JP2023151651A - ショベル - Google Patents
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Abstract
【課題】操作性を向上するショベルを提供する。【解決手段】操作装置と、油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプと、前記油圧ポンプを駆動するエンジンと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給する作動油を制御する制御弁と、パイロットラインで接続され、前記制御弁にパイロット圧を供給する電磁比例弁と、前記電磁比例弁を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記エンジン又は前記油圧ポンプの状態に応じて、メータアウト側のパイロットラインに設けられる前記電磁比例弁への制御を変更する、ショベル。【選択図】図6
Description
本開示は、ショベルに関する。
下部走行体と、下部走行体に対し旋回可能な上部旋回体と、上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、上部旋回体を旋回させる旋回油圧モータと、アタッチメントを駆動する油圧アクチュエータと、を備える作業機械が知られている。特許文献1には、油圧式作業機械用の操作装置が開示されている。
ところで、ショベルは、エンジンの回転数を増加させ、ポンプが吐出する作動油の吐出量を増加させることにより、ブーム上げ速度を増大させることができる。一方、ブーム下げ速度は、エンジンの回転数を増加させ、ポンプが吐出する作動油の吐出量を増加させても変化しない。このため、エンジン回転数のモードを変更した場合、一方の動作方向における動作は増速し、他方の動作方向における動作が追従せず、操作者に操作の違和感を与える。
そこで、本発明は、操作性を向上するショベルを提供することを目的とする。
本発明の実施形態に係るショベルは、操作装置と、油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプと、前記油圧ポンプを駆動するエンジンと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給する作動油を制御する制御弁と、パイロットラインで接続され、前記制御弁にパイロット圧を供給する電磁比例弁と、前記電磁比例弁を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記エンジン又は前記油圧ポンプの状態に応じて、メータアウト側のパイロットラインに設けられる前記電磁比例弁への制御を変更する。
本発明によれば、操作性を向上するショベルを提供することができる。
最初に、図1及び図2を参照して、本発明の実施形態に係る掘削機としてのショベル100について説明する。図1はショベル100の側面図であり、図2はショベル100の上面図である。
本実施形態では、ショベル100の下部走行体1はクローラ1Cを含む。クローラ1Cは、下部走行体1に搭載されている走行アクチュエータとしての走行油圧モータ2Mによって駆動される。具体的には、クローラ1Cは左クローラ1CL及び右クローラ1CRを含む。左クローラ1CLは左走行油圧モータ2MLによって駆動され、右クローラ1CRは右走行油圧モータ2MRによって駆動される。
下部走行体1には旋回機構2を介して上部旋回体3が旋回可能に搭載されている。旋回機構2は、上部旋回体3に搭載されている旋回アクチュエータとしての旋回油圧モータ2Aによって駆動される。但し、旋回アクチュエータは、電動アクチュエータとしての旋回電動発電機であってもよい。
上部旋回体3にはブーム4が取り付けられている。ブーム4の先端にはアーム5が取り付けられ、アーム5の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット6が取り付けられている。ブーム4、アーム5及びバケット6は、アタッチメントの一例であるアタッチメントATを構成する。ブーム4はブームシリンダ7で駆動され、アーム5はアームシリンダ8で駆動され、バケット6はバケットシリンダ9で駆動される。ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9は、アタッチメントアクチュエータを構成している。図1及び図2に示す例では、バケット6は、掘削バケットであるが、スケルトンバケット又は(除礫バケット)であってもよい。また、バケット6は、バケットチルト機構を備えていてもよい。
上部旋回体3には、運転室としてのキャビン10が設けられ、且つ、エンジン11等の動力源が搭載されている。キャビン10の内部には、操作装置26、コントローラ30、及び操作方式切換装置SD等が設けられている。また、上部旋回体3には、空間認識装置70等が取り付けられている。なお、本書では、便宜上、上部旋回体3における、アタッチメントATが取り付けられている側を前方とし、カウンタウェイトが取り付けられている側を後方とする。
空間認識装置70は、ショベル100の周囲の三次元空間に存在する物体を認識するように構成されている。また、空間認識装置70は、空間認識装置70又はショベル100から認識された物体までの距離を算出するように構成されていてもよい。空間認識装置70は、例えば、超音波センサ、ミリ波レーダ、撮像装置、LIDAR、距離画像センサ、赤外線センサ等、又はそれらの任意の組み合わせを含む。撮像装置は、例えば、単眼カメラ又はステレオカメラ等である。本実施形態では、空間認識装置70は、キャビン10の上面前端に取り付けられた前方センサ70F、上部旋回体3の上面後端に取り付けられた後方センサ70B、上部旋回体3の上面左端に取り付けられた左方センサ70L、及び、上部旋回体3の上面右端に取り付けられた右方センサ70Rを含む。上部旋回体3の上方の空間に存在する物体を認識する上方センサがショベル100に取り付けられていてもよい。
操作装置26は、操作者がアクチュエータの操作のために用いる装置である。操作装置26は、例えば、操作レバー及び操作ペダルを含む。アクチュエータは、油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータの少なくとも1つを含む。
操作方式切換装置SDは、操作レバーの操作方式を切り換えることができるように構成される。例えば、操作方式切換装置SDは、キャビン10内の右側コンソールに設けられた押しボタンスイッチを含み、押しボタンスイッチが押される度に、第1操作方式と第2操作方式との間で操作レバーの操作方式を切り換えることができるように構成される。例えば、第1操作方式は、左操作レバー26L(図3参照。)が前方に倒されたときにアーム5が開かれ、左操作レバー26Lが後方に倒されたときにアーム5が閉じられ、左操作レバー26Lが左方に倒されたときに左旋回が実行され、且つ、左操作レバー26Lが右方に倒されたときに右旋回が実行されるように構成されている。また、第1操作方式は、右操作レバー26R(図3参照。)が前方に倒されたときにブーム4が下げられ、右操作レバー26Rが後方に倒されたときにブーム4が上げられ、右操作レバー26Rが左方に倒されたときにバケット6が閉じられ、且つ、右操作レバー26Rが右方に倒されたときにバケット6が開かれるように構成されている。一方で、第2操作方式は、左操作レバー26L(図3参照。)が前方に倒されたときに右旋回が実行され、左操作レバー26Lが後方に倒されたときに左旋回が実行され、左操作レバー26Lが左方に倒されたときにアーム5が開かれ、且つ、左操作レバー26Lが右方に倒されたときにアーム5が閉じられるように構成されている。
ショベル100の操作者は、例えば、掘削バケットを用いて掘削作業を行う場合に第1操作方式を選択し、スケルトンバケット(除礫バケット)を用いて除礫作業を行う場合に第2操作方式を選択してもよい。
コントローラ30は、ショベル100を制御するための制御装置である。本実施形態では、コントローラ30は、CPU、揮発性記憶装置、及び不揮発性記憶装置等を備えたコンピュータで構成されている。そして、コントローラ30は、各機能に対応するプログラムを不揮発性記憶装置から読み出して揮発性記憶装置にロードし、対応する処理をCPUに実行させる。各機能は、例えば、操作者によるショベル100の手動操作をガイド(案内)するマシンガイダンス機能、及び、操作者によるショベル100の手動操作を支援したり或いはショベル100を自動的或いは自律的に動作させたりするマシンコントロール機能を含む。コントローラ30は、ショベル100の周囲の監視範囲内に存在する物体とショベル100との接触を回避するためにショベル100を自動的或いは自律的に動作させたり或いは停止させたりする接触回避機能を含んでいてもよい。ショベル100の周囲の物体の監視は、監視範囲内だけでなく監視範囲外に対しても実行される。
次に、図3を参照し、ショベル100に搭載される油圧システムの構成例について説明する。図3は、ショベル100に搭載される油圧システムの構成例を示す図である。図3は、機械的動力伝達系、作動油ライン、パイロットライン及び電気制御系を、それぞれ、二重線、実線、破線及び点線で示している。
ショベル100の油圧システムは、主に、エンジン11、レギュレータ13、メインポンプ14、パイロットポンプ15、コントロールバルブユニット17、操作装置26、吐出圧センサ28、操作センサ29、及びコントローラ30等を含む。
図3において、油圧システムは、エンジン11によって駆動されるメインポンプ14から、センターバイパス管路40又はパラレル管路42を経て作動油タンクまで作動油を循環させることができるように構成されている。
エンジン11は、ショベル100の駆動源である。本実施形態では、エンジン11は、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。エンジン11の出力軸は、メインポンプ14及びパイロットポンプ15のそれぞれの入力軸に連結されている。
メインポンプ14は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブユニット17に供給できるように構成されている。本実施形態では、メインポンプ14は、斜板式可変容量型油圧ポンプである。
レギュレータ13は、メインポンプ14の吐出量を制御できるように構成されている。本実施形態では、レギュレータ13は、コントローラ30からの制御指令に応じてメインポンプ14の斜板傾転角を調節することによってメインポンプ14の吐出量を制御する。
パイロットポンプ15は、パイロット圧生成装置の一例であり、パイロットラインを介して油圧制御機器に作動油を供給できるように構成されている。本実施形態では、パイロットポンプ15は、固定容量型油圧ポンプである。但し、パイロット圧生成装置は、メインポンプ14によって実現されてもよい。すなわち、メインポンプ14は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブユニット17に供給する機能に加え、パイロットラインを介して各種油圧制御機器に作動油を供給する機能を備えていてもよい。この場合、パイロットポンプ15は、省略されてもよい。
コントロールバルブユニット17は、ショベル100における油圧システムを制御する油圧制御装置である。本実施形態では、コントロールバルブユニット17は、制御弁171~176を含む。制御弁175は制御弁175L及び制御弁175Rを含み、制御弁176は制御弁176L及び制御弁176Rを含む。コントロールバルブユニット17は、制御弁171~176を通じ、メインポンプ14が吐出する作動油を1又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給できるように構成されている。制御弁171~176は、例えば、メインポンプ14から油圧アクチュエータに流れる作動油の流量、及び、油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する。油圧アクチュエータは、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9、左走行油圧モータ2ML、右走行油圧モータ2MR及び旋回油圧モータ2Aを含む。
操作装置26は、操作者がアクチュエータを操作できるように構成されている。本実施形態では、操作装置26は、操作者が油圧アクチュエータを操作できるように構成された油圧アクチュエータ操作装置を含む。具体的には、油圧アクチュエータ操作装置は、パイロットラインを介して、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、コントロールバルブユニット17内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できるように構成されている。パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力(パイロット圧)は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置26の操作方向及び操作量に応じた圧力である。
吐出圧センサ28は、メインポンプ14の吐出圧を検出できるように構成されている。本実施形態では、吐出圧センサ28は、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
操作センサ29は、操作者による操作装置26の操作の内容を検出できるように構成されている。本実施形態では、操作センサ29は、アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置26の操作方向及び操作量を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
メインポンプ14は、左メインポンプ14L及び右メインポンプ14Rを含む。そして、左メインポンプ14Lは、左センターバイパス管路40L又は左パラレル管路42Lを経て作動油タンクまで作動油を循環させ、右メインポンプ14Rは、右センターバイパス管路40R又は右パラレル管路42Rを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。
左センターバイパス管路40Lは、コントロールバルブユニット17内に配置された制御弁171、173、175L及び176Lを通る作動油ラインである。右センターバイパス管路40Rは、コントロールバルブユニット17内に配置された制御弁172、174、175R及び176Rを通る作動油ラインである。
制御弁171は、左メインポンプ14Lが吐出する作動油を左走行油圧モータ2MLへ供給し、且つ、左走行油圧モータ2MLが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁172は、右メインポンプ14Rが吐出する作動油を右走行油圧モータ2MRへ供給し、且つ、右走行油圧モータ2MRが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁173は、左メインポンプ14Lが吐出する作動油を旋回油圧モータ2Aへ供給し、且つ、旋回油圧モータ2Aが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁174は、右メインポンプ14Rが吐出する作動油をバケットシリンダ9へ供給し、且つ、バケットシリンダ9内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁175Lは、左メインポンプ14Lが吐出する作動油をブームシリンダ7へ供給するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。制御弁175Rは、右メインポンプ14Rが吐出する作動油をブームシリンダ7へ供給し、且つ、ブームシリンダ7内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁176Lは、左メインポンプ14Lが吐出する作動油をアームシリンダ8へ供給し、且つ、アームシリンダ8内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁176Rは、右メインポンプ14Rが吐出する作動油をアームシリンダ8へ供給し、且つ、アームシリンダ8内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
左パラレル管路42Lは、左センターバイパス管路40Lに並行する作動油ラインである。左パラレル管路42Lは、制御弁171、173、及び175Lの何れかによって左センターバイパス管路40Lを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。右パラレル管路42Rは、右センターバイパス管路40Rに並行する作動油ラインである。右パラレル管路42Rは、制御弁172、174、及び175Rの何れかによって右センターバイパス管路40Rを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。
レギュレータ13は、左レギュレータ13L及び右レギュレータ13Rを含む。左レギュレータ13Lは、左メインポンプ14Lの吐出圧に応じて左メインポンプ14Lの斜板傾転角を調節することによって、左メインポンプ14Lの吐出量を制御する。具体的には、左レギュレータ13Lは、例えば、左メインポンプ14Lの吐出圧の増大に応じて左メインポンプ14Lの斜板傾転角を調節して吐出量を減少させる。右レギュレータ13Rについても同様である。吐出圧と吐出量との積で表されるメインポンプ14の吸収パワー(吸収馬力)がエンジン11の出力パワー(出力馬力)を超えないようにするためである。
操作装置26は、左操作レバー26L、右操作レバー26R及び走行レバー26Dを含む。走行レバー26Dは、左走行レバー26DL及び右走行レバー26DRを含む。
左操作レバー26Lは、旋回操作とアーム5の操作に用いられる。左操作レバー26Lは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁176のパイロットポートに導入させる。また、左右方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁173のパイロットポートに導入させる。
具体的には、左操作レバー26Lは、アーム閉じ方向に操作された場合に、制御弁176Lの右側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁176Rの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、左操作レバー26Lは、アーム開き方向に操作された場合には、制御弁176Lの左側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁176Rの右側パイロットポートに作動油を導入させる。また、左操作レバー26Lは、左旋回方向に操作された場合に、制御弁173の左側パイロットポートに作動油を導入させ、右旋回方向に操作された場合に、制御弁173の右側パイロットポートに作動油を導入させる。
図3に示す例では、左操作レバー26Lは、前後方向に操作されたときにアーム操作レバーとして機能し、左右方向に操作されたときに旋回操作レバーとして機能する。
右操作レバー26Rは、ブーム4の操作とバケット6の操作に用いられる。右操作レバー26Rは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁175のパイロットポートに導入させる。また、左右方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁174のパイロットポートに導入させる。
具体的には、右操作レバー26Rは、ブーム下げ方向に操作された場合に、制御弁175Rの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、右操作レバー26Rは、ブーム上げ方向に操作された場合には、制御弁175Lの右側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁175Rの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、右操作レバー26Rは、バケット閉じ方向に操作された場合に、制御弁174の右側パイロットポートに作動油を導入させ、バケット開き方向に操作された場合に、制御弁174の左側パイロットポートに作動油を導入させる。
図3に示す例では、右操作レバー26Rは、前後方向に操作されたときにブーム操作レバーとして機能し、左右方向に操作されたときにバケット操作レバーとして機能する。
走行レバー26Dは、クローラ1Cの操作に用いられる。具体的には、左走行レバー26DLは、左クローラ1CLの操作に用いられる。左走行ペダルと連動するように構成されていてもよい。左走行レバー26DLは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁171のパイロットポートに導入させる。右走行レバー26DRは、右クローラ1CRの操作に用いられる。右走行ペダルと連動するように構成されていてもよい。右走行レバー26DRは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁172のパイロットポートに導入させる。
吐出圧センサ28は、吐出圧センサ28L及び吐出圧センサ28Rを含む。吐出圧センサ28Lは、左メインポンプ14Lの吐出圧を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。吐出圧センサ28Rについても同様である。
操作センサ29は、操作センサ29LA、29LB、29RA、29RB、29DL、29DRを含む。操作センサ29LAは、操作者による左操作レバー26Lに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作の内容は、例えば、レバー操作方向、レバー操作量(レバー操作角度)等である。
同様に、操作センサ29LBは、操作者による左操作レバー26Lに対する左右方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作センサ29RAは、操作者による右操作レバー26Rに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作センサ29RBは、操作者による右操作レバー26Rに対する左右方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作センサ29DLは、操作者による左走行レバー26DLに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作センサ29DRは、操作者による右走行レバー26DRに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
コントローラ30は、操作センサ29の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ13に対して制御指令を出力し、メインポンプ14の吐出量を変化させる。また、コントローラ30は、絞り18の上流に設けられた制御圧センサ19の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ13に対して制御指令を出力し、メインポンプ14の吐出量を変化させる。絞り18は左絞り18L及び右絞り18Rを含み、制御圧センサ19は左制御圧センサ19L及び右制御圧センサ19Rを含む。
左センターバイパス管路40Lには、最も下流にある制御弁176Lと作動油タンクとの間に左絞り18Lが配置されている。そのため、左メインポンプ14Lが吐出した作動油の流れは、左絞り18Lで制限される。そして、左絞り18Lは、左レギュレータ13Lを制御するための制御圧を発生させる。左制御圧センサ19Lは、この制御圧を検出するためのセンサであり、検出した値をコントローラ30に対して出力する。コントローラ30は、この制御圧に応じて左メインポンプ14Lの斜板傾転角を調節することによって、左メインポンプ14Lの吐出量を制御する。コントローラ30は、この制御圧が大きいほど左メインポンプ14Lの吐出量を減少させ、この制御圧が小さいほど左メインポンプ14Lの吐出量を増大させる。右メインポンプ14Rの吐出量も同様に制御される。
具体的には、図3で示されるようにショベル100における油圧アクチュエータが何れも操作されていない待機状態の場合、左メインポンプ14Lが吐出する作動油は、左センターバイパス管路40Lを通って左絞り18Lに至る。そして、左メインポンプ14Lが吐出する作動油の流れは、左絞り18Lの上流で発生する制御圧を増大させる。その結果、コントローラ30は、左メインポンプ14Lの吐出量を許容最小吐出量まで減少させ、吐出した作動油が左センターバイパス管路40Lを通過する際の圧力損失(ポンピングロス)を抑制する。一方、何れかの油圧アクチュエータが操作された場合、左メインポンプ14Lが吐出する作動油は、操作対象の油圧アクチュエータに対応する制御弁を介して、操作対象の油圧アクチュエータに流れ込む。そして、左メインポンプ14Lが吐出する作動油の流れは、左絞り18Lに至る量を減少或いは消失させ、左絞り18Lの上流で発生する制御圧を低下させる。その結果、コントローラ30は、左メインポンプ14Lの吐出量を増大させ、操作対象の油圧アクチュエータに十分な作動油を循環させ、操作対象の油圧アクチュエータの駆動を確かなものとする。なお、コントローラ30は、右メインポンプ14Rの吐出量も同様に制御する。
上述のような構成により、図3の油圧システムは、待機状態においては、メインポンプ14における無駄なエネルギ消費を抑制できる。無駄なエネルギ消費は、メインポンプ14が吐出する作動油がセンターバイパス管路40で発生させるポンピングロスを含む。また、図3の油圧システムは、油圧アクチュエータを作動させる場合には、メインポンプ14から必要十分な作動油を作動対象の油圧アクチュエータに確実に供給できる。
また、ブームシリンダ7にはブームロッド圧センサS7R及びブームボトム圧センサS7Bが取り付けられている。アームシリンダ8にはアームロッド圧センサS8R及びアームボトム圧センサS8Bが取り付けられている。バケットシリンダ9にはバケットロッド圧センサS9R及びバケットボトム圧センサS9Bが取り付けられている。ブームロッド圧センサS7R、ブームボトム圧センサS7B、アームロッド圧センサS8R、アームボトム圧センサS8B、バケットロッド圧センサS9R及びバケットボトム圧センサS9Bは、集合的に「シリンダ圧センサ」とも称される。また、旋回油圧モータ2Aには左旋回圧センサS10L及び右旋回圧センサS10Rが取り付けられている。
ブームロッド圧センサS7Rはブームシリンダ7のロッド側油室の圧力(以下、「ブームロッド圧」とする。)を検出し、ブームボトム圧センサS7Bはブームシリンダ7のボトム側油室の圧力(以下、「ブームボトム圧」とする。)を検出する。アームロッド圧センサS8Rはアームシリンダ8のロッド側油室の圧力(以下、「アームロッド圧」とする。)を検出し、アームボトム圧センサS8Bはアームシリンダ8のボトム側油室の圧力(以下、「アームボトム圧」とする。)を検出する。バケットロッド圧センサS9Rはバケットシリンダ9のロッド側油室の圧力(以下、「バケットロッド圧」とする。)を検出し、バケットボトム圧センサS9Bはバケットシリンダ9のボトム側油室の圧力(以下、「バケットボトム圧」とする。)を検出する。左旋回圧センサS10Lは、旋回油圧モータ2Aの左側ポートにおける作動油の圧力を検出する。右旋回圧センサS10Rは、旋回油圧モータ2Aの右側ポートにおける作動油の圧力を検出する。各センサで検出された値は、コントローラ30に送信される。
次に、図4を参照し、コントローラ30がマシンコントロール機能によってアクチュエータを動作させるための構成について説明する。図4は、油圧システムの一部を抜き出した図である。具体的には、図4は、ブームシリンダ7の操作に関する油圧システム部分を抜き出した図である。
図4に示すように、油圧システムは、比例弁31を含む。比例弁31は、比例弁31BL及び31BRを含む。
比例弁31は、マシンコントロール用制御弁として機能する。比例弁31は、パイロットポンプ15とコントロールバルブユニット17内の対応する制御弁のパイロットポートとを接続する管路に配置され、その管路の流路面積を変更できるように構成されている。本実施形態では、比例弁31は、コントローラ30が出力する制御指令に応じて動作する。そのため、コントローラ30は、操作者による操作装置26の操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31を介し、コントロールバルブユニット17内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できる。そして、コントローラ30は、比例弁31が生成するパイロット圧を、対応する制御弁のパイロットポートに作用させることができる。
この構成により、コントローラ30は、特定の操作装置26に対する操作が行われていない場合であっても、その特定の操作装置26に対応する油圧アクチュエータを動作させることができる。また、コントローラ30は、特定の操作装置26に対する操作が行われている場合であっても、その特定の操作装置26に対応する油圧アクチュエータの動作を強制的に停止させることができる。
例えば、図4に示すように、右操作レバー26Rは、ブーム4を操作するために用いられる。具体的には、右操作レバー26Rは、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、前後方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁175のパイロットポートに作用させる。より具体的には、右操作レバー26Rは、ブーム上げ方向(後方向)に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁175Rの左側パイロットポートに作用させる。また、右操作レバー26Rは、ブーム下げ方向(前方向)に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁175Rの右側パイロットポートに作用させる。
操作センサ29RAは、操作者による右操作レバー26Rに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
比例弁31BLは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から比例弁31BLを介して制御弁175Rの左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁31BRは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から比例弁31BRを介して制御弁175Rの右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁31BLは、制御弁175Rを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。また、比例弁31BRは、制御弁175Rを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。
また、比例弁31BLと制御弁175の一方のポート(制御弁175Rの左側ポート)とを接続するパイロットラインには、パイロット圧を検出するパイロット圧センサ32BLが設けられている。また、比例弁31BRと制御弁175の他方のポート(制御弁175Rの右側ポート)とを接続するパイロットラインには、パイロット圧を検出するパイロット圧センサ32BRが設けられている。各パイロット圧センサ32BL,32BRで検出された値は、コントローラ30に送信される。
この構成により、コントローラ30は、操作者によるブーム上げ操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31BLを介し、制御弁175Rの左側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者によるブーム上げ操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31BLを介し、制御弁175Rの左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者によるブーム上げ操作に応じ、或いは、操作者によるブーム上げ操作とは無関係に、ブーム4を上げることができる。
また、コントローラ30は、操作者によるブーム下げ操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31BRを介し、制御弁175Rの右側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者によるブーム下げ操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31BRを介し、制御弁175Rの右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者によるブーム下げ操作に応じ、或いは、操作者によるブーム下げ操作とは無関係に、ブーム4を下げることができる。
なお、図4においては、コントローラ30は、比例弁31BL,31BRを制御し、制御弁175Rにパイロット圧を供給する構成について説明した。同様に、コントローラ30は、比例弁(図示せず)を制御し、制御弁175Lにパイロット圧を供給する。
また、この構成により、コントローラ30は、操作者によるブーム上げ操作が行われている場合であっても、必要に応じて、制御弁175のブーム上げ側のパイロットポート(制御弁176Rの左側パイロットポート及び制御弁175Lの右側パイロットポート)に作用するパイロット圧を減圧し、ブーム4の上げ動作を強制的に停止させることができる。操作者によるブーム下げ操作が行われているときにブーム4の下げ動作を強制的に停止させる場合についても同様である。
また、詳細な説明を省略するが、操作者によるアーム開き操作又はアーム閉じ操作が行われている場合にアーム5の動作を強制的に停止させる場合、操作者によるバケット閉じ操作又はバケット開き操作が行われている場合にバケット6の動作を強制的に停止させる場合、及び、操作者による旋回操作が行われている場合に上部旋回体3の旋回動作を強制的に停止させる場合についても同様である。また、操作者による走行操作が行われている場合に下部走行体1の走行動作を強制的に停止させる場合についても同様である。
ショベル100は、下部走行体1を自動的に前進・後進させる構成を備えていてもよい。この場合、左走行油圧モータ2MLの操作に関する油圧システム部分、及び、右走行油圧モータ2MRの操作に関する油圧システム部分は、ブームシリンダ7の操作に関する油圧システム部分等と同じように構成されてもよい。
また、操作装置26の形態として電気式操作レバーに関する説明を記載したが、電気式操作レバーではなく油圧式操作レバーが採用されてもよい。この場合、油圧式操作レバーのレバー操作量は、圧力センサによって圧力の形で検出されてコントローラ30へ入力されてもよい。また、油圧式操作レバーとしての操作装置26と各制御弁のパイロットポートとの間には電磁弁が配置されてもよい。電磁弁は、コントローラ30からの電気信号に応じて動作するように構成される。この構成により、油圧式操作レバーとしての操作装置26を用いた手動操作が行われると、操作装置26は、レバー操作量に応じてパイロット圧を増減させることで各制御弁を移動させることができる。また、各制御弁は電磁スプール弁で構成されていてもよい。この場合、電磁スプール弁は、電気式操作レバーのレバー操作量に対応するコントローラ30からの電気信号に応じて動作する。
ここで、メインポンプ14からブームシリンダ7のボトム側油室に作動油を供給(メータイン)して、ブーム4を上げる動作について説明する。操作者が操作装置26を操作すると、コントローラ30は、操作装置26の操作量に応じて比例弁31BLの開度を制御し、制御弁175Rの左側ポートにパイロット圧を供給する。また、コントローラ30は、操作装置26の操作量に応じて比例弁(図示せず)の開度を制御し、制御弁175Lの右側ポートにパイロット圧を供給する。これにより、メインポンプ14からブームシリンダ7のボトム側油室に作動油が供給される。
ここで、エンジン11の回転速度を増加させる、メインポンプ14のポンプトルクを増加させることにより、メインポンプ14から供給される作動油の流量が増加し、操作装置26の操作量に対するブーム4の上げ速度を増加させることができる。また、エンジン11の回転速度を減少させる、メインポンプ14のポンプトルクを減少させることにより、メインポンプ14から供給される作動油の流量が減少し、操作装置26の操作量に対するブーム4の上げ速度を減少させることができる。
一方、ブームシリンダ7のボトム側油室から作動油タンクに作動油を排出(メータアウト)して、ブーム4を下げる動作について説明する。操作者が操作装置26を操作すると、コントローラ30は、操作装置26の操作量に応じて比例弁31BRの開度を制御し、制御弁175Rの右側ポートにパイロット圧を供給する。また、コントローラ30は、制御弁175Lのスプールは中立位置となっている。これにより、ブームシリンダ7のボトム側油室から作動油タンクに作動油が排出される。
ここで、エンジン11の回転速度を増加させる、メインポンプ14のポンプトルクを増加させた場合であっても、操作装置26の操作量に対するブーム4の下げ速度は変化しない。また、エンジン11の回転速度を減少させる、メインポンプ14のポンプトルクを減少させた場合であっても、操作装置26の操作量に対するブーム4の下げ速度は変化しない。
このため、作業者が、ブーム4の動作速度の増加を求めて、エンジン11の回転速度を増加させる、メインポンプ14のポンプトルクを増加させた場合、ブーム4の上げ速度は増加するが、ブーム4の下げ速度は変化しない。このため、作業者に操作の違和感を与える。また、作業者が、ブーム4の動作速度の減少を求めて、エンジン11の回転速度を減少させる、メインポンプ14のポンプトルクを減少させた場合、ブーム4の上げ速度は減少するが、ブーム4の下げ速度は変化しない、このため、作業者に操作に違和感を与える。
次に、本実施形態に係るショベル100における制御について、図5を用いて説明する。図5は、メータアウトにおける比例弁31の制限制御を説明するグラフである。
第1の制御例について、図5(a)及び図5(b)を用いて説明する。図5(a)は、ブーム4の下げ操作時における操作装置26の操作量(レバー操作量)と、比例弁31BLから制御弁175に供給されるパイロット圧と、の関係を示すグラフである。ここでは、エンジン回転数が小さい場合のパイロット圧を破線で示し、エンジン回転数が中の場合のパイロット圧を点線で示し、エンジン回転数が高い場合のパイロット圧を実線で示す。図5(b)は、エンジン11のエンジン回転数と最大パイロット圧との関係を示すグラフである。
第1の制御例では、コントローラ30は、エンジン回転数により最大パイロット圧に制限をするように比例弁31を制御する。図5(b)に示すように、コントローラ30は、エンジン回転数が大きくなるほど最大パイロット圧が大きくなるように比例弁31を制御する。また、コントローラ30は、エンジン回転数が小さくなるほど、最大パイロット圧が小さくなるように比例弁31を制御する。
これにより、図5(a)に示すように、エンジン回転数が小さい場合(図5(a)において破線で示す。)、エンジン回転数が大きい場合(図5(a)において実線で示す。)と比較して、パイロット圧の最大値を小さくするように制限する。この例では、レバー操作量がST1に達するとパイロット圧は最大値となる。これにより、エンジン回転数が小さい場合は、制御弁175の開口面積が制限され、ボトム室から作動油タンクに排出される作動油の流量も低下する。これにより、エンジン回転数を小さくした場合、ブーム4の下げ速度を減少させることができる。これにより、操作者の違和感を低減することができる。
第2の制御例について、図5(c)を用いて説明する。図5(c)は、ブーム4の下げ操作時における操作装置26の操作量(レバー操作量)と、パイロット圧との関係を示すグラフである。ここでは、エンジン回転数が小さい場合のパイロット圧を破線で示し、エンジン回転数が中の場合のパイロット圧を点線で示し、エンジン回転数が高い場合のパイロット圧を実線で示す。
第2の制御例では、コントローラ30は、エンジン回転数が大きくなるほど、レバー操作量に対するパイロット圧が大きくなるように比例弁31を制御する。換言すれば、エンジン回転数が大きくなるほど、レバー操作量に対するパイロット圧の傾きが大きくなる。また、第2の制御例において、レバー操作量が最大におけるパイロット圧が異なっている。換言すれば、コントローラ30は、エンジン回転数により最大パイロット圧に制限をする。
これにより、図5(c)に示すように、エンジン回転数が小さい場合、エンジン回転数が大きい場合と比較して、レバー操作量に対するパイロット圧を小さくする。これにより、エンジン回転数が小さい場合は、制御弁175の開口面積が制限され、ボトム室から作動油タンクに排出される作動油の流量も低下する。これにより、エンジン回転数を小さくした場合、ブーム4の下げ速度を小さくすることができる。これにより、操作者の違和感を低減することができる。
第3の制御例について、図5(d)及び図5(e)を用いて説明する。図5(d)は、ブーム4の下げ操作時における操作装置26の操作量(レバー操作量)及びパイロット圧の時間変化を示すグラフである。ここでは、レバー操作量を一点鎖線で示す。また、エンジン回転数が小さい場合のパイロット圧の時間変化を破線で示し、エンジン回転数が大きい場合のパイロット圧の時間変化を実線で示す。図5(e)は、エンジン11のエンジン回転数とパイロット圧の増加制限との関係を示すグラフである。
第3の制御例では、コントローラ30は、エンジン回転数によりパイロット圧の増加に制限をする。
即ち、一点鎖線に示すように操作装置26を操作され、エンジン回転数が大きい場合には、コントローラ30は、実線に示すように、パイロット圧の増加速度を大きくするように比例弁31を制御する。これにより、速やかにパイロット圧が上昇するように比例弁31を制御する。また、制御弁175が速やかに開口し、ブーム4の下げ動作の動作速度が速やかに増加する。この例では、時間T1までパイロット圧が増加し、時間T1以降はパイロット圧が一定となる。
一方、一点鎖線に示すように操作装置26を操作され、エンジン回転数が小さい場合には、コントローラ30は、破線に示すようにパイロット圧の増加速度を小さくするように比例弁31を制御する。これにより、緩やかにパイロット圧が上昇するように比例弁31を制御する。また、制御弁175が緩やかに開口し、ブーム4の下げ動作の動作速度が緩やかに増加する。この例では、時間T1よりも長い時間T2までパイロット圧が増加し、時間T2以降はパイロット圧が一定となる。これにより、エンジン回転数を小さくした場合、ブーム4の下げ速度を小さくすることができる。これにより、操作者の違和感を低減することができる。
なお、第1から第3の制御例では、エンジン回転数に基づいて、パイロット圧を制限するものとして説明したが、これに限られるものではない。エンジン回転数に代えてポンプトルクに基づいて、パイロット圧を制限する構成であってもよい。上述した通り、第1から第3の制御例では、パイロット圧の最大値を制限、又は、パイロット圧の増加速度の制限を行う。具体的には、第1の制御例では、パイロット圧の最大値のみを制限する制御を行う。第2の実施例では、パイロット圧の最大値を制限し、且つ、パイロット圧の増加速度を制限する制御を行う。第3の制御例では、パイロット圧の増加速度のみを制限する制御を行う。
次に、コントローラ30の制御について、図6を用いて説明する。図6は、コントローラ30による比例弁31の制御の一例を示すフローチャートである。
ステップS101において、コントローラ30は、エンジン11またはメインポンプ14の状態の読み込みを行う。具体的には、コントローラ30は、エンジン11のエンジン回転、メインポンプ14のポンプトルク、ショベル100の作業モードのうち、少なくとも1つの読み込みを行う。作業モードには、エンジン回転、ポンプトルクの情報を含む。
作業者が操作装置26を操作すると、操作装置26の操作量がコントローラ30に入力される。ステップS102において、コントローラ30は、操作装置26の操作の判定を行う。
操作装置26の操作がブーム上げ操作(メータイン操作)と判定した場合、コントローラ30の処理はステップS103に進む。ステップS103において、コントローラ30は、通常のプロファイルで電磁比例弁(比例弁31)に指令を行う。即ち、コントローラ30は、操作装置26の操作量に基づいて、比例弁31の開度を制御する。ここで、通常のプロファイルとは、レバー操作量に対するパイロット圧の制限を行わない制御である。換言すると、通常プロファイルでは、操作装置26の操作量に基づく指令を、エンジン11またはメインポンプ14の状態(エンジン回転数、ポンプトルク、作業モード)に基づいて変更しない制御を行う。
操作装置26の操作がブーム下げ操作(メータアウト操作)と判定した場合、コントローラ30の処理はステップS104に進む。ステップS104において、コントローラ30は、制限プロファイルで電磁比例弁(比例弁31)に指令を行う。換言すれば、コントローラ30は、操作装置26の操作量に基づく指令を、エンジン11またはメインポンプ14の状態(エンジン回転数、ポンプトルク、作業モード)に基づいて変更して、変更した指令を電磁比例弁(比例弁31)に行う。これにより、操作装置26の操作量に対するパイロット圧を補正する。即ち、コントローラ30は、操作装置26の操作量、エンジン11またはメインポンプ14の状態(エンジン回転数、ポンプトルク、作業モード)に基づいて、図5に示す制御で比例弁31の開度を制御する。ここで、制限プロファイルとは、図5(a)、(c)、(d)の何れかに示すプロファイルで制御することである。また、これらのプロファイルを組み合わせて用いてもよい。
図7は、エンジン回転数とブーム4の動作速度との関係の一例を示すグラフである。図7において、横軸はエンジン回転数を示し、縦軸はブーム4の動作速度を示す。本実施形態におけるブーム上げの動作速度を実線で示し、本実施形態におけるブーム下げの動作速度を実線で示し、参考例におけるブーム下げの動作速度を二点鎖線で示す。
ブーム4の上げ動作において、エンジン回転数が減少するほどブーム4の上げの動作速度が減少し、エンジン回転数が増加するほどブーム4の上げの動作速度が増加する。この例では、最小エンジン回転数RS1においてブーム4の動作速度は速度MS1となり、最大エンジン回転数RS2においてブーム4の動作速度は速度MS1よりも速い速度MS2となる。
ここで、参考例に係るブーム4の下げ動作では、レバー操作量に応じて、制御弁175のパイロット圧を制御する。この場合、エンジン回転数に関わらず、で最小エンジン回転数RS1から最大エンジン回転数RS2までの間、動作速度は速度MS2で一定である。
一方、本実施形態では、エンジン回転数に応じて、ブーム4の下げの動作速度に制限(図5参照)をかけるように比例弁31を制御する。これにより、図7の破線に示すように、エンジン回転数が減少するほどブーム4の下げ速度も減少し、エンジン回転数が増加するほどブーム4の下げ速度も増加する。この例では、最小エンジン回転数RS1においてブーム4の動作速度は速度MS1となり、最大エンジン回転数RS2においてブーム4の動作速度は速度MS1よりも速い速度MS2となる。
これにより、エンジン回転数を変更することで、ブーム4の上げの動作速度及び下げの動作速度の両方を共に増大または減少させることができる。なお、図7では、エンジン回転数を変更する場合を例に説明したが、ポンプトルクとしてもよい。
100 ショベル
1 下部走行体
2A 旋回油圧モータ
2 旋回機構
3 上部旋回体
4 ブーム
5 アーム
6 バケット
7 ブームシリンダ
8 アームシリンダ
9 バケットシリンダ
15 パイロットポンプ
17 コントロールバルブユニット
171~176 制御弁
26 操作装置
30 コントローラ
31 比例弁(電磁比例弁)
1 下部走行体
2A 旋回油圧モータ
2 旋回機構
3 上部旋回体
4 ブーム
5 アーム
6 バケット
7 ブームシリンダ
8 アームシリンダ
9 バケットシリンダ
15 パイロットポンプ
17 コントロールバルブユニット
171~176 制御弁
26 操作装置
30 コントローラ
31 比例弁(電磁比例弁)
Claims (7)
- 操作装置と、
油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプを駆動するエンジンと、
前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給する作動油を制御する制御弁と、
パイロットラインで接続され、前記制御弁にパイロット圧を供給する電磁比例弁と、
前記電磁比例弁を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記エンジン又は前記油圧ポンプの状態に応じて、メータアウト側のパイロットラインに設けられる前記電磁比例弁への制御を変更する、
ショベル。 - 前記エンジン又は前記油圧ポンプの状態に応じて、操作量に対する前記電磁比例弁への指令を変更する、
請求項1に記載のショベル。 - 前記電磁比例弁の制御に関する、複数のプロファイルを有し、
メータアウト操作と判定した場合、前記プロファイルを変更する、
請求項1に記載のショベル。 - 前記複数のプロファイルは、少なくとも制限プロファイルを含み、
前記制限プロファイルが選択されると、前記エンジン又は前記油圧ポンプの状態に応じて、前記操作装置の操作量に対する前記電磁比例弁への指令を変更する、
請求項3に記載のショベル。 - 前記複数のプロファイルは、少なくとも制限プロファイルを含み、
前記制限プロファイルが選択されると、前記エンジンのエンジン回転数を下げた場合、又は、前記油圧ポンプのポンプトルクを下げた場合、メータアウト側のパイロットラインに設けられた前記電磁比例弁への指令値を変更し、前記操作装置の操作量に対するパイロット圧を補正する、
請求項3に記載のショベル。 - 前記エンジンのエンジン回転数を下げた場合、又は、前記油圧ポンプのポンプトルクを下げた場合、前記パイロットラインのパイロット圧が制限される、
請求項5に記載のショベル。 - 前記パイロット圧の制限は、前記パイロット圧の最大値を制限する、または、前記パイロット圧の増加速度を制限する、
請求項6に記載のショベル。
Priority Applications (1)
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- 2022-03-31 JP JP2022061388A patent/JP2023151651A/ja active Pending
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