CN110382784A - 作业机械 - Google Patents

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Abstract

一种作业机械，当前作业工具向自由下落方向动作，将从驱动该前作业工具的致动机构排出的液压油再生时，能够与基于前作业工具的姿势的变化导致的再生流量的变动无关地，抑制再生流量所流入的致动机构的速度变动，提高操作性。由此，在液压***的控制器(19)中设有再生控制运算部(19b)和泵流量控制运算部(19c)，当再生控制运算部控制再生阀(12)进行再生时，泵流量控制运算部基于由惯性测量装置(31)取得的斗杆(16)的姿势信息，以随着斗杆(16)的朝向接近铅垂向下而使液压泵(1)的排出流量增加的方式控制泵流量控制装置(20)。

Description

作业机械
技术领域
本发明涉及具有液压***的作业机械，尤其涉及液压挖掘机等、具有液压致动机构和液压泵的作业机械，在液压***中具有对液压致动机构的液压油能量再生的再生回路。
背景技术
通常液压挖掘机等作业机械为了对构成前作业机的多个前作业工具等被驱动体的致动机构进行驱动而从液压泵供给液压油。通过减少该液压泵的不需要的动力，能够抑制作为驱动液压泵的动力源的发动机的动力消耗，谋求油耗的改善。为了实现该情况，已知一种再生回路，其在对从液压致动机构排出的液压油再生的同时减少液压泵的排出流量，并减少液压泵的动力，由此实现油耗的改善，例如在专利文献1中记载了该再生回路的一例。专利文献1中提出了一种方案，在斗杆向自由下落方向工作的情况下，以将液压泵的排出流量设为最小并将从斗杆液压缸的活塞杆侧排出的液压油向斗杆液压缸的缸底侧再生的方式控制，在除此之外的情况下，以将液压泵设为通常的排出流量并解除再生的方式控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-220356号公报
发明内容
如专利文献1所记载地，能够测定斗杆的工作方向来减少液压泵输出。但是，在专利文献1所述的***中，当在斗杆接近水平的状态下向收回斗杆的方向工作的情况下，从斗杆液压缸的活塞杆侧排出的液压油的流量(再生流量)变多，随着接近铅垂而再生流量变少。由此，在动作中向斗杆液压缸的缸底侧流入的液压油的流量大幅变动而使液压缸速度变动，有可能导致操作性恶化。另外，当斗杆成为铅垂方向朝下，再生流量为零的再生切换时，液压泵的排出流量增大，向斗杆液压缸流入的液压油的量大幅变动而使液压缸速度变动，有可能导致操作性恶化。而且，若在前作业机的前端重的情况下减少液压泵的排出流量，则斗杆液压缸的缸底侧的压力成为负值而发生空蚀，无法将斗杆液压缸控制为所希望的速度。该结果为，操作性变得恶化。
专利文献1所述的***将从斗杆液压缸的活塞杆侧排出的液压油向作为相同致动机构的斗杆液压缸的缸底侧供给而再生，但在将从斗杆液压缸的活塞杆侧排出的液压油向与斗杆液压缸不同的另一致动机构再生的液压***中，也会发生同样的问题。
本发明是鉴于上述情况作出的，其目的在于提供一种具有液压***的作业机械，该液压***当前作业工具向自由下落方向动作，将从驱动该前作业工具的致动机构排出的液压油再生时，能够与基于前作业工具的姿势的变化导致的再生流量的变动无关地，抑制再生流量所流入的致动机构的速度变动，提高操作性。
本发明为了实现上述目的，提供一种作业机械，具有：前作业机，其由多个前作业工具构成，所述多个前作业工具分别与车身或者其他的前作业工具能够转动地连结；和液压***，其具有驱动所述多个前作业工具的多个致动机构，所述多个前作业工具包括能够向自由下落方向动作的第一前作业工具，所述多个致动机构包括驱动所述第一前作业工具的液压缸型的第一致动机构，所述液压***具有：将从所述第一致动机构的液压油排出侧排出的液压油向第二致动机构的液压油供给侧供给的再生回路；控制所述再生回路的再生状态的再生控制装置；向所述第二致动机构供给液压油的液压泵；和控制所述液压泵的排出流量的泵流量控制装置，其中，该作业机械具有：取得所述第一前作业工具的姿势信息的姿势信息取得装置；和基于由所述姿势信息取得装置取得的所述第一前作业工具的姿势信息来控制所述再生控制装置以及所述泵流量控制装置的控制器，所述控制器具有：再生控制运算部，其基于由所述姿势信息取得装置取得的所述第一前作业工具的姿势信息，在所述第一前作业工具向自由下落方向动作时控制所述再生控制装置而通过所述再生回路进行再生；和泵流量控制运算部，其在所述再生控制运算部控制所述再生控制装置而进行再生时，基于由所述姿势信息取得装置取得的所述第一前作业工具的姿势信息，以随着所述第一前作业工具的朝向接近铅垂向下而使所述液压泵的排出流量连续地增加的方式控制所述泵流量控制装置。
这样地在控制器中设置再生控制运算部和泵流量控制运算部，当再生控制运算部控制再生控制装置进行再生时，泵流量控制运算部基于由姿势信息取得装置取得的第一前作业工具的姿势信息，以随着第一前作业工具的朝向接近铅垂向下而使液压泵的排出流量连续地增加的方式控制泵流量控制装置，由此当前作业工具向自由下落方向动作，将从驱动该前作业工具的致动机构排出的液压油再生时，能够与基于前作业工具的姿势的变化导致的再生流量的变动无关地，抑制再生流量所流入的致动机构的速度变动，提高操作性。
发明效果
根据本发明，当前作业工具向自由下落方向动作，将从驱动该前作业工具的致动机构排出的液压油再生时，能够与基于前作业工具的姿势的变化导致的再生流量的变动无关地，防止空蚀，并抑制再生流量所流入的致动机构的速度变动，提高操作性。
附图说明
图1表示本发明的第一实施方式的作业机械所具有的液压***，是表示对操作杆没有输入的情况的图。
图2表示本发明的第一实施方式的作业机械所具有的液压***，是表示对操作杆具有斗杆放出方向的输入的情况的图。
图3表示本发明的第一实施方式的作业机械所具有的液压***，是表示对操作杆具有斗杆回收方向的输入的情况的图。
图4是表示再生阀处于截断位置且再生回路处于再生状态的情况下的再生流量与液压泵的排出流量的关系的图。
图5是表示斗杆相对于水平面的角度与斗杆液压缸的缸底侧室的压力的关系的图。
图6是表示控制器的处理内容的功能框图。
图7是表示再生控制运算部的处理流程的流程图。
图8是表示方向控制阀的入口节流开口面积特性的图。
图9是表示泵流量控制运算部的处理内容的功能框图。
图10是表示操作端口的压力与液压泵的基准泵流量之间的关系的图。
图11是表示泵流量减少量运算部的运算所用的斗杆角度与泵流量减少量之间的关系的图。
图12是表示流量减少无效运算部的处理流程的流程图。
图13表示安装有重附件的状态下减少液压泵的排出流量后的情况下的、液压泵的排出压与斗杆液压缸的缸底侧室的压力的关系。
图14表示本发明的第二实施方式的作业机械所具有的液压***，是表示对操作杆没有输入的情况的图。
图15是表示流量减少无效运算部的处理流程的流程图。
图16表示本发明的第三实施方式的作业机械所具有的液压***，是表示对操作杆没有输入的情况的图。
图17是表示控制器的处理内容的功能框图。
图18是用于说明斗杆角度运算部中的斗杆的姿势信息(斗杆角度)的运算内容的图。
图19表示本发明的第四实施方式的作业机械所具有的液压***，是表示对操作杆具有斗杆回收方向的输入的情况的图。
图20是表示控制器的处理内容的功能框图。
图21表示本发明的第五实施方式的作业机械所具有的液压***的关于斗杆液压缸的回路部分，是表示对操作杆没有输入的情况的图。
图22表示本发明的第五实施方式的作业机械所具有的液压***的关于铲斗液压缸的回路部分，是表示对操作杆没有输入的情况的图。
图23是表示控制器的处理内容的功能框图。
图24是表示再生控制运算部的处理流程的流程图。
图25是表示泵流量控制运算部的处理内容的功能框图。
图26是表示本发明的第六实施方式的作业机械所具有的液压***中的控制器的泵流量控制运算部的处理内容的功能框图。
图27是表示泵流量减少量运算部的处理的思考方式的概念图。
图28是表示泵流量减少量运算部的处理内容的功能框图。
图29是表示作为作业机械(工程机械)一例的液压挖掘机的外观的图。
具体实施方式
以下，依照附图来说明本发明的实施方式。
<第一实施方式>
使用图1～图13以及图29来说明本发明的第一实施方式的作业机械。
图29表示作为作业机械(工程机械)一例的液压挖掘机的外观的图。
液压挖掘机具有下部行驶体201、上部旋转体202和前作业机203。下部行驶体201和上部旋转体202构成车身。下部行驶体201具有左右的履带式行驶装置201a、201b(仅图示一侧)，履带式行驶装置201a、201b由左右的行驶马达201c、201d(仅图示一侧)驱动。上部旋转体202能够旋转地搭载于下部行驶体201上，由旋转马达202a旋转驱动。前作业机203能够俯仰地安装于上部旋转体202的前部。在上部旋转体202上具有驾驶舱(驾驶室)202b，在驾驶舱202b内配置有驾驶席、位于驾驶席左右的前作业以及旋转用的操作杆装置，位于驾驶席前侧的行驶用的操作杆/踏板装置等的操作装置。
前作业机203是具有动臂205、斗杆16、铲斗35的多个前作业工具的多关节构造，动臂205相对于上部旋转体202(车身)能够沿上下方向转动地连结，斗杆16相对于动臂205能够沿上下以及前后方向转动地连结，铲斗35相对于斗杆16能够沿上下以及前后方向转动地连结。另外，动臂205通过动臂液压缸34的伸缩而相对于上部旋转体202转动，斗杆16通过斗杆液压缸9的伸缩而相对于动臂205转动，铲斗35通过铲斗液压缸18的伸缩而相对于斗杆16转动。
图1是表示本发明的第一实施方式的作业机械所具有的液压***的图。此外，图1仅表示有关斗杆液压缸9的回路部分，为了简化附图，省略了与斗杆液压缸9以外的致动机构(图1所示的动臂液压缸34、铲斗液压缸18、旋转马达202a、左右的行驶马达201c、201d)有关的回路部分的图示。
图1中，本实施方式中的液压***具有：发动机50；由该发动机50驱动的可变容量型的液压泵1；控制液压泵1的排出流量的泵流量控制装置20；与液压泵1的液压油供给管路2连接的方向控制阀4；驱动斗杆16的上述斗杆液压缸9；将方向控制阀4与斗杆液压缸9的缸底侧室9b连接的缸底管路5；将方向控制阀4与斗杆液压缸9的活塞杆侧室9r连接的活塞杆管路6；将方向控制阀4与油箱15连接的中央旁通管路7；将方向控制阀4与油箱15连接的油箱管路8；配置于油箱管路8的作为再生控制装置的电磁阀型的再生阀12；在再生阀12的上流侧中将油箱管路8与液压油供给管路2连接的再生管路10；和配置于再生管路10，使液压油从油箱管路8向液压油供给管路2流动并阻止相反方向的液压油的流动的止回阀11。
在斗杆16上，作为取得斗杆16的姿势信息的姿势信息取得装置而安装有用于测定斗杆16离水平面的角度的惯性测量装置(IMU)31。该惯性测量装置31是能够测定三维的角速度和加速度的装置，能够使用这些信息求出斗杆16相对于水平面的角度。
另外，液压***具有作为配置于图29所示的驾驶舱202b内的操作装置之一的操作杆装置21，操作杆装置21由操作杆21a、和安装于操作杆21a的基端部的先导阀13构成。先导阀13经由先导管路22与方向控制阀4的斗杆回收方向工作的操作端口4c连接，并经由先导管路23与斗杆放出方向工作的操作端口4d连接，与操作杆21a的操作量对应的压力从先导阀13向方向控制阀4的操作端口4c或操作端口4d引导。
在液压油供给管路2上，作为取得液压泵1的排出压的压力信息取得装置而安装有用于测定液压泵1的排出压的压力传感器3。
在先导管路22上，作为取得斗杆液压缸9的工作方向的工作方向信息取得装置以及取得由操作员的操作产生的操作杆装置21的操作量的操作量信息取得装置，而安装有用于检测向操作端口4c传递的压力的压力传感器14。
压力传感器3、压力传感器14、惯性测量装置31与控制器19电连接，控制器19与泵流量控制装置20和再生阀12的螺线管电连接。控制器19具有编设有程序的CPU19a，相对于向控制器19输入的压力传感器3、压力传感器14和惯性测量装置31的检测值，基于其程序来进行规定的运算处理，向泵流量控制装置20和再生阀12的螺线管生成控制信号。
斗杆16是能够向自由下落方向动作的第一前作业工具，斗杆液压缸9是用于驱动该第一前作业工具(斗杆16)的液压缸型的第一致动机构。在此，“自由下落方向”是意味着斗杆16根据斗杆16和铲斗35的重量(在铲斗35保持有土砂的情况下包括土砂重量)绕着与动臂205的转动支点朝着铅垂方向朝下而自由下落的动作方向，“斗杆16向自由下落方向动作”也可以换言为“斗杆16朝着铅垂方向朝下而动作”。
另外，本实施方式中，再生管路10和止回阀11构成将从第一致动机构(斗杆液压缸9)的液压油排出侧(活塞杆侧室9r)排出的液压油向第二致动机构的液压油供给侧供给的再生回路41。本实施方式中，第二致动机构是与第一致动机构相同的致动机构(斗杆液压缸9)，斗杆液压缸9兼做第一致动机构和第二致动机构。另外，再生阀12构成控制再生回路41的再生状态的再生控制装置。
接下来，使用图1～图3来说明本实施方式的基本动作。
图1表示对操作杆21a没有输入、经由方向控制阀4使液压油供给管路2和中央旁通管路7连通、且再生阀12处于连通位置的情况。该情况下，来自液压泵1的液压油穿过液压油供给管路2，并穿过方向控制阀4而流动至中央旁通管路7，然后返回至油箱15。
图2表示因操作杆21a的斗杆放出方向的输入而使向方向控制阀4的操作端口4d传递的压力增加，液压油供给管路2与活塞杆管路6连通，缸底管路5和油箱管路8连通，且再生阀12处于连通位置的情况。该情况下，来自液压泵1的液压油穿过液压油供给管路2，穿过方向控制阀4而流动至活塞杆管路6并流入斗杆液压缸9的活塞杆侧室9r。与此同时，从斗杆液压缸9的缸底侧室9b排出的液压油穿过缸底管路5，穿过方向控制阀4而向油箱管路8输送。在此，由于再生阀12处于连通位置，所以油箱管路8的液压油穿过再生阀12而向油箱15返回。
图3表示因操作杆21a的斗杆回收方向的输入而使向方向控制阀4的操作端口4c施加的压力增加，液压油供给管路2和缸底管路5连通，活塞杆管路6和油箱管路8连通，且再生阀12处于截断位置的情况。该情况下，来自液压泵1的液压油穿过液压油供给管路2，穿过方向控制阀4而流动至缸底管路5并流入斗杆液压缸9的缸底侧室9b。与此同时，从斗杆液压缸9的活塞杆侧室9r排出的液压油穿过活塞杆管路6，穿过方向控制阀4而向油箱管路8输送。在此，由于再生阀12处于截断位置，所以油箱管路8的液压油穿过再生管路10和止回阀11而向液压泵1的液压油供给管路2再生。再生阀12被控制为，在斗杆16因重力而向自由下落方向动作的情况下处于截断位置，在非上述动作的情况下切换至连通位置。在再生阀12处于连通位置的情况下，油箱管路8的液压油穿过再生阀12而向油箱15返回。
接着，使用图4来说明如图3所示地再生阀12处于截断位置且再生回路41处于再生状态的情况下的再生流量与液压泵1的排出流量的关系。图4的图的纵轴为流量，横轴为斗杆16相对于水平面的角度。点线为液压泵1的排出流量，虚线为再生流量，实线为其合计流量。如图4所示，斗杆16的角度越接近水平，再生流量越增加，斗杆16的角度越接近铅垂，再生流量越减少。本实施方式中与该图形相应地进行控制，使得斗杆16的角度越接近水平，越使液压泵1的排出流量减少，斗杆16的角度越接近铅垂，越使液压泵1的排出流量增加，由此能够缩小向斗杆液压缸9的缸底侧室9b流入的流量的变化。
接下来，说明在本实施方式中，不进行液压泵1的排出流量的减少控制的条件。
首先，在没有向操作杆21a的输入且压力没有向方向控制阀4的操作端口4c引导的条件1、和没有进行基于再生回路41的再生的条件2下，不进行液压泵1的排出流量的减少控制。另外，在有可能发生空蚀的条件3下，也不进行液压泵1的排出流量的减少控制。在此，使用图5来说明有可能发生空蚀的条件3。
图5表示斗杆16相对于水平面的角度与斗杆液压缸9的缸底侧室9b的压力的关系。点线表示在前作业机203上安装有通常的铲斗35且没有减少液压泵1的排出流量的情况(以与操作杆21a的操作量对应地使液压泵1的排出流量增大的方式控制的情况)，虚线表示代替铲斗35而安装有重附件且没有减少液压泵1的排出流量的情况，实线表示安装有重附件且减少液压泵1的排出流量后的情况。
在减少液压泵1的排出流量后的情况下。与没有减少的情况相比，斗杆液压缸9的缸底侧室9b的压力降低。另外，在安装有重附件的情况下，与安装有通常的铲斗的情况相比，对斗杆液压缸9施加的外力变大，因此斗杆液压缸9的缸底侧室9b的压力进一步降低。
由此，如由图5的长圆所包围的部分那样，在安装有重附件且减少液压泵1的排出流量后的情况下，斗杆液压缸9的缸底侧室9b的压力成为负值，有可能发生空蚀。
因此，以在由图5的长圆所包围的部分的范围中，不减少液压泵1的排出流量地在虚线上推移，在由长圆包围的部分以外的范围中，减少液压泵1的排出流量而在实线上推移的方式控制，由此能够减少油耗并防止空蚀。
在如上所述的本实施方式中，在减少液压泵1的排出流量时斗杆液压缸9的缸底侧室9b的压力成为负值之际，不进行液压泵1的排出流量的减少控制。
此外，本实施方式的情况下，没有直接测量斗杆液压缸9的缸底侧室9b的压力，但在图3的状态中，斗杆液压缸9的缸底侧室9b的压力、与经由方向控制阀4与缸底管路5连接的液压油供给管路2的压力处于规定的关系，由此通过使用测定液压油供给管路2的压力的压力传感器3的值，能够判断斗杆液压缸9的缸底侧室9b的压力。
接下来，使用图6的功能框图来说明控制器19的处理内容。
控制器19具有再生控制运算部19b和泵流量控制运算部19c的功能。
再生控制运算部19b从惯性测量装置31输入作为斗杆16的姿势信息的斗杆角度信息，从压力传感器14输入操作端口4c的压力信息(工作方向信息)，来运算再生阀12的励磁目标值。并且，将该目标值的信号向再生阀12的螺线管和泵流量控制运算部19c输出。
泵流量控制运算部19c从惯性测量装置31输入斗杆角度信息，从再生控制运算部19b输入再生阀12的螺线管的励磁目标值信息，从压力传感器14输入方向控制阀4的操作端口4c的压力信息(操作量信息)，从压力传感器3输入液压泵1的排出压信息，来运算液压泵1的排出流量目标值。并且将该目标值的信号向泵流量控制装置20输出。
接下来，使用图7和图8来说明再生控制运算部19b的处理内容。
图7表示再生控制运算部19b的处理流程，例如在控制器19动作的期间，以规定的运算循环重复该处理流程。
若控制器19起动，则在步骤S101中开始再生控制运算部19b的运算处理。
首先，再生控制运算部19b在步骤S102中判断操作端口4c的压力是否为规定的阈值以上。该判断用以判断斗杆16是否正在向自由下落方向动作，在操作端口4c压力为规定的阈值以上的情况下，在步骤S102中判断为是，向步骤S103的处理前进。
在步骤S103中，判断斗杆16的姿势有没有达到铅垂方向朝下。在斗杆16的姿势没有达到铅垂方向朝下的情况下，向步骤S104的处理前进。
在步骤S104中，判断为进行斗杆液压缸9的再生控制。在该情况下，再生控制运算部19b运算用于将再生阀12的螺线管励磁的励磁目标值，并输出该信号。
在步骤S102或S103中判断为否的情况下，向步骤S105的处理前进。在步骤S105中，判断为不进行斗杆液压缸9的再生控制。在该情况下，再生控制运算部19b运算不将再生阀12的螺线管励磁的励磁目标值，并输出该信号。
接下来，使用图8来说明图7的步骤S102中的规定的阈值。图8表示方向控制阀4的入口节流开口面积特性。横轴表示操作端口4c的压力，纵轴表示入口节流开口面积。
当操作端口4c的压力成为图中的值Pth1以上时，方向控制阀4的入口节流开口不再是0，液压油经由缸底管路5向斗杆液压缸9的缸底侧室9b供给。由此，将规定的阈值设为Pth1。
接下来，使用图9、图10、图11、图12来说明泵流量控制运算部19c的处理内容。
图9是表示泵流量控制运算部19c的处理内容的功能框图。
泵流量控制运算部19c具有基准泵流量运算部24、流量减少无效运算部25、泵流量减少量运算部26、乘法部37、减法部38的功能。
首先，基准泵流量运算部24输入操作端口4c的压力，运算液压泵1的基准泵流量。图10是表示操作端口4c的压力与液压泵1的基准泵流量之间的关系的图。基准泵流量以随着操作端口4c的压力上升而增加的方式设定。基准泵流量运算部24具有存储了如上所述的操作端口4c的压力与液压泵1的基准泵流量之间的关系的表，将操作端口4c的压力输入至该表，运算液压泵1的基准泵流量。
接下来，泵流量减少量运算部26输入斗杆相对于水平面的角度，运算液压泵1的排出流量的减少量。图11表示图9的泵流量减少量运算部26的运算所用的斗杆角度和泵流量减少量之间的关系。泵流量减少量被设定为，随着斗杆16的角度越接近水平而变得越大，越接近铅垂方向朝下而变得越小，当成为铅垂方向朝下时成为0。泵流量减少量运算部26具有存储了这种关系的表，输入斗杆的角度，运算液压泵1的排出流量的减少量。通过这样处理，当斗杆16接近水平，再生管路10内流动的液压油的量变多时，液压泵1的排出流量减少，液压泵1的输出下降，由此改善油耗。另外，即使斗杆到达铅垂方向朝下，再生阀12的螺线管成为非励磁状态而在再生管路10内流动的液压油的流量消失，液压泵1的排出流量也会连续地增加，由此速度难以下降。
接下来，流量减少无效运算部25输入液压泵1的排出压和再生阀12的励磁目标值，进行液压泵1的排出流量的减少无效运算。此时，在将液压泵1的排出流量的减少设为无效的情况下，输出0，在未设为无效的情况下，输出1。
图12表示图9的流量减少无效运算部25的处理流程。例如在控制器19动作的期间内以规定的运算循环重复该处理流程。
若控制器19起动，则在步骤S201中开始流量减少无效运算部25的运算处理。
首先，流量减少无效运算部25在步骤S203中判断液压泵1的排出压是否为规定的阈值以上。该判断是为了不会使斗杆液压缸9的缸底侧室9b的压力成为负值而发生空蚀的判断。在液压泵1的排出压为规定的阈值以上的情况下，在步骤S203中判断为是，向步骤S204的处理前进。
在步骤S204中，判断再生阀12的螺线管是否被励磁。在输入了将再生阀12的螺线管励磁的信号的情况下，在步骤S204中判断为是，向步骤S205的处理前进。在步骤S203、S204的任何一个中判断为否的情况下，向步骤S206的处理前进。
步骤S205中，判断为进行液压泵1的排出流量的减少，输出1。步骤S206中，判断为不进行液压泵1的排出流量的减少，输出0。
接下来，使用图13来说明图12中的步骤S203的规定的阈值。
图13表示在安装有重附件的状态下减少液压泵1的排出流量后的情况下的、液压泵1的排出压与斗杆液压缸9的缸底侧室9b的压力的关系。因配管损耗，斗杆液压缸9的缸底侧室9b的压力成为比液压泵1的排出压小的值。当该压力差的值设为ΔP1时，斗杆液压缸9的缸底侧室9b的压力为0MPa时的液压泵1的排出压为ΔP1。将该值ΔP1设为规定的阈值。
如上所述地由泵流量减少量运算部26运算液压泵1的排出流量的减少量，由流量减少无效运算部25进行液压泵1的排出流量的减少无效运算，然后，将泵流量减少量运算部26的输出和流量减少无效运算部25的输出由乘法部37相乘，将该值在减法部38中从基准泵流量运算部24的输出值减去。所得的值成为最终的液压泵1的排出流量的目标值。
在以上构成的本实施方式中，以当斗杆16的角度接近水平时减少液压泵1的排出流量，随着斗杆16的角度接近铅垂方向朝下而使液压泵1的排出流量连续地增加的方式控制，由此能够降低液压泵1的输出来改善油耗，并能够抑制斗杆16的速度降低而确保操作性。
另外，即使在前作业机203安装有重附件的情况下，也会在液压泵1的排出压没有为规定的阈值以上的情况下不进行液压泵1的排出流量的减少，由此斗杆液压缸9的缸底侧室9b的压力不会成为负值能够减少油耗并防止空蚀。
此外，也能够在图7的步骤S102中，代替压力传感器14而使用来自惯性测量装置31的斗杆角度的信息，来判断斗杆16是否正在向自由下落方向动作(正朝着铅垂方向朝下动作)。在该情况下，对图6的再生控制运算部19b从惯性测量装置31输入了斗杆角度，而代替操作端口4c的压力。另外，在图7的步骤S103中，使用来自惯性测量装置31的斗杆角度的信息，例如比较一个步骤前的斗杆角度与现在的斗杆角度，来判断斗杆16是否正朝着铅垂方向朝下动作。由此，在图6的再生控制运算部19b中，能够不使用操作端口4c的压力，仅使用来自惯性测量装置31的信息来判断是否进行斗杆液压缸9的再生控制。
另外，能够代替压力传感器14而使用来自测量方向控制阀4的行程量的行程传感器(移动量测定装置)的信息，来判断斗杆16是否正在向自由下落方向动作。在该情况下，在图6的再生控制运算部19b中输入了方向控制阀4的行程量来代替操作端口4c的压力。另外，在图7的步骤S103中，使用方向控制阀4的行程量来判断斗杆16是否正朝着铅垂方向朝下动作。
而且，操作杆装置21是输出与操作杆21a的操作量对应的电气信号的电子式，在控制器19中运算了方向控制阀4的移动量的指令值的情况下，也能够使用该指令值来判断斗杆16的动作方向。在该情况下，对图6的再生控制运算部19b输入了方向控制阀4的移动量的指令值而代替操作端口4c的压力。另外，在图7的步骤S103中，判断方向控制阀4的移动量的指令值是否为阈值以上，由此判断斗杆16是否正朝着铅垂方向朝下动作。
<第二实施方式>
使用图14和图15来说明本发明的第二实施方式的作业机械的液压***。此外，省略说明与第一实施方式同样的构成。
在图14所示的本实施方式中，与第一实施方式不同的构成为，代替安装于液压油供给管路2的压力传感器3，在缸底管路5安装有用于测定斗杆液压缸9的缸底侧室6b的压力的压力传感器30，来作为取得斗杆液压缸9(第一致动机构)的液压油流入侧的压力的压力信息取得装置。压力传感器30与控制器19电连接。
图15表示第二实施方式中的流量减少无效运算部25的处理流程。图15中，与第一实施方式的图12不同的是，步骤S203与步骤S207替换。步骤S203中，判断液压泵1的排出压是否为规定的阈值以上，但在步骤S207中，判断由压力传感器30测定的斗杆液压缸9的缸底压是否为规定的阈值(例如0MPa)以上。由此，与第一实施方式相比能够更正确地探测空蚀的发生条件。
根据本实施方式，能够与第一实施方式相比更正确地测定斗杆液压缸9的缸底侧室9b的压力，由此能够更有效地避免空蚀。
<第三实施方式>
使用图16至图18来说明本发明的第三实施方式的作业机械的液压***。此外，省略说明与第一实施方式同样的构成。
首先，使用图16说明第三实施方式的构成。与第一实施方式不同的构成为，作为姿势信息取得装置，代替安装于斗杆16的惯性测量装置31而安装有测定车身(下部行驶体201和上部旋转体202)相对于水平面的角速度的角速度传感器27、测定车身与动臂所成的角度的角度传感器28、和测定动臂与斗杆所成的角度的角度传感器29这一点。角速度传感器27检测各时点中的车身的角速度，并对其积分，由此求出车身相对于水平面的角度。角速度传感器27、角度传感器28、角度传感器29分别与控制器19电连接。
接下来，使用图17来说明控制器19的处理内容。与第一实施方式不同的是，控制器19还具有斗杆角度运算部19d，代替从惯性测量装置31输入的姿势信息，输入了来自角速度传感器27、角度传感器28、角度传感器29的信息，使用这些信息来由斗杆角度运算部19d运算斗杆的姿势信息这一点。再生控制运算部19b以及泵流量控制运算部19c基于从斗杆角度运算部19d输出的斗杆16的姿势信息来进行与第一实施方式同样的运算。
接下来，使用图18来说明斗杆角度运算部19d的运算内容。斗杆角度运算部19d中，从角速度传感器27取得车身相对于水平面的倾斜θbody，从角度传感器28取得车身与动臂205的连结点跟斗杆16与动臂205的连结点所成的直线与车身之间的角度θB，从角度传感器29取得斗杆16与动臂205的连结点跟斗杆16与铲斗35的连结点所成的直线、和车身与动臂的连结点跟斗杆16与动臂205的连结点所成的直线之间呈现的角度θA。此时，根据图16所述的式(1)，能够求出斗杆相对于水平面的角度θArm。
根据本实施方式，也能够得到与第一实施方式同样的效果。
<第四实施方式>
使用图19和图20来说明本发明的第四实施方式的作业机械的液压***。此外，省略说明与第一实施方式同样的构成。
首先，使用图19来说明第四实施方式的构成。与第一实施方式不同的构成为，作为姿势信息取得装置，代替安装于斗杆16的惯性测量装置31，而安装了测定车身(下部行驶体201和上部旋转体202)相对于水平面的角速度的角速度传感器27、用于测定动臂液压缸34的行程长度的行程传感器32、和用于测定斗杆液压缸9的行程长度的行程传感器33这一点。角速度传感器27和行程传感器32、33分别与控制器19电连接。
接下来，使用图20来说明控制器19的处理内容。第一实施方式不同的是，控制器19还具有斗杆角度运算部19d，代替来自惯性测量装置31的姿势信息，而输入了来自角速度传感器27、行程传感器32、行程传感器33的信息，并使用这些信息由斗杆角度运算部19d运算斗杆的姿势信息这一点。再生控制运算部19b以及泵流量控制运算部19c基于从斗杆角度运算部19d输出的斗杆16的姿势信息，进行与第一实施方式同样的运算。
接下来，说明斗杆角度运算部19d的运算内容。斗杆角度运算部19d中，预先求出行程传感器32的输出值与图18的角度θB的关系、以及行程传感器33与图18的角度θA之间的关系。并且在动作中，从行程传感器32、33的实测值求出角度θB、θA，并从角速度传感器27取得图18的车身的倾斜θbody。并且使用图18的式(1)求出斗杆相对于水平面的角度θArm。
根据本实施方式，也能够得到与第一实施方式同样的效果。
<第五实施方式>
使用图21至图24来说明本发明的第五实施方式的作业机械的液压***。此外，省略说明与第一实施方式同样的构成。
首先，使用图21以及图22来说明第五实施方式的液压***的回路构成。图21是表示关于液压***的斗杆液压缸9的回路部分的图，图22是表示关于液压***的铲斗液压缸18的回路部分的图。
本实施方式中，与第一实施方式不同的点为再生回路71的设置位置。
即，本实施方式中的液压***具有：在图21所示的再生阀12的上流侧将油箱管路8与图22所示的液压泵101的液压油供给管路102连接的再生管路60；和配置于再生管路60且使液压油从油箱管路8向液压油供给管路102流动并阻止相反方向的液压油的流动的止回阀61，由再生管路60和止回阀61构成了再生回路71。
另外，如图22所示，本实施方式中的液压***具有：由发动机50驱动的可变容量型的上述的液压泵101；控制液压泵101的排出流量的泵流量控制装置120；与液压泵101的液压油供给管路102连接的方向控制阀104；驱动图29所示的铲斗35的铲斗液压缸18；将方向控制阀4与铲斗液压缸18的缸底侧室18b连接的缸底管路105；将方向控制阀104与铲斗液压缸18的活塞杆侧室9r连接的活塞杆管路106；将方向控制阀104与油箱15连接的中央旁通管路107；和将方向控制阀104与油箱15连接的油箱管路108。
另外，本实施方式中的液压***具有作为配置于图29所示的驾驶舱202b内的操作装置之一的操作杆装置121，操作杆装置121由操作杆121a、和安装于操作杆121a的基端部的先导阀113构成。先导阀113经由先导管路122与方向控制阀104的铲斗铲装方向工作的操作端口104c连接，经由先导管路123与铲斗放出方向工作的操作端口104d连接，与操作杆121a的操作量对应的压力从先导阀113向方向控制阀104的操作端口104c或操作端口104d引导。
在液压油供给管路102上，作为取得液压泵101的排出压的压力信息取得装置而安装有用于测定液压泵101的排出压的压力传感器103。
在先导管路122上，作为取得铲斗液压缸18方向的工作方向信息取得装置以及取得基于操作员的操作产生的操作杆装置121的操作量的操作量信息取得装置，而安装有用于检测向操作端口104c传递的压力的压力传感器114。
压力传感器103和压力传感器114与图21所示的压力传感器14以及惯性测量装置31一同与控制器19电连接，控制器19与泵流量控制装置120和再生阀12的螺线管电连接。控制器19具有编设有程序的CPU19a，输入压力传感器103、压力传感器14、114和惯性测量装置31的检测值，基于其程序进行规定的运算处理，向泵流量控制装置120和再生阀12的螺线管输出控制信号。
由再生管路60和止回阀61构成的再生回路71将从作为第一致动机构的斗杆液压缸9的液压油排出侧(活塞杆侧室9r)排出的液压油向作为第二致动机构的铲斗液压缸18的液压油供给侧(缸底侧室18b)供给。即，本实施方式中，第二致动机构是驱动与作为第一前作业工具的斗杆16不同的作为第二前作业工具的铲斗35的、不同于第一致动机构的致动机构(铲斗液压缸18)。
接下来，使用图23的功能框图来说明控制器19的处理内容。
与第一实施方式中的控制器19不同的是，再生控制运算部19b和泵流量控制运算部19c替换为再生控制运算部119b和泵流量控制运算部119c，操作端口104c的压力信息追加输入至再生控制运算部119b，对泵流量控制运算部119c，代替操作端口4c的压力信息以及液压泵1的排出压信息而输入有操作端口104c的压力信息以及液压泵101的排出压信息这一点。
接下来，使用图24来说明再生控制运算部119b的处理内容。图24表示再生控制运算部119b的处理流程。与第一实施方式的图7的处理流程不同的是，在步骤S102中判断为是的情况下，向步骤S106的处理前进的点。步骤S106中，判断操作端口104c的压力是否为规定的阈值以上。在操作端口104c的压力为规定的阈值以上的情况下，在步骤S106中判断为是，向步骤S103的处理前进。在操作端口104c的压力比规定的阈值小的情况下，在步骤S106中判断为否，向步骤S105的处理前进。步骤S106的规定的阈值与步骤S102的规定的阈值同样地，设为方向控制阀104的入口节流开口不再成为0的值。
与第一实施方式同样地，当在步骤S103中，斗杆16的姿势没有到达铅垂方向朝下而判断为是时，向步骤S104的处理前进。在步骤S104中，再生控制运算部19b输出用于将再生阀12的螺线管励磁的信号。步骤S105中，再生控制运算部119b输出不将再生阀12的螺线管励磁的信号。
通过该处理，仅在斗杆16和铲斗35双方***作的情况下进行再生。
接下来，使用图25来说明泵流量控制运算部119c的处理内容。图25表示泵流量控制运算部119c的处理内容的功能框图。泵流量控制运算部119c的处理与第一实施方式的图9所示的功能框图的处理不同的是，基准泵流量运算部24、流量减少无效运算部25和泵流量减少量运算部26替换为基准泵流量运算部124、流量减少无效运算部125和泵流量减少量运算部126，操作端口104c的压力信息向基准泵流量运算部124输入，液压泵101的排出压信息和再生阀12的励磁目标值信息向流量减少无效运算部125输入这一点。
基准泵流量运算部124输入操作端口104c的压力，运算液压泵101的基准泵流量。此时的操作端口104c的压力与液压泵101的基准泵流量之间的关系是与图10所示的第一实施方式的基准泵流量运算部24中的关系相同的，基准泵流量被设定为随着操作端口104c的压力上升而增加。
流量减少无效运算部125输入液压泵101的排出压和再生阀12的励磁目标值，进行流量减少无效运算。此时的流量减少无效运算部125的处理流程除了在图12所示的流量减少无效运算部25的处理流程的步骤S203中代替液压泵1的排出压，来判断液压泵101的排出压是否为规定的阈值以上的这一点之外，与图12所示的流量减少无效运算部25的处理流程相同。流量减少无效运算部125根据图12的步骤S205，步骤S206的判断结果输出1或0。
泵流量减少量运算部126输入斗杆相对于水平面的角度，运算液压泵101的排出流量的减少量。该运算方法与图9所示的第一实施方式中的泵流量减少量运算部26同样地，使用与图11所示的斗杆角度跟泵流量减少量之间的关系同样的关系来运算液压泵101的排出流量的减少量。
然后，在乘法部37中，将泵流量减少量运算部126的输出与流量减少无效运算125的输出相乘，在减法部38中，将其值从基准泵流量运算124的输出值中减去，算出最终的液压泵101的排出流量的目标值。
根据本实施方式，当斗杆的角度接近水平时减少向铲斗液压缸18供给的液压泵101的排出流量，随着斗杆16的角度接近铅垂而增加向铲斗液压缸18供给的液压泵101的排出流量，由此能够降低液压泵101的输出并改善油耗，并抑制斗杆16的速度降低而保持操作性。
<第六实施方式>
使用图26、图27和图28来说明本发明的第六实施方式的作业机械的液压***。此外，省略说明与第一实施方式同样的构成。
本实施方式中，与第一实施方式不同的构成为，在图6中由功能框图所示的第一实施方式中的控制器19的功能中，具有泵流量控制运算部19c的处理。
使用图26、图27和图28来说明本实施方式中的泵流量控制运算部19c的处理内容。
图26是表示泵流量控制运算部19c的处理内容的功能框图。与第一实施方式不同的是，向泵流量减少量运算部226输入有操作端口4c的压力信息这一点。
图27表示图26的泵流量减少量运算部226的处理的思考方式。斗杆16的角度越接近水平，越增大液压泵1的排出流量的减少量，斗杆16的角度越接近铅垂，越减少液压泵1的排出流量的减少量。另外，操作端口4c的压力越低，越减少液压泵1的排出流量减少量，操作端口4c的压力越高，越增大液压泵1的排出流量的减少量。
接下来，使用图28来说明泵流量减少量运算部226的具体的处理内容。
图28中，操作端口4c的压力输入至表226a。该表226a中，以当操作端口4c的压力为0[MPa]时输出0，当操作端口4c的压力为规定的值Pth2[MPa]时输出1，随着操作端口4c的压力从0[MPa]向规定的值Pth2[MPa]增加，输出从0向1增加的方式，设定了操作端口4c的压力与输出的关系。规定的值Pth2[MPa]设为操作端口4c的压力的最大值。
斗杆16的角度输入至与图11所示的斗杆角度跟泵流量减少量之间的关系相同的表226b，运算液压泵1的排出流量的减少量。
最后，将上述的两个值在乘法部226c相乘，运算反映了图27的思考方式后的液压泵1的排出流量的减少量。
通过这样，当斗杆16接近水平，在再生管路10内流动的液压油的量较多时液压泵1的排出流量减少，液压泵1的输出减少，由此改善油耗。另外，即使斗杆16到达铅垂且再生阀12成为非励磁状态而在再生管路10内流动的液压油的量变少，液压泵1的排出流量也是足够多，由此斗杆液压缸9的速度(斗杆16的速度)难以下降。而且，通过使操作端口4c的压力变小，在由基准泵流量运算部24运算的液压泵1的基准泵流量较小的情况下，能够防止液压泵1的排出流量的减少量过大，斗杆液压缸9的速度(斗杆16的速度)变得过慢。
～其他～
在以上的实施方式中，说明了作业机械是具有前作业机、上部旋转体和下部行驶体的液压挖掘机的情况，但只要是包括使前作业机上下动的液压缸的作业机械，也能够将本发明同样地适用于轮式装载机、液压起重机、伸缩臂叉装车等液压挖掘机以外的作业机械，在该情况下也能够得到同样的效果。
附图标记说明
1、101 液压泵
2、102 液压油供给管路
3、103 压力传感器(压力信息取得装置)
4、104 方向控制阀
5、105 缸底管路
6、106 活塞杆管路
7、107 中央旁通管路
8、108 油箱管路
9 斗杆液压缸(第一致动机构兼第二致动机构)
10、60 再生管路
11、61 止回阀
12 再生阀(再生控制装置)
13、113 先导阀
14、114 压力传感器(工作方向信息取得装置；操作量信息取得装置)
15 油箱
16 斗杆(第一前作业工具)
18 铲斗液压缸(第二致动机构)
19 控制器
19aCPU
19b、119b 再生控制运算部
19c、119c 泵流量控制运算部
20、120 泵流量控制装置
21、121 操作杆装置(操作装置)
21a、121a 操作杆
22、122 先导管路
23、123 先导管路
24 基准泵流量运算部
25 流量减少无效运算部
26 泵流量减少量运算部
27 角速度传感器
28、29 角度传感器
30 压力传感器(压力信息取得装置)
31 惯性测量装置(IMU)(姿势信息取得装置)
32、33 行程传感器
34 动臂液压缸
35 铲斗(第二前作业工具)
41、71 再生回路
203 前作业机

Claims (9)

1.一种作业机械，具有：
前作业机，其由多个前作业工具构成，所述多个前作业工具分别与车身或者其他的前作业工具能够转动地连结；和
液压***，其具有驱动所述多个前作业工具的多个致动机构，
所述多个前作业工具包括能够向自由下落方向动作的第一前作业工具，
所述多个致动机构包括驱动所述第一前作业工具的液压缸型的第一致动机构，
所述液压***具有：
将从所述第一致动机构的液压油排出侧排出的液压油向第二致动机构的液压油供给侧供给的再生回路；
控制所述再生回路的再生状态的再生控制装置；
向所述第二致动机构供给液压油的液压泵；和
控制所述液压泵的排出流量的泵流量控制装置，该作业机械的特征在于，具有：
取得所述第一前作业工具的姿势信息的姿势信息取得装置；和
基于由所述姿势信息取得装置取得的所述第一前作业工具的姿势信息来控制所述再生控制装置以及所述泵流量控制装置的控制器，
所述控制器具有：
再生控制运算部，其基于由所述姿势信息取得装置取得的所述第一前作业工具的姿势信息，在所述第一前作业工具向自由下落方向动作时控制所述再生控制装置而通过所述再生回路进行再生；和
泵流量控制运算部，其在所述再生控制运算部控制所述再生控制装置而进行再生时，基于由所述姿势信息取得装置取得的所述第一前作业工具的姿势信息，以随着所述第一前作业工具的朝向接近铅垂向下而使所述液压泵的排出流量连续地增加的方式控制所述泵流量控制装置。
2.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述液压***还具有取得所述第一致动机构的液压油流入侧的压力和所述液压泵的排出压的某一方压力的压力信息取得装置，
所述泵流量控制运算部即使在所述第一前作业工具的朝向没有接近铅垂向下时，在由所述压力信息取得装置取得的所述第一致动机构的液压油流入侧的压力与所述液压泵的排出压的某一方压力较低时，也以使所述液压泵的排出流量增加而使所述液压泵的排出压上升的方式控制所述泵流量控制装置。
3.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述液压***还具有取得所述第一致动机构的工作方向的工作方向信息取得装置，
所述再生控制运算部基于由所述工作方向信息取得装置取得的所述第一致动机构的工作方向、和由所述姿势信息取得装置取得的所述第一前作业工具的姿势信息，来判断所述第一前作业工具是否向自由下落方向动作。
4.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述第二致动机构是与所述第一致动机构相同的致动机构，
所述再生回路以将从所述第一致动机构的液压油排出侧排出的液压油向所述第一致动机构的液压油供给侧供给的方式连接，
所述第一致动机构以由从所述液压泵排出的液压油驱动的方式连接。
5.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述第二致动机构是驱动与所述第一前作业工具不同的第二前作业工具的、与所述第一致动机构不同的另一致动机构，
所述再生回路以将从所述第一致动机构的液压油排出侧排出的液压油向所述另一致动机构的液压油供给侧供给的方式连接，
所述第一致动机构以由从与所述液压泵不同的另一液压泵排出的液压油驱动的方式连接，
所述另一致动机构以由从所述液压泵排出的液压油驱动的方式连接。
6.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述液压***还具有：
由操作员操作并指令所述第二致动机构的动作的操作装置；和
取得基于所述操作员的操作所产生的所述操作装置的操作量的操作量信息取得装置，
所述泵流量控制运算部基于由所述姿势信息取得装置取得的所述第一前作业工具的姿势信息，以随着所述第一前作业工具的朝向接近铅垂向下而使所述液压泵的排出流量增加的方式控制所述泵流量控制装置，并且以随着由所述操作量信息取得装置取得的操作量变小而使所述液压泵的排出流量的增加量变小的方式控制所述泵流量控制装置。
7.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述液压***还具有：
由操作员操作并指令所述第二致动机构的动作的操作装置；
取得基于所述操作员的操作所产生的所述操作装置的操作量的操作量信息取得装置；和
取得所述第一致动机构的液压油流入侧的压力和所述液压泵的排出压的某一方压力的压力信息取得装置，
所述泵流量控制运算部具有：基准泵流量运算部，其基于由所述操作量信息取得装置取得的所述操作装置的操作量来运算所述液压泵的基准流量；和泵流量减少量运算部，所述第一前作业工具的朝向越接近水平，所述泵流量减少量运算部越增大所述液压泵的相对于基准流量的减少量，且随着所述第一前作业工具的朝向接近铅垂向下，所述泵流量减少量运算部减小所述液压泵的排出流量的减少量，由此，以使所述液压泵的排出流量增加的方式进行控制，
所述泵流量减少量运算部在由所述压力信息取得装置取得的所述第一致动机构的液压油流入侧的压力与所述液压泵的排出压的某一方压力较低时，即使所述第一前作业工具的朝向没有接近铅垂向下时，也以减小所述液压泵的排出流量的减少量，增加所述液压泵的排出流量而使所述液压泵的排出压上升的方式控制所述泵流量控制装置。
8.根据权利要求7所述的作业机械，其特征在于，
所述泵流量减少量运算部基于由所述姿势信息取得装置取得的所述第一前作业工具的姿势信息，并随着所述第一前作业工具的朝向接近铅垂向下而减小所述液压泵的排出流量的减少量，由此，以使所述液压泵的排出流量增加的方式控制所述泵流量控制装置，并在此时，以随着由所述操作量信息取得装置取得的操作量变小而使所述液压泵的排出流量的减少量变大，并使所述液压泵的排出流量的增加量变小的方式控制所述泵流量控制装置。
9.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述第一前作业工具为液压挖掘机的斗杆，
所述第一致动机构为驱动所述斗杆的斗杆液压缸。
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