JP7495872B2 - Construction Machinery - Google Patents

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Description

本発明は、建設機械に係り、更に詳しくは、原動機により駆動される油圧ポンプを備えた建設機械に関する。 The present invention relates to a construction machine, and more specifically, to a construction machine equipped with a hydraulic pump driven by a prime mover.

油圧ショベルや油圧クレーン、ホイールローダ等の建設機械には、油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプが搭載されている。油圧ポンプは、エンジンや電動機等の原動機によって駆動される。油圧ポンプの種類としては、ポンプ容量を変更可能な可変容量型やポンプ容量が機械的に固定された固定容量型の油圧ポンプがある。可変容量型の油圧ポンプでは、原動機の回転数を一定に保って油圧ポンプを回転数一定で駆動させつつポンプ容量を変更することで、ポンプ流量を連続的に調整する。一方、固定容量型の油圧ポンプでは、原動機の回転数の変更により油圧ポンプの回転数を変更することで、ポンプ流量を連続的に調整する。 Hydraulic pumps that supply pressurized oil to hydraulic actuators are installed on construction machinery such as hydraulic excavators, hydraulic cranes, and wheel loaders. Hydraulic pumps are driven by a prime mover such as an engine or an electric motor. There are two types of hydraulic pumps: variable displacement, in which the pump capacity can be changed, and fixed displacement, in which the pump capacity is mechanically fixed. With variable displacement hydraulic pumps, the pump flow rate is continuously adjusted by changing the pump capacity while keeping the prime mover rotation speed constant and driving the hydraulic pump at a constant rotation speed. On the other hand, with fixed displacement hydraulic pumps, the pump flow rate is continuously adjusted by changing the hydraulic pump rotation speed by changing the prime mover rotation speed.

ところで、建設機械の分野では、近年、オペレータの操作をアシストして作業装置などの動作を制御する半自動制御やオペレータの操作を不要とする自動運転の需要がある。半自動制御や自動運転を行うためには、当該制御の指令に対するポンプ流量の応答性及び精度の向上が求められている。 In the field of construction machinery, there has been a demand in recent years for semi-automatic control, which assists the operator in controlling the operation of work equipment, etc., and for automatic operation, which eliminates the need for operator operation. To achieve semi-automatic control and automatic operation, there is a demand for improved responsiveness and accuracy of pump flow rate in response to control commands.

可変容量型の油圧ポンプでは、サーボピストンの駆動によって斜板の傾転角を制御することでポンプ容量を調整するものが知られている(例えば、特許文献1を参照)。特許文献1に記載の建設機械の制御装置における油圧ポンプの容量制御では、油圧ポンプの吐出圧を一次圧として複数の弁を介してサーボピストンへ供給することで、斜板の傾転角を調整している。各弁の位置や絞りの有無を切り換えてサーボピストンの圧力室に供給する操作圧力を調整することで、斜板の傾転角の変更や当該傾転角の変更の応答速度の調整を行っている。 A variable displacement hydraulic pump is known in which the pump capacity is adjusted by controlling the tilt angle of the swash plate by driving a servo piston (see, for example, Patent Document 1). In the hydraulic pump capacity control in the construction machinery control device described in Patent Document 1, the hydraulic pump discharge pressure is supplied as the primary pressure to the servo piston via multiple valves to adjust the tilt angle of the swash plate. The tilt angle of the swash plate and the response speed of the change in the tilt angle are adjusted by adjusting the operating pressure supplied to the pressure chamber of the servo piston by switching the position of each valve and the presence or absence of a throttle.

特許文献1に記載の建設機械に搭載された油圧ポンプのようにサーボピストンによりポンプ容量を調整する構成の場合、サーボピストンの推力によって斜板に生じるモーメントと、ポンプ本体の複数のピストンが往復動時に受ける作動油の油圧反力によって斜板に生じるモーメントとの釣り合いによって、斜板の傾転角が決定される構造になっている。この構造では、目標の傾転角に変更するには、油圧系統上の各弁の位置を切り換えてサーボピストンの圧力室を調圧することで、両者のモーメントの釣合い位置を調整する必要がある。また、当該油圧系統上の作動油は、サーボピストンに対する給排において絞りを通過することがある。このような油圧系統の調圧や作動油の絞りの通過は、ポンプ容量の調整(斜板の傾転角の調整)に対して、応答の遅れや誤差の要因となることがある。 In a configuration in which the pump capacity is adjusted by a servo piston, such as the hydraulic pump mounted on the construction machine described in Patent Document 1, the tilt angle of the swash plate is determined by the balance between the moment generated on the swash plate by the thrust of the servo piston and the moment generated on the swash plate by the hydraulic reaction force of the hydraulic oil received when the multiple pistons of the pump body reciprocate. In this structure, to change to the target tilt angle, it is necessary to adjust the balance position of both moments by switching the position of each valve in the hydraulic system to adjust the pressure in the pressure chamber of the servo piston. In addition, the hydraulic oil in the hydraulic system may pass through a throttle when supplying or discharging it to the servo piston. Such pressure adjustment of the hydraulic system and passing of the hydraulic oil through a throttle may cause response delays and errors in adjusting the pump capacity (adjusting the tilt angle of the swash plate).

特に、油圧ショベルでは、外気温の変化や掘削動作中の負荷の変化によって作動油の温度が変化するので、温度変化に応じて作動油の粘度が変化する。粘度の変化によって上記油圧系統の絞りを通過する作動油の流量が変化することで、油圧系統(サーボピストンの圧力室)の調圧や傾転角変更の応答速度などのポンプ容量の制御特性に変化が生じてしまう。 In particular, in hydraulic excavators, the temperature of the hydraulic oil changes due to changes in the outside air temperature and changes in the load during excavation operations, and the viscosity of the hydraulic oil changes in response to temperature changes. This change in viscosity causes a change in the flow rate of the hydraulic oil passing through the restriction in the hydraulic system, which in turn causes changes in the control characteristics of the pump capacity, such as the pressure regulation of the hydraulic system (pressure chamber of the servo piston) and the response speed of changes in the tilt angle.

このように、可変容量型の油圧ポンプにおける流量制御では、ポンプ容量を調整する構造に起因して応答遅れや誤差が生じることがある。 As such, flow control in a variable displacement hydraulic pump can cause response delays and errors due to the structure that adjusts the pump displacement.

一方、固定容量型の油圧ポンプでは、ポンプ容量を調整する油圧系統上の調圧機構や絞りなどの構造が不要であり、電動機などの回転数を自在に変更可能な原動機によって駆動されることでポンプ流量を原動機の回転数に応じて連続的に変更することが可能である。近年、電動機を車載した実用例がバッテリ技術の発展とともに主に自動車業界において多くなってきている。固定容量型の油圧ポンプにおける流量制御では、可変容量型の油圧ポンプのようなポンプ容量を調整するための構造に起因した応答遅れや誤差が生じることはない。 Fixed-displacement hydraulic pumps, on the other hand, do not require structures such as pressure regulating mechanisms or throttles in the hydraulic system to adjust the pump capacity, and are driven by a prime mover such as an electric motor whose rotation speed can be freely changed, making it possible to continuously change the pump flow rate according to the rotation speed of the prime mover. In recent years, with the development of battery technology, there have been an increasing number of practical examples of electric motors mounted on vehicles, mainly in the automotive industry. With flow control in fixed-displacement hydraulic pumps, there is no response delay or error caused by structures for adjusting the pump capacity, as occurs with variable-displacement hydraulic pumps.

しかし、固定容量型の油圧ポンプを用いる場合には、例えば、以下のような問題点がある。油圧ショベルの掘削作業では、油圧ポンプの吐出圧を高圧に維持しつつ、作業負荷や作業内容に応じてポンプ流量を増減させる必要がある。原動機の回転数を制御することによってポンプ流量を調整する場合、可変容量型の油圧ポンプと同様な流量範囲を確保するには、原動機の回転数を所定の範囲に亘って調整可能とする必要がある。固定容量型の油圧ポンプに対して最小流量から最大流量までの急峻な流量調整を可能とするためには、原動機(油圧ポンプ)の回転加速度(角加速度)を当該流量調整の変化量の大きさに応じて大きくする必要がある。しかし、原動機の回転加速度(角加速度)を大きくするには、原動機の最大動力を大きく設定する必要があり、その分、原動機の大型化が懸念される。また、油圧ポンプに対して最小流量から最大流量への急峻な流量調整が要求された場合には、原動機の回転数を調整可能な範囲の下限から上限まで変化させる必要がある。この場合、要求されるポンプ流量(最大流量)に到達するまでの応答時間が長くなることが懸念される。 However, when using a fixed displacement hydraulic pump, there are problems such as the following. In the excavation work of a hydraulic excavator, it is necessary to increase or decrease the pump flow rate according to the work load and the work content while maintaining the discharge pressure of the hydraulic pump at a high pressure. When adjusting the pump flow rate by controlling the rotation speed of the prime mover, in order to ensure a flow rate range similar to that of a variable displacement hydraulic pump, it is necessary to make the rotation speed of the prime mover adjustable over a predetermined range. In order to enable a steep flow rate adjustment from the minimum flow rate to the maximum flow rate for a fixed displacement hydraulic pump, it is necessary to increase the rotation acceleration (angular acceleration) of the prime mover (hydraulic pump) according to the magnitude of the change in the flow rate adjustment. However, in order to increase the rotation acceleration (angular acceleration) of the prime mover, it is necessary to set the maximum power of the prime mover to a large value, which raises concerns about the size of the prime mover. In addition, when a steep flow rate adjustment from the minimum flow rate to the maximum flow rate is required for the hydraulic pump, it is necessary to change the rotation speed of the prime mover from the lower limit to the upper limit of the adjustable range. In this case, there is a concern that the response time until the required pump flow rate (maximum flow rate) is reached will be long.

上記問題点が懸念される固定容量型の油圧ポンプに対して、ポンプ容量を予め設定された複数の容量のいずれかに切換可能な油圧ポンプが知られている(例えば、特許文献2を参照)。特許文献2に記載の射出成形機においては、成形サイクルの各動作工程に対応して、ポンプ容量の設定を複数の固定容量のいずれか1つに切り換えると共に、原動機の回転数を可変に制御することで、油圧ポンプの流量制御が行われている。 In contrast to fixed displacement hydraulic pumps, which have the above-mentioned problems, hydraulic pumps are known that can switch the pump capacity to one of several preset capacities (see, for example, Patent Document 2). In the injection molding machine described in Patent Document 2, the pump capacity setting is switched to one of several fixed capacities corresponding to each operation step of the molding cycle, and the rotation speed of the prime mover is variably controlled to control the flow rate of the hydraulic pump.

特開平11-293710号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-293710 特開2018-204252号公報JP 2018-204252 A

前述したように、建設機械において半自動制御や自動運転を行うときには、当該制御の指令に対するポンプ流量の応答性及び精度の向上が求められている。また、油圧ショベルにおける油圧ポンプの流量制御では、オペレータによる急操作が行われた場合や掘削作業時に瞬間的な負荷の入力が生じた場合でも、油圧ポンプの目標流量に対して高い応答性や高い精度が要求されている。 As mentioned above, when semi-automatic control or automatic operation is performed in construction machinery, there is a demand for improved responsiveness and accuracy of the pump flow rate in response to the control commands. Furthermore, in hydraulic pump flow rate control in hydraulic excavators, high responsiveness and high accuracy are required with respect to the target hydraulic pump flow rate, even when the operator performs a sudden operation or when a momentary load is input during excavation work.

特許文献2に記載の技術のように、ポンプ容量を複数段の固定容量のいずれかに切換可能である油圧ポンプでは、流量制御にて要求される目標流量に応じてポンプ容量を適切な段階の固定容量に切り換えると共に、切り換えた固定容量に対応した電動機の回転数に調整する。この流量制御では、ポンプ流量の調整範囲(最小流量から最大流量までの範囲)を複数段の固定容量によってカバーするので、ポンプ容量が完全に1つに固定された固定容量型の油圧ポンプに比べると、電動機の回転数の変化量を抑制することが可能であると考えられる。したがって、ポンプ容量を複数段の固定容量のいずれかに切換可能な油圧ポンプの流量制御では、電動機の回転数の変化量を抑制することで、電動機の最大動力の低減やポンプ流量の応答性の向上が期待される。 In a hydraulic pump that can switch the pump capacity to one of multiple fixed capacity stages, as in the technology described in Patent Document 2, the pump capacity is switched to an appropriate fixed capacity stage according to the target flow rate required by the flow control, and the motor speed is adjusted to correspond to the switched fixed capacity. In this flow control, the pump flow rate adjustment range (range from minimum flow rate to maximum flow rate) is covered by multiple fixed capacity stages, so it is considered possible to suppress the amount of change in the motor speed compared to a fixed capacity hydraulic pump in which the pump capacity is completely fixed. Therefore, in the flow control of a hydraulic pump that can switch the pump capacity to one of multiple fixed capacity stages, it is expected that the maximum power of the motor can be reduced and the responsiveness of the pump flow rate can be improved by suppressing the amount of change in the motor speed.

ただし、当該油圧ポンプの流量制御において、ポンプ容量を或る段階の固定容量から異なる段階の固定容量に切り換えると、電動機の回転数に対する油圧ポンプの流量の関係(流量の制御特性)が変化する。そのため、ポンプ容量の切換時に操作の違和感がオペレータに生じることがある。したがって、当該油圧ポンプの流量制御において、電動機回転数の変化量の抑制および操作の違和感の抑制には、油圧ポンプのポンプ容量と原動機の回転数の適切な組み合わせが重要となる。 However, in the flow control of the hydraulic pump, when the pump capacity is switched from a fixed capacity of one stage to a fixed capacity of a different stage, the relationship of the hydraulic pump flow rate to the motor rotation speed (flow control characteristics) changes. This can cause the operator to feel uncomfortable when switching the pump capacity. Therefore, in the flow control of the hydraulic pump, an appropriate combination of the pump capacity of the hydraulic pump and the rotation speed of the prime mover is important to suppress the amount of change in the motor rotation speed and to suppress any uncomfortable feeling in operation.

本発明は、上記の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、油圧ポンプの流量制御において、応答性の向上を図りつつ操作の違和感を抑制することができる建設機械を提供することである。 The present invention was made based on the above, and its purpose is to provide a construction machine that can improve responsiveness while suppressing the discomfort of operation in flow control of a hydraulic pump.

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、原動機と、前記原動機によって駆動され、ポンプ容量を段階的に異なる複数の設定容量のいずれかに切換可能な油圧ポンプと、前記油圧ポンプが吐出する圧油によって駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータの駆動を指示するための操作装置と、前記原動機の回転数を検出する回転数センサと、前記原動機の回転数を調整すると共に前記油圧ポンプのポンプ容量の切換を行うことで、前記油圧ポンプの流量を制御する流量制御を実行するコントローラとを備えた建設機械において、前記油圧ポンプの各段の設定容量は、各段の設定容量から1段異なる設定容量に対して、前記原動機の調整可能な回転数範囲に応じて定まる調整可能な流量範囲が互いに一部の領域において重なる共通流量領域を生じさせるように設定されており、前記コントローラは、前記油圧ポンプの流量を所定の目標流量に変更するときに、前記目標流量が前記共通流量領域上にある場合には、前記回転数センサにより検出された回転数及び前記操作装置の操作量のいずれか一方に基づき、前記目標流量を実現することが可能な前記油圧ポンプのポンプ容量と前記原動機の回転数の組み合わせの中から1つを選択することを特徴とする。 The present application includes a number of means for solving the above problem, and one example thereof is a construction machine equipped with a prime mover, a hydraulic pump driven by the prime mover and capable of switching the pump capacity to one of a number of set capacities that differ in stages, a hydraulic actuator driven by pressure oil discharged by the hydraulic pump, an operation device for instructing the operation of the hydraulic actuator, a rotation speed sensor that detects the rotation speed of the prime mover, and a controller that performs flow control to control the flow rate of the hydraulic pump by adjusting the rotation speed of the prime mover and switching the pump capacity of the hydraulic pump, the set capacity of each stage of the hydraulic pump is set so that a common flow rate region is generated in which the adjustable flow rate ranges determined according to the adjustable rotation speed range of the prime mover overlap in part for the set capacity that is one stage different from the set capacity of each stage, and the controller, when changing the flow rate of the hydraulic pump to a predetermined target flow rate, selects one of the combinations of the pump capacity of the hydraulic pump and the rotation speed of the prime mover that can realize the target flow rate, based on either the rotation speed detected by the rotation speed sensor or the operation amount of the operation device, if the target flow rate is in the common flow rate region.

本発明によれば、ポンプ容量を複数段の設定容量のいずれかに切換可能とすることで、可変容量型の油圧ポンプのような容量制御の応答遅れがなく、また、原動機の調整可能な回転数範囲を固定容量型の油圧ポンプよりも限定的に設定可能で、その分、油圧ポンプの流量制御のおける応答時間の短縮が可能となる。また、前後段の設定容量の両方の流量範囲に対して共通流量領域を設けることで、共通流量領域上の目標流量を実現可能なポンプ容量と原動機回転数の組み合わせを複数の選択肢から選択可能となり、原動機の実回転数又は操作装置の操作量を基に当該組み合わせを選択することで、応答時間の短縮やポンプ容量の切換頻度の低減が可能になることがある。したがって、油圧ポンプの流量制御において、応答性の向上を図りつつ操作の違和感を抑制することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, by making it possible to switch the pump capacity to one of a plurality of set capacities, there is no response delay in capacity control as in a variable capacity hydraulic pump, and the adjustable rotation speed range of the prime mover can be set more limitedly than in a fixed capacity hydraulic pump, thereby making it possible to shorten the response time in the flow control of the hydraulic pump. In addition, by providing a common flow rate region for the flow rate ranges of both the front and rear set capacities, it becomes possible to select from a plurality of options a combination of pump capacity and prime mover rotation speed that can realize a target flow rate in the common flow rate region, and by selecting the combination based on the actual rotation speed of the prime mover or the operation amount of the operating device, it may be possible to shorten the response time and reduce the frequency of switching the pump capacity. Therefore, in the flow control of the hydraulic pump, it is possible to suppress the discomfort of operation while improving the responsiveness.
Problems, configurations and effects other than those described above will become apparent from the following description of the embodiments.

本発明の建設機械の第1の実施の形態を適用した油圧ショベルを示す側面図である。1 is a side view showing a hydraulic excavator to which a first embodiment of a construction machine according to the present invention is applied. 本発明の建設機械の第1の実施の形態における油圧システムの概略構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a hydraulic system in a first embodiment of a construction machine of the present invention. 図2に示す本発明の建設機械の第1の実施の形態の一部を構成する油圧ポンプにおけるポンプ容量の各段の設定容量への切換条件を示す表である。3 is a table showing conditions for switching the pump displacement to a set displacement for each stage in the hydraulic pump constituting a part of the first embodiment of the construction machine of the present invention shown in FIG. 2 . 図2に示す本発明の建設機械の第1の実施の形態における電動機の回転数と油圧ポンプの流量との関係の一例を示す特性図である。3 is a characteristic diagram showing an example of the relationship between the rotation speed of the electric motor and the flow rate of the hydraulic pump in the construction machine according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2. 図2に示す本発明の建設機械の第1の実施の形態の一部を構成するコントローラの機能の一例を示すブロック図である。3 is a block diagram showing an example of the functions of a controller constituting a part of the first embodiment of the construction machine of the present invention shown in FIG. 2. FIG. 図5に示す本発明の建設機械の第1の実施の形態に係るコントローラのポンプ流量制御の手順の一例を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing an example of a pump flow rate control procedure of a controller according to the first embodiment of the construction machine of the present invention shown in FIG. 5 . 本発明の建設機械の第1の実施の形態に係るコントローラのポンプ流量制御におけるポンプ容量と電動機回転数の組み合わせの選択方法を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a method for selecting a combination of pump displacement and motor rotation speed in pump flow rate control by a controller according to the first embodiment of the construction machine of the present invention. 本発明の建設機械の第2の実施の形態におけるコントローラの機能の一例を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing an example of the functions of a controller in a construction machine according to a second embodiment of the present invention. 本発明の建設機械の第2の実施の形態における電動機の回転数と油圧ポンプの流量との関係の一例を示す特性図である。FIG. 11 is a characteristic diagram showing an example of the relationship between the rotation speed of the electric motor and the flow rate of the hydraulic pump in the construction machine according to the second embodiment of the present invention. 図8に示す本発明の建設機械の第2の実施の形態に係るコントローラのポンプ流量制御の手順の一例を示すフローチャートである。9 is a flowchart showing an example of a pump flow rate control procedure of a controller according to the second embodiment of the construction machine of the present invention shown in FIG. 8 . 本発明の建設機械の第2の実施の形態に係るコントローラのポンプ流量制御におけるポンプ容量と電動機回転数の組み合わせの微操作時の選択方法を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing a selection method for finely adjusting a combination of pump displacement and motor rotation speed in pump flow rate control by a controller according to a second embodiment of the construction machine of the present invention.

以下、本発明の建設機械の実施の形態について図面を用いて説明する。本実施の形態においては、建設機械の一例として油圧ショベルを例に挙げて説明する。 The following describes an embodiment of the construction machine of the present invention with reference to the drawings. In this embodiment, a hydraulic excavator will be used as an example of the construction machine.

[第1の実施の形態]
まず、本発明の建設機械の第1の実施の形態としての油圧ショベルの構成について図1を用いて説明する。図1は本発明の建設機械の第1の実施の形態を適用した油圧ショベルを示す側面図である。ここでは、運転席に着座したオペレータから見た方向を用いて説明する。
[First embodiment]
First, the configuration of a hydraulic excavator as a first embodiment of a construction machine of the present invention will be described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a side view showing a hydraulic excavator to which the first embodiment of a construction machine of the present invention is applied. Here, the description will be given using the direction as seen by an operator seated in the driver's seat.

図1において、建設機械としての油圧ショベル1は、自走可能な下部走行体2と下部走行体2上に旋回可能に搭載された上部旋回体3とで構成された機体を備えている。上部旋回体3の前部には、掘削作業等を行うフロント作業機4が俯仰動可能に設けられている。 In FIG. 1, a hydraulic excavator 1 as a construction machine has a machine body composed of a self-propelled lower traveling body 2 and an upper rotating body 3 mounted so as to be able to rotate on the lower traveling body 2. A front working machine 4 for performing excavation work etc. is provided at the front of the upper rotating body 3 so as to be able to move up and down.

下部走行体2は、左右にクローラ式の走行装置11(左側のみ図示)を備えている。左右の走行装置11はそれぞれ、油圧アクチュエータとしての走行油圧モータ12により駆動する。 The lower traveling body 2 is equipped with crawler-type traveling devices 11 (only the left side is shown) on the left and right. The left and right traveling devices 11 are each driven by a traveling hydraulic motor 12 that serves as a hydraulic actuator.

上部旋回体3は、例えば、油圧アクチュエータとしての旋回油圧モータ(図示せず)によって下部走行体2に対して旋回駆動される。上部旋回体3は、支持構造体である旋回フレーム21と、旋回フレーム21上の前部左側に設置された運転室22と、旋回フレーム21の後端部に取り付けられたカウンタウェイト23と、旋回フレーム21上において運転室22とカウンタウェイト23との間の位置に設けられた機械室24とを含んで構成されている。運転室22内には、操作装置71(後述の図2参照)等の油圧ショベル1を操作するための各種装置が配置されている。カウンタウェイト23は、フロント作業機4との重量バランスをとるためのものである。機械室24には、後述の油圧ポンプ51及び電動機52(後述の図2参照)を含む各種装置等が収容されている。 The upper rotating body 3 is driven to rotate relative to the lower traveling body 2 by, for example, a hydraulic motor (not shown) as a hydraulic actuator. The upper rotating body 3 includes a rotating frame 21, which is a support structure, a cab 22 installed on the front left side of the rotating frame 21, a counterweight 23 attached to the rear end of the rotating frame 21, and a machine room 24 provided on the rotating frame 21 at a position between the cab 22 and the counterweight 23. Various devices for operating the hydraulic excavator 1, such as an operating device 71 (see FIG. 2 described later), are arranged in the cab 22. The counterweight 23 is for balancing the weight with the front work machine 4. The machine room 24 houses various devices, including a hydraulic pump 51 and an electric motor 52 (see FIG. 2 described later), which will be described later.

フロント作業機4は、複数のリンク部材で構成された多関節型の作業装置である。例えば、ブーム31、アーム32、アタッチメントとしてのバケット33を備えている。ブーム31は、その基端部が上部旋回体3の旋回フレーム21の前端部に回動可能に支持されている。ブーム31の先端部には、アーム32の基端部が回動可能に支持されている。アーム32の先端部には、バケット33の基端部が回動可能に支持されている。ブーム31、アーム32、バケット33はそれぞれ、ブームシリンダ35、アームシリンダ36、バケットシリンダ37によって駆動される。ブームシリンダ35、アームシリンダ36、バケットシリンダ37は、圧油の供給によって伸縮可能な油圧アクチュエータである。 The front work machine 4 is a multi-joint type work device composed of multiple link members. For example, it is equipped with a boom 31, an arm 32, and a bucket 33 as an attachment. The base end of the boom 31 is rotatably supported on the front end of the revolving frame 21 of the upper revolving body 3. The base end of the arm 32 is rotatably supported on the tip of the boom 31. The base end of the bucket 33 is rotatably supported on the tip of the arm 32. The boom 31, arm 32, and bucket 33 are driven by a boom cylinder 35, arm cylinder 36, and bucket cylinder 37, respectively. The boom cylinder 35, arm cylinder 36, and bucket cylinder 37 are hydraulic actuators that can be extended and retracted by the supply of pressure oil.

次に、本発明の建設機械の第1の実施の形態における油圧システムの概略構成について図2~図4を用いて説明する。図2は本発明の建設機械の第1の実施の形態における油圧システムの概略構成を示す回路図である。図3は図2に示す本発明の建設機械の第1の実施の形態の一部を構成する油圧ポンプにおけるポンプ容量の各段の設定容量への切換条件を示す表である。図4は図2に示す本発明の建設機械の第1の実施の形態における電動機の回転数と油圧ポンプの流量との関係の一例を示す特性図である。 Next, the schematic configuration of the hydraulic system in the first embodiment of the construction machine of the present invention will be described with reference to Figures 2 to 4. Figure 2 is a circuit diagram showing the schematic configuration of the hydraulic system in the first embodiment of the construction machine of the present invention. Figure 3 is a table showing the conditions for switching the pump capacity to the set capacity for each stage in the hydraulic pump constituting part of the first embodiment of the construction machine of the present invention shown in Figure 2. Figure 4 is a characteristic diagram showing an example of the relationship between the rotation speed of the electric motor and the flow rate of the hydraulic pump in the first embodiment of the construction machine of the present invention shown in Figure 2.

図2において、油圧ショベル1は、下部走行体2、上部旋回体3、フロント作業機4(共に図1参照)を駆動させる油圧システム50と、オペレータの操作に応じて油圧システム50を介して、下部走行体2、上部旋回体3、フロント作業機4の動作を制御するコントローラ80とを備えている。 In FIG. 2, the hydraulic excavator 1 is equipped with a hydraulic system 50 that drives the lower traveling body 2, the upper rotating body 3, and the front working machine 4 (all see FIG. 1), and a controller 80 that controls the operation of the lower traveling body 2, the upper rotating body 3, and the front working machine 4 via the hydraulic system 50 in response to the operation of the operator.

油圧システム50は、タンク55から作動油を吸い込んで圧油を吐出する油圧ポンプ51と、油圧ポンプ51を駆動する原動機としての電動機52と、油圧ポンプ51から吐出された圧油により駆動する各種の油圧アクチュエータ53(1つのみ図示)と、油圧ポンプ51から各種の油圧アクチュエータ53に対して供給される圧油の流れ(方向及び流量)をそれぞれ制御する各種の方向制御弁54(1つのみ図示)とを備えている。油圧ポンプ51の構造の詳細は後述する。電動機52は、回転数を連続的に自在に変更可能なものである。電動機52は、コントローラ80に電気的に接続されており、コントローラ80の回転数指令に応じて回転数が制御される。各種の油圧アクチュエータ53は、前述したように、走行油圧モータ12、旋回油圧モータ(図示せず)、ブームシリンダ35、アームシリンダ36、バケットシリンダ37などである。各種の方向制御弁54は、走行油圧モータ12、旋回油圧モータ(図示せず)、ブームシリンダ35、アームシリンダ36、バケットシリンダ37などにそれぞれ対応するものであり、組み付けられて集合体としての制御弁ユニットを構成する。 The hydraulic system 50 includes a hydraulic pump 51 that draws hydraulic oil from a tank 55 and discharges pressure oil, an electric motor 52 as a prime mover that drives the hydraulic pump 51, various hydraulic actuators 53 (only one shown) driven by the pressure oil discharged from the hydraulic pump 51, and various directional control valves 54 (only one shown) that control the flow (direction and flow rate) of the pressure oil supplied from the hydraulic pump 51 to the various hydraulic actuators 53. The structure of the hydraulic pump 51 will be described in detail later. The electric motor 52 is capable of continuously and freely changing the rotation speed. The electric motor 52 is electrically connected to the controller 80, and the rotation speed is controlled according to the rotation speed command of the controller 80. As described above, the various hydraulic actuators 53 are the traveling hydraulic motor 12, the swing hydraulic motor (not shown), the boom cylinder 35, the arm cylinder 36, the bucket cylinder 37, and the like. The various directional control valves 54 correspond to the travel hydraulic motor 12, the swing hydraulic motor (not shown), the boom cylinder 35, the arm cylinder 36, the bucket cylinder 37, etc., and are assembled together to form a control valve unit.

各種の油圧アクチュエータ53に対するオペレータの操作は、操作装置71を介して行われる。操作装置71は、各種の方向制御弁54の駆動を介して対応する各種の油圧アクチュエータ53の駆動をオペレータの操作(操作方向や操作量)に応じて指示するものである。操作装置71は、例えば、電気式のレバーであり、操作(操作方向及び操作量)を検出する検出装置を備えており、検出した操作をコントローラ80へ出力する。 The operator operates the various hydraulic actuators 53 via an operating device 71. The operating device 71 instructs the operation of the various hydraulic actuators 53 corresponding to the operation of the various directional control valves 54 in response to the operator's operation (operation direction and operation amount). The operating device 71 is, for example, an electric lever, and is equipped with a detection device that detects the operation (operation direction and operation amount), and outputs the detected operation to the controller 80.

油圧ポンプ51と方向制御弁54は、吐出ライン56を介して接続されている。吐出ライン56には、油圧ポンプ51から吐出された圧油の圧力(吐出圧)を検出する圧力センサ72が設置されている。圧力センサ72は、検出した油圧ポンプ51の吐出圧(検出圧力P)をコントローラ80へ出力する。 The hydraulic pump 51 and the directional control valve 54 are connected via a discharge line 56. A pressure sensor 72 is installed in the discharge line 56 to detect the pressure (discharge pressure) of the pressurized oil discharged from the hydraulic pump 51. The pressure sensor 72 outputs the detected discharge pressure (detected pressure P) of the hydraulic pump 51 to the controller 80.

電動機52には、電動機52の回転数を検出する回転数センサ73が設置されている。回転数センサ73は、検出した電動機52の回転数(検出回転数N)をコントローラ80へ出力する。 The electric motor 52 is provided with a rotation speed sensor 73 that detects the rotation speed of the electric motor 52. The rotation speed sensor 73 outputs the detected rotation speed of the electric motor 52 (detected rotation speed N) to the controller 80.

油圧ポンプ51は、1回転当たりの吐出流量であるポンプ容量(押し除け容積)を段階的に異なる複数の設定容積のいずれかに切り替えることが可能なものである。具体的には、油圧ポンプ51は、傾転角が変更されることでポンプ容量の変更を可能とする可変機構61aを有するポンプ本体61と、可変機構61aを駆動させることでポンプ容量を複数の設定容量のいずれかに切り替える容量切換機構62とを備えている。ポンプ本体61の可変機構61aとしては、例えば、斜板や斜軸が挙げられる。ポンプ本体61は、斜板又は斜軸(可変機構61a)の傾転角が変更されることで、ポンプ容量の大きさが調整される。容量切換機構62は、例えば、サーボシリンダ63のサーボピストン631を可変機構61aに連結し、且つ、当該サーボピストン631の変位可能な位置を複数の位置に構造的に規制することで、可変機構61aの傾転角をサーボピストン631の限定された位置に対応した角度のみに設定するものである。 The hydraulic pump 51 is capable of switching the pump capacity (displacement volume), which is the discharge flow rate per revolution, to one of a number of different set volumes in a stepwise manner. Specifically, the hydraulic pump 51 is equipped with a pump body 61 having a variable mechanism 61a that allows the pump capacity to be changed by changing the tilt angle, and a capacity switching mechanism 62 that switches the pump capacity to one of a number of set capacities by driving the variable mechanism 61a. Examples of the variable mechanism 61a of the pump body 61 include a swash plate and a slanted shaft. The pump body 61 adjusts the pump capacity by changing the tilt angle of the swash plate or the slanted shaft (variable mechanism 61a). The capacity switching mechanism 62, for example, connects the servo piston 631 of the servo cylinder 63 to the variable mechanism 61a, and structurally restricts the displaceable positions of the servo piston 631 to a number of positions, thereby setting the tilt angle of the variable mechanism 61a only to angles corresponding to the limited positions of the servo piston 631.

油圧ポンプ51は、ポンプ容量を段階的に異なる複数(図2では、例えば3段)の設定容積のいずれかに切換可能に構成されている。3段の設定容積は、ポンプ容量が最小となる第1段設定容量と、ポンプ容量が最大となる第3段設定容量と、第1段設定容量よりも大きく且つ第3段設定容量よりも小さくポンプ容量が中間となる第2段設定容量である。 The hydraulic pump 51 is configured to be able to switch the pump capacity to one of a number of different set volumes (for example, three stages in FIG. 2). The three set volumes are a first stage set capacity where the pump capacity is the smallest, a third stage set capacity where the pump capacity is the largest, and a second stage set capacity where the pump capacity is intermediate, being larger than the first stage set capacity and smaller than the third stage set capacity.

容量切換機構62は、例えば、ポンプ本体61からの吐出圧を操作圧としてサーボピストン631が変位するサーボシリンダ63を備えており、サーボピストン631の変位可能な位置が3つの位置に構造的に規制されるように構成されている。具体的には、サーボシリンダ63は、第1シリンダチューブ633内に摺動可能に配置されたサーボピストンとしての第1ピストン631と、第2シリンダチューブ634内に摺動可能に配置された第2ピストン632とを有している。 The capacity switching mechanism 62 includes, for example, a servo cylinder 63 in which a servo piston 631 is displaced using the discharge pressure from the pump body 61 as the operating pressure, and is configured so that the positions to which the servo piston 631 can be displaced are structurally restricted to three positions. Specifically, the servo cylinder 63 has a first piston 631 as a servo piston slidably arranged in a first cylinder tube 633, and a second piston 632 slidably arranged in a second cylinder tube 634.

第1ピストン631は、第1シリンダチューブ633内を第1受圧室635と第2受圧室636に分離するピストンヘッド部631aと、ピストンヘッド部631aの第2受圧室636側の受圧面から延び、横断面の断面積がピストンヘッド部631aよりも小さいピストンロッド部631bとで構成されている。第1ピストン631のピストンヘッド部631aは、第1受圧室635側の受圧面積の方が第2受圧室636側の受圧面積よりもピストンロッド部631bの分だけ大きくなっている。第1ピストン631は、ピストンロッド部631bがリンク部材67を介して可変機構61aに連結されており、移動位置に応じて可変機構61aの傾転角を変更する。 The first piston 631 is composed of a piston head portion 631a that separates the inside of the first cylinder tube 633 into a first pressure receiving chamber 635 and a second pressure receiving chamber 636, and a piston rod portion 631b that extends from the pressure receiving surface of the piston head portion 631a on the second pressure receiving chamber 636 side and has a smaller cross-sectional area than the piston head portion 631a. The piston head portion 631a of the first piston 631 has a pressure receiving area on the first pressure receiving chamber 635 side that is larger than the pressure receiving area on the second pressure receiving chamber 636 side by the amount of the piston rod portion 631b. The piston rod portion 631b of the first piston 631 is connected to the variable mechanism 61a via a link member 67, and the tilt angle of the variable mechanism 61a is changed depending on the moving position.

第2ピストン632は、第2シリンダチューブ634内を第3受圧室637と第4受圧室638に分離している。第3受圧室637には、第1ピストン631のピストンロッド部631bの先端部が位置している。第2ピストン632は、第3受圧室637側の受圧部分が第1ピストン631のピストンロッド部631bの先端部に当接可能となるように構成されている。ここで、第2ピストン632の第4受圧室638側の面積は、第1ピストン631のピストンヘッド部631aの第1受圧室635側の面積から第2受圧室636側の面積を引いた面積より大きくなるよう設定されている。 The second piston 632 separates the inside of the second cylinder tube 634 into a third pressure receiving chamber 637 and a fourth pressure receiving chamber 638. The tip of the piston rod portion 631b of the first piston 631 is located in the third pressure receiving chamber 637. The second piston 632 is configured so that the pressure receiving portion on the third pressure receiving chamber 637 side can abut against the tip of the piston rod portion 631b of the first piston 631. Here, the area of the fourth pressure receiving chamber 638 side of the second piston 632 is set to be larger than the area of the piston head portion 631a of the first piston 631 on the first pressure receiving chamber 635 side minus the area of the second pressure receiving chamber 636 side.

容量切換機構62は、さらに、サーボシリンダ63の第1受圧室635に対する作動油(操作圧)の供給及び排出を選択的に切り換える第1切換弁64と、サーボシリンダ63の第4受圧室638に対する作動油(操作圧)の供給及び排出を選択的に切り換える第2切換弁66とを備えている。第1切換弁64、第2切換弁66はそれぞれ、コントローラ80に電気的に接続されており、コントローラ80からの位置指令に応じて位置を切り換えるものである。 The capacity switching mechanism 62 further includes a first switching valve 64 that selectively switches between supplying and discharging hydraulic oil (operating pressure) to the first pressure receiving chamber 635 of the servo cylinder 63, and a second switching valve 66 that selectively switches between supplying and discharging hydraulic oil (operating pressure) to the fourth pressure receiving chamber 638 of the servo cylinder 63. The first switching valve 64 and the second switching valve 66 are each electrically connected to the controller 80, and switch positions in response to position commands from the controller 80.

第1切換弁64は、サーボシリンダ63の第1受圧室635の接続先を、吐出ライン56から分岐したパイロット供給ライン68及びタンク55に接続されているパイロット排出ライン69のいずれか一方に切り換えるものである。第1切換弁64は、例えば、3ポート2位置の電磁弁であり、位置指令の入力の有無(ON/OFF)により第1位置F及び第2位置Sのいずれかに選択的に切り換えられるように構成されている。例えば、位置指令の入力が無いとき(OFFのとき)には第1位置Fに、位置指令が入力されたとき(ONのとき)には第2位置Sに切り換えられる。第1位置Fは第1受圧室635をパイロット供給ライン68に接続する位置であり、第2位置Sは第1受圧室635をパイロット排出ライン69に接続する位置である。 The first switching valve 64 switches the connection destination of the first pressure receiving chamber 635 of the servo cylinder 63 to either the pilot supply line 68 branched off from the discharge line 56 or the pilot discharge line 69 connected to the tank 55. The first switching valve 64 is, for example, a 3-port 2-position solenoid valve, and is configured to be selectively switched to either the first position F or the second position S depending on the presence or absence (ON/OFF) of a position command input. For example, when there is no position command input (OFF), it is switched to the first position F, and when a position command is input (ON), it is switched to the second position S. The first position F is a position where the first pressure receiving chamber 635 is connected to the pilot supply line 68, and the second position S is a position where the first pressure receiving chamber 635 is connected to the pilot discharge line 69.

第2切換弁66は、サーボシリンダ63の第4受圧室638の接続先をパイロット供給ライン68及びパイロット排出ライン69のいずれか一方に切り換えるものである。第2切換弁66は、例えば、3ポート2位置の電磁弁であり、位置指令の入力の有無(ON/OFF)により第1位置F及び第2位置Sのいずれかに選択的に切り換えられるように構成されている。例えば、位置指令の入力が無いとき(OFFのとき)には第1位置Fに、位置指令が入力されたとき(ONのとき)には第2位置Sに切り換えられる。第1位置Fは第4受圧室638をパイロット排出ライン69に接続する位置であり、第2位置Sは第4受圧室638をパイロット供給ライン68に接続する位置である。 The second switching valve 66 switches the connection destination of the fourth pressure receiving chamber 638 of the servo cylinder 63 to either the pilot supply line 68 or the pilot discharge line 69. The second switching valve 66 is, for example, a 3-port 2-position solenoid valve, and is configured to be selectively switched to either the first position F or the second position S depending on whether or not a position command is input (ON/OFF). For example, when there is no position command input (OFF), it is switched to the first position F, and when a position command is input (ON), it is switched to the second position S. The first position F is a position that connects the fourth pressure receiving chamber 638 to the pilot discharge line 69, and the second position S is a position that connects the fourth pressure receiving chamber 638 to the pilot supply line 68.

容量切換機構62は、サーボシリンダ63のサーボピストン631の移動位置が2つの切換弁64、66の切換位置(ON又はOFF)に応じて3つの位置に限定されるように構成されている。この構成によって、油圧ポンプ51はポンプ容量を段階的に異なる3段の設定容量(第1段設定容量、第2段設定容量、第3段設定容量)に切り換えることが可能となっている。 The capacity switching mechanism 62 is configured so that the movement position of the servo piston 631 of the servo cylinder 63 is limited to three positions according to the switching positions (ON or OFF) of the two switching valves 64, 66. This configuration enables the hydraulic pump 51 to switch the pump capacity to three different set capacities (first stage set capacity, second stage set capacity, third stage set capacity) in stages.

ところで、ポンプ容量を連続的に変更可能な可変容量型の油圧ポンプのレギュレータでは、サーボシリンダの圧力室内の操作圧を弁操作や絞りを介して調圧することで、サーボピストンの移動位置を調整して斜板に生じるモーメントの釣合いを図りポンプ容量の制御を行っている。この構成の場合、作動油の温度変化などによって斜板に作用するモーメントの釣合い位置が変化することで、ポンプ容量の制御特性が変化することがある。 In a regulator for a variable displacement hydraulic pump, which can continuously change the pump capacity, the operating pressure in the pressure chamber of the servo cylinder is adjusted through valve operation or a throttle, adjusting the movement position of the servo piston to balance the moment acting on the swash plate and control the pump capacity. In this configuration, the control characteristics of the pump capacity can change when the balance position of the moment acting on the swash plate changes due to factors such as temperature changes in the hydraulic oil.

それに対して、本実施の形態に係る容量切換機構62は、サーボシリンダ63の受圧室635、636、638内の操作圧を調圧して可変機構61aの釣合いを図る必要がなく、サーボピストン631を機械的に規制した位置に変位させることで、可変機構61aの傾転角を段階的に異なる所定の角度に切り換えることが可能である。したがって、作動油の温度変化によってポンプ容量の制御特性が変化しないので、油圧ポンプ51の容量制御における応答性や精度が低下することはない。 In contrast, the capacity switching mechanism 62 according to this embodiment does not need to adjust the operating pressure in the pressure-receiving chambers 635, 636, and 638 of the servo cylinder 63 to balance the variable mechanism 61a, and can switch the tilt angle of the variable mechanism 61a to different predetermined angles in stages by displacing the servo piston 631 to a mechanically restricted position. Therefore, the control characteristics of the pump capacity do not change due to changes in the temperature of the hydraulic oil, so there is no decrease in responsiveness or accuracy in the capacity control of the hydraulic pump 51.

本実施の形態の容量切換機構62においては、図3に示すように、ポンプ容量が2つの切換弁64、66の切換位置(ON又はOFF)に応じて3段の設定容量(第1段設定容量、第2段設定容量、第3段設定容量)のいずれかに切り換わる。詳細には、以下のとおりである。 In the capacity switching mechanism 62 of this embodiment, as shown in FIG. 3, the pump capacity is switched to one of three set capacity stages (first-stage set capacity, second-stage set capacity, third-stage set capacity) depending on the switching position (ON or OFF) of the two switching valves 64, 66. The details are as follows.

第1に、図2に示す第1切換弁64が第1位置F(OFF)、第2切換弁66が第1位置F(OFF)の場合、サーボシリンダ63の第1受圧室635への作動油(操作圧)の供給が可能となると共に、第4受圧室638からの作動油(操作圧)の排出が可能となる。なお、第2受圧室636には操作圧が常時供給されている。第1ピストン631のピストンヘッド部631aに作用する力は、第1受圧室635側の受圧面積と第2受圧室636側の受圧面積の差によって、第1受圧室635側から第2受圧室636側へ向かう方が優勢となる。これにより、第1ピストン631は、ピストンロッド部631bが第2ピストン632に当接して第2ピストン632を第4受圧室638の端壁(ストッパ)に押し当てるまで第2ピストン632と共に移動する。すなわち、第1ピストン631は、第2ピストン632の移動が第4受圧室638の端壁により規制される第1位置まで移動する。第1ピストン631の第1位置への変位により、可変機構61aの傾転角が或る第1角度に変化してポンプ容量が最小容量である第1段設定容量に切り換わる。 First, when the first switching valve 64 shown in FIG. 2 is in the first position F (OFF) and the second switching valve 66 is in the first position F (OFF), the hydraulic oil (operating pressure) can be supplied to the first pressure receiving chamber 635 of the servo cylinder 63, and the hydraulic oil (operating pressure) can be discharged from the fourth pressure receiving chamber 638. The second pressure receiving chamber 636 is constantly supplied with operating pressure. The force acting on the piston head portion 631a of the first piston 631 is predominantly from the first pressure receiving chamber 635 side to the second pressure receiving chamber 636 side due to the difference in the pressure receiving area on the first pressure receiving chamber 635 side and the pressure receiving area on the second pressure receiving chamber 636 side. As a result, the first piston 631 moves together with the second piston 632 until the piston rod portion 631b abuts against the second piston 632 and presses the second piston 632 against the end wall (stopper) of the fourth pressure receiving chamber 638. That is, the first piston 631 moves to a first position where the movement of the second piston 632 is restricted by the end wall of the fourth pressure receiving chamber 638. When the first piston 631 is displaced to the first position, the tilt angle of the variable mechanism 61a changes to a certain first angle, and the pump capacity switches to the first stage set capacity, which is the minimum capacity.

第2に、第1切換弁64が第1位置F(OFF)、第2切換弁66が第2位置S(ON)の場合、サーボシリンダ63の第1受圧室635及び第4受圧室638への操作圧の供給が可能になる。第2受圧室636には操作圧が常時供給されているが、第1受圧室635側の受圧面積と第2受圧室636側の受圧面積の差によって第1ピストン631のピストンヘッド部631aに作用する力は第1受圧室635側から第2受圧室636側へ向かう方が優勢となる。これにより、第1ピストン631は、ピストンロッド部631bが第2ピストン632に当接する第2位置まで変位する。ただし、第1受圧室635と第4受圧室638の操作圧の圧力が同じなので、第1ピストン631のピストンヘッド部631aの第1受圧室635側の面積から第2受圧室636側の面積を引いた面積より大きくなるよう設定された第2ピストン632の第4受圧室638側の面積との面積差より、第2ピストン632は、第1ピストン631のピストンロッド部631bが当接しても移動せず、第1ピストン631の移動を規制するストッパとして機能する。この第1ピストン631の第2位置への移動により、可変機構61aの傾転角が第1角度よりも大きな第2角度に変化してポンプ容量が中間容量である第2段設定容量に切り換わる。 Secondly, when the first switching valve 64 is in the first position F (OFF) and the second switching valve 66 is in the second position S (ON), the operating pressure can be supplied to the first pressure receiving chamber 635 and the fourth pressure receiving chamber 638 of the servo cylinder 63. The operating pressure is constantly supplied to the second pressure receiving chamber 636, but due to the difference in the pressure receiving area on the first pressure receiving chamber 635 side and the pressure receiving area on the second pressure receiving chamber 636 side, the force acting on the piston head portion 631a of the first piston 631 is predominantly directed from the first pressure receiving chamber 635 side to the second pressure receiving chamber 636 side. As a result, the first piston 631 is displaced to the second position where the piston rod portion 631b abuts against the second piston 632. However, because the operating pressures of the first pressure receiving chamber 635 and the fourth pressure receiving chamber 638 are the same, due to the area difference between the area of the piston head portion 631a of the first piston 631 on the first pressure receiving chamber 635 side and the area of the second piston 632 on the fourth pressure receiving chamber 638 side, which is set to be larger than the area of the piston head portion 631a on the first piston 631 minus the area of the second pressure receiving chamber 636 side, the second piston 632 does not move even when the piston rod portion 631b of the first piston 631 abuts, and functions as a stopper that restricts the movement of the first piston 631. This movement of the first piston 631 to the second position changes the tilt angle of the variable mechanism 61a to a second angle larger than the first angle, and the pump capacity switches to the second stage set capacity, which is an intermediate capacity.

第3に、第1切換弁64が第2位置S(ON)、第2切換弁66が第1位置F(OFF)の場合、第1受圧室635からの操作圧の排出が可能となる。サーボシリンダ63の第2受圧室636には操作圧が常時供給されている。これにより、第1ピストン631は、ピストンヘッド部631aが第1受圧室635の端壁(ストッパ)に当接して移動が規制される第3位置まで移動する。この第1ピストン631の第3位置への移動により、可変機構61aの傾転角が第2角度よりも大きな第3角度に変化してポンプ容量が最大容量である第3段設定容量に切り換わる。 Thirdly, when the first switching valve 64 is in the second position S (ON) and the second switching valve 66 is in the first position F (OFF), the operating pressure can be discharged from the first pressure receiving chamber 635. Operating pressure is constantly supplied to the second pressure receiving chamber 636 of the servo cylinder 63. As a result, the first piston 631 moves to a third position where the piston head portion 631a abuts against the end wall (stopper) of the first pressure receiving chamber 635 and movement is restricted. This movement of the first piston 631 to the third position changes the tilt angle of the variable mechanism 61a to a third angle larger than the second angle, and the pump capacity switches to the third stage set capacity, which is the maximum capacity.

本実施の形態に係る油圧ポンプ51において、各段の設定容量と各段の設定容量から1段異なる設定容量は、電動機52の調整可能な回転数範囲に応じて定まる調整可能な流量範囲が互いに一部の領域において重なる共通流量領域を生じさせるように設定される。すなわち、各段の設定容積に対して定まる調整可能な流量範囲と各段の設定容量から1段異なる設定容積に対して定まる調整可能な流量範囲は、互いに一部の領域で重なる共通流量領域を有している。 In the hydraulic pump 51 according to this embodiment, the set capacity of each stage and the set capacity one stage different from the set capacity of each stage are set so that the adjustable flow rate ranges determined according to the adjustable rotation speed range of the electric motor 52 create a common flow rate region where they overlap in part. In other words, the adjustable flow rate ranges determined for the set volume of each stage and the adjustable flow rate ranges determined for the set volume one stage different from the set capacity of each stage have a common flow rate region where they overlap in part.

例えば、油圧ポンプ51のポンプ容量が3段の設定容積のいずれかに切換可能である場合、図4に示すように、電動機52の調整可能な回転数に対する油圧ポンプの流量の関係を示す特性図M1が第1段~第3段の設定容量(最小容量、中間容量、最大容量)の各々に対して定まる。図4中、横軸Nは電動機52の回転数を、縦軸Qは油圧ポンプの流量を示している。 For example, if the pump capacity of the hydraulic pump 51 can be switched to one of three set capacities, as shown in FIG. 4, a characteristic diagram M1 showing the relationship between the adjustable rotation speed of the electric motor 52 and the flow rate of the hydraulic pump is determined for each of the first to third set capacities (minimum capacity, intermediate capacity, maximum capacity). In FIG. 4, the horizontal axis N represents the rotation speed of the electric motor 52, and the vertical axis Q represents the flow rate of the hydraulic pump.

特性図M1では、油圧ポンプ51及び電動機52の仕様に応じて、コントローラ80による電動機52の調整可能な回転数範囲が設定される。具体的には、調整可能な回転数範囲として、最小回転数Nnが下限であると共に最大回転数Nxが上限である第1回転数範囲が設定されている。設定された第1回転数範囲に対して、油圧ポンプ51の第1段~第3段の設定容量のそれぞれにおける調整可能な流量範囲(第1段流量範囲、第2段流量範囲、第3段流量範囲)が定まる。すなわち、各段の設定容量における調整可能な流量範囲は、第1回転数範囲の最小回転数Nnに対応する流量の下限値から最大回転数Nxに対応する流量の上限値までの領域である。 In the characteristic diagram M1, the adjustable rotation speed range of the electric motor 52 by the controller 80 is set according to the specifications of the hydraulic pump 51 and the electric motor 52. Specifically, a first rotation speed range is set as the adjustable rotation speed range, with the minimum rotation speed Nn as the lower limit and the maximum rotation speed Nx as the upper limit. For the set first rotation speed range, adjustable flow rate ranges (first stage flow rate range, second stage flow rate range, third stage flow rate range) are determined for each of the set capacities of the first to third stages of the hydraulic pump 51. In other words, the adjustable flow rate range for the set capacity of each stage is the region from the lower limit of the flow rate corresponding to the minimum rotation speed Nn of the first rotation speed range to the upper limit of the flow rate corresponding to the maximum rotation speed Nx.

本特性図M1における第1段設定容量に対して定まる第1段流量範囲と第2段設定容量に対して定まる第2段流量範囲は、第1段流量範囲のうち最大流量を含むその近傍の流量領域と第2段流量範囲のうち最小流量を含むその近傍の流量領域とが互いに重なる第1共通流量領域Fc1を有している。また、第2段設定容量に対して定まる第2段流量範囲と第3段設定容量に対して定まる第3段流量範囲は、第2段流量範囲のうち最大流量を含むその近傍の流量領域と第3段流量範囲のうち最小流量を含むその近傍の流量領域とが互いに重なる第2共通流量領域Fc2を有している。 The first stage flow rate range determined for the first stage set capacity in this characteristic diagram M1 and the second stage flow rate range determined for the second stage set capacity have a first common flow rate region Fc1 where the flow rate region including the maximum flow rate in the first stage flow rate range and the flow rate region including the minimum flow rate in the second stage flow rate range overlap each other. Also, the second stage flow rate range determined for the second stage set capacity and the third stage flow rate range determined for the third stage set capacity have a second common flow rate region Fc2 where the flow rate region including the maximum flow rate in the second stage flow rate range and the flow rate region including the minimum flow rate in the third stage flow rate range overlap each other.

本特性図M1に示されているように、油圧ポンプ51の調整可能な全流量範囲が3段の設定容量に対して区分して振り分けられる。したがって、固定容量型の油圧ポンプと比べて、電動機52の調整可能な回転数範囲を限定的にすることが可能である。調整可能な回転数範囲を狭くすることで、電動機52の最大動力を抑制することが可能であると共に、電動機52の回転数制御の応答時間の短縮が可能となることがある。また、本特性図M1では、油圧ポンプ51の流量が第1共通流量領域Fc1または第2共通流量領域Fc2上にある場合には、油圧ポンプ51のポンプ容量として共通流量領域Fc1、Fc2を共有する設定容量の中から選択することが可能となる。 As shown in this characteristic diagram M1, the entire adjustable flow range of the hydraulic pump 51 is divided into three set capacities. Therefore, compared to a fixed displacement hydraulic pump, it is possible to limit the adjustable rotation speed range of the electric motor 52. By narrowing the adjustable rotation speed range, it is possible to suppress the maximum power of the electric motor 52 and shorten the response time of the rotation speed control of the electric motor 52. In addition, in this characteristic diagram M1, when the flow rate of the hydraulic pump 51 is on the first common flow rate region Fc1 or the second common flow rate region Fc2, it is possible to select the pump capacity of the hydraulic pump 51 from the set capacities that share the common flow rate regions Fc1 and Fc2.

図2に戻り、コントローラ80は、第1切換弁64、第2切換弁66にそれぞれ電気的に接続されており、第1切換弁64、第2切換弁66を介して油圧ポンプ51のポンプ容量の切換制御を行う。また、コントローラ80は、電動機52に電気的に接続されており、電動機52の回転数を調整する回転数制御を行う。本実施の形態に係るコントローラ80は、特性図M1を基に油圧ポンプ51のポンプ容量の切換制御および電動機52の回転数制御を行うことで、油圧ポンプ51の流量を調整する流量制御を実行するものである。コントローラ80は、油圧ポンプ51の流量制御において、操作装置71が検出した操作、圧力センサ72の検出圧力(油圧ポンプ51の吐出圧)、回転数センサ73の検出回転数(電動機52の実回転数)に基づき、所定の演算処理や比較判定を行うように構成されている。 Returning to FIG. 2, the controller 80 is electrically connected to the first switching valve 64 and the second switching valve 66, and controls the switching of the pump capacity of the hydraulic pump 51 via the first switching valve 64 and the second switching valve 66. The controller 80 is also electrically connected to the electric motor 52, and controls the rotation speed of the electric motor 52. The controller 80 according to this embodiment controls the switching of the pump capacity of the hydraulic pump 51 and the rotation speed of the electric motor 52 based on the characteristic diagram M1, thereby performing flow control to adjust the flow rate of the hydraulic pump 51. The controller 80 is configured to perform predetermined calculation processing and comparison judgment in the flow rate control of the hydraulic pump 51 based on the operation detected by the operating device 71, the detected pressure of the pressure sensor 72 (the discharge pressure of the hydraulic pump 51), and the detected rotation speed of the rotation speed sensor 73 (the actual rotation speed of the electric motor 52).

次に、本発明の建設機械の第1の実施の形態を構成するコントローラの構成及び機能について図4及び図5を用いて説明する。図5は図2に示す本発明の建設機械の第1の実施の形態の一部を構成するコントローラの機能の一例を示すブロック図である。なお、図5において、図1~図4に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。 Next, the configuration and functions of the controller constituting the first embodiment of the construction machine of the present invention will be described with reference to Figures 4 and 5. Figure 5 is a block diagram showing an example of the functions of the controller constituting part of the first embodiment of the construction machine of the present invention shown in Figure 2. Note that in Figure 5, the same reference numerals as those shown in Figures 1 to 4 indicate the same parts, and therefore detailed descriptions thereof will be omitted.

図5において、コントローラ80は、ハード構成として例えば、RAMやROM等からなる記憶装置81と、CPU等からなる演算処理装置82とを備えている。記憶装置81には、油圧ポンプ51の流量制御や他の制御に必要なプログラムや各種情報が予め記憶されている。演算処理装置82は、記憶装置81からプログラムや各種情報を適宜読み込み、当該プログラムに従って処理を実行することで後述する機能を含む各種の機能を実現する。 In FIG. 5, the controller 80 has, as its hardware configuration, a storage device 81 consisting of a RAM, a ROM, etc., and an arithmetic processing device 82 consisting of a CPU, etc. The storage device 81 stores in advance programs and various information required for flow control of the hydraulic pump 51 and other controls. The arithmetic processing device 82 reads the programs and various information from the storage device 81 as appropriate, and executes processing according to the programs to realize various functions, including those described below.

コントローラ80では、油圧ポンプ51の流量制御のために、電動機52の回転数Nに対する油圧ポンプ51の流量Qの関係を示す特性図M1が記憶装置81に記憶されている。特性図M1は、前述したように、各段の設定容量(第1段設定容量、第2段設定容量、第3段設定容量)ごとに回転数に対する流量が定められている(図4参照)。本実施の形態の特性図M1においては、前述したように、各段の設定容積に対して定まる流量範囲と各段の設定容量から1段異なる設定容積に対して定まる流量範囲とが一部で重なる共通流量領域Fc1、Fc2が設けられている。このため、コントローラ80は、油圧ポンプ51の流量が特性図M1の共通流量領域Fc1、Fc2上にある場合には、油圧ポンプ51のポンプ容量として共通流量領域Fc1、Fc2を共有する設定容量のいずれかを選択することが可能である。これにより、コントローラ80は、油圧ポンプ51の流量制御の際に、応答性を考慮したポンプ容量の選択が可能となる。コントローラ80による油圧ポンプ51の流量制御の機能の詳細は以下のとおりである。 In the controller 80, a characteristic diagram M1 showing the relationship between the flow rate Q of the hydraulic pump 51 and the rotation speed N of the motor 52 is stored in the storage device 81 in order to control the flow rate of the hydraulic pump 51. As described above, the characteristic diagram M1 defines the flow rate for each set capacity of each stage (first stage set capacity, second stage set capacity, third stage set capacity) relative to the rotation speed (see FIG. 4). In the characteristic diagram M1 of this embodiment, as described above, common flow rate areas Fc1 and Fc2 are provided in which the flow rate ranges determined for the set capacity of each stage overlap with the flow rate ranges determined for the set capacity of each stage that is one stage different from the set capacity of each stage. Therefore, when the flow rate of the hydraulic pump 51 is on the common flow rate areas Fc1 and Fc2 of the characteristic diagram M1, the controller 80 can select one of the set capacities that share the common flow rate areas Fc1 and Fc2 as the pump capacity of the hydraulic pump 51. This allows the controller 80 to select the pump capacity taking into account the responsiveness when controlling the flow rate of the hydraulic pump 51. The details of the function of the controller 80 to control the flow rate of the hydraulic pump 51 are as follows.

コントローラ80は、油圧ポンプ51の流量制御を実行する機能として、例えば、目標流量演算部91、容量回転数選択部92、容量制御部93、及び、回転数制御部94を備えている。 The controller 80 has, for example, a target flow rate calculation unit 91, a capacity/rotation speed selection unit 92, a capacity control unit 93, and a rotation speed control unit 94 as functions for executing flow rate control of the hydraulic pump 51.

目標流量演算部91は、操作装置71の操作L、圧力センサ72の検出圧力P、及び電動機52の許容動力Waに基づき、油圧ポンプ51の目標ポンプ流量Qtを演算するものである。具体的には、目標流量演算部91は、操作装置71の操作Lに基づき指示ポンプ流量QLを演算する。例えば、操作装置71の操作Lに対する指示ポンプ流量QLの関係が規定された特性図(図示せず)が記憶装置81に予め記憶されている。さらに、演算結果の指示ポンプ流量QLと圧力センサ72の検出圧力Pとを積算することで、油圧ポンプ51の必要動力を演算する。加えて、演算結果の油圧ポンプ51の必要動力が電動機52の許容動力Wa以下か否かを判定する。電動機52の許容動力Waは、電動機52の仕様によって決定されるものであり、記憶装置81に予め記憶されている。 The target flow rate calculation unit 91 calculates the target pump flow rate Qt of the hydraulic pump 51 based on the operation L of the operating device 71, the detected pressure P of the pressure sensor 72, and the allowable power Wa of the electric motor 52. Specifically, the target flow rate calculation unit 91 calculates the indicated pump flow rate QL based on the operation L of the operating device 71. For example, a characteristic diagram (not shown) that specifies the relationship between the indicated pump flow rate QL and the operation L of the operating device 71 is stored in advance in the storage device 81. Furthermore, the required power of the hydraulic pump 51 is calculated by integrating the indicated pump flow rate QL of the calculation result and the detected pressure P of the pressure sensor 72. In addition, it is determined whether the required power of the hydraulic pump 51 of the calculation result is equal to or less than the allowable power Wa of the electric motor 52. The allowable power Wa of the electric motor 52 is determined by the specifications of the electric motor 52 and is stored in advance in the storage device 81.

判定結果が許容動力Wa以下である場合には、演算結果の指示ポンプ流量QLを油圧ポンプ51の目標ポンプ流量Qtとして設定する。判定結果がそれ以外の場合には、目標ポンプ流量Qtと圧力センサ72の検出圧力Pとの積算結果が許容動力Waとなるように目標ポンプ流量Qtを設定する。 If the determination result is equal to or less than the allowable power Wa, the indicated pump flow rate QL of the calculation result is set as the target pump flow rate Qt of the hydraulic pump 51. If the determination result is otherwise, the target pump flow rate Qt is set so that the integrated result of the target pump flow rate Qt and the detected pressure P of the pressure sensor 72 is equal to the allowable power Wa.

容量回転数選択部92は、油圧ポンプ51の各段の設定容量(本実施の形態では、第1段設定容量、第2段設定容量、第3段設定容量)ごとに回転数に対する流量が定められている特性図M1(図4参照)を基に、目標流量演算部91の演算結果の目標ポンプ流量Qtを実現可能な設定容量と回転数の組み合わせを選択する。具体的には、容量回転数選択部92は、特性図M1を参照して目標ポンプ流量Qtを実現可能な設定容量と回転数の組み合わせをすべて抽出する。目標ポンプ流量Qtが特性図M1の共通流量領域Fc1、Fc2上にない場合には、目標ポンプ流量Qtを実現可能な設定容量と回転数の組み合わせが唯1つに決まるので、当該組み合わせを選択する。一方、目標ポンプ流量Qtが特性図M1の共通流量領域Fc1、Fc2上にある場合には、目標ポンプ流量Qtを実現可能な回転数と回転数センサの検出回転数Nとの偏差量が最も小さくなる組み合わせを選択する。これは、電動機52の目標回転数への変更時間を最短にすることで、油圧ポンプ51の流量制御における応答性の向上を図るものである。 The capacity rotation speed selection unit 92 selects a combination of set capacity and rotation speed that can realize the target pump flow rate Qt calculated by the target flow rate calculation unit 91 based on the characteristic diagram M1 (see FIG. 4) in which the flow rate for each set capacity of each stage of the hydraulic pump 51 (in this embodiment, the first stage set capacity, the second stage set capacity, and the third stage set capacity) is determined. Specifically, the capacity rotation speed selection unit 92 refers to the characteristic diagram M1 and extracts all combinations of set capacity and rotation speed that can realize the target pump flow rate Qt. If the target pump flow rate Qt is not on the common flow rate region Fc1, Fc2 of the characteristic diagram M1, only one combination of set capacity and rotation speed that can realize the target pump flow rate Qt is determined, so that combination is selected. On the other hand, if the target pump flow rate Qt is on the common flow rate region Fc1, Fc2 of the characteristic diagram M1, the combination that has the smallest deviation between the rotation speed that can realize the target pump flow rate Qt and the detected rotation speed N of the rotation speed sensor is selected. This aims to improve the responsiveness of the flow control of the hydraulic pump 51 by minimizing the time it takes for the electric motor 52 to change to the target rotation speed.

容量制御部93は、容量回転数選択部92の選択結果の設定容量を油圧ポンプ51の目標ポンプ容量とする容量指令を油圧ポンプ51の容量切換機構62に対して出力する。具体的には、容量制御部93は、容量回転数選択部92により選択された設定容量を目標ポンプ容量に設定し、ポンプ容量が目標ポンプ容量となるように、第1、第2の切換弁64、66に対してそれぞれON又はOFFの位置指令を出力する(図3参照)。 The capacity control unit 93 outputs a capacity command to the capacity switching mechanism 62 of the hydraulic pump 51, which sets the set capacity selected by the capacity rotation speed selection unit 92 as the target pump capacity of the hydraulic pump 51. Specifically, the capacity control unit 93 sets the set capacity selected by the capacity rotation speed selection unit 92 as the target pump capacity, and outputs an ON or OFF position command to the first and second switching valves 64, 66, respectively, so that the pump capacity becomes the target pump capacity (see FIG. 3).

回転数制御部94は、容量回転数選択部92の選択結果の回転数を電動機52の目標回転数とする回転数指令を電動機52に対して出力する。これにより、電動機52の実回転数が目標回転数になるように変更される。 The rotation speed control unit 94 outputs a rotation speed command to the electric motor 52, which sets the rotation speed selected by the capacity rotation speed selection unit 92 as the target rotation speed of the electric motor 52. This changes the actual rotation speed of the electric motor 52 to the target rotation speed.

次に、本発明の建設機械の第1の実施の形態を構成するコントローラが実行する制御手順の一例について図5~図7を用いて説明する。図6は図5に示す本発明の建設機械の第1の実施の形態に係るコントローラのポンプ流量制御の手順の一例を示すフローチャートである。図7は本発明の建設機械の第1の実施の形態に係るコントローラのポンプ流量制御におけるポンプ容量と電動機回転数の組み合わせの選択方法を示す説明図である。なお、図7に示す特性図は図5に示す特性図と同じものである。 Next, an example of a control procedure executed by the controller constituting the first embodiment of the construction machine of the present invention will be described with reference to Figs. 5 to 7. Fig. 6 is a flow chart showing an example of a procedure for pump flow control by the controller of the first embodiment of the construction machine of the present invention shown in Fig. 5. Fig. 7 is an explanatory diagram showing a method for selecting a combination of pump capacity and motor speed in pump flow control by the controller of the first embodiment of the construction machine of the present invention. Note that the characteristic diagram shown in Fig. 7 is the same as the characteristic diagram shown in Fig. 5.

図5に示すコントローラ80は、まず、操作装置71が検出した操作Lを取り込み(図6に示すステップS10)、指示ポンプ流量QLを演算する(図6に示すステップS20)。具体的には、コントローラ80の目標流量演算部91が、記憶装置81に予め記憶されている特性図(図示せず)を参照し、操作装置71の操作Lに応じた油圧ポンプ51の指示ポンプ流量QLを演算する。 The controller 80 shown in FIG. 5 first receives the operation L detected by the operating device 71 (step S10 shown in FIG. 6) and calculates the command pump flow rate QL (step S20 shown in FIG. 6). Specifically, the target flow rate calculation unit 91 of the controller 80 refers to a characteristic diagram (not shown) pre-stored in the storage device 81 and calculates the command pump flow rate QL of the hydraulic pump 51 according to the operation L of the operating device 71.

次に、コントローラ80は、圧力センサ72の検出圧力P(油圧ポンプ51の吐出圧)を取り込み(図6に示すステップS30)、油圧ポンプ51の必要動力が電動機52の許容動力Wa以下であるか否かを判定する(図6に示すステップS40)。具体的には、目標流量演算部91が、演算結果の指示ポンプ流量QLと圧力センサ72の検出圧力Pとを積算することで油圧ポンプ51の必要動力を演算し、演算結果の必要動力(P×QL)が記憶装置81に予め記憶されている電動機52の許容動力Wa以下であるかを判定する。ステップS40において、YESの場合にはステップS50に進む一方、NOの場合にはステップS60に進む。 Next, the controller 80 takes in the detected pressure P of the pressure sensor 72 (the discharge pressure of the hydraulic pump 51) (step S30 shown in FIG. 6) and determines whether the required power of the hydraulic pump 51 is equal to or less than the allowable power Wa of the electric motor 52 (step S40 shown in FIG. 6). Specifically, the target flow rate calculation unit 91 calculates the required power of the hydraulic pump 51 by multiplying the command pump flow rate QL of the calculation result and the detected pressure P of the pressure sensor 72, and determines whether the required power (P×QL) of the calculation result is equal to or less than the allowable power Wa of the electric motor 52 pre-stored in the storage device 81. If the answer is YES in step S40, the process proceeds to step S50, whereas if the answer is NO, the process proceeds to step S60.

ステップS40において、必要動力(P×QL)が許容動力Wa以下である(YES)の場合には、目標流量演算部91は、演算結果の指示ポンプ流量QLを目標ポンプ流量Qtとして設定する(図6に示すステップS50)。一方、ステップS40において、必要動力(P×QL)が許容動力Waよりも大きい(NO)の場合には、目標ポンプ流量Qtと圧力センサ72の検出圧力Pとの積算値(油圧ポンプ51の動力)が電動機52の許容動力Waとなるように、目標ポンプ流量Qtを設定する(図6に示すステップS60)。これにより、演算結果の目標ポンプ流量Qtが指示ポンプ流量QLよりも小さな値となり、油圧ポンプ51の動力制限を図っている。 In step S40, if the required power (P x QL) is equal to or less than the allowable power Wa (YES), the target flow rate calculation unit 91 sets the calculated indicated pump flow rate QL as the target pump flow rate Qt (step S50 shown in FIG. 6). On the other hand, in step S40, if the required power (P x QL) is greater than the allowable power Wa (NO), the target pump flow rate Qt is set so that the integrated value of the target pump flow rate Qt and the detected pressure P of the pressure sensor 72 (the power of the hydraulic pump 51) is equal to the allowable power Wa of the electric motor 52 (step S60 shown in FIG. 6). As a result, the calculated target pump flow rate Qt becomes a value smaller than the indicated pump flow rate QL, thereby limiting the power of the hydraulic pump 51.

ステップS50又はステップS60に続いて、コントローラ80は、回転数センサ73の検出回転数N(電動機52の実回転数)を取り込み(図6に示すステップS70)、油圧ポンプ51の各段の設定容量ごとに回転数に対する流量が定められている特性図M1(図4又は図7参照)を参照して目標流量演算部91の演算結果の目標ポンプ流量Qtを実現可能な設定容量と回転数の組み合わせの1つを選択する(図6に示すステップS80及びS90)。具体的には、コントローラ80の容量回転数選択部92が、記憶装置81に予め記憶されている特性図M1(図4又は図7参照)を参照し、目標ポンプ流量Qtを実現可能な設定容量と回転数の組み合わせを抽出する(図6に示すステップS80)。次いで、抽出した組み合わせのうち、目標ポンプ流量Qtを実現可能な回転数と回転数センサ73の検出回転数Nとの偏差量が最小となる組み合わせの設定容量及び回転数を目標ポンプ容量及び目標回転数として選択する(図6に示すステップS90)。 Following step S50 or step S60, the controller 80 takes in the detected rotation speed N of the rotation speed sensor 73 (the actual rotation speed of the electric motor 52) (step S70 shown in FIG. 6), and selects one of the combinations of the set capacity and rotation speed that can realize the target pump flow rate Qt calculated by the target flow rate calculation unit 91 by referring to the characteristic diagram M1 (see FIG. 4 or FIG. 7) in which the flow rate for the rotation speed is determined for each set capacity of the hydraulic pump 51 at each stage (steps S80 and S90 shown in FIG. 6). Specifically, the capacity rotation speed selection unit 92 of the controller 80 refers to the characteristic diagram M1 (see FIG. 4 or FIG. 7) stored in advance in the storage device 81, and extracts a combination of the set capacity and rotation speed that can realize the target pump flow rate Qt (step S80 shown in FIG. 6). Next, from among the extracted combinations, the set capacity and rotation speed of the combination that minimizes the deviation between the rotation speed that can realize the target pump flow rate Qt and the detected rotation speed N of the rotation speed sensor 73 is selected as the target pump capacity and target rotation speed (step S90 shown in FIG. 6).

図7に示す特性図M1は、第1段設定容量と第2段設定容量の流量範囲に対して第1共通流量領域Fc1を有している共に、第2段設定容量と第3段設定容量の流量範囲に対して第2共通流量領域Fc2を有している。したがって、目標ポンプ流量Qtが第1共通流量領域Fc1または第2共通流量領域Fc2上にある場合には、選択可能な設定容量と回転数の組み合わせが複数存在することになる。この場合、特性図M1において選択可能な回転数と回転数センサ73の検出回転数N(電動機52の実回転数)との偏差量が小さいほど、電動機52の実回転数を目標回転数に一致させるための動力を小さくすることができると共に、実回転数を目標回転数に一致させるまでの応答時間を短くすることができる。 The characteristic diagram M1 shown in FIG. 7 has a first common flow rate region Fc1 for the flow rate range of the first stage set capacity and the second stage set capacity, and a second common flow rate region Fc2 for the flow rate range of the second stage set capacity and the third stage set capacity. Therefore, when the target pump flow rate Qt is in the first common flow rate region Fc1 or the second common flow rate region Fc2, there are multiple combinations of selectable set capacity and rotation speed. In this case, the smaller the deviation between the selectable rotation speed in the characteristic diagram M1 and the detected rotation speed N (actual rotation speed of the electric motor 52) of the rotation speed sensor 73, the smaller the power required to match the actual rotation speed of the electric motor 52 with the target rotation speed can be, and the shorter the response time until the actual rotation speed matches the target rotation speed can be.

例えば、実際のポンプ流量がQ0であり、ポンプ容量が第1段設定容量である場合を想定する。このとき、図7に示す特性図M1を参照すると、制御点C0の電動機52の回転数(回転数センサ73の検出回転数N)はN0となる。 For example, assume that the actual pump flow rate is Q0 and the pump capacity is the first stage set capacity. In this case, referring to the characteristic diagram M1 shown in FIG. 7, the rotation speed of the electric motor 52 at the control point C0 (the rotation speed N detected by the rotation speed sensor 73) is N0.

この状況からポンプ流量を新たにQ1へ変更する場合を想定する(目標ポンプ流量Qt=Q1)。この場合、図7に示す特性図M1を参照すると、各段の設定容量のうち、流量範囲が流量Q1を含むものは第3段設定容量のみである。したがって、容量回転数選択部92は、ポンプ容量として第3段設定容量を選択すると共に、第3段設定容量の特性図における流量Q1に対応する回転数N1を目標回転数として選択する。 In this situation, assume that the pump flow rate is changed to Q1 (target pump flow rate Qt = Q1). In this case, referring to the characteristic diagram M1 shown in FIG. 7, among the set capacities of each stage, only the third stage set capacity has a flow rate range that includes the flow rate Q1. Therefore, the capacity rotation speed selection unit 92 selects the third stage set capacity as the pump capacity, and selects the rotation speed N1 corresponding to the flow rate Q1 in the characteristic diagram of the third stage set capacity as the target rotation speed.

また、ポンプ流量をQ0から新たにQ2(目標ポンプ流量Qt=Q2)へ変更する場合を想定する。この場合、図7に示す特性図M1を参照すると、目標ポンプ流量Q2は第1段設定容量及び第2段設定容量の流量範囲における第1共通流量領域Fc1上にある。つまり、各段の設定容量のうち流量範囲が目標ポンプ流量Q2を含む設定容量は、第1段設定容量及び第2設定容量である。したがって、容量回転数選択部92は、ポンプ容量として第1段設定容量及び第2設定容量のいずれか一方を選択することが可能である。換言すると、コントローラ80は、図7に示す特性図M1における目標ポンプ流量Q2に対する2つの交点C2f、C2sのいずれか一方を制御点として選択可能である。 Also, assume that the pump flow rate is changed from Q0 to a new Q2 (target pump flow rate Qt = Q2). In this case, referring to the characteristic diagram M1 shown in FIG. 7, the target pump flow rate Q2 is on the first common flow rate region Fc1 in the flow rate range of the first stage set capacity and the second stage set capacity. In other words, the set capacity of each stage whose flow rate range includes the target pump flow rate Q2 is the first stage set capacity and the second set capacity. Therefore, the capacity rotation speed selection unit 92 can select either the first stage set capacity or the second set capacity as the pump capacity. In other words, the controller 80 can select either one of the two intersection points C2f, C2s for the target pump flow rate Q2 in the characteristic diagram M1 shown in FIG. 7 as the control point.

この場合、容量回転数選択部92は、目標ポンプ流量Q2を実現可能な第1段設定容量に対応する回転数N2fと回転数センサ73の検出回転数N0(当該演算時点での電動機52の実回転数)との偏差量である第1偏差量と、目標ポンプ流量Q2を実現可能な第2段設定容量に対応する回転数N2sと回転数センサ73の検出回転数N0との偏差量である第2偏差量の大小を比較する。容量回転数選択部92は、偏差量が最小の回転数を目標回転数として選択すると共に、選択した回転数に対応する設定容量を目標ポンプ容量として選択する。第1偏差量の方が第2偏差量よりも小さい場合には、図7に示す特性図M1上の第2段設定容量とそれに対応した回転数N2sが選択される。 In this case, the capacity/rotation speed selection unit 92 compares the magnitude of a first deviation amount, which is the deviation amount between the rotation speed N2f corresponding to the first stage set capacity that can realize the target pump flow rate Q2 and the detected rotation speed N0 of the rotation speed sensor 73 (the actual rotation speed of the electric motor 52 at the time of the calculation), and a second deviation amount, which is the deviation amount between the rotation speed N2s corresponding to the second stage set capacity that can realize the target pump flow rate Q2 and the detected rotation speed N0 of the rotation speed sensor 73. The capacity/rotation speed selection unit 92 selects the rotation speed with the smallest deviation amount as the target rotation speed, and selects the set capacity corresponding to the selected rotation speed as the target pump capacity. If the first deviation amount is smaller than the second deviation amount, the second stage set capacity on the characteristic diagram M1 shown in FIG. 7 and the corresponding rotation speed N2s are selected.

次に、コントローラ80は容量回転数選択部92により選択された設定容量を目標ポンプ容量とする容量指令を容量切換機構62に対して出力する(図6に示すステップS100)。具体的には、コントローラ80の容量制御部93が、ポンプ容量が容量回転数選択部92によって選択された設定容量になるように、第1、第2の切換弁64、66に対してそれぞれON又はOFFの位置指令を出力する。これにより、図2に示す第1、第2の切換弁64、66の各切換位置が位置指令に応じた位置となる。その結果、サーボシリンダ63の受圧室635、638に対して第1、第2切換弁64、66を介した操作圧の給排が生じることで、サーボシリンダ63のサーボピストン631の位置が機械的に規制された所定の3つの位置のいずれかに定まる。これにより、可変機構61aの傾転角がサーボピストン631の位置に応じて設定され、ポンプ容量が選択された設定容量となる。 Next, the controller 80 outputs a capacity command to the capacity switching mechanism 62, with the set capacity selected by the capacity rotation speed selection unit 92 as the target pump capacity (step S100 shown in FIG. 6). Specifically, the capacity control unit 93 of the controller 80 outputs an ON or OFF position command to each of the first and second switching valves 64, 66 so that the pump capacity becomes the set capacity selected by the capacity rotation speed selection unit 92. As a result, the switching positions of the first and second switching valves 64, 66 shown in FIG. 2 become positions according to the position command. As a result, the supply and discharge of operating pressure occurs to the pressure receiving chambers 635, 638 of the servo cylinder 63 via the first and second switching valves 64, 66, and the position of the servo piston 631 of the servo cylinder 63 is determined to one of three predetermined positions that are mechanically regulated. As a result, the tilt angle of the variable mechanism 61a is set according to the position of the servo piston 631, and the pump capacity becomes the selected set capacity.

次いで、コントローラ80は、容量回転数選択部92により選択された回転数を目標回転数とする回転数指令を電動機52に対して出力する(図6に示すステップS110)。これにより、図2に示す電動機52の実回転数が目標回転数となるように変更される。その結果、油圧ポンプの回転数も電動機52の回転数の変更に連動して変更される。したがって、油圧ポンプ51の流量が選択された設定容量と回転数の組み合わせに応じて変更されて目標ポンプ流量に一致するように調整される。 Next, the controller 80 outputs a rotation speed command to the electric motor 52, with the rotation speed selected by the capacity/rotation speed selection unit 92 as the target rotation speed (step S110 shown in FIG. 6). This changes the actual rotation speed of the electric motor 52 shown in FIG. 2 to the target rotation speed. As a result, the rotation speed of the hydraulic pump is also changed in conjunction with the change in the rotation speed of the electric motor 52. Therefore, the flow rate of the hydraulic pump 51 is changed according to the selected combination of set capacity and rotation speed, and adjusted to match the target pump flow rate.

本説明では、コントローラ80による油圧ポンプ51の流量制御について、流量を増加させる場合について言及した。ただし、流量を減少させる場合であっても、流量を増加させる場合と同様に、コントローラ80は、目標ポンプ流量を実現可能なポンプ容量と電動機回転数の組み合わせのうち、回転数センサ73の検出回転数Nとの偏差量が最小となる組み合わせを選択する。 In this explanation, the flow rate control of the hydraulic pump 51 by the controller 80 has been described in terms of a case where the flow rate is increased. However, even when the flow rate is decreased, as in the case where the flow rate is increased, the controller 80 selects, from among the combinations of pump capacity and motor speed that can achieve the target pump flow rate, a combination that minimizes the deviation from the rotation speed N detected by the rotation speed sensor 73.

本実施の形態においては、ポンプ容量が複数段の設定容積のいずれかに切換可能となるように油圧ポンプ51を構成している。さらに、各段の設定容量および各段の設定容量から1段異なる設定容量の両方の流量範囲に対して共通流量領域Fc1、Fc2を設けている。 In this embodiment, the hydraulic pump 51 is configured so that the pump capacity can be switched to one of multiple set volumes. Furthermore, common flow ranges Fc1 and Fc2 are provided for both the set capacity of each stage and the set capacity that is one stage different from the set capacity of each stage.

この構成の油圧ポンプ51の流量制御では、共通流量領域Fc1、Fc2を設けることで、油圧ポンプ51の調整可能な流量範囲の連続性が担保されている。さらに、共通流量領域Fc1、Fc2を設けることで、ポンプ容量の切換頻度を減らせることがある。 In the flow control of the hydraulic pump 51 with this configuration, the provision of common flow regions Fc1 and Fc2 ensures continuity of the adjustable flow range of the hydraulic pump 51. Furthermore, the provision of common flow regions Fc1 and Fc2 can reduce the frequency of switching the pump capacity.

また、この構成の油圧ポンプ51の容量制御では、可変容量型の油圧ポンプのようなレギュレータの調圧工程が無いので、容量制御(容量切換)の応答性が可変容量型の油圧ポンプと比べて向上する。したがって、油圧ポンプ51の流量制御の応答性は、電動機52の回転数制御の応答性によって大きく左右される。そこで、油圧ポンプ51の流量制御において、電動機52の回転数の制御変化量が最小となるようにポンプ容量と回転数の組み合わせの制御点を選択することで、応答性の向上を図っている。 In addition, the capacity control of the hydraulic pump 51 in this configuration does not have a regulator pressure adjustment process as in a variable capacity hydraulic pump, so the responsiveness of the capacity control (capacity switching) is improved compared to a variable capacity hydraulic pump. Therefore, the responsiveness of the flow control of the hydraulic pump 51 is greatly influenced by the responsiveness of the rotation speed control of the electric motor 52. Therefore, in the flow control of the hydraulic pump 51, the responsiveness is improved by selecting a control point for a combination of pump capacity and rotation speed that minimizes the controlled change in the rotation speed of the electric motor 52.

油圧ショベル1では、掘削や走行、旋回の動作時に各種のアクチュエータ53に対して負荷が掛かるので、油圧回路の圧力が増加する。油圧ポンプの吐出圧が高い状態において、油圧ポンプ51の流量制御のために電動機52の回転数を大きく変化させると、その分、電動機52の必要動力やトルクが増加する。油圧ポンプ51の流量制御において電動機52の回転数の制御変化量を少なくすることで、電動機52の必要動力やトルクの増加を抑制することができる。その結果、電動機52などの小型化が可能となる。 In the hydraulic excavator 1, loads are placed on the various actuators 53 during excavation, travel, and rotation operations, causing an increase in pressure in the hydraulic circuit. When the discharge pressure of the hydraulic pump is high, if the rotation speed of the electric motor 52 is changed significantly to control the flow rate of the hydraulic pump 51, the required power and torque of the electric motor 52 increase accordingly. By reducing the amount of control change in the rotation speed of the electric motor 52 in the flow rate control of the hydraulic pump 51, the increase in the required power and torque of the electric motor 52 can be suppressed. As a result, it becomes possible to reduce the size of the electric motor 52, etc.

上述したように、本発明の第1の実施の形態においては、建設機械としての油圧ショベル1が、電動機52(原動機)と、電動機52(原動機)によって駆動され、ポンプ容量を段階的に異なる3段(複数)の設定容量のいずれかに切換可能な油圧ポンプ51と、油圧ポンプ51が吐出する圧油によって駆動される油圧アクチュエータ53と、油圧アクチュエータ53の駆動を指示するための操作装置71と、電動機52(原動機)の回転数を検出する回転数センサ73と、電動機52(原動機)の回転数を調整すると共に油圧ポンプ51のポンプ容量の切換を行うことで、油圧ポンプ51の流量を制御する流量制御を実行するコントローラ80とを備えている。油圧ポンプ51の各段の設定容量は、各段の設定容量から1段異なる設定容量に対して、電動機52(原動機)の調整可能な回転数範囲に応じて定まる調整可能な流量範囲が互いに一部の領域において重なる共通流量領域Fc1、Fc2を生じさせるように設定されている。コントローラ80は、油圧ポンプ51の流量を所定の目標流量に変更するときに、目標流量が共通流量領域上にある場合には、回転数センサ73により検出された回転数に基づき、目標ポンプ流量(目標流量)を実現することが可能な油圧ポンプ51のポンプ容量と電動機52(原動機)の回転数の組み合わせの中から1つを選択する。 As described above, in the first embodiment of the present invention, the hydraulic excavator 1 as a construction machine includes an electric motor 52 (prime mover), a hydraulic pump 51 driven by the electric motor 52 (prime mover) and capable of switching the pump capacity to one of three (multiple) set capacities that are different in stages, a hydraulic actuator 53 driven by pressure oil discharged by the hydraulic pump 51, an operating device 71 for instructing the drive of the hydraulic actuator 53, a rotation speed sensor 73 for detecting the rotation speed of the electric motor 52 (prime mover), and a controller 80 for performing flow control to control the flow rate of the hydraulic pump 51 by adjusting the rotation speed of the electric motor 52 (prime mover) and switching the pump capacity of the hydraulic pump 51. The set capacity of each stage of the hydraulic pump 51 is set so that common flow rate regions Fc1 and Fc2 are generated in which the adjustable flow rate ranges determined according to the adjustable rotation speed range of the electric motor 52 (prime mover) overlap each other in some areas for the set capacity that is one stage different from the set capacity of each stage. When changing the flow rate of the hydraulic pump 51 to a predetermined target flow rate, if the target flow rate is in the common flow rate region, the controller 80 selects one of the combinations of the pump capacity of the hydraulic pump 51 and the rotation speed of the electric motor 52 (prime mover) that can achieve the target pump flow rate (target flow rate) based on the rotation speed detected by the rotation speed sensor 73.

この構成よれば、ポンプ容量を3段(複数)の設定容量のいずれかに切換可能とすることで、可変容量型の油圧ポンプのような容量制御の応答遅れがなく、また、電動機52の調整可能な回転数範囲を固定容量型の油圧ポンプよりも限定的に設定可能で、その分、油圧ポンプ51の流量制御のおける応答時間の短縮が可能となる。また、前後段の設定容量の両方の流量範囲に対して共通流量領域Fc1、Fc2を設けることで、共通流量領域Fc1、Fc2上の目標ポンプ流量(目標流量)を実現可能なポンプ容量と電動機回転数の組み合わせを複数の選択肢から選択可能となり、電動機52の実回転数を基に当該組み合わせを選択することで、応答時間の短縮やポンプ容量の切換頻度の低減が可能になることがある。したがって、油圧ポンプ51の流量制御において、応答性の向上を図りつつ操作の違和感を抑制することができる。 According to this configuration, by making it possible to switch the pump capacity to one of three (multiple) set capacities, there is no response delay in capacity control as in a variable capacity hydraulic pump, and the adjustable rotation speed range of the electric motor 52 can be set more limitedly than in a fixed capacity hydraulic pump, which makes it possible to shorten the response time in the flow control of the hydraulic pump 51. In addition, by providing common flow ranges Fc1 and Fc2 for both the front and rear set capacity flow ranges, it becomes possible to select from multiple options a combination of pump capacity and electric motor rotation speed that can realize the target pump flow rate (target flow rate) on the common flow ranges Fc1 and Fc2, and by selecting the combination based on the actual rotation speed of the electric motor 52, it may be possible to shorten the response time and reduce the frequency of switching the pump capacity. Therefore, in the flow control of the hydraulic pump 51, it is possible to suppress the discomfort of operation while improving responsiveness.

また、本実施の形態に係るコントローラ80は、目標ポンプ流量(目標流量)が共通流量領域Fc1、Fc2上にある場合には、当該目標ポンプ流量(目標流量)を実現することが可能な油圧ポンプ51のポンプ容量と電動機52(原動機)の回転数の組み合わせのうち、回転数センサ73により検出された回転数と目標ポンプ流量(目標流量)を実現可能な電動機52(原動機)の回転数との偏差量が最も小さくなる組み合わせを選択するように構成されている。 In addition, when the target pump flow rate (target flow rate) is on the common flow rate region Fc1, Fc2, the controller 80 according to this embodiment is configured to select, from among the combinations of the pump capacity of the hydraulic pump 51 and the rotation speed of the electric motor 52 (prime mover) that can realize the target pump flow rate (target flow rate), the combination that minimizes the deviation between the rotation speed detected by the rotation speed sensor 73 and the rotation speed of the electric motor 52 (prime mover) that can realize the target pump flow rate (target flow rate).

この構成によれば、目標ポンプ流量(目標流量)を実現可能な電動機52の回転数のうち、選択された回転数が電動機52の変更前の回転数に最も近接しているので、油圧ポンプ51の目標ポンプ流量(目標流量)への変更時間(応答時間)が最短となると共に、油圧ポンプ51の流量を目標流量に変更するときに電動機52を加減速するために必要な動力を低減することができる。 With this configuration, of the rotation speeds of the electric motor 52 that can achieve the target pump flow rate (target flow rate), the selected rotation speed is closest to the rotation speed of the electric motor 52 before the change, so the time (response time) for changing the hydraulic pump 51 to the target pump flow rate (target flow rate) is minimized, and the power required to accelerate and decelerate the electric motor 52 when changing the flow rate of the hydraulic pump 51 to the target flow rate can be reduced.

さらに、本実施の形態においては、油圧ポンプ51が、傾転角が変更されることでポンプ容量の変更を可能とする可変機構61aと、可変機構61aを駆動させることでポンプ容量を複数の設定容量のいずれかに切り換える容量切換機構62とを有している。容量切換機構62は、作動油の給排が行われる複数の受圧室635、638及び複数の受圧室635、638に対する作動油の給排により変位するサーボピストン631を有するサーボシリンダ63と、サーボシリンダ63の複数の受圧室635、638に対してそれぞれ作動油の供給又は排出を選択的に切り換える複数の切換弁64、66とを有している。サーボピストン631は可変機構61aに連結されており、サーボシリンダ63は複数の受圧室635、638に対する作動油の給排によるサーボピストン631の変位可能な位置が構造的に規制されるように構成されている。 Furthermore, in this embodiment, the hydraulic pump 51 has a variable mechanism 61a that allows the pump capacity to be changed by changing the tilt angle, and a capacity switching mechanism 62 that switches the pump capacity to one of a plurality of set capacities by driving the variable mechanism 61a. The capacity switching mechanism 62 has a plurality of pressure receiving chambers 635, 638 to which hydraulic oil is supplied and discharged, a servo cylinder 63 having a servo piston 631 that is displaced by supplying and discharging hydraulic oil to the plurality of pressure receiving chambers 635, 638, and a plurality of switching valves 64, 66 that selectively switch the supply or discharge of hydraulic oil to the plurality of pressure receiving chambers 635, 638 of the servo cylinder 63. The servo piston 631 is connected to the variable mechanism 61a, and the servo cylinder 63 is configured so that the position to which the servo piston 631 can be displaced by supplying and discharging hydraulic oil to the plurality of pressure receiving chambers 635, 638 is structurally restricted.

この構成によれば、油圧ポンプ51のポンプ容量の切換を簡易な構成の容量切換機構62により確実に行うことができる。 With this configuration, the pump capacity of the hydraulic pump 51 can be reliably switched using the capacity switching mechanism 62 with a simple configuration.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の建設機械の第2の実施の形態の構成を図8及び図9を用いて説明する。図8は本発明の建設機械の第2の実施の形態におけるコントローラの機能の一例を示すブロック図である。図9は本発明の建設機械の第2の実施の形態における電動機の回転数と油圧ポンプの流量との関係の一例を示す特性図である。なお、図8及び図9において、図1~図7に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。
[Second embodiment]
Next, the configuration of a second embodiment of the construction machine of the present invention will be described with reference to Figures 8 and 9. Figure 8 is a block diagram showing an example of the functions of a controller in the second embodiment of the construction machine of the present invention. Figure 9 is a characteristic diagram showing an example of the relationship between the rotation speed of the electric motor and the flow rate of the hydraulic pump in the second embodiment of the construction machine of the present invention. In Figures 8 and 9, the same reference numerals as those in Figures 1 to 7 denote similar parts, so detailed description thereof will be omitted.

本発明の建設機械の第2の実施の形態が第1の実施の形態に対して相違する点は、図8に示すコントローラ80Aが、油圧ポンプ51の流量制御において、操作装置71の操作が「微操作」であるか否かを判定し、「微操作」であると判定した場合には、微操作以外の場合に用いる特性図M1(図4参照)と比較して電動機52の調整可能な回転数範囲を拡張した特性図M2(図9参照)を用いることである。なお、本実施の形態における「微操作」とは、油圧ポンプ51の流量を微調整すること、すなわち、操作装置71の操作量の変化量がわずかであることを意味している。つまり、当該相違点は、油圧ポンプ51の流量調整が微調整である場合に限って、各段の設定容量の調整可能な流量範囲を拡張することである。これにより、油圧ポンプ51の流量調整が微調整のときに、電動機52の回転数の調整代の拡張に応じて調整可能な流量範囲を拡張することで、ポンプ容量の切換を抑制しようとするものである。 The difference between the second embodiment of the construction machine of the present invention and the first embodiment is that the controller 80A shown in FIG. 8 determines whether the operation of the operating device 71 is "fine operation" in the flow control of the hydraulic pump 51, and when it is determined that it is "fine operation", it uses the characteristic diagram M2 (see FIG. 9) in which the adjustable rotation speed range of the electric motor 52 is expanded compared to the characteristic diagram M1 (see FIG. 4) used in cases other than fine operation. Note that "fine operation" in this embodiment means fine adjustment of the flow rate of the hydraulic pump 51, that is, the change in the operation amount of the operating device 71 is small. In other words, the difference is that the adjustable flow rate range of the set capacity of each stage is expanded only when the flow rate adjustment of the hydraulic pump 51 is fine adjustment. In this way, when the flow rate adjustment of the hydraulic pump 51 is fine adjustment, the adjustable flow rate range is expanded in accordance with the expansion of the adjustment margin of the rotation speed of the electric motor 52, thereby suppressing the switching of the pump capacity.

具体的には、図8において、コントローラ80Aは、油圧ポンプ51の流量制御を実行する機能として、目標流量演算部91、容量回転数選択部92A、容量制御部93、回転数制御部94の他に、微操作判定部96の機能を更に備えている。微操作判定部96は、操作装置71の操作が「微操作」であるか否か、本実施の形態においては、操作装置71の操作量の変化量が所定値未満であるか否かを判定するものである。詳細には、微操作判定部96は、操作装置71の操作に対応する指示ポンプ流量QLと油圧ポンプ51の実流量との差分が油圧ポンプ51の最大流量の30%以内にある場合を「微操作」である、すなわち操作装置71の操作量の変化量が所定値未満である(YES)と判定し、それ以外の場合を「微操作」でない、すなわち操作装置71の操作量の変化量が所定値以上である(NO)と判定する。指示ポンプ流量QLは、目標流量演算部91による演算と同様に、記憶装置81に予め記憶されている特性図(図示せず)を参照して操作装置71の操作に基づき演算される。油圧ポンプ51の実流量は、回転数センサ73の検出回転数Nと実ポンプ容量との積算により求められる。実ポンプ容量は、油圧ポンプ51の容量切換機構62(各切換弁64、66)に対して出力している容量指令(位置指令)に対応する設定容量として推定される。なお、ここでの操作装置71の「微操作」は、操作装置71の基準位置(例えば、中立位置)からの操作量ではないことに留意する。 Specifically, in FIG. 8, the controller 80A further includes a function of a fine operation determination unit 96 in addition to a target flow rate calculation unit 91, a capacity rotation speed selection unit 92A, a capacity control unit 93, and a rotation speed control unit 94 as a function for executing flow rate control of the hydraulic pump 51. The fine operation determination unit 96 determines whether the operation of the operating device 71 is a "fine operation", and in this embodiment, whether the change in the operation amount of the operating device 71 is less than a predetermined value. In detail, the fine operation determination unit 96 determines that the difference between the command pump flow rate QL corresponding to the operation of the operating device 71 and the actual flow rate of the hydraulic pump 51 is within 30% of the maximum flow rate of the hydraulic pump 51 is a "fine operation", that is, the change in the operation amount of the operating device 71 is less than a predetermined value (YES), and otherwise determines that the operation is not a "fine operation", that is, the change in the operation amount of the operating device 71 is equal to or greater than a predetermined value (NO). The command pump flow rate QL is calculated based on the operation of the operating device 71 by referring to a characteristic diagram (not shown) previously stored in the storage device 81, similar to the calculation by the target flow rate calculation unit 91. The actual flow rate of the hydraulic pump 51 is calculated by integrating the rotation speed N detected by the rotation speed sensor 73 and the actual pump capacity. The actual pump capacity is estimated as the set capacity corresponding to the capacity command (position command) output to the capacity switching mechanism 62 (each of the switching valves 64, 66) of the hydraulic pump 51. Note that the "fine operation" of the operating device 71 here does not refer to the amount of operation from a reference position (e.g., neutral position) of the operating device 71.

また、容量回転数選択部92Aは、油圧ポンプ51の各段の設定容量(第1段設定容量、第2段設定容量、第3段設定容量)ごとに回転数に対する流量が定められている特性図M2(図9参照)を基に、目標流量演算部91の演算結果の目標ポンプ流量Qtを実現可能な設定容量と回転数の組み合わせを選択する。ただし、容量回転数選択部92Aは、図9に示す特性図M2における電動機52の調整可能な回転数範囲を操作装置71の「微操作」の有無に応じて選択する。 The capacity/rotation speed selection unit 92A selects a combination of set capacity and rotation speed that can realize the target pump flow rate Qt calculated by the target flow rate calculation unit 91 based on a characteristic diagram M2 (see FIG. 9) in which the flow rate versus rotation speed is determined for each set capacity of the hydraulic pump 51 stage (first stage set capacity, second stage set capacity, third stage set capacity). However, the capacity/rotation speed selection unit 92A selects the adjustable rotation speed range of the electric motor 52 in the characteristic diagram M2 shown in FIG. 9 depending on whether or not "fine operation" of the operating device 71 is performed.

容量回転数選択部92Aは、操作装置71の操作が「微操作」ではない(操作装置71の操作量の変化量が所定値以上)と判定された場合には、第1の実施の形態と同様に、最小回転数Nnが下限であると共に最大回転数Nxが上限である第1回転数範囲が電動機52の調整可能な回転数範囲として設定された特性図M2を選択する。この場合、第1の実施の形態と同様に、容量回転数選択部92Aは、第1回転数範囲が調整可能な回転数範囲である特性図M2を参照して目標ポンプ流量Qtを実現可能な設定容量と回転数の組み合わせをすべて抽出する。目標ポンプ流量Qtが特性図M2の共通流量領域Fc1、Fc2上にない場合には、目標ポンプ流量Qtを実現可能な設定容量と回転数の組み合わせが唯1つに決まる。一方、目標ポンプ流量Qtが特性図M2の共通流量領域Fc1、Fc2上にある場合には、目標ポンプ流量Qtを実現可能な回転数と回転数センサの検出回転数Nとの偏差量が最小となる組み合わせを選択する。 When the capacity rotation speed selection unit 92A determines that the operation of the operating device 71 is not a "fine operation" (the change in the amount of operation of the operating device 71 is equal to or greater than a predetermined value), it selects the characteristic diagram M2 in which the first rotation speed range, in which the minimum rotation speed Nn is the lower limit and the maximum rotation speed Nx is the upper limit, is set as the adjustable rotation speed range of the electric motor 52, as in the first embodiment. In this case, as in the first embodiment, the capacity rotation speed selection unit 92A refers to the characteristic diagram M2 in which the first rotation speed range is an adjustable rotation speed range, and extracts all combinations of the set capacity and rotation speed that can realize the target pump flow rate Qt. If the target pump flow rate Qt is not on the common flow rate regions Fc1 and Fc2 of the characteristic diagram M2, only one combination of the set capacity and rotation speed that can realize the target pump flow rate Qt is determined. On the other hand, if the target pump flow rate Qt is on the common flow rate regions Fc1 and Fc2 of the characteristic diagram M2, it selects a combination that minimizes the deviation between the rotation speed that can realize the target pump flow rate Qt and the detected rotation speed N of the rotation speed sensor.

一方、操作装置71の操作が「微操作(操作装置71の操作量の変化量が所定値未満)」であると判定された場合には、容量回転数選択部92Aは、第1回転数範囲に回転数拡張領域を追加した第2回転数範囲が電動機52の調整可能な回転数範囲として設定された特性図M2(図9)を選択する。回転数拡張領域は、最小回転数Nnよりも低い回転数の拡張最小回転数Nneから最小回転数Nnまでの最小側拡張領域と、最大回転数Nxよりも高い回転数の拡張最大回転数Nxeから最大回転数Nxまでの最大側拡張領域とで構成される。すなわち、第2回転数範囲は、拡張最小回転数Nneを下限とすると共に拡張最大回転数Nxeを上限とするものである。拡張最小回転数Nne及び拡張最大回転数Nxeは、例えば、油圧ポンプ51及び電動機52の仕様の許容値を基に設定されるものであり、最小回転数Nn及び最大回転数Nxは油圧ポンプ51及び電動機52の仕様の許容値に対して裕度をもって設定される。 On the other hand, when it is determined that the operation of the operating device 71 is a "fine operation (the change in the amount of operation of the operating device 71 is less than a predetermined value)," the capacity/rotation speed selection unit 92A selects the characteristic diagram M2 (FIG. 9) in which the second rotation speed range, which is obtained by adding a rotation speed expansion region to the first rotation speed range, is set as the adjustable rotation speed range of the electric motor 52. The rotation speed expansion region is composed of a minimum side expansion region from an expansion minimum rotation speed Nne, which is a rotation speed lower than the minimum rotation speed Nn, to the minimum rotation speed Nn, and a maximum side expansion region from an expansion maximum rotation speed Nxe, which is a rotation speed higher than the maximum rotation speed Nx, to the maximum rotation speed Nx. That is, the second rotation speed range has the expansion minimum rotation speed Nne as its lower limit and the expansion maximum rotation speed Nxe as its upper limit. The expansion minimum rotation speed Nne and the expansion maximum rotation speed Nxe are set, for example, based on the allowable values of the specifications of the hydraulic pump 51 and the electric motor 52, and the minimum rotation speed Nn and the maximum rotation speed Nx are set with a margin of error with respect to the allowable values of the specifications of the hydraulic pump 51 and the electric motor 52.

本特性図M2では、電動機52の調整可能な回転数範囲として最小側拡張領域および最大側拡張領域の分だけ拡張された第2回転数範囲が選択されることで、第2回転数範囲に応じて定まる各段の設定容量の調整可能な流量範囲(第1段拡大流量範囲、第2段拡大流量範囲、第3段拡大流量範囲)もそれぞれ拡張されている。各段の設定容量の調整可能な流量範囲を拡張することで、操作装置71の「微操作」時におけるポンプ容量の切換を抑制しようとするものである。 In this characteristic diagram M2, a second rotation speed range expanded by the minimum expansion range and the maximum expansion range is selected as the adjustable rotation speed range of the electric motor 52, and the adjustable flow rate range of the set capacity of each stage (first stage expanded flow rate range, second stage expanded flow rate range, third stage expanded flow rate range) determined according to the second rotation speed range is also expanded. By expanding the adjustable flow rate range of the set capacity of each stage, it is intended to suppress switching of the pump capacity during "fine operation" of the operating device 71.

この場合、容量回転数選択部92Aは、回転数拡張領域を含む第2回転数範囲が調整可能な回転数範囲である特性図M2を参照して目標ポンプ流量Qtを実現可能な設定容量と回転数の組み合わせをすべて抽出する。さらに、抽出した組み合わせのうち、ポンプ容量を変更しない組み合わせを優先的に選択する。これは、設定容量ごとに回転数に対する流量の特性が異なるので、ポンプ流量の微調整に相当する操作装置71の「微操作」時にポンプ容量を切り換えると、流量特性が変化して操作の違和感が生じる懸念があるためである。 In this case, the capacity/rotation speed selection unit 92A refers to the characteristic diagram M2, which is the adjustable rotation speed range of the second rotation speed range including the rotation speed extension region, and extracts all combinations of set capacity and rotation speed that can achieve the target pump flow rate Qt. Furthermore, from among the extracted combinations, combinations that do not change the pump capacity are preferentially selected. This is because, since the characteristics of the flow rate relative to the rotation speed differ for each set capacity, there is a concern that switching the pump capacity during "fine operation" of the operating device 71, which corresponds to fine adjustment of the pump flow rate, may change the flow rate characteristics and cause an uncomfortable operation.

次に、本発明の建設機械の第2の実施の形態を構成するコントローラが実行する制御手順の一例について図8、図10及び図11を用いて説明する。図10は図8に示す本発明の建設機械の第2の実施の形態に係るコントローラのポンプ流量制御の手順の一例を示すフローチャートである。図11は本発明の建設機械の第2の実施の形態に係るコントローラのポンプ流量制御におけるポンプ容量と電動機回転数の組み合わせの微操作時の選択方法を示す説明図である。図10及び図11において、図1~図9に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。 Next, an example of the control procedure executed by the controller constituting the second embodiment of the construction machine of the present invention will be described with reference to Figures 8, 10 and 11. Figure 10 is a flow chart showing an example of the procedure of pump flow control by the controller of the second embodiment of the construction machine of the present invention shown in Figure 8. Figure 11 is an explanatory diagram showing a selection method for fine adjustment of the combination of pump capacity and motor speed in the pump flow control of the controller of the second embodiment of the construction machine of the present invention. In Figures 10 and 11, the same reference numerals as those shown in Figures 1 to 9 indicate similar parts, so detailed description thereof will be omitted.

図8に示すコントローラ80Aでは、目標ポンプ流量Qtを演算する手順(ステップS10~S60)が第1の実施の形態の場合と同様であり、その説明を省略する。 In the controller 80A shown in FIG. 8, the procedure for calculating the target pump flow rate Qt (steps S10 to S60) is the same as in the first embodiment, and therefore a description thereof will be omitted.

次に、コントローラ80Aは、回転数センサ73からの検出回転数N(電動機52の実回転数)を取り込み(図10に示すステップS70)、回転数センサ73の検出回転数N及び実際のポンプ容量に基づき油圧ポンプ51の実流量を演算し(図10に示すステップS72)、操作装置71の操作が「微操作」であるか否かを判定する(ステップS74)。具体的には、コントローラ80Aの微操作判定部96が、油圧ポンプ51の容量切換機構62(各切換弁)に対して出力している容量指令(位置指令)に対応する設定容量を実ポンプ容量と推定する。さらに、推定した実ポンプ容量と回転数センサ73の検出回転数Nとを積算して油圧ポンプ51の実流量を演算する。さらに、演算した油圧ポンプ51の実流量と目標ポンプ流量Qtとの差分が油圧ポンプ51の最大流量の30%以下であるかを判定する。当該差分が最大流量の30%以下の場合には操作装置71の操作が「微操作」である(YES)と判定する一方、当該差分が最大流量の30%を超えている場合には操作装置71の操作は「微操作」でない(NO)と判定する。ステップS74にて、YESの場合にはステップS76に進む一方、NOの場合にはステップS80に進む。なお、上述した「微操作」の有無の判定は、操作装置71の操作量の変化量が所定値未満であるか否かを判定することと同様なものである。 Next, the controller 80A takes in the detected rotation speed N (actual rotation speed of the electric motor 52) from the rotation speed sensor 73 (step S70 shown in FIG. 10), calculates the actual flow rate of the hydraulic pump 51 based on the detected rotation speed N of the rotation speed sensor 73 and the actual pump capacity (step S72 shown in FIG. 10), and judges whether the operation of the operation device 71 is "fine operation" or not (step S74). Specifically, the fine operation judgment unit 96 of the controller 80A estimates the set capacity corresponding to the capacity command (position command) output to the capacity switching mechanism 62 (each switching valve) of the hydraulic pump 51 as the actual pump capacity. Furthermore, the estimated actual pump capacity and the detected rotation speed N of the rotation speed sensor 73 are integrated to calculate the actual flow rate of the hydraulic pump 51. Furthermore, it is judged whether the difference between the calculated actual flow rate of the hydraulic pump 51 and the target pump flow rate Qt is 30% or less of the maximum flow rate of the hydraulic pump 51. If the difference is 30% or less of the maximum flow rate, the operation of the operating device 71 is determined to be a "fine operation" (YES), whereas if the difference is more than 30% of the maximum flow rate, the operation of the operating device 71 is determined not to be a "fine operation" (NO). If the answer is YES in step S74, the process proceeds to step S76, whereas if the answer is NO, the process proceeds to step S80. Note that the determination of the presence or absence of the "fine operation" described above is similar to determining whether or not the amount of change in the amount of operation of the operating device 71 is less than a predetermined value.

ステップS74にて、操作装置71の操作が「微操作」でない(NO)と判定した場合には、第1の実施の形態と同様な制御手順を実行する。すなわち、コントローラ80Aは、最小回転数Nnが下限であると共に最大回転数Nxが上限である回転数拡張領域の無い第1回転数範囲を調整可能な回転数範囲とする特性図M2(図11参照)を選択して参照することで、目標ポンプ流量Qtを実現可能な設定容量と回転数を抽出し(図10に示すステップS80)、目標ポンプ流量Qtを実現可能な回転数と回転数センサ73の検出回転数Nとの偏差量が最小となる組み合わせの設定容量及び回転数を目標ポンプ容量及び目標回転数として選択する(図10に示すステップS90)。その後、選択した目標ポンプ容量及び目標回転数を制御指令としてそれぞれ容量切換機構62(各切換弁64、66)及び電動機52へ出力する(図10に示すステップS100~S110)。 In step S74, if it is determined that the operation of the operating device 71 is not a "fine operation" (NO), the same control procedure as in the first embodiment is executed. That is, the controller 80A selects and refers to the characteristic diagram M2 (see FIG. 11) in which the first rotation speed range, which has the minimum rotation speed Nn as the lower limit and the maximum rotation speed Nx as the upper limit and has no rotation speed extension region, is an adjustable rotation speed range, to extract a set capacity and rotation speed that can realize the target pump flow rate Qt (step S80 shown in FIG. 10), and selects the set capacity and rotation speed of the combination that minimizes the deviation between the rotation speed that can realize the target pump flow rate Qt and the detected rotation speed N of the rotation speed sensor 73 as the target pump capacity and target rotation speed (step S90 shown in FIG. 10). Thereafter, the selected target pump capacity and target rotation speed are output as control commands to the capacity switching mechanism 62 (each switching valve 64, 66) and the electric motor 52, respectively (steps S100 to S110 shown in FIG. 10).

一方、ステップS74にて操作装置71の操作が「微操作」である(YES)と判定した場合には、コントローラ80Aの容量回転数選択部92Aが、拡張最小回転数Nneを下限とすると共に拡張最大回転数Nxeを上限とする回転数拡張領域有りの第2回転数範囲が調整可能な回転数範囲として設定された特性図M2(図11参照)を選択して参照することで、目標ポンプ流量Qtを実現可能な設定容量と回転数を抽出する(図10に示すステップS82)。次いで、抽出した組み合わせのうち、ポンプ容量を変更しない組み合わせが存在するか否かを判定する(図10に示すステップS84)。ステップS84にて、YESの場合にはステップS92に進む一方、NOの場合にはステップS90に進む。ステップS90の制御手順の実行は第1の実施の形態と同様なので説明を省略する。 On the other hand, if it is determined in step S74 that the operation of the operating device 71 is a "fine operation" (YES), the capacity rotation speed selection unit 92A of the controller 80A selects and refers to the characteristic diagram M2 (see FIG. 11) in which the second rotation speed range with the rotation speed extension region, with the extension minimum rotation speed Nne as the lower limit and the extension maximum rotation speed Nxe as the upper limit, is set as an adjustable rotation speed range, thereby extracting the set capacity and rotation speed that can realize the target pump flow rate Qt (step S82 shown in FIG. 10). Next, it is determined whether or not there is a combination that does not change the pump capacity among the extracted combinations (step S84 shown in FIG. 10). If the answer is YES in step S84, the process proceeds to step S92, whereas if the answer is NO, the process proceeds to step S90. The execution of the control procedure in step S90 is the same as in the first embodiment, so a description thereof will be omitted.

ステップS84にて、ポンプ容量を変更しない組み合わせが存在する場合(YESの場合)には、コントローラ80Aの容量回転数選択部92Aがポンプ容量を変更しないで目標ポンプ流量Qtを実現可能な組み合わせの回転数を目標回転数として選択する(図10に示すステップS92)。 If there is a combination in which the pump capacity is not changed (YES) in step S84, the capacity/rotation speed selection unit 92A of the controller 80A selects as the target rotation speed a rotation speed of a combination that can achieve the target pump flow rate Qt without changing the pump capacity (step S92 shown in FIG. 10).

例えば、実際のポンプ流量がQ3であり、ポンプ容量が第1段設定容量である場合を想定する。このとき、図11に示す特性図M2を参照すると、制御点C3の電動機52の回転数N(回転数センサ73の検出値)は、回転数拡張領域を含まない回転数範囲における最大回転数Nxの近傍に位置するN3fとなっている。この状況から油圧ポンプ51の流量をQ4(目標ポンプ流量Qt=Q4)へ変更する場合を想定する。 For example, assume that the actual pump flow rate is Q3 and the pump capacity is the first stage set capacity. At this time, referring to the characteristic diagram M2 shown in FIG. 11, the rotation speed N of the electric motor 52 at control point C3 (the value detected by the rotation speed sensor 73) is N3f, which is located near the maximum rotation speed Nx in the rotation speed range that does not include the rotation speed extension region. From this situation, assume that the flow rate of the hydraulic pump 51 is changed to Q4 (target pump flow rate Qt = Q4).

もし、最小回転数Nnが下限であると共に最大回転数Nxが上限である回転数拡張領域の無い第1回転数範囲を調整可能な回転数範囲とする特性図M2が選択された場合、つまり、第1の実施の形態の場合と同じ特性図を用いる場合、目標ポンプ流量Q4は第2段設定容量の流量範囲のみに位置している。したがって、第2段設定容量の特性図M2上の制御点C4sが選択される。すなわち、目標ポンプ容量として第2段設定容量が選択されると共に、制御点C4sに対応する回転数N4sが目標回転数として選択されることになる。この場合、ポンプ容量が第1段設定容量から第2段設定容量に切り換わり、電動機52の回転数がN3fからN4sへと変更される。 If the characteristic diagram M2 is selected, which sets the first rotation speed range, which has the minimum rotation speed Nn as the lower limit and the maximum rotation speed Nx as the upper limit and does not have a rotation speed expansion region, as the adjustable rotation speed range, that is, if the same characteristic diagram as in the first embodiment is used, the target pump flow rate Q4 is located only in the flow rate range of the second stage set capacity. Therefore, the control point C4s on the characteristic diagram M2 of the second stage set capacity is selected. In other words, the second stage set capacity is selected as the target pump capacity, and the rotation speed N4s corresponding to the control point C4s is selected as the target rotation speed. In this case, the pump capacity is switched from the first stage set capacity to the second stage set capacity, and the rotation speed of the electric motor 52 is changed from N3f to N4s.

ポンプ流量をQ3からQ4へと変更する流量調整が操作装置71の「微操作」に相当する場合、回転数に対する流量の特性が異なる第1段設定容量から第2段設定容量への切換を行うと、流量特性が変化することで操作の違和感が生じる懸念がある。 If the flow rate adjustment to change the pump flow rate from Q3 to Q4 corresponds to "fine operation" of the operating device 71, there is a concern that switching from the first stage set capacity to the second stage set capacity, which has different flow rate characteristics relative to the rotation speed, will cause an uncomfortable operation due to the change in flow rate characteristics.

そこで、本実施の形態においては、操作装置71の操作が「微操作」である場合、拡張最小回転数Nneを下限とすると共に拡張最大回転数Nxeを上限とする回転数拡張領域を追加した第2回転数範囲を調整可能な回転数範囲とする特性図M2を参照する。最大側拡張領域および最大側拡張領域を含む第2回転数範囲を調整可能とする特性図M2では、各段の設定容量に対して定まる流量範囲が拡大される。そのため、拡張領域の回転数範囲が無い特性図M2を選択する場合と異なり、目標ポンプ流量Q4が第2段設定容量の流量範囲に位置するだけでなく、第1段設定容量における拡張された第1段拡張流量範囲内に位置するようになる。 In this embodiment, when the operation of the operating device 71 is "fine operation", the characteristic diagram M2 is referenced, which defines the second rotation speed range as an adjustable rotation speed range by adding a rotation speed extension region with the extension minimum rotation speed Nne as the lower limit and the extension maximum rotation speed Nxe as the upper limit. In the characteristic diagram M2, which defines the second rotation speed range including the maximum side extension region and the maximum side extension region as an adjustable range, the flow rate range determined for the set capacity of each stage is expanded. Therefore, unlike the case of selecting the characteristic diagram M2 without the rotation speed range of the extension region, the target pump flow rate Q4 is not only located in the flow rate range of the second stage set capacity, but also in the expanded first stage extension flow rate range at the first stage set capacity.

したがって、目標ポンプ流量Q4を実現可能な設定容量と回転数の組み合わせとして、第2段設定容量と回転数N4sの組み合わせ(制御点C4s)に加えて、第1段設定容量と回転数N4fの組み合わせ(制御点C4f)が抽出される。当該時点でのポンプ容量が第1段設定容量なので、ポンプ容量を変更しない組み合わせとして第1段設定容量および回転数N4fが存在している。したがって、ポンプ容量を変更しない組み合わせである第1段設定容量および回転数N4fが目標ポンプ容量および目標回転数として選択される。これにより、ポンプ容量が変更されずに第1段設定容量が維持されると共に、電動機52の回転数がN3fからN4fへ変更されることで、油圧ポンプ51の実流量が目標ポンプ流量Q4へと調整される。 Therefore, in addition to the combination of the second stage set capacity and the rotation speed N4s (control point C4s), the combination of the first stage set capacity and the rotation speed N4f (control point C4f) is extracted as a combination of the set capacity and the rotation speed that can realize the target pump flow rate Q4. Since the pump capacity at that time is the first stage set capacity, the first stage set capacity and the rotation speed N4f exist as a combination that does not change the pump capacity. Therefore, the first stage set capacity and the rotation speed N4f, which are combinations that do not change the pump capacity, are selected as the target pump capacity and the target rotation speed. As a result, the first stage set capacity is maintained without changing the pump capacity, and the actual flow rate of the hydraulic pump 51 is adjusted to the target pump flow rate Q4 by changing the rotation speed of the electric motor 52 from N3f to N4f.

本実施の形態においては、操作装置71の操作が「微操作」である場合に、調整可能な回転数範囲として拡張領域を追加した特性図M2を参照して目標ポンプ流量を実現可能な設定容量と回転数の組み合わせを選択する。したがって、油圧ポンプ51の流量制御において、ポンプ容量が第1段設定容量である場合には、電動機52の回転数が最大回転数Nxの近傍にあるときに回転数の調整代を拡張することができる。また、ポンプ容量が第2段設定容量である場合には、電動機52の回転数が最小回転数Nnの近傍及び最大回転数Nxの近傍にあるときに回転数の調整代を拡張することができる。また、ポンプ容量が第3段設定容量である場合には、電動機52の回転数が最小回転数Nnの近傍にあるときに回転数の調整代を拡張することができる。このことから、油圧ポンプ51の流量の微調整のときに、ポンプ容量の切換頻度を低減することができる。これにより、ポンプ容量の切換による流量特性の変化を抑制することができるので、操作装置71の「微操作」のときの操作性の違和感を抑制することができる。 In this embodiment, when the operation of the operating device 71 is "fine operation", a combination of the set capacity and the rotation speed that can realize the target pump flow rate is selected by referring to the characteristic diagram M2 to which an extension region is added as an adjustable rotation speed range. Therefore, in the flow control of the hydraulic pump 51, when the pump capacity is the first stage set capacity, the adjustment margin of the rotation speed can be extended when the rotation speed of the electric motor 52 is in the vicinity of the maximum rotation speed Nx. Also, when the pump capacity is the second stage set capacity, the adjustment margin of the rotation speed can be extended when the rotation speed of the electric motor 52 is in the vicinity of the minimum rotation speed Nn and in the vicinity of the maximum rotation speed Nx. Also, when the pump capacity is the third stage set capacity, the adjustment margin of the rotation speed can be extended when the rotation speed of the electric motor 52 is in the vicinity of the minimum rotation speed Nn. Therefore, when the flow rate of the hydraulic pump 51 is finely adjusted, the frequency of switching the pump capacity can be reduced. This makes it possible to suppress changes in the flow rate characteristics due to switching of the pump capacity, and therefore to suppress discomfort in operability when the operating device 71 is "finely operated".

また、本実施の形態においては、操作装置71の操作が「微操作」である場合に、ポンプ容量を変更しない設定容量及び回転数の組み合わせを目標ポンプ容量及び目標回転数として優先的に選択するので、操作装置71の操作が「微操作」のときのポンプ容量の切換頻度を低減することができる。 In addition, in this embodiment, when the operation of the operating device 71 is "fine operation", a combination of set capacity and rotation speed that does not change the pump capacity is preferentially selected as the target pump capacity and target rotation speed, so that the frequency of switching the pump capacity when the operation of the operating device 71 is "fine operation" can be reduced.

なお、油圧ポンプ51の流量をQ3からQ5(目標ポンプ流量Qt=Q5)へと変更する場合には、当該操作が「微操作」に相当する場合であっても、ポンプ容量を第1段設定容量のまま維持して目標ポンプ流量Q5を実現することは不可能である。なぜなら、調整可能な回転数範囲として拡張領域を含む特性図M2において、目標ポンプ流量Q5が第1段設定容量の第1段拡張流量範囲内に含まれていないからである。そのため、目標ポンプ流量Q5を実現可能である第2段設定容量と回転数N5sの組み合わせ(制御点C5s)が選択される。これにより、ポンプ容量が第1段設定容量から第2段設定容量に切り換わり、電動機52の回転数がN3fからN5sへ変更される。 When changing the flow rate of the hydraulic pump 51 from Q3 to Q5 (target pump flow rate Qt = Q5), even if the operation corresponds to "fine operation", it is impossible to maintain the pump capacity at the first stage set capacity and realize the target pump flow rate Q5. This is because the target pump flow rate Q5 is not included in the first stage extension flow rate range of the first stage set capacity in the characteristic diagram M2, which includes an extension region as an adjustable rotation speed range. Therefore, a combination of the second stage set capacity and the rotation speed N5s (control point C5s) that can realize the target pump flow rate Q5 is selected. As a result, the pump capacity is switched from the first stage set capacity to the second stage set capacity, and the rotation speed of the electric motor 52 is changed from N3f to N5s.

上述した本発明の建設機械の第2の実施の形態によれば、前述した第1の実施の形態と同様に、ポンプ容量を3段(複数)の設定容量のいずれかに切換可能とすることで、可変容量型の油圧ポンプのような容量制御の応答遅れがなく、また、電動機52の調整可能な回転数範囲を固定容量型の油圧ポンプよりも限定的に設定可能で、その分、油圧ポンプ51の流量制御のおける応答時間の短縮が可能となる。また、前後段の設定容量の両方の流量範囲に対して共通流量領域Fc1、Fc2を設けることで、共通流量領域Fc1、Fc2上の目標ポンプ流量(目標流量)を実現可能なポンプ容量と電動機回転数の組み合わせを複数の選択肢から選択可能となり、操作装置71の操作量を基に当該組み合わせを選択することで、応答時間の短縮やポンプ容量の切換頻度の低減が可能になることがある。したがって、油圧ポンプ51の流量制御において、応答性の向上を図りつつ操作の違和感を抑制することができる。 According to the second embodiment of the construction machine of the present invention described above, as in the first embodiment described above, by making it possible to switch the pump capacity to one of three (multiple) set capacities, there is no response delay in capacity control as in a variable capacity hydraulic pump, and the adjustable rotation speed range of the electric motor 52 can be set more limitedly than in a fixed capacity hydraulic pump, which makes it possible to shorten the response time in the flow control of the hydraulic pump 51. In addition, by providing common flow ranges Fc1 and Fc2 for the flow ranges of both the front and rear set capacities, it becomes possible to select from multiple options a combination of pump capacity and electric motor rotation speed that can realize the target pump flow rate (target flow rate) on the common flow ranges Fc1 and Fc2, and by selecting the combination based on the operation amount of the operating device 71, it may be possible to shorten the response time and reduce the frequency of switching the pump capacity. Therefore, in the flow control of the hydraulic pump 51, it is possible to suppress the discomfort of operation while improving responsiveness.

また、本実施の形態においては、コントローラ80Aが、操作装置71の操作が微操作(操作量の変化量が所定値未満)であるか否かを判定し、微操作ではない(操作量の変化量が所定値以上である)と判定された場合には電動機52(原動機)の調整可能な回転数範囲として最小回転数Nn(第1回転数)が下限であると共に最大回転数Nx(第2回転数)が上限である第1回転数範囲を選択して油圧ポンプ51の流量制御を実行する一方、微操作(操作量の変化量が所定値未満)であると判定された場合には電動機52(原動機)の調整可能な回転数範囲として最小回転数Nn(第1回転数)よりも低い回転数Nneを下限とすると共に最大回転数Nx(第2回転数)よりも高い回転数Nxeを上限とする第2回転数範囲を選択して油圧ポンプ51の流量制御を実行するように構成されている。コントローラ80Aは、第1回転数範囲を電動機52(原動機)の調整可能な回転数範囲として選択した場合において目標流量が共通流量領域Fc1、Fc2上にあるときには、回転数センサ73により検出された回転数Nに基づき目標ポンプ流量(目標流量)を実現することが可能な油圧ポンプ51のポンプ容量と電動機52(原動機)の回転数の組み合わせの中から1つを選択し、第2回転数範囲を電動機52(原動機)の調整可能な回転数範囲として選択した場合には、目標ポンプ流量(目標流量)を実現することが可能な油圧ポンプ51のポンプ容量と電動機52(原動機)の回転数の組み合わせのうち、油圧ポンプ51のポンプ容量を変更せずに維持可能な組み合わせが存在する場合には、油圧ポンプ51のポンプ容量を維持可能な設定容量と電動機52(原動機)の回転数の組み合わせを優先的に選択するように構成されている。 In addition, in this embodiment, the controller 80A is configured to determine whether the operation of the operating device 71 is fine operation (the change in the amount of operation is less than a predetermined value), and if it is determined that the operation is not fine operation (the change in the amount of operation is equal to or greater than a predetermined value), select a first rotation speed range in which the minimum rotation speed Nn (first rotation speed) is the lower limit and the maximum rotation speed Nx (second rotation speed) is the upper limit as the adjustable rotation speed range of the electric motor 52 (prime mover), and perform flow control of the hydraulic pump 51, while if it is determined that the operation is fine operation (the change in the amount of operation is less than a predetermined value), select a second rotation speed range in which the adjustable rotation speed range of the electric motor 52 (prime mover) is the lower limit, a rotation speed Nne lower than the minimum rotation speed Nn (first rotation speed), and the upper limit, a rotation speed Nxe higher than the maximum rotation speed Nx (second rotation speed), and perform flow control of the hydraulic pump 51. When the first rotation speed range is selected as the adjustable rotation speed range of the electric motor 52 (prime mover), and the target flow rate is on the common flow rate region Fc1, Fc2, the controller 80A selects one of the combinations of the pump capacity of the hydraulic pump 51 and the rotation speed of the electric motor 52 (prime mover) that can realize the target pump flow rate (target flow rate) based on the rotation speed N detected by the rotation speed sensor 73, and when the second rotation speed range is selected as the adjustable rotation speed range of the electric motor 52 (prime mover), among the combinations of the pump capacity of the hydraulic pump 51 and the rotation speed of the electric motor 52 (prime mover) that can realize the target pump flow rate (target flow rate), if there is a combination that can be maintained without changing the pump capacity of the hydraulic pump 51, the controller 80A is configured to preferentially select a combination of the set capacity and the rotation speed of the electric motor 52 (prime mover) that can maintain the pump capacity of the hydraulic pump 51.

この構成によれば、操作装置71の操作が微操作(操作量の変化量が所定値未満)である場合、油圧ポンプ51の流量制御における電動機52の回転数の調整代が微操作以外のときよりも拡張されるので、微操作以外のときにはポンプ容量を切り換える条件であっても、ポンプ容量を切り換えずに維持することが可能な場合がある。したがって、操作装置71の操作が微操作のときに、ポンプ容量の切換頻度を低減することができ、ポンプ容量の切換による流量特性の変化に起因した操作の違和感を抑制することができる。 According to this configuration, when the operation of the operating device 71 is fine operation (the change in the amount of operation is less than a predetermined value), the adjustment margin of the rotation speed of the electric motor 52 in the flow control of the hydraulic pump 51 is expanded more than when not fine operation, so that even if the conditions for switching the pump capacity are met when not fine operation, it may be possible to maintain the pump capacity without switching it. Therefore, when the operation of the operating device 71 is fine operation, the frequency of switching the pump capacity can be reduced, and the discomfort in operation caused by the change in flow characteristics due to switching the pump capacity can be suppressed.

なお、本発明は本実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわ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。ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。 The present invention is not limited to this embodiment, but includes various modified examples. The above-mentioned embodiment has been described in detail to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to having all of the configurations described. It is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. It is also possible to add, delete, or replace part of the configuration of each embodiment with other configurations.

例えば、上述した第1及び第2の実施の形態においては、本発明を油圧ショベル1に適用した例を示したが、本発明は油圧クレーンやホイールローダ等の各種の建設機械に広く適用することができる。 For example, in the first and second embodiments described above, an example was shown in which the present invention is applied to a hydraulic excavator 1, but the present invention can be widely applied to various types of construction machinery, such as hydraulic cranes and wheel loaders.

また、上述した第1および第2の実施の形態においては、油圧ポンプ51の容量切換機構62がサーボシリンダ63と第1、第2の切換弁64、66とを備える構成の例を示した。しかし、容量切換機構62は、段階的に異なる複数の設定容量のいずれかに機械的に切り換えることが可能な構成であるならば、どのような構成も可能である。 In the first and second embodiments described above, an example was shown in which the capacity switching mechanism 62 of the hydraulic pump 51 includes a servo cylinder 63 and first and second switching valves 64, 66. However, the capacity switching mechanism 62 can be configured in any way as long as it is capable of mechanically switching to one of a number of set capacities that differ in stages.

また、上述した実施の形態においては、操作装置71の操作(操作方向及び操作量)を電気的に検出して操作信号をコントローラ80、80Aへ出力する構成の例を示した。しかし、操作装置71の操作を操作装置71が生成する操作パイロット圧によって検出する構成も可能である。操作装置71が生成する操作パイロット圧は、例えば、圧力センサによって検出する。 In the above-described embodiment, an example of a configuration in which the operation (operation direction and operation amount) of the operating device 71 is electrically detected and an operation signal is output to the controllers 80, 80A has been shown. However, a configuration in which the operation of the operating device 71 is detected by the operating pilot pressure generated by the operating device 71 is also possible. The operating pilot pressure generated by the operating device 71 is detected by, for example, a pressure sensor.

また、上述した実施の形態においては、油圧ポンプ51を駆動する原動機として電動機52を採用した構成の例を示した。しかし、油圧ポンプ51を駆動する原動機は、回転数を連続的に変更可能なものである構成であれば、任意である。 In the above-described embodiment, an example of a configuration in which an electric motor 52 is used as the prime mover that drives the hydraulic pump 51 has been shown. However, the prime mover that drives the hydraulic pump 51 may be any configuration as long as it is capable of continuously changing the rotation speed.

また、本実施の形態においては、サーボシリンダ63の第1、第2、第4受圧室635、636、638へ供給される操作圧が吐出ライン56を介して供給されている例を示した。しかし、リリーフ弁で吐出圧力を設定できる、例えばギヤポンプ等の外部油圧源を用いて、当該第1、第2、第4受圧室635、636、638に操作圧を供給することも可能である。 In the present embodiment, an example has been shown in which the operating pressure supplied to the first, second, and fourth pressure-receiving chambers 635, 636, and 638 of the servo cylinder 63 is supplied via the discharge line 56. However, it is also possible to supply operating pressure to the first, second, and fourth pressure-receiving chambers 635, 636, and 638 using an external hydraulic source, such as a gear pump, whose discharge pressure can be set by a relief valve.

1…油圧ショベル(建設機械)、 51…油圧ポンプ、 52…電動機(原動機)、 53…油圧アクチュエータ、 61a…可変機構、 62…容量切換機構、 63…サーボシリンダ、 631…サーボピストン、 635…第1受圧室(受圧室)、 638…第4受圧室(受圧室)、 64…第1切換弁(切換弁)、 66…第2切換弁(切換弁)、 71…操作装置、 73…回転数センサ、 80、80A…コントローラ 1...hydraulic excavator (construction machine), 51...hydraulic pump, 52...electric motor (prime mover), 53...hydraulic actuator, 61a...variable mechanism, 62...capacity switching mechanism, 63...servo cylinder, 631...servo piston, 635...first pressure receiving chamber (pressure receiving chamber), 638...fourth pressure receiving chamber (pressure receiving chamber), 64...first switching valve (switching valve), 66...second switching valve (switching valve), 71...operating device, 73...rotation speed sensor, 80, 80A...controller

Claims (4)

原動機と、
前記原動機によって駆動され、ポンプ容量を段階的に異なる複数の設定容量のいずれかに切換可能な油圧ポンプと、
前記油圧ポンプが吐出する圧油によって駆動される油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータの駆動を指示するための操作装置と、
前記原動機の回転数を検出する回転数センサと、
前記原動機の回転数を調整すると共に前記油圧ポンプのポンプ容量の切換を行うことで、前記油圧ポンプの流量を制御する流量制御を実行するコントローラとを備えた建設機械において、
前記油圧ポンプの各段の設定容量は、各段の設定容量から1段異なる設定容量に対して、前記原動機の調整可能な回転数範囲に応じて定まる調整可能な流量範囲が互いに一部の領域において重なる共通流量領域を生じさせるように設定されており、
前記コントローラは、前記油圧ポンプの流量を所定の目標流量に変更するときに、前記目標流量が前記共通流量領域上にある場合には、前記回転数センサにより検出された回転数及び前記操作装置の操作量のいずれか一方に基づき、前記目標流量を実現することが可能な前記油圧ポンプのポンプ容量と前記原動機の回転数の組み合わせの中から1つを選択する
ことを特徴とする建設機械。
The prime mover,
a hydraulic pump driven by the prime mover and capable of switching a pump displacement to one of a plurality of set displacements which differ in stages;
a hydraulic actuator driven by pressure oil discharged from the hydraulic pump;
an operating device for instructing driving of the hydraulic actuator;
A rotation speed sensor for detecting a rotation speed of the prime mover;
A construction machine equipped with a controller that performs flow control to control a flow rate of the hydraulic pump by adjusting the rotation speed of the prime mover and switching the pump capacity of the hydraulic pump,
The set capacity of each stage of the hydraulic pump is set so as to generate a common flow rate region in which adjustable flow rate ranges determined according to an adjustable rotation speed range of the prime mover overlap each other in a part of the set capacity of each stage that is different by one stage from the set capacity of each stage,
a control unit for controlling a flow rate of the hydraulic pump from the control unit to a predetermined target flow rate and for controlling a flow rate of the hydraulic pump from the control unit to a predetermined target flow rate, the control unit being configured to control the flow rate of the hydraulic pump from the control unit to a predetermined target flow rate and for controlling a flow rate of the hydraulic pump from the control unit to a predetermined target flow rate.
請求項1に記載の建設機械において、
前記コントローラは、前記目標流量が前記共通流量領域上にある場合には、前記目標流量を実現することが可能な前記油圧ポンプのポンプ容量と前記原動機の回転数の組み合わせのうち、前記回転数センサにより検出された回転数と前記目標流量を実現可能な前記原動機の回転数との偏差量が最も小さくなる組み合わせを選択する
ことを特徴とする建設機械。
2. The construction machine according to claim 1,
and when the target flow rate is within the common flow rate region, the controller selects, from among combinations of the pump capacity of the hydraulic pump and the rotational speed of the prime mover that can realize the target flow rate, a combination that minimizes a deviation between the rotational speed detected by the rotational speed sensor and the rotational speed of the prime mover that can realize the target flow rate.
請求項1に記載の建設機械において、
前記コントローラは、
前記操作装置の操作量の変化量が所定値未満であるか否かを判定し、
前記操作量の変化量が前記所定値以上であると判定された場合には、前記原動機の調整可能な回転数範囲として、第1回転数が下限であると共に第2回転数が上限である第1回転数範囲を選択して前記油圧ポンプの流量制御を実行する一方、
前記操作量の変化量が前記所定値未満であると判定された場合には、前記原動機の調整可能な回転数範囲として、前記第1回転数よりも低い回転数を下限とすると共に前記第2回転数よりも高い回転数を上限とする第2回転数範囲を選択して前記油圧ポンプの流量制御を実行し、
前記コントローラは、
前記第1回転数範囲を前記原動機の調整可能な回転数範囲として選択した場合において、前記目標流量が前記共通流量領域上にあるときには、前記回転数センサにより検出された回転数に基づき、前記目標流量を実現することが可能な前記油圧ポンプのポンプ容量と前記原動機の回転数の組み合わせの中から1つを選択し、
前記第2回転数範囲を前記原動機の調整可能な回転数範囲として選択した場合には、前記目標流量を実現することが可能な前記油圧ポンプのポンプ容量と前記原動機の回転数の組み合わせのうち、前記油圧ポンプのポンプ容量を変更せずに維持可能な組み合わせが存在する場合には、前記油圧ポンプのポンプ容量を維持可能な設定容量と前記原動機の回転数の組み合わせを優先的に選択する
ことを特徴とする建設機械。
2. The construction machine according to claim 1,
The controller:
determining whether or not a change in an operation amount of the operation device is less than a predetermined value;
When it is determined that the amount of change in the manipulated variable is equal to or greater than the predetermined value, a first rotation speed range in which a first rotation speed is a lower limit and a second rotation speed is an upper limit is selected as an adjustable rotation speed range of the prime mover, and a flow rate control of the hydraulic pump is executed;
when it is determined that the amount of change in the manipulated variable is less than the predetermined value, selecting a second rotation speed range, as an adjustable rotation speed range of the prime mover, the second rotation speed range having a lower limit of a rotation speed lower than the first rotation speed and an upper limit of a rotation speed higher than the second rotation speed, and executing a flow rate control of the hydraulic pump;
The controller:
When the first rotation speed range is selected as an adjustable rotation speed range of the prime mover, and when the target flow rate is within the common flow rate region, one of combinations of the pump capacity of the hydraulic pump and the rotation speed of the prime mover that can realize the target flow rate is selected based on the rotation speed detected by the rotation speed sensor;
when the second rotation speed range is selected as the adjustable rotation speed range of the prime mover, if there is a combination of the pump capacity of the hydraulic pump and the rotation speed of the prime mover that can realize the target flow rate and that can be maintained without changing the pump capacity of the hydraulic pump, a combination of a set capacity and the rotation speed of the prime mover that can maintain the pump capacity of the hydraulic pump is preferentially selected.
請求項1に記載の建設機械において、
前記油圧ポンプは、
傾転角が変更されることでポンプ容量の変更を可能とする可変機構と、
前記可変機構を駆動させることでポンプ容量を複数の設定容量のいずれかに切り換える容量切換機構とを有し、
前記容量切換機構は、
作動油の給排が行われる複数の受圧室及び前記複数の受圧室に対する作動油の給排により変位するサーボピストンを有するサーボシリンダと、
前記サーボシリンダの前記複数の受圧室に対してそれぞれ作動油の供給又は排出を選択的に切り換える複数の切換弁とを有し、
前記サーボピストンは、前記可変機構に連結されており、
前記サーボシリンダは、前記複数の受圧室に対する作動油の給排による前記サーボピストンの変位可能な位置が構造的に規制されるように構成されている
ことを特徴とする建設機械。
2. The construction machine according to claim 1,
The hydraulic pump is
A variable mechanism that enables the pump capacity to be changed by changing the tilt angle;
a displacement switching mechanism that switches the pump displacement to one of a plurality of set displacements by driving the variable mechanism,
The capacity switching mechanism includes:
a servo cylinder having a plurality of pressure receiving chambers to which hydraulic oil is supplied and discharged, and a servo piston that is displaced by supplying and discharging hydraulic oil to and from the plurality of pressure receiving chambers;
a plurality of switching valves that selectively switch between supplying and discharging hydraulic oil to and from the plurality of pressure receiving chambers of the servo cylinder,
The servo piston is connected to the variable mechanism,
The construction machine according to claim 1, wherein the servo cylinder is configured so that a position to which the servo piston can be displaced by supplying or discharging hydraulic oil to or from the plurality of pressure-receiving chambers is structurally restricted.
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