KR20080097332A - 건설기계의 선회구동장치 - Google Patents

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아츠시 다나카
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Abstract

본 발명은 오퍼레이터가 의도한 동작이 가능하고, 안전성이 향상된 건설기계의 선회구동장치를 제공하는 것이다.
이를 위하여 본 발명에서는 선회제어수단(55A)은, 레버입력량-토오크 테이블(11)과, 실회전수-토오크 테이블(13)을 구비하고, 레버입력량과 전동기의 실회전수에 의하여 각 테이블로부터 얻어지는 토오크값의 최소값으로 기동 토오크로 한다. 또 선회제어수단(55A)은 레버입력량-미터아웃 조절면적 테이블(15)과, 실회전수-릴리프 토오크 테이블(119)을 구비하고, 레버입력량과 전동기의 실회전수에 의하여 레버입력량-미터아웃 조절면적 테이블로부터 얻어진 미터아웃 조절면적과 실회전수를 이용하여 미터아웃 토오크를 산출하고, 미터아웃 토오크와 릴리프 토오크의 최소값으로 제동 토오크로 한다.

Description

건설기계의 선회구동장치{ROTATION DRIVE DEVICE FOR CONSTRUCTION MACHINE}
본 발명은 건설기계의 선회구동장치에 관한 것으로, 특히 전동기를 엑츄에이터로 하는 건설기계의 선회구동장치에 관한 것이다.
종래, 건설기계의 분야에서는 출력에 대하여 기기를 소형 경량으로 할 수 있기 때문에, 유압 엑츄에이터가 널리 사용되고 있다. 그러나 유압 엑츄에이터는, 전동 엑츄에이터에 비하여 에너지 효율이 나쁘기 때문에, 최근 전동 엑츄에이터를 탑재하는 것이 검토되고 있다. 특히, 건설기계의 상부 선회체를 하부 주행체에 대하여 선회구동하는 엑츄에이터는 사용빈도가 높고, 또 회전식의 엑츄에이터이기 때문에 전동 엑츄에이터로 대체하는 것이 효과적이다.
그러나, 전동 엑츄에이터를 사용한 선회구동장치에 대하여 시작 연구를 행한 바, 전동 엑츄에이터와 유압 엑츄에이터의 출력 특성의 상위로부터, 유압 엑츄에이터를 사용한 선회구동장치와 마찬가지로 전동 엑츄에이터를 사용한 선회구동장치를 조작하면, 안전성의 면에서 문제가 생길 염려가 있는 것이 밝혀졌다. 구체적으로는 전동 엑츄에이터를 사용한 선회구동장치에는 속도지령에 의하여 제어하는 것과, 토오크지령에 의하여 제어하는 것이 있으나, 토오크지령에 의하여 제어하는 것에서는, 선회동작을 개시하는 조작을 행한 후, 정지 조작하였을 때, 유압 엑츄에이터를 이용한 선회구동장치와는 동일하게는 정지하지 않고, 정지하기까지의 이동량이 큰 것을 알 수 있었다. 정지하기까지의 이동량이 크면, 상부 선회체에 접속된 프론트 구조물 등이, 선회방향에 존재하는 장해물에 충돌하는 경우도 있어, 안전성이 저하한다. 또 속도지령에 의하여 제어하는 것에서는 선회동작을 개시하는 조작을 행한 후, 정지 조작하였을 때, 유압 엑츄에이터를 사용한 선회구동장치에 비하여 급격하게 정지하는 것을 알 수 있었다. 급격하게 아암이 정지하면, 버킷 내에 수납된 돌이나 바위 등의 중량물이 비산하는 경우도 있어, 안전성이 저하한다.
또한 기동시와 제동시의 토오크 특성을 유압 엑츄에이터의 경우와 비슷하게 하여 제어하는 건설기계의 선회구동장치로서, 선회 가속시에는 전동기를 전동기 특성으로 사용하고, 선회 감속시에는 전동기를 발전기 특성으로 사용하여, 선회 가속시와 선회 감속시에 다른 토오크 특성을 사용하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
[특허문헌 1]
일본국 특개2001-11897호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 것에서는 전동기의 회전수와 토오크의 관계를 가속시와 감속시, 별개로 규정하는 것 뿐이고, 레버 등의 입력장치로부터의 지령과 토오크의 관계에 대해서는 전혀 규정되어 있지 않은 것이다. 따라서 전동기의 회전수만으로 토오크를 규정하는 특허문헌 1에 기재된 것에서는 전동기 정지상태로부터 레버 등의 입력장치로부터 미소 입력을 준 경우와 대입력을 준 경우에서는 어느쪽도 최대 토오크로 기동을 개시하기 때문에, 오퍼레이터가 의도한 동작을 할 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 오퍼레이터가 의도한 동작이 가능하고, 안전성이 향상된 건설기계의 선회구동장치를 제공하는 것에 있다.
(1) 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전동기를 엑츄에이터로 하고, 하부 주행체에 대하여 상부 선회체를 선회구동하는 건설기계의 선회구동장치로서, 선회구동지령을 주는 레버장치의 입력량에 따라 유사적으로 선회구동계가 유압펌프 - 방향제어밸브 - 유압모터의 경우의 기동 토오크와 제동 토오크를 연산하고, 기동 토오크와 제동 토오크의 차분을 상기 전동기의 구동 토오크로 하는 제어수단을 구비하도록 한 것이다.
이와 같은 구성에 의하여 오퍼레이터가 의도한 동작이 가능하고, 안전성을 향상할 수 있게 된다.
(2) 상기 (1)에서 바람직하게는 상기 제어수단은 상기 레버장치의 입력량과 상기 전동기의 실회전수를 입력으로 하고, 레버 입력량 - 토오크 테이블과, 실회전수 - 토오크 테이블을 구비하고, 각 테이블로부터 얻어지는 토오크값의 최소값으로 기동 토오크로 하도록 한 것이다.
(3) 상기 (1)에서 바람직하게는 상기 제어수단은 상기 레버장치의 입력량과 상기 전동기의 실회전수를 입력으로 하고, 레버 입력량 - 미터아웃 조절면적 테이블과, 실회전수 - 릴리프 토오크 테이블을 구비하고, 상기 레버 입력량 - 미터아웃 조절면적 테이블로부터 얻어진 미터아웃 조절면적과 실회전수를 사용하여 미터아웃 토오크를 산출하고, 상기 미터아웃 토오크와 릴리프 토오크의 최소값으로 제동 토오크로 하도록 한 것이다.
(4) 상기 (1)에서 바람직하게는 상기 제어수단은 상기 레버장치의 입력량과 상기 전동기의 실회전수를 입력으로 하고, 실회전 - 릴리프 토오크 테이블을 구비하고, 상기 레버장치의 입력에 의하여 지시되는 회전방향과 실회전방향이 역방향의 경우는, 실회전 - 릴리프 토오크 테이블로부터 얻어진 릴리프 토오크로서 구동 토오크로 하도록 한 것이다.
(5) 상기 (1)에서 바람직하게는 출력을 가변할 수 있는 출력제어 다이얼을 구비하고, 상기 제어수단은 상기 출력제어 다이얼의 지령값에 비례하여 기동 토오크의 값을 줄이도록 한 것이다.
본 발명에 의하면, 오퍼레이터가 의도한 동작이 가능하고, 안전성을 향상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 건설기계의 선회구동장치를 이용하는 건설기계의 구성을 나타내는 측면도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 건설기계의 선회구동장치를 포함하는 건설기계의 구동제어장치의 구성을 나타내는 시스템 블럭도,
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 건설기계의 선회구동장치의 구성을 나타내는 시스템 블럭도,
도 4는 건설기계의 유압식 선회구동장치의 일례를 나타내는 유압회로도,
도 5는 건설기계의 유압식 선회구동장치의 일례에 있어서의 특성도,
도 6은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 건설기계의 선회구동장치의 구성을 나타내는 시스템 블럭도,
도 7은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 건설기계의 선회구동장치의 구성을 나타내는 시스템 블럭도이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 선회 조작량 - M/I 토오크 테이블
13 : 실회전수 - 토오크제한 테이블
14 : 최소값 선택기
15 : 선회 조작량 - M/O 개구 테이블
17 : 제산기 18 : 제곱기
19 : 비례기 25 : 선회용 전동기
25s : 회전수 검출기 31 : 부호 반전기
32 : 역레버 판정기 42 : 최대 다이얼각
43 : 제산기 44 : 승산기
54A : 레버장치 54B : 출력 조정 다이얼
55 : 제어기 55A, 55A', 55B : 선회제어수단
110 : 실회전수 - 릴리프 토오크 테이블
111 : 스위치 112 : 대입기
이하, 도 1 내지 도 5를 이용하여 본 발명 제 1 실시형태에 의한 건설기계의 선회구동장치의 구성 및 동작에 대하여 설명한다.
제일 먼저, 도 1을 사용하여 본 실시형태에 의한 건설기계의 선회구동장치를 사용하는 건설기계의 구성에 대하여 설명한다. 여기서는 건설기계로서 셔블을 예로 하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 건설기계의 선회구동장치를 사용하는 건설기계의 구성을 나타내는 측면도이다.
하부 주행체(10)는 한 쌍의 크롤러(11) 및 크롤러 프레임(12)(도면에서는 한쪽만 나타냄)으로 구성되어 있다. 각 크롤러(11)는 도 2에서 뒤에서 설명하는 한 쌍의 주행용 전동기(13, 14) 및 그 감속기구 등에 의하여 독립하여 구동 제어된다.
상부 선회체(20)는 선회 프레임(21)과, 엔진(22)과, 발전기(23)와, 배터리(24)와, 선회용 전동기(25)와, 선회기구(26) 등으로 구성되어 있다. 구동원으로서의 엔진(22)은 선회 프레임(21) 위에 설치되어 있다. 발전기(23)는 엔진(22)에 의하여 구동된다. 발전기(23)에 의하여 발생된 전력은 배터리(24)에 축적된다. 선회용 전동기(25)는 발전기(23) 또는 배터리(24)로부터의 전력에 의하여 구동되고, 상부 선회체(20)를 좌우방향으로 선회시키는 구동원으로서 사용된다. 선회기구(26)는 선회용 전동기(25)의 회전을 감소하는 감속기구를 포함하고, 선회용 전동기(25)의 구동력에 의하여 하부 주행체(10)에 대하여 상부 선회체(20)[선회 프레임(21)]를 선회구동시키기 위하여 사용된다.
또, 상부 선회체(20)에는 셔블기구(30)가 탑재되어 있다. 셔블기구(30)는 기복 가능한 부움(31)과, 부움(31)을 구동하기 위한 부움 실린더(32)와, 부움(31)의 선단부 근방에 회전 자유롭게 축 지지된 아암(33)과, 아암(33)을 구동하기 위한 아암 실린더(34)와, 아암(33)의 선단에 회전 가능하게 축 지지된 버킷(35)과, 버킷(35)을 구동하기 위한 버킷 실린더(36) 등으로 구성되어 있다. 또한 상부 선회체(20)의 선회 프레임(21) 위에는 유압제어기구(40)가 탑재되어 있다. 유압제어기구(40)는 부움 실린더(32), 아암 실린더(34), 버킷 실린더(36)를 구동 제어하기 위한 유압펌프(41) 및 각 실린더마다 설치된 유압제어밸브 등으로 구성되어 있다.
다음에 도 2를 사용하여 본 실시형태에 의한 건설기계의 선회구동장치를 포함하는 건설기계의 구동제어장치의 구성에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 건설기계의 선회구동장치를 포함하는 건설기계의 구동제어장치의 구성을 나타내는 시스템 블럭도이다. 또한 도 2에서, 굵은 실선은 기계적 구동계통을, 중간 정도의 실선은 유압구동계통을, 가는 실선은 전기적 구동계통을, 점선은 제어신호계를 나타내고 있다. 또 도 1과 동일부호는 동일부분을 나타내고 있다.
엔진(22)의 구동력은, 유압펌프(41)에 전달된다. 유압제어밸브(42)는 도시 생략한 조작수단으로부터의 동작지령에 따라, 부움 실린더(32), 아암 실린더(34) 및 버킷 실린더(36)에의 동작유의 토출량 및 토출방향을 제어한다. 또 엔진(22)의 구동력은 증속기구(29)를 거쳐 발전기(23)에 전달된다. 발전기(23)는 소정의 교류전력을 발생하고, 발생된 교류전력은 컨버터(27)에 의하여 직류로 변환되어 배터리(24)에 축적된다.
한편, 컨버터(27) 또는 배터리(24)로부터의 직류전력은, 제어기(55)에 의하여 제어되는 선회용 인버터(28a)에 의하여 소정의 전압 및 주파수의 펄스신호로 변환되어 선회용 전동기(25)에 입력된다. 마찬가지로 컨버터(27) 또는 배터리(24)로부터의 직류전력은 제어기(55)에 의하여 제어되는 우측 주행용 인버터(28b) 및 좌측 주행용 인버터(28c)보다 소정의 전압 및 주파수의 펄스신호로 변환되고, 우측 주행용 전동기(13) 및 좌측 주행용 전동기(14)에 각각 입력된다. 또 각 전동기(13, 14, 25)는 감속시에는 발전기 특성으로 사용하고, 각 전동기(13, 14, 25)에 의하여 회생된 전력을 직류로 변환하여 배터리(24)에 축적한다.
조작장치(54)는 우측 선회/좌측 선회를 지시하는 선회 조작레버와, 전진/후진을 지시하는 주행조작레버로 이루어진다. 또한 주행조작레버는 우측 주행 레버와, 좌측 주행 레버로 이루어진다. 선회조작레버는 통상은 중립위치에 있고, 중립위치로부터 우측으로 기울어짐으로써 우측 선회를 지시하고, 좌측으로 기울어짐으로써 좌측 선회를 지시한다. 중립위치로부터 우방향 또는 좌방향으로의 기울짐량이 좌우 선회 조작신호로서 제어기(55)에 입력된다. 주행조작레버는, 통상은 중립위치에 있고, 중립위치로부터 앞쪽으로 기울어짐으로써 전진을 지시하고, 뒤쪽으로 기울어짐으로써 후진을 지시한다. 중립위치로부터 앞쪽방향 또는 뒤쪽방향으로의 기울어짐량이 전/후진 조작신호로서 제어기(55)에 입력된다.
제어기(55)는 조작장치(54)의 선회조작레버로부터의 좌우 선회 조작신호에 의거하여 선회용 전동기(25)의 토오크(T)가 소정 토오크가 되도록 선회용 인버터(28a)가 출력하는 펄스신호의 전압 및 주파수를 제어한다. 또 선회용 전동 기(25)는 그 출력축의 회전수를 검출하는 회전수 검출기(25s)를 구비하고 있다. 회전수 검출기(25s)는 예를 들면 리졸버 등을 사용하고 있다. 회전수 검출기(25s)의 출력신호는 제어기(55)에 입력한다. 제어기(55)는 회전수 검출기(25s)에서 검출된 선회용 전동기(25)의 회전수(N)에 따라 선회용 전동기(25)의 출력 토오크(T)를 제어한다.
또, 제어기(55)는 조작장치(54)의 주행조작레버로부터의 전/후진 조작신호에 의거하여 우측 주행용 전동기(13)나 좌측 주행용 전동기(14)의 토오크(T)가 소정 토오크가 되도록, 우측 주행용 인버터(28b)나 좌측 주행용 인버터(28c)가 출력하는 펄스신호의 전압 및 주파수를 제어한다. 또 우측 주행용 전동기(13) 및 좌측 주행용 전동기(14)는 각각 그 출력축의 회전수를 검출하는 회전수 검출기(13s, 14s)를 구비하고 있다. 회전수 검출기(13s, 14s)는 예를 들면 리졸버 등을 사용하고 있다. 회전수 검출기(13s, 14s)의 출력신호는, 각각 제어기(55)에 입력한다. 제어기(55)는 회전수 검출기(13s, 14s)에서 검출된 우측 주행용 전동기(13) 및 좌측 주행용 전동기(14)의 회전수(N)에 따라 우측 주행용 전동기(13) 및 좌측 주행용 전동기(14)의 출력 토오크(T)를 제어한다.
또한 이상의 예에서는 부움, 아암, 버킷을 구동하는 유압펌프(41)는 엔진(22)에 의하여 구동하는 것이나, 유압펌프(41)를 전동기에 의하여 구동하는 방식으로 하여도 좋은 것이다.
다음에 도 3 내지 도 5를 사용하여 본 실시형태에 의한 건설기계의 선회구동장치의 구성 및 동작에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 건설기계의 선회구동장치의 구성을 나타내는 시스템 블럭도이다. 도 4는 건설기계의 유압식 선회구동장치의 일례를 나타내는 유압회로도이다. 도 5는 건설기계의 유압식 선회구동장치의 일례에 있어서의 특성도이다. 또한 도 1 및 도 2와 동일부호는 동일부분을 나타내고 있다.
선회제어수단(55A)은 도 2에 나타낸 제어기(55)에 포함되어 선회제어를 담당하는 제어수단이다. 선회제어수단(55A)에는 도 2에 나타낸 조작장치(54) 중의 선회조작레버장치(54A)로부터의 레버조작 입력신호(Pisw)와, 도 2에 나타낸 회전수 검출기(25s)로부터의 선회용 전동기(25)의 실회전수 신호(Nrelsw)가 입력되고, 도 2에 나타낸 선회용 인버터(28a)에 대하여 지령 토오크(Tcomsw)를 출력한다. 선회용 인버터(28a)는 지령 토오크(Tcomsw)에 따라 배터리(24)의 출력 직류전력을 교류전력으로 변환할 때에 전압, 전류치를 제어하여 선회용 전동기(25)에 공급한다.
여기서 도 4를 이용하여 건설기계의 유압식 선회구동장치의 유압회로도의 일례에 대하여 설명한다.
도 4에서 건설기계의 상부 선회체를 나타내는 관성체(21)는, 유압식 선회모터(22)에 의하여 선회 구동된다. 가변 용량형 유압펌프(24)는 작동유 탱크(23)의 작동유를 선회모터(22)에 공급한다. 방향제어밸브(25)는 유압펌프(24)로부터 선회모터(22)에 공급되는 압유의 방향과 유량을 제어한다. 레버장치(54A)는, 방향제어밸브(25)에 제어압을 보냄으로써 선회모터(22)에 공급하는 압유의 방향과 유량을 지시하는 입력장치로서 기능한다. 릴리프밸브(27a, 27b)는 선회모터(22)의 압력을 급배하는 2개의 포트(22a, 22b)의 최대 압력을 규정한다. 포핏밸브(28a, 28b)는, 선회모터(22)의 압력을 급배하는 2개의 포트(22a, 22b)가 부압이 되는 것을 방지하기 위하여 작동유 탱크(23)로부터 포트(22a, 22b)에의 작동유의 유입을 허가하고, 반대로 포트(22a, 22b)로부터 작동유 탱크(23)에의 작동유의 흐름을 금지한다.
유압펌프(24)는, 도시 생략한 구동원의 출력을 유효하게 사용할 수 있도록 도 5(a)에 나타내는 배제용적(displacement volume)-토출압 특성을 가지고, 대략 일정한 입력 토오크가 되도록 경전제어된다.
방향제어밸브(25)는, 레버장치(54A)로부터의 파일럿지령이 작용하고 있지 않은 중립위치(25a)에서는 유압펌프(24)로부터의 압유를 전량, 작동유 탱크(23)로 유도한다. 레버장치(54A)를 우방향으로 최대까지 쓰러 뜨리면 방향제어밸브(25)는 우측 위치(25b)로 변환되고, 유압펌프(24)로부터의 압유는 선회모터(22)의 포트(22b)로 유도되고, 포트(22a)로부터 배출된 압유는 방향제어밸브(25)를 거쳐 작동유 탱크(23)로 되돌아간다. 레버장치(54A)를 좌방향으로 최대 위치까지 활동시키면 방향제어밸브(25)는 좌측 위치(25c)로 변환되고, 유압펌프(24)로부터의 압유는 선회모터(22)의 포트(22a)로 유도되고, 포트(22b)로부터 배출된 압유는 방향제어밸브(25)를 거쳐 작동유 탱크(23)로 되돌아간다.
레버장치(54A)를 우방향으로 하프위치까지 쓰러 뜨리면 방향제어밸브(25)는 중립위치(25a)와 우측 위치(25b)의 중간위치로 변환된다. 이 상태에서는 중립위치(25a)의 유압펌프(24)로부터 작동유 탱크(23)로 통하는 유로와 우측 위치(25b)의 유압펌프(24)로부터 선회모터(22)로 통하는 유로의 양쪽이 조절된 상태에 있고, 레버장치(54A)의 지령값에 따라 도 5(b)에 나타내는 레버지령-최대 압력특성에 따라 펌프 토출압을 규제한다. 이 펌프 토출압이 선회모터(22)의 포트(22b)의 압력(Pb)이 된다. 레버장치(54A)를 좌방향으로 하프위치까지 쓰러 뜨린 경우도 마찬가지로 하여 선회모터(22)의 포트(22a)의 압력(Pa)이 구해진다.
이상의 것으로부터 유압펌프(24)에 의하여 선회모터(22)를 가세하는 압력은, 도 5(a)에서 유량으로부터 구해지는 펌프 토출압과, 도 5(b)에서 레버지령으로부터 구해지는 최대 압력과의 최소값인 것을 알 수 있다.
한편, 레버장치(54A)를 우방향으로 쓰러뜨렸을 때에는 레버 지령값과 방향제어밸브(25)의 우측 위치(25b)에서의 선회모터(22)로부터 작동유 탱크(23)로 통하는 유로(미터아웃 유로)의 개구면적과의 사이에, 도 5(c)에 나타내는 관계가 생긴다. 레버장치(54A)를 좌방향으로 쓰러 뜨린 경우도 마찬가지이다.
또, 릴리프밸브(27a, 27b)는 도 5(d)에 나타내는 통과유량 - 압력특성을 가진다. 따라서 어느 특정유량의 경우의 선회모터(22)의 포트(22a)의 압력의 최대값은 도 5(d)에 의하여 규제된다.
현재, 레버장치(54A)를 우방향으로 쓰러 뜨려 선회모터(22)가 구동되고 있는 상태에서 레버장치(54A)를 중립방향으로 움직인 경우, 선회모터(22)의 회전에 의하여 발생하는 유량(Q)에 대하여 도 5(c)에서 구해지는 미터아웃 유로의 개구면적(A)으로부터 다음식 (1)로
P =α(Q/A)2
에 따라 압력을 계산할 수 있다. 여기서, α는 정수이다. 이와 같이 하여 구해진 압력(P)과, 유량(Q)으로부터 도 5(d)에 의하여 구해진 릴리프압(Pmax) 중, 작은 쪽의 값이 선회모터(22)의 포트(22a)에 발생하는 발생하는 압력이다. 레버장치(54A)를 좌방향으로 쓰러 뜨려 선회모터(22)가 구동되고 있는 상태에서 레버장치(54A)를 중립방향으로 움직인 경우도 마찬가지로 하여 선회모터(22)의 포트(22b)의 압력(Pb)을 구할 수 있다.
이상과 같이 하여 구해진 선회모터(22)의 포트(22a, 22b)의 압력(Pa, Pb)의 차압과 선회모터(22)의 베제용적으로부터 선회모터(22)의 출력 토오크를 알 수 있다.
다음에 도 3을 이용하여 본 실시형태에 의한 건설기계의 선회구동장치의 구성 및 동작에 대하여 설명한다.
본 실시형태에서는 선회제어수단(55A)은, 도 4 및 도 5에서의 선회모터(22)의 포트(22a, 22b)의 압력(Pa, Pb)을 도출한 순서를 답습하여 기동토오크(Taccsw)와 제동토오크(Tbrksw)를 연산하고, 압력(Pa, Pb)의 차압으로부터 선회모터(22)의 출력 토오크를 도출한 바와 같이 기동 토오크와 제동 토오크로부터 지령 토오크(Tcomsw)를 연산한다.
선회제어수단(55A)은, 도 5(b)에 상당하는 선회조작량 - 미터인(M/I) 토오크 테이블(11)과, 도 5(a)에 상당하는 실회전수 - 토오크제한 테이블(13)과, 도 5(c)에 상당하는 선회조작량 - 미터아웃(M/O) 개구 테이블(15)과, 도 5(d)에 상당하는 실회전수 - 릴리프 토오크 테이블(110)과, 최소값 선택기(14A, 14B)와, 제산기(17) 와, 제곱기(18)와, 비례기(19)와, 스위치(111)와, 대입기(112)와, 가산기(113)를 가지고 있다.
제일 먼저 기동 토오크(Taccsw)의 산출처리에 대하여 설명한다. 선회제어수단(55A)은, 레버장치(54A)로부터의 레버입력(Pisw)으로부터 도 5(b)에 상당하는 선회조작량 - 미터인(M/I) 토오크 테이블(11)을 사용하여 M/I 토오크(Tmisw)를 도출한다. 또 전동기의 회전수 검출기(25s)로부터의 실회전수(Nrelsw)로부터 도 5(a)에 상당하는 실회전수 - 토오크제한 테이블(13)을 사용하여 토오크제한값(Tpqsw)을 도출한다. 최소값 선택기(14)에 의하여 M/I 토오크(Tmisw)와 토오크제한값(Tpqsw)의 최소값을 선택하여 전동기의 기동토오크(Taccsw)가 구해진다.
다음에 제동 토오크(Tbrksw)의 산출처리에 대하여 설명한다. 선회제어수단(55A)은 레버장치(54A)로부터의 레버입력(Pisw)로부터 도 5(c)에 상당하는 선회조작량 - 미터아웃(M/O) 개구 테이블(15)을 사용하여 M/O 개구(Amosw)를 도출한다. 다음에 수학식 (1)에 상당하는 연산을 행하기 위하여, 이 M/O 개구(Amosw)와 전동기의 회전수 검출기(25s)로부터의 실회전수(Nrelsw)로부터 제산기(17), 제곱기(18), 비교기(19)를 이용하여 M/O 토오크(Tmosw)를 산출한다.
또, 선회제어수단(55A)은, 전동기의 회전수 검출기(25s)로부터의 실회전수 (Nrelsw)로부터 도 5(d)에 상당하는 실회전수 - 릴리프 토오크 테이블(110)을 사용하여 릴리프 토오크(Trelsw)를 도출한다. 그리고 최소값 선택기(14)에 의하여 M/O 토오크(Tmosw)와 릴리프 토오크(Trelsw)의 최소값을 선택하여, 전동기의 제동 토오크(Tbrksw)가 구해진다.
단, 레버장치(54A)를 중립위치까지 되돌렸을 때에는 선회조작량 - M/O 개구 테이블(15)로부터 유도되는 M/O 개구(Amosw)가 0이 되기 때문에, 제산기(17)에서 제로 나눗셈(zero division)이 생긴다는 단점이 있기 때문에, 이것을 회피하기 위하여 스위치(111)로 M/0개구가 0일 때에 한하여 제산기(17), 제곱기(18), 비례기(19)를 바이패스하여,
Tmosw = Trelswmax
가 되는 Tmosw를 얻는 대입기(112)를 설치한다. 여기서 설정값(Trelswmax)은, 실회전수 - 릴리프 토오크 테이블(110)로부터 구해지는 릴리프 토오크(Trelsw)의 최대값보다 큰 값으로 한다.
이와 같이 함으로써 레버조작량(Pisw) = 0일 때는 항상, 제동 토오크(Tbrksw) = 릴리프 토오크(Trelsw)가 되도록 할 수 있다.
또한 감산기(113)를 이용하여, 전동기의 기동 토오크(Taccsw)와 제동 토오크(Tbrksw)의 차분을 구하여 지령 토오크(Tcomsw)를 연산하고, 선회용 인버터(28a)에 출력한다.
이상과 같이 구성함으로써, 본 실시형태에 의하면, 전동기를 엑츄에이터로 하여 하부 주행체에 대하여 상부 선회체를 선회 구동하는 건설기계에 있어서, 유압식 선회구동장치와 동등한 조작감을 얻을 수 있다. 따라서 오퍼레이터가 유압식 선회구동장치와 마찬가지로 선회구동조작을 행하여도 선회동작은 유압식 선회구동장치에서의 선회동작을 동일하게 할 수 있기 때문에 프론트 구조물을 포함하는 상부 선회체의 흐름도 방지할 수 있고, 또 상부 선회체의 급정지도 방지할 수 있어, 안전성이 향상하게 된다. 또 유압식 선회구동장치를 구비한 건설기계로부터 갈아 탄 오퍼레이터가 위화감없이 조작을 행할 수 있다.
또한 이상의 설명에서는 간편하게 하기 위하여 선회방향을 양(positive)으로 하여 설명하고 있으나, 실제의 연산에서는 좌우의 선회방향을 고려하여 연산을 행한다.
다음에 도 6을 이용하여 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 건설기계의 선회구동장치의 구성 및 동작에 대하여 설명한다. 본 실시형태에 의한 건설기계의 선회구동장치를 사용하는 건설기계의 구성은, 도 1에 나타낸 것과 동일하다. 또 본 실시형태에 의한 건설기계의 선회구동장치를 포함하는 건설기계의 구동제어장치의 구성은, 도 2에 나타낸 것과 동일하다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 건설기계의 선회구동장치의 구성을 나타내는 시스템 블럭도이다. 또한, 도 1 내지 도 3과 동일부호는 동일부분을 나타내고 있다.
선회제어수단(55B)은 도 2에 나타낸 제어기(55)에 포함되고, 선회제어를 담당하는 제어수단이다. 선회제어수단(55B)에는 도 2에 나타낸 조작장치(54) 중의 선회조작레버장치(54A)로부터의 레버조작입력신호(Pisw)와, 도 2에 나타낸 회전수 검출기(25s)로부터의 선회용 전동기(25)의 실회전수 신호(Nrelsw)가 입력되고, 도 2에 나타낸 선회용 인버터(28a)에 대하여 지령 토오크(Tcomswpm)를 출력한다. 선회용 인버터(28a)는 지령토오크(Tcomswpm)에 따라 배터리(24)의 출력 직류전력을 교류전력으로 변환할 때에 전압, 전류값을 제어하여 선회용 전동기(25)에 공급한 다.
도 4에 나타낸 레버장치(54A)를 우방향에서 좌방향으로 신속하게 변환한 경우, 선회모터(22)는 관성체(21)의 관성에 의하여 포트(22b)로부터 포트(22a)로 작동유가 흐르도록 회전된다. 이때 방향제어밸브(25)는 좌측 위치(25c)에 있기 때문에, 유압펌프(24)로부터 토출되는 압유는 선회모터(22)의 포트(22a)로 유도된다. 이때 선회모터(22)를 통과하는 압유는, 작동유 탱크(23)-체크밸브(28b)-선회모터(22)-릴리프밸브(27a)-작동유 탱크(23)로 흐른다. 또 유압펌프(24)로부터 토출된 압유는, 방향제어밸브(25)-릴리프밸브(27a)-작동유 탱크(23)로 흐른다.
따라서 레버장치(54A)의 지령방향과 선회모터(22)의 회전방향이 정반대의 경우에는 선회모터(22)에 발생하는 토오크는, 릴리프밸브(27a, 27b)의 특성에 의한다.
선회제어수단(55B)은, 도 3에서 설명한 선회제어수단(55A)과, 도 5(d)에 상당하는 실회전수-릴리프 토오크 테이블(110)과, 부호 반전기(31)와, 역레버 판정기(32)를 가지고 있다. 또 선회제어수단(55A)이 출력하는 지령 토오크(Tcomsw)는, 여기서는 정레버(normal lever) 지령 토오크라 부르기로 한다.
선회제어수단(55A)은, 도 3에서 설명한 바와 같이 하여 정레버 지령 토오크(Tcomsw)를 산출한다.
한편, 선회제어수단(55B)은, 전동기의 회전수 검출기(25s)로부터의 실회전수 (Nrelsw)로부터 실회전수 - 릴리프 토오크 테이블(110)을 이용하여 릴리프 토오크(Trelsw)를 산출하고, 또한 부호 반전기(31)에 의하여 부호를 반전하여, 역레 버(reverse lever)지령 토오크(Tcomsw. minus)를 산출한다.
역레버 판정기(32)는, 레버장치(54A)로부터의 레버입력(Pisw)과, 회전수 검출기(25s)로부터의 실회전수(Nrelsw)에 의거하여 레버입력(Pisw)의 부호와 실회전수(Nrelsw)의 부호가 동일하면 정레버라 판정하고, 다르면 역레버라 판정한다. 역레버 판정기(32)는, 정레버의 경우에는 선회제어수단(55A)이 산출한 정레버 지령 토오크(Tcomsw)를, 역레버의 경우에는 실회전수 - 릴리프 토오크 테이블(110) 및 부호 반전기(31)에 의하여 산출한 역레버 지령 토오크(Tcomsw. minus)를, 지령 토오크(Tcomswpm)로서 연산하여, 선회용 인버터(28a)에 출력한다.
이상과 같이 구성함으로써, 본 실시형태에 의하면 오퍼레이터가 유압식 선회구동장치와 마찬가지로 선회구동조작을 행하여도, 선회동작은 유압식 선회구동장치에서의 선회동작을 동일하게 할 수 있기 때문에, 프론트 구조물을 포함하는 상부 선회체의 흐름도 방지할 수 있고, 또 상부 선회체의 급정지도 방지할 수 있어, 안전성이 향상되게 된다. 또 유압식 선회구동장치를 구비한 건설기계로부터 갈아 탄 오퍼레이터가 위화감없이 조작을 행할 수 있다.
또한 레버장치의 레버입력지령과 전동기의 실회전수가 반대인(역레버의)경우에도, 유압식 선회구동장치와 동등한 조작감을 얻을 수 있어, 유압식 선회구동장치를 구비한 건설기계로부터 갈아 탄 오퍼레이터가 위화감 없이 조작을 행할 수 있다.
다음에 도 7을 사용하여 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 건설기계의 선회구동장치의 구성 및 동작에 대하여 설명한다. 본 실시형태에 의한 건설기계의 선회 구동장치를 사용하는 건설기계의 구성은, 도 1에 나타낸 것과 동일하다. 또 본 실시형태에 의한 건설기계의 선회구동장치를 포함하는 건설기계의 구동제어장치의 구성은, 도 2에 나타낸 것과 동일하다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 건설기계의 선회구동장치의 구성을 나타내는 시스템 블럭도이다. 또한 도 1 내지 도 3과 동일부호는 동일부분을 나타내고 있다.
선회제어수단(55A')은 도 2에 나타낸 제어기(55)에 포함되고, 선회제어를 담당하는 제어수단이다. 선회제어수단(55A')은 도 3에 나타낸 선회제어수단(55A)의 구성에 더하여 최대 다이얼각 출력기(42)와, 제산기(43)와, 승산기(44)를 가지고 있다.
출력조정 다이얼(54B)은, 도 2에 나타낸 조작장치(54)에 포함되는 것이고, 오퍼레이터의 조작에 의하여 임의로 설정된 다이얼각(Adia1)이 출력되는 것이다.
제산기(43)는 최대 다이얼각 출력기(42)에 설정된 최대 다이얼각(Adialmax)으로, 출력조정 다이얼(54B)에 의하여 설정된 다이얼각(Adial)을 나눔으로써 1 이하의 계수를 출력한다. 승산기(44)는 제산기(43)의 연산결과의 계수를, 최소값 선택기(14)의 선택결과에 곱하여, 연산결과로서 기동 토오크(Taccsw)를 출력한다.
오퍼레이터가 출력조정다이얼(54B)을 조정함으로써, 지령 토오크(Tcomsw)를 변경할 수 있고, 결과로서 또한 오퍼레이터의 주문에 맞은 선회동작을 얻을 수 있다.
이상과 같이 구성함으로써, 본 실시형태에 의하면, 오퍼레이터가 유압식 선 회구동장치와 마찬가지로 선회구동조작을 행하여도 선회동작은 유압식 선회구동장치에서의 선회동작을 동일하게 할 수 있기 때문에, 프론트 구조물을 포함하는 상부 선회체의 흐름도 방지할 수 있고, 또 상부 선회체의 급정지도 방지할 수 있어, 안전성이 향상하게 된다. 또 유압식 선회구동장치를 구비한 건설기계로부터 갈아 탄 오퍼레이터가 위화감없이 조작을 행할 수 있다.
또한 출력조정다이얼의 지령에 따라, 오퍼레이터의 주문에 맞은 선회동작을 얻을 수 있다.
또한 이상의 설명에서는 건설기계의 선회구동장치에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 이하와 같은 변형을 할 수도 있다. 예를 들면 선회구동장치 대신에 주행구동장치에 적용하여도 좋은 것이다. 또한 본 발명의 특징적인 기능을 손상하지 않는 한, 본 발명은 상기한 실시형태에서의 구성에 전혀 한정되지 않는다.

Claims (5)

  1. 전동기를 엑츄에이터로 하고, 하부 주행체에 대하여 상부 선회체를 선회구동하는 건설기계의 선회구동장치에 있어서,
    선회구동지령을 주는 레버장치의 입력량에 따라, 유사적으로 선회구동계가 유압펌프 - 방향제어밸브 - 유압모터의 경우의 기동 토오크와 제동 토오크를 연산하고, 기동 토오크와 제동 토오크의 차분을 상기 전동기의 구동 토오크로 하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 선회구동장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어수단은,
    상기 레버장치의 입력량과 상기 전동기의 실회전수를 입력으로 하고,
    레버 입력량 - 토오크 테이블과, 실회전수 - 토오크 테이블을 구비하고,
    각 테이블로부터 얻어지는 토오크값의 최소값으로 기동 토오크로 하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 선회구동장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어수단은,
    상기 레버장치의 입력량과 상기 전동기의 실회전수를 입력으로 하고,
    레버 입력량 - 미터아웃 조절면적 테이블과, 실회전수 - 릴리프 토오크 테이 블을 구비하고,
    상기 레버입력량 - 미터아웃 조절면적 테이블로부터 얻어진 미터아웃 조절면적과 실회전수를 이용하여 미터아웃 토오크를 산출하고,
    상기 미터아웃 토오크와 릴리프 토오크의 최소값으로 제동 토오크로 하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 선회구동장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어수단은,
    상기 레버장치의 입력량과 상기 전동기의 실회전수를 입력으로 하고,
    실회전수 - 릴리프 토오크 테이블을 구비하고,
    상기 레버장치의 입력에 의하여 지시되는 회전방향과 실회전방향이 역방향의 경우는, 실회전수 - 릴리프 토오크 테이블로부터 얻어진 릴리프 토오크로써 구동 토오크로 하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 선회구동장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    출력을 가변할 수 있는 출력 제어 다이얼을 구비하고,
    상기 제어수단은, 상기 출력 제어 다이얼의 지령값에 비례하여 기동 토오크의 값을 줄이는 것을 특징으로 하는 건설기계의 선회구동장치.
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