KR102661855B1 - 작업 기계 - Google Patents

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KR102661855B1
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겐토 구마가이
신야 이무라
야스타카 츠루가
다카아키 치바
히로아키 아마노
신지 니시카와
아키히로 나라자키
겐로쿠 스기야마
신지로 야마모토
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히다치 겡키 가부시키 가이샤
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Abstract

액추에이터의 위치 제어 정밀도를 확보하면서, 재생 기능에 의해 액추에이터의 동작 속도를 증속하는 것이 가능한 작업 기계를 제공한다. 컨트롤러는, 조작 레버의 입력량과 목표 액추에이터 유량에 기초하여 재생 유량을 산출하고, 상기 목표 액추에이터 유량으로부터 상기 재생 유량을 빼서 목표 액추에이터 공급 유량을 산출하고, 상기 목표 액추에이터 공급 유량에 기초하여 목표 유량 제어 밸브 개구량을 산출하고, 상기 목표 액추에이터 공급 유량의 합계 이상이 되는 목표 펌프 유량을 산출하고, 상기 조작 레버의 입력량에 기초하여 전환 밸브를 제어하고, 상기 목표 유량 제어 밸브 개구량에 따라 유량 제어 밸브를 제어하고, 상기 목표 펌프 유량에 따라 유압 펌프를 제어한다.

Description

작업 기계
본 발명은, 유압 셔블 등의 작업 기계에 관한 것이다.
유압 셔블 등의 작업 기계는, 선회체를 포함하는 차체와, 선회체에 장착되는 작업 장치(프런트 장치)를 구비하며, 작업 장치가, 선회체에 접속되는 붐(프런트 부재)과, 붐의 선단에 접속되는 아암(프런트 부재)과, 아암의 선단에 접속되는 버킷(프런트 부재)과, 붐을 구동하는 붐 실린더(액추에이터)와, 아암을 구동하는 아암 실린더(액추에이터)와, 버킷을 구동하는 버킷 실린더(액추에이터)를 포함한다. 이와 같은 작업 기계에 있어서는, 붐, 아암 또는 버킷을 단독으로 움직였을 때에 버킷 선단은 원호 상의 궤적을 그린다. 그 때문에, 예를 들면 아암을 당기는 동작에 따라서는 버킷 선단으로 직선 형상의 마무리면을 형성하는 경우에 있어서는, 오퍼레이터는 붐, 아암 및 버킷을 복합적으로 조작할 필요가 있어, 오퍼레이터에게는 숙련된 조작 기술이 요구된다.
그래서, 제어 장치(컨트롤러)에 의해 자동 또는 반자동으로 유압 액추에이터의 구동을 제어하는 기능(머신 컨트롤)을 굴삭 작업에 적용하여, 굴삭 동작 시(아암 또는 버킷의 동작 시)에 설계면(목표 굴삭면)을 따라 버킷 선단을 이동시키는 기술이 있다(특허문헌 1).
한편, 종래의 유압 셔블의 중에는, 유압 액추에이터의 탱크측 유로의 압유를 펌프측 유로에 합류시키는 것(압유 재생)에 의해, 당해 유압 액추에이터의 동작 속도를 증속시킬 수 있는 압유 재생 장치를 구비한 것이 있다(특허문헌 2).
이와 같은 배경에 있어서, 아암 실린더의 신축 속도를 증속시킬 수 있는 유압 재생 장치를 구비한 유압 셔블에 머신 컨트롤을 적용한 경우, 머신 컨트롤에 의해 버킷 선단을 목표 굴삭면을 따라 한창 이동시키고 있는 중에, 아암 실린더에 있어서 압유 재생이 행해지면, 아암의 동작 속도가 변동하여, 버킷 선단이 목표 굴삭면보다 깊게 땅속에 들어갈 우려가 있다. 즉, 액추에이터의 리턴 오일을 펌프측 유로에 합류시키는 구성에 있어서, 머신 컨트롤에 의해(또는, 오퍼레이터의 레버 조작에 따라) 액추에이터의 목표 유량을 설정하고, 펌프로부터 액추에이터에 공급되는 유량을 목표 유량과 일치시키는 제어를 실행한 경우, 액추에이터에 공급되는 유량이 목표 유량보다 커져, 액추에이터의 위치 제어 정밀도를 확보할 수 없다.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여, 실린더의 신축 속도를 증속시킬 수 있는 유압 재생 장치를 구비한 유압 셔블에서, 머신 컨트롤에 의해 작업을 행하는 경우에 유압 재생의 영향이 큰 조건에서는 재생 유량을 저하시킴으로써 압유 재생 기능을 제한하여, 머신 컨트롤에 의한 액추에이터 위치 제어 정밀도를 확보하는 기술이 있다(특허문헌 3).
일본특허 제3056254호 공보 일본특허 제3594680호 공보 일본공개특허 특개2018-3516호 공보
그러나, 특허문헌 3에 기재된 작업 기계에 있어서, 머신 컨트롤에 의해 작업을 행할 때에 재생 기능을 제한한 경우, 액추에이터의 위치 제어 정밀도는 확보할 수 있지만, 액추에이터의 동작 속도를 증속할 수 없어, 작업 효율의 저하를 초래할 우려가 있다. 즉, 머신 컨트롤에 의해(또는, 오퍼레이터의 레버 조작에 따라) 액추에이터의 목표 유량을 설정하고, 펌프로부터 액추에이터에 공급되는 유량을 목표 유량과 일치시킴으로써 액추에이터의 위치 제어 정밀도를 확보하는 구성에서는, 액추에이터의 리턴 오일을 펌프측 유로에 합류시켜 액추에이터의 동작 속도를 증속할 수 없다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 액추에이터의 위치 제어 정밀도를 확보하면서, 재생 기능에 의해 액추에이터의 동작 속도를 증속하는 것이 가능한 작업 기계를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 차체와, 상기 차체에 장착된 작업 장치와, 상기 차체 또는 상기 작업 장치를 구동하는 액추에이터와, 작동유 탱크와, 상기 작동유 탱크로부터 작동유를 흡입하고, 상기 액추에이터에 공급하는 유압 펌프와, 상기 유압 펌프의 토출 라인에 병렬로 접속되어 있고, 상기 유압 펌프로부터 상기 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 유량 제어 밸브와, 상기 액추에이터의 동작을 지시하기 위한 조작 레버와, 상기 조작 레버의 입력량에 따라 상기 유량 제어 밸브를 제어하는 컨트롤러를 구비한 작업 기계에 있어서, 상기 유량 제어 밸브의 미터아웃측으로부터 미터인측으로의 작동유의 흐름을 허용하는 재생 밸브와, 상기 유량 제어 밸브와 상기 작동유 탱크를 접속하는 탱크 라인에 마련되고, 상기 탱크 라인을 개방 또는 차단하는 전환 밸브를 구비하며, 상기 컨트롤러는, 상기 조작 레버의 입력량에 기초하여 상기 액추에이터의 목표 유량인 목표 액추에이터 유량을 산출하고, 상기 조작 레버의 입력량과 상기 목표 액추에이터 유량에 기초하여 상기 재생 밸브의 통과 유량인 재생 유량을 산출하고, 상기 목표 액추에이터 유량으로부터 상기 재생 유량을 빼서 목표 액추에이터 공급 유량을 산출하고, 상기 목표 액추에이터 공급 유량에 기초하여 목표 유량 제어 밸브 개구량을 산출하고, 상기 목표 액추에이터 공급 유량의 합계 이상이 되는 목표 펌프 유량을 산출하고, 상기 조작 레버의 입력량에 기초하여 상기 전환 밸브를 제어하고, 상기 목표 유량 제어 밸브 개구량에 따라 상기 유량 제어 밸브를 제어하고, 상기 목표 펌프 유량에 따라 상기 유압 펌프를 제어하는 것으로 한다.
이상과 같이 구성한 본 발명에 의하면, 유압 펌프가 액추에이터에 공급하는 목표 유량(목표 액추에이터 공급 유량)과 액추에이터의 재생 유량의 합계가 액추에이터의 목표 유량(목표 액추에이터 유량)과 동일해지도록 유량 제어 밸브 및 유압 펌프가 제어된다. 이에 의해, 액추에이터의 위치 제어 정밀도를 확보하면서, 재생 기능에 의해 액추에이터의 동작 속도를 증속하는 것이 가능해진다.
본 발명에 관련된 작업 기계에 의하면, 액추에이터의 위치 제어 정밀도를 확보하면서, 재생 기능에 의해 액추에이터의 동작 속도를 증속하는 것이 가능해진다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 관련되는 유압 셔블의 측면도이다
도 2a는, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 유압 구동 장치의 회로도(1/2)이다.
도 2b는, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 유압 구동 장치의 회로도(2/2)이다.
도 3은, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 컨트롤러의 기능 블록도이다.
도 4는, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 컨트롤러의 방향 제어 밸브의 제어에 관련되는 처리를 나타내는 플로우 차트이다.
도 5는, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 컨트롤러의 보조 유량 제어 밸브의 제어에 관련되는 처리를 나타내는 플로우 차트이다.
도 6은, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 컨트롤러의 유압 펌프의 제어에 관련되는 처리를 나타내는 플로우 차트이다.
도 7은, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 컨트롤러의 전환 밸브의 제어에 관련되는 처리를 나타내는 플로우 차트이다.
도 8a는, 본 발명의 제 2 실시예에 있어서의 유압 구동 장치의 회로도(1/2)이다.
도 8b는, 본 발명의 제 2 실시예에 있어서의 유압 구동 장치의 회로도(2/2)이다.
도 9는, 본 발명의 제 2 실시예에 있어서의 컨트롤러의 기능 블록도이다.
도 10은, 본 발명의 제 2 실시예에 있어서의 컨트롤러의 방향 제어 밸브의 제어에 관련되는 처리를 나타내는 플로우 차트이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관련되는 작업 기계로서 유압 셔블을 예로 들어, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 각 도면 중, 동등한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복된 설명은 적절히 생략한다.
도 1은, 본 실시형태에 관련되는 유압 셔블의 측면도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 유압 셔블(300)은, 주행체(201)와, 주행체(201) 상에 선회 가능하게 배치되고, 차체를 구성하는 선회체(202)와, 선회체(202)에 상하 방향으로 회동(回動) 가능하게 장착되고, 토사의 굴삭 작업 등을 행하는 작업 장치(203)를 구비하고 있다. 선회체(202)는, 선회 모터(211)에 의해 구동된다.
작업 장치(203)는, 선회체(202)에 상하 방향으로 회동 가능하게 장착되는 붐(204)과, 붐(204)의 선단에 상하 방향으로 회동 가능하게 장착되는 아암(205)과, 아암(205)의 선단에 상하 방향으로 회동 가능하게 장착되는 버킷(206)을 포함하고 있다. 붐(204)은 붐 실린더(204a)에 의해 구동되고, 아암(205)은 아암 실린더(205a)에 의해 구동되며, 버킷(206)은 버킷 실린더(206a)에 의해 구동된다.
선회체(202) 상의 전측 위치에는 운전실(207)을 마련하고 있고, 후측 위치에는 중량 밸런스를 확보하는 카운터 웨이트(209)를 마련하고 있다. 운전실(207)과 카운터 웨이트(209)의 사이에는 엔진 및 유압 펌프 등이 수용되는 기계실(208)을 마련하고 있고, 기계실(208)에는 컨트롤 밸브(210)가 설치되어 있다. 컨트롤 밸브(210)는, 유압 펌프로부터 각 액추에이터에의 작동유의 흐름을 제어한다.
본 실시형태에 관련되는 유압 셔블(300)에는, 이하의 각 실시예에서 설명하는 유압 구동 장치가 탑재된다.
실시예 1
도 2a 및 도 2b는, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 유압 구동 장치의 회로도이다.
(1) 구성
제 1 실시예에 있어서의 유압 구동 장치(400)는, 엔진(도시 생략)에 의해 구동되는 3개의 주(主)유압 펌프, 예를 들면 각각 가변 용량형 유압 펌프로 이루어지는 제 1 유압 펌프(1), 제 2 유압 펌프(2), 및 제 3 유압 펌프(3)를 구비하고 있다. 또한, 엔진에 의해 구동되는 파일럿 펌프(91)를 구비함과 함께, 유압 펌프(1∼3) 및 파일럿 펌프(91)에 오일을 공급하는 작동유 탱크(5)를 구비하고 있다.
제 1 유압 펌프(1)의 틸팅각은, 제 1 유압 펌프(1)에 부설한 레귤레이터에 의해 제어된다. 제 1 유압 펌프(1)의 레귤레이터는, 유량 제어 지령압 포트(1a), 제 1 유압 펌프 자기압(自己壓) 포트(1b), 및 제 2 유압 펌프 자기압 포트(1c)를 포함하고 있다. 제 2 유압 펌프(2)의 틸팅각은, 제 2 유압 펌프(2)에 부설한 레귤레이터에 의해 제어된다. 제 2 유압 펌프(2)의 레귤레이터는, 유량 제어 지령압 포트(2a), 제 2 유압 펌프 자기압 포트(2b), 및 제 1 유압 펌프 자기압 포트(2c)를 포함하고 있다. 제 3 유압 펌프(3)의 틸팅각은, 제 3 유압 펌프(3)에 부설한 레귤레이터에 의해 제어된다. 제 3 유압 펌프(3)의 레귤레이터는, 유량 제어 지령압 포트(3a) 및 제 3 유압 펌프 자기압 포트(3b)를 포함하고 있다.
제 1 유압 펌프(1)의 토출 라인(40)은, 센터 바이패스 라인(41)을 개재하여 작동유 탱크(5)에 접속된다. 센터 바이패스 라인(41)에는, 상류측으로부터 순서대로, 주행체(201)를 구동하는 한 쌍의 주행 모터 중 도시하지 않은 우측 주행 모터의 구동을 제어하는 우측 주행용 방향 제어 밸브(6), 버킷 실린더(206a)에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 버킷용 방향 제어 밸브(7), 아암 실린더(205a)에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제 2 아암용 방향 제어 밸브(8), 및 붐 실린더(204a)에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제 1 붐용 방향 제어 밸브(9)가 배치된다. 버킷용 방향 제어 밸브(7), 제 2 아암용 방향 제어 밸브(8), 및 제 1 붐용 방향 제어 밸브(9)의 각 미터인 포트는, 우측 주행용 방향 제어 밸브(6)와 버킷용 방향 제어 밸브(7)를 접속하는 센터 바이패스 라인(41)의 일부에, 각각 유로(42, 43), 유로(44, 45), 및 유로(46, 47)를 개재하여 병렬로 접속된다. 또한, 토출 라인(40)은, 과잉의 압력 상승으로부터 회로를 보호하기 위하여, 메인 릴리프 밸브(18)를 개재하여 작동유 탱크(5)에 접속된다. 토출 라인(40)에는, 제 1 유압 펌프(1)의 압력을 검출하는 압력 센서(도시 생략)가 마련된다.
제 2 유압 펌프(2)의 토출 라인(50)은, 센터 바이패스 라인(51)을 개재하여 작동유 탱크(5)에 접속된다. 센터 바이패스 라인(51)에는, 상류측으로부터 순서대로, 붐 실린더(204a)에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제 2 붐용 방향 제어 밸브(10), 아암 실린더(205a)에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11), 예를 들면 버킷(206) 대신에 마련되는 소할기(小割機) 등의 제 1 특수 어태치먼트를 구동하는 도시하지 않는 제 1 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제 1 어태치먼트용 방향 제어 밸브(12), 및 주행체(201)를 구동하는 한 쌍의 주행 모터 중 도시하지 않은 좌측 주행 모터의 구동을 제어하는 좌측 주행용 방향 제어 밸브(13)가 배치된다. 제 2 붐용 방향 제어 밸브(10), 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11), 제 1 어태치먼트용 방향 제어 밸브(12), 및 좌측 주행용 방향 제어 밸브(13)의 각 미터인 포트는, 제 2 유압 펌프(2)의 토출 라인(50)에, 각각 유로(52, 53), 유로(54, 55), 유로(56, 57), 및 유로(58)를 개재하여 병렬로 접속된다. 유로(58)는, 합류 밸브(17)를 개재하여 제 1 유압 펌프(1)의 토출 라인(40)에 접속된다. 유로(58)와 제 2 유압 펌프(2)의 토출 라인(50)의 사이에는 체크 밸브(30)가 마련되어 있다. 체크 밸브(30)는, 제 1 유압 펌프(1)로부터 합류 밸브(17)를 개재하여 토출 라인(50)에 공급되는 작동유가 주행 좌측용 방향 제어 밸브(13)의 상류측에 배치된 방향 제어 밸브(10∼12)에 유입하는 것을 방지한다. 또한, 토출 라인(50)은, 과잉의 압력 상승으로부터 회로를 보호하기 위하여, 메인 릴리프 밸브(19)를 개재하여 작동유 탱크(5)에 접속된다. 토출 라인(50)에는, 제 2 유압 펌프(2)의 압력을 검출하는 압력 센서(81)가 마련되어 있다.
제 1 아암용 방향 제어 밸브(11)의 미터아웃 포트는, 탱크 라인(70)을 개재하여 작동유 탱크(5)에 접속된다. 탱크 라인(70)에는, 전환 밸브(36)가 배치되어 있다. 전환 밸브(36)의 상류측은, 재생 밸브(35)를 개재하여 유로(55)에 접속된다. 재생 밸브(35)는, 탱크 라인(70)(방향 제어 밸브(11)의 미터아웃 포트)으로부터 유로(55)(방향 제어 밸브(11)의 미터인 포트)에의 작동유의 흐름을 허용하고, 역방향의 흐름을 저지한다.
제 3 유압 펌프(3)의 토출 라인(60)은, 센터 바이패스 라인(61)을 개재하여 작동유 탱크(5)에 접속된다. 센터 바이패스 라인(61)에는, 상류측으로부터 순서대로, 선회 모터(211)에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 선회용 방향 제어 밸브(14), 붐 실린더(204a)에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제 3 붐용 방향 제어 밸브(15), 및 제 2 어태치먼트용 방향 제어 밸브(16)가 배치된다. 제 2 어태치먼트용 방향 제어 밸브(16)는, 제 1 특수 어태치먼트에 추가하여 제 2 액추에이터를 구비한 제 2 특수 어태치먼트가 장착되었을 때, 또는, 제 1 특수 액추에이터 대신에 제 1 액추에이터와 제 2 액추에이터의 2개의 액추에이터를 구비한 제 2 특수 어태치먼트가 장착되었을 때에, 제 2 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하기 위하여 사용된다. 선회용 방향 제어 밸브(14), 제 3 붐용 방향 제어 밸브(15), 및 제 2 어태치먼트용 방향 제어 밸브(16)의 각 미터인 포트는, 제 3 유압 펌프(3)의 토출 라인(60)에, 각각 유로(62, 63), 유로(64, 65), 및 유로(66, 67)를 개재하여 병렬로 접속된다. 또한, 토출 라인(60)은, 과잉의 압력 상승으로부터 회로를 보호하기 위하여, 메인 릴리프 밸브(20)를 개재하여 작동유 탱크(5)에 접속된다. 토출 라인(60)에는, 제 3 유압 펌프(3)의 압력을 검출하는 압력 센서(도시 생략)가 마련되어 있다.
붐 실린더(204a), 아암 실린더(205a), 및 버킷 실린더(206a)에는, 유압 셔블(300)의 동작 상태를 취득하는 것을 목적으로, 스트로크량을 검출하는 스트로크 센서(84, 85, 86)가 각각 마련되어 있다. 또한, 유압 셔블(300)의 동작 상태를 취득하는 수단은 경사 센서, 회전각 센서, IMU 등 다양하며, 상술한 스트로크 센서에 한정되지 않는다.
버킷용 방향 제어 밸브(7)에 접속되는 유로(42, 43), 제 2 아암용 방향 제어 밸브(8)에 접속되는 유로(44, 45), 및 제 1 붐용 방향 제어 밸브(9)에 접속되는 유로(46, 47)에는, 복합 조작 시에 제 1 유압 펌프(1)로부터 방향 제어 밸브(7∼8)에 공급되는 압유의 유량을 제한하는 보조 유량 제어 밸브(21, 22, 23)가 각각 마련되어 있다. 제 2 붐용 방향 제어 밸브(10)의 미터인 포트에 접속되는 유로(52, 53), 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11)의 미터인 포트에 접속되는 유로(54, 55), 및 제 1 어태치먼트용 방향 제어 밸브(12)의 미터인 포트에 접속되는 유로(56, 57)에는, 복합 조작 시에 제 2 유압 펌프(2)로부터 방향 제어 밸브(10∼12)에 공급되는 압유의 유량을 제한하는 보조 유량 제어 밸브(24, 25, 26)가 각각 마련되어 있다. 선회용 방향 제어 밸브(14)의 미터인 포트에 접속되는 유로(62, 63), 제 3 붐용 방향 제어 밸브(15)의 미터인 포트에 접속되는 유로(64, 65), 및 제 2 어태치먼트용 방향 제어 밸브(16)의 미터인 포트에 접속되는 유로(66, 67)에는, 복합 조작 시에 제 3 유압 펌프(3)로부터 방향 제어 밸브(14∼16)에 공급되는 압유의 유량을 제한하는 보조 유량 제어 밸브(27, 28, 29)가 각각 마련되어 있다.
파일럿 펌프(91)의 토출 포트는, 파일럿 1차압 생성용의 파일럿 릴리프 밸브(92)를 개재하여 작동유 탱크(5)에 접속됨과 함께, 유로(97)를 개재하여, 전자 밸브 유닛(93)에 내장되는 전자 비례 밸브(93a∼93h)의 일방의 입력 포트에 접속된다. 전자 비례 밸브(93a∼93h)의 타방의 입력 포트는, 작동유 탱크(5)에 접속된다. 전자 비례 밸브(93a∼93h)는, 각각, 컨트롤러(94)로부터의 지령 신호에 따라 파일럿 1차압을 감압하고, 파일럿 지령압을 생성한다.
전자 비례 밸브(93a)의 출력 포트는, 제 2 유압 펌프(2)의 레귤레이터의 유량 제어 지령압 포트(2a)에 접속된다. 전자 비례 밸브(93b, 93c)의 출력 포트는, 제 2 붐용 방향 제어 밸브(10)의 파일럿 포트에 접속된다. 전자 비례 밸브(93d, 93e)의 출력 포트는, 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11)의 파일럿 포트에 접속된다. 전자 비례 밸브(93f)의 출력 포트는, 유로(71)를 개재하여 보조 유량 제어 밸브(24)의 파일럿 포트(파일럿 가변 스로틀(32)의 파일럿 포트(32a))에 접속된다. 전자 비례 밸브(93g)의 출력 포트는, 유로(72)를 개재하여 보조 유량 제어 밸브(25)의 파일럿 포트(파일럿 가변 스로틀(34)의 파일럿 포트(34a))에 접속된다. 전자 비례 밸브(93h)의 출력 포트는, 유로(73)를 개재하여 전환 밸브(36)의 파일럿 포트에 접속된다.
또한, 설명을 간략화하기 위하여, 제 1 유압 펌프(1) 및 제 3 유압 펌프(3)의 레귤레이터의 유량 제어 지령압 포트(1a, 3a)용의 전자 비례 밸브, 우측 주행용 방향 제어 밸브(6)용의 전자 비례 밸브, 버킷용 방향 제어 밸브(7)용의 전자 비례 밸브, 제 2 아암용 방향 제어 밸브(8)용의 전자 비례 밸브, 제 1 붐용 방향 제어 밸브(9)용의 전자 비례 밸브, 제 1 어태치먼트용 방향 제어 밸브(12)용의 전자 비례 밸브, 좌측 주행용 방향 제어 밸브(13)용의 전자 비례 밸브, 선회용 방향 제어 밸브(14)용의 전자 비례 밸브, 제 3 붐용 방향 제어 밸브(15)용의 전자 비례 밸브, 제 2 어태치먼트용 방향 제어 밸브(16)용의 전자 비례 밸브, 및 보조 유량 제어 밸브(21∼23, 26∼29)용의 전자 비례 밸브에 관해서는, 도시를 생략하고 있다.
보조 유량 제어 밸브(24)는, 보조 가변 스로틀을 형성하는 시트형의 주밸브(31)와, 주밸브(31)의 밸브체(31a)에 마련되고, 밸브체(31a)의 이동량에 따라 개구량을 변화시키는 제어 가변 스로틀(31b)과, 파일럿 가변 스로틀(32)로 구성된다. 주밸브(31)가 내장되는 하우징은, 주밸브(31)와 유로(52)의 접속부에 형성된 제 1 압력실(31c)과, 주밸브(31)와 유로(53)의 접속부에 형성된 제 2 압력실(31d)과, 제 1 압력실(31c)과 제어 가변 스로틀(31b)을 개재하여 연통하도록 형성된 제 3 압력실(31e)을 가진다. 파일럿 가변 스로틀(32)은, 제 3 압력실(31e)과 유로(53)를 접속하는 유로(68)에 배치되어 있다. 파일럿 가변 스로틀(32)의 파일럿 포트(32a)는, 전자 비례 밸브(93f)의 출력 포트에 접속된다. 제 2 붐용 방향 제어 밸브(10)와 보조 유량 제어 밸브(24)(주밸브(31))를 접속하는 유로(53)에는 압력 센서(82)가 마련되어 있다. 또한, 설명을 간단히 하기 위하여 일부 도시를 생략하고 있지만, 보조 유량 제어 밸브(21∼29) 및 주변의 기기, 배관, 배선은 모두 동일한 구성이다.
유압 구동 장치(400)는, 제 1 붐용 방향 제어 밸브(9), 제 2 붐용 방향 제어 밸브(10), 및 제 3 붐용 방향 제어 밸브(15)를 전환 조작 가능한 붐용 조작 레버(95a)와, 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11) 및 제 2 아암용 방향 제어 밸브(8)를 전환 조작 가능한 아암용 조작 레버(95b)를 구비하고 있다. 또한, 설명을 간략화하기 위하여, 우측 주행용 방향 제어 밸브(6)를 전환 조작하는 우측 주행용 조작 레버, 버킷용 방향 제어 밸브(7)를 전환 조작하는 버킷용 조작 레버, 제 1 어태치먼트용 방향 제어 밸브(12)를 전환 조작하는 제 1 어태치먼트용 조작 레버, 좌측 주행용 방향 제어 밸브(13)를 전환 조작하는 좌측 주행용 조작 레버, 선회용 방향 제어 밸브(14)를 전환 조작하는 선회용 조작 레버, 제 2 어태치먼트용 방향 제어 밸브(16)를 전환 조작하는 제 2 어태치먼트용 조작 레버에 관해서는, 도시를 생략하고 있다.
유압 구동 장치(400)는, 컨트롤러(94)를 구비하며, 조작 레버(95a, 95b)의 입력량, 압력 센서(81∼83)의 출력값, 및 스트로크 센서(84∼86)의 출력값은 컨트롤러(94)에 입력된다. 또한, 컨트롤러(94)는, 전자 밸브 유닛(93)이 가지는 전자 비례 밸브(93a∼93h)(도시하지 않은 전자 비례 밸브를 포함함)에 지령 신호를 출력한다.
도 3은, 컨트롤러(94)의 기능 블록도이다. 도 3에 있어서, 컨트롤러(94)는, 제어 유효화 판정부(94a)와, 요구 액추에이터 유량 연산부(94b)와, 제한 액추에이터 유량 연산부(94c)와, 재생 대상 동작 판정부(94k)와, 목표 액추에이터 유량 연산부(94e)와, 재생 유량 연산부(94d)와, 목표 액추에이터 공급 유량 연산부(94f)와, 목표 펌프 유량 연산부(94g)와, 목표 방향 제어 밸브 개구 연산부(94h)와, 목표 유량 제어 밸브 개구 연산부(94i)와, 목표 전환 밸브 개구 연산부(94j)를 가진다.
제어 유효화 판정부(94a)는, 자동 제어 기능 전환 스위치(96)의 신호에 기초하여 자동 제어 기능이 유효한지의 여부를 판정한다. 요구 액추에이터 유량 연산부(94b)는, 조작 레버 입력량에 기초하여 액추에이터의 요구 유량을 산출한다. 제한 액추에이터 유량 연산부(94c)는, 스트로크 센서(84∼86)의 신호 등으로부터 얻어지는 차체(202) 또는 작업 장치(203)의 자세 정보, 및 미리 설정된 설계면 정보(등록된 액추에이터의 목표 궤적 등도 포함함)에 기초하여, 차체(202) 또는 작업 장치(203)가 설정된 제한 영역을 일탈하지 않도록 제어하기 위한 액추에이터 유량을 제한 유량으로서 산출한다. 재생 대상 동작 판정부(94k)는, 조작 레버(95a, 95b)의 입력량에 기초하여, 액추에이터의 동작이 재생 기능을 적용할 수 있는 동작(재생 대상 동작)인지의 여부를 판정한다.
목표 액추에이터 유량 연산부(94e)는, 제어 유효화 판정부(94a)의 판정 결과, 요구 액추에이터 유량 연산부(94b)로부터의 액추에이터의 요구 유량, 및 제한 액추에이터 유량 연산부(94c)로부터의 액추에이터의 제한 유량에 기초하여, 액추에이터에 공급하는 목표 유량(목표 액추에이터 유량)을 산출한다. 재생 유량 연산부(94d)는, 목표 액추에이터 유량 연산부(94e)로부터의 목표 액추에이터 유량과 재생 대상 동작 판정부(94k)로부터의 판정 결과에 기초하여, 재생 밸브(35)를 통과하는 유량(재생 유량)을 산출한다. 목표 액추에이터 공급 유량 연산부(94f)는, 목표 액추에이터 유량 연산부(94e)로부터의 목표 액추에이터 유량과 재생 유량 연산부(94d)로부터의 재생 유량에 기초하여, 유압 펌프로부터 액추에이터에 공급하는 목표 유량(목표 액추에이터 공급 유량)을 산출한다.
목표 펌프 유량 연산부(94g)는, 제어 유효화 판정부(94a)의 판정 결과와, 목표 액추에이터 공급 유량 연산부(94f)로부터의 목표 액추에이터 공급 유량과, 조작 레버 입력량에 기초하여 유압 펌프(1∼3)의 목표 유량(목표 펌프 유량)을 산출하고, 목표 펌프 유량에 따른 지령 신호(펌프 유량 제어 지령 신호)를 출력한다. 목표 방향 제어 밸브 개구 연산부(94h)는, 조작 레버(95a, 95b)의 입력량에 기초하여 방향 제어 밸브(6∼16)의 목표 개구량을 산출하고, 목표 개구량에 따른 지령 신호(방향 제어 밸브 제어 지령 신호)를 출력한다. 목표 유량 제어 밸브 개구 연산부(94i)는, 제어 유효화 판정부(94a)의 판정 결과와, 목표 액추에이터 공급 유량 연산부(94f)로부터의 목표 액추에이터 공급 유량과, 조작 레버 입력량과, 압력 센서 출력값에 기초하여 보조 유량 제어 밸브(21∼29)의 목표 개구량을 산출하고, 목표 개구량에 따른 지령 신호(유량 제어 밸브 제어 지령 신호)를 출력한다. 목표 전환 밸브 개구 연산부(94j)는, 재생 대상 동작 판정부(94k)의 판정 결과에 기초하여 전환 밸브(36)의 목표 개구량을 산출하고, 목표 개구량에 따른 지령 신호(전환 밸브 제어 지령 신호)를 출력한다.
도 4는, 컨트롤러(94)의 방향 제어 밸브(6∼16)의 제어에 관련되는 처리를 나타내는 플로우 차트이다. 이하에서는, 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11)에 관련되는 처리만을 설명한다. 그 밖의 방향 제어 밸브에 관련되는 처리는 이와 마찬가지이기 때문에, 설명은 생략한다.
컨트롤러(94)는, 먼저, 아암용 조작 레버(95b)의 입력이 없는지의 여부를 판정한다(단계 S101). 단계 S101에서 아암용 조작 레버(95b)의 입력이 없다(YES)고 판정한 경우는, 당해 플로우를 종료한다. 단계 S101에서 아암용 조작 레버(95b)의 입력이 있다(NO)고 판정한 경우는, 컨트롤러(94)의 목표 방향 제어 밸브 개구 연산부(94h)에서, 아암용 조작 레버(95b)의 입력량에 따른 방향 제어 밸브(11)의 목표 개구량(Ams)을 산출한다(단계 S102).
단계 S102에 이어서, 컨트롤러(94)로부터 방향 제어 밸브(10)용의 전자 비례 밸브(93d, 93e)에 목표 개구량(Ams)에 따른 지령 신호를 출력하고(S103), 전자 비례 밸브(93d, 93e)에 방향 제어 밸브(11)의 파일럿 지령압을 생성시키고(S104), 파일럿 지령압에 따라 방향 제어 밸브(10)를 개구시켜(S105), 당해 플로우를 종료한다.
도 5는, 컨트롤러(94)의 보조 유량 제어 밸브(21∼29)의 제어에 관련되는 처리를 나타내는 플로우 차트이다. 이하에서는, 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11)에 대응하는 보조 유량 제어 밸브(25)의 제어에 관련되는 처리만을 설명한다. 그 밖의 보조 유량 제어 밸브의 제어에 관련되는 처리는 이와 마찬가지이기 때문에, 설명은 생략한다.
컨트롤러(94)는, 먼저, 아암용 조작 레버(95b)의 입력이 없는지의 여부를 판정한다(단계 S201). 단계 S201에서 아암용 조작 레버(95b)의 입력이 없다(YES)고 판정한 경우는, 당해 플로우를 종료한다. 단계 S201에서 아암용 조작 레버(95b)의 입력이 있다(NO)고 판정한 경우는, 자동 제어 기능(머신 컨트롤)이 유효한지의 여부를 판정한다(단계 S202).
단계 S202에서 자동 제어 기능이 무효(NO)라고 판정한 경우는, 컨트롤러(94)의 목표 유량 제어 밸브 개구 연산부(94i)에서, 아암용 조작 레버(95b)의 입력량에 따른 보조 유량 제어 밸브(25)(주밸브(33))의 목표 개구량(Afcv_M)을 산출하여(단계 S203), 목표 개구량(Afcv_M)에 따른 지령 신호를 보조 유량 제어 밸브(25)용의 전자 비례 밸브(93g)에 출력하고(S204), 전자 비례 밸브(93g)에 보조 유량 제어 밸브(25)(주밸브(33))의 파일럿 지령압을 생성시키고(S205), 파일럿 지령압에 따라 보조 유량 제어 밸브(25)(주밸브(33))를 개구시켜(S206), 당해 플로우를 종료한다.
단계 S202에서 자동 제어 기능이 유효(YES)하다고 판정한 경우는, 컨트롤러(94)의 재생 대상 동작 판정부(94k)에서, 아암용 조작 레버(95b)의 입력량에 기초하여 아암 실린더(205a)의 동작이 재생 대상 동작인지의 여부를 판정한다(단계 S211). 본 실시예에서는, 아암용 조작 레버(95b)가 아암 크라우드 방향으로 조작된 경우는 재생 대상 동작(YES)이라고 판정하고, 아암 덤프 방향으로 조작된 경우는 재생 대상 동작이 아니라고(NO) 판정한다.
단계 S211에서 재생 대상 동작이 아니라고(NO) 판정한 경우는, 컨트롤러(94)의 재생 유량 연산부(94d)에서, 재생 유량(Qreg)을 제로로 설정하고(단계 S212), 재생 대상 동작(YES)이라고 판정한 경우는, 목표 액추에이터 유량(Qreg)에 미터인·미터아웃 유량비(α)를 곱하여 재생 유량(Qreg)을 산출한다(단계 S221). 여기서, 미터인·미터아웃 유량비(α)는, 액추에이터 동작 시의 미터인 유량(Qact_MI)에 대한 미터아웃 유량(Qact_MO)의 비이며, 다음 식으로 정의된다.
(수학식 1)
α=Qact_MO/Qact_MI…(1)
또한, 미터인·미터아웃 유량비(α)는 반드시 유량을 기초로 산출할 필요는 없고, 예를 들면 유압 실린더 피스톤의 보텀측과 로드측의 수압(受壓) 면적을 기초로 산출해도 된다.
단계 S212 또는 단계 S221에 이어서, 컨트롤러(94)의 목표 액추에이터 공급 유량 연산부(94f)에서, 목표 액추에이터 유량(Qref)으로부터 재생 유량(Qreg)을 빼서 목표 액추에이터 공급 유량(Qact_A)을 산출하고(단계 S213), 컨트롤러(94)의 목표 유량 제어 밸브 개구 연산부(94i)에서, 목표 액추에이터 공급 유량(Qact_A)과 보조 유량 제어 밸브(24)(주밸브(31))의 전후 차압(ΔPfcv)에 기초하여 보조 유량 제어 밸브(24)의 목표 개구량(Afcv_A)을 산출하여(단계 S214), 목표 개구량(Afcv_A)에 따른 지령 신호를 보조 유량 제어 밸브(24)용의 전자 비례 밸브(93f)에 출력하고(단계 S215), 단계 S205, S206의 처리를 실행한 후, 당해 플로우를 종료한다.
도 6은, 컨트롤러(94)의 유압 펌프(1∼3)의 제어에 관련되는 처리를 나타내는 플로우 차트이다. 이하에서는, 제 2 유압 펌프(2)의 제어에 관련되는 처리만을 설명한다. 그 밖의 유압 펌프의 제어에 관련되는 처리는 이와 마찬가지이기 때문에, 설명은 생략한다.
컨트롤러(94)는, 먼저, 조작 레버(95a, 95b)의 입력이 없는지의 여부를 판정한다(단계 S301). 단계 S301에서 조작 레버(95a, 95b)의 입력이 없다(YES)고 판정한 경우는, 당해 플로우를 종료한다. 단계 S301에서 조작 레버(95a, 95b)의 입력이 있다(NO)고 판정한 경우는, 자동 제어 기능이 유효한지의 여부를 판정한다(단계 S302).
단계 S302에서 자동 제어 기능이 무효(NO)라고 판정한 경우는, 컨트롤러(94)의 목표 펌프 유량 연산부(94g)에서, 조작 레버(95a, 95b)의 입력량에 따른 유압 펌프(2)의 목표 펌프 유량(Qpmp_M)을 산출하여(단계 S303), 유압 펌프(2)의 유량 제어용의 전자 비례 밸브(93a)에 목표 펌프 유량(Qpmp_M)에 따른 지령 신호를 출력하고(S304), 전자 비례 밸브(93a)에 유압 펌프(2)의 유량 제어 지령압(PiP2)을 생성시키고(S305), 유량 제어 지령압(PiP2)에 따라 제 2 유압 펌프(2)의 틸팅을 변화시켜(S306), 당해 플로우를 종료한다.
단계 S302에서 자동 제어 기능이 유효(YES)하다고 판정한 경우는, 컨트롤러(94)의 목표 액추에이터 공급 유량 연산부(94f)에서, 목표 액추에이터 공급 유량(Qact_Aa, QactAb, …)을 산출한다(단계 S311a, S311b, …). 여기서, 목표 액추에이터 공급 유량(Qact_Aa)은, 유압 펌프(2)로부터 붐 실린더(204a)에 공급하는 목표 유량이며, 목표 액추에이터 공급 유량(Qact_Ab)은, 유압 펌프(2)로부터 아암 실린더(205a)에 공급하는 목표 유량이다.
단계 S311a, S311b, …에 이어서, 컨트롤러(94)의 목표 펌프 유량 연산부(94g)에서, 각 액추에이터의 목표 유량(Qact_Aa, Qact_Ab, …)의 합계를 목표 펌프 유량(Qpmp_A)으로서 산출하여(단계 S312), 유압 펌프(2)의 유량 제어용의 전자 비례 밸브(93a)에 목표 펌프 유량(Qpmp_A)에 따른 지령 신호를 출력하고(S313), 단계 S305, S306의 처리를 실행한 후, 당해 플로우를 종료한다. 여기서, 목표 펌프 유량(Qpmp_A)은, 설계자에 의해 적절히 설정되는 것이고, 각 액추에이터의 목표 유량의 합계와 엄밀히 일치시킬 필요는 없으며, 블리드오프 유량이나 드레인 유량 등을 가산해도 된다.
도 7은, 컨트롤러(94)의 전환 밸브(36)의 제어에 관련되는 처리를 나타내는 플로우 차트이다. 이하에서는, 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11)에 대응하는 전환 밸브(36)의 제어에 관련되는 처리만을 설명한다. 그 밖의 전환 밸브(도시 생략)의 제어에 관련되는 처리는 이와 마찬가지이기 때문에, 설명은 생략한다.
컨트롤러(94)는, 먼저, 아암용 조작 레버(95b)의 입력이 없는지의 여부를 판정한다(단계 S401). 단계 S401에서 아암용 조작 레버(95b)의 입력이 없다(YES)고 판정한 경우는, 당해 플로우를 종료한다. 단계 S401에서 아암용 조작 레버(95b)의 입력이 있다(NO)고 판정한 경우는, 재생 대상 동작인지의 여부를 판정한다(단계 S402). 본 실시예에서는, 아암용 조작 레버(95b)가 아암 크라우드 방향으로 조작된 경우는 재생 대상 동작(YES)이라고 판정하고, 아암 덤프 방향으로 조작된 경우는 재생 대상 동작이 아니라고(NO) 판정한다.
단계 S402에서 재생 대상 동작이라고(NO) 판정한 경우는, 컨트롤러(94)의 목표 전환 밸브 개구 연산부(94j)에서, 전환 밸브(36)의 목표 개구량(Avtv_M)을 전개(全開)로 설정하고(단계 S403), 재생 대상 동작이 아니라고(YES) 판정한 경우는, 전환 밸브(36)의 목표 개구량(Aswv)을 전폐로 설정한다(단계 S411).
단계 S403 또는 단계 S411에 이어서, 컨트롤러(94)의 목표 전환 밸브 개구 연산부(94j)는, 목표 개구량(Aswv)에 따른 지령 신호를 전환 밸브(36)용의 전자 비례 밸브(93h)에 출력하고(S404), 전자 비례 밸브(93h)에 전환 밸브(36)의 파일럿 지령압을 생성시키고(S405), 파일럿 지령압에 따라 전환 밸브(36)를 개구시켜(S406), 당해 플로우를 종료한다. 이에 의해, 아암 덤프 시에 전환 밸브(36)가 열림으로써 아암 실린더(205a)의 보텀측의 작동유가 작동유 탱크(5)에 배출되고, 아암 크라우드 시에 전환 밸브(36)가 닫힘으로써 아암 실린더(205a)의 로드측의 작동유가 재생 밸브(35)를 개재하여 보텀측에 공급된다.
(2) 동작
유압 구동 장치(400)의 동작에 관하여, 제 2 유압 펌프(2)에 관련되는 부분을 들어 설명한다. 다른 유압 펌프에 관련되는 부분의 동작에 관해서는 이와 마찬가지이기 때문에, 설명은 생략한다.
(2-1) 자동 제어 기능이 무효인 상태에서의 조작
자동 제어 기능이 무효인 상태에서 아암용 조작 레버(95b)가 조작된 경우의 각 기기의 동작을 설명한다.
· 방향 제어 밸브
컨트롤러(94)는, 아암용 조작 레버(95b)의 입력량에 따른 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11)의 목표 개구량(Ams)을 산출하고, 목표 개구량(Ams)에 따른 지령 신호를 전자 비례 밸브(93d, 93e)에 출력한다. 전자 비례 밸브(93d, 93e)는, 지령 신호에 따라 파일럿 지령압(PiAm1U, PiAm1D)을 생성하고, 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11)의 개구량을 제어한다.
· 보조 유량 제어 밸브
컨트롤러(94)는, 아암용 조작 레버(95b)의 입력량에 따른 보조 유량 제어 밸브(25)(주밸브(33))의 목표 개구량(Afcv_M)을 산출하고, 목표 개구량(Afcv_M)에 따른 지령 신호를 전자 비례 밸브(93g)에 출력한다. 전자 비례 밸브(93g)는, 지령 신호에 따라 파일럿 지령압을 생성하고, 보조 유량 제어 밸브(25)(주밸브(33))의 개구량을 제어한다. 본 동작례에서는, 보조 유량 제어 밸브(25)(주밸브(33))가 전개가 되도록 제어한다.
· 유압 펌프
컨트롤러(94)는, 아암용 조작 레버(95b)의 입력량에 따른 제 2 유압 펌프(2)의 목표 유량(Qpmp_M)을 산출하고, 목표 유량(Qpmp_M)에 따른 지령 신호를 전자 비례 밸브(93a)에 출력한다. 전자 비례 밸브(93a)는, 지령 신호에 따라 유량 제어 지령압(PiP2)을 생성하고, 제 2 유압 펌프(2)의 유량을 제어한다.
· 전환 밸브
컨트롤러(94)는, 아암용 조작 레버(95b)의 입력량에 기초하여 재생 대상 동작인지의 여부를 판정하여, 판정 결과가 YES인 경우에는 전환 밸브(36)의 목표 개구량(Aswv)을 전폐, 판정 결과가 NO인 경우에는 목표 개구량(Aswv)을 전개로 설정하고, 목표 개구량(Aswv)에 따른 지령 신호를 전자 비례 밸브(93h)에 출력한다. 전자 비례 밸브(93h)는, 지령 신호에 따라 파일럿 지령압을 생성하고, 전환 밸브(36)의 개구량을 제어한다.
(2-2) 자동 제어 기능이 유효한 상태에서의 조작
자동 제어 기능이 유효한 상태에서 아암용 조작 레버(95b)가 조작된 경우의 각 기기의 동작을 설명한다.
· 방향 제어 밸브
컨트롤러(94)는, 아암용 조작 레버(95b)의 입력량에 따른 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11)의 목표 개구량(Ams)을 산출하고, 목표 개구량(Ams)에 따른 지령 신호를 전자 비례 밸브(93d, 93e)에 출력한다. 전자 비례 밸브(93d, 93e)는, 지령 신호에 따라 파일럿 지령압(PiAm1U, PiAm1D)을 생성하고, 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11)의 개구량을 제어한다.
· 보조 유량 제어 밸브
컨트롤러(94)는, 아암용 조작 레버(95b)의 입력량, 차체(202) 또는 작업 장치(203)의 자세 정보, 설계면 정보, 및 압력 센서 출력값에 기초하여 목표 액추에이터 유량(Qref)과 재생 유량(Qreg)을 산출하고, 목표 액추에이터 유량(Qref)으로부터 재생 유량(Qreg)을 빼서 목표 액추에이터 공급 유량(Qact_A)을 산출하고, 목표 액추에이터 공급 유량(Qact_A)과 보조 유량 제어 밸브(25)(주밸브(33))의 전후 차압(ΔPfcv)에 기초하여 보조 유량 제어 밸브(25)(주밸브(33))의 목표 개구량(Afcv_A)를 산출하고, 목표 개구량(Afcv_A)에 따른 지령 신호를 전자 비례 밸브(93g)에 출력한다. 전자 비례 밸브(93g)는, 지령 신호에 따라 파일럿 지령압을 생성하고, 보조 유량 제어 밸브(25)(주밸브(33))의 개구량을 제어한다.
· 유압 펌프
컨트롤러(94)는, 각 액추에이터의 목표 공급 유량(Qact_A)을 합계하여 목표 펌프 유량(Qpmp_A)을 산출하고, 목표 펌프 유량(Qpmp_A)에 따른 지령 신호를 전자 비례 밸브(93a)에 출력한다. 전자 비례 밸브(93a)는, 지령 신호에 따라 유량 제어 지령압(Pip2)을 생성하고, 제 2 유압 펌프(2)의 유량을 제어한다. 또한, 본 동작은 아암 실린더(205a)의 단독 동작이기 때문에, 목표 펌프 유량(Qpmp_A)은 아암 실린더(205a)의 목표 공급 유량(Qact_A)과 같아진다.
· 전환 밸브
컨트롤러(94)는, 아암용 조작 레버(95b)의 입력량에 기초하여 재생 기능이 유효한지의 여부를 판정하여, 판정 결과가 YES인 경우에는 전환 밸브(36)의 목표 개구량(Aswv)을 전폐, 판정 결과가 NO인 경우에는 목표 개구량(Aswv)을 전개로 설정하고, 목표 개구량(Aswv)에 따른 지령 신호를 전자 비례 밸브(93h)에 출력한다. 전자 비례 밸브(93h)는, 지령 신호에 따라 파일럿 지령압을 생성하고, 전환 밸브(36)의 개구량을 제어한다.
(3) 효과
본 실시형태에서는, 차체(202)와, 차체(202)에 장착된 작업 장치(203)와, 차체(202) 또는 작업 장치(203)를 구동하는 액추에이터(204a, 205a, 206a, 211)와, 작동유 탱크(5)와, 작동유 탱크(5)로부터 작동유를 흡입하고, 액추에이터(204a, 205a, 206a, 211)에 공급하는 유압 펌프(1∼3)와, 유압 펌프(1∼3)의 토출 라인(40, 50, 60)에 병렬로 접속되어 있고, 유압 펌프(1∼3)로부터 액추에이터(204a, 205a, 206a, 211)에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 유량 제어 밸브(6∼16, 21∼29)와, 액추에이터(204a, 205a, 206a, 211)의 동작을 지시하기 위한 조작 레버(95a, 95b)와, 조작 레버(95a, 95b)의 입력량에 따라 유량 제어 밸브(6∼16, 21∼29)를 제어하는 컨트롤러(94)를 구비한 작업 기계(300)에 있어서, 유량 제어 밸브(11)의 미터아웃측으로부터 미터인측으로의 작동유의 흐름을 허용하는 재생 밸브(35)와, 유량 제어 밸브(11)와 작동유 탱크(5)를 접속하는 탱크 라인(70)에 마련되고, 탱크 라인(70)을 개방 또는 차단하는 전환 밸브(36)를 구비하며, 컨트롤러(94)는, 조작 레버(95a, 95b)의 입력량에 기초하여 액추에이터(204a, 205a, 206a, 211)의 목표 유량인 목표 액추에이터 유량(Qref)을 산출하고, 조작 레버(95a, 95b)의 입력량과 목표 액추에이터 유량(Qref)에 기초하여 재생 밸브(35)의 통과 유량(Qreg)인 재생 유량(Qreg)을 산출하고, 목표 액추에이터 유량(Qref)으로부터 재생 유량(Qreg)을 빼서 목표 액추에이터 공급 유량(Qact_A)을 산출하고, 목표 액추에이터 공급 유량(Qact_A)에 기초하여 목표 유량 제어 밸브 개구량(Afcv_A)을 산출하고, 목표 액추에이터 공급 유량(Afcv_A)의 합계 이상이 되는 목표 펌프 유량(Qpmp_A)을 산출하고, 조작 레버(95a, 95b)의 입력량에 기초하여 전환 밸브(36)를 제어하고, 목표 유량 제어 밸브 개구량(Afcv_A)에 따라 유량 제어 밸브(21∼29)를 제어하고, 목표 펌프 유량(Qpmp_A)에 따라 유압 펌프(1∼3)를 제어한다.
또한, 유량 제어 밸브(6∼16, 21∼29)는, 유압 펌프(1∼3)로부터 액추에이터(204a, 205a, 206a, 211)에 공급되는 압유의 방향을 제어하는 방향 제어 밸브(6∼16)와, 유압 펌프(1∼3)로부터 방향 제어 밸브(6∼16)의 미터인 포트에 공급되는 압유의 유량을 제한하는 보조 유량 제어 밸브(21∼29)를 가지며, 재생 밸브(35)는, 방향 제어 밸브(11)의 미터아웃 포트와 미터인 포트를 접속하는 유로에 배치되어 있다.
이상과 같이 구성한 본 실시예에 의하면, 유압 펌프(1∼3)가 액추에이터에 공급하는 목표 유량(목표 액추에이터 공급 유량(Qact_A))과 액추에이터의 재생 유량(Qreg)의 합계가 액추에이터의 목표 유량(목표 액추에이터 유량(Qref))과 같아지도록 유량 제어 밸브(21∼29) 및 유압 펌프(1∼3)가 제어된다. 이에 의해, 액추에이터의 위치 제어 정밀도를 확보하면서, 재생 기능에 의해 액추에이터의 동작 속도를 증속하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 작업 기계(100)의 작업 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 재생 시에 전환 밸브(36)를 닫음으로써, 액추에이터의 리턴 유량의 전량을 확실하게 재생할 수 있다. 또한, 재생 유량이 액추에이터의 리턴 유량과 일치하기 때문에, 재생 밸브(35)의 전후 차압에 기초한 재생 유량의 제어가 불필요해진다. 이와 같이 전환 밸브(36)의 동작을 단순한 ON/OFF 동작으로 한 것에 의해, 재생 밸브(35)의 전후 차압을 검출하는 압력 센서가 불필요해지기 때문에, 유압 구동 장치(400)의 구성을 간소화할 수 있다.
또한, 본 실시예에 관련되는 작업 기계(300)는, 차체(202) 또는 작업 장치(203)의 자동 제어 기능의 유효화 또는 무효화를 지시하는 자동 제어 기능 전환 스위치(96)를 구비하고, 컨트롤러(94)는, 자동 제어 기능 전환 스위치(96)에 의해 자동 제어 기능의 무효화가 지시된 경우는, 조작 레버(95a, 95b)로부터의 입력량에 기초하여 목표 유량 제어 밸브 개구량(Afcv_M) 및 목표 펌프 유량(Qpmp_M)을 산출한다. 이에 의해, 자동 제어 기능이 무효로 된 경우에, 종래의 작업 기계와 마찬가지로 재생 기능에 의해 액추에이터의 동작 속도를 증속하는 것이 가능해진다.
실시예 2
도 8a 및 도 8b는, 본 발명의 제 2 실시예에 있어서의 유압 구동 장치의 회로도이다.
(1) 구성
본 실시예에 있어서의 유압 구동 장치(400A)의 구성은, 제 1 실시예에 있어서의 유압 구동 장치(400)(도 2a 및 도 2b에 나타냄)와 대략 마찬가지이지만, 이하의 점에서 상이하다.
본 실시예에 있어서의 유압 구동 장치(400A)는, 제 1 실시예에 있어서의 보조 유량 제어 밸브(21∼29) 대신에, 액추에이터측으로부터 토출 라인(40, 50, 60)으로의 역류를 방지하는 체크 밸브(101∼109)를 구비하고 있다.
본 실시예에 있어서의 재생 밸브(35)는, 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11)의 스풀의 내부에 배치되어 있고, 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11)에는 재생 포트(121, 122)가 마련되어 있다. 재생 포트(121)에는, 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11)의 미터아웃 포트에 접속된 탱크 라인(70)으로부터 분기된 유로(111)가 접속된다. 재생 포트(122)에는, 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11)와 아암 실린더(205a)의 보텀측을 접속하는 유로(114)로부터 분기된 유로(112)가 접속된다. 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11)의 스풀이 크라우드 방향(도시 우측 방향)으로 전환 조작되면, 재생 밸브(35)의 상류측에 유로(111)가 접속되고, 재생 밸브(35)의 하류측에 유로(112)가 접속된다. 이에 의해, 아암 실린더(205a)의 로드측으로부터 배출되는 작동유가 재생 밸브(35)를 개재하여 보텀측에 공급된다. 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11)와 아암 실린더(205a)를 접속하는 유로(113, 114)에는 압력 센서(117, 118)가 각각 마련되어 있다. 또한, 설명을 간단하게 하기 위하여 일부 도시를 생략하고 있지만, 방향 제어 밸브(6∼16) 및 주변의 기기, 배관, 배선은 모두 동일한 구성이다.
도 9는, 본 실시예에 있어서의 컨트롤러(94A)의 기능 블록도이다. 도 9에 있어서, 본 실시예에 있어서의 컨트롤러(94A)는, 제 1 실시예에 있어서의 목표 방향 제어 밸브 개구 연산부(94h) 및 목표 유량 제어 밸브 개구 연산부(94i)(도 3에 나타냄) 대신에, 목표 방향 제어 밸브 개구 연산부(94l)를 가지고 있다. 목표 방향 제어 밸브 개구 연산부(94l)는, 제어 유효화 판정부(94a)로부터의 판정 결과와, 목표 액추에이터 공급 유량 연산부(94f)로부터의 목표 액추에이터 공급 유량과, 조작 레버 입력량과, 압력 센서 출력값에 기초하여 방향 제어 밸브(6∼16)의 목표 개구량을 산출하고, 목표 개구량에 따른 지령 신호(방향 제어 밸브 제어 지령 신호)를 출력한다.
도 10은, 컨트롤러(94A)의 방향 제어 밸브(6∼16)의 제어에 관련되는 처리를 나타내는 플로우 차트이다. 이하에서는, 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11)의 제어에 관련되는 처리만을 설명한다. 그 밖의 방향 제어 밸브의 제어에 관련되는 처리는 이와 마찬가지이기 때문에, 설명은 생략한다.
컨트롤러(94)는, 먼저, 아암용 조작 레버(95b)의 입력이 없는지의 여부를 판정한다(단계 S501). 단계 S501에서 아암용 조작 레버(95b)의 입력이 없다고(YES) 판정한 경우는, 당해 플로우를 종료한다. 단계 S501에서 아암용 조작 레버(95b)의 입력이 있다고(NO) 판정한 경우는, 자동 제어 기능(머신 컨트롤)이 유효한지의 여부를 판정한다(단계 S502).
단계 S502에서 자동 제어 기능이 무효라고(NO) 판정한 경우는, 컨트롤러(94)의 목표 유량 제어 밸브 개구 연산부(94i)에서, 아암용 조작 레버(95b)의 입력량에 따른 방향 제어 밸브(11)의 목표 개구량(Ams_M)을 산출하여(단계 S503), 목표 개구량(Ams_M)에 따른 지령 신호를 방향 제어 밸브(11)용의 전자 비례 밸브(93d, 93e)에 출력하고(S504), 전자 비례 밸브(93d, 93e)에 방향 제어 밸브(11)의 파일럿 지령압을 생성시키고(S505), 파일럿 지령압에 따라 방향 제어 밸브(11)를 개구시켜(S506), 당해 플로우를 종료한다.
단계 S502에서 자동 제어 기능이 유효하다고(YES) 판정한 경우는, 컨트롤러(94)의 재생 대상 동작 판정부(94k)에서, 아암용 조작 레버(95b)의 입력량에 기초하여 재생 대상 동작인지의 여부를 판정한다(단계 S511). 본 실시예에서는, 아암용 조작 레버(95b)가 아암 크라우드 방향으로 조작된 경우는 재생 대상 동작(YES)이라고 판정하고, 아암 덤프 방향으로 조작된 경우는 재생 대상 동작이 아니라고(NO) 판정한다.
단계 S511에서 재생 대상 동작이 아니라고(NO) 판정한 경우는, 컨트롤러(94)의 재생 유량 연산부(94d)에서, 재생 유량(Qreg)을 제로로 설정하고(단계 S512), 재생 대상 동작이라고(YES) 판정한 경우는, 목표 액추에이터 유량(Qreg)에 미터인·미터아웃 유량비(α)를 곱하여 재생 유량(Qreg)을 산출한다(단계 S521).
단계 S512 또는 단계 S521에 이어서, 컨트롤러(94)의 목표 액추에이터 공급 유량 연산부(94f)에서, 목표 액추에이터 유량(Qref)으로부터 재생 유량(Qreg)을 빼서 목표 액추에이터 공급 유량(Qact_A)을 산출하고(단계 S513), 컨트롤러(94)의 목표 유량 제어 밸브 개구 연산부(94i)에서, 목표 액추에이터 공급 유량(Qact_A)과 방향 제어 밸브(11)의 전후 차압(ΔPms)에 기초하여 방향 제어 밸브(11)의 목표 개구량(Ams_A)을 산출하여(단계 S514), 목표 개구량(Ams_A)에 따른 지령 신호를 방향 제어 밸브(11)용의 전자 비례 밸브(93d, 93e)에 출력하고(단계 S515), 단계 S505, S506의 처리를 실행한 후, 당해 플로우를 종료한다.
(2) 동작
제 2 실시예에 있어서의 유압 구동 장치(400A)의 동작에 관하여, 제 2 유압 펌프(2)에 관련되는 부분을 들어 설명한다. 다른 유압 펌프에 관련되는 부분의 동작에 관해서는 이와 마찬가지이기 때문에, 설명은 생략한다.
(2-1) 자동 제어 기능이 무효인 상태에서의 조작
자동 제어 기능이 무효인 상태에서 아암용 조작 레버(95b)가 조작된 경우의 각 기기의 동작을 설명한다.
· 방향 제어 밸브
컨트롤러(94A)는, 아암용 조작 레버(95b)의 입력량에 따른 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11)의 목표 개구량(Ams_M)을 산출하고, 목표 개구량(Ams_M)에 따른 지령 신호를 전자 비례 밸브(93d, 93e)에 출력한다. 전자 비례 밸브(93d, 93e)는, 지령 신호에 따라 파일럿 지령압(PiAm1U, PiAm1D)을 생성하고, 제 1 아암용 방향 제어 밸브(11)의 개구량을 제어한다.
· 유압 펌프
제 1 실시예와 마찬가지이기 때문에, 설명은 생략한다.
· 전환 밸브
제 1 실시예와 마찬가지이기 때문에, 설명은 생략한다.
(2-2) 자동 제어 기능이 유효한 상태에서의 조작
자동 제어 기능이 유효한 상태에서 아암용 조작 레버(95b)가 조작된 경우의 각 기기의 동작을 설명한다.
· 방향 제어 밸브
컨트롤러(94A)는, 아암용 조작 레버(95b)의 입력량, 차체(202) 또는 작업 장치(203)의 자세 정보, 설계면 정보, 및 압력 센서 출력값에 기초하여 목표 액추에이터 유량(Qref)과 재생 유량(Qreg)을 산출하여, 목표 액추에이터 유량(Qref)으로부터 재생 유량(Qreg)을 빼서 목표 액추에이터 공급 유량(Qact_A)을 산출하고, 목표 액추에이터 공급 유량(Qact_A)과 방향 제어 밸브(11)의 전후 차압(ΔPms)에 기초하여 방향 제어 밸브(11)의 목표 개구량(Ams_A)을 산출하고, 목표 개구량(Ams_A)에 따른 지령 신호를 전자 비례 밸브(93d, 93e)에 출력한다. 전자 비례 밸브(93d, 93e)는, 지령 신호에 따라 파일럿 지령압(PiAm1U, PiAm1D)을 생성하고, 방향 제어 밸브(11)의 개구량을 제어한다.
· 유압 펌프
제 1 실시예와 마찬가지이기 때문에, 설명은 생략한다.
· 전환 밸브
제 1 실시예와 마찬가지이기 때문에, 설명은 생략한다.
(3) 효과
제 2 실시예에서는, 유압 펌프(1∼3)로부터 액추에이터(204a, 205a, 206a, 211)에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 유량 제어 밸브(6∼16)는, 유압 펌프(1∼3)로부터 액추에이터(204a, 205a, 206a, 211)에 공급되는 압유의 방향 및 유량을 제어하는 방향 제어 밸브이고, 재생 밸브(115)는, 방향 제어 밸브(11)의 스풀의 내부에 배치되어 있다.
이상과 같이 구성한 제 2 실시예에 의하면, 제 1 실시예보다 간소한 구성으로, 액추에이터의 위치 제어 정밀도를 확보하면서, 재생 기능에 의해 액추에이터의 동작 속도를 증속하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 비용을 억제하면서 작업 기계(100)의 작업 효율을 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명했지만, 본 발명은, 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 여러 가지 변형례가 포함된다. 예를 들면, 상기한 실시예는, 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위하여 상세하게 설명한 것이고, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어떤 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성의 일부를 추가하는 것도 가능하고, 어떤 실시예의 구성의 일부를 삭제하거나, 또는, 다른 실시예의 일부와 치환하는 것도 가능하다.
1 : 제 1 유압 펌프
1a : 유량 제어 지령압 포트(레귤레이터),
1b : 제 1 유압 펌프 자기압 포트(레귤레이터)
1c : 제 2 유압 펌프 자기압 포트(레귤레이터)
2 : 제 2 유압 펌프
2a : 유량 제어 지령압 포트(레귤레이터)
2b : 제 2 유압 펌프 자기압 포트(레귤레이터)
2c : 제 1 유압 펌프 자기압 포트(레귤레이터)
3 : 제 3 유압 펌프
3a : 유량 제어 지령압 포트(레귤레이터)
3b : 제 3 유압 펌프 자기압 포트(레귤레이터)
5 : 작동유 탱크
6 : 우측 주행용 방향 제어 밸브(유량 제어 밸브)
7 : 버킷용 방향 제어 밸브(유량 제어 밸브)
8 : 제 2 아암용 방향 제어 밸브(유량 제어 밸브)
9 : 제 1 붐용 방향 제어 밸브(유량 제어 밸브)
10 : 제 2 붐용 방향 제어 밸브(유량 제어 밸브)
11 : 제 1 아암용 방향 제어 밸브(유량 제어 밸브)
12 : 제 1 어태치먼트용 방향 제어 밸브(유량 제어 밸브)
13 : 좌측 주행용 방향 제어 밸브(유량 제어 밸브)
14 : 선회용 방향 제어 밸브(유량 제어 밸브)
15 : 제 3 붐용 방향 제어 밸브(유량 제어 밸브)
16 : 제 2 어태치먼트용 방향 제어 밸브(유량 제어 밸브)
17 : 합류 밸브
18∼20 : 메인 릴리프 밸브
21∼29 : 보조 유량 제어 밸브(유량 제어 밸브)
30 : 체크 밸브
31 : 주밸브
31a : 밸브체
31b : 제어 가변 스로틀
31c : 제 1 압력실
31d : 제 2 압력실
31e : 제 3 압력실
32 : 파일럿 가변 스로틀
32a : 파일럿 포트
33 : 주밸브
33a : 밸브체
33b : 제어 가변 스로틀
33c : 제 1 압력실
33d : 제 2 압력실
33e : 제 3 압력실
34 : 파일럿 가변 스로틀
34a : 파일럿 포트
35 : 재생 밸브
36 : 전환 밸브
41 : 센터 바이패스 라인
42∼47 : 유로
51 : 센터 바이패스 라인
52∼58 : 유로
61 : 센터 바이패스 라인
62∼69 : 유로
70 : 탱크 라인
71∼75 : 유로
81∼83 : 압력 센서
84∼86 : 스트로크 센서
91 : 파일럿 펌프
92 : 파일럿 릴리프 밸브
93 : 전자 밸브 유닛
93a∼93h : 전자 비례 밸브
94, 94A : 컨트롤러
94a : 제어 유효화 판정부
94b : 요구 액추에이터 유량 연산부
94c : 제한 액추에이터 유량 연산부
94d : 재생 유량 연산부
94e : 목표 액추에이터 유량 연산부
94f : 목표 액추에이터 공급 유량 연산부
94g : 목표 펌프 유량 연산부
94h : 목표 방향 제어 밸브 개구 연산부
94i : 목표 유량 제어 밸브 개구 연산부
94j : 목표 전환 밸브 개구 연산부
94k : 재생 대상 동작 판정부
94l : 목표 방향 제어 밸브 개구 연산부
95a : 붐용 조작 레버
95b : 아암용 조작 레버
96 : 자동 제어 기능 전환 스위치
97 : 유로
101∼109 : 체크 밸브
111∼114 : 유로
117∼120 : 압력 센서
121, 122 : 재생 포트
201 : 주행체
202 : 선회체(차체)
203 : 작업 장치
204 : 붐
204a : 붐 실린더(액추에이터)
205 : 아암
205a : 아암 실린더(액추에이터)
206 : 버킷
206a : 버킷 실린더(액추에이터)
207 : 운전실
208 : 기계실
209 : 카운터 웨이트
210 : 컨트롤 밸브
211 : 선회 모터(액추에이터)
300 : 유압 셔블(작업 기계)
400, 400A : 유압 구동 장치

Claims (4)

  1. 차체와,
    상기 차체에 장착된 작업 장치와,
    상기 차체 또는 상기 작업 장치를 구동하는 액추에이터와,
    작동유 탱크와,
    상기 작동유 탱크로부터 작동유를 흡입하고, 상기 액추에이터에 공급하는 유압 펌프와,
    상기 유압 펌프의 토출 라인에 병렬로 접속되어 있고, 상기 유압 펌프로부터 상기 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 유량 제어 밸브와,
    상기 액추에이터의 동작을 지시하기 위한 조작 레버와,
    상기 조작 레버의 입력량에 따라 상기 유량 제어 밸브를 제어하는 컨트롤러를 구비한 작업 기계에 있어서,
    상기 유량 제어 밸브의 미터아웃측으로부터 미터인측으로의 작동유의 흐름을 허용하는 재생 밸브와,
    상기 유량 제어 밸브와 상기 작동유 탱크를 접속하는 탱크 라인에 마련되고, 상기 탱크 라인을 개방 또는 차단하는 전환 밸브를 구비하며,
    상기 컨트롤러는,
    상기 조작 레버의 입력량에 기초하여 상기 액추에이터의 목표 유량인 목표 액추에이터 유량을 산출하고,
    상기 조작 레버의 입력량과 상기 목표 액추에이터 유량에 기초하여 상기 재생 밸브의 통과 유량인 재생 유량을 산출하고,
    상기 목표 액추에이터 유량으로부터 상기 재생 유량을 빼서 목표 액추에이터 공급 유량을 산출하고,
    상기 목표 액추에이터 공급 유량에 기초하여 목표 유량 제어 밸브 개구량을 산출하고,
    상기 목표 액추에이터 공급 유량의 합계 이상이 되는 목표 펌프 유량을 산출하고,
    상기 조작 레버의 입력량에 기초하여 상기 전환 밸브를 제어하고,
    상기 목표 유량 제어 밸브 개구량에 따라 상기 유량 제어 밸브를 제어하고,
    상기 목표 펌프 유량에 따라 상기 유압 펌프를 제어하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유량 제어 밸브는, 상기 유압 펌프로부터 상기 액추에이터에 공급되는 압유의 방향을 제어하는 방향 제어 밸브와, 상기 유압 펌프로부터 상기 방향 제어 밸브의 미터인 포트에 공급되는 압유의 유량을 제한하는 보조 유량 제어 밸브를 가지며,
    상기 재생 밸브는, 상기 방향 제어 밸브의 미터아웃 포트와 미터인 포트를 접속하는 유로에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유량 제어 밸브는, 상기 유압 펌프로부터 상기 액추에이터에 공급되는 압유의 방향 및 유량을 제어하는 방향 제어 밸브이고,
    상기 재생 밸브는, 상기 방향 제어 밸브의 스풀의 내부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 차체 또는 상기 작업 장치의 자동 제어 기능의 유효화 또는 무효화를 지시하는 자동 제어 기능 전환 스위치를 구비하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 자동 제어 기능 전환 스위치에 의해 상기 자동 제어 기능의 무효화가 지시된 경우는, 상기 조작 레버의 입력량에 기초하여 상기 목표 유량 제어 밸브 개구량 및 상기 목표 펌프 유량을 산출하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
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