KR20170059427A - 작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

작업 기계는, 작업기를 가동 범위에서 구동시키는 유압 실린더와, 작업기의 자세를 검출하는 검출 장치와, 작업기의 조작이 행해졌을 때의 조작 신호를 검출하는 조작 신호 검출부와, 유압 실린더에 대한 작동 오일의 공급량을 조정 가능한 제어 밸브와, 조작 신호 검출부가 검출한 조작 신호에 기초하여 가동 범위의 정지 위치에 있어서 작업기가 동작을 개시하고 있는지의 여부를 판정하는 연산부와, 정지 위치에 있어서 정지 상태의 작업기의 자세와 미리 결정되어 있는 임계값에 기초하여, 가동 범위의 단부 위치를 포함하는 감속 구간 및 상기 감속 구간에서의 작업기의 감속율을 설정하는 설정부와, 감속 구간 및 감속율에 기초하여 작업기가 정지 위치로부터 단부 위치로 이동하도록 제어 밸브에 지령 신호를 출력하는 제어부를 구비한다.

Description

작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법{CONSTRUCTION MACHINERY, AND CONTROL METHOD FOR CONSTRUCTION MACHINERY}

본 발명은, 작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법에 관한 것이다.

작업 기계에 관한 기술 분야에 있어서, 특허 문헌 1에 개시되어 있는 것과 같은 백호(backhoe)가 알려져 있다. 특허 문헌 1에 개시되어 있는 백호는, 붐(boom)을 상승 자세에서의 상승 종단(終端) 정지 위치 근처에서 미리 설정하고 있는 소정의 감속 특성으로 점차 감속하여, 붐을 조작하는 조작 레버에 의한 붐의 상승 조작에도 관계없이 상승 종단 정지 위치에 자동 정지시키는 쿠션 제어 장치를 구비하고 있다.

일본 공개특허 제2000―199243호 공보

특허 문헌 1에 개시되어 있는 백호는, 쿠션 제어 장치에 의한 감속 특성으로 감속하고 있는 감속 범위의 도중에 조작 레버를 중립으로 조작하여 붐 정지시킨 후, 조작 레버에 의한 붐의 상승 조작에 의해 붐을 기동시켜 상승 종단 정지 위치를 향해 이동시킬 때는, 붐을 감속 특성에 기초한 속도까지 완만하게 증속시키는 동시에, 붐 상승 속도가 감속 특성에 기초한 속도에 도달하면 그 감속 특성에 따라 점차 감속하여 붐의 상승 종단 정지 위치에서 자동 정지시키도록 구성되어 있다. 그러나, 종래 기술과 같이, 붐을 감속 특성에 기초한 속도까지 완만하게 증속시키는 방법에서는, 붐의 움직임이 과도하게 늦어지게 되어, 붐을 기동하고나서 상승 종단 정지 위치까지 이동하는 데 시간이 걸린다. 그 결과, 작업 기계의 작업 효율이 저하된다.

본 발명의 태양(態樣)은, 작업 효율의 저하를 억제할 수 있는 작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 태양에 따르면, 작업기(working unit)를 가동(可動) 범위에서 구동하는 유압(油壓) 실린더와, 상기 작업기의 자세를 검출하는 검출 장치와, 상기 작업기의 조작이 행해졌을 때의 조작 신호를 검출하는 조작 신호 검출부와, 상기 유압 실린더에 대한 작동 오일의 공급량을 조정 가능한 제어 밸브와, 상기 조작 신호 검출부가 검출한 조작 신호에 기초하여 상기 가동 범위의 정지 위치에 있어서 상기 작업기가 동작을 개시하고 있는지의 여부를 판정하는 연산부와, 상기 정지 위치에 있어서 정지 상태의 상기 작업기의 자세와 미리 결정되어 있는 임계값에 기초하여, 상기 가동 범위의 단부(端部) 위치를 포함하는 감속 구간 및 상기 감속 구간에서의 상기 작업기의 감속율을 설정하는 설정부와, 상기 감속 구간 및 상기 감속율에 기초하여 상기 작업기가 상기 정지 위치로부터 상기 단부 위치로 이동하도록 상기 제어 밸브에 지령 신호를 출력하는 제어부를 구비하는 작업 기계가 제공된다.

본 발명의 제2 태양에 따르면, 유압 실린더에 의해 가동 범위에서 구동되는 작업기의 자세를 검출하는 것과, 상기 작업기의 조작에 기초하여 상기 가동 범위의 정지 위치에 있어서 상기 작업기가 동작을 개시하고 있는지의 여부를 판정하는 것과, 상기 정지 위치에 있어서 정지 상태의 상기 작업기의 자세와 미리 결정되어 있는 임계값에 기초하여, 상기 가동 범위의 단부 위치를 포함하는 감속 구간 및 상기 감속 구간에서의 상기 작업기의 감속율을 설정하는 것과, 상기 감속 구간 및 상기 감속율에 기초하여 상기 작업기가 상기 정지 위치로부터 상기 단부 위치로 이동하도록 상기 유압 실린더에 대한 작동 오일의 공급량을 조정 가능한 제어 밸브에 지령 신호를 출력하는 것을 포함하는 작업 기계의 제어 방법이 제공된다.

본 발명의 태양에 의하면, 작업 효율의 저하를 억제할 수 있는 작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법이 제공된다.

도 1은, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(hydraulic shovel)의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 2는, 본 실시형태에 관한 유압 셔블의 일례를 나타낸 측면도이다.
도 3은, 본 실시형태에 관한 유압 셔블의 일례를 모식적으로 나타낸 측면도이다.
도 4는, 본 실시형태에 관한 유압 시스템의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 5는, 본 실시형태에 관한 제어 시스템의 일례를 나타낸 기능 블록도이다.
도 6은, 본 실시형태에 관한 작업 기계의 동작의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 본 실시형태에 관한 작업 기계의 제어 방법의 일례를 나타낸 플로우차트이다.
도 8은, 본 실시형태에 관한 실린더 스트로크(stroke)와 게인(gain)과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는, 본 실시형태에 관한 실린더 스트로크와 오프셋량과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은, 본 실시형태에 관한 작업 기계의 동작의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은, 본 실시형태에 관한 작업 기계의 동작의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명에 관한 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 이하에서 설명하는 각각의 실시형태의 구성 요소는 적절히 조합시키는 것이 가능하다. 또한, 일부의 구성 요소를 이용하지 않을 경우도 있다.

[작업 기계]

도 1은, 본 실시형태에 관한 작업 기계(100)의 일례를 나타낸 사시도이다. 도 2는, 본 실시형태에 관한 작업 기계(100)의 일례를 나타낸 측면도이다. 본 실시형태에 있어서는, 작업 기계(100)가 유압 셔블(백호)인 예에 대하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서는, 작업 기계(100)를 적절히 유압 셔블(100)이라고 한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 유압 셔블(100)은, 유압에 의해 작동하는 작업기(1)와, 작업기(1)를 구동하는 유압 실린더(20)와, 작업기(1)를 지지하는 상부 선회체(旋回體)(2)와, 상부 선회체(2)를 지지하는 하부 주행체(3)를 구비한다. 상부 선회체(2)는, 하부 주행체(3)에 지지된 상태에서, 선회축(旋回軸) RX를 중심으로 선회 가능하다.

작업기(1)는, 상부 선회체(2)에 지지된다. 작업기(1)는, 버킷(bucket)(11)과, 버킷(11)에 연결되는 암(arm)(12)과, 암(12)에 연결되는 붐(13)을 가진다.

버킷(11)과 암(12)은 버킷 핀(bucket pin)을 통하여 연결된다. 버킷(11)은, 회전축 AX1을 중심으로 회전 가능하게 암(12)에 지지된다. 암(12)과 붐(13)은 암 핀(arm pin)을 통하여 연결된다. 암(12)은, 회전축 AX2를 중심으로 회전 가능하게 붐(13)에 지지된다. 붐(13)과 상부 선회체(2)는 붐 핀(boom pin)을 통하여 연결된다. 붐(13)은, 회전축 AX3을 중심으로 회전 가능하게 상부 선회체(2)에 지지된다.

회전축 AX1과, 회전축 AX2와, 회전축 AX3는 평행하다. 회전축 AX1, AX2, AX3와, 선회축 RX와 평행한 축은 직교한다. 이하의 설명에 있어서는, 회전축 AX1, AX2, AX3의 축 방향을 적절히, 상부 선회체(2)의 차폭 방향이라고 하고, 회전축 AX1, AX2, AX3 및 선회축 RX의 양쪽과 직교하는 방향을 적절히, 상부 선회체(2)의 전후 방향이라고 한다.

유압 실린더(20)는, 작업기(1)의 가동 범위에서 그 작업기(1)를 구동한다. 유압 실린더(20)는, 공급되는 작동 오일에 의해 구동한다. 유압 실린더(20)는, 버킷(11)을 구동하는 버킷 실린더(21)와, 암(12)을 구동하는 암 실린더(22)와, 붐(13)을 구동하는 붐 실린더(23)를 포함한다. 버킷(11)은, 버킷(11)의 가동 범위에 있어서, 회전축 AX1을 중심으로 회전 가능하다. 암(12)은, 암(12)의 가동 범위에 있어서, 회전축 AX2를 중심으로 회전 가능하다. 붐(13)은, 붐(13)의 가동 범위에 있어서, 회전축 AX3을 중심으로 회전 가능하다.

상부 선회체(2)는, 선회(旋回) 테이블(4)과, 카운터웨이트(counterweight)(5)와, 기기실(6)과, 엔진실(7)과, 오퍼레이터가 탑승하는 캡(cab)(8)을 가진다.

선회 테이블(4)은, 하부 주행체(3)에 선회 가능하게 지지된다. 선회 테이블(4)은, 유압 셔블(100)의 차체 프레임을 구성한다. 선회 테이블(4) 상에, 카운터웨이트(5), 기기실(6), 엔진실(7), 및 캡(8)이 배치된다. 작업기(1)는, 기기실(6)의 전방에 있어서, 선회 테이블(4)에 장착된다.

카운터웨이트(5)는, 엔진실(7)의 후방에 배치된다. 카운터웨이트(5)는, 예를 들면, 강판(鋼板)에 의해 조립된 상자 중에 철이나 콘크리트 등을 넣는 것에 의해 형성된다. 카운터웨이트(5)는, 상부 선회체(2)의 후부에 설치되고, 굴삭 작업 등에 있어서의 차체 밸런스의 유지에 이용된다.

기기실(6)은, 엔진실(7)의 전방에 배치된다. 기기실(6)은, 작동 오일 탱크나 연료 탱크 등을 수용한다.

엔진실(7)은, 기기실(6)의 후방에 배치된다. 엔진실(7)은, 엔진이나 배기 가스 처리 장치 등을 수용한다.

캡(8)은, 유압 셔블(100)의 오퍼레이터가 탑승하는 운전실이다. 캡(8)은, 오퍼레이터가 작업기(1)의 동작을 바라볼 수 있도록, 엔진실(7)의 전방, 또한 작업기(1)의 측방에 설치된다.

하부 주행체(3)는, 서로 독립적으로 회전 가능한 한 쌍의 크롤러(crawler)(9)를 가진다. 크롤러(9)의 회전에 의해, 유압 셔블(100)이 주행한다. 그리고, 하부 주행체(3)가 차륜(타이어)이라도 된다.

본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)은, 이른바 「후방 소선회형(小旋回型) 유압 셔블(일본공업규격에 의한 정의 (JIS A 8340―4)」이며, 이하의 (1) 식 및 (2) 식이 성립한다.

(후단 선회 반경×2)×100/(하부 주행체의 전체 폭)≤120 …(1)

[프론트 최소 선회 반경 또는 기체(機體) 앞부분의 선회 중심으로부터의 최대 거리×2)×100/(하부 주행체의 전체 폭]≥120 …(2)

따라서, 후방 소선회형 유압 셔블에서는, 선회 시에 카운터웨이트(5)의 단부가 하부 주행체(3)로부터 돌출하는 양은, 하부 주행체(3)의 폭에 대하여 소정의 비율 이하로 되어 있다.

그리고, 「후단 선회 반경」이란, 작업기(1)를 포함하는 상부 선회체(2)의 후단부의 선회 반경이다. 「프론트 최소 선회 반경」이란, 상부 선회체(2)의 전방에서의 최소 선회 반경이다. 「하부 주행체의 전체 폭」이란, 하부 주행체(3)의 차폭 방향에서의 하부 주행체(3)의 전체 폭이다. 카운터웨이트(5)는, 상부 선회체(2)의 선회 반경에 대하여 소정 관계의 치수로 규정되어 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 유압 셔블(100)은, 버킷(11)으로 토사를 떠올려, 붐(13)의 가동 범위의 상단부 위치까지 붐(13)을 상승 동작시켜 기립 자세로 한 상태에서, 상부 선회체(2)를 선회시키는 경우가 있다. 상부 선회체(2)를 선회시킨 후, 버킷(11)의 토사가 예를 들면, 덤프 트럭의 짐받이에 배출된다. 붐(13)을 기립 자세로 함으로써, 유압 셔블(100)은, 작은 스페이스에서 상부 선회체(2)를 선회시킬 수 있다. 또한, 캡(8)의 오퍼레이터와 버킷(11)과의 거리가 작아지므로, 오퍼레이터는 버킷(11)의 상태를 확인하기 용이해진다.

이하의 설명에 있어서는, 도 2에 나타낸 바와 같은, 붐(13)을 가동 범위의 상단부 위치까지 이동하는 동시에, 암(12)을 붐(13)에 가까이 한 작업기(1)의 자세를 적절히, 소선회 자세라고 한다.

도 3은, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)을 모식적으로 나타낸 측면도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 유압 셔블(100)은, 작업기(1)의 자세를 검출하는 검출 장치(10)와, 작업기(1)를 조작하기 위한 조작 장치(40)와, 작업기(1)를 제어하는 제어 장치(50)를 구비하고 있다. 본 실시형태에 있어서, 작업기(1)의 자세는, 작업기(1)의 각도를 포함한다. 검출 장치(10)는, 작업기(1)의 각도를 검출한다.

제어 장치(50)는, 컴퓨터 시스템을 포함한다. 제어 장치(50)는, CPU(central processing unit)와 같은 프로세서와, ROM(read only memory) 또는 RAM(random access memory)과 같은 기억 장치와, 입출력 인터페이스 장치를 가진다.

검출 장치(10)는, 중심축 AX1을 중심으로 하는 버킷(11)의 각도 θ11을 검출하는 버킷 자세 검출기(14)와, 중심축 AX2를 중심으로 하는 암(12)의 각도 θ12를 검출하는 암 자세 검출기(15)와, 중심축 AX3을 중심으로 하는 붐(13)의 각도 θ13를 검출하는 붐 자세 검출기(16)를 포함한다.

본 실시형태에 있어서, 버킷 자세 검출기(14)는, 버킷 실린더(21)에 배치된 버킷 실린더 스트로크 센서이다. 버킷 실린더 스트로크 센서는, 버킷 실린더(21)의 스트로크 길이인 버킷 실린더 길이를 검출한다. 버킷 자세 검출기(14)의 검출 신호는, 제어 장치(50)에 출력된다. 본 실시형태에 있어서, 제어 장치(50)는, 버킷 자세 검출기(14)에 의해 검출된 버킷 실린더 길이에 기초하여, 암(12)에 대한 버킷(11)의 각도 θ11을 산출한다. 버킷(11)의 각도 θ11과 버킷 실린더(21)의 버킷 실린더 길이와는 상관이 있다. 버킷(11)의 각도 θ11과 버킷 실린더 길이와의 상관 데이터는 기지(旣知)의 데이터이다. 제어 장치(50)는, 버킷 자세 검출기(14)에 의해 검출된 버킷 실린더(21)의 버킷 실린더 길이와 상관 데이터에 기초하여, 버킷(11)의 각도 θ11을 산출한다.

암 자세 검출기(15)는, 암 실린더(22)에 배치된 암 실린더 스트로크 센서이다. 암(12)의 각도 θ12는, 버킷(11)의 각도 θ11의 산출 수순과 동일한 산출 수순으로 산출된다.

붐 자세 검출기(16)는, 붐 실린더(23)에 배치된 붐 실린더 스트로크 센서이다. 붐(13)의 각도 θ13은, 버킷(11)의 각도 θ11의 산출 수순과 동일한 산출 수순으로 산출된다.

또한, 제어 장치(50)는, 검출 장치(10)의 검출 신호에 기초하여, 유압 실린더(20)의 실린더 속도를 산출한다. 제어 장치(50)는, 버킷 자세 검출기(14)의 검출 신호에 기초하여 연산 처리를 실시하여, 버킷 실린더(21)의 실린더 속도를 산출한다. 제어 장치(50)는, 암 자세 검출기(15)의 검출 신호에 기초하여 연산 처리를 실시하여, 암 실린더(22)의 실린더 속도를 산출한다. 제어 장치(50)는, 붐 자세 검출기(16)의 검출 신호에 기초하여 연산 처리를 실시하여, 붐 실린더(23)의 실린더 속도를 산출한다.

이와 같이, 본 실시형태에 있어서, 실린더 스트로크 센서를 포함하는 각 자세 검출기(14, 15, 16)는, 각도 센서, 스트로크 센서, 및 실린더 속도 센서로서 기능한다.

그리고, 검출 장치(10)는, 포텐셔미터(potentiometer) 등의 각도 센서를 포함해도 된다. 그 각도 센서에 의해, 버킷(11)의 각도 θ11, 암(12)의 각도 θ12, 및 붐(13)의 각도 θ13이 검출되어도 되고, 버킷(11)의 각속도, 암(12)의 각속도, 및 붐(13)의 각속도가 검출되어도 된다.

그리고, 유압 셔블(100)에, 상부 선회체(2)의 위치를 취득하는 GPS 안테나가 설치되어도 되고, 상부 선회체(2)의 경사를 검출하는 IMU가 설치되어도 된다. GPS(Global Positioning System)란, 전지구 측위 시스템을 말한다. IMU(Inertial Measurement Unit)란, 관성 계측 장치를 말한다.

조작 장치(40)는, 캡(8)에 배치된다. 조작 장치(40)는, 유압 셔블(100)의 오퍼레이터에 의해 조작되는 좌우의 조작 부재를 포함한다. 조작 부재는, 조작 레버 또는 죠이스틱을 포함한다. 조작 부재가 조작됨으로써, 작업기(1)가 조작된다.

조작 장치(40)는, 유압 실린더(20)를 조작한다. 조작 장치(40)에 의해 유압 실린더(20)가 조작됨으로써, 작업기(1)가 조작된다. 조작 장치(40)가 조작됨으로써, 버킷(11)의 덤프 동작, 버킷(11)의 굴삭 동작, 암(12)의 덤프 동작, 암(12)의 굴삭 동작, 붐(13)의 상승 동작, 및 붐(13)의 하강 동작이 실행된다.

본 실시형태에 있어서, 조작 장치(40)는, 캡(8)의 운전석에 착석한 오퍼레이터의 우측에 배치되는 우측 조작 레버와, 좌측에 배치되는 좌측 조작 레버를 포함한다. 우측 조작 레버가 전후 방향으로 작동되면, 붐(13)은 하강 동작 및 상승 동작을 행한다. 우측 조작 레버가 좌우 방향(차폭 방향)으로 작동되면, 버킷(11)은 굴삭 동작 및 덤프 동작을 행한다. 좌측 조작 레버가 전후 방향으로 작동되면, 암(12)은 덤프 동작 및 굴삭 동작을 행한다. 좌측 조작 레버가 좌우 방향으로 작동되면, 상부 선회체(2)는 좌측 선회 및 우측 선회한다. 그리고, 좌측 조작 레버가 전후 방향으로 작동되었을 경우에 상부 선회체(2)가 우측 선회 및 좌측 선회하고, 좌측 조작 레버가 좌우 방향으로 작동되었을 경우에 암(12)이 덤프 동작 및 굴삭 동작을 행해도 된다.

본 실시형태에 있어서, 버킷(11) 및 암(12)은, 오퍼레이터에 의한 조작 장치(40)의 조작에 기초하여 구동된다. 붐(13)은, 오퍼레이터에 의한 조작 장치(40)의 조작 및 제어 장치(50)에 의한 제어 중 적어도 한쪽에 기초하여 구동된다.

[유압 시스템]

다음에, 본 실시형태에 관한 유압 시스템(300)의 일례에 대하여 설명한다. 버킷 실린더(21), 암 실린더(22), 및 붐 실린더(23)를 포함하는 유압 실린더(20)는, 유압 시스템(300)에 의해 작동한다. 유압 실린더(20)는, 조작 장치(40)에 의해 조작된다.

본 실시형태에 있어서, 조작 장치(40)는, 파일럿(pilot) 유압 방식의 조작 장치이다. 이하의 설명에 있어서는, 유압 실린더(20)[버킷 실린더(21), 암 실린더(22), 및 붐 실린더(23)]를 작동하기 위해 그 유압 실린더(20)에 공급되는 오일을 적절히, 작동 오일이라고 한다. 방향 제어 밸브(41)에 의해, 유압 실린더(20)에 대한 작동 오일의 공급량이 조정된다. 방향 제어 밸브(41)는, 공급되는 오일에 의해 작동한다. 이하의 설명에 있어서는, 방향 제어 밸브(41)를 작동하기 위해 그 방향 제어 밸브(41)에 공급되는 오일을 적절히, 파일럿 오일이라고 한다. 또한, 파일럿 오일의 압력을 적절히, 파일럿 유압이라고 한다.

도 4는, 붐 실린더(23)를 작동하는 유압 시스템(300)의 일례를 나타낸 모식도이다. 조작 장치(40)의 조작에 의해, 붐(13)은, 상승 동작 및 하강 동작의 2종류의 동작을 실행한다. 붐 실린더(23)가 신장되는 것에 의해, 붐(13)이 상승 동작하고, 붐 실린더(23)가 축소되므로, 붐(13)이 하강 동작한다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 붐 실린더(23)를 작동하는 유압 시스템(300)은, 방향 제어 밸브(41)와, 방향 제어 밸브(41)를 통하여 붐 실린더(23)에 작동 오일을 공급하는 가변(可變) 용량형의 메인 유압 펌프(42)와, 파일럿 오일을 공급하는 파일럿 유압 펌프(43)와, 방향 제어 밸브(41)에 대한 파일럿 유압을 조정하는 조작 장치(40)와, 파일럿 오일이 흐르는 오일 통로(44A, 44B)와, 오일 통로(44A, 44B)에 배치된 제어 밸브(45A, 45B)와, 오일 통로(44A, 44B)에 배치된 압력 센서(46A, 46B)와, 제어 밸브(45A, 45B)를 제어하는 제어 장치(50)를 구비한다. 메인 유압 펌프(42)는, 도시하지 않은 엔진 등의 원동기(原動機)에 의해 구동한다.

방향 제어 밸브(41)는, 도시하지 않은 제1 수압실(受壓室) 및 제2 수압실을 가진다. 오일 통로(44A)의 파일럿 유압에 의해 스풀(spool)이 구동하고, 제1 수압실이 메인 유압 펌프(42)와 접속되고, 제1 수압실에 작동 오일이 공급된다. 오일 통로(44B)의 파일럿 유압에 의해 스풀이 구동하고, 제2 수압실이 메인 유압 펌프(42)와 접속되고, 제2 수압실에 작동 오일이 공급된다.

방향 제어 밸브(41)는, 작동 오일이 흐르는 방향을 제어한다. 메인 유압 펌프(42)로부터 공급된 작동 오일은, 방향 제어 밸브(41)를 통하여, 붐 실린더(23)에 공급된다. 방향 제어 밸브(41)는, 로드형(rod shaped)의 스풀을 움직여 작동 오일이 흐르는 방향을 전환하는 스풀 방식이다. 스풀이 축 방향으로 이동함으로써, 붐 실린더(23)의 캡측 오일실(20A)[오일 통로(47B)]에 대한 작동 오일의 공급과 로드측 오일실(20B)[오일 통로(47A)]에 대한 작동 오일의 공급이 전환된다. 제1 수압실에 작동 오일이 공급된 경우, 오일 통로(47A)를 통하여 로드측 오일실(20B)에 작동 오일이 공급되어 붐 실린더(23)가 축소되므로, 붐(13)이 하강 동작한다. 제2 수압실에 작동 오일이 공급된 경우, 오일 통로(47B)를 통하여 캡측 오일실(20A)에 작동 오일이 공급되어 붐 실린더(23)가 신장되는 것에 의해, 붐(13)이 상승 동작한다.

그리고, 캡측 오일실(20A)이란, 실린더 헤드 커버와 피스톤과의 사이의 공간이다. 로드측 오일실(20B)이란, 피스톤 로드가 배치되는 공간이다. 또한, 스풀이 축 방향으로 이동함으로써, 붐 실린더(23)에 대한 작동 오일의 공급량(단위 시간당의 공급량)이 조정된다. 붐 실린더(23)에 대한 작동 오일의 공급량이 조정되는 것에 의해, 실린더 속도가 조정된다.

방향 제어 밸브(41)는, 조작 장치(40)에 의해 조작된다. 파일럿 유압 펌프(43)로부터 송출된 파일럿 오일이 조작 장치(40)에 공급된다. 그리고, 메인 유압 펌프(42)로부터 송출되어 감압 밸브에 의해 감압된 파일럿 오일이 조작 장치(40)에 공급되어도 된다. 조작 장치(40)는, 파일럿 유압 조정 밸브를 포함한다. 조작 장치(40)의 조작량에 기초하여, 파일럿 유압이 조정된다. 조작 장치(40)가 조작됨으로써, 조작 장치(40)의 조작량에 따른 파일럿 유압이 방향 제어 밸브(41)에 작용한다. 그 파일럿 유압에 의해, 방향 제어 밸브(41)가 구동된다. 방향 제어 밸브(41)의 스풀은, 파일럿 유압에 따라 이동한다. 스풀의 이동량에 기초하여, 메인 유압 펌프(42)로부터 방향 제어 밸브(41)를 통하여 붐 실린더(23)에 공급되는 단위 시간당의 작동 오일의 공급량이 조정된다. 조작 장치(40)에 의해 파일럿 유압이 조정되는 것에 의해, 축 방향에 관한 스풀의 이동량 및 이동 속도가 조정된다.

조작 장치(40)의 조작 레버가 중립 위치보다 오일 통로(44A) 측으로 동작되면, 그 조작 레버의 조작량에 따른 파일럿 유압이 방향 제어 밸브(41)의 스풀의 제1 수압실에 작용한다. 조작 장치(40)의 조작 레버가 중립 위치보다 오일 통로(44B) 측으로 동작되면, 그 조작 레버의 조작량에 따른 파일럿 유압이 방향 제어 밸브(41)의 스풀의 제2 수압실에 작용한다.

압력 센서(46A)는, 오일 통로(44A)의 파일럿 유압을 검출한다. 압력 센서(46B)는, 오일 통로(44B)의 파일럿 유압을 검출한다. 압력 센서(46A, 46B)의 검출 신호는, 제어 장치(50)에 출력된다.

제어 밸브(45A, 45B)는, 전자(電磁) 비례 제어 밸브이다. 제어 밸브(45A, 45B)는, 제어 장치(50)로부터의 지령 신호에 기초하여, 파일럿 유압을 조정한다. 제어 밸브(45A)는, 오일 통로(44A)의 파일럿 유압을 조정한다. 제어 밸브(45B)는, 오일 통로(44B)의 파일럿 유압을 조정한다.

제어 장치(50)는, 제어 밸브(45A)를 제어하여, 제1 수압실에 작용하는 파일럿 유압을 감압 조정 가능하다. 제어 장치(50)는, 제어 밸브(45B)를 제어하여, 제2 수압실에 작용하는 파일럿 유압을 감압 조정 가능하다. 도 4에 나타낸 예에서는, 조작 장치(40)의 조작에 의해 조정된 파일럿 유압이 제어 밸브(45A)에 의해 감압되는 것에 의해, 방향 제어 밸브(41)에 공급되는 파일럿 오일이 제한된다. 방향 제어 밸브(41)에 작용하는 파일럿 유압이 제어 밸브(45A)에 의해 감압되는 것에 의해, 붐(13)의 하강 동작이 제한된다. 마찬가지로, 조작 장치(40)의 조작에 의해 조정된 파일럿 유압이 제어 밸브(45B)에 의해 감압되는 것에 의해, 방향 제어 밸브(41)에 공급되는 파일럿 오일이 제한된다. 방향 제어 밸브(41)에 작용하는 파일럿 유압이 제어 밸브(45B)에 의해 감압되는 것에 의해, 붐(13)의 상승 동작이 제한된다. 제어 장치(50)는, 압력 센서(46A)의 검출 신호에 기초하여, 제어 밸브(45A)를 제어한다. 제어 장치(50)는, 압력 센서(46B)의 검출 신호에 기초하여, 제어 밸브(45B)를 제어한다.

암 실린더(22) 및 버킷 실린더(21)를 작동하는 유압 시스템(300)은, 붐 실린더(23)를 작동하는 유압 시스템(300)과 마찬가지의 구성이다. 조작 장치(40)의 조작에 의해, 암(12)은, 굴삭 동작 및 덤프 동작의 2종류의 동작을 실행한다. 암 실린더(22)가 신장되는 것에 의해, 암(12)이 굴삭 동작하고, 암 실린더(22)가 축소되므로, 암(12)이 덤프 동작한다. 조작 장치(40)의 조작에 의해, 버킷(11)은, 굴삭 동작 및 덤프 동작의 2종류의 동작을 실행한다. 버킷 실린더(21)가 신장되는 것에 의해, 버킷(11)이 굴삭 동작하고, 버킷 실린더(21)가 축소되므로, 버킷(11)이 덤프 동작한다. 암 실린더(22) 및 버킷 실린더(21)를 작동하는 유압 시스템(300)에 대한 상세한 설명은 생략한다.

[제어 시스템]

다음에, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)의 제어 시스템(200)에 대하여 설명한다. 도 5는, 본 실시형태에 관한 제어 시스템(200)의 일례를 나타낸 기능 블록도이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 제어 시스템(200)은, 작업기(1)를 제어하는 제어 장치(50)와, 유압 실린더(20)의 스트로크 길이를 검출하여 작업기(1)의 각도 및 유압 실린더(20)의 실린더 스트로크를 검출하는 검출 장치(10)와, 오일 통로(44)[44A, 44B]의 파일럿 유압을 검출하는 압력 센서(46)[46A, 46B]와, 유압 실린더(20)에 대한 작동 오일의 공급량을 조정 가능한 제어 밸브(45)[45A, 45B]를 구비한다.

제어 장치(50)는, 조작 장치(40)가 조작되었을 때 압력 센서(46)로부터 출력되는 조작 신호를 취득하는 조작 신호 취득부(51)와, 검출 장치(10)의 검출 신호에 기초하여 작업기(1)의 가동 범위의 정지 위치에 있어서 작업기(1)가 정지하고 있는지의 여부를 판정하는 연산부(52)와, 작업기(1)의 가동 범위의 정지 위치에 있어서 정지 상태의 작업기(1)의 각도와 미리 결정되어 있는 임계값에 기초하여, 가동 범위의 단부 위치를 포함하는 감속 구간 및 감속 구간에서의 작업기(1)의 감속율을 설정하는 설정부(53)와, 감속 구간 및 감속율에 기초하여 작업기(1)가 정지 위치로부터 단부 위치로 이동하도록 제어 밸브(45)에 지령 신호를 출력하는 제어부(54)와, 각종 데이터를 기억하는 기억부(61)와, 입출력부(62)를 가진다.

조작 신호 취득부(51)는, 조작 장치(40)가 조작되었을 때 압력 센서(46)로부터 출력되는 조작 신호를 취득한다. 조작 신호 취득부(51)는, 조작 신호를 취득함으로써, 조작 장치(40)의 조작 레버가 중립 위치로부터 붐(13)이 상승 동작하도록 조작되었을 때의 타이밍을 인식할 수 있다. 압력 센서(46)의 검출이 대략 제로의 소정값보다 작은 조작 장치(40)의 조작 레버가 중립 위치에 있는 것은, 붐(13)[붐 실린더(23)]가 정지 상태인 것을 의미한다. 따라서, 조작 신호 취득부(51)는, 조작 신호를 취득함으로써, 붐(13)이 정지 상태로부터 상승 동작을 개시할 때의 타이밍을 인식할 수 있다. 조작 장치(40)가 전기 신호를 출력하는 전기 레버에 있어서는 조작 레버에 포텐셔미터 등의 각도 검출 센서가 설치되고, 조작 신호 취득부(51)는 검출값을 조작 신호로서 취득한다.

연산부(52)는, 검출 장치(10)의 검출 신호에 기초하여 연산 처리를 실시한다. 연산부(52)는, 검출 장치(10)의 각 자세 검출기(14, 15, 16)의 검출 신호에 기초하여, 각도 θ11, θ12, θ13을 산출하거나, 버킷 실린더(21)의 실린더 속도, 암 실린더(22)의 실린더 속도, 및 붐 실린더(23)의 실린더 속도를 산출하거나 한다. 유압 실린더(20)의 실린더 속도가 산출되는 것에 의해, 연산부(52)는, 작업기(1)의 가동 범위에 있어서 작업기(1)가 정지하고 있는지의 여부를 판정할 수 있다.

설정부(53)는, 작업기(1)의 감속율을 설정한다. 본 실시형태에 있어서, 설정부(53)는, 붐(13)의 감속율을 설정한다. 감속율이란, 붐(13)이 이동 가능한 최고 속도를 100[%]로 했을 때의, 붐(13)의 감속 속도의 비율을 말한다. 환언하면, 붐(13)의 감속율이란, 붐(13)의 가능 최고 속도를 기준으로 한 붐(13)의 감속 속도이다. 붐(13)의 이동 속도와 붐 실린더(23)의 실린더 속도와는 비례한다. 붐 실린더(23)의 감속율이 설정되는 것에 의해, 붐(13)의 감속율이 설정된다. 붐 실린더(23)의 감속율이란, 붐 실린더(23)의 실린더 속도의 최고값(이하, 최대 실린더 속도라고 함)을 100[%]로 했을 때의, 붐 실린더(23)의 실린더 속도의 비율을 말한다. 환언하면, 붐 실린더(23)의 감속율이란, 붐 실린더(23)의 최대 실린더 속도를 기준으로 한 붐 실린더(23)의 실린더 속도이다.

설정부(53)는, 붐(13)의 가동 범위 중 붐(13)의 감속 구간과, 그 감속 구간에서의 붐(13)의 감속율을 설정한다. 붐(13)의 감속 구간이란, 붐(13)의 가동 범위의 상단부 위치를 포함하는 구간이다. 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 붐(13)의 가동 범위의 상단부 위치까지 붐(13)을 상승 동작시켜 소선회 자세로 하는 경우가 있다. 설정부(53)는, 붐(13)이 상승 동작하여 가동 범위의 상단부 위치로 이동할 때, 상단부 위치의 직전에 있어서 붐(13)을 감속시키는 감속 구간을 설정한다. 또한, 설정부(53)는, 감속 구간에서의 붐(13)의 감속율을 설정한다. 감속 구간에서의 붐(13)의 감속율이란, 감속 구간에서의 붐(13)의 이동 속도 조건[이동 속도 분포, 이동 속도 프로파일(profile)]을 포함한다.

붐(13)의 가동 범위는, 붐 실린더(23)의 가동 범위와 등가(等價)이며, 1 대 1로 대응한다. 본 실시형태에 있어서는, 붐 실린더(23)가 가장 신장되었을 때, 붐(13)이 가동 범위의 상단부 위치에 배치된다. 이하의 설명에 있어서는, 붐 실린더(23)가 가장 신장되어 붐(13)이 가동 범위의 상단부 위치에 배치될 때의 붐 실린더(23)의 단부 위치를 적절히, 실린더 스트로크 엔드라고 한다. 또한, 실린더 스트로크 엔드로부터의 붐 실린더(23)의 위치(스트로크 길이)를 적절히, 실린더 스트로크라고 한다. 실린더 스트로크는, 전술한 붐 실린더의 길이를 의미하고, 검출 장치(10)의 붐 자세 검출기(16)에 의해 검출된다.

본 실시형태에 있어서, 설정부(53)는, 붐 실린더(23)의 가동 범위 중 붐 실린더(23)의 감속 구간과, 그 감속 구간에서의 붐 실린더(23)의 감속율을 설정한다. 붐 실린더(23)의 감속 구간이란, 붐 실린더(23)의 가동 범위의 실린더 스트로크 엔드를 포함하는 구간이다. 설정부(53)는, 붐 실린더(23)가 실린더 스트로크 엔드로 이동할 때의, 실린더 스트로크 엔드의 직전에 있어서 붐 실린더(23)를 감속시키기 위한 감속 구간을 설정한다. 또한, 설정부(53)는, 감속 구간에서의 붐 실린더(23)의 감속율을 설정한다. 감속 구간에서의 붐 실린더(23)의 감속율이란, 감속 구간에서의 붐 실린더(23)의 실린더 속도 조건(실린더 속도 분포, 실린더 속도 프로파일)을 포함한다.

이하의 설명에 있어서는, 붐 자세 검출기(10)에 의해 붐 실린더(23)의 실린더 스트로크(스트로크 길이)가 검출되는 것에 의해, 붐(13)의 각도 θ13이 검출되고, 붐 실린더(23)의 감속율을 포함하는 실린더 속도, 및 붐 실린더(23)의 감속 구간을 포함하는 가동 범위가 설정되는 것에 의해, 붐(13)의 감속율을 포함하는 이동 속도, 및 붐(13)의 감속 구간을 포함하는 가동 범위가 설정되는 것으로 한다. 환언하면, 붐 실린더(23)의 실린더 스트로크, 감속율, 실린더 속도, 감속 구간, 및 가동 범위 등은, 붐(13)의 각도 θ13, 감속율, 각속도, 감속 구간, 및 가동 범위 등으로 바꿀어 읽을(replace) 수가 있다.

도 6은, 설정부(53)에 의해 설정되는 감속 구간 및 감속율의 일례를 나타낸 도면이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 설정부(53)는, 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크와 붐 실린더(23)의 감속율과의 관계를 나타내는 테이블 데이터를 설정한다. 도 6에 있어서, 가로축은 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크를 나타내고, 세로축은 붐 실린더(23)의 감속율을 나타낸다.

실린더 스트로크가 0[㎜]의 경우, 붐 실린더(23)가 가장 신장되어 실린더 스트로크 엔드에 위치하고 있는[붐(13)이 상단부 위치에 위치하고 있는] 것을 의미한다. 실린더 스트로크의 값이 클수록, 붐 실린더(23)가 축소되어 있고, 실린더 스트로크 엔드로부터 이격된 위치에 위치하고 있는[붐(13)이 하강 방향의 위치에 위치하고 있는] 것을 의미한다.

감속율이 100[%]의 경우, 붐 실린더(23)가 최대 실린더 속도로 이동하는 것을 의미한다. 감속율이 0[%]의 경우, 붐 실린더(23)가 정지하는 것을 의미한다.

도 6에 나타낸 예에 있어서, 감속 구간은, 실린더 스트로크 엔드를 포함하고, 실린더 스트로크가 0[㎜]로부터 제1 감속 거리까지의 구간으로 설정된다. 또한, 감속 구간은, 미리 설정된 감속도(마이너스의 가속도)로 붐 실린더(23)의 실린더 속도를 감속시키는 제1 감속 구간과, 일정한 최저 감속율(최저 실린더 속도)로 실린더 스트로크 엔드까지 붐 실린더(23)를 이동시키는 제2 감속 구간을 포함한다. 제1 감속 구간은, 실린더 스트로크가 제2 감속 거리로부터 제1 감속 거리까지의 구간으로 설정된다. 제1 감속 구간은 복수의 감속율을 설정해도 된다. 제2 감속 구간은, 실린더 스트로크가 0[㎜]로부터 제2 감속 거리까지의 구간으로 설정된다. 제1 감속 거리는, 제2 감속 거리보다 큰 값의 실린더 스트로크이다.

도 6을 참조하여 설명한 바와 같은, 설정부(53)에 의해 설정된, 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크와 감속율과의 관계를 나타내는 데이터는, 기억부(61)에 기억된다. 이하의 설명에 있어서는, 도 6을 참조하여 설명한 실린더 속도의 감속 조건을 나타내는 데이터를 적절히, 제한 속도 데이터라고 한다. 도 6에 있어서, 라인 Lr은 제한 속도 데이터를 나타낸다. 그리고, 도 6에 나타낸 제한 속도 데이터 Lr은 일례이다.

제어부(54)는, 설정부(53)에 의해 설정된 감속 구간 및 감속율에 기초하여 붐 실린더(23)가 실린더 스트로크 엔드로 이동하도록, 제어 밸브(45B)에 지령 신호를 출력한다. 제어부(54)는, 조작 장치(40)의 조작에 기초한 붐 실린더(23)의 실린더 속도가, 감속 구간에 있어서 제한 속도 데이터의 감속율(제한 속도)에 기초하여, 제어 밸브(45B)에 지령 신호를 출력한다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 제한 속도 데이터 Lr은, 제1 감속 거리 이하에 있어서 붐 실린더(23)의 실린더 속도를 제한하도록 생성된다. 도 6에 있어서, 라인 Ld1, Ld2는, 조작 장치(40)의 조작에 기초한 붐 실린더(23)의 실린더 속도를 나타낸다. 라인 Ld1은, 조작 장치(40)가 조작되었을 때 압력 센서(46)로부터 출력되는 조작 신호가 최대값을 나타낼 때의 실린더 속도를 나타내고, 라인 Ld2는, 조작 장치(40)가 조작되었을 때 압력 센서(46)로부터 출력되는 조작 신호가 최대값과 최소값과의 사이의 중간값을 나타낼 때의 실린더 속도를 나타낸다. 즉, 라인 Ld1은, 조작 장치(40)가 이른바 풀 레버 조작되었을 때의 실린더 속도를 나타내고, 라인 Ld2는, 조작 장치(40)가 하프 레버 조작되었을 때의 실린더 속도를 나타낸다.

조작 장치(40)가 풀 레버 조작되었을 때, 제어부(54)로부터 제어 밸브(45B)에 지령 신호 Ya1이 출력된다. 실린더 스트로크가 제1 감속 거리가 될 때까지는, 지령 신호 Ya1은, 조작 장치(40)의 조작에 기초하여 출력된다. 실린더 스트로크가 제1 감속 거리보다 스트로크 엔드 측에서는, 지령 신호 Ya1은, 제한 속도 데이터 Lr에 기초하여 출력된다. 이와 같이, 제1 감속 거리보다 실린더 스트로크 측에 있어서 제어부(54)로부터 제어 밸브(45B)에 지령 신호 Ya1이 출력되면, 제어 밸브(45B)는, 제어부(54)로부터의 지령 신호 Ya1에 기초하여, 조작 장치(40)의 조작에 의해 조정된 파일럿 유압을 감압한다. 이로써, 붐 실린더(23)의 방향 제어 밸브(41)에 공급되는 파일럿 오일이 제한된다. 방향 제어 밸브(41)에 작용하는 파일럿 유압이 제어 밸브(45B)에 의해 감압되는 것에 의해, 붐(13)의 상승 동작에서의 붐 실린더(23)의 실린더 속도가 제한된다. 제어부(52)는, 붐 실린더(23)가 제한 속도 데이터의 감속율(제한 속도)에 따라 이동하도록, 제어 밸브(45B)에 지령 신호를 출력한다. 이로써, 붐 실린더(23)는, 라인 Ld1로 나타내는 실린더 속도 프로파일로 이동하고, 실린더 스트로크 엔드에 도달했을 때의 쇼크가 완화된다.

조작 장치(40)가 하프 레버 조작되었을 때, 제어부(54)로부터 제어 밸브(45B)에 지령 신호 Ya2가 출력된다. 실린더 스트로크가 제1 감속 거리가 될 때까지는, 지령 신호 Ya2는, 조작 장치(40)의 조작에 기초하여 출력된다. 실린더 스트로크가 제1 감속 거리보다 스트로크 엔드 측에서는, 지령 신호 Ya2는, 제한 속도 데이터 Lr에 기초하여 출력된다. 이와 같이, 제1 감속 거리보다 실린더 스트로크 측에 있어서 제어부(54)로부터 제어 밸브(45B)에 지령 신호 Ya2가 출력되면, 제어 밸브(45B)는, 제어부(54)로부터의 지령 신호 Ya2에 기초하여, 조작 장치(40)의 조작에 의해 조정된 파일럿 유압을 감압한다. 이로써, 붐 실린더(23)의 방향 제어 밸브(41)에 공급되는 파일럿 오일이 제한된다. 방향 제어 밸브(41)에 작용하는 파일럿 유압이 제어 밸브(45B)에 의해 감압되는 것에 의해, 붐(13)의 상승 동작에서의 붐 실린더(23)의 실린더 속도가 제한된다. 제어부(52)는, 붐 실린더(23)가 제한 속도 데이터의 감속율(제한 속도)에 따라 이동하도록, 제어 밸브(45B)에 지령 신호를 출력한다. 이로써, 붐 실린더(23)는, 라인 Ld1로 나타내는 실린더 속도 프로파일로 이동하고, 실린더 스트로크 엔드에 도달했을 때의 쇼크가 완화된다.

그런데, 붐(13)이 상승 동작하도록 조작 장치(40)가 조작되고, 붐 실린더(23)가 실린더 스트로크 엔드의 근처까지 이동했을 때, 조작 장치(40)의 조작 레버가 중립 위치로 되돌려져 붐 실린더(23)[붐(13)]이 정지된 후, 붐(13)이 상승 동작하도록 조작 장치(40)의 조작이 재개되는 케이스가 상정(想定)된다.

예를 들면, 작업기(1)를 도 2에 나타낸 바와 같은 소선회 자세로 할 때, 오퍼레이터는, 실린더 스트로크 엔드로부터 제1 감속 거리의 바로 앞 부근의 위치까지 붐 실린더(23)가 이동하도록 조작 장치(40)를 조작한 후, 일단, 조작 장치(40)의 조작 레버를 중립 위치로 되돌려 붐 실린더(23)의 이동을 정지시키고, 그 후, 붐 실린더(23)가 실린더 스트로크 엔드 부근까지 이동하도록 조작 장치(40)의 조작을 재개하는 경우가 있다. 조작 장치(40)를 조작하여, 실린더 스트로크 엔드로부터 제1 감속 거리의 위치에서 정지 상태였던 붐 실린더(23)의 이동을 개시한 경우, 붐 실린더(23)는 조작 장치(40)의 조작에 기초하여 실린더 스트로크 엔드를 향해 가속하고, 실린더 스트로크 엔드로부터 가까운 위치(예를 들면, 제1 감속 거리 근방)에 있어서, 설정된 감속율에 기초하여, 제어 밸브(45)에 지령 신호를 출력한다. 그러나, 지령 신호가 출력될 때의 실린더 스트로크 엔드로부터의 붐 실린더(23)의 거리는 짧고, 또한 붐 실린더(23)는 가속 중이므로, 제어 밸브(45B)에 의한, 조작 장치(40)의 조작에 기초한 파일럿 유압의 감압이 충분하지 않으므로, 붐 실린더(23)의 실린더 속도가 충분히 감속되지 않을 가능성이 높아진다. 그 결과, 붐 실린더(23)는 고속의 실린더 속도로 실린더 스트로크 엔드에 도달하여 버리게 된다. 그 결과, 실린더 스트로크 엔드에 도달했을 때의 쇼크가 커져 버린다.

또한, 오퍼레이터가 상승 동작하는 붐(13)의 동작을 일단 정지시킬 때, 실린더 스트로크 엔드로부터의 거리가 짧은 위치(예를 들면, 실린더 스트로크 엔드로부터 제2 감속 거리 부근)에서 붐 실린더(23)를 일단 정지시키는 케이스도 상정된다. 즉, 오퍼레이터는, 실린더 스트로크 엔드로부터 제2 감속 거리 부근까지 붐 실린더(23)가 이동하도록 조작 장치(40)를 조작한 후, 일단, 조작 장치(40)의 조작 레버를 중립 위치로 되돌려 붐 실린더(23)의 이동을 정지시키고, 그 후, 붐 실린더(23)가 실린더 스트로크 엔드까지 이동하도록 조작 장치(40)의 조작을 재개하는 경우가 있다. 조작 장치(40)를 조작하여, 실린더 스트로크 엔드로부터 제2 감속 거리 부근에서 정지 상태였던 붐 실린더(23)의 이동을 개시한 경우, 실린더 스트로크 엔드로부터 제2 감속 거리에 있는 정지 위치에 있어서 정지 상태의 붐 실린더(23)가 조작 장치(40)의 조작에 기초하여 실린더 스트로크 엔드를 향해 가속하려고 하지만, 제2 감속 구간에서는 제어부(50)는 최저 감속율의 지령에 기초한 제어 밸브(45B)에 지령 신호를 출력한다. 그러므로, 정지 위치로부터 붐 실린더(23)가 가속되어도, 실린더 속도는 충분히 저속으로 된다. 만일, 제어 밸브(45B)에 의한 파일럿 유압의 감압이 없어도, 실린더 스트로크 엔드에 도달할 때의 붐 실린더(23)의 실린더 속도는 저속이다. 즉, 제어 밸브(45B)에 의한 파일럿 유압의 감압이 없어도, 실린더 스트로크 엔드에 도달했을 때의 쇼크는 작음에도 불구하고, 제어 밸브(45B)에 의한, 조작 장치(40)의 조작에 의해 조정된 파일럿 유압의 감압이 행해지면, 붐 실린더(23)는 불필요하게 천천히 움직이게 된다.

그래서, 본 실시형태에 있어서는, 설정부(53)는, 붐(13)의 가동 범위의 정지 위치에 있어서 정지 상태의 붐(13)의 각도 θ13과 미리 결정되어 있는 임계값에 기초하여, 감속 구간 및 감속 구간에서의 붐(13)의 감속율을 설정한다. 본 실시형태에 있어서, 설정부(53)는, 붐 실린더(23)가 정지했을 때의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크와, 미리 결정되어 있는 임계값에 기초하여, 도 6을 참조하여 설명한 바와 같은, 제한 속도 데이터 Lr 중 적어도 일부를 변경한다.

본 실시형태에 있어서, 제한 속도 데이터의 변경은, 감속 구간을 확대하는 것, 및 최저 감속율을 크게 하는 것 중 한쪽 또는 양쪽을 포함한다.

[유압 셔블의 제어 방법]

다음에, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)의 제어 방법에 대하여, 도 7 내지 도 11을 참조하여 설명한다. 도 7은, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)의 제어 방법을 나타낸 플로우차트이다. 도 8 및 도 9는, 본 실시형태에 관한 실린더 스트로크에 관한 임계값을 나타낸 도면이다. 도 10 및 도 11은, 변경된 제한 속도 데이터의 일례를 나타낸 도면이다.

이하의 설명에 있어서는, 붐(13)이 상승 동작하도록 오퍼레이터가 조작 장치(40)의 조작 레버를 넘어뜨리는(tilt) 것을, 조작 장치(40)가 조작되는 것이라고 하고, 오퍼레이터가 조작 장치(40)의 조작 레버를 중립 위치로 되돌리는 것을, 조작 장치(40)의 조작이 정지되는 것이라고 한다. 조작 장치(40)가 조작될 때, 붐 실린더(23)가 구동하고, 붐(13)이 상승 동작한다. 조작 장치(40)의 조작이 정지될 때, 붐 실린더(23)의 구동이 정지하여, 붐(13)의 상승 동작이 정지한다. 또한, 정지 상태의 붐 실린더(23)의 구동이 개시되는 것을, 붐 실린더(23)가 작동하는 것이라고 한다.

붐 자세 검출기(16)는, 붐 실린더(23)의 실린더 스트로크를 검출한다. 연산부(52)는, 붐 자세 검출기(16)의 검출 신호를 취득한다(스텝 S10).

연산부(52)는, 붐 자세 검출기(16)의 검출 신호에 기초하여, 실린더 스트로크 엔드로부터의 붐 실린더(23)의 실린더 스트로크를 산출한다. 붐 실린더(23)의 최대 스트로크는 이미 알고 있는 것이므로, 연산부(52)는, 붐 자세 검출기(16)의 검출 신호로부터 도출(導出)된 실린더 스트로크와 최대 스트로크에 기초하여, 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크를 산출한다(스텝 S20).

연산부(52)는, 붐 자세 검출기(16)의 검출 신호에 기초하여, 붐(13)의 각도 및 붐 실린더(23)의 실린더 속도를 산출한다. 연산부(52)는, 붐 자세 검출기(16)의 검출 신호에 기초하여, 붐(13) 및 붐 실린더(23)가 정지하고 있는지의 여부를 판정 가능하다.

오퍼레이터가 조작 장치(40)의 조작을 정지한 경우, 붐(13) 및 붐 실린더(23)는 가동 범위의 정지 위치에서 정지한다. 붐 실린더(23)가 정지한 상태에 있어서, 오퍼레이터가 조작 장치(40)를 조작하면, 압력 센서(46)는 조작 신호를 검출한다. 압력 센서(46)에 의해 검출된 조작 신호는, 조작 신호 취득부(51)에 취득된다(스텝 S30).

연산부(52)는, 압력 센서(46)에 의해 검출된 조작 신호에 기초하여, 붐 실린더(23)가 동작을 개시하고 있는지의 여부를 판정한다(스텝 S35). 스텝 S35에 있어서, 붐 실린더(23)가 동작을 개시하고 있으므로, 판정된 경우(스텝 S35: Yes), 연산부(52)는, 압력 센서(46)에 의해 조작 신호가 검출되고, 조작 신호 취득부(51)가 조작 신호를 취득한 시점(時点)을, 정지 상태의 붐 실린더(23)가 동작을 개시하는 시점으로서 결정한다. 또한, 연산부(52)는, 압력 센서(46)로부터 조작 신호가 출력되고, 조작 신호 취득부(51)가 조작 신호를 취득했을 때의 붐 실린더(23)의 위치를, 붐 실린더(23)의 구동이 개시된 위치, 즉 동작 개시 위치로서 결정한다. 환언하면, 연산부(52)는, 붐 실린더(23)의 구동이 개시되었을 때의, 즉 붐 실린더(23)가 동작 개시 시의, 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크를 결정한다. 붐 실린더(23)가 동작 개시 시점에서의 실린더 스트로크가, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크로서 연산부(52)에 의해 산출되고, 기억부(61)에 기억된다(스텝 S40). 스텝 S35에 있어서, 붐 실린더(23)가 동작을 개시하고 있지 않은 것으로 판정된 경우(스텝 S35: No), 스텝 S50의 처리로 진행한다.

동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크에 의해 나타내는 동작 개시 위치는, 가동 범위에 있어서 정지 상태에 있었던 붐 실린더(23)의 정지 위치와 등가이다. 또한, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크는, 가동 범위의 정지 위치에 있어서 정지 상태의 붐(13)의 각도 θ13과 1 대 1의 대응 관계에 있다.

설정부(53)는, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크와, 미리 결정되어 있는 임계값을 비교한다. 임계값은, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크에 대한 임계값을 나타낸다. 임계값을 나타내는 임계값 데이터는 기억부(61)에 기억되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 임계값은, 제1 임계값과, 제1 임계값보다 작은 제2 임계값을 포함한다. 제1 임계값은, 감속 구간의 확대에 대한 임계값이다. 실린더 스트로크가 제1 임계값 이하일 때, 감속 구간이 확대된다. 제2 임계값은, 최저 감속율을 크게 하는 것에 대한 임계값이다. 실린더 스트로크가 제2 임계값 이하일 경우, 최저 감속율이 증대된다.

도 8은, 제1 임계값을 포함하는 제1 임계값 데이터를 나타내는 도면이다. 도 8에 있어서, 가로축은 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크를 나타내고, 세로축은 게인을 나타낸다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크에 대한 제1 임계값이 테이블 데이터로서 설정되어 있다. 게인은, 감속 구간을 확대시킬 때의 배율이다. 실린더 스트로크가 제1 임계값보다 클 경우, 게인은 1이다. 즉, 실린더 스트로크가 제1 임계값보다 클 경우, 감속 구간은 확대도 축소도 되지 않고, 제한 속도 데이터의 감속 구간이 유지된다. 한편, 실린더 스트로크가 제1 임계값 이하일 경우, 게인은 1보다 커진다. 본 실시형태에 있어서는, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크가 제1 임계값을 포함하고 제1 임계값보다 작은 제1 소정 범위에 있어서는, 게인은 1로부터 서서히 증가하고, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크가 0[㎜]를 포함하고 0[㎜]보다 큰 제2 소정 범위에 있어서는, 게인은 임의의 값으로 설정 가능하다. 그리고, 게인이 주어지지 않고 오프셋이 주어져도 된다. 실린더 스트로크가 제1 임계값 이하일 경우, 제한 속도 데이터의 감속 구간은 게인에 따라 확대된다.

도 9는, 제2 임계값을 포함하는 제2 임계값 데이터를 나타내는 도면이다. 도 9에 있어서, 가로축은 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크를 나타내고, 세로축은 최저 감속율의 오프셋량을 나타낸다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크에 대한 제2 임계값이 테이블 데이터로서 설정되어 있다. 오프셋량은, 최저 감속율을 증대시킬 때의 증가량이다. 실린더 스트로크가 제2 임계값보다 클 경우, 오프셋량은 0이다. 즉, 실린더 스트로크가 제2 임계값보다 클 경우, 최저 감속율은 증대도 감소도 되지 않고, 제한 속도 데이터의 최저 감속율이 유지된다. 한편, 실린더 스트로크가 제2 임계값 이하일 경우, 오프셋량은 0보다 커진다. 본 실시형태에 있어서는, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크가 제2 임계값을 포함하고 제2 임계값보다 작은 제3 소정 범위에 있어서는, 오프셋량은 0으로부터 서서히 증가하고, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크가 0[㎜]를 포함하고 0[㎜]보다 큰 제4 소정 범위에 있어서는, 오프셋량은 임의의 값으로 설정 가능하다. 실린더 스트로크가 제2 임계값 이하일 경우, 제한 속도 데이터의 최저 감속율은 오프셋량에 따라 증대된다.

도 7로 돌아와, 설정부(53)는, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크가 제1 임계값 이하인지의 여부를 판정한다(스텝 S50).

스텝 S50에서, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크가 제1 임계값보다 큰 것으로 판정된 경우(스텝 S50: No), 제한 속도 데이터는 변경되지 않는다(스텝 S70).

제어부(54)는, 붐 실린더(23)가 제한 속도 데이터에 따라, 제한이 걸리지 않도록, 제어 밸브(45B)에 제어 신호를 출력한다(스텝 S100). 예를 들면, 도 6의 화살표 Ya2로 나타낸 바와 같이, 붐 실린더(23)가 이동한다.

스텝 S50에 있어서, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크가 제1 임계값 이하인 것으로 판정된 경우(스텝 S50: Yes), 설정부(53)는, 제한 속도 데이터의 감속 구간을 확대한다(스텝 S55). 설정부(53)는, 제한 속도 데이터의 감속 구간을, 도 8을 참조하여 설명한 게인에 따라 확대한다.

설정부(53)는, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크가 제2 임계값 이하인지의 여부를 판정한다(스텝 S60).

스텝 S30에 있어서, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크가 제2 임계값보다 큰 것으로 판정된 경우(스텝 S60: No), 즉 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크가 제2 임계값보다 크고 제1 임계값 이하인 것으로 판정된 경우, 제어부(54)는, 제어 밸브(45B)에 제어 신호를 출력한다(스텝 S100).

도 10의 (A)는, 감속 구간이 확대된 제한 속도 데이터를 나타내고, 도 10의 (B)는, 감속 구간이 확대될 때의 타임 차트이다. 도 10의 (A)는, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크(동작 개시 위치)가 제1 감속 거리보다 큰 예를 나타낸다. 동작 개시 위치는, 정지 위치와 등가이다. 도 10의 (A)에 나타낸 바와 같이, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크가 제1 임계값 이하일 경우, 제한 속도 데이터 Lr의 감속 구간에 대하여, 확대된 감속 구간을 가지는 제한 속도 데이터 Lr1이 설정된다.

전술한 바와 같이, 제한 속도 데이터 Lr의 감속 구간은, 미리 설정된 감속도로 감속시키는 제1 감속 구간과, 일정한 최저 감속율로 붐 실린더(23)를 실린더 스트로크 엔드까지 이동시키는 제2 감속 구간을 포함한다. 설정부(53)는, 제1 감속 구간 및 제2 감속 구간을 확대하여, 감속 구간을 확대한다.

본 실시형태에 있어서는, 제한 속도 데이터 Lr은, 변곡점 P1 및 종점(終点) P2와 이들 변곡점 P1 및 종점 P2를 연결하는 직선을 포함한다. 설정부(53)는, 변곡점 P1 및 종점 P2의 실린더 스트로크의 값을 각각 게인배(multiplity)하여 변곡점 Pa 및 종점 P2a로 하고, 이들 변곡점 Pa 및 종점 P2a를 직선으로 연결함으로써, 제한 속도 데이터 Lr1을 설정한다.

제어부(54)는, 감속 구간이 확대된 제한 속도 데이터 Lr1에 따라 붐 실린더(23)가 이동하도록, 제어 밸브(45B)에 지령 신호를 출력한다(스텝 S100).

도 10의 (A)에 있어서, 라인 Ld3은, 조작 장치(40)의 조작에 기초한 붐 실린더(23)의 실린더 속도를 나타낸다. 도 10의 (A)에 나타낸 예에서는, 제어부(54)는, 제한 속도 데이터의 감속율에 따라, 제어 밸브(45B)에 지령 신호를 출력한다. 제어 밸브(45B)는, 제어부(54)로부터의 지령 신호에 기초하여, 붐(13)의 상승 동작에서의 붐 실린더(23)의 실린더 속도를 제한하도록 작동한다. 본 실시형태에 있어서는, 제1 감속 구간이 실린더 스트로크 엔드로부터 이격되도록 시프트하고, 제어부(54)의 지령 신호에 기초하여 붐 실린더(23)가 감속을 개시하는 타이밍은 앞당겨져 있다. 그러므로, 붐 실린더(23)의 실린더 속도를 충분히 감속시킬 수 있다. 이로써, 붐 실린더(23)는, 도 10의 (A)의 라인 Ld3로 나타내는 실린더 속도 프로파일로 이동하고, 도 10의 (B)에 나타낸 시점 T4에 있어서 스트로크 엔드에 도달한다. 실린더 스트로크 엔드에 도달했을 때의 쇼크가 완화된다.

도 10의 (A)의 점선 Ld3'는 비교예에 관한 실린더 속도 프로파일을 나타내고, 도 10의 (B)의 점선은 비교예에 관한 타이밍 차트를 나타낸다. 비교예에 있어서는, 감속 구간이 확대되지 않고, 시점 T4에 있어서 붐 실린더(23)는 정지하지 않아, 스트로크 엔드에 도달했을 때의 쇼크는 완화되지 않는다.

도 7로 복귀하고, 스텝 S60에 있어서, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크가 제2 임계값 이하인 것으로 판정된 경우(스텝 S60: Yes), 설정부(53)는, 최저 감속율을 증대한다(스텝 S90). 설정부(53)는, 제한 속도 데이터의 최저 감속율을, 도 9를 참조하여 설명한 오프셋량에 따라 증대한다.

도 11의 (A)는, 최저 감속율이 증대된 제한 속도 데이터를 나타내고, 도 11의 (B)는, 최저 감속율이 확대되었을 때의 타임 차트이다. 도 11의 (A)는, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크(동작 개시 위치)가 대략 제2 감속 거리인 예를 나타낸다. 도 11의 (A)에 나타낸 바와 같이, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크가 제2 임계값 이하일 경우, 제한 속도 데이터 Lr의 최저 감속율에 대하여, 소정량만큼 플러스로 오프셋된 최저 감속율을 가지는 제한 속도 데이터 Lr2가 설정된다.

제어부(54)는, 최저 감속율이 증대된 제한 속도 데이터 Lr2에 따라 붐 실린더(23)가 이동하도록, 제어 밸브(54)에 지령 신호를 출력한다(스텝 S100).

도 11의 (A)에 있어서, 라인 Ld4는, 조작 장치(40)의 조작에 기초한 붐 실린더(23)의 실린더 속도를 나타낸다. 도 11의 (A)에 나타낸 예에서는, 조작 장치(40)의 조작에 기초하여, 실린더 스트로크가 동작 개시 위치로부터 붐 실린더(23)의 이동이 개시되어 있다. 조작 장치(40)의 조작에 기초한 붐 실린더(23)의 실린더 속도는, 예를 들면, 도 11의 (A)의 라인 Ld4에 나타낸 바와 같이 변화한다. 실린더 스트로크 엔드로부터 소정 거리의 정지 위치에 있어서 정지 상태의 붐 실린더(23)가 조작 장치(40)의 조작에 기초하여 실린더 스트로크 엔드를 향해 가속하고, 실린더 스트로크 엔드로부터 극히 짧은 위치인 위치 Pd4에 있어서, 조작 장치(40)의 조작에 기초한 붐 실린더(23)의 실린더 속도는, 제2 감속 구간의 감속율로부터 증대하고, 조작 장치(40)의 조작에 의해 실린더 스트로크(23)가 가속된다. 붐 실린더(23)는, 도 11의 (A)의 라인 Ld4로 나타내는 실린더 속도 프로파일로 이동한다. 붐 실린더(23)의 실린더 속도가 과도하게 제한되지 않아, 붐 실린더(23)는 불필요하게 천천히 움직이지 않게 된다.

도 11의 (A)의 점선 Ld4'는 비교예에 관한 실린더 속도 프로파일을 나타내고, 도 11의 (B)의 점선은 비교예에 관한 타이밍 차트를 나타낸다. 비교예에 있어서는, 최저 감속율이 증대되지 않아, 붐 실린더(23)는 불필요하게 천천히 움직인다.

그리고, 본 실시형태에 있어서, 제어부(54)는, 제어 밸브(45B)에 제어 신호를 출력하는 경우, 최대 실린더 속도와 제한 속도 데이터로부터 구해지는 감속율에 기초하여, 실린더 속도의 제한값을 결정한다. 기억부(61)에는, 방향 제어 밸브(41)의 스풀 스트로크와 실린더 속도와의 관계를 나타내는 테이블 데이터가 기억되어 있고, 제어부(54)는, 그 테이블 데이터와 결정한 실린더 속도에 기초하여, 스풀 스트로크의 제한값을 산출한다. 또한, 기억부(61)에는, 스풀 스트로크와 파일럿 오일이 흐르는 오일 통로(44)의 압력(PPC압)과의 관계를 나타내는 테이블 데이터가 기억되어 있고, 제어부(54)는, 그 테이블 데이터와 산출한 스풀 스트로크에 기초하여, PPC압의 제한값을 산출한다. 또한, 기억부(61)에는, PPC압과 그 PPC압으로 하기 위해 제어 밸브(45)에 공급할 전류와의 관계를 나타내는 테이블 데이터가 기억되어 있고, 제어부(54)는, 그 테이블 데이터와 산출한 PPC압에 기초하여, 전류의 제한값을 산출한다. 그리고, 이들 테이블 데이터는 미리 행해지는 실험 또는 시뮬레이션에 의해 도출되는 기지의 데이터이다. 제어부(54)는, 지령 신호로서 전류를 제어 밸브(45)에 출력한다. 이로써, 붐 실린더(23)가 결정된 실린더 속도로 이동하도록, 방향 제어 밸브(41)가 구동된다.

이들 타이밍 차트에 있어서, 레버 플래그(lever flag)란, 압력 센서(46)의 검출에 기초하여, 조작 신호 취득부(51)에 있어서 조작 장치(40)가 조작된 타이밍을 나타낸다. 조작 장치(40)가 조작되었을 때, 조작 신호 출력부(49)로부터 조작 신호(플래그 신호)가 출력된다. 한편, 조작 장치(40)의 조작이 정지되었을 때, 레버 플래그가 출력되지 않는다. 실린더 속도란, 붐 자세 검출기(16)에 의해 검출되는 붐 실린더(23)의 실린더 속도이다. 실린더 스트로크란, 실린더 스트로크 엔드로부터의 붐 실린더(23)의 거리이다. 감속율이란, 최대 실린더 속도를 기준으로 한 붐 실린더(23)의 실린더 속도의 제한 속도(목표 속도)이다. 동작 개시 시 실린더 스트로크란, 정지 상태의 붐 실린더(23)가 작동할 때의 실린더 스트로크 엔드로부터의 붐 실린더(23)의 거리이다. 게인이란, 감속 구간을 확대시키기 위한 배율이다. 오프셋량은 최저 감속율의 증가량이다.

시점 T1에 있어서 조작 장치(40)가 조작되고, 시점 T2에 있어서 조작 장치(40)의 조작이 정지되고, 시점 T3에 있어서 조작 장치(40)의 조작이 재개된다. 시점 T1에 있어서 조작 장치(40)가 조작된 경우, 실린더 속도가 0[㎜/s]일 때, 붐 실린더(23)는 정지한다.

조작 장치(40)가 조작되고, 붐 실린더(23)가 구동되는 것에 의해, 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크는 서서히 작아진다.

조작 신호 출력부(49)로부터 조작 신호가 출력된 시점 T1이, 붐 실린더(23)의 동작 개시 시이다. 시점 T1에서의 실린더 스트로크가, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크로서 결정되고, 기억부(61)에 기억된다. 도 10에 나타낸 예에서는, 동작 개시 시(시점 T3)의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크는 제1 임계값에 가까운 값이며, 도 11에 나타낸 예에서는, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크는 제2 임계값에 가까운 값이다.

도 10에 나타낸 예에서는, 동작 개시 시(시점 T3)의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크인 동작 개시 위치와 제1 임계값 및 제2 임계값이 비교된다. 도 10에 나타낸 예에서는, 동작 개시 위치는 제1 임계값보다 작다. 그러므로, 게인이 1보다 큰 값으로 설정된다. 그리고, 동작 개시 위치는 제2 임계값보다 크다. 그러므로, 오프셋량은 설정되지 않는다.

도 10에 있어서, 점선 Da로 나타내는 감속율은, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크에 관계없이, 감속 구간 및 최저 감속율을 변경시키지 않을(감속 테이블 Lr에 기초함) 때의 감속율을 나타낸다. 실선 Sa로 나타내는 감속율은, 감속 구간을 확대했을 때의 감속율을 나타낸다. 실선 Sa로 나타낸 바와 같이(감속 테이블 Lr1에 기초함), 감속 구간이 확대됨으로써, 감속 구간을 변경시키지 않는 감속율에 대하여 감속의 타이밍이 앞당겨져, 시점 T4과 실린더 속도가 Pd로 되어 감속 테이블 Lr1에 의한 감속이 개시된다.

도 11은, 제1 임계값 및 제2 임계값이 설정되고, 동작 개시 시(시점 T3)의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크(동작 개시 위치)와 제1 임계값 및 제2 임계값이 비교된다. 도 11에 나타낸 예에서는, 동작 개시 위치는 제1 임계값보다 작고 제2 임계값보다 작다. 그러므로, 가변 게인이 1보다 큰 값으로 설정되고, 시점 T3에 있어서 제2 임계값보다 작아지므로, 오프셋이 소정량으로 설정된다.

도 11에 있어서, 점선 Da로 나타내는 감속율은, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크에 관계없이, 감속 구간 및 최저 감속율을 변경하지 않을 때의 감속율을 나타낸다. 실선 Sa로 나타내는 감속율은, 감속 구간을 확대하여 최저 감속율을 증대했을 때의 감속율을 나타낸다. 실선 Sa로 나타낸 바와 같이, 감속 구간이 확대되고 최저 감속율이 증대됨으로써, 감속의 타이밍이 앞당겨지는 동시에, 재차 동작 개시 시(시점 T3) 감속율이 과도하게 저감하는 것이 억제된다.

[효과]

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 붐(13)[붐 실린더(23)]의 가동 범위의 정지 위치에 있어서 정지 상태의 각도 θ13(실린더 스트로크)와 미리 결정되어 있는 임계값에 기초하여, 가동 범위의 상단부 위치(실린더 스트로크 엔드)를 포함하는 감속 구간 및 감속 구간에서의 붐(13)의 감속율이 설정되고, 그 설정된 감속 구간 및 감속율에 기초하여 붐(13)[붐 실린더(23)]가 정지 위치로부터 상단부 위치(실린더 스트로크 엔드)로 이동하도록 제어 밸브(45B)에 지령 신호가 출력된다. 이로써, 붐(13)이 상단부 위치에 도달했을 때의 쇼크가 완화되는 동시에, 붐(13)의 동작이 과도하게 지연되는 것이 억제되므로, 유압 셔블(100)의 작업 효율의 저하가 억제된다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 도 10의 라인 Ld3 및 도 11의 라인 Ld4로 나타낸 바와 같이, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크(정지 위치)와 실린더 스트로크 엔드(단부 위치)와의 사이의 붐 실린더(23)의 가동 범위는, 동작 개시 시의 실린더 스트로크 엔드로부터의 실린더 스트로크를 포함하고 조작 장치(40)의 조작에 기초하여 적어도 일부에 있어서 가속하면서 이동하는 가속 구간과, 실린더 스트로크 엔드를 포함하고 제어부(54)로부터 출력되는 지령 신호에 기초하여 감속하면서 이동하는 감속 구간을 포함한다. 가속 구간에 있어서는, 조작 장치(40)의 조작에 기초하여 붐 실린더(23)[붐(13)]가 동작하므로, 붐 실린더(23)의 실린더 속도[붐(13)]의 이동 속도]가 불필요하게 지연되는 것이 억제된다. 그러므로, 작업 효율의 저하가 억제된다. 또한, 감속 구간에 있어서는, 제어부(54)의 제어에 따라 붐 실린더(23)[붐(13)]가 감속되므로, 붐 실린더(23)가 실린더 스트로크 엔드에 도달하여 붐(13)이 상단부 위치에 도달했을 때의 쇼크가 완화된다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 정지 상태의 붐 실린더(23)의 실린더 스트로크[붐(13)의 각도 θ13]가 제1 임계값 이하일 때, 감속 구간이 확대된다. 그러므로, 정지 상태로부터 다시 동작 개시 경우라도 붐 실린더(23)가 실린더 스트로크 엔드에 도달하여 붐(13)이 상단부 위치에 도달했을 때의 쇼크가 완화된다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 감속 구간은, 미리 설정된 감속도로 감속시키는 제1 감속 구간과, 일정한 최저 감속율로 실린더 스트로크 엔드(상단부 위치)까지 이동시키는 제2 감속 구간을 포함하고, 설정부(53)는, 제1 감속 구간을 변경시키지 않고 제2 감속 구간을 확대하여, 감속 구간을 확대한다. 이로써, 붐 실린더(23)[붐(13)]가 감속할 때의 감속도를 항상 일정하게 하여, 쇼크를 완화할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 정지 상태의 붐 실린더(23)의 실린더 스트로크[붐(13)의 각도 θ13]가 제1 임계값보다 작은 제2 임계값 이하일 때, 최저 감속율이 증대된다. 그러므로, 실린더 스트로크 엔드(상단부 위치)의 근방에 있어서, 붐 실린더(23)[붐(13)]가 불필요하게 저속으로 움직이는 것이 억제되어, 작업 효율의 저하가 억제된다.

그리고, 전술한 실시형태에 있어서는, 작업 기계(100)가 유압 셔블(100)인 것으로 하였다. 전술한 실시형태에서 설명한 제어 장치(50) 및 제어 방법은, 유압 셔블(100) 이외에도, 작업기를 가지는 작업 기계 전반에 적용할 수 있다.

그리고, 전술한 실시형태에 있어서는, 붐(13)이 상승 동작했을 때의 상단부 위치의 근방에서 붐(13)의 이동 속도를 제한하는 것으로 하였다. 붐(13)이 하강 동작했을 때의 하단부 위치의 근방에서 붐(13)의 이동 속도가 제한되어도 암의 스트로크 엔드 부근에서의 이동 속도의 제한에 사용해도 된다.

그리고, 전술한 실시형태에 있어서 설명한 유압 셔블(100)은, 후방 소선회 셔블(l)에 한정되지 않는다.

1; 작업기
2; 상부 선회체
3; 하부 주행체
4; 선회 테이블
5; 카운터웨이트
6; 기기실
7; 엔진실
8; 캡
9; 크롤러
10; 검출 장치
11; 버킷
12; 암
13; 붐
14; 버킷 자세 검출기
15; 암 자세 검출기
16; 붐 자세 검출기
20; 유압 실린더
20A; 캡측 오일실
20B; 로드측 오일실
21; 버킷 실린더
22; 암 실린더
23; 붐 실린더
40; 조작 장치
41; 방향 제어 밸브
42; 메인 유압 펌프
43; 파일럿 유압 펌프
44A, 44B, 44C; 오일 통로
45A, 45B, 45C; 제어 밸브
46A, 46B; 압력 센서
47A, 47B; 오일 통로
48; 셔틀 밸브
50; 제어 장치
51; 조작 신호 취득부
52; 연산부
53; 설정부
54; 제어부
61; 기억부
62; 입출력부
100; 유압 셔블(작업 기계)
200; 제어 시스템
300; 유압 시스템
AX1; 회전축
AX2; 회전축
AX3; 회전축
RX; 선회축
θ11; 각도
θ12; 각도
θ13; 각도

Claims (8)

1. 작업기를 가동(可動) 범위에서 구동시키는 유압(油壓) 실린더;
   상기 작업기의 자세를 검출하는 검출 장치;
   상기 작업기의 조작이 행해졌을 때의 조작 신호를 검출하는 조작 신호 검출부;
   상기 유압 실린더에 대한 작동 오일의 공급량을 조정 가능한 제어 밸브;
   상기 조작 신호 검출부가 검출한 조작 신호에 기초하여 상기 가동 범위의 정지 위치에 있어서 상기 작업기가 동작을 개시하고 있는지의 여부를 판정하는 연산부;
   상기 정지 위치에 있어서 정지 상태의 상기 작업기의 자세와 미리 결정되어 있는 임계값에 기초하여, 상기 가동 범위의 단부(端部) 위치를 포함하는 감속 구간 및 상기 감속 구간에서의 상기 작업기의 감속율을 설정하는 설정부; 및
   상기 감속 구간 및 상기 감속율에 기초하여 상기 작업기가 상기 정지 위치로부터 상기 단부 위치로 이동하도록 상기 제어 밸브에 지령 신호를 출력하는 제어부;
   를 포함하는 작업 기계(work machine).
2. 제1항에 있어서,
   상기 유압 실린더를 조작하는 조작 장치를 더 포함하고,
   상기 정지 위치와 상기 단부 위치 사이의 상기 가동 범위는, 상기 정지 위치를 포함하고 상기 조작 장치의 조작에 기초하여 이동하는 구간과, 상기 단부 위치를 포함하고 상기 제어부로부터 출력되는 상기 지령 신호에 기초하여 이동하는 상기 감속 구간을 포함하는, 작업 기계.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 작업기의 자세는, 상기 작업기의 각도를 포함하고,
   상기 임계값은 제1 임계값을 포함하고,
   상기 설정부는, 상기 정지 상태의 상기 작업기의 각도가 상기 제1 임계값 이하일 때, 상기 감속 구간을 확대하는, 작업 기계.
4. 제3항에 있어서,
   상기 감속 구간은, 소정의 감속도로 감속시키는 제1 감속 구간과, 일정한 최저 감속율로 상기 단부 위치까지 이동시키는 제2 감속 구간을 포함하고,
   상기 설정부는, 상기 제1 감속 구간을 변경시키지 않고 상기 제2 감속 구간을 확대하여, 상기 감속 구간을 확대하는, 작업 기계.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 임계값은, 상기 제1 임계값보다 작은 제2 임계값을 포함하고,
   상기 설정부는, 상기 정지 상태의 상기 작업기의 각도가 상기 제2 임계값 이하일 때, 상기 최저 감속율을 크게 하는, 작업 기계.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 단부 위치는, 상기 작업기가 상승 동작했을 때의 상단부 위치인, 작업 기계.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   하부 주행체와 상부 선회체(旋回體)를 포함하는 후방 소선회형(小旋回型) 유압 셔블이며,
   상기 상부 선회체의 후부의 카운터웨이트(counterweight)는 상기 상부 선회체의 선회 반경에 대하여 소정 관계의 치수로 규정되어 있는, 작업 기계.
8. 유압 실린더에 의해 가동 범위에서 구동되는 작업기의 자세를 검출하는 단계;
   상기 작업기의 조작에 기초하여 상기 가동 범위의 정지 위치에 있어서 상기 작업기가 동작을 개시하고 있는지의 여부를 판정하는 단계;
   상기 정지 위치에 있어서 정지 상태의 상기 작업기의 자세와 미리 결정되어 있는 임계값에 기초하여, 상기 가동 범위의 단부 위치를 포함하는 감속 구간 및 상기 감속 구간에서의 상기 작업기의 감속율을 설정하는 단계; 및
   상기 감속 구간 및 상기 감속율에 기초하여 상기 작업기가 상기 정지 위치로부터 상기 단부 위치로 이동하도록 상기 유압 실린더에 대한 작동 오일의 공급량을 조정 가능한 제어 밸브에 지령 신호를 출력하는 단계;
   를 포함하는 작업 기계의 제어 방법.

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