JP6842856B2 - 液圧駆動システム - Google Patents
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Description
[油圧ショベル]
図1に示すように、作業機械である油圧ショベル3は、先端部に取り付けられたアタッチメント、例えばバケット4によって掘削や運搬等の様々な作業を行うことができるようになっている。油圧ショベル3は、クローラ等の走行装置5を有しており、走行装置5の上に旋回体6が載せられている。構造体の1つである旋回体6には、運転者が搭乗するための運転席6a(キャビン)が形成されている。また、旋回体6には、ブーム7及びアーム8を介してバケット4が設けられており、ブーム7、アーム8、及びバケット4は、前後方向に延在する構造延伸部9を構成している。構造延伸部9は、旋回体6を坂道で旋回させるときに構造延伸部9の重力負荷により旋回体6の旋回に影響を与える要因となる構成である。このように構成されている旋回体6は、走行装置5に対して旋回可能に構成されており、油圧ショベル3は、走行装置5、ブーム7、アーム8及びバケット4を動かしたり、旋回体6を旋回回転させたりする油圧駆動システム1を備えている。以下では、第1実施形態の油圧駆動システム1の構成について、図2及び3を参照しながら説明する。
液圧駆動システムである油圧駆動システム1は、主に2つの油圧ポンプ10,110と、複数のコントロール弁11,111〜117と、複数の作業機アクチュエータ17,121〜125とを備えている。液圧ポンプである油圧ポンプ10,110は、可変容量型の斜板式油圧ポンプであり、エンジンEによって駆動されて作動油(作動液)を吐出するようになっている。油圧ポンプ10,110は、共に斜板10a,110aを有しており、この斜板10a,110aを傾転させることで作動油の吐出量を変えることができるようになっている。斜板10a,110aの各々にレギュレータ18,118が夫々設けられている。なお、レギュレータ18,118の構成が類似しているので、以下では、レギュレータ18の構成について図3を参照しながら説明し、レギュレータ118の構成についての説明は省略する。
以下では、図6に示すような姿勢の油圧ショベル3において操作レバー25に対して図7のレバー操作量のグラフに示すような傾倒操作が行われた場合を例にして、図8及び図9も参照しながら油圧駆動システム1の動作を説明する。まず、図6及び図7に関して説明する。図6では、油圧ショベル3を簡略化して示している。また、図6では、油圧ショベル3の3つの状態(第1停止状態、上向き状態、及び第2停止状態)を示している。第1停止状態(実線参照)は、油圧ショベル3が坂道101の斜面に対して直交する直交方向にブーム7(即ち、構造延伸部9)を向けて止まった状態である。上向き状態(一点鎖線参照)は、第1停止状態から旋回体6を昇り旋回させてブーム7(即ち、構造延伸部9)を斜面上方に向けた状態である。第2停止状態(二点鎖線参照)は、上向き状態から更に旋回体6を降り旋回させてブーム7(即ち、構造延伸部9)を直交方向他方に向けて止めた状態である。更に、図6では、油圧ショベル3を基点として坂道101の斜面を斜面に沿って延びる直線とそれに直交し且つ油圧ショベル3を基点とする直線とによって坂道101を4つの象限に分けて示している。なお、紙面左上の象限を第1象限とし、第1象限から順に反時計回りで第2象限、第3象限、及び第4象限とする。また、図7には、上から順に操作レバー25の傾倒量、旋回体6の旋回速度、油圧ポンプ10の吐出流量、旋回モータ17のトルクの経時変化が夫々示されている。更に、図8及び図9には、ロール角度及びピッチ角度の経時変化が夫々示されている。図7乃至図9では、第1停止状態から上向き状態を経て第2停止状態になるように油圧ショベル3の旋回体6を角変位させたときの各種値の経時変化が示されている。
図10に示すように第2実施形態の油圧駆動システム1A及びコントローラユニット2Aは、第1実施形態の油圧駆動システム1と構成が類似している。以下では、油圧駆動システム1Aについて、第1実施形態の油圧駆動システム1の構成と異なる構成について主に説明し、同一の構成については説明を省略する。後で説明する第3及び第4実施形態の油圧駆動システム1B,1C、並びにその他の実施形態の油圧駆動システム1D,1Eについても同様である。
図11に示すように第3実施形態の油圧駆動システム1Bは、コントローラユニット2Bを備え、コントローラユニット2Bは、コントローラ39Bを備えている。また、コントローラ39Bは、開度制御ブロック51Bと、流量制御ブロック52Bとを有している。開度制御ブロック51Bは、ロール角演算部60、ピッチ角演算部61、及び回転数演算部62、旋回方向検知部63、昇降旋回検知部64、角加速度演算部66、加減速状態検知部67、制限流量設定部91、及び流量開度変換部92を有している。制限流量設定部91は、旋回体6の姿勢に起因する昇り旋回時の旋回モータ17の過剰減速及び加速不足を抑え、また旋回体6の姿勢に起因する降り旋回時の旋回体6の旋回速度の過剰加速及び減速不足を抑えるべく、旋回モータ17から排出される作動油の流量を制限する。
図13に示すように第4実施形態の油圧駆動システム1Cは、コントローラユニット2Cを備え、コントローラユニット2Cは、コントローラ39Cを備えている。また、コントローラ39Cは、制御ブロック51Cと、流量制御ブロック52Cとを有している。制御ブロック51Cは、第1実施形態のトルク制御ブロック51及び第3実施形態の開度制御ブロック51Bの両方の機能を有している。即ち、制御ブロック51Cは、ロール角演算部60、ピッチ角演算部61、及び回転数演算部62、旋回方向検知部63、昇降旋回検知部64、補正値演算部65、角加速度演算部66、加減速状態検知部67、目標トルク演算部68、目標差圧演算部69、制限流量設定部73,91、制限流量設定部91、及び流量開度変換部92を有している。
前述の実施形態において、目標トルク演算部68は、トルクマップを用いて補正目標トルクを演算しているが、補正目標トルクは予め設定される演算式を用いて演算してもよい。例えば、演算される旋回動作及び加減速状態に応じて用いる演算式を選択し、この演算式を用いて補正値及びロール角に基づいて補正目標トルクを求めればよい。また、昇り旋回及び降り旋回の各々にオフセット値を設定し、目標トルク演算部68が補正値によって前記オフセット値を補正するようにして補正目標トルクを演算するようにしてもよい。その他、各種マップを用いて演算される値についても同様である。
2,2A〜2E コントローラユニット
3 油圧ショベル(作業機械,旋回式作業機械)
9 構造延伸部(旋回体構造部)
10 油圧ポンプ
11 コントロール弁(方向制御弁)
15,16 電磁リリーフ弁(リリーフ弁)
17 旋回モータ(液圧モータ)
18 レギュレータ(流量制御装置)
25 操作レバー(操作子)
39,39A〜39E コントローラ
40 ジャイロセンサ(姿勢検出器、回転速度検出器)
121〜125 アクチュエータ
Claims (13)
- アクチュエータに作動液を供給して前記アクチュエータによって構造体を動かす作業機械用の液圧駆動システムに備わるコントローラユニットを備える液圧駆動システムであって、
前記構造体の作動速度に応じた信号を出力するジャイロセンサと、前記ジャイロセンサから出力される前記構造体の作動速度に応じた信号に基づいて前記アクチュエータに供給する作動液の流量を制御するコントローラとを有し、かつ、前記ジャイロセンサは前記コントローラに内蔵され、前記構造体は旋回体であり、前記アクチュエータは、前記旋回体を旋回させる液圧モータであり、前記旋回体は前後方向に延在する延伸構造部を有し、前記ジャイロセンサは、前記旋回体の第1乃至第3軸の各々のまわりにおける角速度に応じた信号を出力し、前記コントローラは、前記第1軸が前記旋回体の前後方向に一致し、且つ前記第2軸が前記旋回体の左右方向に一致するように前記構造体に取付けられたコントローラユニットと、
前記液圧モータに供給する作動液を吐出し、且つ吐出容量を変更可能な可変容量型の液圧ポンプと、
入力されるポンプ流量指令に応じて前記液圧ポンプの吐出容量を制御する流量制御装置と、を備え、
前記ジャイロセンサは、前記構造体における前記第1軸まわりの角速度に応じた信号である第1の信号、及び前記構造体における前記第3軸まわりの角速度に応じた信号である第2の信号を出力し、
前記コントローラは、操作子の操作量に応じた指令流量を演算し、前記ジャイロセンサから出力される第1の信号に基づいて前記構造体のロール角を検出し且つ前記第2の信号に基づいて前記旋回体の旋回方向を検出し、検出される前記ロール角及び前記旋回方向に応じて前記指令流量の制限値を演算し、前記指令流量を前記制限値以下に制限した前記ポンプ流量指令を前記流量制御装置に出力するようになっており、
前記操作子が操作される操作方向に応じて、前記液圧ポンプから前記液圧モータに供給される作動液の流れる方向を切換えて前記液圧モータの回転方向を切換える方向制御弁をさらに備え、
前記方向制御弁は、前記操作子の操作量に応じて前記液圧モータに対して給排される作動液の流量を制御するようになっており、
前記コントローラは、前記ジャイロセンサから出力される第1の信号に基づいて前記ロール角を検出し且つ前記第2の信号に基づいて前記液圧モータの回転速度と前記回転方向とを検出し、前記液圧モータに対して給排される作動液の流量を検出される前記ロール角、前記回転速度、及び前記回転方向に応じて制限するように前記方向制御弁の動きを制御するようになっている、液圧駆動システム。 - アクチュエータに作動液を供給して前記アクチュエータによって構造体を動かす作業機械用の液圧駆動システムに備わるコントローラユニットを備える液圧駆動システムであって、
前記構造体の作動速度に応じた信号を出力するジャイロセンサと、前記ジャイロセンサから出力される前記構造体の作動速度に応じた信号に基づいて前記アクチュエータに供給する作動液の流量を制御するコントローラとを有し、かつ、前記ジャイロセンサは前記コントローラに内蔵され、前記構造体は旋回体であり、前記アクチュエータは、前記旋回体を旋回させる液圧モータであり、前記旋回体は前後方向に延在する延伸構造部を有し、前記ジャイロセンサは、前記旋回体の第1乃至第3軸の各々のまわりにおける角速度に応じた信号を出力し、前記コントローラは、前記第1軸が前記旋回体の前後方向に一致し、且つ前記第2軸が前記旋回体の左右方向に一致するように前記構造体に取付けられたコントローラユニットと、
前記液圧モータに供給する作動液を吐出する液圧ポンプと、
操作子が操作される操作方向に応じて、前記液圧ポンプから前記液圧モータに供給される作動液の流れる方向を切換えて前記液圧モータの回転方向を切換える方向制御弁と、
入力されるトルク指令に応じた設定圧で作動液をリリーフして、前記液圧モータに供給される作動液の液圧を調整するリリーフ弁と、を備え、
前記ジャイロセンサは、前記構造体における前記第1軸まわりの角速度に応じた信号である第1の信号、及び前記構造体における前記第3軸まわりの角速度に応じた信号である第2の信号を出力し、
前記コントローラは、前記ジャイロセンサから出力される第1の信号に基づいて前記構造体のロール角を検出し且つ前記第2の信号に基づいて前記回転方向を検出し、検出される前記ロール角及び前記回転方向に応じた前記トルク指令を前記リリーフ弁に出力して前記リリーフ弁の設定圧を調整する、液圧駆動システム。 - 前記方向制御弁は、前記操作子の操作量に応じて前記液圧モータに対して給排される作動液の流量を制御するようになっており、
前記コントローラは、前記ジャイロセンサから出力される第1の信号に基づいて前記ロール角を検出し且つ前記第2の信号に基づいて前記液圧モータの回転速度と前記回転方向とを検出し、前記液圧モータに対して給排される作動液の流量を検出される前記ロール角、前記回転速度、及び前記回転方向に応じて制限するように前記方向制御弁の動きを制御するようになっている、請求項2に記載の液圧駆動システム。 - 供給及び排出される作動液の流量に応じた回転数で作動する作業機械の液圧モータに対して作動液を供給及び排出させる液圧駆動システムであって、
前記液圧モータに供給する作動液を吐出する液圧ポンプと、
操作子が操作される操作方向に応じて前記液圧モータに対して給排される作動液の流れる方向を切換えて前記液圧モータの回転方向を切換え、排出される作動液の流量を前記操作子の操作量に応じて制御する方向制御弁と、
前記作業機械の構造体の姿勢に応じた信号を出力する姿勢検出器と、
前記液圧モータの回転方向と回転速度に応じた信号を出力する回転速度検出器と、
前記回転速度検出器からの信号に基づいて前記液圧モータの回転速度を検出し、前記回転速度に応じた上限値以下に前記液圧モータに対して給排される作動液の流量を制限するように前記方向制御弁の動きを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記姿勢検出器からの信号に基づいて前記構造体の姿勢を検出し且つ前記回転速度検出器からの信号に基づいて前記液圧モータの回転方向を検出し、検出される前記姿勢及び前記回転方向に基づいて前記上限値を補正する、液圧駆動システム。 - 入力されるトルク指令に応じた設定圧で前記液圧モータに給排される作動液をリリーフして前記液圧モータに給排される作動液の圧力差を調整するリリーフ弁を備え、
前記コントローラは、検出される前記旋回モータの入口圧力及び出口圧力が予め定められた設定圧力に達している否かを検知し、前記旋回モータの入口圧力及び出口圧力が前記設定圧に達していない場合、検出される前記姿勢及び前記回転方向に基づいて前記上限値を補正し、前記旋回モータの入口圧力及び出口圧力の少なくとも一方が前記設定圧に達している場合、検出される前記姿勢及び前記回転方向に応じたトルク指令を前記リリーフ弁に出力して前記圧力差を調整するようになっている、請求項4に記載の液圧駆動システム。 - 前記作業機械は、旋回体を有する旋回式作業機械であり、
前記液圧モータは、前記旋回体を旋回させる旋回モータであり、
前記旋回体には、前記旋回体の姿勢に応じて前記旋回モータに与える負荷トルクが変化する旋回体構造部が設けられ、
前記姿勢検出器は、前記旋回体の姿勢を示すロール角に応じた信号を出力し、
前記回転速度検出器は、前記旋回モータの回転方向に対応する前記旋回体の旋回方向に応じた信号を出力し、
前記コントローラは、検出される前記ロール角及び前記旋回方向に基づいて前記旋回モータの動作が前記旋回体構造部を昇らせる昇り旋回動作及び前記旋回体構造部を降らせる降り旋回動作のいずれであるかを検知し、検知される動作が前記降り旋回動作の場合、前記旋回モータの給排流量の前記上限値を小さくするように補正する、請求項4に記載の液圧駆動システム。 - 前記旋回モータとは異なる作業機アクチュエータを備え、
前記作業機アクチュエータは、前記液圧ポンプから吐出される作動油によって作動するようになっており、
前記コントローラは、検知される前記旋回動作が昇り旋回動作である場合、前記旋回モータの給排流量の前記上限値を小さくするように補正する、請求項6に記載の液圧駆動システム。 - 前記姿勢検出器は、前記旋回体の姿勢を示すピッチ角に応じた信号を出力し、
前記コントローラは、検知される動作が前記降り旋回動作の場合、前記ロール角に基づいて制限する前記流量を演算し、検出される前記ピッチ角に応じて制限する前記流量を補正するようになっている、請求項6又は7に記載の液圧駆動システム。 - 供給及び排出される作動液の圧力差に応じたトルクで作動して作業機械の構造体を動かす液圧モータに作動液を供給及び排出させる液圧駆動システムであって、
前記液圧モータに供給する作動液を吐出する液圧ポンプと、
操作子が操作される操作方向に応じて、前記液圧ポンプから前記液圧モータに供給される作動液の流れる方向を切換えて前記液圧モータの回転方向を切換える方向切換弁と、
入力されるトルク指令に応じた設定圧で前記液圧モータに給排される作動液をリリーフして前記液圧モータに給排される作動液の圧力差を調整するリリーフ弁と、
前記構造体の姿勢に応じた信号を出力する姿勢検出器と、
前記回転方向に応じた信号を出力する回転方向検出器と、
前記姿勢検出器からの信号に基づいて前記姿勢を検出し且つ前記回転方向検出器からの信号に基づいて前記回転方向を検出し、検出される前記姿勢及び前記回転方向に応じたトルク指令を前記リリーフ弁に出力して前記圧力差を調整するコントローラとを備える液圧駆動システム。 - 前記作業機械は、前記構造体である旋回体を有する旋回式作業機械であり、
前記液圧モータは、前記旋回体を旋回させる旋回モータであり、
前記旋回体には、前記旋回体の姿勢に応じて前記旋回モータに与える負荷トルクを変化させる旋回体構造部が設けられ、
前記姿勢検出器は、前記旋回体の姿勢を示す前記旋回体のロール角に応じた信号を出力し、
前記回転方向検出器は、前記回転方向に対応する前記旋回体の旋回方向及び前記液圧モータの回転速度に応じた信号を出力し、
前記コントローラは、検出される前記ロール角及び前記旋回方向に基づいて前記旋回モータの動作が前記旋回体構造部を昇らせる昇り旋回動作及び前記旋回体構造部を降らせる降り旋回動作のいずれであるかを検知すると共に前記回転方向検出器からの信号に基づいて前記旋回体の加減速状態を検知し、検知される動作が前記昇り旋回動作で且つ加速状態の場合、平地での旋回動作で且つ加速状態の場合に比べて前記旋回モータの旋回トルクを大きくするようにし、検知される動作が前記降り旋回で且つ加速状態の場合、前記旋回モータの旋回トルクを小さくするように、前記圧力差を調整する、請求項9に記載の液圧駆動システム。 - 前記作業機械は、前記構造体である旋回体を有する旋回式作業機械であり、
前記液圧モータは、前記旋回体を旋回させる旋回モータであり、
前記旋回体には、前記旋回体の姿勢に応じて前記旋回モータに与える負荷トルクを変化させる旋回体構造部が設けられ、
前記姿勢検出器は、前記旋回体の姿勢を示す前記旋回体のロール角に応じた信号を出力し、
前記回転方向検出器は、前記回転方向に対応する前記旋回体の旋回方向及び前記液圧モータの回転速度に応じた信号を出力し、
前記コントローラは、検出される前記ロール角及び前記旋回方向に基づいて前記旋回モータの動作が前記旋回体構造部を昇らせる昇り旋回動作及び前記旋回体構造部を降らせる降り旋回動作のいずれであるかを検知し、且つ前記回転方向検出器からの信号に基づいて前記旋回体の加減速状態を検知し、検知される動作が前記昇り旋回動作で且つ減速状態の場合、平地での旋回動作で且つ減速状態の場合に比べて前記旋回モータのブレーキトルクを小さくし、検知される動作が前記降り旋回動作で且つ減速状態の場合、平地での旋回動作で且つ減速状態の場合に比べて前記旋回モータのブレーキトルクを大きくするように前記圧力差を調整する、請求項9に記載の液圧駆動システム。 - 前記姿勢検出器は、前記旋回体の姿勢を示すピッチ角に応じた信号を出力し、
前記コントローラは、検知される動作が前記昇り旋回動作の場合、検出される前記ピッチ角に応じて前記圧力差を補正するようになっている、請求項10又は11に記載の液圧駆動システム。 - 前記姿勢検出器及び前記回転方向検出器を有するジャイロセンサを備え、
前記ジャイロセンサは、前記旋回体のロール角、ピッチ角、及び旋回速度に応じた信号を出力するようになっている、請求項12に記載の液圧駆動システム。
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