KR101990721B1 - 작업 기계의 유압 제어 장치 - Google Patents

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츠토무 우다가와
히로아키 다나카
야스타카 츠루가
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히다찌 겐끼 가부시키가이샤
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Abstract

에너지 절약성이 높고, 특수 작업에도 대응 가능한, 보다 범용성이 높은 작업 기계의 유압 제어 장치를 제공한다. 본 발명에 관한 작업 기계의 유압 제어 장치는, 복수의 유압 펌프(11, 12, 13)의 각각에 병렬로 복수 접속되고, 유압 펌프로부터의 압유를 각각 대응하는 액추에이터(4, 5, 6, 50)로 공급하는 복수의 방향 제어 밸브(31, 32, …)와, 오퍼레이터가 조작량을 입력하는 조작 장치(110, 120, 130, 140)와, 복수의 유압 펌프와 복수의 방향 제어 밸브의 접속에 관한 우선 순위를 기억하는 접속 맵(182)과, 이 접속 맵과 조작 신호에 기초하여 펌프와 액추에이터의 접속 상태를 제어하는 컨트롤러(100)를 구비한 것이다.

Description

작업 기계의 유압 제어 장치
본 발명은 복수의 액추에이터를 구비하고, 상기 복수의 액추에이터의 복합 조작이 가능한 유압 셔블 등의 작업 기계의 유압 제어 장치에 관한 것이다.
유압 셔블 등으로 대표되는 건설 기계 등의 작업 기계의 유압 제어 장치로서, 복수의 유압 펌프와 복수의 액추에이터를 복수의 방향 제어 밸브(일반적으로 컨트롤 밸브라고 불리며, 압유가 흐르는 방향을 전환하는 기능과, 유로를 좁히는 기능을 갖는 밸브)를 통하여 접속하는 구성을 갖는 유압 제어 장치가 알려져 있다. 그러한 유압 제어 장치에 있어서는, 오퍼레이터의 조작성을 향상시키기 위해 여러 가지 기술이 개발되어 있으며, 이러한 종류의 종래 기술로서, 예를 들어 특허문헌 1에 개시되는 것을 들 수 있다. 이 특허문헌 1에는, 복수의 펌프와 복수의 액추에이터가, 패러렐 접속된 복수의 방향 제어 밸브를 통하여 접속되어 있다. 이 특허문헌 1에 기재된 기술에 따르면, 굴삭 작업 등으로 대표되는 유압 셔블의 통상의 작업에 있어서, 특히 조작성을 확보하면서 저연비를 실현할 수 있다고 되어 있다.
일본 특허 공개 제2012-241803호 공보
상술한 특허문헌 1에 기재된 기술에 따르면, 특히 굴삭 작업으로 대표되는 통상의 작업에 있어서 유압 셔블의 조작성 및 에너지 절약 등의 성능을 향상시키는 것이 가능하기는 하지만, 특허문헌 1에 기재된 발명은 유압 회로의 구성 그 자체나 유압 기기 등의 하드웨어에 의존하고 있어, 예를 들어 동작시키는 액추에이터의 조합, 즉 여러 가지 복합 동작에 대하여 성능을 만족시키기가 어렵고, 또한, 한층 더한 성능 향상을 지향한 개량은 하드웨어의 변경을 수반하기 때문에 시간적으로도 비용적으로도 용이하게 행할 수 없다. 또한, 예를 들어 굴삭 작업, 고르기 작업과 같은 상이한 작업에 대한 성능의 유지 혹은 향상, 특수한 용도에 사용되는 어태치먼트(예를 들어, 그래플 등)에 대한 대응 등에 있어서도 하드의 변경이 필요하게 된다.
본 발명은 상술한 종래 기술에 있어서의 실정으로부터 이루어진 것이며, 그 목적은, 여러 가지 복합 동작에 대해서도 조작성이나 에너지 절약성 등의 성능 요건을 만족시킬 수 있고, 또한 성능 향상을 위한 개량, 혹은 여러 가지 상이한 작업, 특수한 어태치먼트의 사용 시에도 하드웨어의 변경을 요하지 않고 용이하게 대응 가능한 범용성이 높은 작업 기계의 유압 제어 장치를 제공하는 데 있다.
이 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 원동기와, 상기 원동기에 의해 구동되는 복수의 유압 펌프와, 상기 복수의 유압 펌프의 각각에 복수 병렬로 접속되고, 상기 유압 펌프로부터 토출된 압유를 상기 복수의 액추에이터 중 소정의 액추에이터로 유도하는 복수의 방향 제어 밸브와, 상기 복수의 유압 펌프로부터 토출되고, 상기 복수의 방향 제어 밸브에 의해 유도되는 압유에 의해 구동되는 복수의 액추에이터와, 상기 복수의 액추에이터에 의해 각각 동작하는 복수의 작업 부재와, 상기 복수의 액추에이터를 구동하기 위해 오퍼레이터가 조작하고, 이 조작량에 따른 조작 신호를 출력하는 복수의 조작 장치와, 상기 복수의 조작 장치로부터의 조작 신호를 입력하고, 이 복수의 조작 신호에 기초하여 상기 복수의 유압 펌프에 대한 펌프 제어 신호와 상기 복수의 방향 제어 밸브에 대한 밸브 구동 신호를 산출하고, 상기 펌프 제어 신호를 상기 복수의 유압 펌프에 대하여 출력함과 함께, 상기 밸브 구동 신호를 상기 복수의 방향 제어 밸브에 대하여 출력하는 제어 장치를 구비한 작업 기계의 유압 제어 장치에 있어서, 상기 제어 장치가, 상기 복수의 유압 펌프가 토출한 압유를 상기 복수의 액추에이터로 공급하는 것에 관한 우선 순위를 맵으로서 저장한 기억부를 갖고, 상기 복수의 조작 장치로부터 입력한 조작 신호와 상기 기억부에 저장한 맵을 대응시켜, 상기 복수의 유압 펌프 각각이 토출한 압유를 상기 복수의 액추에이터 중 어느 액추에이터에 대하여 공급할지를 결정하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성한 본 발명에서는, 조작 장치로부터 입력한 조작 신호와 제어 장치의 기억부에 저장한 맵을 대응시켜, 압유를 공급하는 유압 펌프와 이 압유에 의해 구동되는 액추에이터의 조합이 결정되고, 이 조합에 기초하여 각 유압 펌프의 펌프 제어 신호, 및 각 방향 제어 밸브에 대한 밸브 구동 신호가 산출되고, 이들 제어 신호에 의해 각 유압 펌프 및 각 방향 제어 밸브가 구동하고, 대응하는 액추에이터가 동작한다.
여기서, 맵에는, 사용하는 각 유압 펌프의 최대 토출량, 최대 토출압이나, 각 액추에이터의 형상, 최대 동작 속도 등에 기초하는 필요 유량 등을 고려하여, 각 유압 펌프가 압유를 공급해야 할 액추에이터의 우선 순위를 임의로 설정할 수 있다.
맵으로부터 선택되는 유압 펌프와 액추에이터의 조합은 조작 신호에 대응하여 선택되기 때문에, 하나의 액추에이터의 동작 또는 복수의 액추에이터에 의한 복합 동작에 상관없이 조작성이나 에너지 절약 등의 성능을 확보할 수 있다. 또한, 유압 펌프나 방향 제어 밸브, 액추에이터 등의 유압 기기의 사양이 변경된 경우, 혹은 작업 기계를 형성하는 붐, 아암 등의 프론트 작업 부재, 선회체, 주행체 등이 설계 변경된 경우, 주가 되는 작업 내용이 변경된 경우, 특수한 어태치먼트를 사용하는 경우라도, 맵의 설정을 수정하는 것만으로 성능을 유지 혹은 향상시킬 수 있다.
본 발명에 관한 작업 기계의 유압 제어 장치는, 여러 가지 복합 동작에 대해서도 조작성이나 에너지 절약성 등에 대한 성능을 만족시킬 수 있고, 또한 성능 향상을 위한 개량, 혹은 여러 가지 상이한 작업, 특수한 어태치먼트의 사용 시에도 하드웨어의 변경을 요하지 않고 용이하게 대응할 수 있다.
도 1은, 본 발명에 관한 유압 제어 장치의 제1 실시 형태가 구비되는 작업 기계의 일례로서 예시한 유압 셔블의 측면도이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태를 도시하는 전기ㆍ유압 회로도이다.
도 3은, 제1 실시 형태에 관한 유압 제어 장치의 동작에 관한, 컨트롤러에 있어서의 처리 수순을 도시하는 흐름도이다.
도 4는, 제1 실시 형태에 관한 유압 제어 장치가 갖는 기억부가 기억하는 접속 맵의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는, 붐, 선회 복합 조작, 붐, 아암 복합 조작, 붐, 아암, 버킷 복합 조작, 또는 붐, 아암, 버킷, 선회 복합 동작에 있어서의, 제1 실시 형태에 관한 유압 제어 장치가 갖는 기억부가 기억하는 접속 맵을 도시하는 도면이다.
도 6은, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 유압 제어 장치의 동작에 관한, 컨트롤러에 있어서의 처리 수순을 도시하는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한, 유압 제어 장치의 동작에 관한, 컨트롤러에 있어서의 처리 수순의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한, 유압 제어 장치의 동작에 관한, 컨트롤러에 있어서의 처리 수순의 일례를 도시하는 도면이다.
도 9는, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한, 유압 제어 장치의 동작에 관한, 컨트롤러에 있어서의 처리 수순을 도시하는 도면이다.
도 10은, 본 발명의 제5 실시 형태에 관한, 유압 제어 장치의 동작에 관한, 컨트롤러에 있어서의 처리 수순을 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명에 관한 작업 기계의 유압 제어 장치의 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다.
[제1 실시 형태]
본 발명의 제1 실시 형태에 관한 유압 제어 장치가 구비되는 작업 기계는, 예를 들어 유압 셔블이다. 도 1은, 본 발명에 관한 유압 제어 장치가 구비되는 작업 기계의 일례로서 예시한 유압 셔블을 도시하는 측면도이다. 도 1에 도시하는 유압 셔블은, 주행체(1)와, 이 주행체(1) 상에 배치되는 선회체(2)와, 이 선회체(2)에 설치되는 프론트 작업기, 즉 작업 장치(3)를 구비하고 있다. 작업 장치(3)는 선회체(2)에 상하 방향으로 회동 가능하게 설치되는 붐(4)과, 이 붐(4)에 상하 방향으로 회동 가능하게 설치되는 아암(5)과, 이 아암(5)에 상하 방향으로 회동 가능하게 설치되는 버킷(6)을 갖는다. 또한, 이 작업 장치(3)는, 붐(4)을 작동시키는 붐 실린더(7), 아암(5)을 작동시키는 아암 실린더(8), 및 버킷(6)을 작동시키는 버킷 실린더(9)를 갖는다. 또한, 선회체(2)는 도 2에 도시하는 선회 모터(50)에 의해 주행체(1)에 대하여 선회 동작을 행하도록 되어 있다. 또한, 선회체(2) 상의 전방측에는, 운전실(10)이 설치되어 있다.
도 1에 도시하는 유압 셔블에 구비되는 제1 실시 형태에 관한 유압 제어 장치는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 원동기, 예를 들어 엔진(14)에 의해 구동되는 제1 유압 펌프(11), 제2 유압 펌프(12) 및 제3 유압 펌프(13)와, 제1 유압 펌프(11)의 틸팅각(토출 용량)을 제어하는 제1 유압 펌프용 레귤레이터(11a), 제2 유압 펌프(12)의 틸팅각을 제어하는 제2 유압 펌프용 레귤레이터(12a), 및 제3 유압 펌프(13)의 틸팅각을 제어하는 제3 유압 펌프용 레귤레이터(13a)와, 제1 유압 펌프용 레귤레이터(11a)에 대하여 목표 틸팅각으로 되도록 제어압을 출력하는 제1 유압 펌프용 제어 밸브(11b), 제2 유압 펌프 유압용 레귤레이터(12a)에 대하여 제어압을 출력하는 제2 유압 펌프용 제어 밸브(12b), 및 제3 유압 펌프용 레귤레이터(13a)에 대하여 제어압을 출력하는 제3 유압 펌프용 제어 밸브(13b)를 갖고 있다.
또한, 이 제1 실시 형태는, 제1 유압 펌프(11)에 대하여 제1 붐용 방향 제어 밸브(21), 제2 아암용 방향 제어 밸브(32), 버킷용 방향 제어 밸브(41)가 관로(16)를 통하여 각각 병렬로 접속되고, 각각의 방향 제어 밸브의 상류측에는 제1 붐용 압력 제어 밸브(26), 제2 아암용 압력 제어 밸브(36), 버킷용 압력 제어 밸브(46)가 접속되어 있다.
또한, 제2 유압 펌프(12)에 대하여, 제2 붐용 방향 제어 밸브(22), 제1 아암용 방향 제어 밸브(31), 예비 방향 제어 밸브(61)가 관로(17)를 통하여 각각 병렬로 접속되고, 각각의 방향 제어 밸브의 상류측에는, 제2 붐용 압력 제어 밸브(27), 제1 아암용 압력 제어 밸브(37), 예비 압력 제어 밸브(66)가 접속되어 있다.
또한, 제3 유압 펌프(13)에 대하여, 제3 붐용 방향 제어 밸브(23), 제3 아암용 방향 제어 밸브(33), 선회 모터용 방향 제어 밸브(51)가 관로(18)를 통하여 각각 병렬로 접속되고, 각각의 방향 제어 밸브의 상류측에는, 제3 붐용 압력 제어 밸브(28), 제3 아암용 압력 제어 밸브(38), 선회 모터용 압력 제어 밸브(56)가 접속되어 있다.
또한, 제1 실시 형태는, 붐 실린더(7)를 조작하는 붐 조작 장치(110)와, 아암 실린더(8)를 조작하는 아암 조작 장치(120)와, 버킷 실린더(9)를 조작하는 버킷 조작 장치(130)와, 선회 모터(50)를 조작하는 선회 조작 장치(140)와, 각각의 조작 장치 신호가 입력되는 컨트롤러(100)를 구비하고 있다.
또한, 제1 붐용 방향 제어 밸브(21), 제2 붐용 방향 제어 밸브(22), 제3 붐용 방향 제어 밸브(23)는, 관로(24 및 25)를 통하여 붐용 실린더(7)에 접속되고, 제1 아암용 방향 제어 밸브(31), 제2 아암용 방향 제어 밸브(32), 제3 아암용 방향 제어 밸브(33)는, 관로(34 및 35)를 통하여 아암 실린더(8)에 접속되고, 선회용 방향 제어 밸브(51)는, 관로(54 및 55)를 통하여 선회 모터(50)에 접속되고, 버킷용 방향 제어 밸브(41)는, 관로(44 및 45)를 통하여 버킷용 실린더(9)에 접속된다.
도 3에 도시하는 바와 같이 컨트롤러(100)는, 붐 실린더(7), 아암 실린더(8), 버킷 실린더(9), 선회 모터(50)의 각 액추에이터와 이들 액추에이터로 압유를 공급하는 제1 유압 펌프(11), 제2 유압 펌프(12), 제3 유압 펌프(13)의 접속 관계에 대한 우선 순위를 설정한 접속 맵(102)과, 오퍼레이터가 조작하는 붐용 조작 장치(110), 아암용 조작 장치(120), 버킷용 조작 장치(130), 선회용 조작 장치(140)로부터의 지시 신호 Pi에 기초하는 붐 실린더(7), 아암 실린더(8), 버킷 실린더(9), 선회 모터(50)의 필요 유량 Q를 산출하는 붐 필요 유량 산출기(111), 아암 필요 유량 산출기(121), 버킷 필요 유량 산출기(131), 선회 필요 유량 산출기(141)를 갖는다. 또한, 접속 맵(102)에 기초하는 각 액추에이터(7, 8, 9, 50)와 각 유압 펌프(11, 12, 13)의 접속 관계, 및 각 필요 유량 산출기(111, 121, 131, 141)로부터의 각 액추에이터에 대한 필요 유량 Q를 입력하고, 각각의 유압 펌프(11, 12, 13)가 각 액추에이터(7, 8, 9, 50)에 대하여 공급해야 할 목표 유량 QBm1, QBm2, QBm3, QAm1, QAm2, QAm3, QBk, QSw를 산출하는 붐 목표 유량 산출기(112), 아암 목표 유량 산출기(122), 버킷 목표 유량 산출기(132), 선회 목표 유량 산출기(142)를 갖는다. 또한, 각 목표 유량 산출기(112, 122, 132, 142)로부터의 각 목표 유량 QBm1, QBm2, QBm3, QAm1, QAm2, QAm3, QBk, QSw 및 각 실린더(7, 8, 9)의 동작 속도, 및 선회 모터(50)의 선회 속도를 입력하고, 각 액추에이터(7, 8, 9, 50)에 공급되는 압유의 목표 구동 압력을 산출하여 목표 구동압 신호 PBm1, PBm2, PBm3, PAm1, PAm2, PAm3, PBk, PSw를 출력하는 붐 목표압 산출기(113), 아암 목표압 산출기(123), 버킷 목표압 산출기(133), 선회 목표압 산출기(143)를 갖는다. 또한, 각 목표 구동 압력 신호 PBm1, PBm2, PBm3, PAm1, PAm2, PAm3, PBk, PSw는 각 방향 제어 밸브(21, 22, 23, 31, 32, 33, 46, 56)의 상류에 설치한 각 압력 제어 밸브(26, 27, 28, 36, 37, 38, 46, 56)에 출력되고, 각 액추에이터(7, 8, 9, 50)에 대한 구동압이 제어된다. 또한, 각 목표 유량 산출기(112, 122, 132, 142)로부터의 목표 유량 QBm1, QBm2, QBm3, QAm1, QAm2, QAm3, QBk, QSw를 입력하고, 각 방향 제어 밸브(21, 22, 23, 31, 32, 33, 46, 56)의 개구 면적을 산출하고, 이 산출 결과에 기초하는 스풀 구동 신호를 출력하는 붐용 방향 제어 밸브 제어량 산출기(스풀 제어)(114), 아암용 방향 제어 밸브 제어량 산출기(124), 버킷용 방향 제어 밸브 제어량 산출기(134), 선회용 방향 제어 밸브 제어량 산출기(144)를 갖는다. 또한, 각 목표 구동 압력 PBm1, PBm2, PBm3, PAm1, PAm2, PAm3, PBk, PSw를 입력하고, 각 유압 펌프(11, 12, 13)로부터의 목표 토출 압력 P1, P2, P3을 산출하는 제1 펌프 목표압 산출기(151), 제2 펌프 목표압 산출기(152), 제3 펌프 목표압 산출기(153)를 구비하고, 이들 각 목표압으로 되는 각 펌프 레귤레이터(11a, 12a, 13a)에 대응하는 펌프 명령 신호 qref1, qref2, qref3을 출력한다.
상술한 접속 맵(102)은, 유압 셔블의 사용 방법이나 동작 빈도 등 미리 입수한 정보에 기초하여 각 액추에이터(7, 8, 9, 50)와 각 유압 펌프(11, 12, 13)의 접속에 대한 우선 순위가 설정된다. 도 4에, 유압 펌프 및 액추에이터의 접속 맵의 일례를 도시한다. 제1 열째는 액추에이터의 종류를 나타내고, 제1 행째는 유압 펌프의 종류를 나타낸다. 도 4에 도시하는 접속 맵의 일례는, 제1 유압 펌프(11), 제2 유압 펌프(12), 제3 유압 펌프(13)가 토출한 각각의 압유를 붐 실린더(7), 아암 실린더(8), 버킷 실린더(9), 선회 모터(50) 중 어느 것에 공급할지를 도시한 맵이며, 표 내에 기재된 P1 내지 P3은 유압 펌프에 대한 액추에이터의 우선 순위를 나타낸다. 여기서, P1 내지 P3의 숫자가 작을수록, 우선 순위가 높음을 나타낸다. 예를 들어, 도 4에 도시하는 접속 맵(102)에 있어서, 제3 유압 펌프(13)로부터 토출되는 압유가 공급되는 액추에이터의 우선 순위는, 선회 모터(50), 아암 실린더(8), 붐 실린더(7)의 순으로 된다.
또한, 표 내에 기재된 (1) 내지 (3)은, P1 내지 P3으로 기재되는 우선 순위가 동일하였을 때의 우선 순위, 즉 특정한 액추에이터에 대한 유압 펌프의 우선 순위(이하, 「제2 우선 순위」라고 칭함)를 나타낸다. 예를 들어, 도 4에 있어서, 아암 실린더(8)에 대해서는 제1 내지 3 유압 펌프(11 내지 13) 중 어느 우선 순위도 2번째, 즉 P2이지만, 실제의 아암 실린더(8)의 구동 시에는, P2(1)이라고 기재된 제3 유압 펌프(13), P2(2)라고 기재된 제1 유압 펌프(11), P2(3)이라고 기재된 제2 유압 펌프(12)의 순으로 제2 우선 순위가 할당된다. 따라서, 아암 실린더(8)를 구동시키는 경우, 제3 유압 펌프(13), 제1 유압 펌프(11), 제2 유압 펌프(12)의 순으로 아암 실린더(8)에 할당된다.
이와 같이 구성한 제1 실시 형태에 따른 연산 처리와 각 기기의 동작에 대하여, 이하 설명한다.
[붐, 선회 복합 조작]
처음에 붐과 선회의 복합 조작을 예로 들어 설명한다.
오퍼레이터가 도 3에 도시하는 붐용 조작 장치(110)와 선회용 조작 장치(140)를 조작하면, 컨트롤러(100)에서는, 입력된 조작량 신호 Pi에 기초하여 붐 필요 유량 산출기(111) 및 선회 필요 유량 산출기(141)가 붐 실린더(7) 및 선회 모터(50)의 동작에 필요한 필요 유량 Q를 산출한다.
또한, 붐, 선회 복합 조작에 있어서는, 도 5에 기재된 접속 맵 (a)에 [ ]로 나타낸 바와 같이, 붐 실린더(7)에 대해서는 제2 유압 펌프(12)가 선택되고, 선회 모터(50)에 대해서는 제3 유압 펌프(13)가 선택된다. 또한, 도 5의 (a)에 있어서, 붐 실린더(7)에 대하여 제1 펌프(11)가 P3(1)이라고 기재되고, 제3 유압 펌프(13)가 P3(2)라고 기재되어 있지만, 이것은 붐 실린더(7)에 대하여 제2 유압 펌프(12)로부터의 공급 유량이 부족한 경우, 제2 유압 펌프(12)에 추가하여 제1 유압 펌프(11), 제3 유압 펌프(13)의 순으로 선택됨을 나타내고 있다. 단, 본 예에서는 설명을 간단하게 하기 위해, 붐 실린더(7)로 공급해야 할 유량이 제2 펌프(12)로부터의 유량으로 충분한 상황을 전제로 설명한다. 이들 접속 정보 및 조작 신호 Pi에 기초하여, 도 3에 도시하는 붐 목표 유량 산출기(112) 및 선회 목표 유량 산출기(142)에 의해, 제2 유압 펌프(12)로부터 붐 실린더(7)로 공급해야 할 목표 유량 QBm2, 및 제3 유압 펌프(13)로부터 선회 모터(50)로 공급해야 할 목표 유량 QSw가 산출된다.
그리고, 붐 실린더(7)에 대한 목표 유량 QBm2 및 도시하지 않은 속도 센서에 의해 검출되는 붐 실린더(7)의 실제 속도, 즉 실속도로부터, 도 3에 도시하는 붐 목표압 산출기(113)에 의해 붐 실린더(7)의 목표 구동압 PBm2가 산출되고, 해당 목표 구동압 PBm2에 기초하여 제2 펌프 목표압 산출기(152)에 의해 제2 유압 펌프(12)의 목표 토출압 P2가 산출되고, 이 목표 토출압 P2로 되도록, 제2 유압 펌프(12)용의 펌프 레귤레이터(12a)에 대하여 펌프 명령 신호 qref2가 출력되고, 이 명령 신호 qref2에 따라 제2 유압 펌프(12)의 틸팅각 즉 토출 유량이 제어된다.
또한, 선회 모터(50)에 대한 목표 유량 QSw 및 도시하지 않은 속도 센서에 의해 선회 모터(50)의 실제 속도, 즉 실속도로부터, 도 3에 도시하는 선회 목표압 산출기(143)에 의해 선회 모터(50)의 목표 구동압 PSw가 산출되고, 해당 목표 구동압 PSw에 기초하여 제3 펌프 목표압 산출기(153)에 의해 제3 유압 펌프(13)의 목표 토출압 P3이 산출되고, 이 목표 토출압 P3으로 되도록 제3 유압 펌프(13)용의 레귤레이터(13a)에 대하여 펌프 명령 신호 qref3이 출력되고, 이 명령 신호 qref3에 따라 제3 유압 펌프(13)의 틸팅각 즉 토출량이 제어된다.
한편, 붐 목표압 산출기(113) 및 선회 목표압 산출기(143)에 의해 산출된 목표 구동압 PBm2, PSw에 기초하여 제2 붐용 압력 제어 밸브(27) 및 선회 모터용 압력 제어 밸브(56)가 제어된다. 또한, 붐 목표 유량 산출기(112) 및 선회 목표 유량 산출기(142)에 의해 산출된 목표 유량 QBm2, QSw에 기초하여, 제2 붐용 방향 제어 밸브(22) 및 선회용 방향 제어 밸브(51)의 개구 면적이, 붐용 방향 제어 밸브 제어량 산출기(114) 및 선회용 방향 제어 밸브 제어량 산출기(144)에 의해 산출되고, 이에 따른 스풀 구동 신호가 제2 붐용 방향 제어 밸브(22) 및 선회용 방향 제어 밸브(51)에 출력되어 각 스풀이 동작하여 목표로 되는 개구 면적으로 되도록 제어된다.
이와 같이, 붐, 선회 복합 조작에 있어서는, 붐 실린더(7)의 구동에는 제2 유압 펌프(12)가 사용되고, 선회 모터(50)의 구동에는 제3 유압 펌프(13)가 사용되고, 제2 붐용 방향 제어 밸브(22)가 스풀 구동 제어부(114)로부터의 구동 신호에 따라 작동하여 붐 실린더(7)로 압유를 공급하고, 또한 선회용 방향 제어 밸브(51)가 스풀 구동 제어부(144)로부터의 구동 신호에 따라 작동하여, 선회 모터(50)로 압유가 공급된다. 또한, 그 밖의 방향 제어 밸브는 스풀 중립 위치를 유지한다.
이상 설명한 바와 같이, 선회 및 붐 상승의 복합 동작 시에 있어서는, 붐용 조작 장치(110) 및 선회용 선회 장치(140)로부터의 조작 신호 Pi에 따른 양의 압유가 제2 유압 펌프(12) 및 제3 유압 펌프(13)로부터 토출되고, 이 토출된 압유가 제2 유압 펌프(12) 및 제3 유압 펌프(13)로부터 붐 실린더(7) 및 선회 모터(50)로 공급되는 동안에, 유량 제어로 인해 액추에이터에 실질적으로 공급되지 않고 탱크로 복귀되는, 소위 잉여 오일에 의한 손실(블리드 오프 손실)이나, 하나의 유압 펌프로부터 복수의 액추에이터로 압유를 공급할 때 분류 밸브 등에 있어서 발생하는 압력 손실 등에 기인하는 손실(미터인 손실)이 없어, 에너지 전달 효율이 높은 유압 셔블의 구동이 가능하게 된다.
[붐, 아암 복합 조작]
이어서, 붐과 아암의 복합 조작에 대하여 설명한다.
오퍼레이터가 도 3에 도시하는 붐용 조작 장치(110)와 아암용 조작 장치(120)를 조작하면, 컨트롤러(100)에 붐 및 아암의 동작 명령으로서의 조작 신호 Pi가 입력된다. 컨트롤러(100)에서는, 입력된 조작 신호 Pi 및 접속 맵(102)에 기억된 정보에 따라, 붐 필요 유량 산출기(111) 및 아암 필요 유량 산출기(121)가, 각각 붐 실린더(7) 및 아암 실린더(8)에 대한 필요 유량을 산출한다.
붐, 아암 복합 조작에 있어서는, 도 5에 기재된 접속 맵 (b)에 도시되는 바와 같이, 붐(7)의 동작에는 제2 유압 펌프(12)가 사용되고, 아암(8)의 동작에는 제1 유압 펌프(11) 및 제3 유압 펌프(13)가 사용된다. 또한, 조작 신호 Pi의 크기에 따라서는 붐 실린더(7)로의 압유가 제1 유압 펌프(11) 및 제3 유압 펌프(13)로부터도 공급해야 할 상황이나 아암 실린더(8)로의 압유가 제2 유압 펌프(12)로부터도 공급해야 할 상황도 일어날 수 있지만, 설명을 간단하게 하기 위해 붐 실린더(7)에 대해서는 1개의 유압 펌프로부터, 아암 실린더(8)에 대해서는 2개의 유압 펌프로부터 공급되는 상황을 전제로 설명한다.
컨트롤러(100)는, 접속 정보 및 필요 유량 Q에 기초하여, 도 3에 도시하는 붐 목표 유량 산출기(112) 및 아암 목표 유량 산출기(122)에 의해, 제2 유압 펌프(12)로부터 붐 실린더(7)로 공급해야 할 목표 유량 QBm2와, 제1 유압 펌프(11)로부터 아암 실린더(8)로 공급해야 할 목표 유량 QAm1 및 제3 유압 펌프(13)로부터 아암 실린더(8)로 공급해야 할 목표 유량 QAm3이 산출된다.
그리고, 붐 실린더(7)에 대한 목표 유량 QBm2 및 도시하지 않은 속도 센서에 의해 검출되는 붐 실린더(7)의 실제 속도, 즉 실속도로부터, 도 3에 도시하는 붐 목표압 산출기(113)에 의해 붐 실린더(7)의 목표 구동압 PBm2가 산출되고, 해당 목표 구동압 PBm2에 기초하여 제2 펌프 목표 토출압 산출기(152)에 의해 제2 유압 펌프(12)의 목표 토출압 P2가 산출되고, 이 목표 토출압 P2로 되도록 제2 유압 펌프(12)용의 레귤레이터(12a)에 대하여 펌프 명령 신호 qref2가 출력되고, 제2 유압 펌프(12)의 틸팅각이 제어된다.
또한, 아암 실린더(8)의 목표 유량 QAm1, QAm3 및 도시하지 않은 속도 센서에 의해 검출되는 아암 실린더(8)의 실제 속도, 즉 실속도로부터, 도 3에 도시하는 아암 목표압 산출기(123)에 의해 아암 실린더(8)의 목표 구동압 PAm1, PAm3이 산출되고, 해당 목표 구동압 PAm1, PAm3에 기초하여 제1 펌프 목표압 산출기(151) 및 제3 펌프 목표압 산출기(153)에 의해 제1 유압 펌프(11) 및 제3 유압 펌프(13)의 목표 토출압 P1, P3이 산출되고, 이 목표 토출압 P1, P3으로 되도록 제1 유압 펌프(11) 및 제3 유압 펌프(13)용의 각 레귤레이터(11a, 13a)에 대하여 펌프 명령 신호 qref1, qref3이 출력되고, 제1 유압 펌프(11) 및 제3 유압 펌프(13)의 틸팅각이 제어된다.
한편, 붐 목표압 산출기(113) 및 아암 목표압 산출기(123)에 의해 산출된 목표 구동압 PBm2, PAm1, PAm3에 기초하여 제2 붐용 압력 제어 밸브(27), 제2 아암용 압력 제어 밸브(36), 제3 아암용 압력 제어 밸브(38)가 제어된다. 또한, 붐 목표 유량 산출기(112) 및 아암 목표 유량 산출기(122)에 의해 산출된 목표 유량 QBm2, QAm1, QAm3에 기초하여, 제2 붐용 방향 제어 밸브(22), 제1 아암용 방향 제어 밸브(31) 및 제3 아암용 방향 제어 밸브(33)의 목표로 되는 개구 면적이 각 방향 제어 밸브 제어량 산출기(114, 124)에 의해 산출되고, 이에 따른 스풀 구동 신호가 출력된다.
이에 의해, 붐 및 아암의 복합 동작 시에 있어서도, 붐용 조작 장치(110), 아암용 조작 장치(120)로부터의 조작 신호 Pi에 따른 양의 압유가 제1 유압 펌프(11), 제2 유압 펌프(12), 제3 유압 펌프(13)로부터 붐 실린더(7) 및 아암 실린더(8)로 공급되는 동안에, 유량 제어로 인해 액추에이터에 실질적으로 공급되지 않고 탱크로 복귀되는, 소위 잉여 오일에 의한 손실(블리드 오프 손실)이나, 하나의 펌프로부터 복수의 액추에이터로 압유를 공급할 때 일어나는 압유의 분류에 의한 손실(미터인 손실)이 없어, 에너지 전달 효율이 높은 유압 셔블의 구동이 가능하게 된다.
[붐, 아암, 버킷 복합 조작]
이어서, 붐, 아암, 버킷의 복합 조작에 대하여 설명한다.
오퍼레이터가 도 3에 도시하는 붐용 조작 장치(110)와 아암용 조작 장치(120)와 버킷용 조작 장치(130)를 조작하면, 컨트롤러(100)에 붐 동작, 아암 동작 및 버킷 동작으로서의 조작 신호 Pi가 입력되고, 컨트롤러(100)에서는, 입력된 조작량 신호 Pi 및 접속 맵(102)에 기억된 정보에 따라, 붐 필요 유량 산출기(111), 아암 필요 유량 산출기(121) 및 버킷 필요 유량 산출기(131)가 붐 실린더(7), 아암 실린더(8), 버킷 실린더(9)에 대한 필요 유량 Q를 산출한다.
붐, 아암, 버킷 복합 조작에 있어서는, 도 5에 기재된 접속 맵 (c)에 도시되는 바와 같이, 붐 실린더(7)의 구동에는 제2 유압 펌프(12)가 사용되고, 버킷 실린더(9)의 구동에는 제1 유압 펌프(11)가 사용되고, 아암 실린더(8)의 구동에는 제3 유압 펌프(13)가 우선적으로 사용되며, 유량이 부족한 경우에는 제1 유압 펌프(11)가 버킷 실린더(9)의 구동과 병용하여 사용되지만, 본 설명에서는 제3 유압 펌프(13) 단독에서의 사용을 대상으로 설명한다. 컨트롤러(100)는, 접속 정보 및 필요 유량 Q에 기초하여, 붐 목표 유량 산출기(112) 및 아암 목표 유량 산출기(122), 버킷 목표 유량 산출기(132)에 의해, 제2 유압 펌프(12)로부터 붐 실린더(7)로 공급해야 할 목표 유량 QBm2, 제3 유압 펌프(13)로부터 아암 실린더(8)로 공급해야 할 목표 유량 QAm3, 제1 유압 펌프(11)로부터 버킷 실린더(9)로 공급해야 할 목표 유량 QBk가 산출된다.
그리고, 붐 실린더(7)에 대한 목표 유량 QBm2 및 도시하지 않은 속도 센서에 의해 검출되는 붐 실린더(7)의 실제 속도, 즉 실속도로부터, 도 3에 도시하는 붐 목표압 산출기(113)에 의해 붐 실린더(7)의 목표 구동압 PBm2가 산출되고, 해당 목표 구동압 PBm2에 기초하여 제2 펌프 목표압 산출기(152)에 의해 제2 유압 펌프(12)의 목표 토출압 P2가 산출되고, 이 목표 토출압 P2로 되도록 제2 유압 펌프(12)용의 레귤레이터(12a)에 대하여 펌프 명령 신호 qref2가 출력되고, 제2 유압 펌프(12)의 틸팅각이 제어된다.
또한, 아암 실린더(8)에 대한 목표 유량 QAm3 및 도시하지 않은 속도 센서에 의해 검출되는 아암 실린더(8)의 실제 속도, 즉 실속도로부터, 도 3에 도시하는 아암 목표압 산출기(123)에 의해 아암 실린더(8)의 목표 구동압 PAm3이 산출되고, 해당 목표 구동압 PAm3에 기초하여 제3 펌프 목표압 산출기(153)에 의해 제3 유압 펌프(13)의 목표 토출압 P3이 산출되고, 이 목표 토출압 P3으로 되도록 제3 유압 펌프(13)용의 레귤레이터(13a)에 대하여 펌프 명령 신호 qref3이 출력되고, 제3 유압 펌프(13)의 틸팅각이 제어된다.
또한, 버킷 실린더(9)에 대한 목표 유량 QBk 및 도시하지 않은 속도 센서에 의해 검출되는 버킷 실린더(9)의 실제 속도, 즉 실속도로부터, 도 3에 도시하는 버킷 목표압 산출기(133)에 의해 버킷 실린더(9)의 목표 구동압 PBk가 산출되고, 해당 목표 구동압 PBk에 기초하여 제1 펌프 목표압 산출기(151)에 의해 제1 유압 펌프(11)의 목표 토출압 P1이 산출되고, 이 목표 토출압 P1로 되도록 제1 유압 펌프(11)용의 레귤레이터(11a)에 대하여 펌프 명령 신호 qref1이 출력되고, 제1 유압 펌프(11)의 틸팅각이 제어된다.
한편, 붐 목표압 산출기(113), 아암 목표압 산출기(123), 버킷 목표압 산출기(133)에 의해 산출된 목표 구동압 PBm2, PAm3, PBk에 기초하여, 제2 붐용 압력 제어 밸브(27), 제3 아암용 압력 제어 밸브(38), 버킷용 압력 제어 밸브(46)가 제어된다. 또한, 붐 목표 유량 산출기(112), 아암 목표 유량 산출기(122) 및 버킷 목표 유량 산출기(132)로부터 산출된 목표 유량 QBm2, QAm3, QBk에 기초하여, 제2 붐용 방향 제어 밸브(22), 제3 아암용 방향 제어 밸브(33) 및 버킷용 방향 제어 밸브(41)의 목표로 되는 개구 면적이, 붐용 방향 제어 밸브 제어량 산출기(114), 아암용 방향 제어 밸브 제어량 산출기(124) 및 버킷용 방향 제어 밸브 제어량 산출기(134)에 의해 산출되고, 제2 붐용 방향 제어 밸브(22), 제3 아암용 방향 제어 밸브(33) 및 버킷용 방향 제어 밸브(41)에 대하여 스풀 구동 신호가 출력되어 목표로 되는 개구 면적으로 되도록 제어된다.
이상 설명한 바와 같이, 붐, 아암 및 버킷의 복합 동작 시에 있어서도, 각 조작 장치(110, 120, 130)로부터의 조작 신호 Pi에 따른 압유가 제1 유압 펌프(11), 제2 유압 펌프(12), 제3 유압 펌프(13)로부터 토출되고, 이 토출된 압유가 각각 버킷 실린더(9), 붐 실린더(7), 아암 실린더(8)로 공급되는 동안에, 유량 제어로 인해 액추에이터에 실질적으로 공급되지 않고 탱크로 복귀되는, 소위 잉여 오일에 의한 손실(블리드 오프 손실)이나, 하나의 펌프로부터 복수의 액추에이터로 압유를 공급할 때 일어나는 압유의 분류에 의한 손실(미터인 손실)이 없어, 에너지 전달 효율이 높은 유압 셔블의 구동이 가능하게 된다.
[붐, 아암, 버킷, 선회 복합 조작]
이어서, 붐, 아암, 버킷, 선회 복합 조작에 대하여 설명한다.
오퍼레이터가 붐용 조작 장치(110), 아암용 조작 장치(120), 버킷용 조작 장치(130) 및 선회용 조작 장치(140)를 조작하면, 컨트롤러(100)에는 붐, 아암, 버킷 및 선회의 동작 명령으로서의 조작 신호 Pi가 입력된다.
컨트롤러(100)에서는, 입력된 조작량 신호 Pi 및 접속 맵(102)에 기억된 정보에 따라, 붐 필요 유량 산출기(111), 아암 필요 유량 산출기(121), 버킷 필요 유량 산출기(131) 및 선회 필요 유량 산출기(141)가 붐 실린더(7), 아암 실린더(8), 버킷 실린더(9), 선회 모터(50)에 대한 필요 유량 Q를 산출한다.
붐, 아암, 버킷, 선회 복합 조작에 있어서는, 도 5에 기재된 접속 맵 (d)에 도시되는 바와 같이, 붐의 구동에는 제2 유압 펌프(12)가 사용되고, 아암의 구동에는 제3 유압 펌프(13)가 사용되고, 버킷의 구동에는 제1 유압 펌프(11)가 사용되고, 선회의 구동에는 제3 유압 펌프(13)가 사용된다. 또한, 붐 실린더(7)의 구동에 대하여, 제2 유압 펌프(12)로부터 토출되는 유량으로 부족한 경우에는, 제2 유압 펌프(12)에 추가하여 제1 유압 펌프(11)가 선택되고, 더 부족한 경우에는 제3 유압 펌프(13)도 선택된다. 또한, 아암 실린더(8)의 구동에 관해서도 제3 유압 펌프(13)로부터의 유량이 부족한 경우에는, 제3 유압 펌프(13)에 추가하여, 제1 유압 펌프(11), 제2 유압 펌프(12)의 순으로 선택된다. 단, 본 설명에서는, 붐 실린더(7)의 구동에 대해서는 제2 유압 펌프(12)만, 아암 실린더(8)의 구동에 대해서는 제3 유압 펌프(13)만으로 유량을 만족할 수 있는 케이스에 대하여 설명한다.
컨트롤러(100)는, 접속 정보 및 필요 유량 Q에 기초하여, 붐 목표 유량 산출기(112), 아암 유량 목표 산출기(122), 버킷 목표 유량 산출기(132), 선회 목표 유량 산출기(142)에 의해, 제2 유압 펌프(12)로부터 붐 실린더(7)로 공급해야 할 유량 QBm2, 제3 유압 펌프(13)로부터 아암 실린더(8)로 공급해야 할 유량 QAm3, 제1 유압 펌프(11)로부터 버킷 실린더(9)로 공급해야 할 유량 QBk, 제3 유압 펌프(13)로부터 선회 모터(50)로 공급해야 할 유량 QSw를 산출한다.
그리고, 붐 실린더(7)에 대한 목표 유량 QBm2 및 도시하지 않은 속도 센서에 의해 검출되는 붐 실린더(7)의 실제 속도, 즉 실속도로부터, 도 3에 도시하는 붐 목표압 산출기(113)에 의해 붐 실린더(7)의 목표 구동압 PBm2가 산출되고, 해당 목표 구동압 PBm2에 기초하여 제2 펌프 목표압 산출기(152)에 의해 제2 유압 펌프(12)의 목표 토출압 P2가 산출되고, 이 목표 토출압 P2로 되도록 제2 유압 펌프(12)용의 레귤레이터(12a)에 대하여 펌프 명령 신호 qref2가 출력되고, 제2 유압 펌프(12)의 틸팅각이 제어된다.
또한, 아암 실린더(8) 및 선회 모터(50)에 대한 각각의 목표 유량 QAm3, QSw 및 도시하지 않은 속도 센서에 의해 검출되는 아암 실린더(8) 및 선회 모터(50)의 실제 속도, 즉 실속도로부터, 도 3에 도시하는 아암 목표압 산출기(123) 및 선회 목표압 산출기(143)에 의해 아암 실린더(8) 및 선회 모터(50)의 각각의 목표 구동압 PAm3, PSw가 산출되고, 해당 목표 구동압 PAm3, PSw에 기초하여 제3 펌프 목표압 산출기(153)에 의해 제3 유압 펌프(13)의 목표 토출압 P3이 산출되고, 이 목표 토출압 P3으로 되도록 제3 유압 펌프(13)용의 레귤레이터(13a)에 대하여 펌프 명령 신호 qref3이 출력되고, 제3 유압 펌프(13)의 틸팅각이 제어된다.
또한, 버킷 실린더(9)에 대한 목표 유량 QBk 및 도시하지 않은 속도 센서에 의해 검출되는 버킷 실린더(9)의 실제 속도, 즉 실속도로부터, 도 3에 도시하는 버킷 목표압 산출기(133)에 의해 버킷 실린더(9)의 목표 구동압 PBk가 산출되고, 해당 목표 구동압 PBk에 기초하여 제1 펌프 목표압 산출기(151)에 의해 제1 유압 펌프(11)의 목표 토출압 P1이 산출되고, 이 목표 토출압 P1로 되도록 제1 유압 펌프(11)용의 레귤레이터(11a)에 대하여 펌프 명령 신호 qref1이 출력되고, 제1 유압 펌프(11)의 틸팅각이 제어된다.
한편, 붐 목표압 산출기(113), 아암 목표압 산출기(123), 버킷 목표압 산출기(133) 및 선회 목표압 산출기(143)에 의해 산출된 목표 구동압 PBm2, PAm3, PBk, PSw에 기초하여 제2 붐용 압력 제어 밸브(27), 제3 아암용 압력 제어 밸브(38), 버킷용 압력 제어 밸브(46), 선회 모터용 압력 제어 밸브(56)가 제어된다.
또한, 붐 목표 유량 산출기(112), 아암 목표 유량 산출기(122), 버킷 목표 유량 산출기(132) 및 선회 목표 유량 산출기(142)에 의해 산출된 목표 유량 QBm2, QAm3, QBk, QSw에 기초하여, 제2 붐용 방향 제어 밸브(22), 제3 아암용 방향 제어 밸브(33), 버킷용 방향 제어 밸브(41) 및 선회용 방향 제어 밸브(51)의 목표로 되는 개구 면적이, 붐용 방향 제어 밸브 제어량 산출기(114), 아암용 방향 제어 밸브 제어량 산출기(124), 버킷용 방향 제어 밸브 제어량 산출기(134) 및 선회용 방향 제어 밸브 제어량 산출기(144)에 의해 산출되고, 제2 붐용 방향 제어 밸브(22), 제3 아암용 방향 제어 밸브(33), 버킷용 방향 제어 밸브(41) 및 선회용 방향 제어 밸브(51)에 대하여 스풀 구동 신호가 출력되어, 목표로 되는 개구 면적으로 되도록 제어된다.
여기서, 붐, 아암, 버킷, 선회 복합 조작에 있어서는, 제3 유압 펌프(13)는, 선회의 구동 및 아암의 구동에 사용되고 있기 때문에, 아암 실린더(8) 및 선회 모터(50)의 각각에 대한 제3 유압 펌프(13)로부터의 목표 유량 QAm3, QSw는, 아암용 조작 장치(120) 및 선회용 조작 장치(140)의 조작량에 기초하여 제3 유압 펌프(13)의 목표 유량을 안분하여 산출된다. 또한, 제3 유압 펌프(13)의 목표 토출압 P3을 제3 펌프 목표압 산출기(153)에서 산출하는 경우, 아암 목표압 산출기(123)에 의해 산출된 목표 구동압 PAm3과, 선회 목표압 산출기(143)에 의해 산출된 목표 구동압 PSw 중 큰 쪽을 선택하여, 목표 토출압 P3으로서 결정된다.
이상 설명한 바와 같이, 붐, 아암, 버킷 및 선회의 복합 동작을 행하는 경우, 즉 펌프 수보다 많은 수의 액추에이터를 구동하는 경우에 있어서는, 각각의 유압 펌프의 토출 유량 및 각 액추에이터에 대한 필요한 공급 유량을 감안하여, 특정한 액추에이터에 대해서는 하나의 펌프로부터의 압유를 집중하여 공급하도록 하고, 또 다른 복수의 액추에이터에 대해서는 하나의 펌프로부터 필요 유량을 제공하도록 펌프와 액추에이터의 접속 관계를 설정하였기 때문에, 필요한 유량만의 압유를 펌프로부터 토출하고, 각 액추에이터로 공급되는 동안에, 유량 제어로 인해 액추에이터에 실질적으로 공급되지 않고 탱크로 복귀되는, 소위 잉여 오일에 의한 손실(블리드 오프 손실)이나, 하나의 펌프로부터 복수의 액추에이터로 압유를 공급할 때 일어나는 압유의 분류에 의한 손실(미터인 손실)이 없어, 에너지 전달 효율이 높은 유압 셔블의 구동이 가능하게 된다.
[제2 실시 형태]
도 6은, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 유압 제어 장치의 동작에 관한, 컨트롤러(100A)에 있어서의 처리 수순을 도시하는 도면이다. 도 6에 있어서, 목표 유량 연산부(180)는, 도 3의 붐 목표 유량 산출기(112), 아암 목표 유량 산출기(122), 버킷 목표 유량 산출기(132), 선회 목표 유량 산출기(142)에 대응한다. 펌프 제어부는, 도 3에 도시하는 목표압 산출기(113, 123, 133, 143)와 펌프 목표압 산출기(151, 152, 153)를 통합한 것, 방향 제어 밸브 제어부(191)는 도 3에 도시하는 방향 제어 밸브 제어량 산출기(스풀 제어)(114, 124, 134, 144)를 통합한 것, 압력 제어 밸브 제어부(192)는 도 3에 도시하는 목표압 산출기(113, 123, 133, 143)에 상당하는 것이다. 본 발명에 따른 제2 실시 형태를 구성하는 컨트롤러(100A)에는, 붐용 조작 장치(110), 아암용 조작 장치(120), 버킷용 조작 장치(130), 선회용 조작 장치(140)의 신호와, 각 펌프와 액추에이터의 접속 관계를 전환하는 모드 전환 스위치(190)로부터의 모드 전환 신호가 입력된다.
컨트롤러(100A)에서는, 각 액추에이터의 구동에 있어서, 우선적으로 사용되는 펌프의 정보가 접속 맵(182)으로서 기억되어 있고, 입력된 조작 장치로부터의 조작 신호 Pi 및 접속 맵(182)에 기억된 접속이 목표 유량 산출부(180)에 입력되고, 목표 유량 산출부(180)는 각 유압 펌프의 펌프 목표 유량을 출력한다. 이 펌프 목표 유량에 기초하여, 전술한 제1 실시 형태에서 설명한 처리가 펌프 제어부(190), 방향 제어 밸브 제어부(191), 압력 제어 밸브 제어부(192)에서 행해지고, 각 유압 펌프(11, 12, 13)의 틸팅각, 대응하는 각 방향 제어 밸브의 개구 면적, 및 각 압력 제어 밸브가 각각 제어된다.
이 제2 실시 형태에서는, 컨트롤러(100A)가 모드 전환 스위치(190)로부터의 모드 전환 신호를 입력하고, 각 유압 펌프와 각 액추에이터의 접속 관계를 접속 맵(182)에 나타내는 A에서부터 B 중 어느 것을 선택한다. 그 밖의 구성은, 실시 형태 1에 있어서의 것과 마찬가지이다.
유압 셔블은 여러 가지 작업에서 사용되며, 작업에 따라 액추에이터에 필요로 되는 압유의 유량, 압력이 상이하다. 또한, 작업마다 어태치먼트를 변경하는 일도 행해지며, 이러한 경우, 어태치먼트마다의 중량, 동작의 차이 등으로부터 필요한 오일의 유량, 압력이 상이하다. 본 발명의 제2 실시 형태에서는, 접속 맵(182)의 A, B에 도시하는 바와 같이, 작업 내용이나 사용하는 어태치먼트의 종류에 따른 접속 관계의 맵을 작성하고, 유압 셔블이 행하는 작업에 따라 선택적으로 복수의 접속 맵을 전환할 수 있으며, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과에 추가하여, 각 액추에이터에 대하여 목표 유량을 확실하게 공급할 수 있고, 조작성이 우수한 작업 기계의 유압 제어 장치를 제공할 수 있다.
예를 들어, 버킷 실린더(9)에 접속되는 버킷(6) 대신에, 일반적으로 그래플이라고 불리는 어태치먼트를 사용하는 경우, 그래플은 버킷(6)과 달리, 붙잡음 동작, 회전 동작을 행할 수 있는 구조로 되어 있기 때문에, 본 발명의 제1 실시 형태와 비교하여 액추에이터가 하나 증가하게 된다. 이때, 모드 전환 스위치(190)를 조작하여 펌프와 액추에이터의 접속 관계를 접속 맵(182)의 A로부터, 액추에이터를 하나 증가시킨 접속 맵(182)의 B로 전환함으로써, 어태치먼트를 그래플로 변경한 경우에 있어서도, 조작 신호 Pi에 따른 목표 유량이 각 유압 펌프(11, 12, 13)로부터 토출되고, 전술한 블리드 오프 손실이나 미터인 손실을 억제할 수 있다.
또한, 제2 실시 형태에서는, 작업 내용이나 어태치먼트의 종류를 입력하기 위해 모드 전환 스위치(190)를 설치하였지만, 예를 들어 조작 패널 상에 작업 내용이나 어태치먼트의 종류를 표시하고, 소위 터치 패널에 의해 선택하여 컨트롤러(100A)에 입력하도록 해도 된다.
[제3 실시 형태]
도 7은, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 유압 제어 장치의 동작에 관한 컨트롤러(100B)에 있어서의 처리 수순을 도시하는 도면이다. 도 7에 있어서, 목표 유량 연산부(180B)는, 도 3의 붐 목표 유량 산출기(112), 아암 목표 유량 산출기(122), 버킷 목표 유량 산출기(132), 선회 목표 유량 산출기(142)에 대응한다.
본 발명의 제3 실시 형태를 구성하는 컨트롤러(100B)에는, 붐용 조작 장치(110), 아암용 조작 장치(120), 버킷용 조작 장치(130), 선회용 조작 장치(140), 주행용 조작 장치(150) 등의 조작 장치 중에서 어느 조작 장치가 조작되었는지, 즉 조작의 조합에 따른 펌프와 액추에이터의 접속 관계가 접속 맵(183)에 복수 기억되어 있고, 입력된 조작 장치의 신호의 종류와 신호량 Pi 및 접속 맵(183)의 정보를 바탕으로, 펌프와 액추에이터의 접속 관계가 선택된다. 그 이외에는 전술한 제2 실시 형태와 동일하게 되어 있다.
이 제3 실시 형태에서는, 예를 들어 유압 셔블에 있어서, 주행용 조작 장치(150)가 입력되며, 도시하지 않은 주행 모터에 의해 주행 동작하는 경우, 붐, 아암, 버킷 등의 프론트 작업기를 동시에 움직이는 일은 적다. 그 때문에, 주행용 조작 장치(150)로부터의 조작 신호 Pi가 입력된 경우, 접속 맵(183)의 D에 도시하는 바와 같이 붐, 아암 버킷에 우선하여 주행 모터(TR-R, TR-L)에 제1 유압 펌프(11)가 선택되도록 되어 있다.
상술한 바와 같이 주행과 프론트 작업기의 복합 조작이 행해지는 일은 적지만, 예를 들어 주행과 버킷의 복합 조작이 지시되고, 접속 맵(183)의 D에 따라 제1 유압 펌프(11)로부터 주행 모터 및 버킷 실린더(9)로 압유가 공급되는 경우라도, 버킷 실린더(9)는 다른 붐 실린더(7)나 아암 실린더(8)에 비해 최대 필요 유량은 작기 때문에, 제1 유압 펌프(11)의 토출 유량이 부족해도 극단적으로 감속하는 일은 없다. 또한, 주행과 붐 또는 아암의 복합 동작이 지시된 경우에는, 주행은 제1 유압 펌프(11)로부터, 붐은 제2 유압 펌프(12)로부터, 아암은 제3 유압 펌프(13)가 선택되기 때문에, 조작 신호 Pi에 따른 펌프 토출 유량을 확실하게 확보할 수 있다. 따라서, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도 7의 주행용 조작 장치(150)의 신호 대신에, 도 8에 도시하는 바와 같이, 주행 모터의 압력을 검출하고, 검출된 주행 모터 압력을 컨트롤러(100C)에 입력하고, 주행 모터에 들어가는 오일의 압력이 역치를 초과하면 주행 모터가 동작하였다고 판단하여, 접속 맵(183)을 예를 들어 C로부터 D로 변경하도록 해도 된다.
[제4 실시 형태]
도 9는, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 유압 제어 장치의 동작에 관한 컨트롤러(100D)에 있어서의 처리를 도시하는 도면이다. 본 발명의 제4 실시 형태를 구성하는 컨트롤러(100D)에는, 붐용 조작 장치(110), 아암용 조작 장치(120), 버킷용 조작 장치(130), 선회용 조작 장치(140)의 신호와, 붐 실린더(7), 아암 실린더(8), 버킷 실린더(9), 선회 모터(50)의 부하 압력 신호가 입력되도록 되어 있다.
그리고, 하나의 유압 펌프로 복수의 액추에이터를 구동할 필요가 생긴 경우, 즉 유압 펌프의 오일을 분류할 필요가 생긴 경우에는, 각 액추에이터의 부하 압력을 비교하여, 압력의 값이 가까운 액추에이터에 대하여 하나의 유압 펌프로부터의 토출유를 분류하여 공급하도록, 사용하는 접속 맵(185)을 변경한다. 그 밖의 구성은, 제1, 제2, 제3 실시 형태와 동일하다.
이 제4 실시 형태에서는, 예를 들어 도 9에 도시하는 바와 같이, 아암, 붐, 버킷 복합 조작으로부터 아암, 붐, 버킷, 선회 복합 조작으로 이행한 경우, 접속 맵(185)으로부터, 버킷 실린더(9)와 제1 유압 펌프(11)의 접속, 선회 모터(50)와 제3 유압 펌프(13)의 접속은 일의적으로 결정된다. 또한, 제2 유압 펌프(12)에 대해서는 붐 실린더(7)의 우선 순위가 1번이며 제2 유압 펌프(12)와 붐 실린더(7)의 접속 관계도 결정된다. 한편, 아암 실린더(8)에 대해서는, 각 액추에이터의 부하 압력 중에서 가장 압력이 가까운 액추에이터와 조합한다.
예를 들어, 아암 실린더(8)와 선회 모터(50)의 압력이 가장 가까우면, 아암 실린더(8)에 대해서는 제3 유압 펌프(13)가 선택되지만, 붐 실린더(7)와 아암 실린더(8)의 압력이 가장 가까우면, 도 9에 도시하는 바와 같이 제2 유압 펌프(12)가 선택된다. 이와 같이 함으로써, 압력이 가장 가까운 액추에이터끼리 동일한 유압 펌프로부터 토출된 압유에 의해 구동되므로, 펌프 토출압과 액추에이터압의 압력차에 기인하는 방향 제어 밸브 또는 압력 제어 밸브에서의 압력 손실이나, 방향 제어 밸브 스풀 동작 시의 쇼크를 억제할 수 있다.
또한, 액추에이터의 압력은, 액추에이터에 압유를 공급하는 유로에 각각 설치한 도시하지 않은 압력계로 계측한 실제의 부하 압력이어도 되고, 컨트롤러(100D)에서 산출된 목표 구동압이어도 된다.
[제5 실시 형태]
도 10은, 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 유압 제어 장치의 동작에 관한 컨트롤러(100E)에 있어서의 처리를 도시하는 도면이다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 컨트롤러(100E)에는, 붐용 조작 장치(110), 아암용 조작 장치(120), 버킷용 조작 장치(130), 선회용 조작 장치(140)의 신호와, 각 액추에이터의 부하 압력 및 각 액추에이터에 대한 공급 유량에 관한 정보가 입력되도록 되어 있다.
그리고, 하나의 유압 펌프로 복수의 액추에이터를 구동하는, 즉 유압 펌프의 토출유를 분류할 필요가 생긴 경우에는, 각 액추에이터에 공급되고 있는 유량을 비교하여, 단일 펌프가 낼 수 있는 유량을 초과하지 않는 액추에이터의 조합을 결정한다. 그 액추에이터의 조합 중에서, 액추에이터의 부하 압력을 비교하여, 가장 부하 압력이 가까운 2개의 액추에이터에 대하여 동일한 유압 펌프로부터의 토출유를 공급하도록 접속 맵(186)에서 결정한다. 또한, 접속 관계가 변경된 경우, 목표 유량 산출부(180E)에서는 당해 변경된 접속 관계에 기초하여, 펌프의 목표 유량을 산출한다.
이 제5 실시 형태에서는, 예를 들어 아암, 붐, 버킷 복합 조작으로부터 아암, 붐, 버킷, 선회 복합 조작으로 이행한 경우, 접속 맵(186)의 정보에 의해, 제4 실시 형태와 마찬가지로 버킷 실린더(9)와 제1 유압 펌프(11), 선회 모터(50)와 제3 유압 펌프(13), 붐 실린더(7)와 제2 유압 펌프(12)의 조합이 결정된다.
아암 실린더(8)에 대해서는, 각 액추에이터에 대한 공급 유량 중에서, 단일 펌프가 낼 수 있는 유량을 초과하지 않는 액추에이터의 조합을 결정한다. 그리고, 그 액추에이터의 조합 중에서, 각 액추에이터의 부하 압력을 비교하여, 가장 부하 압력이 가까운 2개의 액추에이터의 조합을 선택하고, 그 조합으로 아암 실린더(8)와 접속할 유압 펌프를 결정한다. 예를 들어, 아암 실린더(8)와 선회 모터(50)의 합계 유량이 제3 유압 펌프(13)가 낼 수 있는 유량을 초과하지 않고, 부하 압력이 가장 가까우면, 아암 실린더(8)에 대해서는 접속 맵(186)의 E에 도시하는 바와 같이 제3 유압 펌프(13)가 선택된다.
한편, 아암 실린더(8)와 선회 모터(50)의 합계 유량이 제3 유압 펌프(13)가 낼 수 있는 유량을 초과해 버리는 경우, 다른 액추에이터가 선택된다. 아암 실린더(8)와 버킷 실린더(9)의 합계 유량이 제1 유압 펌프(11)가 낼 수 있는 유량을 초과하지 않고, 양자의 부하 압력이 가장 가까우면, 도 10의 접속 맵(186)의 F에 도시하는 바와 같이, 아암 실린더(8)에 대해서는 제1 유압 펌프(11)가 선택된다.
이상 설명한 바와 같이 이 제5 실시 형태에 따르면, 유압 펌프가 낼 수 있는 유량 내에서 각 액추에이터에 대하여 필요 유량을 공급할 수 있고, 또한 하나의 유압 펌프로부터는 부하 압력이 가장 가까운 2개의 액추에이터에 대하여 압유를 공급함으로써, 제4 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 액추에이터의 유량은, 도시하지 않은 액추에이터에 오일을 공급하는 유로에 각각 설치한 유량계로 계측한 실제의 유량이나, 액추에이터 속도 또는 변위로부터 산출한 추정의 유량, 또는 컨트롤러(100E) 내의 목표 유량 산출부가 산출한 목표 유량의 값 중 어느 것으로 구성된다.
이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 작업 기계의 유압 제어 장치에서는, 프론트 작업기, 선회, 주행 등의 구동 시에, 조작 신호에 따른 유량의 압유가 각 유압 펌프로부터 토출되고, 이 압유가 각 액추에이터에 공급되는 유압 회로 상에 있어서, 액추에이터에 공급되지 않고 탱크로 복귀되는, 소위 블리드 오프 손실이나, 하나의 유압 펌프로부터 복수의 액추에이터로 압유를 분류하여 공급할 때 발생하는 미터인 손실이 없어, 에너지 전달 효율이 높은 유압 작업 기계의 구동이 가능하게 된다. 또한, 동작시키는 액추에이터의 종류나 조합, 작업 내용, 또한 사용하는 어태치먼트가 변경되어도, 조작성을 확보하면서 저연비를 실현할 수 있다.
11: 제1 펌프(유압 펌프)
12: 제2 펌프(유압 펌프)
13: 제3 펌프(유압 펌프)
21: 제1 붐용 방향 제어 밸브
22: 제2 붐용 방향 제어 밸브
23: 제3 붐용 방향 제어 밸브
26: 제1 붐용 압력 제어 밸브
27: 제2 붐용 압력 제어 밸브
28: 제3 붐용 압력 제어 밸브
31: 제1 아암용 방향 제어 밸브
32: 제2 아암용 방향 제어 밸브
33: 제3 아암용 방향 제어 밸브
36: 제2 아암용 압력 제어 밸브
37: 제1 아암용 압력 제어 밸브
38: 제3 아암용 압력 제어 밸브
41: 버킷용 방향 제어 밸브
46: 버킷용 압력 제어 밸브
51: 선회 모터용 방향 제어 밸브
56: 선회 모터용 압력 제어 밸브
100: 컨트롤러
110: 붐용 조작 장치
111: 붐 필요 유량 산출기
112: 붐 목표 유량 산출기
113: 붐 목표압 산출기
114: 붐용 방향 제어 밸브 제어량 산출기
120: 아암용 조작 장치
121: 아암 필요 유량 산출기
122: 아암 목표 유량 산출기
123: 아암 목표압 산출기
124: 아암용 방향 제어 밸브 제어량 산출기
130: 버킷용 조작 장치
131: 버킷 필요 유량 산출기
132: 버킷 목표 유량 산출기
133: 버킷 목표압 산출기
134: 버킷용 방향 제어 밸브 제어량 산출기
140: 선회용 조작 장치
141: 선회 필요 유량 산출기
142: 선회 목표 유량 산출기
143: 선회 목표압 산출기
144: 선회용 방향 제어 밸브 제어량 산출기
150: 주행용 조작 장치
151: 제1 펌프 목표압 산출기
152: 제2 펌프 목표압 산출기
153: 제3 펌프 목표압 산출기
180: 목표 유량 산출부
190: 모드 전환 스위치
182, 183, 185, 186: 접속 맵

Claims (4)

  1. 원동기와,
    상기 원동기에 의해 구동되는 복수의 유압 펌프와,
    상기 복수의 유압 펌프로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 복수의 액추에이터와,
    상기 복수의 유압 펌프의 각각에 병렬로 접속되고, 상기 유압 펌프로부터 토출된 압유를 상기 복수의 액추에이터로 유도하는 복수의 방향 제어 밸브와,
    상기 복수의 액추에이터의 각각에 설치된 복수의 속도 검출기와,
    상기 복수의 액추에이터에 의해 각각 동작하는 복수의 작업 부재와,
    조작량에 따른 조작 신호를 상기 복수의 방향 제어 밸브에 출력하는 복수의 조작 장치와,
    상기 복수의 조작 장치로부터의 조작 신호에 기초하여 상기 복수의 유압 펌프를 제어하는 펌프 제어 신호와 상기 복수의 방향 제어 밸브에 대한 구동 신호를 산출하고, 상기 펌프 제어 신호를 상기 복수의 유압 펌프에 대하여 출력함과 함께, 상기 구동 신호를 상기 복수의 방향 제어 밸브에 대하여 출력하는 제어 장치를 구비한 작업 기계의 유압 제어 장치에 있어서,
    상기 복수의 방향 제어 밸브의 각각의 상류에 설치된 복수의 압력 제어 밸브와,
    복수의 작업 내용 또는 사용하는 어태치먼트의 종류를 상기 제어 장치에 입력하는 모드 전환 장치를 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 속도 검출기에 의해 검출된 상기 액추에이터의 동작 속도와, 상기 액추에이터에 공급하는 상기 압유의 목표 유량으로부터, 상기 액추에이터의 목표 구동압을 산출하고, 상기 액추에이터의 구동 압력이 상기 목표 구동압으로 되도록 상기 액추에이터의 상류에 설치된 상기 압력 제어 밸브를 제어함과 함께,
    상기 복수의 유압 펌프 각각에 대해서, 해당 유압 펌프가 토출한 압유를 공급하는 상기 액추에이터의 우선 순위인 제1 우선 순위를 정의한 맵이, 상기 작업 내용 또는 사용하는 어태치먼트에 대응하도록 복수 저장된 기억부를 갖고,
    상기 모드 전환 장치로부터의 신호에 기초하여, 상기 복수의 맵 중에서 대응하는 맵을 선택하고, 상기 복수의 조작 장치로부터 입력된 상기 조작 신호와 선택된 상기 맵에 정의된 상기 우선 순위에 기초하여, 상기 복수의 유압 펌프 각각이 토출한 압유를 상기 복수의 액추에이터 중 어느 액추에이터에 대하여 공급할지를 결정하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 유압 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 맵에는, 상기 제1 우선 순위가 동등한 상기 액추에이터에 대해서, 해당 액추에이터에 대해 상기 압유를 공급하는 상기 유압 펌프의 우선 순위인 제2 우선 순위가 더 정의되어 있는 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 유압 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 작업 기계가 적어도 붐, 아암, 어태치먼트로 이루어지는 프론트 부재와, 선회체를 구비한 유압 셔블이고,
    상기 어태치먼트 및 선회체를 구동하는 상기 액추에이터에는 특정한 하나의 상기 유압 펌프로부터만 우선적으로 압유의 공급이 행해지도록 당해 특정한 유압 펌프의 상기 제1 우선 순위가 1번으로 설정되고,
    상기 붐 및 아암을 구동하는 상기 액추에이터에는, 상기 특정한 유압 펌프에 대한 상기 제1 우선 순위가 상기 어태치먼트 및 상기 선회체보다도 하위로 설정되며, 또한 상기 제2 우선 순위가 설정되는 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 유압 제어 장치.
  4. 삭제
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