KR101874507B1 - 제어 시스템, 작업 기계, 및 제어 방법 - Google Patents

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가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
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Abstract

제어 시스템은, 제1 유압 펌프 및 제2 유압 펌프와, 제1 유압 펌프와 제2 유압 펌프를 접속하는 유로와, 유로에 설치되어 유로를 개폐하는 개폐 장치와, 개폐 장치를 제어하여, 제1 유압 펌프와 제2 유압 펌프와의 접속 상태와 비접속 상태를 전환하는 제어 장치와, 비접속 상태에 있어서 제1 유압 펌프로부터 토출된 작동유가 공급되는 제1 유압 실린더와, 비접속 상태에 있어서 제2 유압 펌프로부터 토출된 작동유가 공급되는 제2 유압 실린더를 구비한다. 제어 장치는, 복수의 상기 유압 실린더의 배분 유량이 소정 공급 유량 이하이며, 유압 실린더의 로드측 공간의 압력과 캡측 공간의 압력과의 차이를 나타내는 구동압이 규정값 이하일 때, 접속 상태로 되도록 개폐 장치를 제어한다.

Description

제어 시스템, 작업 기계, 및 제어 방법{CONTROL SYSTEM, WORK MACHINE, AND CONTROL METHOD}
본 발명은, 제어 시스템, 작업 기계(work machine), 및 제어 방법에 관한 것이다.
복수의 작업기 요소(要素)를 포함하는 작업기를 구비하는 작업 기계가 알려져 있다. 예를 들면, 작업 기계가 유압 셔블(hydraulic shovel)인 경우, 유압 셔블의 작업기는, 작업기 요소로서, 버킷(bucket), 암(arm), 및 붐(boom)을 가진다. 작업기 요소를 구동시키는 액추에이터로서, 유압(油壓) 실린더가 사용된다. 유압의 구동원으로서, 작동유(hydraulic fluid)를 토출(吐出)하는 유압 펌프가 사용된다. 유압 실린더를 구동시키기 위한 유압 펌프를 복수 구비하는 작업 기계가 알려져 있다. 특허 문헌 1에는, 제1 유압 펌프로부터 토출된 작동유와 제2 유압 펌프로부터 토출된 작동유와의 합류 및 분류를 전환하는 합분류(合分流) 밸브를 구비하는 유압 회로가 기재되어 있다.
국제 공개 제2006/123704호
제1 유압 펌프와 제2 유압 펌프가 접속되는 접속 상태와, 제1 유압 펌프와 제2 유압 펌프가 접속되지 않는 비접속 상태를 전환할 때, 유압 실린더에 공급되는 작동유의 압력이 약간 변동된다. 그 결과, 오퍼레이터는 쇼크를 느낄 가능성이 있다. 예를 들면, 작업기가 굴삭 대상물과 접촉하지 않고 공중에 존재하는 상황에 있어서는, 유압 실린더의 구동압이 낮아져, 구동압에 대한 압량 변동량은 상대적으로 커지므로, 오퍼레이터는 쇼크를 쉽게 느끼게 된다.
본 발명의 태양(態樣)은, 제1 유압 펌프와 제2 유압 펌프와의 접속 상태와 비접속 상태와의 전환에 기인하는 쇼크의 발생을 억제할 수 있는 제어 시스템, 작업 기계, 및 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 복수의 작업기 요소를 포함하는 작업기와, 복수의 상기 작업기 요소의 각각을 구동시키는 복수의 유압 실린더를 구비하는 작업 기계를 제어하는 제어 시스템으로서, 제1 유압 펌프 및 제2 유압 펌프와, 상기 제1 유압 펌프와 상기 제2 유압 펌프를 접속하는 유로(流路; flowpath)와, 상기 유로에 설치되어 상기 유로를 개폐하는 개폐 장치와, 상기 개폐 장치를 제어하여, 상기 제1 유압 펌프와 상기 제2 유압 펌프가 접속되는 접속 상태와 접속되지 않는 비접속 상태를 전환하는 제어 장치와, 상기 비접속 상태에 있어서 상기 제1 유압 펌프로부터 토출된 작동유가 공급되는 제1 유압 실린더와, 상기 비접속 상태에 있어서 상기 제2 유압 펌프로부터 토출된 작동유가 공급되는 제2 유압 실린더를 구비하고, 상기 제어 장치는, 복수의 상기 유압 실린더의 배분 유량이 소정 공급 유량 이하이며, 상기 유압 실린더의 로드측 공간의 압력과 캡측 공간의 압력과의 차이를 나타내는 구동압이 규정값 이하일 때, 상기 접속 상태로 되도록 상기 개폐 장치를 제어하는, 제어 시스템이 제공된다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 제1 태양의 제어 시스템을 구비하는 작업 기계가 제공된다.
본 발명의 제3 태양에 따르면, 복수의 작업기 요소를 포함하는 작업기와, 복수의 상기 작업기 요소의 각각을 구동시키는 복수의 유압 실린더를 구비하는 작업 기계를 제어하는 제어 방법으로서, 제1 유압 펌프와 제2 유압 펌프가 접속되는 접속 상태와 접속되어 있지 않은 비접속 상태를 개폐 장치를 사용하여 전환하는 것과, 상기 비접속 상태에 있어서 상기 제1 유압 펌프로부터 토출된 작동유를 제1 유압 실린더에 공급하고, 상기 제2 유압 펌프로부터 토출된 작동유를 제2 유압 실린더에 공급하는 것과, 복수의 상기 유압 실린더의 배분 유량이 소정 공급 유량 이하이며, 상기 유압 실린더의 로드측 공간의 압력과 캡측 공간의 압력과의 차이를 나타내는 구동압이 규정값 이하일 때, 상기 접속 상태로 되도록 상기 개폐 장치를 제어하는 것을 포함하는 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 태양에 의하면, 제1 유압 펌프와 제2 유압 펌프와의 접속 상태와 비접속 상태와의 전환에 기인하는 쇼크의 발생을 억제할 수 있는 제어 시스템, 작업 기계, 및 제어 방법이 제공된다.
도 1은, 본 실시형태에 관한 작업 기계의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 2는, 본 실시형태에 관한 유압 셔블의 구동 장치를 포함하는 제어 시스템을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은, 본 실시형태에 관한 구동 장치의 유압 회로를 나타낸 도면이다.
도 4는, 본 실시형태에 관한 펌프 컨트롤러의 기능 블록도이다.
도 5는, 펌프 및 유압 실린더의 유량, 펌프의 토출 압력 및 레버 스트로크가 시간에 따라서 변화하는 일례를 나타낸 도면이다.
도 6은, 합류 상태와 분류 상태와의 전환에 기인하는 쇼크를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 본 실시형태에 관한 제어 방법의 일례를 나타낸 플로우차트이다.
도 8은, 본 실시형태에 관한 암 실린더의 로드측 공간의 압력 및 캡측 공간의 압력과 합류 상태 및 분류 상태와의 관계를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 관한 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 이하에서 설명하는 각각의 실시형태의 구성 요소는 적절히 조합시키는 것이 가능하다. 또한, 일부의 구성 요소를 이용하지 않을 경우도 있다.
[작업 기계]
도 1은, 본 실시형태에 관한 작업 기계(100)의 일례를 나타낸 사시도이다. 본 실시형태에 있어서는, 작업 기계(100)가 하이브리드 방식의 유압 셔블인 예에 대하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 작업 기계(100)를 적절히, 유압 셔블(100)이라고 한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 유압 셔블(100)은, 유압에 의해 작동하는 작업기(1)와, 작업기(1)를 지지하는 선회체(旋回體)인 상부 선회체(2)와, 상부 선회체(2)를 지지하는 하부 주행체(3)와, 유압 셔블(100)을 구동시키는 구동 장치(4)와, 작업기(1)를 조작하기 위한 조작 장치(5)를 구비한다.
상부 선회체(2)는, 선회축 RX를 중심으로 선회할 수 있다. 상부 선회체(2)는, 오퍼레이터가 탑승하는 운전실(6)과, 기계실(7)을 가진다. 오퍼레이터가 착석하는 운전석(6S)이 운전실(6)에 설치된다. 기계실(7)은, 운전실(6)의 후방에 배치된다. 엔진 및 유압 펌프 등을 포함하는 구동 장치(4) 중 적어도 일부는, 기계실(7)에 배치된다. 하부 주행체(3)는, 한 쌍의 크롤러(crawlers)(8)를 가진다. 크롤러(8)의 회전에 의해, 유압 셔블(100)이 주행한다. 그리고, 하부 주행체(3)가 차륜(타이어)이라도 된다.
작업기(1)는, 상부 선회체(2)에 지지된다. 작업기(1)는, 상대(相對) 이동 가능한 복수의 작업기 요소를 포함한다. 작업기(1)의 작업기 요소는, 버킷(11), 버킷(11)에 연결되는 암(12), 및 암(12)에 연결되는 붐(13)을 포함한다. 버킷(11)과 암(12)과는 버킷 핀(bucket pin)을 통하여 연결된다. 버킷(11)은, 회전축 AX1을 중심으로 회전 가능하게 암(12)에 지지된다. 암(12)과 붐(13)과는 암 핀(arm pin)을 통하여 연결된다. 암(12)은, 회전축 AX2를 중심으로 회전 가능하게 붐(13)에 지지된다. 붐(13)과 상부 선회체(2)와는 붐 핀(boom pin)을 통하여 연결된다. 붐(13)은, 회전축 AX3를 중심으로 회전 가능하게 하부 주행체(3)에 지지된다.
회전축 AX3과, 선회축 RX와 평행한 축과는 직교한다. 이하의 설명에 있어서는, 회전축 AX3의 축 방향을 적절히, 상부 선회체(2)의 차폭 방향이라고 하고, 회전축 AX3 및 선회축 RX의 양쪽과 직교하는 방향을 적절히, 상부 선회체(2)의 전후 방향이라고 한다. 선회축 RX를 기준으로 하여 작업기(1)가 존재하는 방향이 전방향(前方向)이다. 선회축 RX를 기준으로 하여 기계실(7)이 존재하는 방향이 후방향이다.
구동 장치(4)는, 작업기(1)를 작동시키는 유압 실린더(20)와, 상부 선회체(2)를 선회(旋回)시키는 동력을 발생하는 전동 선회 모터(25)를 가진다. 유압 실린더(20)는, 작동유에 의해 구동된다. 유압 실린더(20)는, 버킷(11)을 작동하는 버킷 실린더(21)와, 암(12)을 작동하는 암 실린더(22)와, 붐(13)을 작동하는 붐 실린더(23)를 포함한다. 상부 선회체(2)는, 하부 주행체(3)에 지지된 상태에서, 전동 선회 모터(25)가 발생하는 동력에 의해 선회축 RX를 중심으로 선회할 수 있다.
조작 장치(5)는, 운전실(6)에 배치된다. 조작 장치(5)는, 유압 셔블(100)의 오퍼레이터에 의해 조작되는 조작 부재를 포함한다. 조작 부재는, 조작 레버 또는 죠이스틱을 포함한다. 조작 장치(5)가 조작됨으로써, 작업기(1)가 조작된다.
[제어 시스템]
도 2는, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)의 구동 장치(4)를 포함하는 제어 시스템(9)을 모식적으로 나타낸 도면이다. 제어 시스템(9)은, 복수의 작업기 요소를 포함하는 작업기(1)와, 작업기(1)의 복수의 작업기 요소를 구동시키는 복수의 액추에이터를 구비하는 유압 셔블(100)을 제어하기 위한 제어 시스템이다. 본 실시형태에 있어서, 작업기 요소를 구동시키는 액추에이터는, 유압 실린더(20)이다. 본 실시형태에 있어서, 유압 실린더(20)는, 버킷(11)을 동작시키는 버킷 실린더(21), 암(12)을 동작시키는 암 실린더(22), 및 붐(13)을 동작시키는 붐 실린더(23)를 포함한다. 작업기 요소가 다르면, 복수의 액추에이터도 상이하다. 본 실시형태에 있어서, 작업기(1)를 구동시키는 복수의 액추에이터는, 작동유에 의해 구동되는 유압식의 액추에이터이다. 작업기(1)를 구동시키는 복수의 액추에이터는, 유압식의 액추에이터이면 되고, 유압 실린더(20)에 한정되지는 않는다. 복수의 액추에이터는, 예를 들면, 유압 모터라도 된다.
구동 장치(4)는, 구동원인 엔진(26)과, 발전 전동기(27)와, 작동유를 토출하는 유압 펌프(30)를 가진다. 엔진(26)은, 예를 들면, 디젤 엔진이다. 발전 전동기(27)는, 예를 들면, 스위치드 릴럭턴스(switched reluctance) 모터이다. 그리고, 발전 전동기(27)는, PM(Permanent Magnet) 모터라도 된다. 유압 펌프(30)는, 가변(可變) 용량형 유압 펌프이다. 실시형태에 있어서, 유압 펌프(30)는, 경사판식 유압 펌프이다. 유압 펌프(30)는, 제1 유압 펌프(31)와 제2 유압 펌프(32)를 포함한다. 엔진(26)의 출력축은, 발전 전동기(27) 및 유압 펌프(30)와 기계적으로 결합된다. 엔진(26)이 구동함으로써, 발전 전동기(27) 및 유압 펌프(30)가 작동한다. 그리고, 발전 전동기(27)는, 엔진(26)의 출력축에 기계적으로 직결되어도 되고, PTO(power take off)와 같은 동력 전달 기구(機構)를 통하여 엔진(26)의 출력축에 접속되어도 된다.
구동 장치(4)는, 유압 구동 시스템과 전동 구동 시스템을 포함한다. 유압 구동 시스템은, 유압 펌프(30)와, 유압 펌프(30)로부터 토출된 작동유가 흐르는 유압 회로(40)와, 유압 회로(40)를 통하여 공급된 작동유에 의해 작동하는 유압 실린더(20)와, 주행 모터(24)를 가진다. 주행 모터(24)는, 예를 들면, 유압 펌프(30)로부터 토출되는 작동유에 의해 구동되는 유압 모터이다.
전동 구동 시스템은, 발전 전동기(27)와, 축전기(14)와, 변압기(14C)와, 제1 인버터(15G)와, 제2 인버터(15R)와, 전동 선회 모터(25)를 가진다. 엔진(26)이 구동되면, 발전 전동기(27)의 로터축(rotor shaft)이 회전한다. 이로써, 발전 전동기(27)는 발전 가능해진다. 축전기(14)는, 예를 들면, 전기 이중층 축전기이다.
하이브리드 컨트롤러(17)는, 변압기(14C)와 제1 인버터(15G) 및 제2 인버터(15R)와의 사이에서 직류 전력을 수수(授受)시키고, 또한 변압기(14C)와 축전기(14)와의 사이에서 직류 전력을 수수시킨다. 전동 선회 모터(25)는, 발전 전동기(27) 또는 축전기(14)로부터 공급된 전력에 기초하여 동작하고, 상부 선회체(2)를 선회시키는 동력을 발생한다. 전동 선회 모터(25)는, 예를 들면, 매립 자석 동기(同期) 전동 선회 모터이다. 전동 선회 모터(25)에 회전 센서(16)가 설치된다. 회전 센서(16)는, 예를 들면, 리졸버(resolver) 또는 로터리 인코더이다. 회전 센서(16)는, 전동 선회 모터(25)의 회전 각도 또는 회전 속도를 검출한다.
본 실시형태에 있어서, 전동 선회 모터(25)는, 감속 시에 있어서 회생 에너지를 발생한다. 축전기(14)는, 전동 선회 모터(25)가 발생한 회생 에너지(전기 에너지)에 의해 충전된다. 그리고, 축전기(14)는, 상기 설명한 전기 이중층 축전기가 아니고, 니켈 수소 전지 또는 리튬 이온 전지와 같은 2차 전지라도 된다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 상부 선회체(2)의 구동은, 유압 펌프로부터 공급되는 작동유로 구동하는 유압 모터를 사용하는 방식이라도 된다.
구동 장치(4)는, 운전실(6)에 설치된 조작 장치(5)의 조작에 기초하여 동작한다. 조작 장치(5)의 조작량은, 조작량 검출부(28)에 의해 검출된다. 조작량 검출부(28)는, 압력 센서를 포함한다. 조작 장치(5)의 조작량에 따라 발생하는 파일럿 유압이 조작량 검출부(28)에 검출된다. 조작량 검출부(28)는, 압력 센서의 검출 신호를 조작 장치(5)의 조작량으로 환산한다. 그리고, 조작량 검출부(28)는 포텐셔미터(potentiometer)와 같은 전기적 센서를 포함해도 된다. 조작 장치(5)가 전기식 레버를 포함하는 경우, 조작 장치(5)의 조작량에 따라 발생하는 전기 신호가 조작량 검출부(28)에 의해 검출된다.
운전실(6)에는, 스로틀 다이얼(33)이 설치된다. 스로틀 다이얼(33)은, 엔진(26)에 대한 연료 공급량을 설정하기 위한 조작부이다.
제어 시스템(9)은, 하이브리드 컨트롤러(17)와, 엔진(26)을 제어하는 엔진 컨트롤러(18)와, 유압 펌프(30)를 제어하는 펌프 컨트롤러(19)를 포함한다. 하이브리드 컨트롤러(17), 엔진 컨트롤러(18), 및 펌프 컨트롤러(19)는, 컴퓨터 시스템을 포함한다. 하이브리드 컨트롤러(17), 엔진 컨트롤러(18), 및 펌프 컨트롤러(19)는 각각, CPU(central processing unit)와 같은 프로세서와, ROM(read only memory) 또는 RAM(random access memory)과 같은 기억 장치와, 입출력 인터페이스 장치를 가진다. 그리고, 하이브리드 컨트롤러(17), 엔진 컨트롤러(18), 및 펌프 컨트롤러(19)는 1개의 컨트롤러에 통합되어 있어도 된다.
하이브리드 컨트롤러(17)는, 발전 전동기(27), 전동 선회 모터(25), 축전기(14), 제1 인버터(15G) 및 제2 인버터(15R)의 각각에 설치된 온도 센서의 검출 신호에 기초하여, 발전 전동기(27), 전동 선회 모터(25), 축전기(14), 제1 인버터(15G) 및 제2 인버터(15R)의 온도를 조정한다. 하이브리드 컨트롤러(17)는, 축전기(14)의 충방전 제어, 발전 전동기(27)의 발전 제어, 및 발전 전동기(27)에 의한 엔진(26)의 어시스트 제어를 행한다. 하이브리드 컨트롤러(17)는, 회전 센서(16)의 검출 신호에 기초하여, 전동 선회 모터(25)를 제어한다.
엔진 컨트롤러(18)는, 스로틀 다이얼(33)의 설정값에 기초하여 지령 신호를 생성하고, 엔진(26)에 설치된 코먼 레일 제어부(29)에 출력한다. 코먼 레일 제어부(29)는, 엔진 컨트롤러(18)로부터 송신된 지령 신호에 기초하여, 엔진(26)에 대한 연료 분사량을 조정한다.
펌프 컨트롤러(19)는, 엔진 컨트롤러(18), 하이브리드 컨트롤러(17) 및 조작량 검출부(28) 중 1개 이상으로부터 송신된 지령 신호에 기초하여, 유압 펌프(30)로부터 토출되는 작동유의 유량을 조정하기 위한 지령 신호를 생성한다. 본 실시형태에 있어서, 구동 장치(4)는, 2대의 유압 펌프(30), 즉 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)를 가진다. 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)는, 엔진(26)에 의해 구동된다.
펌프 컨트롤러(19)는, 유압 펌프(30)의 경사판(30A)의 경전(傾轉) 각도인 경전 각도를 제어하여, 유압 펌프(30)로부터의 작동유의 공급량을 조정한다. 유압 펌프(30)에는, 유압 펌프(30)의 경사판각을 검출하는 경사판각 센서(30S)가 설치되어 있다. 경사판각 센서(30S)는, 제1 유압 펌프(31)의 경사판(31A)의 경전 각도를 검출하는 경사판각 센서(31S)와, 제2 유압 펌프(32)의 경사판(32A)의 경전 각도를 검출하는 경사판각 센서(32S)를 포함한다. 경사판각 센서(30S)의 검출 신호는, 펌프 컨트롤러(19)에 출력된다.
펌프 컨트롤러(19)는, 경사판각 센서(30S)의 검출 신호에 기초하여, 유압 펌프(30)의 펌프 용량(cc/rev)을 산출한다. 유압 펌프(30)에는, 경사판(30A)을 구동시키는 서보 기구가 설치되어 있다. 펌프 컨트롤러(19)는, 서보 기구를 제어하여, 경사판각을 조정한다. 유압 회로(40)에는, 유압 펌프(30)의 펌프 토출 압력을 검출하기 위한 펌프압 센서가 설치되어 있다. 펌프압 센서의 검출 신호는, 펌프 컨트롤러(19)에 출력된다. 실시형태에 있어서, 엔진 컨트롤러(18)와 펌프 컨트롤러(19)는, CAN(controller area network)과 같은 차내 LAN(local area network)에 의해 접속된다. 차내 LAN에 의해, 엔진 컨트롤러(18)와 펌프 컨트롤러(19)는, 서로 데이터를 주고받을 수 있다. 펌프 컨트롤러(19)는, 유압 회로(40)에 설치되는 각 센서의 검출값을 취득하고, 제어 지령을 출력하는, 자세한 것은 후술한다.
[유압 회로(40)]
도 3은, 본 실시형태에 관한 구동 장치(4)의 유압 회로(40)를 나타낸 도면이다. 구동 장치(4)는, 버킷 실린더(21)와, 암 실린더(22)와, 붐 실린더(23)과, 버킷 실린더(21) 및 암 실린더(22)에 공급되는 작동유를 토출하는 제1 유압 펌프(31)과, 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유를 토출하는 제2 유압 펌프(32)를 구비한다. 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)로부터 토출된 작동유는, 유압 회로(40)를 흐른다.
유압 회로(40)는, 제1 유압 펌프(31)와 접속되는 제1 펌프 유로(41)와, 제2 유압 펌프(32)와 접속되는 제2 펌프 유로(42)를 가진다. 유압 회로(40)는, 제1 펌프 유로(41)와 접속되는 제1 공급 유로(43) 및 제2 공급 유로(44)와, 제2 펌프 유로(42)와 접속되는 제3 공급 유로(45) 및 제4 공급 유로(46)를 가진다.
제1 펌프 유로(41)는, 제1 분기부(P1)에 있어서, 제1 공급 유로(43)와 제2 공급 유로(44)로 분기(分岐)된다. 제2 펌프 유로(42)는, 제4 분기부(P4)에 있어서, 제3 공급 유로(45)와 제4 공급 유로(46)로 분기된다.
유압 회로(40)는, 제1 공급 유로(43)와 접속되는 제1 분기 유로(47) 및 제2 분기 유로(48)와, 제2 공급 유로(44)와 접속되는 제3 분기 유로(49) 및 제4 분기 유로(50)를 가진다. 제1 공급 유로(43)는, 제2 분기부(P2)에 있어서, 제1 분기 유로(47)와 제2 분기 유로(48)로 분기된다. 제2 공급 유로(44)는, 제3 분기부(P3)에 있어서, 제3 분기 유로(49)와 제4 분기 유로(50)로 분기된다. 유압 회로(40)는, 제3 공급 유로(45)와 접속되는 제5 분기 유로(51)는, 제4 공급 유로(46)와 접속되는 제6 분기 유로(52)를 가진다.
유압 회로(40)는, 제1 분기 유로(47) 및 제3 분기 유로(49)와 접속되는 제1 주조작(主操作) 밸브(61)와, 제2 분기 유로(48) 및 제4 분기 유로(50)와 접속되는 제2 주조작 밸브(62)와, 제5 분기 유로(51) 및 제6 분기 유로(52)와 접속되는 제3 주조작 밸브(63)를 가진다.
유압 회로(40)는, 제1 주조작 밸브(61)와 버킷 실린더(21)의 캡측 공간(21C)을 접속하는 제1 버킷 유로(21a와, 제1 주조작 밸브(61)와 버킷 실린더(21)의 로드측 공간(21L)을 접속하는 제2 버킷 유로(21B)를 가진다. 유압 회로(40)는, 제2 주조작 밸브(62)와 암 실린더(22)의 로드측 공간(22L)을 접속하는 제1 암 유로(22a와, 제2 주조작 밸브(62)와 암 실린더(22)의 캡측 공간(22C)을 접속하는 제2 암 유로(22B)를 가진다. 유압 회로(40)는, 제3 주조작 밸브(63)와 붐 실린더(23)의 캡측 공간(23C)을 접속하는 제1 붐 유로(23a와, 제3 주조작 밸브(63)와 붐 실린더(23)의 로드측 공간(23L)을 접속하는 제2 붐 유로(23B)를 가진다.
유압 실린더(20)의 캡측 공간이란, 실린더 헤드 커버와 피스톤과의 사이의 공간이다. 유압 실린더(20)의 로드측 공간이란, 피스톤 로드가 배치되는 공간이다. 버킷 실린더(21)의 캡측 공간(21C)에 작동유가 공급되고, 버킷 실린더(21)가 신장되는 것에 의해, 버킷(11)은 굴삭 동작한다. 버킷 실린더(21)의 로드측 공간(21L)에 작동유가 공급되고, 버킷 실린더(21)가 축퇴(縮退)함으로써, 버킷(11)은 덤프 동작한다.
암 실린더(22)의 캡측 공간(22C)에 작동유가 공급되고, 암 실린더(22)가 신장되는 것에 의해, 암(12)은 굴삭 동작한다. 암 실린더(22)의 로드측 공간(22L)에 작동유가 공급되고, 암 실린더(22)가 축퇴함으로써, 암(12)은 덤프 동작한다.
붐 실린더(23)의 캡측 공간(23C)에 작동유가 공급되고, 붐 실린더(23)가 신장되는 것에 의해, 붐(13)은 상승 동작한다. 붐 실린더(23)의 로드측 공간(23L)에 작동유가 공급되고, 붐 실린더(23)가 축퇴함으로써, 붐(13)은 하강 동작한다.
조작 장치(5)의 조작에 의해, 작업기(1)가 동작한다. 실시형태에 있어서, 조작 장치(5)는, 운전석(6S)에 착석한 오퍼레이터의 우측에 배치되는 우측 조작 레버(5R)와, 좌측에 배치되는 좌측 조작 레버(5L)를 포함한다. 우측 조작 레버(5R)가 전후 방향으로 동작되면, 붐(13)은 하강 동작 또는 상승 동작한다. 우측 조작 레버(5R)가 좌우 방향(차폭 방향)으로 동작되면, 버킷(11)은 굴삭 동작 또는 덤프 동작한다. 좌측 조작 레버(5L)가 전후 방향으로 동작되면, 암(12)은 덤프 동작 또는 굴삭 동작한다. 좌측 조작 레버(5L)가 좌우 방향으로 동작되면, 상부 선회체(2)는 좌측 선회 또는 우측 선회한다. 좌측 조작 레버(5L)가 전후 방향으로 동작되었을 경우에 상부 선회체(2)가 우측 선회 또는 좌측 선회하고, 좌측 조작 레버(5L)가 좌우 방향으로 동작되었을 경우에 암(12)이 덤프 동작 또는 굴삭 동작해도 된다.
제1 유압 펌프(31)의 경사판(31A)은, 서보 기구(31B)에 의해 구동된다. 서보 기구(31B)는, 펌프 컨트롤러(19)로부터의 지령 신호에 기초하여 작동하여, 제1 유압 펌프(31)의 경사판(31A)의 경전 각도를 조정한다. 제1 유압 펌프(31)의 경사판(31A)의 경전 각도가 조정되는 것에 의해, 제1 유압 펌프(31)의 펌프 용량(cc/rev)이 조정된다. 마찬가지로, 제2 유압 펌프(32)의 경사판(32A)은, 서보 기구(32B)에 의해 구동된다. 제2 유압 펌프(32)의 경사판(32A)의 경전 각도가 조정되는 것에 의해, 제2 유압 펌프(32)의 펌프 용량(cc/rev)이 조정된다.
제1 주조작 밸브(61)는, 제1 유압 펌프(31)로부터 버킷 실린더(21)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량을 조정하는 방향 제어 밸브이다. 제2 주조작 밸브(62)는, 제1 유압 펌프(31)로부터 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량을 조정하는 방향 제어 밸브이다. 제3 주조작 밸브(63)는, 제2 유압 펌프(32)로부터 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량을 조정하는 방향 제어 밸브이다.
제1 주조작 밸브(61)는, 슬라이딩 스풀(sliding spool) 방식의 방향 제어 밸브이다. 제1 주조작 밸브(61)의 스풀은, 버킷 실린더(21)에 대한 작동유의 공급을 정지하여 버킷 실린더(21)를 정지시키는 정지(停止) 위치 PT0와, 캡측 공간(21C)에 작동유가 공급되도록 제1 분기 유로(47)와 제1 버킷 유로(21A)를 접속하여 버킷 실린더(21)를 신장시키는 제1 위치 PT1과, 로드측 공간(21L)에 작동유가 공급되도록 제3 분기 유로(49)와 제2 버킷 유로(21B)를 접속하여 버킷 실린더(21)를 축퇴시키는 제2 위치 PT2를 이동할 수 있다. 버킷 실린더(21)가 정지 상태, 신장(伸長) 상태, 및 축퇴 상태 중 적어도 하나로 되도록, 제1 주조작 밸브(61)가 조작된다.
제2 주조작 밸브(62)는, 제1 주조작 밸브(61)와 동등한 구조이다. 제2 주조작 밸브(62)의 스풀은, 암 실린더(22)에 대한 작동유의 공급을 정지하여 암 실린더(22)를 정지시키는 정지 위치와, 캡측 공간(22C)에 작동유가 공급되도록 제4 분기 유로(50)와 제2 암 유로(22B)를 접속하여 암 실린더(22)를 신장시키는 제2 위치와, 로드측 공간(22L)에 작동유가 공급되도록 제2 분기 유로(48)와 제1 암 유로(22A)를 접속하여 암 실린더(22)를 축퇴시키는 제1 위치를 이동할 수 있다. 암 실린더(22)가 정지 상태, 신장 상태, 및 축퇴 상태 중 적어도 하나로 되도록, 제2 주조작 밸브(62)가 조작된다.
제3 주조작 밸브(63)는, 제1 주조작 밸브(61)와 동일한 구조이다. 제3 주조작 밸브(63)의 스풀은, 붐 실린더(23)에 대한 작동유의 공급을 정지하여 붐 실린더(23)를 정지시키는 정지 위치와, 캡측 공간(23C)에 작동유가 공급되도록 제5 분기 유로(51)와 제1 붐 유로(23A)를 접속하여 붐 실린더(23)를 신장시키는 제1 위치와, 로드측 공간(23L)에 작동유가 공급되도록 제6 분기 유로(52)와 제2 붐 유로(23B)를 접속하여 붐 실린더(23)를 축퇴시키는 제2 위치를 이동할 수 있다. 붐 실린더(23)가 정지 상태, 신장 상태, 및 축퇴 상태 중 적어도 하나로 되도록, 제3 주조작 밸브(63)가 조작된다.
제1 주조작 밸브(61)는, 조작 장치(5)에 의해 조작된다. 조작 장치(5)가 조작되는 것에 의해 파일럿압이 제1 주조작 밸브(61)에 작용하고, 제1 주조작 밸브(61)로부터 버킷 실린더(21)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량이 결정된다. 버킷 실린더(21)에 공급되는 작동유의 방향에 대응하는 이동 방향으로 버킷 실린더(21)가 동작하고, 버킷 실린더(21)에 공급되는 작동유의 유량에 대응하는 실린더 속도로 버킷 실린더(21)가 동작한다.
마찬가지로, 제2 주조작 밸브(62)는, 조작 장치(5)에 의해 조작된다. 조작 장치(5)가 조작되는 것에 의해, 제2 주조작 밸브(62)로부터 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량이 결정된다. 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 방향에 대응하는 이동 방향으로 암 실린더(22)가 동작하고, 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 유량에 대응하는 실린더 속도로 암 실린더(22)가 동작한다.
마찬가지로, 제3 주조작 밸브(63)는, 조작 장치(5)에 의해 조작된다. 조작 장치(5)가 조작되는 것에 의해, 제3 주조작 밸브(63)로부터 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량이 결정된다. 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 방향에 대응하는 이동 방향으로 붐 실린더(23)가 작동하고, 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 유량에 대응하는 실린더 속도로 붐 실린더(23)가 동작한다.
버킷 실린더(21)가 동작함으로써, 버킷 실린더(21)의 이동 방향 및 실린더 속도에 기초하여 버킷(11)이 구동된다. 암 실린더(22)가 작동함으로써, 암 실린더(22)의 이동 방향 및 실린더 속도에 기초하여 암(12)이 구동된다. 붐 실린더(23)가 동작함으로써, 붐 실린더(23)의 이동 방향 및 실린더 속도에 기초하여 붐(13)이 구동된다.
버킷 실린더(21), 암 실린더(22), 및 붐 실린더(23)로부터 배출된 작동유는, 배출 유로(53)를 통하여, 탱크(54)로 배출된다.
제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)는, 합류 유로(55)에 의해 접속된다. 합류 유로(55)는, 제1 유압 펌프(31)와 제2 유압 펌프(32)를 접속하는 유로이다. 상세하게는, 합류 유로(55)는, 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)를 통하여 제1 유압 펌프(31)와 제2 유압 펌프(32)를 접속한다.
합류 유로(55)에는, 제1 합분류 밸브(67)가 설치된다. 제1 합분류 밸브(67)는, 합류 유로(55)에 설치되어 합류 유로(55)를 개폐하는 개폐 장치이다. 제1 합분류 밸브(67)는, 합류 유로(55)를 개폐함으로써, 제1 유압 펌프(31)와 제2 유압 펌프(32)가 접속되는 접속 상태와, 제1 유압 펌프(31)와 제2 유압 펌프(32)가 접속되지 않는 비접속 상태를 전환한다. 제1 유압 펌프(31)와 제2 유압 펌프(32)와의 접속 상태는, 합류 유로(55)가 개방되어 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)가 접속되고, 제1 유압 펌프(31)로부터 토출된 작동유와 제2 유압 펌프(32)로부터 토출된 작동유가 합류하는 합류 상태를 포함한다. 제1 유압 펌프(31)와 제2 유압 펌프(32)와의 비접속 상태는, 합류 유로(55)가 닫혀 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)가 분류되어 제1 유압 펌프(31)로부터 토출된 작동유와 제2 유압 펌프(32)로부터 토출된 작동유가 합류하지 않는 분류 상태(분리 상태)를 포함한다. 본 실시형태에 있어서, 제1 합분류 밸브(67)는, 전환 밸브가 사용되지만, 전환 밸브가 아니라도 된다.
합류 상태란, 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)가 합류 유로(55)를 통하여 접속되고, 제1 펌프 유로(41)로부터 토출된 작동유와 제2 펌프 유로(42)로부터 토출된 작동유가 제1 합분류 밸브(67)에 있어서 합류하는 상태를 말한다. 합류 상태는, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)의 양쪽으로부터 공급되는 작동유를 복수의 액추에이터, 즉 버킷 실린더(21), 암 실린더(22), 및 붐 실린더(23)에 공급하는 제1 상태이다.
분류 상태란, 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)를 접속하는 합류 유로(55)가 제1 합분류 밸브(67)에 의해 분리되고, 제1 펌프 유로(41)로부터 토출된 작동유와 제2 펌프 유로(42)로부터 토출된 작동유가 분리된 상태를 말한다. 분류 상태는, 제1 유압 펌프(31)로부터 작동유가 공급되는 액추에이터와 제2 유압 펌프(32)로부터 작동유가 공급되는 액추에이터가 상이한 제2 상태이다. 분류 상태에 있어서, 제1 유압 펌프(31)로부터 토출된 작동유가 버킷 실린더(21) 및 암 실린더(22)에 공급된다. 또한, 분류 상태에 있어서, 제2 유압 펌프(32)로부터 작동유가 붐 실린더(23)에 공급된다.
제1 합분류 밸브(67)의 스풀은, 합류 유로(55)를 개로(開路)하여 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)를 접속하는 합류 위치와, 합류 유로(55)를 폐로(閉路)하여 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)를 분리하는 분류 위치를 이동할 수 있다. 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)가 합류 상태 및 분류 상태 중 어느 한쪽으로 되도록, 제1 합분류 밸브(67)가 제어된다.
제1 합분류 밸브(67)가 밸브 폐쇄 상태로 되면, 합류 유로(55)가 폐쇄된다. 합류 유로(55)가 폐쇄된 분류 상태에 있어서, 제1 유압 펌프(31)로부터 토출된 작동유는, 1개 이상의 액추에이터가 속하는 제1 액추에이터군에 공급된다. 또한, 합류 유로(55)가 폐쇄된 분류 상태에 있어서, 제2 유압 펌프(32)로부터 토출된 작동유는, 제1 액추에이터군에 속하는 액추에이터와는 상이한, 1개 이상의 액추에이터가 속하는 제2 액추에이터군에 공급된다. 본 실시형태에 있어서, 제1 액추에이터군에는, 버킷 실린더(21), 암 실린더(22), 및 붐 실린더(23) 중, 버킷 실린더(21) 및 암 실린더(22)가 속한다. 제2 액추에이터군에는, 버킷 실린더(21), 암 실린더(22), 및 붐 실린더(23) 중, 붐 실린더(23)가 속한다.
제1 합분류 밸브(67)가 밸브 폐쇄 상태로 됨으로써 합류 유로(55)가 폐쇄되면, 제1 유압 펌프(31)가 토출한 작동유는, 제1 펌프 유로(41), 제1 주조작 밸브(61), 및 제2 주조작 밸브(62)를 통하여 버킷 실린더(21) 및 암 실린더(22)에 공급된다. 또한, 제2 유압 펌프(32)가 토출한 작동유는, 제2 펌프 유로(42), 및 제3 주조작 밸브(63)를 통하여 붐 실린더(23)에 공급된다.
제1 합분류 밸브(67)가 밸브 개방 상태로 되는 것에 의해 합류 유로(55)가 개방되면, 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)가 접속된다. 그 결과, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)로부터 토출된 작동유는, 제1 펌프 유로(41), 제2 펌프 유로(42), 제1 주조작 밸브(61), 제2 주조작 밸브(62), 및 제3 주조작 밸브(63)를 통하여, 버킷 실린더(21), 암 실린더(22), 및 붐 실린더(23)에 공급된다.
제1 합분류 밸브(67)는, 전술한 펌프 컨트롤러(19)에 의해 제어된다. 펌프 컨트롤러(10)는, 제1 합분류 밸브(67)를 제어하여, 합류 유로(55)가 폐쇄되는 분류 상태와 합류 유로(55)가 개방되어 접속 상태를 전환한다. 본 실시형태에 있어서, 펌프 컨트롤러(19)는, 작업기(1)의 조작 상태와, 유압 실린더(20)의 부하에 기초하여, 각각의 유압 실린더(20)에 배분되는 작동유의 배분 유량을 구하고, 얻어진 배분 유량에 기초하여 제1 합분류 밸브(67)를 동작시키는 제어 장치이다. 펌프 컨트롤러(19)의 상세한 것에 대해서는 후술한다.
유압 회로(40)는, 제2 합분류 밸브(68)를 가진다. 제2 합분류 밸브(68)는, 제1 주조작 밸브(61)와 제2 주조작 밸브(62)와의 사이에 설치된 셔틀 밸브(80)와 접속된다. 제1 주조작 밸브(61)와 제2 주조작 밸브(62)와의 최대 압력이 셔틀 밸브(80)에 의해 선택되고 제2 합분류 밸브(68)에 출력된다. 또한, 제2 합분류 밸브(68)와 제3 주조작 밸브(63)와의 사이에 셔틀 밸브(80)가 접속된다.
제2 합분류 밸브(68)는, 셔틀 밸브(80)에 의해, 버킷 실린더(21)를 나타내는 제1 축, 암 실린더(22)를 나타낸 제2 축, 및 붐 실린더(23)를 나타내는 제3 축의 각 축에 공급되는 작동유를 감압한 로드 센싱압(LS압)의 최대 압력을 선택한다. 로드 센싱압이란, 압력 보상에 사용되는 파일럿 유압이다. 제2 합분류 밸브(68)가 합류 상태일 때는, 제1 축으로부터 제3 축의 최대 LS압이 선택되고, 제1 축으로부터 제3 축 각각의 압력 보상 밸브(70)와 제1 유압 펌프(31)의 서보 기구(31B) 및 제2 유압 펌프(32)의 서보 기구(32B)에 공급된다. 한편, 제2 합분류 밸브(68)가 분류 상태일 때는, 제1 축과 제2 축과의 최대 LS압이 제1 축과 제2 축의 압력 보상 밸브(70)와 제1 유압 펌프(31)의 서보 기구(31B)에 공급되고, 제3 축의 LS압이 제3 축의 압력 보상 밸브(70)와 제2 유압 펌프(32)의 서보 기구(32B)에 공급된다.
셔틀 밸브(80)는, 제1 주조작 밸브(61), 제2 주조작 밸브(62), 및 제3 주조작 밸브(63)로부터 출력된 파일럿 유압 중, 최대값을 나타내는 파일럿 유압을 선택한다. 선택된 파일럿 유압은, 압력 보상 밸브(70)와, 유압 펌프(30)[31, 32]의 서보 기구(31B, 32B)에 공급된다.
[압력 센서]
제1 버킷 유로(21A)에는, 압력 센서(81C)가 장착된다. 제2 버킷 유로(21B)에는, 압력 센서(81L)가 장착된다. 압력 센서(81C)는, 버킷 실린더(21)의 캡측 공간(21C) 내의 압력을 검출한다. 압력 센서(81L)는, 버킷 실린더(21)의 로드측 공간(21L) 내의 압력을 검출한다.
제1 암 유로(22A)에는, 압력 센서(82C)가 장착된다. 제2 암 유로(22B)에는, 압력 센서(82L)가 장착된다. 압력 센서(82C)는, 암 실린더(22)의 캡측 공간(22C) 내의 압력을 검출한다. 압력 센서(82L)는, 암 실린더(22)의 로드측 공간(22L) 내의 압력을 검출한다.
제1 붐 유로(23A)에는, 압력 센서(83C)가 장착된다. 제2 붐 유로(23B)에는, 압력 센서(83L)가 장착된다. 압력 센서(83C)는, 붐 실린더(23)의 캡측 공간(23C) 내의 압력을 검출한다. 압력 센서(83L)는, 붐 실린더(23)의 로드측 공간(21L) 내의 압력을 검출한다.
제1 유압 펌프(31)의 토출구(吐出口) 측, 상세하게는 제1 유압 펌프(31)와 제1 펌프 유로(41)와의 사이에는, 압력 센서(84)가 장착된다. 압력 센서(84)는, 제1 유압 펌프(31)가 토출하는 작동유의 압력을 검출한다. 제2 유압 펌프(32)의 토출구 측, 상세하게는 제2 유압 펌프(32)와 제2 펌프 유로(42)와의 사이에는, 압력 센서(85)가 장착된다. 압력 센서(85)는, 제2 유압 펌프(32)가 토출하는 작동유의 압력을 검출한다. 각각의 압력 센서에 의해 검출된 검출값은, 펌프 컨트롤러(19)에 출력된다.
[압력 보상 밸브]
유압 회로(40)는, 압력 보상 밸브(70)를 가진다. 압력 보상 밸브(70)는, 연통과 흐름 조절과 차단을 선택하기 위한 선택 포트를 구비한다. 압력 보상 밸브(70)는, 자기압(自己壓)과 차단과, 흐름 조절과, 연통과의 전환을 가능하게 하는, 흐름 조절 밸브를 포함한다. 압력 보상 밸브(70)는, 각 축의 부하압이 상이해도, 각 축의 미터링 개구 면적의 비율에 따라 유량 분배를 보상하는 것을 목적으로 하고 있다. 압력 보상 밸브(70)가 없는 경우, 저부하측의 축에 대부분의 작동유가 흘러버린다. 압력 보상 밸브(70)는, 저부하압의 축의 주조작 밸브(60)의 출구 압력이, 최대 부하압의 축의 주조작 밸브(60)의 출구 압력과 동등하게 되도록, 저부하압의 축에 압력 손실을 작용시킴으로써, 각각의 주조작 밸브(60)의 출구 압력이 동일해지므로, 유량 분배의 기능을 실현한다.
압력 보상 밸브(70)는, 제1 주조작 밸브(61)에 접속되는 압력 보상 밸브(71) 및 압력 보상 밸브(72)와, 제2 주조작 밸브(62)에 접속되는 압력 보상 밸브(73) 및 압력 보상 밸브(74)와, 제3 주조작 밸브(63)에 접속되는 압력 보상 밸브(75) 및 압력 보상 밸브(76)를 포함한다.
압력 보상 밸브(71)는, 캡측 공간(21C)에 작동유가 공급되도록 제1 분기 유로(47)와 제1 버킷 유로(21A)가 접속된 상태에 있어서 제1 주조작 밸브(61)의 전후 차압(差壓)(미터링 차압)을 보상한다. 압력 보상 밸브(72)는, 로드측 공간(21L)에 작동유가 공급되도록 제3 분기 유로(49)와 제2 버킷 유로(21B)가 접속된 상태에 있어서 제1 주조작 밸브(61)의 전후 차압(미터링 차압)을 보상한다.
압력 보상 밸브(73)는, 로드측 공간(22L)에 작동유가 공급되도록 제2 분기 유로(48)와 제1 암 유로(22A)가 접속된 상태에 있어서 제2 주조작 밸브(62)의 전후 차압(미터링 차압)을 보상한다. 압력 보상 밸브(74)는, 캡측 공간(22C)에 작동유가 공급되도록 제4 분기 유로(50)와 제2 암 유로(22B)가 접속된 상태에 있어서 제2 주조작 밸브(62)의 전후 차압(미터링 차압)을 보상한다.
그리고, 주조작 밸브의 전후 차압(미터링 차압)이란, 주조작 밸브의 유압 펌프 측에 대응하는 입구 포트의 압력과, 유압 실린더 측에 대응하는 출구 포트의 압력과의 차이를 말하며, 유량을 계측(metering)하기 위한 차압이다.
압력 보상 밸브(70)에 의해, 버킷 실린더(21) 및 암 실린더(22)의 한쪽의 유압 실린더(20)에 경부하가 작용하고, 다른 쪽의 유압 실린더(20)에 고부하가 작용한 경우에도, 버킷 실린더(21) 및 암 실린더(22)의 각각에, 조작 장치(5)의 조작량에 따른 유량으로 작동유를 분배할 수 있다.
압력 보상 밸브(70)는, 복수의 유압 실린더(20)의 부하에 의하지 않고, 조작에 기초한 유량을 공급 가능하게 한다. 예를 들면, 버킷 실린더(21)에 고부하가 작용하고, 암 실린더(22)에 경부하가 작용하는 경우, 경부하 측에 배치된 압력 보상 밸브(70)[73, 74]는, 제1 주조작 밸브(61)로부터 버킷 실린더(21)에 작동유가 공급되어 발생하는 미터링 차압 ΔP1에 관계없이, 제2 주조작 밸브(62)로부터 암 실린더(22)에 작동유가 공급될 때, 제2 주조작 밸브(62)의 조작량에 기초한 유량이 공급되도록, 경부하 측인 암 실린더(22) 측의 미터링 차압 ΔP2가 버킷 실린더(21) 측의 미터링 차압 ΔP1과 대략 동일한 압력으로 되도록 보상한다.
암 실린더(22)에 고부하가 작용하고, 버킷 실린더(21)에 경부하가 작용하는 경우, 경부하 측에 배치된 압력 보상 밸브(70)[71, 72]는, 제2 주조작 밸브(62)로부터 암 실린더(22)에 작동유가 공급되어 발생하는 미터링 차압 ΔP2에 관계없이, 제1 주조작 밸브(61)로부터 버킷 실린더(21)에 작동유가 공급될 때, 제1 주조작 밸브(61)의 조작량에 기초한 유량이 공급되도록, 경부하 측의 미터링 차압 ΔP1을 보상한다.
[언로드 밸브]
유압 회로(40)는, 언로드 밸브(90)를 가진다. 유압 회로(40)에 있어서는, 유압 실린더(20)를 구동하지 않을 때에 있어서도, 유압 펌프(30)로부터는 최소 용량에 상당하는 유량의 작동유가 토출된다. 유압 실린더(20)를 구동하지 않을 때 있어서 유압 펌프(30)로부터 토출된 작동유는, 언로드 밸브(90)를 통하여 배출(언로드)된다.
[펌프 컨트롤러]
도 4는, 본 실시형태에 관한 펌프 컨트롤러(19)의 기능 블록도이다. 펌프 컨트롤러(19)는, 처리부(19C)와, 기억부(19M)와, 입출력부(19IO)를 가진다. 처리부(19C)는 프로세서이며, 기억부(19M)는 기억 장치이며, 입출력부(19IO)는 입출력 인터페이스 장치이다. 처리부(19C)는, 배분 유량 연산부(19Ca)와, 결정부(19Cb)와, 제어부(19Cc)와, 조작 상태 판정부(19Cd)를 포함한다. 기억부(19M)는, 처리부(19C)가 처리를 실행할 때의 일시 기억부로서도 사용된다.
배분 유량 연산부(19Ca)는, 버킷 실린더(21), 암 실린더(22), 및 붐 실린더(23)에 배분되는 작동유의 유량인 배분 유량 Q(Qbk, Qa, Qb)를 구한다. 결정부(19Cb)는, 배분 유량 연산부(19Ca)에 의해 구해진 배분 유량 Q에 기초하여, 제1 합분류 밸브(67)를 개방할 것인지의 여부를 결정한다. 제어부(19Cc)는, 제1 합분류 밸브(67)를 개폐하는 지령 신호를 출력한다. 조작 상태 판정부(19Cd)는, 조작 장치(5)에 주어진 입력을 사용하여, 작업기(1)의 조작 상태를 판정한다.
프로세서인 처리부(19C)는, 배분 유량 연산부(19Ca), 결정부(19Cb), 제어부(19Cc), 및 조작 상태 판정부(19Cd)의 기능을 실현하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기억부(19M)로부터 판독하여 실행한다. 이 처리에 의해, 배분 유량 연산부(19Ca), 결정부(19Cb), 제어부(19Cc), 및 조작 상태 판정부(19Cd)의 기능이 실현된다. 이들 기능은, 단일 회로, 복합 회로, 프로그램화된 프로세서, 병렬 프로그램화된 프로세서, ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Progra㎜able Gate Array), 또는 이들을 조합한 처리 회로에 의해 실현되어도 된다.
입출력부(19IO)에는, 압력 센서(81C, 81L, 82C, 82L, 83C, 83L, 84, 85, 86, 87, 88)와, 제1 합분류 밸브(67)가 접속된다. 압력 센서(86, 87, 88)는, 조작량 검출부(28)가 가지는 압력 센서이다. 압력 센서(86)는, 버킷(11)을 조작하기 위한 입력이 조작 장치(5)에 주어진 경우의 파일럿 유압을 검출한다. 압력 센서(87)는, 암(12)을 조작하기 위한 조작 장치(5)에 주어진 경우의 파일럿 유압을 검출한다. 압력 센서(88)는, 붐(13)을 조작하기 위한 입력이 조작 장치(5)에 주어진 경우의 파일럿 유압을 검출한다.
펌프 컨트롤러(19), 상세하게는 처리부(19C)는, 입출력부(19IO)로부터 압력 센서(81C, 81L, 82C, 82L, 83C, 83L, 84, 85, 86, 87, 88)의 검출값을 취득하여, 제1 합분류 밸브(67)를 개폐하는 제어, 즉 분류 상태와 합류 상태를 전환하는 제어에 사용한다. 다음에, 제1 합분류 밸브(67)를 개폐하는 제어에 대하여 설명한다.
[제1 합분류 밸브(67)를 개폐하는 제어]
펌프 컨트롤러(19)는, 조작 장치(5)의 압력 센서(86, 87, 88)의 검출값에 기초하여, 작업기(1)의 조작 상태를 구한다. 또한, 펌프 컨트롤러(19)는, 압력 센서(81C, 81L, 82C, 82L, 83C, 83L)의 검출값으로부터, 버킷 실린더(21), 암 실린더(22), 및 붐 실린더(23)에 배분되는 작동유의 배분 유량 Q를 구한다.
펌프 컨트롤러(19)는, 구한 배분 유량 Q와, 제1 합분류 밸브(67)를 동작시킬 것인지의 여부를 결정할 때 사용되는 작동유의 유량의 임계값 Qs를 비교하여, 배분 유량 Q가 임계값 Qs 이하일 경우, 제1 합분류 밸브(67)를 폐쇄하여, 분류 상태로 한다. 펌프 컨트롤러(19)는, 구한 배분 유량 Q가 임계값 Qs보다 클 경우, 제1 합분류 밸브(67)를 개방하여 합류 상태로 한다. 임계값 Qs는, 제1 유압 펌프(31)가 1대로 공급할 수 있는 작동유의 유량 또는 제2 유압 펌프(32)가 1대로 공급할 수 있는 작동유의 유량에 기초하여 정해진다.
배분 유량을 Q로 하면, 배분 유량은 식(1)에 의해 구할 수 있다. 식(1) 중의 Qd는 요구 유량, PP는 유압 펌프(30)가 토출하는 작동유의 압력, LA는 유압 실린더(20)의 부하, ΔPL은 설정 차압이다. 실시형태에 있어서, 제1 주조작 밸브(61), 제2 주조작 밸브(62) 및 제3 주조작 밸브(63)는, 입구측과 출구측과의 차압이 일정하게 되도록 한다. 이 차압이 설정 차압 ΔPL이며, 제1 주조작 밸브(61), 제2 주조작 밸브(62) 및 제3 주조작 밸브(63)마다 미리 설정되어, 펌프 컨트롤러(19)의 기억부(19M)에 기억되어 있다.
Q= Qd×√{(PP-LA)/ΔPL} …(1)
배분 유량 Q는, 각각의 유압 실린더(20), 즉 버킷 실린더(21), 암 실린더(22), 및 붐 실린더(23)마다 구해진다. 버킷 실린더(21)의 배분 유량을 Qbk, 암 실린더(22)의 배분 유량을 Qa, 붐 실린더(23)의 배분 유량을 Qb로 하면, 배분 유량 Qbk, Qa 및 Qb는, 식(2)로부터 식(4)에 의해 구해진다.
Qbk= Qdbk×√{(PP-LAbk)/ΔPL} …(2)
Qa= Qda×√{(PP-LAa)/ΔPL} …(3)
Qb= Qdb×√{(PP-LAb)/ΔPL} …(4)
식(2)의 Qdbk는 버킷 실린더(21)의 요구 유량, LAbk는 버킷 실린더(21)의 부하이다. 식(3)의 Qda는 암 실린더(22)의 요구 유량, LAa는 암 실린더(22)의 부하이다. 식(4)의 Qdb는 붐 실린더(23)의 요구 유량, LAb는 붐 실린더(23)의 부하이다. 설정 차압 PL은, 버킷 실린더(21)에 작동유를 급배유(給排油)하는 제1 주조작 밸브(61)와, 암 실린더(22)에 작동유를 급배유하는 제2 주조작 밸브(62)와, 붐 실린더(23)에 작동유를 급배유하는 제3 주조작 밸브(63)에서, 모두 같은 값이 사용된다. 설정 차압 PL은, 버킷 실린더(21)에 작동유를 급배유하는 제1 주조작 밸브(61)의 설정 차압, 암 실린더(22)에 작동유를 급배유하는 제2 주조작 밸브(62)의 설정 차압, 붐 실린더(23)에 작동유를 급배유하는 제3 주조작 밸브(63)의 설정 차압으로서, 모두 같은 값이 사용된다.
요구 유량 Qdbk, Qda, Qdb는, 조작 장치(5)의 조작량 검출부(28)가 가지는 압력 센서(86, 87, 88)에 의해 검출된 파일럿 유압에 기초하여 구해진다. 압력 센서(86, 87, 88)에 의해 검출된 파일럿 유압은, 작업기(1)의 조작 상태에 대응하고 있다. 배분 유량 연산부(19Ca)는, 파일럿 유압을 주조작 밸브(60)의 스풀 스트로크로 변환하여, 얻어진 스풀 스트로크로부터, 요구 유량 Qdbk, Qda, Qdb를 구한다. 파일럿 유압과 주조작 밸브(60)의 스풀 스트로크와의 관계, 및 주조작 밸브(60)의 스풀 스트로크와 요구 유량 Qdbk, Qda, Qdb와의 관계는, 각각 변환 테이블에 기술(記述)된다. 변환 테이블은, 기억부(19M)에 기억된다. 이와 같이, 요구 유량 Qdbk, Qda, Qdb는, 작업기(1)의 조작 상태에 기초하여 구해진다.
배분 유량 연산부(19Ca)는, 버킷(11)의 조작에 대응한 파일럿 유압을 검출하는 압력 센서(86)의 검출값을 취득하고, 제1 주조작 밸브(61)의 스풀 스트로크로 변환한다. 그리고, 배분 유량 연산부(19Ca)는, 얻어진 스풀 스트로크로부터 버킷 실린더(21)의 요구 유량 Qdbk를 구한다.
배분 유량 연산부(19Ca)는, 암(12)의 조작에 대응한 파일럿 유압을 검출하는 압력 센서(87)의 검출값을 취득하고, 제2 주조작 밸브(62)의 스풀 스트로크로 변환한다. 그리고, 배분 유량 연산부(19Ca)는, 얻어진 스풀 스트로크로부터 암 실린더(22)의 요구 유량 Qda를 구한다.
배분 유량 연산부(19Ca)는, 붐(13)의 조작에 대응한 파일럿 유압을 검출하는 압력 센서(88)의 검출값을 취득하고, 제3 주조작 밸브(63)의 스풀 스트로크로 변환한다. 그리고, 배분 유량 연산부(19Ca)는, 얻어진 스풀 스트로크로부터 붐 실린더(23)의 요구 유량 Qdb를 구한다.
제1 주조작 밸브(61), 제2 주조작 밸브(62), 및 제3 주조작 밸브(63)의 스풀이 스트로크하는 방향을 따라서, 버킷(11), 암(12), 및 붐(13)이 동작하는 방향이 상이하다. 배분 유량 연산부(19Ca)는, 버킷(11), 암(12), 및 붐(13)이 동작하는 방향을 따라서, 부하 LA를 구할 때, 캡측 공간(21C, 22c, 23C)의 압력, 또는 로드측 공간(21L, 22L, 23L)의 압력 중 어느 것을 사용할 것인지를 선택한다. 예를 들면, 스풀 스트로크가 제1 방향인 경우, 배분 유량 연산부(19Ca)는, 캡측 공간(21C, 22c, 23C)의 압력을 검출하는 압력 센서(81C, 82c, 83C)의 검출값을 사용하여 부하 LAbk, LAa, LAb를 구한다. 스풀 스트로크가 제1 방향과는 반대 방향인 제2 방향인 경우, 배분 유량 연산부(19Ca)는, 로드측 공간(21L, 22L, 23L)의 압력을 검출하는 압력 센서(81L, 82L, 83L)의 검출값을 사용하여 부하 LA, LAa, LAb를 구한다. 실시형태에 있어서, 부하 LA, LAa, LAb는, 버킷 실린더(21)의 압력, 암 실린더(22)의 압력, 및 붐 실린더(23)의 압력이다.
식(1)로부터 식(4)에 있어서, 유압 펌프(30)가 토출하는 작동유의 압력 PP는 미지(未知)이다. 배분 유량 연산부(19Ca)는, 다음의 식(5)이 수속하도록 반복수 값 계산을 실행하고, 식(5)를 수속했을 때의 배분 유량 Qbk, Qa, Qb에 기초하여, 제1 합분류 밸브(67)를 동작시킨다.
Qlp= Qbk＋Qa＋Qb …(5)
Qlp는, 펌프 제한 유량이며, 펌프 최대 유량 Qmax와, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)의 목표로 하는 출력으로부터 정해지는 펌프 목표 유량 Qt와의 최소값이다. 펌프 최대 유량 Qmax는, 스로틀 다이얼(33)의 지시값으로부터 구해지는 유량으로부터, 전동 선회 모터(25)가 유압 선회 모터로 치환된 경우에 유압 선회 모터에 공급되는 작동유의 유량을 감산한 값이다. 유압 셔블(100)이 전동 선회 모터(25)를 가지지 않을 경우, 펌프 최대 유량 Qmax는, 스로틀 다이얼(33)의 지시값으로부터 구해지는 유량이 된다.
제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)의 목표로 하는 출력은, 엔진(26)의 목표로 하는 출력으로부터 유압 셔블(100)의 보조 기기의 출력을 감산한 값이다. 펌프 목표 유량 Qt는, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)의 목표로 하는 출력 및 펌프 압력으로부터 얻어지는 유량이다. 상세하게는, 펌프 압력은, 제1 유압 펌프(31)가 토출하는 작동유의 압력과, 제2 유압 펌프(32)가 토출하는 작동유의 압력 중, 큰 쪽이다.
배분 유량 Qbk, Qa, Qb를 얻어진 후, 펌프 컨트롤러(19)의 결정부(19Cb)는, 결정부(19Cb)는, 배분 유량 Qbk, Qa, Qb와 임계값 Qs라는 비교 결과에 기초하여, 합류 상태로 할 것인지 분류 상태로 할 것인지를 결정한다. 제어부(19Cc)는, 결정부(19Cb)가 결정된 합류 상태 또는 분류 상태에 기초하여, 제1 합분류 밸브(67)를 동작시킨다. 임계값 Qs는, 제1 유압 펌프(31)가 1대로 공급할 수 있는 작동유의 유량을 나타내는 제1 공급 유량 Qsf, 및 제2 유압 펌프(32)가 1대로 공급할 수 있는 작동유의 유량을 나타내는 제2 공급 유량 Qss에 기초하여 정해진다.
제1 유압 펌프(31)가 1대로 공급할 수 있는 작동유의 유량을 나타내는 제1 공급 유량 Qsf는, 제1 유압 펌프(31)의 최대 용량에, 스로틀 다이얼(33)의 지령값으로부터 정해지는 엔진(26)의 최대 회전수를 승산함으로써 구해진다. 제2 유압 펌프(32)가 1대로 공급할 수 있는 작동유의 유량을 나타내는 제2 공급 유량 Qss는, 제2 유압 펌프(32)의 최대 용량에, 스로틀 다이얼(33)의 지령값으로부터 정해지는 엔진(26)의 최대 회전수를 승산함으로써 구해진다. 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)는 엔진(26)의 출력 샤프트에 직결되어 있으므로, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)의 회전 속도는, 엔진(26)의 회전 속도와 같아진다. 본 실시형태에 있어서, 제1 합분류 밸브(67)를 동작시킬 것인지의 여부를 결정할 때 사용되는 작동유의 임계값 Qs는, 제1 공급 유량 Qsf 및 제2 공급 유량 Qss이다.
제1 유압 펌프(31)는, 버킷 실린더(21) 및 암 실린더(22)에 작동유를 공급한다. 따라서, 버킷 실린더(21)의 배분 유량 Qbk와 암 실린더(22)의 배분 유량 Qa와의 합이 제1 공급 유량 Qsf 이하이면, 제1 유압 펌프(31)는, 단독으로, 버킷 실린더(21) 및 암 실린더(22)에 작동유를 공급할 수 있다. 제2 유압 펌프(32)는, 붐 실린더(23)에 작동유를 공급한다. 따라서, 붐 실린더(23)의 배분 유량 Qb가 제2 공급 유량 Qss 이하이면, 제2 유압 펌프(32)는, 단독으로, 붐 실린더(23)에 작동유를 공급할 수 있다.
결정부(19Cb)는, 버킷 실린더(21)의 배분 유량 Qbk와 암 실린더(22)의 배분 유량 Qa와의 합이 제1 공급 유량 Qsf 이하, 또한 붐 실린더(23)의 배분 유량 Qb가 제2 공급 유량 Qss 이하일 경우에, 분류 상태로 한다. 이 경우, 결정부(19Cb)는, 제1 합분류 밸브(67)를 밸브를 폐쇄한다. 결정부(19Cb)는, 버킷 실린더(21)의 배분 유량 Qbk와 암 실린더(22)의 배분 유량 Qa와의 합이 제1 공급 유량 Qsf 이하가 아닌 경우, 또는 붐 실린더(23)의 배분 유량 Qb)가 제2 공급 유량 Qss 이하가 아닌 경우 중 어느 하나의 경우에, 합류 상태로 한다. 이 경우, 결정부(19Cb)는, 제1 합분류 밸브(67)를 밸브를 개방한다. 결정부(19Cb)에서의 분류와 합류의 전환의 판정은, 배분 유량 이외에 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)의 압력[압력 센서(84, 85)]의 차이에 기초하여 행해져도 된다.
도 5는, 펌프 및 유압 실린더의 유량, 펌프의 토출 압력, 및 레버 스트로크가 시간 t에 의해 변화하는 일례를 나타낸 도면이다. 도 5의 가로축은 시간 t이다. 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 유량의 추정값을 Qag, 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 유량의 추정값을 Qbg, 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 유량의 참값(true value)을 Qar, 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 유량의 참값을 Qbr이라고 한다. 추정값 Qag는, 펌프 컨트롤러(19)에 의해 구해진, 암 실린더(22)의 배분 유량 Qa이며, 추정값 Qbg는, 펌프 컨트롤러(19)에 의해 구해진, 붐 실린더(23)의 배분 유량 Qb이다.
유량 Qpf는 제1 유압 펌프(31)가 토출하는 작동유의 유량이며, 유량 Qps는 제2 유압 펌프(32)가 토출하는 작동유의 유량이다. 압력 Ppf는 제1 유압 펌프(31)가 토출하는 작동유의 압력이며, 압력 Pps는 제2 유압 펌프(32)가 토출하는 작동유의 압력이다. 압력 Pa는 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 압력이며, 압력 Pb는 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 압력이다. 레버 스트로크 Lvsa는, 암(12)을 조작하기 위해 조작 장치(5)를 조작했을 때의, 조작 레버의 스트로크이다. 레버 스트로크 Lvsb는, 붐(13)을 조작하기 위해 조작 장치(5)를 조작했을 때의, 조작 레버의 스트로크이다.
본 실시형태에 있어서, 펌프 컨트롤러(19)는, 작업기(1)의 조작 상태와, 작업기(1)를 구동시키는 액추에이터인 유압 실린더(20)의 부하에 기초하여, 각각의 유압 실린더(20)에 배분되는 작동유의 배분 유량 Q를 구한다. 그리고, 펌프 컨트롤러(19)는, 얻어진 배분 유량 Q와, 임계값 Qs에 기초하여, 합류 상태와 분류 상태를 전환한다. 본 실시형태에 있어서, 분류 상태로 할 수 있는 것은, 기간 PDP이다.
이에 대하여, 제1 유압 펌프(31)가 토출하는 작동유의 압력 Ppf 및 제2 유압 펌프(32)가 토출하는 작동유의 압력 Pps에 기초하여, 합류 상태와 분류 상태를 전환하는 방법이 있다. 이 방법은, 예를 들면, 압력 Ppf 및 Pps가 임계값 Ps 이상의 경우는 유압 실린더(20)에 필요한 작동유의 유량이 적어지므로, 분류 상태로 하고, 압력 Ppf 및 Pps가 임계값 Ps보다 작을 경우에는 유압 실린더(20)에 필요한 작동유의 유량이 커지므로, 합류 상태로 한다. 압력 Ppf 및 Pps로부터 유압 실린더(20)에 공급되는 작동유의 유량을 정확하게 추정하는 것은 곤란하므로, 임계값 Ps를 높게 할 필요가 있다. 이 경우, 분류 상태로 할 수 있는 것은, 기간 PDU이다.
분류 상태로 할 수 있는 기간 PDI는, 유압 실린더(20)에 공급되는 작동유의 유량의 참값 Qar 및 Qbr과, 임계값 Qs에 기초하여 얻어진 기간이다. 유압 실린더(20)에 공급되는 작동유의 유량의 참값 Qar 및 Qbr은 실제로 구할 수는 없지만 참값 Qar 및 Qbr에 기초한 기간 PDI는, 이론상 실현할 수 있는 가장 긴 기간이다.
도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 분류 상태로 할 수 있는 기간은, 압력 Ppf 및 Pps에 기초한 기간 PDU, 펌프 컨트롤러(19)를 포함하는 제어 시스템(9)에 의한 기간 PDP, 참값 Qar 및 Qbr에 기초한 기간 PDI의 순으로 길어진다. 이와 같이, 제어 시스템(9)은, 분류 상태로 할 수 있는 기간 PDP를, 이론상 실현할 수 있는 기간, 즉 유압 실린더(20)에 공급되는 작동유의 유량의 참값 Qar 및 Qbr에 기초한 기간 PDI에 근접시킬 수 있다. 그 결과, 제어 시스템(9)은, 분류 상태에서 구동 장치(4)를 동작시키는 기간을 길게 할 수 있으므로, 합류 상태에 있어서 고압의 작동유를 감압하여 붐 실린더(23)에 공급할 때의 압력 손실을 저감할 수 있는 기간이 길어진다.
[제어부(19Cc)의 처리]
제어부(19Cc)는, 제1 합분류 밸브(67)를 제어하여, 합류 유로(55)가 폐쇄되는 분류 상태와 합류 유로(55)가 개방되어 합류 상태를 전환한다. 분류 상태에 있어서는, 제1 유압 펌프(31)로부터 토출된 작동유는, 제1 액추에이터군의 암 실린더(22) 및 버킷 실린더(23)에 공급된다. 또한, 분류 상태에 있어서는, 제2 유압 펌프(32)로부터 토출된 작동유는, 제2 액추에이터군의 붐 실린더(23)에 공급된다.
제어부(19Cc)는, 복수의 유압 실린더(20)의 배분 유량 Q가 소정 공급 유량인 임계값 Qs 이하이며, 유압 실린더(20)의 로드측 공간의 압력과 캡측 공간의 압력과의 차이를 나타내는 구동압이 규정값 이하일 때, 제1 유압 펌프(31)와 제2 유압 펌프(32)가 접속 상태(합류 상태)로 되도록, 제1 합분류 밸브(67)를 제어한다.
[합류 상태와 분류 상태와의 전환에 기인하는 쇼크]
합류 상태와 분류 상태를 전환할 때, 유압 실린더(20)에 공급되는 작동유의 압력인 실린더압이 약간 변동된다. 실린더압이 변동하면, 오퍼레이터는 쇼크를 느낄 가능성이 있다. 예를 들면, 작업기(1)가 굴삭 대상물과 접촉하지 않고 공중에 존재하는 상황에 있어서는, 유압 실린더(20)의 로드측 공간의 압력과 캡측 공간의 압력과의 차이를 나타내는 구동압이 낮아진다. 구동압이 낮아지면, 구동압에 대한 실린더압의 압력 변동량은 상대적으로 커진다. 그 결과, 오퍼레이터는 쇼크를 쉽게 느끼게 된다.
도 6은, 합류 상태와 분류 상태와의 전환에 기인하는 쇼크를 설명하기 위한 도면으로서, 유압 실린더(20)의 로드측 공간의 압력 및 캡측 공간의 압력과 합류 상태 및 분류 상태와의 관계를 나타낸 도면이다. 이하의 설명에 있어서는, 유압 실린더(20) 중 암 실린더(22)의 로드측 공간(22L)의 압력 및 캡측 공간(22C)의 압력을 예로 들어 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 로드측 공간(22L)의 압력을 적절히, 헤드압이라고 하고, 캡측 공간(22C)의 압력을 적절히, 보텀압이라고 한다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 보텀압과 헤드압과의 차이를 적절히, 구동압이라고 한다.
보텀압이 헤드압보다 높은 경우, 암 실린더(22)는 신장하고, 보텀압이 헤드압보다 낮은 경우, 암 실린더(22)는 축퇴한다.
도 6에 나타낸 기간 Ta에 있어서는, 보텀압은 헤드압보다 높고, 보텀압과 헤드압과의 차이는 크다. 기간 Tb에 있어서는, 보텀압과 헤드압과의 차이는 작다. 그리고, 기간 Ta와 같은 보텀압과 헤드압과의 차이가 큰 상황은, 작업기(1)가 굴삭 작업하고 있는 상황이 예시된다. 기간 Tb와 같은 보텀압과 헤드압과의 차이가 작은 상황은, 작업기(1)가 굴삭 대상물과 접촉하지 않고 공중에 존재하는 상황이 예시된다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 합류 상태 및 분류 상태의 한쪽으로부터 다른 쪽으로 전환될 때, 보텀압이 약간 변동되는 현상이 발생한다. 보텀압의 압력 변동에 의해, 오퍼레이터가 쇼크를 느낄 가능성이 있다.
기간 Ta에 있어서는, 보텀압과 헤드압과의 차이를 나타내는 구동압이 크다. 그러므로, 보텀압의 압력 변동이 생겨도, 구동압에 대한 보텀압의 압력 변동량은 상대적으로 작다. 따라서, 오퍼레이터는 쇼크를 쉽게 느끼지 않는다. 한편, 기간 Tb에 있어서는, 보텀압과 헤드압과의 차이를 나타내는 구동압이 작다. 그러므로, 보텀압의 압력 변동이 생긴 경우, 구동압에 대한 보텀압의 압력 변동량은 상대적으로 크다. 따라서, 오퍼레이터는 쇼크를 느끼기 쉽다.
그래서, 본 실시형태에 있어서는, 제어부(19Cc)는, 분리가 가능한 유압 실린더(20)의 배분 유량 Q(배분 유량 Qbk, Qa, Qb)가 소정 공급 유량인 임계값 Qs(Qsf, Qss) 이하일 경우라도, 유압 실린더(20)의 로드측 공간의 압력과 캡측 공간의 압력과의 차이를 나타내는 구동압이 규정값 이하일 때는, 합류 상태(접속 상태)로 되도록, 제1 합분류 밸브(67)를 제어한다. 본 실시형태에 있어서, 제어부(19Cc)는, 합류 상태에 있어서, 보텀압과 헤드압과의 차이가 큰 상태로부터 작은 상태로 변화될 때, 제어부(19Cc)는, 합류 상태를 유지한다. 보텀압과 헤드압과의 차이가 큰 상태는, 암 실린더(22)가 굴삭 상태인 경우가 많다. 보텀압과 헤드압과의 차이가 작은 상태는, 암 실린더(22)가 비굴삭 상태인 경우가 많다. 결정부(19Cb)는, 암용 레버의 조작의 유무에 기초하여, 암(12)의 동작 상태를 판정 가능하다. 결정부(19Cb)는, 암(12)의 동작 상태에 기초하여, 합류 상태(접속 상태) 및 분류 상태(비접속 상태) 중 어느 한쪽을 결정한다. 본 실시형태에 있어서, 분리 가능한 것으로 판정되는 상황에 있어서 암 실린더(22)가 굴삭 상태로부터 비굴삭 상태로 변화되는 경우에는, 결정부(19Cb)는 합류 상태를 유지하는 판정을 행하고, 이 판정에 기초하여 제어부(19Cc)는 제1 합분류 밸브(67)를 제어한다.
[제어 방법]
다음에, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)의 제어 방법에 대하여 설명한다. 도 7은, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)의 제어 방법의 일례를 나타낸 플로우차트이다. 본 실시형태에 관한 제어 방법은, 작업기(1)의 조작 상태와, 작업기(1)를 구동시키는 액추에이터인 유압 실린더(20)의 부하에 기초하여, 각각의 유압 실린더(20)에 배분되는 작동유의 배분 유량 Q를 구하고, 얻어진 배분 유량 Q와 소정 공급 유량을 나타내는 임계값 Qs에 기초하여, 합류 상태와 분류 상태를 전환한다. 본 실시형태에 관한 제어 방법은, 제어 시스템(9), 상세하게는 펌프 컨트롤러(19)에 의해 실현된다.
펌프 컨트롤러(19)의 배분 유량 연산부(19Ca)는, 배분 유량 Qbk, Qa, Qb를 구한다(스텝 S101).
펌프 컨트롤러(19)의 결정부(19Cb)는, 분류 상태로 하는 조건이 성립했는지의 여부를 판정한다. 결정부(19Cb)는, 배분 유량 Q가 임계값 Qs 이하일 경우 분류 가능한 상태에 있는지를 판정한다(스텝 S102).
스텝 S102에서, 배분 유량 Q가 임계값 Qs 이하이며 분류 상태로 하는 조건이 성립된 것으로 판정된 경우(스텝 S102, Yes), 결정부(19Cb)는, 또한 유압 실린더(20)의 로드측 공간의 압력과 캡측 공간의 압력과의 차이를 나타내는 구동압이 규정값 이하인지의 여부를 판정한다(스텝 S103).
스텝 S103에서, 구동압이 규정값 이하가 아닌 것으로 판정된 경우(스텝 S103: No), 결정부(19Cb)는, 합분류 상태를 분류 상태로 결정한다. 결정부(19Cb)에 있어서 분류 상태로 하는 것이 결정된 경우, 제어부(19Cc)는, 제1 합분류 밸브(67)를 폐쇄하여, 분류 상태로 설정한다(스텝 S104). 이 처리에 의해, 구동 장치(4)는, 분류 상태로 동작한다.
스텝 S102에서, 분류 상태로 하는 조건이 성립하지 않는 것으로 판정된 경우(스텝 S102: No), 결정부(19Cb)는, 합분류 상태를 합류 상태로 결정한다. 결정부(19Cb)에 있어서 합류 상태로 하는 것이 결정된 경우, 제어부(19Cc)는, 제1 합분류 밸브(67)를 개방하여, 합류 상태로 설정한다(스텝 S105). 이 처리에 의해, 구동 장치(4)는, 합류 상태로 동작한다.
또한, 스텝 S103에서, 구동압이 규정값 이하인 것으로 판정된 경우(스텝 S103: Yes), 결정부(19Cb)는, 합분류 상태를 합류 상태로 결정한다. 즉, 본 실시형태에 있어서는, 결정부(19Cb)는, 배분 유량 Q와 임계값 Qs에 기초하여 분류 상태로 하는 것으로 판정된 경우에도, 구동압이 규정값 이하이면, 합류 상태로 하는 것을 결정한다. 결정부(19Cb)에 있어서 합류 상태로 하는 것이 결정된 경우, 제어부(19Cc)는, 제1 합분류 밸브(67)를 개방하여, 합류 상태로 설정한다(스텝 S105). 이 처리에 의해, 구동 장치(4)는, 합류 상태로 동작한다.
도 8은, 본 실시형태에 관한 암 실린더(22)의 로드측 공간(22L)의 압력 및 캡측 공간(22C)의 압력과 합류 상태 및 분류 상태와의 관계를 나타낸 도면이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 기간 Ta에 있어서는, 보텀압은 헤드압보다도 높고, 보텀압과 헤드압과의 차이는 크다. 기간 Ta에 있어서는, 암 실린더(22)는 굴삭 상태이다.
굴삭 상태로부터 비굴삭 상태로 변화하는 기간 Tb에 있어서, 보텀압과 헤드압과의 차이는 서서히 작아진다. 합류 상태에 있어서, 보텀압과 헤드압과의 차이를 나타내는 구동압이 규정값 이상으로부터 규정값 이하로 저하될 때, 제어부(19Cc)는, 합류 상태가 유지되도록 제1 합분류 밸브(67)를 제어한다. 따라서, 기간 Tb에 있어서도 합류 상태가 유지된다.
보텀압과 헤드압과의 차이는, 압력 센서(81C)의 검출값 및 압력 센서(81L)의 검출값으로부터 도출된다. 그리고, 본 실시형태에 있어서는, 구동압은, [보텀압-(헤드압×실린더 헤드 면적×실린더 보텀 면적)]에 기초한 연산이 실시되는 것에 의해 도출된다. 합류 상태를 유지하기 위한 규정값은, 임의로 정해진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 제1 유압 펌프(31)와 제2 유압 펌프(32)를 접속하는 합류 유로(55)가 제1 합분류 밸브(67)에 의해 분류 상태와 합류 상태로 전환된다. 제어부(19Cc)는, 합류 상태에 있어서, 유압 실린더(20)의 로드측 공간의 압력과 캡측 공간의 압력과의 차이를 나타내는 구동압이 규정값 이하로 저하될 때, 합류 상태가 유지되도록 제1 합분류 밸브(67)를 제어한다. 이로써, 합류 상태와 분류 상태와의 전환에 기인하여 오퍼레이터가 쇼크를 느끼는 것이 억제된다.
예를 들면, 기간 Ta와 같이 구동압이 클 경우, 전술한 바와 같이, 보텀압의 압력 변동이 생겨도, 구동압에 대한 보텀압의 압력 변동량은 상대적으로 작으므로, 오퍼레이터는 쇼크를 쉽게 느끼지 않는다. 기간 Tb와 같이 구동압이 작을 경우, 보텀압의 압력 변동이 생기면, 구동압에 대한 보텀압의 압력 변동량은 상대적으로 크기 때문에, 오퍼레이터는 쇼크를 느끼기 쉽다. 본 실시형태에 있어서는, 구동압이 작을 경우에 있어서, 합류 상태로부터 분류 상태로의 전환을 제한하고, 합류 상태를 유지한다. 따라서, 오퍼레이터가 쇼크를 느끼는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 유압 실린더(20)의 배분 유량 Q가 임계값 Qs 이하라도, 구동압이 임계값이면, 결정부(19Cb)는, 합류 상태로 하는 것을 결정한다. 따라서, 배분 유량 Q가 임계값 Qs 이하라도, 오퍼레이터가 쇼크를 느끼는 것을 억제할 수 있다.
전술한 제어는, 특히 암 실린더(22)에 대하여 실시되는 것이 효과적이다. 암 실린더(22)가 굴삭 상태로부터 비굴삭 상태로 변화될 때, 암 실린더(22)의 구동압의 변화는 크다. 그러므로, 암 실린더(22)에 대하여 전술한 제어가 실시되는 것에 의해, 오퍼레이터가 쇼크를 느끼는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
그리고, 본 실시형태에 있어서는, 구동 장치(4)[유압 회로(40)]가 유압 셔블(100)에 적용되는 것으로 하였다. 구동 장치(4)가 적용되는 대상은, 유압 셔블에 한정되지 않고, 유압 셔블 이외의 유압 구동의 작업 기계에 널리 적용 가능하다.
그리고, 본 실시형태에 있어서, 작업 기계인 유압 셔블(100)은 하이브리드 방식이지만, 작업 기계는 하이브리드 방식이 아니라도 된다. 그리고, 본 실시형태에 있어서, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)는 경사판식의 펌프이지만, 이에 한정되지는 않는다. 그리고, 본 실시형태에 있어서, 부하 LA, LAa, LAb는, 버킷 실린더(21)의 압력, 암 실린더(22)의 압력, 및 붐 실린더(23)의 압력인 것으로 했으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 압력 보상 밸브(71) 내지 (76)가 가지는 흐름 조절 밸브의 면적비 등에 의해 보정된, 버킷 실린더(21)의 압력, 암 실린더(22)의 압력 및 붐 실린더(23)의 압력을 부하 LA, LAa, LAb로 해도 된다.
그리고, 본 실시형태에 있어서, 제1 합분류 밸브(67)를 동작시킬 것인지의 여부를 결정할 때 사용되는 임계값 Qs는, 제1 공급 유량 Qsf 및 제2 공급 유량 Qss인 것으로 하였으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1 공급 유량 Qsf 및 제2 공급 유량 Qss보다 작은 유량이 임계값 Qs이라도 된다.
이상, 본 실시형태를 설명하였으나, 본 실시형태에 있어서 설명한 사항에 의해 본 실시형태가 한정되는 것은 아니다. 본 실시형태에 있어서 설명한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정(想定)할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것, 및 이른바 균등한 범위의 것이 포함된다. 본 실시형태에 있어서 설명한 구성 요소는 적절히 조합시키는 것이 가능하다. 또한, 본 실시형태의 요지를 벗어나지 않는 범위에 의해 구성 요소의 각종 생략, 치환 및 변경 중 하나 이상을 행할 수 있다.
1: 작업기, 2: 상부 선회체, 3: 하부 주행체, 4: 구동 장치, 5: 조작 장치, 9: 제어 시스템, 11: 버킷, 12: 암, 13: 붐, 14: 축전기, 17: 하이브리드 컨트롤러, 18: 엔진 컨트롤러, 19: 펌프 컨트롤러, 19C: 처리부, 19M: 기억부, 19Ca: 배분 유량 연산부, 19Cb: 결정부, 19Cc: 제어부, 19Cd: 조작 상태 판정부, 19: IO 입출력부, 20: 유압 실린더, 21: 버킷 실린더, 22: 암 실린더, 23: 붐 실린더, 24: 주행 모터, 25: 전동 선회 모터, 26: 엔진, 28: 조작량 검출부, 29: 코먼 레일 제어부, 30: 유압 펌프, 31: 제1 유압 펌프, 32: 제2 유압 펌프, 33: 스로틀 다이얼, 40: 유압 회로, 55: 합류 유로, 60: 주조작 밸브, 61: 제1 주조작 밸브, 62: 제2 주조작 밸브, 63: 제3 주조작 밸브, 67: 제1 합분류 밸브, 68: 제2 합분류 밸브, 81C, 81L, 82C, 82L, 83C, 83L, 84, 85, 86, 87, 88: 압력 센서, 100: 유압 셔블(작업 기계), LA, LAa, LAb, LAbK: 부하, Q, Qa, Qb, QbK: 배분 유량, QS: 임계값.

Claims (7)

  1. 복수의 작업기 요소(要素)를 포함하는 작업기; 및 복수의 상기 작업기 요소의 각각을 구동시키는 복수의 유압(油壓) 실린더;를 포함하는 작업 기계(work machine)를 제어하는 제어 시스템으로서,
    제1 유압 펌프 및 제2 유압 펌프;,
    상기 제1 유압 펌프와 상기 제2 유압 펌프를 접속하는 유로(流路);
    상기 유로에 설치되어 상기 유로를 개폐하는 개폐 장치;
    상기 개폐 장치를 제어하여, 상기 제1 유압 펌프와 상기 제2 유압 펌프가 접속되는 접속 상태와 접속되지 않는 비접속 상태를 전환하는 제어 장치;
    상기 비접속 상태에 있어서 상기 제1 유압 펌프로부터 토출된 작동유(hydraulic fluid)가 공급되는 제1 유압 실린더; 및
    상기 비접속 상태에 있어서 상기 제2 유압 펌프로부터 토출된 작동유가 공급되는 제2 유압 실린더
    를 포함하고,
    상기 제어 장치는, 복수의 상기 유압 실린더의 배분 유량(流量)이 소정 공급 유량 이하이며, 상기 유압 실린더의 로드측 공간의 압력과 캡측 공간의 압력과의 차이를 나타내는 구동압이 규정값 이하일 때, 상기 접속 상태로 되도록 상기 개폐 장치를 제어하는,
    제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 작업기 요소는, 버킷(bucket), 상기 버킷에 연결되는 암(arm), 및 상기 암에 연결되는 붐(boom)을 포함하고,
    상기 유압 실린더는, 상기 버킷을 동작시키는 버킷 실린더, 상기 암을 동작시키는 암 실린더, 및 상기 붐을 동작시키는 붐 실린더를 포함하고,
    상기 제1 유압 실린더는, 상기 암 실린더를 포함하고,
    상기 제2 유압 실린더는, 상기 붐 실린더를 포함하는, 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 비접속 상태에 있어서, 상기 제1 유압 펌프는, 상기 제1 유압 실린더가 속하는 제1 액추에이터군에 상기 작동유를 공급하고,
    상기 비접속 상태에 있어서, 상기 제2 유압 펌프는, 상기 제2 유압 실린더가 속하는 제2 액추에이터군에 상기 작동유를 공급하고,
    상기 제1 액추에이터군에는 상기 버킷 실린더 및 상기 암 실린더가 속하고,
    상기 제2 액추에이터군에는 상기 붐 실린더가 속하는, 제어 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 암의 동작 상태에 기초하여, 상기 접속 상태 및 상기 비접속 상태 중 어느 한쪽을 결정하는, 제어 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 작업 기계는, 상기 작업기를 지지하는 선회체(旋回體)를 구비하고,
    상기 선회체는, 상기 제1 액추에이터군 및 상기 제2 액추에이터군과는 상이한 액추에이터에 의해 구동되는, 제어 시스템.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 제어 시스템을 포함하는 작업 기계.
  7. 복수의 작업기 요소를 포함하는 작업기; 및 복수의 상기 작업기 요소의 각각을 구동시키는 복수의 유압 실린더;를 포함하는 작업 기계를 제어하는 제어 방법으로서,
    제1 유압 펌프와 제2 유압 펌프가 접속되는 접속 상태와 접속되어 있지 않은 비접속 상태를 개폐 장치를 사용하여 전환하는 단계;
    상기 비접속 상태에 있어서 상기 제1 유압 펌프로부터 토출된 작동유를 제1 유압 실린더에 공급하고, 상기 제2 유압 펌프로부터 토출된 작동유를 제2 유압 실린더에 공급하는 단계; 및
    복수의 상기 유압 실린더의 배분 유량이 소정 공급 유량 이하이며, 상기 유압 실린더의 로드측 공간의 압력과 캡측 공간의 압력과의 차이를 나타내는 구동압이 규정값 이하일 때, 상기 접속 상태로 되도록 상기 개폐 장치를 제어하는 단계;
    를 포함하는 제어 방법.
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