(57)【要約】【課題】  持ち上げ旋回動作を通してポンプ馬力をブームシリンダと旋回モータとに最適に分配することができる建設機械の油圧制御回路を提供する。【解決手段】  ２連の可変容量形油圧ポンプの第一ポンプおよび第二ポンプにそれぞれレギュレータを配置し、各ポンプ吐出圧を検出し一方のポンプが吸収した残りのトルクを他方のポンプで吸収するようにコントローラで各レギュレータを制御するとともに、ブーム上げ操作では第一および第二ポンプからの圧油を合流させてブームシリンダに供給し、旋回動作では第二ポンプからの圧油を旋回モータに供給するように構成された建設機械の油圧制御回路において、  上記コントローラ13に、ブーム上げと旋回の複合操作開始時に第一ポンプの吐出流量が一定量高くなるように両ポンプの間で流量差を設け、旋回動作が定常になることにより第一ポンプと第二ポンプの間で圧力差が大きくなると流量差が減少するようにレギュレータ23,24を制御する流量配分制御部13b,13cが設けられていることを特徴とする。【選択図】      図２
2005083427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２連の可変容量形油圧ポンプの第一および第二ポンプそれぞれにレギュレータを設け、各ポンプの吐出圧を検出し、一方のポンプが吸収した残りのトルクを他方のポンプで吸収するように上記各レギュレータを制御するとともに、ブーム上げ操作では上記第一および第二ポンプからの圧油を合流させてブームシリンダに供給し、旋回動作では上記第二ポンプからの圧油を旋回モータに供給するように構成された建設機械の油圧制御回路において、
ブーム上げ操作を検出するブーム上げ検出手段と、旋回操作を検出する旋回検出手段と、上記第一ポンプの吐出圧を検出する第一ポンプ圧検出手段と、上記第二ポンプの吐出圧を検出する第二ポンプ圧検出手段と、上記第一および第二ポンプの流量配分を制御する流量配分制御部とを有し、
この流量配分制御部が、上記ブーム上げ検出手段および旋回検出手段によってブーム上げと旋回の複合操作を検出した際に、複合操作開始時には上記第一ポンプの吐出流量が上記第二ポンプの吐出流量よりも一定量高くなるように上記レギュレータを制御し、旋回動作が定常になることにより上記第一ポンプ圧検出手段および第二ポンプ圧検出手段によって検出された各ポンプ吐出圧の差が大きくなると上記吐出流量差を減少させるように上記レギュレータを制御するように構成されていることを特徴とする建設機械の油圧制御回路。
【請求項２】
アーム操作を検出するアーム検出手段を有し、上記第二ポンプ側にアームシリンダが接続され、上記流量配分制御部は、上記アーム検出手段によってアーム操作が検出された場合に、検出されたアーム操作量に応じて上記第一ポンプと第二ポンプの間に設ける流量差を減少させるように構成されている請求項１記載の建設機械の油圧制御回路。
【請求項３】
上記流量差をオペレータが手動操作によって調整することができる調整手段が備えられている請求項１または２記載の建設機械の油圧制御回路。
【請求項４】
上記ブームシリンダの保持圧を検出するブーム保持圧検出手段を有し、上記流量配分制御部は、そのブーム保持圧検出手段によって検出されたブーム保持圧に応じて上記流量差を調節するように構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設機械の油圧制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は油圧ショベル等の建設機械の油圧制御回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、アクチュエータの駆動源として２個の可変容量形ポンプを搭載している油圧ショベルにおいて、それぞれのポンプにレギュレータが設けられているものは、第一ポンプのポンプ流量を負荷に応じて最小から最大まで変化させるだけでなく第二ポンプの負荷も検知して両ポンプを相互に連動させ、その合計馬力を自動的に制御することによってエンジンの過負荷を防止するようになっている。
【０００３】
このポンプ制御においては、各ポンプから吐出される作動油を、二つの系統に分かれて配置されている各アクチュエータにそれぞれ供給する場合と、複数のアクチュエータを複合操作する場合のように両ポンプから吐出される作動油を合流して供給する場合とがあり、駆動されるアクチュエータに応じて適宜決定されている。
【０００４】
具体的には、ブームを駆動するブームシリンダは、第一および第二ポンプを圧源とし、上部旋回体を旋回駆動する旋回モータは第二ポンプを圧源としており、ブーム上げと旋回を同時に操作するいわゆる持ち上げ旋回を行うと、旋回側には第二ポンプからの圧油のみが供給され、ブームシリンダには旋回用方向制御弁の下流側に設けられたブーム合流切換弁の切換操作によって第一ポンプと第二ポンプからの圧油が合流されて供給される。
【０００５】
各油圧ポンプは通常、エンジン馬力の範囲内で作動圧に応じて吐出流量が制御されているが、ブーム合流によって持ち上げ旋回を行うと、第二ポンプの吐出流量は負荷バランスによって最初、優先的にブームシリンダに流れるが、旋回が定常状態に近づいてくると負荷の低い旋回側にしか流れなくなる。その結果、ブーム上げ速度が不足する。このため、運転者はポンプ馬力にマッチングするように調整しながらレバー操作を行うことでブーム上げ速度と旋回速度とのマッチングを図るということが行われてきた。
【０００６】
しかし、この場合、複数のアクチュエータの作動速度をともに速くすることができないため、一方の作動速度の遅い方に合わせて他方のアクチュエータを作動させることになる。従って、エンジン馬力をフルに活用することができず、作業のサイクルタイムが遅くなり作業能率が低下していた。
【０００７】
そこでブーム側の第一ポンプと旋回側の第二ポンプの各流量を配分することでブーム上げ速度と旋回速度とのマッチングを図ることが考えられる。
【０００８】
例えば、両ポンプの吐出可能な流量を１００とするとき、ブーム側に７５、旋回側に２５というように各ポンプを制御すれば、ブーム上げをよりスムーズに行うことが可能になる。
【０００９】
また、持ち上げ旋回時の旋回操作を円滑に行うことを目的として、作業条件に応じ旋回速度を可変にした油圧ポンプの出力制御装置も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
同装置は、油圧ショベルが稼働する地面の傾斜角度および旋回角度によって旋回に必要な馬力が変化することに対応できるようになっており、必要旋回馬力の大小を切り換える切換弁を手動で操作し、この切換弁の操作によって旋回を制御する可変容量形油圧ポンプの吐出流量を調整するようになっている。
【特許文献１】特開昭６２−１２１８７８号公報（第(２)頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記した流量配分を行うにあたり以下の問題がある。
【００１２】
吐出流量を一定の比率で固定してしまうと、ブーム上げ速度の不足は解消されるがブームが十分持ち上げられたとしても旋回側に吐出流量が回らない場合が発生する。また、旋回側と同じポンプで作動する例えばアームが操作された場合にはアームの操作量に応じた流量を第一ポンプから第二ポンプに戻す必要があるが、このような操作について考慮されていない。
【００１３】
持ち上げ旋回操作では、ブーム上げと旋回のどちらかが速すぎても操作性は悪く、ダンプ作業において例えば９０°旋回した時にブームがトラックの荷台高さまでスムーズに持ち上げられているのが理想的である。ところが、従来の流量配分方法では、持ち上げ旋回動作を通してポンプ馬力をブームシリンダと旋回モータとに最適に分配することはできなかった。
【００１４】
本発明は以上のような従来の持ち上げ旋回操作における課題を考慮してなされたものであり、持ち上げ旋回動作を通してポンプ吐出流量をブームシリンダと旋回モータとに最適に分配することにより、ブーム上げと旋回を過不足なく行える建設機械の油圧制御回路を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、２連の可変容量形油圧ポンプの第一および第二ポンプそれぞれにレギュレータを設け、各ポンプの吐出圧を検出し、一方のポンプが吸収した残りのトルクを他方のポンプで吸収するように上記各レギュレータを制御するとともに、ブーム上げ操作では上記第一および第二ポンプからの圧油を合流させてブームシリンダに供給し、旋回動作では上記第二ポンプからの圧油を旋回モータに供給するように構成された建設機械の油圧制御回路において、ブーム上げ操作を検出するブーム上げ検出手段と、旋回操作を検出する旋回検出手段と、上記第一ポンプの吐出圧を検出する第一ポンプ圧検出手段と、上記第二ポンプの吐出圧を検出する第二ポンプ圧検出手段と、上記第一および第二ポンプの流量配分を制御する流量配分制御部とを有し、この流量配分制御部が、上記ブーム上げ検出手段および旋回検出手段によってブーム上げと旋回の複合操作を検出した際に、複合操作開始時には上記第一ポンプの吐出流量が上記第二ポンプの吐出流量よりも一定量高くなるように上記レギュレータを制御し、旋回動作が定常になることにより上記第一ポンプ圧検出手段および第二ポンプ圧検出手段によって検出された各ポンプ吐出圧の差が大きくなると上記吐出流量差を減少させるように上記レギュレータを制御するように構成されている建設機械の油圧制御回路である。
【００１６】
本発明に従えば、ブーム上げと旋回の複合操作起動時には、第一ポンプの吐出流量が一定量高くなることによってブームに優先的に吐出流量が供給され、ブームの動作速度を速くすることができる。旋回が定常状態になると旋回の作動圧が低下してブーム作動圧との間に圧力差が発生し、この圧力差が大きくなると流量差が減少され、ブームが所定高さに上がったら旋回側に優先的に吐出流量が供給される。
【００１７】
本発明において、アーム操作を検出するアーム検出手段を有し、上記第二ポンプ側にアームシリンダを接続した構成では、上記流量配分制御部は、上記アーム検出手段によってアーム操作が検出された場合に、検出されたアーム操作量に応じて上記第一ポンプと第二ポンプの間に設ける流量差を減少させるように構成することができる。
【００１８】
本発明において、上記流量差をオペレータが手動操作によって調整することができる調整手段を備えれば、オペレータの好みの操作性を実現することができる。
【００１９】
本発明において、上記ブームシリンダの保持圧を検出するブーム保持圧検出手段を有し、上記流量配分制御部は、そのブーム保持圧検出手段によって検出されたブーム保持圧に応じて上記流量差を調節するように構成すれば、ブームの負荷が大きくても、また、その逆に小さくても同じ旋回位置ではブームの高さを同じように制御することができるようになる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の建設機械の油圧制御回路によれば、ブーム上げと旋回の複合操作起動時には、ブームに優先的に吐出流量が配分されるためブームの動作速度を速くすることができ、旋回が定常状態になると流量差が減少し、ブーム上げが終了すると旋回側に吐出流量が優先的に配分されるように構成したため、持ち上げ旋回動作を通してポンプ吐出流量をブームシリンダと旋回モータとに最適に分配することができブーム上げと旋回とを過不足なく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係るポンプ制御装置を油圧ショベルに適用した場合の一実施形態を示したものである。
【００２３】
同図において、エンジン１の駆動により第一油圧ポンプ２と第二油圧ポンプ３がそれぞれ駆動する。各油圧ポンプ２，３は可変容量形であり、斜板の傾斜角によって吐出流量が変化するように構成されている。
【００２４】
第一油圧ポンプ２から吐出される圧油は、図の左側のセンターバイパスライン４に配列されている方向制御弁に供給され、第二油圧ポンプ３から吐出される圧油は、図の右側のセンターバイパスライン５に配列されている方向制御弁に供給される。
【００２５】
なお、センターバスライン４には通常、ブーム用方向制御弁６、バケット用方向制御弁等が接続されているが、本実施形態では説明を簡単にするためブーム用方向制御弁６のみを図示している。また、センターバイパスライン５には同じ理由で旋回用方向制御弁７、ブーム合流弁８、アーム用方向制御弁９のみを図示している。
【００２６】
ブーム用方向制御弁６の左右のパイロットポート６ａおよび６ｂには、ブームリモコン弁１０の操作レバー１０ａを操作することによって導出されるパイロット圧が作用し、このブーム用方向制御弁６によって流量および方向が制御された圧油は、図示しないフロントアタッチメントに備えられている一対のブームシリンダ１１ａ，１１ｂに供給されるようになっている。なお、１２はブーム上げ時の操作圧を検出するブーム上げ操作センサ（ブーム上げ検出手段）である。
【００２７】
このブーム上げ操作センサ１２によって検出されたブーム上げ操作圧は後述するコントローラ１３に与えられるようになっている。
【００２８】
一方、旋回用方向制御弁７の左右のパイロットポート７ａおよび７ｂには、旋回リモコン弁１４の操作レバー１４ａを操作することによって導出されるパイロット圧が作用し、この旋回用方向制御弁７によって制御された圧油は、図示しない上部旋回体を旋回させる旋回モータ１５に供給されるようになっている。なお、１６は、旋回リモコン弁１４から導出される右旋回または左旋回操作圧を検出する旋回操作センサ（旋回検出手段）であり、この旋回操作センサ１６によって検出された旋回操作圧はコントローラ１３に与えるようになっている。なお、図中１６ａは右旋回操作圧と左旋回操作圧の高位選択を行うシャトル弁である。
【００２９】
アーム用方向制御弁９の左右のパイロットポート９ａおよび９ｂには、アームリモコン弁１７の操作レバー１７ａを操作することによって導出されるパイロット圧が作用し、このアーム用方向制御弁９によって制御された圧油は、フロントアタッチメントのアームを上下方向に揺動させるアームシリンダ１８に供給されるようになっている。
【００３０】
なお、１９，１９は、アームリモコン弁１７から導出されるアーム上げまたはアーム下げ操作圧を検出するアーム操作センサ（アーム検出手段）であり、このアーム操作センサ１９によって検出されたアーム操作圧はコントローラ１３に与えるようになっている。
【００３１】
ブーム合流弁８はブーム上げ動作を増速するためのものであり、そのポート８ａにブームリモコン弁１０から導出されるブーム上げパイロット圧Ｓ１が分岐して与えられると、第二油圧ポンプ３からの圧油の一部が合流油路２０を介してブームシリンダ１０，１１に供給されるようになっている。
【００３２】
また、２１は第一油圧ポンプ２のポンプ圧Ｐ１を検出する第一ポンプ圧センサ（第一ポンプ圧検出手段）、２２は第二油圧ポンプ３のポンプ圧Ｐ２を検出する第二ポンプ圧センサ（第二ポンプ圧検出手段）であり、検出結果はそれぞれコントローラ１３に与えるようになっている。
【００３３】
２３および２４はコントローラ１３によって制御されるレギュレータであり、上記各センサ２１および２２によって検出されるポンプ圧がコントローラ１３を介してそれぞれフィードバックされ、傾転角を調整してポンプ流量を増減させるようになっている。
【００３４】
図２は上記コントローラ１３に接続されている入出力機器をブロック図で示したものである。
【００３５】
コントローラ１３の入力側には上記した各センサ１６，１２，１９，２０，２１，２２およびアクセルポテンショメータ２５が接続され、出力側にはレギュレータ２３および２４が接続されている。
【００３６】
同図において、オペレータが旋回操作とブーム上げ操作とを同時に操作すると、旋回操作圧を検出する旋回操作センサ１６から旋回操作信号Ｓ２が出力されるとともに、ブーム操作圧を検出するブーム上げ操作センサ１２からブーム操作信号Ｓ３が出力され、それぞれコントローラ１３に与えられる。
【００３７】
コントローラ１３の持ち上げ旋回判断部１３ａは、各信号Ｓ２およびＳ３がともに入力されたかどうかを判断することによって持ち上げ旋回動作を認識する。
【００３８】
持ち上げ旋回動作が認識されると、分配流量算出部１３ｂが、第一油圧ポンプ２と第二油圧ポンプ３とに供給するポンプ流量の最適配分を計算する。なお、分配流量算出部１３ｂおよび後述する流量制御部１３ｃは、流量配分制御部として機能する。
【００３９】
次に、上記コントローラ１３によるポンプ流量制御について説明する。
【００４０】
本実施形態によるポンプ流量制御の主要な流れを説明すると、持ち上げ旋回の起動時には第一油圧ポンプ２の流量が第二油圧ポンプ３の流量よりも大きくなるように流量差をつけ、ブームに優先的に吐出流量をまわしてブームの動作を速くし、旋回が定常状態に移行してその作動圧が低下してくると上記流量差をつける制御を解除し、ブーム上げ終了した後の旋回速度が速くなるように制御を行う。
【００４１】
図３は持ち上げ旋回動作におけるブーム作動圧と旋回作動圧の特性を、従来と本実施形態とで比較して示したものである。
【００４２】
同図において、Ｐ１，Ｐ２は従来例のブーム作動圧，旋回作動圧であり、ポンプ流量を５０：５０に配分した場合を示している。Ｐ１′，Ｐ２′は本実施形態のブーム作動圧，旋回作動圧である。
【００４３】
同図に示すように、従来例のポンプ制御では持ち上げ旋回起動時はブーム合流操作によってブーム上げと旋回が操作されるため、Ｐ１とＰ２は同圧となっている。次に、旋回動作が安定してくると旋回作動圧Ｐ２が減少することによってＰ１とＰ２の間で差圧ΔＰが発生し、ブームがストロークエンドに達する時間はｔ１となる。
【００４４】
一方、本実施形態のポンプ制御では、ブーム上げと旋回の複合操作開始時には第一ポンプ２の吐出流量を第二ポンプ３のそれよりも一定量高くなるように制御するため、ブームのストロークエンドに達する時間ｔ２＜ｔ１となり、ブーム上げ速度の不足を解消することができ、また、旋回が定常状態になることにより各ポンプ吐出圧の差が大きくなると吐出流量差を減少させるように制御するため、旋回作動圧Ｐ２が必要以上に低下せずキャビテーションを起こす虞れもない。
【００４５】
以下、図４および５に示すフローチャートに従って本実施形態のポンプ流量制御を説明する。
【００４６】
まず、アクセルポテンショメータ２５で設定される目標回転数から回転数−トルクテーブルを参照することにより目標吸収トルクＴを選択する（ステップＳ１）。
【００４７】
ブームとアームが複合操作された場合、アームの操作量に応じた流量を第一ポンプ２側から第二ポンプ３側に戻す必要がある。そこで、図６に示すように、ブーム上げ操作圧とアーム引き操作圧の差を横軸とし、縦軸を係数Ｋ１とし、アームが深く操作された場合に係数Ｋ１が小さくなるようなマップを予め設定しておく。
【００４８】
なお、係数Ｋ１は後述するポンプ容積計算式に使用する係数Ｋの上限値を示している。
【００４９】
アームが操作された場合にはこのマップより係数Ｋ１を算出する（ステップＳ２）。
【００５０】
次に、ブーム上げと旋回が複合操作された場合、図７に示すブーム上げ・旋回複合操作時の係数Ｋ１を算出する（ステップＳ３）。
【００５１】
図７に示した係数Ｋ１のマップは、ブーム上げ操作圧または旋回操作圧が大きくなるにつれて係数Ｋ１が大きくなるように、すなわち流量差が大きくなるように設定されている。
【００５２】
次に、図６のマップから計算された係数Ｋ１と図７のマップから計算された係数Ｋ１との低位選択を行い（ステップＳ４）、選択された係数Ｋ１を、図８に示すマップの上限値Ｋ１として設定する（ステップＳ５）。
【００５３】
図８において、横軸は第一油圧ポンプ２と第二油圧ポンプ３とのポンプ圧差（Ｐ１−Ｐ２）を示し、縦軸は係数Ｋを示している。圧力差がゼロのときの係数の上限値Ｋ１は上記ステップＳ２またはＳ３のいずれかから選択したＫ１である。
【００５４】
同図のマップより、Ｐ１とＰ２の圧力差におけるＫを算出する（ステップＳ６）。
【００５５】
このＫを下記式に代入してポンプ容積を求める（ステップＳ７）。
【００５６】
ｑ１＝（２πＴ／Ｐ１＋Ｐ２）×Ｋ    ……(1)
ただし、ｑ１は第一油圧ポンプ２のポンプ容積を示す。
【００５７】
次に、第一油圧ポンプ２が必要とするトルクＴ１を下記式によって算出する（ステップＳ９）。
【００５８】
Ｔ１＝ｑ１Ｐ１／２π                ……(2)
次に、吸収トルクＴ１から第二油圧ポンプに配分するトルクＴ２を算出する（ステップＳ１０）。
【００５９】
Ｔ２＝Ｔ−Ｔ１                      ……(3)
次に、第二油圧ポンプ３のポンプ容積を算出する（ステップＳ１０）。
【００６０】
ｑ２＝２πＴ２／Ｐ２
流量制御部１３ｃはこのようにして求められたｑ１，ｑ２を電流指令値に変換し、レギュレータ２３および２４に出力する（ステップＳ１２）。
【００６１】
なお、コントローラ１３は従来のポンプ制御と同様に、ネガティブ制御またはポジティブ制御によってポンプ容積ｑ１′，ｑ２′を計算しており（ステップＳ１１）、ステップ１２では上記計算式によって算出されたポンプ容積ｑ１，ｑ２と、上記ポンプ容積ｑ１′，ｑ２′の高い方を選択してレバー２３および２４に出力する。
【００６２】
また、上記Ｋ１の値を例えばダイヤルスイッチを操作することによってオペレータが任意に調整することができるようにすれば、好みの操作性を実現することができる。
【００６３】
また、ブームシリンダの保持圧を検出し、検出された保持圧に応じて図９に示すように、上記Ｋ１の値を変更すれば、負荷が大きくてもまた、小さくても同じ旋回位置ではブームの高さを同じように制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る建設機械の油圧制御回路である。
【図２】図１に示すコントローラに接続される入出力機器を示すブロック図である。
【図３】持ち上げ旋回時のブーム作動圧と旋回作動圧を示したグラフである。
【図４】本発明に係るポンプ制御動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係るポンプ制御動作を示すフローチャートである。
【図６】ブーム・アーム複合操作時の係数Ｋ１を示すマップである。
【図７】ブーム上げ・旋回複合操作時の係数Ｋ１を示すマップである。
【図８】第一油圧ポンプと第二油圧ポンプの流量差を求めるための係数Ｋのマップである。
【図９】ブームシリンダ保持圧に応じた係数Ｋ１を示すマップである。
【符号の説明】
【００６５】
１    エンジン
２    第一油圧ポンプ
３    第二油圧ポンプ
４    センターバイパスライン
５    センターバイパスライン
６    ブーム用方向制御弁
７    旋回用方向制御弁
８    ブーム合流弁
９    アーム用方向制御弁
１０    ブーム用リモコン弁
１１ａ，１１ｂ    ブームシリンダ
１２    ブーム上げ操作センサ
１３  コントローラ
１４  旋回リモコン弁
１５  旋回モータ
１６  旋回操作センサ
１７  アームリモコン弁
１８  アームシリンダ
１９  アーム操作センサ
２０  合流油路
２１  第一ポンプ圧センサ
２２  第二ポンプ圧センサ
２３，２４  レギュレータ
２５  ポテンショメータ
【図１】
2005083427.tif 000003
【図２】
2005083427.tif 000004
【図３】
2005083427.tif 000005
【図４】
2005083427.tif 000006
【図５】
2005083427.tif 000007
【図６】
2005083427.tif 000008
【図７】
2005083427.tif 000009
【図８】
2005083427.tif 000010
【図９】
2005083427.tif 000011