JP2020045618A

JP2020045618A - 建設機械

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Publication number: JP2020045618A
Application number: JP2018172350A
Authority: JP
Inventors: 一輝岡内; Kazuteru Okauchi; 伊東　英明; Hideaki Ito; 英明伊東
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2018-09-14
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2020-03-26
Anticipated expiration: 2038-09-14
Also published as: JP6933621B2

Abstract

【課題】コントロールバルブによる損失を低減することが可能な建設機械を提供する。【解決手段】コントローラ４５は、加速操作または逆レバー操作と判定した場合には、旋回用レバー装置３５の操作量が所定値αを超えたときに、コントロールバルブ３２を全開位置に切り替える制御を行い、油圧ポンプ２３の吐出流量に基づいて、上部旋回体３の旋回速度と油圧モータ４Ａのブレーキ圧とを制御する。コントローラ４５は、加速操作および逆レバー操作のいずれとも異なる操作であると判定した場合には、コントロールバルブ３２を旋回用レバー装置３５の操作量に応じた弁開度となるように制御し、コントロールバルブ３２の弁開度と油圧ポンプ２３の吐出流量とに基づいて、上部旋回体３の旋回速度と油圧モータ４Ａのブレーキ圧とを制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば油圧ショベルのような建設機械に関する。

建設機械としての油圧ショベルは、走行体上に旋回可能に設けられた旋回体を備えている。これに加え、油圧ショベルは、旋回体の駆動源としての油圧モータと、油圧モータに圧油を供給する油圧ポンプと、油圧モータと油圧ポンプとの間に設けられ旋回用レバー装置の操作に応じて油圧ポンプから油圧モータに供給される圧油の流れを制御するコントロールバルブとを備えている。

また、特許文献１には、旋回加速、旋回減速、停止する場合に、油圧ポンプの吐出圧力が所定圧力以上に上昇すると、油圧ポンプの吐出流量を、馬力制御を行うための特性により設定される流量よりも低減する構成が開示されている。これにより、特許文献１に記載された建設機械では、リリーフ損失を低減することができる。

特開２０１５−７５１７１号公報

ところで、特許文献１に記載された従来技術では、旋回加速する場合に、油圧ポンプの吐出流量に加えて、コントロールバルブのメータイン絞り、メータアウト絞り、ブリードオフ絞りによって旋回速度を制御する。このため、コントロールバルブの各絞りによって、損失が発生するという問題がある。

また、旋回減速または停止する場合に、旋回方向と逆方向のレバー操作を行い、ブレーキ圧を発生させることがある。この場合も、油圧ポンプの吐出流量に加えて、コントロールバルブのメータイン絞り、メータアウト絞り、ブリードオフ絞りによって圧力制御を行う。従って、コントロールバルブの各絞りによって、損失が発生するという問題がある。

本発明は、上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、コントロールバルブによる損失を低減することが可能な建設機械を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明は、旋回体を旋回駆動させる油圧モータと、原動機によって駆動されて前記油圧モータに圧油を供給し、馬力制御としてレギュレータによって前記原動機の馬力特性の範囲内に吐出流量が制御される可変容量型の油圧ポンプと、前記油圧モータと前記油圧ポンプとの間に接続して設けられ、旋回指令に応じて前記油圧ポンプから前記油圧モータに供給する圧油の流量と方向を制御するコントロールバルブと、操作量に応じて前記旋回指令を出力する旋回用レバー装置と、前記旋回体の旋回方向を検出する旋回方向検出器と、前記油圧ポンプおよび前記コントロールバルブを制御するコントローラと、を備えた建設機械に適用される。

そして、本発明の特徴は、前記コントローラは、前記油圧ポンプの吐出圧力が所定圧力以上になった場合に、前記油圧ポンプの吐出流量を、前記馬力制御により設定される流量よりも低減し、旋回停止状態で前記旋回用レバー装置から前記旋回指令が出力された場合、または前記旋回用レバー装置から出力される前記旋回指令に応じた旋回方向と前記旋回方向検出器で検出された前記旋回体の旋回方向とが同じ場合は加速操作と判定し、前記旋回指令に応じた旋回方向と前記旋回体の旋回方向とが異なる場合は逆レバー操作と判定し、前記加速操作または前記逆レバー操作と判定した場合には、前記旋回用レバー装置の操作量が所定値を超えたときに、前記コントロールバルブを全開位置に切り替える制御を行い、前記油圧ポンプの吐出流量に基づいて、前記旋回体の旋回速度と前記油圧モータのブレーキ圧とを制御し、前記加速操作および前記逆レバー操作のいずれとも異なる操作であると判定した場合には、前記コントロールバルブを前記旋回用レバー装置の操作量に応じた弁開度となるように制御し、前記コントロールバルブの弁開度と前記油圧ポンプの吐出流量とに基づいて、前記旋回体の旋回速度と前記油圧モータのブレーキ圧とを制御することにある。

本発明によれば、コントロールバルブによる損失を低減することができる。

本発明の実施の形態による油圧ショベルを示す正面図である。実施の形態による旋回用の油圧モータを駆動させる回路構成を示す油圧回路図である。旋回動作判定、旋回用レバー装置の操作状態および旋回操作判定結果の関係を示す説明図である。第１，第２のコントロールバルブ用テーブルによる特性マップを示す特性線図である。油圧ポンプ用テーブルによる特性マップを示す特性線図である。油圧ポンプのＰ−Ｑ特性マップを示す特性線図である。操作状態判定処理を示す流れ図である。図７に続く流れ図である。

以下、本発明の実施の形態による建設機械として油圧ショベルを例に挙げて、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１において、建設機械の代表例である油圧ショベル１は、土砂の掘削作業等に用いられる。実施の形態による油圧ショベル１は、超大型のバックホウ式の油圧ショベルである。油圧ショベル１は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に設けられた上部旋回体３と、上部旋回体３の前側に俯仰の動作（回動）が可能に取付けられた作業装置（フロント）９とを含んで構成されている。下部走行体２および上部旋回体３は、車体（基体）を構成している。下部走行体２は、走行動作を行うための油圧モータ２Ａを備えている。

上部旋回体３（旋回体）は、旋回装置４によって下部走行体２に対して旋回駆動する。上部旋回体３は、旋回装置４を介して下部走行体２に取付けられている。旋回装置４は、上部旋回体３を旋回駆動させる油圧モータ４Ａを備えている。上部旋回体３は、支持構造体をなし前後方向の前側に作業装置９が取付けられた旋回フレーム５と、旋回フレーム５の左前側に搭載され運転室を形成するキャブ６と、キャブ６の後側に位置して旋回フレーム５に搭載されたエンジン２２、油圧ポンプ２３、パイロットポンプ２６、コントロールバルブ３２（図２参照）等を収容する建屋カバー７と、旋回フレーム５の後側に取付けられ作業装置９との重量バランスをとるカウンタウエイト８とを含んで構成されている。

ここで、キャブ６の内部には、オペレータが着座する運転席（図示せず）が設けられている。運転席の周囲には、走行用レバー・ペダル装置および作業用レバー装置が設けられている。走行用レバー・ペダル装置は、下部走行体２の走行を行うために、オペレータによって操作される。作業用レバー装置は、上部旋回体３の旋回と作業装置９の回動を行うために、オペレータによって操作される。

なお、図２は、作業用レバー装置として、旋回用レバー装置３５を示している。旋回用レバー装置３５は、上部旋回体３を右旋回または左旋回させるために、コントロールバルブ３２の切換操作を行うものである。

作業装置９は、フロントアクチュエータ機構である。作業装置９は、例えばブーム１０、アーム１１、バケット１２と、これらを駆動するブームシリンダ１３、アームシリンダ１４、バケットシリンダ１５とによって構成されている。作業装置９は、上部旋回体３の旋回フレーム５に取付けられている。

ブームシリンダ１３、アームシリンダ１４、および、バケットシリンダ１５は、油圧ポンプ２３からの圧油に基づいて伸長または縮小することにより、作業装置９の姿勢を変化させる。即ち、土砂等の掘削作業時には、作業用レバー装置のレバー操作に基づいて、ブームシリンダ１３、アームシリンダ１４、および、バケットシリンダ１５を伸長または縮小させ、ブーム１０およびアーム１１を回動させつつ、バケット１２を回動させる。これにより、バケット１２の先端側で土砂等を掘削することができる。

次に、旋回用の油圧モータ４Ａを駆動するための油圧回路２１について、図２を参照しつつ説明する。

油圧回路２１は、旋回用の油圧モータ４Ａを駆動するためのものである。油圧回路２１は、油圧モータ４Ａに加え、エンジン２２、油圧ポンプ２３、タンク２５、パイロットポンプ２６、コントロールバルブ３２、旋回用レバー装置３５、コントローラ４５等を含んで構成されている。

エンジン２２は、キャブ６とカウンタウエイト８との間に位置して旋回フレーム５上に設けられている。エンジン２２は、例えばディーゼルエンジンにより構成され、油圧ポンプ２３、パイロットポンプ２６を回転駆動するための原動機となっている。

油圧ポンプ２３は、上部旋回体３の旋回フレーム５に搭載されている。油圧ポンプ２３は、エンジン２２によって駆動される。油圧ポンプ２３は、作動油を貯溜するタンク２５と共にメインの油圧源を構成する。一方、パイロットポンプ２６も、エンジン２２によって回転駆動される。パイロットポンプ２６は、タンク２５と共にパイロット油圧源を構成する。油圧ポンプ２３は、吐出管路（デリベリ管路）２７に圧油を吐出する。吐出管路２７には、リリーフ弁２８が接続されている。リリーフ弁２８は、予め設定した圧力以上になると開弁し、作動油をタンク２５に逃がす。吐出管路２７は、コントロールバルブ３２よりも上流側で、センタバイパス管路２９と分岐管路３０とに分岐する。パイロットポンプ２６は、パイロット管路３１にパイロット圧油を吐出する。

油圧ポンプ２３は、作業装置９のブームシリンダ１３、アームシリンダ１４、バケットシリンダ１５、下部走行体２の走行用の油圧モータ２Ａ、旋回装置４の旋回用の油圧モータ４Ａに圧油を供給する。即ち、油圧ポンプ２３は、エンジン２２によって駆動されることにより、タンク２５から作動油（油）を吸入し、吸入した作動油を圧油としてコントロールバルブ３２に向けて供給（吐出）する。なお、図２は、旋回用の油圧モータ４Ａに対する圧油の供給と排出を制御するコントロールバルブ３２のみを示している。

油圧ポンプ２３は、例えば、斜板式、ラジアルピストン式または斜軸式の可変容量型油圧ポンプである。即ち、油圧ポンプ２３は、押しのけ容積を可変に調整することができる。このため、油圧ポンプ２３は、斜板または斜軸等からなる容量可変部２３Ａを有している。容量可変部２３Ａは、レギュレータ２４によって駆動（傾転駆動）される。レギュレータ２４は、コントローラ４５の指令に基づいて容量可変部２３Ａを駆動（傾転駆動）する。これにより、油圧ポンプ２３のポンプ容量（押しのけ容積）が増加または減少して、圧油の吐出流量を傾転角に応じて増加または減少させることができる。また、油圧ポンプ２３は、馬力制御としてレギュレータ２４によってエンジン２２の馬力特性の範囲内に吐出流量が制御される。

コントロールバルブ３２は、油圧ポンプ２３と油圧モータ４Ａとの間に接続して設けられている。コントロールバルブ３２は、油圧ポンプ２３の吐出管路２７をタンク２５に接続するセンタバイパス管路２９の途中に設けられている。コントロールバルブ３２は、油圧ポンプ２３から油圧モータ４Ａに供給する圧油の方向を切換制御する。即ち、コントロールバルブ３２は、油圧モータ４Ａに対する圧油の供給と排出を制御する。

コントロールバルブ３２は、例えば６ポート３位置の油圧パイロット式方向制御弁により構成されている。コントロールバルブ３２は、吐出管路２７を介して油圧ポンプ２３と接続され、センタバイパス管路２９および戻り管路３３を介してタンク２５と接続されている。

コントロールバルブ３２は、旋回用レバー装置３５により操作（切換操作）される。コントロールバルブ３２は、旋回用レバー装置３５から出力される旋回指令に応じて油圧ポンプ２３から油圧モータ４Ａに供給する圧油の流量と方向を制御する。コントロールバルブ３２の両端側には、一対の油圧パイロット部３２Ａ，３２Ｂが設けられている。油圧パイロット部３２Ａ，３２Ｂには、旋回用レバー装置３５の操作に基づくパイロット圧（切換信号）が供給される。

コントロールバルブ３２は、一対の流出入ポートが主管路３４Ａ，３４Ｂを介して旋回用の油圧モータ４Ａに接続されている。ここで、コントロールバルブ３２は、旋回用レバー装置３５の傾転操作により油圧パイロット部３２Ａ，３２Ｂのいずれか一方にパイロット圧が供給されたときに、図２に示す中立位置（Ｉ）から切換位置（II），（III）のいずれかに切換えられる。これにより、旋回用の油圧モータ４Ａは、油圧ポンプ２３から供給される圧油により正方向または逆方向に回転駆動され、上部旋回体３を下部走行体２上で左方向または右方向に旋回動作させる。

旋回用レバー装置３５は、コントロールバルブ３２を切換操作する操作装置としての旋回操作用のレバー装置である。旋回用レバー装置３５は、旋回用の油圧モータ４Ａを回転駆動するときにオペレータにより傾転操作される。旋回用レバー装置３５は、操作量に応じた旋回指令をコントローラ４５に出力する。コントローラ４５は、旋回用レバー装置３５からの旋回指令に応じて比例電磁式減圧弁４８，４９を制御する。これにより、旋回用レバー装置３５の操作量に応じたパイロット圧がコントロールバルブ３２の油圧パイロット部３２Ａ，３２Ｂに供給される。

リリーフ弁３６，３７は、油圧モータ４Ａとコントロールバルブ３２との間に位置して主管路３４Ａ，３４Ｂの途中に接続されている。リリーフ弁３６，３７は、予め設定した圧力以上になると開弁し、作動油を逃がす。

チェック弁３８，３９は、油圧モータ４Ａとコントロールバルブ３２との間に位置して主管路３４Ａ，３４Ｂの途中に接続されている。チェック弁３８，３９は、タンク管路４０を介してタンク２５に接続されている。チェック弁３８，３９は、油圧モータ４Ａの慣性回転時等に主管路３４Ａ，３４Ｂのいずれかが負圧になると、タンク２５内の作動油を主管路３４Ａ，３４Ｂ内に補給する。

旋回角速度センサ４１は、旋回装置４に取り付けられている。旋回角速度センサ４１は、上部旋回体３の旋回方向を検出する。具体的には、旋回角速度センサ４１は、旋回停止、右旋回、左旋回のいずれの旋回動作状態にあるかを検出する。旋回角速度センサ４１からの検出信号は、コントローラ４５に出力される。

圧力センサ４２は、主管路３４Ａの圧力を検出する圧力検出器である。圧力センサ４２は、主管路３４Ａに接続され、主管路３４Ａ内の圧力を検出する。圧力センサ４２からの検出信号は、コントローラ４５に出力される。

圧力センサ４３は、主管路３４Ｂの圧力を検出する圧力検出器である。圧力センサ４３は、主管路３４Ｂに接続され、主管路３４Ｂ内の圧力を検出する。圧力センサ４３からの検出信号は、コントローラ４５に出力される。

圧力センサ４４は、油圧ポンプ２３の吐出圧力を検出する圧力検出器である。この圧力センサ４４は、例えば油圧ポンプ２３とコントロールバルブ３２との間で吐出管路２７に接続され、吐出管路２７内の圧力を検出する。圧力センサ４４からの検出信号は、コントローラ４５に出力される。

コントローラ４５は、例えばマイクロコンピュータにより構成された制御装置である。コントローラ４５は、油圧ポンプ２３およびコントロールバルブ３２を制御する。具体的には、コントローラ４５は、油圧ポンプ２３の容量制御（例えば、ポジティブコントロール）を行うと共に、コントロールバルブ３２の切換制御を行う。

コントローラ４５の入力側には、旋回用レバー装置３５、旋回角速度センサ４１、圧力センサ４２〜４４に接続されている。コントローラ４５の出力側には、例えば比例電磁式減圧弁４８，４９とレギュレータ２４とが接続されている。レギュレータ２４は、コントローラ４５から出力される制御信号に従って容量可変部２３Ａを駆動し、油圧ポンプ２３による圧油の吐出流量を、所謂ポジティブコントロールで可変に制御する。このとき、コントローラ４５は、油圧ポンプ２３の吐出圧力が予め設定された所定圧力（カットオフ圧Ｐｃ）以上になった場合に、油圧ポンプ２３の吐出流量を、馬力制御により設定される流量よりも低減するポンプ容量制御部４６を備えている。

コントローラ４５は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等からなるメモリ４５Ａを有している。メモリ４５Ａには、図４に示す第１，第２のコントロールバルブ用テーブルによる特性マップと、図５に示す油圧ポンプ用テーブルによる特性マップと、図６に示す油圧ポンプ２３の吐出圧力Ｐと吐出容量Ｑ（流量）との関係（Ｐ−Ｑ特性）を記憶したＰ−Ｑ特性マップと、図７および図８に示す操作状態判定処理のプログラムとが格納されている。

コントローラ４５は、旋回停止状態で旋回用レバー装置３５から旋回指令が出力された場合、または旋回用レバー装置３５から出力される旋回指令に応じた旋回方向と旋回角速度センサ４１で検出された上部旋回体３の旋回方向とが同じ場合は加速操作と判定し、旋回指令に応じた旋回方向と上部旋回体３の旋回方向とが異なる場合は逆レバー操作と判定する判定部４７を備えている。即ち、図３に示すように、コントローラ４５（判定部４７）は、現在の旋回動作の判定結果と、旋回用レバー装置３５の操作状態とに基づいて、加速操作、逆レバー操作、停止操作のいずれの操作状態にあるのかを判定する。

停止操作を行うときには、判定部４７は、加速操作および逆レバー操作のいずれとも異なる操作であると判定する。この場合、コントローラ４５は、例えば図４中に実線で示す特性線１００のように、第１のコントロールバルブ用テーブルに基づいてコントロールバルブ３２を制御する。具体的には、停止操作を行うときには、コントローラ４５は、特性線１００に示す特性となるように、旋回用レバー装置３５のレバー角度に基づいてコントロールバルブ３２のスプールの変位量を制御する。特性線１００は、旋回用レバー装置３５のレバー角度（操作量）とコントロールバルブ３２のスプールの変位量との関係が、変位量Ｓ１〜Ｓ３の間でレバー角度が増大するに従ってコントロールバルブ３２のスプールの変位量が一定の割合で増大する特性（即ち、レバー角度に比例してスプール変位量が増減する特性）となっている。特性線１００は、レバー角度（操作量）が微操作域（予め設定された所定値α未満）と微操作の範囲よりも大きいハーフ〜フル操作域（所定値α以上）とにわたり、スプールの変位量が変位量Ｓ１〜Ｓ３の間で一定の割合で増大する特性となっている。このとき、微操作域は、例えば油圧モータ４Ａに最小の圧油が流れて、微妙な操作が可能な領域である。ハーフ〜フル操作域は、微操作域に比べて油圧モータ４Ａに多くの圧油が流れる領域である。

加速操作を行うときには、判定部４７は、加速操作と判定する。逆レバー操作を行うときには、判定部４７は、逆レバー操作と判定する。これらのいずれかの場合には、コントローラ４５は、例えば図４中に破線で示す特性線１０１のように、第２のコントロールバルブ用テーブルに基づいてコントロールバルブ３２を制御する。具体的には、加速操作または逆レバー操作を行うときには、コントローラ４５は、特性線１０１に示す特性となるように、旋回用レバー装置３５のレバー角度に基づいてコントロールバルブ３２のスプールの変位量を制御する。特性線１０１は、旋回用レバー装置３５のレバー角度（操作量）が微操作域のときに、スプールの変位量が変位量Ｓ１〜Ｓ２の間で特性線１００と同じ割合で増大する特性となっている。特性線１０１は、旋回用レバー装置３５のレバー角度が微操作域よりも大きいハーフ〜フル操作域のときには、コントロールバルブ３２のスプールの変位量がストロークエンドに達して最大値（変位量Ｓｍ）で一定となる特性となっている。

また、コントローラ４５は、例えば図５中に実線で示す特性線１０２のように、油圧ポンプ用テーブルに基づいて油圧ポンプ２３を容量制御する。具体的には、コントローラ４５は、特性線１０２に示す特性となるように、レギュレータ２４に制御信号を出力する。これにより、油圧ポンプ２３の吐出流量（ポンプ流量）は、旋回用レバー装置３５のレバー角度に基づいて制御される。特性線１０２は、旋回用レバー装置３５のレバー角度と油圧ポンプ２３の吐出流量（ポンプ流量）との関係が、旋回用レバー装置３５の操作量が零から微操作域（範囲）の途中までのときに、ポンプ流量が一定値（流量Ｑａ）となる特性となっている。特性線１０２は、レバー角度が微操作の範囲の途中よりも大きくなると、ハーフ〜フル操作域にわたって旋回用レバー装置３５の操作量が増大するに従って油圧ポンプ２３の吐出流量が一定の割合で流量Ｑａ〜Ｑｂに増大する特性（即ち、流量Ｑａ〜Ｑｂの間はレバー角度に比例してポンプ流量が増減する特性）となる特性となっている。

さらに、コントローラ４５は、油圧ポンプ２３の吐出圧力Ｐ（ポンプ圧）と吐出流量Ｑとの関係がエンジン２２の馬力曲線に基づいたＰ−Ｑ特性となるように、レギュレータ２４を用いて油圧ポンプ２３を容量制御する。Ｐ−Ｑ特性は、吐出圧力Ｐが馬力制御開始圧力Ｐｈ未満では傾転角を最大値とし、吐出圧力Ｐが馬力制御開始圧力Ｐｈ以上になると、吐出圧力Ｐの増加に応じて油圧ポンプ２３の吐出流量Ｑを低下させる特性である。

このとき、コントローラ４５は、例えば図６中に実線で示す特性線１０３のように、油圧ポンプ用テーブルに基づいて油圧ポンプ２３を容量制御する。具体的には、コントローラ４５は、特性線１０３に示す特性となるように、レギュレータ２４に制御信号を出力する。これにより、油圧ポンプ２３の吐出流量Ｑ（ポンプ流量）は、油圧ポンプ２３の吐出圧力Ｐに基づいて制御される。特性線１０３は、吐出圧力Ｐが０以上馬力制御開始圧力Ｐｈ未満の範囲内にある場合は、吐出流量Ｑが最大値Ｑmaxとなる特性となっている。特性線１０３は、吐出圧力Ｐが馬力制御開始圧力Ｐｈ以上になると、吐出圧力Ｐの増加に応じて、吐出流量Ｑが減少する特性となっている。特性線１０３は、吐出圧力Ｐが馬力制御開始圧力Ｐｈよりも上昇してカットオフ圧Ｐｃ以上になると、吐出流量Ｑが最小値Ｑminとなる特性となっている。

このように、コントローラ４５は、油圧ポンプ２３の吐出圧力Ｐがカットオフ圧Ｐｃ以上になると、油圧ポンプ２３の吐出流量Ｑを、馬力制御を行うための特性線１０４（図６中の破線）に示す特性（Ｐ−Ｑ特性）で設定される流量よりも低減する。

比例電磁式減圧弁４８，４９は、パイロットポンプ２６とコントロールバルブ３２の油圧パイロット部３２Ａ，３２Ｂとの間に接続されている。比例電磁式減圧弁４８，４９は、油圧パイロット部３２Ａ，３２Ｂに供給するパイロット圧を、コントローラ４５から出力される制御信号に従って電磁比例制御する。

即ち、右旋回用の比例電磁式減圧弁４８と左旋回用の比例電磁式減圧弁４９とは、制御信号により励磁されるまでの消磁状態で、コントロールバルブ３２を中立位置（Ｉ）に保持するように、コントロールバルブ３２の油圧パイロット部３２Ａ，３２Ｂに供給するパイロット圧を低圧状態に保つ。しかし、制御信号により励磁されると、右旋回用の比例電磁式減圧弁４８は、コントロールバルブ３２の一（右旋回）側の油圧パイロット部３２Ａに供給するパイロット圧を制御信号の電流値に比例して可変に制御する。左旋回用の比例電磁式減圧弁４９は、制御信号により励磁されたときに、コントロールバルブ３２の他（左旋回）側の油圧パイロット部３２Ｂに供給するパイロット圧を制御信号の電流値に比例して可変に制御する。

次に、コントローラ４５による操作状態判定処理について、図７および図８を参照して説明する。

ステップＳ１では、コントローラ４５は、旋回角速度センサ４１からの検出信号に基づいて旋回停止状態か否かを判定する。旋回停止状態のときには、ステップＳ１で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ１１に移行する。右旋回状態または左旋回状態のときには、ステップＳ１で「ＮＯ」と判定し、ステップＳ２に移行する。

ステップＳ２では、コントローラ４５は、旋回角速度センサ４１からの検出信号に基づいて右旋回動作中か否かを判定する。右旋回動作中であるときは、ステップＳ２で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ１６に移行する。右旋回動作中でないとき、即ち左旋回動作中であるときは、ステップＳ２で「ＮＯ」と判定し、ステップＳ３に移行する。

ステップＳ３では、コントローラ４５は、旋回用レバー装置３５から出力される旋回指令に基づいて右旋回操作中か否かを判定する。右旋回操作中であるときは、ステップＳ３で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ６に移行する。ステップＳ６では、左旋回動作中に右旋回操作が行われているため、コントローラ４５は、逆レバー操作状態であると判定し、ステップＳ８に移行する。

右旋回操作中でないときは、ステップＳ３で「ＮＯ」と判定し、ステップＳ４に移行する。ステップＳ４では、コントローラ４５は、旋回用レバー装置３５から出力される旋回指令に基づいて左旋回操作中か否かを判定する。左旋回操作中であるときは、ステップＳ４で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ７に移行する。ステップＳ７では、左旋回動作中に左旋回操作が行われているため、コントローラ４５は、加速操作状態であると判定し、ステップＳ８に移行する。

右旋回操作中と左旋回操作中のいずれでもないとき、即ち旋回用レバー装置３５が中立位置となって停止操作中のときには、ステップＳ４で「ＮＯ」と判定し、ステップＳ５に移行する。ステップＳ５では、コントローラ４５は、停止操作状態であると判定し、ステップＳ８に移行する。

ステップＳ１１では、コントローラ４５は、旋回用レバー装置３５から出力される旋回指令に基づいて右旋回操作中か否かを判定する。右旋回操作中であるときは、ステップＳ１１で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ１５に移行する。ステップＳ１５では、旋回停止状態で右旋回操作が行われているため、コントローラ４５は、加速操作状態であると判定し、ステップＳ８に移行する。

右旋回操作中でないときは、ステップＳ１１で「ＮＯ」と判定し、ステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２では、コントローラ４５は、旋回用レバー装置３５から出力される旋回指令に基づいて左旋回操作中か否かを判定する。左旋回操作中であるときは、ステップＳ１２で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ１４に移行する。ステップＳ１４では、旋回停止状態で左旋回操作が行われているため、コントローラ４５は、加速操作状態であると判定し、ステップＳ８に移行する。

右旋回操作中と左旋回操作中のいずれでもないとき、即ち旋回用レバー装置３５が中立位置となって停止操作中のときには、ステップＳ１２で「ＮＯ」と判定し、ステップＳ１３に移行する。ステップＳ１３では、コントローラ４５は、停止操作状態であると判定し、ステップＳ８に移行する。

ステップＳ１６では、コントローラ４５は、旋回用レバー装置３５から出力される旋回指令に基づいて右旋回操作中か否かを判定する。右旋回操作中であるときは、ステップＳ１６で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ２０に移行する。ステップＳ２０では、右旋回動作中に右旋回操作が行われているため、加速操作状態であると判定し、ステップＳ８に移行する。

右旋回操作中でないときは、ステップＳ１６で「ＮＯ」と判定し、ステップＳ１７に移行する。ステップＳ１７では、コントローラ４５は、旋回用レバー装置３５から出力される旋回指令に基づいて左旋回操作中か否かを判定する。左旋回操作中であるときは、ステップＳ１７で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ１９に移行する。ステップＳ１９では、右旋回動作中に左旋回操作が行われているため、コントローラ４５は、逆レバー操作状態であると判定し、ステップＳ８に移行する。

右旋回操作中と左旋回操作中のいずれでもないとき、即ち旋回用レバー装置３５が中立位置となって停止操作中のときには、ステップＳ１７で「ＮＯ」と判定し、ステップＳ１８に移行する。ステップＳ１８では、コントローラ４５は、停止操作状態であると判定し、ステップＳ８に移行する。

ステップＳ８では、コントローラ４５は、加速操作状態または逆レバー操作状態であるか否かを判定する。加速操作状態または逆レバー操作状態であるときは、ステップＳ８で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ１０に移行する。ステップＳ１０では、コントローラ４５は、絞りなし制御処理として、図４中の特性線１０１に示す第２のコントロールバルブ用テーブルに基づいてコントロールバルブ３２を制御する。これにより、加速操作状態または逆レバー操作状態である場合は、微操作域とハーフ〜フル操作域とで、以下のように旋回速度やブレーキ圧が制御される。

微操作域では、旋回用の油圧モータ４Ａから供給または排出される作動油の流量は、図５中の特性線１０２に従って決定されるポンプ吐出流量と、図４中に示す特性線１０１に従って決定されるコントロールバルブ３２のスプールの変位量に応じた絞り量（メータイン絞り量、メータアウト絞り量、ブリードオフ絞り量）とによって決定される。このとき、作動油の流量に応じて旋回速度が制御される。これに加え、油圧ポンプ２３の吐出圧力Ｐが所定の圧力（カットオフ圧Ｐｃ）に達すると、図６中の特性線１０３に従ってポンプ吐出流量が減少する。これにより、リリーフ弁２８から排出される作動油の流量が減少し、エネルギーロスを低減することができる。

ハーフ〜フル操作域では、コントロールバルブ３２は、図４中に示す特性線１０１に従って、スプールが最大変位位置（変位量Ｓｍ）まで作動し、その状態が維持される。このため、旋回用の油圧モータ４Ａから供給または排出される作動油の流量は、図５中の特性線１０２に従って決定されるポンプ吐出流量によって決定される。このとき、作動油の流量に応じて旋回速度が制御される。これに加え、油圧ポンプ２３の吐出圧力Ｐが所定の圧力（カットオフ圧Ｐｃ）に達すると、図６中の特性線１０３に従ってポンプ吐出流量が減少する。これにより、リリーフ弁２８から排出される作動油の流量が減少し、エネルギーロスを低減することができる。

加速操作状態と逆レバー操作状態のいずれでもないとき、即ち停止操作状態であるときは、ステップＳ８で「ＮＯ」と判定し、ステップＳ９に移行する。ステップＳ９では、絞りあり制御処理として、図４中の特性線１００に示す第１のコントロールバルブ用テーブルに基づいてコントロールバルブ３２を制御する。これにより、停止操作状態である場合は、微操作域とハーフ〜フル操作域とで、以下のように旋回速度やブレーキ圧が制御される。

微操作域およびハーフ〜フル操作域では、旋回用の油圧モータ４Ａから供給または排出される作動油の流量は、図５中の特性線１０２に従って決定されるポンプ吐出流量と、図４中に示す特性線１００に従って決定されるコントロールバルブ３２のスプールの変位量に応じた絞り量（メータイン絞り量、メータアウト絞り量、ブリードオフ絞り量）とによって決定される。このとき、作動油の流量に応じて旋回速度が制御される。これに加え、油圧ポンプ２３の吐出圧力Ｐが所定の圧力（カットオフ圧Ｐｃ）に達すると、図６中の特性線１０３に従ってポンプ吐出流量が減少する。これにより、リリーフ弁２８から排出される作動油の流量が減少し、エネルギーロスを低減することができる。

かくして、本実施の形態によれば、コントローラ４５は、油圧ポンプ２３の吐出圧力Ｐが所定圧力（カットオフ圧Ｐｃ）以上になった場合に、油圧ポンプ２３の吐出流量Ｑを、馬力制御により設定される流量よりも低減する。また、コントローラ４５は、旋回停止状態で旋回用レバー装置３５から旋回指令が出力された場合、または旋回用レバー装置３５から出力される旋回指令に応じた旋回方向と旋回角速度センサ４１（旋回方向検出器）で検出された上部旋回体３（旋回体）の旋回方向とが同じ場合は加速操作と判定し、旋回指令に応じた旋回方向と上部旋回体３の旋回方向とが異なる場合は逆レバー操作と判定する。

そして、コントローラ４５は、加速操作または逆レバー操作と判定した場合には、旋回用レバー装置３５の操作量が所定値αを超えたとき（ハーフ〜フル操作域）に、コントロールバルブ３２を全開位置に切り替える制御を行い、油圧ポンプ２３の吐出流量Ｑに基づいて、上部旋回体３の旋回速度と油圧モータ４Ａのブレーキ圧とを制御する。

即ち、加速操作または逆レバー操作のように、油圧ポンプ２３の吐出圧力Ｐが上昇傾向にある場合には、旋回用レバー装置３５の操作量が所定値αを超えたとき（ハーフ〜フル操作域）に、コントロールバルブ３２を全開位置に切り替える。これにより、コントロールバルブ３２のスプールの変位量に応じた絞り量による損失を低減することができる。

また、コントローラ４５は、加速操作および逆レバー操作のいずれとも異なる操作であると判定した場合には、コントロールバルブ３２を旋回用レバー装置３５の操作量に応じた弁開度となるようにスプールの変位量を制御し、コントロールバルブ３２の弁開度と油圧ポンプ２３の吐出流量とに基づいて、上部旋回体３の旋回速度と油圧モータ４Ａのブレーキ圧とを制御する。

即ち、停止操作のように、油圧ポンプ２３の吐出圧力Ｐの上昇が抑制される場合には、コントロールバルブ３２を旋回用レバー装置３５の操作量に応じた弁開度となるように制御する。このとき、旋回用の油圧モータ４Ａから供給または排出される作動油の流量は、油圧ポンプ２３の吐出流量Ｑと、コントロールバルブ３２のスプールの変位量（弁開度）に応じた絞り量（メータイン絞り量、メータアウト絞り量、ブリードオフ絞り量）とによって決定される。これにより、このときの作動油の流量に応じて旋回速度が制御することができる。

また、コントローラ４５は、加速操作または逆レバー操作と判定した場合であって、旋回用レバー装置３５の操作量が所定値αよりも小さいときには、コントロールバルブ３２を旋回用レバー装置３５の操作量に応じた弁開度となるように制御し、コントロールバルブ３２の弁開度と油圧ポンプ２３の吐出流量とに基づいて、上部旋回体３の旋回速度と油圧モータ４Ａのブレーキ圧とを制御する。

即ち、加速操作または逆レバー操作と判定した場合であっても、旋回用レバー装置３５の操作量が所定値αよりも小さいときには、油圧ポンプ２３の吐出流量Ｑは少なく、油圧ポンプ２３の吐出圧力Ｐは低い傾向がある。このとき、コントロールバルブ３２のスプールの変位量に応じた絞り量に基づく圧力損失は小さい傾向があるため、コントローラ４５は、コントロールバルブ３２の弁開度と油圧ポンプ２３の吐出流量Ｑとに基づいて、上部旋回体３の旋回速度と油圧モータ４Ａのブレーキ圧とを制御する。

さらに、コントローラ４５は、旋回用レバー装置３５の操作量に応じた吐出流量となるようにレギュレータ２４を用いて油圧ポンプ２３を制御する。このため、コントローラ４５は、油圧ポンプ２３の吐出圧力Ｐが所定の圧力（カットオフ圧Ｐｃ）に達すると、図６中の特性線１０３に従って油圧ポンプ２３の吐出流量Ｑが減少する。これにより、リリーフ弁２８から排出される作動油の流量が減少し、エネルギーロスを低減することができる。

なお、前記実施の形態では、旋回方向検出器が旋回角速度センサ４１である場合を例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、旋回方向検出器は、旋回方向が検出できればよく、例えば各種の変位センサ、速度センサであってもよい。

前記実施の形態では、建設機械として油圧ショベル１を例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、例えば油圧クレーンのように、旋回体を備えた各種の建設機械に適用可能である。

１油圧ショベル（建設機械）
２下部走行体
２Ａ，４Ａ油圧モータ
３上部旋回体（旋回体）
４旋回装置
２２エンジン
２３油圧ポンプ
２４レギュレータ
３２コントロールバルブ
３５旋回用レバー装置
４１旋回角速度センサ（旋回方向検出器）
４５コントローラ
４８，４９比例電磁式減圧弁

Claims

旋回体を旋回駆動させる油圧モータと、
原動機によって駆動されて前記油圧モータに圧油を供給し、馬力制御としてレギュレータによって前記原動機の馬力特性の範囲内に吐出流量が制御される可変容量型の油圧ポンプと、
前記油圧モータと前記油圧ポンプとの間に接続して設けられ、旋回指令に応じて前記油圧ポンプから前記油圧モータに供給する圧油の流量と方向を制御するコントロールバルブと、
操作量に応じて前記旋回指令を出力する旋回用レバー装置と、
前記旋回体の旋回方向を検出する旋回方向検出器と、
前記油圧ポンプおよび前記コントロールバルブを制御するコントローラと、を備えた建設機械において、
前記コントローラは、
前記油圧ポンプの吐出圧力が所定圧力以上になった場合に、前記油圧ポンプの吐出流量を、前記馬力制御により設定される流量よりも低減し、
旋回停止状態で前記旋回用レバー装置から前記旋回指令が出力された場合、または前記旋回用レバー装置から出力される前記旋回指令に応じた旋回方向と前記旋回方向検出器で検出された前記旋回体の旋回方向とが同じ場合は加速操作と判定し、前記旋回指令に応じた旋回方向と前記旋回体の旋回方向とが異なる場合は逆レバー操作と判定し、
前記加速操作または前記逆レバー操作と判定した場合には、前記旋回用レバー装置の操作量が所定値を超えたときに、前記コントロールバルブを全開位置に切り替える制御を行い、前記油圧ポンプの吐出流量に基づいて、前記旋回体の旋回速度と前記油圧モータのブレーキ圧とを制御し、
前記加速操作および前記逆レバー操作のいずれとも異なる操作であると判定した場合には、前記コントロールバルブを前記旋回用レバー装置の操作量に応じた弁開度となるように制御し、前記コントロールバルブの弁開度と前記油圧ポンプの吐出流量とに基づいて、前記旋回体の旋回速度と前記油圧モータのブレーキ圧とを制御することを特徴とする建設機械。
前記コントローラは、前記加速操作または前記逆レバー操作と判定した場合であって、前記旋回用レバー装置の操作量が所定値よりも小さいときには、前記コントロールバルブを前記旋回用レバー装置の操作量に応じた弁開度となるように制御し、前記コントロールバルブの弁開度と前記油圧ポンプの吐出流量とに基づいて、前記旋回体の旋回速度と前記油圧モータのブレーキ圧とを制御することを特徴とする請求項１に記載の建設機械。
前記コントローラは、前記旋回用レバー装置の操作量に応じた吐出流量となるように前記レギュレータを用いて前記油圧ポンプを制御することを特徴とする請求項１に記載の建設機械。