JP6474702B2 - Drive device for work machine - Google Patents
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Description
本発明は、作業機械の駆動装置に関する。 The present invention relates to a drive device for a work machine.
近年、油圧ショベルやホイールローダなどの建設機械において、燃料や消費率低減のための省エネシステムが着目されている。省エネシステムとして、絞り弁を介さずに油圧ポンプと油圧アクチュエータを流路で直接接続し、油圧ポンプからの吐出流量制御で油圧アクチュエータを直接に制御する油圧システムの適用が検討されている。この油圧システムによれば、油圧アクチュエータが必要とする流量のみを油圧ポンプが吐出するため、分流による損失が生じない。 In recent years, in construction machines such as hydraulic excavators and wheel loaders, attention has been focused on fuel and energy saving systems for reducing the consumption rate. As an energy saving system, application of a hydraulic system in which a hydraulic pump and a hydraulic actuator are directly connected via a flow path without using a throttle valve, and the hydraulic actuator is directly controlled by controlling a discharge flow rate from the hydraulic pump is being studied. According to this hydraulic system, since the hydraulic pump discharges only the flow rate required by the hydraulic actuator, there is no loss due to the diversion.
この油圧システムを油圧ショベルに適用した場合、油圧ポンプと油圧アクチュエータを接続する流路上に、流路切換回路を設け、複数台の油圧ポンプの吐出した作動油を選択的に合流させて油圧アクチュエータを駆動する。このとき、ある一定の接続順位に従って各油圧ポンプを1つの油圧アクチュエータに割当てるため、油圧ショベルの動作によっては、軽負荷の油圧アクチュエータに多く接続される油圧ポンプや、重負荷の油圧アクチュエータに多く接続される油圧ポンプが発生し、これら油圧ポンプの消耗度合に差が生じることが想定される。 When this hydraulic system is applied to a hydraulic excavator, a flow path switching circuit is provided on the flow path connecting the hydraulic pump and the hydraulic actuator to selectively merge the hydraulic oil discharged from a plurality of hydraulic pumps. To drive. At this time, since each hydraulic pump is assigned to one hydraulic actuator according to a certain connection order, depending on the operation of the hydraulic excavator, many hydraulic pumps connected to light load hydraulic actuators or many heavy load hydraulic actuators are connected. It is assumed that there is a difference in the degree of wear of these hydraulic pumps.
このことにより、累積した消耗度合の高い油圧ポンプが故障したときに、他の油圧ポンプがほとんど消耗していなくとも油圧ショベルの稼働を止めなければならず、油圧ショベルの稼働率を低下させてしまうという問題が生じる。 As a result, when a hydraulic pump with a high accumulated degree of failure breaks down, the operation of the hydraulic excavator must be stopped even if the other hydraulic pumps are hardly consumed, and the operating rate of the hydraulic excavator is reduced. The problem arises.
このような問題に対し、複数の油圧ポンプを複数の油圧アクチュエータに接続可能とした油圧システムにおいて、各油圧ポンプの動作に関するデータを計測してそれぞれの仕事量等を演算し、当該仕事量の累積(以下、累積仕事量)が最小の油圧ポンプから最大の油圧ポンプの順に油圧アクチュエータに接続することで、油圧ポンプの残り寿命の平均化を図る油圧システムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In response to such a problem, in a hydraulic system in which a plurality of hydraulic pumps can be connected to a plurality of hydraulic actuators, the data related to the operation of each hydraulic pump is measured to calculate the amount of work, and the accumulation of the work. There has been proposed a hydraulic system that averages the remaining life of a hydraulic pump by connecting to the hydraulic actuator in order of the hydraulic pump having the smallest (accumulated work amount) (hereinafter, cumulative work amount) (for example, Patent Document 1). reference).
上述した油圧システムにおいては、モータと油圧ポンプの動作に関するデータとして、例えば、モータに印加される電流及び電圧、モータ温度、速度、トルク、集計動作時間等を計測し、油圧ポンプの残り寿命の平均化のため、各油圧ポンプのそれぞれの仕事量を上記データから演算して、累積仕事量に応じて、油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続を制御している。 In the hydraulic system described above, as data relating to the operation of the motor and the hydraulic pump, for example, current and voltage applied to the motor, motor temperature, speed, torque, total operation time, etc. are measured, and the average remaining life of the hydraulic pump is measured. Therefore, the work of each hydraulic pump is calculated from the above data, and the connection between the hydraulic pump and the hydraulic actuator is controlled according to the accumulated work.
このため、ある油圧ポンプのデータを計測する計測手段に誤差がある場合には、累積仕事量に当該誤差の累積が加算されてしまい、累積仕事量の正確な見積もりならびに平均化が難しくなり、油圧ポンプの残り寿命の平均化が測れないという問題が生じる。 For this reason, if there is an error in the measurement means that measures the data of a certain hydraulic pump, the accumulated error is added to the accumulated work amount, making it difficult to accurately estimate and average the accumulated work amount. The problem arises that the remaining life of the pump cannot be averaged.
本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、各油圧ポンプの動作に関するデータ計測や累積仕事量の演算を行わずに、各油圧ポンプの寿命の平均化を図ることのできる作業機械の駆動装置を提供することにある。 The present invention has been made on the basis of the above-mentioned matters, and its purpose is to average the lifespan of each hydraulic pump without measuring data regarding the operation of each hydraulic pump and calculating the accumulated work amount. An object of the present invention is to provide a drive device for a work machine that can be used.
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、オペレータが操作する操作部材と、複数の油圧ポンプと、前記複数の油圧ポンプの吐出流量を制御する複数のレギュレータと、前記複数の油圧ポンプと流路により接続された複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧ポンプと前記複数の油圧アクチュエータとを接続する流路上にそれぞれ設けられ、前記複数の油圧ポンプのうちの1つの油圧ポンプを前記複数の油圧アクチュエータのうちの1つの油圧アクチュエータに接続可能とする複数の切換弁と、前記複数のレギュレータと前記複数の切換弁とを制御するそれぞれの指令信号を出力するコントローラとを備えた作業機械の駆動装置であって、前記コントローラは、前記操作部材の操作量に応じて前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれの要求流量を前記複数の油圧ポンプの定格流量との比として演算し、前記要求流量に応じて前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれの要求ポンプ個数値を演算する要求ポンプ演算部と、前記複数の油圧アクチュエータうちの1つの油圧アクチュエータに対する前記複数の油圧ポンプの接続関係の優先度を規定した優先テーブルが複数個記憶された接続順番記憶部と、演算に使用される優先テーブルを変更する間隔時間が記憶された変更間隔時間記憶部と、前記接続順番記憶部からの複数の優先テーブルと、前記変更間隔時間記憶部からの間隔時間とを取り込み、計時して前記間隔時間に到達したときに、出力する優先テーブルを変更する接続順番変更部と、前記要求ポンプ演算部からの要求流量と要求ポンプ個数値と、前記接続順番変更部が出力する優先テーブルとを取り込み、前記要求ポンプ個数値を基に、前記複数の油圧ポンプの前記複数の油圧アクチュエータへの割当てを算出し、前記算出した割当てを基に、前記複数のレギュレータ及び前記複数の切換弁に対する指令信号を出力する使用ポンプ演算部とを備えた、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted. The present application includes a plurality of means for solving the above-described problems. To give an example, an operation member operated by an operator, a plurality of hydraulic pumps, and a plurality of discharge flow rates of the plurality of hydraulic pumps are controlled. A regulator, a plurality of hydraulic actuators connected to the plurality of hydraulic pumps by a flow path, and a flow path connecting the plurality of hydraulic pumps and the plurality of hydraulic actuators, respectively, A plurality of switching valves that enable one hydraulic pump to be connected to one hydraulic actuator among the plurality of hydraulic actuators, and respective command signals for controlling the plurality of regulators and the plurality of switching valves. A drive device for a work machine comprising a controller, wherein the controller is responsive to an operation amount of the operation member. A required pump calculation unit that calculates a required flow rate of each of the plurality of hydraulic actuators as a ratio with a rated flow rate of the plurality of hydraulic pumps, and calculates a required pump number value of each of the plurality of hydraulic actuators according to the required flow rate A connection order storage unit that stores a plurality of priority tables that define the priority of the connection relation of the plurality of hydraulic pumps to one hydraulic actuator of the plurality of hydraulic actuators, and a priority table used for calculation. The change interval time storage unit storing the change interval time, the plurality of priority tables from the connection order storage unit, and the interval time from the change interval time storage unit are fetched and timed to reach the interval time. Connection order changing unit that changes the priority table to be output, and the requested flow rate and request from the requested pump calculation unit The number of pumps and the priority table output by the connection order changing unit, and based on the requested pump number value, calculates the allocation of the plurality of hydraulic pumps to the plurality of hydraulic actuators, and calculates the calculated allocation. And a use pump computing unit that outputs command signals for the plurality of regulators and the plurality of switching valves.
本発明によれば、各油圧ポンプの動作に関するデータ計測や累積仕事量の演算を行わずに、各油圧ポンプの寿命の平均化を行える。この結果、作業機械の保守時間を低減できるので、作業機械の稼働率の低下を防止することができる。 According to the present invention, the lifespan of each hydraulic pump can be averaged without performing data measurement regarding the operation of each hydraulic pump and calculation of the accumulated work amount. As a result, since the maintenance time of the work machine can be reduced, it is possible to prevent a reduction in the operation rate of the work machine.
以下本発明の作業機械の駆動装置の実施の形態を図面を用いて説明する。 Embodiments of a drive device for a work machine according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルを示す側面図、図2は本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態を示す概略図である。図1において、油圧ショベル100は、クローラ式の走行装置を備えた下部走行体1Cと、下部走行体1Cの上に旋回装置を介して旋回可能に設けた上部旋回体1Bとを備えている。上部旋回体1Bにはオペレータが搭乗するキャビン103が配置されている。また、上部旋回体1Bの前側には、フロント作業装置1Aの基端部が回動可能に取付けられている。
FIG. 1 is a side view showing a hydraulic excavator provided with an embodiment of a drive device for a work machine according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic view showing an embodiment of the drive device for a work machine according to the present invention. In FIG. 1, a
フロント作業装置1Aは、ブーム1、アーム2、バケット3を有する多関節構造であり、ブーム1はブームシリンダ4の伸縮により上部旋回体1Bに対して上下方向に回動し、アーム2はアームシリンダ5の伸縮によりブーム1に対して上下及び前後方向に回動し、バケット3はバケットシリンダ6の伸縮によりアーム2に対して上下及び前後方向に回動する。旋回装置は旋回用モータ7により駆動する。
The
次に、図2に示す概略図における駆動装置のシステム構成を説明する。ここでは、ブームシリンダ4とアームシリンダ5とバケットシリンダ6と旋回用モータ7とを駆動する駆動装置を例に説明する。本実施の形態と直接的に関係しないリリーフ弁、フラッシング弁、リターン回路、ロードチェック弁などは説明の簡略化のため省略している。
Next, the system configuration of the driving device in the schematic diagram shown in FIG. 2 will be described. Here, a drive device that drives the
図2において、動力源であるエンジン8の駆動軸は、動力を配分する動力伝達装置9に接続されている。動力伝達装置9には、閉回路ポンプであって、両傾転可変容量形油圧ポンプである第1油圧ポンプ10aと、第2油圧ポンプ10bと、第3油圧ポンプ10cと、第4油圧ポンプ10dとが接続されている。
In FIG. 2, the drive shaft of the engine 8 that is a power source is connected to a power transmission device 9 that distributes power. The power transmission device 9 includes a first
第1油圧ポンプ10a〜第4油圧ポンプ10dは、それぞれ流量調整手段として一対の入出力ポートを持つ両傾転斜板機構と、斜板の傾斜角を調整してポンプ押しのけ容積を調整するするレギュレータ10ax,10bx,10cx,10dxを備えている。レギュレータ10ax,10bx,10cx,10dxは、コントローラ15から通信線を介して受信したポンプ吐出流量指令値に従って、第1油圧ポンプ10a〜第4油圧ポンプ10dの吐出流量をそれぞれ制御する。
The first
第1油圧ポンプ10aの吐出ポートは、流路20又は流路21を介して流路切換回路としての切換弁11a,11b,11c,11dに接続されている。切換弁11a,11b,11c,11dはコントローラ15からの制御信号線を介した信号により、流路の流通及び遮断が制御され、信号が無い場合は遮断状態に制御される。
The discharge port of the first
切換弁11aは、流路40,41を介してブームシリンダ4に接続されていて、切換弁11aが流通状態になると、第1油圧ポンプ10aはブームシリンダ4と流路20,21,40,41を介して接続される。
The switching valve 11a is connected to the
切換弁11bは、流路42,43を介してアームシリンダ5に接続されていて、切換弁11bが流通状態になると、第1油圧ポンプ10aはアームシリンダ5と流路20,21,42,43を介して接続される。
The switching valve 11b is connected to the
切換弁11cは、流路44,45を介してバケットシリンダ6に接続されていて、切換弁11cが流通状態になると、第1油圧ポンプ10aはバケットシリンダ6と流路20,21,44,45を介して接続される。
The switching valve 11c is connected to the
切換弁11dは、流路46,47を介して旋回用モータ7に接続されていて、切換弁11dが流通状態になると、第1油圧ポンプ10aは旋回用モータ7と流路20,21,46,47を介して接続される。
The switching valve 11d is connected to the turning
同様に、第2油圧ポンプ10bの吐出ポートは、流路22又は流路23を介して流路切換回路としての切換弁11e,11f,11g,11hに接続され、第3油圧ポンプ10cの吐出ポートは、流路24又は流路25を介して流路切換回路としての切換弁11i,11j,11k,11lに接続され、第4油圧ポンプ10dの吐出ポートは、流路26又は流路27を介して流路切換回路としての切換弁11m,11n,11o,11pに接続されている。これら切換弁11e〜11pはコントローラ15からの制御信号線を介した信号により、流路の流通及び遮断が制御され、信号が無い場合は遮断状態に制御される。
Similarly, the discharge port of the second
同様に、切換弁11e,11i,11mは、流路40,41を介してブームシリンダ4に接続されていて、切換弁11f,11j,11nは、流路42,43を介してアームシリンダ5に接続されている。また、切換弁11g,11k,11oは、流路44,45を介してバケットシリンダ6に接続されていて、切換弁11h,11l,11pは、流路46,47を介して旋回用モータ7に接続されている。
Similarly, the switching valves 11e, 11i, and 11m are connected to the
また、本実施の形態における駆動装置は、操作部材として、コントローラ15に接続された操作レバー式の操作装置16a,16bを備えている。操作装置16aの操作レバーの上下操作がブームシリンダ4の操作に対応し、操作装置16aの操作レバーの左右操作がバケットシリンダ6の操作に対応する。同様に、操作装置16bの操作レバーの上下操作がアームシリンダ5の操作に対応し、操作装置16bの操作レバーの左右操作が旋回用モータ7の操作に対応する。コントローラ15は、操作装置16a,16bの操作レバーの操作量に応じてブームシリンダ4とアームシリンダ5とバケットシリンダ6と旋回用モータ7のそれぞれの要求流量を演算し、この要求流量に応じてそれぞれの要求ポンプ個数を演算する要求ポンプ演算部等を備え、操作装置16a,16bからの操作レバーの操作量などの情報に基づき、切換弁11a〜11pの切換と、第1油圧ポンプ10a〜第4油圧ポンプ10dの流量を制御する。
Further, the drive device in the present embodiment includes operation lever
次に、本実施の形態における動作の概要について図2及び3を用いて説明する。図3は本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態における油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続関係の優先度を規定したテーブルの一例を示す表図である。 Next, an outline of the operation in the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a table showing an example of a table defining the priority of the connection relationship between the hydraulic pump and the hydraulic actuator in the embodiment of the drive device for the work machine according to the present invention.
例えば第1油圧ポンプ10aからの圧油によって、ブームシリンダ4を伸長させる場合、第1油圧ポンプの流路21側のポートから油が吐出される。このとき、第1油圧ポンプ10aとブームシリンダ4の流路上にある切換弁11aを流通状態に切換ることで、当該ポートとブームシリンダ4のヘッド側油室が接続される。そして、ブームシリンダ4のロッド側油室からの戻り油は第1油圧ポンプ10aのもう一方のポートから吸い込まれる。
For example, when the
このように、油圧ポンプの接続先変更などの過渡的な状態を除き、ある油圧ポンプは1つの油圧アクチュエータに接続されるため、従来のように絞り弁を用いた分流による損失がなく、省エネ効果が得られる。このように油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続および変更が繰り返される油圧システムでは、その接続および変更に一定の規則が必要になる。 In this way, except for a transitional state such as changing the connection destination of the hydraulic pump, a certain hydraulic pump is connected to one hydraulic actuator, so there is no loss due to the diversion using a throttle valve as in the past, and energy saving effect Is obtained. In the hydraulic system in which the connection and change between the hydraulic pump and the hydraulic actuator are repeated in this way, a certain rule is required for the connection and change.
本実施の形態においては、図3で一例として示すような、各油圧アクチュエータに対し各油圧ポンプが接続する順番、および、複合動作における油圧ポンプ個数配分の取り決めを表すテーブル(油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続関係の優先度を規定したテーブル(以下優先テーブルという))を規則として使用すると共に、予め設定した時間の間隔で他の優先テーブルに変更することを特徴とする。 In the present embodiment, as shown in FIG. 3 as an example, the order in which each hydraulic pump is connected to each hydraulic actuator, and a table indicating the arrangement of the number of hydraulic pumps in the combined operation (the hydraulic pump and the hydraulic actuator are arranged). A table defining the priority of connection relation (hereinafter referred to as a priority table) is used as a rule, and is changed to another priority table at a preset time interval.
例えば、ブームシリンダ4のみを動作させる場合、操作装置16aの操作レバーを操作すると、図3のブームの列の優先度が1である第1油圧ポンプ10aがブームシリンダ4に接続される。そして、操作装置16aの操作レバー操作量が増加してある閾値を超えると、優先度が2である第2油圧ポンプ10bがブームシリンダ4に接続され、さらに、操作装置16aの操作レバー操作量が増加すると、優先度が3である第3油圧ポンプ10cがブームシリンダ4に接続され、さらに、操作装置16aの操作レバー操作量が増加すると、優先度が4である第4油圧ポンプ10dがブームシリンダ4に接続される。同様に、アームシリンダ5のみを動作させる場合には、操作装置16bの操作レバー操作量の増加に伴い、油圧ポンプは、第2油圧ポンプ10b、第4油圧ポンプ10d、第1油圧ポンプ10a、第3油圧ポンプ10cの順にアームシリンダ5に接続される。
For example, when only the
また、4個全ての油圧ポンプ10a〜10dがアームシリンダ5に接続されている状態の下で、操作装置16aの操作レバーを操作してブームシリンダ4の操作量を増加する複合動作を行うと、図3のブームの列の優先度が1である第1油圧ポンプ10aの使用が要求される。
Further, under the state where all four
しかし、第1油圧ポンプ10aは既にアームシリンダ5に接続されているので、優先度によるポンプ個数の配分が行われる。すなわち、第1油圧ポンプ10aは、アームシリンダ5に対する優先度は3であるのに対して、ブームシリンダ4に対する優先度は、それより高い1である。このことにより、第1油圧ポンプ10aは、アームシリンダ5から遮断されて、ブームシリンダ4へ接続し直される。
However, since the first
その後、ブームシリンダ4の操作量を更に増加させると、第3油圧ポンプ10cがアームシリンダ5から遮断されて、ブームシリンダ4へ接続し直される。しかし、第2油圧ポンプ10bの優先度は、アームシリンダ5の方が1で、ブームシリンダ4の方の2より高いため、第2油圧ポンプ10bはアームシリンダ5に接続されたままになる。同様に、第4油圧ポンプ10dの優先度は、アームシリンダ5の方が2で、ブームシリンダ4の方の4より高いため、第4油圧ポンプ10dはアームシリンダ5に接続されたままになる。
Thereafter, when the operation amount of the
このように、コントローラ15が、接続の優先度を用いて油圧ポンプ個数を適切に配分することで、複合動作時でも各油圧アクチュエータを安定して動作させることができる。
As described above, the
なお、図3に示す優先テーブルは、流路切換回路(切換弁)により、全ての油圧ポンプ(第1油圧ポンプ10a〜第4油圧ポンプ10d)が全ての油圧アクチュエータ(ブームシリンダ4、アームシリンダ5、バケットシリンダ6、旋回用モータ7)に等しく切換接続可能であることを条件として適用されるものである。例えば、第1油圧ポンプ10a〜第3油圧ポンプ10cがブームシリンダ4、アームシリンダ5、バケットシリンダ6にのみ接続可能であって、第4油圧ポンプは旋回用モータ7のみに接続可能なように流路切換回路(切換弁)が形成されているシステムの場合には、図3の旋回用モータの列を削除した優先テーブルを用いれば良い。
In the priority table shown in FIG. 3, all hydraulic pumps (first
次に、本実施の形態におけるコントローラの構成を図4乃至7を用いて説明する。図4は本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態を構成するコントローラの構成を示す概略図、図5Aは本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態を構成するコントローラの要求ポンプ演算部におけるブーム要求流量の演算の一例を示す特性図、図5Bは本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態を構成するコントローラの要求ポンプ演算部におけるアーム要求流量の演算の一例を示す特性図、図6Aは本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態を構成するコントローラの要求ポンプ演算部におけるブーム要求ポンプ個数の演算の一例を示す特性図、図6Bは本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態を構成するコントローラの要求ポンプ演算部におけるアーム要求ポンプ個数の演算の一例を示す特性図、図7は本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態における油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続関係の優先度を規定したテーブルの他の例を示す表図である。 Next, the configuration of the controller in the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a controller constituting one embodiment of a drive device for a work machine according to the present invention, and FIG. 5A is a request pump of a controller constituting one embodiment of a drive device for a work machine according to the present invention. FIG. 5B is a characteristic diagram showing an example of the calculation of the boom required flow rate in the calculation unit, and FIG. 5B shows an example of the calculation of the arm required flow rate in the request pump calculation unit of the controller constituting one embodiment of the drive device for the work machine of the present invention. FIG. 6A is a characteristic diagram, FIG. 6A is a characteristic diagram showing an example of calculation of the number of requested boom pumps in the requested pump calculation unit of the controller constituting the embodiment of the drive device for the work machine of the present invention, and FIG. 6B is the work machine of the present invention. FIG. 7 is a characteristic diagram showing an example of calculation of the number of arm request pumps in the request pump calculation unit of the controller that constitutes an embodiment of the drive device according to the present invention. It is a table showing another example of a table defining the priority of the connection relationship between the hydraulic pump and the hydraulic actuator in the embodiment of the driving device.
図4に示すように、コントローラ15は、操作装置16a,16bの操作レバー操作量に応じてそれぞれの要求ポンプ個数を演算する要求ポンプ演算部30と、油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続関係の優先度を規定した複数の優先テーブルから、現在の優先テーブルと異なる他の優先テーブルに変更する間隔を記憶する変更間隔時間記憶部31と、前記複数の優先テーブルを記憶した接続順番記憶部32と、変更間隔時間記憶部31からの信号と接続順番記憶部32からの信号を入力し、計時して設定した間隔時間において、優先テーブルを変更する接続順番変更部33と、要求ポンプ演算部30からの信号と接続順番変更部33からの信号を入力し、要求ポンプ個数信号を基に、油圧ポンプの油圧アクチュエータへの割当てを算出し、当該割当て結果を基に、各油圧ポンプのレギュレータ10ax〜10dx及び各切換弁11a〜11pに対する指令信号を出力する使用ポンプ演算部34とを備えている。
As shown in FIG. 4, the
要求ポンプ演算部30は、操作装置16a,16bから、各油圧アクチュエータに対する操作レバー操作量信号を入力し、各油圧アクチュエータに対する要求流量(油圧ポンプの定格流量との比として油圧ポンプの個数分(個分)で示す)と要求ポンプ個数とを演算する。要求流量(個分)は、図5Aと図5Bに示すように、操作装置16a,16bの操作レバー操作量によって決定される。例えば、ある時刻においてブームシリンダ4、アームシリンダ5の操作量がそれぞれ全操作量の20%、30%であるとする。この操作量に対し、図5A,図5Bで定める特性線図により、要求流量はブームシリンダ4が定格流量の油圧ポンプ0.8個分、アームシリンダ5が定格流量の油圧ポンプ1.2個分と定まり、この要求流量信号が使用ポンプ演算部34へ出力される。
The requested
要求ポンプ個数は、図6Aと図6Bに示すように、油圧アクチュエータの要求流量(個分)によって決定される。上述したように、本実施の形態においては、1の油圧ポンプは、複数の油圧アクチュエータには接続されないため、ブームシリンダ4とアームシリンダ5は互いに重複せずに油圧ポンプを要求する。上述した操作量の場合、図6A,図6Bで定める特性線図により、要求流量(個分)に対する要求ポンプ個数は、ブームシリンダ4は1個、アームシリンダ5は2個となり、この要求ポンプ個数信号が使用ポンプ演算部34へ出力される。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the required number of pumps is determined by the required flow rate (for each) of the hydraulic actuator. As described above, in the present embodiment, since one hydraulic pump is not connected to a plurality of hydraulic actuators, the
図4に戻り、変更間隔時間記憶部31は、現在の優先テーブルと異なる他の優先テーブルに変更する間隔を記憶するものであり、例えば、1週間(154時間)などを設定することができる。変更間隔時間記憶部31からの信号は接続順番変更部33に入力する。
Returning to FIG. 4, the change interval
接続順番記憶部32は、複数の優先テーブルを記憶している。本実施の形態においては、図3に示す第1の優先テーブルと、図7に示す第2の優先テーブルが記憶されている。接続順番記憶部32からの信号は接続順番変更部33に入力する。
The connection
接続順番変更部33は、変更間隔時間記憶部31からの優先テーブルを変更する間隔時間の信号と、接続順番記憶部32からの第1の優先テーブ信号と第2の優先テーブル信号とを取り込み、計時して設定した間隔時間において、出力する優先テーブル信号を変更する。接続順番変更部33からの信号は使用ポンプ演算部34に入力する。
The connection order changing unit 33 takes in the interval time signal for changing the priority table from the change interval
使用ポンプ演算部34は、要求ポンプ演算部30からの要求流量信号と要求ポンプ個数信号と、接続順番変更部33からの優先テーブル信号とを取り込み、要求ポンプ個数信号を基に、油圧ポンプの油圧アクチュエータへの割当てを算出し、当該割当て結果を基に、各油圧ポンプのレギュレータ10ax〜10dx及び各切換弁11a〜11pに対する指令信号を出力する。
The used pump computing unit 34 takes in the requested flow rate signal, the requested pump number signal from the requested
次に、本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態における動作について図8を用いて説明する。図8は本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態における油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続変更の動作を示す概略図である。 Next, the operation of the embodiment of the working machine drive device of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic diagram showing the operation of changing the connection between the hydraulic pump and the hydraulic actuator in one embodiment of the drive device for the work machine of the present invention.
図8において、横軸は時間を示していて、縦軸は、(a)ブーム操作レバー入力、(b)アーム操作レバー入力、(c)ブーム要求流量、(d)アーム要求流量、(e)第1油圧ポンプ流量(ポンプ個数分)と接続先、(f)第2油圧ポンプ流量(ポンプ個数分)と接続先、(g)第3油圧ポンプ流量(ポンプ個数分)と接続先、(h)第4油圧ポンプ流量(ポンプ個数分)と接続先、をそれぞれ示している。また、時刻t1は、ブーム操作レバーの操作量を全操作量の20%として、アーム操作レバーの操作量を全操作量の30%とした時刻を、時刻t2は、変更間隔時間記憶部31で記憶した変更時間に到達した時刻をそれぞれ示している。なお、時刻t1から時刻t2前までは、第1優先テーブルが用いられていて、時刻t2以後からは第2優先テーブルが用いられている。
In FIG. 8, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates (a) boom operation lever input, (b) arm operation lever input, (c) boom requested flow rate, (d) arm requested flow rate, (e) (F) Second hydraulic pump flow rate (for the number of pumps) and connection destination, (g) Third hydraulic pump flow rate (for the number of pumps) and connection destination, (h) ) The fourth hydraulic pump flow rate (for the number of pumps) and the connection destination are shown. The time t1 is the time when the operation amount of the boom operation lever is 20% of the total operation amount and the operation amount of the arm operation lever is 30% of the total operation amount. The time t2 is the change interval
まず、時刻t1において、ブーム操作レバーの操作量を全操作量の20%として、アーム操作レバーの操作量を全操作量の30%とすると、(a),(b)に示すように操作装置16a,16bから、各油圧アクチュエータに対する操作レバー操作量信号が、要求ポンプ演算部30に入力される。この操作量に対して図5A,図5Bで定める特性線図により、要求流量はブームシリンダ4が定格流量の油圧ポンプ0.8個分、アームシリンダ5が定格流量の油圧ポンプ1.2個分と定まり、この結果を(c),(d)に示す。
First, at time t1, assuming that the operation amount of the boom operation lever is 20% of the total operation amount and the operation amount of the arm operation lever is 30% of the total operation amount, as shown in FIGS. The operation lever operation amount signals for the respective hydraulic actuators are input to the request
要求ポンプ演算部30においては、要求流量を基に図6A,図6Bで定める特性線図により、要求流量に対する要求ポンプ個数を算出する。ブームシリンダ4は1個、アームシリンダ5は2個となる。
The required
図4に示す使用ポンプ演算部34は、要求ポンプ演算部30から要求流量の信号と要求ポンプ個数の信号を入力する。一方、時刻t1から時刻t2までは、第1優先テーブルが設定されているので、接続順番変更部33から図3に示す第1優先テーブルの信号を入力する。
The used pump calculation unit 34 shown in FIG. 4 inputs a request flow rate signal and a request pump number signal from the request
このことにより、使用ポンプ演算部34は、第1優先テーブルによる割当てを行い、第1油圧ポンプ10aをブームシリンダ4へ接続するように切換弁11aへの指令を出力し、0.8個分の流量が供給できるようにレギュレータ10axへの指令を出力する。また、第2油圧ポンプ10bをアームシリンダ5へ接続するように切換弁11fへの指令を出力し、1個分の流量が供給できるようにレギュレータ10bxへの指令を出力する。この結果を図8(e),(f)に示す。 また、使用ポンプ演算部34は、第4油圧ポンプ10dをアームシリンダ5へ接続するように切換弁11nへの指令を出力し、0.2個分の流量が供給できるようにレギュレータ10dxへの指令を出力する。第3油圧ポンプ10cはどの油圧アクチュエータにも接続されず、流量は0個分となる。この結果を図8(h),(g)に示す。
As a result, the used pump computing unit 34 performs allocation according to the first priority table, outputs a command to the switching valve 11a to connect the first
次に、このような状態の下で、変更間隔時間記憶部31で記憶した変更時間である時刻t2に到達すると、図4における接続順番変更部33に優先テーブルを変更する間隔時間に到達したことが入力されるので、接続順番変更部33は第1優先テーブルに換えて第2優先テーブルを使用ポンプ演算部34へ出力する。
Next, under this state, when the time t2, which is the change time stored in the change interval
使用ポンプ演算部34においては、要求ポンプ演算部30からの要求流量の信号と要求ポンプ個数の信号は変化ないが、接続順番変更部33からの優先テーブルが切換わるため、第2優先テーブルによる割当てを行う。具体的には、図7に示す第2優先テーブルを基に、第1油圧ポンプ10aをアームシリンダ5へ接続するように切換弁11bへの指令を出力し、0.2個分の流量が供給できるようにレギュレータ10axへの指令を出力する。また、第2油圧ポンプ10bをブームシリンダ4へ接続するように切換弁11eへの指令を出力し、0.8個分の流量が供給できるようにレギュレータ10bxへの指令を出力する。この結果を図8(e),(f)に示す。
In the used pump calculation unit 34, the request flow rate signal from the request
また、使用ポンプ演算部34は、第3油圧ポンプ10cをアームシリンダ5へ接続するように切換弁11jへの指令を出力し、1個分の流量が供給できるようにレギュレータ10cxへの指令を出力する。第4油圧ポンプ10dはどの油圧アクチュエータにも接続されず、流量は0個分となる。この結果を図8(g),(h)に示す。
Moreover, the used pump calculating part 34 outputs the instruction | command to the switching
上述した本実施の形態において、図8の時刻t1から時刻t2の間は、(e)〜(h)に示すように、各油圧ポンプの吐出流量と吐出圧力は異なるので、各油圧ポンプの消耗度合いには差が生じる。
一般的な作業機械において、このような油圧ポンプの要求流量がほぼ同じであるような繰り返し動作を行うと、油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続関係がほぼ固定されてしまい、消耗度合の差が蓄積され、油圧ポンプの残り寿命に大きな個体差が生じてしまう。したがって、適宜油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続関係を変更する必要がある。
In the present embodiment described above, between time t1 and time t2 in FIG. 8, as shown in (e) to (h), the discharge flow rate and the discharge pressure of each hydraulic pump are different. There is a difference in degree.
In a general work machine, when such a repetitive operation in which the required flow rate of the hydraulic pump is almost the same is performed, the connection relationship between the hydraulic pump and the hydraulic actuator is almost fixed, and a difference in the degree of wear is accumulated. As a result, a large individual difference occurs in the remaining life of the hydraulic pump. Therefore, it is necessary to appropriately change the connection relationship between the hydraulic pump and the hydraulic actuator.
ここで、例えば油圧ポンプの仕事量(=圧力×流量×稼働時間)を油圧ポンプごとに演算し、当該仕事量を累積した累積仕事量の平均化を図るように油圧ポンプ間で接続順番を変更することが考えられる。この場合、計測手段の誤差が問題となる。すなわち、ある油圧ポンプの圧力計測手段と流量計測手段の少なくとも一方に誤差がある場合には、当該油圧ポンプの累積仕事量に当該誤差の累積が加算される。したがって正確な累積仕事量の見積が難しくなり、累積仕事量の平均化もまた難しくなってしまう。 Here, for example, the work of hydraulic pumps (= pressure x flow rate x operating time) is calculated for each hydraulic pump, and the connection order is changed between the hydraulic pumps so as to average the accumulated work by accumulating the work. It is possible to do. In this case, the error of the measuring means becomes a problem. That is, when there is an error in at least one of the pressure measuring means and the flow rate measuring means of a certain hydraulic pump, the accumulated error is added to the accumulated work amount of the hydraulic pump. Therefore, it is difficult to accurately estimate the accumulated work amount, and it becomes difficult to average the accumulated work amount.
本実施の形態においては、このような計測手段で得た情報を用いずに、変更間隔時間記憶部31で記憶した一定の変更時間の間隔で、油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続関係の優先度を規定したテーブルを変更する。本実施の形態においては、図8に示すように、時刻t2において、第1優先テーブルから第2優先テーブルに変更し、各油圧ポンプの接続先や流量が変更される。このように、時刻t2以後も変更前と同様の各油圧アクチュエータの供給流量を確保しつつ、接続される油圧ポンプを入れ換えることができる。
In the present embodiment, the priority of the connection relationship between the hydraulic pump and the hydraulic actuator is set at a constant change time interval stored in the change interval
本実施の形態では、圧力や流量を計測する計測手段を用いていないため、計測誤差に影響されることなく、油圧ポンプの消耗度合の精度の良い平均化が可能となる。 In the present embodiment, since the measuring means for measuring the pressure and the flow rate is not used, it is possible to accurately average the degree of wear of the hydraulic pump without being affected by the measurement error.
なお、油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続順番の変更方法としては、接続可能な油圧アクチュエータが同一である油圧ポンプの間で変更できればいいので、本実施の形態で説明したような、流路切換回路(切換弁)により、全ての油圧ポンプ(第1油圧ポンプ10a〜第4油圧ポンプ10d)が全ての油圧アクチュエータ(ブームシリンダ4、アームシリンダ5、バケットシリンダ6、旋回用モータ7)に等しく接続可能な場合に限るものではない。
In addition, as a method for changing the connection order of the hydraulic pump and the hydraulic actuator, it is only necessary to change between hydraulic pumps having the same connectable hydraulic actuator. Therefore, the flow path switching circuit as described in this embodiment ( All the hydraulic pumps (the first
例えば、全油圧ポンプのうちの一部である第1油圧ポンプ10a〜第3油圧ポンプ10cが、全油圧アクチュエータのうちの一部であるブームシリンダ4、アームシリンダ5、バケットシリンダ6に等しく接続可能であって、第4油圧ポンプは旋回用モータ7のみに接続可能なシステムの場合には、第1油圧ポンプ10a〜第3油圧ポンプ10cとブームシリンダ4、アームシリンダ5、バケットシリンダ6との間に流路切換回路(切換弁)を設け、これらの間の接続関係の優先度を規定したテーブルを、接続順番記憶部32に記憶させる。このことにより、これらの間でのみ優先テーブルに基づく接続順番が変更できれば良い。
For example, the first
また、変更間隔時間記憶部31による間隔時間の計時は、作業機械のエンジン稼働時間を使用しても良いし、例えば操作装置16a,16bの操作時間、あるいは各油圧ポンプが所定圧以上の圧油を吐出した時間の累積など作業機械の稼働に関連する時間であれば良い。
Further, when measuring the interval time by the change interval
また、接続順番の変更に際しては、変更間隔時間記憶部31で記憶した変更時間に到達したことの他に、操作装置16a,16bの操作量がゼロのとき、すなわち操作をしていないときに接続順番変更を実行するという条件を付加しても良い。具体的には、接続順番変更部33に操作装置16a,16bからの操作量信号を入力し、接続順番変更部33は、計時して間隔時間に到達したことと、操作装置の操作量がゼロであるという条件が満たされたときに、出力する優先テーブルを変更するという処理を実行すればよい。このことにより、操作装置16a,16bを操作しているときの使用油圧ポンプ変更による急激な操作感の変動を防ぐことができる。
Further, when the connection order is changed, in addition to the fact that the change time stored in the change interval
また、図1に示す鉱山用の超大型油圧ショベルの稼働現場では、作動油の補充やエンジンオイルの交換を行うために、定期的に休止時間を設けるのが一般的である。したがって、これら休止時間のタイミングで優先テーブルを変更しても良い。 In addition, in the operation site of the ultra-large hydraulic excavator for a mine shown in FIG. 1, it is common to provide a downtime periodically in order to replenish hydraulic oil or replace engine oil. Therefore, the priority table may be changed at the timing of these pause times.
上述した本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態によれば、各油圧ポンプの動作に関するデータ計測や累積仕事量の演算を行わずに、各油圧ポンプの寿命の平均化を行える。この結果、作業機械の保守時間を低減できるので、作業機械の稼働率の低下を防止することができる。 According to the embodiment of the drive device for a work machine of the present invention described above, the life of each hydraulic pump can be averaged without performing data measurement regarding the operation of each hydraulic pump and calculation of the accumulated work amount. As a result, since the maintenance time of the work machine can be reduced, it is possible to prevent a reduction in the operation rate of the work machine.
なお、本実施の形態では、閉回路ポンプのみを備えた駆動装置を基に説明したが、これに限るものではない。開回路ポンプを備えた駆動装置についても同様に平均化することができる。 In the present embodiment, the description has been made based on the drive device including only the closed circuit pump, but the present invention is not limited to this. A drive device with an open circuit pump can be averaged as well.
また、上記した実施形態は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。 Further, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described.
1A…フロント作業装置、1B…上部旋回体、1C…下部走行体、1…ブーム、2…アーム、3…バケット、4…ブームシリンダ、5…アームシリンダ、6…バケットシリンダ、7…旋回用モータ、8…エンジン、9…動力伝達装置、10a〜d…第1〜4油圧ポンプ(閉回路ポンプ)、10ax〜dx…レギュレータ、11a〜p…切換弁、15…コントローラ、16a,b…操作装置(操作部材)、30…要求ポンプ演算部、31…変更間隔時間記憶部、32…接続順番記憶部、33…接続順番変更部、34…使用ポンプ演算部、100…油圧ショベル。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
複数の油圧ポンプと、
前記複数の油圧ポンプの吐出流量を制御する複数のレギュレータと、
前記複数の油圧ポンプと流路により接続された複数の油圧アクチュエータと、
前記複数の油圧ポンプと前記複数の油圧アクチュエータとを接続する流路上にそれぞれ設けられ、前記複数の油圧ポンプのうちの1つの油圧ポンプを前記複数の油圧アクチュエータのうちの1つの油圧アクチュエータに接続可能とする複数の切換弁と、
前記複数のレギュレータと前記複数の切換弁とを制御するそれぞれの指令信号を出力するコントローラとを備えた作業機械の駆動装置であって、
前記コントローラは、前記操作部材の操作量に応じて前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれの要求流量を前記複数の油圧ポンプの定格流量との比として演算し、前記要求流量に応じて前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれの要求ポンプ個数値を演算する要求ポンプ演算部と、
前記複数の油圧アクチュエータうちの1つの油圧アクチュエータに対する前記複数の油圧ポンプの接続関係の優先度を規定した優先テーブルが複数個記憶された接続順番記憶部と、
演算に使用される優先テーブルを変更する間隔時間が記憶された変更間隔時間記憶部と、
前記接続順番記憶部からの複数の優先テーブルと、前記変更間隔時間記憶部からの間隔時間とを取り込み、計時して前記間隔時間に到達したときに、出力する優先テーブルを変更する接続順番変更部と、
前記要求ポンプ演算部からの要求流量と要求ポンプ個数値と、前記接続順番変更部が出力する優先テーブルとを取り込み、前記要求ポンプ個数値を基に、前記複数の油圧ポンプの前記複数の油圧アクチュエータへの割当てを算出し、算出した前記割当てを基に、前記複数のレギュレータ及び前記複数の切換弁に対する指令信号を出力する使用ポンプ演算部とを備えた、
ことを特徴とする作業機械の駆動装置。 An operation member operated by an operator;
Multiple hydraulic pumps,
A plurality of regulators for controlling discharge flow rates of the plurality of hydraulic pumps;
A plurality of hydraulic actuators connected to the plurality of hydraulic pumps by flow paths;
Provided respectively on flow paths connecting the plurality of hydraulic pumps and the plurality of hydraulic actuators, and one hydraulic pump of the plurality of hydraulic pumps can be connected to one hydraulic actuator of the plurality of hydraulic actuators A plurality of switching valves,
A drive device for a work machine, comprising: a controller that outputs a command signal for controlling the plurality of regulators and the plurality of switching valves;
The controller calculates a required flow rate of each of the plurality of hydraulic actuators as a ratio with a rated flow rate of the plurality of hydraulic pumps according to an operation amount of the operation member, and the plurality of hydraulic actuators according to the required flow rate A request pump calculation unit for calculating the respective request pump number values of
A connection order storage unit in which a plurality of priority tables defining the priority of the connection relation of the plurality of hydraulic pumps to one hydraulic actuator among the plurality of hydraulic actuators are stored;
A change interval time storage unit in which an interval time for changing the priority table used for calculation is stored;
A connection order change unit that takes in a plurality of priority tables from the connection order storage unit and an interval time from the change interval time storage unit, and changes the priority table to be output when the interval time is reached by timing. When,
The plurality of hydraulic actuators of the plurality of hydraulic pumps are fetched based on the requested pump number value based on the requested flow rate, the requested pump number value from the requested pump calculation unit, and the priority table output by the connection order changing unit. A calculation unit to calculate, based on the calculated allocation, comprising a use pump arithmetic unit that outputs a command signal to the plurality of regulators and the plurality of switching valves,
A drive device for a working machine.
前記複数の切換弁は、前記複数の油圧ポンプの全てが前記複数の油圧アクチュエータの全てに等しく接続可能となるように、前記複数の油圧ポンプと前記複数の油圧アクチュエータとを接続する流路上にそれぞれ設けられた
ことを特徴とする作業機械の駆動装置。 In the work machine drive device according to claim 1,
The plurality of switching valves are respectively disposed on flow paths connecting the plurality of hydraulic pumps and the plurality of hydraulic actuators so that all of the plurality of hydraulic pumps can be equally connected to all of the plurality of hydraulic actuators. A drive device for a work machine, characterized by being provided.
前記複数の切換弁は、前記複数の油圧ポンプのうちの一部の油圧ポンプが、前記複数の油圧アクチュエータのうちの一部の油圧アクチュエータに等しく接続可能となるように、前記複数の油圧ポンプのうちの一部の油圧ポンプと前記複数の油圧アクチュエータのうちの一部の油圧アクチュエータとを接続する流路上にそれぞれ設けられた
ことを特徴とする作業機械の駆動装置。 In the work machine drive device according to claim 1,
The plurality of switching valves are configured so that a part of the plurality of hydraulic pumps can be connected to a part of the plurality of hydraulic actuators equally. A working machine drive device characterized in that each of the hydraulic pumps is provided on a flow path connecting a part of the hydraulic pumps and a part of the plurality of hydraulic actuators.
前記接続順番記憶部に記憶された優先テーブルは、前記複数の油圧ポンプのうちの一部の油圧ポンプと前記複数の油圧アクチュエータのうちの一部の油圧アクチュエータとの間の接続関係の優先度を規定したものである
ことを特徴とする作業機械の駆動装置。 In the drive device of the working machine according to claim 3,
The priority table stored in the connection order storage unit indicates a priority of a connection relationship between a part of the plurality of hydraulic pumps and a part of the plurality of hydraulic actuators. A drive device for a work machine characterized by being specified.
前記接続順番変更部は、前記接続順番記憶部からの複数の優先テーブルと、前記変更間隔時間記憶部からの間隔時間と、前記操作部材の操作量とを取り込み、計時して前記間隔時間に到達したことと、前記操作部材の操作量がゼロであるという条件が満たされたときに、出力する優先テーブルを変更する
ことを特徴とする作業機械の駆動装置。 The drive device for a work machine according to any one of claims 1 to 4,
The connection order change unit takes in a plurality of priority tables from the connection order storage unit, an interval time from the change interval time storage unit, and an operation amount of the operation member, and counts to reach the interval time. When the condition that the amount of operation of the operation member is zero is satisfied, the priority table to be output is changed.
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