KR20110123217A - 유압 건설 기계의 원동기 회전수 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는, 굴삭 상태를 보다 확실하게 판별함으로써, 굴삭시의 조작성 향상을 도모하고, 또한 작업성 향상을 도모할 수 있는 유압 건설 기계의 원동기 회전수 제어 장치를 제공하는 것이다.
아암 클라우드 방향으로 조작 레버(44)가 풀 조작되고, 조작 레버(43)도 아울러 조작되고, 펌프압(PD)이 13㎫ 이상으로 되면, 제1 판별 조건 전부를 만족시켜, 굴삭 상태 판별 기능(62)은 굴삭 상태 개시라고 판별한다. 목표 회전수 보정 기능(64)은, 기준 목표 회전수(NR0)에 보정치(ΔN)를 더하여 목표 회전수(NR)로 하고, 증속을 개시한다. 굴삭 중, 아암 클라우드 방향으로 조작 레버(44)가 하프 조작 이상 조작되고, 펌프압(PD)이 10㎫ 이상이면, 제2 판별 조건 전부를 만족시켜, 굴삭 상태 계속이라 판정하여, 증속을 계속한다. 제2 판별 조건을 만족시키지 않으면, 굴삭 상태 종료라 판별하여, 증속을 종료한다.

Description

유압 건설 기계의 원동기 회전수 제어 장치{PRIME MOVER REVOLUTION SPEED CONTROL SYSTEM FOR HYDRAULIC CONSTRUCTION MACHINE}

본 발명은 유압 건설 기계의 원동기의 제어 장치에 관한 것으로, 특히 원동기로서 엔진을 구비하고, 이 엔진에 의해 회전 구동되는 유압 펌프로부터 토출되는 압유에 의해 유압 액추에이터를 구동하여, 필요한 작업을 행하는 유압 셔블 등의 유압 건설 기계의 원동기의 회전수 제어 장치에 관한 것이다.

유압 셔블 등의 유압 건설 기계는, 일반적으로 원동기로서 엔진을 구비하고, 이 엔진에 의해 적어도 하나의 가변 용량형 유압 펌프를 회전 구동하고, 유압 펌프로부터 토출되는 압유에 의해 복수의 유압 액추에이터를 구동하여, 굴삭 등 필요한 작업을 행하고 있다. 유압 셔블에는, 엔진의 목표 회전수를 지령하는 설정 수단이 구비되고, 이 목표 회전수에 따라서 연료 분사량이 제어되어, 회전수가 제어된다.

이러한 회전수 제어 장치는, 통상 회전수가 일정해지도록 제어한다. 그러나 작업성 향상 및 연료 소비율 향상의 관점에서, 부하에 따라서 원동기의 회전수를 증가시키는 제어를 하는 쪽이 바람직한 경우도 있다. 특히, 굴삭 작업은 중부하로 되기 쉬워, 경부하시의 회전수보다 엔진 회전수를 더욱 증가(증속)시키는 것이 바람직하다.

예를 들어, 특허 문헌 1에 기재된 회전수 제어 장치는, 조작 레버의 조작의 유무와 조작 방향과 유압 펌프의 압력에 기초하여 원동기 회전수의 증량이 필요한 조작 상태인지 여부를 판별하는 조작 상태 판별 수단과, 이 조작 상태 판별 수단에 의해 판별된 조작 상태에 대응하여 소정값만큼 증가시키는 원동기 회전수 보정 수단을 구비한다.

조작 상태 판별 수단은, 각 액추에이터에 대응하는 조작 레버의 조작의 유무와 조작 방향의 검출 결과에 기초하여 선택되는 회전수 보정 맵 A 내지 C를 갖고 있다. 굴삭 작업시에는, 아암 클라우드 조작과 버킷 클라우드 조작을 검출하고, 검출 결과에 기초하여 대응하는 맵 C를 선택한다. 맵 C가 선택되면, 펌프 압력에 관계없이 우선 엔진 회전수를 100rpm 증가시키는 동시에, 펌프 압력이 20㎫(제1 임계치)를 초과하면 엔진 회전수를 서서히 500rpm만큼 증가시키고, 펌프 압력이 17㎫(제2 임계치) 이하로 되면 엔진 회전수의 증가분을 서서히 100rpm으로 한다.

일본 특허 제2905324호 공보

그러나 종래 기술은 다음과 같은 과제가 있다.

굴삭 작업시의 유압 펌프압은, 굴삭 대상이나 작업자의 조작 방법에 따라 크게 변동되는 경우가 있다. 종래 기술에 있어서, 굴삭 작업 중에 유압 펌프압이 제1 임계치 및 제2 임계치에 걸쳐서 변동되면, 증속 및 증속 종료를 반복하여, 작업자는 조작감에 위화감을 느껴, 조작성이 저하된다. 조작성 저하는, 작업자의 집중력을 저하시켜, 증속에 의한 작업성 향상 효과를 저하시켜 버린다.

또한, 종래 기술에 있어서, 굴삭 작업과 굴삭 작업 이외의 작업을 나누는 관점에서, 굴삭 개시에 상당하는 제1 임계치 및 굴삭 종료에 상당하는 제2 임계치가 설정되어 있다. 제1 임계치 및 제2 임계치를 근거도 없이 낮추면, 굴삭 작업 이외의 작업시에 의도하지 않은 증속이 행해질 가능성이 있다. 따라서, 만약을 위해 제1 임계치 및 제2 임계치는 안전측(높게)으로 설정된다.

그러나 제1 임계치 및 제2 임계치가 필요 이상으로 높게 설정되면, 굴삭 도중으로부터 증속되고(증속 제어가 용이하게 개시되지 않음), 굴삭 도중에 증속 종료로 되어(증속 제어가 용이하게 비유효화됨), 증속에 의한 작업성 향상 효과가 충분히 얻어지지 않는다.

본 발명의 목적은, 굴삭 상태를 보다 확실하게 판별함으로써, 굴삭시의 조작성 향상을 도모하고, 또한 작업성 향상을 도모할 수 있는 유압 건설 기계의 원동기 회전수 제어 장치를 제공하는 것이다.

(1) 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 원동기와, 이 원동기에 의해 구동되는 적어도 하나의 가변 용량 유압 펌프와, 이 유압 펌프의 압유에 의해 구동되는 복수의 유압 액추에이터와, 상기 유압 펌프로부터 상기 복수의 유압 액추에이터로의 압유의 유량과 방향을 각각 제어하는 복수의 제어 밸브와, 상기 복수의 유압 액추에이터에 대응하여 각각 설치되고, 상기 제어 밸브를 각각 구동함으로써, 각 조작 방향의 조작량에 따라서 상기 복수의 유압 액추에이터의 조작을 지령하는 조작 지령 수단과, 이 조작 지령 수단의 지령 신호를 검출하는 조작 지령 검출 수단과, 상기 유압 펌프의 압력을 검출하는 펌프압 검출 수단과, 상기 원동기의 기준 목표 회전수를 설정하는 기준 목표 회전수 설정 수단과, 상기 조작 지령 수단에 의한 조작 상태에 따라서 소정의 보정치를 상기 기준 목표 회전수에 더하여, 상기 원동기의 목표 회전수를 얻는 목표 회전수 보정 수단을 구비한 유압 건설 기계의 원동기 회전수 제어 장치에 있어서, 상기 조작 방향과 조작량과 펌프압에 기초하여, 굴삭 상태인지 여부를 판별하는 굴삭 상태 판별 수단을 더 구비하고, 상기 목표 회전수 보정 수단은, 상기 굴삭 상태 판별 수단이 굴삭 상태라고 판별하면, 소정의 보정치를 상기 기준 목표 회전수에 더하는 것으로 한다.

종래 기술에 있어서, 굴삭 상태 판별 수단은 조작 방향과 조작의 유무와 펌프압에 기초하여, 굴삭 상태인지 여부를 판별한다. 본 발명에 있어서는, 굴삭 상태 판별 수단은 조작 방향과 조작량과 펌프압에 기초하여, 굴삭 상태인지 여부를 판별한다. 이에 의해, 보다 확실하게 굴삭 상태인지 여부를 판별할 수 있다.

종래 기술에 있어서, 굴삭 상태인지 여부의 판별이 불확실한 경우가 있어, 펌프압의 임계치가 높게(안전측) 설정되어 있었다. 본 발명에 있어서는, 보다 확실하게 굴삭 상태를 판별함으로써, 안전성을 확보하면서, 펌프압의 임계치를 종래 기술보다 낮게 설정할 수 있다.

종래 기술에 있어서, 펌프압의 임계치가 높게 설정되어 있었으므로, 펌프압이 임계치에 걸쳐서 변동되면, 증속 및 비증속을 반복하여, 조작성에 과제가 있었다. 본 발명에 있어서는, 펌프압의 임계치를 낮게 설정함으로써, 상시 증속으로 되어, 조작성이 향상된다.

또한, 종래 기술에 있어서, 펌프압의 임계치가 높게 설정되어 있었으므로, 굴삭 도중으로부터 증속되고 굴삭 도중에서 증속 종료로 되어, 증속 범위가 좁아, 증속에 의한 작업성 향상 효과가 충분히 얻어지지 않는다고 하는 과제가 있었다. 본 발명에 있어서는, 펌프압의 임계치를 낮게 설정함으로써, 굴삭 개시로부터 증속되고 굴삭 종료에서 증속 종료로 되어, 증속 범위가 종래에 비해 넓어, 작업성이 더욱 향상된다.

(2) 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는, 상기 굴삭 상태 판별 수단은, 전회 판별에 있어서 굴삭 상태가 아니라고 판별하였을 때에, 펌프압이 소정의 제1 임계치 이상이고, 또한 아암 클라우드 조작량이 풀 조작에 상당하는 값 이상이고, 또한 붐 상승 조작량과 버킷 클라우드 조작량 중 적어도 한쪽이 최소 조작량 이상인 제1 판별 조건을 만족시키면, 굴삭 상태 개시라고 판별하고, 전회 판별에 있어서 굴삭 상태가 아니라고 판별하였을 때에, 제1 판별 조건을 만족시키지 않으면, 비굴삭 상태 유지라고 판별하고, 전회 판별에 있어서 굴삭 상태라고 판별하였을 때에, 펌프압이 상기 제1 임계치보다 낮은 제2 임계치 이상이고, 또한 아암 클라우드 조작량이 하프 조작에 상당하는 값 이상인 제2 판별 조건을 만족시키면, 굴삭 상태 계속이라 판별하고, 전회 판별에 있어서 굴삭 상태라고 판별하였을 때에, 제2 판별 조건을 만족시키지 않으면, 굴삭 상태 종료라고 판별한다.

이에 의해, 본 발명의 굴삭 상태 판별 수단은, 보다 확실하게 굴삭 상태인지 여부를 판별할 수 있다.

본 발명에 따르면, 굴삭 상태를 보다 확실하게 판별함으로써, 굴삭시의 조작성 향상을 도모하고, 또한 작업성 향상을 도모할 수 있다.

도 1은 유압 셔블의 외관을 도시하는 도면.
도 2는 유압 셔블의 유압 시스템의 개략 구성도.
도 3은 엔진 및 유압 시스템을 제어하는 제어 시스템의 개념도.
도 4는 굴삭 상태 판별 기능과 목표 회전수 보정 기능 및 부수되는 처리 기능의 기능 블록도.
도 5a는 종래 기술에 있어서의 펌프압의 변동(PD)과 증속 상황의 관계를 설명하는 도면, 도 5b는 본 실시 형태에 있어서의 펌프압의 변동(PD)과 증속 상황의 관계를 설명하는 도면(제1 효과).
도 6a는 종래 기술에 있어서의 펌프압의 변동(PD)과 증속 상황의 관계를 설명하는 도면, 도 6b는 본 실시 형태에 있어서의 펌프압의 변동(PD)과 증속 상황의 관계를 설명하는 도면(제2 효과).

∼구성∼

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다. 이하의 실시 형태는, 본 발명을 유압 셔블에 적용한 경우의 것이다.

도 1은 유압 셔블의 외관을 도시하는 도면이다. 유압 셔블은 하부 주행체(100)와, 상부 선회체(101)와, 프론트 작업기(102)를 갖고 있다. 하부 주행체(100)에는 좌우의 주행 모터(15, 16)가 배치되고, 이 주행 모터(15, 16)에 의해 크롤러(106)가 회전 구동되어, 전방 또는 후방으로 주행한다. 상부 선회체(101)에는 선회 모터(11)가 탑재되고, 이 선회 모터(11)에 의해 상부 선회체(101)가 하부 주행체(100)에 대해 우측 방향 또는 좌측 방향으로 선회된다. 프론트 작업기(102)는 붐(103), 아암(104), 버킷(105)으로 이루어지고, 붐(103)은 붐 실린더(13)에 의해 상하 이동되고, 아암(104)은 아암 실린더(12)에 의해 덤프측(개방되는 측) 또는 클라우드측(긁어모으는 측)으로 조작되고, 버킷(105)은 버킷 실린더(14)에 의해 덤프측 또는 클라우드측으로 조작된다.

도 2는 유압 셔블의 유압 시스템의 개략 구성도이다. 유압 시스템은, 엔진(1)과, 엔진(1)에 의해 구동되는 가변 용량 유압 펌프(2, 3)와, 파일럿 펌프(4)와, 유압 펌프(2, 3)의 압유에 의해 구동되는 복수의 유압 액추에이터(11 내지 16)와, 유압 펌프(2, 3)로부터 복수의 유압 액추에이터(11 내지 16)로의 압유의 유량과 방향을 각각 제어하는 복수의 제어 밸브(21 내지 28)와, 복수의 유압 액추에이터(11 내지 16)에 대응하여 각각 설치되고, 파일럿 펌프(4)의 압유에 의해 제어 밸브(21 내지 28)를 각각 구동함으로써, 각 조작 방향의 조작량에 따라서 유압 액추에이터(11 내지 16)의 조작을 지령하는 조작 지령 장치(41 내지 44)를 구비하고 있다.

액추에이터(11)는 선회용 유압 모터(선회 모터), 액추에이터(12)는 아암용 유압 실린더(아암 실린더), 액추에이터(13)는 붐용 유압 실린더(붐 실린더), 액추에이터(14)는 버킷용 유압 실린더(버킷 실린더), 액추에이터(15)는 주행 좌측용 유압 모터(좌측 주행 모터), 액추에이터(16)는 주행 우측용 유압 모터(우측 주행 모터)이다.

제어 밸브(21 내지 24)는, 유압 펌프(2)에 연결되는 센터 바이패스 라인 상에 위치하고, 제어 밸브(21)는 선회 모터(11)용, 제어 밸브(22)는 아암 실린더(12)용, 제어 밸브(23)는 붐 실린더(13)용, 제어 밸브(24)는 좌측 주행 모터(15)용이다. 제어 밸브(25 내지 28)는, 유압 펌프(3)에 연결되는 센터 바이패스 라인 상에 위치하고, 제어 밸브(25)는 아암 실린더(12)용, 제어 밸브(26)는 붐 실린더(13)용, 제어 밸브(27)는 버킷 실린더(14)용, 제어 밸브(28)는 우측 주행 모터(16)용이다.

아암 실린더(12)에 대해 2개의 제어 밸브(22, 25)가 설치되고, 붐 실린더(13)에 대해 2개의 제어 밸브(23, 26)가 설치되고, 2개의 유압 펌프(2, 3)로부터의 압유가 합류하여 공급 가능하게 되어 있다.

조작 지령 장치(41)는 좌측 주행용 조작 페달로, 조작 페달(41)의 조작 방향과 조작량에 기초하여 조작 파일럿압(TR1, TR2)을 생성하여, 제어 밸브(24)를 전환한다. 조작 지령 장치(42)는 우측 주행용 조작 페달로, 조작 페달(42)의 조작 방향과 조작량에 기초하여 조작 파일럿압(TR3, TR4)을 생성하여, 제어 밸브(28)를 전환한다. 조작 지령 장치(43)는 붐용 및 버킷용 공통의 조작 레버로, 조작 레버(43)의 일방향의 조작 방향과 조작량에 기초하여 조작 파일럿압(BOD, B0U)을 생성하여, 제어 밸브(23, 26)를 전환하고, 조작 레버(43)의 다른 방향의 조작 방향과 조작량에 기초하여 조작 파일럿압(BKD, BKC)을 생성하여, 제어 밸브(27)를 전환한다. 조작 지령 장치(44)는 아암용 및 선회용 공통의 조작 레버로, 조작 레버(44)의 일방향의 조작 방향과 조작량에 기초하여 조작 파일럿압(ARD, ARC)을 생성하여, 제어 밸브(22, 25)를 전환하고, 조작 레버(44)의 다른 방향의 조작 방향과 조작량에 기초하여 조작 파일럿압(SW1, SW2)을 생성하여, 제어 밸브(21)를 전환한다.

유압 시스템은 각 압력을 검출하는 압력 센서를 구비하고 있다. 설명의 편의를 위해, 유압 펌프(2)의 토출압(PD1)을 검출하는 압력 센서(45)와, 유압 펌프(3)의 토출압(PD2)을 검출하는 압력 센서(46)와, 아암 클라우드 조작량에 상당하는 조작 파일럿압(ARC)을 검출하는 압력 센서(47)와, 붐 상승 조작량에 상당하는 조작 파일럿압(BOU)을 검출하는 압력 센서(48)와, 버킷 클라우드 조작량에 상당하는 조작 파일럿압(BKC)을 검출하는 압력 센서(49)에 대해 도시한다.

도 3은 엔진 및 유압 시스템을 제어하는 제어 시스템의 개념도이다. 제어 시스템은, 차체 컨트롤러(51)와 엔진 컨트롤러(52)를 갖고 있다.

차체 컨트롤러(51)는 유압 셔블의 유압 시스템을 전자 제어하는 것으로, 예를 들어 압력 센서(47 내지 49)를 통해 조작 지령 장치(41 내지 44)의 조작량을 검출하고, 그 조작량에 따른 유량을 토출하도록 유압 펌프(2, 3)를 틸팅 제어한다. 또한, 차체 컨트롤러(51)는 엔진 컨트롤 다이얼(53)로부터의 지시 신호 등에 기초하여 엔진(1)의 목표 회전수(NR)를 연산하여, 엔진 컨트롤러(52)에 출력한다.

엔진 컨트롤러(52)는, 엔진(1)에 구비되고 엔진(1)의 실 회전수(NE)를 검출하는 회전수 검출 센서(54)로부터 실 회전수(NE)를 입력하고, 실 회전수(NE)가 목표 회전수(NR)로 유지되도록, 엔진(1)에 구비되는 전자 거버너(55)에 연료 분사 지령을 출력한다.

본 실시 형태에 관한 원동기 회전수 제어 장치의 특징적 구성인 굴삭 상태 판별 기능(62)과 목표 회전수 보정 기능(64)은, 차체 컨트롤러(51)의 처리 기능의 일부이다.

∼제어∼

차체 컨트롤러(51)는 기준 목표 회전수 설정 기능(61), 굴삭 상태 판별 기능(62), 보정치 설정 기능(63), 목표 회전수 보정 기능(64), 펌프압 필터(65)의 처리 기능을 갖는다.

도 4는 굴삭 상태 판별 기능(62)과 목표 회전수 보정 기능(64) 및 부수되는 처리 기능의 기능 블록도이다.

기준 목표 회전수 설정 기능(61)은, 엔진 컨트롤 다이얼(53)로부터의 지시 신호에 기초하여 엔진(1)의 기준 목표 회전수(NR0)를 검출한다. 엔진 컨트롤 다이얼(53)로부터의 지시 신호와 엔진(1)의 기준 목표 회전수(NR0)의 관계는, 엔진 컨트롤 다이얼(53)로부터의 지시 신호(전압)가 증대됨에 따라서 기준 목표 회전수(NR0)가 증대되도록 설정되어 있다.

굴삭 상태 판별 기능(62)은, 조작 지령 장치(41 내지 44)의 조작 방향과 조작량과 유압 펌프(2, 3)의 펌프압에 기초하여, 굴삭 상태인지 여부를 판별하여, 굴삭 상태라고 판별하면 계수 1.0을 출력하고, 굴삭 상태가 아니라고 판별하면 계수 0.0을 출력한다. 또한, 판별 결과를 굴삭 상태 판별 기능(62) 자신에 출력한다. 굴삭 상태 판별의 상세에 대해서는 후술한다.

보정치 설정 기능(63)은, 미리 보정치(ΔN)를 설정한다. 설명의 편의를 위해, 본 실시 형태에 있어서, ΔN은 일정으로 하지만, 유압 펌프(2, 3)의 펌프압에 따라서 변동시켜도 된다.

목표 회전수 보정 기능(64)은, 굴삭 상태 판별 기능(62)에 의한 계수를 보정치 설정 기능(63)에 의한 보정치(ΔN)에 곱하고, 기준 목표 회전수 설정 기능(61)에 의한 기준 목표 회전수(NR0)에 더하여, 목표 회전수(NR)로 하고, 엔진 컨트롤러(52)에 출력한다.

굴삭 상태 판별 기능(62)에 의한 굴삭 상태 판별의 상세에 대해 설명한다.

굴삭 상태 판별 기능(62)은, 전회 판별 결과를 굴삭 상태 판별 기능(62) 자신으로부터 입력한다. 또한, 압력 센서(45)로부터 유압 펌프(2)의 토출압(PD1)을, 압력 센서(46)로부터 유압 펌프(3)의 토출압(PD2)을 입력하고, 토출압(PD1)과 토출압(PD2)의 평균치를 펌프압(PD)으로 한다. 펌프압(PD)에는 필터(65)가 설치되어, 기동시에 발생하는 펌프 서지압의 영향을 캔슬하고, 이것에 의해 불필요한 엔진 회전수의 증가를 회피할 수 있다. 굴삭 상태 판별 기능(62)은, 압력 센서(47)로부터 아암 클라우드 조작량에 상당하는 조작 파일럿압(ARC)을, 압력 센서(48)로부터 붐 상승 조작량에 상당하는 조작 파일럿압(BOU)을, 압력 센서(49)로부터 버킷 클라우드 조작량에 상당하는 조작 파일럿압(BKC)을 입력한다.

전회 판별에 있어서 굴삭 상태가 아니라고 판별하였을 때에, 펌프압(PD)이 소정의 제1 임계치(13㎫) 이상이고, 또한 아암 클라우드 조작량(ARC)이 풀(2.5㎫) 이상이고, 붐 상승 조작량(BOU)과 버킷 클라우드 조작량(BKC) 중 적어도 한쪽이 조작된 상태에 상당하는 값(조작된 상태라 함은, 조작 레버의 조작에 의해 붐 상승 동작 및 버킷 클라우드 동작을 개시하는 최소 조작량에 상당하는 값, 예를 들어 0.7㎫) 이상인 제1 판별 조건을 만족시키면, 굴삭 상태(굴삭 상태 개시)라고 판별한다.

전회 판별에 있어서 굴삭 상태가 아니라고 판별하였을 때에, 제1 판별 조건에서 나타낸, 펌프압(PD)이 소정의 제1 임계치(13㎫) 이상, 아암 클라우드 조작량(ARC)이 풀 조작에 상당하는 값(2.5㎫) 이상, 붐 상승 조작량(BOU)과 버킷 클라우드 조작량(BKC) 중 적어도 한쪽이 최소 조작량(0.7㎫) 이상인 조건 중 어느 하나라도 만족시키지 않으면, 굴삭 상태가 아니(비굴삭 상태 유지)라고 판별한다.

전회 판별에 있어서 굴삭 상태라고 판별하였을 때에, 펌프압(PD)이 제2 임계치(10㎫) 이상이고, 또한 아암 클라우드 조작량(ARC)이 하프 조작에 상당하는 값(1.5㎫) 이상인 제2 판별 조건을 만족시키면, 굴삭 상태(굴삭 상태 계속)라고 판별한다.

전회 판별에 있어서 굴삭 상태라고 판별하였을 때에 제2 판별 조건에서 나타낸, 펌프압(PD)이 제2 임계치(10㎫) 이상이고, 또한 아암 클라우드 조작량(ARC)이 하프 조작에 상당하는 값(1.5㎫) 이상인 조건 중 어느 하나라도 만족시키지 않으면, 굴삭 상태가 아니라고(굴삭 상태 종료) 판별한다.

∼청구항과의 대응 관계∼

이상에 있어서, 조작 페달(41, 42), 조작 레버(43, 44)는, 복수의 유압 액추에이터(11 내지 16)에 대응하여 각각 설치되고, 제어 밸브(21 내지 28)를 각각 구동함으로써, 각 조작 방향의 조작량에 따라서 복수의 유압 액추에이터(11 내지 16)의 조작을 지령하는 조작 지령 수단을 구성하고, 압력 센서(47 내지 48)는 조작 레버(43, 44)의 지령 신호를 검출하는 조작 지령 검출 수단을 구성하고, 압력 센서(45, 46)는 유압 펌프(2, 3)의 압력을 검출하는 펌프압 검출 수단을 구성한다.

엔진 컨트롤 다이얼(53) 및 기준 목표 회전수 설정 기능(61)은, 엔진(1)의 기준 목표 회전수(NR0)를 설정하는 기준 목표 회전수 설정 수단을 구성하고, 굴삭 상태 판별 기능(62)은 아암 클라우드 조작량(ARC), 붐 상승 조작량(BOU), 버킷 클라우드 조작량(BKC)과 펌프압(PD)에 기초하여, 굴삭 상태인지 여부를 판별하는 굴삭 상태 판별 수단을 구성하고, 보정치 설정 기능(63) 및 목표 회전수 보정 기능(64)은, 굴삭 상태 판별 기능(62)이 굴삭 상태라고 판별하면, 보정치(ΔN)를 기준 목표 회전수(NR0)에 더하여, 엔진(1)의 목표 회전수(NR)를 얻는 목표 회전수 보정 수단을 구성한다.

∼동작∼

본 실시 형태에 관한 원동기 회전수 제어 장치의 굴삭시의 동작에 대해 설명한다.

굴삭 작업 개시 전은, 조작 레버(43, 44)는 조작되지 않고, 또한 펌프압(PD)은 최저로, 제1 판별 조건 전부를 만족시키지 않아, 굴삭 상태 판별 기능(62)은 굴삭 상태가 아니라고 판별하여, 계수 0.0을 출력한다. 목표 회전수 보정 기능(64)은, 기준 목표 회전수(NR0)를 목표 회전수(NR)로 한다. 당연히 원동기 회전수 제어 장치는 증속을 행하지 않는다.

작업자가 굴삭 작업을 의도하여 조작 레버(44)를 아암 클라우드 방향으로 조작하면, 아암 실린더(12)가 신장되어, 아암(104)은 아암 클라우드 방향으로 회전한다(도 1 참조). 이때 조작 레버(44)는 풀 조작되어, 아암 클라우드 조작량에 상당하는 조작 파일럿압(ARC)은 2.5㎫ 이상으로 된다. 또한, 굴삭 개시 조작은 아암 클라우드와 붐 상승의 복합 조작 혹은 아암 클라우드와 버킷 클라우드의 복합 조작으로(도 1 참조), 조작 레버(43)도 아울러 조작되고, 붐 상승 조작량(BOU) 또는 버킷 클라우드 조작량(BKC) 중 한쪽이 0.7㎫ 이상으로 된다.

한편, 아암(104)이 공중을 회전하는 것만으로는 중부하는 발생하지 않아, 펌프압(PD)은 13㎫ 이상으로 되지 않는다. 따라서, 제1 판별 조건을 만족시키지 않아, 굴삭 상태 판별 기능(62)은 비굴삭 상태 계속이라 판별하여, 계수 0.0을 출력한다. 목표 회전수 보정 기능(64)은, 기준 목표 회전수(NR0)를 목표 회전수(NR)로 한다. 원동기 회전수 제어 장치는 증속을 행하지 않는다.

아암(104)이 회전하여, 버킷(105)이 굴삭 대상에 파고들어가면, 부하가 발생하여 펌프압(PD)이 상승한다. 펌프압(PD)은 13㎫ 이상으로 되면, 제1 판별 조건 전부를 만족시켜, 굴삭 상태 판별 기능(62)은 굴삭 상태 개시라 판별하여, 계수 1.0을 출력한다. 목표 회전수 보정 기능(64)은, 기준 목표 회전수(NR0)에 보정치(ΔN)를 더하여 목표 회전수(NR)로 한다. 즉, 원동기 회전수 제어 장치는 증속을 개시한다.

또한, 굴삭 작업을 계속하면, 부하는 계속되어, 펌프압(PD)은 10㎫ 미만으로 되는 경우는 적다. 또한 대부분의 경우, 조작 레버(44)는 하프 조작 이상의 조작이 행해져, 아암 클라우드 조작량에 상당하는 조작 파일럿압(ARC)은 1.5㎫ 이상으로 된다. 따라서, 제2 판별 조건 전부를 만족시켜, 굴삭 상태 판별 기능(62)은 굴삭 상태 계속이라 판별하여, 계수 1.0을 출력한다. 목표 회전수 보정 기능(64)은, 기준 목표 회전수(NR0)에 보정치(ΔN)를 더하여 목표 회전수(NR)로 한다. 즉, 원동기 회전수 제어 장치는 증속을 계속한다.

또한, 굴삭 계속 중인 조작은, 반드시 항상 아암 클라우드와 붐 상승의 복합 조작 혹은 아암 클라우드와 버킷 클라우드의 복합 조작이라고는 할 수 없다. 따라서, 제2 판별 조건은, 붐 상승 조작량(BOU) 또는 버킷 클라우드 조작량(BKC)을 요건으로 하고 있지 않다.

굴삭 대상이 거의 굴삭되어 부하가 경감되어 펌프압(PD)이 10㎫ 미만으로 되면, 제2 판별 조건을 만족시키지 않아, 굴삭 장치 판별 기능(62)은 굴삭 상태 종료라고 판별하여, 계수 0.0을 출력한다. 목표 회전수 보정 기능(64)은, 기준 목표 회전수(NR0)를 목표 회전수(NR)로 한다. 원동기 회전수 제어 장치는 증속을 종료한다.

또한, 굴삭 도중에 있어서, 작업자가 굴삭 휴지를 의도하여, 조작 레버(44)가 하프 조작 미만으로 되면, 아암 클라우드 조작량에 상당하는 조작 파일럿압(ARC)이 1.5㎫ 미만으로 되어, 제2 판별 조건을 만족시키지 않아, 굴삭 상태 판별 기능(62)은 굴삭 상태 종료라고 판별하여, 계수 0.0을 출력한다. 목표 회전수 보정 기능(64)은, 기준 목표 회전수(NR0)를 목표 회전수(NR)로 한다. 원동기 회전수 제어 장치는 증속을 종료한다.

이와 같이, 굴삭 개시에 의해 원동기 회전수 제어 장치는 증속을 개시하고, 굴삭 종료에 의해 원동기 회전수 제어 장치는 증속을 종료한다.

본 실시 형태에 관한 원동기 회전수 제어 장치의 굴삭시 이외의 동작에 대해 설명한다.

굴삭 작업과 마찬가지로, 공중 작업(현수)이나 고르기 작업의 조작도 아암 클라우드와 붐 상승의 복합 조작 혹은 아암 클라우드와 버킷 클라우드의 복합 조작인 경우도 있다. 조작 레버(44)가 풀 조작되면, 아암 클라우드 조작량에 상당하는 조작 파일럿압(ARC)은 2.5㎫ 이상으로 되고, 조작 레버(43)도 아울러 조작되면, 붐 상승 조작량(BOU) 또는 버킷 클라우드 조작량(BKC)이 0.7㎫ 이상으로 된다.

한편, 공중 작업(현수)이나 고르기 작업에서는, 중부하는 발생하지 않아, 펌프압(PD)은 13㎫ 이상으로 되지 않는다. 따라서, 제1 판별 조건을 만족시키지 않아, 굴삭 상태 판별 기능(62)은 비굴삭 상태 계속이라 판별하여, 계수 0.0을 출력한다. 목표 회전수 보정 기능(64)은, 기준 목표 회전수(NR0)를 목표 회전수(NR)로 한다. 원동기 회전수 제어 장치는 증속을 행하지 않는다.

∼효과∼

본 실시 형태의 효과를 종래 기술과 비교하면서 설명한다.

종래 기술에 관한 회전수 제어 장치는, 조작 레버의 조작의 유무와 조작 방향과 유압 펌프의 압력에 기초하여 원동기 회전수의 증량이 필요한 조작 상태인지 여부를 판별하는 조작 상태 판별 수단과, 이 조작 상태 판별 수단에 의해 판별된 조작 상태에 대응하여 소정값만큼 증가시키는 원동기 회전수 보정 수단을 구비한다. 이 조작 상태 판별 수단은, 각 액추에이터에 대응하는 조작 레버의 조작의 유무와 조작 방향의 검출 결과에 기초하여 선택되는 회전수 보정 맵을 갖고 있다. 굴삭 작업시에, 아암 클라우드 조작 있음과 버킷 클라우드 조작 있음이 검출되고, 검출 결과에 기초하여 대응하는 맵이 선택되고, 이 맵에 기초하여, 펌프압이 제1 임계치(20㎫) 이상으로 되면 원동기 회전수 제어 장치는 증속을 개시하고, 펌프압이 제2 임계치(17㎫) 미만으로 되면 증속을 종료한다. 또한, 굴삭 작업과 굴삭 작업 이외의 작업을 나누는 관점에서, 제1 임계치 및 제2 임계치는 설정되어 있다. 제1 임계치 및 제2 임계치를 근거도 없이 낮추면, 굴삭 작업 이외의 작업시에 의도하지 않은 증속이 행해질 가능성이 있다. 따라서, 만약을 위해 제1 임계치 및 제2 임계치는 안전측(높게)으로 설정된다.

도 5a는 종래 기술에 있어서의 펌프압(PD)의 변동과 증속 상황의 관계를 설명하는 도면이다. 횡축은 시간 경과를 나타내고, 종축은 펌프압(PD)을 나타낸다. 굴삭 작업시의 펌프압(PD)은, 굴삭 대상이나 작업자의 조작 방법에 따라 크게 변동되는 경우가 있다. 굴삭 작업 중에 펌프압(PD)이 제1 임계치 및 제2 임계치에 걸쳐서 변동되면, 증속 개시 및 증속 종료를 반복한다. 예를 들어, 도시한 바와 같이 펌프압(PD)이 변동된 경우의 증속 상황을 설명한다. 펌프압(PD)이 20㎫ 미만이면, 비증속이다. 펌프압(PD)이 20㎫ 이상으로 되면 증속 개시로 되고, 17㎫ 미만으로 되면 증속 종료로 된다. 잠시동안, 비증속이 계속된 후, 다시 증속 개시로 되어, 증속 종료로 된다.

이러한 증속 상황에 있어서, 작업자는 조작감에 위화감을 느껴, 조작성이 저하된다. 조작성 저하는, 작업자의 집중력을 저하시켜, 증속에 의한 작업성 향상 효과를 저하시켜 버린다.

도 5b는 본 실시 형태에 있어서의 펌프압(PD)의 변동과 증속 상황의 관계를 설명하는 도면이다. 그런데, 본 실시 형태의 굴삭 상태 판별 기능(62)은, 조작 레버(43, 44)의 조작 방향과 조작량(ARC, BOU, BKC)과 유압 펌프(2, 3)의 펌프압(PD)에 기초하여, 굴삭 상태인지 여부를 판별한다. 종래 기술이 조작의 유무만을 검출하는 것에 대해, 본 실시 형태는 조작량까지 검출하는 점에서 다르다. 굴삭 개시시에는 아암 클라우드 조작량(ARC)은 풀 조작이고 또한 아암 클라우드와 붐 상승의 복합 조작 혹은 아암 클라우드와 버킷 클라우드의 복합 조작으로 되고, 굴삭 계속시에는 아암 클라우드 조작량(ARC)은 하프 조작 이상으로 된다. 조작량을 검출함으로써, 보다 확실하게 굴삭 상태인지 여부를 판별할 수 있다.

종래 기술보다 확실하게 굴삭 작업과 굴삭 작업 이외의 작업을 나눌 수 있음으로써, 제1 임계치 및 제2 임계치를 종래 기술보다 낮게 설정해도, 트레이드오프의 관계에 의해, 종래 기술과 동등한 안전성을 확보할 수 있다. 환언하면, 안전성을 확보하면서, 제1 임계치 및 제2 임계치를 종래 기술보다 낮게 설정할 수 있다. 예를 들어, 종래 기술에 있어서 제1 임계치는 20㎫로 설정되어 있었던 것에 대해, 본 실시 형태에서는 13㎫로 설정된다. 종래 기술에 있어서 제2 임계치는 17㎫로 설정되어 있었던 것에 대해, 본 실시 형태에서는 10㎫로 설정된다.

본 실시 형태의 제1 효과에 대해 설명한다.

도 5b에 나타내는 펌프압(PD)의 변동은 도 5a에 나타내는 펌프압(PD)의 변동과 동일하다. 펌프압(PD)이 13㎫ 미만이면, 비증속이다. 펌프압(PD)이 13㎫ 이상으로 되면 증속 개시로 되어, 잠시동안 증속을 계속하고, 10㎫ 미만으로 되면 증속 종료로 된다. 이와 같이, 본 실시 형태에 관한 원동기 회전수 제어 장치는, 굴삭 작업 중에는 상시 증속을 행하므로, 조작성이 향상된다. 조작성 향상은, 작업자의 집중력을 높여, 증속에 의한 작업성 향상 효과를 더욱 높인다.

본 실시 형태의 제2 효과에 대해 설명한다.

도 6a는 종래 기술에 있어서의 펌프압(PD)의 변동과 증속 상황의 관계를 설명하는 도면이다. 도 6a에 나타내는 펌프압(PD)의 변동은 도 5a에 나타내는 펌프압(PD)의 변동에 비해 안정되어 있다. 이러한 경우, 조작성에 관한 과제는 현재화(顯在化)하기 어렵다.

그러나 제1 임계치 및 제2 임계치가 높게 설정되어 있으므로, 굴삭 도중으로부터 증속되고(증속 제어가 용이하게 개시되지 않음), 굴삭 도중에 증속 종료로 되어(증속 제어가 용이하게 비유효화됨), 증속에 의한 작업성 향상 효과가 충분히 얻어지지 않는다.

도 6b는 본 실시 형태에 있어서의 펌프압(PD)의 변동과 증속 상황의 관계를 설명하는 도면이다. 도 6b에 나타내는 펌프압(PD)의 변동은 도 6a에 나타내는 펌프압(PD)의 변동과 동일하다.

본 실시 형태에서는, 제1 임계치 및 제2 임계치를 종래 기술보다 낮게 설정할 수 있으므로, 굴삭 개시로부터 증속되고(용이하게 개시됨), 굴삭 종료에서 증속 종료로 되어(용이하게 비유효화되지 않음), 종래 기술에 비해 증속 시간이 길다.

증속 시간의 개념을 증속 범위의 개념으로 치환하여, 도 1에 추기한다. 점선 원호는 종래 기술의 증속 범위를 나타내고, 실선 원호는 본 실시 형태의 증속 범위를 나타낸다. 종래 기술에 있어서는, 굴삭 도중으로부터 증속되고 굴삭 도중에 증속 종료로 되어, 증속 범위가 좁고, 증속에 의한 작업성 향상 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 본 실시 형태에 있어서는, 굴삭 개시로부터 증속되고 굴삭 종료에서 증속 종료로 되어, 증속 범위가 종래에 비해 넓어, 증속에 의한 작업성 향상 효과가 충분히 얻어진다. 즉, 가일층의 작업성 향상을 도모할 수 있다.

1 : 엔진
2, 3 : 유압 펌프
4 : 파일럿 펌프
11 : 선회 모터
12 : 아암 실린더
13 : 붐 실린더
14 : 버킷 실린더
15 : 좌측 주행 모터
16 : 우측 주행 모터
21 내지 28 : 제어 밸브
41 내지 44 : 조작 지령 장치
45, 46 : 압력 센서(펌프압)
47 내지 49 : 압력 센서(조작 파일럿압)
51 : 차체 컨트롤러
52 : 엔진 컨트롤러
53 : 엔진 컨트롤 다이얼
54 : 회전수 검출 센서
55 : 전자 거버너
61 : 기준 목표 회전수 설정 기능
62 : 굴삭 상태 판별 기능
63 : 보정치 설정 기능
64 : 목표 회전수 보정 기능
65 : 필터
100 : 하부 주행체
101 : 상부 선회체
102 : 프론트 작업기
103 : 붐
104 : 아암
105 : 버킷
106 : 크롤러

Claims (2)

1. 원동기와,
   이 원동기에 의해 구동되는 적어도 하나의 가변 용량 유압 펌프와,
   이 유압 펌프의 압유에 의해 구동되는 복수의 유압, 액추에이터와,
   상기 유압 펌프로부터 상기 복수의 유압 액추에이터로의 압유의 유량과 방향을 각각 제어하는 복수의 제어 밸브와,
   상기 복수의 유압 액추에이터에 대응하여 각각 설치되고, 상기 제어 밸브를 각각 구동시킴으로써, 각 조작 방향의 조작량에 따라서 상기 복수의 유압 액추에이터의 조작을 지령하는 조작 지령 수단과,
   이 조작 지령 수단의 지령 신호를 검출하는 조작 지령 검출 수단과,
   상기 유압 펌프의 압력을 검출하는 펌프압 검출 수단과,
   상기 원동기의 기준 목표 회전수를 설정하는 기준 목표 회전수 설정 수단과,
   상기 조작 지령 수단에 의한 조작 상태에 따라서 소정의 보정치를 상기 기준 목표 회전수에 더하여, 상기 원동기의 목표 회전수를 얻는 목표 회전수 보정 수단을 구비한 유압 건설 기계의 원동기 회전수 제어 장치에 있어서,
   상기 조작 방향과 조작량과 펌프압에 기초하여, 굴삭 상태인지 여부를 판별하는 굴삭 상태 판별 수단을 더 구비하고,
   상기 목표 회전수 보정 수단은, 상기 굴삭 상태 판별 수단이 굴삭 상태라고 판별하면, 소정의 보정치를 상기 기준 목표 회전수에 더하는 것을 특징으로 하는, 유압 건설 기계의 원동기 회전수 제어 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 굴삭 상태 판별 수단은,
   전회 판별에 있어서 굴삭 상태가 아니라고 판별하였을 때에, 펌프압이 소정의 제1 임계치 이상이고, 또한 아암 클라우드 조작량이 풀 조작에 상당하는 값 이상이고, 또한 붐 상승 조작량과 버킷 클라우드 조작량 중 적어도 한쪽이 최소 조작량 이상인 제1 판별 조건을 만족시키면, 굴삭 상태 개시라고 판별하고,
   전회 판별에 있어서 굴삭 상태가 아니라고 판별하였을 때에, 제1 판별 조건을 만족시키지 않으면, 비굴삭 상태 유지라고 판별하고,
   전회 판별에 있어서 굴삭 상태라고 판별하였을 때에, 펌프압이 상기 제1 임계치보다 낮은 제2 임계치 이상이고, 또한 아암 클라우드 조작량이 하프 조작에 상당하는 값 이상인 제2 판별 조건을 만족시키면, 굴삭 상태 계속이라고 판별하고,
   전회 판별에 있어서 굴삭 상태라고 판별하였을 때에, 제2 판별 조건을 만족시키지 않으면, 굴삭 상태 종료라고 판별하는 것을 특징으로 하는, 유압 건설 기계의 원동기 회전수 제어 장치.

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