(57)【要約】【課題】作業の付加に対して油圧ポンプのトルクが不足することによる意図しないエンジンの停止を防止して作業効率の低下を防止するとともに、静音性の高い作業を行うことのできる作業機械を提供する。【解決手段】エンジンＥの駆動力のみによって油圧ポンプ３５を駆動している場合に、エンジンＥから油圧ポンプ３５に伝達されるトルクに対するクレーン作業に必要な油圧ポンプ３５のトルクの割合が第１所定割合以上になると、モータジェネレータ３３の駆動力を付加して油圧ポンプ３５を駆動し、エンジンＥおよびモータジェネレータ３３の駆動力によって油圧ポンプ３５が駆動している場合に、エンジンＥから油圧ポンプ３５に伝達されるトルクに対するクレーン作業に必要な油圧ポンプ３５のトルクの割合が第２所定割合以下になると、モータジェネレータ３３の駆動を停止している。【選択図】図１
2013203491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
電力によって駆動する電動機と、
エンジンおよび電動機の少なくともエンジンの駆動力によって駆動される油圧ポンプと、
油圧ポンプから吐出される作動油によって駆動されるアクチュエータと、
アクチュエータを駆動させるために必要な油圧ポンプのトルクを取得する必要トルク取得手段と、
エンジンから油圧ポンプに伝達されるトルクを取得するためのエンジントルク取得手段と、
エンジンの駆動力のみによって油圧ポンプが駆動している場合に、エンジントルク取得手段の取得結果に対する必要トルク取得手段の取得結果の割合が第１所定割合以上になると、電動機の駆動力を付加して油圧ポンプを駆動する駆動力付加手段と、
エンジンおよび電動機の駆動力によって油圧ポンプが駆動している場合に、エンジントルク取得手段の取得結果に対する必要トルク取得手段の取得結果の割合が第２所定割合以下になると、電動機の駆動力の伝達を停止する駆動力伝達停止手段と、を備えた
ことを特徴とする作業機械。
【請求項２】
必要トルク取得手段は、油圧ポンプにおける作動油の吐出圧力および吐出流量に基づいて必要な油圧ポンプのトルクを取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンおよび電動機の少なくともエンジンの駆動力によって駆動する油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出される作動油によって駆動されるアクチュエータと、を備えた作業機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の作業機械としては、エンジンと、電力によって駆動する電動機と、エンジンおよび電動機の少なくともエンジンの駆動力によって駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出される作動油によって駆動されるアクチュエータと、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１１７３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記作業機械では、主にエンジンの駆動力によって油圧ポンプを駆動させ、作業の負荷が大きくなる場合にエンジンおよび電動機の駆動力によって油圧ポンプを駆動させている。これにより、前記作業機械では、エンジンの回転数を低回転に維持することができるので、静音性能を向上させることが可能となる。
【０００５】
前記作業機械では、作業の負荷が急激に大きくなる場合に、必要な油圧ポンプのトルクも急激に増大する。このため、電動機の駆動力を付加するタイミングが遅くなると、必要な油圧ポンプのトルクに対してエンジンのトルクが不足して意図せずエンジンが停止し、作業効率が低下するおそれがある。また、前記作業機械では、電動機の稼働率が高いとバッテリの電力の消費量が増加してバッテリの残容量不足となる状態が生じやすく、バッテリの残容量が不足した場合には高負荷時にエンジンの高回転の運転によって作業を行う必要があり、静音性を考慮した作業を行うことができなくなる。
【０００６】
本発明の目的とするところは、作業の負荷に対して油圧ポンプのトルクが不足することによる意図しないエンジンの停止を防止して作業効率の低下を防止し、エンジン静音性の高い作業を行うことのできる作業機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記目的を達成するために、エンジンと、電力によって駆動する電動機と、エンジンおよび電動機の少なくともエンジンの駆動力によって駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出される作動油によって駆動されるアクチュエータと、アクチュエータを駆動させるために必要な油圧ポンプのトルクを取得する必要トルク取得手段と、エンジンから油圧ポンプに伝達されるトルクを取得するためのエンジントルク取得手段と、エンジンの駆動力のみによって油圧ポンプが駆動している場合に、エンジントルク取得手段の取得結果に対する必要トルク取得手段の取得結果の割合が第１所定割合以上になると、電動機の駆動力を付加して油圧ポンプを駆動する駆動力付加手段と、エンジンおよび電動機の駆動力によって油圧ポンプが駆動している場合に、エンジントルク取得手段の取得結果に対する必要トルク取得手段の取得結果の割合が第２所定割合以下になると、電動機の駆動力の伝達を停止する駆動力伝達停止手段と、を備えている。
【０００８】
これにより、エンジンから油圧ポンプに伝達されるトルクよりも必要な油圧ポンプのトルクが大きくなる前に電動機の駆動力が油圧ポンプに付加され、エンジンから油圧ポンプに伝達されるトルクよりも必要な油圧ポンプのトルクが所定以上に小さくなってから電動機の駆動力の伝達を停止することから、必要な油圧ポンプのトルクの急激な変動が生じた場合にも、意図せずエンジンが停止することはなく、電動機が継続的に運転される状態が防止される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、必要な油圧ポンプのトルクの急激な変動が生じる場合にも、意図せずエンジンが停止することはないので、作業効率を向上させることが可能となる。また、電動機が継続的に運転される状態を防止できるので、バッテリが残容量不足となる状態を生じにくくして静音性の高い作業を行うことが可能となる。
【００１０】
また、本発明によれば、必要なトルクを安定的に油圧ポンプに伝達することができるので、油圧ポンプに伝達されるトルクの増減が繰り返される状態を防止することができ、クレーン作業時における操作性を向上させることが可能となる。また、エンジンの低回転域での駆動によって、作業時におけるエネルギー消費量を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態を示す移動式クレーンの側面図である。
【図２】油圧供給装置の概略構成図である。
【図３】モータジェネレータ駆動制御処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１乃至図３は、本発明の一実施形態を示すものである。
【００１３】
本発明の作業機械としての移動式クレーン１は、図１に示すように、走行する車両１０と、クレーン装置２０と、を備えている。
【００１４】
車両１０は、車輪１１を有し、エンジンＥ、または、エンジンＥおよび後述するモータジェネレータを動力源として走行する。また、車両１０の前側および後側の左右両側には、クレーン作業時に車両１０の転倒を防止するとともに、車両１０を安定的に支持するためのアウトリガ１２が設けられている。アウトリガ１２は、幅方向外側に移動可能であるとともに、油圧式のジャッキシリンダ１３（図２）によって下方に伸長可能である。アウトリガ１２は、下端を接地させることにより車両１０を地面に対して安定的に支持する。
【００１５】
クレーン装置２０は、車両１０の前後方向略中央部に水平面上を旋回可能に設けられた旋回台２１と、旋回台２１に対して起伏可能に設けられるとともに、伸縮可能に設けられたブーム２２と、ブーム２２の先端側から垂下されるワイヤロープ２３と、ワイヤロープ２３の巻き込みまたは繰り出しを行うためのウインチ２４と、旋回台２１の前側に設けられ、車両１０の走行およびクレーン装置２０による作業に関する操作を行うためのキャビン２５と、を備えている。
【００１６】
旋回台２１は、ボールベアリング式またはローラベアリング式の旋回サークル２１ａを介して車両１０に対して旋回自在に設けられ、油圧式の旋回モータ２１ｂ（図２）によって旋回する。
【００１７】
ブーム２２は、複数のブーム部材２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄからなり、最先端側のブーム部材２２ｄを除く各ブーム部材２２ａ，２２ｂ，２２ｃの内部に先端側に隣り合うブーム部材２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが収納可能なテレスコープ式に構成されている。最基端側のブーム部材２２ａは、基端部が旋回台２１のブラケット２１ｃに揺動自在に連結されている。ブーム部材２２ａとブラケット２１ｃとの間には、油圧式の起伏シリンダ２２ｅが連結されており、起伏シリンダ２２ｅの伸縮動作によってブーム２２を起伏させる。また、最基端側のブーム部材２２ａの内部には、油圧式の伸縮シリンダ２２ｆ（図２）が設けられ、伸縮シリンダ２２ｆの伸縮によってブーム２２を伸縮させる。
【００１８】
ワイヤロープ２３は、先端側にフックブロック２３ａが設けられ、フックブロック２３ａがブーム２２の先端部から垂下される。フックブロック２３ａには吊荷を係止可能であり、フックブロック２３ａに係止された吊荷がブーム２２の先端部から吊り下げられる。
【００１９】
ウインチ２４は、ワイヤロープ２３が巻き掛けられるドラム２４ａを有し、ドラム２４ａは油圧式のウインチモータ２４ｂ（図２）によって正逆回転可能に構成されている。
【００２０】
キャビン２５は、旋回台２１上のブラケット２１ｃの側方に設けられ、旋回台２１と共に旋回する。
【００２１】
各ジャッキシリンダ１３、旋回モータ２１ｂ、起伏シリンダ２２ｅ、伸縮シリンダ２２ｆおよびウインチモータ２４ｂ等のアクチュエータは、作動油の供給や排出によって作動する。各アクチュエータを作動させる作動油は、図２に示す油圧供給装置３０によって供給される。
【００２２】
油圧供給装置３０は、図２に示すように、車両１０走行用のエンジンＥの動力を取り出すためのＰＴＯ（パワーテイクオフ）機構３１と、電力を供給するためのバッテリ３２と、エンジンＥの動力によって発電機として機能するとともに、バッテリ３２から供給された電力によって電動モータとして機能するモータジェネレータ３３と、モータジェネレータ３３の動作を制御するためのモータジェネレータ駆動制御部３４と、ＰＴＯ機構３１によって取り出されたエンジンＥの動力またはモータジェネレータ３３の動力によって駆動する油圧ポンプ３５と、油圧ポンプ３５から吐出された作動油の流れを制御するためのコントロールバルブユニット３６と、油圧ポンプ３５から吐出された作動油をコントロールバルブユニット３６を介して供給することによって各アクチュエータを作動させるための作動油回路３７と、を備えている。
【００２３】
コントロールバルブユニット３６は、各アクチュエータに対応する複数のコントロールバルブを有している。各コントロールバルブは、操作レバーや操作ペダル等の操作部３６ａによって操作され、操作部３６ａの操作方向に応じて作動油の流路が切り換えられ、操作部３６ａの操作量に応じて作動油の流量の調整が可能である。また、各コントロールバルブは、ソレノイド等の切換手段を有し、後述するコントローラからの信号によって操作可能である。
【００２４】
また、油圧供給装置３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるコントローラ４０を有している。コントローラ４０は、入力側に接続された装置からの入力信号を受信すると、ＣＰＵが、入力信号に基づいてＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出すとともに、入力信号によって検出された状態をＲＡＭに記憶したり、出力側に接続された装置に出力信号を送信したりする。
【００２５】
コントローラ４０の入力側には、エンジンＥと、油圧ポンプ３５から吐出される作動油の流量を検出するための流量検出器４１と、油圧ポンプ３５の吐出側の圧力を検出するための圧力検出器４２と、が接続されている。コントローラ４０には、エンジンＥの回転数に関する信号、作動油の吐出流量に関する信号および油圧ポンプ３５の吐出側の圧力に関する信号が入力される。
【００２６】
コントローラ４０の出力側には、モータジェネレータ駆動制御部３４が接続され、入力されたエンジンＥの回転数に関する信号、作動油の吐出流量に関する信号および油圧ポンプ３５の吐出側の圧力に関する信号に基づいて、モータジェネレータ３３の動作を制御するための制御信号が出力される。
【００２７】
以上のように構成された作業機械としての移動式クレーン１では、エンジンＥのアイドリング状態では、モータジェネレータ３３を発電機として機能させ、モータジェネレータ駆動制御部３４を介してバッテリ３２の充電を行う。また、クレーン作業を行う場合には、エンジンＥを所定回転数（例えば、１０００ｒｐｍ）に維持しながら運転し、クレーン作業における負荷が小さい場合にはエンジンＥの駆動力のみによって油圧ポンプ３５を駆動させる。
【００２８】
クレーン作業時におけるコントローラ４０は、クレーン作業に必要な油圧ポンプ３５のトルクを取得するとともに、エンジンＥから油圧ポンプ３５に伝達されるトルクを取得するする。
【００２９】
クレーン作業に必要な油圧ポンプ３５のトルクは、流量検出器４１の検出流量および圧力検出器４２の検出圧力を常時監視し、流量検出器４１の検出流量および圧力検出器４２の検出圧力に基づいて算出される。例えば、可変容量型の油圧ポンプ３５において、クレーン作業の負荷が大きくなる方向に変化すると、油圧ポンプ３５の吐出圧力が大きくなり、吐出流量が小さくなる。一方、クレーン作業の負荷が小さくなる方向に変化すると、油圧ポンプ３５の吐出圧力が小さくなり、吐出流量が大きくなる。この油圧ポンプ３５の吐出流量および吐出圧力の関係から、必要な油圧ポンプ３５のトルクが算出される。
【００３０】
エンジンＥから油圧ポンプ３５に伝達されるトルクは、エンジンＥの回転数を常時監視することで、エンジンＥの回転数とトルクとの関係から得られる。また、エンジンＥの回転数に加えてエンジンＥの燃料噴射量を常時監視することにより、より正確なエンジンＥから油圧ポンプ３５に伝達されるトルクを得ることが可能となる。
【００３１】
コントローラ４０は、クレーン作業における負荷が大きくなる場合やエンジンＥの回転数が低下する場合等、必要な油圧ポンプ３５のトルクに対してエンジンＥから油圧ポンプ３５に伝達されるトルクが不足する場合には、モータジェネレータ３３の駆動力を油圧ポンプ３５に付加するモータジェネレータ駆動制御処理を行う。このときのコントローラ４０の動作を、図３のフローチャートを用いて説明する。
【００３２】
（ステップＳ１）
ステップＳ１においてＣＰＵは、クレーン作業に関する操作があるか否かを判定する。クレーン操作に関する操作があると判定した場合にはステップＳ２に処理を移し、クレーン作業に関する操作があると判定しなかった場合にはモータジェネレータ駆動制御処理を終了する。
【００３３】
（ステップＳ２）
ステップＳ１においてクレーン作業に関する操作があると判定した場合に、ステップＳ２においてＣＰＵは、エンジンＥから油圧ポンプ３５に伝達されるトルクに対するクレーン作業に必要な油圧ポンプ３５のトルクの割合が第１所定割合（例えば、８０％）以上であるか否かを判定する。第１所定割合以上であると判定した場合にはステップＳ３に処理を移し、第１所定割合以上であると判定しなかった場合にはモータジェネレータ駆動制御処理を終了する。
【００３４】
（ステップＳ３）
ステップＳ２においてエンジンＥから油圧ポンプ３５に伝達されるトルクに対するクレーン作業に必要な油圧ポンプ３５のトルクの割合が第１所定割合以上と判定した場合に、ステップＳ３においてＣＰＵは、モータジェネレータ３３の駆動を開始してステップＳ４に処理を移す。
【００３５】
（ステップＳ４）
ステップＳ４においてＣＰＵは、エンジンＥから油圧ポンプ３５に伝達されるトルクに対するクレーン作業に必要な油圧ポンプ３５のトルクの割合が第２所定割合（例えば、８０％）以下であるか否かを判定する。第２所定割合以下であると判定した場合にはステップＳ５に処理を移し、第２所定割合以下であると判定しなかった場合にはステップＳ４の処理を繰り返す。
【００３６】
（ステップＳ５）
ステップＳ４においてエンジンＥから油圧ポンプ３５に伝達されるトルクに対するクレーン作業に必要な油圧ポンプ３５のトルクの割合が第２所定割合以下であると判定した場合に、ステップＳ５においてＣＰＵは、モータジェネレータ３３の駆動を停止してモータジェネレータ駆動制御処理を終了する。
【００３７】
このように、本実施形態の作業機械によれば、エンジンＥの駆動力のみによって油圧ポンプ３５を駆動している場合に、エンジンＥから油圧ポンプ３５に伝達されるトルクに対するクレーン作業に必要な油圧ポンプ３５のトルクの割合が第１所定割合以上になると、モータジェネレータ３３の駆動力を付加して油圧ポンプ３５を駆動し、エンジンＥおよびモータジェネレータ３３の駆動力によって油圧ポンプ３５が駆動している場合に、エンジンＥから油圧ポンプ３５に伝達されるトルクに対するクレーン作業に必要な油圧ポンプ３５のトルクの割合が第２所定割合以下になると、モータジェネレータ３３の駆動を停止している。これにより、クレーン作業に必要な油圧ポンプのトルクの急激な変動が生じる場合にも、意図せずエンジンＥが停止することはないので、作業効率を向上させることが可能となる。また、モータジェネレータ３３が継続的に運転される状態を防止できるので、バッテリ３２の残容量不足となる状態を生じにくくして静音性の高い作業を行うことが可能となる。また、必要なトルクを安定的に油圧ポンプに伝達することができるので、油圧ポンプ３５に伝達されるトルクの増減が繰り返される状態を防止することができ、クレーン作業時における操作性を向上させることが可能となる。
【００３８】
また、油圧ポンプ３５の吐出流量および吐出圧力に基づいてクレーン作業に必要な油圧ポンプ３５のトルクを算出している。これにより、油圧ポンプ３５に流量検出器４１および圧力検出器４２を設ける簡単な構成によって必要な油圧ポンプ３５のトルクを取得することが可能となるので、製造コストの向上を防止することができる。
【００３９】
なお、前記実施形態では、油圧ポンプ３５が吐出する作動油によって駆動するクレーン装置２０を備えた移動式クレーン１を作業機械として示したがこれに限られるものではない。油圧ポンプが吐出する作動油によって駆動するものであれば、例えば、高所作業車や掘削機等の油圧式の作業機械に本発明を適用可能である。
【００４０】
また、前記実施形態では、エンジンＥから油圧ポンプ３５に伝達されるトルクに対するクレーン作業に必要な油圧ポンプ３５のトルクの割合が第１所定割合以上と判定した場合に、モータジェネレータ３３の駆動を開始し、エンジンＥから油圧ポンプ３５に伝達されるトルクに対するクレーン作業に必要な油圧ポンプ３５のトルクの割合が第２所定割合以下であると判定した場合に、モータジェネレータ３３の駆動を停止するようにしている。第１所定割合および第２所定割合は、互いに同じ割合であっても異なる割合であってもよい。
【００４１】
また、前記実施形態では、クレーン作業に必要な油圧ポンプ３５のトルクを、流量検出器４１の検出流量および圧力検出器４２の検出圧力に基づいて算出するようにしたものを示したがこれに限られるものではない。クレーン作業に必要な油圧ポンプ３５のトルクは、例えば、油圧ポンプ３５によって駆動される各アクチュエータに流量検出器および圧力検出器を設け、各アクチュエータの流量検出器の検出流量および圧力検出器の検出圧力に基づいてクレーン作業に必要な油圧ポンプ３５のトルクを算出するようにしてもよい。また、各アクチュエータを操作するための操作レバーやフットペダル等の操作部の操作量を検出し、検出された操作部の操作量に基づいてクレーン作業に必要な油圧ポンプ３５のトルクを算出するようにしてもよい。さらに、通常のクレーン装置に設けられている過負荷防止装置の機能を利用して、ブーム２２の起伏角度および伸縮長さ、ブーム２２の先端部に作用する荷重を検出し、検出されたブーム２２の起伏角度および伸縮長さ、ブームの先端部に作用する荷重に基づいてクレーン作業時に必要な油圧ポンプ３５のトルクを推定するようにしてもよい。
【００４２】
また、前記実施形態では、図２に示すように、エンジンＥにモータジェネレータ３３を連結し、エンジンＥの動力を、モータジェネレータ３３を介してＰＴＯ機構３１に伝達するようにしたものを示したが、これに限られるものではない。例えば、エンジンＥにＰＴＯ機構３１を連結し、エンジンＥの動力を、ＰＴＯ機構３１を介してモータジェネレータ３３に伝達するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１…移動式クレーン、１０…車両、１３…ジャッキシリンダ、２０…クレーン装置、２１ｂ…旋回モータ、２２…ブーム、２２ｅ…起伏シリンダ、２２ｆ…伸縮シリンダ、２４ｂ…ウインチモータ、３０…油圧供給装置、３１…ＰＴＯ機構、３３…モータジェネレータ、３５…油圧ポンプ、４０…コントローラ、４１…流量検出器、４２…圧力検出器、Ｅ…エンジン。
【図１】
2013203491.tif 000003
【図２】
2013203491.tif 000004
【図３】
2013203491.tif 000005