KR102543030B1

KR102543030B1 - 작업 기계

Info

Publication number: KR102543030B1
Application number: KR1020217021159A
Authority: KR
Inventors: 요시유키 츠치에; 고이치 시바타
Original assignee: 히다치 겡키 가부시키 가이샤
Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2023-06-14
Also published as: EP3933116A4; JP2020139275A; US20220064904A1; CN113316673A; JP7046024B2; EP3933116A1; CN113316673B; KR20210098530A; WO2020174768A1; US11371212B2

Abstract

파일럿 펌프의 토출압을 원압으로 하여 방향 전환 밸브를 구동하는 파일럿압을 생성하는 전자 밸브, 파일럿 펌프로부터 전자 밸브로의 작동유를 차단하는 차단 밸브, 조작 레버의 조작량을 검출하는 제 1 센서, 전자 밸브의 동작에 관한 상태량을 검출하는 제 2 센서를 구비한 작업 기계에 있어서, 제 2 센서의 검출 신호에 의거하여 제 2 센서의 이상의 유무를 판정하고, 제 2 센서를 이상이라고 판정한 경우, 제 1 센서의 검출 신호에 의거하여 조작 레버의 조작이 검출된 경우에는 차단 밸브에 개방 지령하고, 조작 레버의 중립 상태가 검출된 경우에는 차단 밸브에 폐쇄 지령한다.

Description

작업 기계

본 발명은, 유압 셔블 등의 작업 기계에 관한 것이다.

전기식의 조작 레버로 전자 밸브(스풀 제어 밸브)를 조작하고, 파일럿 펌프로부터 출력되는 1차압을 전자 밸브로 감압하여 생성한 파일럿압으로 방향 전환 밸브를 구동하여 액추에이터를 조작하는 작업 기계가 있다. 이 종류의 작업 기계에 있어서, 조작 레버의 중립 시에 파일럿압이 소정 압력보다 큰 경우에, 전자 밸브가 개방된 상태로 고착된 상태(이하, 개방 고착이라고 함)인 것으로 판정하고, 차단 밸브로 1차압을 차단하여 액추에이터를 정지시키는 것이 알려져 있다(특허 문헌 1).

일본 특허공개 2017-110672호 공보

그러나, 예를 들면 전자 밸브의 개방 고착의 검지에 이용하는 검출기(예를 들면 압력 센서)에 이상이 발생한 경우에 대하여 특허 문헌 1에서는 고려되고 있지 않다. 가령 전자 밸브의 개방 고착의 발생의 유무를 판단할 수 없을 경우에 일률적으로 차단 밸브를 폐쇄하여 액추에이터를 동작 불능으로 하는 시스템으로 하면, 실제로는 전자 밸브에 이상이 없어 액추에이터를 정상적으로 조작할 수 있는 상황하에서는 가용성을 손상시키는 결과가 된다. 반대로 전자 밸브의 개방 고착을 판정할 수 없는 경우에 일률적으로 차단 밸브를 개방하는 시스템으로 하면, 전자 밸브가 개방 고착되어 있지 않은 상황하에서는 정상적으로 액추에이터를 조작할 수 있지만, 전자 밸브의 개방 고착이 발생하면 액추에이터를 정지시킬 수 없게 되어버린다.

본 발명의 목적은, 방향 전환 밸브 구동용의 전자 밸브의 개방 고착을 검지할 수 없는 상황에 있어서, 필요 이상으로 액추에이터를 동작 불능으로 하지 않고, 그러면서도 전자 밸브가 개방 고착된 경우에는 레버 조작에 의해 액추에이터를 정지시킬 수 있는 작업 기계를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 작동유를 토출하는 유압 펌프, 상기 유압 펌프로부터 토출된 작동유에 의해 구동되는 액추에이터, 상기 액추에이터에 공급되는 작동유의 흐름을 제어하는 방향 전환 밸브, 고정 용량형의 파일럿 펌프, 상기 파일럿 펌프의 토출압을 원압(元壓)으로 하여 상기 방향 전환 밸브를 구동하는 파일럿압을 생성하는 전자 밸브, 상기 파일럿 펌프로부터 상기 전자 밸브로의 작동유를 차단하는 차단 밸브, 조작 레버의 조작량을 검출하는 제 1 센서, 상기 전자 밸브의 동작에 관한 상태량을 검출하는 제 2 센서, 및 상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서의 검출 신호에 의거하여 상기 전자 밸브와 상기 차단 밸브를 제어하는 컨트롤러를 구비한 작업 기계에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 제 2 센서의 검출 신호에 의거하여 상기 제 2 센서의 이상의 유무를 판정하고, 상기 제 2 센서를 이상이라고 판정한 경우, 상기 제 1 센서의 검출 신호에 의거하여 상기 조작 레버의 조작이 검출된 경우에는 상기 차단 밸브에 개방 지령하고, 상기 조작 레버의 중립 상태가 검출된 경우에는 상기 차단 밸브에 폐쇄 지령하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 방향 전환 밸브 구동용의 전자 밸브의 개방 고착을 검지할 수 없는 상황에 있어서, 필요 이상으로 액추에이터를 동작 불능으로 하지 않고, 그러면서도 전자 밸브가 개방 고착된 경우에는 레버 조작에 의해 액추에이터를 정지시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태와 관련된 작업 기계의 일례인 유압 셔블의 좌측면도
도 2는 도 1의 작업 기계에 구비된 구동 시스템의 주요부를 일부 발출(拔出)하여 나타낸 도면
도 3은 도 2에 나타낸 전자 밸브에서 생성되는 파일럿압과 전자 밸브에 인가되는 전류와의 관계를 나타낸 도면
도 4는 도 2에 나타낸 컨트롤러에 의한 차단 밸브의 개폐 제어의 제어 순서를 나타내는 플로우 차트
도 5는 제 1 실시 형태에 있어서 전자 밸브의 개방 고착이 판정 불능한 상황하에서 전자 밸브가 정상 동작하는 경우의 레버 조작과 전자 밸브 1차압 및 파일럿압과의 관계를 나타낸 도면
도 6은 제 1 실시 형태에 있어서 전자 밸브의 개방 고착이 판정 불능한 상황하에서 전자 밸브가 개방 고착된 경우의 레버 조작과 전자 밸브 1차압 및 파일럿압과의 관계를 나타낸 도면
도 7은 제 2 실시 형태에 있어서 전자 밸브의 개방 고착이 판정 불능한 상황하에 있어서의 레버 조작과 전자 밸브 1차압 및 파일럿압과의 관계를 나타낸 도면

이하에 도면을 이용하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다.

<제 1 실시 형태>

-작업 기계-

본 발명은 유압 셔블에 한정되지 않고 크레인 등의 타종의 작업 기계에도 적용 가능하지만, 이하에 있어서는 유압 셔블에 본 발명을 적용한 경우를 예로 들어 설명한다.

도 1은 본 발명과 관련된 작업 기계의 일례인 유압 셔블의 좌측면도이다. 본 실시 형태에서는 도 1 중의 좌우를 작업 기계의 전후라고 한다. 동(同) 도면에 나타낸 작업 기계는, 주행체(1), 주행체(1) 상에 마련한 선회체(2), 및 선회체(2)에 장착한 작업기(프론트 작업기)(3)를 구비하고 있다.

주행체(1)는 작업 기계의 기부(基部) 구조체이며, 좌우의 크롤러(4)에 의해 주행하는 크롤러식의 주행체이지만, 휠식의 주행체가 이용되는 경우도 있다. 주행체(1)는 좌우의 주행 모터(도시(圖示) 생략)에 의해 좌우의 크롤러(4)를 각각 구동하여 주행한다.

선회체(2)는 선회륜(6)을 개재하여 주행체(1)의 상부에 마련되고, 좌측 전부(前部)에 오퍼레이터가 탑승하는 운전실(7)을 구비하고 있다. 선회체(2)의 베이스 프레임인 선회 프레임에는 선회 모터(도시 생략)가 장착되어 있다. 선회 모터에는, 전동 모터를 이용하는 경우, 유압 모터를 이용하는 경우, 쌍방을 이용하는 경우가 있다. 선회체(2)에 있어서의 운전실(7)의 후측에는 동력실(9), 최후부에는 카운터 웨이트(10)가 마련되어 있다. 운전실(7)에는, 오퍼레이터가 앉는 운전석(도시 생략)이 마련되어 있다. 운전석의 좌우에는 선회체(2)의 선회 동작이나 작업기(3)의 동작을 지시하는 좌우의 조작 레버(도 2의 조작 레버(16) 등)가 배치되어 있다. 동력실(9)에는, 유압 액추에이터를 구동하는 작동유를 토출하는 유압 펌프(31)(도 2), 유압 펌프(31)를 구동하는 원동기(도시 생략), 유압 액추에이터에 공급되는 작동유의 흐름을 제어하는 제어 밸브 장치(예를 들면 도 2의 방향 전환 밸브(34)) 등이 수용되어 있다. 원동기로서는, 엔진(내연 기관) 외에, 전동기가 이용될 수 있다. 선회체(2)에는, 원동기를 포함하는 각 작동 장치를 제어하는 컨트롤러(40)(도 2)도 구비되어 있다.

작업기(3)는, 선회체(2)의 전부(본 실시 형태에서는 운전실(7)의 우측)에 연결되어 있다. 작업기(3)는, 붐(21), 아암(22), 및 어태치먼트(23)(본 실시 형태에서는 버킷)를 구비한 다관절형의 프론트 작업 장치이다. 붐(21)은 선회 프레임에 상하로 회전 운동 가능하게 직접 연결됨과 함께, 붐 실린더(24)를 개재하여 선회체 프레임과 연결되어 있다. 아암(22)은 붐(21)의 선단에 회전 운동 가능하게 직접 연결됨과 함께, 아암 실린더(25)를 개재하여 붐(21)에 연결되어 있다. 어태치먼트(23)는 아암(22)의 선단에 회전 운동 가능하게 직접 연결됨과 함께, 어태치먼트 실린더(26)를 개재하여 아암(22)에 연결되어 있다. 붐 실린더(24), 아암 실린더(25) 및 어태치먼트 실린더(26)는, 유압 액추에이터이다.

도 1의 작업 기계에 있어서는, 선회 모터(도시 생략), 붐 실린더(24), 아암 실린더(25) 및 어태치먼트 실린더(26)에 대하여, 유압 펌프(31)로부터 토출된 작동유가 좌우의 조작 레버의 조작에 따라 제어 밸브 장치를 개재하여 공급된다. 선회 모터가 구동되면 선회체(2)가 선회한다. 붐 실린더(24), 아암 실린더(25) 및 어태치먼트 실린더(26)가 구동되면 각각 붐(21), 아암(22) 및 어태치먼트(23)가 회전 운동하고, 어태치먼트(23)의 위치와 자세가 변화된다. 주행체(1)는 운전석의 전방에 배치된 주행 조작용의 페달을 가지는 레버(도시 생략)에 의해 조작된다.

-시스템 주요부-

도 2는 도 1의 작업 기계에 구비된 구동 시스템의 주요부를 일부 발출하여 나타낸 도면이다. 도 2에서는 컨트롤러의 기능 블록을 유압 회로와 함께 나타내고 있다. 또한, 동 도면에서는 아암 실린더(25)의 신장 동작과 관련된 시스템을 도시하고 있지만, 아암 실린더(25)의 수축 동작, 붐 실린더(24) 및 어태치먼트 실린더(26)의 신축 동작, 주행 모터의 정회전 역회전 동작에 각 관련되는 부분도 마찬가지의 구성이다. 이 때문에, 아암 실린더(25)의 신장 동작의 관련 부분을 대표하여 이하에 설명하고, 다른 동작의 관련 부분의 설명은 생략한다.

동 도면의 시스템은, 유압 펌프(31), 파일럿 펌프(32), 작동유 탱크(33), 방향 전환 밸브(34), 전자 밸브(35), 차단 밸브(36), 제 1 센서(37), 제 2 센서(38, 39) 및 컨트롤러(40)를 포함하고 있다.

·유압 펌프

유압 펌프(31)는 아암 실린더(25) 등을 구동하는 작동유를 토출하는 펌프이며, 원동기(도시 생략)에 의해 구동된다. 유압 펌프(31)는 고정용 유량형인 경우도 있지만 본 실시 형태에서는 가변 유량형으로 한다. 유압 펌프(31)로부터 토출된 작동유는 펌프 라인(31a)(유압 펌프(31)의 토출 배관)을 흘러, 방향 전환 밸브(34)를 경유하여 아암 실린더(25)에 공급된다. 아암 실린더(25)로부터의 리턴 오일은, 방향 전환 밸브(34)를 개재하여 탱크 라인(33a)으로 유입되어 작동유 탱크(33)로 되돌려진다. 펌프 라인(31a)에는, 이 펌프 라인(31a)의 최고 압력을 규제하는 릴리프 밸브(도시 생략)가 마련되어 있다.

·파일럿 펌프

파일럿 펌프(32)는 방향 전환 밸브(34) 등의 컨트롤 밸브를 구동하는 파일럿압의 1차압(원압)을 출력하는 고정 용량형의 펌프이며, 유압 펌프(31)와 같이 원동기(도시 생략)에 의해 구동된다. 원동기(도시 생략)와는 다른 동력원으로 파일럿 펌프(32)를 구동하는 구성으로 할 수도 있다. 파일럿 라인(32a)은 파일럿 펌프(32)의 토출 배관이며, 전자 밸브(35)를 개재하여 방향 전환 밸브(34)의 아암 클라우드 동작측의 수압부(34a)에 접속하고 있다.

·방향 전환 밸브

방향 전환 밸브(34)는 유압 펌프(31)로부터 아암 실린더(25)에 공급되는 작동유의 흐름(방향 및 유량의 쌍방 또는 방향만)을 제어하는 유압 구동식의 컨트롤 밸브이며, 수압부(34a, 34b)에 입력되는 파일럿압에 의해 구동된다. 방향 전환 밸브(34)의 각 포트에는, 펌프 라인(31a) 및 탱크 라인(33a) 외에, 아암 실린더(25)의 보텀측 포트에 접속하는 유로(25a), 및 아암 실린더(25)의 로드측 포트에 접속하는 유로(25b)가 접속되어 있다. 또한, 방향 전환 밸브(34)의 아암 클라우드 동작측의 수압부(34a)에는, 전술한 바와 같이 전자 밸브(35)를 개재하여 파일럿 라인(32a)이 접속되어 있다. 여기서, 파일럿 라인(32a)은 복수의 그룹으로 분기되고 있다. 일례로서, 예를 들면 파일럿 라인(32a)이 분기부(X)에서 파일럿 라인(32aa, 32ab)으로 분기되고, 파일럿 라인(32aa, 32ab)이 각각 복수로 분기되고 있는 것으로 한다. 이 경우, 파일럿 라인(32aa)으로부터 분기부(Y)에서 분기된 복수의 파일럿 라인(32a1, 32a2, 32a3 …)을 1개의 그룹으로 취급한다. 마찬가지로 파일럿 라인(32ab)으로부터 분기된 복수의 파일럿 라인(도시 생략)을 1개의 그룹으로 취급한다. 일례로서, 파일럿 라인(32aa)의 그룹이 작업기(3)에 탑재된 유압 액추에이터(붐 실린더(24), 아암 실린더(25), 어태치먼트 실린더(26))나 선회 모터를 구동하는 각 방향 전환 밸브가 대응하는 수압부에 접속되어 있는 것으로 한다. 예를 들면 파일럿 라인(32a1)이 상기의 수압부(34a)에, 파일럿 라인(32a2)이 방향 전환 밸브(34)의 아암 덤프 동작측의 수압부(34b)에 접속하고 있다. 파일럿 라인(32a3)도, 대응하는 유압 액추에이터(예를 들면 붐 실린더(24))의 방향 전환 밸브(도시 생략)가 대응하는 수압부에 접속하고 있다. 일례로서, 파일럿 라인(32ab)의 그룹은 분기되어 주행 모터를 구동하는 각 방향 전환 밸브가 대응하는 수압부에 접속되어 있는 것으로 한다.

도 2에 있어서는, 방향 전환 밸브(34)의 수압부(34a(또는 34b))에 파일럿압이 작용하면, 방향 전환 밸브(34)의 스풀이 도 2 중의 우측(또는 좌측)으로 이동하고, 파일럿압의 입력이 정지되면 스프링의 힘으로 스풀이 중립 위치로 복귀한다. 도면에 나타내는 것은 간략화하고 있지만, 방향 전환 밸브(34)의 중립 위치는 펌프 라인(31a)을 탱크 라인(33a)에 접속하고, 아암 실린더(25)에 대한 작동유의 급배를 정지시켜, 아암 실린더(25)의 신축 동작을 정지시킨다. 예를 들면 방향 전환 밸브(34)의 수압부(34a)에 파일럿압이 작용하면, 방향 전환 밸브(34)의 스풀이 파일럿압의 크기에 따른 거리만큼 우측으로 이동하고, 파일럿압에 따른 유량의 작동유가 유로(25a)를 개재하여 아암 실린더(25)의 보텀측 포트에 공급된다. 이에 따라 파일럿압의 크기에 따른 속도로 아암 실린더(25)가 신장하여 아암(22)이 클라우드 방향으로 회전 운동한다. 반대로 방향 전환 밸브(34)의 수압부(34b)에 파일럿압이 작용하면, 스풀이 좌측으로 이동하여 작동유가 유로(25b)를 개재하여 아암 실린더(25)의 로드측 포트에 공급되어 아암(22)이 덤프 방향으로 회전 운동한다. 다른 방향 전환 밸브(도시 생략)도 마찬가지로 동작하여, 대응하는 유압 액추에이터를 구동한다.

·전자 밸브

전자 밸브(35)는 파일럿 라인(32a1)에 마련한 예를 들면 노말 클로즈 타입으로 비례 전자 구동식의 감압 밸브(스풀 제어 밸브)이다. 전자 밸브(35)는 컨트롤러(40)로부터의 지령 신호에 의해 솔레노이드가 여자되면 개방되고, 지령 신호의 크기에 따라 파일럿 펌프(32)의 토출압을 원압(1차압)으로 하며, 이것을 감압하여 방향 전환 밸브(34)를 구동하는 파일럿압을 생성한다. 전자 밸브(35)는 차단 시에 파일럿 라인(32a1)과 수압부(34a)와의 접속을 차단하여 파일럿 라인(32a1)을 작동유 탱크(33)에 접속하고, 개방도의 상승에 따라 수압부(34a)에 연결되는 출구 포트의 개구 면적의 비율을 증가시키는 구조이다. 도시 생략되어 있지만, 파일럿 라인(32a)으로부터 분기되어 대응하는 수압부에 접속하는 각 파일럿 라인(파일럿 라인(32a2) 등)에도, 마찬가지의 전자 밸브가 마련되어 있다.

·차단 밸브

차단 밸브(36)는 파일럿 펌프(32)와 전자 밸브(35)와의 접속을 차단하는 노말 오픈 타입으로 전자 구동식의 전환 밸브(온 오프 밸브)이다. 이 차단 밸브(36)는, 파일럿 라인(32a)에 있어서의 전자 밸브(35)와 파일럿 펌프(32)와의 사이(본 예에서는 파일럿 라인(32aa)의 분기부(X, Y)의 사이)에 마련되어 있다. 차단 밸브(36)는 차단 시에 파일럿 라인(32a, 32aa)의 접속을 차단하여 파일럿 라인(32a)을 작동유 탱크(33)에 접속하고, 개방 시에 파일럿 라인(32a, 32aa)을 접속하여 파일럿 라인(32a)과 작동유 탱크(33)와의 접속을 차단하는 구조이다.

또한, 차단 밸브(36)는 이른바 게이트 록 밸브(GL)와는 별개의 것이다. 게이트 록 밸브(GL)는, 방향 전환 밸브(34)를 포함하는 각 방향 전환 밸브의 각 수압부에 분기되어 연결되는 각 파일럿 라인의 분기부(X)보다 상류측에 위치하고 있다. 게이트 록 밸브(GL)가 폐쇄되면 조작의 유무에 관계없이 모든 방향 전환 밸브가 중립 위치가 되어, 모든 유압 액추에이터가 정지한다. 이에 대하여, 차단 밸브(36)는 분기부(X)보다 하류측에 위치하고, 전체 수의 방향 전환 밸브를 복수로 그룹을 나눈 경우에 1개의 그룹(예를 들면 작업기(3)의 유압 액추에이터와 선회 모터)의 방향 전환 밸브를 구동하는 파일럿압을 차단하도록 배치되어 있다. 단, 개개의 수압부에 접속하는 각 파일럿 라인(예를 들면 분기부(Y)보다 하류측)에 각각 차단 밸브(36)를 마련하는 구성으로 할 수도 있다.

컨트롤러(40)로부터의 신호에 의해 솔레노이드가 여자되면 차단 밸브(36)는 차단 위치로 전환되고, 본 실시 형태에서는 파일럿 라인(32aa)의 그룹에 속하는 전자 밸브(전자 밸브(35) 등)에 대한 1차압을 차단한다. 솔레노이드가 소자되면 차단 밸브(36)는 연통 위치로 복귀하고, 파일럿 라인(32aa)의 그룹에 속하는 전자 밸브에 대하여 1차압을 작용시킨다. 단, 차단 밸브(36)를 노멀 클로즈형으로 한 경우에는, 여자와 소자의 타이밍을 교체한다.

·제 1 센서

제 1 센서(37)는, 조작 레버(16)의 조작량(본 실시 형태에서는 아암 클라우드 조작량)을 검출한다. 제 1 센서(37)는 예를 들면 전기 레버 장치에 내장된 포텐셔미터 등의 각도 센서이며, 조작 레버(16)의 기울기를 검출하여 조작량으로서 컨트롤러(40)에 출력한다. 조작 레버(16)를 구비한 전기 레버 장치는 운전실(7)의 내부의 운전석의 좌우 중 어느 일방측에 배치되어 있다.

·제 2 센서

제 2 센서(38, 39)는, 전자 밸브(35)의 동작에 관한 상태량을 검출하는 센서이다. 제 2 센서(38)는 예를 들면 압력 센서이며, 파일럿 라인(32a1)에 있어서의 방향 전환 밸브(34)의 수압부(34a)와 전자 밸브(35)와의 사이의 위치에 마련되어 있다. 전자 밸브(35)에서 생성되어 방향 전환 밸브(34)에 인가되는 파일럿압의 크기가 제 2 센서(38)에 의해 측정되어, 컨트롤러(40)에 입력된다. 또한 제 2 센서(39)는 예를 들면 전류계이며, 컨트롤러(40)와 전자 밸브(35)의 솔레노이드를 결선하는 전기 신호선에 마련되어 있다. 컨트롤러(40)에서 생성되어 전자 밸브(35)에 인가되는 전기 신호(전류)의 크기가 제 2 센서(39)에 의해 측정되고, 컨트롤러(40)에 입력된다. 본 실시 형태에 있어서는, 이들 제 2 센서(38, 39)에 의해 검출되는 파일럿압이나 전기 신호의 크기가 전자 밸브(35)의 제어 상태와 관련된 상태량에 해당한다.

·컨트롤러

컨트롤러(40)는, 제 1 센서(37) 및 제 2 센서(38, 39)의 검출 신호에 의거하여 전자 밸브(35)와 차단 밸브(36)를 제어하는 차량 탑재 컴퓨터이며, 예를 들면 CPU나 메모리를 가진다. 이 컨트롤러(40)는, 전자 밸브 지령 연산부(41), 중립 판정부(42), 전자 밸브 출력 정지 제어부(43), 전자 밸브 구동부(44), 전자 밸브 개방 고착 판정부(45), 제 2 센서 이상 판정부(46), 중립 시 차단 지령부(47), 차단 밸브 제어부(48)를 구비하고 있다. 전자 밸브 지령 연산부(41), 중립 판정부(42, …) 등의 컨트롤러(40)의 요소는, 기능을 구성 요소로서 나타낸 것이며, 단일 또는 복수의 CPU에 의해 실행 혹은 구성된다.

전자 밸브 지령 연산부(41)는, 제 1 센서(37)의 신호를 기초로 조작 레버(16)의 조작량(본 예에서는 아암 클라우드 조작량)에 비례한 지령값을 연산하여, 전자 밸브 출력 정지 제어부(43)에 출력한다.

중립 판정부(42)는, 제 1 센서(37)의 신호로부터 연산한 조작 레버(16)의 조작량에 의거하여 조작 레버(16)가 중립 위치에 있는지를 판정하고, 전자 밸브 출력 정지 제어부(43) 및 중립 시 차단 지령부(47)에 판정 결과를 출력한다. 조작 레버(16)의 포지션이 중립 위치인 것은, 조작 레버(16)가 조작되고 있지 않은 것과 마찬가지의 의미이다. 중립 판정부(42)에 있어서는, 예를 들면 조작 레버(16)의 조작량[deg]이 설정값 A 미만인 경우에 조작 레버(16)의 포지션이 중립 위치라고 판정되고, 진리값으로서 조작 레버(16)가 중립 위치에 있는 것을 나타내는 1이 출력된다(도 5). 반대로 조작 레버(16)의 조작량이 설정값 A 이상인 경우에 조작 레버(16)가 중립 위치를 넘어 조작되고 있다고 판정되고, 진리값으로서 조작 레버(16)가 중립 위치에 없는 것을 나타내는 0이 출력된다(도 5). 또한, 특히 도면에 나타내고 있지 않지만, 조작 레버(16)는 스프링으로 중립 위치를 향해 꽉 눌려져 있으며, 예를 들면 손을 뗀 상태에서는 자연히 중립 위치로 복귀한다.

전자 밸브 출력 정지 제어부(43)는, 중립 판정부(42)로부터 입력된 판정 결과가 조작 레버(16)의 포지션이 중립 위치가 아닌(즉 조작되고 있는) 것을 통지하는 것인 경우, 전자 밸브 지령 연산부(41)에서 연산된 지령값을 전자 밸브 구동부(44)에 출력한다. 반대로 중립 판정부(42)로부터 입력된 판정 결과가 조작 레버(16)의 포지션이 중립 위치인(즉 조작되고 있지 않은) 것을 통지하는 것인 경우, 전자 밸브(35)를 정지시키는 지령값을 전자 밸브 구동부(44)에 출력한다.

전자 밸브 구동부(44)는, 전자 밸브 출력 정지 제어부(43)로부터 입력된 지령값에 따른 전기 신호(예를 들면 전류)를 생성하여 전자 밸브(35)의 솔레노이드에 출력한다. 조작 레버(16)가 조작된 경우, 조작량에 따른 크기의 전기 신호가 솔레노이드에 인가되어 전자 밸브(35)가 개방되고, 파일럿 펌프(32)의 토출압을 원압으로 하여 레버 조작량에 따라 전자 밸브(35)에서 생성된 파일럿압이 방향 전환 밸브(34)의 수압부(34a)에 작용한다. 반대로 조작 레버(16)가 중립 위치인(조작되고 있지 않은) 경우, 솔레노이드가 소자되어 전자 밸브(35)는 폐쇄된다. 또한, 조작 레버(16)가 중립 위치인 경우에도, 전자 밸브 구동부(44)로부터는 미소한 전류(스탠바이 전류)가 출력된다. 미소한 전류에 의해 전자 밸브(35)의 솔레노이드의 가동 철심을 진동시켜, 가동 철심의 슬라이딩부에 정지 마찰력이 아니라 동마찰력이 작용한 대기 상태로 함으로써, 전자 밸브(35)의 응답성을 높이기 위해서이다.

전자 밸브 개방 고착 판정부(45)는, 제 2 센서(38, 39)의 신호를 기초로 전자 밸브(35)를 구동하는 전기 신호(전류)와 전자 밸브(35)에서 생성되는 파일럿압을 비교하고, 전자 밸브(35)의 개방 고착의 유무를 판정하여 판정 결과를 차단 밸브 제어부(48)에 출력한다. 개방 고착의 판정 처리의 내용을 전자 밸브(35)에서 생성되는 파일럿압과 전자 밸브에 인가되는 전류와의 관계를 나타낸 도 3을 이용하여 다음과 같이 설명한다. 시각 t1에 레버 조작이 되면 컨트롤러(40)로부터의 전기 신호(전류 I[mA])에 의해 전자 밸브(35)가 개방되고, 파일럿압 P[MPa]가 상승한다. 시각 t2에서 조작 레버(16)가 중립 위치로 되돌려지면 전자 밸브(35)가 폐쇄되고, 파일럿압 P가 0까지 감소한다. 전자 밸브(35)의 동작 지연이 있는 점에서, 전류 I의 증감에 대하여 파일럿압 P는 응답 지연 시간 td1[ms]만큼 늦게 증감한다. 따라서, 전자 밸브(35)의 솔레노이드에 인가되는 전류 I가 설정값 I1[mA]을 하회하고 나서(동 도면에서는 시각 t2로부터) 응답 지연 시간 td1이 경과한 시점(동 도면에서는 시각 t3)에서 파일럿압 P가 설정값 P1[MPa] 이하인지를 판정한다. 동 도면에 실선으로 나타낸 바와 같이 시각 t3에서 파일럿압 P가 설정값 P1 이하이면, 전자 밸브 개방 고착 판정부(45)에 있어서 전자 밸브(35)에 개방 고착은 발생하고 있지 않다고 판정된다. 반대로, 동 도면에 파선으로 나타낸 바와 같이 레버 조작을 멈추어도 파일럿압 P가 내려가지 않고 시각 t3에서 파일럿압 P가 설정 P1보다 큰 경우, 전자 밸브 개방 고착 판정부(45)에 있어서 전자 밸브(35)에 개방 고착이 발생하고 있다고 판정된다.

제 2 센서 이상 판정부(46)는, 제 2 센서(38, 39)의 검출 신호에 의거하여 제 2 센서(38, 39) 자체의 이상의 유무를 판정한다. 압력 센서인 제 2 센서(38)는 변형 게이지를 내장하고 있으며, 단선이나 단락 등의 이상을 검출하기 위해 정상인 출력 전압 범위가 사양으로 정해져 있다. 본 실시 형태에서는, 제 2 센서(38)의 정상인 출력 전압 범위가 예를 들면 0.5V~4.5V인 것으로 하면, 출력이 0.5V 미만 또는 4.5V보다 큰 경우에, 제 2 센서 이상 판정부(46)에 있어서 제 2 센서(38)가 이상이라고 판정된다. 전류계인 제 2 센서(39)에 대해서는, 컨트롤러(40)(전자 밸브 구동부(44))의 출력 전류 사양에 의거하여 이상을 판정한다. 구체적으로는, 제 2 센서(39)의 검출값이 전자 밸브 구동부(44)의 최소 출력 전류(스탠바이 전류) 미만이면, 제 2 센서 이상 판정부(46)에 있어서 제 2 센서(39)가 이상이라고 판정된다. 또한, 제 2 센서(39)의 검출값이 전자 밸브 구동부(44)의 최대 출력 전류 이상(以上)인 경우에도 제 2 센서 이상 판정부(46)에 있어서 제 2 센서(39)가 이상이라고 판정된다. 제 2 센서(39)의 검출값이 예를 들면 전자 밸브 구동부(44)의 최소 출력 전류에서부터 최대 출력 전류까지의 범위에 들어가고 있으면 제 2 센서(39)는 정상이라고 판정된다.

중립 시 차단 지령부(47)는, 제 2 센서 이상 판정부(46)가 제 2 센서(38, 39)의 적어도 일방을 이상이라고 판정한 경우, 중립 판정부(42)에서 조작 레버(16)의 중립 상태가 검출되면, 차단 밸브(36)에 폐쇄 지령을 하는 지령을 생성하여 차단 밸브 제어부(48)에 출력한다. 또한, 중립 시 차단 지령부(47)는, 제 2 센서 이상 판정부(46)가 제 2 센서(38, 39)의 적어도 일방을 이상이라고 판정한 경우라도, 중립 판정부(42)에서 조작 레버(16)의 조작이 검출되면 차단 밸브(36)에 개방 지령을 하는 지령을 생성하여 차단 밸브 제어부(48)에 출력한다. 또한, 중립 시 차단 지령부(47)는, 제 2 센서 이상 판정부(46)가 제 2 센서(38, 39)의 쌍방을 정상이라고 판정한 경우에는, 중립 판정부(42)의 판정 결과에 관계없이 차단 밸브(36)에 개방 지령을 하는 지령을 생성하여 차단 밸브 제어부(48)에 출력한다.

차단 밸브 제어부(48)는, 전자 밸브 개방 고착 판정부(45)로부터 전자 밸브(35)가 개방 고착되어 있다고 하는 판정 결과가 입력된 경우, 및 중립 시 차단 지령부(47)로부터 차단 밸브(36)의 폐쇄 지령이 입력된 경우에, 차단 밸브(36)의 솔레노이드에 폐쇄 지령을 하는 전기 신호(전류)를 출력한다. 이에 따라 차단 밸브(36)가 폐쇄되고, 전자 밸브(35)와 파일럿 펌프(32)와의 접속이 차단된다. 또한, 전자 밸브 개방 고착 판정부(45)에서 전자 밸브(35)의 개방 고착이 검출되지 않고, 또한 중립 시 차단 지령부(47)에서 차단 밸브(36)의 폐쇄 지령이 되지 않는 경우에는, 차단 밸브 제어부(48)는 차단 밸브(36)의 솔레노이드를 소자(消磁)하여 파일럿 펌프(32)와 전자 밸브(35)를 접속한다.

-차단 밸브의 제어 순서-

도 4는 컨트롤러(40)에 의한 차단 밸브(36)의 개폐 제어의 제어 순서를 나타내는 플로우 차트이다. 동 도면에 나타낸 일련의 처리는, 원동기가 가동하여 전원이 컨트롤러(40)에 투입되고 있는 동안, 컨트롤러(40)에 의해 소정의 사이클 타임(예를 들면 0.1s)으로 반복하여 실행된다. 오퍼레이터가 키 스위치(도시 생략)에 의해 작업 기계 원동기를 시동하면, 컨트롤러(40)는 메모리로부터 차단 밸브(36)의 제어프로그램을 CPU에 로드하여 기동한다. 제어 프로그램을 기동하면, 컨트롤러(40)는 먼저, 제 1 센서(37) 및 제 2 센서(38, 39)의 신호를 입력하고, 제 2 센서 이상 판정부(46)에 의해 제 2 센서(38, 39)에 이상이 발생하고 있는지를 판정한다(단계 S1). 제 2 센서(38, 39)가 모두 정상인 경우, 컨트롤러(40)는 제 2 센서(38, 39)의 신호를 기초로 전자 밸브 개방 고착 판정부(45)에서 전자 밸브(35)의 개방 고착의 발생의 유무를 판정한다(단계 S2). 제 2 센서(38, 39)의 적어도 일방이 이상인 경우, 컨트롤러(40)는 제 1 센서(37)의 신호에 의거한 중립 판정부(42)의 판정 결과를 기초로, 조작 레버(16)의 조작의 유무에 따라 차단 밸브(36)의 개폐 지령을 중립 시 차단 지령부(47)에서 생성한다(단계 S3).

단계 S1~S3에 있어서의 제 2 센서 이상 판정부(46), 전자 밸브 개방 고착 판정부(45) 및 중립 시 차단 지령부(47)의 판정의 결과에 의거하여, 컨트롤러(40)는 차단 밸브 제어부(48)에서 차단 밸브(36)의 개폐를 제어한다.

구체적으로는, 제 2 센서(38, 39)가 모두 정상이라고 판정된 경우, 전자 밸브(35)에 개방 고착이 발생하고 있다고 판정되면, 컨트롤러(40)는 차단 밸브 제어부(48)에서 차단 밸브(36)에 폐쇄 지령을 출력하여 차단 밸브(36)를 폐쇄한다(단계 S5). 마찬가지로 제 2 센서(38, 39)가 모두 정상이라고 판정된 경우에도, 전자 밸브(35)에 개방 고착이 발생하고 있지 않다고 판정되면, 컨트롤러(40)는 차단 밸브 제어부(48)에서 차단 밸브(36)에 개방 지령을 출력하여 차단 밸브(36)를 개방한다(단계 S6).

한편, 제 2 센서(38, 39)의 적어도 일방이 이상이라고 판정된 경우, 조작 레버(16)의 중립 상태가 검출되면, 컨트롤러(40)는 차단 밸브 제어부(48)에서 차단 밸브(36)에 폐쇄 지령을 출력하여 차단 밸브(36)를 폐쇄한다(단계 S5). 마찬가지로 제 2 센서(38, 39)의 적어도 일방이 이상이라고 판정된 경우에도, 조작 레버(16)의 조작이 검출되면, 컨트롤러(40)는 차단 밸브 제어부(48)에서 차단 밸브(36)에 개방 지령을 출력하여 차단 밸브(36)를 개방한다(단계 S4).

단계 S4~S6 중 어느 처리를 실행하면, 컨트롤러(40)는 단계 S1로 순서를 되돌린다.

-효과-

본 실시 형태에 의하면, 제 2 센서(38, 39)의 이상에 의해 전자 밸브(35)의 개방 고착의 유무를 판정할 수 없는 상황에서는, 조작 레버(16)가 조작되고 있지 않은 경우에 차단 밸브(36)를 폐쇄한다. 그러나, 전자 밸브(35)의 개방 고착을 판정할 수 없는 상황이라도, 조작 레버(16)를 조작함으로써 차단 밸브(36)가 개방된다. 따라서, 전자 밸브(35)의 개방 고착을 판정할 수 없는 상황에서도, 도 5에 나타난 바와 같이 조작 레버(16)가 조작되고 있는 동안(동 도면의 시각 t4 이전, 시각 t7 이후)에는 차단 밸브(36)가 개방되어 전자 밸브(35)에 1차압이 공급된다. 이 경우, 고착되고 있지 않으면 전자 밸브(35)는 레버 조작에 따라 동작하므로, 전자 밸브(35)에 의해 파일럿압이 생성되어 유압 액추에이터(도 2에서는 아암 실린더(25))의 조작을 계속할 수 있다.

또한, 도 5의 예에 있어서는, 조작량을 낮춰 나가(조작 레버(16)를 중립 위치로 되돌려 나가) 시각 t5에 조작량이 0이 되고, 시각 t6에서부터 조작량을 0으로부터 올려 나가는(조작 레버(16)를 쓰러뜨려 나가는) 경우를 예시하고 있다. 전에도 언급했지만, 중립 판정부(42)에 있어서는, 동 도면에 나타낸 바와 같이 조작 레버(16)의 조작량[deg]이 설정값 A 미만인(불감대에 있는) 경우에 조작 레버(16)의 포지션이 중립 위치라고 판정된다. 조작 레버(16)의 포지션이 중립 위치라고 판정된 경우, 그 취지를 나타내는 진리값 1이 출력된다(시각 t4~t7). 반대로 조작 레버(16)의 조작량이 설정값 A 이상인 경우에는 조작 레버(16)가 중립 위치를 초과하여 조작되고 있다고 판정되고, 조작 레버(16)가 중립 위치에 없는 것을 나타내는 진리값 0이 출력된다(시각 t4 이전, 시각 t7 이후).

한편, 예를 들면 도 6에 있어서 조작 레버(16)를 중립 위치로 되돌리는(조작량을 낮춰 시각 t10에서 0으로 하는) 과정에서 시각 t8에 이물의 들어감 등에 의해 전자 밸브(35)에 개방 고착이 발생한 경우를 생각한다. 이 경우, 시각 t8 이후, 조작량이 감소해도, 차단 밸브(36)가 개방되어 있는 한 파일럿압이 전자 밸브(35)의 개방 고착 발생 시의 값 P2로부터 저하되지 않는다(시각 t8~t9). 그러나, 조작량이 설정값 A까지 저하되어 조작 레버(16)의 포지션이 중립 위치라고 판정되면(시각 t9), 차단 밸브(36)가 폐쇄되어 전자 밸브(35)로의 1차압의 출력이 정지되고, 파일럿압의 출력이 정지된다(시각 t9 이후). 따라서, 전자 밸브(35)가 개방 고착되어 유압 액추에이터(도 2에서는 아암 실린더(25))의 동작이 조작에 응하지 않게 되어도, 조작 레버(16)를 중립 위치로 되돌리면(예를 들면 레버에서 손을 떼는 것 만으로) 확실하게 유압 액추에이터를 정지시킬 수 있다. 별도의 긴급 정지 스위치 등을 조작하지 않아도, 레버 중립으로 액추에이터를 확실하게 정지시킬 수 있는 메리트는 크다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 의하면, 방향 전환 밸브 구동용의 전자 밸브의 개방 고착을 검지할 수 없는 상황에 있어서, 필요 이상으로 유압 액추에이터를 동작 불능으로 하지 않고, 그러면서도 전자 밸브가 개방 고착된 경우에는 레버 조작에 의해 액추에이터를 정지시킬 수 있다.

<제 2 실시 형태>

도 7은 본 발명의 제 2 실시 형태와 관련된 작업 기계에 있어서 전자 밸브의 개방 고착이 판정 불능한 상황하에 있어서의 레버 조작과 전자 밸브 1차압 및 파일럿압과의 관계를 나타낸 도이다. 동 도면에서는 조작 레버(16)를 중립 위치로 되돌리는(조작량을 낮춰 시각 t14에서 0으로 하는) 과정을 나타내고 있다. 본 실시 형태에 있어서의 컨트롤러(40)는, 제 2 센서(38, 39)의 적어도 일방을 이상이라고 판정하고, 또한 조작 레버(16)의 중립 상태를 검출한 경우, 조작 레버(16)의 중립 상태를 검출하고 나서 설정 시간이 경과하는 것을 기다려 차단 밸브(36)에 폐쇄 지령한다. 도 7에 나타나는 바와 같이 센서 이상 시에 조작 레버(16)가 중립이 된 시점(시각 t12)에서부터 차단 밸브(36)를 폐쇄하는 시점(시각 t13)까지의 지연 시간 td2(=t13-t12)를 마련하는 점을 제외하고, 본 실시 형태는 제 1 실시 형태와 동작 및 구성도 마찬가지이다. 또한, 도 7에서는 도 6에 대응하여 레버 조작 중(시각 t11)에 전자 밸브(35)에 개방 고착이 발생한 경우를 예시하고 있지만, 개방 고착이 발생하고 있지 않은 상태에서도, 센서 이상 시에는 조작 레버(16)가 중립 위치가 되고 나서 지연 시간 td2가 경과한 시점에서 차단 밸브(36)가 폐쇄된다. 지연 시간 td2는, 예를 들면 작업 기계에 있어서 차체 정지 제어 중의 전자 밸브 제어(후술)의 실행 시간과 동등하거나 약간 그것보다 긴 정도로 한다. 또한, 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 센서가 정상인 경우에는 전자 밸브(35)가 개방 고착되고 있지 않는 한 차단 밸브(36)는 개방된다.

본 실시 형태에 있어서는, 제 1 실시 형태의 효과에 더해 다음의 효과가 얻어진다. 작업 기계에 있어서는, 차체 정지 제어 중의 차체 진동을 억제할 목적으로, 파일럿압의 시간 변화율을 제한하도록 전자 밸브(전자 밸브(35)에 상당)를 제어하는 기능이 구비되어 있는 경우가 있다. 이 경우, 센서 이상 시에 레버 중립을 조건으로 차단 밸브를 폐쇄하는 제어를 도입한 경우, 전자 밸브 제어의 실행 중에 조작 레버의 중립 복귀에 따라 차단 밸브가 바로 폐쇄되어버리면, 파일럿압의 시간 변화율의 제한을 방해해버린다. 이에 비하여 본 실시 형태에 있어서는, 상기한 바와 같이 조작 레버(16)가 중립 위치로 복귀하고 나서 지연 시간 td2가 경과하는 것을 기다려 차단 밸브(36)를 폐쇄함으로써, 차체 정지 제어 시의 전자 밸브 제어 기능과의 간섭을 회피할 수 있다.

<변형예>

이상의 실시 형태에 있어서는, 제 2 센서(38, 39)의 쌍방을 이상 검출 대상으로 한 경우를 예시로 들어 설명했지만, 어느 일방을 이상 검출 대상으로 하는 구성도 생각할 수 있다.

또한, 차단 밸브(36)는 작업기(3)의 유압 액추에이터 등의 그룹 단위로 전자 밸브에 대한 원압을 일괄하여 차단하는 구성을 예시했다. 이 경우, 동일 그룹에 속하는 각 전자 밸브에 대해서 도 2에서 설명한 바와 같이 제 2 센서의 이상을 판정하고, 예를 들면 어느 전자 밸브의 개방 고착 판정이 불능한 상황하에서 레버 조작에 따른 차단 밸브의 개폐 제어를 실행하는 구성으로 할 수 있다.

또한, 부품 수는 증가하지만, 각 전자 밸브에 접속하는 파일럿 라인에 각각 차단 밸브를 마련하고, 어느 전자 밸브에 관한 개방 고착이 판정 불능이 된 경우에 이 전자 밸브에 일대일로 대응하는 차단 밸브만을 제어 대상으로 하는 구성도 생각할 수 있다. 이 경우에는 파일럿 펌프(32)와의 접속이 차단되는 전자 밸브가 최소한으로 억제되고, 제 2 센서의 이상이 발생하고 있지 않은 경우의 조작성에 의해 근접시킬 수 있다. 반대로 제 2 센서의 이상이 발생하고 있지 않은 경우의 조작성과의 차이가 커질 수 있지만, 예를 들면 게이트 록 밸브(GL)(도 2)를 차단 밸브로서 제어 대상으로 하는 구성도 생각할 수 있다. 부품 수가 감소하는 점에서는 메리트이다. 부품 수와 조작성의 밸런스의 관점에서는, 그룹 단위의 전자 밸브를 차단 대상으로 하는 제 1 실시 형태나 제 2 실시 형태와 같은 구성이 바람직하다.

16…조작 레버, 25…아암 실린더(액추에이터), 31…유압 펌프, 32…파일럿 펌프, 34…방향 전환 밸브, 35…전자 밸브, 36…차단 밸브, 37…제 1 센서, 38, 39…제 2 센서, 40…컨트롤러

Claims

작동유를 토출하는 유압 펌프, 상기 유압 펌프로부터 토출된 작동유에 의해 구동되는 액추에이터, 상기 액추에이터에 공급되는 작동유의 흐름을 제어하는 방향 전환 밸브, 고정 용량형의 파일럿 펌프, 상기 파일럿 펌프의 토출압을 원압으로 하여 상기 방향 전환 밸브를 구동하는 파일럿압을 생성하는 전자 밸브, 상기 파일럿 펌프와 상기 전자 밸브와의 접속을 차단하는 차단 밸브, 조작 레버의 조작량을 검출하는 제 1 센서, 상기 전자 밸브의 동작에 관한 상태량을 검출하는 제 2 센서, 및 상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서의 검출 신호에 의거하여 상기 전자 밸브와 상기 차단 밸브를 제어하는 컨트롤러를 구비한 작업 기계에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 제 2 센서의 검출 신호에 의거하여 상기 제 2 센서의 이상의 유무를 판정하고,
상기 제 2 센서를 이상이라고 판정한 경우, 상기 제 1 센서의 검출 신호에 의거하여 상기 조작 레버의 조작이 검출된 경우에는 상기 차단 밸브에 개방 지령하여 상기 파일럿 펌프와 상기 전자 밸브의 접속을 개방하고, 상기 조작 레버의 중립 상태가 검출된 경우에는 상기 차단 밸브에 폐쇄 지령하여 상기 파일럿 펌프와 상기 전자 밸브의 접속을 차단하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 제 2 센서를 정상이라고 판정한 경우, 상기 제 2 센서의 검출 신호에 의거하여 상기 전자 밸브에 개방 고착이 발생하고 있는지를 판정하고,
상기 개방 고착이 발생하고 있다고 판정한 경우에는 상기 차단 밸브에 폐쇄 지령하여 상기 파일럿 펌프와 상기 전자 밸브의 접속을 차단하고, 상기 개방 고착이 발생하고 있지 않다고 판정한 경우에는 상기 차단 밸브에 개방 지령하여 상기 파일럿 펌프와 상기 전자 밸브의 접속을 개방하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 제 2 센서를 이상이라고 판정하고, 또한 상기 조작 레버의 중립 상태를 검출한 경우, 상기 조작 레버의 중립 상태를 검출하고 나서 설정 시간이 경과하는 것을 기다려 상기 차단 밸브에 폐쇄 지령하여 상기 파일럿 펌프와 상기 전자 밸브의 접속을 차단하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.