JPWO2023139885A5

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Publication number: JPWO2023139885A5
Application number: JP2023575075A
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Publication date: 2024-05-07

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特許第５２１４４５０号公報特許第３５１１４２５号公報

一方、特許文献２の制御回路においては、補助弁によって複合作業時における各油圧アクチュエータへの圧油配分や優先度合いを制御することはできるものの、一つの方向切換弁で油圧アクチュエータに対するメータイン開口制御とメータアウト開口制御を行うことは従来通りであるため、一方の開口制御に他方の開口制御が干渉してしまうという問題は依然として解消されない。

上記目的を達成するために、本発明は、走行体と、前記走行体上に旋回可能に取り付けられた旋回体と、前記旋回体に取り付けられた作業装置と、作動油タンクと、前記作動油タンクから作動油を吸い込んで吐出する可変容量型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプの容量を制御するレギュレータと、前記作業装置を駆動するアクチュエータと、前記旋回体を駆動する旋回モータと、前記油圧ポンプから前記アクチュエータに供給される圧油の流れを制御するアクチュエータ方向制御弁と、前記油圧ポンプから前記旋回モータに供給される圧油の流れを制御する旋回方向制御弁と、前記アクチュエータおよび前記旋回モータの動作を指示する操作装置と、前記操作装置の入力量に応じて前記レギュレータ、前記アクチュエータ方向制御弁、および前記旋回方向制御弁を制御するコントローラとを備えた作業機械において、前記油圧ポンプの吐出圧であるポンプ圧を検出する第１圧力センサと、前記アクチュエータのメータイン側の圧力であるアクチュエータメータイン圧を検出する第２圧力センサと、前記旋回モータのメータイン側の圧力である旋回メータイン圧、および前記旋回モータのメータアウト側の圧力である旋回メータアウト圧を検出する第３圧力センサと、前記旋回体および前記作業装置の姿勢を検出する姿勢センサとを備え、前記アクチュエータ方向制御弁および前記旋回方向制御弁は、それぞれ、メータイン開口とメータアウト開口とが同一弁体で形成され、前記アクチュエータ方向制御弁は、弁変位に対してメータイン開口の方がメータアウト開口よりも小さくなるように形成され、前記旋回方向制御弁は、弁変位に対してメータアウト開口の方がメータイン開口よりも小さくなるように形成され、前記コントローラは、前記操作装置の入力量を基に、前記油圧ポンプから前記アクチュエータに供給される圧油の流量の目標値であるアクチュエータ目標流量を算出し、前記操作装置の入力量を基に、前記油圧ポンプから前記旋回モータに供給される圧油の流量の目標値である旋回目標流量を算出し、前記アクチュエータ目標流量と前記旋回目標流量とを基に、前記油圧ポンプの吐出流量の目標値であるポンプ目標流量を算出し、前記アクチュエータ目標流量と前記ポンプ圧と前記アクチュエータメータイン圧とを基に、前記アクチュエータ方向制御弁のメータイン開口面積の目標値である目標メータイン開口面積を算出し、前記操作装置の入力量と前記姿勢センサの出力値とを基に、前記旋回モータへの入力トルクの目標値である目標トルクを算出し、前記目標トルクと前記旋回メータイン圧とを基に、前記旋回メータアウト圧の目標値である旋回目標メータアウト圧を算出し、前記旋回目標メータアウト圧と前記旋回メータアウト圧とを基に、前記旋回方向制御弁のメータアウト開口面積の目標値である目標メータアウト開口面積を算出し、前記ポンプ目標流量に応じて前記レギュレータを制御し、前記目標メータイン開口面積に応じて前記アクチュエータ方向制御弁を制御し、前記目標メータアウト開口面積に応じて前記旋回方向制御弁を制御するものとする。

第３油圧ポンプ３のポンプライン６０には、旋回方向制御弁１４、第３ブーム方向制御弁１５、および第２アタッチメント方向制御弁１６がそれぞれ流路６１，６２、流路６３，６４、および流路６５，６６を介してパラレルに接続される。流路６１，６２、流路６３，６４、および流路６５，６６には、ポンプライン６０への圧油の逆流を防止するために、チェック弁２９～３１がそれぞれ配置されている。旋回方向制御弁１４は、第３油圧ポンプ３から旋回モータ２１１に供給される圧油の流れを制御する。第３ブーム方向制御弁１５は、第３油圧ポンプ３からブームシリンダ２０４ａに供給される圧油の流れを制御する。第２アタッチメント方向制御弁１６は、第１特殊アタッチメントに加えて第２アクチュエータを備えた第２特殊アタッチメントが装着された際、または、第１特殊アタッチメントに代えて第１アクチュエータと第２アクチュエータの２つのアクチュエータを備えた第２特殊アタッチメントが装着された際に、第２アクチュエータに供給される圧油の流れを制御するために使用される。ポンプライン６０は、過剰な圧力上昇から回路を保護するために、メインリリーフ弁２０を介して作動油タンク５に接続される。ポンプライン６０は、油圧ポンプ３の余剰な吐出油を排出するために、ブリードオフ弁３７を介して作動油タンク５に接続される。

旋回方向制御弁１４以外の方向制御弁６～１３，１５，１６は、図３に示す開口特性を有する。図３において、メータイン開口面積は、スプール変位に応じてゼロから最大開口面積まで増加する。メータアウト開口面積も同様に、スプール変位に応じてゼロから最大開口面積まで増加するが、スプール変位に対してメータイン開口面積よりも大きい値に設定されている。これにより、アクチュエータの駆動速度をメータイン開口で制御することが可能となる。

旋回方向制御弁１４は、図４に示す開口特性を有する。図４において、メータイン開口面積は、スプール変位に応じてゼロから最大開口面積まで増加する。メータアウト開口面積も同様に、スプール変位に応じてゼロから最大開口面積まで増加するが、スプール変位に対してメータイン開口面積よりも小さい値に設定されている。これにより、旋回モータ２１１の背圧をメータアウト開口で制御することが可能となる。

電磁弁９３ａの出力ポートは、第３油圧ポンプ３のレギュレータの流量制御指令圧ポート３ａに接続される。電磁弁９３ｂ，９３ｃの出力ポートは、第３ブーム方向制御弁１５のパイロットポートに接続される。電磁弁９３ｄ，９３ｅの出力ポートは、旋回方向制御弁１４のパイロットポートに接続される。電磁弁９３ｆの出力ポートは、ブリードオフ弁３７の指令圧ポート３７ａに接続される。

油圧駆動装置９０２は、第１ブーム方向制御弁９、第２ブーム方向制御弁１０、および第３ブーム方向制御弁１５を切り換え操作可能なブーム操作レバー９５ａと、旋回方向制御弁１４を切り換え操作可能な旋回操作レバー９５ｂとを備えている。なお、説明を簡略化するため、走行右方向制御弁６を切り換え操作する走行右操作レバー、バケット方向制御弁７切り換え操作するバケット操作レバー、第１アーム方向制御弁１１および第２アーム方向制御弁８を切り換え操作可能なアーム操作レバー、第１アタッチメント方向制御弁１２を切り換え操作する第１アタッチメント操作レバー、走行左方向制御弁１３を切り換え操作する走行左操作レバー、第２アタッチメント方向制御弁１６を切り換え操作する第２アタッチメント操作レバーについては、図示を省略している。

コントローラ９４は、まず、旋回操作レバー入力が無いか否かを判定する（ステップＳ３０１）。ステップＳ３０１で旋回操作レバー入力が無い（ＹＥＳ）と判定した場合は、当該フローを終了する。

ステップＳ３０６に続き、旋回方向制御弁目標メータアウト開口演算部９４ｎは、旋回目標メータアウト圧演算部９４ｍで算出された旋回目標メータアウト圧Ｐ _{ＭＯＴｇｔＳｗｇ}と圧力センサ８６（８７）の出力値から得られる旋回メータアウト圧Ｐ_{ＭＯＳｗｇ}との差分が小さくなるように旋回方向制御弁１４の目標メータアウト開口面積Ａ_{ＴｇｔＭＯＳｗｇ}を算出する（ステップＳ３０７）。

図１０は、コントローラ９４のブリードオフ弁３５～３７の開口制御に関わる処理を示すフローチャートである。以下では、第３油圧ポンプ３のポンプライン６０に設けられたブリードオフ弁３７の開口制御に関わる処理のみを説明する。その他のブリードオフ弁の開口制御に関わる処理はこれと同様であるため、説明は省略する。

ステップＳ４０３に続き、電磁弁９３ｆにブリードオフ弁３７の指令圧を生成させ（ステップＳ４０４）、当該指令圧に応じてブリードオフ弁３７を開口させ（ステップＳ４０５）、当該フローを終了する。

「第３油圧ポンプ」
コントローラ９４は、ブーム操作レバー９５ａおよび旋回操作レバー９５ｂの入力量を基に第３油圧ポンプ３のポンプ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＰｍｐ}を算出し、ポンプ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＰｍｐ}に応じた指令信号を電磁弁９３ａへ出力する。電磁弁９３ａは、指令信号に応じた指令圧を生成し、第３油圧ポンプ３の吐出流量を制御する。

（まとめ）
本実施形態では、走行体２０１と、走行体２０１上に旋回可能に取り付けられた旋回体２０２と、旋回体２０２に取り付けられた作業装置２０３と、作動油タンク５と、作動油タンク５から作動油を吸い込んで吐出する可変容量型の油圧ポンプ３と、油圧ポンプ３の容量を制御するレギュレータ３ａと、作業装置２０３を駆動するアクチュエータ２０４ａと、旋回体２０２を駆動する旋回モータ２１１と、油圧ポンプ３からアクチュエータ２０４ａに供給される圧油の流れを制御するアクチュエータ方向制御弁１５と、油圧ポンプ３から旋回モータ２１１に供給される圧油の流れを制御する旋回方向制御弁１４と、アクチュエータ２０４ａおよび旋回モータ２１１の動作を指示する操作装置９５ａ，９５ｂと、操作装置９５ａ，９５ｂの入力量に応じてレギュレータ３ａ、アクチュエータ方向制御弁１５、および旋回方向制御弁１４を制御するコントローラ９４とを備えた作業機械９０１において、油圧ポンプ３の吐出圧であるポンプ圧Ｐ_Ｐｍｐ３を検出する第１圧力センサ８５と、アクチュエータ２０４ａのメータイン側の圧力であるアクチュエータメータイン圧Ｐ_ＭＩＢｍを検出する第２圧力センサ８８，８９と、旋回モータ２１１のメータイン側の圧力である旋回メータイン圧Ｐ_{ＭＩＳｗｇ}、および旋回モータ２１１のメータアウト側の圧力である旋回メータアウト圧を検出する第３圧力センサ８６，８７と、旋回体２０２および作業装置２０３の姿勢を検出する姿勢センサ２１２～２１６とを備え、アクチュエータ方向制御弁１５および旋回方向制御弁１４は、それぞれ、メータイン開口とメータアウト開口とが同一弁体で形成され、アクチュエータ方向制御弁１５は、弁変位に対してメータイン開口の方がメータアウト開口よりも小さくなるように形成され、旋回方向制御弁１４は、弁変位に対してメータアウト開口の方がメータイン開口よりも小さくなるように形成され、コントローラ９４は、操作装置９５ａ，９５ｂの入力量を基に、油圧ポンプ３からアクチュエータ２０４ａに供給される圧油の流量の目標値であるアクチュエータ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＢｍ}を算出し、操作装置９５ａ，９５ｂの入力量を基に、油圧ポンプ３から旋回モータ２１１に供給される圧油の流量の目標値である旋回目標流量Ｑ_{ＴｇｔＳｗｇ}を算出し、アクチュエータ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＢｍ}と旋回目標流量Ｑ_{ＴｇｔＳｗｇ}とを基に、油圧ポンプ３の吐出流量の目標値であるポンプ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＰｍｐ}を算出し、アクチュエータ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＢｍ}とポンプ圧Ｐ_Ｐｍｐ３とアクチュエータメータイン圧Ｐ_ＭＩＢｍとを基に、アクチュエータ方向制御弁１５のメータイン開口面積の目標値である目標メータイン開口面積Ａ_{ＴｇｔＭＩＢｍ}を算出し、操作装置９５ａ，９５ｂの入力量と姿勢センサ２１２～２１６の出力値とを基に、旋回モータ２１１への入力トルクの目標値である目標トルクＴ_{ＴｇｔＳｗｇ}を算出し、目標トルクＴ_{ＴｇｔＳｗｇ}と旋回メータイン圧Ｐ_{ＭＩＳｗｇ}とを基に、旋回メータアウト圧Ｐ_{ＭＯＳｗｇ}の目標値である旋回目標メータアウト圧Ｐ_{ＭＯＴｇｔＳｗｇ}を算出し、旋回目標メータアウト圧Ｐ_{ＭＯＴｇｔＳｗｇ}と旋回メータアウト圧Ｐ_{ＭＯＳｗｇ}とを基に、旋回方向制御弁１４のメータアウト開口面積の目標値である目標メータアウト開口面積Ａ_{ＴｇｔＭＯＳｗｇ}を算出し、ポンプ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＰｍｐ}に応じてレギュレータ３ａを制御し、目標メータイン開口面積Ａ_{ＴｇｔＭＩＢｍ}に応じてアクチュエータ方向制御弁１５を制御し、目標メータアウト開口面積Ａ_{ＴｇｔＭＯＳｗｇ}に応じて旋回方向制御弁１４を制御する。

１…第１油圧ポンプ、１ａ…流量制御指令圧ポート（レギュレータ）、２…第２油圧ポンプ、２ａ…流量制御指令圧ポート（レギュレータ）、３…第３油圧ポンプ、３ａ…流量制御指令圧ポート（レギュレータ）、５…作動油タンク、６…走行右方向制御弁、７…バケット方向制御弁、８…第２アーム方向制御弁、９…第１ブーム方向制御弁（アクチュエータ方向制御弁）、１０…第２ブーム方向制御弁（アクチュエータ方向制御弁）、１１…第１アーム方向制御弁、１２…第１アタッチメント方向制御弁、１３…走行左方向制御弁、１４…旋回方向制御弁、１５…第３ブーム方向制御弁（アクチュエータ方向制御弁）、１６…第２アタッチメント方向制御弁、１７…合流弁、１８～２０…メインリリーフ弁、２１～３２…チェック弁、３５～３７…ブリードオフ弁、３７ａ…指令圧ポート、４０…ポンプライン、４１～４８…流路、５０…ポンプライン、５１～５８…流路、６０…ポンプライン、６１～６８…流路、７０～７３…流路、８０，８１…流路、８５…圧力センサ（第１圧力センサ）、８６，８７…圧力センサ（第３圧力センサ）、８８，８９…圧力センサ（第２圧力センサ）、９１…パイロットポンプ、９２…パイロットリリーフ弁、９３…電磁弁ユニット、９３ａ～９３ｆ…電磁弁、９４…コントローラ、９４ａ…ブーム目標流量演算部、９４ｂ…旋回目標流量演算部、９４ｃ…ブリードオフ弁目標開口演算部、９４ｄ…推定ブリードオフ流量演算部、９４ｅ…ポンプ目標流量演算部、９４ｆ…ポンプ制御指令出力部、９４ｇ…ブーム方向制御弁目標メータイン開口演算部、９４ｈ…ブーム方向制御弁制御指令出力部、９４ｉ…要求トルク演算部、９４ｊ…重力トルク演算部、９４ｋ…慣性トルク演算部、９４ｌ…目標トルク演算部、９４ｍ…旋回目標メータアウト圧演算部、９４ｎ…旋回方向制御弁目標メータアウト開口演算部、９４ｏ…旋回方向制御弁制御指令出力部、９４ｐ…ブリードオフ弁制御指令出力部、９５ａ…ブーム操作レバー（操作装置）、９５ｂ…旋回操作レバー（操作装置）、２０１…走行体、２０２…旋回体、２０３…作業装置、２０４…ブーム、２０４ａ…ブームシリンダ（アクチュエータ）、２０５…アーム、２０５ａ…アームシリンダ（アクチュエータ）、２０６…バケット、２０６ａ…バケットシリンダ（アクチュエータ）、２０７…運転室、２０８…機械室、２０９…カウンタウエイト、２１０…コントロールバルブ、２１１…旋回モータ（アクチュエータ）、２１２～２１６…慣性計測装置（姿勢センサ）、９０１…油圧ショベル（作業機械）、９０２…油圧駆動装置。

Claims

走行体と、
前記走行体上に旋回可能に取り付けられた旋回体と、
前記旋回体に取り付けられた作業装置と、
作動油タンクと、
前記作動油タンクから作動油を吸い込んで吐出する可変容量型の油圧ポンプと、
前記油圧ポンプの容量を制御するレギュレータと、
前記作業装置を駆動するアクチュエータと、
前記旋回体を駆動する旋回モータと、
前記油圧ポンプから前記アクチュエータに供給される圧油の流れを制御するアクチュエータ方向制御弁と、
前記油圧ポンプから前記旋回モータに供給される圧油の流れを制御する旋回方向制御弁と、
前記アクチュエータおよび前記旋回モータの動作を指示する操作装置と、
前記操作装置の入力量に応じて前記レギュレータ、前記アクチュエータ方向制御弁、および前記旋回方向制御弁を制御するコントローラとを備えた作業機械において、
前記油圧ポンプの吐出圧であるポンプ圧を検出する第１圧力センサと、
前記アクチュエータのメータイン側の圧力であるアクチュエータメータイン圧を検出する第２圧力センサと、
前記旋回モータのメータイン側の圧力である旋回メータイン圧、および前記旋回モータのメータアウト側の圧力である旋回メータアウト圧を検出する第３圧力センサと、
前記旋回体および前記作業装置の姿勢を検出する姿勢センサとを備え、
前記アクチュエータ方向制御弁および前記旋回方向制御弁は、それぞれ、メータイン開口とメータアウト開口とが同一弁体で形成され、
前記アクチュエータ方向制御弁は、弁変位に対してメータイン開口の方がメータアウト開口よりも小さくなるように形成され、
前記旋回方向制御弁は、弁変位に対してメータアウト開口の方がメータイン開口よりも小さくなるように形成され、
前記コントローラは、
前記操作装置の入力量を基に、前記油圧ポンプから前記アクチュエータに供給される圧油の流量の目標値であるアクチュエータ目標流量を算出し、
前記操作装置の入力量を基に、前記油圧ポンプから前記旋回モータに供給される圧油の流量の目標値である旋回目標流量を算出し、
前記アクチュエータ目標流量と前記旋回目標流量とを基に、前記油圧ポンプの吐出流量の目標値であるポンプ目標流量を算出し、
前記アクチュエータ目標流量と前記ポンプ圧と前記アクチュエータメータイン圧とを基に、前記アクチュエータ方向制御弁のメータイン開口面積の目標値である目標メータイン開口面積を算出し、
前記操作装置の入力量と前記姿勢センサの出力値とを基に、前記旋回モータへの入力トルクの目標値である目標トルクを算出し、
前記目標トルクと前記旋回メータイン圧とを基に、前記旋回メータアウト圧の目標値である旋回目標メータアウト圧を算出し、
前記旋回目標メータアウト圧と前記旋回メータアウト圧とを基に、前記旋回方向制御弁のメータアウト開口面積の目標値である目標メータアウト開口面積を算出し、
前記ポンプ目標流量に応じて前記レギュレータを制御し、
前記目標メータイン開口面積に応じて前記アクチュエータ方向制御弁を制御し、
前記目標メータアウト開口面積に応じて前記旋回方向制御弁を制御する
ことを特徴とする作業機械。
請求項１に記載の作業機械において、
前記油圧ポンプから吐出された作動油を前記作動油タンクへ排出するブリードオフ弁を備え、
前記コントローラは、
前記操作装置の入力量を基に、前記ブリードオフ弁の開口面積の目標値であるブリードオフ弁目標開口面積を算出し、
前記ブリードオフ弁目標開口面積と前記ポンプ圧とを基に、前記ブリードオフ弁の通過流量の推定値である推定ブリードオフ流量を算出し、
前記アクチュエータ目標流量と前記旋回目標流量と前記推定ブリードオフ流量との合計を前記ポンプ目標流量として算出する
ことを特徴とする作業機械。