KR20180022623A - 제어 시스템, 작업 기계 및 제어 방법 - Google Patents

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유타 가모시타
다다시 가와구치
테루오 아키야마
겐지 오시마
고지 사이토
노보루 이이다
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가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
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Abstract

복수의 요소를 포함하는 작업기 및 복수의 상기 요소를 구동시키는 복수의 액추에이터를 구비하는 작업 기계를 제어하기 위한 제어 시스템은, 복수의 상기 액추에이터 중 하나 이상에 작동유를 공급하는 제1 유압 펌프 및 제2 유압 펌프와, 상기 작업기의 조작 상태에 기초하여 각각의 상기 액추에이터에 배분되는 작동유의 배분 유량을 구하고, 얻어진 상기 배분 유량에 기초하여, 상기 제1 유압 펌프 및 상기 제2 유압 펌프의 양쪽으로부터 공급되는 상기 작동유를 복수의 상기 액추에이터에 공급하는 제1 상태와, 상기 제1 유압 펌프로부터 상기 작동유가 공급되는 상기 액추에이터와 상기 제2 유압 펌프로부터 상기 작동유가 공급되는 상기 액추에이터가 상이한 제2 상태를 전환하는 제어 장치를 포함한다.

Description

제어 시스템, 작업 기계 및 제어 방법{CONTROL SYSTEM, WORK MACHINE, AND CONTROL METHOD}
본 발명은, 작업 기계를 제어하기 위한 제어 시스템, 작업 기계 및 제어 방법에 관한 것이다.
작업기를 구비하는 작업 기계가 있다. 예를 들면, 작업 기계가 유압 셔블(hydraulic shovel)인 경우, 작업기는, 버킷(bucket)과 암(arm)과 붐(boom)을 가진다. 작업기를 동작시키는 액추에이터로서, 유압(油壓) 실린더가 사용된다. 유압의 구동원으로서는, 작동유를 토출(吐出)하는 유압 펌프가 사용된다. 유압 실린더를 구동시키기 위한 유압 펌프를 복수 구비한 작업 기계가 있다. 특허 문헌 1에는, 제1 유압 펌프로부터 토출된 작동유와 제2 유압 펌프로부터 토출된 작동유와의 합류 및 분류를 전환하는 합류 밸브를 구비하는 유압 회로가 기재되어 있다.
국제 공개 제2006/123704호
작업기를 구동시키는 유압 실린더에는, 고압의 작동유가 필요한 유압 실린더와 작동유의 압력은 저압이지만 큰 유량(流量)이 필요한 유압 실린더가 있다. 2가지의 유압 펌프로부터 토출된 작동유를 합류시키는 경우, 고압의 작동유가 필요한 유압 실린더에 맞추어 작동유의 압력이 설정되므로, 큰 유량이 필요한 유압 실린더에 공급되는 작동유는, 압력을 저하시킬 필요가 있다. 작동유의 압력을 저하시킬 때, 압력 손실이 발생한다. 그러므로, 2개의 유압 펌프로부터 토출된 작동유를 분리하는 동시에, 한쪽의 유압 펌프로부터는 고압의 작동유가 필요한 유압 실린더에 작동유를 공급하고, 다른 쪽의 유압 펌프로부터는 큰 유량이 필요한 유압 실린더에 작동유를 공급하는 쪽이 바람직하다.
본 발명의 태양(態樣)은, 복수의 유압 펌프로부터 액추에이터에 작동유를 공급하는 경우, 복수의 유압 펌프로부터 토출되는 작동유를 분리하여 액추에이터에 공급할 수 있는 시간을 확대하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 복수의 요소(要素)를 포함하는 작업기 및 복수의 상기 요소를 구동시키는 복수의 액추에이터를 구비하는 작업 기계를 제어하기 위한 제어 시스템에 있어서, 복수의 상기 액추에이터 중 하나 이상에 작동유를 공급하는 제1 유압 펌프 및 제2 유압 펌프와, 상기 작업기의 조작 상태에 기초하여 각각의 상기 액추에이터에 배분되는 작동유의 배분 유량을 구하고, 얻어진 상기 배분 유량에 기초하여, 상기 제1 유압 펌프 및 상기 제2 유압 펌프의 양쪽으로부터 공급되는 상기 작동유를 복수의 상기 액추에이터에 공급하는 제1 상태와, 상기 제1 유압 펌프로부터 상기 작동유가 공급되는 상기 액추에이터와 상기 제2 유압 펌프로부터 상기 작동유가 공급되는 상기 액추에이터가 상이한 제2 상태를 전환하는 제어 장치를 포함하는 제어 시스템이 제공된다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 제1 태양에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 작업기의 조작 상태와, 상기 액추에이터의 부하에 기초하여 상기 배분 유량을 구하는 제어 시스템이 제공된다.
본 발명의 제3 태양에 따르면, 제1 태양 또는 제2 태양에 있어서, 상기 제1 유압 펌프와 상기 제2 유압 펌프를 접속하는 통로와, 상기 통로에 설치되어, 상기 통로를 개폐하는 개폐 장치를 가지고, 상기 통로가 폐쇄된 상태에 있어서, 상기 제1 유압 펌프는, 1개 이상의 상기 액추에이터가 속하는 제1 액추에이터군에 작동유를 공급하고, 상기 제2 유압 펌프는, 상기 제1 액추에이터군에 속하는 상기 액추에이터와는 상이한, 1개 이상의 상기 액추에이터가 속하는 제2 액추에이터군에 작동유를 공급하고, 상기 제어 장치는, 상기 배분 유량에 기초하여 상기 개폐 장치를 동작시킴으로써, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태를 전환하는 제어 시스템이 제공된다.
본 발명의 제4 태양에 따르면, 상기 제어 장치는, 제3 태양에 있어서, 상기 배분 유량과, 상기 제1 유압 펌프가 1대로 공급할 수 있는 작동유의 유량 및 상기 제2 유압 펌프가 1대로 공급할 수 있는 작동유의 유량에 기초하여 정해진 임계값을 비교한 결과에 기초하여, 상기 개폐 장치를 동작시키는 제어 시스템이 제공된다.
본 발명의 제5 태양에 따르면, 상기 제어 장치는, 제3 태양 또는 제4 태양에 있어서, 얻어진 상기 배분 유량이 시간의 진행과 함께 증가하는 경우, 얻어진 상기 배분 유량의 시간에 대한 증가량을 작게 한 수정 배분 유량을 사용하여, 상기 개폐 장치를 동작시키는 제어 시스템이 제공된다.
본 발명의 제6 태양에 따르면, 제5 태양에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 개폐 장치를 동작시킬 것인지의 여부를 결정할 때, 상기 조작 상태에 따라 상기 수정 배분 유량을 사용하거나 또는 상기 배분 유량을 사용할 것인지를 전환하는 제어 시스템이 제공된다.
본 발명의 제8 태양에 따르면, 제3 태양 내지 제6 태양 중 어느 하나에 있어서, 복수의 상기 요소는, 버킷, 상기 버킷과 연결되는 암, 및 상기 암과 연결되는 붐이며, 복수의 상기 액추에이터는, 상기 버킷을 동작시키는 버킷 실린더, 상기 암을 동작시키는 암 실린더, 및 상기 붐을 동작시키는 붐 실린더를 가지고, 상기 제1 액추에이터군에는 상기 버킷 실린더 및 상기 암 실린더가 속하고, 상기 제2 액추에이터군에는 상기 붐 실린더가 속하는 제어 시스템이 제공된다.
본 발명의 제8 태양에 따르면, 제3 태양 내지 제7 태양 중 어느 하나에 있어서, 상기 작업 기계는, 상기 작업기를 지지하는 선회체(旋回體)를 가지고, 상기 선회체는, 상기 제1 액추에이터군 및 상기 제2 액추에이터군에 속하지 않는 액추에이터에 의해 구동되는 제어 시스템이 제공된다.
본 발명의 제9 태양에 따르면, 제3 태양 내지 제6 태양 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 액추에이터군에 속하는 상기 액추에이터의 최대 부하압을 검출하는 제1 검출기와, 상기 제1 검출기에 의해 검출된 최대 부하압을, 상기 제1 유압 펌프를 동작시키는 제1 유압 펌프 제어 장치로 인도하는 제1 오일 통로(oil passage)와, 상기 제2 액추에이터군에 속하는 상기 액추에이터의 최대 부하압을 검출하는 제2 검출기와, 상기 제2 검출기에 의해 검출된 최대 부하압을, 상기 제2 유압 펌프를 동작시키는 제2 유압 펌프 제어 장치로 인도하는 제2 오일 통로와, 상기 제1 검출기와 상기 제2 검출기와의 접속 또는 차단을 전환하는 동시에, 상기 제1 오일 통로와 상기 제2 오일 통로와의 접속 또는 차단을 전환하는 전환 밸브를 가지고, 상기 전환 밸브는, 접속과 차단과의 중간의 상태에 있어서, 상기 제1 부하 검출기와 상기 제1 오일 통로를 스로틀이 설치되지 않는 상태로 접속하고, 상기 제1 검출기와 상기 제2 검출기를 스로틀이 설치된 상태로 접속하고, 상기 제1 오일 통로와 상기 제2 오일 통로를 스로틀이 설치된 상태로 접속하는 제어 시스템이 제공된다.
본 발명의 제10 태양에 따르면, 제9 태양에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 전환 밸브를 상기 비접속 상태로부터 상기 중간의 상태로 전환한 후, 상기 중간 상태를 유지하고, 상기 제1 유압 펌프가 토출하는 작동유의 압력과, 상기 제2 유압 펌프가 토출하는 작동유의 압력과의 차압(差壓)이 미리 정해진 임계값 이하로 되었을 경우에 상기 중간의 상태에서의 유지를 종료하여, 상기 접속 상태로 하고, 상기 전환 밸브가 상기 접속 상태로 된 후에 상기 개폐 장치를 개방하는, 제어 시스템이 제공된다.
본 발명의 제11 태양에 따르면, 제1 태양 내지 제10 태양 중 어느 하나에 관한 제어 시스템을 가지는 작업 기계가 제공된다.
본 발명의 제12 태양에 따르면, 작업기를 구성하는 복수의 요소를 구동시키는 복수의 액추에이터 중 하나 이상에 상기 작동유를 공급하는 제1 유압 펌프 및 제2 유압 펌프를 포함하는 작업 기계를 제어하는데 있어서, 상기 작업기의 조작 상태에 기초하여 각각의 상기 액추에이터에 배분되는 작동유의 배분 유량을 구하는 것과, 얻어진 상기 배분 유량에 기초하여, 상기 제1 유압 펌프 및 상기 제2 유압 펌프의 양쪽으로부터 공급되는 상기 작동유를 복수의 상기 액추에이터에 공급하는 제1 상태와, 상기 제1 유압 펌프로부터 상기 작동유가 공급되는 상기 액추에이터와 상기 제2 유압 펌프로부터 상기 작동유가 공급되는 상기 액추에이터가 상이한 제2 상태를 전환하는 것을 포함하는 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 태양에 의하면, 복수의 유압 펌프로부터 액추에이터에 작동유를 공급하는 경우, 복수의 유압 펌프로부터 토출되는 작동유를 분리하여 액추에이터에 공급할 수 있는 시간을 확대할 수 있다.
도 1은 실시형태에 관한 작업 기계의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 2는 실시형태에 관한 유압 셔블의 구동 장치를 포함하는 제어 시스템을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 실시형태에 관한 구동 장치의 유압 회로를 나타낸 도면이다.
도 4는 비교예에 있어서, 유압 펌프의 토출 압력 및 최대 LS압과, 유압 펌프 및 유압 실린더의 유량이 시간의 경과와 함께 변화하는 일례를 나타낸 도면이다.
도 5는 비교예에 관한 제2 합분류(合分流) 밸브(68c)를 나타낸 도면이다.
도 6은 실시형태에 있어서, 유압 펌프의 토출 압력 및 최대 LS압과, 유압 펌프 및 유압 실린더의 유량이 시간의 경과와 함께 변화하는 일례를 나타낸 도면이다.
도 7은 실시형태에 관한 펌프 컨트롤러의 기능 블록도이다.
도 8은 유압 펌프 및 유압 실린더의 유량, 유압 펌프의 토출 압력 및 레버 스트로크가 시간의 경과와 함께 변화하는 일례를 나타낸 도면이다.
도 9는 실시형태에 관한 제어 방법의 일례를 나타낸 플로우차트이다.
도 10은 배분 유량, 수정 배분 유량 및 유압 실린더에 공급되는 작동유의 유량의 참값(true value)의 시간에 대한 변화의 일례를 나타낸 도면이다.
도 11은 배분 유량, 수정 배분 유량 및 유압 실린더에 공급되는 작동유의 유량의 참값의 시간에 대한 변화의 일례를 나타낸 도면이다.
본 발명을 실시하기 위한 형태(실시형태)에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
[작업 기계]
도 1은, 실시형태에 관한 작업 기계(100)의 일례를 나타낸 사시도이다. 실시형태에 있어서는, 작업 기계(100)가 하이브리드 방식의 유압 셔블인 예에 대하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 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 지지하는 선회체인 상부 선회체(2)와, 상부 선회체(2)를 지지하는 하부 주행체(3)와, 유압 셔블(100)을 구동시키는 구동 장치(4)와, 작업기(1)를 조작하기 위한 조작 장치(5)를 구비한다.
상부 선회체(2)는, 오퍼레이터가 탑승하는 운전실(6)과, 기계실(7)을 가진다. 오퍼레이터가 착석하는 운전석(6S)이 운전실(6)에 설치된다. 기계실(7)은, 운전실(6)의 후방에 배치된다. 엔진 및 유압 펌프 등을 포함하는 구동 장치(4) 중 적어도 일부는, 기계실(7)에 배치된다. 하부 주행체(3)는, 한 쌍의 크롤러(crawlers)(8)를 가진다. 크롤러(8)의 회전에 의해, 유압 셔블(100)이 주행한다. 그리고, 부 주행체(3)가 차륜(타이어)이라도 된다.
작업기(1)는, 상부 선회체(2)에 지지된다. 작업기(1)는, 복수의 요소를 포함한다. 복수의 요소는, 작업기를 구성하는 구조체이다. 실시형태에 있어서, 작업기(1)가 가지는 복수의 요소는, 버킷(11), 버킷(11)에 연결되는 암(12), 및 암(12)에 연결되는 붐(13)이다. 버킷(11)과 암(12)은 버킷 핀(bucket pin)을 통하여 연결된다. 버킷(11)은, 회전축 AX1을 중심으로 회전 가능하도록 암(12)에 지지된다. 암(12)과 붐(13)은 암 핀(arm pin)을 통하여 연결된다. 암(12)은, 회전축 AX2를 중심으로 회전 가능하도록 붐(13)에 지지된다. 붐(13)과 상부 선회체(2)는 붐 핀(boom pin)을 통하여 연결된다. 붐(13)은, 회전축(AX3)를 중심으로 회전 가능하도록 상부 선회체(2)에 지지된다. 상부 선회체(2)는, 선회축(RX)를 중심으로 회전 가능하도록, 하부 주행체피(3)에 의해 지지된다.
회전축(AX3)과, 선회축(RX)과 평행한 축은 직교한다. 이하의 설명에 있어서는, 회전축(AX3)의 축 방향을 적절히, 상부 선회체(2)의 차폭 방향이라고 하고, 회전축(AX3) 및 선회축(RX)의 양쪽과 직교하는 방향을 적절히, 상부 선회체(2)의 전후 방향이라고 한다. 선회축(RX)을 기준으로 하여 작업기(1)가 존재하는 방향이 전방향(前方向)이다. 선회축(RX)을 기준으로 하여 기계실(7)이 존재하는 방향이 후방향이다.
구동 장치(4)는, 작업기(1)를 작동시키는 유압 실린더(20)와, 상부 선회체(2)를 선회(旋回)시키는 동력을 발생하는 전동 선회 모터(25)를 가진다. 유압 실린더(20)는, 작동유에 의해 구동된다. 유압 실린더(20)는, 버킷(11)을 작동하는 버킷 실린더(21)와, 암(12)을 작동하는 암 실린더(22)와, 붐(13)을 작동하는 붐 실린더(23)를 포함한다. 상부 선회체(2)는, 하부 주행체(3)에 지지된 상태로, 전동 선회 모터(25)가 발생하는 동력에 의해 선회축(RX)를 중심으로 선회할 수 있다.
조작 장치(5)는, 운전실(6)에 배치된다. 조작 장치(5)는, 유압 셔블(100)의 오퍼레이터에 의해되는 조작 부재를 포함한다. 조작 부재는, 조작 레버 또는 죠이스틱을 포함한다. 조작 장치(5)가 조작됨으로써, 작업기(1)가 조작된다.
[제어 시스템]
도 2는, 실시형태에 관한 유압 셔블(100)의 구동 장치(4)를 포함하는 제어 시스템(9)을 모식적으로 나타낸 도면이다. 제어 시스템(9)은, 작업기(1) 및 작업기(1)를 구동시키는 복수의 액추에이터를 구비하는 유압 셔블(100)을 제어하기 위한 시스템이다. 복수의 액추에이터는, 복수의 유압 실린더(20), 상세하게는 버킷 실린더(21), 암 실린더(22) 및 붐 실린더(23)이다. 작업기(1)가 다르면, 복수의 액추에이터도 다르다. 실시형태에 있어서, 작업기(1)를 구동시키는 복수의 액추에이터는, 작동유에 의해 구동되는 유압식의 액추에이터이다. 작업기(1)를 구동시키는 복수의 액추에이터는, 유압식의 액추에이터이면 되고, 유압 실린더(20)에 한정되지는 않는다. 복수의 액추에이터는, 예를 들면, 유압 모터라도 된다.
구동 장치(4)는, 구동원인 엔진(26)과, 발전 전동기(27)와, 작동유를 토출하는 유압 펌프(30)를 가진다. 엔진(26)은, 예를 들면, 디젤 엔진이다. 발전 전동기(27)는, 예를 들면, 스위치드(switched) 릴럭턴스(reluctance) 모터이다. 그리고, 발전 전동기(27)는, PM(Permanent Magnet) 모터라도 된다. 유압 펌프(30)는, 가변(可變) 용량형 유압 펌프이다. 실시형태에 있어서, 유압 펌프(30)는, 경사판식 유압 펌프이다. 유압 펌프(30)는, 제1 유압 펌프(31)와 제2 유압 펌프(32)를 포함한다. 엔진(26)의 출력축은, 발전 전동기(27) 및 유압 펌프(30)와 기계적으로 결합된다. 엔진(26)이 구동함으로써, 발전 전동기(27) 및 유압 펌프(30)가 작동한다. 그리고, 발전 전동기(27)는, 엔진(26)의 출력축에 기계적으로 직결되어도 되고, PTO(Power Take Off)와 같은 동력 전달 기구(機構)를 통하여 엔진(26)의 출력축에 접속되어도 된다.
구동 장치(4)는, 유압 구동 시스템과 전동 구동 시스템을 포함한다. 유압 구동 시스템은, 유압 펌프(30)와, 유압 펌프(30)로부터 토출된 작동유가 흐르는 유압 회로(40)와, 유압 회로(40)를 통하여 공급된 작동유에 의해 작동하는 유압 실린더(20)와, 주행 모터(24)를 가진다. 주행 모터(24)는, 예를 들면, 유압 펌프(30)로부터 토출되는 작동유에 의해 구동되는 유압 모터이다.
전동 구동 시스템은, 발전 전동기(27)와, 축전기(14)와, 변압기(14C)와, 제1 인버터(15G)와, 제2 인버터(15R)와, 전동 선회 모터(25)를 가진다. 엔진(26)이 구동되면, 발전 전동기(27)의 로터축(rotor shaft)이 회전한다. 이로써, 발전 전동기(27)는 발전 가능해진다. 축전기(14)는, 예를 들면, 전기 이중층 축전기이다.
하이브리드 컨트롤러(17)는, 변압기(14C)와 제1 인버터(15G) 및 제2 인버터(15R)와의 사이에서 직류 전력을 수수(授受)시키고, 또한 변압기(14C)와 축전기(14)와의 사이에서 직류 전력을 수수시킨다. 전동 선회 모터(25)는, 발전 전동기(27) 또는 축전기(14)로부터 공급된 전력에 기초하여 동작하고, 상부 선회체(2)를 선회시키는 동력을 발생한다. 전동 선회 모터(25)는, 예를 들면, 매립하고 자석 동기(同期) 전동 선회 모터이다. 전동 선회 모터(25)에 회전 센서(16)가 설치된다. 회전 센서(16)는, 예를 들면, 리졸버(resolver) 또는 로터리 인코더이다. 회전 센서(16)는, 전동 선회 모터(25)의 회전 각도 또는 회전 속도를 검출한다.
실시형태에 있어서, 전동 선회 모터(25)는, 감속 시에 있어서 회생 에너지를 발생한다. 축전기(14)는, 전동 선회 모터(25)가 발생한 회생 에너지(전기 에너지)에 의해 충전된다. 그리고, 축전기(14)는, 먼저 올린 전기 이중층 축전기가 아니고, 니켈 수소 전지 또는 리튬 이온 전지와 같은 2차 전지라도 된다.
구동 장치(4)는, 운전실(6)에 설치된 조작 장치(5)의 조작에 기초하여 동작한다. 조작 장치(5)의 조작량은, 조작량 검출부(28)에 의해 검출된다. 조작량 검출부(28)는, 압력 센서를 포함한다. 조작 장치(5)의 조작량에 따라 발생하는 파일럿 유압이 조작량 검출부(28)에 검출된다. 조작량 검출부(28)는, 압력 센서의 검출 신호를 조작 장치(5)의 조작량으로 환산한다. 그리고, 조작량 검출부(28)는 포텐셔미터(potentiometer)와 같은 전기적 센서를 포함해도 된다. 조작 장치(5)가 전기식 레버를 포함하는 경우, 조작 장치(5)의 조작량에 따라 발생하는 전기 신호가 조작량 검출부(28)에 의해 검출된다.
운전실(6)에는, 스로틀 다이얼(33)이 설치된다. 스로틀 다이얼(33)은, 엔진(26)에 대한 연료 공급량을 설정하기 위한 조작부이다.
제어 시스템(9)은, 하이브리드 컨트롤러(17)와, 엔진(26)을 제어하는 엔진 컨트롤러(18)와, 유압 펌프(30)를 제어하는 펌프 컨트롤러(19)를 포함한다. 하이브리드 컨트롤러(17), 엔진 컨트롤러(18), 및 펌프 컨트롤러(19)는, 컴퓨터 시스템을 포함한다. 하이브리드 컨트롤러(17), 엔진 컨트롤러(18), 및 펌프 컨트롤러(19)는 각각, CPU(Central Processing Unit)와 같은 프로세서와, ROM(Read Only Memory) 또는 RAM(Random Access Memory)과 같은 기억 장치와, 입출력 인터페이스 장치를 가진다. 그리고, 하이브리드 컨트롤러(17), 엔진 컨트롤러(18), 및 펌프 컨트롤러(19)는 1개의 컨트롤러에 통합되어 있어도 된다.
하이브리드 컨트롤러(17)는, 발전 전동기(27), 전동 선회 모터(25), 축전기(14), 제1 인버터(15G) 및 제2 인버터(15R)의 각각에 설치된 온도 센서의 검출 신호에 기초하여, 발전 전동기(27), 전동 선회 모터(25), 축전기(14), 제1 인버터(15G) 및 제2 인버터(15R)의 온도를 조정한다. 하이브리드 컨트롤러(17)는, 축전기(14)의 충방전 제어, 발전 전동기(27)의 발전 제어, 및 발전 전동기(27)에 의한 엔진(26)의 어시스트 제어를 행한다. 하이브리드 컨트롤러(17)는, 회전 센서(16)의 검출 신호에 기초하여, 전동 선회 모터(25)를 제어한다.
엔진 컨트롤러(18)는, 스로틀 다이얼(33)의 설정값에 기초하여 지령 신호를 생성하고, 엔진(26)에 설치된 코먼 레일 제어부(29)에 출력한다. 코먼 레일 제어부(29)는, 엔진 컨트롤러(18)로부터 송신된 지령 신호에 기초하여, 엔진(26)에 대한 연료 분사량을 조정한다.
펌프 컨트롤러(19)는, 엔진 컨트롤러(18), 하이브리드 컨트롤러(17) 및 조작량 검출부(28) 중 1개 이상으로부터 송신된 지령 신호에 기초하여, 유압 펌프(30)로부터 토출되는 작동유의 유량을 조정하기 위한 지령 신호를 생성한다. 실시형태에 있어서, 구동 장치(4)는, 2대의 유압 펌프(30), 즉 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)를 가진다. 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)는, 엔진(26)에 의해 구동된다.
펌프 컨트롤러(19)는, 유압 펌프(30)의 경사판(30A)의 경전(傾轉) 각도인 경전 각도를 제어하여, 유압 펌프(30)로부터의 작동유의 공급량을 조정한다. 유압 펌프(30)에는, 유압 펌프(30)의 경사판각을 검출하는 경사판각 센서(30S)가 설치되어 있다. 경사판각 센서(30S)는, 제1 유압 펌프(31)의 경사판(31A)의 경전 각도를 검출하는 경사판각 센서(31S)와, 제2 유압 펌프(32)의 경사판(32A)의 경전 각도를 검출하는 경사판각 센서(32S)를 포함한다. 경사판각 센서(30S)의 검출 신호는, 펌프 컨트롤러(19)에 출력된다.
펌프 컨트롤러(19)는, 경사판각 센서(30S)의 검출 신호에 기초하여, 유압 펌프(30)의 펌프 용량(cc/rev)을 산출한다. 유압 펌프(30)에는, 경사판(30A)을 구동시키는 서보 기구가 설치되어 있다. 펌프 컨트롤러(19)는, 서보 기구를 제어하여, 경사판각을 조정한다. 유압 회로(40)에는, 유압 펌프(30)의 펌프 토출 압력을 검출하기 위한 펌프압 센서가 설치되어 있다. 펌프압 센서의 검출 신호는, 펌프 컨트롤러(19)에 출력된다. 실시형태에 있어서, 엔진 컨트롤러(18)와 펌프 컨트롤러(19)는, CAN(Controller Area Network)와 같은 차내 LAN(Local Area Network)에 의해 접속된다. 차내 LAN에 의해, 엔진 컨트롤러(18)와 펌프 컨트롤러(19)는, 서로 데이터를 주고받을 수 있다. 펌프 컨트롤러(19)는, 유압 회로(40)에 설치되는 각 센서의 검출값을 취득하고, 유압 펌프(30) 등을 제어하기 위한 제어 지령을 출력한다. 펌프 컨트롤러(19)가 실행하는 제어의 자세한 것은 후술한다.
[유압 회로(40)]
도 3은, 실시형태에 관한 구동 장치(4)의 유압 회로(40)를 나타낸 도면이다. 구동 장치(4)는, 버킷 실린더(21)와, 암 실린더(22)와, 붐 실린더(23)와, 버킷 실린더(21) 및 암 실린더(22)에 공급되는 작동유를 토출하는 제1 유압 펌프(31)와, 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유를 토출하는 제2 유압 펌프(32)를 구비한다.
유압 회로(40)는, 제1 유압 펌프(31)와 접속되는 제1 펌프 유로(pump passage)(41)와, 제2 유압 펌프(32)와 접속되는 제2 펌프 유로(42)를 가진다. 유압 회로(40)는, 제1 펌프 유로(41)와 접속되는 제1 공급 유로(43) 및 제2 공급 유로(44)와, 제2 펌프 유로(42)와 접속되는 제3 공급 유로(45) 및 제4 공급 유로(46)를 가진다.
제1 펌프 유로(41)는, 제1 분기부(P1)에 있어서, 제1 공급 유로(43)와 제2 공급 유로(44)로 분기(分岐)된다. 제2 펌프 유로(42)는, 제4 분기부(P4)에 있어서, 제3 공급 유로(45)와 제4 공급 유로(46)로 분기된다.
유압 회로(40)는, 제1 공급 유로(43)와 접속되는 제1 분기 유로(47) 및 제2 분기 유로(48)과, 제2 공급 유로(44)와 접속되는 제3 분기 유로(49) 및 제4 분기 유로(50)를 가진다. 제1 공급 유로(43)는, 제2 분기부(P2)에 있어서, 제1 분기 유로(47)와 제2 분기 유로(48)로 분기된다. 제2 공급 유로(44)는, 제3 분기부(P3)에 있어서, 제3 분기 유로(49)와 제4 분기 유로(50)로 분기된다. 유압 회로(40)는, 제3 공급 유로(45)와 접속되는 제5 분기 유로(51)와, 제4 공급 유로(46)와 접속되는 제6 분기 유로(52)를 가진다.
유압 회로(40)는, 제1 분기 유로(47) 및 제3 분기 유로(49)와 접속되는 제1 주조작(主操作) 밸브(61)와, 제2 분기 유로(48) 및 제4 분기 유로(50)와 접속되는 제2 주조작 밸브(62)와, 제5 분기 유로(51) 및 제6 분기 유로(52)와 접속되는 제3 주조작 밸브(63)를 가진다.
유압 회로(40)는, 제1 주조작 밸브(61)와 버킷 실린더(21)의 캡측 공간(21C)을 접속하는 제1 버킷 유로(21A)와, 제1 주조작 밸브(61)와 버킷 실린더(21)의 로드측 공간(21L)을 접속하는 제2 버킷 유로(21B)를 가진다. 유압 회로(40)는, 제2 주조작 밸브(62)와 암 실린더(22)의 로드측 공간(22L)을 접속하는 제1 암 유로(22A)와, 제2 주조작 밸브(62)와 암 실린더(22)의 캡측 공간(22C)을 접속하는 제2 암 유로(22B)를 가진다. 유압 회로(40)는, 제3 주조작 밸브(63)와 붐 실린더(23)의 캡측 공간(23C)을 접속하는 제1 붐 유로(23A)와, 제3 주조작 밸브(63)와 붐 실린더(23)의 로드측 공간(23L)을 접속하는 제2 붐 유로(23B)을 가진다.
유압 실린더(20)의 캡측 공간이란, 실린더 헤드 커버와 피스톤과의 사이의 공간이다. 유압 실린더(20)의 로드측 공간이란, 피스톤 로드가 배치되는 공간이다. 버킷 실린더(21)의 캡측 공간(21C)에 작동유가 공급되고, 버킷 실린더(21)가 신장되는 것에 의해, 버킷(11)은 굴삭 동작한다. 버킷 실린더(21)의 로드측 공간(21L)에 작동유가 공급되고, 버킷 실린더(21)가 축퇴(縮退)함으로써, 버킷(11)은 덤프 동작한다.
암 실린더(22)의 캡측 공간(22C)에 작동유가 공급되고, 암 실린더(22)가 신장되는 것에 의해, 암(12)은 굴삭 동작한다. 암 실린더(22)의 로드측 공간(22L)에 작동유가 공급되고, 암 실린더(22)가 축퇴함으로써, 암(12)은 덤프 동작한다.
붐 실린더(23)의 캡측 공간(23C)에 작동유가 공급되고, 붐 실린더(23)가 신장되는 것에 의해, 붐(13)은 상승 동작한다. 붐 실린더(23)의 로드측 공간(23L)에 작동유가 공급되고, 붐 실린더(23)가 축퇴함으로써, 붐(13)은 하강 동작한다.
조작 장치(5)의 조작에 의해, 작업기(1)가 동작한다. 실시형태에 있어서, 조작 장치(5)는, 운전석(6S)에 착석한 오퍼레이터의 우측에 배치되는 우측 조작 레버(5R)와, 좌측에 배치되는 좌측 조작 레버(5L)를 포함한다. 우측 조작 레버(5R)가 전후 방향으로 동작되면, 붐(13)은 하강 동작 또는 상승 동작한다. 우측 조작 레버(5R)가 좌우 방향(차폭 방향)으로 동작되면, 버킷(11)은 굴삭 동작 또는 덤프 동작한다. 좌측 조작 레버(5L)가 전후 방향으로 동작되면, 암(12)은 덤프 동작 또는 굴삭 동작한다. 좌측 조작 레버(5L)가 좌우 방향으로 작동되면, 상부 선회체(2)는 좌측 선회 또는 우측 선회한다. 좌측 조작 레버(5L)가 전후 방향으로 동작되었을 경우에 상부 선회체(2)가 우측 선회 또는 좌측 선회하고, 좌측 조작 레버(5L)가 좌우 방향으로 동작되었을 경우에 암(12)이 덤프 동작 또는 굴삭 동작해도 된다.
제1 유압 펌프(31)의 경사판(31A)은, 서보 기구(31B)에 의해 구동된다. 서보 기구(31B)는, 펌프 컨트롤러(19)로부터의 지령 신호에 기초하여 작동하여, 제1 유압 펌프(31)의 경사판(31A)의 경전 각도를 조정한다. 제1 유압 펌프(31)의 경사판(31A)의 경전 각도가 조정되는 것에 의해, 제1 유압 펌프(31)의 펌프 용량(cc/rev)이 조정된다. 마찬가지로, 제2 유압 펌프(32)의 경사판(32A)은, 서보 기구(32B)에 의해 구동된다. 제2 유압 펌프(32)의 경사판(32A)의 경전 각도가 조정되는 것에 의해, 제2 유압 펌프(32)의 펌프 용량(cc/rev)이 조정된다.
제1 주조작 밸브(61)는, 제1 유압 펌프(31)로부터 버킷 실린더(21)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량을 조정하는 방향 제어 밸브이다. 제2 주조작 밸브(62)는, 제1 유압 펌프(31)로부터 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량을 조정하는 방향 제어 밸브이다. 제3 주조작 밸브(63)는, 제2 유압 펌프(32)로부터 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량을 조정하는 방향 제어 밸브이다.
제1 주조작 밸브(61)는, 슬라이딩 스풀(spool) 방식의 방향 제어 밸브이다. 제1 주조작 밸브(61)의 스풀은, 버킷 실린더(21)에 대한 작동유의 공급을 정지하여 버킷 실린더(21)를 정지시키는 정지(停止) 위치 PT0와, 캡측 공간(21C)에 작동유가 공급되도록 제1 분기 유로(47)와 제1 버킷 유로(21A)를 접속하여 버킷 실린더(21)를 신장시키는 제1 위치 PT1과, 로드측 공간(21L)에 작동유가 공급되도록 제3 분기 유로(49)와 제2 버킷 유로(21B)를 접속하여 버킷 실린더(21)를 축퇴시키는 제2 위치 PT2를 이동할 수 있다. 버킷 실린더(21)가 정지 상태, 신장(伸長) 상태, 및 축퇴 상태 중 적어도 하나로 되도록, 제1 주조작 밸브(61)가 조작된다.
제2 주조작 밸브(62)는, 제1 주조작 밸브(61)와 동등한 구조이다. 제2 주조작 밸브(62)의 스풀은, 암 실린더(22)에 대한 작동유의 공급을 정지하여 암 실린더(22)를 정지시키는 정지 위치와, 캡측 공간(22C)에 작동유가 공급되도록 제4 분기 유로(50)와 제2 암 유로(22B)를 접속하여 암 실린더(22)를 신장시키는 제2 위치와, 로드측 공간(22L)에 작동유가 공급되도록 제2 분기 유로(48)와 제1 암 유로(22A)를 접속하여 암 실린더(22)를 축퇴시키는 제1 위치를 이동할 수 있다. 암 실린더(22)가 정지 상태, 신장 상태, 및 축퇴 상태 중 적어도 하나로 되도록, 제2 주조작 밸브(62)가 조작된다.
제3 주조작 밸브(63)는, 제1 주조작 밸브(61)와 동등한 구조이다. 제3 주조작 밸브(63)의 스풀은, 붐 실린더(23)에 대한 작동유의 공급을 정지하여 붐 실린더(23)를 정지시키는 정지 위치와, 캡측 공간(23C)에 작동유가 공급되도록 제5 분기 유로(51)와 제1 붐 유로(23A)를 접속하여 붐 실린더(23)를 신장시키는 제1 위치와, 로드측 공간(23L)에 작동유가 공급되도록 제6 분기 유로(52)와 제2 붐 유로(23B)를 접속하여 붐 실린더(23)를 축퇴시키는 제2 위치를 이동할 수 있다. 붐 실린더(23)가 정지 상태, 신장 상태, 및 축퇴 상태 중 적어도 하나로 되도록, 제3 주조작 밸브(63)가 조작된다.
제1 주조작 밸브(61)는, 조작 장치(5)에 의해 조작된다. 조작 장치(5)가 조작되는 것에 의해 파일럿 유압이 제1 주조작 밸브(61)에 작용하고, 제1 주조작 밸브(61)로부터 버킷 실린더(21)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량이 결정된다. 버킷 실린더(21)에 공급되는 작동유의 방향에 대응하는 이동 방향으로 버킷 실린더(21)가 동작하고, 버킷 실린더(21)에 공급되는 작동유의 유량에 대응하는 실린더 속도로 버킷 실린더(21)가 동작한다.
마찬가지로, 제2 주조작 밸브(62)는, 조작 장치(5)에 의해 조작된다. 조작 장치(5)가 조작되는 것에 의해, 제2 주조작 밸브(62)로부터 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량이 결정된다. 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 방향에 대응하는 이동 방향으로 암 실린더(22)가 동작하고, 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 유량에 대응하는 실린더 속도로 암 실린더(22)가 동작한다.
마찬가지로, 제3 주조작 밸브(63)는, 조작 장치(5)에 의해 조작된다. 조작 장치(5)가 조작되는 것에 의해, 제3 주조작 밸브(63)로부터 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량이 결정된다. 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 방향에 대응하는 이동 방향으로 붐 실린더(23)가 작동하고, 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 유량에 대응하는 실린더 속도로 붐 실린더(23)가 동작한다.
버킷 실린더(21)가 동작함으로써, 버킷 실린더(21)의 이동 방향 및 실린더 속도에 기초하여 버킷(11)이 구동된다. 암 실린더(22)가 작동함으로써, 암 실린더(22)의 이동 방향 및 실린더 속도에 기초하여 암(12)이 구동된다. 붐 실린더(23)가 동작함으로써, 붐 실린더(23)의 이동 방향 및 실린더 속도에 기초하여 붐(13)이 구동된다.
버킷 실린더(21), 암 실린더(22), 및 붐 실린더(23)로부터 배출된 작동유는, 배출 유로(53)를 통하여, 탱크(54)로 배출된다.
제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)는, 합류 유로(55)에 의해 접속된다. 합류 유로(55)는, 제1 유압 펌프(31)와 제2 유압 펌프(32)를 접속하는 통로이다. 상세하게는, 합류 유로(55)는, 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)를 통하여 제1 유압 펌프(31)와 제2 유압 펌프(32)를 접속한다.
합류 유로(55)에는, 제1 합분류 밸브분이 설치된다. 제1 합분류 밸브(67)는, 합류 유로(55)에 설치되어, 합류 유로(55)를 개폐하는 개폐 장치이다. 제1 합분류 밸브(67)는, 합류 유로(55)를 개폐함으로써, 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)가 접속되는 합류 상태와, 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)가 분리되는 분류 상태를 전환한다. 실시형태에 있어서, 제1 합분류 밸브(67)는, 전환 밸브가 사용되지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
합류 상태란, 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)가 합류 유로(55)를 통하여 접속되고, 제1 펌프 유로(41)으로부터 토출된 작동유와 제2 펌프 유로(42)로부터 토출된 작동유가 합분류 밸브에 있어서 합류하는 상태를 말한다. 합류 상태는, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)의 양쪽으로부터 공급되는 작동유를 복수의 액추에이터, 즉 버킷 실린더(21), 암 실린더(22) 및 붐 실린더(23)에 공급하는 제1 상태이다.
분류 상태란, 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)를 접속하는 합류 유로(55)가 합분류 밸브에 의해 분리되고, 제1 펌프 유로(41)로부터 토출된 작동유와 제2 펌프 유로(42)로부터 토출된 작동유가 분리된 상태를 말한다. 분류 상태는, 제1 유압 펌프(31)로부터 작동유가 공급되는 액추에이터와 제2 유압 펌프(32)로부터 작동유가 공급되는 액추에이터가 상이한 제2 상태이다. 실시형태에서는, 분류 상태에 있어서는, 제1 유압 펌프(31)로부터 작동유가 버킷 실린더(21) 및 암 실린더(22)에 공급되고, 제2 유압 펌프(32)로부터 작동유가 붐 실린더(23)에 공급된다.
제1 합분류 밸브(67)의 스풀은, 합류 유로(55)를 개로(開路)하여 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)를 접속하는 합류 위치와, 합류 유로(55)를 폐로(閉路)하여 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)를 분리하는 분류 위치를 이동할 수 있다. 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)가 합류 상태 및 분류 상태 중 어느 한쪽으로 되도록, 제1 합분류 밸브(67)가 제어된다.
제1 합분류 밸브(67)가 밸브 폐쇄 상태로 되면, 합류 유로(55)가 폐쇄된다. 합류 유로(55)가 폐쇄된 상태에 있어서, 제1 유압 펌프(31)는, 1개 이상의 액추에이터가 속하는 제1 액추에이터군에 작동유를 공급하고, 제2 유압 펌프(32)는, 제1 액추에이터군에 속하는 액추에이터와는 상이한, 1개 이상의 액추에이터가 속하는 제2 액추에이터군에 작동유를 공급한다. 실시형태에 있어서, 제1 액추에이터군에는, 버킷 실린더(21), 암 실린더(22) 및 붐 실린더(23) 중, 버킷 실린더(21) 및 암 실린더(22)가 속한다. 제2 액추에이터군에는, 버킷 실린더(21), 암 실린더(22) 및 붐 실린더(23) 중, 붐 실린더(23)가 속한다.
제1 합분류 밸브(67)가 밸브 폐쇄 상태가 되는 것에 의해 합류 유로(55)가 폐쇄되면, 제1 유압 펌프(31)가 토출한 작동유는, 제1 펌프 유로(41), 제1 주조작 밸브(61) 및 제2 주조작 밸브(62)를 통하여 버킷 실린더(21) 및 암 실린더(22)에 공급된다. 또한, 제2 유압 펌프(32)가 토출한 작동유는, 제2 펌프 유로(42), 제3 주조작 밸브(63)를 통하여 붐 실린더(23)에 공급된다.
제1 합분류 밸브(67)가 밸브 개방 상태로 되는 것에 의해 합류 유로(55)가 개방되면, 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)가 접속된다. 그 결과, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)로부터 토출된 작동유는, 제1 펌프 유로(41), 제2 펌프 유로(42), 제1 주조작 밸브(61), 제2 주조작 밸브(62) 및 제3 주조작 밸브(63)를 통하여, 버킷 실린더(21), 암 실린더(22) 및 붐 실린더(23)에 공급된다.
제1 합분류 밸브(67)는, 전술한 펌프 컨트롤러(19)에 의해 제어된다. 실시형태에 있어서, 펌프 컨트롤러(19)는, 작업기(1)의 조작 상태와, 유압 실린더(20)의 부하에 기초하여, 각각의 유압 실린더(20)에 배분되는 작동유의 배분 유량을 구하고, 얻어진 배분 유량에 기초하여 제1 합분류 밸브(67)를 동작시키는 제어 장치이다. 펌프 컨트롤러(19)의 상세한 것에 대해서는 후술한다.
[제2 합분류 밸브(68)]
유압 회로(40)는, 전환 밸브인 제2 합분류 밸브(68)를 가진다. 제2 합분류 밸브(68)는, 제1 주조작 밸브(61)와 제2 주조작 밸브(62)와의 사이에 설치된 제1 셔틀 밸브(80A)와 접속된다. 제1 주조작 밸브(61)와 제2 주조작 밸브(62)와의 최대 압력이 제1 셔틀 밸브(80A)에 의해 선택되고 제2 합분류 밸브(68)에 출력된다. 또한, 제2 합분류 밸브(68)와 제3 주조작 밸브(63)와의 사이에 제2 셔틀 밸브(80B)가 접속된다. 제1 셔틀 밸브(80A)는 제2 합분류 밸브(68)의 접속구(d)에 접속되고, 제2 셔틀 밸브는 제2 합분류 밸브(68)의 접속구(b)에 접속된다.
제2 합분류 밸브(68)의 접속구(c)에는 제1 오일 통로(91)가 접속되고, 접속구(a)에는 제2 오일 통로(92)가 접속된다. 제1 오일 통로(91)는, 버킷 실린더(21)의 압력 보상 밸브(71, 72), 암 실린더(22)의 압력 보상 밸브(73, 74) 및 제1 유압 펌프(31)의 서보 기구(31B)에 접속된다. 제2 오일 통로(92)는, 붐 실린더(23)의 압력 보상 밸브(75, 76) 및 제2 유압 펌프(32)의 서보 기구(32B)에 접속된다. 서보 기구(31B)는, 제1 유압 펌프(31)를 동작시키는 제1 유압 펌프 제어 장치이다. 서보 기구(32B)는, 제2 유압 펌프(32)를 동작시키는 제2 유압 펌프 제어 장치이다.
제2 합분류 밸브(68)는, 제1 셔틀 밸브(80A) 및 제2 셔틀 밸브(80B)에 의해, 버킷 실린더(21)(제1 축), 암 실린더(22)(제2 축), 및 붐 실린더(23)(제3 축)의 각 축에 공급되는 작동유가 감압된 로드 센싱압(LS압)의 최대 압력을 선택한다. 로드 센싱압이란, 압력 보상에 사용되는 파일럿 유압이다.
제2 합분류 밸브(68)는, 제1 셔틀 밸브(80A)와 제2 셔틀 밸브(80B)를 합류 위치 PJ와 분류 위치 PS로 전환하는 동시에, 제1 오일 통로(91)와 제2 오일 통로(92)를 합류 위치 PJ와 분류 위치 PS로 전환한다. 제2 합분류 밸브(68)는, 중간 위치 PI를 거쳐, 합류 위치 PJ와 분류 위치 PS를 전환한다. 제2 합분류 밸브(68)는, 전술한 펌프 컨트롤러(19)에 의해 제어된다.
중간 위치 PI에 있어서, 접속구(a)와 접속구(b)를 접속하는 통로(Tf) 및 접속구(c)와 접속구(d)를 접속하는 통로(Ts)에는 스로틀(S)이 설치된다. 또한, 중간 위치 PI에 있어서, 통로(Tf)와 통로(Ts)를 접속하는 통로(Tt)에 스로틀(S)은 설치되지 않는다. 즉, 통로(Tf) 및 통로(Ts)의 단면적(斷面績)은, 통로(Tt)의 단면적보다 크다. 이와 같은 구조에 의해, 제2 합분류 밸브(68)는, 합류 위치 PJ에서의 접속 상태, 즉 전개(全開) 상태와, 분류 위치 PS에서의 차단 상태, 즉 전폐(全閉) 상태와, 중간 위치 PI에서의 중간 상태, 즉 중간의 개구 상태를 실현한다.
제2 합분류 밸브(68)가 합류 위치 PJ로 되면, 제1 셔틀 밸브(80A)와 제2 셔틀 밸브(80B)가 접속되는 동시에, 제1 오일 통로(91)와 제2 오일 통로(92)가 접속된다. 제2 합분류 밸브(68)가 분류 위치 PS로 되면, 제1 셔틀 밸브(80A)와 제2 셔틀 밸브(80B)가 차단되는 동시에, 제1 오일 통로(91)와 제2 오일 통로(92)가 차단된다. 이 경우, 제1 셔틀 밸브(80A)와 제1 오일 통로(91)가 접속되는 동시에, 제2 셔틀 밸브(80B)와 제2 오일 통로(92)가 차단된다.
제2 합분류 밸브(68)가 중간 위치 PI로 되면, 제1 셔틀 밸브(80A) 및 제2 셔틀 밸브(80B)와는 스로틀(S)이 설치된 상태로 접속되고, 제1 오일 통로(91)와 제2 오일 통로(92)와는 스로틀(S)이 설치된 상태로 접속된다. 중간 위치 PI에 있어서, 제1 셔틀 밸브(80A)와 제1 오일 통로(91)과는 스로틀(S)이 설치되지 않는 상태로 접속된다.
제2 합분류 밸브(68)가 합류 위치 PJ, 즉 합류 상태일 때는, 제1 축으로부터 제3 축의 최대 LS압이 선택된다. 선택된 최대 LS압은, 제1 축으로부터 제3 축 각각의 압력 보상 밸브(70)와, 제1 유압 펌프(31)의 서보 기구(31B)와, 제2 유압 펌프(32)의 서보 기구(32B)에 공급된다. 제2 합분류 밸브(68)가 분류 위치 PS, 즉 분류 상태일 때는, 제1 축과 제2 축과의 최대 LS압이 제1 축과 제2 축의 압력 보상 밸브(70)와 제1 유압 펌프(31)의 서보 기구(31B)에 공급되고, 제3 축의 LS압이 제3 축의 압력 보상 밸브(70)와 제2 유압 펌프(32)의 서보 기구(32B)에 공급된다.
제2 합분류 밸브(68)가 합류 위치 PJ인 경우, 제1 셔틀 밸브(80A) 및 제2 셔틀 밸브(80B)는, 제1 주조작 밸브(61), 제2 주조작 밸브(62), 및 제3 주조작 밸브(63)로부터 출력된 파일럿 유압 중, 최대값을 나타내는 파일럿 유압을 검출한다. 검출된 파일럿 유압은, 제1 오일 통로(91) 및 제2 오일 통로(93)를 통하여, 압력 보상 밸브(70)와, 유압 펌프(30)[31, 32]의 서보 기구(31B, 32B)로 안내된다. 상세하게는, 최대값을 나타내는 파일럿 유압은, 제1 오일 통로(91)에 의해 제1 액추에이터군에 속하는 유압 실린더(20)의 압력 보상 밸브(70)에 인도되고, 제2 오일 통로(92)에 의해 제2 액추에이터군에 속하는 유압 실린더(20)의 압력 보상 밸브(70)로 안내된다.
제2 합분류 밸브(68)가 분류 위치 PS인 경우, 제1 셔틀 밸브(80A)는, 제1 주조작 밸브(61) 및 제2 주조작 밸브(62)로부터 출력된 파일럿 유압 중, 최대값을 나타내는 파일럿 유압을 검출한다. 검출된 파일럿 유압은, 제1 오일 통로(91)에 의해 압력 보상 밸브(71, 72, 73) 및 (74)와, 제1 유압 펌프(31)의 서보 기구(31B)로 안내된다. 또한, 제2 합분류 밸브(68)가 분류 위치 PS인 경우, 제2 셔틀 밸브(80B)는, 제3 주조작 밸브(63)로부터 출력된 파일럿 유압을 검출한다. 검출된 파일럿 유압은, 제2 오일 통로(92)에 의해 압력 보상 밸브(75) 및 (76)와, 제2 유압 펌프(32)의 서보 기구(32B)로 안내된다.
제2 합분류 밸브(68)가 합류 위치 PJ인 경우, 제1 셔틀 밸브(80A) 및 제2 셔틀 밸브(80B)는, 제1 액추에이터군 및 제2 액추에이터군에 속하는 복수의 액추에이터의 주조작 밸브(60)로부터 출력된 파일럿 유압 중, 최대값을 나타내는 파일럿 유압을 선택한다. 선택된 파일럿 유압은, 제1 액추에이터군 및 제2 액추에이터군에 속하는 복수의 압력 보상 밸브(70)와, 유압 펌프(30)[31, 32]의 서보 기구(31B, 32B)에 공급된다. 제2 합분류 밸브(68)가 분류 위치 PS인 경우, 제1 셔틀 밸브(80A)는, 제1 액추에이터군에 속하는 복수의 유압 실린더(20)의 주조작 밸브(60)로부터 출력된 파일럿 유압 중, 최대값을 나타내는 파일럿 유압을 선택한다. 선택된 파일럿 유압은, 제2 액추에이터군에 속하는 복수의 압력 보상 밸브(70)와, 제1 유압 펌프(31)의 서보 기구(31B)에 공급된다. 또한, 제2 합분류 밸브(68)가 분류 위치 PS인 경우, 제2 셔틀 밸브(80B)는, 제2 액추에이터군에 속하는 1개 이상의 액추에이터의 주조작 밸브(60)로부터 출력된 파일럿 유압을 선택한다. 선택된 파일럿 유압은, 제2 액추에이터군에 속하는 압력 보상 밸브(70)와, 제2 유압 펌프(32)의 서보 기구(32B)에 공급된다.
제1 주조작 밸브(61) 및 제2 주조작 밸브(62)로부터 출력된 파일럿 유압은, 제1 액추에이터군에 속하는 액추에이터, 즉 유압 실린더(20)의 부하압이다. 제3 주조작 밸브(63)로부터 출력된 파일럿 유압은, 제2 액추에이터군에 속하는 액추에이터, 즉 유압 실린더(20)의 부하압이다. 제1 셔틀 밸브(80A)는, 제1 액추에이터군에 속하는 액추에이터의 최대 부하압을 검출하는 제1 검출기이다. 제2 셔틀 밸브(80B)는, 제2 액추에이터군에 속하는 액추에이터의 최대 부하압을 검출하는 제2 검출기이다.
도 4는, 비교예에 있어서, 유압 펌프의 토출 압력 및 최대 LS압과, 유압 펌프 및 유압 실린더의 유량이 시간 t의 경과와 함께 변화하는 일례를 나타낸 도면이다. 도 5는, 비교예에 관한 제2 합분류 밸브(68c)를 나타낸 도면이다. 도 6은, 실시형태에 있어서, 유압 펌프의 토출 압력 및 최대 LS압과, 유압 펌프 및 유압 실린더의 유량이 시간 t의 경과와 함께 변화하는 일례를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 6의 가로축은 시간 t이다. 도 4는 비교예에 관한 제2 합분류 밸브에 의한 결과의 일례이며, 도 6은 실시형태에 관한 제2 합분류 밸브(68)에 의한 결과의 일례이다. 비교예에 관한 제2 합분류 밸브는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 중간 위치 PI에서의 통로(Tf), 통로(Ts) 및 통로(Tt)의 모두에, 스로틀(S)이 설치된 것이다.
압력 Ppf는 제1 유압 펌프(31)가 토출하는 작동유의 압력이며, 압력 Pps는 제2 유압 펌프(32)가 토출하는 작동유의 압력이다. 압력 PLf는 제1 유압 펌프(31)의 서보 기구(31B)에 주어지는 최대 LS압이며, 압력 PLs는 제2 유압 펌프(32)의 서보 기구(32B)의 최대 LS압이다. 유량 Qpf는 제1 유압 펌프(31)가 토출하는 작동유의 유량이며, 유량 Qps는 제2 유압 펌프(32)가 토출하는 작동유의 유량이다. 유량 Qam은 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 유량이며, 유량 Qbm은 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 유량이다.
도 4 및 도 6은, 모두 시간 t의 진행과 함께, 분류 상태 STS로부터 중간 상태 STI를 거쳐 합류 상태 STJ에 변화된 예를 나타내고 있다. 비교예에 있어서, 제2 합분류 밸브(68c)가 분류 위치 PS, 즉 분류 상태 STS인 경우, 접속구(c)와 접속구(d)가 접속되어 있으므로, 접속구(c) 및 접속구(d)는, 모두 같은 압력이 된다. 제1 유압 펌프(31)의 서보 기구(31B)에 주어지는 최대 LS압, 즉 압력 PLf는 제1 액추에이터군에 속하는 유압 실린더(20)의 부하에 상당하는 압력과 거의 같은 압력으로 안정된다.
제2 합분류 밸브(68c)가 중간 위치 PI, 즉 중간 상태 STI로 되면, 접속구(a)와 접속구(c)를 접속하는 오일 통로(Tf)가 약간 개방된다. 제2 합분류 밸브(68c)는, 오일 통로(Tf)와 오일 통로(Ts)를 접속하는 오일 통로(Tt)에 스로틀 설치되어 있으므로, 고압 측의 접속구(c)의 압력, 즉 압력 PLf가 저압측의 접속구(a)의 압력에 가까워져, 저하된다. 압력 PLf가 저하된 순간에 있어서, 제1 유압 펌프(31)가 토출하는 작동유의 압력 Ppf는 거의 변화하지 않기 때문에, 중간 상태 STI에서의 압력 PLs와 압력 PLf와의 차압은, 분리 상태 STS에서의 압력 PLs와 압력 PLf와의 차압보다 커진다. 그 결과, 서보 기구(31B)는 제1 유압 펌프(31)가 토출하는 작동유의 유량 Qpf를 저감시키는 방향으로 경사판(31)을 동작시킴으로써, 유량 Qpf는 저하된다. 유량 Qpf가 저하되면, 제1 액추에이터군에 속하는 유압 실린더(20), 이 예에서는 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 유량 Qam이 저하되어 암 실린더(22)의 속도가 급격하게 저하되므로, 유압 셔블(100)에 충격이 발생한다. 이와 같이, 비교예의 제2 합분류 밸브(68c)는, 분류 상태 STS로부터 중간 상태 STI를 거쳐 합류 상태 STJ로 이행하는 경우에, 유압 셔블(100)에 충격이 발생한다.
실시형태의 제2 합분류 밸브(68)는, 분류 상태 STS에 있어서는 비교예의 제2 합분류 밸브(68c)와 같지만, 중간 위치 PI, 즉 중간 상태 STI로 된 경우에서의 접속구(c)의 압력의 거동(擧動)이 상이하다. 즉, 제2 합분류 밸브(68)는, 접속구(c)와 접속구(d)를 접속하는 오일 통로(Tt)에 스로틀 설치되어 있지 않으므로, 중간 위치 PI로 되면 접속구(a)와 접속구(c)를 접속하는 오일 통로(Tf)가 조금 개방한 상태라도, 접속구(c)의 압력은, 접속구(d)의 압력과 거의 같은 크기로 된다. 그러므로, 제2 합분류 밸브(68)는, 분류 상태 STS로부터 중간 상태 STI에 변화되어도, 접속구(c)의 압력, 즉 압력 PLf는 대략 저하하지 않는다.
제1 유압 펌프(31)가 토출하는 작동유의 압력 Ppf는 거의 변화하지 않기 때문에, 중간 상태 STI에서의 압력 PLs와 압력 PLf와의 차압은, 분리 상태 STS에서의 압력 PLs와 압력 PLf와의 차압과 거의 같은 크기로 된다. 그러므로, 제1 유압 펌프(31)가 토출하는 작동유의 유량 Qpf를 저감시키는 방향으로 경사판(31)이 동작하는 양은, 비교예의 제2 합분류 밸브(68c)보다 작아지므로, 유량 Qpf의 저하가 억제된다. 유량 Qpf의 저하가 억제되면, 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 유량 Qam의 저하가 억제되므로, 암 실린더(22)의 속도의 급격한 변화도 억제된다. 그 결과, 유압 셔블(100)에 발생하는 충격도 억제된다. 이와 같이, 실시형태의 제2 합분류 밸브(68)는, 분류 상태 STS로부터 중간 상태 STI를 거쳐 합류 상태 STJ로 이행하는 경우에, 유압 셔블(100)에 발생하는 충격을 억제할 수 있다.
[압력 센서]
제1 버킷 유로(21A)에는, 압력 센서(81C)가 장착된다. 제2 버킷 유로(21B)에는, 압력 센서(81L)가 장착된다. 압력 센서(81C)는, 버킷 실린더(21)의 캡측 공간(21C) 내의 압력을 검출한다. 압력 센서(81L)는, 버킷 실린더(21)의 로드측 공간(21L) 내의 압력을 검출한다.
제1 암 유로(22A)에는, 압력 센서(82C)가 장착된다. 제2 암 유로(22B)에는, 압력 센서(82L)가 장착된다. 압력 센서(82C)는, 암 실린더(22)의 캡측 공간(22C) 내의 압력을 검출한다. 압력 센서(82L)는, 암 실린더(22)의 로드측 공간(22L) 내의 압력을 검출한다.
제1 붐 유로(23A)에는, 압력 센서(83C)가 장착된다. 제2 붐 유로(23B)에는, 압력 센서(83L)가 장착된다. 압력 센서(83C)는, 붐 실린더(23)의 캡측 공간(23C) 내의 압력을 검출한다. 압력 센서(83L)는, 붐 실린더(23)의 로드측 공간(21L) 내의 압력을 검출한다.
제1 유압 펌프(31)의 토출구(吐出口) 측, 상세하게는 제1 유압 펌프(31)와 제1 펌프 유로(41)와의 사이에는, 압력 센서(84)가 장착된다. 압력 센서(84)는, 제1 유압 펌프(31)가 토출하는 작동유의 압력을 검출한다. 제2 유압 펌프(32)의 토출구 측, 상세하게는 제2 유압 펌프(32)와 제2 펌프 유로(42)와의 사이에는, 압력 센서(85)가 장착된다. 압력 센서(85)는, 제2 유압 펌프(32)가 토출하는 작동유의 압력을 검출한다. 각각의 압력 센서(81C, 81L, 82C, 82L, 83C, 83L, 84, 85)에 의해 검출된 검출값은, 펌프 컨트롤러(19)가 수취한다.
[압력 보상 밸브(70)]
유압 회로(40)는, 압력 보상 밸브(70)를 가진다. 압력 보상 밸브(70)는, 연통 상태와 스로틀 상태와 차단 상태를 선택하기 위한 선택 포트를 구비한다. 압력 보상 밸브(70)는, 자기압(自己壓; own pressure)에 의해 차단과, 스로틀과, 연통과의 전환을 가능하게 하는, 스로틀 밸브를 포함한다. 압력 보상 밸브(70)는, 각 축의 부하압이 상이해도, 각 축의 미터링 개구 면적의 비율에 따라 유량 분배를 보상하는 것을 목적으로 하고 있다. 압력 보상 밸브(70)가 없는 경우, 저부하측의 축에 대부분의 작동유가 흘러버린다. 압력 보상 밸브(70)는, 저부하압의 축의 주조작 밸브(60)의 출구 압력이, 최대 부하압의 축의 주조작 밸브(60)의 출구 압력과 동등하게 되도록, 저부하압의 축에 압력 손실을 작용시킴으로써, 각각의 주조작 밸브(60)의 출구 압력이 동일해지므로, 유량 분배의 기능을 실현한다.
압력 보상 밸브(70)는, 제1 주조작 밸브(61)에 접속되는 압력 보상 밸브(71) 및 압력 보상 밸브(72)와, 제2 주조작 밸브(62)에 접속되는 압력 보상 밸브(73) 및 압력 보상 밸브(74)와, 제3 주조작 밸브(63)에 접속되는 압력 보상 밸브(75) 및 압력 보상 밸브(76)를 포함한다.
압력 보상 밸브(71)는, 캡측 공간(21C)에 작동유가 공급되도록 제1 분기 유로(47)와 제1 버킷 유로(21A)가 접속된 상태에 있어서 제1 주조작 밸브(61)의 전후 차압(미터링 차압)을 보상한다. 압력 보상 밸브(72)는, 로드측 공간(21L)에 작동유가 공급되도록 제3 분기 유로(49)와 제2 버킷 유로(21B)가 접속된 상태에 있어서 제1 주조작 밸브(61)의 전후 차압(미터링 차압)을 보상한다.
압력 보상 밸브(73)는, 로드측 공간(22L)에 작동유가 공급되도록 제2 분기 유로(48)와 제1 암 유로(22A)가 접속된 상태에 있어서 제2 주조작 밸브(62)의 전후 차압(미터링 차압)을 보상한다. 압력 보상 밸브(74)는, 캡측 공간(22C)에 작동유가 공급되도록 제4 분기 유로(50)와 제2 암 유로(22B)가 접속된 상태에 있어서 제2 주조작 밸브(62)의 전후 차압(미터링 차압)을 보상한다.
그리고, 주조작 밸브의 전후 차압(미터링 차압)이란, 주조작 밸브의 유압 펌프 측에 대응하는 입구 포트의 압력과, 유압 실린더 측에 대응하는 출구 포트의 압력과의 차이를 말하며, 유량을 계측(metering)하기 위한 차압이다.
압력 보상 밸브(70)에 의해, 버킷 실린더(21) 및 암 실린더(22)의 한쪽의 유압 실린더(20)에 경부하가 작용하고, 다른 쪽의 유압 실린더(20)에 고부하가 작용한 경우에도, 버킷 실린더(21) 및 암 실린더(22)의 각각에, 조작 장치(5)의 조작량에 따른 유량으로 작동유를 분배할 수 있다.
압력 보상 밸브(70)는, 복수의 유압 실린더(20)의 부하에 의하지 않고, 조작에 기초한 유량을 공급 가능하게 한다. 예를 들면, 버킷 실린더(21)에 고부하가 작용하고, 암 실린더(22)에 경부하가 작용하는 경우, 경부하 측에 배치된 압력 보상 밸브(70)[73, 74]는, 제1 주조작 밸브(61)로부터 버킷 실린더(21)에 작동유가 공급되고 발생하는 미터링 차압 ΔP1에 관계없이, 제2 주조작 밸브(62)로부터 암 실린더(22)에 작동유가 공급될 때, 제2 주조작 밸브(62)의 조작량에 기초한 유량이 공급되도록, 경부하 측인 암 실린더(22) 측의 미터링 차압 ΔP2가 버킷 실린더(21) 측의 미터링 차압 ΔP1과 대략 동일한 압력으로 되도록 보상한다.
암 실린더(22)에 고부하가 작용하고, 버킷 실린더(21)에 경부하가 작용하는 경우, 경부하 측에 배치된 압력 보상 밸브(70)[71, 72]는, 제2 주조작 밸브(62)로부터 암 실린더(22)에 작동유가 공급되어 발생하는 미터링 차압 ΔP2에 관계없이, 제1 주조작 밸브(61)로부터 버킷 실린더(21)에 작동유가 공급될 때, 제1 주조작 밸브(61)의 조작량에 기초한 유량이 공급되도록, 경부하 측의 미터링 차압 ΔP1을 보상한다.
[펌프 컨트롤러(19)]
도 7은, 실시형태에 관한 펌프 컨트롤러(19)의 기능 블록도이다. 펌프 컨트롤러(19)는, 처리부(19C)와, 기억부(19M)와, 입출력부(19IO)를 가진다. 처리부(19C)는 프로세서이며, 기억부(19M)는 기억 장치이며, 입출력부(19IO)는 입출력 인터페이스 장치이다. 처리부(19C)는, 배분 유량 연산부(19Ca)와, 결정부(19Cb)와, 지연 처리부(19Cc)와, 조작 상태 판정부(19Cd)를 포함한다. 기억부(19M)는, 처리부(19C)가 처리를 실행할 때의 일시 기억부로서도 사용된다.
배분 유량 연산부(19Ca)는, 버킷 실린더(21), 암 실린더(22) 및 붐 실린더(23)에 배분되는 작동유의 유량인 배분 유량을 구한다. 결정부(19Cb)는, 배분 유량 연산부(19Ca)에 의해 구해진 배분 유량에 기초하여, 제1 합분류 밸브(67)를 개방하는지의 여부를 결정한다. 지연 처리부(19Cc)는, 배분 유량 연산부(19Ca)에 의해 구해진 배분 유량이 증가하는 경우, 배분 유량 연산부(19Ca)에 의해 구해진 배분 유량에늦고 처리를 행한 수정 배분 유량을 구하여, 결정부(19Cb)에 제공한다. 지연 처리는, 배분 유량 연산부(19Ca)에 의해 구해진 배분 유량의, 시간에 대한 증가량을 작게 하는 처리이다. 조작 상태 판정부(19Cd)는, 조작 장치(5)에 제공된 입력을 사용하여, 작업기(1)의 조작 상태를 판정한다.
프로세서인 처리부(19C)는, 배분 유량 연산부(19Ca), 결정부(19Cb), 지연 처리부(19Cc) 및 조작 상태 판정부(19Cd)의 기능을 실현하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기억부(19M)로부터 판독하여 실행한다. 이 처리에 의해, 배분 유량 연산부(19Ca), 결정부(19Cb), 지연 처리부(19Cc) 및 조작 상태 판정부(19Cd)의 기능이 실현된다. 이들 기능은, 단일 회로, 복합 회로, 프로그램화된 프로세서, 병렬 프로그램화된 프로세서, ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Progra㎜able Gate Array), 또는 이들을 조합한 처리 회로에 의해 실현되어도 된다.
입출력부(19IO)에는, 압력 센서(81C, 81L, 82C, 82L, 83C, 83L, 84, 85, 86, 87) 및 (88)와, 제1 합분류 밸브(67)와, 제2 합분류 밸브(68)가 접속된다. 압력 센서(86, 87) 및 (88)은, 조작량 검출부(28)가 가지는 압력 센서이다. 압력 센서(86)는, 버킷(11)을 조작하기 위한 입력이 조작 장치(5)에 제공된 경우의 파일럿 유압을 검출한다. 압력 센서(87)는, 암(12)을 조작하기 위한 조작 장치(5)에 제공된 경우의 파일럿 유압을 검출한다. 압력 센서(88)는, 붐(13)을 조작하기 위한 입력이 조작 장치(5)에 제공된 경우의 파일럿 유압을 검출한다.
펌프 컨트롤러(19), 상세하게는 처리부(19C)는, 입출력부(19IO)로부터 압력 센서(81C, 81L, 82C, 82L, 83C, 83L, 84, 85, 86, 87) 및 (88)의 검출값을 취득하여, 분류 상태와 합류 상태를 전환하는 제어에 사용한다. 분류 상태와 합류 상태를 전환하는 제어는, 적어도 제1 합분류 밸브(67)를 동작시키는 제어이며, 또한 제2 합분류 밸브(68)를 동작시키는 제어를 포함한다. 다음에, 제1 합분류 밸브(67)를 개폐하는 제어에 대하여 설명한다.
[제1 합분류 밸브(67)를 동작시키는 제어]
펌프 컨트롤러(19)는, 조작 장치(5)의 압력 센서(86, 87) 및 (88)의 검출값에 기초하여 작업기(1)의 조작 상태를 구한다. 또한, 펌프 컨트롤러(19)는, 압력 센서(81C, 81L, 82C, 82L, 83C) 및 (83L)의 검출값으로부터, 버킷 실린더(21), 암 실린더(22) 및 붐 실린더(23)에 배분되는 작동유의 배분 유량을 구한다.
펌프 컨트롤러(19)는, 구한 배분 유량과, 제1 합분류 밸브(67)를 동작시킬 것인지의 여부를 결정할 때 사용되는 작동유의 유량의 임계값을 비교하고, 배분 유량이 임계값 이하일 경우에는 제1 합분류 밸브(67)를 폐쇄하여, 분류 상태로 한다. 펌프 컨트롤러(19)는, 구한 배분 유량이 임계값보다 클 경우에는 제1 합분류 밸브(67)를 개방되어 합류 상태로 한다. 임계값은, 제1 유압 펌프(31)가 1대로 공급할 수 있는 작동유의 유량 또는 제2 유압 펌프(32)가 1대로 공급할 수 있는 작동유의 유량에 기초하여 정해진다.
배분 유량을 Q로 하면, 배분 유량은 식(1)에 의해 구할 수 있다. 식(1) 중의 Qd는 요구 유량, PP는 유압 펌프(30)가 토출하는 작동유의 압력, ΔPA는 설정 차압이다. 실시형태에 있어서, 제1 주조작 밸브(61), 제2 주조작 밸브(62) 및 제3 주조작 밸브(63)는, 입구측과 출구측과의 차압이 일정하게 되도록 한다. 이 차압이 설정 차압 ΔPA이며, 제1 주조작 밸브(61), 제2 주조작 밸브(62) 및 제3 주조작 밸브(63)마다 미리 설정되어, 펌프 컨트롤러(19)의 기억부(19M)에 기억되어 있다. 배분 유량 Q에 가장 기여하는 것은 작업기(5)의 조작 상태이므로, 식(1)에 있어서는, 작업기(1)의 조작 상태에 따라서 정해지는 요구 유량 Qd를 포함한 식으로 되어 있다. 이와 같이, 작업기(5)의 조작 상태를 고려하여 배분 유량 Q이 구해지므로, 분류 상태와 합류 상태를 양호한 정밀도로 전환할 수 있다.
Q=Qd×√(PP/ΔPL …(1)
배분 유량은, 식(2)에 의해 구해져도 된다. 식(2) 중의 LA는 유압 실린더(20)의 부하이다. 유압 실린더(20)의 부하가 고려됨으로써, 배분 유량 Q의 정밀도가 향상된다. 부하 LA는, 각각의 유압 실린더(20)의 실제의 부하라도 되고, 미리 정해진 상수(定數; constant)라도 되고, 0이라도 된다. 부하 L가 0인 경우, 식(2)는 식(1)로 된다.
Q= Qd×√{(PP-LA)/ΔPL} …(2)
배분 유량 Q는, 각각의 유압 실린더(20), 즉 버킷 실린더(21), 암 실린더(22) 및 붐 실린더(23)마다 구해진다. 버킷 실린더(21)의 배분 유량을 Qbk, 암 실린더(22)의 배분 유량을 Qa, 붐 실린더(23)의 배분 유량을 Qb라고 하면, 배분 유량 Qbk, Qa 및 Qb는, 식(3)으로부터 식(5)에 의해 구해진다.
Qbk= Qdbk×√{(PP-LAbk)/ΔPL} …(3)
Qa= Qda×√{(PP-LAa)/ΔPL} …(4)
Qb= Qdb×√{(PP-LAb)/ΔPL} …(5)
식(2)의 Qdbk는 버킷 실린더(21)의 요구 유량, LAbk는 버킷 실린더(21)의 부하이다. 식(3)의 Qda는 암 실린더(22)의 요구 유량, LAa는 암 실린더(22)의 부하이다. 식(4)의 Qdb는 붐 실린더(23)의 요구 유량, LAb는 붐 실린더(23)의 부하이다. 설정 차압 ΔPL은, 버킷 실린더(21)에 작동유를 급배유(給排油)하는 제1 주조작 밸브(61)와, 암 실린더(22)에 작동유를 급배유하는 제2 주조작 밸브(62)와, 붐 실린더(23)에 작동유를 급배 오일하는 제3 주조작 밸브(63)와, 모두 같은 값이 사용된다. 전술한 바와 같이, 부하 LAbk, 부하 LAa 및 부하 LAb는 상수 또는 0이라도 된다. 이 경우, 배분 유량 Q는, 요구 유량 Qd에 기초하여, 즉 작업기(5)의 조작 상태에 기초하여 정해진다. 부하 LAbk, 부하 LAa 및 부하 LAb가 버킷 실린더(21), 암 실린더(22) 및 붐 실린더(23)의 실제의 부하인 경우, 배분 유량 Q는, 작업기(5)의 조작 상태 및 유압 실린더(20)의 부하에 기초하여 정해진다.
요구 유량 Qdbk, Qda 및 Qdb는, 조작 장치(5)의 조작량 검출부(28)가 가지는 압력 센서(86, 87) 및 (88)에 의해 검출된 파일럿 유압에 기초하여 구해진다. 압력 센서(86, 87) 및 (88)에 의해 검출된 파일럿 유압은, 작업기(1)의 조작 상태에 대응하고 있다. 배분 유량 연산부(19Ca)는, 파일럿 유압을 주조작 밸브(60)의 스풀 스트로크로 변환하여, 얻어진 스풀 스트로크로부터, 요구 유량 Qdbk, Qda 및 Qdb를 구한다. 파일럿 유압과 주조작 밸브(60)의 스풀 스트로크와의 관계, 및 주조작 밸브(60)의 스풀 스트로크와 요구 유량 Qdbk, Qda 및 Qdb와의 관계는, 각각 변환 테이블에 기술(記述)된다. 변환 테이블은, 기억부(19M)에 기억된다. 이와 같이, 요구 유량 Qdbk, Qda 및 Qdb는, 작업기(1)의 조작 상태에 기초하여 구해진다.
배분 유량 연산부(19Ca)는, 버킷(11)의 조작에 대응한 파일럿 유압을 검출하는 압력 센서(86)의 검출값을 취득하고, 제1 주조작 밸브(61)의 스풀 스트로크로 변환한다. 그리고, 배분 유량 연산부(19Ca)는, 얻어진 스풀 스트로크로부터 버킷 실린더(21)의 요구 유량 Qdbk를 구한다.
배분 유량 연산부(19Ca)는, 암(12)의 조작에 대응한 파일럿 유압을 검출하는 압력 센서(87)의 검출값을 취득하고, 제2 주조작 밸브(62)의 스풀 스트로크로 변환한다. 그리고, 배분 유량 연산부(19Ca)는, 얻어진 스풀 스트로크로부터 암 실린더(22)의 요구 유량 Qda를 구한다.
배분 유량 연산부(19Ca)는, 붐(13)의 조작에 대응한 파일럿 유압을 검출하는 압력 센서(88)의 검출값을 취득하고, 제3 주조작 밸브(63)의 스풀 스트로크로 변환한다. 그리고, 배분 유량 연산부(19Ca)는, 얻어진 스풀 스트로크로부터 붐 실린더(23)의 요구 유량 Qdb를 구한다.
제1 주조작 밸브(61), 제2 주조작 밸브(62) 및 제3 주조작 밸브(63)의 스풀이 스트로크하는 방향을 따라서, 버킷(11), 암(12) 및 붐(13)이 동작하는 방향이 상이하다. 배분 유량 연산부(19Ca)는, 버킷(11), 암(12) 및 붐(13)이 동작하는 방향을 따라서, 부하 LA를 구할 때, 캡측 공간(21C, 22C) 및 (23C)의 압력, 또는 로드측 공간(21L, 22L) 및 (23L)의 압력 중 어느 것을 사용할 것인지를 선택한다. 예를 들면, 스풀 스트로크가 제1 방향인 경우, 배분 유량 연산부(19Ca)는, 캡측 공간(21C, 22C) 및 (23C)의 압력을 검출하는 압력 센서(81C, 82C) 및 (83C)의 검출값을 사용하여 부하 LAbk, LAa 및 LAb를 구한다. 스풀 스트로크가 제1 방향과는 반대 방향인 제2 방향인 경우, 배분 유량 연산부(19Ca)는, 로드측 공간(21L, 22L) 및 (23L)의 압력을 검출하는 압력 센서(81L, 82L) 및 (83L)의 검출값을 사용하여 부하 LA, LAa 및 LAb를 구한다. 실시형태에 있어서, 부하 LA, LAa 및 LAb는, 버킷 실린더(21)의 압력, 암 실린더(22)의 압력 및 붐 실린더(23)의 압력이다.
식(1)로부터 식(5)에 있어서, 유압 펌프(30)가 토출하는 작동유의 압력 PP는 미지(未知)이다. 배분 유량 연산부(19Ca)는, 임의의 초기 유량을 부여하고, 다음의 식(6)이 수속하도록 반복 수치 계산을 실행하고, 식(6)에 의해 수속했을 때의 배분 유량 Qbk, Qa 및 Qb에 기초하여, 제1 합분류 밸브(67)를 동작시킨다.
Qlp=Qbk＋Qa＋Qb …(6)
Qlp는, 펌프 제한 유량이며, 펌프 최대 유량 Qmax와, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)의 목표로 하는 출력으로부터 정해지는 펌프 목표 유량 Qt와의 최소값이다. 펌프 최대 유량 Qmax는, 스로틀 다이얼(33)의 지시값으로부터 구해지는 유량으로부터, 전동 선회 모터(25)가 유압 선회 모터에 옮겨졌을 경우에 유압 선회 모터에 공급되는 작동유의 유량을 감산한 값이다. 유압 셔블(100)이 전동 선회 모터(25)를 가지지 않을 경우, 펌프 최대 유량 Qmax는, 스로틀 다이얼(33)의 지시값으로부터 구해지는 유량으로 된다.
제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)의 목표로 하는 출력은, 엔진(26)의 목표로 하는 출력으로부터 유압 셔블(100)의 보조 기기의 출력을 감산한 값이다. 펌프 목표 유량 Qt는, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)의 목표로 하는 출력 및 펌프 압력으로부터 얻어지는 유량이다. 상세하게는, 펌프 압력은, 제1 유압 펌프(31)가 토출하는 작동유의 압력과, 제2 유압 펌프(32)가 토출하는 작동유의 압력 중, 큰 쪽이다.
배분 유량 Qbk, Qa 및 Qb를 얻을 수 있으면, 펌프 컨트롤러(19)의 결정부(19Cb)는, 배분 유량 Qbk, Qa 및 Qb와, 임계값을 비교한 결과에 기초하여, 제1 합분류 밸브(67)를 동작시킨다. 즉, 결정부(19Cb)는, 배분 유량 Qbk, Qa 및 Qb와, 임계값을 비교한 결과에 기초하여, 합류 상태 또는 분류 상태로 한다. 임계값은, 제1 유압 펌프(31)가 1대로 공급할 수 있는 작동유의 유량 및 제2 유압 펌프(32)가 1대로 공급할 수 있는 작동유의 유량에 기초하여 정해진다.
제1 유압 펌프(31)가 1대로 공급할 수 있는 작동유의 유량(이하에 있어서는 적절히, 제1 공급 유량 Qsf라고 함)은, 제1 유압 펌프(31)의 최대 용량에, 스로틀 다이얼(33)의 지시값으로부터 정해지는 엔진(26)의 최대 회전 속도를 승산함으로써 구해진다. 제2 유압 펌프(32)가 1대로 공급할 수 있는 작동유의 유량(이하에 있어서는 적절히, 제2 공급 유량 Qss,라고 함)은, 제2 유압 펌프(32)의 최대 용량에, 스로틀 다이얼(33)의 지시값으로부터 정해지는 엔진(26)의 최대 회전 속도를 승산함으로써 구해진다. 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)는 엔진(26)의 출력 샤프트에 직결되어 있으므로, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)의 회전 속도는, 엔진(26)의 회전 속도와 같아진다. 실시형태에 있어서, 제1 합분류 밸브(67)를 동작시킬 것인지의 여부를 결정할 때 사용되는 작동유의 임계값은, 제1 공급 유량 Qsf 및 제2 공급 유량 Qss이다.
제1 유압 펌프(31)는, 버킷 실린더(21) 및 암 실린더(22)에 작동유를 공급한다. 따라서, 버킷 실린더(21)의 배분 유량 Qbk와 암 실린더(22)의 배분 유량 Qa와의 합이 제1 공급 유량 Qsf 이하이면, 제1 유압 펌프(31) 단독으로 버킷 실린더(21) 및 암 실린더(22)에 작동유를 공급할 수 있다. 제2 유압 펌프(32)는, 붐 실린더(23)에 작동유를 공급한다. 따라서, 붐 실린더(23)의 배분 유량 Qb가 제2 공급 유량 Qss 이하이면, 제2 유압 펌프(32) 단독으로 붐 실린더(23)에 작동유를 공급할 수 있다.
결정부(19Cb)는, 버킷 실린더(21)의 배분 유량 Qbk와 암 실린더(22)의 배분 유량 Qa와의 합이 제1 공급 유량 Qsf 이하, 또한 붐 실린더(23)의 배분 유량 Qb가 제2 공급 유량 Qss 이하일 경우에, 분류 상태로 한다. 이 경우, 결정부(19Cb)는, 제1 합분류 밸브(67)를 폐쇄한다. 결정부(19Cb)는, 버킷 실린더(21)의 배분 유량 Qbk와 암 실린더(22)의 배분 유량 Qa와의 합이 제1 공급 유량 Qsf 이하가 아닌 경우, 또는 붐 실린더(23)의 배분 유량 Qb가 제2 공급 유량 Qss 이하가 아닌 경우 중 어느 하나가 성립하였으면, 합류 상태로 한다. 이 경우, 결정부(19Cb)는, 제1 합분류 밸브(67)를 개방한다.
도 8은, 유압 펌프 및 유압 실린더의 유량, 유압 펌프의 토출 압력 및 레버 스트로크가 시간 t의 경과와 함께 변화하는 일례를 나타낸 도면이다. 도 8의 가로축은 시간 t이다. 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 유량의 추정값을 Qag, 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 유량의 추정값을 Qbg, 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 유량의 참값을 Qar, 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 유량의 참값을 Qbr로 한다. 추정값 Qag는, 펌프 컨트롤러(19)에 의해 구해진, 암 실린더(22)의 배분 유량 Qa이며, 추정값 Qbg는, 펌프 컨트롤러(19)에 의해 구해진, 붐 실린더(23)의 배분 유량 Qb이다.
유량 Qpf는 제1 유압 펌프(31)가 토출하는 작동유의 유량이며, 유량 Qps는 제2 유압 펌프(32)가 토출하는 작동유의 유량이다. 압력 Ppf는 제1 유압 펌프(31)가 토출하는 작동유의 압력이며, 압력 Pps는 제2 유압 펌프(32)가 토출하는 작동유의 압력이다. 압력 Pa는 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 압력이며, 압력 Pb는 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 압력이다. 레버 스트로크 Lvsa는, 암(12)을 조작하기 위해 조작 장치(5)를 조작했을 때의, 조작 레버의 스트로크이다. 레버 스트로크 Lvsb는, 붐(13)을 조작하기 위해 조작 장치(5)를 조작했을 때의, 조작 레버의 스트로크이다.
실시형태에 있어서, 펌프 컨트롤러(19)는, 작업기(1)의 조작 상태와, 작업기(1)를 구동시키는 액추에이터인 유압 실린더(20)의 부하에 기초하여, 각각의 유압 실린더(20)에 배분되는 작동유의 배분 유량 Q를 구한다. 그리고, 펌프 컨트롤러(19)는, 얻어진 배분 유량 Q와, 임계값 Qs에 기초하여, 합류 상태와 분류 상태를 전환한다. 실시형태에 있어서, 분류 상태로 할 수 있는 것은, 기간 PDP이다.
이에 대하여, 제1 유압 펌프(31)가 토출하는 작동유의 압력 Ppf 및 제2 유압 펌프(32)가 토출하는 작동유의 압력 Pps에 기초하여, 합류 상태와 분류 상태를 전환하는 방법이 있다. 이 방법은, 예를 들면, 압력 Ppf 및 Pps가 임계값 Ps 이상의 경우는 유압 실린더(20)에 필요한 작동유의 유량이 적어지므로, 분류 상태로 하고, 압력 Ppf 및 Pps가 임계값 Ps보다 작을 경우에는 유압 실린더(20)에 필요한 작동유의 유량이 커지므로, 합류 상태로 한다. 압력 Ppf 및 Pps로부터 유압 실린더(20)에 공급되는 작동유의 유량을 정확하게 추정하는 것은 곤란하므로, 임계값 Ps를 높게 할 필요가 있다. 이 경우, 분류 상태로 할 수 있는 것은, 기간 PDU이다.
분류 상태로 할 수 있는 기간 PDI는, 유압 실린더(20)에 공급되는 작동유의 유량의 참값 Qar 및 Qbr과, 임계값 Qs에 기초하여 얻어진 기간이다. 유압 실린더(20)에 공급되는 작동유의 유량의 참값 Qar 및 Qbr은 실제로 구할 수는 없지만, 참값 Qar 및 Qbr에 기초한 기간 PDI는, 이론상 실현할 수 있는 가장 긴 기간이다.
도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 분류 상태로 할 수 있는 기간은, 압력 Ppf 및 Pps에 기초한 기간 PDU, 펌프 컨트롤러(19)를 포함하는 제어 시스템(9)에 의한 기간 PDP, 참값 Qar 및 Qbr에 기초한 기간 PDI의 순으로 길어진다. 이와 같이, 제어 시스템(9)은, 분류 상태로 할 수 있는 기간 PDP를, 이론상 실현할 수 있는 기간, 즉 유압 실린더(20)에 공급되는 작동유의 유량의 참값 Qar 및 Qbr에 기초한 기간 PDI에 근접시킬 수 있다. 그 결과, 제어 시스템(9)은, 분류 상태로 구동 장치(4)를 동작시키는 기간을 길게 할 수 있으므로, 합류 상태에 있어서 고압의 작동유를 감압하여 붐 실린더(23)에 공급할 때의 압력 손실을 저감할 수 있는 기간이 길어진다.
[제2 합분류 밸브(68)를 동작시키는 제어]
제2 합분류 밸브(68)는, 분류 위치 PS와 합류 위치 PJ와의 사이에 중간 위치 PI를 가진다. 펌프 컨트롤러(19), 상세하게는 처리부(19C)에서의 결정부(19Cb)는, 분류 상태로부터 합류 상태로 전환할 때, 제2 합분류 밸브(68)를 분류 위치 PS로부터 중간 위치 PI로 한 후, 중간 위치 PI로 일단 유지하고 나서 합류 위치 PJ로 한다. 이와 같은 제어에 의해, 분류 상태로부터 합류 상태로 전환될 때 유압 셔블(100)에 발생하는 충격이 억제된다.
제2 합분류 밸브(68)가 중간 위치 PI로 유지되는 시간이 너무 길어지면, 합류 상태로 전환되는 타이밍이 지연되어 버리므로, 유압 실린더(20)에 공급되는 작동유의 유량이 부족하고, 충분한 작업 성능가 얻어지고 없어질 가능성이 있다. 제2 합분류 밸브(68c)가, 빠른 타이밍에서 분류 위치 PS로부터 중간 위치 PI로 전환할 수 있으면, 분류 상태의 시간이 짧아지므로, 분류 상태에 의한 압력 손실의 저감 효과가 감소될 가능성이 있다.
결정부(19Cb)는, 제2 합분류 밸브(68)가 합류 위치 PJ로 된 후에, 제1 합분류 밸브(67)를 밸브 폐쇄 상태로부터 밸브 개방 상태로 한다. 펌프 컨트롤러는, 제2 합분류 밸브(68)를 중간 위치 PI로 유지하고 있는 상태에 있어서, 제1 유압 펌프(31)가 토출하는 작동유의 압력과, 제2 유압 펌프(32)가 토출하는 작동유의 압력과의 차압이 미리 정해진 임계값 이하로 되었을 경우에, 중간 위치 PI에서의 유지를 종료하여, 합류 위치 PJ로 한다. 펌프 컨트롤러(19)는, 제2 합분류 밸브(68)를 합류 위치 PJ로 한 후, 제1 합분류 밸브(67)를 밸브를 개방한다. 이와 같은 제어에 의해, 제2 합분류 밸브(68)가 중간 위치 PI로 되는 시간을 필요 충분한 길이로 하는 것이 가능하므로, 유압 셔블(100)에 발생하는 충격을 억제하고, 또한 분류 상태의 시간을 길게 하여 압력 손실을 저감할 수 있는 시간을 길게 할 수 있다.
도 9는, 실시형태에 관한 제어 방법의 일례를 나타낸 플로우차트이다. 실시형태에 관한 제어 방법은, 작업기(1)의 조작 상태와, 작업기(1)를 구동시키는 액추에이터인 유압 실린더(20)의 부하에 기초하여, 각각의 유압 실린더(20)에 배분되는 작동유의 배분 유량 Q를 구하고, 얻어진 배분 유량 Q와, 임계값에 기초하여, 합류 상태와 분류 상태를 전환한다. 실시형태에 관한 제어 방법은, 제어 시스템(9), 상세하게는 펌프 컨트롤러(19)에 의해 실현된다.
스텝 S101에서, 펌프 컨트롤러(19)의 배분 유량 연산부(19Ca)는, 배분 유량 Qbk, Qa 및 Qb를 구한다. 스텝 S102에서, 펌프 컨트롤러(19)의 결정부(19Cb)는, 분류 상태로 하는 조건이 성립했는지의 여부를 판정한다. 분류 상태로 하는 조건이 성립된 경우(스텝 S102, Yes), 스텝 S103에서, 결정부(19Cb)는 제1 합분류 밸브(67)를 폐쇄한다(스텝 S103). 이 처리에 의해, 구동 장치(4)는, 분류 상태로 동작한다. 분류 상태로 하는 조건이 성립되지 않을 경우(스텝 S102, No), 스텝 S104에서, 결정부(19Cb)는 제1 합분류 밸브(67)를 개방한다(스텝 104). 이 처리에 의해, 구동 장치(4)는, 합류 상태로 동작한다.
스텝 S102에서 분류 상태로 하는 조건이 성립된 경우, 스텝 S103에서 펌프 컨트롤러(19) 결정부(19Cb)는, 제2 합분류 밸브(68)를 분류 위치 PS로부터 중간 위치 PI로 하는 동시에, 일단 분류 위치 PS로 유지한다. 결정부(19Cb)는, 압력 센서(84)의 검출값 및 압력 센서(85)의 검출값으로부터, 제1 유압 펌프(31)가 토출하는 작동유의 압력과, 제2 유압 펌프(32)가 토출하는 작동유의 압력과의 차압을 구한다. 결정부(19Cb)는, 차압이 미리 정해진 임계값 이하로 되었을 경우에, 제2 합분류 밸브(68c)의 중간 위치 PI에서의 유지를 종료하고, 제2 합분류 밸브(68)를 합류 위치 PJ로 한다. 그 후, 결정부(19Cb)는, 제1 합분류 밸브(67)를 밸브를 폐쇄한다.
[지연 처리부(19Cc)의 처리]
펌프 컨트롤러(19)의 배분 유량 연산부(19Ca)가 구하는 배분 유량 Q는, 부하가 변동된 경우, 참값 Qr과 비교하여, 값이 빨리 증감하는 경향이 있다. 그러므로, 배분 유량 Q에 기초하여 제1 합분류 밸브(67)를 동작시켜 합류 상태와 분류 상태를 전환하면, 짧은 기간에 자주 합류 상태와 분류 상태가 전환되고, 결과로서 분류 상태에 의한 압력 손실의 저감 효과가 감소하는 경우가 있다.
도 10은, 배분 유량 Q, 수정 배분 유량 Qc 및 유압 실린더(20)에 공급되는 실제의 작동유의 유량의 참값 Qr의 시간 t에 대한 변화의 일례를 나타낸 도면이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 기간 PDJ에 있어서, 구동 장치(4)는 합류 상태로 동작하고 있다. 기간 PDJ로부터 기간 PDS로 된 타이밍에 있어서, 구동 장치(4)는 분류 상태로 동작하고 있다. 그러나, 배분 유량 Q가 참값 Qr과 비교하여 값이 빨리 증감하고, 특히 유량이 증가하는 방향으로 크고 연산되는 결과, 기간 PDS에 있어서는 배분 유량 Q가 임계값 Qs를 상회한 후, 하회하는 현상이 반복된다. 그 결과, 짧은 기간에 자주 합류 상태와 분류 상태가 전환되고 있다.
이 현상을 회피하기 위해, 펌프 컨트롤러(19)의 지연 처리부(19Cc)는, 얻어진 배분 유량 Q가 시간 t의 진행과 함께 증가하는 경우, 얻어진 배분 유량 Q의 시간 t에 대한 증가량을 작게 한 수정 배분 유량 Qc를 사용하여, 제1 합분류 밸브(67)를 동작시킨다. 수정 배분 유량 Qc는, 예를 들면, 로패스 필터를 통과시킨 배분 유량 Q이지만, 수정 배분 유량 Qc는, 배분 유량 Q의 시간 t에 대한 증가량을 작게 한 것이면 된다. 예를 들면, 수정 배분 유량 Qc는, 지연 처리부(19Cc)가 1차 지연됨에 따라 배분 유량 Q를 지연시켜 출력한 값이라도 된다.
결정부(19Cb)는, 수정 배분 유량 Qc를 사용하여 제1 합분류 밸브(67)를 동작시켜, 합류 상태와 분류 상태를 전환한다. 이와 같은 처리에 의해, 도 10에 나타낸 바와 같이, 시간 t에 대하여 배분 유량 Q의 증가하는 비율이 저하되므로, 유압 실린더(20)에 대한 부하의 변동이 자주 발생한 경우라도, 수정 배분 유량 Qc가 임계값 Qs를 상회하는 것이 억제된다. 그 결과, 제어 시스템(9)은, 짧은 기간에 자주 분류 상태로부터 합류 상태로 전환되는 것을 회피할 수 있으므로, 분류 상태에 의한 압력 손실의 저감 효과의 감소를 억제할 수 있다.
실시형태에 있어서, 얻어진 배분 유량 Q가 시간 t의 진행과 함께 증가하는 경우에, 펌프 컨트롤러(19)는, 수정 배분 유량 Qc를 사용하여 제1 합분류 밸브(67)를 동작시킨다. 분류 상태로부터 합류 상태로 전환되므로, 배분 유량 Q가 임계값 Qs를 초과한 경우이며, 합류 상태로부터 분류 상태로 전환되므로, 배분 유량 Q가 임계값 Qs 이하로 된 경우이다. 펌프 컨트롤러(19)는, 얻어진 배분 유량 Q가 시간 t의 진행과 함께 증가하는 경우에 제1 합분류 밸브(67)를 동작시킴으로써, 분류 상태로부터 합류 상태로 신속하게 전환할 수 있다.
수정 배분 유량 Qc를 사용하여 제1 합분류 밸브(67)를 동작시키는 경우, 유압 셔블(100)이 행하는 작업의 종류에 따라서는, 제1 합분류 밸브(67)의 동작이 지연되는 경우가 있다. 예를 들면, 유압 셔블(100)이 행하는 작업이, 작업기(1)를 빠른 속도로 동작시키는 작업인 경우에, 제1 합분류 밸브(67)의 동작이 지연되는 경우가 있다. 작업기(1)를 빠른 속도로 동작시키는 경우로서는, 예를 들면, 작업기(1)가 덤프 동작을 행하고 있는 경우를 들 수 있다. 작업기(1)를 빠른 속도로 동작시키는 작업은, 유압 실린더(20)에 공급되는 유량이 큰 작업이다.
펌프 컨트롤러(19)는, 제1 합분류 밸브(67)를 동작시킬 것인지의 여부를 결정할 때, 작업기(1)의 조작 상태에 따라 로패스 필터의 유효와 무효를 전환한다. 상세하게는, 수정 배분 유량 Qc를 사용하거나 또는 로패스 필터를 통과하지 않는 배분 유량 Q를 사용할 것인지를 전환한다. 이와 같은 처리에 의해, 결정부(19Cb)는, 작업기(1)를 빠른 속도로 동작시킬 필요가 있는 경우에는, 배분 유량 Q를 사용하여 제1 합분류 밸브(67)를 동작시켜, 합류 상태와 분류 상태를 전환할 수 있다. 그 결과, 작업기(1)를 빠른 속도로 동작시킬 필요가 있는 경우에서의 작업기(1)의 속도 저하가 억제된다.
펌프 컨트롤러(19)의 조작 상태 판정부(19Cd)는, 작업기(1)의 조작 상태를, 조작 장치(5)의 조작량을 검출하는 조작량 검출부(28)가 가지는 압력 센서(86, 87) 및 (88)이 검출한 파일럿 유압에 기초하여 판정한다. 조작 상태 판정부(19Cd)는, 파일럿 유압으로부터, 작업기(1)를 빠른 속도로 동작시키는 조작이 행해지고 있는 것으로 판정한 경우, 결정부(19Cb)는, 배분 유량 Q를 사용하여 제1 합분류 밸브(67)를 동작시켜, 합류 상태와 분류 상태를 전환한다.
도 11은, 배분 유량 Q, 수정 배분 유량 Qc 및 유압 실린더(20)에 공급되는 작동유의 유량의 참값 Qr의 시간 t에 대한 변화의 일례를 나타낸 도면이다. 기간 PDJ에 있어서, 구동 장치(4)는 분류 상태로 동작하고 있다. 기간 PDJ로부터 기간 PDS으로 된 타이밍에 있어서, 구동 장치(4)는 합류 상태로 동작한다. 수정 배분 유량 Qc와 임계값 Qs를 비교하여 구동 장치(4)의 동작 상태가 분류 상태로부터 합류 상태로 전환되는 경우, 시간 t1보다 뒤로 되지 않으면 합류 상태로 전환되지 않는다. 한편, 배분 유량 Q와 임계값 Qs를 비교하여 구동 장치(4)의 동작 상태가 분류 상태로부터 합류 상태로 전환되는 경우, 시간 t1에서 합류 상태로 전환된다. 그 결과, 제어 시스템(9)은, 작업기(1)를 빠른 속도로 동작시키는 작업인 경우에 있어서는, 유압 실린더(20)에 공급되는 작동유의 유량이 부족하기 전에, 작업기(1)의 동작에 필요한 유량의 작동유를 유압 실린더(20)에 공급할 수 있으므로, 작업기(1)의 속도 저하가 억제된다.
유압 셔블(100)의 구동 장치(4)에 있어서, 전동 선회 모터(25)는, 상부 선회체(2)를 선회시킨다. 즉, 상부 선회체(2)는, 제1 액추에이터군 및 제2 액추에이터군에 속하지 않는 액추에이터에 의해 구동된다. 전동 선회 모터(25)와 상부 선회체(2)를 선회시켜, 제1 유압 펌프(31)로부터 토출된 작동유로 버킷 실린더(21) 및 암 실린더(22)를 구동함으로써, 붐 실린더(23)에 있어서 압력 손실이 발생하는 경우가 억제된다. 또한, 압력 보상 밸브를 설치하여 조작 장치(5)의 조작성을 향상시키도록 하면, 압력 보상 밸브에 기인하는 압력 손실이 발생한다. 실시형태에 있어서는, 붐 실린더(23)는 1개의 유압 펌프(30)[제2 유압 펌프(32)]로부터 작동유가 공급되고, 상부 선회체(2)는, 전동 선회 모터(25)에 의해 선회된다. 그러므로, 조작성의 저하 및 압력 손실의 발생이 억제된다.
이상, 제어 시스템(9)은, 작업기(1)의 조작 상태에 기초하여 각각의 액추에이터, 즉 유압 실린더(20)에 배분되는 작동유의 배분 유량을 구한다. 그리고, 제어 시스템(9)은, 얻어진 배분 유량에 기초하여, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)의 양쪽으로부터 공급되는 작동유를 복수의 유압 실린더(20)에 공급하는 제1 상태와, 제1 유압 펌프(31)로부터 작동유가 공급되는 유압 실린더(20)와 제2 유압 펌프(32)로부터 작동유가 공급되는 유압 실린더(20)가 상이한 제2 상태를 전환한다. 이와 같은 처리에 의해, 제어 시스템(9)은, 복수의 유압 펌프로부터 액추에이터에 작동유를 공급하는 경우, 복수의 유압 펌프로부터 토출되는 작동유를 분리하여 액추에이터에 공급할 수 있는 범위를 확대할 수 있다. 즉, 제어 시스템(9)은, 제2 상태로 구동 장치(4)를 동작시키는 기간을 길게 할 수 있으므로, 제1 상태에 있어서 고압의 작동유를 감압하여 붐 실린더(23)에 공급할 때의 압력 손실을 저감할 수 있는 기간이 길어진다.
제어 시스템(9)은, 작업기(1)의 조작 상태와 액추에이터의 부하에 기초하여 배분 유량을 구함으로써, 배분 유량의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 그 결과, 개폐 장치인 제1 합분류 밸브(67)를 동작시킬 것인지의 여부를 결정할 때 사용되는 작동유의 유량의 임계값을 이론값에 근접시킬 수 있다. 그러므로, 제어 시스템(9)은, 제2 상태로 구동 장치(4)를 동작시키는 기간을 더욱 길게 하여, 제1 상태에 있어서 고압의 작동유를 감압하여 붐 실린더(23)에 공급할 때의 압력 손실을 저감할 수 있는 기간을 더욱 길게 할 수 있다.
실시형태에 있어서는, 구동 장치(4)[유압 회로(40)]가 유압 셔블(100)에 적용되는 것으로 하였다. 구동 장치(4)가 적용되는 대상은, 유압 셔블에 한정되지 않고, 유압 셔블 이외의 유압 구동의 작업 기계에 널리 적용 가능하다.
실시형태에 있어서, 작업 기계인 유압 셔블(100)은 하이브리드 방식이지만, 작업 기계는 하이브리드 방식이 아니어도 된다. 실시형태에 있어서, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)는 경사판식의 펌프이지만, 이에 한정되지는 않는다. 실시형태에 있어서, 부하 LA, LAa 및 LAb는, 버킷 실린더(21)의 압력, 암 실린더(22)의 압력 및 붐 실린더(23)의 압력인 것으로 하였으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 압력 보상 밸브(71)에서 (76)가 가지는 스로틀 밸브의 면적비 등에 의해 보정된, 버킷 실린더(21)의 압력, 암 실린더(22)의 압력 및 붐 실린더(23)의 압력을 부하 LA, LAa 및 LAb로 해도 된다.
실시형태에 있어서, 제1 합분류 밸브(67)를 동작시킬 것인지의 여부를 결정할 때 사용되는 임계값 Qs는, 제1 공급 유량 Qsf 및 제2 공급 유량 Qss인 것으로 하였으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1 공급 유량 Qsf 및 제2 공급 유량 Qss보다 작은 유량이 임계값 Qs라도 된다. 실시형태에 있어서, 펌프 컨트롤러(19)는, 지연 처리부(19Cc) 및 조작 상태 판정부(19Cd)를 구비하지만, 펌프 컨트롤러(19)는, 지연 처리부(19Cc) 및 조작 상태 판정부(19Cd)의 양쪽을 구비하고 있지 않아도 되고, 조작 상태 판정부(19Cd)를 구비하고 있지 않아도 된다.
실시형태에 있어서는, 제1 합분류 밸브(67)를 동작시킴으로써, 제1 상태와 제2 상태를 전환하였으나, 제1 상태와 제2 상태와의 전환은, 제1 합분류 밸브(67)의 동작에 의한 것에 한정되지 않는다. 실시형태에 있어서, 작업기(1)의 요소는 버킷(8), 암(7) 및 붐(6)으로 하였으나, 작업기(1)의 요소는 이들에 한정되지는 않는다.
이상, 실시형태를 설명하였으나, 실시형태에 있어서 설명한 사항에 의해 실시형태가 한정되는 것은 아니다. 실시형태에 있어서 설명한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정(想定)할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것, 및 이른바 균등한 범위의 것이 포함된다. 실시형태에 있어서 설명한 구성 요소는 적절히 조합시키는 것이 가능하다. 또한, 실시형태의 요지를 벗어나지 않는 범위에 의해 구성 요소의 각종 생략, 치환 및 변경 중 하나 이상을 행할 수 있다.
1: 작업기
2: 상부 선회체
3: 하부 주행체
4: 구동 장치
5: 조작 장치
9: 제어 시스템
11: 버킷
12: 암
13: 붐
14: 축전기
17: 하이브리드 컨트롤러
18: 엔진 컨트롤러
19: 펌프 컨트롤러
19C: 처리부
19M: 기억부
19Ca: 배분 유량 연산부
19Cb: 결정부
19Cc: 지연 처리부
19Cd: 조작 상태 판정부
19IO; 입출력부
20: 유압 실린더
21: 버킷 실린더
22: 암 실린더
23: 붐 실린더
24: 주행 모터
25: 전동 선회 모터
26: 엔진
28: 조작량 검출부
29: 코먼 레일 제어부
30: 유압 펌프
31: 제1 유압 펌프
32: 제2 유압 펌프
33: 스로틀 다이얼
40: 유압 회로
55: 합류 유로
60: 주조작 밸브
61: 제1 주조작 밸브
62: 제2 주조작 밸브
63: 제3 주조작 밸브
67: 제1 합분류 밸브
68: 제2 합분류 밸브
81C, 81L, 82C, 82L, 83C, 83L, 84, 85, 86, 87, 88: 압력 센서
100: 유압 셔블(작업 기계)
LA, LAa, LAb, LAbK: 부하
Q, Qa, Qb, QbK: 배분 유량
QS: 임계값

Claims (12)

  1. 복수의 요소(要素)를 포함하는 작업기 및 복수의 상기 요소를 구동시키는 복수의 액추에이터를 구비하는 작업 기계를 제어하기 위한 제어 시스템에 있어서,
    복수의 상기 액추에이터 중 하나 이상에 작동유를 공급하는 제1 유압(油壓) 펌프 및 제2 유압 펌프; 및
    상기 작업기의 조작 상태에 기초하여 각각의 상기 액추에이터에 배분되는 작동유의 배분 유량(流量)을 구하고, 얻어진 상기 배분 유량에 기초하여, 상기 제1 유압 펌프 및 상기 제2 유압 펌프의 양쪽으로부터 공급되는 상기 작동유를 복수의 상기 액추에이터에 공급하는 제1 상태와, 상기 제1 유압 펌프로부터 상기 작동유가 공급되는 상기 액추에이터와 상기 제2 유압 펌프로부터 상기 작동유가 공급되는 상기 액추에이터가 상이한 제2 상태를 전환하는 제어 장치;
    를 포함하는 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 작업기의 조작 상태와, 상기 액추에이터의 부하에 기초하여 상기 배분 유량을 구하는, 제어 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 유압 펌프와 상기 제2 유압 펌프를 접속하는 통로; 및
    상기 통로에 설치되어, 상기 통로를 개폐하는 개폐 장치;를 더 포함하고,
    상기 통로가 폐쇄된 상태에 있어서, 상기 제1 유압 펌프는, 1개 이상의 상기 액추에이터가 속하는 제1 액추에이터군에 작동유를 공급하고, 상기 제2 유압 펌프는, 상기 제1 액추에이터군에 속하는 상기 액추에이터와는 상이한, 1개 이상의 상기 액추에이터가 속하는 제2 액추에이터군에 작동유를 공급하고,
    상기 제어 장치는,
    상기 배분 유량에 기초하여 상기 개폐 장치를 동작시킴으로써, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태를 전환하는, 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 배분 유량과, 상기 제1 유압 펌프가 1대로 공급할 수 있는 작동유의 유량 및 상기 제2 유압 펌프가 1대로 공급할 수 있는 작동유의 유량에 기초하여 정해진 임계값을 비교한 결과에 기초하여, 상기 개폐 장치를 동작시키는, 제어 시스템.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    얻어진 상기 배분 유량이 시간의 진행과 함께 증가하는 경우, 얻어진 상기 배분 유량의 시간에 대한 증가량을 작게 한 수정 배분 유량을 사용하여, 상기 개폐 장치를 동작시키는, 제어 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 개폐 장치를 동작시킬 것인지의 여부를 결정할 때, 상기 조작 상태에 따라, 상기 수정 배분 유량을 사용하거나 또는 상기 배분 유량을 사용할 것인지를 전환하는, 제어 시스템.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 상기 요소는, 버킷(bucket), 상기 버킷과 연결되는 암(arm), 및 상기 암과 연결되는 붐(boom)이며,
    복수의 상기 액추에이터는, 상기 버킷을 동작시키는 버킷 실린더, 상기 암을 동작시키는 암 실린더, 및 상기 붐을 동작시키는 붐 실린더를 구비하고,
    상기 제1 액추에이터군에는 상기 버킷 실린더 및 상기 암 실린더가 속하고, 상기 제2 액추에이터군에는 상기 붐 실린더가 속하는, 제어 시스템.
  8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업 기계는, 상기 작업기를 지지하는 선회체(旋回體)를 구비하고,
    상기 선회체는, 상기 제1 액추에이터군 및 상기 제2 액추에이터군에 속하지 않는 액추에이터에 의해 구동되는, 제어 시스템.
  9. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 액추에이터군에 속하는 상기 액추에이터의 최대 부하압을 검출하는 제1 검출기;
    상기 제1 검출기에 의해 검출된 최대 부하압을, 상기 제1 유압 펌프를 동작시키는 제1 유압 펌프 제어 장치로 인도하는 제1 오일 통로(oil passage);
    상기 제2 액추에이터군에 속하는 상기 액추에이터의 최대 부하압을 검출하는 제2 검출기;
    상기 제2 검출기에 의해 검출된 최대 부하압을, 상기 제2 유압 펌프를 동작시키는 제2 유압 펌프 제어 장치로 인도하는 제2 오일 통로; 및
    상기 제1 검출기와 상기 제2 검출기와의 접속 또는 차단을 전환하는 동시에, 상기 제1 오일 통로와 상기 제2 오일 통로와의 접속 또는 차단을 전환하는 전환 밸브;를 더 포함하고,
    상기 전환 밸브는, 접속과 차단과의 중간의 상태에 있어서, 상기 제1 부하 검출기와 상기 제1 오일 통로를 스로틀이 설치되지 않는 상태로 접속하고, 상기 제1 검출기와 상기 제2 검출기를 스로틀이 설치된 상태로 접속하고, 상기 제1 오일 통로와 상기 제2 오일 통로를 스로틀이 설치된 상태로 접속하는, 제어 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 전환 밸브를 상기 비접속 상태로부터 상기 중간의 상태로 전환한 후, 상기 중간 상태를 유지하고,
    상기 제1 유압 펌프가 토출(吐出)하는 작동유의 압력과, 상기 제2 유압 펌프가 토출하는 작동유의 압력과의 차압(差壓)이 미리 정해진 임계값 이하로 되었을 경우에 상기 중간의 상태에서의 유지를 종료하여, 상기 접속 상태로 하고,
    상기 전환 밸브가 상기 접속 상태로 된 후에 상기 개폐 장치를 개방하는, 제어 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 제어 시스템을 포함하는, 작업 기계.
  12. 작업기를 구성하는 복수의 요소를 구동시키는 복수의 액추에이터 중 하나 이상에 작동유를 공급하는 제1 유압 펌프 및 제2 유압 펌프를 포함하는 작업 기계를 제어하는 제어 방법에 있어서,
    상기 작업기의 조작 상태에 기초하여 각각의 상기 액추에이터에 배분되는 작동유의 배분 유량을 구하는 단계; 및
    얻어진 상기 배분 유량에 기초하여, 상기 제1 유압 펌프 및 상기 제2 유압 펌프의 양쪽으로부터 공급되는 상기 작동유를 복수의 상기 액추에이터에 공급하는 제1 상태와, 상기 제1 유압 펌프로부터 상기 작동유가 공급되는 상기 액추에이터와 상기 제2 유압 펌프로부터 상기 작동유가 공급되는 상기 액추에이터가 상이한 제2 상태를 전환하는 단계;
    를 포함하는 제어 방법.
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