WO2019130451A1 - 作業機械 - Google Patents

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WO2019130451A1
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pressure
flow rate
actuator
hydraulic pump
pump
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PCT/JP2017/046802
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小川　雄一
井村　進也
Original Assignee
日立建機株式会社
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    • F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/88—Control measures for saving energy

Definitions

  • the present invention relates to a working machine provided with a hydraulic system, and in particular, a working machine having a hydraulic actuator and a hydraulic pump, such as a hydraulic shovel, a hydraulic circuit provided with a regeneration circuit for regenerating pressure oil energy of the hydraulic actuator. It relates to the machine.
  • a working machine such as a hydraulic shovel supplies pressure oil from a hydraulic pump in order to drive actuators of a driven body such as a plurality of front parts constituting a front working machine.
  • a regeneration circuit that realizes improvement of fuel efficiency by reducing pressure output from the hydraulic pump while reducing pressure oil discharged from the hydraulic actuator and reducing power of the hydraulic pump. For example, one example is described in Patent Document 1.
  • Patent Document 1 when the arm operates in a free fall direction, control is performed so that pressure oil discharged from the rod side of the arm cylinder is regenerated to the bottom side of the arm cylinder while minimizing the discharge flow rate of the hydraulic pump. Otherwise, it has been proposed to control the hydraulic pump to release regeneration while maintaining the normal discharge flow rate.
  • the direction of actuation of the arm can be measured to reduce the hydraulic pump output.
  • the flow rate (regenerated flow rate) of the hydraulic oil discharged from the rod side of the arm cylinder is large.
  • the regeneration flow rate decreases as it approaches the vertical.
  • the flow rate of the hydraulic fluid flowing into the bottom side of the arm cylinder may fluctuate greatly during operation, and the cylinder speed may fluctuate, which may deteriorate operability.
  • Patent Document 1 supplies pressure oil discharged from the rod side of an arm cylinder to the bottom side of an arm cylinder which is the same actuator to regenerate the same, but an actuator different from the arm cylinder
  • Patent Document 1 supplies pressure oil discharged from the rod side of an arm cylinder to the bottom side of an arm cylinder which is the same actuator to regenerate the same, but an actuator different from the arm cylinder
  • the same problem occurs in a hydraulic system that regenerates the pressure oil discharged from the rod side of the arm cylinder.
  • An object of the present invention is to provide a working machine provided with a hydraulic system capable of suppressing the speed fluctuation of an actuator into which the regeneration flow flows in and improving the operability regardless of the fluctuation of the regeneration flow due to the change of posture.
  • the present invention is composed of a plurality of front parts, each of the plurality of front parts being pivotally connected to a vehicle body or another front part, and a plurality of the fronts.
  • a hydraulic system comprising a plurality of actuators for driving parts, said plurality of front parts comprising a first front part operable in a free fall direction, said plurality of actuators driving said first front part
  • the hydraulic system includes a regeneration circuit for supplying pressure oil discharged from a pressure oil discharge side of the first actuator to a pressure oil supply side of a second actuator;
  • a regeneration control device for controlling a regeneration state; a hydraulic pump for supplying pressure oil to the second actuator;
  • In a working machine including a pump flow control device for controlling a discharge flow rate of a hydraulic pump, a posture information acquisition device for acquiring posture information of the first front part, and the first front part acquired by the posture information acquisition device And a controller for controlling the reproduction control device and the pump flow control device based on the posture information, and
  • a reproduction control operation unit that controls the reproduction control device to cause the reproduction circuit to perform reproduction, and the reproduction control operation unit controls the reproduction control device to perform reproduction
  • the pump flow rate control arithmetic unit for controlling the pump flow control device such that the delivery rate of said hydraulic pump is increased continuously according to the first front part oriented approaches vertically downward.
  • the pump flow control operation unit acquires the posture information acquisition device.
  • the pump flow control device By controlling the pump flow control device so that the discharge flow rate of the hydraulic pump increases continuously as the direction of the first front part approaches vertically downward based on the posture information of the first front part, the front part is free.
  • the cavitation is generated regardless of the fluctuation of the regeneration flow rate due to the change of the attitude of the front part. It is possible to suppress the speed fluctuation of the actuator into which the regeneration flow rate flows and to improve the operability while preventing the
  • FIG. 29 is a view showing an appearance of a hydraulic shovel which is an example of a working machine (construction machine).
  • the hydraulic shovel includes a lower traveling body 201, an upper swing body 202, and a front work implement 203.
  • the lower traveling body 201 and the upper swing body 202 constitute a vehicle body.
  • the lower traveling body 201 has left and right crawler type traveling devices 201a and 201b (only one side is shown), and the crawler type traveling devices 201a and 201b are driven by left and right traveling motors 201c and 201d (only one side is shown).
  • the upper swing body 202 is swingably mounted on the lower traveling body 201, and is rotationally driven by a swing motor 202a.
  • the front work implement 203 is movably attached to the front of the upper swing body 202.
  • the upper swing body 202 is provided with a cabin (driver's cabin) 202b, and the cabin 202b is provided with a driver's seat, front and turning control lever devices located on the left and right of the driver's seat, and a traveling position located in front of the driver's seat An operating device such as an operating lever / pedal device is disposed.
  • the front work implement 203 is an articulated structure having a plurality of front parts of a boom 205, an arm 16, and a bucket 35, and the boom 205 is pivotally connected to the upper swing body 202 (vehicle body) so as to be vertically movable.
  • the arm 16 is pivotally connected to the boom 205 in the vertical and longitudinal directions
  • the bucket 35 is pivotally connected to the arm 16 in the vertical and longitudinal directions.
  • the boom 205 is rotated relative to the upper swing body 202 by the expansion and contraction of the boom cylinder 34
  • the arm 16 is rotated relative to the boom 205 by the expansion and contraction of the arm cylinder 9
  • the bucket 35 is an arm by expansion and contraction of the bucket cylinder 18. It rotates with respect to 16.
  • FIG. 1 is a diagram showing a hydraulic system provided in a working machine according to a first embodiment of this invention. Note that FIG. 1 shows only a circuit portion related to the arm cylinder 9, and for simplification of the illustration, actuators other than the arm cylinder 9 (a boom cylinder 34 shown in FIG. 1, a bucket cylinder 18, a swing motor 202a, left and right The illustration of the circuit portion related to the traveling motors 201c and 201d) is omitted.
  • the hydraulic system in the present embodiment includes an engine 50, a variable displacement hydraulic pump 1 driven by the engine 50, a pump flow control device 20 for controlling the discharge flow rate of the hydraulic pump 1, and hydraulic pressure.
  • the direction control valve 4 connected to the pressure oil supply line 2 of the pump 1, the above-described arm cylinder 9 for driving the arm 16, and the bottom line 5 connecting the direction control valve 4 to the bottom side chamber 9b of the arm cylinder 9.
  • the rod channel 6 connecting the direction control valve 4 to the rod side chamber 9 r of the arm cylinder 9, the center bypass channel 7 connecting the direction control valve 4 to the tank 15, and the direction control valve 4 to the tank 15 The tank line 8, the solenoid valve type regeneration valve 12 as a regeneration control device disposed in the tank line 8, and the pressure oil supply line 2 to the tank line 8 at the upstream side of the regeneration valve 12 And a check valve 11 disposed in the regeneration pipeline 10, and from which the pressure oil flows from the tank pipeline 8 to the pressure oil supply pipeline 2 and prevents the flow of pressure oil in the reverse direction. ing.
  • An inertial measurement device (IMU) 31 for measuring the angle of the arm 16 from the horizontal surface is attached to the arm 16 as an attitude information acquisition device for acquiring the attitude information of the arm 16.
  • the inertial measurement device 31 is a device capable of measuring a three-dimensional angular velocity and acceleration, and can obtain the angle of the arm 16 with respect to the horizontal plane using the information.
  • the hydraulic system further includes an operating lever device 21 which is one of the operating devices disposed in the cabin 202b shown in FIG. 29.
  • the operating lever device 21 is provided on the operating lever 21a and the proximal end of the operating lever 21a. It comprises the attached pilot valve 13.
  • the pilot valve 13 is connected to the arm cloud direction operation control port 4c of the direction control valve 4 through the pilot pipe line 22 and to the arm dump direction operation port 4d through the pilot pipe line 23, respectively.
  • the pressure according to the operation amount of the lever 21a is introduced from the pilot valve 13 to the operation port 4c or the operation port 4d of the direction control valve 4.
  • a pressure sensor 3 for measuring the discharge pressure of the hydraulic pump 1 is attached to the pressure oil supply pipeline 2 as a pressure information acquisition device for acquiring the discharge pressure of the hydraulic pump 1.
  • An operation direction information acquisition device for acquiring the operation direction of the arm cylinder 9 and an operation amount information acquisition device for acquiring the operation amount of the operation lever device 21 based on the operation of the operator are transmitted to the operation port 4c in the pilot pipeline 22.
  • a pressure sensor 14 is attached to detect pressure.
  • the pressure sensor 3, the pressure sensor 14, and the inertia measurement device 31 are electrically connected to the controller 19, and the controller 19 is electrically connected to the pump flow control device 20 and the solenoid of the regeneration valve 12.
  • the controller 19 has a CPU 19a into which a program is incorporated, and performs predetermined arithmetic processing on the detection values of the pressure sensor 3, the pressure sensor 14 and the inertial measurement device 31 input to the controller 19 based on the program. And generates control signals to the solenoids of the pump flow control device 20 and the regeneration valve 12.
  • the arm 16 is a first front part capable of operating in the free fall direction
  • the arm cylinder 9 is a hydraulic cylinder type first actuator for driving the first front part (arm 16).
  • the “freely falling direction” refers to the rotation supporting point with the boom 205 by the weight of the arm 16 and the bucket 35 (including the weight of soil if the bucket 35 holds soil) with the arm 16 It means an operation direction in which the arm 16 freely falls in the vertical downward direction, and "the arm 16 operates in the free fall direction" can be reworded as "the arm 16 operates in the vertical downward direction”.
  • the regeneration pipeline 10 and the check valve 11 supply pressure oil discharged from the pressure oil discharge side (rod side chamber 9r) of the first actuator (arm cylinder 9) to pressure oil of the second actuator.
  • the regeneration circuit 41 for supplying to the side is configured.
  • the second actuator is the same actuator (arm cylinder 9) as the first actuator, and the arm cylinder 9 doubles as the first actuator and the second actuator.
  • the regeneration valve 12 constitutes a regeneration control device that controls the regeneration state of the regeneration circuit 41.
  • FIG. 1 shows the case where there is no input to the operation lever 21a, the pressure oil supply pipe 2 and the center bypass pipe 7 communicate with each other via the direction control valve 4, and the regenerating valve 12 is in the communication position.
  • pressure oil from the hydraulic pump 1 passes through the pressure oil supply line 2, flows through the direction control valve 4 to the center bypass line 7, and is then returned to the tank 15.
  • the pressure transmitted to the operation port 4d of the direction control valve 4 is increased by the input in the arm dump direction of the operation lever 21a, the pressure oil supply pipe 2 and the rod pipe 6 communicate with each other, and the bottom pipe 5 and the tank It shows the case where the conduit 8 is in communication and the regeneration valve 12 is in the communication position.
  • the pressure oil from the hydraulic pump 1 flows through the pressure oil supply line 2, flows through the direction control valve 4 to the rod line 6, and flows into the rod side chamber 9 r of the arm cylinder 9.
  • the pressure oil discharged from the bottom side chamber 9 b of the arm cylinder 9 passes through the bottom line 5 and is sent to the tank line 8 through the directional control valve 4.
  • the regeneration valve 12 since the regeneration valve 12 is in the communication position, the pressure oil in the tank line 8 is returned to the tank 15 through the regeneration valve 12.
  • the pressure applied to the operation port 4c of the direction control valve 4 is increased by the input in the arm cloud direction of the operation lever 21a, the pressure oil supply pipe 2 and the bottom pipe 5 communicate with each other, and the rod pipe 6 and the tank It shows the case where the conduit 8 is in communication and the regeneration valve 12 is in the shutoff position.
  • the pressure oil from the hydraulic pump 1 flows through the pressure oil supply line 2, flows through the direction control valve 4 to the bottom line 5, and flows into the bottom side chamber 9 b of the arm cylinder 9.
  • the pressure oil discharged from the rod side chamber 9 r of the arm cylinder 9 passes through the rod line 6 and is sent to the tank line 8 through the directional control valve 4.
  • the regeneration valve 12 since the regeneration valve 12 is in the shutoff position, the pressure oil in the tank line 8 is regenerated to the pressure oil supply line 2 of the hydraulic pump 1 through the regeneration line 10 and the check valve 11.
  • the regeneration valve 12 is controlled to be in the blocking position when the arm 16 operates in the free fall direction by gravity, and is switched to the communication position in the other case.
  • the regeneration valve 12 When the regeneration valve 12 is in the communication position, the pressure oil in the tank line 8 is returned to the tank 15 through the regeneration valve 12.
  • the vertical axis of the graph of FIG. 4 is the flow rate
  • the horizontal axis is the angle of the arm 16 with respect to the horizontal plane.
  • the dotted line indicates the discharge flow rate of the hydraulic pump 1
  • the broken line indicates the regeneration flow rate
  • the solid line indicates the total flow rate.
  • the regeneration flow rate increases as the angle of the arm 16 approaches horizontal
  • the regeneration flow decreases as the angle of the arm 16 approaches vertical.
  • the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is decreased as the angle of the arm 16 approaches horizontal, and the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is increased as the angle of the arm 16 approaches vertical.
  • the change in the flow rate flowing into the bottom side chamber 9b of the arm cylinder 9 is reduced.
  • condition 1 in which there is no input to the operation lever 21a and the pressure is not led to the operation port 4c of the direction control valve 4 and the condition 2 in which the regeneration by the regeneration circuit 41 is not performed Do not perform reduction control. Further, the reduction control of the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is not performed even under the condition 3 in which cavitation may occur.
  • condition 3 in which cavitation may occur will be described with reference to FIG.
  • FIG. 5 shows the relationship between the angle of the arm 16 with respect to the horizontal plane and the pressure of the bottom side chamber 9 b of the arm cylinder 9.
  • the dotted line indicates that the normal work bucket 35 is attached to the front work implement 203 and the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is not reduced (control is performed so that the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 increases according to the operation amount of the control lever 21a If the heavy attachment is attached instead of the bucket 35 and the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is not reduced, the solid line indicates that the heavy attachment is attached and the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is The reduced cases are shown respectively.
  • the pressure in the bottom side chamber 9b of the arm cylinder 9 is lower than when not reduced. Further, when a heavy attachment is attached, the external force applied to the arm cylinder 9 is larger than when a normal bucket is attached, so the pressure in the bottom side chamber 9b of the arm cylinder 9 is further reduced.
  • the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is not reduced in the range of the portion enclosed by the long circle in FIG. 5, and the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is reduced in the range other than the portion enclosed by the long circle.
  • the pressure in the bottom chamber 9b of the arm cylinder 9 is not directly measured, but in the state of FIG. 3, the pressure in the bottom chamber 9b of the arm cylinder 9 and the directional control valve 4 are used. Since the pressure of the pressure oil supply line 2 connected to the bottom line 5 is in a predetermined relationship, the arm cylinder can be used by using the value of the pressure sensor 3 for measuring the pressure of the pressure oil supply line 2. It becomes possible to determine the pressure of the bottom side chamber 9b.
  • the controller 19 has the functions of a regeneration control calculation unit 19 b and a pump flow control calculation unit 19 c.
  • the regeneration control calculation unit 19 b receives arm angle information which is attitude information of the arm 16 from the inertia measurement device 31 and pressure information (operation direction information) of the operation port 4 c from the pressure sensor 14, and excites the regeneration valve 12. Calculate the target value. Then, the signal of the target value is output to the solenoid of the regeneration valve 12 and the pump flow control unit 19c.
  • the pump flow rate control calculation unit 19c receives arm angle information from the inertia measurement device 31, the excitation target value information of the solenoid of the regeneration valve 12 from the regeneration control calculation unit 19b, and the pressure of the operation port 4c of the direction control valve 4 from the pressure sensor 14. Information (operation amount information) and discharge pressure information of the hydraulic pump 1 from the pressure sensor 3 are respectively input, and a discharge flow target value of the hydraulic pump 1 is calculated. Then, the signal of the target value is output to the pump flow control device 20.
  • FIG. 7 the processing content of the reproduction control calculation unit 19b will be described using FIGS. 7 and 8.
  • FIG. 7 shows a process flow of the reproduction control operation unit 19b. For example, while the controller 19 is operating, the process flow is repeated in a predetermined operation cycle.
  • step S101 When the controller 19 is activated, the arithmetic processing of the reproduction control arithmetic unit 19b starts in step S101.
  • step S102 the regeneration control operation unit 19b determines whether the pressure of the operation port 4c is equal to or higher than a predetermined threshold. This determination is performed to determine whether the arm 16 is operating in the free fall direction. If the pressure at the operation port 4c is equal to or higher than a predetermined threshold value, it is determined as Yes in step S102, and the process proceeds to step S103. And proceed.
  • step S103 it is determined whether the posture of the arm 16 has reached the vertical downward direction. If the attitude of the arm 16 has not reached the downward direction in the vertical direction, the process proceeds to step S104.
  • step S104 it is determined that the regeneration control of the arm cylinder 9 is to be performed.
  • the regeneration control calculation unit 19b calculates an excitation target value for exciting the solenoid of the regeneration valve 12, and outputs the signal.
  • step S105 it is determined that the regeneration control of the arm cylinder 9 is not performed.
  • the regeneration control calculation unit 19b calculates an excitation target value that does not excite the solenoid of the regeneration valve 12, and outputs the signal.
  • FIG. 8 shows the meter-in opening area characteristic of the directional control valve 4.
  • the horizontal axis represents the pressure of the operation port 4c, and the vertical axis represents the meter-in opening area.
  • FIG. 9 is a functional block diagram showing the processing contents of the pump flow control unit 19c.
  • the pump flow control unit 19 c has functions of a reference pump flow calculation unit 24, a flow reduction ineffective calculation unit 25, a pump flow reduction amount calculation unit 26, a multiplication unit 37, and a subtraction unit 38.
  • the reference pump flow rate calculation unit 24 inputs the pressure of the operation port 4 c and calculates the reference pump flow rate of the hydraulic pump 1.
  • FIG. 10 is a view showing the relationship between the pressure of the operation port 4 c and the reference pump flow rate of the hydraulic pump 1.
  • the reference pump flow rate is set to increase as the pressure at the operation port 4c rises.
  • the reference pump flow rate calculation unit 24 has a table storing the relationship between the pressure of the operation port 4c and the reference pump flow rate of the hydraulic pump 1 and inputs the pressure of the operation port 4c to the table. Calculate the reference pump flow rate of
  • the pump flow reduction amount calculation unit 26 inputs the angle of the arm with respect to the horizontal plane, and calculates the reduction amount of the discharge flow rate of the hydraulic pump 1.
  • FIG. 11 shows the relationship between the arm angle used for the calculation of the pump flow reduction amount calculation unit 26 of FIG. 9 and the pump flow reduction amount.
  • the pump flow reduction amount is set to be larger as the angle of the arm 16 is closer to horizontal, smaller as it is closer to the vertical downward direction, and to be 0 when it is downward to the vertical direction.
  • the pump flow reduction amount calculation unit 26 has a table storing such a relationship, inputs the angle of the arm, and calculates the reduction amount of the discharge flow rate of the hydraulic pump 1.
  • the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is reduced when the arm 16 is close to horizontal and the amount of pressure oil flowing through the regeneration pipeline 10 is large, and the output of the hydraulic pump 1 is reduced, thereby improving fuel efficiency. Do. In addition, even if the arm reaches the vertical downward direction and the solenoid of the regeneration valve 12 is in the non-excitation state and the flow rate of pressure oil flowing through the regeneration pipe 10 is lost, the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is continuously increased. It becomes difficult to reduce the speed.
  • the flow rate reduction invalidation operation unit 25 inputs the discharge pressure of the hydraulic pump 1 and the excitation target value of the regeneration valve 12 and performs reduction invalidation of the discharge flow rate of the hydraulic pump 1. At this time, 0 is output when disabling the reduction of the discharge flow rate of the hydraulic pump 1, and 1 is output when not disabling the reduction.
  • FIG. 12 shows a process flow of the flow rate reduction ineffective operation unit 25 of FIG. For example, while the controller 19 is operating, its processing flow is repeated in a predetermined operation cycle.
  • step S201 When the controller 19 is activated, the arithmetic processing of the flow rate reduction ineffective operation unit 25 starts in step S201.
  • step S203 the flow rate reduction ineffective operation unit 25 determines whether the discharge pressure of the hydraulic pump 1 is equal to or higher than a predetermined threshold value. This is a determination to prevent cavitation from being generated because the pressure in the bottom side chamber 9b of the arm cylinder 9 becomes a negative value. If the discharge pressure of the hydraulic pump 1 is equal to or higher than the predetermined threshold value, it is determined as Yes in Step S203, and the process proceeds to Step S204.
  • step S204 it is determined whether the solenoid of the regeneration valve 12 is excited.
  • the signal which excites the solenoid of the regeneration valve 12 is input, it determines with Yes in step S204, and progresses to the process of step S205. If it is determined No in any of steps S203 and S204, the process proceeds to step S206.
  • step S205 it is determined that the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is to be reduced, and 1 is output.
  • step S206 it is determined that the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is not reduced, and 0 is output.
  • step S203 in FIG. 12 will be described using FIG.
  • FIG. 13 shows the relationship between the discharge pressure of the hydraulic pump 1 and the pressure of the bottom chamber 9b of the arm cylinder 9 when the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is reduced with the heavy attachment attached. Due to the pipe loss, the pressure in the bottom side chamber 9 b of the arm cylinder 9 becomes a value smaller than the discharge pressure of the hydraulic pump 1. Assuming that the value of the pressure difference is ⁇ P1, the discharge pressure of the hydraulic pump 1 when the pressure in the bottom side chamber 9b of the arm cylinder 9 is 0 MPa is ⁇ P1. This value ⁇ P1 is set as a predetermined threshold.
  • the pump flow reduction amount calculation unit 26 calculates the reduction amount of the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 and the flow rate reduction invalidation operation unit 25 performs the reduction ineffective operation of the discharge flow rate of the hydraulic pump 1.
  • the output of the quantity operation unit 26 and the output of the flow rate reduction ineffective operation unit 25 are multiplied by the multiplication unit 37, and the value is subtracted from the output value of the reference pump flow rate operation unit 24 in the subtraction unit 38. This value is the final target value of the discharge flow rate of the hydraulic pump 1.
  • the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is reduced when the angle of the arm 16 is close to horizontal, and the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is reduced as the angle of the arm 16 approaches vertically downward.
  • the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is not reduced if the discharge pressure of the hydraulic pump 1 is not equal to or higher than a predetermined threshold.
  • the pressure 9b does not become a negative value, and cavitation can be prevented while reducing fuel consumption.
  • step S102 of FIG. 7 the arm 16 is operating in the free fall direction by using the information of the arm angle from the inertial measurement device 31 instead of the pressure sensor 14 (operating downward in the vertical direction). Can also be determined. In that case, the arm angle is input from the inertial measurement device 31 to the reproduction control operation unit 19b of FIG. 6 instead of the pressure of the operation port 4c. Further, in step S103 of FIG. 7, using the information on the arm angle from the inertial measurement unit 31, for example, the arm angle of one step before and the current arm angle are compared, and the arm 16 operates downward in the vertical direction Determine if it is. As a result, in the regeneration control operation unit 19b of FIG. 6, it is possible to determine whether the regeneration control of the arm cylinder 9 is to be performed using only the information from the inertial measurement device 31 without using the pressure of the operation port 4c.
  • step S103 of FIG. 7 it is determined using the stroke amount of the direction control valve 4 whether or not the arm 16 is operated downward in the vertical direction.
  • the operation lever device 21 is an electric type that outputs an electric signal according to the operation amount of the operation lever 21a, and the command value of the movement amount of the direction control valve 4 is calculated in the controller 19, the command value The direction of movement of the arm 16 can also be determined.
  • the command value of the movement amount of the direction control valve 4 is input to the regeneration control calculation unit 19b of FIG. 6 instead of the pressure of the operation port 4c.
  • step S103 of FIG. 7 it is determined whether or not the arm 16 operates downward in the vertical direction by determining whether or not the command value of the movement amount of the direction control valve 4 is equal to or greater than a threshold.
  • Second Embodiment A hydraulic system of a working machine according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 14 and FIG. Description of the same parts as those of the first embodiment is omitted.
  • the difference from the first embodiment is in the pressure oil of the arm cylinder 9 (first actuator) instead of the pressure sensor 3 attached to the pressure oil supply line 2.
  • a pressure information acquisition device for acquiring the pressure on the inflow side a pressure sensor 30 for measuring the pressure of the bottom side chamber 6b of the arm cylinder 9 is attached to the bottom pipeline 5.
  • the pressure sensor 30 is electrically connected to the controller 19.
  • FIG. 15 shows a process flow of the flow rate reduction ineffective operation unit 25 in the second embodiment.
  • FIG. 15 differs from FIG. 12 of the first embodiment in that step S203 is replaced with step S207.
  • step S203 it is determined whether the discharge pressure of the hydraulic pump 1 is equal to or more than a predetermined threshold value.
  • step S207 it is determined whether the bottom pressure of the arm cylinder 9 measured by the pressure sensor 30 is equal to or more than a predetermined threshold doing. As a result, the cavitation generation condition can be detected more accurately than in the first embodiment.
  • the pressure in the bottom side chamber 9b of the arm cylinder 9 can be measured more accurately than in the first embodiment, cavitation can be avoided more efficiently.
  • the configuration of the third embodiment will be described using FIG. A different point from the first embodiment is that the angular velocity of the vehicle body (lower traveling unit 201 and upper revolving unit 202) with respect to the horizontal plane is measured instead of the inertial measurement unit 31 attached to the arm 16 as a posture information acquisition device.
  • the angular velocity sensor 27, an angle sensor 28 for measuring the angle formed by the vehicle body and the boom, and an angle sensor 29 for measuring the angle formed by the boom and the arm are attached.
  • the angular velocity sensor 27 detects the angular velocity of the vehicle body at each time point, and integrates it to obtain the angle of the vehicle body with respect to the horizontal plane.
  • the angular velocity sensor 27, the angle sensor 28, and the angle sensor 29 are each electrically connected to the controller 19.
  • the controller 19 further includes an arm angle calculation unit 19 d, and instead of the attitude information input from the inertial measurement device 31, the angular velocity sensor 27, the angle sensor 28, and the angle sensor 29 Information is input, and the arm angle calculation unit 19d is used to calculate arm posture information using the information.
  • the reproduction control calculation unit 19b and the pump flow control calculation unit 19c perform the same calculation as that of the first embodiment based on the posture information of the arm 16 output from the arm angle calculation unit 19d.
  • the angle ⁇ Arm of the arm with respect to the horizontal plane can be determined by the equation (1) described in FIG.
  • the configuration of the fourth embodiment will be described using FIG. A different point from the first embodiment is that the angular velocity of the vehicle body (lower traveling unit 201 and upper revolving unit 202) with respect to the horizontal plane is measured instead of the inertial measurement unit 31 attached to the arm 16 as a posture information acquisition device.
  • the angular velocity sensor 27, a stroke sensor 32 for measuring the stroke length of the boom cylinder 34, and a stroke sensor 33 for measuring the stroke length of the arm cylinder 9 are attached.
  • the angular velocity sensor 27 and the stroke sensors 32 and 33 are electrically connected to the controller 19 respectively.
  • the controller 19 further includes an arm angle calculation unit 19d, and instead of the attitude information from the inertial measurement device 31, the information from the angular velocity sensor 27, the stroke sensor 32, and the stroke sensor 33 is It is a point which is input and the attitude information of the arm is calculated by the arm angle calculation unit 19d using them.
  • the reproduction control calculation unit 19b and the pump flow control calculation unit 19c perform the same calculation as that of the first embodiment based on the posture information of the arm 16 output from the arm angle calculation unit 19d.
  • the arm angle calculation unit 19d determines in advance the relationship between the output value of the stroke sensor 32 and the angle ⁇ B in FIG. 18 and the relationship between the stroke sensor 33 and the angle ⁇ A in FIG. During operation, the angles ⁇ B and ⁇ A are obtained from the actual measurement values of the stroke sensors 32 and 33, and the inclination ⁇ body of the vehicle body in FIG. 18 is acquired from the angular velocity sensor 27. Then, the angle ⁇ Arm of the arm with respect to the horizontal plane is determined using the equation (1) in FIG.
  • FIG. 21 is a view showing a circuit portion related to the arm cylinder 9 of the hydraulic system
  • FIG. 22 is a view showing a circuit portion related to the bucket cylinder 18 of the hydraulic system.
  • the present embodiment is different from the first embodiment in the installation position of the reproduction circuit 71.
  • the regeneration pipeline 60 connecting the tank pipeline 8 to the pressure oil supply pipeline 102 of the hydraulic pump 101 shown in FIG. 22 on the upstream side of the regeneration valve 12 shown in FIG.
  • a check valve 61 is disposed in the regeneration line 60, the pressure oil flows from the tank line 8 to the pressure oil supply line 102, and the flow of pressure oil in the reverse direction is blocked, and the regeneration line 60 and the check valve
  • a reproduction circuit 71 is composed of the reference numeral 61 and the like.
  • the directional control valve 104 connected to the hydraulic fluid supply line 102 of the hydraulic pump 101, the bucket cylinder 18 for driving the bucket 35 shown in FIG. 29, and the directional control valve 4 are connected to the bottom side chamber 18b of the bucket cylinder 18.
  • the hydraulic system in the present embodiment includes an operation lever device 121 which is one of the operation devices disposed in the cabin 202b shown in FIG. 29, and the operation lever device 121 includes an operation lever 121a and an operation lever 121a. And a pilot valve 113 attached to the proximal end of the valve.
  • the pilot valve 113 is connected to the bucket cloud direction operation control port 104c of the direction control valve 104 through the pilot pipe line 122 and to the bucket dump direction operation port 104d through the pilot pipe line 123.
  • the pressure according to the operation amount of the lever 121a is led from the pilot valve 113 to the operation port 104c or the operation port 104d of the direction control valve 104.
  • a pressure sensor 103 for measuring the discharge pressure of the hydraulic pump 101 is attached to the pressure oil supply pipeline 102 as a pressure information acquisition device for acquiring the discharge pressure of the hydraulic pump 101.
  • the pilot pipe line 122 receives the pressure transmitted to the operation port 104 c as an operation direction information acquisition device for acquiring the bucket cylinder 18 direction and an operation amount information acquisition device for acquiring the operation amount of the operation lever device 121 based on the operation of the operator.
  • a pressure sensor 114 for detecting is attached.
  • the pressure sensor 103 and the pressure sensor 114 are electrically connected to the controller 19 together with the pressure sensor 14 and the inertia measuring device 31 shown in FIG. 21, and the controller 19 is electrically connected to the pump flow control device 120 and the solenoid of the regeneration valve 12. It is connected.
  • the controller 19 has a CPU 19a into which a program is incorporated, receives detection values of the pressure sensor 103, the pressure sensors 14 and 114, and the inertial measurement unit 31, and performs predetermined arithmetic processing based on the program to control the pump flow rate. A control signal is output to the device 120 and the solenoid of the regeneration valve 12.
  • a regeneration circuit 71 constituted by the regeneration pipeline 60 and the check valve 61 is a bucket cylinder 18 which is a second actuator and which discharges the pressure oil discharged from the pressure oil discharge side (rod side chamber 9r) of the arm cylinder 9 which is a first actuator. Supply to the pressure oil supply side (bottom side chamber 18b). That is, in the present embodiment, the second actuator is an actuator (bucket cylinder 18) different from the first actuator which drives the bucket 35 which is the second front part different from the arm 16 which is the first front part. is there.
  • step S106 it is determined whether the pressure of the operation port 104c is equal to or greater than a predetermined threshold. If the pressure of the operation port 104c is equal to or higher than the predetermined threshold value, it is determined as Yes in step S106, and the process proceeds to step S103. If the pressure of the operation port 104c is smaller than the predetermined threshold value, it is determined as No in Step S106, and the process proceeds to Step S105. Similar to the predetermined threshold value of step S102, the predetermined threshold value of step S106 is a value at which the meter-in opening of the direction control valve 104 is not zero.
  • step S104 the regeneration control calculation unit 19b outputs a signal for exciting the solenoid of the regeneration valve 12.
  • step S105 the regeneration control calculation unit 119b outputs a signal that does not excite the solenoid of the regeneration valve 12.
  • the regeneration is performed only when both the arm 16 and the bucket 35 are operated.
  • FIG. 25 is a functional block diagram showing processing contents of the pump flow control unit 119 c.
  • the processing of the pump flow control calculation unit 119c differs from the processing of the functional block diagram shown in FIG. 9 of the first embodiment in the reference pump flow calculation unit 24, the flow reduction invalid calculation unit 25, and the pump flow reduction amount calculation unit 26 is replaced by the reference pump flow rate calculating unit 124, the flow rate reduction invalid calculating unit 125, and the pump flow rate reduced amount calculating unit 126, and the pressure information of the operation port 104c is input to the reference pump flow rate calculating unit 124; And the excitation target value information of the regeneration valve 12 is input to the flow rate reduction ineffective operation unit 125.
  • the reference pump flow rate calculation unit 124 inputs the pressure of the operation port 104 c and calculates the reference pump flow rate of the hydraulic pump 101.
  • the relationship between the pressure of the operation port 104c and the reference pump flow rate of the hydraulic pump 101 at this time is the same as that in the reference pump flow rate calculation unit 24 of the first embodiment shown in FIG. , Is set to increase as the pressure at the operation port 104c rises.
  • the flow rate reduction ineffective operation unit 125 inputs the discharge pressure of the hydraulic pump 101 and the excitation target value of the regeneration valve 12 and performs the flow rate ineffective operation.
  • the process flow of the flow rate reduction ineffective operation unit 125 is such that the discharge pressure of the hydraulic pump 101 is predetermined instead of the discharge pressure of the hydraulic pump 1 in step S203 of the process flow of the flow rate reduction ineffective operation unit 25 shown in FIG.
  • the process flow is the same as the process flow of the flow rate reduction ineffective operation unit 25 shown in FIG.
  • the flow rate reduction ineffective operation unit 125 outputs 1 or 0 in accordance with the determination results in step S205 and step S206 in FIG.
  • the pump flow reduction amount calculation unit 126 inputs the angle of the arm with respect to the horizontal plane, and calculates the reduction amount of the discharge flow rate of the hydraulic pump 101. This calculation method is similar to the relationship between the arm angle shown in FIG. 11 and the pump flow reduction amount shown in FIG. 11 like the pump flow reduction amount calculation unit 26 in the first embodiment shown in FIG. The reduction amount of the discharge flow rate of the pump 101 is calculated.
  • the output of the pump flow reduction amount calculation unit 126 and the output of the flow reduction invalidation operation 125 are multiplied, and in the subtraction unit 38, the value is subtracted from the output value of the reference pump flow calculation 124, A target value of the discharge flow rate of the hydraulic pump 101 is calculated.
  • the discharge flow rate of the hydraulic pump 101 supplied to the bucket cylinder 18 is reduced, and the hydraulic pressure supplied to the bucket cylinder 18 as the angle of the arm 16 approaches vertical.
  • the output of the hydraulic pump 101 can be reduced to improve the fuel efficiency, while the speed decrease of the arm 16 can be suppressed and the operability can be maintained.
  • the present embodiment differs from the first embodiment in the processing of the pump flow control unit 19c in the function of the controller 19 in the first embodiment shown in the functional block diagram of FIG.
  • FIG. 26 is a functional block diagram showing the processing content of the pump flow control unit 19c. The difference from the first embodiment is that pressure information of the operation port 4c is input to the pump flow reduction amount calculation unit 226.
  • FIG. 27 shows the concept of processing of the pump flow rate reduction amount calculation unit 226 of FIG.
  • the reduction amount of the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is increased as the angle of the arm 16 is closer to horizontal, and the reduction amount of the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is reduced as the angle of the arm 16 is closer to vertical. Further, the amount of reduction of the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is reduced as the pressure of the operation port 4c is lower, and the amount of reduction of the discharge flow of the hydraulic pump 1 is increased as the pressure of the operation port 4c is higher.
  • the pressure of the operation port 4c is input to the table 226a.
  • 0 is output when the pressure of the operation port 4c is 0 [MPa]
  • 1 is output when the pressure of the operation port 4c is the predetermined value Pth2 [MPa]
  • the pressure of the operation port 4c is 0 [MPa].
  • the relationship between the pressure of the operation port 4c and the output is set such that the output increases from 0 to 1 as the value of Pth2 increases to a predetermined value Pth2 [MPa].
  • the predetermined value Pth2 [MPa] is a maximum value of the pressure of the operation port 4c.
  • the angle of the arm 16 is input to the same table 226b as the relationship between the arm angle and the pump flow reduction amount shown in FIG. 11, and the reduction amount of the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is calculated.
  • the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is reduced when the arm 16 is close to horizontal and the amount of pressure oil flowing through the regeneration pipeline 10 is large, and the output of the hydraulic pump 1 is reduced. improves.
  • the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is sufficiently large. It becomes difficult to reduce the speed (the speed of the arm 16).
  • the reference pump flow rate of the hydraulic pump 1 calculated by the reference pump flow rate calculation unit 24 is small because the pressure at the operation port 4 c is small, the reduction amount of the discharge flow rate of the hydraulic pump 1 is too large.
  • Speed (the speed of the arm 16) can be prevented from becoming too slow.
  • the working machine is a hydraulic shovel provided with a front working machine, an upper swing body and a lower traveling body
  • it is a working machine including a hydraulic cylinder that moves the front working machine up and down
  • the present invention can be similarly applied to work machines other than hydraulic excavators, such as wheel loaders, hydraulic cranes, telehandlers, etc., and the same effect can be obtained in that case.

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Abstract

フロントパーツが自由落下方向に動作し、そのフロントパーツを駆動するアクチュエータから排出された圧油を再生するとき、フロントパーツの姿勢の変化による再生流量の変動に係わらず、再生流量が流入するアクチュエータの速度変動を抑制し、操作性を向上することができるようにする。そのため、油圧システムのコントローラ１９に再生制御演算部１９bとポンプ流量制御演算部１９cを設け、再生制御演算部が再生弁１２を制御して再生を行わせるとき、ポンプ流量制御演算部が、慣性計測装置３１によって取得したアーム１６の姿勢情報に基づいて、アーム１６の向きが鉛直下向きに近づくにしたがって油圧ポンプ１の吐出流量が増加するようポンプ流量制御装置２０を制御する。

Description

作業機械
　本発明は、油圧システムを備えた作業機械に係わり、特に油圧ショベルなど、油圧アクチュエータや油圧ポンプを有する作業機械であって、油圧アクチュエータの圧油エネルギーを再生する再生回路を油圧システムに備えた作業機械に関する。
　一般に油圧ショベル等の作業機械は、フロント作業機を構成する複数のフロントパーツなどの被駆動体のアクチュエータを駆動するために油圧ポンプから圧油を供給している。この油圧ポンプの不要な動力を低減することにより、油圧ポンプを駆動する動力源としてのエンジンの動力消費を抑え、燃費の向上を図ることができる。このことを実現するため、油圧アクチュエータから排出される圧油を再生すると同時に油圧ポンプの吐出流量を低減し、油圧ポンプの動力を低減することで燃費の向上を実現する再生回路が知られており、例えばその一例が特許文献１に記載されている。特許文献１においては、アームが自由落下方向に作動する場合は、油圧ポンプの吐出流量を最小にしつつアームシリンダ
のロッド側から排出される圧油をアームシリンダのボトム側に再生するように制御し、それ以外では油圧ポンプを通常の吐出流量にしつつ、再生を解除するように制御することが提案されている。
特開２０１１－２２０３５６号公報
　特許文献１に記載されているように、アームの作動方向を測定して油圧ポンプ出力を低減することができる。しかし、特許文献１に記載されているシステムでは、アームが水平に近い状態でアームを巻き込む方向に作動させた場合にはアームシリンダのロッド側から排出される圧油の流量（再生流量）が多く、鉛直に近づくにつれて再生流量が少なくなる。そのため、動作中にアームシリンダのボトム側に流入する圧油の流量が大きく変動してシリンダ速度が変動し、操作性が悪化する可能性がある。また、アームが鉛直方向下向きとなり、再生流量が零となる再生の切り替え時に、油圧ポンプの吐出流量が増大し、アームシリンダに流入する圧油の量が大きく変動してシリンダ速度が変動し、操作性が悪化する可能性がある。更に、フロント作業機の先端が重い場合に油圧ポンプの吐出流量を低減すると、アームシリンダのボトム側の圧力が負の値になってキャビテーションが発生し、アームシリンダを意図した速度に制御できなくなる。その結果、操作性が悪化してしまう。
　特許文献１に記載されているシステムは、アームシリンダのロッド側から排出された圧油を同じアクチュエータであるアームシリンダのボトム側に供給して再生するものであるが、アームシリンダとは別のアクチュエータにアームシリンダのロッド側から排出された圧油を再生する油圧システムにおいても、同様の問題が発生する。
　本発明は上述の事柄に基づいてなされたものであり、その目的は、フロントパーツが自由落下方向に動作し、そのフロントパーツを駆動するアクチュエータから排出された圧油を再生するとき、フロントパーツの姿勢の変化による再生流量の変動に係わらず、再生流量が流入するアクチュエータの速度変動を抑制し、操作性を向上することができる油圧システムを備えた作業機械を提供することである。
　本発明は、上記目的を達成するために、複数のフロントパーツで構成され、前記複数のフロントパーツはそれぞれ車体或いは他のフロントパーツと回動可能に連結されたフロント作業機と、前記複数のフロントパーツを駆動する複数のアクチュエータを備えた油圧システムとを備え、前記複数のフロントパーツは、自由落下方向に動作し得る第１フロントパーツを含み、前記複数のアクチュエータは前記第１フロントパーツを駆動する油圧シリンダタイプの第１アクチュエータを含み、前記油圧システムは、前記第１アクチュエータの圧油排出側から排出された圧油を第２アクチュエータの圧油供給側に供給する再生回路と、前記再生回路の再生状態を制御する再生制御装置と、前記第２アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプと、前記油圧ポンプの吐出流量を制御するポンプ流量制御装置とを備えた作業機械において、前記第１フロントパーツの姿勢情報を取得する姿勢情報取得装置と、前記姿勢情報取得装置によって取得した前記第１フロントパーツの姿勢情報に基づいて前記再生制御装置及び前記ポンプ流量制御装置を制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記姿勢情報取得装置によって取得した前記第１フロントパーツの姿勢情報に基づいて、前記第１フロントパーツが自由落下方向に動作するとき、前記再生制御装置を制御して前記再生回路によって再生を行わせる再生制御演算部と、前記再生制御演算部が前記再生制御装置を制御して再生を行わせるとき、前記姿勢情報取得装置によって取得した前記第１フロントパーツの姿勢情報に基づいて、前記第１フロントパーツの向きが鉛直下向きに近づくにしたがって前記油圧ポンプの吐出流量が連続的に増加するよう前記ポンプ流量制御装置を制御するポンプ流量制御演算部とを有するものとする。
　このようにコントローラに再生制御演算部とポンプ流量制御演算部を設け、再生制御演算部が再生制御装置を制御して再生を行わせるとき、ポンプ流量制御演算部が、姿勢情報取得装置によって取得した第１フロントパーツの姿勢情報に基づいて、第１フロントパーツの向きが鉛直下向きに近づくにしたがって油圧ポンプの吐出流量が連続的に増加するようポンプ流量制御装置を制御することにより、フロントパーツが自由落下方向に動作し、そのフロントパーツを駆動するアクチュエータから排出された圧油を再生するとき、フロントパーツの姿勢の変化による再生流量の変動に係わらず、再生流量が流入するアクチュエータの速度変動を抑制し、操作性を向上することができる。
　本発明によれば、フロントパーツが自由落下方向に動作し、そのフロントパーツを駆動するアクチュエータから排出された圧油を再生するとき、フロントパーツの姿勢の変化による再生流量の変動に係わらず、キャビテーションを防止しながら再生流量が流入するアクチュエータの速度変動を抑制し、操作性を向上することができる。
本発明の第１の実施の形態の作業機械に備えられた油圧システムであって、操作レバーに入力がない場合を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の作業機械に備えられた油圧システムであって、操作レバーにアームダンプ方向の入力がある場合を示す図である。る。 本発明の第１の実施の形態の作業機械に備えられた油圧システムであって、操作レバーにアームクラウド方向の入力がある場合を示す図である。 再生弁が遮断位置にあって再生回路が再生状態にある場合の再生流量と油圧ポンプの吐出流量の関係を示す図である。 水平面に対するアームの角度とアームシリンダのボトム側室の圧力の関係を示す図である。 コントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。 再生制御演算部の処理フローを示すフローチャートである。 方向制御弁のメータイン開口面積特性を示す図である。 ポンプ流量制御演算部の処理内容を示す機能ブロック図である。 操作ポートの圧力と油圧ポンプの基準ポンプ流量との関係を示す図である。 ポンプ流量低減量演算部の演算に用いるアーム角度とポンプ流量低減量との関係を示す図である。 流量低減無効演算部の処理フローを示すフローチャートである。 重いアタッチメントを取り付けた状態で油圧ポンプの吐出流量を低減した場合の、油圧ポンプの吐出圧とアームシリンダのボトム側室の圧力の関係を示している。 本発明の第２の実施の形態の作業機械に備えられた油圧システムであって、操作レバーに入力がない場合を示す図である。 流量低減無効演算部の処理フローを示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態の作業機械に備えられた油圧システムであって、操作レバーに入力がない場合を示す図である。 コントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。 アーム角度演算部におけるアームの姿勢情報（アーム角度）の演算内容を説明するための図である。 本発明の第４の実施の形態の作業機械に備えられた油圧システムであって、操作レバーにアームクラウド方向の入力がある場合を示す図である。 コントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。 本発明の第５の実施の形態の作業機械に備えられた油圧システムのアームシリンダに係わる回路部分であって、操作レバーに入力がない場合を示す図である。 本発明の第５の実施の形態の作業機械に備えられた油圧システムのバケットシリンダに係わる回路部分であって、操作レバーに入力がない場合を示す図である。 コントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。 再生制御演算部の処理フローを示すフローチャートである。 ポンプ流量制御演算部の処理内容を示す機能ブロック図である。 本発明の第６の実施の形態の作業機械に備えられた油圧システムにおけるコントローラのポンプ流量制御演算部の処理内容を示す機能ブロック図である。 ポンプ流量低減量演算部の処理の考え方を示す概念図である。 ポンプ流量低減量演算部の処理内容を示す機能ブロック図である。 作業機械（建設機械）の一例である油圧ショベルの外観を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
　＜第１の実施の形態＞
　本発明の第１の実施の形態による作業機械を図１～図１３及び図２９を用いて説明する。
　図２９は、作業機械（建設機械）の一例である油圧ショベルの外観を示す図である。
　油圧ショベルは下部走行体２０１と上部旋回体２０２とフロント作業機２０３を備えている。下部走行体２０１と上部旋回体２０２は車体を構成する。下部走行体２０１は左右のクローラ式走行装置２０１a，２０１b（片側のみ図示）を有し、クローラ式走行装置２０１a，２０１bは左右の走行モータ２０１c，２０１d（片側のみ図示）により駆動される。上部旋回体２０２は下部走行体２０１上に旋回可能に搭載され、旋回モータ２０２ａにより旋回駆動される。フロント作業機２０３は上部旋回体２０２の前部に俯仰可能に取り付けられている。上部旋回体２０２にはキャビン（運転室）２０２ｂが備えられ、キャビン２０２ｂ内には運転席や、運転席の左右に位置するフロント及び旋回用の操作レバー装置、運転席の前側に位置する走行用の操作レバー／ペダル装置等の操作装置が配置されている。
　フロント作業機２０３は、ブーム２０５、アーム１６、バケット３５の複数のフロントパーツを有する多関節構造であり、ブーム２０５は上部旋回体２０２（車体）に対して上下方向に回動可能に連結され、アーム１６はブーム２０５に対して上下及び前後方向に回動可能に連結され、バケット３５はアーム１６に対して上下及び前後方向に回動可能に連結されている。また、ブーム２０５はブームシリンダ３４の伸縮により上部旋回体２０２に対して回動し、アーム１６はアームシリンダ９の伸縮によりブーム２０５に対して回動し、バケット３５はバケットシリンダ１８の伸縮によりアーム１６に対して回動する。
　図１は、本発明の第１の実施の形態の作業機械に備えられた油圧システムを示す図である。なお、図１は、アームシリンダ９に係わる回路部分だけを示しており、図示の簡略化のため、アームシリンダ９以外のアクチュエータ（図１に示すブームシリンダ３４、バケットシリンダ１８、旋回モータ２０２a、左右の走行モータ２０１c，２０１d）に係わる回路部分の図示を省略している。
　図１において、本実施の形態における油圧システムは、エンジン５０と、このエンジン５０により駆動される可変容量型の油圧ポンプ１と、油圧ポンプ１の吐出流量を制御するポンプ流量制御装置２０と、油圧ポンプ１の圧油供給管路２に接続された方向制御弁４と、アーム１６を駆動する上述したアームシリンダ９と、方向制御弁４をアームシリンダ９のボトム側室９bに接続するボトム管路５と、方向制御弁４をアームシリンダ９のロッド側室９rに接続するロッド管路６と、方向制御弁４をタンク１５に接続するセンタバイパス管路７と、方向制御弁４をタンク１５に接続するタンク管路８と、タンク管路８に配置された再生制御装置である電磁弁タイプの再生弁１２と、再生弁１２の上流側においてタンク管路８を圧油供給管路２に接続する再生管路１０と、再生管路１０に配置され、タンク管路８から圧油供給管路２には圧油が流れ、逆方向の圧油の流れは阻止するチェック弁１１とを備えている。
　アーム１６には、アーム１６の姿勢情報を取得する姿勢情報取得装置として、水平面からのアーム１６の角度を測定するための慣性計測装置（IMU）３１が取り付けられている。この慣性計測装置３１は、３次元の角速度と加速度が測定できる装置であり、それらの情報を用いて水平面に対するアーム１６の角度を求めることができる。
　また、油圧システムは、図２９に示したキャビン２０２ｂ内に配置された操作装置の１つである操作レバー装置２１を備え、操作レバー装置２１は操作レバー２１aと、操作レバー２１aの基端部に取り付けられたパイロット弁１３とで構成されている。パイロット弁１３は、パイロット管路２２を介して方向制御弁４のアームクラウド方向作動の操作ポート４cに、パイロット管路２３を介してアームダンプ方向作動の操作ポート４dにそれぞれ接続されており、操作レバー２１aの操作量に応じた圧力が、パイロット弁１３から方向制御弁４の操作ポート４cあるいは操作ポート４dへと導かれる。
　圧油供給管路２には、油圧ポンプ１の吐出圧を取得する圧力情報取得装置として、油圧ポンプ１の吐出圧を測定するための圧力センサ３が取り付けられている。
　パイロット管路２２には、アームシリンダ９の作動方向を取得する作動方向情報取得装置及びオペレータの操作に基づく操作レバー装置２１の操作量を取得する操作量情報取得装置として、操作ポート４cに伝えられる圧力を検出するための圧力センサ１４が取り付けられている。
　圧力センサ３と圧力センサ１４と慣性計測装置３１はコントローラ１９に電気的に接続され、コントローラ１９はポンプ流量制御装置２０と再生弁１２のソレノイドに電気的に接続されている。コントローラ１９は、プログラムが組み込まれたCPU１９aを有し、コントローラ１９に入力された圧力センサ３と圧力センサ１４と慣性計測装置３１の検出値に対して、そのプログラムに基づいて所定の演算処理を行い、ポンプ流量制御装置２０と再生弁１２のソレノイドに制御信号を生成する。
　アーム１６は自由落下方向に動作し得る第１フロントパーツであり、アームシリンダ９はその第１フロントパーツ（アーム１６）を駆動するための油圧シリンダタイプの第１アクチュエータである。ここで、「自由落下方向」とは、アーム１６がアーム１６とバケット３５の重量（バケット３５が土砂を保持している場合は、土砂の重量を含む）によりブーム２０５との回動支点回りに鉛直方向下向きに向けて自由落下する動作方向を意味し、「アーム１６が自由落下方向に動作する」は「アーム１６が鉛直方向下向きに向けて動作する」と言い換えることもできる。
　また、本実施の形態において、再生管路１０とチェック弁１１は、第１アクチュエータ（アームシリンダ９）の圧油排出側（ロッド側室９r）から排出された圧油を第２アクチュエータの圧油供給側に供給する再生回路４１を構成する。本実施の形態において、第２アクチュエータは第１アクチュエータと同じアクチュエータ（アームシリンダ９）であり、アームシリンダ９は第１アクチュエータと第２アクチュエータを兼ねている。また、再生弁１２は、再生回路４１の再生状態を制御する再生制御装置を構成する。
　次に、本実施の形態の基本動作について、図１から図３を用いて説明する。
　図１は、操作レバー２１aに入力がなく、方向制御弁４を介して圧油供給管路２とセンタバイパス管路７が連通し、かつ再生弁１２が連通位置にある場合を示している。この場合、油圧ポンプ１からの圧油は圧油供給管路２を通り、方向制御弁４を通ってセンタバイパス管路７に流れ、その後タンク１５に戻される。
　図２は、操作レバー２１aのアームダンプ方向の入力で方向制御弁４の操作ポート４dに伝わる圧力が増加し、圧油供給管路２とロッド管路６が連通し、ボトム管路５とタンク管路８が連通し、かつ再生弁１２が連通位置にある場合を示している。この場合、油圧ポンプ１からの圧油は圧油供給管路２を通り、方向制御弁４を通ってロッド管路６に流れてアームシリンダ９のロッド側室９rに流入する。それと同時に、アームシリンダ９のボトム側室９bから排出された圧油はボトム管路５を通り、方向制御弁４を通ってタンク管路８に送られる。ここで、再生弁１２が連通位置にあるため、タンク管路８の圧油は再生弁１２を通ってタンク１５へと戻される。
　図３は、操作レバー２１aのアームクラウド方向の入力で方向制御弁４の操作ポート４cにかかる圧力が増加し、圧油供給管路２とボトム管路５が連通し、ロッド管路６とタンク管路８が連通し、かつ再生弁１２が遮断位置にある場合を示している。この場合、油圧ポンプ１からの圧油は圧油供給管路２を通り、方向制御弁４を通ってボトム管路５に流れてアームシリンダ９のボトム側室９bに流入する。それと同時に、アームシリンダ９のロッド側室９rから排出された圧油はロッド管路６を通り、方向制御弁４を通ってタンク管路８に送られる。ここで、再生弁１２が遮断位置にあるため、タンク管路８の圧油は再生管路１０とチェック弁１１を通って油圧ポンプ１の圧油供給管路２へと再生される。再生弁１２は、アーム１６が重力で自由落下方向に動作する場合は遮断位置にあり、そうでない場合には連通位置に切り換わるように制御される。再生弁１２が連通位置にある場合は、タンク管路８の圧油は再生弁１２を通ってタンク１５へと戻される。
　次に、図３のように再生弁１２が遮断位置にあって再生回路４１が再生状態にある場合の再生流量と油圧ポンプ１の吐出流量の関係を、図４を用いて説明する。図４のグラフの縦軸は流量、横軸は水平面に対するアーム１６の角度である。点線は油圧ポンプ１の吐出流量、破線は再生流量、実線はその合計流量である。図４に示されるように、アーム１６の角度が水平に近いほど再生流量は増加し、アーム１６の角度が鉛直に近いほど再生流量は減少する。本実施の形態では、それに合わせて、アーム１６の角度が水平に近いほど油圧ポンプ１の吐出流量を減少させ、アーム１６の角度が鉛直に近いほど油圧ポンプ１の吐出流量を増加させるよう制御することで、アームシリンダ９のボトム側室９bに流入する流量の変化を小さくする。
　次に、本実施の形態において、油圧ポンプ１の吐出流量の低減制御を行わない条件について説明する。
　まず、操作レバー２１aへの入力がなく方向制御弁４の操作ポート４cに圧力が導かれていない条件１と、再生回路４１による再生が行われていない条件２においては、油圧ポンプ１の吐出流量の低減制御を行わない。また、キャビテーションが発生する可能性がある条件３においても油圧ポンプ１の吐出流量の低減制御を行わない。ここで、キャビテーションが発生する可能性がある条件３について、図５を用いて説明する。
　図５は、水平面に対するアーム１６の角度とアームシリンダ９のボトム側室９bの圧力の関係を示している。点線はフロント作業機２０３に通常のバケット３５が取り付けられていてかつ油圧ポンプ１の吐出流量を低減しなかった場合（操作レバー２１aの操作量に応じて油圧ポンプ１の吐出流量が増大するよう制御される場合）、破線はバケット３５に代えて重いアタッチメントが取り付けられていてかつ油圧ポンプ１の吐出流量を低減しなかった場合、実線は重いアタッチメントが取り付けられていてかつ油圧ポンプ１の吐出流量を低減した場合を、それぞれ示している。
　油圧ポンプ１の吐出流量を低減した場合は、低減しなかった場合よりもアームシリンダ９のボトム側室９bの圧力は低下する。また、重いアタッチメントが取り付けられている場合は、通常のバケットが取り付けられている場合よりもアームシリンダ９にかかる外力が大きくなるので、アームシリンダ９のボトム側室９bの圧力が更に低下する。
　そのため、図５の長円で囲んだ部分のように、重いアタッチメントが取り付けられていてかつ油圧ポンプ１の吐出流量を低減した場合は、アームシリンダ９のボトム側室９bの圧力が負の値になり、キャビテーションが発生する可能性がある。
　そこで、図５の長円で囲んだ部分の範囲では油圧ポンプ１の吐出流量を低減せずに破線上を推移させ、長円で囲んだ部分以外の範囲では油圧ポンプ１の吐出流量を低減して実線上を推移させるよう制御することで、燃費を低減しつつキャビテーションを防止することができる。
　以上のように本実施の形態においては、油圧ポンプ１の吐出流量を低減するとアームシリンダ９のボトム側室９bの圧力が負の値になるときには、油圧ポンプ１の吐出流量の低減制御を行わないものとする。
　なお、本実施の形態の場合は、アームシリンダ９のボトム側室９bの圧力を直接計測していないが、図３の状態では、アームシリンダ９のボトム側室９bの圧力と、方向制御弁４を介してボトム管路５と接続している圧油供給管路２の圧力とが所定の関係にあるため、圧油供給管路２の圧力を測定する圧力センサ３の値を用いることで、アームシリンダ９のボトム側室９bの圧力の判定が可能となる。
　次に、コントローラ１９の処理内容を、図６の機能ブロック図を用いて説明する。
　コントローラ１９は、再生制御演算部１９bとポンプ流量制御演算部１９cの機能を備えている。
　再生制御演算部１９bは、慣性計測装置３１からアーム１６の姿勢情報であるアーム角度情報を、圧力センサ１４から操作ポート４cの圧力情報（作動方向情報）を、それぞれ入力し、再生弁１２の励磁目標値を演算する。そしてその目標値の信号を、再生弁１２のソレノイドとポンプ流量制御演算部１９cに出力する。
　ポンプ流量制御演算部１９cは、慣性計測装置３１からアーム角度情報を、再生制御演算部１９bから再生弁１２のソレノイドの励磁目標値情報を、圧力センサ１４から方向制御弁４の操作ポート４cの圧力情報（操作量情報）を、圧力センサ３から油圧ポンプ１の吐出圧情報を、それぞれ入力し、油圧ポンプ１の吐出流量目標値を演算する。そしてその目標値の信号を、ポンプ流量制御装置２０に出力する。
　次に、再生制御演算部１９bの処理内容を、図７と図８を用いて説明する。
　図７は再生制御演算部１９bの処理フローを示しており、例えばコントローラ１９が動作している間、所定の演算サイクルでその処理フローが繰り返される。
　コントローラ１９が起動されると、ステップS１０１において再生制御演算部１９bの演算処理がスタートする。
　まず、再生制御演算部１９bは、ステップS１０２において、操作ポート４cの圧力が所定の閾値以上かを判定する。この判定は、アーム１６が自由落下方向に動作しているかどうかを判定するものであり、操作ポート４c圧が所定の閾値以上であった場合、ステップS１０２においてYesと判定し、ステップS１０３の処理へと進む。
　ステップS１０３では、アーム１６の姿勢が鉛直方向下向きまで達していないかを判定する。アーム１６の姿勢が鉛直方向下向きまで達していない場合、ステップS１０４の処理へと進む。
　ステップS１０４では、アームシリンダ９の再生制御を行うと判定する。この場合、再生制御演算部１９bは再生弁１２のソレノイドを励磁するための励磁目標値を演算し、その信号を出力する。
　ステップS１０２又はS１０３でNoと判定された場合、ステップS１０５の処理へと進む。ステップS１０５では、アームシリンダ９の再生制御を行わないと判定する。この場合、再生制御演算部１９bは再生弁１２のソレノイドを励磁しない励磁目標値を演算し、その信号を出力する。
　次に、図７のステップS１０２における所定の閾値について、図８を用いて説明する。図８は方向制御弁４のメータイン開口面積特性を示している。横軸は操作ポート４cの圧力、縦軸はメータイン開口面積を表している。
　操作ポート４cの圧力が図中の値Pth1以上になると、方向制御弁４のメータイン開口は０ではなくなり、ボトム管路５を介してアームシリンダ９のボトム側室９bに圧油が供給される。よって、所定の閾値をPth1とする。
　次に、ポンプ流量制御演算部１９cの処理内容を、図９と図１０と図１１と図１２を用いて説明する。
　図９はポンプ流量制御演算部１９cの処理内容を示す機能ブロック図である。
　ポンプ流量制御演算部１９cは、基準ポンプ流量演算部２４、流量低減無効演算部２５、ポンプ流量低減量演算部２６、乗算部３７、減算部３８の機能を有している。
　まず、基準ポンプ流量演算部２４は、操作ポート４cの圧力を入力し、油圧ポンプ１の基準ポンプ流量を演算する。図１０は操作ポート４cの圧力と油圧ポンプ１の基準ポンプ流量との関係を示す図である。基準ポンプ流量は、操作ポート４cの圧力が上昇するにしたがって増加するように設定されている。基準ポンプ流量演算部２４は、そのような操作ポート４cの圧力と油圧ポンプ１の基準ポンプ流量との関係を記憶したテーブルを有し、操作ポート４cの圧力をそのテーブルに入力し、油圧ポンプ１の基準ポンプ流量を演算する。
　次に、ポンプ流量低減量演算部２６は、水平面に対するアームの角度を入力し、油圧ポンプ１の吐出流量の低減量を演算する。図１１は、図９のポンプ流量低減量演算部２６の演算に用いるアーム角度とポンプ流量低減量との関係を示している。ポンプ流量低減量は、アーム１６の角度が水平に近いほど大きく、鉛直方向下向きに近いほど小さくなり、鉛直方向下向きになると０になるように設定されている。ポンプ流量低減量演算部２６は、そのような関係を記憶したテーブルを有し、アームの角度を入力し、油圧ポンプ１の吐出流量の低減量を演算する。このようにすることで、アーム１６が水平に近く、再生管路１０を流れる圧油の量が多いときに油圧ポンプ１の吐出流量が低減され、油圧ポンプ１の出力が下がることで燃費が向上する。また、アームが鉛直方向下向きに達し、再生弁１２のソレノイドが非励磁状態になって再生管路１０を流れる圧油の流量がなくなっても、油圧ポンプ１の吐出流量が連続的に増加するため速度が下がりにくくなる。
　次に、流量低減無効演算部２５は、油圧ポンプ１の吐出圧と再生弁１２の励磁目標値を入力し、油圧ポンプ１の吐出流量の低減無効演算を行う。このとき、油圧ポンプ１の吐出流量の低減を無効にする場合は０を出力し、無効にしない場合は１を出力する。
　図１２は、図９の流量低減無効演算部２５の処理フローを示している。これは、例えばコントローラ１９が動作している間、所定の演算サイクルでその処理フローが繰り返される。
　コントローラ１９が起動されると、ステップS２０１において流量低減無効演算部２５の演算処理がスタートする。
　まず、流量低減無効演算部２５はステップS２０３において、油圧ポンプ１の吐出圧が所定の閾値以上かを判定する。これは、アームシリンダ９のボトム側室９bの圧力が負の値になってキャビテーションが発生しないようにするための判定である。油圧ポンプ１の吐出圧が所定の閾値以上であった場合、ステップS２０３においてYesと判定し、ステップS２０４の処理へと進む。
　ステップS２０４では、再生弁１２のソレノイドが励磁されているかを判定する。再生弁１２のソレノイドを励磁する信号を入力している場合、ステップS２０４においてYesと判定し、ステップS２０５の処理へと進む。ステップS２０３，S２０４のいずれかでNoと判定された場合、ステップS２０６の処理へと進む。
　ステップS２０５では、油圧ポンプ１の吐出流量の低減を行うと判定し、１を出力する。ステップS２０６では、油圧ポンプ１の吐出流量の低減を行わないと判定し、０を出力する。
　次に、図１２におけるステップS２０３の所定の閾値について、図１３を用いて説明する。
　図１３は、重いアタッチメントを取り付けた状態で油圧ポンプ１の吐出流量を低減した場合の、油圧ポンプ１の吐出圧とアームシリンダ９のボトム側室９bの圧力の関係を示している。配管損失により、アームシリンダ９のボトム側室９bの圧力は油圧ポンプ１の吐出圧より小さい値になる。その圧力差の値がΔP1であるとすると、アームシリンダ９のボトム側室９bの圧力が0MPaになるときの油圧ポンプ１の吐出圧はΔP1になる。この値ΔP1を所定の閾値とする。
　以上のようにポンプ流量低減量演算部２６で油圧ポンプ１の吐出流量の低減量を演算し、流量低減無効演算部２５で油圧ポンプ１の吐出流量の低減無効演算を行った後、ポンプ流量低減量演算部２６の出力と流量低減無効演算部２５の出力を乗算部３７で掛け合わせ、その値を減算部３８において、基準ポンプ流量演算部２４の出力値から差し引く。この値が最終的な油圧ポンプ１の吐出流量の目標値となる。
　以上のように構成した本実施の形態においては、アーム１６の角度が水平に近いときには油圧ポンプ１の吐出流量を低減し、アーム１６の角度が鉛直方向下向きに近づくにつれて油圧ポンプ１の吐出流量を連続的に増加させるよう制御することにより、油圧ポンプ１の出力を下げて燃費を向上させつつ、アーム１６の速度低下を抑えて操作性を保つことができる。
　また、フロント作業機２０３に重いアタッチメントが取り付けられている場合でも、油圧ポンプ１の吐出圧が所定の閾値以上でない場合は油圧ポンプ１の吐出流量の低減を行わないため、アームシリンダ９のボトム側室９bの圧力が負の値にならず、燃費を低減しつつキャビテーションを防止することができる。
　なお、図７のステップS１０２において、圧力センサ１４の代わりに慣性計測装置３１からのアーム角度の情報を用いて、アーム１６が自由落下方向に動作している（鉛直方向下向きに向けて動作している）かどうかを判定することもできる。その場合は、図６の再生制御演算部１９bには操作ポート４cの圧力の代わりに慣性計測装置３１からアーム角度が入力される。また、図７のステップS１０３において、慣性計測装置３１からのアーム角度の情報を用いて、例えば１ステップ前のアーム角度と現在のアーム角度を比較し、アーム１６が鉛直方向下向きに向けて動作しているかどうかを判定する。これにより図６の再生制御演算部１９bでは、操作ポート４cの圧力を用いず、慣性計測装置３１からの情報だけを用いてアームシリンダ９の再生制御を行うかどうかを判定することができる。
　また、圧力センサ１４の代わりに方向制御弁４のストローク量を測るストロークセンサ（移動量測定装置）からの情報を用いて、アーム１６が自由落下方向に動作しているかどうかを判定することもできる。その場合、図６の再生制御演算部１９bには操作ポート４cの圧力の代わりに方向制御弁４のストローク量が入力される。また、図７のステップS１０３において、方向制御弁４のストローク量を用いてアーム１６が鉛直方向下向きに向けて動作しているかどうかを判定する。
　更に、操作レバー装置２１が操作レバー２１aの操作量に応じた電気信号を出力する電気式であり、コントローラ１９において方向制御弁４の移動量の指令値が演算される場合は、その指令値を用いてアーム１６の動作方向を判定することもできる。その場合、図６の再生制御演算部１９bには操作ポート４cの圧力の代わりに方向制御弁４の移動量の指令値が入力される。また、図７のステップS１０３において、方向制御弁４の移動量の指令値が閾値以上かどうかを判定することで、アーム１６が鉛直方向下向きに向けて動作しているかどうかを判定する。
　＜第２の実施の形態＞
　本発明の第２の実施の形態による作業機械の油圧システムを図１４及び図１５を用いて説明する。なお、第１の実施の形態と同様の個所については説明を省略する。
　図１４に示す本実施の形態において、第１の実施の形態と異なる個所は、圧油供給管路２に取り付けられている圧力センサ３の代わりに、アームシリンダ９（第１アクチュエータ）の圧油流入側の圧力を取得する圧力情報取得装置として、アームシリンダ９のボトム側室６bの圧力を測定するための圧力センサ３０がボトム管路５に取り付けられている点である。圧力センサ３０は、コントローラ１９に電気的に接続されている。
　図１５は、第２の実施の形態における流量低減無効演算部２５の処理フローを示している。図１５において、第１の実施の形態の図１２と異なるのは、ステップS２０３がステップS２０７に置き換わっていることである。ステップS２０３では、油圧ポンプ１の吐出圧が所定の閾値以上かを判定していたが、ステップS２０７では圧力センサ３０で測定したアームシリンダ９のボトム圧が所定の閾値（例えば0MPa）以上かを判定している。これにより、第１の実施の形態よりもキャビテーションの発生条件をより正確に検知することができる。
　本実施の形態によると、第１の実施の形態よりもアームシリンダ９のボトム側室９bの圧力をより正確に測定できるため、キャビテーションをより効率的に回避することができる。
　＜第３の実施の形態＞
　本発明の第３の実施の形態による作業機械の油圧システムを図１６から図１８を用いて説明する。なお、第１の実施の形態と同様の個所については説明を省略する。
　まず、第３の実施の形態の構成について、図１６を用いて説明する。第１の実施の形態と異なる個所は、姿勢情報取得装置として、アーム１６に取り付けられた慣性計測装置３１の代わりに、水平面に対する車体（下部走行体２０１と上部旋回体２０２）の角速度を測定する角速度センサ２７と、車体とブームとのなす角度を測定する角度センサ２８と、ブームとアームのなす角度を測定する角度センサ２９とが取り付けられている点である。角速度センサ２７は、各時点における車体の角速度を検出し、それを積分することで水平面に対する車体の角度を求めるものである。角速度センサ２７、角度センサ２８、角度センサ２９は、それぞれコントローラ１９と電気的に接続されている。
　次に、コントローラ１９の処理内容について、図１７を用いて説明する。第１の実施の形態と異なるのは、コントローラ１９がアーム角度演算部１９dを更に備え、慣性計測装置３１から入力される姿勢情報の代わりに、角速度センサ２７、角度センサ２８、角度センサ２９からの情報が入力され、それらを用いてアーム角度演算部１９dでアームの姿勢情報が演算されている点である。再生制御演算部１９b及びポンプ流量制御演算部１９cは、アーム角度演算部１９dから出力されるアーム１６の姿勢情報を基にして、第１の実施の形態と同様の演算を行う。
　次に、アーム角度演算部１９dの演算内容について、図１８を用いて説明する。アーム角度演算部１９dでは、角速度センサ２７から水平面に対する車体の傾きθbody、角度センサ２８から車体とブーム２０５の連結点とアーム１６とブーム２０５の連結点がなす直線と車体との角度θB、角度センサ２９からアーム１６とブーム２０５の連結点とアーム１６とバケット３５の連結点がなす直線と車体とブームの連結点とアーム１６とブーム２０５の連結点がなす直線のなす角度θAを取得する。このとき、図１６に記載している式（１）により、水平面に対するアームの角度θArmを求めることができる。
　本実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
　＜第４の実施の形態＞
　本発明の第４の実施の形態による作業機械の油圧システムを図１９及び図２０を用いて説明する。なお、第１の実施の形態と同様の個所については説明を省略する。
　まず、第４の実施の形態の構成について、図１９を用いて説明する。第１の実施の形態と異なる個所は、姿勢情報取得装置として、アーム１６に取り付けられた慣性計測装置３１の代わりに、水平面に対する車体（下部走行体２０１と上部旋回体２０２）の角速度を測定する角速度センサ２７と、ブームシリンダ３４のストローク長を測定するためのストロークセンサ３２と、アームシリンダ９のストローク長を測定するためのストロークセンサ３３とが取り付けられている点である。角速度センサ２７とストロークセンサ３２，３３は、それぞれコントローラ１９と電気的に接続されている。
　次に、コントローラ１９の処理内容について、図２０を用いて説明する。第１の実施の形態と異なるのは、コントローラ１９がアーム角度演算部１９dを更に備え、慣性計測装置３１からの姿勢情報の代わりに、角速度センサ２７、ストロークセンサ３２、ストロークセンサ３３からの情報が入力され、それらを用いてアーム角度演算部１９dでアームの姿勢情報が演算されている点である。再生制御演算部１９b及びポンプ流量制御演算部１９cは、アーム角度演算部１９dから出力されるアーム１６の姿勢情報を基にして、第１の実施の形態と同様の演算を行う。
　次に、アーム角度演算部１９dの演算内容について説明する。アーム角度演算部１９dでは、あらかじめ、ストロークセンサ３２の出力値と図１８の角度θBの関係、及びストロークセンサ３３と図１８の角度θAとの関係を求めておく。そして動作中、ストロークセンサ３２，３３の実測値から角度θB，θAを求めるとともに、角速度センサ２７から図１８の車体の傾きθbodyを取得する。そして、図１８の式（１）を用いて水平面に対するアームの角度θArmを求める。
　本実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
　＜第５の実施の形態＞
　本発明の第５の実施の形態による作業機械の油圧システムを図２１から図２４を用いて説明する。なお、第１の実施の形態と同様の個所については説明を省略する。
　まず、第５の実施の形態の油圧システムの回路構成について、図２１及び図２２を用いて説明する。図２１は、油圧システムのアームシリンダ９に係わる回路部分を示す図であり、図２２は、油圧システムのバケットシリンダ１８に係わる回路部分を示す図である。
　本実施の形態において、第１の実施の形態と異なる点は、再生回路７１の設置位置である。
　すなわち、本実施の形態における油圧システムは、図２１に示す再生弁１２の上流側においてタンク管路８を図２２に示す油圧ポンプ１０１の圧油供給管路１０２に接続する再生管路６０と、再生管路６０に配置され、タンク管路８から圧油供給管路１０２には圧油が流れ、逆方向の圧油の流れは阻止するチェック弁６１とを備え、再生管路６０とチェック弁６１とで再生回路７１を構成している。
　また、図２２に示すように、本実施の形態における油圧システムは、エンジン５０により駆動される可変容量型の上述した油圧ポンプ１０１と、油圧ポンプ１０１の吐出流量を制御するポンプ流量制御装置１２０と、油圧ポンプ１０１の圧油供給管路１０２に接続された方向制御弁１０４と、図２９に示したバケット３５を駆動するバケットシリンダ１８と、方向制御弁４をバケットシリンダ１８のボトム側室１８bに接続するボトム管路１０５と、方向制御弁１０４をバケットシリンダ１８のロッド側室９rに接続するロッド管路１０６と、方向制御弁１０４をタンク１５に接続するセンタバイパス管路１０７と、方向制御弁１０４をタンク１５に接続するタンク管路１０８とを備えている。
　また、本実施の形態における油圧システムは、図２９に示したキャビン２０２ｂ内に配置された操作装置の１つである操作レバー装置１２１を備え、操作レバー装置１２１は操作レバー１２１aと、操作レバー１２１aの基端部に取り付けられたパイロット弁１１３とで構成されている。パイロット弁１１３は、パイロット管路１２２を介して方向制御弁１０４のバケットクラウド方向作動の操作ポート１０４cに、パイロット管路１２３を介してバケットダンプ方向作動の操作ポート１０４dにそれぞれ接続されており、操作レバー１２１aの操作量に応じた圧力が、パイロット弁１１３から方向制御弁１０４の操作ポート１０４cあるいは操作ポート１０４dへと導かれる。
　圧油供給管路１０２には、油圧ポンプ１０１の吐出圧を取得する圧力情報取得装置として、油圧ポンプ１０１の吐出圧を測定するための圧力センサ１０３が取り付けられている。
　パイロット管路１２２には、バケットシリンダ１８方向を取得する作動方向情報取得装置及びオペレータの操作に基づく操作レバー装置１２１の操作量を取得する操作量情報取得装置として、操作ポート１０４cに伝えられる圧力を検出するための圧力センサ１１４が取り付けられている。
　圧力センサ１０３と圧力センサ１１４は、図２１に示した圧力センサ１４及び慣性計測装置３１とともにコントローラ１９に電気的に接続され、コントローラ１９はポンプ流量制御装置１２０と再生弁１２のソレノイドに電気的に接続されている。コントローラ１９は、プログラムが組み込まれたCPU１９aを有し、圧力センサ１０３と圧力センサ１４，１１４と慣性計測装置３１の検出値を入力し、そのプログラムに基づいて所定の演算処理を行い、ポンプ流量制御装置１２０と再生弁１２のソレノイドに制御信号を出力する。
　再生管路６０とチェック弁６１で構成される再生回路７１は、第１アクチュエータであるアームシリンダ９の圧油排出側（ロッド側室９r）から排出された圧油を第２アクチュエータであるバケットシリンダ１８の圧油供給側（ボトム側室１８b）に供給する。すなわち、本実施の形態において、第２アクチュエータは、第１フロントパーツであるアーム１６と別の第２フロントパーツであるバケット３５を駆動する、第１アクチュエータとは別のアクチュエータ（バケットシリンダ１８）である。
　次に、コントローラ１９の処理内容を、図２３の機能ブロック図を用いて説明する。
　第１の実施の形態におけるコントローラ１９と異なるのは、再生制御演算部１９bとポンプ流量制御演算部１９cが再生制御演算部１１９bとポンプ流量制御演算部１１９cに置き換わり、操作ポート１０４cの圧力情報が再生制御演算部１１９bに追加で入力され、ポンプ流量制御演算部１１９cに、操作ポート４cの圧力情報及び油圧ポンプ１の吐出圧情報の代わりに操作ポート１０４cの圧力情報及び油圧ポンプ１０１の吐出圧情報が入力されている点である。
　次に、再生制御演算部１１９bの処理内容を、図２４を用いて説明する。図２４は再生制御演算部１１９bの処理フローを示している。第１の実施の形態の図７の処理フローと異なるのは、ステップS１０２でYesと判定された場合、ステップS１０６の処理に進む点である。ステップS１０６では、操作ポート１０４cの圧力が所定の閾値以上かを判定する。操作ポート１０４cの圧力が所定の閾値以上だった場合、ステップS１０６においてYesと判定し、ステップS１０３の処理へと進む。操作ポート１０４cの圧力が所定の閾値より小さい場合、ステップS１０６においてNoと判定し、ステップS１０５の処理へと進む。ステップS１０６の所定の閾値は、ステップS１０２の所定の閾値と同様、方向制御弁１０４のメータイン開口が０でなくなる値とする。
　第１の実施の形態と同様、ステップS１０３で、アーム１６の姿勢が鉛直方向下向きまで達しておらずYesと判定されると、ステップS１０４の処理へと進む。ステップS１０４では、再生制御演算部１９bは再生弁１２のソレノイドを励磁するための信号を出力する。ステップS１０５では、再生制御演算部１１９bは再生弁１２のソレノイドを励磁しない信号を出力する。
　この処理により、アーム１６とバケット３５が両方操作されている場合のみ再生が行われるようになる。
　次に、ポンプ流量制御演算部１１９cの処理内容を、図２５を用いて説明する。図２５は、ポンプ流量制御演算部１１９cの処理内容を示す機能ブロック図である。ポンプ流量制御演算部１１９cの処理が第１の実施の形態の図９に示す機能ブロック図の処理と異なるのは、基準ポンプ流量演算部２４と流量低減無効演算部２５とポンプ流量低減量演算部２６が基準ポンプ流量演算部１２４と流量低減無効演算部１２５とポンプ流量低減量演算部１２６に置き換わり、操作ポート１０４cの圧力情報が基準ポンプ流量演算部１２４に入力され、油圧ポンプ１０１の吐出圧情報と再生弁１２の励磁目標値情報が流量低減無効演算部１２５に入力されている点である。
　基準ポンプ流量演算部１２４は操作ポート１０４cの圧力を入力し、油圧ポンプ１０１の基準ポンプ流量を演算する。このときの操作ポート１０４cの圧力と油圧ポンプ１０１の基準ポンプ流量との関係は、図１０に示した第１の実施の形態の基準ポンプ流量演算部２４におけるものと同じであり、基準ポンプ流量は、操作ポート１０４cの圧力が上昇するにしたがって増加するように設定されている。
　流量低減無効演算部１２５は油圧ポンプ１０１の吐出圧と再生弁１２の励磁目標値を入力し、流量低減無効演算を行う。このときの流量低減無効演算部１２５の処理フローは図１２に示した流量低減無効演算部２５の処理フローのステップS２０３において、油圧ポンプ１の吐出圧の代わりに油圧ポンプ１０１の吐出圧が所定の閾値以上かを判定する点を除いて、図１２に示した流量低減無効演算部２５の処理フローと同じである。流量低減無効演算部１２５は、図１２のステップS２０５，ステップS２０６の判定結果に応じて１か０を出力する。
　ポンプ流量低減量演算部１２６は、水平面に対するアームの角度を入力し、油圧ポンプ１０１の吐出流量の低減量を演算する。この演算方法は、図９に示した第１の実施の形態におけるポンプ流量低減量演算部２６と同様、図１１に示したアーム角度とポンプ流量低減量との関係と同様な関係を用いて油圧ポンプ１０１の吐出流量の低減量を演算する。
　その後、乗算部３７において、ポンプ流量低減量演算部１２６の出力と流量低減無効演算１２５の出力を掛け合わせ、減算部３８において、その値を基準ポンプ流量演算１２４の出力値から差し引き、最終的な油圧ポンプ１０１の吐出流量の目標値を算出する。
　本実施の形態によれば、アームの角度が水平に近い時にはバケットシリンダ１８に供給される油圧ポンプ１０１の吐出流量を低減し、アーム１６の角度が鉛直に近づくにつれてバケットシリンダ１８に供給される油圧ポンプ１０１の吐出流量を増加させていくことにより、油圧ポンプ１０１の出力を下げて燃費を向上させつつアーム１６の速度低下を抑えて操作性を保つことができる。
　＜第６の実施の形態＞
　本発明の第６の実施の形態による作業機械の油圧システムを図２６と図２７と図２８を用いて説明する。なお、第１の実施の形態と同様の個所については説明を省略する。
　本実施の形態において、第１の実施の形態と異なる箇所は、図６に機能ブロック図で示した第１の実施の形態におけるコントローラ１９の機能において、ポンプ流量制御演算部１９cの処理である。
　本実施の形態におけるポンプ流量制御演算部１９cの処理内容を、図２６と図２７と図２８を用いて説明する。
　図２６はポンプ流量制御演算部１９cの処理内容を示す機能ブロック図である。第１の実施の形態と異なるのは、ポンプ流量低減量演算部２２６に、操作ポート４cの圧力情報が入力されている点である。
　図２７は、図２６のポンプ流量低減量演算部２２６の処理の考え方を示している。アーム１６の角度が水平に近いほど油圧ポンプ１の吐出流量の低減量を大きくし、アーム１６の角度が鉛直に近いほど油圧ポンプ１の吐出流量の低減量を小さくする。また、操作ポート４cの圧力が低いほど油圧ポンプ１の吐出流量低減量を小さくし、操作ポート４cの圧力が高いほど油圧ポンプ１の吐出流量の低減量を大きくする。
　次に、ポンプ流量低減量演算部２２６の具体的な処理内容を、図２８を用いて説明する。
　図２８において、操作ポート４cの圧力がテーブル２２６aに入力される。このテーブル２２６aにおいては、操作ポート４cの圧力が０［MPa］のときには０を、操作ポート４cの圧力が所定の値Pth2［MPa］のときには１を出力し、操作ポート４cの圧力が０［MPa］から所定の値Pth2［MPa］に増加するにしたがって出力が０から１に増加するように、操作ポート４cの圧力と出力の関係が設定されている。所定の値Pth2［MPa］は操作ポート4cの圧力の最大値とする。
　アーム１６の角度は、図１１に示したアーム角度とポンプ流量低減量との関係と同じテーブル２２６bに入力され、油圧ポンプ１の吐出流量の低減量を演算する。
　最後に、上記の２つの値を乗算部２２６cにて掛け合わせ、図２７の考え方を反映した油圧ポンプ１の吐出流量の低減量を演算する。
　このようにすることで、アーム１６が水平に近く、再生管路１０を流れる圧油の量が多いときに油圧ポンプ１の吐出流量が低減され、油圧ポンプ１の出力が低減することで燃費が向上する。また、アーム１６が鉛直に達して再生弁１２が非励磁状態になって再生管路１０を流れる圧油の量が少なくなっても、油圧ポンプ１の吐出流量が十分に多いためアームシリンダ９の速度（アーム１６の速度）が下がりにくくなる。更に、操作ポート４cの圧力が小さいことにより、基準ポンプ流量演算部２４で演算される油圧ポンプ１の基準ポンプ流量が小さい場合に、油圧ポンプ１の吐出流量の低減量が大きすぎてアームシリンダ９の速度（アーム１６の速度）が遅くなりすぎることを防ぐことができる。
　～その他～
　以上の実施の形態では、作業機械がフロント作業機と上部旋回体と下部走行体を備えた油圧ショベルである場合について説明したが、フロント作業機を上下動させる油圧シリンダを含む作業機械であれば、ホイールローダ、油圧クレーン、テレハンドラー等、油圧ショベル以外の作業機械に本発明を同様に適用することができ、その場合も同様の効果が得られる。
１，１０１　油圧ポンプ
２，１０２　圧油供給管路
３，１０３　圧力センサ（圧力情報取得装置）
４，１０４　方向制御弁
５，１０５　ボトム管路
６，１０６　ロッド管路
７，１０７　センタバイパス管路
８，１０８　タンク管路
９　アームシリンダ（第１アクチュエータ兼第２アクチュエータ）
１０、６０　再生管路
１１，６１　チェック弁
１２　再生弁（再生制御装置）
１３，１１３　パイロット弁
１４，１１４　圧力センサ（作動方向情報取得装置；操作量情報取得装置）
１５　タンク
１６　アーム（第１フロントパーツ）
１８　バケットシリンダ（第２アクチュエータ）
１９　コントローラ
１９a　CPU
１９b、１１９b　再生制御演算部
１９c，１１９c　ポンプ流量制御演算部
２０，１２０　ポンプ流量制御装置
２１，１２１　操作レバー装置（操作装置）
２１a，１２１a　操作レバー
２２，１２２　パイロット管路
２３，１２３　パイロット管路
２４　基準ポンプ流量演算部
２５　流量低減無効演算部
２６　ポンプ流量低減量演算部
２７　角速度センサ
２８，２９　角度センサ
３０　圧力センサ（圧力情報取得装置）
３１　慣性計測装置（IMU）（姿勢情報取得装置）
３２，３３　ストロークセンサ
３４　ブームシリンダ
３５　バケット（第２フロントパーツ）
４１，７１　再生回路
２０３　フロント作業機

Claims (9)

  1. 　複数のフロントパーツで構成され、前記複数のフロントパーツはそれぞれ車体或いは他のフロントパーツと回動可能に連結されたフロント作業機と、
    　前記複数のフロントパーツを駆動する複数のアクチュエータを備えた油圧システムとを備え、
    　前記複数のフロントパーツは、自由落下方向に動作し得る第１フロントパーツを含み、
    　前記複数のアクチュエータは前記第１フロントパーツを駆動する油圧シリンダタイプの第１アクチュエータを含み、
    　前記油圧システムは、
    　前記第１アクチュエータの圧油排出側から排出された圧油を第２アクチュエータの圧油供給側に供給する再生回路と、
    　前記再生回路の再生状態を制御する再生制御装置と、
    　前記第２アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプと、
    　前記油圧ポンプの吐出流量を制御するポンプ流量制御装置とを備えた作業機械において、
    　前記第１フロントパーツの姿勢情報を取得する姿勢情報取得装置と、
    　前記姿勢情報取得装置によって取得した前記第１フロントパーツの姿勢情報に基づいて前記再生制御装置及び前記ポンプ流量制御装置を制御するコントローラとを備え、
    　前記コントローラは、
    　前記姿勢情報取得装置によって取得した前記第１フロントパーツの姿勢情報に基づいて、前記第１フロントパーツが自由落下方向に動作するとき、前記再生制御装置を制御して前記再生回路によって再生を行わせる再生制御演算部と、
    　前記再生制御演算部が前記再生制御装置を制御して再生を行わせるとき、前記姿勢情報取得装置によって取得した前記第１フロントパーツの姿勢情報に基づいて、前記第１フロントパーツの向きが鉛直下向きに近づくにしたがって前記油圧ポンプの吐出流量が連続的に増加するよう前記ポンプ流量制御装置を制御するポンプ流量制御演算部とを有することを特徴とする作業機械。
  2. 　請求項１記載の作業機械において、
    　前記油圧システムは、前記第１アクチュエータの圧油流入側の圧力と前記油圧ポンプの吐出圧のいずれか一方の圧力を取得する圧力情報取得装置を更に備え、
    　前記ポンプ流量制御演算部は、前記第１フロントパーツの向きが鉛直下向きに近づいていないときであっても、前記圧力情報取得装置によって取得した前記第１アクチュエータの圧油流入側の圧力と前記油圧ポンプの吐出圧のいずれか一方の圧力が低いときは、前記油圧ポンプの吐出流量を増加させて前記油圧ポンプの吐出圧を上昇させるよう前記ポンプ流量制御装置を制御することを特徴とする作業機械。
  3. 　請求項１記載の作業機械において、
    　前記油圧システムは、前記第１アクチュエータの作動方向を取得する作動方向情報取得装置を更に備え、
    　前記再生制御演算部は、前記作動方向情報取得装置によって取得した前記第１アクチュエータの作動方向と前記姿勢情報取得装置によって取得した前記第１フロントパーツの姿勢情報に基づいて、前記第１フロントパーツが自由落下方向に動作するかどうかを判断することを特徴とする作業機械。
  4. 　請求項１記載の作業機械において、
    　前記第２アクチュエータは前記第１アクチュエータと同じアクチュエータであり、
    　前記再生回路は、前記第１アクチュエータの圧油排出側から排出された圧油を前記第１アクチュエータの圧油供給側に供給するよう接続され、
    　前記第１アクチュエータは前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動されるよう接続されていることを特徴とする作業機械。
  5. 　請求項１記載の作業機械において、
    　前記第２アクチュエータは前記第１フロントパーツとは別の第２フロントパーツを駆動する、前記第１アクチュエータとは別のアクチュエータであり、
    　前記再生回路は、前記第１アクチュエータの圧油排出側から排出された圧油を前記別のアクチュエータの圧油供給側に供給するよう接続され、
    　前記第１アクチュエータは、前記油圧ポンプとは別の油圧ポンプから吐出された圧油により駆動されるように接続され。
    　前記別のアクチュエータは、前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動されるよう接続されていることを特徴とする作業機械。
  6. 　請求項１記載の作業機械において、
    　前記油圧システムは、
    　オペレータにより操作され前記第２アクチュエータの動作を指令する操作装置と、
    　前記オペレータの操作に基づく前記操作装置の操作量を取得する操作量情報取得装置とを更に備え、
    　前記ポンプ流量制御演算部は、前記姿勢情報取得装置によって取得した前記第１フロントパーツの姿勢情報に基づいて、前記第１フロントパーツの向きが鉛直下向きに近づくにしたがって前記油圧ポンプの吐出流量が増加するよう前記ポンプ流量制御装置を制御するとともに、前記操作量情報取得装置によって取得した操作量が小さくなるにしたがって前記油圧ポンプの吐出流量の増加量が小さくなるよう前記ポンプ流量制御装置を制御することを特徴とする作業機械。
  7. 　請求項１記載の作業機械において、
    　前記油圧システムは、
    　オペレータにより操作され前記第２アクチュエータの動作を指令する操作装置と、
    　前記オペレータの操作に基づく前記操作装置の操作量を取得する操作量情報取得装置と、
    　前記第１アクチュエータの圧油流入側の圧力と前記油圧ポンプの吐出圧のいずれか一方の圧力を取得する圧力情報取得装置とを更に備え、
    　前記ポンプ流量制御演算部は、前記操作量情報取得装置によって取得した前記操作装置の操作量に基づいて前記油圧ポンプの基準流量を演算する基準ポンプ流量演算部と、前記第１フロントパーツの向きが水平に近いほど前記油圧ポンプの基準流量に対する低減量を大きくし、前記第１フロントパーツの向きが鉛直下向きに近づくにしたがって前記油圧ポンプの吐出流量の低減量を小さくすることで、前記油圧ポンプの吐出流量が増加するよう制御するポンプ流量低減量演算部とを有し、
    　前記ポンプ流量低減量演算部は、前記圧力情報取得装置によって取得した前記第１アクチュエータの圧油流入側の圧力と前記油圧ポンプの吐出圧のいずれか一方の圧力が低いときは、前記第１フロントパーツの向きが鉛直下向きに近づいていないときであっても、前記油圧ポンプの吐出流量の低減量を小さくし、前記油圧ポンプの吐出流量を増加させて前記油圧ポンプの吐出圧を上昇させるよう前記ポンプ流量制御装置を制御することを特徴とする作業機械。
  8. 　請求項７記載の作業機械において、
    　前記ポンプ流量低減量演算部は、前記姿勢情報取得装置によって取得した前記第１フロントパーツの姿勢情報に基づいて、前記第１フロントパーツの向きが鉛直下向きに近づくにしたがって前記油圧ポンプの吐出流量の低減量を小さくすることで、前記油圧ポンプの吐出流量が増加するよう前記ポンプ流量制御装置を制御するとき、前記操作量情報取得装置によって取得した操作量が小さくなるにしたがって前記油圧ポンプの吐出流量の低減量を大きくし、前記油圧ポンプの吐出流量の増加量が小さくなるよう前記ポンプ流量制御装置を制御することを特徴とする作業機械。
  9. 　請求項１記載の作業機械において、
    　前記第１フロントパーツは油圧ショベルのアームであり、
    　前記第１アクチュエータは前記アームを駆動するアームシリンダであることを特徴とする作業機械。
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