KR101565054B1

KR101565054B1 - 전동 선회식 작업기계

Info

Publication number: KR101565054B1
Application number: KR1020130164963A
Authority: KR
Inventors: 류지 시라타니; 키미노리 사노; 료타 구로사와
Original assignee: 스미토모 겐키 가부시키가이샤
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2015-11-02
Also published as: KR20140106378A; CN104005434A; EP2770117B1; US9127434B2; JP2014163155A; US20140241842A1; JP6125272B2; EP2770117A2; CN104005434B; EP2770117A3

Abstract

지면과의 사이의 마찰력이 작아지는 상황하에 있어서 상부 선회체를 선회하여도, 하부 주행체가 지면에 대하여 이동하지 않는 전동 선회식 작업기계를 제공하는 것을 과제로 한다.
전동 선회식 작업기계는, 하부 주행체(1)에 대하여 선회 가능하게 탑재된 상부 선회체(3)와, 상부 선회체를 하부 주행체에 대하여 선회 가능하게 지지하는 선회기구(2)와, 선회기구의 구동원으로서 하부 주행체에 대하여 상부 선회체를 선회구동시키는 전동기(21)와, 전동기를 구동하기 위한 구동지령을 생성하는 선회제어부(32)를 포함한다. 선회제어부는, 통상 선회모드보다 조작장치로부터의 조작량에 대하여 상부 선회체의 선회동작을 둔하게 하는 슬립 방지모드를 가진다.

Description

전동 선회식 작업기계{Electric slewing working machine}

본 출원은, 2013년 2월 26일에 출원된 일본 특허출원 제2013-036296호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은, 상부 선회체의 구동원으로서 전동모터가 이용된 전동 선회식 작업기계에 관한 것이다.

일반적으로, 작업기계는 주행하기 위한 주행기구를 가지는 하부 주행체와, 하부 주행체에 탑재된 상부 선회체를 가진다. 상부 선회체는, 선회기구의 구동원으로서 전동모터를 이용하여 선회구동되는 작업기계를 “전동 선회식 작업기계”라고 일컫는다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

작업기계의 하부 주행체의 주행기구로서, 크롤러가 이용되는 경우가 많다. 크롤러가 지면에 접촉함으로써, 하부 주행체는 크롤러를 통하여 지면 상에 지지된다. 작업기계가 주행하지 않고 정지하고 있는 상태에서는, 크롤러와 지면과의 사이의 마찰력으로 하부 주행체는 지면에 대하여 이동하지 않고 정지하고 있을 수 있다. 이로써, 상부 선회체가 하부 주행체 상에서 선회할 때에 선회반력이 하부 주행체에 작용하여도, 하부 주행체는 지면에 대하여 고정된 상태를 유지할 수 있다.

선행기술문헌

(특허문헌)

특허문헌 1: 일본 특허공개공보 2010-150897호

그러나, 작업환경, 작업기계의 상태에 따라서는, 크롤러와 지면과의 사이의 마찰력이 극단적으로 작아진다. 이러한 경우, 상부 선회체의 선회가속시나 선회감속시에 큰 반력이 하부 주행체에 작용하면, 크롤러가 슬립하여 버린다. 이로 인하여, 상부 선회체의 선회시에 하부 주행체가 회전하여 버려, 선회동작을 운전자가 의도한 대로 행할 수 없다는 문제가 발생한다. 특히, 한랭지에 있어서 지면이 얼어 있는 경우에는, 크롤러와 지면과의 사이의 마찰력이 극단적으로 작아진다. 또, 철판 위에서 작업기계가 조작되는 경우에는, 크롤러와 철판과의 사이의 마찰력이 작아지기 때문에, 크롤러가 슬립하여 버린다. 특히, 리프팅 마그넷이나 그래플 등을 장착하고 있는 경우에는, 엔드 어태치먼트가 무거워지기 때문에, 원심력이 커져, 슬립하기 쉬워진다.

본 발명은 상술의 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 지면과의 사이의 마찰력이 작아지는 상황에 있어서, 혹은, 원심력이 커지는 상황하 등의 미끄러지기 쉬운 상황에 있어서 상부 선회체를 선회하여도, 하부 주행체가 지면에 대하여 이동하지 않는 전동 선회식 작업기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시형태에 의하면, 하부 주행체와, 상기 하부 주행체에 대하여 선회 가능하게 탑재된 상부 선회체와, 상기 상부 선회체를 상기 하부 주행체에 대하여 선회 가능하게 지지하는 선회기구와, 상기 선회기구의 구동원으로서 상기 하부 주행체에 대하여 상부 선회체를 선회구동시키는 전동기와, 상기 전동기를 구동하기 위한 구동지령을 생성하는 선회제어부를 가지고, 상기 선회제어부는, 통상 선회모드보다 조작장치로부터의 조작량에 대하여 상기 상부 선회체의 선회동작을 완만하게 하는 슬립 방지모드를 가지는 전동 선회식 작업기계가 제공된다.

상술의 발명에 의하면, 슬립 방지모드를 마련함으로써, 하부 주행체에 작용하는 선회반력을 저감할 수 있어, 작업기계의 슬립을 미연에 방지할 수 있다. 이로써, 예를 들면 미끄러지기 쉬운 상황에서도 작업기계를 문제 없이 조작할 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 전동 선회식 작업기계의 일례의 측면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 전동 선회식 작업기계의 구동계의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 컨트롤러의 선회제어부의 기능 블록도이다.
도 4는 속도지령 생성처리의 플로우차트이다.
도 5는 가속도 패턴의 일례를 나타내는 도이다.
도 6은 도 5에 나타내는 가속도 리밋패턴을 이용하여 선회속도를 제어할 때의, 속도지령치의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 가속도 패턴의 다른 예를 나타내는 도이다.
도 8은 도 7에 나타내는 가속도 리밋패턴을 이용하여 선회속도를 제어할 때의, 속도지령치의 변화를 나타내는 그래프이다.

다음으로, 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은, 본 발명이 적용되는 전동 선회식 작업기계의 일례의 측면도이다.

작업기계의 하부 주행체(1)에는, 주행기구로서 크롤러(1a)가 설치되어 있다. 작업기계는, 크롤러(1a)를 구동함으로써 지면 상을 주행한다. 하부 주행체(1)에는, 선회기구(2)를 통하여 상부 선회체(3)가 탑재되어 있다. 후술하는 바와 같이, 선회기구(2)는 전동모터에 의하여 구동되어, 상부 선회체(3)를 선회시킨다.

상부 선회체(3)에는, 붐(4)이 장착되어 있다. 붐(4)의 선단에, 암(5)이 장착되고, 암(5)의 선단에 엔드 어태치먼트로서 버킷(6)이 장착되어 있다. 붐(4), 암(5) 및 버킷(6)은, 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9)에 의하여 각각 유압구동된다. 상부 선회체(3)에는, 캐빈(10)이 설치되고, 또한 엔진 등의 동력원이 탑재된다

도 2는, 도 1에 나타내는 작업기계의 구동계의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 2에 있어서, 기계적 동력계는 이중선, 고압유압라인은 실선(굵은 선), 파일럿라인은 파선, 전기 구동·제어계는 실선(얇은 선)으로 각각 나타나 있다. 다만, 도 2에서는 하이브리드식 작업기계를 예시하고 있지만, 구동방식은 하이브리드식에 한정되지 않고, 전동선회기구를 가지는 작업기계이면 된다.

기계식 구동부로서의 엔진(11)과, 어시스트 구동부로서의 전동발전기(12)는, 변속기(13)의 2개의 입력축에 각각 접속되어 있다. 변속기(13)의 출력축에는, 유압 펌프로서 메인펌프(14) 및 파일럿펌프(15)가 접속되어 있다. 메인펌프(14)에는, 고압유압라인(16)을 통하여 컨트롤밸브(17)가 접속되어 있다.

컨트롤밸브(17)는, 작업기계에 있어서의 유압계의 제어를 행하는 제어장치이다. 하부 주행체(1)용의 유압모터(1A(우측용) 및 1B(좌측용)), 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9)는, 고압유압라인을 통하여 컨트롤밸브(17)에 접속된다.

전동발전기(12)에는, 인버터(18)를 통하여, 축전기로서의 커패시터를 포함하는 축전계(120)가 접속된다. 축전계(120)에는, 인버터(20)를 통하여 전동작업요소로서의 선회용 전동기(21)가 접속되어 있다. 선회용 전동기(21)의 회전축(21A)에는, 리졸버(22), 메커니컬브레이크(23), 및 선회변속기(24)가 접속된다. 또, 파일럿펌프(15)에는, 파일럿라인(25)을 통하여 조작장치(26)가 접속된다. 선회용 전동기(21)와, 인버터(20)와, 리졸버(22)와, 메커니컬브레이크(23)와, 선회변속기(24)로 부하 구동계가 구성된다.

조작장치(26)는, 레버(26A), 레버(26B), 페달(26C)을 포함한다. 레버(26A), 레버(26B), 및 페달(26C)은, 유압라인(27 및 28)을 통하여, 컨트롤밸브(17) 및 압력센서(29)에 각각 접속된다. 압력센서(29)는, 전기계의 구동제어를 행하는 컨트롤러(30)에 접속되어 있다.

다만, 본 실시형태에서는, 하부 주행체(1)의 지면에 대한 이동을 검출하기 위한 제1 센서(40)가 하부 주행체(1)에 설치되어 있다. 제1 센서(40)는, 예를 들면 자이로나 가속도센서 등의 이동 혹은 운동을 검출하는 센서이다. 제1 센서(40)의 검출신호는 컨트롤러(30)에 공급된다. 또, 본 실시형태에서는, 상부 선회체(3)의 지면에 대한 이동을 검출하기 위한 제2 센서(42)가 상부 선회체(3)에 설치되어 있다. 제2 센서(42)는, 예를 들면 자이로나 가속도센서 등의 이동 혹은 운동을 검출하는 센서이다. 제2 센서(42)의 검출신호는 컨트롤러(30)에 공급된다. 또한, 본 실시형태에서는, 선회용 전동기(21)의 회전을 검출하는 리졸버(22)가, 하부 주행체(1)에 대한 상부 선회체(3)의 회전이동을 검출하는 제3 센서로서 기능한다. 리졸버(22)의 검출신호는 컨트롤러(30)에 공급된다. 이하, 리졸버(22)를 제3 센서(22)라고 일컫는 경우도 있다.

컨트롤러(30)는, 작업기계의 구동제어를 행하는 주제어부로서의 제어장치이다. 컨트롤러(30)는, CPU(Central Processing Unit) 및 내부메모리를 포함하는 연산처리장치로 구성되고, CPU가 내부메모리에 격납된 구동제어용의 프로그램을 실행함으로써 실현되는 장치이다.

컨트롤러(30)는, 전동발전기(12)의 운전제어(전동(어시스트)운전 또는 발전운전의 전환)를 행함과 함께, 축전계(120)의 축전부의 충방전제어를 행한다. 컨트롤러(30)는, 축전부의 충전상태, 전동발전기(12)의 운전상태(전동(어시스트)운전 또는 발전운전), 및 선회용 전동기(21)의 운전상태(역행운전 또는 회생운전)에 근거하여, 축전부의 충방전제어를 행한다.

컨트롤러(30)에 설치된 선회제어부(32)는, 압력센서(29)로부터 공급되는 신호를 출력지령으로 하여 속도지령으로 변환하고, 선회용 전동기(21)의 구동제어를 행한다. 압력센서(29)로부터 공급되는 신호는, 선회기구(2)를 선회시키기 위하여 조작장치(26)를 조작한 경우의 조작량을 나타내는 신호에 상당한다. 본 실시형태에서는, 선회제어부(32)는, 압력센서(29)로부터 공급되는 신호에 더하여, 제1 센서(40), 제2 센서(42), 리졸버(22) 등으로부터의 검출신호에도 근거하여, 선회용 전동기(21)에 부여하는 속도지령을 생성한다. 다만, 본 실시형태에서는 선회제어부(32)는 컨트롤러(30)에 장착되어 있지만, 선회구동장치로서 컨트롤러(30)와는 따로 설치되어도 된다.

본 실시형태에서는, 선회제어부(32)는, 하부 주행체(1)가 슬립하기 쉬운 상황에 있을 때, 또는 하부 주행체(1)가 슬립한 경우에, 선회반력에 의하여 하부 주행체(1)가 미끄러져 이동하지 않도록, 선회용 전동기(21)의 속도지령을 제어한다. 이러한 제어를 행하는 선회모드를 “슬립 방지모드”라고 일컫는다. “슬립 방지모드”가 아닌 통상의 선회모드를 “통상 선회모드”라고 일컫는다.

“통상 선회모드”와 “슬립 방지모드”와의 사이의 전환은, 작업기계의 운전자 등의 작업자가, 수동스위치를 조작하여 필요할 때에 행할 수 있다. 혹은, 상술의 제1 내지 제 3 센서로부터의 검출신호로부터 작업기계 자체가 슬립을 검출하였을 때에, 컨트롤러(30)가 자동적으로 선회모드를 “슬립 방지모드”로 전환하여도 된다.

선회모드가 “슬립 방지모드”로 설정되면, 선회제어부(32)는, 선회를 개시할 때 및 선회를 정지할 때의 상부 선회체(3)의 가속도가 “통상 선회모드”에 있어서의 가속도보다 작아지도록 선회용 전동기(21)의 속도지령치를 생성한다. 즉, “슬립 방지모드”에서는, 선회가속도 및 선회감속도를 “통상 선회모드”보다 작게 하여, 하부 주행체(1)에 작용하는 선회반력을 저감함으로써, 하부 주행체(1)의 지면에 대한 슬립을 방지한다.

도 3은 컨트롤러(30)의 선회제어부(32)의 기능 블록도이다. 도 3에는 선회모드 전환부의 구성도 나타나 있다.

먼저, 선회모드 전환부(50)에 대하여 설명한다. 선회모드 전환부(50)는, 통상 선회모드와 슬립 방지모드의 전환신호를 선회제어부(32)에 출력하는 기능을 가진다. 이 기능을 실현하기 위하여, 선회모드 전환부(50)는, 수동자동 전환스위치(52)를 가지고 있다.

수동자동 전환스위치(52)는, “통상 선회모드”를 나타내는 신호(예를 들면, “0”을 나타내는 신호)를 출력하는 단자(N)와, “슬립 방지모드”를 나타내는 신호(예를 들면, “1”을 나타내는 신호)를 출력하는 단자(S)와, 선회모드 설정부(54)로부터 공급되는 신호를 출력하는 단자(A)를 가지고, 그들 단자 중 어느 하나에 접속을 선택적으로 전환한다. 수동자동 전환스위치(52)의 전환은, 작업기계의 운전자 등이 수동으로 행한다.

따라서, 수동자동 전환스위치(52)의 접속이 단자 N으로 전환되어 있는 경우, “통상 선회모드”를 나타내는 신호(예를 들면, “0”을 나타내는 신호)가 수동자동 전환스위치(52)로부터 선회제어부(32)에 공급된다. 또, 수동자동 전환스위치(52)의 접속이 단자 S로 전환되어 있는 경우, “슬립 방지모드”를 나타내는 신호(예를 들면, “1”을 나타내는 신호)가 수동자동 전환스위치(52)로부터 선회제어부(32)에 공급된다.

한편, 수동자동 전환스위치(52)의 접속이 단자 A로 전환되어 있는 경우(자동 설정), 선회모드 설정부(54)로부터 출력되는 “통상 선회모드”를 나타내는 신호(예를 들면, “0”을 나타내는 신호)와, “슬립 방지모드”를 나타내는 신호(예를 들면, “1”을 나타내는 신호)의 일방이 수동자동 전환스위치(52)로부터 선회제어부(32)에 공급된다.

슬립검출부(56)로서 제1 센서(40)를 이용한 경우, 슬립검출부(56)는 제1 센서(40)가 출력하는 검출신호를 선회모드 설정부(54)에 출력한다. 즉, 제1 센서(40)가 하부 주행체(1)의 슬립(이동)을 검출하면, 그 검출신호가 선회모드 설정부(54)에 출력된다. 이것을 받은 선회모드 설정부(54)는, 하부 주행체(1)가 슬립하고 있으므로, “슬립 방지모드”를 나타내는 신호를 수동자동 전환스위치(52)의 단자 A에 출력한다. 제1 센서(40)가 하부 주행체(1)의 슬립(이동)을 검출하고 있지 않을 때에는, 선회모드 설정부(54)는 “통상 선회모드”를 나타내는 신호를 수동자동 전환스위치(52)의 단자 A에 출력한다.

이와 같이, 수동자동 전환스위치(52)가 단자 A에 접속되어 있을 때는, 슬립검출부(56)의 검출신호에 근거하여, 자동적으로 “통상 선회모드”를 나타내는 신호 또는 “슬립 방지모드”를 나타내는 신호가, 선회제어부(32)에 공급된다.

슬립검출부(56)를, 상술의 제2 센서(42)와 제3 센서(22)의 검출신호에 근거하여 검출신호를 선회모드 설정부(54)에 출력하는 구성으로 하여도 된다. 즉, 슬립검출부(56)는, 제2 센서(42)로 검출한 상부 선회체(3)의 지면에 대한 이동량과, 제3 센서(리졸버)로 검출한 상부 선회체(3)의 하부 주행체(1)에 대한 선회 이동량을 비교한다. 검출한 이동량이 동일하면(즉 차분이 제로 근방의 소정의 범위 내이면), 하부 주행체(1)에 슬립은 발생하고 있지 않다고 판단하여, 실질적으로 제로를 나타내는 신호를 출력한다. 한편, 검출한 이동량이 상이한 경우(즉 차분이 제로 근방의 소정의 범위를 넘고 있는 경우), 그 차분만큼 하부 주행체(1)가 슬립하고 있다고 판단하여, 차분에 대응한 값을 나타내는 신호(즉, 제로 이외의 신호)를 출력한다.

선회모드 설정부(54)는, 슬립검출부(56)로부터의 출력신호가 제로인 경우는, “통상 선회모드”를 나타내는 신호(예를 들면, “0”을 나타내는 신호)를 수동자동 전환스위치(52)의 단자 A에 출력한다. 한편, 선회모드 설정부(54)는, 슬립검출부(56)로부터의 출력신호가 제로 이외인 경우는, “슬립 방지모드”를 나타내는 신호(예를 들면, “1”을 나타내는 신호)를 수동자동 전환스위치(52)의 단자 A에 출력한다.

다음으로, 선회제어부(32)의 동작에 대하여 도 3을 참조하면서 설명한다.

선회제어부(32)는, 상부 선회체(3)에 구비된 선회용 전동기(21)의 출력지령으로서 선회속도지령을 생성하는 속도지령 생성부(60)를 가지고 있다. 속도지령 생성부(60)는, 컨트롤러(30)의 속도지령 변환부(34)로부터 입력되는 속도지령 입력(ωi)에 근거하여 속도지령 출력(ωo2)을 생성한다. 속도지령 생성부(60)는, 생성한 속도지령 출력(ωo2)을 컨트롤러(30)의 속도제어부(36)에 출력한다.

속도제어부(36)는, 속도지령 출력(ωo2)에 근거하여 전류지령을 생성하고, 선회용 전동기(21)에 공급한다. 선회용 전동기(21)는 이 전류지령에 의하여 구동되어 선회기구(2)를 구동하고, 상부 선회체(3)를 선회시킨다. 선회용 전동기(21)의 회전량은 리졸버(22)에 의하여 검출되고, 컨트롤러(30)의 속도검출부(38)에 공급된다. 속도검출부(38)는, 리졸버(22)가 검출한 회전량으로부터 선회용 전동기(21)의 회전속도를 산출하고, 속도제어부(36)에 피드백한다.

상술과 같이, 선회제어부(32)의 속도지령 생성부(60)는, 레버조작량으로부터 생성된 속도지령에 의한 가속도가 과대해지지 않도록 제한을 가하는 기능을 가지고 있다. 본 실시형태에서는, 속도지령 생성부(60)는, “슬립 방지모드”에 있어서의 선회가속시와 선회감속시의 속도지령 출력(ωo2)에 제한을 가함으로써, 선회가속도 및 선회감속도를 “통상 선회모드”에 있어서의 선회가속도 및 선회감속도보다 작게 억제하고 있다. 이하, 가속하는 방향을 가속도(+)로 하고, 감속하는 방향을 가속도(-)로 하여 설명한다.

속도지령 생성부(60)는, 일정한 시간마다 주기적으로 속도지령 출력(ωo2)을 생성하고, 출력한다. 속도지령 생성부(60)에는, 전회 출력한 속도지령 출력(전주기 속도지령 출력(ωo1)이라고 일컫음)이, 버퍼(61)를 통하여 입력된다. 속도지령 생성부(60)에는, 속도지령 변환부(34)로부터 공급되는 속도지령 입력(ωi)과 전주기 속도지령 출력(ωo1)으로부터, 더해야 할 가속도(αx1)를 산출한다. 레버조작량에만 근거하여 속도지령 생성부(60)가 출력해야 할 속도지령 출력(ωo2)은, 전주기 속도지령 출력(ωo1)에 가속도(αx1)를 더한 것이 된다. 그러나, 본 실시형태에서는, 속도지령 생성부(60)는, “슬립 방지모드”가 설정되어 있을 때는, 제한된 가속도(가속도 리밋(α)) 이하의 가속도를 전주기 속도지령 출력(ωo1)에 더함으로써, 속도지령 출력(ωo2)을 산출한다. 다만, 이하의 설명에서는, 가속도 리밋패턴은, 감속도 리밋패턴도 포함하는 것으로 한다.

가속도 리밋(α)은, 미리 설정한 가속도 리밋패턴으로부터 추출된다. 구체적으로는, 가속 중에 속도지령 생성부(60)에 공급되는 가속도 리밋(α(+))은, 가속도 리밋패턴(+)(62N 또는 62S)으로부터 공급되는 가속도 리밋이다. 가속도 리밋패턴(+)(62N)에는, “통상 선회모드”가 설정되어 있을 때에 출력해야 할 가속도 리밋(α(+))이, 속도지령에 대응한 맵정보로서 격납되어 있으며, “통상 선회모드”에 있어서의 가속도 리밋(α(+))을 스위치(66)의 단자(N)에 공급한다. 가속도 리밋패턴(+)(62S)에는, “슬립 방지모드”가 설정되어 있을 때에 출력해야 할 가속도 리밋(α(+))이, 속도지령에 대응한 맵정보로서 격납되어 있으며, “슬립 방지모드”에 있어서의 가속도 리밋(α(+))을 스위치(66)의 단자(S)에 공급한다.

스위치(66)에는, 상술의 선회모드 전환부(50)의 수동자동 전환스위치(52)로부터 신호가 부여되고 있다. 수동자동 전환스위치(52)로부터의 신호가, “통상 선회모드”를 나타내는 신호(예를 들면, “0”을 나타내는 신호)이면, 스위치(66)는 단자(N)로 전환되고, “통상 선회모드”에 있어서 이용되는 가속도 리밋패턴(+)(62N)으로부터의 가속도 리밋(α(+))의 값이 스위치(66)로부터 출력되어, 속도지령 생성부(60)에 공급된다. 수동자동 전환스위치(52)로부터의 신호가, “슬립 방지모드”를 나타내는 신호(예를 들면, “1”을 나타내는 신호)이면, 스위치(66)는 단자(S)로 전환되고, “슬립 방지모드”에 있어서 이용되는 가속도 리밋패턴(+)(62S)으로부터의 가속도 리밋(α(+))의 값이 스위치(66)로부터 출력되어, 속도지령 생성부(60)에 공급된다.

여기에서, 가속도 리밋패턴(+)(62S)으로부터 공급되는 “슬립 방지모드”에 있어서의 가속도 리밋(α(+))의 값은, 작업기계가 미끄러지기 쉬운 곳에 위치하고 있어도 슬립하지 않도록 작은 값으로 제한된 가속도이다. 따라서, 속도지령 생성부(60)는, “슬립 방지모드”가 설정되어 있을 때에는, 통상의 값보다 작은 값으로 제한된 가속도 리밋(α(+))을 이용하여 속도지령 출력(ωo2)을 생성하므로, “슬립 방지모드”에 있어서의 선회가속도를 억제할 수 있다. 이로써, “슬립 방지모드”에 있어서의 선회 개시시에 하부 주행체(1)에 작용하는 선회반력을 억제할 수 있어, 하부 주행체(1)의 슬립을 억제할 수 있다.

한편, 감속 중에 속도지령 생성부(60)에 공급되는 가속도 리밋(α(-))은, 가속도 리밋패턴(-)(64N 또는 64S)으로부터 공급되는 가속도 리밋이다. 가속도 리밋패턴(-)(64N)에는, “통상 선회모드”가 설정되어 있을 때에 출력해야 할 가속도 리밋(α(-))이, 속도정보에 대응한 맵정보로서 격납되어 있으며, “통상 선회모드”에 있어서의 가속도 리밋(α(-))을 스위치(68)의 단자(N)에 공급한다. 가속도 리밋패턴(-)(64S)에는, “슬립 방지모드”가 설정되어 있을 때에 출력해야 할 가속도 리밋(α(-))이, 속도정보에 대응한 맵정보로서 격납되어 있으며, “슬립 방지모드”에 있어서의 가속도 리밋(α(-))을 스위치(68)의 단자(S)에 공급한다.

스위치(68)에는, 상술의 선회모드 전환부(50)의 수동자동 전환스위치(52)로부터 신호가 부여되고 있다. 수동자동 전환스위치(52)로부터의 신호가, “통상 선회모드”를 나타내는 신호(예를 들면, “0”을 나타내는 신호)이면, 스위치(68)는 단자(N)로 전환되고, “통상 선회모드”에 있어서 이용되는 가속도 리밋패턴(+)(64N)으로부터의 가속도 리밋(α(-))의 값이 스위치(68)로부터 출력되어, 속도지령 생성부(60)에 공급된다. 수동자동 전환스위치(52)로부터의 신호가, “슬립 방지모드”를 나타내는 신호(예를 들면, “1”을 나타내는 신호)이면, 스위치(68)는 단자(S)로 전환되고, “슬립 방지모드”에 있어서 이용되는 가속도 리밋패턴(-)(64S)으로부터의 가속도 리밋(α(-))의 값이 스위치(68)로부터 출력되어, 속도지령 생성부(60)에 공급된다.

여기에서, 가속도 리밋패턴(-)(64S)으로부터 공급되는 “슬립 방지모드”에 있어서의 가속도 리밋(α(-))의 값은, 작업기계가 미끄러지기 쉬운 곳에 위치하고 있어도 슬립하지 않도록 작은 값으로 제한된 가속도이다. 따라서, 속도지령 생성부(60)는, “슬립 방지모드”가 설정되어 있을 때에는, 통상의 값보다 작은 값으로 제한된 가속도 리밋(α(-))을 이용하여 속도지령 출력(ωo2)을 생성하므로, “슬립 방지모드”에 있어서의 선회감속도를 억제할 수 있다. 이로써, “슬립 방지모드”에 있어서의 선회 정지시에 하부 주행체(1)에 작용하는 선회반력을 억제할 수 있어, 하부 주행체(1)의 슬립을 억제할 수 있다.

여기에서, 속도지령 출력(ωo2)의 생성처리에 대하여, 도 4를 참조하면서 설명한다. 도 4는 속도지령 출력 생성처리의 플로우차트이다.

속도지령 출력 생성처리가 개시되면, 먼저, 스텝 S1에 있어서, 선회제어부(32)의 속도지령 생성부(60)는, 레버조작량에만 근거하여 결정된 속도지령 입력(ωi)으로부터 구해지는 가속도를 가속도(αx1)로서 산출한다. 소정의 속도지령에 따른 가속도(αx1)는, 속도지령 입력(ωi)으로부터 전주기 속도지령 출력(ωo1)을 감산함으로써 구해진다(αx1=ωi-ωo1).

다음으로, 스텝 S2에 있어서, 속도지령 생성부(60)는, 가속도의 방향(가속인지 감속인지)을 판정한다. 방향의 판정은 가속도(αx1)의 부호에 근거하여 행해진다. 즉, 가속도(αx1)가 정의 값(+)이면, 속도가 커지는 방향을 나타내고 있으며, 속도지령 변화의 방향은 가속측이라고 판정할 수 있다. 한편, 가속도(αx1)가 부의 값(-)이면, 속도가 작아지는 방향을 나타내고 있으며, 속도지령 변화의 방향은 감속측이라고 판정할 수 있다.

스텝 S2에 있어서, 가속측이라고 판정되면(스텝 S2의 YES), 처리는 스텝 S3으로 진행된다. 스텝 S3에서는, 속도지령 생성부(60)는, 가속도(αx1)가 가속도 리밋(α(+))보다 큰지 아닌지를 판정한다. 이 때 이용되는 가속도 리밋(α(+))은, 스위치(66)의 전환상태에 의하여 정해지며, “통상 선회모드”가 설정되어 있을 때는 가속도 리밋패턴(+)(62N)으로부터 출력되는 통상시의 가속도 리밋(α(+))이다. 한편, “슬립 방지모드”가 설정되어 있을 때는, 가속도 리밋패턴(+)(62S)으로부터 출력되는 가속도 리밋(α(+))이 이용된다.

스텝 S3에 있어서 가속도(αx1)가 가속도 리밋(α(+))보다 크다고 판정되면(스텝 S3의 YES), 처리는 스텝 S4로 진행된다. 스텝 S4에서는, 금회 설정해야 할 가속도(αx2)를, 가속도 리밋(α(+))으로 한다.

그리고, 스텝 S5에 있어서, 속도지령 생성부(60)는, 전주기 속도지령 출력(ωo1)에 가속도(αx2)를 가산함으로써, 금회 출력하는 속도지령 출력(ωo2)을 생성하고, 속도제어부(36)에 공급한다.

스텝 S3→스텝 S4→스텝 S5의 처리에 의하면, 금회 이용하는 가속도(αx2)는, 가속도 리밋패턴(+)(62N 또는 62S)으로부터 출력된 가속도 리밋(α(+))에 한정된다. 따라서, “슬립 방지모드”가 설정되어 있을 때는, 가속도(αx2)는, 가속도 리밋패턴(+)(62S)으로부터 출력된 통상보다 작은 가속도 리밋(α(+))에 한정된다. 이로써, “슬립 방지모드”에 있어서의 선회가속시에 하부 주행체(1)에 작용하는 선회반력을 억제할 수 있어, 하부 주행체(1)의 슬립을 억제할 수 있다.

한편, 스텝 S3에 있어서 가속도(αx1)가 가속도 리밋(+)보다 작다고 판정되면(스텝 S3의 NO), 처리는 스텝 S6으로 진행된다. 스텝 S6에서는, 금회 설정해야 할 가속도(αx2)를, 스텝 S1에서 산출한 가속도(αx1)와 동일하게 한다. 즉, 금회 설정해야 할 가속도(αx2)를, 가속도 리밋패턴(+)(62N 또는 62S)으로부터 출력된 가속도 리밋(α(+))에 한정하지 않고, 레버조작량으로부터 구해진 가속도(αx1)인 채로 한다(αx2=αx1).

그리고, 처리는 스텝 S5로 진행되어, 속도지령 생성부(60)는, 전주기 속도지령 출력(ωo1)에 가속도(αx2)를 가산함으로써, 금회 출력하는 속도지령 출력(ωo2)을 생성하고, 속도제어부(36)에 공급한다.

스텝 S3→스텝 S6→스텝 S5의 처리에 의하면, 레버조작량으로부터 구해진 가속도(αx1)는 가속도 리밋패턴(+)(62N 또는 62S)으로부터 출력된 가속도 리밋(α(+))보다 작기 때문에, 한정할 필요는 없고, 레버조작량으로부터 구해진 가속도(αx1)를 그대로 이용하여 속도지령 출력(ωo2)이 생성된다.

한편, 스텝 S2에 있어서, 감속측이라고 판정되면(스텝 S2의 NO), 처리는 스텝 S7로 진행된다. 스텝 S7에서는, 속도지령 생성부(60)는, 가속도(αx1)가 가속도 리밋(α(-))보다 작은지 아닌지를 판정한다. 이 때 이용되는 가속도 리밋(α(-))은, 스위치(68)의 전환상태에 따라 결정되며, “통상 선회모드”가 설정되어 있을 때는, 가속도 리밋패턴(-)(64N)으로부터 출력되는 통상시의 가속도 리밋(α(-))이다. 한편, “슬립 방지모드”가 설정되어 있을 때는, 가속도 리밋패턴(-)(64S)으로부터 출력되는 가속도 리밋(α(-))이 이용된다.

스텝 S7에 있어서 가속도(αx1)가 가속도 리밋(α(-))보다 작다고 판정되면(스텝 S7의 YES), 처리는 스텝 S8로 진행된다. 스텝 S8에서는, 금회 설정해야 할 가속도(αx2)를, 가속도 리밋(α(-))으로 한다.

스텝 S7→스텝 S8→스텝 S5의 처리에 의하면, 금회 이용하는 가속도(αx2)는, 가속도 리밋패턴(-)(64N 또는 64S)으로부터 출력된 가속도 리밋(α(-))에 한정된다. 따라서, “슬립 방지모드”가 설정되어 있을 때는, 가속도(αx2)는, 가속도 리밋패턴(-)(64S)으로부터 출력된 통상보다 작은 가속도 리밋(α(-))에 한정된다. 이로써, “슬립 방지모드”에 있어서의 선회 정지시에 하부 주행체(1)에 작용하는 선회반력을 억제할 수 있어, 하부 주행체(1)의 슬립을 억제할 수 있다.

한편, 스텝 S7에 있어서 가속도(αx1)가 가속도 리밋(-)보다 크다고 판정되면(스텝 S7의 NO), 처리는 스텝 S9로 진행된다. 스텝 S9에서는, 금회 설정해야 할 가속도(αx2)를, 스텝 S1에서 산출한 가속도(αx1)와 동일하게 한다. 즉, 금회 설정해야 할 가속도(αx2)를, 가속도 리밋패턴(-)(64N 또는 64S)으로부터 출력된 가속도 리밋(α(-))에는 한정하지 않고, 레버조작량으로부터 구해진 가속도(αx1)대로 한다(αx2=αx1).

그리고, 처리는 스텝 S5로 진행되어, 속도지령 생성부(60)는, 전주기 속도지령 출력(ωo1)에 가속도(αx2)를 가산함으로써, 금회 출력하는 속도지령 출력(ωo2)을 생성하여, 속도제어부(36)에 공급한다.

스텝 S7→스텝 S9→스텝 S5의 처리에 의하면, 레버조작량으로부터 구해진 가속도(αx1)는 가속도 리밋패턴(-)(64N 또는 64S)으로부터 출력된 가속도 리밋(α(-))보다 작기 때문에, 한정할 필요는 없고, 레버조작량으로부터 구해진 가속도(αx1)를 그대로 이용하여 속도지령 출력(ωo2)이 생성된다.

다음으로, 가속도 리밋패턴에 대하여 설명한다.

도 5는 가속도 리밋패턴(+)(62N, 62S) 및 가속도 리밋패턴(-)(64N, 64S)을 나타내는 도이다. 도 5의 그래프의 가로축은, 속도지령치(%)를 나타내고, 속도지령치의 최대치를 100%로 하고 있다. 도 5의 그래프의 세로축은 가속도 리밋의 값을 나타낸다. 도 5의 세로축의 제로로부터 상측은 가속측(가속도 리밋(+))을 나타내고, 제로로부터 하측은 감속측(가속도 리밋(-))을 나타낸다.

도 5의 상측에 있어서, “통상 선회모드”에 있어서의 가속도 리밋패턴(+)(62N)은 굵은 점선으로 나타나 있으며, “슬립 방지모드”에 있어서의 가속도 리밋패턴(+)(62S)은 굵은 실선으로 나타나 있다. 또, 도 5의 하측에 있어서, “통상 선회모드”에 있어서의 가속도 리밋패턴(-)(64N)은 가는 점선으로 나타나 있으며 “슬립 방지모드”에 있어서의 가속도 리밋패턴(-)(64S)은 가는 실선으로 나타나 있다.

또, 도 6은 도 5에 나타내는 가속도 리밋패턴을 이용하여 선회속도를 제어할 때의, 속도지령치의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 6에 나타내는 속도지령치는, 실제의 상부 선회체(3)의 선회속도에 대응한다. “통상 선회모드”에 있어서의 속도지령치의 변화가 점선으로 나타나며, “슬립 방지모드”에 있어서의 속도지령치의 변화가 실선으로 나타나 있다. 또, 선회 조작레버의 조작량이 2점 쇄선으로 나타나 있다.

예를 들면, 도 5의 가속측에 있어서, 선회 조작레버가 조작되어 속도지령이 생성된 후, 속도지령이 최대치의 10%가 될 때까지는, “통상 선회모드”에서는 가속도 리밋(+)의 값은 α1이며, “슬립 방지모드”에서는 가속도 리밋(+)의 값은 αs1이다. “슬립 방지모드”에서의 가속도 리밋(+)의 값(αs1)은, “통상 선회모드”에서의 가속도 리밋(+)의 값(α1)보다 작게 설정되어 있다. 따라서, 속도지령치(ω)가 0~10%까지의 사이는, “슬립 방지모드”에 있어서의 가속도는 “통상 선회모드”에 있어서의 가속도보다 작아지도록 설정된다.

속도지령이 최대치의 10%를 넘은 후부터 80%까지의 사이는, “통상 선회모드”에서는 가속도 리밋(+)의 값은 α2이다. 또, “슬립 방지모드”에서는, 속도지령이 최대치의 10%를 넘은 후부터 85%까지의 사이(80%보다 약간 큰 값까지)는, 가속도 리밋(+)의 값은 αs2이다. “슬립 방지모드”에서의 가속도 리밋(+)의 값(αs2)은, “통상 선회모드”에서의 가속도 리밋(+)의 값(α2)보다 작게 설정되어 있다. 따라서, 속도지령치(ω)가 10%에서 80%까지의 사이는, “슬립 방지모드”에 있어서의 가속도는 “통상 선회모드”에 있어서의 가속도보다 작아지도록 설정된다.

이상과 같이, 선회 조작레버가 조작되어 속도지령이 생성되고, 상부 선회체(3)의 선회가 개시된 후부터, 어느 정도의 선회속도가 될 때까지, 혹은 최대 선회속도에 도달할 때까지는, “슬립 방지모드”가 설정되어 있으면, 선회가속도는 작게 억제된다. 이로써, 상부 선회체(3)의 선회가속에 의하여 하부 선회체(1)에 작용하는 선회반력은 작게 억제되어, 하부 선회체(1)의 슬립을 억제할 수 있다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 속도지령치(ω)가 100%(최대치)까지 도달하는 경우는, 속도지령치(ω)가 80%(“통상 선회모드”) 혹은 83%(“슬립 방지모드”)에서 100%가 될 때까지는, 가속도 리밋(+)의 값(α3 및 αs3)은 동일한 값이며, 그때까지의 α2 및 αs2보다 작게 설정된다. 이것은, 가속도가 급격하게 감소되지 않도록, 완만하게 최대 선회속도가 되도록 하기 위해서이다.

조작자가 선회를 정지하기 위하여 선회 조작레버를 중립위치로 되돌리면, 도 4에 나타내는 속도지령 생성처리에 있어서, 선회동작이 감속측이 되었다고 판정된다. 따라서, 속도지령치(ω)에 가속도 리밋(-)이 가산됨으로써, 속도지령치(ω)는 감소되어 간다.

“통상 선회모드”가 설정되어 있는 경우는, 속도지령치가 80%까지 감소되면, 가속도 리밋(-)의 값은 α4에서 그보다 큰 값인 α5로 증대한다. 즉, 감속도는, 속도지령치가 80%보다 작아지면 감속도가 커져 급격하게 브레이크가 걸린 상태가 된다. 한편, “슬립 방지모드”가 설정되어 있는 경우에는, 속도지령치가 20%가 될 때까지, 가속도 리밋(-)의 값은 αs4(α4에 동일하다)인 채이며, 감속도는 “통상 선회모드”보다 작아진다. 즉, 완만한 감속으로 설정된다.

이상과 같이, 선회 조작레버가 중립위치로 되돌려져 상부 선회체(3)의 선회 정지할 때에는, “슬립 방지모드”가 설정되어 있으면, 어느 정도 작은 선회속도가 될 때까지 선회감속도는 작게 억제된다. 이로써, 상부 선회체(3)의 선회감속에 의하여 하부 선회체(1)에 작용하는 선회반력은 작게 억제되어, 하부 주행체(1)의 슬립을 억제할 수 있다.

이상과 같이, 선회감속도를 작게 억제한 상태이면, 선회의 정지가 늦어져, 운전자가 의도한 선회 정지위치에서는 정지하지 못하고 크게 오버런해 버릴 우려가 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, “슬립 방지모드”가 설정되어 있는 경우에는, 속도지령치가 20%가 된 시점에서, 감속도를 큰 값(αs5)으로 설정하여, 선회 정지를 앞당기고 있다. 단, “통상 선회모드”에서는 선회지령치가 30%가 된 시점에서 감속도(α6)로 설정되지만, “슬립 방지모드”에서는 선회속도가 보다 작아진 시점, 즉, 선회지령치가 20%가 된 시점에서 감속도(αs5)로 설정된다. 이로써, 상부 선회체(3)의 감속도가 큰 값(αs5)(α6에 동일하다)으로 설정되었을 때 선회반력이 억제되어, 하부 주행체(1)의 슬립을 억제할 수 있다. 도 5에 나타낸 가속도 리밋패턴은, 작업기계의 작업환경에 따라, 다양하게 변경할 수 있다.

다음으로, 도 5에 나타내는 가속도 리밋패턴의 다른 예에 대하여, 도 7 및 도 8을 참조하면서 설명한다. 도 7은 가속도 리밋패턴의 다른 예를 나타내는 도이다. 도 8은 도 7에 나타내는 가속도 리밋패턴을 이용하여 선회속도를 제어할 때의, 속도지령치의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 가속도를 서서히 단계적으로 크게 하면서 최대 선회속도에 도달시키고, 또, 가속도를 서서히 단계적으로 작게 하면서 소정의 가속도까지 도달시키며, 최대 속도에 가까워지면 가속도를 서서히 단계적으로 작게 한다. 이러한 가속도의 단계적 변화에 따라, 상부 선회체(3)의 선회속도, 즉 선회지령치(ω)는, 도 8에 나타내는 바와 같이 순조롭게 변화하게 된다. 따라서, 가속도가 변화할 때에 하부 주행체(1)에 작용하는 선회반력을 억제할 수 있으며, 하부 주행체(1)의 슬립을 억제할 수 있다.

도 7에서는 선회 개시부터 소정의 선회속도에 도달할 때까지의 가속도 리밋패턴을 나타내고 있지만, 동일한 단계적인 가속도의 제어는, 소정의 선회속도로부터 정지할 때까지의 감속도 리밋패턴에도 적용할 수 있다.

본 실시의 형태에서는, 변경의 대상이 되는 출력지령으로서 속도지령을 이용한 예를 나타냈지만, 변경의 대상이 되는 출력지령으로서 토크지령치를 이용해도 된다.

또, 본 실시형태에서는, 엔드 어태치먼트에 버킷을 이용한 사례를 나타냈지만, 리프팅 마그넷이나 그래플 등을 장착하여도 된다. 이 경우, 엔드 어태치먼트가 버킷보다 무거워지기 때문에, 원심력이 커져, 슬립하기 쉬워진다. 그러나, 본원 발명을 적용함으로써, 크롤러와 지면, 혹은, 크롤러와 철판과의 사이에서의 슬립을 억제할 수 있다.

또한, 현수식의 그래플을 이용하는 경우에 있어서도, 선회 정지시에 그래플의 진폭이 커진다는 문제가 발생한다. 이 경우에 있어서도, 본원 발명을 적용함으로써, 선회의 출력을 완만하게 할 수 있어, 선회 정지시의 그래플의 진폭을 작게 할 수 있다. 이와 같이, 슬립 방지모드에는, 진폭 저감모드도 포함되어 있다.

1: 하부 주행체 1a: 크롤러
1A, 1B: 유압모터 2: 선회기구
3: 상부 선회체 4: 붐
5: 암 6: 버킷
7: 붐실린더 8: 암실린더
9: 버킷실린더 10: 캐빈
11: 엔진 12: 전동발전기
13: 변속기 14: 메인펌프
15: 파일럿펌프 16: 고압유압라인
17: 컨트롤밸브 18, 20: 인버터
21: 선회용 전동기 22: 리졸버
23: 메커니컬브레이크 24: 선회변속기
25: 파일럿라인 26: 조작장치
26A, 26B: 레버 26C: 페달
27: 유압라인 28: 유압라인
29: 압력센서 30: 컨트롤러
32: 선회제어부 34: 속도지령 변환부
36: 속도제어부 38: 속도검출부
40: 제1 센서 42: 제2 센서
50: 선회모드 전환부 52: 수동자동 전환스위치
54: 선회모드 설정부 56: 슬립검출부
60: 속도지령 생성부 61: 버퍼
62S, 62N: 가속도 리밋패턴(+) 64S, 64N: 가속도 리밋패턴(-)
66, 68: 스위치 120: 축전계

Claims

하부 주행체와,
상기 하부 주행체에 대하여 선회 가능하게 탑재된 상부 선회체와,
상기 상부 선회체를 상기 하부 주행체에 대하여 선회 가능하게 지지하는 선회기구와,
상기 선회기구의 구동원으로서 상기 하부 주행체에 대하여 상부 선회체를 선회구동시키는 전동기와,
상기 전동기를 구동하기 위한 구동지령을 생성하는 선회제어부를 가지고,
상기 선회제어부는, 통상 선회모드보다 조작장치로부터의 조작량에 대하여 상기 상부 선회체의 선회동작을 완만하게 하는 슬립 방지모드를 가지고,
상기 선회제어부의 제어에 관하여 상기 통상 선회모드와 상기 슬립 방지모드를 전환하는 전환수단을 구비하고,
상기 슬립 방지모드가 설정되어 있을 때에는 상기 선회제어부는 조작장치에서의 조작량에 대하여 선회가속시와 선회감속시의 속도지령 출력에 제한을 가하는 것으로 선회가속도 및 선회감속도를 통상 선회모드에 있어서의 선회가속도 및 선회감속도보다 작게 억제하고 있는 전동 선회식 작업기계.
제 1 항에 있어서,
상기 슬립 방지모드가 설정되어 있을 때에는, 상기 선회제어부는, 조작장치로부터의 조작량에 대하여, 통상 선회모드시의 출력지령치보다 절대치로서 작은 출력지령치를 생성하는 전동 선회식 작업기계.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 출력지령치는 속도지령치임과 함께,
상기 선회제어부는, 상기 속도지령치에 가속도 리밋을 가산하여 새로운 속도지령치를 생성하는 전동 선회식 작업기계.
제 3 항에 있어서,
상기 선회제어부는, 상기 속도지령치에 대응한 가속도 리밋의 패턴을 가지고 있는 전동 선회식 작업기계.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 모드의 전환은, 수동 입력에 의하여 행해지는 전동 선회식 작업기계.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 모드의 전환은, 자동으로 행해지는 전동 선회식 작업기계.
제 6 항에 있어서,
상기 하부 주행체의 지면에 대한 움직임을 검출하는 제1 센서를 더욱 가지고,
상기 선회제어부는, 상기 제1 센서로부터의 검출신호에 근거하여, 상기 하부 주행체의 지면에 대한 미끄러짐을 검출하는 전동 선회식 작업기계.
제 6 항에 있어서,
상기 상부 선회체의 지면에 대한 움직임을 검출하는 제2 센서와, 상기 상부 선회체의 상기 하부 주행체에 대한 움직임을 검출하는 제3 센서를 더욱 가지고,
상기 선회제어부는, 상기 제2 센서 및 상기 제3 센서로부터의 검출신호에 근거하여, 상기 하부 주행체의 지면에 대한 미끄러짐을 검출하는 전동 선회식 작업기계.
제 3 항에 있어서,
상기 선회모드가 상기 슬립 방지모드로 전환되면, 상기 선회제어부는, 상기 전동기의 출력토크를 억제하도록 상기 속도지령치를 생성하는 전동 선회식 작업기계.