KR20180107183A

KR20180107183A - 작업 기계

Info

Publication number: KR20180107183A
Application number: KR1020187024594A
Authority: KR
Inventors: 마사토시 모리카와; 신야 이무라; 신지 니시카와
Original assignee: 히다치 겡키 가부시키 가이샤
Priority date: 2016-09-16
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2018-10-01
Also published as: EP3514289A4; CN108779627A; WO2018051533A1; JP2018044414A; US20210207342A1; KR102088399B1; EP3514289B1; CN108779627B; EP3514289A1; JP6539626B2; US11248364B2

Abstract

관성 모멘트 및 조작량에 따라 선회 동작용의 펌프 토출 유량의 증가율을 제어하고, 선회 동작에 관하여 에너지 효율과 조작성을 양립시킨다. 이 때문에, 주행체(1)의 상부에 마련한 선회체(2), 이에 장착한 작업기(3), 선회 모터(16), 유압 펌프(22), 레귤레이터(24), 방향 전환 밸브(31), 조작 장치(34)을 구비한 작업 기계에 있어서, 선회 조작량(Ps)에 따라 펌프의 목표 최대 유량(Qmax)를 연산하는 목표 최대 유량 연산부(53)와, 선회체(2) 및 작업기(3)의 관성 모멘트(N) 및 선회 조작량(Ps)에 의거하여 유압 펌프(22)의 지령 유량의 증가율(dQ)을 연산하는 유량 증가율 연산부(55)와, 목표 최대 유량(Qmax)을 상한으로 하여 상기 증가율(dQ)에 의거하여 지령 유량(Q(t))을 연산하는 지령 유량 연산부(56)와, 지령 유량(Q(t))에 따라 레귤레이터(24)에 지령 신호(Sf)를 출력하는 출력부(57)를 구비한다.

Description

작업 기계

본 발명은, 유압 셔블 등의 작업 기계에 관한 것으로, 특히 선회 동작에 대해 펌프 유량 제어(용량 제어)를 행하는 작업 기계에 관한 것이다.

유압 셔블 등의 작업 기계에 있어서는, 주행체 등의 기부(基部) 구조체에 대하여 선회체가 선회하도록 구성된 것이 있다. 선회체에는, 작업기나 원동기, 유압 펌프, 각종 탱크류, 열교환기류, 전기기기류, 운전실 등의 각종 설비가 탑재된다. 또한, 굴착한 대량의 토사 등의 적하의 중량이 작업기에 가해진다. 이 때문에 작업기 및 그 적하를 포함한 선회체의 관성 모멘트는 크며, 예를 들면 선회 초동 시에는 유압 펌프의 토출압이 상승하여, 릴리프 밸브를 통해 일부의 압유가 작동유 탱크로 배출되는 것에 의한 유량 손실이 발생하는 경우가 있다. 이에 비해, 선회 동작에 관하여 펌프의 토출 유량을 제어함에 있어서, 선회체의 관성 모멘트에 따라 토출 유량의 증가율을 제한함으로써, 릴리프 밸브를 거치는 작동유의 배출 유량을 저감하는 기술이 개시되어 있다(특허 문헌 1 등 참조).

일본공표특허 특표2013-532782호 공보

그러나, 특허 문헌 1의 기술에서는 토출 유량의 증가율이 관성 모멘트에만 의존하여 제한되고, 동일 관성 모멘트의 조건하에서는 조작량에 관계없이 증가율이 일정해지는 경우가 있다. 구체적으로는, 동(同)문헌에서는 관성 모멘트가 소정값보다 크면 토출 유량의 증가율이 내려가고, 소정값보다 작으면 증가율이 오르도록 하고 있다. 이 때문에, 예를 들면 선회체의 관성 모멘트가 작은 경우, 천천히 신중하게 선회시키기 위해 작게 레버 조작을 해도, 토출 유량이 조작량에 관계없이 관성 모멘트에 의해 결정되어, 조작자의 의도에 반해 선회 각가속도가 커지는 경우가 있다.

본 발명은, 관성 모멘트 및 조작량에 따라 선회 동작용의 펌프 토출 유량의 증가율을 제어함으로써, 선회 동작에 관하여 에너지 효율과 조작성을 양립시킬 수 있는 작업 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 기부 구조체, 상기 기부 구조체의 상부에 선회 가능하게 마련된 선회체, 상기 선회체에 장착된 작업기, 상기 선회체를 구동하는 선회 모터, 상기 선회 모터를 구동하는 압유를 토출하는 가변 용량형의 유압 펌프, 상기 유압 펌프의 토출 유량을 조정하는 레귤레이터, 상기 유압 펌프로부터 상기 선회 모터에 공급되는 압유를 제어하는 방향 전환 밸브, 조작에 따른 조작 신호를 생성하여 상기 방향 전환 밸브를 구동하는 조작 장치를 구비한 작업 기계에 있어서, 상기 조작 장치의 조작량인 선회 조작량을 검출하는 조작량 센서와, 상기 선회체 및 상기 작업기의 관성 모멘트의 연산의 기초가 되는 상태량을 검출하는 복수의 상태량 센서와, 상기 선회 조작량에 따라 상기 유압 펌프의 목표 최대 유량을 연산하는 목표 최대 유량 연산부와, 상기 복수의 상태량 센서에 의해 검출된 상태량에 의거하여 상기 관성 모멘트를 연산하는 관성 모멘트 연산부와, 상기 관성 모멘트, 상기 선회 조작량, 및 유압 펌프에 대한 지령 유량의 증가율의 3자에 대해 미리 정한 관계에 따라, 상기 관성 모멘트 연산부에서 연산된 관성 모멘트 및 상기 조작량 센서에 의해 검출된 선회 조작량에 의거하여 상기 증가율을 연산하는 유량 증가율 연산부와, 상기 목표 최대 유량 연산부에서 연산된 목표 최대 유량을 상한으로 하여, 상기 유량 증가율 연산부에서 연산한 증가율에 의거하여 지령 유량을 연산하는 지령 유량 연산부와, 상기 지령 유량 연산부에서 연산한 지령 유량에 따라 상기 레귤레이터에 지령 신호를 출력하는 출력부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 관성 모멘트 및 조작량에 따라 선회 동작용의 펌프 토출 유량의 증가율을 제어함으로써, 선회 동작에 관하여 에너지 효율과 조작성을 양립시킬 수 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 작업 기계의 일례인 유압 셔블의 외관 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 형태와 관련된 작업 기계에 구비된 유압 시스템의 주요부를 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 형태와 관련된 작업 기계에 구비된 펌프 컨트롤러의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시 형태와 관련된 작업 기계에 구비된 기준 증가율 연산부에 판독되는 제어 테이블의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시 형태와 관련된 작업 기계에 구비된 계수 연산부에 판독되는 제어 테이블의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시 형태와 관련된 작업 기계에 구비된 펌프 컨트롤러에 의한 펌프 토출 유량의 제어 순서를 나타내는 플로우 차트이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시 형태와 관련된 작업 기계에 구비된 펌프 컨트롤러의 모식도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시 형태와 관련된 작업 기계에 구비된 펌프 컨트롤러에 의한 펌프 토출 유량의 제어 순서를 나타내는 플로우 차트이다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시 형태와 관련된 작업 기계에 구비된 펌프 컨트롤러의 모식도이다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시 형태와 관련된 작업 기계에 구비된 기준 증가율 연산부에 판독되는 제어 테이블의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시 형태와 관련된 작업 기계에 구비된 계수 연산부에 판독되는 제어 테이블의 일례를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제 3 실시 형태와 관련된 작업 기계에 구비된 펌프 컨트롤러에 의한 펌프 토출 유량의 제어 순서를 나타내는 플로우 차트이다.
도 13은 선회 시의 펌프 토출압의 시간 변화를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 변형예와 관련된 작업 기계에 구비된 유압 시스템의 주요부를 나타내는 회로도이다.

이하에 도면을 이용하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다.

<제 1 실시 형태>

(1-1) 작업 기계

도 1은 본 발명의 각 실시 형태와 관련된 작업 기계의 일례인 유압 셔블의 외관 구성을 나타내는 사시도이다. 이하의 설명에 있어서 단서가 없는 경우에는 운전석의 전방(동(同)도면 중에서는 좌측 방향)을 기체의 전방으로 한다. 단, 유압 셔블의 예시는 본 발명의 적용 대상을 한정하는 것은 아니고, 기부 구조체에 대하여 선회하는 선회체를 가지는 작업 기계이면, 크레인 등의 타종의 작업 기계에도 본 발명은 적용될 수 있다.

도시한 유압 셔블은, 주행체(1), 주행체(1) 상에 마련한 선회체(2), 및 선회체(2)에 장착한 작업기(프론트 작업기)(3)를 구비하고 있다. 주행체(1)는 작업 기계의 기부 구조체이며, 좌우의 크롤러 벨트(4)에 의해 주행하는 크롤러식의 주행체이다. 단, 고정식의 작업 기계인 경우에는, 지면에 고정한 포스트 등을 주행체를 대신하는 기부 구조체로서 구비하는 경우가 있다. 선회체(2)는 선회륜(6)을 통해 주행체(1)의 상부에 마련되고, 좌측 전방부에 운전실(7)을 구비하고 있다. 운전실(7) 내에는, 오퍼레이터가 앉는 좌석(도시 생략), 및 오퍼레이터가 조작하는 조작 장치(도 2의 조작 장치(34, 35) 등)이 배치되어 있다. 작업기(3)는, 선회체(2)의 전방부에 회전 운동 가능하게 장착한 붐(11), 붐(11)의 선단에 회전 운동 가능하게 연결한 암(12), 및 암(12)의 선단에 회전 운동 가능하게 연결한 버킷(13)을 구비하고 있다.

유압 셔블은 또한, 좌우의 주행 모터(15), 선회 모터(16), 붐 실린더(17), 암 실린더(18) 및 버킷 실린더(19)를 유압 액추에이터로서 구비하고 있다. 좌우의 주행 모터(15)는, 주행체(1)의 좌우의 크롤러 벨트(4)를 각각 구동한다. 선회 모터(16)는 선회륜(6)을 구동하여 주행체(1)에 대하여 선회체(2)를 선회 구동시킨다. 붐 실린더(17)는 붐(11)을 상하로 구동한다. 암 실린더(18)는 암(12)을 덤프측(개방측) 및 크라우드측(스쿱측)으로 구동한다. 버킷 실린더(19)는 버킷(13)을 덤프측 및 크라우드측으로 구동한다.

(1-2) 유압 시스템

도 2는 본 발명의 제 1 실시 형태와 관련된 작업 기계에 구비된 유압 시스템의 주요부를 나타내는 회로도이다. 동도면에 나타낸 바와 같이, 도 1에 나타낸 작업 기계에는, 엔진(21), 유압 펌프(22, 23), 레귤레이터(24, 25), 파일럿 펌프(27), 탱크(28), 방향 전환 밸브(31, 32), 셔틀 밸브(33), 조작 장치(34, 35) 등이 구비되어 있다. 또한, 작업 기계는, 조작량 센서(41, 42), 각도 센서(43, 44), 압력 센서(45, 46) 및 펌프 컨트롤러(47)를 구비하고 있다.

(1-2. 1) 엔진

엔진(21)은 원동기로서 디젤 엔진 등의 내연 기관이며, 출력축이 유압 펌프(22, 23) 및 파일럿 펌프(27)와 동축으로 연결되어 있어, 유압 펌프(22, 23) 및 파일럿 펌프(27)를 구동한다. 엔진(21)의 회전수는 엔진 컨트롤러 다이얼(도시 생략)에 의해 설정되고, 엔진 제어 장치(도시 생략)에 의해 제어된다. 또한, 본 실시 형태에서는 원동기로서 엔진(21)을 이용한 경우를 예시하고 있지만, 전동 모터, 또는 전동 모터 및 내연 기관을 원동기로서 이용하는 경우도 있다.

(1-2. 2) 펌프

유압 펌프(22, 23)는 가변 용량형이며, 탱크(28)에 저류된 작동유를 흡입하여 선회 모터(16)나 붐 실린더(17)를 포함하는 상기 서술한 유압 액추에이터를 구동하는 압유로서 토출된다. 특히 도면에 나타내고 있지 않지만, 유압 펌프(22, 23)의 토출관로에는 릴리프 밸브가 마련되어 있으며, 이들 릴리프 밸브에 의해 토출 관로의 최대압이 규정되어 있다. 파일럿 펌프(27)는 고정 용량형이며, 유압 파일럿식의 조작 장치(34, 35) 등에서 생성되는 조작 신호(유압 신호)의 원압(元壓)을 출력한다. 본 실시 형태에서는 파일럿 펌프(27)는 엔진(21)으로 구동되는 것으로 하지만, 별도 마련한 모터(도시 생략) 등으로 구동되는 구성으로 하는 경우도 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 유압 펌프(22)가 복수의 유압 액추에이터 중 선회 모터(16)에만 압유를 공급하는 회로 구성을 예시하고 있지만, 유압 펌프(22)가 토출하는 압유가 다른 유압 액추에이터에도 공급될 수 있는 구성이어도 된다. 단 그 경우, 선회 조작이 이루어졌을 때, 선회 모터(16)에는 특정의 유압 펌프로부터 압유가 공급되고, 선회 모터(16)에 압유를 공급하고 있는 동안, 그 특정의 유압 펌프로부터 다른 유압 액추에이터에는 압유가 공급되지 않는 유압 회로로 한다. 이것은, 예를 들면 유압 펌프(22, 23)의 토출관로와 각 유압 액추에이터의 액추에이터 관로와의 접속 관계를 제어하는 컨트롤 밸브(도시 생략)를 마련하여, 선회 조작 신호에 의거하여 컨트롤 밸브를 제어함으로써 실현할 수 있다.

(1-2. 3) 레귤레이터

레귤레이터(24, 25)는, 각각 유압 펌프(22, 23)의 토출 유량을 조정하는 장치이며, 유압 펌프(22, 23)의 가변 용량 기구에 연결된 서보 피스톤(도시 생략)이나 전자 밸브(48)를 구비하고 있다. 전자 밸브(48)는 비례 전자 밸브이며, 펌프 컨트롤러(47)의 지령 신호로 구동되고, 선회용의 조작 장치(34)의 조작 신호를 감압하여 생성한 유량 지령 신호를 서보 피스톤 또는 이것을 제어하는 제어 밸브(도시 생략)에 출력하여, 유압 펌프(22)의 토출 유량을 제어한다. 또한, 전자 밸브(48)가 출력하는 유량 지령 신호의 원압은 조작 장치(34)의 조작 신호에 한정되지 않고, 예를 들면 파일럿 펌프(27)의 토출압이어도 된다.

(1-2. 4) 방향 전환 밸브

방향 전환 밸브(31, 32)는, 유압 펌프(22, 23)로부터 선회 모터(16)나 붐 실린더(17) 등의 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 방향 및 유량을 제어하는 제어 밸브이며, 각각 유압 펌프(22, 23)의 토출 관로 상에 마련되어 있다. 도 2에서는 선회 모터(16) 및 붐 실린더(17)에 대응하는 방향 전환 밸브(31, 32)만을 도시하고 있지만, 암 실린더(18) 등의 다른 유압 액추에이터에 대응하는 방향 전환 밸브도 존재한다. 본 실시 형태의 방향 전환 밸브(31, 32)는 센터 바이패스를 가지고 있으며, 중앙의 중립 위치에서는 유압 펌프(22, 23)가 토출하는 압유는 모두 탱크(28)로 되돌아간다. 예를 들면 도 2에서 방향 전환 밸브(31, 32)의 스풀이 우측으로 이동하면, 유압 펌프(22, 23)가 토출되는 압유 중 액추에이터 관로(16a, 17a)에 공급되는 압유의 비율이 증가해, 선회 모터(16)는 일방향으로 회전하며, 붐 실린더(17)는 신장한다. 반대로 좌측으로 스풀이 이동하면, 액추에이터 관로(16b, 17b)에 공급되는 압유의 비율이 증가해, 선회 모터(16)는 타방향으로 회전하며, 붐 실린더(17)는 수축한다.

(1-2. 5) 조작 장치

조작 장치(34, 35)는 선회 모터(16), 붐 실린더(17)의 동작을 지시하는 조작 신호를 생성하는 장치이며, 본 실시 형태에서는 유압 파일럿식의 레버 조작 장치를 이용하고 있다. 조작 장치(34, 35)는 조작 레버로 감압 밸브를 조작하는 구성이다. 도 2에서는 선회용의 조작 장치(34)와 붐용의 조작 장치(35)만을 도시하고 있지만, 암 실린더(18) 등의 다른 유압 액추에이터의 동작을 각각 지시하는 조작 장치도 별도 존재한다. 선회용의 조작 장치(34)를 예로 들어 설명하면, 조작 레버를 일방측으로 경사 조작하면 조작량에 따라 파일럿 펌프(27)의 토출압이 감압되고, 이에 따라 생성된 조작 신호가 신호 라인(34a)으로 출력된다. 반대로 조작 레버를 타방측으로 경사 조작하면, 조작량에 따른 압력의 조작 신호가 신호 라인(34b)으로 출력된다. 조작 장치(34)로부터 출력된 조작 신호는, 신호 라인(34a 또는 34b)을 통하여 방향 전환 밸브(31)가 대응하는 파일럿 수압부에 입력되고, 이에 따라 방향 전환 밸브(31)가 구동되어 선회 모터(16)가 조작에 따라 동작한다.

(1-2. 6) 셔틀 밸브

셔틀 밸브(33)는, 선회용의 조작 장치의 신호 라인(34a, 34b) 상(엄밀하게는 신호 라인(34a, 34b)으로부터 분기된 신호 라인)에 마련된 예를 들면 고압 선택 밸브이며, 신호 라인(11b, 11c)의 높은 쪽의 압력(조작 신호)을 선택하여 전자 밸브(48)에 출력한다. 따라서, 조작 장치(34)의 조작 레버가 어느 방향으로 조작되면, 그 레버 조작에 의해 생성되는 조작 신호가 셔틀 밸브(33)를 통하여 유량 지령 신호의 원압으로서 전자 밸브(48)에 출력된다.

(1-2. 7) 센서

조작량 센서(41, 42)는, 선회용의 조작 장치(34)의 조작량(선회 조작량)을 검출하는 검출기이며, 본 실시 형태에서는 압력 센서를 이용하고 있다. 조작량 센서(41, 42)에 의해, 각각 조작 장치(34)의 신호 라인(34a, 34b)의 압력(선회 조작량(Ps))이 검출된다. 또한, 조작량 센서(41, 42)에는, 압력 센서 외에 조작 레버의 각도를 검출하는 각도 센서 등, 다른 방식의 센서를 이용할 수도 있다.

각도 센서(43, 44) 및 압력 센서(45, 46)는, 선회체(2), 작업기(3) 및 작업기(3)의 적하로 이루어지는 회전체(선회체(2) 및 이것과 함께 주행체(1)에 대하여 선회하는 요소)의 관성 모멘트의 연산의 기초가 되는 상태량을 검출하는 복수의 상태량 센서이다. 관성 모멘트는 회전체의 자세와 중량에 의해 변화된다. 작업기(3)의 자세를 연산하기 위한 정보를 검출하는 것이 각도 센서(43, 44), 회전체의 중량(버킷(13)에 퍼올려진 토사 등의 적하 중량을 포함함)을 연산하기 위한 정보를 검출하는 것이 압력 센서(45, 46)이다. 구체적으로는, 각도 센서(43)는 선회체(2)와 붐(11)이 이루는 각도(θ1)를 검출하는 각도 센서, 각도 센서(44)는 붐(11)과 암(12)이 이루는 각도(θ2)를 검출하는 각도 센서이다. 압력 센서(45, 46)는 붐 실린더(17)의 부하압을 검출하는 압력 센서이며, 압력 센서(45)는 붐 실린더(17)의 보텀압(P1), 압력 센서(46)는 붐 실린더(17)의 로드압(P2)을 검출한다. 본 실시 형태에서는 2개의 압력 센서(45, 46)를 이용하여 붐 실린더(17)의 전후 차압을 검출하는 구성으로 하고 있지만, 대신에 차압계를 이용해도 된다. 또한, 단일의 압력 센서를 이용하여 붐(11)의 중량이 가해지는 쪽의 유실(油室) 또는 액추에이터 관로(본 실시 형태에서는 보텀측 유실 또는 이에 접속하는 액추에이터 관로)의 압력을 검출하는 구성으로 해도 된다.

조작량 센서(41, 42), 각도 센서(43, 44) 및 압력 센서(45, 46)의 검출 신호는, 펌프 컨트롤러(47)에 출력된다.

(1-2. 8)펌프 컨트롤러

도 3은 본 실시 형태와 관련된 펌프 컨트롤러의 모식도이다. 펌프 컨트롤러(47)는, 조작량 센서(41, 42), 각도 센서(43, 44) 및 압력 센서(45, 46)의 검출 신호를 입력하고, 이들에 의거하여 레귤레이터(24)(전자 밸브(48))에 지령 신호(Sf)를 출력하여 유압 펌프(22)의 토출 유량을 제어하는 제어 장치이다. 펌프 컨트롤러(47)는, 작업 기계 전체의 동작을 제어하는 기체 컨트롤러(도시 생략)에 포함된다.

펌프 컨트롤러(47)는, 입력부(51), 기억부(52), 목표 최대 유량 연산부(53), 관성 모멘트 연산부(54), 유량 증가율 연산부(55), 지령 유량 연산부(56) 및 출력부(57)를 구비하고 있다.

·입력부

입력부(51)는, 조작량 센서(41 또는 42)의 검출 신호인 선회 조작량(Ps), 각도 센서(43, 44)의 검출 신호인 각도(θ1, θ2), 및 압력 센서(45, 46)의 검출 신호인 압력(P1, P2)을 입력하는 처리부이다.

·기억부

기억부(52)는, 전자 밸브(48)에 대한 지령 신호(Sf)를 연산하여 출력하기 위해 필요한 제어 테이블 등의 정보, 프로그램, 연산 결과 등을 기억하고 있다.

·목표 최대 유량 연산부

목표 최대 유량 연산부(53)는, 조작량 센서(41 또는 42)에 의해 검출된 선회 조작량(Ps)에 따라 선회 모터(16)의 목표 최대 유량(Qmax)을 연산하는 처리부이다. 선회 조작량(Ps)과 목표 최대 유량(Qmax)의 사이에는, 예를 들면 선회 조작량(Ps)의 증가에 따라 목표 최대 유량(Qmax)이 단조롭게 증가하는 관계가 미리 설정되어 있으며, 이 관계를 규정한 제어 테이블이 기억부(52)에 기억되어 있다. 목표 최대 유량 연산부(53)는, 기억부(52)로부터 해당하는 제어 테이블을 판독하고, 제어 테이블에 따라 선회 조작량(Ps)에 따른 목표 최대 유량(Qmax)을 연산하여, 지령 유량 연산부(56)에 출력한다. 목표 최대 유량(Qmax)은, 선회 조작량(Ps)에 따라 유압 펌프(22)에 출력시킬 수 있는 토출 유량의 최대값이며, 본 실시 형태에서는 목표 최대 유량(Qmax)을 상한으로 하여 소정의 증가율로 펌프 토출 유량이 증가해 나간다.

·관성 모멘트 연산부

관성 모멘트 연산부(54)는, 각도 센서(43, 44) 및 압력 센서(45, 46)에 의해 검출된 상태량(각도(θ1, θ2), 압력(P1, P2))에 의거하여 관성 모멘트(N)를 연산하는 처리부이다. 이 관성 모멘트 연산부(54)는, 각도 센서(43, 44)에 의해 검출된 각도(θ1, θ2)로부터 작업기(3)의 자세를 연산하고, 압력 센서(45, 46)에 의해 검출된 압력(P1, P2)으로부터 버킷(13)의 적하의 중량(또는 회전체의 중량)을 구한다. 그리고, 이들 작업기(3)의 자세와 버킷(13)의 적하를 포함한 회전체의 중량에 의거하여, 관성 모멘트 연산부(54)에 의해 회전체의 관성 모멘트(N)가 연산된다.

·유량 증가율 연산부

유량 증가율 연산부(55)는, 관성 모멘트 연산부(54)에서 연산된 관성 모멘트(N) 및 조작량 센서(41 또는 42)에 의해 검출된 선회 조작량(Ps)에 의거하여 유압 펌프(22)의 지령 유량(유압 펌프(22)에 대한 지령 유량)의 증가율(dQ)을 연산한다. 증가율(dQ)은, 유압 펌프(22)의 목표 유량(Q'(t))의 단위 시간당의 증가량이다. 본 실시 형태의 경우, 후술하는 바와 같이 소정의 사이클 타임(예를 들면 0.1s)으로 소정의 처리를 반복하여 실행해 유압 펌프(22)에 대한 지령 유량(Q(t))을 갱신해 나가므로, dQ는 사이클 타임당의 증가량이라고 할 수 있다. 지령 유량(Q(t))은, 처리 사이클(후술)마다 펌프 컨트롤러(47)가 지령하는 유압 펌프(22)의 토출 유량(지령값)이며, 선회 조작량(Ps)이 바뀌지 않아도 목표 최대 유량(Qmax)을 초과하지 않는 범위에서 사이클 타임마다 증가한다. 또한, 관성 모멘트(N), 선회 조작량(Ps) 및 증가율(dQ)의 3자의 관계는 미리 정해져 있으며, 그 관계를 규정한 제어 테이블이 기억부(52)에 기억되어 있다. 유량 증가율 연산부(55)에서는, 기억부(52)로부터 해당하는 제어 테이블이 판독되고, 제어 테이블에 따라 관성 모멘트(N) 및 선회 조작량(Ps)에 의거하여 증가율(dQ)이 연산된다.

목표 유량의 증가율(dQ)을 연산하기 위한 일 구성예를 설명한다. 본 실시 형태에 있어서는, 유량 증가율 연산부(55)는, 기준 증가율 연산부(61), 계수 연산부(62) 및 승산부(63)를 구비하고 있다.

기준 증가율 연산부(61)는, 미리 정해진의 관계(도 4 참조)를 정한 제어 테이블에 따라, 조작량 센서(41 또는 42)에 의해 검출된 선회 조작량(Ps)에 의거하여 증가율(dQ)의 기준값(y)을 연산하는 처리부이다. 도 4에서는 선회 조작량(Ps)의 증가에 따라 증가율(dQ)의 기준값(y)이 커지는 관계를 예시하고 있으며, 선회 조작량(Ps)이 0에서부터 커짐에 따라 기준값(y)도 0에서부터 단조롭게 증가하도록 하고 있다. 도 4에서는 기준값(y)을 곡선으로 정의하고 있지만, 꺾은선을 포함하는 직선으로 정의할 수도 있다.

계수 연산부(62)는, 기정(旣定)의 관계(도 5 참조)를 정한 제어 테이블에 따라, 관성 모멘트 연산부(54)에서 연산된 관성 모멘트(N)에 의거하여 계수(α)를 연산하는 처리부이다. 도 5에서는 관성 모멘트(N)의 증가에 따라 계수(α)의 값이 작아지는 관계를 예시하고 있으며, 계수(α)는 최소의 관성 모멘트(Nmin)일 때가 최대(=1)이며, 관성 모멘트(N)가 커짐에 따라 단조롭게 감소하도록 하고 있다. 도 5에서는 계수(α)를 곡선으로 정의하고 있지만, 꺾은선을 포함하는 직선으로 정의 할 수도 있다. 또한, 최소의 관성 모멘트(Nmin)는, 공하중 상태(버킷(13)에 토사 등이 전혀 들어 있지 않은 상태)에서 작업기(3)를 끌어 들인 자세(작업기(3)의 선회 반경이 최소가 되는 자세)의 경우의 값이다.

승산부(63)는, 기준 증가율 연산부(61)에서 연산된 기준값(y)에 계수 연산부(62)에서 연산된 계수(α)를 곱하여 증가율(dQ)을 연산하는 처리부이다. 즉, 유량 증가율 연산부(55)에서는, 선회 조작량(Ps)에 따른 기준값(y)에 관성 모멘트(N)에 따른 계수(α)를 곱하여 목표 유량(Q'(t))의 증가율(dQ)이 연산된다. 연산되는 증가율(dQ)은, 선회 조작량(Ps)이 클수록 커지는 한편, 관성 모멘트(N)가 클수록 작아진다.

·지령 유량 연산부

지령 유량 연산부(56)는, 목표 최대 유량 연산부(53)에서 연산된 목표 최대 유량(Qmax)를 상한(목표)으로 하여, 유량 증가율 연산부(55)에서 연산한 증가율(dQ)에 의거하여 지령 유량(Q(t))을 연산하는 처리부이다. 지령 유량 연산부(56)는, 목표 유량 연산부(64) 및 최소값 선택부(65)의 2개의 처리부를 포함한다.

목표 유량 연산부(64)는, 유압 펌프(22)의 스탠바이 유량(대기 유량)을 초기값으로 하여, 선회 조작 개시로부터 선회 조작의 계속 시간만큼의 증가율(dQ)을 적산하여 목표 유량(Q'(t))을 연산한다. 즉, 목표 유량(Q'(t))은, 선회 조작 개시 시의 토출 유량(스탠바이 유량)에, 매처리 사이클에서 연산되는 증가율(dQ)이 사이클 타임마다 가산되어 증가해 나간다. 스탠바이 유량이란, 무조작 시의 유압 펌프(22)의 토출 유량이며, 레귤레이터(24)에 의해 펌프 용량이 최소(또는 설정 용량)로 조정된 상태의 토출 유량이다.

최소값 선택부(65)는, 목표 유량 연산부(64)에서 연산된 목표 유량(Q'(t))과 목표 최대 유량 연산부(53)에서 연산된 목표 최대 유량(Qmax)의 작은 쪽의 값을 선택하여 지령 유량(Q(t))으로서 출력한다. 지령 유량(Q(t))은, 조작 장치(34)의 조작량이 일정한 조건에서는, 목표 최대 유량(Qmax)에 도달할 때까지는 사이클 타임마다 증가율(dQ)씩 증가해 나가고(Q(t)=Q'(t)), 목표 최대 유량(Qmax)에 도달한 후에는 일정해진다(Q(t)=Qmax).

·출력부

출력부(57)는, 지령 유량 연산부(56)에서 연산한 지령 유량(Q(t))에 따라 지령 신호(Sf)(전류 신호)를 생성하고, 레귤레이터(24)(전자 밸브(48))에 지령 신호(Sf)를 출력한다. 이에 따라 전자 밸브(48)의 솔레노이드가 지령 신호(Sf)에 의해 여자되며, 레귤레이터(24)가 작동하여 유압 펌프(22)의 토출 유량이 지령 유량(Q(t))으로 제어된다.

(1-3) 동작

도 6은 본 실시 형태와 관련된 펌프 컨트롤러에 의한 펌프 토출 유량의 제어 순서를 나타내는 플로우 차트이다. 도 6에 나타낸 일련의 처리는, 선회 조작량(Ps)이 입력되고 있는 동안, 펌프 컨트롤러(47)에 의해 소정의 사이클 타임(예를 들면 0.1s)으로 반복하여 실행된다.

·START, 단계 S101

조작 장치(34)의 조작 레버가 조작되어 선회 조작량(Ps)이 입력부(51)에 입력되면, 이것이 트리거가 되어 펌프 컨트롤러(47)에 의해 도 6에 나타낸 처리가 개시된다. 우선, 단계 101에서, 펌프 컨트롤러(47)는, 조작량 센서(41 또는 42)에 의해 검출된 선회 조작량(Ps), 각도 센서(43, 44)에 의해 검출된 각도(θ1, θ2), 및 압력 센서(45, 46)에 의해 검출된 압력(P1, P2)을 입력부(51)를 통하여 입력한다. 나아가서는, 하나 전의 처리 사이클의 지령 유량(Q(t-1))을 기억부(52)로부터 입력부(51)를 통하여 판독한다. t=1인 경우(최초의 처리 사이클)의 Q(t-1)는 유압 펌프(22)의 스탠바이 유량으로 한다.

·단계 S102, S103

계속해서 단계 S102에서는, 펌프 컨트롤러(47)는 목표 최대 유량 연산부(53)에 의해, 기억부(52)로부터 판독한 제어 테이블에 따라 선회 조작량(Ps)에 따른 목표 최대 유량(Qmax)를 결정한다. 또한, 펌프 컨트롤러(47)는 관성 모멘트 연산부(54)에 의해, 각도(θ1, θ2) 및 압력(P1, P2)으로부터 회전체의 관성 모멘트(N)를 연산한다. 단계 S102, S103의 처리는 순서가 반대여도 되고, 병행하여 실행되어도 된다.

·단계 S104

계속해서 단계 104에서는, 펌프 컨트롤러(47)는 유량 증가율 연산부(55)에 의해, 선회 조작량(Ps) 및 관성 모멘트(N)의 값으로부터 지령 유량의 증가율(dQ)을 연산한다. 이 경우, 우선 단계 S101에서 입력한 선회 조작량(Ps)의 값으로부터 지령 유량 증가율의 기준값(y)이 기준 증가율 연산부(61)에서 연산된다(y=f(Ps), 도 4 참조). 또한, 단계 S103에서 구한 관성 모멘트(N)의 값으로부터 지령 유량 증가율의 계수(α)가 계수 연산부(62)에서 연산된다(α=g(N), 도 5 참조). 그리고, 기준 증가율 연산부(61)에서 연산된 기준값(y)에 계수 연산부(62)에서 연산된 계수(α)를 곱함으로써, 승산부(63)에 의해 지령 유량의 증가율(dQ)이 연산된다(dQ=α×y).

·단계 S105-S108

단계 S105로 순서를 옮기면, 펌프 컨트롤러(47)는 목표 유량 연산부(64)에 의해, 단계 S101에서 판독한 이전 사이클의 지령 유량(Q(t-1))에 단계 S104에서 연산한 증가율(dQ)을 가산함으로써, 목표 유량(Q'(t))을 연산한다. 계속해서 단계 106-S108에서, 펌프 컨트롤러(47)는 최소값 선택부(65)에 의해, 단계 S102에서 연산한 목표 최대 유량(Qmax)과 단계 S105에서 연산한 목표 유량(Q'(t))을 비교하여, 값이 작은 쪽을 선택하여 지령 유량(Q(t))으로서 출력한다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 목표 최대 유량(Qmax)을 초과하지 않는 범위에서 목표 유량(Q'(t))이 지령 유량(Q(t))이 되고, 목표 유량(Q'(t))이 목표 최대 유량(Qmax)에 도달하여 이후에는 목표 최대 유량(Qmax)이 지령 유량(Q(t))이 된다.

·단계 S109-END

계속해서 단계 S109에서는, 펌프 컨트롤러(47)는 출력부(57)에 의해, 지령 유량 연산부(56)에서 연산된 지령 유량(Q(t))에 따라 지령 신호(Sf)를 생성하고, 전자 밸브(48)에 지령 신호(Sf)를 출력한다. 이에 따라 지령 유량(Q(t))이 토출되도록 유압 펌프(22)의 토출 유량이 제어된다. 마지막으로 단계 S110에서, 펌프 컨트롤러(47)는, 단계 S107 또는 S108에서 연산한 지령 유량(Q(t))을 다음의 사이클의 단계 S101에서 판독하는 지령 유량(Q(t-1))으로서 기억부(52)에 기억시켜, 도 6의 일련의 처리(1사이클분)를 마친다. 단계 S109, S110의 처리는 순서가 반대여도 되고, 병행하여 실행되어도 된다.

선회 조작량(Ps)이 입력되고 있는 동안, 이상의 일련의 처리가 반복하여 실행됨으로써, 선회 조작량(Ps) 및 관성 모멘트(N)에 따른 증가율(dQ)로 유압 펌프(22)로부터 선회 모터(16)에 공급되는 압유의 유량이 목표 최대 유량(Qmax)을 상한으로 하여 증가해 나간다.

(1-4) 효과

·에너지 효율과 조작성의 양립

회전체의 관성 모멘트(N)가 클수록 목표 유량의 증가율(dQ)이 작아지므로, 예를 들면 회전체의 관성 모멘트가 큰 경우에 있어서의 선회 초동 시 등, 선회 모터(16)의 요구 유량에 대한 유압 펌프(22)의 토출 유량의 과도한 상승을 억제할 수 있다. 따라서, 유압 펌프(22)의 토출 관로의 압력의 상승을 억제하고, 릴리프 밸브를 거치는 압유의 배출을 억제할 수 있으므로, 유량 손실의 억제에 의해 에너지 효율(연비)을 향상시킬 수 있다.

또한, 관성 모멘트(N)에만 의존하지 않고, 선회 조작량(Ps)에 의해서도 목표 유량의 증가율(dQ)이 변화된다. 구체적으로는, 선회 조작량(Ps)이 클수록 증가율(dQ)이 커진다. 가령 관성 모멘트(N)만으로 증가율(dQ)을 결정하면, 예를 들면 선회체의 관성 모멘트가 작은 경우에 천천히 신중하게 선회 작업을 행하기 위해 작게 레버 조작을 했을 때, 조작량에 관계없이 토출 유량이 증가해 나가기 때문에 조작자의 의도에 반해 선회 각가속도가 커진다. 그것에 반해, 본 실시 형태에서는 선회 조작량(Ps)이 작으면 이에 따라 기준값(y)도 감소하므로, 관성 모멘트(N)에 의해 계수(α)는 증감하지만 선회 조작량(Ps)에 따라 증가량(dQ)은 감소한다. 이와 같이 토출 유량의 증가율(dQ)이 선회 조작량(Ps)에 따르므로, 양호한 조작성을 확보할 수 있다.

이상, 본 실시 형태에 의하면, 관성 모멘트(N) 및 선회 조작량(Ps)에 따라 선회 동작용의 펌프 토출 유량의 증가율(dQ)을 제어함으로써, 선회 동작에 관하여 에너지 효율과 조작성을 양립시킬 수 있다.

·에너지 효율의 가일층의 향상

전술한 바와 같이 방향 전환 밸브(31) 등은 센터 바이패스 통로를 구비한 오픈 센터 방식의 것이다. 이 종류의 방향 전환 밸브를 이용한 경우, 클로즈드 센터 방식의 방향 전환 밸브를 이용한 경우와는 상이한 조작성이 얻어지는 이점이 있다. 선회 모터에 대하여 오픈 센터 방식의 방향 전환 밸브를 이용한 경우, 선회 조작량에 대한 선회 각가속도는 센터 바이패스 통로의 개구 면적으로 결정된다. 단, 센터 바이패스 통로를 통과하는 유량은 손실이 된다. 이 유량 손실을 저감시키기 위해 센터 바이패스 통로를 좁히면, 동일한 선회 조작량으로도 선회 모터에 공급되는 유량의 증가에 의해 선회 각가속도가 상승하여, 선회 속도의 상승이 선회 조작량에 비하여 커져 선회 조작에 대하여 유연성이 저하되는 경우가 있다.

본 실시 형태에 의하면 관성 모멘트(N)와 선회 조작량(Ps)에 따라 토출 유량의 증가율(dQ)이 전자 계산에 의해 적절하게 결정된다. 이에 따라, 방향 전환 밸브(31)의 센터 바이패스 통로를 좁혀도, 선회 조작량(Ps)에 대한 토출 유량, 나아가서는 선회 각가속도의 과도한 상승을 억제할 수 있다. 따라서, 유연한 선회 조작성을 확보하면서, 센터 바이패스 통로를 좁히는 것에 의한 에너지 효율의 향상의 효과를 누릴 수 있다.

<제 2 실시 형태>

(2-1) 구성

도 7은 본 발명의 제 2 실시 형태와 관련된 펌프 컨트롤러의 모식도이다. 도 7에 있어서 제 1 실시 형태와 마찬가지의 요소에는 기출(旣出) 도면과 동일한 부호를 부여하고 있다. 본 실시 형태의 펌프 컨트롤러(47A)의 지령 유량 연산부(56A)는, 제 1 실시 형태의 펌프 컨트롤러(47)의 지령 유량 연산부(56)와 상이하다. 본 실시 형태의 제 1 실시 형태와의 구성적 상이점은 이 점뿐이기 때문에, 다른 구성에 대해서는 설명을 생략하고, 지령 유량 연산부(56A)에 대해 이하에 설명한다.

·지령 유량 연산부

본 실시 형태에 있어서의 지령 유량 연산부(56A)는, 조작 시간 연산부(66), 지연 시간 연산부(67), 목표 유량 연산부(68) 및 최소값 선택부(65)를 구비하고 있다.

조작 시간 연산부(66)는, 선회 조작의 계속 시간(t)을 연산하는 처리부이다. 조작 시간 연산부(66)는 예를 들면 타이머나 카운터이며, 일정 이상의 크기의 선회 조작량(Ps)의 값이 입력된 후 카운트를 개시하고, 계속적으로 일정 이상의 크기의 선회 조작량(Ps)의 값이 입력되고 있는 동안, 시간 계측을 계속한다.

지연 시간 연산부(67)는, 관성 모멘트 연산부(54)에서 연산된 관성 모멘트(N)에 의거하여 지령 유량(Q(t))(목표 유량(Q'(t)))을 증가시키는 타이밍을 늦추는 지연 시간(t0)을 연산하는 처리부이다. 본 실시 형태에서는, 관성 모멘트(N)와 지연 시간(t0)과의 관계를 규정한 제어 테이블이 기억부(52)에 기억되어 있다. 기억부(52)로부터 해당하는 제어 테이블이 지연 시간 연산부(67)에 판독되고, 제어 테이블에 따라 관성 모멘트(N)에 따른 지연 시간(t0)이 연산된다.

목표 유량 연산부(68)는, 유압 펌프(22)의 스탠바이 유량을 초기값으로 하여, 조작 시간 연산부(66)에서 연산된 선회 조작의 계속 시간(t)이 지연 시간 연산부(67)에서 연산된 지연 시간(t0)에 도달한 후, 지령 유량의 증가율(dQ)을 적산하여 목표 유량(Q'(t))을 연산한다. 지연 시간(t0)에 도달할 때까지 증가율(dQ)을 적산하지 않는(지연 시간(t0) 경과 전에 연산된 증가율(dQ)은 무시되는) 점을 제외하고, 목표 유량 연산부(68)는 제 1 실시 형태의 목표 유량 연산부(64)와 마찬가지의 기능을 한다.

최소값 선택부(65)의 기능은 제 1 실시 형태와 실질 동일하며, 목표 유량 연산부(68)에서 연산된 목표 유량(Q'(t))과 목표 최대 유량 연산부(53)에서 연산된 목표 최대 유량(Qmax)의 작은 쪽의 값을 선택하여 지령 유량(Q(t))으로서 출력한다.

(2-2) 동작

도 8은 본 실시 형태와 관련된 펌프 컨트롤러에 의한 펌프 토출 유량의 제어 순서를 나타내는 플로우 차트이다. 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 도 8에 나타낸 일련의 처리는, 선회 조작량(Ps)이 입력되고 있는 동안, 펌프 컨트롤러(47A)에 의해 소정의 사이클 타임(예를 들면 0.1s)으로 반복하여 실행된다.

·START-단계 S208

START, 단계 S201의 처리에 대해서는, 도 6에서 설명한 START 및 단계 S101의 처리와 마찬가지이다. 계속해서 펌프 컨트롤러(47A)는 조작 시간 연산부(66)에 의해, 선회 조작량(Ps)이 미리 설정한 임계값(P0)보다 큰지 여부를 판단하여(단계 S202), 선회 조작의 계속 시간(t)을 연산한다. 조작 시간 연산부(66)는, 선회 조작량(Ps)이 임계값(P0)보다 크면 선회 조작의 계속 시간(t)에 사이클 타임(Δt)을 가산하고(단계 S203), 선회 조작량(Ps)이 임계값(P0) 이하이면 그 시점의 계속 시간(t)을 유지한다(단계 S204). 임계값(P0)은 의도적인 선회 조작인 것을 판정하기 위한 값이다. 계속 시간(t)의 초기값은 0이다. 계속해서 단계 S205-S207의 처리는, 도 6에서 설명한 단계 S102-S104의 처리와 마찬가지이다.

·단계 S208-END

계속해서 펌프 컨트롤러(47A)는, 지연 시간 연산부(67)에 의해, 기억부(52)로부터 판독한 제어 테이블에 따라 관성 모멘트(N)에 따른 지연 시간(t0)을 결정한다(단계 S208). 펌프 컨트롤러(47A)는, 목표 유량 연산부(68)에 의해 선회 조작의 계속 시간(t)과 지연 시간을 비교하고, 선회 조작을 시작하고 나서 지연 시간(t0)이 경과하였는지 여부를 판정한다(단계 S209). 목표 유량 연산부(68)는, 선회 조작 개시 후 지연 시간(t0)이 경과하고 있으면(t≥t0), 단계 S207에서 연산한 증가율(dQ)을 이전 사이클의 지령 유량(Q(t-1))에 가산하여 목표 유량(Q'(t))을 증가시켜 출력한다(단계 S210). 반대로, 선회 조작 개시 후 지연 시간(t0)의 경과 전이면(t<t0), 목표 유량 연산부(68)는, 단계 S207에서 연산한 증가율(dQ)을 가산하는 않고, 이전 사이클의 지령 유량(Q(t-1))을 그대로 목표 유량(Q'(t))으로서 출력한다(단계 S211). 이후의 단계 S212-END의 처리는, 도 6에서 설명한 단계 S106 이후의 처리와 마찬가지이다.

선회 조작량(Ps)이 입력되고 있는 동안, 이상의 처리가 반복하여 실행됨으로써, 지연 시간(t0)의 경과 후, 선회 조작량(Ps) 등에 따른 증가율(dQ)로 목표 최대 유량(Qmax)을 상한으로 하여 유압 펌프(22)의 토출 유량이 증가해 나간다.

(2-3) 효과

본 실시 형태에 있어서도 선회 조작량(Ps)과 관성 모멘트(N)에 따라 결정되는 증가율(dQ)로 유압 펌프(22)의 토출 유량이 증가해 나가므로, 제 1 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.

또한, 엔진(21)의 가동 중은 조작 장치(34)가 조작되고 있지 않은 상태여도 유압 펌프(22)는 일정 유량(스탠바이 유량)을 토출하고 있으며, 이것이 유압 회로의 누설 유량의 담보나 토출 유량 제어의 응답성의 확보에 기여하고 있다. 그러나, 선회 조작의 개시에 따라 선회 모터(16)의 요구 유량에 맞춰 유압 펌프(22)의 토출 유량을 서서히 높여 나가고 싶지만, 당초부터 유압 펌프(22)로부터 스탠바이 유량이 토출되고 있다. 이 때문에, 선회 조작 개시 시에는 선회 모터(16)의 요구 유량에 비하여 유압 펌프(22)의 토출 유량이 커지는 경향이 있으며, 선회 조작 개시 직후로부터 유압 펌프(22)의 토출 유량을 증가시켜 나가면 그 차이가 확대되어, 조작에 비하여 선회 각가속도가 커질 가능성이 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는 선회 조작 개시로부터 지연 시간(t0)만큼 기다려 유압 펌프(22)의 토출 유량을 증가시킴으로써, 선회 모터(16)의 요구 유량과 유압 펌프(22)의 토출 유량과의 차이를 억제하여, 선회 각가속도 제어의 타당성을 향상시킬 수 있다.

<제 3 실시 형태>

(3-1) 구성

도 9는 본 발명의 제 3 실시 형태와 관련된 펌프 컨트롤러의 모식도이다. 도 9에 있어서 제 1 또는 제 2 실시 형태와 마찬가지의 요소에는 기출 도면과 동일한 부호를 부여하고 있다. 본 실시 형태는, 펌프 컨트롤러(47B)의 유량 증가율 연산부(55B) 및 지령 유량 연산부(56B)가, 제 1 실시 형태의 펌프 컨트롤러(47)의 유량 증가율 연산부(55) 및 지령 유량 연산부(56)와 상이하다. 본 실시 형태의 제 1 실시 형태와의 구성적 상이점은 이 점뿐이기 때문에, 다른 구성에 대해서는 설명을 생략하고, 유량 증가율 연산부(55B) 및 지령 유량 연산부(56B)에 대해 이하에 설명한다.

·유량 증가율 연산부

본 실시 형태에 있어서의 유량 증가율 연산부(55B)는, 제 1 증가율(dQ1)과 제 2 증가율(dQ2)의 2개의 증가율을 연산하는 점에서, 제 1 실시 형태의 유량 증가율 연산부(55)와 상이하다. 관성 모멘트(N) 및 선회 조작량(Ps)에 대한 제 1 증가율(dQ1) 및 제 2 증가율(dQ2)의 관계는, 제 1 증가율(dQ1)이 제 2 증가율(dQ2)보다 값이 작아지도록 미리 정해져 있으며, 그 관계를 규정한 제어 테이블이 기억부(52)에 기억되어 있다. 예를 들면, 유량 증가율 연산부(55B)는, 기준 증가율 연산부(61B), 계수 연산부(62B) 및 승산부(63B)를 구비하고 있다.

기준 증가율 연산부(61B)는, 기정의 관계(도 10 참조)를 정한 제어 테이블에 따라, 조작량 센서(41 또는 42)에 의해 검출된 선회 조작량(Ps)에 의거하여 제 1 증가율(dQ1)의 기준값(y1) 및 제 2 증가율(dQ2)의 기준값(y2)을 연산하는 처리부이다. 도 10에는 선회 조작량(Ps)이 0으로부터 증가함에 따라 기준값(y1, y2) 모두 0으로부터 증가하는 관계를 예시하고 있지만, 동일한 선회 조작량(Ps)에 대해서는 y1<y2가 되도록 설정되어 있다. 기준값(y2)은 예를 들면 도 4에 나타낸 기준값(y)과 동등하게 할 수 있다. 도 10에서는 기준값(y1, y2)을 곡선으로 정의하고 있지만, 꺾은선을 포함하는 직선으로 정의할 수도 있다.

계수 연산부(62B)는, 기정의 관계(도 11 참조)를 정한 제어 테이블에 따라, 관성 모멘트 연산부(54)에서 연산된 관성 모멘트(N)에 의거하여 제 1 계수(α1) 및 제 2 계수(α2)를 연산하는 처리부이다. 도 11에는 관성 모멘트(N)의 증가에 따라 계수(α1, α2) 모두 값이 작아지는 관계를 예시하고 있다. 본 실시 형태에서는 최소의 관성 모멘트(Nmin)일 때의 계수(α1, α2)를 최대(=1)로 하여, 관성 모멘트(N)가 커짐에 따라 계수(α1, α2)가 단조롭게 감소하도록 설정되어 있다. 단, 동일한 관성 모멘트(N)에 대해서는 α1<α2가 되도록 설정되어 있다. 도 11에서는 계수(α1, α2)를 곡선으로 정의하고 있지만, 꺾은선을 포함하는 직선으로 정의할 수도 있다.

승산부(63B)는, 기준값(y1)에 계수(α1)를 곱하여 제 1 증가율(dQ1)을 연산하고, 기준값(y2)에 계수(α2)를 곱하여 제 2 증가율(dQ2)을 연산하는 처리부이다. 제 1 증가율(dQ1)은 제 2 증가율(dQ21)보다 작게 연산된다. 또한, y1<y2, α1<α2의 조건은 반드시 쌍방이 필요한 것은 아니다. 예를 들면 y1<y2, α1=α2라고 하는 바와 같이 기준값에만 차이가 발생하는 조건으로 하는 것도 생각할 수 있고, y1=y2, α1<α2로 하는 것 같이 계수에만 차이가 발생하는 조건으로 할 수도 있다.

·지령 유량 연산부

지령 유량 연산부(56B)은, 목표 최대 유량 연산부(53)에서 연산된 목표 최대 유량(Qmax)를 목표(상한)로 하여, 유량 증가율 연산부(55B)에서 연산한 제 1 증가율(dQ1) 또는 제 2 증가율(dQ2)로 지령 유량(Q(t))을 증가시키는 처리부이다. 지령 유량 연산부(56B)는, 제 1 유량 연산부(64B), 조작 시간 연산부(66), 지연 시간 연산부(67), 제 2 유량 연산부(68B), 최대값 선택부(69) 및 최소값 선택부(65)를 포함하고 있다. 이 중 조작 시간 연산부(66) 및 지연 시간 연산부(67)에 대해서는 제 2 실시 형태에서 설명한 것과 마찬가지이다.

제 1 유량 연산부(64B)는, 유압 펌프(22)의 스탠바이 유량을 초기값으로 하여, 선회 조작 개시 시부터 제 1 증가율(dQ1)을 적산하여 제 1 유량(Q1(t))을 연산하는 처리부이다. 적산하는 증가율이 제 1 증가율(dQ1)인 것을 제외하고, 제 1 유량 연산부(64B)의 기능은 제 1 실시 형태의 목표 유량 연산부(64)와 마찬가지이다.

제 2 유량 연산부(68B)는, 유압 펌프(22)의 스탠바이 유량을 초기값으로 하여, 선회 조작의 계속 시간(t)이 지연 시간(t0)에 도달하고 나서 제 2 증가율(dQ2)을 적산하여 제 2 유량(Q2(t))을 연산하는 처리부이다. 적산하는 증가율이 제 2 증가율(dQ2)인 것을 제외하고, 제 2 유량 연산부(68B)의 기능은 제 2 실시 형태의 목표 유량 연산부(68)와 마찬가지이다.

최대값 선택부(69)는, 제 1 유량(Q1(t))과 제 2 유량(Q2(t))의 큰 쪽의 값을 선택하여 목표 유량(Q'(t))으로서 출력하는 처리부이다. 제 2 유량(Q2(t))은 지연 시간(t0)이 도래할 때까지 초기값인 채이므로, 선회 조작 개시 후 잠시 동안은 제 2 유량(Q2(t))보다 제 1 유량(Q1(t)) 쪽이 크다. 그러나, 제 1 증가율(dQ1)이 제 2 증가율(dQ2)보다 작으므로, 선회 조작이 계속되면, 그 후 제 1 유량(Q1(t))보다 제 2 유량(Q2(t))이 커진다. 따라서, 선회 조작 개시 후 잠시 동안은 제 1 유량(Q1(t))이, 그 후에는 제 2 유량(Q2(t))이 목표 유량(Q'(t))으로서 출력된다.

최소값 선택부(65)의 기능은 제 1 및 제 2 실시 형태와 마찬가지이며, 최대값 선택부(69)로부터 출력된 목표 유량(Q'(t))과 목표 최대 유량 연산부(53)에서 연산된 목표 최대 유량(Qmax)의 작은 쪽의 값을 선택하여 지령 유량(Q(t))으로서 출력한다.

(3-2) 동작

도 12는 본 실시 형태와 관련된 펌프 컨트롤러에 의한 펌프 토출 유량의 제어 순서를 나타내는 플로우 차트이다. 제 1 및 제 2 실시 형태와 마찬가지로, 도 12에 나타낸 일련의 처리는, 선회 조작량(Ps)이 입력되고 있는 동안, 펌프 컨트롤러(47B)에 의해 소정의 사이클 타임(예를 들면 0.1s)으로 반복하여 실행된다.

·START-S307

START-단계 S306의 처리에 대해서는, 도 8에서 설명한 START-단계 S206의 처리와 마찬가지이다. 단, 단계 S301에서는, 이전 사이클의 지령 유량(Q(t-1))이 아닌, 이전 사이클의 제 1 유량(Q1(t-1)) 및 제 2 유량(Q2(t-1))이 판독된다. 단계 S307로 순서를 옮기면, 펌프 컨트롤러(47B)는 유량 증가율 연산부(55B)에 의해, 전술한 바와 같이 제 1 증가율(dQ1) 및 제 2 증가율(dQ2)을 연산한다.

·단계 S308

계속해서 단계 S308에서는, 펌프 컨트롤러(47B)는 제 1 유량 연산부(64B)에 의해, 단계 S301에서 판독한 이전 사이클의 제 1 유량(Q1(t-1))에 단계 S307에서 연산한 제 1 증가율(dQ1)을 가산함으로써, 제 1 유량(Q1(t))을 연산한다. 도 6의 단계 S105와 동일한 요령의 처리이다.

·단계 S309-S312

계속해서, 펌프 컨트롤러(47B)는, 지연 시간(t0)을 결정하고(단계 S309), 선회 조작을 시작하고 나서 지연 시간(t0)이 경과하였는지 여부를 판정한다(단계 S310). 선회 조작 개시 후 지연 시간(t0)이 경과하고 있으면(t≥t0), 단계 S307에서 연산한 제 2 증가율(dQ2)을 이전 사이클의 제 2 유량(Q2(t-1))에 가산하여 제 2 유량(Q2(t))을 증가시켜 출력한다(단계 S311). 반대로, 선회 조작 개시 후 지연 시간(t0)의 경과 전이면(t<t0), 제 2 증가율(dQ2)을 가산하지 않고, 이전 사이클의 제 2 유량(Q2(t-1))을 그대로 제 2 유량(Q2(t))으로서 출력한다(단계 S312). 단계 S309-S312의 처리는, 도 8의 단계 S208-S211과 동일한 요령의 처리이다.

·단계 S313-S315

계속해서 단계 S313에서는, 펌프 컨트롤러(47B)는 최대값 선택부(69)에 의해, 단계 S308에서 연산한 제 1 유량(Q1(t))과 단계 S311 또는 S312에서 연산한 제 2 유량(Q2(t))을 비교한다. 그리고, 값이 큰 쪽이 선택되어 목표 유량(Q'(t))으로서 출력된다(단계 S314, S315).

·단계 S316-END

계속해서 펌프 컨트롤러(47B)는, 최소값 선택부(65)에 의해, 단계 S305에서 연산한 목표 최대 유량(Qmax)과 단계 S314 또는 S315에서 연산한 목표 유량(Q'(t))을 비교한다(단계 S316). 이에 따라, 최소값 선택부(65)에서는, 값이 작은 쪽이 선택되어 지령 유량(Q(t))으로서 출력된다(단계 S317, S318). 따라서, 본 실시 형태에서는, 목표 최대 유량(Qmax)을 초과하지 않는 범위에서 목표 유량(Q'(t))이 지령 유량(Q(t))이 된다. 단계 319 이후의 처리는, 도 8에서 설명한 단계 S215 이후의 처리와 마찬가지이다. 단, 단계 S320에서는, 단계 S308에서 연산한 제 1 유량(Q1(t))이 다음 사이클에서 판독되는 Q1(t-1)로서, 단계 S311 또는 S312에서 연산한 제 2 유량(Q2(t))이 Q2(t-1)로서 기억부(52)에 기억된다.

선회 조작량(Ps)이 입력되고 있는 동안, 이상의 처리가 반복하여 실행됨으로써, 선회 조작량(Ps) 및 관성 모멘트(N)에 따라 유압 펌프(22)의 토출 유량이 목표 최대 유량(Qmax)을 상한으로 하여 증가해 나간다.

(3-3) 효과

본 실시 형태에 있어서도 선회 조작량(Ps)과 관성 모멘트(N)에 따라 결정되는 증가율(dQ1 또는 dQ2)로 지령 유량(Q(t))이 증가해 나가므로, 제 1 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.

도 13은 선회 시의 펌프 토출압의 시간 변화를 나타낸 도면이다. 선회 모터로의 압유의 공급을 개시하면, 일반적으로 도 13에 나타나 있는 바와 같이 펌프 토출압은 피크값까지 상승하고, 그 후에 어느 정상값에 수렴된다. 이 때, 펌프 토출 유량의 증가율을 제어하는 경우, 상황에 따라서는 목표 유량(Q'(t))이 단조롭게 증가하지 않고, 진동적으로 증가하는 경우가 있다. 이 경우, 증가율을 제어하지 않는 경우에 상대하여 토출 유량의 상승이 느리기 때문에 선회 각속도의 상승에 지연이 발생할 수 있다. 제 2 실시 형태에서는 과도한 선회 가속도의 상승을 억제하기 위해 토출 유량을 증가시키는 타이밍을 지연시켰지만, 스탠바이 유량인 채로는 펌프 토출압이 부족되는 경우가 있어, 조건에 따라서는 선회 조작에 비하여 선회 각가속도의 상승이 지연되는 것도 생각할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 본래적인 목표 유량인 제 2 유량(Q2(t))은 지연 시간(t0)이 도래할 때까지 증가하지 않지만, 그 동안, 제 1 유량(Q1(t))이 선행하여 낮은 증가율로 증가한다. 이 때문에, 지령 유량(Q(t))은 지연 시간(t0)의 경과 전에도 낮은 증가율로 증가하고, 이에 따라 펌프 토출압을 담보할 수 있을 만큼의 유량이 유압 펌프(22)로부터 토출되어, 선회 모터(16)의 선회 각속도의 상승의 지연을 억제할 수 있다.

<변형예>

·상태량 센서의 베리에이션

도 14는 본 발명의 변형예와 관련된 작업 기계에 구비된 유압 시스템의 주요부를 나타내는 회로도이다. 도 14에 있어서 제 1-제 3 실시 형태와 마찬가지의 요소에는 기출 도면과 동일한 부호를 부여하고 있다. 작업기(3)의 자세 연산의 기초 정보를 취득하는 상태량 센서로서, 이상의 각 실시 형태에서는 각도 센서(43, 44)를 예시했다. 그러나, 작업기(3)의 자세 연산의 기초 정보를 취득하는 상태량 센서는, 각도 센서(43, 44)에는 한정되지 않는다. 도 14에 나타나 있는 바와 같이, 예를 들면 붐 실린더(17)의 신장량을 검출하는 붐 스트로크 센서(71), 암 실린더(18)의 신장량을 검출하는 암 스트로크 센서(72)를 각도 센서(43, 44) 대신에 이용할 수 있다. 본 변형예의 그 밖의 점에 대해서는, 제 1 실시 형태, 제 2 실시 형태 또는 제 3 실시 형태와 마찬가지이다. 붐 실린더(17) 및 암 실린더(18)의 스트로크량에 의해서도 작업기(3)의 자세 연산을 할 수 있고, 제 1 실시 형태, 제 2 실시 형태 또는 제 3 실시 형태와 마찬가지의 처리를 실행할 수 있다.

·기타

유압 파일럿식의 조작 장치(34)를 이용한 경우를 예로 들어 설명했지만, 조작 장치(34)로서 전기 레버를 이용할 수도 있다. 이 경우, 조작량 센서는 퍼텐쇼미터를 이용할 수 있다. 방향 전환 밸브(31)에 입력하는 유압 신호에 대해서는, 파일럿 펌프(27)의 토출압을 원압으로 하여 비례 전자 밸브로 감압하여 생성하는 구성으로 하면 된다. 즉, 전기 레버의 조작 신호 또는 이에 따라 컨트롤러로부터 출력되는 지령 신호에 의해 비례 전자 밸브를 구동하여, 방향 전환 밸브(31)를 구동하는 구성이다. 이러한 구성에도 본 발명은 적용 가능하다.

또한, 방향 전환 밸브(31) 등은 센터 바이패스 통로를 구비한 것이 아니라도, 센텍로즈 방식의 것을 이용해도 된다. 이 경우에도 본 발명은 적용 가능하다.

또한, 엔진(21)(내연 기관)을 원동기로서 유압 펌프(22) 등을 구동하는 구성을 예시했지만, 원동기로서 전동 모터를 채용한 작업 기계에도 본 발명은 적용 가능하다.

1…주행체(기부 구조체), 2…선회체, 3…작업기, 11…붐, 12…암, 16…선회 모터, 17…붐 실린더, 18…암 실린더, 22, 23…유압 펌프, 24, 25…레귤레이터, 31, 32…방향 전환 밸브, 34, 35…조작 장치, 41, 42…조작량 센서, 43…각도 센서(붐 각도 센서, 상태량 센서), 44…각도 센서(암 각도 센서, 상태량 센서), 45, 46…압력 센서(상태량 센서), 53…목표 최대 유량 연산부, 54…관성 모멘트 연산부, 55, 55B…유량 증가율 연산부, 56, 56A, 56B…지령 유량 연산부, 57…출력부, 61, 61B…기준 증가율 연산부, 62, 62B…계수 연산부, 63, 63B…승산부, 64…목표 유량 연산부, 64B…제 1 유량 연산부, 65…최소값 선택부, 66…조작 시간 연산부, 67…지연 시간 연산부, 68…목표 유량 연산부, 68B…제 2 유량 연산부, 69…최대값 선택부, 71…붐 스트로크 센서(상태량 센서), 72…암 스트로크 센서(상태량 센서), dQ…증가율, P1, P2…압력, Ps…선회 조작량, Qreq…요구 유량, Q(t)…지령 유량, Q'(t)…적산 유량, Sf…지령 신호, t…선회 조작의 계속 시간, t0…지연 시간, y…기준값, α…계수, θ1, θ2…각도

Claims

기부 구조체, 상기 기부 구조체의 상부에 선회 가능하게 마련된 선회체, 상기 선회체에 장착된 작업기, 상기 선회체를 구동하는 선회 모터, 상기 선회 모터를 구동하는 압유를 토출하는 가변 용량형의 유압 펌프, 상기 유압 펌프의 토출 유량을 조정하는 레귤레이터, 상기 유압 펌프로부터 상기 선회 모터에 공급되는 압유를 제어하는 방향 전환 밸브, 조작에 따른 조작 신호를 생성하여 상기 방향 전환 밸브를 구동하는 조작 장치를 구비한 작업 기계에 있어서,
상기 조작 장치의 조작량인 선회 조작량을 검출하는 조작량 센서와,
상기 선회체 및 상기 작업기의 관성 모멘트의 연산의 기초가 되는 상태량을 검출하는 복수의 상태량 센서와,
상기 선회 조작량에 따라 상기 유압 펌프의 목표 최대 유량을 연산하는 목표 최대 유량 연산부와,
상기 복수의 상태량 센서에 의해 검출된 상태량에 의거하여 상기 관성 모멘트를 연산하는 관성 모멘트 연산부와,
상기 관성 모멘트, 상기 선회 조작량, 및 상기 유압 펌프에 대한 지령 유량의 증가율의 3자에 대해 미리 정한 관계에 따라, 상기 관성 모멘트 연산부에서 연산된 관성 모멘트 및 상기 조작량 센서에 의해 검출된 선회 조작량에 의거하여 상기 증가율을 연산하는 유량 증가율 연산부와,
상기 목표 최대 유량 연산부에서 연산된 목표 최대 유량을 상한으로 하여, 상기 유량 증가율 연산부에서 연산한 증가율에 의거하여 상기 지령 유량을 연산하는 지령 유량 연산부와,
상기 지령 유량 연산부에서 연산한 지령 유량에 따라 상기 레귤레이터에 지령 신호를 출력하는 출력부를 구비한 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 유량 증가율 연산부는,
상기 선회 조작량의 증가에 따라 값이 커지는 기정의 관계에 따라, 상기 조작량 센서에 의해 검출된 선회 조작량에 의거하여 상기 증가율의 기준값을 연산하는 기준 증가율 연산부와,
상기 관성 모멘트의 증가에 따라 값이 작아지는 기정의 관계에 따라, 상기 관성 모멘트 연산부에서 연산된 관성 모멘트에 의거하여 계수를 연산하는 계수 연산부와,
상기 기준 증가율 연산부에서 연산된 기준값에 상기 계수 연산부에서 연산된 계수를 곱하여 상기 증가율을 연산하는 승산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 지령 유량 연산부는,
상기 유압 펌프의 스탠바이 유량을 초기값으로 하여, 선회 조작 개시부터 상기 증가율을 적산하여 목표 유량을 연산하는 목표 유량 연산부와,
상기 목표 유량 연산부에서 연산된 목표 유량과 상기 목표 최대 유량 연산부에서 연산된 목표 최대 유량의 작은 쪽의 값을 선택하여 상기 지령 유량으로서 출력하는 최소값 선택부를 구비하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 지령 유량 연산부는,
선회 조작의 계속 시간을 연산하는 조작 시간 연산부와,
상기 관성 모멘트 연산부에서 연산된 관성 모멘트에 의거하여 상기 지령 유량을 증가시키는 타이밍을 지연시키는 지연 시간을 연산하는 지연 시간 연산부와,
상기 유압 펌프의 스탠바이 유량을 초기값으로 하여, 상기 선회 조작의 계속 시간이 상기 지연 시간에 도달하고 나서 상기 증가율을 적산하여 목표 유량을 연산하는 목표 유량 연산부와,
상기 목표 유량 연산부에서 연산된 목표 유량과 상기 목표 최대 유량 연산부에서 연산된 목표 최대 유량의 작은 쪽의 값을 선택하여 상기 지령 유량으로서 출력하는 최소값 선택부를 구비하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 유량 증가율 연산부는, 제 1 증가율 및 이보다 값이 큰 제 2 증가율을 연산하고,
상기 지령 유량 연산부는,
상기 유압 펌프의 스탠바이 유량을 초기값으로 하여, 선회 조작 개시 시부터 상기 제 1 증가율을 적산하여 제 1 유량을 연산하는 제 1 유량 연산부와,
선회 조작의 계속 시간을 연산하는 조작 시간 연산부와,
상기 관성 모멘트 연산부에서 연산된 관성 모멘트에 의거하여 상기 지령 유량을 증가시키는 타이밍을 지연시키는 지연 시간을 연산하는 지연 시간 연산부와,
상기 유압 펌프의 스탠바이 유량을 초기값으로 하여, 상기 선회 조작의 계속 시간이 상기 지연 시간에 도달하고 나서 상기 제 2 증가율을 적산하여 제 2 유량을 연산하는 제 2 유량 연산부와,
상기 제 1 유량과 상기 제 2 유량의 큰 쪽의 값을 선택하여 목표 유량으로서 출력하는 최대값 선택부와,
상기 최대값 선택부로부터 출력된 목표 유량과 상기 목표 최대 유량 연산부에서 연산된 목표 최대 유량의 작은 쪽의 값을 선택하여 상기 지령 유량으로서 출력하는 최소값 선택부를 구비하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 작업기는, 붐, 상기 붐에 연결된 암, 상기 붐을 구동하는 붐 실린더, 및 상기 암을 구동하는 암 실린더를 구비하고 있으며,
상기 복수의 상태량 센서는, 상기 선회체와 상기 붐이 이루는 각도를 검출하는 붐 각도 센서, 상기 붐과 상기 암이 이루는 각도를 검출하는 암 각도 센서, 상기 붐 실린더의 부하압을 검출하는 적어도 1개의 압력 센서를 포함하고,
상기 관성 모멘트 연산부는, 상기 붐 각도 센서 및 상기 암 각도 센서의 값으로부터 구한 상기 작업기의 자세와, 상기 압력 센서의 값으로부터 구한 적하의 중량에 의거하여 상기 관성 모멘트를 연산하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 작업기는, 붐, 상기 붐에 연결된 암, 상기 붐을 구동하는 붐 실린더, 및 상기 암을 구동하는 암 실린더를 구비하고 있으며,
상기 복수의 상태량 센서는, 상기 붐 실린더의 신장량을 검출하는 붐 스트로크 센서, 상기 암 실린더의 신장량을 검출하는 암 스토로크 센서, 상기 붐 실린더의 전후 차압을 검출하는 적어도 1개의 압력 센서를 포함하고,
상기 관성 모멘트 연산부는, 상기 붐 스토로크 센서 및 상기 암 스토로크 센서의 값으로부터 구한 상기 작업기의 자세와, 상기 압력 센서의 값으로부터 구한 적하의 중량에 의거하여 상기 관성 모멘트를 연산하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.