JP4381781B2

JP4381781B2 - 建設機械のポンプ制御装置

Info

Publication number: JP4381781B2
Application number: JP2003387767A
Authority: JP
Inventors: 直伸長谷川
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2003-11-18
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2023-11-18
Also published as: JP2005147040A

Description

本発明は、例えば油圧ショベル、油圧クレーン等の建設機械のポンプ制御装置に関する。

エンジンにより駆動される可変容量油圧ポンプと、可変容量油圧ポンプから吐出される圧油で駆動される複数の油圧アクチュエータとを備える油圧ショベルでは、従来からポンプ吸収馬力がエンジン出力馬力を越えないように馬力制御している。このような馬力制御では容積調節手段によって、油圧ポンプの吐出圧力に応じて油圧ポンプの押し除け容積を調節することにより油圧ポンプの吸収馬力がエンジンの出力馬力を越えないようにしている。

この種の馬力制御においては、作業性と燃費や低騒音性能を同時に実現するために、予め第一の馬力曲線と、第一の馬力曲線よりも吸収馬力が小さく設定された第二の馬力曲線を設定し、油圧ポンプの負荷圧力の変動に対して、所定時間が経過すると、第一の馬力曲線から第二の馬力曲線に移行するものがある（特許文献１参照。）。

特開２００２−１３８９６５号公報

上述した馬力制御装置を備えた建設機械においては、砕石場等で、重掘削作業を行うことがあるが、岩石の採掘、積み込み等、負荷変動が激しい作業において、上記従来技術では、負荷変動が発生してから第二の馬力曲線に移行するまでの間はポンプ吸収馬力が大きい状態が続き、燃料の消費が大きいという問題がある。また、ポンプの吸収馬力が第一と第二の二種類の馬力曲線上を行き来するため、馬力曲線が切り替わった時にアクチュエータの動作スピードが変化し、操作感が悪化するという問題があった。

本発明は上記の事柄に基づいてなされたもので、操作感覚を低下させず、また作業性を維持したまま燃料消費量を低減できる建設機械のポンプ制御装置を提供することを目的とする。

（１）上記課題を解決するために、請求項１の発明による建設機械のポンプ制御装置は、エンジンにより駆動される可変容量油圧ポンプと、前記可変容量油圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出手段と、前記可変容量油圧ポンプの傾転角を検出する傾転角検出手段と、前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、前記可変容量油圧ポンプの吐出圧力が低中圧の領域で吐出流量が一定量となり、吐出圧力が馬力一定制御が開始される制御開始点を超えた高圧の領域で、馬力一定制御されるような第１の吐出圧力−吐出流量曲線を記憶した第１の記憶手段と、前記可変容量油圧ポンプの吐出圧力が前記低中圧と同一の領域で吐出流量が前記一定量と同一となり、吐出圧力が前記高圧と同一の領域で、前記第１の吐出圧力−吐出流量曲線に対して、吐出圧力が上昇するにつれて、徐々に吐出流量が下がって前記第１の吐出圧力−吐出流量曲線との間の吐出流量の差が大きくなるような第２の吐出圧力−吐出流量曲線を記憶した第２の記憶手段と、前記第1の記憶手段の前記第１の吐出圧力−吐出流量曲線と前記第２の記憶手段の前記第２の吐出圧力−吐出流量曲線とを選択的に切替え、選択された前記曲線と前記圧力検出手段と前記傾転角検出手段と前記回転数検出手段とからの検出値に基づいて、前記可変容量油圧ポンプの吐出流量を制御する制御信号を出力する切替手段とを備えたことを特徴とする建設機械のポンプ制御装置としている。
（２）上記課題を解決するために、請求項２の発明による建設機械のポンプ制御装置は、前記切替手段は、オペレータにより操作される切替スイッチを有することを特徴とする請求項１に記載の建設機械のポンプ制御装置としている。
（３）上記課題を解決するために、請求項３の発明による建設機械のポンプ制御装置は、前記第２の吐出圧力−吐出流量曲線を記憶した前記第２の記憶手段を複数種類備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の建設機械のポンプ制御装置としている。

本発明によれば、低、中圧時の流量を変化させず、高圧時に流量を落として、馬力を低下させることで、低、中圧での作業のスピードを落とさずに高圧時の燃費を改善することができる。またこの制御では、動作中は常にひとつの吐出圧力−吐出流量曲線上で制御するため、操作感覚が損なわれることがなく、オペレータがストレスを感じることなく作業することができる。

本発明のポンプ制御装置の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は本発明のポンプ制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルの正面図を示すもので、この図１において、１は油圧ショベル、２は油圧ショベル１の走行体で、油圧ショベル１を走行させる走行モータ（図示せず）を備えている。３はこの走行体２上に旋回モータ（図示せず）によって旋回可能に搭載された旋回体で、この旋回体３は骨組み構造の旋回フレーム４を備えている。この旋回フレーム４上には運転室５、機械室６およびカウンタウェイト７等が設けられている。

旋回体３には旋回フレーム４の前部側に作業装置８が俯仰動可能に設けられている。この作業装置８はブーム９、アーム１０およびバケット１１とそれらを駆動するブームシリンダ１２、アームシリンダ１３、バケットシリンダ１４等の各種油圧アクチュエータによって構成されている。

図２は本発明のポンプ制御装置の一実施の形態を示す油圧回路図で、この油圧回路はエンジン１６により駆動される可変容量油圧ポンプ１５と、可変容量油圧ポンプ１５に対して直列に配置されたコントロールバルブ２３〜２６と、コントロールバルブ２３により制御された圧油により駆動される走行モータ２２と、コントロールバルブ２４により制御された圧油により駆動されるアームシリンダ１３と、コントロールバルブ２５により制御された圧油により駆動されるブームシリンダ１２と、コントロールバルブ２６により制御された圧油により駆動される旋回モータ２１と、回路内の圧力が上昇し、油圧装置が破損するのを防ぐリリーフバルブ３０と、図示しないバケットシリンダ等を備えている。

前記の各アクチュエータ１２、１３、２１、２２を駆動させる圧油を制御しているコントロールバルブ２３〜２６は、これらを制御するためのパイロット回路を備えている。このパイロット回路は前記エンジン１６により駆動されるパイロットポンプ３１と、パイロットポンプ３１から吐出される圧油の流れを切替えて、前記コントロールバルブ２３〜２６を制御するパイロットバルブ３２〜３５を備えている。

前記エンジン１６には、このエンジンの回転数検出手段として回転数センサ２７が設けられている。可変容量油圧ポンプ１５には、この油圧ポンプの吐出流量を決める斜板１５ａと、この斜板１５ａの傾転角検出手段として傾転角センサ２８が設けられている。また、前記油圧回路には、可変容量油圧ポンプ１５の吐出圧力の圧力検出手段として圧力センサ２９が設けられている。

可変容量油圧ポンプ１５の吐出流量は、その流量制御手段であるレギュレータ１７により前記斜板１５ａの傾転角を変化させることで決定されるが、このレギュレータ１７はコントローラ１８により電磁比例減圧弁１９を介して制御される。

コントローラ１８は、前記回転数センサ２７と、前記傾転角センサ２８と、前記圧力センサ２９とからの検出値を入力信号として取込み、これらの信号に応じて、後述する制御に従って制御信号を電磁比例減圧弁１９に出力する。電磁比例減圧弁１９はコントローラ１８からの制御信号に応じて、油圧源２０からの一次圧力を減圧して制御圧力とし、レギュレータ１７へ出力する。

図３はコントローラ１８における制御内容を示すブロック図で、この図３において、コントローラ１８はマイクロコンピュータ等で構成されている。そして、コントローラ１８には、入力信号に応じて制御信号を電磁比例減圧弁１９に出力するための制御関数を記憶した第1の記憶手段としての関数発生器１８１、第２の記憶手段としての関数発生器１８２と、この２つの関数発生器１８１と１８２とを選択的に切替え、選択された関数発生器が記憶している制御関数と、前記回転数センサ２７からの検出値であるエンジン１６の回転数Ｎと、前記傾転角センサ２８からの検出値である可変容量油圧ポンプ１５の傾転角θと、前記圧力センサ２９からの検出値である可変容量油圧ポンプ１５の吐出圧力Ｐの入力信号に基づいて、制御信号Ｘを電磁比例減圧弁１９に出力する切替手段としての切替スイッチ３６とで構成されている。

図４は図３に示す関数発生器１８１と１８２とにおける制御動作を説明するための特性図である。図４において横軸は可変容量油圧ポンプ１５の吐出圧力Ｐを、縦軸は可変容量油圧ポンプ１５の吐出流量Ｑを示す。

関数発生器１８１は、図４の破線の特性線ｃで示す吐出圧力−吐出流量曲線を制御関数として記憶している。この特性線ｃは可変容量油圧ポンプ１５の吐出圧力Ｐが、低、中圧の領域Ｌにおいて制御を行わず、馬力一定制御の制御開始点Ａを越えた高圧の領域Ｈにおいて、馬力一定制御を設定する吐出圧力−吐出流量曲線である。

関数発生器１８２は、図４の実線の特性線ｂで示す吐出圧力−吐出流量曲線を制御関数として記憶している。この特性線ｂは可変容量油圧ポンプ１５の吐出圧力Ｐが、低、中圧の領域Ｌにおいて制御を行わず、馬力一定制御の制御開始点Ａを越えた高圧の領域Ｈにおいて、前述した馬力一定制御を設定する吐出圧力−吐出流量曲線に対して、吐出圧力Ｐが上昇するにつれて、徐々に吐出流量Ｑが下がるように設定する吐出圧力−吐出流量曲線である。

次に上述した本発明のポンプ制御装置の一実施の形態の動作を図面を用いて説明する。
油圧ショベル１が、重掘削作業を行う際に、燃費を重視して作業をする場合、オペレータはコントローラ１８に接続され、運転席５内部等に設置されている切替スイッチ３６の可動接点を関数発生器１８２側の固定接点に切替操作する。これによって、関数発生器１８２に記憶されている特性線ｂで示す吐出圧力−吐出流量曲線が選択される。

そして、オペレータが掘削を開始するべく、例えばパイロットバルブ３３を操作する操作レバーを動かすと、パイロットポンプ３１からの圧油はアームシリンダ１３を制御するコントロールバルブ２４を駆動する。

これにより、コントロールバルブ２４がイからロの位置に移動し、可変容量油圧ポンプ１５からの圧油をアームシリンダ１３のボトム側に供給し、アームシリンダ１３のピストンロッドを伸長させ、アーム１０の掘削動作を開始させる。この掘削動作中に、アーム１０に負荷がかかり、アームシリンダ１３のボトム側圧力が上昇すると、可変容量油圧ポンプ１５の吐出圧力Ｐが上昇する。この吐出圧力Ｐは圧力センサ２９によって検出され、その圧力変動はコントローラ１８に入力される。

コントローラ１８は回転数センサ２７と傾転角センサ２８と圧力センサ２９とからの検出値に基づいて、可変容量油圧ポンプ１５の吐出圧力Ｐが、低、中圧の領域Ｌにおいては制御を行わず、馬力一定制御の制御開始点Ａを越えた高圧の領域Ｈにおいて、馬力一定制御を設定する吐出圧力−吐出流量曲線に対して、吐出圧力Ｐが上昇するにつれて、徐々に吐出流量Ｑが下がるように制御する。

本発明のポンプ制御装置によれば、関数発生器１８１と１８２とが記憶した吐出圧力−吐出流量曲線を選択的に切替えることができるので、関数発生器１８２を選択した場合には、馬力一定制御を設定する吐出圧力Ｐが低、中圧の領域Ｌにおいては、吐出流量Ｑは特性線ｃと同じ特性に設定され、吐出圧力Ｐが高圧の領域Ｈにおいては、吐出流量Ｑは特性線ｃで示す馬力一定制御の吐出圧力−吐出流量曲線よりも下がるように特性線ｂの特性に設定される。このように馬力を低下させることで、旋回時や放土時等における低、中圧の領域Ｌでの作業のスピードを落とさずに、掘削時等における高圧の領域Ｈでの燃料消費量を少なくすることができる。

またこの制御では、動作中は常にひとつの吐出圧力−吐出流量曲線上で制御するため、操作感が損なわれることがなく、オペレータがストレスを感じることなく作業することができる。

上述の実施の形態では、コントローラ１８には制御関数として吐出圧力−吐出流量曲線を記憶した２種類の関数発生器を１８１と１８２とを切替スイッチ３６で切替えるようにしたが、３種類以上の関数発生器を切替スイッチ３６で選択的に切替えるようにしても良い。これにより、オペレータの操作感覚を低下させず、また作業効率と燃料消費量の低減率をさらに細かく調節できる。

上述の実施の形態では、特性線ｂは可変容量油圧ポンプ１５の吐出圧力Ｐが、低、中圧の領域Ｌにおいて制御を行わず、馬力一定制御の制御開始点Ａを越えた高圧の領域Ｈにおいて、前述した馬力一定制御を設定する吐出圧力−吐出流量曲線に対して、吐出圧力Ｐが上昇するにつれて、徐々に吐出流量Ｑが下がるように設定する吐出圧力−吐出流量曲線を用いたが、前述の馬力一定制御の制御開始点Ａを越えない近傍の領域で、前述した馬力一定制御を設定する吐出圧力−吐出流量曲線に対して、吐出圧力Ｐが上昇するにつれて、徐々に吐出流量Ｑが下がるように設定する吐出圧力−吐出流量曲線を用いてもよい。これにより、オペレータの操作感覚を低下させず、また作業効率と燃料消費量の低減率をさらに細かく調節できる。

本発明のポンプ制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルの全体を示す正面図である。本発明のポンプ制御装置の一実施の形態を構成する油圧回路図である。図２に示す本発明のポンプ制御装置の一実施の形態を構成するコントローラの制御ブロック図である。図３に示す本発明のポンプ制御装置の一実施の形態を構成するコントローラの制御動作を説明する特性線図である。

符号の説明

１５：可変容量油圧ポンプ
１６：エンジン
１７：レギュレータ
１８：コントローラ
２７：回転数センサ
２８：傾転角センサ
２９：圧力センサ
３６：切替スイッチ
１８１、１８２：関数発生器

Claims

エンジンにより駆動される可変容量油圧ポンプと、
前記可変容量油圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出手段と、
前記可変容量油圧ポンプの傾転角を検出する傾転角検出手段と、
前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、
前記可変容量油圧ポンプの吐出圧力が低中圧の領域で吐出流量が一定量となり、吐出圧力が馬力一定制御が開始される制御開始点を超えた高圧の領域で、馬力一定制御されるような第１の吐出圧力−吐出流量曲線を記憶した第１の記憶手段と、
前記可変容量油圧ポンプの吐出圧力が前記低中圧と同一の領域で吐出流量が前記一定量と同一となり、吐出圧力が前記高圧と同一の領域で、前記第１の吐出圧力−吐出流量曲線に対して、吐出圧力が上昇するにつれて、徐々に吐出流量が下がって前記第１の吐出圧力−吐出流量曲線との間の吐出流量の差が大きくなるような第２の吐出圧力−吐出流量曲線を記憶した第２の記憶手段と、
前記第１の記憶手段の前記第１の吐出圧力−吐出流量曲線と前記第２の記憶手段の前記第２の吐出圧力−吐出流量曲線とを選択的に切替え、選択された前記曲線と前記圧力検出手段と前記傾転角検出手段と前記回転数検出手段とからの検出値に基づいて、前記可変容量油圧ポンプの吐出流量を制御する制御信号を出力する切替手段とを備えたことを特徴とする建設機械のポンプ制御装置。
前記切替手段は、オペレータにより操作される切替スイッチを有することを特徴とする請求項１に記載の建設機械のポンプ制御装置。
前記第２の吐出圧力−吐出流量曲線を記憶した前記第２の記憶手段を複数種類備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の建設機械のポンプ制御装置。