KR101736644B1 - 작업 기계의 유압 제어 장치 - Google Patents

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츠토무 우다가와
아키라 나카야마
료헤이 야마시타
시호 이즈미
마나부 에다무라
고우지 이시카와
히데토시 사타케
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히다찌 겐끼 가부시키가이샤
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Abstract

블리드 오프 제어에 의한 유압 펌프의 토출 유량의 스로틀 오프의 손실을 저감시켜, 에너지 효율을 향상시킴과 함께, 유압 펌프의 토출 압력을 조작 레버 장치의 조작량에 따라 제어 가능하게 하고, 조작 성능도 향상시킨다. 컨트롤러(6)는 조작량 검출기(20A, 20B)로부터의 조작량 신호에 기초하여, 조작량 신호가 증가하는 것에 따라서 증가하는 목표 펌프 토출 압력을 산출하는 목표 펌프 압력 설정부(32)와, 조작량 신호에 기초하여, 조작량 신호가 증가하는 것에 따라서 증가하는 펌프 유량 상한값을 산출하는 펌프 유량 상한 설정부(33)를 갖고, 목표 펌프 압력 설정부(32)에서 산출한 목표 펌프 토출 압력과, 펌프 유량 상한 설정부(33)에서 산출한 펌프 유량 상한값과, 압력 검출기(21)에서 검출한 유압 펌프(2)의 토출 압력에 기초하여 유압 펌프(2)의 틸팅량이 제어된다.

Description

작업 기계의 유압 제어 장치 {HYDRAULIC PRESSURE CONTROL DEVICE FOR MACHINERY}
본 발명은 유압 셔블 등의 작업 기계의 유압 제어 장치에 관한 것이다.
종래의 작업 기계의 유압 제어 장치로서는, 유압 펌프로부터 토출되고 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 방향 제어 밸브에 블리드 오프 통로를 설치하고, 이 블리드 오프 통로를 바이패스 라인에 배치한 블리드 오프 방식의 유압 시스템이 예로부터 자주 사용되고 있다. 블리드 오프 방식의 유압 시스템은, 방향 제어 밸브의 조작량(스트로크)에 따라 블리드 오프 통로를 통해 유압 펌프의 토출 유량의 일부를 탱크로 복귀시키는 블리드 오프 제어를 행함으로써, 액추에이터에의 유량을 제어하고 있다.
이와 같은 블리드 오프 방식의 유압 시스템에 대해 에너지 효율 향상의 관점으로부터, 블리드 오프 통로를 통해 탱크로 복귀되는 유량(블리드 오프 유량)을 삭감 또는 저감시키는 방향에서의 기술 개발이 이루어지고 있고, 그 일례로서 특허문헌 1에 기재된 것이 있다.
특허문헌 1에 기재된 유압 시스템에서는, 클로즈드 센터 타입의 제어 밸브(방향 제어 밸브)를 사용하고, 컨트롤러로 유압 펌프의 토출 유량을 제어함으로써, 실제로 탱크로 유압 펌프의 토출 유량의 일부를 릴리프하는 일 없이, 블리드 오프 통로를 구비한 제어 밸브(방향 제어 밸브)와 동등한 블리드 오프 제어를 재현하고 있다.
또한, 작업 기계의 유압 제어 장치에는, 통상, 유압 기기 보호를 위해 릴리프 밸브가 설치되고, 유압 액추에이터의 구동 시, 유압 펌프의 토출압이 릴리프 밸브의 설정압 이상으로 높아지려고 하면, 릴리프 밸브가 동작하여 유압 펌프의 토출 유량의 일부를 탱크로 복귀시켜, 유압 펌프의 토출압이 릴리프 밸브의 설정압 이상으로 높아지지 않도록 하고 있다. 그러나, 이 경우도, 릴리프 밸브부터 탱크로 복귀되는 릴리프 유량은 에너지 손실로 되어, 릴리프 유량을 저감시키는 기술 개발이 이루어지고 있다. 그 일례로서 특허문헌 2 및 특허문헌 3에 기재된 것이 있다.
특허문헌 2에 기재된 유압 시스템에서는, 포지티브 펌프 유량 제어와 압력 피드백 제어와 PQ 제어의 각각으로 펌프 유량 지령값을 연산하고, 그들 펌프 유량 지령값 중 펌프 유량을 가장 작게 하는 펌프 유량 지령값을 선택하여 유압 펌프의 토출 유량을 제어하고 있다. 여기서, 압력 피드백 제어라 함은, 유압 펌프의 토출 압력과 압력 설정값의 편차에 기초하여 펌프 유량 지령값을 연산하는 제어(컷오프 압력 제어)이며, 이에 의해 유압 셔블의 선회체의 구동 시와 같이 유압 펌프의 토출 압력이 급상승하는 경우에도, 릴리프 유량(손실)을 저감시켜 에너지 효율을 향상시키고 있다.
또한, 특허문헌 3에 기재의 유압 시스템에서는, 상기 특허문헌 2에 있어서, 압력 피드백 제어의 펌프 유량 지령값이 선택되었을 때, 그 선택 시점으로부터, 시간의 경과와 함께 유량 지령값을 증가시키는 유량 증가 제어를 행하도록 하고 있고, 이에 의해 압력 피드백 제어의 후반에서 유압 펌프의 토출압을 높여 구동력(경사로에서의 등판력이나 선회력)을 확보하고 있다.
일본 특허3745038호 공보 일본 특허4096900호 공보 일본 특허4434159호 공보
특허문헌 1에 기재된 유압 시스템은, 클로즈드 센터 타입의 제어 밸브(방향 제어 밸브)를 사용하여 컨트롤러로 유압 펌프의 토출 유량을 제어하고 있지만, 제어의 내용은 블리드 오프 제어의 재현이며, 블리드 오프 통로를 설치한 방향 제어 밸브의 블리드 오프 제어에 의한 유압 펌프의 토출 유량의 스로틀링 오프의 손실을 저감시킬 수는 있어도, 블리드 오프 제어의 재현 이상의 특성이나 성능의 개선은 기대할 수 없다.
예를 들어, 유압 셔블의 굴삭 작업은 아암 실린더를 신장시킴으로써 아암을 클라우드 방향으로 회전시켜 버킷의 날끝을 지면에 파고들어가게 하고, 버킷 실린더를 신장시킴으로써 버킷 내에 토사를 긁어 넣는 작업이다. 아암 실린더의 신장 동작 및 버킷 실린더의 신장 동작은 각각의 조작 레버 장치를 오퍼레이터가 조작함으로써 행한다. 이 굴삭 작업에서는, 조작 레버 장치의 조작량에 따라 유압 펌프의 토출 압력을 제어함으로써 굴삭력을 조정할 수 있으면 굴삭하기 쉬워지고, 조작 성능(오퍼레이터의 조작 용이성, 조작 필링, 작업 효율 등)이 향상되고, 편리하다. 그러나, 특허문헌 1에 기재된 유압 시스템에서는 유압 펌프의 토출 압력은 조작 레버 장치의 조작량에 따라 일의적으로 결정되지 않기 때문에, 그와 같은 제어는 할 수 없었다.
특허문헌 2 및 특허문헌 3에 기재된 유압 시스템에 있어서도, 조작 레버 장치의 조작량에 따라 유압 펌프의 토출 압력을 제어할 수 없는 점은 동일하여, 동일한 과제가 있었다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 블리드 오프 제어에 의한 유압 펌프의 토출 유량의 스로틀링 오프의 손실을 저감시켜, 에너지 효율을 향상시킴과 함께, 유압 펌프의 토출 압력을 조작 레버 장치의 조작량에 따라 제어 가능하게 하여, 조작 성능도 향상시킬 수 있는 작업 기계의 유압 제어 장치를 제공하는 것이다.
(1) 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 원동기와, 이 원동기에 의해 구동되는 가변 용량형 유압 펌프와, 이 유압 펌프로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 유압 액추에이터와, 상기 유압 펌프로부터 상기 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 방향 제어 밸브와, 오퍼레이터가 조작 지령을 입력하는 조작 레버 장치와, 상기 조작 레버 장치의 조작량을 검출하는 조작량 검출기와, 상기 유압 펌프의 토출 압력을 검출하는 압력 검출기와, 상기 유압 펌프의 틸팅량을 제어하는 펌프 제어 장치를 구비한 작업 기계의 유압 제어 장치에 있어서, 상기 펌프 제어 장치는, 상기 조작량 검출기로부터의 조작량 신호에 기초하여, 상기 조작량 검출기로부터의 조작량 신호가 증가하는 것에 따라서 증가하는 목표 펌프 토출 압력을 산출하는 목표 펌프 압력 설정부와, 상기 조작량 검출기로부터의 조작량 신호에 기초하여, 상기 조작량 검출기로부터의 조작량 신호가 증가하는 것에 따라서 증가하는 펌프 유량 상한값을 산출하는 펌프 유량 상한 설정부와, 상기 목표 펌프 압력 설정부에서 산출한 목표 펌프 토출 압력과, 상기 펌프 유량 상한 설정부에서 산출한 펌프 유량 상한값과, 상기 압력 검출기에서 검출한 상기 유압 펌프의 토출 압력에 기초하여 상기 유압 펌프의 틸팅량을 제어하는 틸팅량 제어부를 갖는 것으로 한다.
이와 같이 본 발명에 있어서는, 틸팅량 제어부가 펌프 유량 상한 설정부에서 산출한 펌프 유량 상한값에 기초하여 유압 펌프의 틸팅량을 제어함으로써, 블리드 오프 제어에 의한 유압 펌프의 토출 유량의 스로틀링 오프의 손실을 저감시켜, 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 틸팅량 제어부가 목표 펌프 압력 설정부에서 산출한 목표 펌프 토출 압력과 압력 검출기에서 검출한 유압 펌프의 토출 압력에 기초하여 유압 펌프의 틸팅량을 제어함으로써, 유압 펌프의 토출 압력을 조작 레버 장치의 조작량에 따라 제어 가능하게 되어, 조작 성능을 향상시킬 수 있다.
(2) 상기 (1)의 작업 기계의 유압 제어 장치는, 바람직하게는 상기 원동기의 회전수를 검출하는 원동기 회전 검출기와, 상기 펌프 제어 장치는, 상기 펌프 유량 상한 설정부에서 산출한 펌프 유량 상한값을 상기 원동기 회전 검출기에서 검출한 상기 원동기의 회전수로 보정한 펌프 틸팅 상한값을 산출하는 회전수 보정부를 더 구비하고, 상기 틸팅량 제어부는, 상기 회전수 보정부에서 산출한 상기 펌프 틸팅 상한값에 기초하여 상기 유압 펌프의 틸팅량의 상한을 제한하는 제어량 제한부를 갖는다.
이와 같이 본 발명에 있어서는, 원동기의 회전수로 펌프 유량 상한값을 보정하여 펌프 틸팅 상한값을 산출하고, 유압 펌프의 틸팅량의 상한을 제한함으로써, 원동기의 회전수가 변화해도, 유압 펌프의 토출 유량의 상한이 항상 산출한 펌프 유량 상한값으로 되도록 제어되기 때문에, 조작 레버 장치의 조작량에 따른 정확한 유압 펌프의 토출 유량 제어가 가능하게 된다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)의 작업 기계의 유압 제어 장치는, 또한 바람직하게는, 상기 유압 펌프의 흡수 동력량을 제한하기 위한 동력 제한값을 설정하는 펌프 동력 상한 설정 장치와, 상기 펌프 동력 상한 설정 장치에서 설정한 동력 제한값을 상기 압력 검출기에서 검출한 상기 유압 펌프의 토출 압력으로 보정하여 펌프 유량 상한값을 산출하는 유량 상한값 보정부와, 상기 펌프 유량 상한 설정부에서 산출한 펌프 유량 상한값과 상기 유량 상한값 보정부에서 산출한 펌프 유량 상한값을 비교하고, 그들 중 작은 쪽을 선택하는 선택부를 더 구비하고, 상기 틸팅량 제어부는, 상기 선택부에서 선택한 펌프 유량 상한값에 기초하여 상기 유압 펌프의 틸팅량을 제어한다.
이와 같이 본 발명에 있어서는, 펌프 유량 상한 설정부에서 산출한 펌프 유량 상한값과 유량 상한값 보정부에서 산출한 펌프 유량 상한값 중 작은 쪽을 선택하여 유압 펌프의 틸팅량을 제어함으로써, 유압 펌프의 동력 제한값도 제약에 추가한 제어를 행할 수 있어, 더욱 시스템의 조작 성능을 향상시킬 수 있다.
(4) 상기 (3)의 작업 기계의 유압 제어 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 펌프 동력 상한 설정 장치는, 오퍼레이터가 조작 장치를 조작함으로써 상기 동력 제한값을 변경할 수 있도록 구성한다.
이에 의해 오퍼레이터의 의지로 동력 제한값을 자유롭게 설정할 수 있으므로, 더욱 시스템의 조작 성능을 향상할 수 있다.
(5) 상기 (1)∼(3)의 작업 기계의 유압 제어 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 목표 펌프 압력 설정부는, 미리 복수의 목표 펌프 압력 특성을 설정하고, 오퍼레이터가 조작 장치를 조작함으로써 원하는 1개를 선택할 수 있도록 구성한다.
이에 의해 오퍼레이터의 의지로 자유롭게 목표 펌프 압력 특성을 조정하는 것이 가능해져, 조작 성능이 더욱 향상된다.
(6) 상기 (1)∼(3)의 작업 기계의 유압 제어 장치에 있어서, 또한 바람직하게는, 상기 펌프 유량 상한 설정부는, 미리 복수의 펌프 유량 상한값 특성을 설정하고, 오퍼레이터가 조작 장치를 조작함으로써 원하는 1개를 선택할 수 있도록 구성한다.
이에 의해 오퍼레이터의 의지로 자유롭게 펌프 유량 상한값의 특성을 조정하는 것이 가능해져, 조작 성능이 더욱 향상된다.
(7) 상기 (1)∼(3)의 작업 기계의 유압 제어 장치에 있어서, 또한 바람직하게는, 상기 목표 펌프 압력 설정부와 상기 펌프 유량 상한 설정부는, 상기 목표 펌프 압력 설정부에서의 상기 조작량 신호에 대한 목표 펌프 압력을 큰 설정값으로 한 특성과 상기 펌프 유량 상한 설정부에서의 상기 조작량 신호에 대한 펌프 유량 상한값을 큰 설정값으로 한 특성을 조합한 하이파워 모드와, 상기 목표 펌프 압력 설정부에서의 상기 조작량 신호에 대한 목표 펌프 압력을 중간 부근의 설정값으로 한 특성과 상기 펌프 유량 상한 설정부에서의 상기 조작량 신호에 대한 펌프 유량 상한값을 중간 부근의 설정값으로 한 특성을 조합한 스탠다드 모드와, 상기 목표 펌프 압력 설정부에서의 상기 조작량 신호에 대한 목표 펌프 압력을 작은 설정값으로 한 특성과 상기 펌프 유량 상한 설정부에서의 상기 조작량 신호에 대한 펌프 유량 상한값을 작은 설정값으로 한 특성을 조합한 미세 조작 모드를 구비하고, 오퍼레이터가 조작 장치를 조작함으로써 원하는 모드를 선택할 수 있도록 구성한다.
이에 의해 목표 펌프 압력 설정부 및 펌프 유량 상한 설정부에 특성의 조합이 많이 존재하는 중에, 번잡한 설정을 대표적인 조합(모드)으로 치환하여 선택할 수 있게 되고, 조합의 선택 조작이 간소화되어, 오퍼레이터의 노동력 저감이 도모되고, 사용 편의성이 향상된다.
(8) 상기 (1)∼(3)의 작업 기계의 유압 제어 장치는, 또한 바람직하게는, 상기 유압 펌프와 상기 방향 제어 밸브를 접속하는 펌프 토출 유로에 접속되고, 상기 펌프 토출 유로의 압력의 상한을 규정하는 메인 릴리프 밸브를 더 구비하고, 상기 목표 펌프 압력 설정부는, 상기 목표 펌프 압력의 최고 압력으로서, 상기 메인 릴리프 밸브의 개방 압력보다 낮은 압력 Ppmax1과 상기 메인 릴리프 밸브의 개방 압력보다 높은 압력 Ppmax2를 설정하고, 오퍼레이터가 조작 장치를 조작함으로써 그 중 한 쪽을 선택할 수 있도록 구성한다.
이에 의해 통상 사용 시에는, 목표 펌프 압력 설정부에 목표 펌프 압력의 최고 압력으로서 압력 Ppmax1을 설정함으로써, 유압 펌프의 최대 토출 압력을 메인 릴리프 밸브의 크래킹 압력보다 낮게 할 수 있고, 이에 의해 메인 릴리프 밸브의 개방에 의한 에너지 손실이 저감되어, 에너지 효율이 향상된다. 또한, 저온 시 등에서는, 목표 펌프 압력 설정부에 목표 펌프 압력의 최고 압력으로서 압력 Ppmax2를 설정함으로써, 유압 펌프의 최대 토출 압력을 메인 릴리프 밸브의 크래킹 압력보다 높게 할 수 있고, 이에 의해 유압 펌프의 토출 압력이 릴리프압에 도달하고, 유압 펌프의 토출 유량의 일부가 메인 릴리프 밸브에 의해 방출되어, 열로 변환되어 작동유를 난기할 수 있다.
(9) 상기 (1)∼(3)의 작업 기계의 유압 제어 장치에 있어서, 또한 바람직하게는, 상기 펌프 제어 장치는, 상기 틸팅량 제어부 이외의 기능을 컨트롤러에 갖게 하고, 상기 틸팅량 제어부의 기능을 메커니컬한 레귤레이터에 갖게 한다.
이에 의해 압력 제어 등의 고응답 고정밀도의 제어는 메커니컬한 레귤레이터에 의해 행하므로, 컨트롤러가 고속의 제어 연산 성능을 갖고 있지 않아도 고응답의 제어가 가능하게 된다. 또한, 부품 구성의 조합 자유도가 향상되고, 시스템의 구성이 용이하게 되어 적합하다.
본 발명에 따르면, 블리드 오프 제어에 의한 유압 펌프의 토출 유량의 스로틀링 오프의 손실을 저감시켜, 에너지 효율을 향상시킴과 함께, 유압 펌프의 토출 압력을 조작 레버 장치의 조작량에 따라 제어 가능하게 하여, 조작 성능도 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 유압 제어 장치를 구비하는 작업 기계의 일례인 유압 셔블을 도시하는 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 유압 제어 장치의 일부분을 도시하는 도면이다.
도 3은 제1 실시 형태에 있어서의 컨트롤러의 제어 로직을 도시하는 도면이다.
도 3a는 목표 펌프 압력 설정부에 설정되는 조작량 신호에 대한 목표 펌프 압력의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3b는 펌프 유량 상한 설정부에 설정되는 조작량 신호에 대한 펌프 유량 상한값의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3c는 리미터에 설정되는 목표 틸팅량에 대한 제한값의 관계와, 회전수 보정부에서 산출한 펌프 틸팅 상한값에 의한 목표 틸팅량 제한값의 변화를 나타내는 도면이다.
도 4는 조작 레버 장치의 레버 입력(조작량)에 대한 목표 펌프 압력 설정부와 펌프 유량 상한 설정부의 산출 상황을 이해하기 쉽게 도시한 도면이다.
도 5는 레버 입력(조작량)과, 그 레버 입력에 대한 유압 펌프(2)의 토출 유량(펌프 유량), 유압 펌프의 토출 압력(펌프 압력), 유압 실린더의 구동 속도(실린더 속도)를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 유압 제어 장치의 컨트롤러의 제어 로직을 도시하는 도면이다.
도 7은 제1 및 제2 실시 형태에 있어서의 목표 펌프 압력 설정부 및 펌프 유량 상한 설정부의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 8은 제1 및 제2 실시 형태에 있어서의 목표 펌프 압력 설정부 및 펌프 유량 상한 설정부의 다른 변형예를 나타내는 도면이다.
도 9는 제1 및 제2 실시 형태에 있어서의 목표 펌프 압력 설정부의 또 다른 변형예를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 유압 제어 장치의 펌프 제어 장치의 구성과 컨트롤러의 제어 로직을 도시하는 도면이다.
본 발명의 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 관한 유압 제어 장치를 구비하는 작업 기계의 일례인 유압 셔블을 도시하는 측면도이다.
이 도 1에 도시하는 유압 셔블은, 주행체(101)와, 이 주행체(101) 상에 배치되는 선회체(102)와, 이 선회체(102)에 설치되는 작업 장치(프론트 작업기)(103)를 구비하고 있다. 선회체(102)는 운전실(110)을 구비하고, 운전실(110) 내에는 오퍼레이터가 착석하는 좌석과, 오퍼레이터가 조작하는 조작 레버 장치(5)(도 2 참조) 등의 조작 장치가 배치되어 있다. 작업 장치(103)는 선회체(102)에 상하 방향으로 회전 가능하게 설치된 붐(104)과, 이 붐의 선단에 상하 방향으로 회전 가능하게 설치된 아암(105)과, 이 아암(105)의 선단에 상하 방향으로 회전 가능하게 설치된 버킷(106)을 구비하고 있다.
주행체(101)는 좌우의 크롤러 벨트(111a, 111b)와, 좌우의 크롤러 벨트를 구동하여 주행을 행하게 하는 좌우의 주행 모터(112a, 112b)를 구비하고, 선회체(102)는 선회륜(도시하지 않음)을 구동하여 주행체(101)에 대해 선회체(102)를 선회시키는 선회 모터(113)를 구비하고 있다. 작업 장치(103)는 붐(104)을 작동시키는 붐 실린더(107)와, 아암(105)을 작동시키는 아암 실린더(108)와, 버킷(106)을 작동시키는 버킷 실린더(109)를 구비하고 있다.
∼제1 실시 형태∼
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 유압 제어 장치의 일부분을 도시하는 도면이다.
본 실시 형태의 유압 제어 장치는, 원동기(예를 들어 디젤 엔진)(1)와, 이 원동기(1)에 의해 구동되는 가변 용량형의 유압 펌프(2)와, 이 유압 펌프(2)로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 유압 액추에이터(4)와, 유압 펌프(2)로부터 유압 액추에이터(4)에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 방향 제어 밸브(3)와, 오퍼레이터가 조작 지령을 입력하는 조작 레버 장치(5)와, 유압 펌프(2)와 방향 제어 밸브(3)를 접속하는 펌프 토출 유로(7)에 접속되고, 펌프 토출 유로(7)의 압력[유압 펌프(2)의 토출 압력]의 상한을 규정하는 메인 릴리프 밸브(8)와, 유압 펌프(2)와, 방향 제어 밸브(3)와, 메인 릴리프 밸브(8) 등에 접속되는 탱크(15)를 구비하고 있다.
유압 펌프(2)는 예를 들어 가변 용량형의 경사판 펌프이며, 경사판의 틸팅량을 변화시킴으로써 토출 유량을 변화시키는 레귤레이터(2a)를 구비하고 있다.
방향 제어 밸브(3)는 중립 위치에서 펌프 토출 유로(7)를 블럭하는 클로즈드 타입의 밸브이다. 또한, 방향 제어 밸브(3)의 스풀 양단부에는 수압부(3a, 3b)가 설치되고, 수압부(3a, 3b)는 파일럿 유로(5a, 5b)를 통해 조작 레버 장치(5)와 접속되고, 조작 레버 장치(5)로부터 조작 파일럿압이 수압부(3a, 3b) 중 어느 하나에 유도됨으로써, 중립 위치로부터 도면상의 좌우의 작동 위치 중 어느 하나로 전환된다.
유압 액추에이터(4)는 상술한 유압 셔블의 붐 실린더(107), 아암 실린더(108), 버킷 실린더(109), 좌우의 주행 모터(112a, 112b), 선회 모터(113) 중 하나를 대표하는 것이며, 바람직하게는 작업 장치(103)의 유압 액추에이터인 붐 실린더(107), 아암 실린더(108), 버킷 실린더(109) 중 어느 하나이다.
방향 제어 밸브(3)의 2개의 액추에이터 포트의 한쪽은 유압 관로(9A)를 통해 유압 액추에이터(이하 적절히 유압 실린더라고 함)(4)의 보텀측실(4a)에 접속되고, 다른 쪽의 액추에이터 포트는 유압 관로(9B)를 통해 유압 실린더(4)의 로드측실(4b)에 접속되어 있다. 유압 관로(9A, 9B) 사이에는 오버로드 릴리프 밸브(10A, 10B)와 보급용 체크 밸브(11A, 11B)가 배치되어 있다.
또한, 이 유압 제어 장치는, 조작 레버 장치(5)의 조작량을 검출하는 조작량 검출기(20A, 20B)와, 유압 펌프(2)의 토출 압력을 검출하는 압력 검출기(21)와, 원동기(1)의 회전수를 검출하는 회전 검출기(22)와, 유압 펌프(2)의 틸팅량을 제어하는 컨트롤러(6)를 구비하고 있다. 조작량 검출기(20A, 20B)는 파일럿 유로(5a, 5b)의 압력(조작 파일럿압)을 검출하는 압력 검출기이다. 조작량 검출기(20A, 20B)는 조작 레버 장치(5)의 레버 스트로크를 검출하는 위치 검출기이어도 된다.
도 3은 컨트롤러(6)의 제어 로직을 도시하는 도면이다.
컨트롤러(6)는 조작량 검출기(20A, 20B)로부터의 조작량 신호를 입력하고, 조작량 검출기(20A)로부터의 조작량 신호를 정의 값으로서 출력하고, 조작량 검출기(20B)로부터의 조작량 신호를 부의 값으로서 출력하는 감산기로 구성되는 조작량 검출부(31)와, 조작량 검출기(20A, 20B)로부터의 조작량 신호에 대한 목표 펌프 압력의 관계가 미리 설정되어 있고, 조작량 검출부(31)로부터의 조작량 신호에 기초하여 대응하는 목표 펌프 압력을 산출하는 목표 펌프 압력 설정부(32)와, 조작량 검출기(20A, 20B)로부터의 조작량 신호에 대한 펌프 유량 상한값의 관계가 미리 설정되어 있고, 연산부(31)로부터의 조작량 신호에 기초하여 대응하는 펌프 유량 상한값을 산출하는 펌프 유량 상한 설정부(33)와, 목표 펌프 압력 설정부(32)에서 산출한 목표 펌프 압력으로부터 압력 검출기(21)에서 검출한 유압 펌프(2)의 토출 압력을 감산하여 압력 편차 ΔP를 산출하는 피드백 감산부(34)와, 피드백 감산부(34)에서 산출한 압력 편차 ΔP에 대해 PI 연산/PID 연산을 행하고, 유압 펌프(2)의 목표 틸팅량을 산출하는 제어량 연산부(35)와, 펌프 유량 상한 설정부(33)에서 산출한 펌프 유량 상한값을 회전 검출기(22)에 의해 검출한 원동기(1)의 회전수 Neng로 제산한 값에 보정 계수 K1을 곱함으로써, 펌프 유량 상한값을 원동기(1)의 회전수로 보정한 펌프 틸팅 상한값을 산출하는 회전수 보정부(36)와, 제어량 연산부(35)에서 연산한 목표 틸팅량의 상한을 회전수 보정부(36)에서 산출한 펌프 틸팅 상한값으로 제한하고, 목표 틸팅량의 하한을 부의 미소한 일정값으로 제한하는 리미터(제어량 제한부)(37)를 갖고 있다. 리미터(37)에서 얻어진 값은 유압 펌프(2)의 레귤레이터(2a)에 대한 틸팅 지령으로서 출력된다.
여기서, 피드백 감산부(34)와 제어량 연산부(35)는 압력 검출기(21)에서 검출한 유압 펌프(2)의 토출 압력을 목표 펌프 압력 설정부(32)에서 산출한 목표 펌프 압력에 일치시키기 위한 목표 틸팅량을 산출하는 제어량 연산부를 구성한다.
피드백 감산부(34), 제어량 연산부(35) 및 리미터(37)와, 유압 펌프(2)의 레귤레이터(2a)는 목표 펌프 압력 설정부(32)에서 산출한 목표 펌프 압력과, 펌프 유량 상한 설정부(33)에서 산출한 펌프 유량 상한값과, 압력 검출기(21)에서 검출한 유압 펌프(2)의 토출 압력에 기초하여, 유압 펌프(2)의 토출 유량이 펌프 유량 상한값에 도달할 때까지는 유압 펌프(2)의 토출 압력이 목표 펌프 압력으로 되도록 유압 펌프(2)의 틸팅량을 제어하고, 유압 펌프(2)의 토출 유량이 펌프 유량 상한값에 도달한 후에는 유압 펌프(2)의 토출 유량이 펌프 유량 상한값을 초과하지 않도록 유압 펌프(2)의 틸팅량을 제어하는 틸팅량 제어부를 구성한다.
도 3a는, 목표 펌프 압력 설정부(32)에 설정되는 조작량 신호에 대한 목표 펌프 압력의 관계를 나타내는 도면이다.
목표 펌프 압력 설정부(32)는 도 3a에 나타내는 바와 같이, 조작량 검출기(20A, 20B)로부터의 조작량 신호[조작 레버 장치(5)의 조작량]가 증가하는 것에 따라서 유압 펌프(2)의 토출 압력이 상승하도록 설정되어 있고, 조작 레버 장치(5)의 풀 레버 조작 부근 이상에서는 최대의 회로 압력을 확보할 수 있도록 구성하고, 반대로 중립 부근에 있어서는 회로 압력을 작게 억제하도록 구성한다(회로 압력을 제로로 해도 된다).
여기서, 조작 레버 장치(5)의 풀 레버 조작 부근 이상에서 설정되는 최대의 회로 압력은, 에너지 효율 향상의 관점으로부터, 유압 펌프(2)의 토출 압력을 제한하는 메인 릴리프 밸브(8)의 개방 압력(크래킹 압력)보다도 작게 설정되어 있다. 이에 의해 회로 압력의 제한은 기본적으로 목표 펌프 압력 설정부(32)의 설정에 기초하는 유압 펌프(2)의 토출 유량의 제어에 의해 행해지게 되므로, 메인 릴리프 밸브(8)의 개방에 의한 에너지 손실이 저감되어, 에너지 효율이 향상된다.
도 3b는, 펌프 유량 상한 설정부(33)에 설정되는 조작량 신호에 대한 펌프 유량 상한값의 관계를 나타내는 도면이다.
펌프 유량 상한 설정부(33)는 도 3b에 나타내는 바와 같이, 조작량 검출기(20A, 20B)로부터의 조작량 신호[조작 레버 장치(5)의 조작량]가 증가하는 것에 따라서 유압 펌프(2)의 토출 유량이 증가하도록 설정되어 있고, 조작 레버 장치(5)의 풀 레버 조작 부근 이상에서는 최대의 유량이 확보될 수 있도록 구성하고, 반대로 중립 부근에 있어서는 펌프 유량 상한값을 작게 억제하도록 구성한다.
또한, 유압 실린더에 의한 작업 장치(103)의 구동 등에서는 조작 레버 장치(5)의 조작 레버의 푸시풀 조작은 중립에 대해 비대칭의 상이한 특성이 필요한 경우가 많으므로, 목표 펌프 압력 설정부(32)와 펌프 유량 상한 설정부(33)는 각각, 조작량 검출기(20A)로부터의 조작량 신호와 조작량 검출기(20B)로부터의 조작량 신호에 대해, 그 상이한 특성에 따른 특성을 미리 설정해 둠으로써, 조작 레버 장치(5)의 조작 방향에 적합한 특성으로 할 수 있다.
도 3c는, 리미터(37)에 설정되는 목표 틸팅량에 대한 제한값의 관계와, 회전수 보정부(36)에서 산출한 펌프 틸팅 상한값에 의한 목표 틸팅량 제한값의 변화를 나타내는 도면이다.
리미터(37)는 도 3c에 도시한 바와 같이, 목표 틸팅량의 상한값은 회전수 보정부(36)에서 산출한 펌프 틸팅 상한값으로 제한되고, 목표 틸팅량의 하한값은 부의 미소한 일정값으로 제한되도록, 제어량 연산부(35)에서 산출한 목표 틸팅량과 목표 틸팅량의 제한값의 관계가 설정되어 있다. 목표 틸팅량의 상한값을 회전수 보정부(36)에서 산출한 펌프 틸팅 상한값으로 제한하는 것은, 조작 레버 장치(5)의 조작량(요구 유량)에 따라 유압 펌프(2)의 최대 토출 유량을 조정하기 위함이며, 목표 틸팅량의 하한값을 부의 미소한 일정값으로 제한하는 것은, 조작 레버 장치(5)의 비조작 시(레버 중립 시)에 펌프 토출 유로(7) 내의 압유를 탱크(15)에 복귀시킬 수 있게 함으로써, 유압 펌프(2)의 토출 압력의 상승을 억제하기 위함이다.
다음으로 동작에 대해 설명한다.
오퍼레이터의 조작 레버 장치(5)의 레버 입력(조작량)이 중립일 때, 레버 입력이 미소할 때의 A 조작, 레버 입력이 그것보다 클 때의 B 조작으로 나누어 설명한다. 도 4는 조작 레버 장치(5)의 레버 입력(조작량)에 대한 목표 펌프 압력 설정부(32)와 펌프 유량 상한 설정부(33)의 산출 상황을 이해하기 쉽게 도시한 도면이다. 또한, 도 5는 그때의 레버 입력(조작량)과, 그 레버 입력에 대한 유압 펌프(2)의 토출 유량(펌프 유량), 유압 펌프(2)의 토출 압력(펌프 압력), 유압 실린더(4)의 구동 속도(실린더 속도)를 설명하는 도면이다.
먼저, 조작 레버 장치(5)의 레버 입력이 중립일 때는, 오퍼레이터의 조작량은 제로이며, 목표 펌프 압력 설정부(32)로부터 펌프 목표 펌프 압력으로서 작은 값 np가 산출된다. 또한, 압력 검출기(21)에서 검출한 유압 펌프(2)의 토출 압력을 피드백하고[피드백 감산부(34)], 펌프 압력이 목표 펌프 압력으로 되는 목표 틸팅량을 산출한다[제어량 연산부(35)]. 또한, 펌프 유량 상한 설정부(33)로부터 펌프 유량 상한값으로서 작은 값 nq가 산출되고(도시된 예에서는 nq≒0), 그 값을 회전 검출기(22)에서 검출한 원동기(1)의 회전수로 보정하여 펌프 틸팅 상한값을 구한다[회전수 보정부(36)]. 상기 목표 틸팅량에 대해 그 펌프 틸팅 상한값으로 리미터(37)에 의해 리미터 처리가 실시되고, 유압 펌프(2)의 레귤레이터(2a)에 틸팅 지령이 산출되고, 유압 펌프(2)의 틸팅량이 제어된다. 한편, 도 2에 도시하는 방향 제어 밸브(3)는 중립이며, 따라서 유압 펌프(2)의 토출 유량은 방향 제어 밸브(3)로 멈춰진다. 또한, 유압 실린더(4)는 유압 관로(9A, 9B)가 폐쇄되어 있는 점에서 동작하지 않고, 정지 상태가 유지된다. 또한, 유압 펌프(2)의 토출 유량은 방향 제어 밸브(3)로 멈춰지므로, 펌프 토출 유로(7)의 압력은 상승하고자 하는데, 피드백 제어의 압력 편차가 부의 값으로 되면 리미터(37)에서 연산되는 값은 하한값(부의 미소한 일정값)으로 되기 때문에, 유압 펌프(2)는 틸팅량을 0틸팅보다 조금 낮게 하고, 즉, 펌프 토출 유로(7) 내의 압유를 흡입하고, 탱크(15)로 복귀시키도록 동작한다. 이 결과, 펌프 토출 유로(7)의 압력 상승[유압 펌프(2)의 토출 압력의 상승]은 억제된다. 또한, 유압 셔블의 작업 중단 시 등, 중립 상태의 시간이 길어지는 경우에는, 펌프 토출 유로(7)의 압력이 부압으로 되고, 캐비테이션이 발생할 가능성을 억제하기 위해, 펌프 토출 유로(7)와 탱크(15) 사이에 도시하지 않은 메이크업 밸브를 설치해도 된다.
이어서, 조작 레버 장치(5)의 입력이 미소한 A 조작에서는, 오퍼레이터의 조작량이 근소하게 있고, 목표 펌프 압력 설정부(32)로부터 펌프 목표 압력으로서 np보다 큰, 작은 값 ap가 산출된다. 또한, 압력 검출기(21)에서 검출한 유압 펌프(2)의 토출 압력을 피드백하고[피드백 감산부(34)], 펌프 압력이 목표 펌프 압력 ap로 되는 목표 틸팅량을 산출한다[제어량 연산부(35)]. 또한, 펌프 유량 상한 설정부(33)로부터 펌프 유량 상한값으로서 nq보다 큰, 작은 값 aq가 산출되고, 그 값을 회전 검출기(22)에서 검출한 원동기(1)의 회전수로 보정하여 펌프 틸팅 상한값을 구한다[회전수 보정부(36)]. 상기 목표 틸팅량에 대해 그 펌프 틸팅 상한값으로 리미터(37)에 의해 리미터 처리가 실시되고, 유압 펌프(2)의 레귤레이터(2a)에 틸팅 지령이 산출되고, 유압 펌프(2)의 틸팅량이 제어된다. 한편, 도 2에 도시하는 방향 제어 밸브(3)는 미소하지만 변위하고 있고, 따라서 유압 펌프(2)의 토출 유량은 방향 제어 밸브(3)의 미터 인 오리피스를 지나고, 또한 유압 관로(9A)를 통하여 유압 실린더(4)의 보텀측실(4a)에 유도된다. 또한, 유압 실린더(4)의 로드측실(4b)의 배출유는 유압 관로(9B)를 통하고, 또한 방향 제어 밸브(3)의 미터 아웃 오리피스를 통하여 탱크(15)에 배출된다.
이때, 레버 입력에 대한 펌프 유량, 펌프 압력과 실린더 속도는 도 5의 A 조작으로 나타내는 바와 같이 변화된다. 즉, 펌프 유량은 유압 실린더(4)의 펌프 유량 상한값 aq(요구 유량)에 따른 유량으로 제어되면서, 펌프 압력은 유량이 포화되어 있지 않는 영역에서는 목표 펌프 압력 설정부(32)의 펌프 목표 압력 ap로 제어되어 있다. 이에 의해 조작 레버 장치(5)의 입력이 미소한 A 조작에서는, 펌프 유량이 펌프 유량 상한값 aq(요구 유량)에 도달하지 않은 상태에서는, 펌프 압력은 레버 조작량에 따른 목표 펌프 압력 ap(일정값)로 되고, 펌프 유량이 펌프 유량 상한값 aq의 요구 유량에 도달하면, 펌프 압력은 그 요구 유량을 유지하는 데에 필요한 압력으로 저하되고, 실린더 속도는 펌프 유량 상한값 aq에 대응한 속도로 된다. 이에 의해 실린더 속도가 펌프 유량 상한값 aq에 대응한 속도로 될 때까지는, 유압 실린더(4)는 레버 조작량에 따른 힘으로 구동되고, 실린더 속도가 펌프 유량 상한값 aq에 대응한 속도로 되면, 펌프 유량은 펌프 유량 상한값 aq로 유지되어, 불필요한 펌프 유량을 토출시키지 않고 희망하는 성능을 얻을 수 있다. 또한, 제어량 연산부(35)에 포함되는 적분 연산에 있어서, 적분된 축적분에 의해 응답성에 영향을 미칠 가능성이 있는 경우에는, 리미터(37)에 의해 포화 상태를 별도 검출하여 적분 연산을 1차 정지하고, 그때의 값을 유지하는 등의 공지 기술(안티 와인드업 방법이라고도 불림)을 사용해도 된다.
또한, 조작 레버 장치(5)의 입력이 A 조작보다 큰 B 조작에서는, 오퍼레이터의 조작량이 크고, 목표 펌프 압력 설정부(32)로부터 펌프 목표 압력으로서 ap보다 큰 값 bp가 산출된다. 또한, 펌프 압력 검출기(21)에서 검출한 유압 펌프(2)의 토출 압력을 피드백하고[피드백 감산부(34)], 펌프 압력이 목표 펌프 압력 bp로 되는 목표 틸팅량을 산출한다[제어량 연산부(35)]. 또한, 펌프 유량 상한 설정부(33)로부터 펌프 유량 상한값으로서 aq보다 큰 값 bq가 산출되고, 그 값을 회전 검출기(22)에서 검출한 원동기(1)의 회전수로 보정하여 펌프 틸팅 상한값을 구한다[회전수 보정부(36)]. 상기 목표 틸팅량에 대해 그 펌프 틸팅 상한값으로 리미터(37)에 의해 리미터 처리가 실시되고, 유압 펌프(2)의 레귤레이터(2a)에 틸팅 지령이 산출되고, 유압 펌프(2)의 틸팅량이 제어된다. 한편, 도 2에 도시하는 방향 제어 밸브(3)는 변위하고 있고, 따라서 유압 펌프(2)의 토출 유량은 방향 제어 밸브(3)의 미터 인 오리피스를 통하고, 또한 유압 관로(9A)를 통하여 유압 실린더(4)의 보텀측실(4a)에 유도된다. 또한, 유압 실린더(4)의 로드측실(4b)의 배출유는 유압 관로(9B)를 통하고, 또한 방향 제어 밸브(3)의 미터 아웃 오리피스를 통하여 탱크(15)에 배출된다.
이때, 레버 입력에 대한 펌프 유량, 펌프 압력과 실린더 속도는 도 5의 B 조작으로 나타내는 바와 같이 변화한다. 즉, 펌프 유량은 유압 실린더(4)의 펌프 유량 상한값 bq(요구 유량)에 따른 유량으로 제어되면서, 펌프 압력은 유량이 포화되어 있지 않은 영역에서는 목표 펌프 압력 설정부(32)의 펌프 목표 압력 bp로 제어되어 있다. 이에 의해 조작 레버 장치(5)의 입력이 큰 B 조작에서는, 펌프 유량이 펌프 유량 상한값 bq(요구 유량)에 도달하지 않은 상태에서는, 펌프 압력은 레버 조작량에 따른 목표 펌프 압력 bp(일정값)로 되고, 펌프 유량이 펌프 유량 상한값 bq의 요구 유량에 도달하면, 펌프 압력은 그 요구 유량을 유지하는 데에 필요한 압력으로 저하되고, 실린더 속도는 펌프 유량 상한값 bq에 대응한 속도로 된다. 이에 의해 실린더 속도가 펌프 유량 상한값 bq에 대응한 속도로 될 때까지는, 유압 실린더(4)는 레버 조작량에 따른 힘으로 구동되고, 실린더 속도가 펌프 유량 상한값 bq에 대응한 속도로 되면, 펌프 유량은 펌프 유량 상한값 bq로 유지되어, 불필요한 펌프 유량을 토출시키지 않고 희망하는 성능을 얻을 수 있다. 또한, 전술한 A 조작과 마찬가지로, 제어량 연산부(35)에 포함되는 적분 연산에 있어서, 적분된 축적분에 의해 응답성에 영향을 미칠 가능성이 있는 경우에는, 리미터(37)에서 포화 상태를 별도 검출하여 적분 연산을 1차 정지하고, 그때의 값을 유지하는 등의 공지 기술(안티 와인드업 방법이라고도 불림)을 사용해도 된다.
여기서는, A 조작과 B 조작의 2개의 조작량에 대해 설명하였지만, 모든 조작 영역에 있어서 마찬가지로 각각 불필요한 펌프 유량을 토출시키지 않고 희망하는 성능을 얻을 수 있다.
이와 같이 본 실시 형태에 의하면, 블리드 오프 제어에서의 유압 펌프(2)의 토출 유량의 배출을 억제하고, 유압 펌프(2)의 토출 유량의 스로틀링 오프의 손실을 저감시켜, 에너지 효율을 향상시킬 수 있음과 함께, 유압 펌프(2)의 토출 압력을 조작 레버 장치(5)의 조작량에 따라 제어 가능하게 하여, 조작 성능도 향상시킬 수 있다.
∼제2 실시 형태∼
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 유압 제어 장치의 컨트롤러의 제어 로직을 도시하는 도면이다. 도면 중, 제1 실시 형태와 동일한 것은 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다.
도 6에 있어서, 본 실시 형태에서는, 컨트롤러(6A)는, 도 3에 도시하는 것 외에, 새롭게, 유압 펌프(2)의 흡수 동력량을 제한하기 위한 동력 제한값 Pwr_ref를 설정하는 펌프 동력 상한 설정 장치(41)와, 펌프 동력 상한 설정 장치(41)에서 설정한 동력 제한값 Pwr_ref를 압력 검출기(21)에서 검출한 유압 펌프(2)의 토출 압력(현재 압력)으로 제산한 값에 보정 계수 K2를 곱함으로써, 펌프 유량 상한값을 산출하는 유량 보정부(42)(유량 상한값 보정부)와, 펌프 유량 상한 설정부(33)에서 산출된 펌프 유량 상한값과 유량 보정부(42)에서 산출된 펌프 유량 상한값 중 작은 쪽을 선택하는 소측 선택부(43)(선택부)를 구비하고, 소측 선택부(43)에서 선택된 펌프 유량 상한값이 회전수 보정부(36)에 입력되고, 펌프 틸팅 상한값이 산출된다.
펌프 동력 상한 설정 장치(41)는 조작 장치(41a)를 갖고, 오퍼레이터가 조작 장치(41a)를 조작함으로써, 동력 제한값 Pwr_ref를 자유롭게 변경 가능하다.
이와 같이 조작량 검출기(20A, 20B)로부터의 조작량 신호(레버 조작량)에 의한 펌프 유량 상한값과 펌프 동력 상한 설정 장치(41)로부터의 펌프 유량 상한값 중 작은 쪽이 선택되고, 선택된 펌프 유량 상한값에 기초하여 유압 펌프의 틸팅량을 제어함으로써, 제1 실시 형태에 대해 또한 유압 펌프(2)의 동력도 제약에 추가한 제어를 행할 수 있다.
이에 의해 블리드 오프 등의 펌프 토출 유량의 배출을 억제하므로, 에너지 효율적으로는 적합하면서, 그 펌프 토출 유량이나 압력을 제어할 수 있고, 조작 성능도 향상시킬 수 있는 동시에, 또한 유압 펌프(2)의 동력을 제한하는 것도 가능하게 되므로, 더욱 시스템의 조작 성능을 향상시킬 수 있다.
도 7은 제1 및 제2 실시 형태에 있어서의 목표 펌프 압력 설정부 및 펌프 유량 상한 설정부의 변형예를 나타내는 도면이다. 제1 및 제2 실시 형태에 있어서는, 목표 펌프 압력 설정부(32) 및 펌프 유량 상한 설정부(33)에 조작량 신호에 대한 목표 펌프 압력의 관계(이하 목표 펌프 압력 특성이라고 함)와 조작량 신호에 대한 펌프 유량 상한값의 관계(이하 펌프 유량 상한값 특성이라고 함)를 각각 1개씩 설정하였지만, 도 7에 나타내는 변형예에서는, 목표 펌프 압력 설정부(32A) 및 펌프 유량 상한 설정부(33A)의 각각에 복수의 목표 펌프 압력 특성 Ap, Bp, Cp 및 펌프 유량 상한값 특성 Aq, Bq, Cq를 설정하고, 오퍼레이터가 조작 장치(46, 47)를 조작함으로써 그들 특성 중 원하는 1개를 선택할 수 있도록 구성한 것이다.
이에 의해 오퍼레이터의 의지로 자유롭게 목표 펌프 압력 특성과 펌프 유량 상한값 특성을 조정하는 것이 가능해져, 조작 성능이 더욱 향상된다.
도 8은 제1 및 제2 실시 형태에 있어서의 목표 펌프 압력 설정부 및 펌프 유량 상한 설정부의 다른 변형예를 나타내는 도면이다. 이 변형예는, 도 7에 나타내는 변형예에 있어서, 목표 펌프 압력 설정부(32A) 및 펌프 유량 상한 설정부(33A)는, 목표 펌프 압력 설정부(32A)에 있어서의 조작량 신호에 대한 목표 펌프 압력을 큰 설정값으로 한 특성 Ap와 펌프 유량 상한 설정부(33A)에 있어서의 조작량 신호에 대한 펌프 유량 상한값을 큰 설정값으로 한 특성 Aq를 조합함으로써 힘과 속도를 비교적 높인 설정으로 한 하이파워 모드와, 목표 펌프 압력 설정부(32A)에 있어서의 조작량 신호에 대한 목표 펌프 압력을 중간 부근의 설정값으로 한 특성 Bp와 펌프 유량 상한 설정부(33A)에 있어서의 조작량 신호에 대한 펌프 유량 상한값을 중간 부근의 설정값으로 한 특성 Bq를 조합한 스탠다드 모드와, 목표 펌프 압력 설정부(32A)에 있어서의 조작량 신호에 대한 목표 펌프 압력을 작은 설정값으로 한 특성 Cp와 펌프 유량 상한 설정부(33A)에 있어서의 조작량 신호에 대한 펌프 유량 상한값을 작은 설정값으로 한 특성 Cq를 조합한 미세 조작 모드를 구비하고, 오퍼레이터가 조작 장치(48)를 조작함으로써 원하는 모드를 선택할 수 있도록 구성한 것이다.
이에 의해 목표 펌프 압력 설정부(32A) 및 펌프 유량 상한 설정부(33A)에 특성의 조합이 많이 존재하는 중에, 번잡한 설정을 대표적인 조합(모드)으로 치환하여 선택할 수 있게 되고, 조합의 선택 조작이 간소화되어, 오퍼레이터의 노동력 저감이 도모되고, 사용 편의성이 향상된다.
도 9는 제1 및 제2 실시 형태에 있어서의 목표 펌프 압력 설정부의 또 다른 변형예를 나타내는 도면이다. 이 변형예에서는, 목표 펌프 압력 설정부(32B)에 목표 펌프 압력의 최고 압력으로서, 메인 릴리프 밸브(8)의 개방 압력(크래킹 압력)보다 낮은 압력 Ppmax1과 메인 릴리프 밸브(8)의 개방 압력(크래킹 압력)보다 높은 압력 Ppmax2를 설정해 두고, 오퍼레이터가 조작 장치(49)를 조작함으로써 그 중 한 쪽을 선택할 수 있도록 구성한 것이다.
제1 및 제2 실시 형태에 있어서의 목표 펌프 압력 설정부(32)는 도 3a를 참조하여 설명한 바와 같이, 조작량 검출기(20A, 20B)로부터의 조작량 신호[조작 레버 장치(5)의 조작량]가 증가하는 것에 따라서 유압 펌프(2)의 토출 압력이 상승하도록 설정되어 있고, 조작 레버 장치(5)의 풀 레버 조작 부근 이상에서는 최대의 회로 압력을 확보할 수 있도록 구성하고, 반대로 중립 부근에 있어서는 회로 압력을 작게 억제하도록 구성하였다. 여기서, 조작 레버 장치(5)의 풀 레버 조작 부근 이상으로 설정되는 최대의 회로 압력의 설정값은, 에너지 효율 향상의 관점으로부터, 유압 펌프(2)의 토출 압력을 제한하는 메인 릴리프 밸브(8)의 개방 압력(크래킹 압력)보다도 작게 설정되어 있다. 이에 의해 회로 압력의 제한은 기본적으로 유압 펌프(2)의 토출 유량의 제어에 의해 행해지게 되므로, 메인 릴리프 밸브(8)의 개방에 의한 에너지 손실이 저감되어, 에너지 효율이 향상된다.
한편, 겨울철 등의 기온이 낮을 때에 엔진(1)을 시동하여 유압 회로의 작동유, 기기류를 난기하고자 하는 경우에 있어서는, 최대의 회로 압력의 설정값은 유압 펌프(2)의 토출 압력을 제한하는 메인 릴리프 밸브(8)의 개방 압력(크래킹 압력)보다도 높게 하는 것이 유효하다. 이것은 유압 실린더(4)의 스트로크 엔드에 압박 접촉하여 조작 레버 장치(5)를 입력함으로써, 유압 펌프(2)의 토출 유량이 릴리프압에 도달하고, 유압 펌프(2)의 토출 유량의 일부가 메인 릴리프 밸브(8)에 의해 방출되어, 열로 변환되어 작동유가 난기되게 되기 때문이다.
본 변형예는 이와 같은 2개의 과제를 달성하는 것이다. 즉, 통상 사용 시는, 목표 펌프 압력 설정부(32)에 목표 펌프 압력의 최고 압력으로서 압력 Ppmax1을 설정함으로써, 유압 펌프(2)의 최대 토출 압력을 메인 릴리프 밸브(8)의 크래킹 압력보다 낮게 할 수 있고, 이에 의해 메인 릴리프 밸브(8)의 개방에 의한 에너지 손실이 저감되어, 에너지 효율이 향상된다. 또한, 저온 시 등에서는, 목표 펌프 압력 설정부(32)에 목표 펌프 압력의 최고 압력으로서 압력 Ppmax2를 설정함으로써, 유압 펌프(2)의 최대 토출 압력을 메인 릴리프 밸브(8)의 크래킹 압력보다 높게 할 수 있고, 이에 의해 유압 펌프(2)의 토출 압력이 릴리프압에 도달하고, 유압 펌프(2)의 토출 유량의 일부가 메인 릴리프 밸브(8)에 의해 방출되어, 열로 변환되어 작동유가 난기할 수 있다.
∼제3 실시 형태∼
도 10은, 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 유압 제어 장치의 펌프 제어 장치의 구성과 컨트롤러의 제어 로직을 도시하는 도면이다. 도면 중, 제1 실시 형태와 동일한 것은 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다.
제1 실시 형태에서는, 유압 펌프(2)의 목표 틸팅량을 결정할 때까지의 기능의 전부를 컨트롤러(6)에 갖게 하여 소프트웨어로 행하고, 컨트롤러(6)에서 결정한 목표 틸팅량으로 하는 기능을 메커니컬한 레귤레이터(2a)에 갖게 하였지만, 본 실시 형태에서는, 목표 펌프 압력 설정부(32)와 펌프 유량 상한 설정부(33)의 기능을 컨트롤러(6B)에 갖게 하고, 그 이외의 처리 기능[피드백 감산부(34), 제어량 연산부(35), 리미터(37)의 기능]인 압력 제어계의 기능을 메커니컬한 레귤레이터(2aA)에 갖게 한 것이다.
도 10에 있어서, 본 실시 형태에서는, 펌프 제어 장치는 컨트롤러(6B)와, 레귤레이터(2aA)와, 전자기 비례 밸브(62, 63)를 구비하고 있다.
컨트롤러(6B)는, 조작량 검출부(31)와, 목표 펌프 압력 설정부(32)와, 펌프 유량 상한 설정부(33)와, 반전부(64)를 구비하고 있다. 조작량 검출부(31)와 목표 펌프 압력 설정부(32)와 펌프 유량 상한 설정부(33)는 제1 실시 형태의 컨트롤러(6)에 구비되는 것과 동일하다. 반전부(64)는 목표 펌프 압력 설정부(32)에서 산출된 목표 펌프 압력이 증가하는 것에 따라서 작아지는 값을 연산하고, 그 연산값을 전자기 비례 밸브(62)의 제어 신호로서 출력한다. 또한, 펌프 유량 상한 설정부(33)는 산출한 펌프 유량 상한값을 전자기 비례 밸브(63)의 제어 신호로서 출력한다.
컨트롤러(6B)는, 도 3의 컨트롤러(6)와 마찬가지로, 회전수 보정부(36)를 더 구비하고, 펌프 유량 상한 설정부(33)에서 산출한 펌프 유량 상한값을 회전 검출기(22)에 의해 검출한 원동기(1)의 회전수 Neng로 제산한 값에 보정 계수 K1을 곱함으로써, 펌프 유량 상한값을 원동기(1)의 회전수로 보정해도 된다. 또한, 컨트롤러(6B)는, 도 6의 컨트롤러(6A)와 마찬가지로, 유량 보정부(42) 및 소측 선택부(43)를 더 구비하고, 펌프 유량 상한 설정부(33)에서 산출된 펌프 유량 상한값과 펌프 동력 상한 설정 장치(41)에서 설정한 동력 제한값 Pwr_ref로부터 산출한 펌프 유량 상한값 중 작은 쪽을 선택하고, 펌프 틸팅 상한값을 산출해도 된다.
레귤레이터(2aA)는, 서보 피스톤 장치(71)와, 압력 제어 스풀 밸브(72)와, 유량 제어 스풀 밸브(73)를 갖고 있다. 서보 피스톤 장치(71)는 피스톤(71a), 대경 실린더실(71b), 소경 실린더실(71c)을 구비하고, 피스톤(71a)은 유압 펌프(2)의 경사판에 링크 결합되고, 대경 실린더실(71b)은 압력 제어 스풀 밸브(72)와 유량 제어 스풀 밸브(73)를 통해 파일럿 유압원(74)과 탱크(15)에 접속되고, 소경 실린더실(71c)은 파일럿 유압원(74)에 직접 접속되어 있다. 압력 제어 스풀 밸브(72)는 스풀(72a)과, 밸브 포트를 형성하는 슬리브(72b)와, 유압 펌프(2)의 토출 압력(자기압)이 유도되는 수압실(72c)과, 전자기 비례 밸브(62)가 출력하는 제어 압력이 외부 파일럿 신호로서 유도되는 수압실(72d)을 구비하고 있다. 유량 제어 스풀 밸브(73)는 스풀(73a)과, 밸브 포트를 형성하는 슬리브(73b)와, 스프링(73c)과, 전자기 비례 밸브(63)가 출력하는 제어 압력이 외부 파일럿 신호로서 유도되는 수압실(73d)을 구비하고 있다. 압력 제어 스풀 밸브(72)의 슬리브(72b)와 유량 제어 스풀 밸브(73)의 슬리브(73b)는 서보 피스톤 장치(71)의 피스톤(71a)과 링크 결합 되고, 메커니컬한 구성으로 피스톤(71a)의 변위가 피드백되도록 구성되어 있다. 따라서, 레귤레이터(2aA)는, 메커니컬한 구성이면서, 스풀(72a, 73a)의 변위에 대해 높은 위치 제어 성능을 갖고 있다.
이와 같이 구성한 컨트롤러(6B)와 레귤레이터(2aA)의 조합은, 기능적으로는, 회전수 보정부(36)의 원동기 회전수 보정의 기능이 없는 점을 제외하고, 제1 및 제2 실시 형태와 동등하고, 또한 제1 및 제2 실시 형태 컨트롤러(6)의 압력 제어계의 기능을 메커니컬한 레귤레이터(2aA)에서 실현할 수 있다.
본 실시 형태에 의하면, 압력 제어 등의 고응답 고정밀도의 제어는 메커니컬한 레귤레이터(2aA)에서 행하므로, 컨트롤러(6B)가 고속의 제어 연산 성능을 갖고 있지 않아도 고응답의 제어가 가능하게 된다. 또한, 부품 구성의 조합 자유도가 향상되어, 시스템의 구성이 용이하게 되어 적합하다.
1 : 원동기(디젤 엔진)
2 : 가변 용량형의 유압 펌프
2a, 2aA : 레귤레이터
3 : 방향 제어 밸브
4 : 액추에이터
5 : 조작 레버 장치
6, 6A, 6B : 컨트롤러
7 : 펌프 토출 유로
8 : 메인 릴리프 밸브
9A, 9B : 유압 관로
10A, 10B : 오버로드 릴리프 밸브
11A, 11B : 보급용 체크 밸브
15 : 탱크
20A, 20B : 조작량 검출기(압력 검출기)
21 : 압력 검출기
22 : 회전 검출기
31 : 조작량 검출부
32 : 목표 펌프 압력 설정부
33 : 펌프 유량 상한 설정부
34 : 피드백 감산부
35 : 제어량 연산부
36 : 회전수 보정부
37 : 리미터(제어량 제한부)
41 : 펌프 동력 상한 설정 장치
42 : 유량 보정부
43 : 소측 선택부
62, 63 : 전자기 비례 밸브
64 : 반전부
71 : 서보 피스톤 장치
71a : 피스톤
71b : 대경 실린더실
71c : 소경 실린더실
72 : 압력 제어 스풀 밸브
72a : 스풀
72b : 슬리브
72c : 수압실
72d : 수압실
73 : 유량 제어 스풀 밸브
73a : 스풀
73b : 슬리브
73c : 스프링
73d : 수압실
74 : 파일럿 유압원
101 : 주행체
102 : 선회체
103 : 작업 장치(프론트 작업기)
104 : 붐
105 : 아암
106 : 버킷
107 : 붐 실린더
108 : 아암 실린더
109 : 버킷 실린더
110 : 운전실
111a, 111b : 크롤러 벨트
112a, 112b : 주행 모터

Claims (9)

  1. 원동기와,
    이 원동기에 의해 구동되는 가변 용량형 유압 펌프와,
    이 유압 펌프로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 유압 액추에이터와,
    상기 유압 펌프로부터 상기 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 방향 제어 밸브와,
    오퍼레이터가 조작 지령을 입력하는 조작 레버 장치와,
    상기 조작 레버 장치의 조작량을 검출하는 조작량 검출기와,
    상기 유압 펌프의 토출 압력을 검출하는 압력 검출기와,
    상기 유압 펌프의 틸팅량을 제어하는 펌프 제어 장치를 구비한 작업 기계의 유압 제어 장치에 있어서,
    상기 펌프 제어 장치는,
    상기 조작량 검출기로부터의 조작량 신호에 기초하여, 상기 조작량 검출기로부터의 조작량 신호가 증가하는 것에 따라서 증가하는 목표 펌프 토출 압력을 산출하는 목표 펌프 압력 설정부와,
    상기 조작량 검출기로부터의 조작량 신호에 기초하여, 상기 조작량 검출기로부터의 조작량 신호가 증가하는 것에 따라서 증가하는 펌프 유량 상한값을 산출하는 펌프 유량 상한 설정부와,
    상기 목표 펌프 압력 설정부에서 산출한 목표 펌프 토출 압력과, 상기 펌프 유량 상한 설정부에서 산출한 펌프 유량 상한값과, 상기 압력 검출기에서 검출한 상기 유압 펌프의 토출 압력에 기초하여 상기 유압 펌프의 틸팅량을 제어하는 틸팅량 제어부를 갖고,
    상기 원동기의 회전수를 검출하는 원동기 회전 검출기와,
    상기 펌프 제어 장치는, 상기 펌프 유량 상한 설정부에서 산출한 펌프 유량 상한값을 상기 원동기 회전 검출기에서 검출한 상기 원동기의 회전수로 보정한 펌프 틸팅 상한값을 산출하는 회전수 보정부를 더 구비하고,
    상기 틸팅량 제어부는, 상기 회전수 보정부에서 산출한 상기 펌프 틸팅 상한값에 기초하여 상기 유압 펌프의 틸팅량의 상한을 제한하는 제어량 제한부를 갖는 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 유압 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유압 펌프의 흡수 동력량을 제한하기 위한 동력 제한값을 설정하는 펌프 동력 상한 설정 장치와,
    상기 펌프 동력 상한 설정 장치에서 설정한 동력 제한값을 상기 압력 검출기에서 검출한 상기 유압 펌프의 토출 압력으로 보정하여 펌프 유량 상한값을 산출하는 유량 상한값 보정부와,
    상기 펌프 유량 상한 설정부에서 산출한 펌프 유량 상한값과 상기 유량 상한값 보정부에서 산출한 펌프 유량 상한값을 비교하고, 그들 중 작은 쪽을 선택하는 선택부를 더 구비하고,
    상기 틸팅량 제어부는, 상기 선택부에서 선택한 펌프 유량 상한값에 기초하여 상기 유압 펌프의 틸팅량을 제어하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 유압 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 펌프 동력 상한 설정 장치는, 오퍼레이터가 조작 장치를 조작함으로써 상기 동력 제한값을 변경할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 유압 제어 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 목표 펌프 압력 설정부는, 미리 복수의 목표 펌프 압력 특성을 설정하고, 오퍼레이터가 조작 장치를 조작함으로써 원하는 1개를 선택할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 유압 제어 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 펌프 유량 상한 설정부는, 미리 복수의 펌프 유량 상한값 특성을 설정하고, 오퍼레이터가 조작 장치를 조작함으로써 원하는 1개를 선택할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 유압 제어 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 목표 펌프 압력 설정부와 상기 펌프 유량 상한 설정부는,
    상기 목표 펌프 압력 설정부에서의 상기 조작량 신호에 대한 목표 펌프 압력을 큰 설정값으로 한 특성과 상기 펌프 유량 상한 설정부에서의 상기 조작량 신호에 대한 펌프 유량 상한값을 큰 설정값으로 한 특성을 조합한 하이파워 모드와,
    상기 목표 펌프 압력 설정부에서의 상기 조작량 신호에 대한 목표 펌프 압력을 중간 부근의 설정값으로 한 특성과 상기 펌프 유량 상한 설정부에서의 상기 조작량 신호에 대한 펌프 유량 상한값을 중간 부근의 설정값으로 한 특성을 조합한 스탠다드 모드와,
    상기 목표 펌프 압력 설정부에서의 상기 조작량 신호에 대한 목표 펌프 압력을 작은 설정값으로 한 특성과 상기 펌프 유량 상한 설정부에서의 상기 조작량 신호에 대한 펌프 유량 상한값을 작은 설정값으로 한 특성을 조합한 미세 조작 모드를 구비하고,
    오퍼레이터가 조작 장치를 조작함으로써 원하는 모드를 선택할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 유압 제어 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유압 펌프와 상기 방향 제어 밸브를 접속하는 펌프 토출 유로에 접속되고, 상기 펌프 토출 유로의 압력의 상한을 규정하는 메인 릴리프 밸브를 더 구비하고,
    상기 목표 펌프 압력 설정부는, 상기 목표 펌프 압력의 최고 압력으로서, 상기 메인 릴리프 밸브의 개방 압력보다 낮은 압력 Ppmax1과 상기 메인 릴리프 밸브의 개방 압력보다 높은 압력 Ppmax2를 설정하고, 오퍼레이터가 조작 장치를 조작함으로써 그 중 한 쪽을 선택할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 유압 제어 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 펌프 제어 장치는, 상기 틸팅량 제어부 이외의 기능을 컨트롤러에 갖게 하고, 상기 틸팅량 제어부의 기능을 메커니컬한 레귤레이터에 갖게 한 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 유압 제어 장치.
  9. 삭제
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