KR20190110116A - 건설 기계 - Google Patents

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가즈시게 모리
신야 이무라
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히다찌 겐끼 가부시키가이샤
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Abstract

각 유압 액추에이터를 각각 단독으로 구동하는 단독 동작 시, 및 복수의 유압 액추에이터를 동시에 구동하는 복합 동작 시의 양쪽에서, 유압 펌프의 토출 유량을 억제하면서, 각 유압 액추에이터를 각각 적절한 속도로 구동할 수 있는 건설 기계를 제공한다.
컨트롤러는, 복수의 조작 장치의 각 조작량에 대해서 제1 요구 펌프 유량을 산출하고, 상기 복수의 조작 장치의 각 조작량에 대해서, 동일 조작량에 대한 제1 요구 펌프 유량보다도 큰 제2 요구 펌프 유량을 산출하고, 상기 복수의 조작 장치의 각 조작량에 대해서 산출된 제1 요구 펌프 유량의 합계값, 및 상기 복수의 조작 장치의 각 조작량에 대해서 산출된 제2 요구 펌프 유량의 최댓값 중 어느 작은 쪽을 최종 요구 펌프 유량으로서 선택하고, 상기 유압 펌프의 토출 유량이 상기 최종 요구 펌프 유량과 일치하도록 레귤레이터를 제어한다.

Description

건설 기계
본 발명은, 유압 셔블 등의 건설 기계에 관한 것으로, 특히, 가변 용량형의 유압 펌프로 복수의 유압 액추에이터를 구동하는 유압 구동 장치가 탑재된 건설 기계에 관한 것이다.
유압 셔블 등의 건설 기계는, 일반적으로 유압 펌프와, 이 유압 펌프로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 유압 액추에이터와, 이 유압 액추에이터에 대한 압유의 급배를 제어하는 유량 제어 밸브를 구비하고 있다. 복수의 유압 액추에이터를 구동하는 유압 펌프의 유량 제어를 행하는 유압 펌프 제어 장치의 종래 기술을 개시하는 것으로서, 예를 들어 특허문헌 1이 있다.
특허문헌 1에는, 가변 용량 유압 펌프와, 이 가변 용량 유압 펌프의 배기 용적 가변 기구와, 이 배기 용적 가변 기구의 틸팅량을 제어하는 레귤레이터와, 상기 유압 펌프에 의해 구동되는 복수의 유압 액추에이터와, 이들 각 유압 액추에이터의 구동을 제어하는 각 제어 밸브를 구비한 것에 있어서, 상기 각 제어 밸브의 조작량을 검출하는 각 조작량 검출기와, 이들 각 조작량 검출기로 검출되는 각 조작량 각각에 따른 상기 배기 용적 가변 기구의 각 틸팅량 및 이들 틸팅량의 각각에 대하여 대응하는 유압 액추에이터에 최적의 최대 틸팅량이 설정됨과 함께 상기 각 조작량 검출기의 검출값을 입력하고 이들 각 검출값에 따른 상기 틸팅량을 출력하여 상기 레귤레이터를 제어하는 컨트롤러를 마련하고, 상기 컨트롤러는, 상기 각 유압 액추에이터마다 마련되어 대응하는 상기 조작량 검출기의 검출값에 따른 상기 틸팅량을 추출하는 추출 수단과, 이들 각 추출 수단으로 추출된 틸팅량 중 최댓값을 선택하는 최댓값 선택 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 유압 펌프 제어 장치가 기재되어 있다.
일본 특허공개 평7-119709호 공보
특허문헌 1에 기재된 유압 펌프 제어 장치에 의하면, 유압 액추에이터마다 최적의 최대 틸팅량이 설정되어 있기 때문에, 각 유압 액추에이터를 각각 단독으로 구동하는 단독 조작에 있어서, 유압 액추에이터마다 최적의 최대 구동 속도를 얻을 수 있다.
그러나, 복수의 유압 액추에이터를 동시에 구동하는 복합 조작에 있어서는, 이들 복수의 유압 액추에이터에 대응한 각 최대 틸팅량 중 최댓값에 따라서 유압 펌프의 토출 유량이 제어되기 때문에, 복수의 유압 액추에이터의 요구 유량의 합계에 대해서 유압 펌프의 토출 유량이 부족하고, 유압 액추에이터마다 최적의 최대 구동 속도를 얻을 수 없다는 문제가 발생할 수 있다. 여기서, 유압 액추에이터마다 설정되는 최대 틸팅량을 최적의 최대 틸팅량보다도 크게 함으로써, 복합 조작 시에 있어서의 유압 펌프의 토출 유량의 부족을 해소할 수 있다고 생각되지만, 이러한 설정하에서 각 유압 액추에이터를 각각 단독으로 구동한 경우, 유압 펌프의 토출 유량이 유압 액추에이터의 요구 유량에 대해서 과잉으로 되어, 에너지 손실이 커진다는 과제가 발생한다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 복수의 유압 액추에이터를 각각 단독으로 구동하는 단독 동작 시, 및 복수의 유압 액추에이터를 동시에 구동하는 복합 동작 시의 양쪽에서, 유압 펌프의 토출 유량을 억제하면서, 각 유압 액추에이터를 각각 적절한 속도로 구동할 수 있는 건설 기계를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 가변 용량형의 유압 펌프와, 상기 유압 펌프의 배기 용적을 조정하는 레귤레이터와, 상기 유압 펌프로부터 토출된 압유에 의해 구동되는 복수의 유압 액추에이터와, 상기 복수의 유압 액추에이터에 대한 압유의 급배를 제어하는 복수의 유량 제어 밸브와, 상기 복수의 유량 제어 밸브를 조작하기 위한 복수의 조작 장치와, 상기 복수의 조작 장치의 각 조작량을 검출하는 조작량 검출 장치와, 상기 조작량 검출 장치로 검출된 상기 복수의 조작 장치의 각 조작량에 따라서 상기 레귤레이터를 제어하는 컨트롤러를 구비한 건설 기계에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 복수의 조작 장치의 각 조작량에 대해서 제1 목표 배기 용적을 산출하고, 상기 복수의 조작 장치의 각 조작량에 대해서, 동일 조작량에 대한 제1 목표 배기 용적보다도 큰 제2 목표 배기 용적을 산출하고, 상기 복수의 조작 장치의 각 조작량에 대해서 산출된 복수의 제1 목표 배기 용적의 합계값 및 상기 복수의 조작 장치의 각 조작량에 대해서 산출된 복수의 제2 목표 배기 용적의 최댓값 중 어느 작은 쪽을 최종 목표 배기 용적으로서 선택하고, 상기 최종 목표 배기 용적에 따라서 상기 레귤레이터를 제어하는 것으로 한다.
이상과 같이 구성한 본 발명에 따르면, 각 유압 액추에이터를 각각 단독으로 구동하는 단독 조작 시에, 유압 펌프의 배기 용적이 유압 액추에이터마다 설정된 배기 용적(제1 배기 용적)과 일치하도록 조정되기 때문에, 유압 펌프의 토출 유량을 과잉으로 하지 않고, 각 유압 액추에이터를 각각 적절한 속도로 구동할 수 있다.
또한, 복수의 유압 액추에이터를 동시에 구동하는 복합 조작 시에, 유압 펌프의 배기 용적이 각 조작량에 대해서 산출된 복수의 제1 배기 용적의 합계값 및 각 조작량에 대해서 산출된 복수의 제2 배기 용적의 최댓값 중 어느 작은 쪽(최종 목표 배기 용적)과 일치하도록 제어되기 때문에, 유압 펌프의 토출 유량을 과잉으로 하지 않고, 복수의 유압 액추에이터를 각각 적절한 속도로 구동할 수 있다.
이에 의해, 각 유압 액추에이터를 각각 단독으로 구동하는 단독 조작 시, 및 복수의 유압 액추에이터를 동시에 구동하는 복합 조작 시의 양쪽에서, 유압 펌프의 토출 유량을 억제하면서, 각 유압 액추에이터를 각각 적절한 속도로 구동하는 것이 가능해진다.
본 발명에 따르면, 각 유압 액추에이터를 각각 단독으로 구동하는 단독 조작, 및 복수의 유압 액추에이터를 동시에 구동하는 복합 조작의 양쪽에 있어서, 유압 펌프의 토출 유량을 억제하면서, 각 유압 액추에이터를 각각 적절한 속도로 구동하는 것이 가능해진다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 건설 기계의 일례로서의 유압 셔블의 측면도이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 유압 구동 장치의 개략 구성도이다.
도 3은, 유량 제어 밸브의 스풀 스트로크(파일럿압)와 각 스로틀의 개구 면적의 관계를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4는, 종래 기술에 있어서의 레버 조작량(파일럿압)과 유압 펌프의 목표 틸팅량(목표 배기 용적)의 관계를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 컨트롤러의 기능 블록도이다.
도 6은, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 레버 조작량(파일럿압)과 유압 펌프의 목표 틸팅량(목표 배기 용적)의 관계를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 실시 형태에 관한 유압 구동 장치에 있어서, 붐 상승 단독 조작 중에 선회 좌측 조작이 행해진 경우의 레버 조작량, 유압 펌프 토출 유량, 및 유압 액추에이터 속도의 변화를 종래 기술과 비교해서 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 관한 건설 기계로서 유압 셔블을 예로 들어, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 각 도면 중, 동등한 부재에는 동일한 부호를 부여하고, 중복된 설명은 적절히 생략한다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 유압 셔블의 측면도이다.
도 1에 있어서, 유압 셔블(200)은, 하부 주행체(201)와, 상부 선회체(202)와, 프론트 작업 장치(203)를 구비하고 있다. 하부 주행체(201)는 좌우의 크롤러식 주행 장치(204a, 204b)(편측만 도시)를 갖고, 좌우의 주행 모터(205a, 205b)(편측만 도시)에 의해 구동된다. 상부 선회체(202)는 하부 주행체(201) 위에 선회 가능하게 탑재되고, 선회 모터(4)에 의해 선회 구동된다. 프론트 작업 장치(203)는 상부 선회체(202)의 전방부에 상하 방향으로 회동 가능하게 설치되어 있다. 상부 선회체(202)에는 캐빈(운전실)(206)이 구비되고, 캐빈(206) 내에는 후술하는 조작 레버 장치(7, 8)(도 2 참조)나 도시하지 않은 주행용 조작 페달 장치 등의 조작 장치가 배치되어 있다.
프론트 작업 장치(203)는, 상부 선회체(202)의 전방부에 상하 방향으로 회동 가능하게 설치된 붐(207)과, 이 붐(2)의 선단부에 상하, 전후 방향으로 회동 가능하게 연결된 암(208)과, 이 암(208)의 선단부에 상하, 전후 방향으로 회동 가능하게 연결된 버킷(209)과, 붐(207)을 구동하는 유압 액추에이터로서의 붐 실린더(3)와, 암(208)을 구동하는 유압 액추에이터로서의 암 실린더(210)와, 버킷(209)을 구동하는 유압 액추에이터로서의 버킷 실린더(211)를 구비하고 있다. 붐(207)은 붐 실린더(3)의 신축에 의해 상부 선회체(202)에 대해서 상하 방향으로 회동하고, 암(208)은 암 실린더(210)의 신축에 의해 붐(207)에 대해서 상하, 전후 방향으로 회동하고, 버킷(209)은 버킷 실린더(211)의 신축에 의해 암(208)에 대해서 상하, 전후 방향으로 회동한다.
도 2는, 도 1에 도시한 유압 셔블(200)에 탑재된 유압 구동 장치의 개략 구성도이다. 또한, 설명의 간략화를 위해서, 도 2에서는, 붐 실린더(3) 및 선회 모터(4)의 구동에 관계되는 부분만을 나타내고, 그 밖의 유압 액추에이터의 구동에 관계되는 부분은 생략하였다.
도 2에 있어서, 유압 구동 장치(300)는, 원동기로서의 엔진(1)과, 엔진(1)에 의해 구동되는 가변 용량형의 유압 펌프(2)와, 붐 실린더(3)와, 선회 모터(4)와, 붐 실린더(3)의 압유 급배를 제어하는 붐용 유량 제어 밸브(5)와, 선회 모터(4)의 압유 급배를 제어하는 선회용 유량 제어 밸브(6)와, 붐 실린더(3)의 조작을 지시하는 파일럿식 붐 조작 레버 장치(7)와, 선회 모터(4)의 조작을 지시하는 파일럿식 선회 조작 레버 장치(8)와, 유압 펌프(2)가 갖는 배기 용적 가변 부재(경사판)(2a)의 틸팅을 조정하는 레귤레이터(20)와, 레귤레이터(20)를 제어하는 컨트롤러(13)를 구비하고 있다.
레귤레이터(20)는, 배기 용적 가변 부재(경사판)(2a)를 구동하는 틸팅 제어 피스톤(21)과, 컨트롤러(13)로부터 입력되는 명령 전류에 따라서 틸팅 제어 피스톤(21)의 조작압을 생성하는 비례 전자 밸브(22)를 갖는다.
붐용 유량 제어 밸브(5)는, 붐 조작 레버 장치(7)의 조작 레버(붐 조작 레버)(7a)가 붐 상승 측으로 조작되었을 때 붐 조작 레버 장치(7)로부터 출력되는 파일럿압(붐 상승 파일럿압 BMU)에 의해 도시 우측 방향으로 구동된다. 이에 의해, 유압 펌프(2)의 토출유가 붐 실린더(3)의 보텀측에 공급됨과 함께, 붐 실린더(3)의 로드측으로부터 배출되는 오일이 탱크로 되돌려져, 붐 실린더(3)가 신장 동작한다.
또한, 붐용 유량 제어 밸브(5)는, 붐 조작 레버(7a)가 붐 하강 측으로 조작되었을 때 붐 조작 레버 장치(7)로부터 출력되는 파일럿압(붐 하강 파일럿압 BMD)에 의해 도시 좌측 방향으로 구동된다. 이에 의해, 유압 펌프(2)의 토출유가 붐 실린더(3)의 로드측에 공급됨과 함께, 붐 실린더(3)의 보텀측으로부터 배출되는 오일이 탱크로 되돌려져, 붐 실린더(3)가 축퇴 동작한다.
선회용 유량 제어 밸브(6)는, 선회 조작 레버 장치(8)의 조작 레버(선회 조작 레버)(8a)가 선회 좌측으로 조작되었을 때 선회 조작 레버 장치(8)로부터 출력되는 파일럿압(선회 좌측 파일럿압 SWL)에 의해 도시 우측 방향으로 구동된다. 이에 의해, 유압 펌프(2)로부터 토출되는 압유가 선회 모터(4)의 도시 좌측의 포트에 공급됨과 함께, 선회 모터(4)의 도시 우측의 포트로부터 배출되는 오일이 탱크로 되돌려져, 선회 모터(4)가 좌측 선회 방향으로 회전 동작한다.
또한, 선회용 유량 제어 밸브(6)는, 선회 조작 레버(8a)가 선회 우측으로 조작되었을 때 선회 조작 레버 장치(8)로부터 출력되는 파일럿압(선회 우측 파일럿압 SWR)에 의해 도시 좌측 방향으로 구동된다. 이에 의해, 유압 펌프(2)로부터 토출되는 압유가 선회 모터(4)의 도시 우측의 포트에 공급됨과 함께, 선회 모터(4)의 도시 좌측의 포트로부터 배출되는 오일이 탱크로 되돌려져, 선회 모터(4)가 오른쪽 선회 방향으로 회전 동작한다.
붐 조작 레버 장치(7)로부터 출력되는 붐 상승 파일럿압 BMU를 붐용 유량 제어 밸브(5)의 도시 좌측의 조작부로 유도하는 파일럿 라인에는, 붐 상승 파일럿압 BMU를 검출하는 압력 센서(9)가 마련되고, 붐 조작 레버 장치(7)로부터 출력되는 붐 하강 파일럿압 BMD를 붐용 유량 제어 밸브(5)의 도시 우측의 조작부로 유도하는 파일럿 라인에는, 붐 하강 파일럿압 BMD를 검출하는 압력 센서(10)가 마련되어 있다.
선회 조작 레버 장치(8)로부터 출력되는 선회 좌측 파일럿압 SWL을 선회용 유량 제어 밸브(6)의 도시 좌측의 조작부로 유도하는 파일럿 라인에는, 선회 좌측 파일럿압 SWL을 검출하는 압력 센서(11)가 마련되고, 선회 조작 레버 장치(8)로부터 출력되는 선회 우측 파일럿압 SWR을 선회용 유량 제어 밸브(6)의 도시 우측의 조작부로 유도하는 파일럿 라인에는, 선회 우측 파일럿압 SWR을 검출하는 압력 센서(12)가 마련되어 있다.
컨트롤러(13)는, 압력 센서(9, 10, 11, 12)의 검출 신호(파일럿압)를 입력하여 소정의 연산 처리를 행하고, 레귤레이터(20)의 비례 전자 밸브(22)로 명령 전류를 출력한다.
도 2에 도시한 유압 회로는, 오픈 센터형이라 불리는 방식이다. 이 방식에서는, 유량 제어 밸브(5, 6)의 스풀 스트로크와 각 스로틀의 개구 면적의 관계를 도 3과 같이 설정함으로써, 유압 펌프(2)로부터 유압 액추에이터(3, 4)에 공급되는 압유의 유량(이하, '미터 인 유량'이라고 함)과, 유압 펌프(2)로부터 센터 바이패스 유로를 통해 탱크로 되돌려지는 압유의 유량(이하, '블리드 오프 유량'이라고 함)을 스풀의 스트로크, 즉 조작 레버(7a, 8a)의 조작량(레버 조작량)에 따라서 제어한다.
예를 들어, 조작 레버(7a, 8a)가 중립 위치의 경우에는 센터 바이패스 스로틀만이 개방되어 있기 때문에, 모든 압유가 탱크로 되돌려진다. 중간 위치의 경우에는 센터 바이패스 스로틀과 미터 인 스로틀의 양쪽이 개방되어 있기 때문에, 일부의 압유가 탱크로 되돌려지는 한편, 나머지 압유가 유압 액추에이터(3, 4)에 공급된다. 최대 위치의 경우에는 미터 인 스로틀만이 개방되어 있기 때문에, 모든 압유가 유압 액추에이터(3, 4)에 공급된다.
붐용 유량 제어 밸브(5) 및 선회용 유량 제어 밸브(6)의 센터 바이패스 스로틀의 개구 면적이 비교적 큰 경우(도 3의 파선), 중간 위치에 있어서의 블리드 오프 유량도 비교적 많아진다. 그 때문에 종래 기술에서는, 붐 및 선회의 조작량에 대한 목표 틸팅량 특성은 비교적 크게 설정되어 있다(도 4의 파선).
여기서, 붐용 유량 제어 밸브(5)와 선회용 유량 제어 밸브(6)를 각각 중간 위치에서 동시에 조작(이하, '복합 조작'이라고 함)하는 경우를 상정한다. 붐용 유량 제어 밸브(5)와 선회용 유량 제어 밸브(6)의 센터 바이패스 스로틀을 직렬 스로틀이라고 간주하면, 등가 개구 면적은 붐용 유량 제어 밸브(5) 혹은 선회용 유량 제어 밸브(6)를 단독으로 조작(이하, '단독 조작'이라고 함)하는 경우와 비교해서 작아지기 때문에, 블리드 오프 유량도 감소한다. 이에 의해, 유압 액추에이터(3, 4)에 공급되는 압유의 유량이 증가하여, 각 유압 액추에이터(3, 4)를 각각 적절한 속도로 구동할 수 있다.
한편, 붐용 유량 제어 밸브(5) 및 선회용 유량 제어 밸브(6)의 센터 바이패스 스로틀의 개구 면적이 비교적 작은 경우(도 3의 실선), 중간 위치에 있어서의 블리드 오프 유량도 비교적 적어진다. 그래서 종래 기술에서는, 붐 및 선회의 조작량에 대한 목표 틸팅량 특성은 비교적 작게 설정되어 있다(도 4의 실선). 이러한 설정은, 예를 들어 블리드 오프 유량에 의한 손실을 저감하는 것을 목적으로 하여 행해지는 경우가 있다.
이 경우, 붐용 유량 제어 밸브(5)와 선회용 유량 제어 밸브(6)를 각각 중간 위치에서 복합 조작하면, 센터 바이패스 스로틀의 개구 면적이 비교적 큰 경우와 마찬가지로, 단독 조작의 경우보다도 블리드 오프 유량은 감소하지만, 감소량은 적어진다. 이 때문에, 유압 액추에이터(3, 4)에 공급되는 압유의 유량이 충분히 증가하지 않고, 각 유압 액추에이터(3, 4)를 적절한 속도로 구동할 수 없을 가능성이 있다. 본 실시 형태에서는, 컨트롤러(13)가 이하에 설명하는 기능을 구비함으로써, 복수의 유압 액추에이터(3, 4)를 각각 단독으로 구동하는 단독 조작 시 및 복수의 유압 액추에이터(3, 4)를 동시에 구동하는 복합 조작 시의 양쪽에서, 유압 펌프(2)의 토출 유량을 억제하면서, 각 유압 액추에이터(3, 4)를 각각 적절한 속도로 구동하는 것이 가능해진다.
도 5는, 컨트롤러(13)의 기능 블록도이다.
도 5에 있어서, 컨트롤러(13)는, 제1 배기 용적 변환부(1311, 1312, …, 131n)와, 제2 배기 용적 변환부(1321, 1322, …, 132n)와, 가산부(133)와, 최댓값 선택부(134)와, 최솟값 선택부(135)와, 명령 전류 변환부(136)를 구비하고 있다.
제1 배기 용적 변환부(1311) 및 제2 배기 용적 변환부(1321)는, 파일럿압 Pi1(레버 조작량)에 대한 유압 펌프(2)의 목표 배기 용적 특성을 기억하고 있으며, 입력된 파일럿압 Pi1을 각각 제1 배기 용적 Qs1 및 제2 배기 용적 Qc1로 변환해서 출력한다. 제1 배기 용적 변환부(1312) 및 제2 배기 용적 변환부(1322)는, 파일럿압 Pi2(레버 조작량)에 대한 유압 펌프(2)의 목표 배기 용적 특성을 기억하고 있으며, 입력된 파일럿압 Pi2를 각각 제1 배기 용적 Qs2 및 제2 배기 용적 Qc2로 변환해서 출력한다. 제1 배기 용적 변환부(131n) 및 제2 배기 용적 변환부(132n)는, 그 밖의 파일럿압 Pin(레버 조작량)에 대한 유압 펌프(2)의 목표 배기 용적 특성을 기억하고 있으며, 입력된 파일럿압 Pin을 각각 제1 배기 용적 Qsn 및 제2 배기 용적 Qcn으로 변환해서 출력한다. 이하, 파일럿압 Pi1을 붐 상승 파일럿압 BMU로 하고, 파일럿압 Pi2를 선회 좌측 파일럿압 SWL로 하여 설명한다.
가산부(133)는, 제1 목표 배기 용적 변환부(1311, 1312, …, 131n)의 각 출력값 Qs1, Qs2, …, Qsn의 합계값 Qssum을 출력한다.
최댓값 선택부(134)는, 제2 목표 배기 용적 변환부(1321, 1322, …, 132n)의 각 출력값 Qc1, Qc2, …, Qcn 중 최댓값 Qcmax를 선택하여 출력한다.
최솟값 선택부(135)는, 가산부(133)의 출력값 Qssum 및 최댓값 선택부(134)의 출력값 Qcmax 중 어느 작은 쪽을 선택하고, 최종 목표 배기 용적 Qfin으로서 출력한다.
명령 전류 변환부(136)는, 최솟값 선택부(135)로부터 출력된 최종 목표 배기 용적 Qfin에 따른 명령 전류 I를 레귤레이터(20)의 비례 전자 밸브(22)로 출력한다.
도 6에 제1 목표 배기 용적 변환부(1311, 1312, …, 131n)에 기억되어 있는 목표 배기 용적 특성(제1 목표 배기 용적 특성)과 제2 목표 배기 용적 변환부(1321, 1322, …, 132n)에 기억되어 있는 목표 배기 용적 특성(제2 목표 배기 용적 특성)의 관계를 나타낸다.
도 6에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 목표 배기 용적은, 모두 레버 조작량 (파일럿압)에 따라서 증가한다. 제2 목표 배기 용적의 최댓값 Q2max는 유압 펌프(2)의 최대 배기 용적과 동등한 값으로 설정되어 있다. 제2 목표 배기 용적의 최솟값 Q2min은 유압 펌프(2)의 최소 배기 용적과 동등한 값으로 설정되어 있다. 제1 목표 배기 용적의 최댓값 Q1max는 제2 목표 배기 용적의 최댓값 Q2max 이하로 설정되어 있다. 여기서, 제1 목표 배기 용적 Qs1, Qs2, …, Qsn의 각 최댓값 Q1max, Q2max, …, Qnmax는, 복수의 유압 액추에이터(3, 4)의 각 요구 최대 속도에 따라서 설정하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 각 유압 액추에이터(3, 4)가 단독으로 풀 레버 조작되었을 때 각 유압 액추에이터(3, 4)를 최대 요구 속도로 구동하면서, 유압 펌프(2)의 토출 유량을 억제하여, 에너지 손실을 억제하는 것이 가능해진다.
제1 목표 배기 용적의 최솟값 Q1min은, 제2 목표 배기 용적 Qc1, Qc2, …, Qcn의 최솟값 Q1min의 1/n 정도로 설정되어 있다. 이에 의해, 모든 조작 레버가 중립 위치에 있을 때, 가산부(133)로부터 출력되는 합계값이 제2 목표 배기 용적 변환부(1321, 1322, …, 132n)로부터 출력되는 최솟값 Qmin과 동등하며, 최솟값 선택부(135)로부터 출력되는 최종 목표 배기 용적 Qfin을 최소 배기 용적 Qmin과 일치시키는 것이 가능해진다.
다음으로, 본 실시 형태에 있어서의 유압 구동 장치(300)의 동작을 설명한다.
유압 셔블(200)의 오퍼레이터가 붐 조작 레버(7a)를 붐 실린더(3)를 신장시키는 방향으로 중간 위치에서 조작하면, 붐용 유량 제어 밸브(5)의 좌측 수압부에 파일럿압이 작용하고, 붐용 유량 제어 밸브(5)는 도시 우측으로 이동한다. 이때 붐 상승 파일럿압 BMU는 압력 센서(9)로 검출되고, 검출 신호가 Pi1로서 컨트롤러(13)에 입력된다.
컨트롤러(13)에서는, 파일럿압 Pi1에 따른 제1 목표 배기 용적 Qs1이 제1 목표 배기 용적 변환부(1311)로부터 출력되는 한편, 붐 실린더(3) 이외의 유압 액추에이터가 조작되어 있지 않기 때문에, 가산부(133)로부터는 제1 목표 배기 용적 Qs1이 그대로 출력된다. 또한, 제2 목표 배기 용적 변환부(1321)로부터도 파일럿압 Pi1에 따른 제2 목표 배기 용적 Qc1이 출력되고, 이외의 제2 목표 배기 용적 변환부(1322, …, 132n)로부터는 제2 목표 배기 용적의 최솟값 Qmin이 출력됨으로써, 최댓값 선택부(134)에서는 제2 목표 배기 용적 Qc1이 선택된다. 조작량이 중간 위치에서는 제1 목표 배기 용적 Qs1 쪽이 작게 설정되어 있기 때문에, 최솟값 선택부(135)에서는 제1 목표 배기 용적 Qs1이 선택되고, 이에 따른 명령 전류 I가 명령 전류 변환부(136)로부터 레귤레이터(20)의 비례 전자 밸브(22)로 출력된다.
마찬가지로, 선회 조작 레버(8a)를 좌측 선회 방향으로 중간 위치에서 조작하면, 압력 센서(11)의 검출 신호 Pi2에 따라서 제1 목표 배기 용적 Qs2가 최솟값 선택부(135)에서 선택된다.
한편, 유압 셔블(200)의 오퍼레이터가 조작 레버(7a, 8a)를 각각 중간 위치에서 복합 조작하고, 붐 실린더(3)를 신장시키면서 선회 모터(4)를 좌측 선회 방향으로 회전시키면, 압력 센서(9, 11)의 검출 신호 Pi1, Pi2가 컨트롤러(13)에 입력된다.
컨트롤러(13)에서는, 제1 목표 배기 용적 변환부(1311, 1312)로부터 파일럿압 Pi1, Pi2에 따른 제1 목표 배기 용적 Qs1, Qs2가 각각 출력됨으로써, 가산부(133)로부터는 이들 가산값 Qs1+Qs2가 출력된다. 또한, 제2 목표 배기 용적 변환부(1321, 1322)로부터도 파일럿압 Pi1, Pi2에 따른 제2 목표 배기 용적 Qc1, Qc2가 각각 출력되므로, 최댓값 선택부(134)에서는 이들 중 최댓값이 선택된다. 따라서, 최솟값 선택부(135)에서는 목표 배기 용적의 가산값 Qs1+Qs2와, 목표 배기 용적 Qc1, Qc2 중 최댓값을 비교하여, 어느 쪽 최솟값이 선택된다. 이에 의해, 복합 조작되는 유압 액추에이터의 조합과 조작량에 따라서 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 유량을 설정할 수 있다.
도 7은, 본 실시 형태에 관한 유압 구동 장치(300)에 있어서, 붐 상승 단독 조작 중에 선회 좌측 조작이 행해진 경우의 레버 조작량, 유압 펌프 토출 유량, 및 유압 액추에이터 속도의 변화를 종래 기술과 비교해서 나타내는 도면이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 붐 상승 조작을 단독으로 행하고 있는 동안(시각 t1 내지 t2)에는, 종래 기술 및 본 실시 형태 모두, 레버 조작량(파일럿 Pi1)에 따른 속도로 붐 실린더(3)가 신장 동작한다.
붐 상승 조작 중에 선회 좌측 조작이 행해지면(시각 t2 내지 t3), 종래 기술에서는, 유압 펌프(2)의 토출 유량이 붐 실린더(3)와 선회 모터(4)로 분배됨으로써, 붐 실린더(3)의 속도는 레버 조작량에 따른 속도보다도 작아진다. 또한, 선회 모터(4)에 충분한 유량이 분배되지 않기 때문에, 선회 모터(4)의 속도는 레버 조작량에 따른 속도보다도 작아진다.
한편, 본 발명의 실시 형태에서는, 붐 상승 조작 중에 선회 좌측 조작이 행해지면(시각 t2 내지 t3), 선회 좌측 조작의 레버 조작량이 작은 동안에는(시각 t2 내지 t2'), 유압 펌프(2)의 토출 유량은, 붐 조작 레버(7a)의 조작량에 따른 제1 배기 용적 Qs1과 선회 조작 레버(8a)의 조작량에 따른 제1 배기 용적 Qs2의 합계값 Qssum과 일치한다. 또한, 선회 좌측 조작의 레버 조작량이 커지면(시각 t2' 내지 t3), 유압 펌프(2)의 토출 유량은, 붐 조작 레버(7a)의 조작량에 따른 제2 배기 용적 Qc1과 선회 조작 레버(8a)의 조작량에 따른 제2 배기 용적 Qc2의 최댓값 Qcmax와 일치한다. 이에 의해, 종래 기술과 비교해서 유압 펌프(2)의 토출 유량이 증가하기 때문에, 붐 상승 선회 좌측 복합 조작 시에, 붐 실린더(3)를 붐 조작 레버(7a)의 조작량에 따른 속도로 구동하면서, 선회 모터(4)도 선회 조작 레버(8a)의 조작량에 따라서 구동할 수 있다.
이와 같이 본 실시 형태에 관한 유압 셔블(200)은, 가변 용량형의 유압 펌프(2)와, 유압 펌프(2)의 배기 용적을 조정하는 레귤레이터(20)와, 유압 펌프(2)로부터 토출된 압유에 의해 구동되는 복수의 유압 액추에이터(3, 4)와, 복수의 유압 액추에이터(3, 4)에 대한 압유의 급배를 제어하는 복수의 유량 제어 밸브(5, 6)와, 복수의 유량 제어 밸브(5, 6)를 조작하기 위한 복수의 조작 장치(7, 8)와, 복수의 조작 장치(7, 8)의 각 조작량을 검출하는 조작량 검출 장치(9, 10, 11, 12)와, 조작량 검출 장치(9, 10, 11, 12)로 검출된 복수의 조작 장치(7, 8)의 각 조작량에 따라서 레귤레이터(20)를 제어하는 컨트롤러(13)를 구비하고, 컨트롤러(13)는, 복수의 조작 장치(7, 8)의 각 조작량에 대해서 제1 목표 배기 용적 Qs1, Qs2, …, Qsn을 산출하고, 복수의 조작 장치(7, 8)의 각 조작량에 대해서, 동일 조작량에 대한 제1 목표 배기 용적 Qs1, Qs2, …, Qsn보다도 큰 제2 목표 배기 용적 Qc1, Qc2, …, Qcn을 산출하고, 복수의 조작 장치(7, 8)의 각 조작량에 대해서 산출된 복수의 제1 목표 배기 용적 Qs1, Qs2, …, Qsn의 합계값 Qssum 및 복수의 조작 장치(7, 8)의 각 조작량에 대해서 산출된 복수의 제2 목표 배기 용적 Qc1, Qc2, …, Qcn 중 최댓값 Qcmax 중 어느 작은 쪽을 최종 목표 배기 용적 Qfin으로서 선택하고, 최종 목표 배기 용적 Qfin에 따라서 레귤레이터(20)를 제어한다.
또한, 레귤레이터(20)는, 배기 용적 가변 부재(경사판)(2a)를 구동하는 틸팅 제어 피스톤(21)과, 컨트롤러(13)로부터 입력되는 명령 전류에 따라서 틸팅 제어 피스톤(21)의 조작압을 생성하는 비례 전자 밸브(22)를 갖고, 컨트롤러(13)는, 복수의 조작 장치(7, 8)의 각 조작량을 제1 목표 배기 용적 Qs1, Qs2, …, Qsn으로 변환하는 복수의 제1 배기 용적 변환부(1311, 1312, …, 131n)와, 복수의 조작 장치(7, 8)의 각 조작량을 제2 목표 배기 용적 Qc1, Qc2, …, Qcn으로 변환하는 복수의 제2 배기 용적 변환부(1321, 1322, …, 132n)와, 복수의 제1 배기 용적 변환부(1311, 1312, …, 131n)에서 변환된 복수의 제1 목표 배기 용적 Qs1, Qs2, …, Qsn의 합계값 Qssum을 산출하는 가산부(133)와, 복수의 제2 배기 용적 변환부(1321, 1322, …, 132n)에서 산출된 복수의 제2 목표 배기 용적 Qc1, Qc2, …, Qcn의 최댓값 Qcmax를 선택하여 출력하는 최댓값 선택부(134)와, 가산부(133)의 출력값 Qssum 및 최댓값 선택부(134)의 출력값 Qcmax 중 어느 작은 쪽을 선택하고, 최종 목표 배기 용적 Qfin으로서 출력하는 최솟값 선택부(135)와, 최솟값 선택부(135)의 출력값 Qfin에 따른 명령 전류 I를 비례 전자 밸브(22)로 출력하는 명령 전류 변환부(136)를 갖는다.
이상과 같이 구성한 본 실시 형태에 관한 유압 셔블(200)에 의하면, 각 유압 액추에이터(3, 4)를 각각 단독으로 구동하는 단독 조작 시에, 유압 펌프(2)의 배기 용적이 유압 액추에이터(3, 4)마다 설정된 배기 용적(제1 배기 용적) Qs1, Qs2, …, Qsn과 일치하도록 조정되기 때문에, 유압 펌프(2)의 토출 유량을 과잉으로 하지 않고, 각 유압 액추에이터(3, 4)를 각각 적절한 속도로 구동할 수 있다.
또한, 복수의 유압 액추에이터(3, 4)를 동시에 구동하는 복합 조작 시에, 유압 펌프(2)의 배기 용적이 각 레버 조작량에 대해서 산출된 제1 배기 용적 Qs1, Qs2, …, Qsn의 합계값 Qssum 및 각 레버 조작량에 대해서 산출된 제2 배기 용적 Qc1, Qc2, …, Qcn의 최댓값 Qcmax 중 어느 작은 쪽(최종 목표 배기 용적 Qfin)과 일치하도록 제어되기 때문에, 유압 펌프(2)의 토출 유량을 과잉으로 하지 않고, 복수의 유압 액추에이터(3, 4)를 각각 적절한 속도로 구동할 수 있다.
이에 의해, 각 유압 액추에이터(3, 4)를 각각 단독으로 구동하는 단독 조작 시 및 복수의 유압 액추에이터(3, 4)를 동시에 구동하는 복합 조작 시의 양쪽에서, 유압 펌프(2)의 토출 유량을 억제하면서, 각 유압 액추에이터(3, 4)를 각각 적절한 속도로 구동하는 것이 가능해진다.
특히, 조작 레버(7a, 8a)를 각각 미세 조작하는 복합 조작 시에는, 가산부(133)의 출력값 Qssum이 최댓값 선택부(134)의 출력값 Qcmax를 하회하고, 가산부(133)의 출력값 Qssum이 최종 목표 배기 용적 Qfin으로서 선택되기 때문에, 유압 펌프의 토출 유량을 필요 최소한으로 억제하면서, 레버 조작량에 따른 속도로 각 유압 액추에이터(3, 4)를 구동할 수 있다.
또한, 복수의 제1 목표 배기 용적 변환부(1311, 1312, 131n)에 있어서의 제1 요구 펌프 유량 Q1max, Q2max, …Qnmax의 최댓값은, 복수의 유압 액추에이터(3, 4)의 각 요구 최대 속도에 따라서 설정함으로써, 각 유압 액추에이터(3, 4)가 단독으로 풀 레버 조작되었을 때 각 유압 액추에이터(3, 4)를 최대 요구 속도로 구동하면서, 유압 펌프(2)의 토출 유량을 억제하여, 에너지 손실을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명은 상기한 실시 형태로 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기한 실시 형태는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해서 상세히 설명한 것으로, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되는 것은 아니다.
1: 엔진(원동기)
2: 유압 펌프
2a: 배기 용적 가변 부재(경사판)
3: 붐 실린더
4: 선회 모터
5: 붐용 유량 제어 밸브
6: 선회용 유량 제어 밸브
7: 붐 조작 레버 장치(조작 장치)
7a: 붐 조작 레버
8: 선회 조작 레버 장치(조작 장치)
8a: 선회 조작 레버
9, 10, 11, 12: 압력 센서(조작량 검출 장치)
13: 컨트롤러
20: 레귤레이터
21: 틸팅 제어 피스톤
22: 비례 전자 밸브
200: 유압 셔블(건설 기계)
201: 하부 주행체
202: 상부 선회체
203: 프론트 작업 장치
204a, 204b: 크롤러식 주행 장치
205a, 205b: 주행 모터
206: 캐빈
207 :붐
208: 암
209: 버킷
210: 암 실린더
211: 버킷 실린더
300: 유압 구동 장치
1311, 1312, 131n: 제1 목표 배기 용적 변환부
1321, 1322, 132n: 제2 목표 배기 용적 변환부
133: 가산부
134: 최댓값 선택부
135: 최솟값 선택부
136: 명령 전류 변환부

Claims (3)

  1. 가변 용량형의 유압 펌프와,
    상기 유압 펌프의 배기 용적을 조정하는 레귤레이터와,
    상기 유압 펌프로부터 토출된 압유에 의해 구동되는 복수의 유압 액추에이터와,
    상기 복수의 유압 액추에이터에 대한 압유의 급배를 제어하는 복수의 유량 제어 밸브와,
    상기 복수의 유량 제어 밸브를 조작하기 위한 복수의 조작 장치와,
    상기 복수의 조작 장치의 각 조작량을 검출하는 조작량 검출 장치와,
    상기 조작량 검출 장치로 검출된 상기 복수의 조작 장치의 각 조작량에 따라서 상기 레귤레이터를 제어하는 컨트롤러를 구비한 건설 기계에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 복수의 조작 장치의 각 조작량에 대해서 제1 목표 배기 용적을 산출하고,
    상기 복수의 조작 장치의 각 조작량에 대해서, 동일 조작량에 대한 제1 목표 배기 용적보다도 큰 제2 목표 배기 용적을 산출하고,
    상기 복수의 조작 장치의 각 조작량에 대해서 산출된 복수의 제1 목표 배기 용적의 합계값 및 상기 복수의 조작 장치의 각 조작량에 대해서 산출된 복수의 제2 목표 배기 용적 중의 최댓값 중 어느 작은 쪽을 최종 목표 배기 용적으로서 선택하고,
    상기 최종 목표 배기 용적에 따라서 상기 레귤레이터를 제어하는 것을 특징으로 하는, 건설 기계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레귤레이터는, 상기 유압 펌프의 배기 용적 가변 부재를 구동하는 틸팅 제어 피스톤과, 상기 컨트롤러로부터 입력되는 명령 전류에 따라서 상기 틸팅 제어 피스톤의 조작압을 생성하는 비례 전자 밸브를 갖고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 복수의 조작 장치의 각 조작량을 제1 목표 배기 용적으로 변환하는 복수의 제1 배기 용적 변환부와,
    상기 복수의 조작 장치의 각 조작량을 제2 목표 배기 용적으로 변환하는 복수의 제2 배기 용적 변환부와,
    상기 복수의 제1 배기 용적 변환부에서 변환된 복수의 제1 목표 배기 용적의 합계값을 산출하는 가산부와,
    상기 복수의 제2 배기 용적 변환부에서 산출된 복수의 제2 목표 배기 용적의 최댓값을 선택하여 출력하는 최댓값 선택부와,
    상기 가산부의 출력값 및 상기 최댓값 선택부의 출력값 중 어느 작은 쪽을 선택하고, 상기 최종 목표 배기 용적으로서 출력하는 최솟값 선택부와,
    상기 최솟값 선택부의 출력값에 따른 명령 전류를 상기 비례 전자 밸브로 출력하는 명령 전류 변환부를 갖는 것을 특징으로 하는, 건설 기계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 조작 장치의 각 조작량에 대해서 산출되는 제1 목표 배기 용적의 각 최댓값은, 상기 복수의 유압 액추에이터의 각 요구 최대 속도에 따라서 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 건설 기계.
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