旋回用油圧モータ２７の圧力の検出信号、旋回用電動モータ２５の角速度信号等がある。

図３は本発明の第１の実施の形態に係る建設機械に備えられた駆動システムの要部のブロック図である。

同図に示すように、コントローラ８０は、ブーム減速量演算ブロック８３ａ、旋回速度減速量演算ブロック８３ｂ、旋回トルク演算ブロック８３ｃ、トルク指令値演算ブロック８３ｄ等を備えている。また、旋回操作装置７２のパイロット管路には検出器７４ａＬ，７４ａＲが、旋回用油圧モータ２７に圧油を吸排する両配管にはそれぞれ検出器７４ｂＬ，７４ｂＲが設けられている。ブーム操作装置（ブーム用操作レバー装置）７８のパイロット管路には検出器７４ｃが、ブームシリンダ３２のボトム側油室に圧油を吸排する配管には検出器７４ｄが設けられている。

検出器７４ａＬ，７４ａＲ，７４ｂＬ，７４ｂＲ，７４ｃ，７４ｄは、油圧配管の圧力を電気信号に変換する油圧・電気変換装置、例えば圧力センサであり、信号をコントローラ８０に出力する。具体的には、検出器７４ａＬは、左方向への旋回動作を指示する際の旋回操作装置７２の操作入力によって発生する油圧パイロット信号を電気信号に変換し、検出信号として旋回速度減速量演算ブロック８３ｂに出力する。検出器７４ａＲは、右方向への旋回動作を指示する際の旋回操作装置７２の操作入力によって発生する油圧パイロット信号を電気信号に変換し、検出信号として旋回速度減速量演算ブロック８３ｂに出力する。検出器７４ｂＬ，７４ｂＲは、旋回用油圧モータ２７の作動圧を電気信号に変換し、検出信号として旋回トルク演算ブロック８３ｃに出力する。検出器７４ｃは、ブーム上げ動作を指示する際のブーム操作装置７８の操作入力によって発生する油圧パイロット信号を電気信号に変換し、検出信号としてブーム減速量演算ブロック８３ａに出力する。検出器７４ｄは、ブームシリンダ３２のボトム圧力を電気信号に変換し、検出信号としてブーム減速量演算ブロック８３ａに出力する。

ブーム減速量演算ブロック８３ａは、検出器７４ｃ，７４ｄの信号を基に、ブーム操作装置７８の操作量に相応したブーム上げ基準速度Ｒｓに対するブーム速度の減速量（ブーム減速量）ΔＲを演算する。基準ブーム上げ速度Ｒｓとは、無負荷（バケットが空の状態）若しくは所定負荷がかかった状態でブーム操作装置７８の操作量に応じてブーム３１が上がる速度をいう。ブーム減速量演算ブロック８３ａには、ブーム操作装置７８のブーム上げ操作量（検出器７４ｃの信号）と基準ブーム上げ速度Ｒｓとの関係（関係線、テーブル等）が予め格納されている。また、ブーム減速量演算ブロック８３ａには、ブーム操作装置７８のブーム上げ操作量（検出器７４ｃの信号）、ブームシリンダ３２のボトム圧（検出器７４ｄの信号）、及びブーム減速量ΔＲの関係（関係線、テーブル等）が予め格納されている。したがって、ブーム減速量演算ブロック８３ａでは、検出器７４ｃ，７４ｄの信号を基に、ブーム操作装置７８の操作量に相応した基準ブーム上げ速度Ｒｓが演算されると同時に、ブームシリンダ３２のボトム圧に応じたブーム減速量ΔＲが演算される。これら演算値はブーム減速量演算ブロック８３ａから旋回速度減速量演算ブロック８３ｂに入力される。なお、ブーム減速量ΔＲは単純にブームシリンダ３２のボトム圧との関係で定まる値とすることも考えられる。

旋回速度減速量演算ブロック８３ｂでは、演算したブーム減速量ΔＲ及び検出器７４ａＬ又は７４ａＲの信号を基に、旋回操作装置７２の操作量に相応した基準旋回速度Ｓｓに対する旋回速度の減速量（旋回減速量）ΔＳを演算する。基準旋回速度Ｓｓとは、旋回操作装置７２の操作量に応じた本来の速度をいう。また、ブーム減速量ΔＲを加味したブーム上げ速度Ｒ（＝Ｒｓ−ΔＲ）、旋回減速量ΔＳを加味した旋回速度Ｓ（＝Ｓｓ−ΔＳ）を用いると、Ｒ／Ｓ＝Ｒｓ／Ｓｓの関係が成立する。すなわち、旋回減速量ΔＳは、ブーム負荷に起因してブーム減速量ΔＲが見込まれる場合に、基準ブーム上げ速度Ｒｓ及び基準旋回速度Ｓｓで駆動するショベル機構３０が描くだろう軌跡に沿って当該ショベル機構３０が移動するように基準旋回速度Ｓｓから減ずべき補正量である。旋回減速量ΔＳは、旋回速度減速量演算ブロック８３ｂからトルク指令値演算ブロック８３ｄに入力される。なお、旋回速度の制御中、旋回速度減速量演算ブロック８３ｂは、パワーコントロールユニット５０を介して入力される旋回用電動モータ２５の角速度信号ωを基に演算される現実の旋回速度が旋回速度Ｓ（目標）に近付くように減速量ΔＳの値を調節する。

旋回トルク演算ブロック８３ｃでは、検出器７４ｂＬ，７４ｂＲの信号を基に旋回用油圧モータ２７の旋回トルクが演算され、演算値がトルク指令値演算ブロック８３ｄに出力される。トルク指令値演算ブロック８３ｄでは、旋回速度減速量演算ブロック８３ｂで演算された旋回減速量ΔＳと旋回トルク演算ブロック８３ｃで演算された旋回トルクとを基に、旋回減速量ΔＳを生じさせるために必要な旋回用電動モータ２５のトルク指令値ＥＡを演算しパワーコントロールユニット５０に出力する。パワーコントロールユニット５０はトルク指令値ＥＡに従って旋回用電動モータ２５を駆動する。この場合、旋回用電動モータ２５は発電機として駆動し、旋回体２０の運動エネルギーを回生した発電出力がメインコンタクタ５１を介してキャパシタ２４に蓄えられる。

上記の旋回用電動モータ２５への負荷指令と同時に、旋回操作装置７２の入力によって発生する油圧パイロット信号はコントロールバルブ４２にも入力される。これによりスプール６１が中立位置から切り換わって油圧ポンプ４１の吐出油が旋回用油圧モータ２７に供給され、旋回用油圧モータ２７が駆動する。旋回用電動モータ２５と旋回油圧モータ２７は直結しているため、これらモータ３５，３７が出力するトルクの合計トルクが実際に旋回体２０に作用する旋回トルクとなる。

また、旋回ブーム上げ時には、以上の旋回駆動と同時にブーム操作装置７８の操作入力によって発生する油圧パイロット信号はコントロールバルブ４２にも入力される。これによりスプール６４が中立位置から切り換わって油圧ポンプ４１の吐出油がブームシリンダ３２に供給され、ブーム３１が上がる。

図１３は前述した負荷トルクを発生させる条件をまとめた図である。

同図に示すように、旋回速度の抑制（本実施の形態では旋回用電動モータ２５による回生）を実行するのは旋回ブーム上げ動作時のみである。すなわち、ブーム上げ操作と旋回操作が同時に行われた場合にのみ旋回速度を抑制するのであって、ブーム上げ操作と旋回操作がいずれもされていない場合は勿論のこと、いずれか一方のみしかされていない場合には旋回速度は抑制されない。また、例えば旋回ブーム上げの動作といっても例えばバケット３５が空で旋回速度を抑制する必要がない場合もあるので、そのような場合に不必要に旋回速度が遅くなることを避ける上では、例えばブームシリンダ３２のボトム圧がショベル機構３０の保持圧を超えていることを条件に加えると良い。すなわち、ブームシリンダ３２のボトム圧が保持圧を超えていて、かつ、ブーム上げ操作と旋回操作が同時に行われた場合にのみ旋回速度を抑制する構成である。この場合、ブーム上げ操作と旋回操作が同時に行われても、ブームシリンダ３２のボトム圧が保持圧以下であれば旋回速度の抑制は実行されない。

なお、ショベル機構３０の保持圧とは、空のバケット３６を宙に浮かせてショベル機構３０の重量のみがブームシリンダ３２のボトム側油室に作用しているときの当該ボトム圧をいう。また、図３のブロック構成において、旋回速度の抑制を実行することは、旋回速度減速量演算ブロック８３ｂで旋回減速量ΔＳの値をゼロ以外の値として演算することと同義であり、旋回速度の抑制を実行しない場合には旋回速度減速量演算ブロック８３ｂは旋回減速量ΔＳを演算しない、又はゼロとして演算する。

図４はブーム負荷がない場合（バケット３５が空の場合）の旋回ブーム上げ時のトルク等の挙動を示す図である。

同図に示すように、時刻Ｔ３に旋回操作指令ｉｓとブーム上げ操作指令ｉｂが同時に入力されているが、本例ではブームシリンダ３２のボトム圧がショベル機構３０の保持圧に等しくブーム負荷がない条件であるため、旋回用電動モータ２５による負荷トルクＴｅが発生しない（回生しない）。したがって、旋回用油圧モータ２７は発生させる旋回トルクＴｏが旋回用電動モータ２５及び旋回用油圧モータ２７の合計トルクＴｔとなる。これにより旋回体２０の旋回速度が上昇していき、この例では時刻Ｔ４に角速度がω１に到達している。一方、ブーム上げ操作指令ｉｂの入力を受けてブームシリンダ３２のボトム側油室に作動油が供給されてブームシリンダ３２のボトム圧Ｐｂが立ち、ショベル機構３０のブーム３１が上方向に回動する。このようにして旋回体２０の旋回動作とショベル機構３０の上昇動作が同時に行われることで旋回ブーム上げ動作が実行される。なお、本例の条件下のブーム上げ速度及び旋回速度が、それぞれ前述した基準ブーム上げ速度及び基準旋回速度に当たる。

図５はブーム負荷がある場合（バケット３５内に積載物がある場合）の旋回ブーム上げ時のトルク等の挙動を示す図である。図中の破線はブーム負荷がない場合（図４）のトルク等を示している。旋回操作指令ｉｓとブーム上げ操作指令ｉｂの挙動は図４と同一とする。

同図に示すように、ブーム上げ操作指令ｉｂの入力を受けてブームシリンダ３２のボトム側油室に作動油が供給されてブームシリンダ３２のボトム圧Ｐｂが立つが、ブーム負荷の分だけ図４の場合よりもボトム圧Ｐｂは高くなる。その結果、同じ時間内におけるブーム３１の上昇量Ｄｂは図４の場合に比べて小さい。

一方、本例ではブーム負荷があるので、旋回操作指令ｉｓとブーム上げ操作指令ｉｂが同時に入力されると、旋回用電動モータ２５による負荷トルクＴｅが発生する（回生する）。そのため、旋回用油圧モータ２７の旋回トルクＴｏが一部相殺され、ブーム負荷がない場合に比べて負荷トルクＴｅ分だけ合計トルクＴｔが減少する。したがって旋回体２０の旋回速度が抑制され、時刻Ｔ４の時点で角速度ω１に満たない。

その結果、旋回及びブーム上げの操作量が同じ場合、図５の例はブーム３１の上昇速度が遅くなる分だけ旋回速度が抑制されるので、ブーム負荷に相応して速度は落ちるものの図４の例と同じような軌跡を描いてショベル機構３０が移動することとなる。

（第２の実施の形態）
図６に本発明の第２の実施の形態に係る建設機械に備えられた駆動システムの要部のブロック図であり、第１の実施の形態の図３に対応する図である。図６において第１の実施の形態と同様の部分については既出図面と同符号を付して説明を省略する。

図６に示すように、本実施の形態においては、ブームシリンダ３２にストロークセンサ７４ｅが設けられていて、ストロークセンサ７４ｅの信号がコントローラ８０のブーム減算量演算ブロック８３ａに出力される。

図７はブーム負荷がない場合（バケット３５が空の場合）の旋回ブーム上げ時のトルク等の挙動を示す図、図８はブーム負荷がある場合（バケット３５内に積載物がある場合）の旋回ブーム上げ時のトルク等の挙動を示す図である。これらの図は第１の実施の形態の図４及び図５に対応している。

これらの図に示すように、時刻Ｔ３にブーム上げ操作指令ｉｂが入力されるとブームシリンダ３２が伸長するが、伸長速度（ブーム速度）はブーム負荷がない場合の速度（図７の実線、図８の破線）に比べてブーム負荷がある場合は遅くなる。本例ではストロークセンサ７４ｅの信号を基に基準ブーム上げ速度に対する減速量をブーム減速量演算ブロック８３ａで演算する。その他のコントローラ８０の各ブロックの処理内容、操作入力に対するトルク等の挙動を含め、他の点については第１の実施の形態と同様である。

（第３の実施の形態）
図９に本発明の第３の実施の形態に係る建設機械に備えられた駆動システムの要部のブロック図であり、既述した各実施の形態の図３及び図６に対応する図である。図９において既に説明した実施の形態と同様の部分については既出図面と同符号を付して説明を省略する。

図９に示すように、本実施の形態に係る油圧ショベルは旋回用油圧モータ２７を持たず、旋回用電動モータ２５のみで旋回体２０を旋回駆動する構成である。したがって、コントロールバルブ４２には旋回用油圧モータ２７に対応するスプール６１やその作動圧を検出する検出器７４ｂＬ，７４ｂＲ（いずれも図３参照）も存在しない。本実施の形態において旋回用電動モータ２５から旋回トルク演算ブロック８３ｃにトルク信号が入力され、旋回トルク演算ブロック８３ｃでは旋回用電動モータ２５からの信号を基に旋回用電動モータ２５の旋回トルクが演算される。

また、前述した各実施の形態と異なり本実施の形態では旋回体２０に旋回動力を付与する際に旋回用電動モータ２５を回生駆動することはなく、旋回体２０に旋回動力を付与する際にはブーム負荷によらず旋回用電動モータ２５を常に力行駆動する。例えば、トルク指令値演算ブロック８３ｄでは、旋回速度減速量演算ブロック８３ｂで演算された旋回減速量ΔＳだけ基準旋回速度Ｓｓに対して旋回速度を減速させるために減ずべき旋回トルク（トルク補正量ΔＴ）を演算し、旋回トルク演算ブロック８３ｃで演算されたトルクからトルク補正量ΔＴを減算した値をトルク指令値として生成しパワーコントロールユニット５０に出力する。その結果、ブーム上げ操作時には、ブーム負荷に応じた旋回トルクで旋回用電動モータ２５が力行駆動し、旋回減速量ΔＳを加味した旋回速度で旋回体２０が旋回駆動する。旋回速度の抑制を実行する（旋回減速量ΔＳがゼロ以外の値でトルク指令値演算ブロック８３ｄに入力される）条件が前の各実施の形態と同様であることは言うまでもない。

第１及び第２の実施の形態では旋回用の電動モータ２５及び油圧モータ２７を備えた油圧ショベルに本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、本実施の形態のように旋回用油圧モータ２７を省略し電動モータ２５のみで旋回駆動する油圧ショベルにも本発明は適用可能である。

（第４の実施の形態）
第１−第３の実施の形態においてはブーム減速量ΔＲに応じた旋回減速量ΔＳを演算して旋回トルクを補正する構成を採ったが、例えば旋回速度の抑制を実行するに当たってブーム負荷と旋回操作量を基に目標の旋回トルクを演算する構成とすることも考えられる。この場合、例えば図１０に示すような旋回操作量と旋回トルクの関係をブーム負荷毎に予め設定しておき、これら関係をトルク指令値演算ブロック８３ｄに格納しておく。そして、検出器７４ａ，７４ｄの信号がトルク指令値演算ブロック８３ｄに入力されるように構成すれば、トルク指令値演算ブロック８３ｄにおいて旋回用レバー装置７２の操作量及びブーム負荷を基に目標とする旋回トルクが演算される。この技術思想を第１及び第２の実施の形態に組み合わせた場合には、旋回トルク演算ブロック８３ｃで演算された旋回トルクと目標値との差が旋回用電動モータ２５を回生駆動する指令値（負荷トルク）として演算され、パワーコントロールユニット５０に出力される。第３の実施の形態に組み合わせた場合には、旋回トルク演算ブロック８３ｃで演算された旋回トルクを目標値に基づいて補正した値が旋回用電動モータ２５を力行駆動する指令値として演算され、パワーコントロールユニット５０に出力される。

なお、図１０では「ブーム負荷なし」「ブーム負荷小」「ブーム負荷大」の３つのみしか関係線を表していないが、ブーム負荷のパラメータはより細かく設定されていて、各ブーム負荷の設定の数だけ関係線は存在する。旋回速度減算量演算ブロック８３ｂでは、
（効果）
図１１は本発明の効果の説明図である。

同図において、横軸は旋回ブーム上げ時の旋回開始からの旋回体２０の旋回角度、縦軸は旋回ブーム上げ時のブーム上げ開始からのブーム３１の上がり量を表している。ブーム負荷がない場合、所定の旋回操作量及びブーム上げ操作量で旋回ブーム上げ操作をしたとき、操作開始から時間Ａの経過時点でブーム３１（例えばその先端）が位置Ｘ０（Ａ０，Ｄ０）から位置Ｘ１（Ａ１，Ｄ２）に移動する場合を考える。すなわち、基準旋回速度Ｓｓで旋回駆動しつつ基準ブーム上げ速度Ｒｓでブーム３１が上がる例であり、位置Ｘ０と位置Ｘ１を通る線をブーム３１の基準軌道（二点鎖線参照）の一例とする。

しかし、旋回ブーム上げ時にブーム負荷によらず操作量に応じて旋回体２０が旋回する構成であると、同一操作を行った場合、時間Ａが経過する時点で旋回角度はＡ１に到達するもののブーム３１はＤ１（＜Ｄ２）までしか到達せず、時間Ａ後のブーム位置は位置Ｘ１の下方のＸ２となる。ダンプ等の搬送車両の荷台にバケット３５の積載物をダンプするのにブーム３１の高さがＤ２まで到達しなければならないとすれば、位置Ｘ２ではダンプ作業を実施できない。その後も旋回ブーム上げ操作を継続して操作開始から時間Ｂ（＞Ａ）が経過する時点でブーム３１の高さはＤ２に到達するが、この場合には旋回角度はＡ２（＞Ａ１）に達してしまう。すなわち、基準軌道（二点鎖線）より低い軌道で高さＤ２の位置Ｘ３に到達するので、操作者による旋回ブーム上げ操作が基準軌道を意図したものであれば、位置Ｘ２を通る軌道は存外に低い軌道であって搬送車両の荷台にショベル機構３０を衝突させかねない。

それに対し、前述した各実施の形態では、ブーム負荷がある場合には旋回ブーム上げ時の旋回速度が抑制されるので、同一操作であれば基準軌道に沿ってブーム３１が移動する。ブーム負荷がない場合に比べてブーム上げ速度も旋回速度も落ちるので、時間Ａが経過する時点でブームはまだ基準軌道上の位置Ｘ４（高さＤ１＜Ｄ２）にあるものの、操作開始から時間Ｂ後に位置Ｘ１に到達する。

このように、上記の各実施の形態によれば、ブーム負荷が大きい場合には相応してブーム３１の動作速度が落ちるので自然な操作フィーリングを実現することができる。それでいて、ブーム３１の動作速度の減少に応じて旋回速度が落ちるので、ブーム３１が存外に低い軌跡を描いて搬送車両の荷台にショベル機構３０が衝突する等の意図しない不具合を抑制することができる。また、ブーム負荷に応じて速度は変化するものの、ブーム負荷によらずブームが基準軌道で移動するので、熟練した高度な技能を持たない者であっても作業中のブーム負荷の変化に影響されず安定した軌道でブーム３１を移動させることができる。

なお、厳密に言えばブームシリンダ３２の負荷圧はブーム３１の姿勢によって変わっていくが、上記の各実施の形態のいずれにおいても、旋回ブーム上げ動作中にブーム負荷が変動すれば旋回トルクの減少率は変動する。旋回ブーム上げ動作中のブーム負荷の変動を加味したトルク等の挙動の一例を図１２に示す。同図に示すようにブーム上げ操作指令ｉｂが一定であっても、ブーム３１の姿勢の変化に伴ってブームシリンダ３２のボトム圧Ｐｂ（実線）が変動する。しかし、ブーム負荷の変化に追従してブーム減算量演算ブロック８３ａ、旋回速度減速量演算部８３ｂで演算される減速量も変動するので、ブーム上げ量Ｄｂの減少率の変動に同調して旋回角速度ωの減少率も変動し、結果としてブーム３１の描く軌跡の基準の軌跡とのずれを抑制することができる（Ｄｂ／ωの変動が抑制できる）。

また、先述した第１及び第２の実施の形態においては、旋回速度を減じるに当たって旋回用電動モータ２５を回生駆動させることにより、発電出力を得ることができるのでエネルギー効率が向上する。

一方、第４の実施の形態においては、旋回減速量ΔＳやブーム減速量ΔＲの演算を省略することができるので、他の実施の形態に比べてアルゴリズムを簡略化することができるメリットがある。

（その他）
以上の各実施の形態では、油圧ショベルに本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、俯仰動可能な作業機と旋回体とを備えた建設機械全般に本発明は適用でき、クレーン（作業機）と旋回体を持ったクレーン車等の他の建設機械にも本発明は適用可能である。

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
１４左走行用油圧モータ
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旋回油圧モータ
３０ショベル機構
３１ブーム
３２ブームシリンダ
３３アーム
３５バケット
４０油圧システム
４１油圧ポンプ
４２コントロールバルブ
４３油圧配管
５０パワーコントロールユニット
５１メインコンタクタ
６１旋回用スプール
６４ブーム用スプール
７２旋回操作装置
７８ブーム操作装置
８０コントローラ

Claims

走行体と、
この走行体上に旋回可能に設けた旋回体と、
この旋回体を旋回駆動する旋回モータと、
前記旋回体に連結したブームと、
このブームを俯仰動させるブームシリンダと、
前記旋回体の旋回動作を指示する旋回操作装置と、
前記ブームの俯仰動を指示するブーム操作装置と、
前記ブームシリンダの負荷に応じて変化する状態量を検出する検出器とを備えた建設機械において、
前記旋回操作装置による旋回操作及び前記ブーム操作装置によるブーム上げ操作の信号が入力されている間、前記旋回操作の信号に応じた基準旋回速度に対して前記検出器の信号に応じて前記旋回体の旋回速度を減じるコントローラを備えており、
前記コントローラは、前記ブーム上げ操作の信号に応じた基準ブーム上げ速度に対するブーム減速量を前記検出器の信号を基に演算し、演算したブーム減速量が大きいほど前記基準旋回速度に対する旋回速度の減少量を大きく設定することを特徴とする建設機械。
請求項１記載の建設機械において、
前記旋回モータは、油圧モータと電動モータとを含み、
前記コントローラは、前記検出器の検出信号に応じた発電負荷指令を前記電動モータに出力することを特徴とする建設機械。
請求項１記載の建設機械において、
前記旋回モータは電動モータであり、
前記コントローラは、前記検出器の検出信号に応じて前記電動モータの回転速度を制御することを特徴とする建設機械。
請求項１に記載の建設機械において、
前記検出器は、前記ブームシリンダの負荷圧を検出する圧力センサであり、
前記コントローラは、当該圧力センサの信号を基に演算したブームの減速量を基に前記旋回モータの回転速度を制御する
ことを特徴とする建設機械。
請求項１に記載の建設機械において、
前記検出器は、前記ブームシリンダのストローク変化を検出するストロークセンサであり、
前記コントローラは、当該ストロークセンサの信号を基に演算したブームの減速量を基に前記旋回モータの回転速度を制御する
ことを特徴とする建設機械。