JP3634980B2 - 建設機械の制御装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設機械に備えられる油圧ポンプからの作動油の流量を制御弁により制御して、ブームシリンダ,スティックシリンダ,バケットシリンダ,旋回モータ等の油圧アクチュエータの作動を制御する、建設機械の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、油圧ショベル等の建設機械は、図9に示すように、上部旋回体102と下部走行体100と作業装置118とからなっている。
下部走行体100は、互いに独立して駆動しうる右トラック100R及び左トラック100Lをそなえており、一方、上部旋回体102は、下部走行体100に対して水平面内で旋回可能に設けられている。このため、上部旋回体102には旋回モータ(旋回用油圧アクチュエータ)が取り付けられている
また、作業装置118は、主にブーム103,スティック104,バケット108等からなっており、ブーム103は、上部旋回体102に対して回動可能に枢着されている。また、ブーム103の先端には、同じく鉛直面内に回動可能にスティック104が接続されている。
【0003】
また、上部旋回体102とブーム103との間には、ブーム103を駆動するためのブーム駆動用油圧シリンダ(ブームシリンダ,ブーム駆動用油圧アクチュエータ)105が設けられるとともに、ブーム103とスティック104との間には、スティック104を駆動するためのスティック駆動用油圧シリンダ(スティックシリンダ,スティック駆動用油圧アクチュエータ)106が設けられている。また、スティック104とバケット108との間には、バケット108を駆動するためのバケット駆動用油圧シリンダ(バケットシリンダ,バケット駆動用油圧アクチュエータ)107が設けられている。
【0004】
また、上述の各シリンダ105〜107や旋回モータには、エンジン(主に、ディーゼルエンジン)により駆動される油圧ポンプ、ブーム用制御弁,スティック用制御弁,バケット用制御弁,旋回用制御弁等の複数の制御弁を備える油圧回路(図示せず)が接続されており、油圧ポンプから各制御弁を介して所定の油圧の作動油が供給され、このようにして供給された作動油圧に応じて駆動されるようになっている。
【0005】
このような構成により、ブーム103は図中矢印a方向及び矢印b方向に、スティック104は図中矢印c方向及び矢印d方向に、バケット108は図中矢印e方向及び矢印f方向に回動可能に構成されている。
なお、ブーム103の図中矢印a方向への回動をブームアップといい、図中矢印b方向への回動をブームダウンという。また、スティック104の図中矢印c方向への回動をスティックアウトといい、図中矢印d方向への回動をスティックインという。また、バケット108の図中矢印e方向への回動をバケットオープンといい、図中矢印f方向への回動をバケットインという。
【0006】
また、運転操作室101には、油圧ショベルの作動(走行,旋回,ブーム回動,スティック回動及びバケット回動)を制御するための操作部材として、左レバー,右レバー,左ペダル及び右ペダル等がそなえられている。また、運転操作室101内には、複数のワークモードスイッチも設けられており、トラックローディングモード(ブーム優先モード), トレンチングモード(スウィング優先モード), レベリングモード, タンピングモード等の各種のモードを運転操作者が作業に応じて最適なものを適宜選択しうるようになっている。なお、このような選択が行われない通常の場合は、建設機械の作業においてはスティック104の動作が重要であり、これを最も優先される必要があるため、スティック104の作動を優先する回路構成となっている。
【0007】
そして、例えばオペレータがこれらのレバーやペダル等の操作部材を操作することにより、油圧回路の各制御弁が制御されて、各シリンダ105〜107や旋回モータが駆動され、これにより、ブーム103,スティック104及びバケット108等を回動させ、上部旋回体102を旋回させうるようになっている。
また、各制御弁を制御するために、パイロット油圧回路が設けられている。これにより、ブーム103やスティック104を作動させるには、運転操作室101内のブーム操作部材やスティック操作部材を操作して、パイロット油圧をパイロット油路を通じてブーム用制御弁やスティック用制御弁に作用させて、ブーム用制御弁やスティック用制御弁を所要の位置に駆動させる。これにより、ブーム駆動用油圧シリンダ105やスティック駆動用油圧シリンダ106への作動油が給排調整され、これらのシリンダ105,106が所要の長さに伸縮駆動されることになる。
【0008】
また、上部旋回体102を作動させるには、運転操作室101内の旋回用操作部材を操作して、パイロット油圧をパイロット油路を通じて旋回用制御弁に作用させて、旋回用制御弁を所要の位置に移動させる。これにより、旋回モータへの作動油が給排調整され、この旋回モータが駆動されることになる。
上述のように、油圧ショベルでは、各シリンダ105〜107を伸縮駆動させ、ブーム103,スティック104, バケット108等の作業装置118を駆動させたり、旋回モータを駆動させ、上部旋回体102を旋回させることで、掘削作業等の各種作業を行なうようになっている。
【0009】
ところで、このような各種作業における一動作としては例えばいわゆる側壁けずり作業(サイドウォールカッティング)があり、この作業時にはスティックイン操作と旋回操作とが同時に行われる。
次に、これらのスティックイン操作や旋回操作が行われた場合のスティック,上部旋回体のそれぞれの動作について説明する。
【0010】
まず、スティックイン操作された場合について説明すると、スティックイン操作された場合、スティック104は以下のようにして駆動される。つまり、スティックイン操作が行なわれ、スティック104を下降させるには、スティック駆動用油圧シリンダ106を伸長させればよい。この場合には、パイロット油路を通じてパイロット油圧をスティック用制御弁に作用させる。これにより、スティック用制御弁のスプール位置がスティック下げ位置となって、油圧ポンプからの作動油が油路を通じてスティック駆動用油圧シリンダ106の一室へ供給される。この一方で、スティック駆動用油圧シリンダ106の他室内の作動油が、油路を通じてタンクへ排出される。これにより、スティック駆動用油圧シリンダ106が伸長しながら、スティック104を図9中、矢印dで示すように下側へ回動させる。
【0011】
また、旋回操作された場合には、上部旋回体102は以下のようにして回転駆動される。つまり、旋回操作が行なわれ、上部旋回体102を回転駆動させるには、旋回モータを右回り又は左回りに回転駆動すればよい。この場合には、パイロット油路を通じてパイロット油圧を旋回用制御弁に作用させる。これにより、旋回用制御弁のスプール位置が右旋回位置(又は左旋回位置)となって、油圧ポンプからの作動油が油路を通じて旋回モータの一室へ供給される。この一方で、旋回モータの他室内の作動油が、油路を通じてタンクへ排出される。これにより、旋回モータが右回り又は左回りに回転駆動させる。
【0012】
このようないわゆる側壁けずり作業時には例えばスティックイン操作と旋回操作(スウィング操作)とが同時に行われる場合があるが、このような場合、操作者は旋回操作を優先させるべく、運転操作室内に設けられたワークモードスイッチを操作することにより、旋回優先モードを選択することが多い。
なお、旋回優先モードとは、旋回操作とスティック操作との同時操作が行なわれた場合、スティック104への作動油供給流量を制限して旋回モータへの作動油(圧油)の供給を優先させる油圧回路構成とすることをいう。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようないわゆる側壁けずり作業時等において、スティックイン操作及び旋回操作を同時に行なうとともに、操作者が旋回操作を優先させるべく旋回優先モードスイッチを操作する場合、余計な流量の作動油が旋回側に供給されてしまう。つまり、側壁けずり作業時には実際に上部旋回体102が旋回するわけではないため、旋回モータへ供給される作動油の圧力は必要とされるが、作動油の流量はそれほど必要でない。それにもかかわらず、操作部材の操作量に応じた流量の作動油が供給されてしまうため、エンジン出力のロスや燃費の悪化を生じさせるという課題がある。
【0014】
また、従来、旋回操作を優先させたい場合は、操作者は各操作部材を操作しているにもかかわらず、さらに旋回優先モードスイッチを操作しなければならなかったため、その操作性は必ずしも良いものとはいえなかった。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、いわゆる側壁けずり作業時等における旋回優先モードスイッチの操作をなくしてその操作性を改善するとともに、側壁けずり作業時等にエンジン出力のロスを低減させ、燃費の向上を図れるようにした、建設機械の制御装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の建設機械の制御装置(請求項1)は、旋回操作,スティック操作が行われる建設機械の制御装置において、オペレータにより操作される操作部材と、旋回側への作動油流量を制御する旋回用制御弁を介装される油路に備えられ、スティック側へ供給する作動油の流量を制御するスティック用制御弁と、エンジンにより駆動され、タンク内の作動油を吐出する油圧ポンプと、旋回側への作動油の供給を最優先させるか否かを判定する旋回優先判定手段と、油圧ポンプの傾転角を制御してポンプ吐出流量を調整するポンプ傾転角制御手段とを備え、旋回優先判定手段により旋回最優先させると判定された場合に、ポンプ傾転角制御手段が、ポンプ吐出流量が減少するように油圧ポンプの傾転角を制御し、旋回優先判定手段により旋回最優先させないと判定された場合に、旋回用操作部材の操作量が大きくなるにしたがってスティック側へ供給される作動油の流量が減少するようにスティック用制御弁の制御量を制御することを特徴としている。
【0016】
また、本発明の建設機械の制御装置(請求項2)は、オペレータにより操作される操作部材と、旋回側への作動油流量を制御する旋回用制御弁を介装される油路に備えられ、スティック側へ供給する作動油の流量を制御するスティック用制御弁と、操作部材のうちの旋回用操作部材及びスティック用操作部材からの電気信号に基づいて、旋回操作とスティック操作とが同時に行なわれたか否かを判定する判定手段と定手段により旋回操作とスティック操作とが同時に行なわれたと判定された場合に、旋回用操作部材の操作量が大きくなるにしたがってスティック側へ供給される作動油の流量が減少するようにスティック用制御弁の移動量を制御することを特徴としている。
【0017】
また、旋回優先判定手段が、該旋回用操作部材からの電気信号に基づいて該旋回用操作部材がフル操作されている場合に旋回最優先させると判定し、該旋回用操作部材がフル操作されていない場合に旋回最優先させないと判定するように構成するのが好ましい(請求項3)。
また、旋回側に供給される作動油圧を検出する旋回圧力検出手段を備え、旋回優先判定手段が、旋回圧力検出手段により検出された圧力が所定圧力以上である場合に旋回最優先させると判定し、旋回圧力検出手段により検出された圧力が所定圧力以上でない場合に旋回最優先させないと判定するように構成するのが好ましい(請求項4)。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
まず、本実施形態にかかる建設機械について説明する。
本建設機械は、従来技術(図9参照)で既に説明したように、油圧ショベル等の建設機械(作業機械)であって、上部旋回体102と下部走行体100と作業装置118とからなっている。
【0019】
下部走行体100は、互いに独立して駆動しうる右トラック100R及び左トラック100Lをそなえており、一方、上部旋回体102は、下部走行体100に対して水平面内で旋回可能に設けられている。
また、作業装置118は、主にブーム103,スティック104,バケット108等からなっており、ブーム103は、上部旋回体102に対して回動可能に枢着されている。また、ブーム103の先端には、同じく鉛直面内に回動可能にスティック104が接続されている。
【0020】
また、上部旋回体102とブーム103との間には、ブーム103を駆動するためのブーム駆動用油圧シリンダ(ブームシリンダ,ブーム駆動用油圧アクチュエータ)105が設けられるとともに、ブーム103とスティック104との間には、スティック104を駆動するためのスティック駆動用油圧シリンダ(スティックシリンダ,スティック駆動用油圧アクチュエータ)106が設けられている。また、スティック104とバケット108との間には、バケット108を駆動するためのバケット駆動用油圧シリンダ(バケットシリンダ,バケット駆動用油圧アクチュエータ)107が設けられている。
【0021】
そして、このような構成により、ブーム103は図中a方向及びb方向に、スティック104は図中c方向及びd方向に、バケット108は図中e方向及びf方向に回動可能に構成されている。
ここで、図2はこのような油圧ショベルの油圧回路の要部を模式的に示す図である。
【0022】
図2に示すように、上述の左トラック100L及び右トラック100Rには、それぞれ独立した動力源としての走行モータ109L,109Rが設けられ、また、上部旋回体102には、下部走行体100に対して上部旋回体102を旋回駆動させるための旋回モータ110が設けられている。
これらの走行モータ109L,109Rや旋回モータ110は、油圧により作動する油圧モータとして構成されており、後述するようにエンジン(主に、ディーゼルエンジン)50により駆動される複数(ここでは2つ)の油圧ポンプ51,52からの作動油が油圧回路53を介して所定圧力とされて供給され、このようにして供給される作動油圧に応じて各油圧モータ109L,109R,110が駆動されるようになっている。
【0023】
ここで、油圧ポンプ51,52は、リザーバタンク70内の作動油を所定油圧として吐出するもので、ここでは、斜板回転式ピストンポンプ(ピストン型可変容量ポンプ,可変吐出量形ピストンポンプ)として構成されている。これらの油圧ポンプ51,52は、油圧ポンプ内に設けられたピストン(図示略)のストローク量を変更することでポンプ吐出流量を調整しうるようになっている。
【0024】
つまり、これらの油圧ポンプ51,52では、上記ピストンの一端が斜板(クリーププレート:図示略)に当接するように構成されており、この斜板の傾き(傾転角)を後述するコントローラ1からの作動信号に基づいて変更することでピストンのストローク量を変更してポンプ吐出流量を調整しうるようになっている。
【0025】
このようにコントローラ1からの作動信号に基づいて斜板の傾きを変更しうるようになっており、油圧回路を構成する油路内の作動油の圧力のほかに、オペレータによる各操作部材54の操作量をも加味することができるため、従来のように油路内の作動油の圧力を導いて斜板の傾きを変更するものに比べ、オペレータの運転フィーリングを向上させることができることになる。
【0026】
また、エンジン50は、オペレータがエンジン回転数設定ダイヤルを切り替えることでエンジン回転数を設定できるようになっており、ここでは、最大エンジン回転数(例えば約2000rpm)と最小エンジン回転数(例えば約1000rpm)との間で複数段階に切り換えられるようになっている。なお、エンジン回転数はこのように段階的に切り換えるものに限られず、滑らかに変更しうるものであっても良い。また、エンジン50の全馬力はこれらの油圧ポンプ51,52及び後述するパイロットポンプ83を駆動するために消費される。
【0027】
また、各シリンダ105〜107についても、これらの走行モータ109L,109Rや旋回モータ110と同様に、エンジン50により駆動される複数(ここでは2つ)の油圧ポンプ51,52から供給される作動油の油圧により駆動されるようになっている。
また、運転操作室101には、油圧ショベルの作動(走行,旋回,ブーム回動,スティック回動及びバケット回動)を制御するために左レバー,右レバー,左ペダル及び右ペダル等の複数の操作部材54が備えられている。これらの操作部材54は電気式操作部材(例えば電気式操作レバー)として構成され、その操作量に応じた電気信号を後述するコントローラ(制御手段)1へ出力するようになっている。
【0028】
さらに、運転操作室101内には、複数のワークモードスイッチも設けられており、ブーム優先モード, スウィング優先モード, レベリングモード, タンピングモード等の各種のモードを運転操作者が作業に応じて最適なものを適宜選択しうるようになっている。なお、このような選択が行われない通常の場合は、建設機械の作業においてはスティック104の動作が重要であり、これを最も優先される必要があるため、スティック優先モードとなっている。
【0029】
そして、例えばオペレータがこれらの操作部材54を操作することにより、油圧回路53に介装される各制御弁57〜60,62〜65が制御されて、各シリンダ105〜107や油圧モータ109L,109R,110が駆動される。これにより、上部旋回体102を旋回させたり、ブーム103,スティック104及びバケット108等を回動させたり、油圧ショベルを走行させることができるのである。
【0030】
なお、ブーム103を回動させる場合に操作するものをブーム用操作部材54a、スティック104を回動させる場合に操作するものをスティック用操作部材54b、バケット108を回動させる場合に操作するものをバケット用操作部材54c、上部旋回体102を旋回させる場合に操作するものを旋回用操作部材54dという。
【0031】
次に、これらの各シリンダ等を制御するための油圧回路53について説明する。
油圧回路53は、図2に示すように、第1回路部55と、第2回路部56とを備える。
このうち、第1回路部55は、第1油圧ポンプ51に接続される油路61と、油路61に介装される右走行モータ用制御弁57,バケット用制御弁58,第1ブーム用制御弁59,第2スティック用制御弁60等の制御弁とを備えて構成される。
【0032】
そして、第1油圧ポンプ51からの作動油が、油路61,右走行モータ用制御弁57を介して右走行モータ109Rへ供給され、右走行モータ109Rを駆動するようになっている。また、第1油圧ポンプ51からの作動油は、油路61,バケット用制御弁58を介してバケット駆動用油圧シリンダ107へ供給されるとともに、油路61,第1ブーム用制御弁59を介してブーム駆動用油圧シリンダ105へ供給され、さらに油路61,第2スティック用制御弁60を介してスティック駆動用油圧シリンダ106へ供給され、これにより、各シリンダ105,106,107が駆動されるようになっている。
【0033】
また、第1回路部55の油路61の下流側には絞り(リリーフ弁付き絞り)81が備えられており、この絞り81を通じて第1油圧ポンプ51からの作動油をリザーバタンク70へ戻すようになっている。
第2回路部56は、第2油圧ポンプ52に接続される油路66と、油路66に介装される左走行モータ用制御弁62,旋回モータ用制御弁63,第1スティック用制御弁64,第2ブーム用制御弁65等の制御弁と、絞り82とを備えて構成される。
【0034】
そして、第2油圧ポンプ52からの作動油が、油路66,左走行モータ用制御弁62を介して左走行モータ109Lへ供給され、これにより、左走行モータ109Lが駆動されるようになっている。また、第2油圧ポンプ52からの作動油は、油路66,旋回モータ用制御弁63を介して旋回モータ110へ供給され、これにより、旋回モータ110が駆動されるようになっている。さらに、第2油圧ポンプ52からの作動油は、油路66,第1スティック用制御弁64を介してスティック駆動用油圧シリンダ106へ供給されるとともに、油路66,第2ブーム用制御弁65を介してブーム駆動用油圧シリンダ105へ供給され、これにより、各シリンダ105,106が駆動されるようになっている。
【0035】
また、第2回路部56の油路66の下流側には絞り(リリーフ弁付き絞り)82が備えられており、この絞り82を通じて第2油圧ポンプ52からの作動油をリザーバタンク70へ戻すようになっている。
なお、各制御弁57〜60,62〜65は、図示しないコントロールユニット内に収納されている。
【0036】
このように、本実施形態では、建設機械の作業において重要なスティック104に他の作業機118との同時操作時においても十分な作動油が供給されるように、第2回路部56の第2油圧ポンプ52からの作動油に加え、第1回路部55の第1油圧ポンプ51からの作動油もスティック駆動用油圧シリンダ106へ供給されるようになっている。
【0037】
このため、第2回路部56の油路66に第1スティック用制御弁64が介装され、第1回路部55の油路61に第2スティック用制御弁60が介装されている。そして、第1スティック用制御弁64を比例制御弁64a,64bにより制御するとともに、第2スティック用制御弁60を比例制御弁60a,60bにより制御することにより、スティック駆動用油圧シリンダ106への作動油の給排を行なえるようになっている。
【0038】
同様に、他の作業機118との同時操作時においてもブーム103に十分な作動油が供給されるように、第1回路部55の第1油圧ポンプ51からの作動油に加え、第2回路部56の第2油圧ポンプ52からの作動油もブーム駆動用油圧シリンダ105へ供給されるようになっている。
このため、第1回路部55の油路61に第1ブーム用制御弁59が介装され、第2回路部56の油路66に第2ブーム用制御弁65が介装されている。そして、第1ブーム用制御弁59を比例制御弁59a,59bにより制御するとともに、第2ブーム用制御弁65を比例制御弁65a,65bにより制御することにより、ブーム駆動用油圧シリンダ105への作動油の給排を行なえるようになっている。
【0039】
また、本実施形態では、スティック駆動用油圧シリンダ106への作動油の給排を行なう油路67,68にはスティック用再生弁76が介装されており、作動油排出側油路から作動油供給側油路へ所定量の作動油を再生できるようになっている。
同様に、ブーム駆動用油圧シリンダ105への作動油の給排を行なう油路78,79にもブーム用再生弁77が介装されており、作動油排出側油路から作動油供給側油路へ所定量の作動油を再生できるようになっている。
【0040】
ここで、各制御弁57〜60,62〜65は、図3に示すように、スプール弁として構成され、いずれも複数(ここでは5つ)の絞りを備えて構成される。
つまり、各制御弁57〜60,62〜65は、図3に示すように、第1油圧ポンプ51,第2油圧ポンプ52とスティック駆動用油圧シリンダ106とを連通する油路(作動油供給通路,P−C通路)61a,66aに介装されるP−C絞り8と、スティック駆動用油圧シリンダ106とリザーバタンク70とを連通する油路(作動油排出通路,C−T通路)66b,69に介装されるC−T絞り9と、第1油圧ポンプ51,第2油圧ポンプ52とリザーバタンク70とを連通する油路(バイパス通路)61b,66cに介装されるバイパス通路絞り10とを備えて構成される。
【0041】
なお、図3ではスティック用制御弁60,64はスティック下げ位置になっているが、スティック用制御弁60,64を、図3中、上方向へ移動させて、スティック用制御弁60,64のバイパス通路絞り10をバイパス通路61b,66cに介装させることで、スティック用制御弁60,64を中立位置とすることができ、また、スティック用制御弁60,64を、図3中、最も上方向へ移動させて、スティック用制御弁60,64のP−C絞り8をP−C通路61a,66aに介装させるとともに、スティック用制御弁60,64のC−T絞り9をC−T通路66b,69に介装させることで、スティック用制御弁60,64をスティック上げ位置にすることができる。
【0042】
ここで、本実施形態では、C−T絞り9は、その径が、最大エンジン回転数でポンプ流量が最大になる場合(操作部材54のフル操作された場合)にC−T開口面積が過剰絞りとならないように十分に大きく形成される。これにより、C−T開口面積が、操作部材54の操作量が最大で、かつエンジン回転数が最大の場合にP−C通路61a,66aを介して供給される作動油と略同量の作動油がC−T通路66b,69から排出されるように設定されることになる。
【0043】
なお、絞り8,9,10の径の設定においては、ブーム103やスティック104等の作業装置118の連動性を確保すべく、各操作部材54がフル操作されている場合に全ての作業装置118が動くように考慮される。
そして、P−C絞り8によって、第1油圧ポンプ51,第2油圧ポンプ52とスティック駆動用油圧シリンダ106とを連通する油路61a,66aの開口面積(作動油供給通路の開口面積,P−C開口面積)が調整される。
【0044】
C−T絞り9によって、スティック駆動用油圧シリンダ106とリザーバタンク70とを連通する油路66b,69の開口面積(作動油排出通路の開口面積,C−T開口面積)が調整される。
バイパス通路絞り10によって、第1油圧ポンプ51,第2油圧ポンプ52とリザーバタンク70とを連通する油路61b,66cの開口面積(バイパス通路の開口面積)が調整される。
【0045】
ところで、本実施形態では、図2に示すように、各制御弁57〜60,62〜65を制御するために、パイロットポンプ83と、比例減圧弁57a〜60a,57b〜60b,62a〜65a,62b〜65bとを備えるパイロット油圧回路が設けられている。なお、図2では、パイロット油圧回路に備えられるパイロットポンプ83及び比例減圧弁57a〜60a,57b〜60b,62a〜65a,62b〜65bのみを図示し、パイロット油路を省略してパイロット油圧を符号Pで示している。
【0046】
ここで、比例減圧弁57a〜60a,57b〜60b,62a〜65a,62b〜65bは、電磁弁であって、後述するコントローラ1からの作動信号により作動されるようになっている。これにより、パイロットポンプ83からのパイロット油圧をコントローラ1からの作動信号に基づいて所定圧として各制御弁57〜60,62〜65に作用させるようになっている。
【0047】
このような構成により、例えば上部旋回体102を旋回させるには、運転操作室101内の旋回用操作部材54dを操作して、パイロットポンプ83からのパイロット油圧Pを図示しないパイロット油路を通じて、旋回モータ用制御弁63に作用させて、旋回モータ用制御弁63を所要の位置に移動させる。これにより、旋回モータ110への作動油が給排調整され、これにより、旋回モータ110が作動される。
【0048】
例えば、上部旋回体102を右旋回させるには、旋回モータ110を右回りに回動させれば良い。この場合には、パイロット油路を通じてパイロット油圧を旋回モータ用制御弁63に作用させる。これにより、旋回モータ用制御弁63が右旋回位置となって、第2回路部56の第2油圧ポンプ52からの作動油が油路66a,96を経て、旋回モータ110の右側油室へ供給される一方、旋回モータ110の左側油室内の作動油が、油路97,66bを経てリザーバタンク70へ排出される。これにより、旋回モータ110が右回りに回動され、上部旋回体102が右旋回する。
【0049】
逆に、上部旋回体102を左旋回させるには、旋回モータ110を左回りに回動させれば良い。この場合には、パイロット油路を通じてパイロット油圧を旋回モータ用制御弁63に作用させる。これにより、旋回モータ用制御弁63が左旋回位置となって、第2回路部56の第2油圧ポンプ52からの作動油が油路66a,97を経て、旋回モータ110の左側油室へ供給される一方、旋回モータ110の右側油室内の作動油が、油路96,66bを経てリザーバタンク70へ排出される。これにより、旋回モータ110が左回りに回動され、上部旋回体102が左旋回する。
【0050】
さらに、上部旋回体102の現状態を保持するには、パイロット油圧を旋回モータ用制御弁63に適宜作用させて、旋回モータ用制御弁63のスプールの位置を中立位置(油圧給排路遮断位置)にすればよい。これにより、旋回モータ110の各油室における作動油の給排が停止され、上部旋回体102が現位置に保持される。
【0051】
また、例えばブーム103を作動させるには、運転操作室101内のブーム用操作部材54aを操作して、パイロットポンプ83からのパイロット油圧Pを図示しないパイロット油路を通じて、ブーム用制御弁59,65に作用させて、ブーム用制御弁59,65を所要の位置に移動させる。これにより、ブーム駆動用油圧シリンダ105の作動油が給排調整され、これらのシリンダ105が所要の長さに伸縮駆動され、これにより、ブーム103が作動される。
【0052】
例えば、ブーム103を下側へ回動させる(ブームダウン)には、ブーム駆動用油圧シリンダ105を収縮させればよい。この場合には、パイロット油路を通じてパイロット油圧を第1ブーム用制御弁59に作用させる。これにより、第1ブーム用制御弁59のスプール位置がブーム下側回動位置(ブームダウン位置)となって、第1回路部55の第1油圧ポンプ51からの作動油が油路95,79を経て、ブーム駆動用油圧シリンダ105の一室へ供給され、ブーム駆動用油圧シリンダ105の一室へ供給される。この一方で、ブーム駆動用油圧シリンダ105の他室内の作動油が、油路78,69を経てリザーバタンク70へ排出される。これにより、ブーム駆動用油圧シリンダ105が収縮しながら、ブーム103を図9中、矢印bで示すように下側へ回動させる。
【0053】
逆に、ブーム103を上側へ回動させる(ブームアップ)には、ブーム駆動用油圧シリンダ105を伸長させればよい。この場合には、パイロット油路を通じてパイロット油圧を第1ブーム用制御弁59, 第2ブーム用制御弁65に作用させる。これにより、第1ブーム用制御弁59, 第2ブーム用制御弁65のスプール位置がブーム上側回動位置(ブームアップ位置)となって、第1回路部55の第1油圧ポンプ51からの作動油が油路95,78を経て、ブーム駆動用油圧シリンダ105の一室へ供給され、さらに、第2回路部56の第2油圧ポンプ52からの作動油が油路66a ,90, 78を経て、ブーム駆動用油圧シリンダ105の他室へ供給される。この一方で、ブーム駆動用油圧シリンダ105の一室内の作動油が、油路79,91, 66b又は、油路79, 69を経てリザーバタンク70へ排出される。これにより、ブーム駆動用油圧シリンダ105が伸長しながら、ブーム103を図9中、矢印aで示すように上側へ回動させる。
【0054】
さらに、ブーム駆動用油圧シリンダ105の現状態を保持するには、パイロット油圧を第1ブーム用制御弁59, 第2ブーム用制御弁65に適宜作用させて、第1ブーム用制御弁59, 第2ブーム用制御弁65の各スプールの位置を中立位置(油圧給排路遮断位置)にすればよい。これにより、ブーム駆動用油圧シリンダ105の各油室における作動油の給排が停止され、ブーム103が現位置に保持される。
【0055】
また、例えばスティック104を作動させるには、運転操作室101内の操作部材54を操作して、パイロットポンプ83からのパイロット油圧Pを図示しないパイロット油路を通じて、スティック用制御弁60,64に作用させて、スティック用制御弁60,64を所要の位置に駆動させるようにする。これにより、スティック駆動用油圧シリンダ106の作動油が給排調整され、これらのシリンダ105,106が所要の長さに伸縮駆動され、これにより、スティック104が作動される。
【0056】
例えば、スティック104を内側へ回動させる(スティックイン)には、スティック駆動用油圧シリンダ106を伸長させればよい。この場合には、パイロット油路を通じてパイロット油圧を第2スティック用制御弁60に作用させる。これにより、第2スティック用制御弁60のスプール位置がスティック内側回動位置(スティックイン位置)となって、第1回路部55の第1油圧ポンプ51からの作動油が油路61,67を経て、スティック駆動用油圧シリンダ106の一室へ供給される。この一方で、スティック駆動用油圧シリンダ106の他室内の作動油が、油路68,69を経てリザーバタンク70へ排出される。これにより、スティック駆動用油圧シリンダ106が伸長しながら、スティック104を図9中、矢印dで示すように内側へ回動させる。
【0057】
逆に、スティック104を外側へ回動させる(スティックアウト)には、スティック駆動用油圧シリンダ106を収縮させればよい。この場合には、パイロット油路を通じてパイロット油圧を第2スティック用制御弁60に作用させる。これにより、第2スティック用制御弁60のスプール位置がスティック外側回動位置(スティックアウト位置)となって、第1回路部55の第1油圧ポンプ51からの作動油が油路61,68を経て、スティック駆動用油圧シリンダ106の他室へ供給される。この一方で、スティック駆動用油圧シリンダ106の一室内の作動油が、油路67,69を経てリザーバタンク70へ排出される。これにより、スティック駆動用油圧シリンダ106が収縮しながら、スティック104を図9中、矢印cで示すように外側へ回動させる。
【0058】
さらに、スティック駆動用油圧シリンダ106の現状態を保持するには、パイロット油圧を第2スティック用制御弁60に適宜作用させて、第2スティック用制御弁60の各スプールの位置を中立位置(油圧給排路遮断位置)にすればよい。これにより、スティック駆動用油圧シリンダ106の各油室における作動油の給排が停止され、スティック104が現位置に保持される。
【0059】
また、例えばバケット108を作動させるには、運転操作室101内のバケット用操作部材54cを操作して、パイロットポンプ83からのパイロット油圧Pを図示しないパイロット油路を通じて、バケット用制御弁58に作用させて、バケット用制御弁58を所要の位置に移動させる。これにより、バケット駆動用油圧シリンダ107の作動油が給排調整され、これらのシリンダ107が所要の長さに伸縮駆動され、これにより、バケット108が作動される。
【0060】
例えば、バケット108を内側へ回動させる(バケットイン)には、バケット駆動用油圧シリンダ107を伸長させればよい。この場合には、パイロット油路を通じてパイロット油圧をバケット用制御弁58に作用させる。これにより、バケット用制御弁58のスプール位置がバケット内側回動位置(バケットイン位置)となって、第1回路部55の第1油圧ポンプ51からの作動油が油路61,92を経て、バケット駆動用油圧シリンダ107の一室へ供給される。この一方で、バケット駆動用油圧シリンダ107の他室内の作動油が、油路93,69を経てリザーバタンク70へ排出される。これにより、バケット駆動用油圧シリンダ107が伸長しながら、バケット108を図9中、矢印fで示すように内側へ回動させる。
【0061】
逆に、バケット108を外側へ回動させる(バケットオープン)には、バケット駆動用油圧シリンダ107を収縮させればよい。この場合には、パイロット油路を通じてパイロット油圧をバケット用制御弁58に作用させる。これにより、バケット用制御弁58のスプール位置がバケット外側回動位置(バケットオープン位置)となって、第1回路部55の第1油圧ポンプ51からの作動油が油路94,93を経て、バケット駆動用油圧シリンダ107の他室へ供給される。この一方で、バケット駆動用油圧シリンダ107の一室内の作動油が、油路92, 69を経てリザーバタンク70へ排出される。これにより、バケット駆動用油圧シリンダ107が収縮しながら、バケット108を図9中、矢印eで示すように外側へ回動させる。
【0062】
さらに、バケット駆動用油圧シリンダ107の現状態を保持するには、パイロット油圧をバケット用制御弁58に適宜作用させて、バケット用制御弁58のスプールの位置を中立位置(油圧給排路遮断位置)にすればよい。これにより、バケット駆動用油圧シリンダ107の油室における作動油の給排が停止され、バケット108が現位置に保持される。
【0063】
ところで、このように構成される建設機械には、種々のセンサが取り付けられており、各センサからの検出信号は後述するコントローラ1へ送られるようになっている。
例えば、油圧ポンプ51,52を駆動するエンジン50にはエンジン回転数センサ71が取り付けられており、このエンジン回転数センサ71からの検出信号は後述するコントローラ1へ送られるようになっている。そして、コントローラ1は、実際のエンジン回転数がオペレータによりエンジン回転数設定ダイヤルで設定された目標エンジン回転数になるようにフィードバック制御するようになっている。
【0064】
また、第1回路部55の第1油圧ポンプ51及び第2回路部56の第2油圧ポンプ52の吐出側には、ポンプ吐出圧を検出すべくそれぞれ圧力センサ(P/S−P1)72,圧力センサ(P/S−P2)73が備えられており、これらの圧力センサ72,73からの検出信号は後述するコントローラ1へ送られるようになっている。
【0065】
また、第1回路部55の油路61の各制御弁57〜60及び第2回路部56の油路66の各制御弁62〜65の下流側には、それぞれ圧力センサ(P/S−N1)74,圧力センサ(P/S−N2)75が備えられており、これらの圧力センサ74,75からの検出信号は後述するコントローラ1へ送られるようになっている。
【0066】
また、ブーム駆動用油圧シリンダ105への作動油の給排を行なう油路、即ち、ブーム駆動用油圧シリンダ105のロッド側圧力(負荷圧力)には、圧力センサ(P/S−BMd)80が設けられており、この圧力センサ80からの検出信号は後述するコントローラ1へ送られるようになっている。
そして、本実施形態では、上述のように構成される建設機械を制御すべく、コントローラ1が備えられている。
【0067】
コントローラ1は、上述の各センサ71〜75,80からの検出信号や操作部材54からの電気信号に基づいて、第1油圧ポンプ51,第2油圧ポンプ52,各再生弁76,77,各制御弁57〜60,62〜65へ作動信号を出力することにより、第1油圧ポンプ51,第2油圧ポンプ52の傾転角制御,各制御弁57〜60,62〜65の位置制御,各再生弁76,77の位置制御等を行なうようになっている。
【0068】
このうち、コントローラ1による第1油圧ポンプ51,第2油圧ポンプ52の傾転角制御は、第1回路部55のバイパス通路61bの下流側及び第2回路部56のバイパス通路66cの下流側に設けられたそれぞれの圧力センサ74,75からの検出信号に基づいてネガティブフローコントロールにより行なわれるようになっている。なお、圧力センサ74,75により検出される圧力に基づいてネガティブフローコントロールが行なわれるため、圧力センサ74,75により検出される圧力をネガコン圧ともいう。
【0069】
ここで、ネガティブフローコントロール(電子式ネガティブフローコントローシステム)とは、バイパス通路61b,66cの下流側の圧力が上がったらポンプ吐出流量を減らすようなネガティブな特性のポンプ流量制御をいう。
ここで、ネガティブフローコントロールは、各操作部材54の操作量、即ちネガコン圧に応じてポンプ吐出流量が制御される流量制御と、アクチュエータにかかる負荷圧力、即ちポンプ吐出圧力に応じてポンプ吐出流量が制御される馬力制御とに分けられる。
【0070】
このうち、流量制御は、許容馬力内でアクチュエータ(各シリンダ)のスピードを制御しうるものである。つまり、ポンプ吐出流量を各操作部材54の操作量、即ちネガコン圧に応じて制御でき、これにより、アクチュエータのスピードを制御できるものである。
ところで、各操作部材54がフル操作され、ポンプ吐出流量が最大となり、アクチュエータのスピードが最大となる場合、ポンプ吐出流量(即ち、アクチュエータのスピード)は、次式により決定される。
【0071】
ポンプ吐出流量Q=許容馬力W/ポンプ吐出圧力P
この状態で、アクチュエータにかかる負荷圧力が変動するとポンプ吐出圧力Pも変動し、上式より、ポンプ吐出流量Qも変動することになるため、これにより、アクチュエータのスピードも変動することになる。
このように、ポンプ吐出流量Qが、各操作部材54の操作量に応じて制御されるのではなく、アクチュエータにかかる負荷圧力、即ちポンプ吐出圧力Pに応じて制御され、ポンプ吐出流量Qの多少は第1油圧ポンプ51,第2油圧ポンプ52を駆動するエンジン50の許容馬力Wに依存するような状態における制御を馬力制御という。
【0072】
このような馬力制御が行なわれる場合には、オペレータが各操作部材54をフル操作し、アクチュエータの最大スピードを要求しても、実際のアクチュエータのスピードは負荷圧力の大きさによって決まることになる。この場合、エンジン50の馬力は許容最大値となる。
また、例えば複数のアクチュエータを同時操作するような場合、各々の操作部材54がフル操作されていない状態であっても、それぞれのアクチュエータへ作動油が供給されてネガコン圧が低下し、要求流量が許容馬力によって決定される許容流量を超えているときは馬力制御における許容流量になるようにポンプ傾転角制御が行なわれる。
【0073】
ところで、操作部材54が中立位置の場合、即ちオペレータが操作部材54を操作していない場合は、作業装置118は何ら仕事せず、アクチュエータを駆動させる必要がないため、油圧ポンプ51,52からのポンプ吐出流量は望ましくはゼロにしたい。
このため、本実施形態では、各制御弁57〜60,62〜65はオープンセンタ(スプール中立位置でバイパス通路61b,66cがオープンになるように配設すること)にして、操作部材54が中立位置の場合は、油圧ポンプ51,52から供給される作動油はバイパス通路61b,66cを通じてリザーバタンク70へ戻るようになっている。
【0074】
これにより、操作部材54が中立位置の場合は、バイパス通路61b,66cの下流側に介装された絞り81,82の直上流側の圧力が大きくなり、ネガティブフローコントロールによって、可変容量油圧ポンプ51,52からのポンプ吐出流量が減少するように制御されるようになっている。
一方、操作部材54が操作された場合には、その操作量に応じた量の作動油が各アクチュエータ(シリンダ等)へ供給され、残りの作動油がバイパス通路61b,66cを通じてリザーバタンク70へ戻るようになっている。
【0075】
また、バイパス通路61b,66cの下流側には、上述したように絞り(オリフィス)81,82が設けられている。そして、これらの絞り81,82の直上流側のバイパス通路61b,66cに圧力センサ74,75が介装され、これらの圧力センサ74,75により検出される絞り81,82の直上流側の圧力に基づいて油圧ポンプ51,52の傾転角制御が行なわれるようになっている。
【0076】
そして、オペレータが操作部材54を操作すると、操作部材54の操作量に応じて制御弁57〜60,62〜65が移動してバイパス通路61b,66cが絞られ、バイパス通路61b,66cを流れる作動油の流量が減少するが、絞り81,82の径は一定であるため、流量が減った分だけ絞り81,82の直上流側の圧力、即ち圧力センサ74,75により検出される圧力が低下し、この低下した圧力に応じてポンプ吐出流量が多くなるように可変容量油圧ポンプ51,52の傾転角制御が行なわれることになる。
【0077】
これは、オペレータの要求、即ちオペレータによる操作部材54の操作量に応じてポンプ吐出流量が多くなるように制御されることを意味し、これはオペレータが操作部材54を操作することで油圧ポンプ51,52からのポンプ吐出流量を制御してアクチュエータ(各シリンダ)のスピードを制御できることを意味する。
【0078】
ところで、本実施形態では、コントローラ1による各制御弁57〜60,62〜65の位置制御として、オペレータによる操作部材54の操作に応じた各制御弁57〜60,62〜65の位置制御に加え、エンジン回転数に応じた各制御弁57〜60,62〜65の位置制御も行なわれるようになっている。
つまり、コントローラ1は、操作部材54からの電気信号に基づいて、各制御弁57〜60,62〜65へ作用させるパイロット油圧を調整する比例減圧弁(パイロット圧力制御弁)57a〜60a,57b〜60b,62a〜65a,62b〜65bの作動を制御すべく作動信号を出力するようになっている。
【0079】
さらに、コントローラ1は、第1油圧ポンプ51,第2油圧ポンプ52を駆動するエンジン50に付設されたエンジン回転数センサ71からの検出信号に基づいて、各制御弁57〜60,62〜65へ作用させるパイロット油圧を調整する比例減圧弁(パイロット圧力制御弁)57a〜60a,57b〜60b,62a〜65a,62b〜65bの作動を制御すべく作動信号を出力するようになっている。
【0080】
そして、このような作動信号に基づいて比例減圧弁57a〜60a,57b〜60b,62a〜65a,62b〜65bが作動され、これにより、パイロットポンプ83から供給されるパイロット油圧の圧力が調整されて各制御弁57〜60,62〜65のスプールストローク量(スプール移動量)が調整されるようになっている。
【0081】
本実施形態にかかる建設機械の制御装置は、上述のように構成され、コントローラ1による各種の制御が行なわれ、本実施形態では、いわゆる側壁けずり作業時において旋回操作及びスティックイン操作が行われた場合には、上述の制御弁制御とは異なるスティック用制御弁の制御が行なわれるようになっており、さらに、旋回フル操作された場合には、通常のネガティブフローコントロールにおけるポンプ流量制御とは異なるポンプ流量制御が行なわれる。
【0082】
次に、本実施形態にかかる建設機械の制御装置において特徴となるいわゆる側壁けずり作業時等において旋回操作とスティックイン操作とが同時に行われた場合のスティック用制御弁の制御、及び旋回フル操作が行なわれた場合の旋回用制御弁の制御及びポンプ流量制御について説明する。
ここで、図1は本実施形態にかかる建設機械の制御装置によるスティック用制御弁の制御、及び旋回用制御弁の制御及びポンプ流量制御を説明するための制御ブロック図である。
【0083】
本実施形態では、図1に示すように、コントローラ1は、旋回優先判定手段2と、ポンプ傾転角制御手段3と、旋回用比例減圧弁制御手段4と、スティック用比例減圧弁制御手段5と、第2スティック用比例減圧弁制御信号補正手段(補正手段)6とを備えて構成される。
このうち、旋回優先判定手段2は、旋回用操作部材54d及びスティック用操作部材54bからの電気信号に基づいて旋回優先させるか否かを判定し、その判定の結果を第2スティック用比例減圧弁制御信号補正手段6へ出力するものである。
【0084】
この旋回優先判定手段2では、旋回用操作部材54d及びスティック用操作部材54bからの電気信号に基づいて、スティックイン操作が行なわれており、かつ、旋回用操作部材54dが操作されている場合に、いわゆる側壁けずり作業時であり、旋回モータ(旋回側)110への作動油の供給を優先させる(旋回優先)と判定するようになっている。なお、この旋回優先は、側壁けずり作業時で旋回フル操作に至るまでの過渡的な作業状態と考えることもできる。
【0085】
第2スティック用比例減圧弁制御信号補正手段6は、旋回優先判定手段2により旋回優先させると判定された場合に、スティック用比例減圧弁制御手段5からの第2スティック用比例減圧弁64a,64bの制御信号(制御量に相当する信号)を、旋回用操作部材54dからの電気信号に基づいて補正するようになっている。そして、この補正制御信号に基づいて第2スティック用比例減圧弁64a,64bが制御され、これに応じて第2スティック用制御弁64の移動量が制御されるようになっている。
【0086】
ここで、スティック用比例減圧弁制御手段5は、スティック用操作部材54bの操作量に応じた電気信号に基づいてスティック用比例減圧弁60a,60b,64a,64bの制御信号(制御量に相当する信号)を設定し、その制御信号を第1スティック用比例減圧弁60a,60bへ出力するとともに、第2スティック用比例減圧弁制御信号補正手段6を介して第2スティック用比例減圧弁64a,64bへ出力するようになっている。なお、第1スティック用比例減圧弁60a,60bは、このスティック用比例減圧弁制御手段5からの制御信号に基づいて制御され、これに応じて第1スティック用制御弁60がスティック用操作部材54bの操作量に応じて制御されるようになっている。
【0087】
上述のように旋回優先させる場合に第2スティック用制御弁64の移動量を制御するのは、以下の理由による。
つまり、本実施形態では、旋回モータ(旋回側)110への作動油の流量を制御する旋回用制御弁63と、この旋回用制御弁63の下流側に配設され、スティック駆動用油圧シリンダ(スティック側)106への作動油の流量を制御する第2スティック用制御弁64とは、第2油圧回路部56を構成する同一の油路に介装されている。このため、スティック104にかかる負荷(作業負荷)よりも旋回モータ110にかかる負荷が大きい場合には、たとえ側壁けずり作業時等のように旋回優先させたい作業時であっても、第2油圧ポンプ52からの作動油はスティック駆動用油圧シリンダ106側(スティック側)へ供給されてしまうことになる。
【0088】
そこで、旋回優先判定手段2により旋回優先させると判定された場合には、旋回用操作部材54dからの電気信号に基づいて第2スティック用制御弁64の移動量を制御することで、スティック104にかかる負荷(作業負荷)よりも旋回モータ110にかかる負荷が大きい場合であっても、旋回モータ110側(旋回側)へ作動油が優先して供給されるようにしているのである。
【0089】
具体的には、第2スティック用制御弁64は、以下のようにしてその作動を制御される。
つまり、図1に示すように、スティック用操作部材54bからの電気信号がスティック用比例減圧弁制御手段5へ入力され、このスティック用比例減圧弁制御手段5からの出力が第2スティック用比例減圧弁制御信号補正手段6を経て第2スティック用比例減圧弁64a,64bへ入力されるようになっている。
【0090】
これにより、スティック用比例減圧弁制御手段5によりスティック用操作部材54bの操作量に応じて設定される第2スティック用比例減圧弁64a,64bの制御信号(制御量に相当する信号)が、第2スティック用比例減圧弁制御信号補正手段6により旋回用操作部材54dの操作量に応じて補正され、この補正制御信号(補正制御量に相当する信号)に基づいて第2スティック用比例減圧弁64a,64bが制御され、これに応じてパイロット油圧が第2スティック用制御弁64に作用し、これにより第2スティック用制御弁64が作動されるようになっている。
【0091】
ここでは、旋回用操作部材54dの操作量が大きくなるにしたがって、第2スティック用制御弁64が中立位置方向へ移動するように制御して、P−C開口面積(第2油圧ポンプ52とスティック駆動用油圧シリンダ106との間を連通する通路面積)を減少させ、これにより、第2回路部56の第2油圧ポンプ52からスティック駆動用油圧シリンダ106へ供給される作動油の流量を抑制して、第2スティック用制御弁64の上流側に配設された旋回用制御弁63を介して第2油圧ポンプ52からの作動油が旋回モータ110へ優先して供給されるようにしている。
【0092】
ここで、第2スティック用比例減圧弁制御信号補正手段6の補正制御特性(制御信号補正用マップの特性)は、図7に示すように設定される。
例えば、補正制御特性(制御信号補正用マップの特性)は、図7に示すように、第2スティック用比例減圧弁64a,64bへ出力される補正制御信号(補正制御量に相当する出力値)が旋回用操作部材54dの操作量が大きくなるにしたがって減少するように設定されている。
【0093】
これにより、旋回用操作部材54dの操作量が大きくなると、第2スティック用比例減圧弁64a,64bへの制御信号(ここでは補正制御信号)が減少し、第2スティック用制御弁64は信号減少量に応じて中立位置方向へ移動することになる。これにより、第2回路部56の第2油圧ポンプ52からスティック駆動用油圧シリンダ106へ供給される作動油の流量が減少し、作動油が旋回モータ110へ優先して供給されることになる。
【0094】
例えば、旋回用操作部材54bの操作量が0の場合には、スティック用比例減圧弁制御手段5によりスティック用操作部材54bの操作量に応じて設定される第2スティック用比例減圧弁64a,64bの制御信号がそのまま第2スティック用比例減圧弁制御信号補正手段6から補正制御信号として出力されるようにしている。なお、図7では、これを第2スティック用比例減圧弁制御信号補正手段6からの出力値100%として示している。
【0095】
これは、スティック用比例減圧弁制御手段5によりスティック用操作部材54bの操作量に応じて設定される第2スティック用比例減圧弁64a,64bの制御信号に補正係数1を乗算すると考えることもできる。
これにより、旋回用操作部材54bの操作量が0の場合には、第2スティック用制御弁64はスティック用操作部材54bの操作量に応じてその移動量を制御されることになる。
【0096】
また、旋回用操作部材54bの操作量が最大(フル操作)の場合には、スティック用比例減圧弁制御手段5によりスティック用操作部材54bの操作量に応じて設定される第2スティック用比例減圧弁64a,64bの制御信号は第2スティック用比例減圧弁制御信号補正手段6により0に補正されて補正制御信号として出力されるようにしている。なお、図7では、これを第2スティック用比例減圧弁制御信号補正手段6からの出力値0%として示している。
【0097】
これは、スティック用比例減圧弁制御手段5によりスティック用操作部材54bの操作量に応じて設定される第2スティック用比例減圧弁64a,64bの制御信号に補正係数0を乗算すると考えることもできる。
これにより、旋回用操作部材54bの操作量が最大の場合には、スティック用操作部材54bの操作量にかかわらず、第2スティック用制御弁64はその移動量が0となる中立位置に制御されることになる。
【0098】
なお、図7では、制御特性を直線特性としているが、これに限られるものではなく、種々の関数により設定される制御特性、例えば曲線状の制御特性とすることもできる。
ところで、本実施形態では、上述のように、旋回モータ(旋回側)110への作動油の供給を優先させる場合(旋回優先)に第2スティック用制御弁64の移動量を制御しているが、さらに、旋回用操作部材54dがフル操作され、旋回モータ(旋回側)110への作動油の供給を最優先させる場合(旋回最優先)に油圧ポンプ51,52の傾転角制御を行なうようにしている。
【0099】
ここで、旋回最優先させる場合とは、側壁けずり作業時に、旋回用操作部材54dをフル操作して上部旋回体102を旋回させようとしても、上部旋回体102が旋回して作業装置118が壁側へ押し付けられており、これ以上上部旋回体102を旋回させることができない場合である。
このため、旋回優先判定手段2は、上述の旋回優先判定に加え、スティック用操作部材54b及び旋回用操作部材54dからの電気信号に基づいて旋回モータ(旋回側)110への作動油の供給を最優先させる(旋回最優先)か否かも判定するようになっている。
【0100】
つまり、旋回優先判定手段2は、スティック用操作部材54b及び旋回用操作部材54dからの電気信号に基づいて、スティックイン操作が行なわれており、かつ、旋回用操作部材54dがフル操作されている場合に、旋回モータ(旋回側)110への作動油の供給を最優先させると判定するようになっている。そして、この判定結果をポンプ傾転角制御手段3へ出力するようになっている。
【0101】
ポンプ傾転角制御手段3は、旋回優先判定手段2により旋回最優先させると判定された場合に、旋回優先判定手段2からの信号に基づいていわゆる側壁けずり作業時の旋回最優先時における最適ポンプ流量制御、即ちポンプ吐出流量が減少するように油圧ポンプの傾転角を制御するものである。
ここで、最適ポンプ流量制御とは、いわゆる側壁けずり作業時の旋回最優先時において、上部旋回体102を旋回させてバケット108等の作業装置118を壁側へ押し付けるのに十分なポンプ吐出流量が旋回モータ110へ供給されるように第2油圧ポンプ52の傾転角制御を行ない、これにより、第2油圧ポンプ52を駆動するエンジン50の出力ロスを低減させるものである。
【0102】
具体的には、ポンプ傾転角制御手段3によって第2油圧ポンプ52からのポンプ吐出流量が所定割合(約30〜40%)又は所定量だけ低下するように第2油圧ポンプ52の傾転角制御を行なうようにしている。これにより、第2油圧ポンプ52を駆動するエンジンの出力ロスを所定割合(約30〜40%)又は所定量低下させることができる。
【0103】
このようにポンプ吐出流量を低減することができるのは、いわゆる側壁けずり作業において旋回用操作部材54dがフル操作され、旋回最優先させる場合であっても、この場合には上部旋回体102が実際に旋回するわけではないから、第2油圧ポンプ52からのポンプ吐出流量はそれほど問題とならず、供給される作動油の圧力だけを確保すればよいからである。
【0104】
ここで、ポンプ傾転角制御手段3によるネガティブフローコントロールにおける基本的なポンプ傾転角制御について説明する。
つまり、ポンプ傾転角制御手段3は、圧力センサ74,75によって検出された作動油圧(ネガコン圧)PN1,PN2を読み込んで、ネガコン圧Pと要求流量Qとを関係づけた図4に示すようなマップから、読み込まれたネガコン圧PN1,PN2に対応する要求流量QN1,QN2(具体的には要求流量QN1,QN2に相当するポンプ傾転角VN1,VN2)を設定するようになっている。なお、要求流量とは、ネガティブフローコントロールにおいて要求される流量をいう。また、図4ではネガコン圧PN1に対応する要求流量QN1(具体的には要求流量QN1,に相当するポンプ傾転角VN1)のみ示している。
【0105】
一方、ポンプ傾転角制御手段3は、圧力センサ72,73によって検出されたポンプ吐出圧PP1,PP2を読み込んで、ポンプ吐出圧Pと許容流量Qとを関係づけた図5に示すようなマップから、読み込まれたポンプ吐出圧PP1,PP2に対応する許容流量QP1,QP2(具体的には許容流量QP1,QP2に相当するポンプ傾転角VP1,VP2)を設定するようになっている。なお、許容流量とは第1油圧ポンプ51及び第2油圧ポンプ52を駆動するエンジン50の許容馬力に応じたポンプ吐出流量をいう。また、図5ではポンプ吐出圧PP1に対応する許容流量QP1(具体的には許容流量QP1に相当するポンプ傾転角VP1)のみ示している。
【0106】
そして、ポンプ傾転角制御手段3は、上述の要求流量QN1,QN2と許容流量QP1,QP2とを比較し、小さい方のポンプ流量(要求流量QN1,QN2又は許容流量QP1,QP2)になるようにポンプ傾転角(ポンプ傾転角VN1,VN2又はポンプ傾転角VP1,VP2)を設定し、これを傾転角制御信号として第1油圧ポンプ51及び第2油圧ポンプ52へ出力するようになっている。
【0107】
次に、ポンプ傾転角制御手段3によるネガティブフローコントロールにおける基本的なポンプ傾転角制御の動作について、図6のフローチャートを参照しながら説明する。
つまり、まずステップS10でネガコン圧PN1,PN2を読み込む。
【0108】
次に、ステップS20でステップS10で読み込まれたネガコン圧PN1,PN2に対応する要求流量QN1,QN2を図4のマップから算出する。
次いで、ステップS30でポンプ吐出圧P P1 ,P P2 を読み込み、ステップ40でステップS30で読み込まれたポンプ吐出圧PP1,PP2に対応する許容流量QP1,QP2を図5のマップから算出する。
そして、ステップS50で要求流量QN1,QN2が許容流量QP1,QP2よりも小さいか否かを判定し、この判定の結果、要求流量QN1,QN2が許容流量QP1,QP2よりも小さいと判定された場合は、ステップS60に進み、要求流量QN1,QN2をポンプ流量として設定し、リターンする。これにより、第1油圧ポンプ51及び第2油圧ポンプ52の傾転角が要求流量QN1,QN2に応じた傾転角となるように設定される。
【0109】
一方、要求流量QN1,QN2が許容流量QP1,QP2以上であると判定された場合は、ステップS70に進み、許容流量QP1,QP2をポンプ流量として設定し、リターンする。これにより、第1油圧ポンプ51及び第2油圧ポンプ52の傾転角が許容流量QP1,QP2に応じた傾転角となるように設定される。
ところで、上述のように、スティックイン操作が行なわれ、かつ旋回用操作部材54dがフル操作されている場合に、いわゆる側壁けずり作業(サイドウォールカッティング)であって、旋回最優先させる場合であるとして、最適ポンプ流量制御を行なっているが、この場合、旋回用操作部材54dはフル操作されている。
【0110】
このため、図1に示すように、旋回用操作部材54dからの電気信号が旋回用比例減圧弁制御手段4へ入力され、この旋回用比例減圧弁制御手段4により旋回用操作部材54dのフル操作に応じて旋回用比例減圧弁63a,63bの制御量が最大値に設定されるようになっている。そして、この最大制御量に応じて旋回用比例減圧弁63a,63bが制御され、これに応じてパイロット油圧が旋回用制御弁63に作用し、これにより、旋回用制御弁63が最大移動量まで移動するようになっている。
【0111】
これにより、旋回用制御弁63が介装されている第2回路部56の第2油圧ポンプ52からの作動油は旋回モータ110へ供給され、これに応じて上部旋回体102が旋回して、バケット108等の作業装置118が壁側へ押し付けられる。
一方、スティック駆動用油圧シリンダ106には、スティック用操作部材54bの操作量に応じた流量の作動油が第1回路部55の第1油圧ポンプ51から第1スティック用制御弁60を介して供給され、これにより、スティック駆動用油圧シリンダ106が伸縮駆動されてスティック104が作動するようになっている。
【0112】
このため、図1に示すように、スティック用操作部材54bからの電気信号がスティック用比例減圧弁制御手段5へ入力され、このスティック用比例減圧弁制御手段5によりスティック用操作部材54bの操作量に応じて第1スティック用比例減圧弁60a,60bの制御量が設定されるようになっている。そして、この制御量に応じて第1スティック用比例減圧弁60a,60bが制御され、これに応じてパイロット油圧が第1スティック用制御弁60に作用し、スティック駆動用油圧シリンダ106が駆動されるようになっている。
【0113】
本実施形態にかかる建設機械の制御装置は、上述のように構成され、いわゆる側壁けずり作業時の最適ポンプ流量制御を行なうべく、図8のフローチャートに示すように動作する。
つまり、ステップA10では各操作部材54b,54dからの電気信号を読み込み、ステップA20に進む。
【0114】
ステップA20では、旋回優先判定手段2がスティック用操作部材54bからの電気信号に基づいてスティックイン操作が行なわれたか否かを判定する。
その判定の結果、スティックイン操作が行なわれたと判定した場合は、ステップA30に進み、旋回優先判定手段2によって旋回用操作部材54dからの電気信号に基づいて旋回用操作部材54dがフル操作されたか否かを判定する。
【0115】
その判定の結果、旋回用操作部材54dがフル操作されていない場合(この場合、側壁けずり作業時であってフル操作までの過渡的な状態にある)は旋回優先させる場合であるため、ステップA60へ進み、旋回用操作部材54dからの操作量に応じた電気信号に応じて第2スティック用制御弁64の移動量が制御される。
【0116】
つまり、スティック用比例減圧弁制御手段5によりスティック用操作部材54bの操作量に応じた電気信号に基づいて設定されたスティック用比例減圧弁60a,60b,64a,64bの制御信号(制御量)を、第2スティック用比例減圧弁制御信号補正手段6により旋回用操作部材54dの操作量に応じた電気信号に応じて補正して補正制御信号を求め、この補正制御信号に応じて第2スティック用比例減圧弁64a,64bを制御し、これに応じて第2スティック用制御弁64の移動量が制御される。
【0117】
これにより、第2回路部56の第2油圧ポンプ52からスティック駆動用油圧シリンダ106へ供給される作動油の流量が制御され、作動油が旋回モータ110へ優先して供給されることになる。
一方、旋回用操作部材54dがフル操作されたと判定した場合は旋回最優先させる場合であるため、ステップA40に進み、旋回用操作部材54dからの操作量に応じた電気信号に基づいて旋回用制御弁63の制御が行なわれる。つまり、旋回用比例減圧弁制御手段4により旋回用操作部材54dのフル操作に応じて旋回用比例減圧弁63a,63bの制御信号(制御量)を最大値に設定し、この最大制御信号に応じて旋回用比例減圧弁63a,63bを制御し、これに応じてパイロット油圧が旋回用制御弁63に作用して作動油が油路66aを介して旋回用モータ110へ供給され、旋回用制御弁63を構成するスプールが最大移動量まで移動する。
【0118】
次いで、ステップA50では、ステップA20及びステップA30でスティックイン操作及び旋回フル操作が同時に行なわれたと判定した場合はいわゆる側壁けずり作業であって、旋回最優先させる場合であると考えられるため、旋回用制御弁63を構成するスプールが最大移動量まで移動された状態で、ポンプ傾転角制御手段5によって側壁けずり作業時の最適ポンプ流量になるようにポンプ傾転角制御を行ない、リターンする。
【0119】
ここでは、いわゆる側壁けずり作業時の旋回最優先時において上部旋回体102を旋回させてバケット108等の作業機を壁側へ押し付けるのに十分なポンプ吐出流量が旋回モータ110へ供給されるように第2油圧ポンプ52の傾転角制御を行なう。具体的には、ポンプ傾転角制御手段3によって第2油圧ポンプ52からのポンプ吐出流量が約30〜40%低減するように第2油圧ポンプ52の傾転角制御を行なう。これにより、第2油圧ポンプ52を駆動するエンジンの出力ロスを約30〜40%低減させることができる。
【0120】
一方、ステップA20で旋回優先判定手段2によってスティックイン操作が行なわれていないと判定された場合、ステップA30で旋回優先判定手段2によって旋回フル操作が行なわれていないと判定された場合は、いずれの場合もいわゆる側壁けずり作業は行なわれていないと判断して、側壁けずり作業時の最適ポンプ流量制御を行なわないで、リターンする。
【0121】
したがって、本実施形態にかかる建設機械の制御装置によれば、いわゆる側壁けずり作業時等においてスティックイン操作と旋回フル操作とが同時に行われて旋回最優先させると判定された場合に最適ポンプ流量制御が行なわれるため、エンジン出力のロスを低減させ、ひいては燃費の向上を図ることができるという利点がある。
【0122】
また、旋回優先判定手段2によって旋回優先すべきか否かや旋回最優先させるか否かを旋回用操作部材54d及びスティック用操作部材54bからの電気信号により判定しているため、従来のようにいわゆる側壁けずり作業時等に旋回優先モードスイッチを操作する必要がなく、側壁けずり作業時等における操作性を改善することができるという利点もある。
【0123】
なお、上述の実施形態では、旋回優先判定手段2によってスティックイン操作された場合に旋回優先すべきと判定しているが、これに限られるものではなく、スティックアウト操作された場合に旋回優先すべきと判定しても良い。
また、上述の実施形態では、旋回優先判定手段2が、旋回用操作部材54dからの電気信号に基づいて旋回用操作部材54dがフル操作されている場合に旋回最優先させるか否かを判定するようになっているが、別に旋回モータ(旋回側)110へ供給される作動油の圧力(作動油圧)を検出する旋回圧力検出手段(例えば圧力センサ等)を設け、旋回優先判定手段2を旋回圧力検出手段からの検出信号に基づいて旋回最優先させるか否かを判定するように構成してもよい。
【0124】
例えば、旋回優先判定手段2は、旋回圧力検出手段により検出される作動油の圧力が所定圧力(設定値)以上である場合に旋回最優先させると判定するように構成すれば良い。
ここで、所定圧力は、旋回モータ110へ供給される作動油圧のリリーフ圧又はそれに近い圧力に設定すれば良い。これは、側壁けずり作業時に上部旋回体102が旋回して壁側へ押し付けられ、これ以上旋回することができない状態になっている場合は、旋回モータ110へ接続される油路内の作動油圧が所定圧力になると、図示しないリリーフ弁により旋回モータ110へ接続される油路内の作動油がリザーバタンクへ戻されて、旋回モータ110へ供給される作動油圧はリリーフ圧となるからである。
【0125】
そして、ポンプ傾転角制御手段3が、上述の実施形態と同様に、旋回優先判定手段2から判定結果に基づいてポンプ流量を減少させるように油圧ポンプ51,52のポンプ傾転角制御を行なえば良い。
これにより、旋回最優先させるか否かを旋回用操作部材54dからの電気信号に基づいて判定するよりも、旋回用操作部材54dをフル操作して上部旋回体102をさらに旋回させようとしても、側壁けずり作業時に上部旋回体102が旋回して壁側へ押し付けられており、これ以上旋回することができない状態になっているを確実に検知することができるという利点がある。
【0126】
また、上述の実施形態のように旋回用操作部材54dからの電気信号に基づく旋回最優先判定と、上述の旋回圧力検出手段により検出される作動油の圧力に基づく旋回最優先判定とを組み合わせても良い。つまり、旋回最優先判定として、上述の旋回用操作部材54dからの電気信号に基づく判定と、上述の旋回圧力検出手段により検出される作動油の圧力に基づく判定との双方を行なって、旋回最優先させるか否かを判定するようにしても良い。これにより、側壁けずり作業時に上部旋回体102が旋回して壁側へ押し付けられ、これ以上旋回することができない状態になっているを確実に検知することができるようになる。
【0127】
また、上述の実施形態では、本発明をネガティブフローコントロールを行なう建設機械の制御装置に適用する場合について説明しているが、本発明をポジティブフローコントロールを行なう建設機械の制御装置に適用しても良い。
【0128】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1,3記載の本発明の建設機械の制御装置によれば、いわゆる側壁けずり作業時等において旋回最優先させると判定された場合にポンプ吐出流量が減少するように油圧ポンプの傾転角が制御されるため、エンジン出力のロスを低減させ、ひいては燃費の向上を図ることができるという利点がある。
【0129】
また、請求項2記載の本発明の建設機械の制御装置によれば、旋回優先すべきか否かを複数の操作部材からの電気信号により判定しているため、従来のようにいわゆる側壁けずり作業時等に旋回優先モードスイッチを操作する必要がなく、側壁けずり作業時等における操作性を改善することができるという利点もある。
また、請求項記載の本発明の建設機械の制御装置によれば、いわゆる側壁けずり作業時等において旋回圧力検出手段により検出された圧力が所定圧力以上である場合に旋回最優先させると判定するようになっているため、側壁けずり作業時に旋回最優先させる必要があるか否かを確実に検知することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかる建設機械の制御装置における旋回用制御弁の制御及び最適ポンプ流量制御を説明するための制御ブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態にかかる建設機械の制御装置の全体構成図である。
【図3】本発明の一実施形態にかかる建設機械の制御装置の制御弁を説明するための模式図である。
【図4】本発明の一実施形態にかかる建設機械の制御装置におけるネガティブフローコントロールの要求流量とネガコン圧との関係を示す図である。
【図5】本発明の一実施形態にかかる建設機械の制御装置におけるネガティブフローコントロールの許容流量とポンプ吐出圧との関係を示す図である。
【図6】本発明の一実施形態にかかる建設機械の制御装置におけるネガティブフローコントロールを説明するためのフローチャートである。
【図7】本発明の一実施形態にかかる建設機械の制御装置の第2スティック用比例減圧弁制御信号補正手段の補正制御特性を示す図である。
【図8】本発明の一実施形態にかかる建設機械の制御装置における旋回用制御弁の制御及び最適ポンプ流量制御を説明するためのフローチャートである。
【図9】従来の建設機械を示す模式的斜視図である。
【符号の説明】
1 コントローラ(制御手段)
2 旋回優先判定手段
3 ポンプ傾転角制御手段
4 旋回用比例減圧弁制御手段
5 スティック用比例減圧弁制御手段
6 第2スティック用比例減圧弁制御信号補正手段(補正手段)
7 スティック用比例減圧弁制御手段
51 第1油圧ポンプ
52 第2油圧ポンプ
54 操作部材
54b スティック用操作部材
54d 旋回用操作部材
60 第1スティック用制御弁
60a,60b 第1スティック用比例減圧弁
63 旋回用制御弁
63a,63b 旋回用比例減圧弁
64 第2スティック用制御弁
64a,64b 第2スティック用比例減圧弁
102 上部旋回体
104 スティック

Claims (4)

  1. 旋回操作,スティック操作が行われる建設機械の制御装置において、
    オペレータにより操作される操作部材と、
    旋回側への作動油流量を制御する旋回用制御弁を介装される油路に備えられ、スティック側へ供給する作動油の流量を制御するスティック用制御弁と、
    エンジンにより駆動され、タンク内の作動油を吐出する油圧ポンプと、
    旋回側への作動油の供給を最優先させるか否かを判定する旋回優先判定手段と、
    該油圧ポンプの傾転角を制御してポンプ吐出流量を調整するポンプ傾転角制御手段とを備え、
    該旋回優先判定手段により旋回最優先させると判定された場合に、該ポンプ傾転角制御手段が、ポンプ吐出流量が減少するように該油圧ポンプの傾転角を制御し、該旋回優先判定手段により旋回最優先させないと判定された場合に、該旋回用操作部材の操作量が大きくなるにしたがってスティック側へ供給される作動油の流量が減少するように該スティック用制御弁の制御量を制御することを特徴とする、建設機械の制御装置。
  2. オペレータにより操作される操作部材と、
    旋回側への作動油流量を制御する旋回用制御弁を介装される油路に備えられ、スティック側へ供給する作動油の流量を制御するスティック用制御弁と、
    操作部材のうちの旋回用操作部材及びスティック用操作部材からの電気信号に基づいて、旋回操作とスティック操作とが同時に行なわれたか否かを判定する判定手段と
    該判定手段により旋回操作とスティック操作とが同時に行なわれたと判定された場合に、該旋回用操作部材の操作量が大きくなるにしたがってスティック側へ供給される作動油の流量が減少するように該スティック用制御弁の移動量を制御することを特徴とする、建設機械の制御装置。
  3. 旋回優先判定手段が、該旋回用操作部材からの電気信号に基づいて該旋回用操作部材がフル操作されている場合に旋回最優先させると判定し、該旋回用操作部材がフル操作されていない場合に旋回最優先させないと判定することを特徴とする、請求項1記載の建設機械の制御装置。
  4. 旋回側に供給される作動油圧を検出する旋回圧力検出手段を備え、
    該旋回優先判定手段が、該旋回圧力検出手段により検出された圧力が所定圧力以上である場合に旋回最優先させると判定し、該旋回圧力検出手段により検出された圧力が所定圧力以上でない場合に旋回最優先させないと判定することを特徴とする、請求項1又は3記載の建設機械の制御装置。
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