WO2018151275A1 - 油圧機械の制御装置 - Google Patents

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WO2018151275A1
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崇之 白水
松山 博志
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ヤンマー株式会社
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    • F15B2211/7135Combinations of output members of different types, e.g. single-acting cylinders with rotary motors
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    • F15B2211/70Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/76Control of force or torque of the output member
    • F15B2211/763Control of torque of the output member by means of a variable capacity motor, i.e. by a secondary control on the motor

Definitions

  • the present invention relates to a control device used in a hydraulic oil supply system for a hydraulic actuator for driving a hydraulic machine such as an excavation turning work machine.
  • Patent Documents 1 and 2 a hydraulic oil supply system for a hydraulic actuator for driving a hydraulic machine such as an excavation turning work machine, which is a variable displacement type via a direction control valve It is known that hydraulic fluid discharged from the hydraulic pump is configured to be supplied to a hydraulic actuator.
  • the discharge flow rate control mechanism of the variable displacement hydraulic pump uses a load sensing valve, the discharge pressure of the hydraulic pump, and the secondary side of the direction control valve (the inlet of the hydraulic actuator).
  • the discharge flow rate of the hydraulic pump is adjusted so that the difference from the load pressure on the port side (hereinafter simply referred to as “differential pressure”) is constant.
  • the opening area of the meter-in restrictor that restricts the flow path to the hydraulic actuator is changed according to the operation amount of the manual operation tool.
  • the hydraulic actuator is supplied from the directional control valve with the required amount of hydraulic oil corresponding to the operating speed of the actuator set by the manual operating tool, that is, approximately the same amount as the required flow rate of the actuator. Since the flow rate can be realized, the operating efficiency of the hydraulic oil supply system can be increased.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose a technique that enables adjustment of a target differential pressure set by a load sensing valve. That is, the control pressure adjustable by the controller is added to the discharge pressure of the hydraulic pump against the load pressure in the load sensing valve.
  • Patent Document 2 in a conventional excavation and turning work machine, a pair of traveling devices such as a pair of left and right crawler traveling devices are driven individually in the plurality of hydraulic actuators. A pair of traveling hydraulic motors is provided.
  • Patent Document 2 when only the traveling hydraulic motor is driven among the hydraulic actuators, that is, when it is detected that the vehicle is set to travel, the target differential pressure in the load sensing valve is decreased.
  • a technique for reducing the discharge amount of the hydraulic pump has been disclosed, which enables a hydraulic pump for driving a traveling hydraulic motor with a low load pressure required as compared with other hydraulic actuators for work to be performed. The loss of the discharge amount is reduced, and the operation efficiency of the hydraulic actuator is increased.
  • a traveling hydraulic motor having a movable swash plate as a capacity changing means, which is movable at two positions, a high speed position with a small tilt angle and a low speed position with a large tilt angle.
  • a configuration in which the tilt angle of the plate can be switched is known. Assuming that the discharge flow rate from the hydraulic pump is constant, when the movable swash plate is moved to the high speed position, the hydraulic motor is reduced in capacity and rotated at a high speed, and when the movable swash plate is moved to the low speed position, the hydraulic motor The capacity increases and is driven to rotate at a low speed.
  • the switching of the movable swash plate position of the hydraulic pump is performed by manual operation of a lever or the like provided in the vicinity of the driver's seat of the vehicle in the above-mentioned Patent Document 3.
  • the vehicle can be driven on the road.
  • the vehicle is moved to a low speed when it is desired to run at a low speed while working.
  • JP-A-2-76904 JP 2011-247301 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-338947
  • the movable swash plate of the traveling hydraulic motor is set to a high speed position (small capacity setting position).
  • high-speed setting state There is a great demand for a higher traveling speed of the vehicle (hereinafter referred to as “high-speed setting state”).
  • the traveling speed of the vehicle when the movable swash plate of the traveling hydraulic motor is set to the low speed position (hereinafter referred to as “low speed setting state”) is the same as the conventional traveling speed in order to maintain reliable work accuracy. It will be good.
  • Patent Document 3 when the low speed setting state is set, the traveling speed is lowered by reducing the maximum discharge flow rate of the variable displacement hydraulic pump.
  • this technique simply reduces the maximum tilt angle position of the hydraulic pump by a fixed angle in accordance with the switching to the large capacity setting position of the traveling hydraulic motor.
  • the flow rate that flows from the hydraulic pump to the hydraulic actuator is adjusted according to the amount of manual operation, provided that the amount of operation is not affected by the reduction in the maximum discharge flow rate.
  • the operation amount reaches the area corresponding to the reduction of the maximum discharge flow rate, even if the manual operation amount is increased from there to the maximum operation amount, the flow rate to the actuator is saturated and cannot be adjusted. There can be a situation where the performance is significantly reduced.
  • the hydraulic motor is changed to one that changes the configuration of the two-stage switching type capacity changing means such as a movable swash plate (the speed ratio is changed), the mechanical design change can be made, although it can meet the above demands. This is disadvantageous in terms of parts sharing and the like, leading to high costs.
  • the invention according to the present application uses the following means in order to solve the problems as described above.
  • control device is a control device for a hydraulic machine including a plurality of hydraulic actuators driven by oil discharged from a variable displacement hydraulic pump driven by an engine, and driving each hydraulic actuator.
  • the flow rate of the discharge oil of the hydraulic pump is controlled so as to satisfy the required flow rate of the hydraulic actuator, and the target value of the ratio of the supply flow rate to the required flow rate of each hydraulic actuator is set according to the change of the engine speed. It is configured to correct.
  • the plurality of hydraulic actuators include a hydraulic motor for running the hydraulic machine, the capacity of which can be switched to at least two different capacities. In addition to the change in the number, the target value of the ratio of the supply flow rate to the required flow rate of each hydraulic actuator is corrected in accordance with the switching of the capacity of the hydraulic motor.
  • the plurality of hydraulic actuators are supplied with discharge oil from the hydraulic pump via meter-in throttles of directional control valves provided separately,
  • the required flow rate of the actuator is defined by the opening of the meter-in throttle of each directional control valve.
  • the control device sets a common target value for all actuators for the differential pressure between the discharge pressure of the discharge oil of the hydraulic pump and the load pressure of the supply oil to each hydraulic actuator.
  • the actuator is configured to control the flow rate of the oil discharged from the hydraulic pump so as to achieve the target value of the differential pressure.
  • the actuator responds to changes in the engine speed.
  • the correction of the target value of the ratio and the correction of the target value of the ratio according to the switching of the capacity of the hydraulic motor are performed.
  • control device generates a control pressure for changing the target value of the differential pressure as a secondary pressure of an electromagnetic proportional valve
  • a plurality of maps are stored as correlation maps of control output values as current values applied to the electromagnetic proportional valve.
  • the plurality of maps include two or more maps respectively corresponding to the at least two stages of capacity settings of the hydraulic motor.
  • the two or more maps include a first map corresponding to a small capacity setting of the hydraulic motor and a second map corresponding to a large capacity setting of the hydraulic motor. Including.
  • the control device discharges the hydraulic pump using the second map only when it is confirmed that the hydraulic motor is actually driven when the large capacity of the hydraulic motor is set.
  • the flow rate control of the oil is performed, and otherwise, the flow rate control of the discharge oil of the hydraulic pump using the first map is performed.
  • the ratio (speed ratio) between the output speed when the large capacity is set and the output speed when the small capacity is set can be changed. That is, the output speed difference accompanying the switching of the capacity is defined by the standard of the hydraulic motor, assuming that the operation amount of the directional control valve for the hydraulic motor is constant at a constant engine speed. The value can be different from the value.
  • the high idle rotation speed (maximum engine rotation speed) increases, so that the traveling hydraulic motor
  • the road running speed can be increased by high-speed engine rotation.
  • the large capacity is set, the work is not affected by the increase in the high idle speed due to the high engine speed.
  • the output speed of the hydraulic motor can be kept low so that the conventional traveling speed is easy.
  • the speed ratio can be changed by changing the setting position of the movable swash plate of the hydraulic motor. In this case, however, it is necessary to change the design of the complicated mechanism for positioning the movable swash plate. May lead to However, as described in the first aspect, the control device according to the present application corrects the target value of the differential pressure between the discharge pressure and the load pressure, and the existing load sensing pump control system. It is only necessary to adopt the structure adopted in the case of switching the capacity of the hydraulic motor for traveling. For example, as described in the second aspect, it is sufficient to store two or more maps corresponding to each capacity setting of the hydraulic motor. Therefore, it is possible to provide a control device that exhibits the above-described effects at low cost.
  • the correction of the target value of the differential pressure controls the flow rate of the oil discharged from the hydraulic pump, so the correction of the ratio of the supply flow rate to the required flow rate is applied not only to the traveling hydraulic motor but also to all actuators. Will be.
  • the output speed of the traveling hydraulic motor is set low when the large capacity is set, not only the traveling speed can be suppressed, but also the driving speed of other actuators can be reduced. Along with switching to the large capacity setting, the driving speed is lowered, and the working efficiency is lowered.
  • FIG. 1 is a block diagram of a load-sensitive pump control system.
  • FIG. 5A is a map of control output values
  • FIG. 5B is a graph of control pressure
  • FIG. 5C is a graph of target differential pressure.
  • FIG. 1 is a block diagram of a load-sensitive pump control system.
  • FIG. 5A is a map of control output values
  • FIG. 5B is a graph of control pressure
  • FIG. 5C is a graph of target differential pressure.
  • FIG. 8 (a) is a map of control output values
  • FIG. 8 (b) is a graph of control pressure
  • FIG. 8 (c). ) Is a graph of target differential pressure.
  • the excavation turning work machine 10 includes a pair of left and right crawler type traveling devices 11.
  • Each crawler type traveling device 11 supports a driving sprocket 11b and a driven sprocket 11c on a track frame 11a, and a crawler 11d is wound between the driving sprocket 11b and the driven sprocket 11c.
  • the traveling device is a wheel-type traveling device.
  • a swivel base 12 On the upper part of the pair of left and right crawler type traveling devices 11, a swivel base 12 is mounted so as to be rotatable around a vertical axis with respect to both the crawler type traveling devices 11, and the engine E and the pump unit PU are mounted on the swivel base 12.
  • the bonnet 13 that houses the control valve unit V and the like is mounted.
  • an operator seat 14 is arranged on the swivel base 12, and manual operation tools such as levers and pedals for operating each hydraulic actuator described later are arranged in front of and on the side of the seat 14. Yes.
  • a boom bracket 15 is provided on the swivel base 12 so as to be pivotable in the horizontal direction with respect to the swivel base 12, and a base end portion of the boom 16 is pivotally supported by the boom bracket 15 so as to be pivotable up and down.
  • a base end portion of the arm 17 is pivotally supported at the distal end portion so as to be rotatable up and down, and a bucket 18 as a work machine is pivotally supported at the distal end portion of the arm 17 so as to be rotatable up and down.
  • a pair of left and right crawler type traveling devices 11 is attached with a blade 19 for earth removal so as to be rotatable up and down.
  • FIG. 1 shows a boom cylinder 20, an arm cylinder 21, and a bucket cylinder 22 that are typical hydraulic actuators.
  • the boom 16 rotates up and down with respect to the boom bracket 15 by the expansion and contraction of the piston rod of the boom cylinder 20, and the arm 17 rotates up and down with respect to the boom 16 by the expansion and contraction of the piston rod of the arm cylinder 21.
  • the bucket 18 is configured to rotate up and down with respect to the arm 17 by the expansion and contraction of the rod.
  • the excavation turning work machine 10 includes a swing cylinder for horizontally turning the boom bracket 15 with respect to the turntable 12, which is not shown in FIG.
  • a blade cylinder for rotating the blade 19 up and down with respect to the crawler type traveling device 11 is provided.
  • the excavating and turning work machine 10 is a first traveling for driving one drive sprocket 11b of the left and right crawler traveling devices 11, which is not shown in FIG. 1, as a rotary hydraulic actuator composed of a hydraulic motor.
  • a motor 23 (see FIG. 2)
  • a second traveling motor 24 (see FIG. 2) for driving the other drive sprocket 11b of the left and right crawler traveling devices 11, and a crawler traveling device 12 on the left and right crawler traveling devices 11 is provided with a turning motor 25 (see FIG. 2).
  • the excavation turning work machine 10 is provided with a hydraulic pump 1 driven by an engine E.
  • the hydraulic pump 1 supplies pressure oil to the boom cylinder 20, the arm cylinder 21, the travel motors 23 and 24, and the turning motor 25.
  • these are shown as typical hydraulic actuators, and other hydraulic actuators are not shown.
  • Each hydraulic actuator is provided with a separate directional control valve, and these directional control valves are combined to form the control valve unit V.
  • each directional control valve is switched by manual operation of each of the aforementioned manual operation tools, and the oil supply direction is switched. Furthermore, each directional control valve is provided with a meter-in throttle, and the opening degree of the meter-in throttle changes according to the operation amount of each manual operation tool.
  • the supply flow rate of the hydraulic oil to each hydraulic actuator can be matched with the required flow rate of each hydraulic actuator, and work can be performed. It is possible to reduce the surplus flow rate that is returned to the tank without any loss and to improve the operating efficiency of the hydraulic oil supply system to the hydraulic actuator.
  • the required flow rate is determined by the opening of the meter-in throttle that is set corresponding to the operation amount of the direction control valve.
  • the boom operation lever 30a As the manual operation tools for the direction control valves 30, 31, 33, 34, and 35, the boom operation lever 30a, the arm operation lever 31a, the first travel operation lever 33a, the second travel operation lever 34a, and the turn
  • these manual operation tools may be a pedal, a switch, or the like in addition to the lever, and may be integrated as appropriate.
  • one direction control valve may be controlled by rotation of one lever in one direction
  • another direction control valve may be controlled by rotation in the other direction.
  • the manual operation tool (lever 30a, 31a, 33a, 34a, 35a) is a remote control (pilot) valve, and each direction control valve 30, 31, 33, 34, 35 is controlled by the pilot pressure generated by the operation of the manual operation tool. It may be controlled.
  • the excavation turning work machine 10 is provided with a shift switch 26.
  • the shift switch 26 is linked to the movable swash plate 23a of the first traveling motor 23 and the movable swash plate 24a of the second traveling motor 24, which are variable displacement hydraulic motors. 23a and 24a are tilted simultaneously.
  • the movable swash plates 23a and 24a of the travel motors 23 and 24 may be operated with a manual operation tool other than a switch, such as a pedal or a lever.
  • the speed change switch 26 is an ON / OFF changeover switch, and when the speed change switch 26 is turned ON, the movable swash plates 23a and 24a are tilted at a small tilt angle for setting a high speed (normal speed) suitable for traveling on the road.
  • the shift switch 26 is turned OFF, the movable swash plates 23a and 24a are arranged at a large tilt angle (large capacity) position for setting a low speed (working speed) suitable for work travel. It is supposed to be.
  • the movable swash plates 23a and 24a are linked to piston rods of swash plate control cylinders 23b and 24b, which are hydraulic actuators, and are opened and closed to supply hydraulic oil to both swash plate control cylinders 23b and 24b.
  • a valve 27 is provided. When the shift switch 26 is turned on, the on-off valve 27 is opened by the pilot pressure to supply hydraulic oil to the swash plate control cylinders 23b and 24b, and the swash plate control cylinders 23b and 24b move the movable swash plates 23a and 24a to a small tilt angle position. Push.
  • the on-off valve 27 returns the hydraulic oil from the swash plate control cylinders 23b and 24b, and the movable swash plates 23a and 24a are returned to the large tilt angle position by the spring bias of the piston rod.
  • the pump unit PU is configured by combining the hydraulic pump 1, the relief valve 3 that prevents the discharge pressure of the hydraulic pump 1 from becoming excessive, and the load-sensing pump control system 5.
  • the load-sensing pump control system 5 is a combination of a pump actuator 6, a load sensing valve 7, and a pump control proportional valve 8.
  • the pump actuator 6 is composed of a hydraulic cylinder, and its piston rod 6a is linked to the movable swash plate 1a of the first hydraulic pump 1, and the movable swash plate 1a is simultaneously tilted by the expansion and contraction of the piston rod 6a. Change the tilt angle. Thus, changing the discharge flow rate Q P of the hydraulic pump 1.
  • the supply / discharge port of the load sensing valve 7 communicates with the pressure oil chamber 6b of the pump swash plate actuator 6 for extending the piston rod.
  • the load sensing valve 7 is urged by a spring 7a in a direction of removing oil from the pressure oil chamber 6b of the pump swash plate actuator 6, that is, a direction of contracting the piston rod 6a.
  • the contraction direction of the piston rod 6a is on the inclination angle increasing side of the movable swash plate 1a, that is, the discharge flow rate increasing side of the hydraulic pump 1.
  • a part of the oil discharged from the hydraulic pump 1 is introduced into the load sensing valve 7 as hydraulic oil supplied to the pressure oil chamber 6 b of the pump swash plate actuator 6.
  • the discharge pressure P P as the pilot pressure to the load sensing valve 7 switches the load sensing valve 7 in the direction of supplying oil to the pressure oil chamber 6b of the pump swash plate actuator 6, that is, in the direction of extending the piston rod 6a. Act on.
  • the maximum hydraulic pressure that is, the maximum load
  • the maximum hydraulic pressure out of all the hydraulic pressures on the secondary side through the meter-in throttle, that is, all the hydraulic oil supplied from each directional control valve to each hydraulic actuator. extracting pressure P L, is added to the load sensing valve 7 as a pilot pressure against it to discharge pressure P P.
  • the pressure difference [Delta] P (uncontrolled differential pressure [Delta] P 0 between the discharge pressure P P and the maximum load pressure P L ) Is switched depending on whether the spring force F S of the spring 7a is higher or lower. That is, the pressure difference ⁇ P is exceeds the spring force F S, the piston rod 6a of the pump actuator 6 is extended, reducing the tilt angle of the movable swash plate 1a, to reduce the discharge flow rate Q P of the hydraulic pump 1.
  • the piston rod 6a of the pump actuator 6 is contracted to increase the tilt angle of the movable swash plate 1a, increasing the discharge flow rate Q P of the hydraulic pump 1.
  • the required flow rate Q R is proportional to the meter-in throttle opening degree A (cross section).
  • the opening A of the meter-in throttle is determined according to the operation amount of the manual operation tool of the direction control valve. That is, the required flow rate Q R is the amount determined regardless of changes in engine speed, long as it retains the operation amount constant, the required flow rate Q R is kept constant.
  • the supply flow rate through the meter aperture in the directional control valve to the hydraulic actuator to be operated if insufficient to the required flow rate Q R of the hydraulic actuator, the difference pressure ⁇ P is reduced by less than the spring force F S, the load sensing valve 7 operates in a direction to increase the inclination angle of the movable swash plate 1a, increasing the discharge flow rate Q P of the hydraulic pump 1, the hydraulic Increase the supply flow rate to the actuator.
  • the drive speed of the hydraulic actuator can be increased to the speed set by the manual operation tool.
  • each lever operation amount spool stroke of each directional control valve
  • the opening of the meter-in throttle of each directional control valve is maximum
  • the required flow rate of the boom cylinder 20 for rotating the boom 16 is high, while the required flow rate of the turning motor 25 for rotating the swivel base 12 is not so high.
  • the hydraulic pump 1 supplies oil at a flow rate that matches the required flow rate defined by each directional control valve. That is, for all actuators, the required flow rate Q ratio of the supply flow rate Q with respect to R (Q / Q R) (hereinafter referred to as "test main flow ratio”) (hereinafter the goal of is 1, the target value " The target required flow rate ratio Rq ”) and the tilt angle (pump capacity) of the movable swash plate 1a of the hydraulic pump 1 are controlled.
  • the target differential pressure ⁇ P in the load sensing valve 7 is the specified differential pressure ⁇ P 0 defined by the spring force F S irrespective of the change in the engine speed (that is, in the entire engine speed range).
  • the amount of operation of the boom operating lever 30a is set on the assumption that the movable swash plate 1a of the pump 1 is controlled).
  • a supply flow rate characteristic in the case where the turning of the boom 16 at the maximum and the turning of the turntable 12 at the maximum operation amount of the turning operation lever 35a are alternately performed will be considered with reference to FIG.
  • FIG. 4 shows characteristics of the supply flow rate Q of the hydraulic actuator over the entire region of the engine speed N set for the operation of the hydraulic actuator (here, the supply flow rate Qb to the boom cylinder 20 and the supply flow rate of the swing cylinder 23).
  • Qs characteristics the region of the engine speed N is such that the low idle speed NL is the minimum value and the high idle speed NH is the maximum value.
  • the case where the engine is operated when the engine is driven (hereinafter referred to as “low idle rotation”) is denoted as ⁇ NL .
  • the supply flow rate Q is a flow rate that is actually supplied to each actuator via the directional control valve.
  • the required flow rate Qb R of the boom cylinder 20 when the operation amount of the boom operation lever 30a is maximized is determined by the maximum opening area S MAX of the meter-in throttle of the direction control valve 30 (see FIG. 7). Since the required flow rate Qb R is smaller than the pump maximum discharge flow rate Q PHMAX during high idle rotation, the tilt angle ⁇ b1 of the movable swash plate 1a when the boom 16 is driven during high idle rotation is equal to or less than the maximum tilt angle ⁇ MAX . Yes (in this embodiment, it is smaller than the tilt angle ⁇ MAX ). That is, during high idle rotation, the supply flow rate Qb to the boom cylinder 20 is the same Qb R as the required flow rate. That is, during the high idle rotation, the supply flow rate Qb to the boom cylinder 20 becomes the maximum value, and the drive speed of the boom 16 at this time becomes the maximum drive speed.
  • the required flow rate Qb R is, because they are high among all actuators, engine
  • the maximum discharge flow rate Q PMAX decreases as the number N decreases from the high idle rotation speed N H
  • the maximum discharge flow rate Q PMAX itself becomes the boom cylinder (at the time when the engine rotation speed N becomes N 1 in FIG. 4). It becomes equal to the required flow rate Qb R 20.
  • the maximum discharge flow rate Q PMAX falls below the required flow rate Qb R of the boom cylinder 20, resulting in a decrease in engine speed. Accordingly, the supply flow rate Qb to the boom cylinder 20 is overlapped with the maximum discharge flow rate Q PMAX and is reduced. As the supply flow rate Qb decreases, the operating speed of the boom cylinder 20, that is, the driving speed of the boom 16 decreases.
  • the required flow rate Qs R of the swing motor 25 when the operation amount of the swing operation lever 35a is maximized is determined by the maximum opening area S MAX of the meter-in throttle of the direction control valve 35 (see FIG. 7).
  • the movable swash plate 1a of the hydraulic pump 1 is arranged at the tilt angle ⁇ s1, and the swing cylinder 23 is operated at the maximum speed, that is, the swivel base 12 is rotated at the maximum speed. . Therefore, during high idle rotation, the boom cylinder 20 driving with the maximum operation amount of the boom operation lever 30a and the turning motor 25 driving with the maximum operation amount of the turning operation lever 35a are alternately performed. Both the boom 16 and the swivel base 12 rotate at their maximum drive speeds.
  • the required flow rate Qs R of the swing cylinder 23 with the maximum operation amount of the swing operation lever 35a is considerably lower than the required flow rate Qb R of the boom cylinder 20 with the maximum operation amount of the boom operation lever 30a.
  • the tilt angle ⁇ H of the movable swash plate 1a is considerably smaller than the tilt angle ⁇ b1 when the boom cylinder 20 is operated with the boom operation lever 30a as the maximum operation amount, and the maximum tilt angle ⁇ MAX. Has a considerable tilt tolerance.
  • the tilt angle ⁇ of the movable swash plate 1a is tilted toward the angle increase side so that the supply flow rate Qs satisfies the required flow rate Qs R.
  • this tilt allowable width is large, the engine speed N is low idle rotation. reduced to a few N L, even in a state where the movable swash plate 1a has reached the slant angle ⁇ s2 is tilted at an angle increasing side maximally still does not lead to a maximum tilting angle theta MAX.
  • the driving speed of the boom 16 during the low idle rotation is lower than that during the high idle rotation
  • the driving speed during the low idle rotation of the swivel base 12 is maintained at the high idle rotation.
  • the operator turns the boom 16 at a slow speed assumed by driving the engine E at the low idle rotation speed N L , and then continues to turn the turntable 12.
  • the rotation speed is faster than expected and the work is difficult.
  • the speed of the swivel base 12 does not change when the engine speed is reduced. Therefore, the speed can be adjusted only by adjusting the swivel operation lever 35a. This makes it difficult to perform fine turning operations.
  • the rotation of the boom 16 and the rotation of the swivel base 12 are alternately performed as described above, the rotation of the boom 16 is slower than that during the high idle rotation during the low idle rotation.
  • the rotation of the turntable 12 can be slowed, and the problem that the turn of the turntable 12 is felt faster relative to the rotation of the boom 16 can be solved.
  • the load sensing pump control system 5 is provided with an electromagnetic proportional valve as the pump control proportional valve 8.
  • the oil from the pump control proportional valve 8 is supplied to the load sensing valve 7 as pilot pressure oil. Secondary pressure of the load sensing valve 7 having of this oil is the control pressure P C to be added to the load sensing valve 7 to resist the maximum load pressure P L.
  • Min plus control pressure P C the differential pressure between the discharge pressure P P and the maximum load pressure P L required to balance the spring force F S, ie, the target differential pressure ⁇ P is reduced.
  • the load sensing valve 7 as increasing the control pressure P C acts on the slant angle decreasing side of the movable swash plate 1a, reducing the delivery rate of the hydraulic pump 1.
  • the control pressure P C is determined by the current value applied to the solenoid 8a of the pump control proportional valve 8 is an electromagnetic proportional valve. This is the control output value C. Therefore, for each directional control valve of each hydraulic actuator, a correlation of the required flow rate of the hydraulic actuator with respect to the operation amount of the manual operating tool is assumed for each engine speed, and the engine speed is thus realized so as to realize the assumed correlation.
  • a correlation map of the control output value C corresponding to is prepared, and this map is stored in the storage unit of the controller that controls the control output value for the pump control proportional valve 8, so that the engine speed is as described above.
  • the excavation turning work machine 10 is configured with a hydraulic actuator control system as shown in FIG. First, a correlation map M of the control output value C corresponding to the engine speed N for all actuators is stored in the storage unit 51 provided in the controller 50.
  • a correlation map M of the control output value C with respect to the engine speed N stored in the storage unit 51 is prepared for each work mode that can be set in the excavation turning work machine 10.
  • the excavation turning work machine 10 may be configured to be able to set a fuel saving mode or the like that lowers the high idle rotation speed than in a normal case, and a map of the control output value C that is used when this is set, It may be included in the aforementioned map group.
  • the controller 50 receives an engine speed detection signal from the engine speed detection unit 52 and an ON / OFF signal of the shift switch 26. Further, a travel detection signal indicating whether or not the excavation turning work machine 10 is actually traveling (that is, whether or not the travel motors 23 and 24 are being driven) is sent to the controller 50 from the travel detection means 53. Entered.
  • the travel detection means 53 may be configured to detect the operation amount of the travel operation levers 33a and 34a (for example, it is determined that the vehicle is not traveling when the operation amount of both the levers 33a and 34a is 0).
  • the ON / OFF signal of the speed change switch 26 and the travel detection signal from the travel detection means 53 are related to whether the standard map M1 is selected or the low speed travel map M2 is selected. In connection with selection of the map for the fuel saving mode, it is conceivable that a signal or the like from a switch that is turned ON when the fuel saving mode is set is input to the controller 50.
  • the controller 50 determines the setting mode, and selects a map corresponding to the setting mode from the correlation map group of the control output value C with respect to the engine speed N stored in the storage unit 51. Then, the target value of the control output value C is determined by applying the engine speed N based on the input signal from the engine speed detector 52 to the selected map.
  • the controller 50 adds the current of the determined control output value C to the solenoid 8a of the pump control proportional valve 8 in the load sensing type pump control system 5, and from the pump control proportional valve 8 to the load sensing valve 7. supplies the pilot pressure oil having a control pressure P C generated by the addition of the control output value C, thereby, via a pump actuator 6, the tilt angle of the movable swash plate 1a of the hydraulic pump 1, i.e., The discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is controlled.
  • FIG. 5A shows a standard map M1 showing a change in the control output value C as the engine speed N is decreased from the high idle speed NH to the low idle speed NL .
  • the configuration of a representative standard map M1 in the map group prepared for each of several modes that can be set in the excavation turning work machine 10 as described above will be described.
  • the standard map M1 sets the control output value C at the time of high idle rotation to the minimum value C 0 (the value at which the secondary pressure (control pressure P C ) of the pump control proportional valve 8 is 0), and the control output at the time of low idle rotation.
  • the value C is the maximum value C MAX, and the control output value C is increased as the engine speed N is decreased from the high idle speed NH to the low idle speed NL .
  • the control output value C of the pump control proportional valve 8 (current applied to the solenoid 8a) is changed in accordance with the change in the engine speed N based on the standard map M1.
  • the control pressure P C is zero. Therefore, the target differential pressure ⁇ P is a specified differential pressure ⁇ P 0 equal to the spring force F S of the load sensing valve 7.
  • the control pressure P C is increased, correspondingly, the target differential pressure ⁇ P is reduced.
  • the target differential pressure ⁇ P during the low idle rotation is set as the minimum target differential pressure ⁇ P MIN .
  • FIG. 6 is a diagram showing the effect of “deceleration control” appearing in the supply flow rate characteristic to the hydraulic actuator corresponding to the change in the engine speed, and shows two hydraulic actuators (here, boom cylinders) having different required flow rates. 20 and the turning motor 25), and a graph of the pump supply flow rate Qb when driving the boom cylinder 20 having a high required flow rate, and a request.
  • the graph of the supply flow rate Qs in the case of driving the turning motor 25 with a low flow rate is shown.
  • a graph of the maximum discharge flow rate Q PMAX is drawn as in FIG.
  • Each of the operation levers 30a and 35a has the maximum operation amount (the spool stroke S of each direction control valve 30 and 35 is the maximum value S MAX ), that is, the respective required flow rates Qb R and Qs R. Is the maximum.
  • the tilt angle of the movable swash plate 1a is set to ⁇ NH for high idle rotation and ⁇ NL for low idle rotation.
  • target differential pressure [Delta] P is defined differential pressure [Delta] P 0 - become a control pressure [Delta] P C, decreases than at high idle speed.
  • the target required flow rate ratio Rq of each actuator is set to a value smaller than the target value 1 at the time of high idle rotation.
  • RqL N L / N H.
  • the tilt angle ⁇ NL of the movable swash plate 1 a is suppressed to ⁇ b 2, and the rotation supply flow rate Qb L is reduced to Qb R ⁇ N L / N H while the swing motor 25 is driven.
  • the tilt angle ⁇ NL of the movable swash plate 1a can be tilted to ⁇ s2 without deceleration control, but is suppressed to ⁇ s3 smaller than that, and the supply flow rate Qs L is reduced to Qs R ⁇ N L / N H.
  • the supply flow rate Q decreases at the same ratio, and the respective drive speeds are also the same. Decreases in proportion.
  • the target required flow rate ratio Rq at the time of driving each actuator is set to N M / N H.
  • the arbitrary engine speed NM is a numerical value that becomes smaller as it approaches the low idle speed NL . Therefore, the target required flow rate when each actuator is driven as the engine speed N decreases toward the low idle speed NL. The ratio Rq is reduced.
  • the target required flow rate ratio Rq corresponding to the arbitrary engine speed N M is set to N M / N H because the supply flow rate Q is reduced when each actuator is driven as the target engine speed N decreases. Is an example for adjusting to a decrease in engine speed, and may be a numerical value different from this. What is important is that the target required flow rate ratio Rq decreases as the target engine speed N decreases from the high idle speed NH, and the engine speed decreases for each actuator when each actuator is operated. In addition, an effect of reducing the target required flow rate ratio Rq can be obtained.
  • the target differential pressure ⁇ P is not changed regardless of the change in the engine speed.
  • the supply flow rate Qs satisfies the required flow rate Qs R over the entire engine speed N from the high idle speed NH to the low idle speed NL.
  • the reduction effect of the target required flow rate ratio Rq by increasing the control output value C shown in FIG. 5A with the decrease in the engine rotational speed is apparently about the actuator with a small required flow rate.
  • the supply flow rate that has been maintained so as to satisfy the required flow rate even when the engine is running at a low speed is reduced, so the effect is significant.
  • the engine speed decreases.
  • the accompanying reduction in the supply flow rate is similar to that caused by the decrease in the maximum discharge flow rate Q PMAX , so the effect is not clearly shown, but it can be seen in FIGS. 5 (a) to 5 (c).
  • the control output value C is, the control pressure P C, and the target differential pressure [Delta] P, the effect of control in response to changes in engine speed, a large hydraulic actuator of the required flow rate as the boom cylinder 20
  • all the actuators can obtain the effect of reducing the driving speed by reducing the target required flow rate ratio Rq corresponding to the engine speed when driving each actuator. It is.
  • the drive speed decreases in a uniform manner (for example, the engine speed decreases) as the engine speed decreases, resulting in low engine speed. This avoids a situation in which driving of one of the actuators is felt faster relative to the other actuators when the engine is driven by a number.
  • the standard map M ⁇ b> 1 or the low speed traveling map M ⁇ b> 2 shown in FIG. 8A is selected as described above.
  • the controller 50 determines that the movable swash plates 23a and 24a of the travel motors 23 and 24 are at a small tilt angle (small capacity) position based on signals from the shift switch 26 and the travel detection means 53.
  • the excavation turning work machine 10 is set to the normal mode regardless of whether or not the traveling motors 23 and 24 are actually in the driving state (traveling state)
  • the standard map M1 is selected from the map group stored in the storage unit 51.
  • the controller 50 determines that the travel motors 23 and 24 are in the drive state (travel state). If not, the standard map M1 is selected to set the excavation turning work machine 10 to the normal mode. When it is determined that the traveling motors 23 and 24 are actually in the driving state (traveling state), the excavation turning work machine 10 is set to the low speed traveling mode, and the map group stored in the storage unit 51 is selected. The low speed travel map M2 is selected. That is, the low speed travel map M2 is selected only when the travel motors 23 and 24 in a state where the movable swash plates 23a and 24a are in the low speed position are actually driven.
  • Standard map M1 and a control output value C at high idle speed and the minimum value C 0 (control output value and the control pressure P C 0), increases the control value C as the reduce the engine speed N
  • the control output value C during low idle rotation is the maximum value C MAX .
  • the low-speed running map M2 has a control output value C at high idle speed a large value C W than the minimum value C 0, increases the control value C as the reduce the engine speed N, the low idle rotation
  • the control output value C at the same time is the same maximum value C MAX as in the normal mode setting.
  • the standard map M1 along with a high idle rotational speed N H of the engine speed N to drop to low idle rotational speed N L, to increase the control output value from C, the minimum value C 0 to a maximum value C MAX
  • the low-speed travel map M2 indicates that the control output value C is reduced to the minimum value C 0 as the engine speed N decreases from the high idle speed NH to the low idle speed NL . It is set to increase from a larger value CW to a maximum value CMAX at a smaller increase rate than the control output value C of the standard map M1.
  • the normal mode is set by the control output value C is the minimum value C 0, the control pressure P C is zero. Therefore, the target differential pressure ⁇ P becomes the maximum target differential pressure ⁇ P 0 .
  • low-speed traveling mode is set, controlled by a large value C W than the minimum value C 0 of the output value C, 0 control pressure P C of greater value P CW than occurs To do.
  • the target differential pressure [Delta] P becomes smaller ⁇ PW than the maximum target differential pressure [Delta] P 0.
  • the mode switching in a time low idle rotation between the two modes the control pressure P C is changed, the target differential pressure ⁇ P is changed, so that the target subjected main flow ratio Rq is changed.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an effect that appears in the supply flow rate Q to the traveling motors 23 and 24 by switching the mode between the normal mode and the low-speed traveling mode with respect to the driving of the traveling motors 23 and 24.
  • the operation amount of the travel operation levers 33a and 34a is maximized (the spool stroke S of the direction control valves 33 and 34 is the maximum value S MAX ).
  • a low speed mode based on the low-speed traveling map M2, the control output value C as C W, applying a control pressure P CW to load sensing valve 7, the target differential pressure ⁇ P, the control pressure defining difference low [Delta] P W becomes than pressure [Delta] P 0 in the absence of P C, the value of the target subjected main flow ratio Rq, and smaller than the value 1 in the normal mode Rqw H ( ⁇ 1), the target Kyoyo
  • the low-speed traveling map M2 determines a control output value C (C 0 ⁇ C ⁇ C MAX ) corresponding to an arbitrary engine speed N M between the high idle speed N H and the low idle speed N L. has become one of the target subjected main flow ratio Rq obtained by the control pressure P C is generated by the control output value C is in the normal mode, the target engine speed (optional engine speed at that time N M ) is a value Rqw ( ⁇ N M / N H ) that is further reduced from the value N M / N H obtained in accordance with N M ).
  • the switching from the standard map M1 to the low speed travel map M2 originally corresponds to an arbitrary engine speed N as an effect appearing on the supply flow rate characteristics of the hydraulic actuator (particularly, the travel motors 23 and 24).
  • a value obtained by correcting the target required flow rate ratio Rq, which is 1, using the standard map M1 (that is, subjected to deceleration control) is further corrected using the low-speed traveling map M2 (deceleration control is performed). Means.
  • the target required flow rate ratio Rq 1 when the standard map M1 is used. As a result, it seems that “deceleration control” is performed for the first time by using the low speed traveling map M2.
  • the target required flow rate ratio Rq becomes a common value (N L / N H ).
  • the standard map M1 is switched to the low speed travel map M2, further deceleration control is performed. It will not be done.
  • the deceleration control (correction of the required flow rate ratio for the traveling motors 23 and 24) accompanying the mode switching to the low-speed traveling mode is performed by the traveling motor 23 with the operation amount of the traveling operation levers 33a and 34a and the same engine speed.
  • the effect is that the speed ratio (or the speed difference between the two travel speeds) of the travel speed when the 24 movable swash plates 23a, 24a are set to the normal speed position to the travel speed when the same is set to the low speed position is increased. Further, the increase in the speed ratio becomes remarkable in a region where the engine speed is high, and becomes maximum at a high idle speed.
  • the movable swash plate is set in the normal mode in the engine high rotation speed region near the high idle rotation speed NH.
  • the drive speed of the drive sprocket 11b can be increased (increase the travel speed) by the amount of increase in the engine speed in this region.
  • the low speed travel mode the low speed position of the travel motors 23 and 24 is achieved.
  • deceleration control that is, the target required flow rate ratio Rq is further reduced than in the normal mode setting.
  • the traveling motors 23 and 24 In order to increase the difference between the traveling speed when the movable swash plates 23a and 24a of the traveling motors 23 and 24 are set to the normal speed position and the traveling speed when the movable swash plates 23a and 24a are set to the low speed position, they are used as the traveling motors 23 and 24.
  • the movable swash plate of the hydraulic motor is designed according to a certain standard, If you want to change the angle difference, you need to change the settings, which is expensive. In this respect, since the deceleration control only needs to change the map relating to the control output value C using the existing pump control proportional valve 8, there is no increase in cost.
  • the deceleration control is for changing the tilt angle of the movable swash plate 1a of the hydraulic pump 1 by adding a control pressure P C to the load sensing valve 7 to increase side, as described above, for all the actuators, The effect of reducing the required flow rate ratio is brought about.
  • the traveling motors 23 and 24 are not in a driving state based on the traveling detection signal from the traveling detection means 53 described above. If it is determined, the excavation turning work machine 10 is set to the normal mode, so that the other hydraulic actuators are driven while the excavation turning work machine 10 stops traveling, that is, the boom cylinder 20, the arm cylinder 21, Regarding the driving of the bucket cylinder 22 and the like, the supply flow rate is controlled by the control of the control output value C based on the standard map M1 corresponding to the engine speed.
  • the flow rate supplied to the traveling motors 23 and 24 is low.
  • the control is performed by the travel map M2, and other actuators are all in accordance with the standard map M1 unless the travel motors 23 and 24 are driven and the other actuators are driven during the low speed travel. It is controlled by the supply flow rate and operates at the operation speed assumed in the normal mode.
  • the lever operation amount of the travel motors 23 and 24 at the time of high idle rotation (operation amount of the travel operation levers 33a and 34a), that is, the characteristics of the required flow rate Qt R and the supply flow rate Q of the spool stroke S of the directional control valve 33, 34.
  • the required flow rate Qt R increases as the spool stroke S increases, and reaches the maximum value Q RMAX at the maximum stroke S MAX .
  • the excavation turning work machine 10 is a hydraulic machine including a plurality of hydraulic actuators driven by oil discharged from the variable displacement hydraulic pump 1 driven by the engine E, pump control system 5 of the control device, at the time of driving the respective hydraulic actuators, to control the flow rate of the oil discharged from the hydraulic pump 1 so as to satisfy the required flow rate Q R of the hydraulic actuator, and the change in the engine speed N in response, it is configured to correct the target value Rq ratio (Q / Q R) of the supply flow rate Q with respect to the required flow rate Q R of the hydraulic actuators.
  • the plurality of hydraulic actuators include traveling motors 23 and 24 which are hydraulic motors for traveling the excavation and turning work machine 10 and whose capacity can be switched to at least two different capacities.
  • the plurality of hydraulic actuators through the meter-aperture directional control valve provided in each separate, which discharge oil from the hydraulic pump 1 is supplied, the required flow rate Q R of each actuator, each directional control It is defined by the opening of the meter-in throttle of the valve.
  • Load sensing pump control system 5 load sensing
  • a common target value is set for all the actuators, and the flow rate of the discharge oil of the hydraulic pump is controlled so that the target value of the differential pressure ⁇ P is achieved for all the hydraulic actuators.
  • the target value Rq of the ratio (Q / Q R ) By correcting the target value of the differential pressure ⁇ P, the target value Rq of the ratio (Q / Q R ) according to the change in the engine speed N and the capacity of the travel motors 23 and 24 can be switched. The target value Rq of the ratio (Q / Q R ) is corrected accordingly.
  • the control pressure P C for changing the target value of the differential pressure [Delta] P which is assumed to generate at the secondary pressure of the pump control proportional valve 8 is an electromagnetic proportional valve
  • a plurality of maps are stored as a correlation map of the control output value C as a current value applied to the pump control proportional valve 8 with respect to the engine speed N.
  • the plurality of maps include two or more maps M1 and M2 corresponding to the at least two stages of capacity settings of the travel motors 23 and 24, respectively.
  • the two or more maps M1 and M2 include a standard map M1 corresponding to the small capacity setting of the traveling motors 23 and 24 and a low speed traveling map M2 corresponding to the large capacity setting of the traveling motors 23 and 24. Only when it is confirmed that the traveling motors 23 and 24 are actually driven when the large capacity of the traveling motors 23 and 24 is set, the discharge oil of the hydraulic pump 1 using the low-speed traveling map M2 is determined. The flow rate control is performed, and other than that, the flow rate control of the discharge oil of the hydraulic pump 1 using the standard map M1 is performed.
  • the ratio (speed ratio) between the output speed when the large capacity is set and the output speed when the small capacity is set of the traveling motors 23 and 24 can be changed. That is, assuming that the operation amount (spool stroke S) of the directional control valves 33 and 34 for the traveling motors 23 and 24 is constant at a constant engine speed, the output speed difference accompanying the switching of the capacity is The value may be different from the value defined by the standard of the hydraulic motor as the traveling motors 23 and 24.
  • the traveling motor 23 is increased by increasing the high idle rotational speed (maximum engine rotation speed).
  • the road speed can be increased by high-speed engine rotation.
  • the large capacity is set, the operation is not affected by the increase in the high idle speed due to the high engine speed.
  • the output speed of the hydraulic motor can be kept low so that the conventional traveling speed is easy to be reduced.
  • the speed ratio can be changed by changing the set positions of the movable swash plates 23a and 24a of the travel motors 23 and 24. In this case, however, a complicated mechanism for positioning the movable swash plates 23a and 24a is used. It may be necessary to change the design, leading to high costs.
  • the pump control system 5 according to the present application that corrects the target value of the differential pressure ⁇ P between the discharge pressure P P and the maximum load pressure P L, which is employed in the existing load sensing pump control system structure Need only be used when switching the capacity of the travel motors 23 and 24. For example, a structure in which two or more maps corresponding to each capacity setting of the travel motors 23 and 24 are stored. Accordingly, it is possible to provide the pump control system 5 that exhibits the above-described effects at low cost.
  • correction of the target value of the differential pressure ⁇ P is, so controls the flow rate of the oil discharged from the hydraulic pump 1, not only the travel motors 23, 24, for all the actuators, the supply flow rate Q with respect to the required flow rate Q R
  • Correction of the target value Rq of the ratio (Q / Q R ) is applied.
  • the output speed of the traveling motors 23 and 24 at the time of setting the large capacity is kept low as described above, not only the traveling speed can be kept low but also the driving speeds of other actuators can be reduced. Along with switching to the large capacity setting, the driving speed is lowered, and the working efficiency is lowered.
  • the low speed travel map M2 for setting the large capacity is used only when it is confirmed that the travel motors 23 and 24 are actually driven when the large capacity of the travel motors 23 and 24 is set.
  • other actuators can be driven at a driving speed corresponding to the setting of the small capacity of the traveling motors 23 and 24, regardless of the capacity switching of the traveling motors 23 and 24, and only the traveling speed can be achieved. While keeping it low, it is possible to perform an efficient work that is not different from the small capacity setting.
  • the present invention can be applied not only to the excavating and turning work machine described above, but also to any hydraulic machine control device that employs a load sensing type hydraulic pump control system.

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Abstract

掘削旋回作業機等の油圧機械であって、走行用の油圧モータの容量切換が可能な構成のものについて、油圧モータの小容量設定状態における走行速度の高速化に、主に作業走行に用いられる油圧モータの大容量設定状態で、走行速度の高速化の影響を回避し、作業精度を確保する。 各油圧アクチュエータの駆動時に、エンジン回転数の変化に応じて、各油圧アクチュエータの要求流量に対する供給流量の比率の目標値を補正するよう構成されている油圧機械の制御装置を、該複数の油圧アクチュエータに含まれる走行用の油圧モータの容量の切換に応じて、各油圧アクチュエータの要求流量に対する供給流量の比率の目標値を補正するように構成する。

Description

油圧機械の制御装置
 本発明は、掘削旋回作業機等の油圧機械を駆動するための油圧アクチュエータに対しての作動油供給システムに用いられる制御装置に関する。
 従来、例えば特許文献1、2に示すような、掘削旋回作業機等の油圧機械を駆動するための油圧アクチュエータに対しての作動油供給システムであって、方向制御弁を介して、可変容量型の油圧ポンプより吐出される作動油を、油圧アクチュエータに対し供給するよう構成されたものが公知となっている。
 上記各特許文献に開示されるシステムにおいて、可変容量型油圧ポンプの吐出流量の制御機構は、ロードセンシング弁を用いて、油圧ポンプの吐出圧と、方向制御弁の二次側(油圧アクチュエータの入口ポート側)の負荷圧との差(以下、単に「差圧」と称する)が一定となるように、油圧ポンプの吐出流量を調整する構成となっており、一方、方向制御弁における油圧ポンプから油圧アクチュエータへの流路を絞るメータイン絞りの開口面積を、その手動操作具の操作量に応じて変化させるものとしている。これにより、方向制御弁から油圧アクチュエータには、当該手動操作具にて設定されたアクチュエータの作動速度に見合う必要な量の作動油が供給される、すなわち、アクチュエータの要求流量と略同量の供給流量を実現できるので、作動油供給システムの作動効率を高めることができる。
 また、特許文献1、2には、ロードセンシング弁にて設定される目標差圧を調整可能とする技術が開示されている。すなわち、ロードセンシング弁における負荷圧に抗して、油圧ポンプの吐出圧に、コントローラにて調整可能な制御圧を加える構成としている。
 一方、特許文献2に示すように、従来の掘削旋回作業機においては、その複数の油圧アクチュエータの中に、例えば、左右一対のクローラ式走行装置のような、一対の走行装置を各別に駆動するための一対の走行用油圧モータが備えられている。
 特許文献2には、油圧アクチュエータのうち、走行用油圧モータのみを駆動する場合、すなわち、車両が走行するように設定されていることを検出した場合に、前記ロードセンシング弁における目標差圧を下げることで油圧ポンプの吐出量を低減する技術が開示されており、これにより、他の作業用の油圧アクチュエータに比して要求される負荷圧の小さな走行用油圧モータを駆動する際の油圧ポンプからの吐出量のロスを低減し、油圧アクチュエータの作動効率を高めるものとしている。
 さらに、特許文献3に示すように、容量変更手段としての可動斜板を備えた走行用油圧モータであって、小さな傾倒角度の高速位置と、大きな傾倒角度の低速位置との二位置に可動斜板の傾倒角度を切換可能な構成としたものが公知となっている。油圧ポンプからの吐出流量が一定であるとした場合に、可動斜板を高速位置にすると油圧モータはその容量が小さくなって高速に回転駆動され、可動斜板を低速位置にすると油圧モータはその容量が大きくなって低速に回転駆動される。
 この油圧ポンプの可動斜板位置の切換については、上記特許文献3においては、車両の運転席近傍に設けたレバー等の手動操作によるものとしており、オペレータの任意にて、例えば、車両を路上走行させたい場合にはこれを高速位置にし、作業をしながら低速度にて走行させたい場合にはこれを低速位置にするというものとなっている。
特開平2-76904号公報 特開2011-247301号公報 特開平10-338947号公報
 上記の特許文献3に示す如き二段に変速可能な走行用油圧モータを備えた掘削旋回作業機等の油圧機械においては、走行用油圧モータの可動斜板を高速位置(小容量設定位置)にしたとき(以下、「高速設定状態」と称する)の車両の走行速度をより高いものにしてほしいとの要望が多い。一方で、走行用油圧モータの可動斜板を低速位置にしたとき(以下、「低速設定状態」と称する)の車両の走行速度については、確実な作業精度を保つため、従来どおりの走行速度でよいものとされる。
 高速設定状態における車両の走行速度を高める方法としては、エンジン回転数を上げることが考えられるが、同じエンジン回転数で低速設定状態に切り換えたときに、低速設定状態における走行速度も高めてしまうこととなり、上述の、低速設定状態での走行速度は従来のままとする要望に合わない。
 ここで、特許文献3では、低速設定状態としたときに、可変容量型油圧ポンプの最大吐出流量を低減することで、走行速度を低くするものとしている。しかし、この技術は、走行用油圧モータの大容量設定位置へと切換に合わせて単純に油圧ポンプの最大傾倒角度位置を一定角度低減するものであり、この技術を、特許文献1に示すような、ロードセンシング弁を用いたポンプ制御システムと組み合わせた場合、この最大吐出流量の低減に左右されない操作量領域であれば、手動操作の操作量に応じて油圧ポンプから油圧アクチュエータへ流れる流量が調整されるものの、操作量が、最大吐出流量の低減分に対応する領域にかかると、そこから手動操作量を最大操作量まで増やしても、アクチュエータへの流量は飽和状態でその調整ができず、操作性を著しく低下させてしまうという事態が起こり得る。
 油圧モータを、可動斜板等の二段切換式の容量変更手段の構成を変更したもの(速度比を変更したもの)に変更すれば、上述の要望に応え得るものの、機械的な設計変更を必要とし、部品共有化等の面で不利であり、高コスト化を招くこととなる。
 本願に係る発明は、以上の如き課題を解決するため、以下の如き手段を用いるものである。
 すなわち、本願に係る制御装置は、エンジンにて駆動される可変容量型油圧ポンプからの吐出油にて駆動される複数の油圧アクチュエータを備えた油圧機械の制御装置であって、各油圧アクチュエータの駆動時に、その油圧アクチュエータの要求流量を満たすように該油圧ポンプの吐出油の流量を制御し、かつ、エンジン回転数の変化に応じて、各油圧アクチュエータの要求流量に対する供給流量の比率の目標値を補正するよう構成されている。該複数の油圧アクチュエータには、該油圧機械の走行用の油圧モータであって、その容量を、少なくとも二段階の異なる容量に切換設定可能であるものを含んでおり、該制御装置は、エンジン回転数の変化に加え、該油圧モータの容量の切換に応じて、各油圧アクチュエータの要求流量に対する供給流量の比率の目標値を補正するように構成されている。
 また、前記制御装置の第一態様として、前記複数の油圧アクチュエータには、各別に設けられる方向制御弁のメータイン絞りを介して、前記油圧ポンプからの吐出油が供給されるものであり、前記各アクチュエータの要求流量は、各方向制御弁のメータイン絞りの開度にて画定されるものである。前記制御装置は、前記油圧ポンプの吐出油が有する吐出圧と各油圧アクチュエータへの供給油が有する負荷圧との間の差圧について、全アクチュエータに共通の目標値を設定しており、全油圧アクチュエータについて、該差圧の目標値を達成するように、該油圧ポンプの吐出油の流量を制御する構成であり、該差圧の目標値を補正することにより、エンジン回転数の変化に応じての前記比率の目標値の補正、及び、前記油圧モータの容量の切換に応じての前記比率の目標値の補正を行うものである。
 また、前記制御装置の第二態様として、該制御装置は、前記差圧の目標値を変化させるための制御圧を、電磁比例弁の二次圧にて生成するものとしており、エンジン回転数に対する該電磁比例弁にかける電流値としての制御出力値の相関マップとして、複数のマップを記憶している。該複数のマップは、前記油圧モータの前記少なくとも二段階の容量設定ごとにそれぞれ対応した二以上のマップを含むものである。
 また、前記制御装置の第三態様として、前記二以上のマップは、前記油圧モータの小容量設定に対応する第一のマップと、該油圧モータの大容量設定に対応する第二のマップとを含む。該制御装置は、該油圧モータの該大容量設定時において、実際に該油圧モータが駆動される状態であることが確認されたときにのみ該第二のマップを用いての前記油圧ポンプの吐出油の流量制御が行われ、それ以外は、該第一のマップを用いての該油圧ポンプの吐出油の流量制御が行われるように構成されている。
 以上の如き油圧機械の制御装置により、該走行用の油圧モータの、大容量設定時の出力速度と小容量設定時の出力速度との比率(速度比)を変更できる。すなわち、一定のエンジン速度で油圧モータ用の方向制御弁の操作量を一定にしていると仮定しての、容量の切換に伴っての出力速度差を、その油圧モータの規格により規定されている値とは異なる値にすることができる。
 したがって、例えば油圧機械の路上走行速度を高速化するために高回転のエンジンを備えるものとした場合に、ハイアイドル回転数(エンジン回転の最高速)が増加することで、該走行用の油圧モータの小容量設定時には高速のエンジン回転にて路上走行速度の高速化を実現できる一方で、大容量設定時には、エンジンの高回転化によるハイアイドル回転数の増加の影響を受けずに、作業のしやすい従来の走行速度となるように、該油圧モータの出力速度を低く抑えることができる。
 前記速度比の変更は、油圧モータの可動斜板の設定位置を変更することによっても可能であるが、この場合、可動斜板の位置決め用の複雑な機構についての設計変更を迫られ、高コストにつながる可能性がある。しかし、本願に係る制御装置は、前記第一態様として記載したように、吐出圧と負荷圧との間の差圧の目標値を補正するという、既存の負荷感知(ロードセンシング)式ポンプ制御システムで採用されている構造を、走行用の油圧モータの容量切換の際に採用するだけですむ。例えば、前記第二態様として記載したように、油圧モータの容量設定ごとに対応したマップを二以上記憶しておくという構造ですむ。したがって、低コストで前述の如き効果を奏する制御装置を提供できる。
 また、前記の差圧の目標値の補正は、油圧ポンプの吐出油の流量を制御するものなので、走行用の油圧モータのみならず、全アクチュエータについて、要求流量に対する供給流量の比率の補正が適用されることとなる。この場合、前述の如く大容量設定時の走行用の油圧モータの出力速度を低く抑えるものとすると、走行速度が低く抑えられるのみならず、他のアクチュエータの駆動速度も、走行用の油圧モータを大容量設定に切り換えるのに伴って、駆動速度が低くなってしまい、作業効率が落ちてしまう。
 この点、前記第三態様として記載したように、該油圧モータの大容量設定時において、実際に該油圧モータが駆動される状態であることが確認されたときにのみ、大容量設定時用の第二のマップを用いるものとすることで、他のアクチュエータについては、該油圧モータの容量切換とは関係なく、油圧モータの小容量設定時に対応する駆動速度にて駆動することができ、走行速度のみ低く抑えながら、小容量設定時とかわらない効率のよい作業を行うことができる。
油圧機械の実施例としての掘削作業機の側面図。 油圧アクチュエータへの圧油供給システムを示す油圧回路図。 負荷感知式ポンプ制御システムのブロック図。 制御圧をかけない場合の負荷感知式ポンプ制御によるエンジン回転数に対する油圧アクチュエータへの供給流量のグラフ。 負荷感知式ポンプ制御に関するマップ及びグラフであって、図5(a)は制御出力値のマップ、図5(b)は制御圧のグラフ、図5(c)は目標差圧のグラフ。 制御圧をかけた場合の負荷感知式ポンプ制御によるエンジン回転数に対する油圧アクチュエータへの供給流量のグラフ。 負荷感知式ポンプ制御による操作量に対する油圧アクチュエータへの供給流量のグラフ。 走行モータの容量切換に対応しての負荷感知式ポンプ制御に関するマップ及びグラフであって、図8(a)は制御出力値のマップ、図8(b)は制御圧のグラフ、図8(c)は目標差圧のグラフ。 走行モータの容量切換に対応しての負荷感知式ポンプ制御によるエンジン回転数に対する油圧アクチュエータへの供給流量のグラフ。 走行モータの容量切換に対応しての負荷感知式ポンプ制御による操作量に対する油圧アクチュエータへの供給流量のグラフ。
 図1に示す油圧機械の実施例としての掘削旋回作業機10の概略構成について説明する。掘削旋回作業機10は、左右一対のクローラ式走行装置11を備える。各クローラ式走行装置11は、トラックフレーム11aに駆動スプロケット11b及び従動スプロケット11cを支持し、駆動スプロケット11bと従動スプロケット11cの間にクローラ11dを巻回してなる。なお、走行装置をホイル式走行装置とすることも考えられる。
 左右一対のクローラ式走行装置11の上部には、旋回台12が、両クローラ式走行装置11に対し鉛直の枢軸を中心に回動可能に搭載され、旋回台12に、エンジンE、ポンプユニットPU、制御弁ユニットV等を内装するボンネット13が搭載されている。旋回台12にはさらに、オペレータ用の座席14を配置しており、座席14の前方や側方には、後述の各油圧アクチュエータを操作するためのレバーやペダル等の手動操作具が配置されている。
 旋回台12には、旋回台12に対し水平方向に回動可能にブームブラケット15が設けられており、ブームブラケット15にブーム16の基端部が上下回動自在に枢支され、ブーム16の先端部にアーム17の基端部が上下回動自在に枢支され、アーム17の先端部に、作業機としてのバケット18が上下回動自在に枢支されている。その他の作業機として、左右一対のクローラ式走行装置11に、排土用のブレード19が上下回動自在に取り付けられている。
 以上に述べた掘削旋回作業機10の各駆動部の駆動のため、掘削旋回作業機10には、図2に示すように、複数の油圧アクチュエータが備えられる。図1には、代表的な油圧アクチュエータであるブームシリンダ20、アームシリンダ21、バケットシリンダ22が図示されている。ブームシリンダ20のピストンロッドの伸縮動によりブーム16がブームブラケット15に対し上下回動し、アームシリンダ21のピストンロッドの伸縮動によりアーム17がブーム16に対し上下回動し、バケットシリンダ22のピストンロッドの伸縮動によりバケット18がアーム17に対し上下回動する構成となっている。
 これらの他、掘削旋回作業機10には、油圧シリンダよりなる伸縮型の油圧アクチュエータとして、図1では図外の、旋回台12に対しブームブラケット15を水平回動するためのスイングシリンダ、左右のクローラ式走行装置11に対してブレード19を上下回動するためのブレードシリンダ等が備えられている。
 また、掘削旋回作業機10には、油圧モータよりなる回転型の油圧アクチュエータとして、図1では図外の、左右のクローラ式走行装置11のうち一方の駆動スプロケット11bを駆動するための第一走行モータ23(図2参照)、左右のクローラ式走行装置11のうち他方の駆動スプロケット11bを駆動するための第二走行モータ24(図2参照)、及び、旋回台12を左右のクローラ式走行装置11に対し旋回するための旋回モータ25(図2参照)が備えられている。
 図2の油圧回路図により、掘削旋回作業機10に備えられる各油圧アクチュエータに対する油圧ポンプの吐出油の供給制御システムについて説明する。掘削旋回作業機10には、エンジンEにより駆動される油圧ポンプ1が備えられている。油圧ポンプ1は、ブームシリンダ20、アームシリンダ21、走行モータ23・24、及び旋回モータ25に圧油を供給する。図2の油圧回路図では、これらを代表的な油圧アクチュエータとして図示し、他の油圧アクチュエータについては図略している。
 各油圧アクチュエータには、各別の方向制御弁が備えられており、これらの方向制御弁を合わせて前記制御弁ユニットVとしている。
 それぞれの方向制御弁は、前述の各手動操作具の手動操作にて位置が切り換えられ、油の供給方向を切り換える。さらに、各方向制御弁にはメータイン絞りが備えられていて、各手動操作具の操作量に応じてメータイン絞りの開度が変化する。これにより、後述の負荷感知式ポンプ制御システム5による油圧ポンプ1の吐出流量制御と相まって、各油圧アクチュエータに対する作動油の供給流量を、各油圧アクチュエータの要求流量に合わせることができ、仕事をすることなくタンクに戻されて損失となる余剰流量を低減でき、油圧アクチュエータへの作動油供給システムの作動効率の向上を図っている。いいかえれば、各油圧アクチュエータについて、その方向制御弁の操作量に対応して設定されるメータイン絞りの開度により、その要求流量が確定される。
 なお、図2では、方向制御弁30・31・33・34・35それぞれの手動操作具として、ブーム操作レバー30a・アーム操作レバー31a・第一走行操作レバー33a・第二走行操作レバー34a・旋回操作レバー35aが設けられているものとして描かれているが、これらの手動操作具は、レバー以外に、ペダルやスイッチ等としてもよく、また、適宜統合してもよい。例えば、一本のレバーの、一方向の回動によって、一つの方向制御弁を制御し、他方向の回動によって、別の方向制御弁を制御するという構成としてもよい。
 また、手動操作具(レバー30a・31a・33a・34a・35a)をリモコン(パイロット)弁とし、手動操作具の操作で発生したパイロット圧によって各方向制御弁30・31・33・34・35を制御するものとしてもよい。
 また、掘削旋回作業機10には、変速スイッチ26が備えられている。変速スイッチ26は、可変容量型油圧モータである第一走行モータ23の可動斜板23a及び第二走行モータ24の可動斜板24aに連係されており、変速スイッチ26の操作にて、可動斜板23a・24aが同時に傾動されるものとなっている。なお、ペダルやレバー等、スイッチ以外の手動操作具で、走行モータ23・24の可動斜板23a・24aを操作するものとしてもよい。
 本実施例では、変速スイッチ26をON/OFF切換スイッチとしており、変速スイッチ26のON操作にて、可動斜板23a・24aを、路上走行に適した高速(通常速)設定用の小傾倒角度(小容量)位置に配し、変速スイッチ26のOFF操作にて、可動斜板23a・24aを、作業走行に適した低速(作業速)設定用の大傾倒角度(大容量)位置に配するものとしている。
 より詳しくは、各可動斜板23a・24aは、油圧アクチュエータである斜板制御シリンダ23b・24bのピストンロッドに連係されていて、両斜板制御シリンダ23b・24bに作動油を供給するための開閉弁27が設けられている。変速スイッチ26を入れるとパイロット圧で開閉弁27が開いて斜板制御シリンダ23b・24bに作動油を供給し、斜板制御シリンダ23b・24bが可動斜板23a・24aを小傾倒角度位置へと押動する。一方、変速スイッチ26を切ると開閉弁27は斜板制御シリンダ23b・24bより作動油を戻し、ピストンロッドのバネ付勢により可動斜板23a・24aを大傾倒角度位置へと戻す。
 油圧ポンプ1、油圧ポンプ1の吐出圧力が過大となることを防止するリリーフ弁3、そして、負荷感知式ポンプ制御システム5が組み合わされて、ポンプユニットPUを構成している。負荷感知式ポンプ制御システム5は、ポンプアクチュエータ6、ロードセンシング弁7、ポンプ制御比例弁8を組み合わせてなる。
 ポンプアクチュエータ6は、油圧シリンダよりなり、そのピストンロッド6aを、第一油圧ポンプ1の可動斜板1aに連係しており、ピストンロッド6aの伸縮により、可動斜板1aを同時に傾動し、これらの傾倒角度を変更する。これにより、油圧ポンプ1の吐出流量Qを変更する。
 ロードセンシング弁7の給排ポートは、ポンプ斜板アクチュエータ6の、ピストンロッド伸長用の圧油室6bと連通している。ロードセンシング弁7は、バネ7aにより、ポンプ斜板アクチュエータ6の圧油室6bより油を抜く方向、すなわち、ピストンロッド6aを収縮する方向に付勢されている。このピストンロッド6aの収縮方向は、可動斜板1aの傾斜角度増大側、すなわち、油圧ポンプ1の吐出流量増大側となっている。
 ロードセンシング弁7には、油圧ポンプ1からの吐出油の一部が、ポンプ斜板アクチュエータ6の圧油室6bに供給される作動油として導入される。その一部は、油圧ポンプ1の吐出圧Pに基づくパイロット圧として、バネ7aに抗してロードセンシング弁7に付加される。ロードセンシング弁7へのパイロット圧としての吐出圧Pは、ポンプ斜板アクチュエータ6の圧油室6bに油を供給する方向、すなわち、ピストンロッド6aを伸長する方向にロードセンシング弁7を切り換えるように作用する。
 さらに、全方向制御弁についての、メータイン絞りを経ての二次側の油圧、すなわち、各方向制御弁から各油圧アクチュエータへの供給油の油圧の全てのうちから、最大の油圧、すなわち、最大負荷圧Pを抽出し、これを吐出圧Pに抗するパイロット圧としてロードセンシング弁7に付加している。
 ここで、各方向制御弁のメータイン絞りを通過して該当の油圧アクチュエータへと供給される油の流量、すなわち、各油圧アクチュエータの要求流量Qは、以下の「数1」に表される数式により算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 したがって、後述の制御圧Pが0であるものと仮定すれば、ロードセンシング弁7の位置は、吐出圧Pと最大負荷圧Pとの間の差圧ΔP(未制御差圧ΔP)がバネ7aのバネ力Fを上回るか下回るかによって切り換えられる。すなわち、差圧ΔPがバネ力Fを上回ると、ポンプアクチュエータ6のピストンロッド6aが伸長して、可動斜板1aの傾倒角度を減少させ、油圧ポンプ1の吐出流量Qを低減する。バネ力Fが差圧ΔPを上回ると、ポンプアクチュエータ6のピストンロッド6aが収縮して可動斜板1aの傾倒角度を増大させ、油圧ポンプ1の吐出流量Qを増大する。
 上記の式より、差圧ΔPが一定であれば、要求流量Qは、メータイン絞りの開度A(断面積)に比例する。メータイン絞りの開度Aは、その方向制御弁の手動操作具の操作量にしたがって決まる。つまり、要求流量Qは、エンジン回転数の変化とは関係なく決まる量であり、操作量を一定に保持している限り、要求流量Qは一定に保持される。
 油圧ポンプ1からの吐出流量Qの不足により、操作される油圧アクチュエータに対しての方向制御弁におけるメータイン絞りを介しての供給流量が、当該油圧アクチュエータの要求流量Qに足りないと、差圧ΔPが小さくなり、バネ力Fを下回ることにより、ロードセンシング弁7が、可動斜板1aの傾倒角度を増大する方向に作動し、油圧ポンプ1の吐出流量Qを増大させ、当該油圧アクチュエータへの供給流量を増大させる。これにより、当該油圧アクチュエータの駆動速度を、その手動操作具にて設定した速度にまで高めることができる。
 一方、油圧ポンプ1からの吐出流量Qが過剰である場合、差圧ΔPが大きくなって、バネ力Fを上回ることにより、ロードセンシング弁7が、可動斜板1aの傾倒角度を減少させる方向に作動し、油圧ポンプ1の吐出流量Qを低減し、油圧アクチュエータへの供給流量を、その要求流量Qに見合う値にまで低減する。これにより、作動油の過剰供給量を低減することができる。
 ここで、例えばそれぞれのレバー操作量(各方向制御弁のスプールストローク)が最大(すなわち、各方向制御弁のメータイン絞りの開度が最大)であっても、操作対象となる油圧アクチュエータによって、要求流量Qには差がある。例えば、ブーム16を回動するためのブームシリンダ20の要求流量は高いものとなっている一方、旋回台12を回動するための旋回モータ25の要求流量は、さほど高くない。
 このように、個々のアクチュエータの要求流量が違っても、前述の如くロードセンシング弁7における前記差圧ΔPをバネ7aのバネ力Fにて規定される差圧(目標差圧)にするよう可動斜板1aの傾倒角度が制御されることで、油圧ポンプ1は、それぞれの方向制御弁にて規定される要求流量に見合う流量の油を供給する。すなわち、全アクチュエータについて、要求流量Qに対する供給流量Qの比率(Q/Q)(以下、「供要流量比」と称する)が1となることを目標として(以下、この目標値を「目標供要流量比Rq」とする)、油圧ポンプ1の可動斜板1aの傾倒角度(ポンプ容量)が制御される。
 一方、可動斜板1aの傾倒角度を一定にしている場合、油圧ポンプ1の吐出流量Qは、エンジン回転数Nの変化に伴って変化する。
 ここで、エンジン回転数の変化とは関係なくロードセンシング弁7における目標差圧ΔPが前記のバネ力Fにて規定される規定差圧ΔPである(すなわち、全エンジン回転数域において、全アクチュエータの駆動について、目標供要流量比Rqが1(Rq=1)となることを目標にポンプ1の可動斜板1aが制御される)ことを前提として、ブーム操作レバー30aの操作量を最大にしてのブーム16の回動と、旋回操作レバー35aの操作量を最大にしての旋回台12の回動とを交互に行う場合の供給流量特性について、図4を用いて考える。
 図4は、油圧アクチュエータの操作のために設定されてあるエンジン回転数Nの領域全体にわたっての油圧アクチュエータの供給流量Qの特性(ここではブームシリンダ20への供給流量Qb及び旋回シリンダ23の供給流量Qsの特性)を示しており、このエンジン回転数Nの領域は、ローアイドル回転数Nを最低値とし、ハイアイドル回転数Nを最大値とするものとなっている。また、可動斜板1aの傾倒角度について、ハイアイドル回転数Nでのエンジン駆動時(以下、「ハイアイドル回転時」とする)に操作されるものをΘNHとし、ローアイドル回転数Nでのエンジン駆動時(以下、「ローアイドル回転時」とする)に操作される場合のものをΘNLとしている。
 図4には、可動斜板1aが最大傾倒角度位置にある場合に得られるポンプ吐出流量Qの最大量QPMAX(以後、最大吐出流量QPMAXとする)の、前記エンジン回転数領域にわたっての変化を示している。一方、供給流量Qは実際に方向制御弁を介して各アクチュエータに供給される流量であって、各アクチュエータを単独で駆動する限りは、その駆動ごとに、負荷感知式ポンプ制御システム5により油圧ポンプ1の吐出流量Qがその要求流量Qに見合うように制御されるので、結果的には吐出流量Q=供給流量Qとなる。以下の説明は、このことを前提としているものとする。
 まず、目標差圧ΔPが規定差圧ΔPに定められている限り、各アクチュエータが操作されるごとに、その要求流量Qを満たすようにポンプ1からの吐出油を供給すべく、すなわち、目標供要流量比Rq=1として、可動斜板1aの傾倒角度が制御される。
 ここで、ブーム操作レバー30aの操作量を最大にした場合のブームシリンダ20の要求流量Qbは、方向制御弁30のメータイン絞りの最大開口面積SMAX(図7参照)によって決定されるところ、この要求流量Qbは、ハイアイドル回転時におけるポンプ最大吐出流量QPHMAXよりも少ないため、ハイアイドル回転時におけるブーム16駆動時の可動斜板1aの傾倒角度Θb1は、最大傾倒角度ΘMAX以下である(本実施例では傾倒角度ΘMAXよりも小さい)。すなわち、ハイアイドル回転時において、ブームシリンダ20への供給流量Qbは要求流量と同じQbとなる。すなわち、ハイアイドル回転時には、ブームシリンダ20への供給流量Qbが最大値となり、このときのブーム16の駆動速度が、その最大駆動速度となる。
 しかし、ブーム操作レバー30aの操作量を最大値に維持している限り、ブームシリンダ20の要求流量Qbは一定である一方、その要求流量Qbが、全アクチュエータの中でも高いものなので、エンジン回転数Nがハイアイドル回転数Nより低下するにつれ、最大吐出流量QPMAXが低下すると、やがて(図4において、エンジン回転数NがNとなる時点)、最大吐出流量QPMAX自体がブームシリンダ20の要求流量Qbと同じになる。エンジン回転数NがNからNに低下する間に、負荷感知式ポンプ制御システム5は、ブームシリンダ20の目標供要流量比Rq(=1)を実現すべく、可動斜板1aの傾倒角度を増大し、エンジン回転数N=Nの時点で、この可動斜板1aの傾倒角度が、最大角度ΘMAXに達することとなる。
 さらに、エンジン回転数NがNを下回り、ローアイドル回転数Nまで低下する間は、最大吐出流量QPMAXがブームシリンダ20の要求流量Qbを下回り、結果的に、エンジン回転数の低下に伴って、ブームシリンダ20への供給流量Qbが最大吐出流量QPMAXと重なって低減する。この供給流量Qbの低下に伴って、ブームシリンダ20の作動速度、すなわち、ブーム16の駆動速度が低下することとなる。
 一方、旋回操作レバー35aの操作量を最大にした場合の旋回モータ25の要求流量Qsは、方向制御弁35のメータイン絞りの最大開口面積SMAX(図7参照)によって決定され、その要求流量Qsを満たすべく、ハイアイドル回転時には、油圧ポンプ1の可動斜板1aが傾倒角度Θs1に配され、旋回シリンダ23をその最大速度で作動し、すなわち、旋回台12をその最大速度で旋回する。したがって、ハイアイドル回転時には、ブーム操作レバー30aの操作量を最大にしてのブームシリンダ20の駆動と、旋回操作レバー35aの操作量を最大にしての旋回モータ25の駆動とを交互に行うことで、ブーム16も旋回台12も、それぞれの最大駆動速度で回動する。
 しかし、旋回操作レバー35aの操作量を最大にしての旋回シリンダ23の要求流量Qsがブーム操作レバー30aの操作量を最大にしてのブームシリンダ20の要求流量Qbよりもかなり低く、ハイアイドル回転時に、可動斜板1aの傾倒角度ΘHは、前記のブーム操作レバー30aを最大操作量としてのブームシリンダ20の操作時における傾倒角度Θb1よりもかなり小さいものとなっており、最大傾倒角度ΘMAXまでかなりの傾動許容幅を有している。
 したがって、旋回操作レバー35aが最大操作量に保持されつつ、ハイアイドル回転数Nからエンジン回転数Nが低下する間、目標供要流量比Rq=1とした負荷感知式ポンプ制御システム5のポンプ制御により、供給流量Qsが前記要求流量Qsを満たすよう、可動斜板1aの傾倒角度Θが角度増大側に傾動されるが、この傾動許容幅が大きいため、エンジン回転数Nがローアイドル回転数Nまで低下して、可動斜板1aが最大限に角度増大側に傾動されて傾倒角度Θs2まで達した状態でも、なお最大傾倒角度ΘMAXまでに至ることはない。したがって、このローアイドル回転数Nまでエンジン回転数Nが低下する間、旋回モータ25への供給流量Qbは要求流量Qbを満たしており、旋回モータ25の作動速度は前記最大速度のままであり、旋回台12の旋回速度も前記最大速度のままである。
 このように、ブーム16のローアイドル回転時の駆動速度がハイアイドル回転時のそれよりも低下している一方で、旋回台12のローアイドル回転時の駆動速度がハイアイドル回転時のままに保たれているという状況において、オペレータが、エンジンEをローアイドル回転数Nで駆動していることで想定されるゆっくりとした速度でブーム16を回動してから、つづけて旋回台12を回動作業に移行したときに、その回動速度が想定していたよりも速くて、作業がやりづらいものとなる。また、旋回台12を微小な速度で動作させたい場合であっても、エンジン回転数の低減では旋回台12の旋回速度が変化しないため、旋回操作レバー35aの調整によってしか速度を調整できず、旋回の微操作をしにくい機械となる。
 そこで、エンジン回転数の低下量に見合うように全アクチュエータについての目標供要流量比Rqを一定の比率で低減させて、負荷感知式ポンプ制御システム5によるポンプ制御を行うことで、それぞれの操作時における各アクチュエータへの供給流量Qが、要求流量Qの大小と関係なく、当該エンジン回転数Nの低下量に見合うよう一律に低減され、したがって、各アクチュエータにて駆動される各駆動部の駆動速度を一律に低下させることができる。
 例えば、前述の如くブーム16の回動と旋回台12の回動とを交互に行う場合には、ローアイドル回転時において、ブーム16の回動がハイアイドル回転時に比べて遅くなったのと同等の感覚で、旋回台12の回動を遅くすることができ、ブーム16の回動に対して相対的に旋回台12の回動が速く感じられるという不具合を解消することができる。
 また、このようなポンプ制御により、エンジン回転数の低下とともに旋回モータ25の駆動速度が低下するので、目標供要流量比Rq=1が固定されてポンプ制御されるときは不可能であった、エンジン回転数を増減させての旋回モータ25の微速調整による旋回台12の微妙な位置調整も可能となる。
 このようにエンジン回転数の低下に応じて全アクチュエータの目標供要流量比Rqを低下するための手段として、負荷感知式ポンプ制御システム5においては、ポンプ制御比例弁8としての電磁比例弁が設けられており、ロードセンシング弁7にポンプ制御比例弁8からの油をパイロット圧油として供給する。この油の有するロードセンシング弁7の二次圧が、最大負荷圧Pに抗するようにロードセンシング弁7に付加される制御圧Pである。
 制御圧Pを加えた分、バネ力Fと均衡するのに要する吐出圧Pと最大負荷圧Pとの差圧、すなわち目標差圧ΔPは減少する。したがって、制御圧Pを高めるほどロードセンシング弁7が可動斜板1aの傾倒角度減少側に働き、油圧ポンプ1の吐出流量を低減する。
 前記制御圧Pは、電磁比例弁であるポンプ制御比例弁8のソレノイド8aに印加される電流値によって決まる。これを制御出力値Cとする。そこで、各油圧アクチュエータの方向制御弁について、その手動操作具の操作量に対する該油圧アクチュエータの要求流量の相関を、エンジン回転数ごとに想定し、こうして想定した相関を実現するように、エンジン回転数に対応しての制御出力値Cの相関マップを作成し、ポンプ制御比例弁8に対する制御出力値を制御するコントローラの記憶部にこのマップを記憶させておくことで、前述の如く、エンジン回転数の変化に対応しての全油圧アクチュエータの供要流量比の制御(すなわち、複数のアクチュエータの駆動速度がエンジン回転数に応じて同じ比率で低減する制御)が可能となる。このマップに基づき、本来は1であるべき全油圧アクチュエータの供要流量比の目標値を、エンジン回転数の低下に応じて低下させる制御を、「減速制御」と称するものとして、以下、説明する。
 掘削旋回作業機10には、図3に示すような油圧アクチュエータの制御システムが構成されている。まず、コントローラ50の備える記憶部51に、全アクチュエータを対象とするエンジン回転数Nに対応する制御出力値Cの相関マップMが記憶されている。
 なお、記憶部51に記憶されたエンジン回転数Nに対する制御出力値Cの相関マップMは、掘削旋回作業機10においていくつか設定可能となっている作業モードごとに用意されている。本願では特に、図8(a)に示すように、通常モード設定時に選択される標準マップM1、及び、低速走行モード設定時に選択される低速走行マップM2のみを取り上げているが、この他にも、掘削旋回作業機10に、ハイアイドル回転数を通常の場合よりも低くする省燃費モード等も設定可能とすることが考えられ、これを設定した場合に用いられる制御出力値Cのマップも、前述のマップ群に含めることが考えられる。
 コントローラ50には、エンジン回転数検出部52よりエンジン回転数の検出信号が、また、前記変速スイッチ26のON・OFF信号が、入力される。また、走行検出手段53より、実際に掘削旋回作業機10が走行しているのか否か(つまり、走行モータ23・24が駆動されているか否か)の判断を示す走行検出信号がコントローラ50に入力される。なお、走行検出手段53は、走行操作レバー33a・34aの操作量を検出する構成としてもよい(例えば、両レバー33a・34aの操作量が0のときには走行していないものと判断する)。
 なお、変速スイッチ26のON・OFF信号及び走行検出手段53からの走行検出信号は、標準マップM1を選択するのか低速走行マップM2を選択するのかにかかわるものであり、これらの他、例えば前記の省燃費モード用のマップの選択にかかわって、省燃費モードを設定する際にON操作されるスイッチからの信号等がコントローラ50に入力されることが考えられる。
 コントローラ50は、これらの入力信号に基づき、設定モードを判断し、記憶部51に記憶されているエンジン回転数Nに対する制御出力値Cの相関マップ群の中から、設定モードに対応するマップを選択し、選択したマップに、エンジン回転数検出部52からの入力信号に基づくエンジン回転数Nを当てはめることで、制御出力値Cの目標値を決定する。
 前述の信号の入力に基づき標準マップM1及び低速走行マップM2のうちの一方がどのように選択されるのかについては、後に、図8~10を用いて詳述する。
 この決定に基づき、コントローラ50は、負荷感知式ポンプ制御システム5におけるポンプ制御比例弁8のソレノイド8aに、決定した制御出力値Cの電流を付加し、ポンプ制御比例弁8よりロードセンシング弁7に、当該制御出力値Cの付加にて生成された制御圧Pを有するパイロット圧油を供給し、これにより、ポンプアクチュエータ6を介して、油圧ポンプ1の可動斜板1aの傾倒角度、すなわち、油圧ポンプ1の吐出流量を制御するものである。
 図5~図7にて、「減速制御」に関しての、制御出力値Cのマップとそのマップに基づくポンプ制御の態様について説明する。
 図5(a)は、エンジン回転数Nをハイアイドル回転数Nからローアイドル回転数Nまで低下させるに連れての制御出力値Cの変化を示す標準マップM1を示している。なお、ここでは、前述の如く掘削旋回作業機10において設定可能ないくつかのモードごとに用意されたマップ群の中の代表的な標準マップM1の構成について説明する。
 標準マップM1は、ハイアイドル回転時の制御出力値Cを最小値C(ポンプ制御比例弁8の二次圧(制御圧P)を0とする値)とし、ローアイドル回転時の制御出力値Cを最大値CMAXとしており、ハイアイドル回転数Nからローアイドル回転数Nまでエンジン回転数Nを低下させるにつれ、制御出力値Cを増加するものとしている。
 図5(b)及び図5(c)は、標準マップM1に基づきエンジン回転数Nの変化に対応してポンプ制御比例弁8の制御出力値C(ソレノイド8aへの印可電流値)を変化させた場合の、ロードセンシング弁7にかかる圧力の変化を示すものであって、図5(b)は、ポンプ制御比例弁8の二次圧、すなわち、制御圧Pの変化を示し、図5(c)は、吐出圧Pと最大負荷圧Pとの差圧ΔPの目標値、すなわち目標差圧ΔPを示す。
 ハイアイドル回転時に、制御出力値Cが最小値Cであることにより、制御圧Pは0である。したがって、目標差圧ΔPは、ロードセンシング弁7のバネ力Fと等しい規定差圧ΔPである。ハイアイドル回転数Nからローアイドル回転数Nにエンジン回転数Nを低下させるにつれ、制御出力値Cの増加により、制御圧Pが増加し、その分、目標差圧ΔPは減少する。ローアイドル回転時の目標差圧ΔPを最小目標差圧ΔPMINとする。
 図6は、エンジン回転数の変化に対応しての油圧アクチュエータへの供給流量特性に現れる「減速制御」の効果を示す図であって、要求流量の異なる二つの油圧アクチュエータ(ここでは、ブームシリンダ20及び旋回モータ25とする)を交互に(すなわち、それぞれ単独で)操作する作業状態を想定したものであり、要求流量が高いブームシリンダ20を駆動する場合のポンプ供給流量Qbのグラフと、要求流量の低い旋回モータ25を駆動する場合の供給流量Qsのグラフとを示している。また、図4と同様に最大吐出流量QPMAXのグラフを描いている。なお、それぞれ、その操作レバー30a・35aの操作量を最大(各方向制御弁30・35のスプールストロークSを最大値SMAX)にしたときのもの、すなわち、それぞれの要求流量Qb・Qsを最大としたときのものとする。また、前述のとおり、可動斜板1aの傾倒角度について、ハイアイドル回転時のものをΘNH、ローアイドル回転時のものをΘNLとしている。
 まず、ハイアイドル回転時(N=N)には、ポンプ制御比例弁8の制御出力値Cを最小値Cとし、ロードセンシング弁7に制御圧Pをかけない(すなわち、規定差圧ΔPを目標差圧ΔPとする)ので、各アクチュエータについて、目標供要流量比Rq=1として、可動斜板1aが制御される。したがって、図4で説明したハイアイドル回転時の場合と同様に、ブームシリンダ20の駆動時には可動斜板1aが傾倒角度Θb1に達して供給流量Qbが要求流量Qbを満たし(Qb=Qb)、ブーム16をその最大速度で駆動する一方、旋回モータ25の駆動時には可動斜板1aが傾倒角度Θs1に達して供給流量Qsが要求流量Qsを満たし(Qs=Qs)、旋回台12をその最大速度で旋回する。
 一方、ローアイドル回転時(N=N)には、ポンプ制御比例弁8の制御出力値Cが最小値Cよりも大きな最大値CMAXとなり、ロードセンシング弁7に制御圧Pがかかり、目標差圧ΔPは、規定差圧ΔP-制御圧ΔPとなって、ハイアイドル回転時よりも減少する。これにより、各アクチュエータの目標供要流量比Rqを、ハイアイドル回転時の目標値1よりも小さい値とする。ここでは、ローアイドル回転時の目標供要流量比RqをRqLとする場合に、RqL=N/Nとする。したがって、ブームシリンダ20の駆動時に、可動斜板1aの傾倒角度ΘNLはΘb2に抑えられ、回動の供給流量QbはQb×N/Nに低減する一方、旋回モータ25の駆動時に、可動斜板1aの傾倒角度ΘNLは、減速制御がなければΘs2まで傾倒可能であるところを、それより小さなΘs3に抑えられ、供給流量QsはQs×N/Nに低減する。このように、ブームシリンダ20も旋回モータ25も、ハイアイドル回転数からローアイドル回転数にエンジン回転数が低下するのに伴って、供給流量Qが同じ比率で低下し、それぞれの駆動速度も同じ比率で低下する。
 さらには、ハイアイドル回転数Nとローアイドル回転数Nとの間の任意エンジン回転数NでエンジンEが駆動されるときは、各アクチュエータ駆動時における目標供要流量比RqをN/Nとする。任意エンジン回転数Nは、ローアイドル回転数Nに近いほど小さくなる数値であり、したがって、ローアイドル回転数Nに向かってエンジン回転数Nが下がるほど各アクチュエータ駆動時における目標供要流量比Rqが低下する。
 なお、任意エンジン回転数Nに対応する目標供要流量比RqをN/Nとするのは、目標エンジン回転数Nの低下に伴って各アクチュエータの駆動時の供給流量Qの低下態様を、エンジン回転数の低下なりに合わせるものとするための一実施例であり、これとは異なる数値としてもよい。重要なのは、ハイアイドル回転数Nからの目標エンジン回転数Nの低下とともに目標供要流量比Rqが低下するものであり、全アクチュエータについて、各アクチュエータの操作時ごとにそのエンジン回転数の低下に合わせての目標供要流量比Rqの低減効果が得られることである。
 ここで、図4で説明したように、ブーム操作レバー30aの操作量を最大にした状態の要求流量Qbが大きいブームシリンダ20については、エンジン回転数の変化にかかわらず目標差圧ΔPを変えない(目標供要流量比Rq=1を保持する)場合、エンジン回転数Nの低下に伴う供給流量Qbの低下が、ほぼ、エンジン回転数Nの低下に伴う最大吐出流量QPMAXの低下によるものとなっている。そして、図6を見ると、ブーム操作レバー30aの操作量を最大にしてのブームシリンダ20についての供給流量Qbを、任意エンジン回転数Nに対応してQb×N/Nとする場合、エンジン回転数の低下に伴っての供給流量Qbの低下態様が、概ね最大吐出流量QPMAXの低下態様に沿ったものであることがわかる。
 一方、旋回操作レバー35aの操作量を最大にした状態の要求流量Qsが小さい旋回モータ25については、図4で説明したように、エンジン回転数の変化にかかわらず目標差圧ΔPを変えない(目標供要流量比Rq=1を保持する)場合、ハイアイドル回転数Nからローアイドル回転数Nまでのエンジン回転数Nの全域にわたって、供給流量Qsが要求流量Qsを満たす量に保持されているところ、図6を見ると、旋回操作レバー35aの操作量を最大にしての旋回モータ25についての供給流量Qsを、任意エンジン回転数Nに対応してQs×N/Nとすることで、エンジン回転数の低下に伴って、そのエンジン回転数の低下なりに供給流量Qsが低下するものであることがわかる。
 このように、エンジン回転数の低下に伴って図5(a)に示す制御出力値Cを増加させることによる目標供要流量比Rqの低減効果は、見た目には、要求流量の小さいアクチュエータについて、今までエンジンの低回転時でも要求流量を満たすように保持されていた供給流量が低減されるので、その効果が顕著に表れるものであり、要求流量の大きいアクチュエータについては、エンジン回転数の低下に伴っての供給流量の低減態様が、最大吐出流量QPMAXの低下によるものと似たものであるため、その効果が明らかには表れないが、図5(a)~図5(c)に見られる制御出力値C、制御圧P、及び目標差圧ΔPの、エンジン回転数の変化に対応しての制御の効果が、ブームシリンダ20のように要求流量の大きい油圧アクチュエータにも得られているのにはかわりなく、すなわち、全アクチュエータについて、それぞれの駆動時に、エンジン回転数に対応しての目標供要流量比Rqの低減による駆動速度の低減効果を得られるものである。
 この結果として、全アクチュエータについて、それぞれのレバー位置を変えない状況において、エンジンの回転数の低下に伴い、一律の態様で(例えばエンジン回転数の低下なりに)駆動速度が低下し、低エンジン回転数でのエンジン駆動下においていずれかのアクチュエータの駆動が他のアクチュエータに相対して速く感じられてしまうという事態を回避している。
 また、旋回モータ25のように要求流量の小さいアクチュエータの場合には、目標供要流量比Rq=1に固定されていた場合には不可能だったエンジン回転数を変化させてのアクチュエータの微速調整が可能となる。
 エンジン回転数の変化に対応しての減速制御に関連して、図7では、ある油圧アクチュエータについてのレバー操作量、すなわち、その方向制御弁のスプールストロークSに対しての要求流量Qおよび供給流量Qの特性を示している。要求流量Qは、スプールストロークSが増大するにつれ増大し、最大ストロークSMAXで最大値QRMAXとなる。ハイアイドル回転時のように、減速制御による制御出力がない場合には、要求流量Qがポンプの最大吐出流量QPMAXを上回らない限り、供要流量比が1となり、供給流量Qは要求流量Qと一致する。一方、ローアイドル回転時の供給流量QLは、減速制御の効果によって、要求流量Qに、1未満の一定の比率(前述の実施例ではN/N)を乗じた量となる。すなわち、スプールストロークSが最大ストロークSMAXの場合は、QLMAX=QRMAX×N/Nとなる。この対応関係は操作量(スプールストロークS)の状態に関わりなく保持され、減速制御が適用されている状態であっても、ローアイドル回転時のポンプの供給流量QLはレバー操作量の増大とともに増大し、アクチュエータの作動速度も増大する。
 さらに掘削旋回作業機10では、減速制御に関連し、前述の如く、通常モードか低速走行モードかの選択に基づき、図8(a)に示す標準マップM1か低速走行マップM2かの選択がなされる。
 ここで、図3を用いて説明すると、コントローラ50は、変速スイッチ26及び走行検出手段53からの信号に基づき、走行モータ23・24の可動斜板23a・24aが小傾倒角度(小容量)位置(通常速位置)にあると判断するときは、走行モータ23・24が実際に駆動状態(走行状態)であるか否かにかかわらず、掘削旋回作業機10を通常モードに設定するものとし、記憶部51に記憶したマップ群の中から標準マップM1を選択する。
 一方、走行モータ23・24の可動斜板23a・24aが大傾倒角度(大容量)位置(低速位置)にあると判断する場合、コントローラ50は、走行モータ23・24が駆動状態(走行状態)になければ、掘削旋回作業機10を通常モードに設定するものとして、標準マップM1を選択する。そして、走行モータ23・24が実際に駆動状態(走行状態)にあると判断した場合に、掘削旋回作業機10を低速走行モードに設定するものとし、記憶部51に記憶したマップ群の中から低速走行マップM2を選択する。すなわち、低速走行マップM2が選択されるのは、可動斜板23a・24aを低速位置にした状態の走行モータ23・24を実際に駆動する場合のみである。
 標準マップM1では、ハイアイドル回転時の制御出力値Cを最小値C(制御圧Pを0とする制御出力値)としており、エンジン回転数Nを低下させるにつれ制御出力値Cを増加させ、ローアイドル回転時での制御出力値Cを最大値CMAXとしている。一方、低速走行マップM2では、ハイアイドル回転時の制御出力値Cを最小値Cよりも大きな値Cとしており、エンジン回転数Nを低下させるにつれ制御出力値Cを増加させ、ローアイドル回転時での制御出力値Cは、通常モード設定時と同じ最大値CMAXとしている。
 すなわち、標準マップM1は、エンジン回転数Nのハイアイドル回転数Nからローアイドル回転数Nへの低下に伴って、制御出力値Cを、最小値Cから最大値CMAXまで増加させるよう設定されたものである一方、低速走行マップM2は、エンジン回転数Nのハイアイドル回転数Nからローアイドル回転数Nへの低下に伴って、制御出力値Cを、最小値Cよりも大きな値Cから最大値CMAXまで、標準マップM1の制御出力値Cよりも小さな増加率で増加させるよう設定されたものである。
 図8(b)及び図8(c)は、マップM1・M2に基づきエンジン回転数Nの変化に対応してポンプ制御比例弁8の制御出力値C(ソレノイドへの印加電流値)を変化させた場合の、ロードセンシング弁7にかかる圧力の変化を示すものであって、図8(b)におけるグラフP1は通常モード設定時の制御圧Pの変化、グラフP2は低速走行モード設定時の制御圧Pの変化を示し、図8(c)におけるグラフΔP1は通常モード設定時の目標差圧ΔPの変化、グラフΔP2は低速走行モード設定時の目標差圧ΔPの変化を示す。
 ハイアイドル回転時において、通常モード設定時は、制御出力値Cが最小値Cであることにより、制御圧Pは0である。したがって、目標差圧ΔPは、最大目標差圧ΔPとなる。一方、同じくハイアイドル回転時において、低速走行モード設定時は、制御出力値Cを最小値Cよりも大きな値Cとすることにより、0よりも大きな値PCWの制御圧Pが発生する。この制御圧PCWがかかることにより、目標差圧ΔPは、最大目標差圧ΔPよりも小さいΔPWとなる。
 すなわち、ハイアイドル回転時では、通常モード設定時には制御圧Pを0として、減速制御を行わず、低速走行モード設定時に、制御圧PCWを付加し、全アクチュエータについての減速制御(すなわち、目標供要流量比Rqの低下)を行うものとしている。
 一方、ローアイドル回転時では、前述の如く、通常モード設定時に、目標供要流量比RqをN/N(<1)に低減すべく、標準マップM1にて制御出力値Cの最大値CMAXを決定し、制御圧Pを最大値PCMAXとし、目標差圧ΔPを最小目標差圧ΔPMINとする減速制御を行っている。そこで、このローアイドル回転時においては、低速走行モード設定時も、目標供要流量比Rqを共通のものとし(すなわち、Rq=N/N)、低速走行マップM2上のローアイドル回転数Nに対応する制御出力値Cを同じく最大値CMAXとし、制御圧Pを最大値PCMAXとし、目標差圧ΔPを最小目標差圧ΔPMINとして、通常モード設定時と共通の減速制御を行うものとしている。
 なお、ローアイドル回転時において、標準マップM1上の制御出力値C(=CMAX)と、低速走行マップM2上の制御出力値Cとが異なる値であるものとしてもよく、この場合には、ローアイドル回転時にて両モード間でのモード切換により、制御圧Pが変化し、目標差圧ΔPが変化し、目標供要流量比Rqが変化することとなる。
 図9は、走行モータ23・24の駆動について、通常モードと低速走行モードとの間でのモード切換により走行モータ23・24への供給流量Qに現れる効果を示す図である。なお、いずれのモードにおいても、走行操作レバー33a・34aの操作量を最大(方向制御弁33・34のスプールストロークSを最大値SMAX)にしたときのものとする。
 ハイアイドル回転時において、通常モードでは、標準マップM1に基づき、制御圧Pのかからない状態(すなわち、「減速制御」をしない状態)でのロードセンシング弁7における目標差圧ΔPMAXを達成するように、すなわち、目標供要流量比Rq=1として、可動斜板1aの傾倒角度が決定され、可動斜板23a・24aを通常速位置(小容量位置)にした状態の走行モータ23・24への供給流量Qnは、走行モータ23・24についての要求流量Qtを満たすものとなる(Qn=Qt)。
 そして、同じくハイアイドル回転時において、低速走行モードでは、低速走行マップM2に基づき、制御出力値CをCとして、ロードセンシング弁7に制御圧PCWをかけ、目標差圧ΔPは、制御圧Pのない状態での規定差圧ΔPよりも低いΔPとなり、目標供要流量比Rqの値を、通常モード時の値1より小さな値Rqw(<1)とし、この目標供要流量比Rqwを満たすように可動斜板1aが傾動され、走行モータ23・24への供給流量Qwは、通常モード設定時のQtよりも小さなQw(=Qt×Rqw)となる。
 低速走行マップM2は、ハイアイドル回転数Nとローアイドル回転数Nとの間での任意のエンジン回転数Nに対応して制御出力値C(C<C<CMAX)を決定するものとなっており、その制御出力値Cにて生成される制御圧Pにて得られる目標供要流量比Rqは、通常モード時の、そのときの目標エンジン回転数(任意エンジン回転数N)に応じて得られる値N/Nからさらに低下した値Rqw(<N/N)となる。この目標供要流量比Rqwを満たすように可動斜板1aが傾動され、走行モータ23・24への供給流量Qwは、通常モード設定時にそのエンジン回転数Nに対応して得られる供給流量Qn(=Qt×N/N)より、さらに低下して、Qt×Rqwとなる。
 なお、ローアイドル回転時には目標供要流量比Rqw=N/Nとなり、通常モードと低速走行モードとの切換(走行モータ23・24の容量の切換)によっては供給流量QLが変わらないものとしている。
 このように、標準マップM1から低速走行マップM2への切換は、油圧アクチュエータ(特に走行モータ23・24)の供給流量特性上に現れる効果として、任意のエンジン回転数Nに対応して、元々は1である目標供要流量比Rqを、標準マップM1を用いて補正して(すなわち、減速制御して)得た値を、さらに、低速走行マップM2を用いて補正する(減速制御する)ことを意味する。なお、ハイアイドル回転時には、標準マップM1を用いた場合に目標供要流量比Rq=1なので、結果的に、低速走行マップM2を用いることで初めて「減速制御」がなされるように見えるものであり、ローアイドル回転時には、目標供要流量比Rqが共通の値(N/N)となるので、結果的に、標準マップM1から低速走行マップM2に切り換えた場合に、さらなる減速制御はなされないこととなる。
 この低速走行モードへのモード切換に伴う減速制御(走行モータ23・24についての供要流量比の補正)は、走行操作レバー33a・34aの操作量、かつ、同じエンジン回転数で、走行モータ23・24の可動斜板23a・24aを通常速位置にしたときの走行速度の、同じく低速位置にしたときの走行速度に対する速度比(または両走行速度の速度差)を大きくするという効果をもたらす。また、この速度比の拡大は、エンジン回転数の高い領域にて顕著となり、ハイアイドル回転数で最大となる。
 したがって、例えば掘削旋回作業機10の路上走行速度を高速化するために高回転のエンジンを備えた場合に、ハイアイドル回転数N付近のエンジン高回転速度領域において、通常モード設定で可動斜板23a・24aを通常速位置(小容量設定)にした走行モータ23・24の駆動については、減速制御をしない(目標供要流量比Rq=1)か、目標供要流量比Rqの低下率を小さく抑えることで、この領域でのエンジン回転数が増加した分、駆動スプロケット11bの駆動速度を上げる(走行速度を上げる)ことができる一方、低速走行モードにすると、走行モータ23・24の低速位置(大容量設定)への切換による出力速度の低下に加えて、減速制御、すなわち、目標供要流量比Rqを、通常モード設定時のものよりもさらに低下するように補正することで、油圧ポンプ1の可動斜板1aの傾倒角度を減少側に切り換える制御がなされるので、エンジン回転数の増加分や油圧ポンプ容量の増加分が相殺され、従来どおりの作業のしやすい低速で掘削旋回作業機10を走行させることができる。
 走行モータ23・24の可動斜板23a・24aを、通常速位置にしたときの走行速度と、低速位置にしたときの走行速度との差を大きくするには、走行モータ23・24として用いられる油圧モータの可動斜板23a・24aの低速位置と通常速位置との角度差を変更するということも考えられるが、油圧モータの可動斜板は、一定の規格で設計されており、両位置の角度差を変更しようと思えば、設定上の変更が必要となり、コストがかかる。この点、減速制御は、既存のポンプ制御比例弁8を用いて、その制御出力値Cに関するマップを変更するだけでよいので、高コスト化につながることもない。
 なお、減速制御は、ロードセンシング弁7に制御圧Pを付加することにより油圧ポンプ1の可動斜板1aの傾倒角度を増大側に変更するものであって、前述の如く、全アクチュエータについて、その供要流量比を低下する効果をもたらす。
 ここで、可動斜板23a・24aが通常速位置にあっても低速位置にあっても、前述の走行検出手段53からの走行検出信号に基づき、走行モータ23・24が駆動状態にないものと判断されれば、掘削旋回作業機10は通常モードに設定されるので、掘削旋回作業機10が走行停止している間での他の油圧アクチュエータの駆動、すなわち、ブームシリンダ20、アームシリンダ21、バケットシリンダ22等の駆動に関しては、エンジン回転数に対応して、標準マップM1に基づく制御出力値Cの制御による供給流量の制御を受けることとなる。
 いいかえれば、可動斜板23a・24aを低速位置にして、実際に走行モータ23・24を駆動して掘削旋回作業機10を低速走行するときにのみ、走行モータ23・24への供給流量について低速走行マップM2による制御を受けるものであり、他のアクチュエータについては、当該低速走行中に走行モータ23・24が駆動されつつ他のアクチュエータが駆動されるということがない限り、全て、標準マップM1により供給流量の制御を受けるものであり、通常モードにて想定された作動速度で作動するものである。
 走行モータ23・24の容量切換に対応しての減速制御に関連して、図10では、ハイアイドル回転時における走行モータ23・24のレバー操作量(走行操作レバー33a・34aの操作量)、すなわち、方向制御弁33・34のスプールストロークSに対しての要求流量Qtおよび供給流量Qの特性を示している。要求流量Qtは、スプールストロークSが増大するにつれ増大し、最大ストロークSMAXで最大値QRMAXとなる。可動斜板23a・24aを小傾倒角度(小容量)位置(通常速位置)にした通常モードにおいては、減速制御がないため、供要流量比が1となり、供給流量Qnは要求流量Qtと一致する。一方、可動斜板23a・24aを大傾倒角度(大容量)位置(低速位置)にした低速走行モードにおいては、減速制御の効果によって、要求流量Qtに、1未満の一定の比率(前述の実施例ではRqw)を乗じた量となる。すなわち、スプールストロークSが最大ストロークSMAXの場合は、QwMAX=QRMAX×Rqwとなる。この対応関係は操作量(スプールストロークS)の状態に関わりなく保持され、減速制御が適用されている状態であっても、低速走行モードにおけるポンプの供給流量Qwはレバー操作量の増大とともに増大し、走行モータ23・24の作動速度、すなわち駆動スプロケット11bの回転速度も増大する。
 以上の如く、本願に係る掘削旋回作業機10は、エンジンEにて駆動される可変容量型油圧ポンプ1からの吐出油にて駆動される複数の油圧アクチュエータを備えた油圧機械であって、その制御装置としてのポンプ制御システム5は、各油圧アクチュエータの駆動時に、その油圧アクチュエータの要求流量Qを満たすように油圧ポンプ1の吐出油の流量を制御し、かつ、エンジン回転数Nの変化に応じて、各油圧アクチュエータの要求流量Qに対する供給流量Qの比率(Q/Q)の目標値Rqを補正するよう構成されている。該複数の油圧アクチュエータには、掘削旋回作業機10の走行用の油圧モータであって、その容量を、少なくとも二段階の異なる容量に切換設定可能である走行モータ23・24を含んでいる。ポンプ制御システム5は、エンジン回転数Nの変化に加え、走行モータ23・24の容量の切換に応じて、各油圧アクチュエータの要求流量Qに対する供給流量Qの比率(Q/Q)の目標値Rqを補正するよう構成されている。
 前記複数の油圧アクチュエータには、各別に設けられる方向制御弁のメータイン絞りを介して、油圧ポンプ1からの吐出油が供給されるものであり、前記各アクチュエータの要求流量Qは、各方向制御弁のメータイン絞りの開度にて画定されるものである。負荷感知(ロードセンシング)式のポンプ制御システム5は、油圧ポンプ1の吐出油が有する吐出圧Pと各油圧アクチュエータへの供給油が有する最大負荷圧Pとの間の差圧ΔPについて、全アクチュエータに共通の目標値を設定しており、全油圧アクチュエータについて、差圧ΔPの目標値を達成するように、該油圧ポンプの吐出油の流量を制御する構成である。この差圧ΔPの目標値を補正することにより、エンジン回転数Nの変化に応じての前記比率(Q/Q)の目標値Rqの補正、及び、走行モータ23・24の容量の切換に応じての前記比率(Q/Q)の目標値Rqの補正を行う。
 負荷感知式ポンプ制御システム5は、前記差圧ΔPの目標値を変化させるための制御圧Pを、電磁比例弁であるポンプ制御比例弁8の二次圧にて生成するものとしており、また、エンジン回転数Nに対するポンプ制御比例弁8にかける電流値としての制御出力値Cの相関マップとして、複数のマップを記憶している。該複数のマップは、走行モータ23・24の前記少なくとも二段階の容量設定ごとにそれぞれ対応した二以上のマップM1・M2を含むものである。
 前記二以上のマップM1・M2は、走行モータ23・24の小容量設定に対応する標準マップM1と、走行モータ23・24の大容量設定に対応する低速走行マップM2とを含む。走行モータ23・24の該大容量設定時において、実際に走行モータ23・24が駆動される状態であることが確認されたときにのみ低速走行マップM2を用いての油圧ポンプ1の吐出油の流量制御が行われ、それ以外は、標準マップM1を用いての油圧ポンプ1の吐出油の流量制御が行われるよう構成されている。
 以上の如き掘削旋回作業機10のポンプ制御システム5により、走行モータ23・24の、大容量設定時の出力速度と小容量設定時の出力速度との比率(速度比)を変更できる。すなわち、一定のエンジン速度で走行モータ23・24用の方向制御弁33・34の操作量(スプールストロークS)を一定にしていると仮定しての、容量の切換に伴っての出力速度差を、走行モータ23・24としての油圧モータの規格により規定されている値とは異なる値にすることができる。
 したがって、例えば掘削旋回作業機10の路上走行速度を高速化するために高回転のエンジンを備えるものとした場合に、ハイアイドル回転数(エンジン回転の最高速)が増加することで、走行モータ23・24の小容量設定時には高速のエンジン回転にて路上走行速度の高速化を実現できる一方で、大容量設定時には、エンジンの高回転化によるハイアイドル回転数の増加の影響を受けずに、作業のしやすい従来の走行速度となるように、該油圧モータの出力速度を低く抑えることができる。
 前記速度比の変更は、走行モータ23・24の可動斜板23a・24aの設定位置を変更することによっても可能であるが、この場合、可動斜板23a・24aの位置決め用の複雑な機構についての設計変更を迫られ、高コストにつながる可能性がある。しかし、本願に係るポンプ制御システム5は、吐出圧Pと最大負荷圧Pとの間の差圧ΔPの目標値を補正するという、既存の負荷感知式ポンプ制御システムで採用されている構造を、走行モータ23・24の容量切換の際に採用するだけですむ。例えば、走行モータ23・24の容量設定ごとに対応したマップを二以上記憶しておくという構造ですむ。したがって、低コストで前述の如き効果を奏するポンプ制御システム5を提供できる。
 また、前記の差圧ΔPの目標値の補正は、油圧ポンプ1の吐出油の流量を制御するものなので、走行モータ23・24のみならず、全アクチュエータについて、要求流量Qに対する供給流量Qの比率(Q/Q)の目標値Rqの補正が適用されることとなる。この場合、前述の如く大容量設定時の走行モータ23・24の出力速度を低く抑えるものとすると、走行速度が低く抑えられるのみならず、他のアクチュエータの駆動速度も、走行モータ23・24を大容量設定に切り換えるのに伴って、駆動速度が低くなってしまい、作業効率が落ちてしまう。
 この点、走行モータ23・24の大容量設定時において、実際に走行モータ23・24が駆動される状態であることが確認されたときにのみ、大容量設定時用の低速走行マップM2を用いるものとすることで、他のアクチュエータについては、走行モータ23・24の容量切換とは関係なく、走行モータ23・24の小容量設定時に対応する駆動速度にて駆動することができ、走行速度のみ低く抑えながら、小容量設定時とかわらない効率のよい作業を行うことができる。
 本発明は、以上に述べた掘削旋回作業機のみならず、負荷感知式の油圧ポンプ制御システムが採用されるあらゆる油圧機械の制御装置として適用可能である。

Claims (4)

  1.  エンジンにて駆動される可変容量型油圧ポンプからの吐出油にて駆動される複数の油圧アクチュエータを備えた油圧機械の制御装置であって、
     該制御装置は、各油圧アクチュエータの駆動時に、その油圧アクチュエータの要求流量を満たすように該油圧ポンプの吐出油の流量を制御し、かつ、エンジン回転数の変化に応じて、各油圧アクチュエータの要求流量に対する供給流量の比率の目標値を補正するよう構成されており、
     該複数の油圧アクチュエータには、該油圧機械の走行用の油圧モータであって、その容量を、少なくとも二段階の異なる容量に切換設定可能であるものを含んでおり、
     該制御装置は、エンジン回転数の変化に加え、該油圧モータの容量の切換に応じて、各油圧アクチュエータの要求流量に対する供給流量の比率の目標値を補正するよう構成されていることを特徴とする、油圧機械の制御装置。
  2.  前記複数の油圧アクチュエータには、各別に設けられる方向制御弁のメータイン絞りを介して、前記油圧ポンプからの吐出油が供給されるものであり、
     前記各アクチュエータの要求流量は、各方向制御弁のメータイン絞りの開度にて画定されるものであり、
     前記制御装置は、前記油圧ポンプの吐出油が有する吐出圧と各油圧アクチュエータへの供給油が有する負荷圧との間の差圧について、全アクチュエータに共通の目標値を設定しており、全油圧アクチュエータについて、該差圧の目標値を達成するように、該油圧ポンプの吐出油の流量を制御する構成であり、
     該差圧の目標値を補正することにより、エンジン回転数の変化に応じての前記比率の目標値の補正、及び、前記油圧モータの容量の切換に応じての前記比率の目標値の補正を行うことを特徴とする、請求項1に記載の油圧機械の制御装置。
  3.  前記差圧の目標値を変化させるための制御圧を、電磁比例弁の二次圧にて生成するものとしており、
     エンジン回転数に対する該電磁比例弁にかける電流値としての制御出力値の相関マップとして、複数のマップを記憶しており、
     該複数のマップは、前記油圧モータの前記少なくとも二段階の容量設定ごとにそれぞれ対応した二以上のマップを含むものであることを特徴とする、請求項2に記載の油圧機械の制御装置。
  4.  前記二以上のマップは、前記油圧モータの小容量設定に対応する第一のマップと、該油圧モータの大容量設定に対応する第二のマップとを含み、
     該油圧モータの該大容量設定時において、実際に該油圧モータが駆動される状態であることが確認されたときにのみ該第二のマップを用いての前記油圧ポンプの吐出油の流量制御が行われ、それ以外は、該第一のマップを用いての該油圧ポンプの吐出油の流量制御が行われるよう構成されていることを特徴とする、請求項3に記載の油圧機械の制御装置。
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