JP7001572B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、建設機械に関する。

下記特許文献１には、ショベル仕様とクレーン仕様に切り替え可能、且つネガコン制御によって油圧ポンプの吐出量が制御される油圧ショベルにおいて、クレーン仕様に切り替えた状態で旋回操作を検出したときは、ポンプ傾転角を変更させるための油圧シリンダにネガコン圧より大きな圧油を導入させることにより油圧ポンプの吐出量を小流量に変更する技術が開示されている。

下記特許文献２には、掘削作業モードとクレーンモードとに切換え可能に構成したバックホウにおいて、クレーンモードが選択されると、通常の最高回転速度よりも低く設定されたクレーンモード用の最高回転速度に自動的にエンジン回転数を設定する技術が開示されている。

特開２００３－２９３４００号公報 特開２００２－２９４７６０号公報

特許文献１では、可変容量ポンプで旋回モータ、作業機、及び走行モータの圧油の流量を制御していることから、クレーン使用時に、旋回速度を下げるためにポンプ流量を下げると作業機も必要以上に速度を下げることになり、作業性を悪化させてしまうことになる。

また、旋回モータに圧油を供給する固定容量型ポンプと作業機や走行モータに圧油を供給するスプリットフロータイプの油圧ポンプを備える建設機械に特許文献２の技術を適用した場合、エンジン回転数の低下とともに固定容量型ポンプの流量が低下するために旋回速度を下げることができるが、作業機の速度も下げることになり、作業性を悪化させてしまう。

そこで、本発明は上記課題に鑑み、エンジン回転数を低速に設定するクレーンモード選択時に、作業機の速度低下を抑制できる建設機械を提供することを目的とする。

本発明の建設機械は、作業機の先端に設けられたバケットによる掘削作業を行う掘削モードと、前記作業機の先端に設けられたフックによるクレーン作業を行うクレーンモードとに切り替え可能な建設機械において、
前記クレーンモードを選択可能なモード選択装置と、
原動機と、前記原動機によって駆動される可変容量型ポンプ及び固定容量型ポンプと、前記可変容量型ポンプを油圧源とする走行モータ及び作業機アクチュエータと、前記固定容量型ポンプを油圧源とする旋回モータと、
前記可変容量型ポンプからの圧油の流量及び方向を制御する方向切換弁が中立のときに前記方向切換弁を通って前記可変容量型ポンプから油タンクに連通するセンターバイパス流路と、前記センターバイパス流路の最下流に配置されたネガコン絞りと、
前記可変容量型ポンプの吐出流量を制御するポンプレギュレータと、前記ポンプレギュレータに入力される圧力信号を生成する圧力信号生成装置と、前記圧力信号生成装置に入力される制御指令を発信するコントローラと、前記ネガコン絞りの上流で発生したネガコン圧を電気信号に変換して前記コントローラへ出力する電気信号生成装置とを備え、
前記コントローラは、前記原動機の目標回転数を設定する目標回転数設定部と、前記電気信号にゲインを乗じて前記制御指令を生成する制御指令生成部とを有しており、
前記モード選択装置によりクレーンモードが選択されると、前記目標回転数設定部は、前記目標回転数を第１目標回転数から前記第１目標回転数より低い第２目標回転数に変更し、前記制御指令生成部は、前記制御指令が前記可変容量型ポンプの吐出流量を増大させる指令となるように前記ゲインを変更するものである。

本発明によれば、クレーンモードが選択されると、原動機の目標回転数を低下させて固定容量型ポンプの吐出流量を減少させることで、固定容量型ポンプを油圧源とする旋回モータの速度は低下する。原動機の目標回転数を低下させると可変容量型ポンプの吐出流量も減少し、可変容量型ポンプを油圧源とする作業機アクチュエータの速度も低下しようとするが、可変容量型ポンプの吐出流量を電気的に制御するためのゲインを変更して可変容量型ポンプの吐出流量の減少を抑えることで、作業機アクチュエータの速度の低下を抑制できる。

本実施形態に係る油圧ショベルを示す側面図である。 本実施形態に係る油圧ショベルの油圧回路を示す図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

［油圧ショベルの構造］
まず、図１を参照しながら、建設機械の一例としての油圧ショベル１の概略構造について説明する。

下部走行体２は、エンジン４２からの動力を受けて駆動し、油圧ショベル１を走行させる。下部走行体２は、左右一対のクローラ２１，２１及び左右一対の走行モータ２２，２２（図１では右走行モータ２２は図示していない）を備える。油圧モータである左右の走行モータ２２，２２が左右のクローラ２１，２１をそれぞれ駆動することで油圧ショベル１の前後進を可能としている。また、下部走行体２には、ブレード２３、及びブレード２３を上下方向に回動させるための油圧アクチュエータであるブレードシリンダ２４が設けられている。

作業機３は、エンジン４２からの動力を受けて駆動し、土砂等の掘削作業を行うものである。作業機３は、ブーム３１、アーム３２、及びバケット３３を備え、これらを独立して駆動することによって掘削作業を可能としている。ブーム３１、アーム３２、及びバケット３３は、それぞれ作業部に相当し、油圧ショベル１は、複数の作業部を有する。

ブーム３１は、基端部が上部旋回体４の前部に支持されて、伸縮自在に可動するブームシリンダ３１ａによって回動される。また、アーム３２は、基端部がブーム３１の先端部に支持されて、伸縮自在に可動するアームシリンダ３２ａによって回動される。そして、バケット３３は、基端部がアーム３２の先端部に支持されて、伸縮自在に可動するバケットシリンダ３３ａによって回動される。ブームシリンダ３１ａ、アームシリンダ３２ａ、及びバケットシリンダ３３ａは、作業部を駆動する油圧アクチュエータに相当する。

バケット３３は、作業機３の先端に設けられ、掘削作業を行うためのツメを備えた容器状の部材である。バケット３３は、アーム３２の先端にピン３４を介して回動可能に取り付けられている。さらに、バケット３３は、リンク機構３５を介してバケットシリンダ３３ａと連結されている。

アーム３２の先端部には、クレーン作業用のフック３６が取り付けられている。フック３６は、クレーン作業を行う鉤状の部材であり、リンク機構３５に回動可能に設けられている。フック３６は、リンク機構３５の軸を回動支点として回動可能に支持されており、図１に示すバケット３３から突出させた展開状態と、バケット３３側に格納された格納状態との間で姿勢変更することができる。

油圧ショベル１は、フック３６を格納状態としてバケット３３による掘削作業を行う掘削モードと、フック３６を展開状態としてフック３６によるクレーン作業を行うクレーンモードに切り替えることができる。掘削モードとクレーンモードは、不図示のモード選択装置を用いて作業者により選択される。

上部旋回体４は、下部走行体２に対して旋回ベアリング（図示しない）を介して旋回可能に構成されている。上部旋回体４には、操縦部４１、エンジン４２、旋回台４３、旋回モータ４４等が配置されている。油圧モータである旋回モータ４４の駆動力で上部旋回体４が旋回ベアリングを介して旋回する。また、上部旋回体４には、エンジン４２により駆動される複数の油圧ポンプ（図１では図示していない）が配設される。これらの油圧ポンプが、走行モータ２２，２２、旋回モータ４４、ブームシリンダ３１ａ、アームシリンダ３２ａ、及びバケットシリンダ３３ａ等に圧油を供給する。

操縦部４１には、操縦席４１１が配置されている。操縦席４１１の左右に一対の作業操作レバー４１２，４１２、前方に一対の走行レバー４１３，４１３が配置されている。作業者は、操縦席４１１に着座して作業操作レバー４１２，４１２、走行レバー４１３，４１３等を操作することによって、エンジン４２、各油圧モータ、各油圧アクチュエータ等の制御を行い、走行、旋回、作業等を行うことができる。

［油圧回路の構成］
図２を用いて、油圧ショベル１が有する油圧回路５について説明する。油圧回路５は、第１走行用モータ２２ａ、第２走行用モータ２２ｂ（左走行モータ２２、右走行モータ２２のいずれか）、第１作業機アクチュエータ３０ａ、第２作業機アクチュエータ３０ｂ、第３作業機アクチュエータ３０ｃ（ブームシリンダ３１ａ、アームシリンダ３２ａ、バケットシリンダ３３ａのいずれか）、油圧作業アタッチメント（油圧ハンマ等）のアタッチメント用モータ３０ｄ、旋回モータ４４と、可変容量型ポンプ５１と、固定容量型ポンプ５２と、パイロットポンプ５３と、コントローラ７０とを有する。

可変容量型ポンプ５１及び固定容量型ポンプ５２は、エンジン４２によって駆動され、油圧アクチュエータ（第１走行用モータ２２ａ、第２走行用モータ２２ｂ、第１作業機アクチュエータ３０ａ、第２作業機アクチュエータ３０ｂ、第３作業機アクチュエータ３０ｃ、アタッチメント用モータ３０ｄ、旋回モータ４４）へ供給される圧油を吐出する。可変容量型ポンプ５１は、第１走行用モータ２２ａ、第２走行用モータ２２ｂ、第１作業機アクチュエータ３０ａ、第２作業機アクチュエータ３０ｂ、第３作業機アクチュエータ３０ｃ、及びアタッチメント用モータ３０ｄに圧油を供給して駆動する。固定容量型ポンプ５２は、旋回モータ４４に圧油を供給して駆動する。

可変容量型ポンプ５１は、ポンプレギュレータ５１ａの駆動により可動斜板５１ｂの傾斜角度を変更することで圧油の吐出流量を制御可能としている。ポンプレギュレータ５１ａは、パイロットポンプ５３から吐出されたパイロット油の圧力（パイロット圧）により駆動される。

ポンプレギュレータ５１ａとパイロットポンプ５３との間の油路５３ａには、電磁比例弁５１ｃ（圧力信号生成装置に相当）が設けられている。電磁比例弁５１ｃは、ポンプレギュレータ５１ａに入力される圧力信号（パイロット信号圧）を生成する。電磁比例弁５１ｃは、コントローラ７０からの制御指令によりパイロット信号圧を調圧可能となっている。

可変容量型ポンプ５１は、第１吐出ポートＰ１と第２吐出ポートＰ２を備える、いわゆるスプリットフロータイプの油圧ポンプである。第１吐出ポートＰ１から吐出された圧油は、第１センターバイパス油路５１ｄを介して後述する第１走行用方向切換弁５５ｅ及びアタッチメント用方向切換弁５５ｄへ供給され、第２吐出ポートＰ２から吐出された圧油は、第２センターバイパス油路５１ｅを介して後述する第１作業機用方向切換弁５５ａ、第２作業機用方向切換弁５５ｂ、第３作業機用方向切換弁５５ｃ、及び第２走行用方向切換弁５５ｆへ供給される。

第１センターバイパス油路５１ｄの最下流には、第１ネガコン絞り５１ｆが設けられている。第１ネガコン絞り５１ｆは、第１センターバイパス油路５１ｄを流れる圧油の流れを制限して第１ネガコン絞り５１ｆの上流で第１ネガコン圧を発生させる。同様に、第２センターバイパス油路５１ｅの最下流には、第２ネガコン絞り５１ｇが設けられている。第２ネガコン絞り５１ｇは、第２センターバイパス油路５１ｅを流れる圧油の流れを制限して第２ネガコン絞り５１ｇの上流で第２ネガコン圧を発生させる。

圧力センサ５１ｈ（電気信号生成装置に相当）は、第１ネガコン圧と第２ネガコン圧のうち低圧側のネガコン圧を検出し、検出した値を電気信号に変換し、電気的なネガコン圧としてコントローラ７０に対して出力する。

固定容量型ポンプ５２から吐出された圧油は、第３センターバイパス油路５２ａを介して後述する旋回用方向切換弁５５ｇへと供給される。

油圧アクチュエータ（第１作業機アクチュエータ３０ａ、第２作業機アクチュエータ３０ｂ、第３作業機アクチュエータ３０ｃ、アタッチメント用モータ３０ｄ、第１走行用モータ２２ａ、第２走行用モータ２２ｂ、旋回モータ４４）には、それぞれ対応する方向切換弁５５が設けられ、方向切換弁５５は、可変容量型ポンプ５１及び固定容量型ポンプ５２から油圧アクチュエータへ圧送する圧油の方向と容量を切り換え可能なパイロット式の方向切換弁である。方向切換弁５５は、スプールを摺動させることにより複数のポジションに切り換えることが可能である。方向切換弁５５の２つのパイロットポートのいずれにもパイロット信号圧が付与されない場合、スプリングの付勢力により、方向切換弁５５は中立位置に保持される。方向切換弁５５が中立位置にある場合、圧油は、対応する油圧アクチュエータに供給されず、第１センターバイパス油路５１ｄ、第２センターバイパス油路５１ｅ、及び第３センターバイパス油路５２ａを通って油タンクに流れる。一方、方向切換弁５５の何れかのパイロットポートにパイロット信号圧が付与された場合、方向切換弁５５が中立位置から他のポジションに切り換えられて、圧油は、対応する油圧アクチュエータに供給される。

本実施形態においては、第１作業機アクチュエータ３０ａに対応する第１作業機用方向切換弁５５ａ、第２作業機アクチュエータ３０ｂに対応する第２作業機用方向切換弁５５ｂ、第３作業機アクチュエータ３０ｃに対応する第３作業機用方向切換弁５５ｃ、アタッチメント用モータ３０ｄに対応するアタッチメント用方向切換弁５５ｄ、第１走行用モータ２２ａに対応する第１走行用方向切換弁５５ｅ、第２走行用モータ２２ｂに対応する第２走行用方向切換弁５５ｆ、旋回モータ４４に対応する旋回用方向切換弁５５ｇが設けられている。これらの方向切換弁は、まとめてコントロールバルブと呼ばれる。

パイロットポンプ５３は、主に方向切換弁５５へ入力される指令としてのパイロット油を吐出する。ただし、図２ではパイロットポンプ５３から方向切換弁５５に至る油路は記載していない。パイロットポンプ５３は、エンジン４２によって駆動され、圧油を吐出することにより、油路内にパイロット信号圧を発生させる。

コントローラ７０は、電磁比例弁５１ｃに制御指令を発信する。電磁比例弁５１ｃは、コントローラ７０によって作動制御されており、印加される制御電流値の大きさに応じて、ポンプレギュレータ５１ａに対するパイロット信号圧を調圧することができる。すなわち、制御指令は、例えば制御電流値である。

コントローラ７０は、制御指令生成部７１を備えている。制御指令生成部７１は、圧力センサ５１ｈから入力された電気信号にゲインを乗じて制御指令を生成する。ゲインの大きさを調整して制御指令を調整することで、ポンプレギュレータ５１ａに付与されるパイロット信号圧を調整することができる。本実施形態では、ゲインの大きさを大きくして制御指令を大きくすることで、電磁比例弁５１ｃはポンプレギュレータ５１ａに供給されるパイロット圧油の流量を減少させる（ポンプレギュレータ５１ａに付与されるパイロット信号圧を低くする）。このとき、ポンプレギュレータ５１ａは、可変容量型ポンプ５１の吐出流量を増大させる。

また、コントローラ７０は、エンジン４２の目標回転数を設定する目標回転数設定部７２を備えている。コントローラ７０は、目標回転数設定部７２で設定された目標回転数となるようにエンジン４２の回転数を制御する。

コントローラ７０には、モード選択スイッチ８１（モード選択装置に相当）が電気的に接続されている。モード選択スイッチ８１は、作業者がクレーンモードを選択するためのものである。モード選択スイッチ８１は、作業者によりクレーンモードが選択されると、コントローラ７０にクレーンモード指令を発信する。

コントローラ７０は、モード選択スイッチ８１によりクレーンモードが選択されていない場合、すなわち掘削モードの場合、エンジン４２の目標回転数は、作業者等によって指示された第１目標回転数に設定され、圧力センサ５１ｈから入力された電気信号に乗じるゲインは、予め規定された第１ゲインに設定される。一方、コントローラ７０は、モード選択スイッチ８１によりクレーンモードが選択されると、目標回転数設定部７２が、目標回転数を第１目標回転数から第１目標回転数より低い第２目標回転数に変更し、制御指令生成部７１が、制御指令が可変容量型ポンプ５１の吐出流量を増大させる指令となるようにゲインを変更するように構成されている。本実施形態では、制御指令生成部７１は、ゲインを第１ゲインから第１ゲインより高い第２ゲインに変更するように構成されている。

本実施形態の油圧ショベル１によれば、クレーンモードが選択されると、エンジン４２の目標回転数を低下させて固定容量型ポンプ５２の吐出流量を減少させることで、固定容量型ポンプ５２を油圧源とする旋回モータ４４の速度は低下する。エンジン４２の目標回転数を低下させると可変容量型ポンプ５１の吐出流量も減少し、可変容量型ポンプ５１を油圧源とする作業機アクチュエータの速度も低下しようとするが、可変容量型ポンプ５１の吐出流量を電気的に制御するためのゲインを大きくして可変容量型ポンプ５１の吐出流量の減少を抑えることで、作業機アクチュエータの速度の低下を抑制できる。よって、エンジン回転数を低速に設定するクレーンモード選択時に、作業機の速度低下を抑制できる。

［他の実施形態］
コントローラ７０には、不図示のモード調整装置が電気的に接続されてもよい。モード調整装置は、制御指令生成部７１が変更するゲインの変更量を調整可能な装置である。上記の第２ゲインの大きさを調整することで、作業者が任意に作業機アクチュエータの速度を調整することができる。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１ 油圧ショベル
２ 下部走行体
３ 作業機
４ 上部旋回体
５ 油圧回路
２２ａ 第１走行用モータ
２２ｂ 第２走行用モータ
３０ａ 第１作業機アクチュエータ
３０ｂ 第２作業機アクチュエータ
３０ｃ 第３作業機アクチュエータ
３０ｄ アタッチメント用モータ
３６ フック
４２ エンジン
４４ 旋回モータ
５１ 可変容量型ポンプ
５１ａ ポンプレギュレータ
５１ｃ 電磁比例弁
５１ｄ 第１センターバイパス油路
５１ｅ 第２センターバイパス油路
５１ｈ 圧力センサ
５２ 固定容量型ポンプ
５３ パイロットポンプ
５５ 方向切換弁
７０ コントローラ
７１ 制御指令生成部
７２ 目標回転数設定部
８１ モード選択スイッチ

Claims (2)

1. 作業機の先端に設けられたバケットによる掘削作業を行う掘削モードと、前記作業機の先端に設けられたフックによるクレーン作業を行うクレーンモードとに切り替え可能な建設機械において、
   前記クレーンモードを選択可能なモード選択装置と、
   原動機と、前記原動機によって駆動される可変容量型ポンプ及び固定容量型ポンプと、前記可変容量型ポンプを油圧源とする走行モータ及び作業機アクチュエータと、前記固定容量型ポンプを油圧源とする旋回モータと、
   前記可変容量型ポンプからの圧油の流量及び方向を制御する方向切換弁が中立のときに前記方向切換弁を通って前記可変容量型ポンプから油タンクに連通するセンターバイパス流路と、前記センターバイパス流路の最下流に配置されたネガコン絞りと、
   前記可変容量型ポンプの吐出流量を制御するポンプレギュレータと、前記ポンプレギュレータに入力される圧力信号を生成する圧力信号生成装置と、前記圧力信号生成装置に入力される制御指令を発信するコントローラと、前記ネガコン絞りの上流で発生したネガコン圧を電気信号に変換して前記コントローラへ出力する電気信号生成装置とを備え、
   前記コントローラは、前記原動機の目標回転数を設定する目標回転数設定部と、前記電気信号にゲインを乗じて前記制御指令を生成する制御指令生成部とを有しており、
   前記モード選択装置によりクレーンモードが選択されると、前記目標回転数設定部は、前記目標回転数を第１目標回転数から前記第１目標回転数より低い第２目標回転数に変更し、前記制御指令生成部は、前記制御指令が前記可変容量型ポンプの吐出流量を増大させる指令となるように前記ゲインを変更する、建設機械。
2. 前記制御指令生成部が変更する前記ゲインの変更量を調整可能なモード調整装置を備える、請求項１に記載の建設機械。
   
   
   
   

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