JP3758568B2 - ELECTRIC HYDRAULIC CIRCUIT AND CONSTRUCTION MACHINE WITH THE SAME - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧アクチュエータ用の油圧ポンプを電動機で駆動する構成の電動油圧回路及びそれを備えた建設機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、油圧ショベルやクレーン等の建設機械において、電動機で油圧ポンプを駆動し、この油圧ポンプから吐出される圧油によって油圧シリンダ、油圧モータ等の油圧アクチュエータを駆動させる電動駆動式の油圧回路（以下、電動油圧回路と呼ぶ）を搭載したものが知られている。
【０００３】
この種の電動油圧回路では、操作レバー（あるいは操作ペダル等の操作手段）を操作すると、その操作角が電気信号に変換され、この電気信号の大きさに応じてコントローラが電動機の回転速度を制御し、制御された回転速度に比例して油圧ポンプから圧油が吐出されるようになっている。
【０００４】
ところで、建設機械としての油圧ショベルは、上部旋回体に備えられた掘削アタッチメントを操作することにより、掘削作業以外に地面の均しを行なったり、土砂のばらまきを行なうことがある。
【０００５】
この土砂ばらまき作業は、例えば溝内に設置した配管上に土砂を被せるような場合などに実施されるものであり、バケットに土砂を蓄えておきアームを伸ばしつつバケットを短い周期で前後方向に素早く振らすという操作が行なわれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような操作が行なわれる建設機械に上記電動油圧回路を搭載すると、コントロールバルブのスプールについては操作レバーの素早い往復操作に追従して切り換わることができるが、電動機については操作レバーの中立位置で一旦回転が停止するため、操作レバーがさらに中立位置から反対側に操作された場合に応答性の遅い電動機では回転速度が追従できず、所望の回転数に達しない中途半端な回転数で留まってしまう。それにより、バケットが前後方向に素早く振れなくなり、土砂のばらまき作業ができなくなるという不都合が発生する。
【０００７】
本発明は以上のような電動油圧回路を搭載した従来の油圧ショベルにおける課題を考慮してなされたものであり、操作レバーの操作量が小さい範囲、特に操作レバーを往復切り換え操作する際の操作レバー中立位置近傍で生じる電動機の応答遅れを解消することのできる電動油圧回路およびそれを備えた建設機械を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動油圧回路は、電動機で駆動する油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油の方向と流量を切り換える切換弁と、この切換弁によって制御された圧油が供給される油圧アクチュエータと、切換弁に切換え指令を与えるとともに電動機に回転数を指令する操作手段と、この操作手段からの指令に基づいて電動機の回転数を制御する制御手段と、操作手段の操作速度を検出する操作速度検出手段とを備え、上記制御手段は、操作速度検出手段によって検出された操作速度に応じ、操作手段の操作量がゼロに戻される場合に電動機の回転数を設定回転数に制御する第一の制御、および操作量がゼロに戻される場合に操作量に基づいて電動機回転数を制御する第二の制御のいずれか一方に切り換えるように構成されていることを要旨とする。
【０００９】
本発明に従えば、操作手段をゼロに戻す場合の操作速度が速い場合に第一の制御に切り換え、操作速度が遅い場合に第二の制御に切り換えるようにすると、操作手段としての例えば操作レバーを戻し、中立位置を超えてさらに反対側に操作しても中立位置で電動機の回転が停止しないため、電動機の応答遅れを解消することができる。また、遅い操作速度で操作レバーが中立位置に戻された場合には、操作レバーの操作量に追従して電動機の回転数が制御されるため、従来の操作と同様に電動機を停止させることができる。
【００１０】
上記電動油圧回路において制御手段は、操作速度検出手段によって検出された操作速度が電動機の応答速度を超える場合に、第一の制御に切り換えるように構成することが好ましい。
【００１１】
また、上記制御手段は、操作速度検出手段によって検出された操作速度に応じて設定回転数に基づく制御期間を決定するように構成することができる。設定回転数で電動機を制御する期間を、操作速度に応じて決定するようにすれば、例えば電動機の応答速度を超えて速く操作されたときにのみ電動機を設定回転数で運転することができるようになる。
【００１２】
本発明において設定回転数とは、少なくとも操作手段の操作量に対する油圧ポンプの吐出流量が負荷にかかわらず安定して得られる回転数以上であって、具体的には最高回転速度の略３０％に相当する回転数である。
【００１３】
本発明の建設機械は、下部走行体と、その下部走行体に搭載される上部旋回体と、その上部旋回体に装備されるフロントアタッチメントとを有し、このフロントアタッチメントに上記油圧アクチュエータとしてバケットを駆動させるバケットシリンダが設けられ、このバケットシリンダ駆動用としての上記構成を有する電動油圧回路が上部旋回体に設けられていることを要旨とする。
【００１４】
本発明に従えば、バケットを短い周期で前後に振らして土砂のばらまき作業を行なう場合に、操作手段としての例えば操作レバーを中立位置を経由して往復操作してもその中立位置で電動機が停止しないため、電動機の応答遅れが解消されバケットを操作レバー通りに操作することができるようになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係る電動油圧回路の一実施形態を示したものである。
【００１７】
同図において、１は油圧アクチュエータとしての油圧シリンダであり、ヘッド側油室１ａとロッド側油室１ｂとを有し、この両油室１ａ，１ｂに対して圧油を給排することによって伸縮動作が行なわれるようになっている。
【００１８】
この油圧シリンダ１に圧油を供給する油圧ポンプとして定容量形の油圧ポンプ２が備えられており、油圧ポンプ２と油圧シリンダ１との間に切換弁としてのコントロールバルブ３が接続されている。
【００１９】
コントロールバルブ３は、バルブスプールの移動によって中立位置ａからシリンダ伸長位置ｂ、或いは中立位置ａからシリンダ縮小位置ｃへ切り換えられるようになっており、伸長側ソレノイド３ａおよび縮小側ソレノイド３ｂはそれぞれ制御手段としてのコントローラ４に接続されている。なお、中立位置ａには余剰の圧油をタンクＴに戻すためのブリードオフ回路３ｃが接続されている。
【００２０】
上記油圧ポンプ２は電動機５によって駆動され、この電動機５はインバータ６によって速度制御され、このインバータ６は上記コントローラ４によって制御されるようになっている。
【００２１】
このコントローラ４には操作手段としての操作レバー７が接続されており、この操作レバー７は、レバー７ａそのものと、レバー７ａの操作角を電気信号に変換する変換器７ｂとから構成されている。
【００２２】
このレバー７ａを中立位置からｄ方向に倒すと、操作角信号Ｓ₁がコントローラ４のコントロールバルブ切換部４ａに与えられる。このコントロールバルブ切換部４ａはコントロールバルブ３の伸長側ソレノイド３ａに対し操作角に相当する切換信号Ｓ₃を与え、コントロールバルブ３のバルブスプールを中立位置ａからｂ位置に切り換え、それにより油圧ポンプ２からの圧油が油圧シリンダ１のヘッド側油室１ａに供給されてロッド１ｃが伸長する。
【００２３】
これとは逆に、レバー７ａを中立位置からｅ方向に倒すと、操作角信号Ｓ₂がコントロールバルブ切換部４ａに与えられ、コントロールバルブ３の縮小側ソレノイド３ｂに対して切換信号Ｓ₄が与えられ、バルブスプールが中立位置ａからｃ位置に切り換えられ、油圧ポンプ２からの圧油が油圧シリンダ１のロッド側油室１ｂに供給されてロッド１ｃが縮小する。
【００２４】
そして中立位置を境としてレバー７ａをｄ方向側とｅ方向側とに往復させると、油圧シリンダ１のロッド１ｃが進退動作する。
【００２５】
上記コントローラ４の機能については後述するが、概略説明すると、レバー操作によって出力された操作角信号Ｓ₁またはＳ₂は、コントロールバルブ切換部４ａに与えられ、さらに操作速度検出手段としての操作速度演算部４ｂに与えられる。
【００２６】
この操作速度演算部４ｂはレバー７ａが操作されるとその操作速度を演算し、演算された操作速度を比較部４ｃに与えて電動機応答速度と比較し、その結果を制御手段としての回転速度制御部４ｄに与える。
【００２７】
この回転速度制御部４ｄは、比較結果に応じ回転速度特性記憶部４ｅに記憶されている電動機回転速度特性を選択し、その回転速度特性に従ってインバータ６に回転数信号Ｓ₅を与え、それにより、インバータ６によって回転制御される電動機５の回転数が低速回転域（例えば100rpm）から高速回転域（例えば3000rpm）まで制御する。なお、図中８は逆止弁を示している。
【００２８】
図２は上記電動油圧回路が適用される油圧ショベルを示したものである。
【００２９】
同図において、１０は下部走行体、１１はこの下部走行体１０上に旋回自在に搭載された上部旋回体、１２はその上部旋回体１１の前部に装備された掘削アタッチメント（フロントアタッチメント）である。
【００３０】
この掘削アタッチメント１２はブーム１２ａと、このブーム１２ａを起伏させるブームシリンダ１２ｂと、ブーム１２ａの先端部に接続されるアーム１２ｃと、このアーム１２ｃを揺動させるアームシリンダ１２ｄと、アーム１２ｃの先端部に接続されるバケット１２ｅと、そのバケット１２ｅを押し、引き動作させるバケットシリンダ１２ｆとから構成されている。
【００３１】
なお、下部走行体１０は左右のクローラフレーム１０ａ（手前側のみ図示）にクローラ１０ｂが装着されており、このクローラ１０ｂは走行モータ１０ｃで駆動するようになっている。
【００３２】
図１に示した油圧回路は、この油圧ショベルにおける特定の、またはすべての油圧アクチュエータについて適用することができるが、特に、急な切換操作が行なわれるバケット駆動回路に適用することが好ましい。
【００３３】
以下、図１に示した電動油圧回路をそのバケット駆動回路に適用した場合について説明する。なお、以下の説明では油圧シリンダ１をバケットシリンダ１２と呼び、シリンダ伸長側をバケット引き側、シリンダ縮小側をバケット押し側として説明する。
【００３４】
上述したようにレバー７ａを操作することによってコントローラ４からバルブスプールの変位と電動機回転数が指令されるが、レバー７ａを急操作すると応答性の良いバルブスプールは追従するものの、応答性の悪い電動機５についてはその回転数がレバー操作に追従することができず、結果としてバルブスプールの変位も影響されてずれることになる。
【００３５】
具体的には、バケット１２ｅを振らして土砂のばらまき作業を行なう場合、中立位置を経由してレバー７ａの押し（ｅ方向）と引き（ｄ方向）を何度もすばやく切り換えることによりバケット１２ｅを振動させて土砂をまいていくが、従来の電動機回転数特性（図３の特性Ｎ参照）のようにレバー操作角が小さくなるのに比例して電動機回転速度も減じていくと、レバー７ａを＋側（バケット引き側）から−側（バケット押し側）に切り換えるときに一旦、電動機５が停止するため、−側に移行したときに電動機５の回転がすばやく立ち上がらず、バケットが緩慢に動作する。そうするとバケット１２ｅを小刻みに振動させることができなくなり、土砂を広範囲にばらまくという作業が行なえない。
【００３６】
そこで、本実施形態ではコントローラ４の回転速度特性記憶部４ｄに、図３に示す回転速度特性Ｍおよびブリードオフ特性Ｂを記憶している。
【００３７】
同図において横軸はレバー操作角（レバー操作量）を示し、中立位置“０”を境としてバケット引き側の操作範囲上限を＋１００％で示し、バケット押し側の操作範囲上限を−１００％で示している。また、縦軸は電動機回転速度とブリードオフ開口面積をそれぞれパーセントで示しており、回転速度上限としての100％は本実施形態ではおよそ3000rpmに相当する。
【００３８】
＋側の操作範囲において、回転速度特性Ｍ１は、レバー操作角度Ｌ１で回転速Ｎ１まで立ち上がり、レバー操作角Ｌ２までは定速回転となり、レバー操作角Ｌ２からはレバー操作角に比例して回転速度を増加するように設定されている。この回転速度特性Ｍ１は−側の操作範囲についても左右対称に設定されている（図中、回転速度特性Ｍ２参照）。
【００３９】
上記回転速度Ｎ１は中速域を若干下回る速度、具体的には1000rpmに設定されている。なお、本実施形態ではＮ１をフラットに設定しているが、漸次増加するように勾配を持っていてもよい。
【００４０】
一方、ブリードオフ特性Ｂ１は、レバー操作角が＋Ｌ１を下回る範囲では開口面積100％に開かれ、レバー操作角が増加するにつれて減じられ、レバー操作角が＋Ｌ２近辺で０％に閉じられる。従って−側のレバー操作範囲におけるブリードオフ特性Ｂ２も含むと、図中−Ｌ２〜＋Ｌ２の範囲Ｌがブリードオフ領域となる。
【００４１】
従来はレバー７ａを中立位置を経由して前後に切り換えると、その中立位置で電動機５の回転を一旦停止させていたため、−側に移行してレバー７ａの操作角を深くしても電動機５の回転速度が追従できずポンプ流量が不足していた。
【００４２】
これに対し、本発明のコントローラ４は、例えば＋側の操作範囲において回転速度特性Ｍ１に従って電動機５を回転制御するが、＋Ｌ１〜＋Ｌ２の範囲では回転数を中速域に近いＮ１に設定しており、さらに、中立位置を境としてレバー７ａを＋側から−側に急操作した場合には、レバー７ａが中立位置に戻されても回転速度をＮ１に保持する（図中、設定回転数としての設定回転速度Ｐ１参照）ようにしているため、−側に移行してレバー７ａを深く操作した場合に、電動機５の回転数は予め途中まで加速された状態とされているため、電動機５の応答遅れを少なくすることができる。
【００４３】
−側から＋側に操作する場合も同様に回転速度をＮ１に保持する（図中、設定回転数としての設定回転速度Ｐ２参照）。
【００４４】
上記設定回転速度Ｐ１，Ｐ２で電動機５を運転すると、レバー７ａが中立位置を跨がって操作されても電動機の応答遅れを解消することができる。
【００４５】
また、レバー７ａが中立位置を跨がって操作されるとき、コントロールバルブ３のバルブスプールはレバー７ａの操作に追従して中立位置ａに戻っているため、余剰の圧油はブリードオフ回路３ｃを通じてタンクＴに戻されることになる。
【００４６】
なお、レバー操作量が＋Ｌ１〜＋Ｌ２（または−Ｌ１〜−Ｌ２）の範囲では電動機回転速度とブリードオフ開口面積の関係が必ずしも比例していないが、圧力上昇あるいは圧力降下の勾配が若干急になる程度であり、実用上何ら問題はない。
【００４７】
また、本実施形態のコントローラ４は、レバー７ａの戻り速度に基づいて上記設定回転速度Ｐ１またはＰ２で運転する期間を制御するようにもなっている。
【００４８】
まず、電動機５の応答速度は、予め測定しておくことができる。すなわち、電動機の回転速度変化量をΔＮｄ、操作レバー７から指令が与えられて回転速度が指令された回転速度に到達するのに要した時間をΔｓｄとするとき、電動機の応答速度ＳはΔＮｄ／Δｓｄで求められる。
【００４９】
一方、操作速度演算部４ｂはレバー７ａが操作されたときにその操作速度を演算する。レバー７ａを戻り操作したときの指令回転速度の変化量をΔＮｄ´、戻し操作に要した時間をΔｓｄ´とするとき、レバー戻り速度Ｓ´をΔＮｄ´／Δｓｄ´から求める。
【００５０】
比較部４ｃは上記電動機の応答速度Ｓと操作速度Ｓ´とを比較し、その結果を回転速度制御部４ｄに与える。この回転速度制御部４ｄはレバー戻り速度Ｓ´が電動機応答速度Ｓよりも遅い場合は、第二の制御として回転速度特性記憶部４ｅに記憶されている電動機回転数特性Ｍに従って電動機５の回転数を制御する。この場合、レバー７ａを中立位置まで戻すと、レバー操作量が＋Ｌ２→＋Ｌ１の範囲については回転速度Ｎ１に保持され、レバー操作量が＋Ｌ１→ゼロの範囲についてはポイントｍ１からゼロに立ち下げられる。
【００５１】
一方、レバー戻り速度Ｓ´が電動機応答速度Ｓよりも速い場合は、第一の制御として回転速度特性記憶部４ｅに記憶されている、電動機回転数特性Ｍに設定回転数Ｐ１（またはＰ２）を付加した特性に従って電動機５の回転数を制御する。詳しくは、レバー操作量が＋Ｌ１を上回る範囲については第二の制御と同様に電動機回転速度特性Ｍに従って電動機５を制御するが、レバー操作量が＋Ｌ１を下回ると電動機回転数Ｎ１を一定期間保持するようにした設定回転数Ｐ１に従って電動機５を制御する。そしてこの設定回転数Ｐ１の保持期間をレバー戻り速度に比例させる。
【００５２】
具体的には、レバー操作を＋Ｌ３→＋Ｌ１まで戻し、それによって電動機回転数がＮ２変化したとする。そして＋Ｌ３→＋Ｌ１までに要したレバー操作時間がΔｓｄ´であると、Ｎ２／Δｓｄ´＞ΔＮｄ／Δｓｄである場合には設定回転数Ｐ１に保持する。この設定回転数Ｐ１の保持期間は、以下の式によって決定する。
【００５３】
レバー操作を＋Ｌ３→＋Ｌ１→−Ｌ１に連続操作したとき、具体的にはバケット１２ｅを引き側から中立位置を超えて押し側に操作したとき、＋Ｌ３→＋Ｌ１までレバー７ａが戻された時間がΔｓｄ´であると、＋Ｌ１→ゼロおよびゼロ→−Ｌ１すなわち２Ｌ１に要するレバー操作の時間はその比で求められるから
Δｓｄ´×２Ｌ１／（Ｌ３−Ｌ１）で求められる。
【００５４】
少なくともこの期間について設定回転数Ｐ１で電動機５を制御すれば、理論上、電動機５の応答遅れを解消することができる。ただし、実際の制御ではこれに余裕αを加え、
（１＋α）×Δｓｈ×２Ｌ１／（Ｌ３−Ｌ１）
で求められる期間について設定回転数Ｐ１で電動機５を制御する。
【００５５】
このようにコントローラ４は、電動機５の応答速度を超えて操作レバー７が戻し操作された場合に、レバー中立位置で電動機回転数をゼロに落とさずＮ１に保持するとともにその保持期間をレバー７ａの操作速度に応じて決めるように構成されている。
【００５６】
なお、上記実施形態では、レバー７ａの操作速度を検出する目的で横軸上に＋Ｌ３の計測点を設定したが、この計測点は＋Ｌ２で代用することもできる。この場合、コントローラ４の制御がより簡単になる。
【００５７】
また、上記実施形態ではレバー７ａを＋側から−側に操作する、具体的には伸ばしていたバケットシリンダ１２ｆを縮小させる場合を例にとり説明したが、レバー７ａを−側から＋側に操作する、具体的には縮小させていたバケットシリンダ１２ｆを伸長させる場合であっても上記と同様の制御、すなわち、レバー７ａが急操作され中立位置を横切る操作が行なわれた場合には、ポイントｍ２から電動機回転速度Ｎ１を一定期間保持する制御を行なうことになる。
【００５８】
本発明は、上記実施形態に示した建設機械に限らず、油圧アクチュエータ駆動用の油圧ポンプを電動機で駆動する任意の構成の建設機械に適用することができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、請求項１の本発明によれば、油圧ポンプを電動機で駆動し、その電動機の回転数を、操作手段からの指令に基づいて制御手段が制御する構成の電動油圧回路において、上記制御手段が、操作速度検出手段によって検出された操作速度に応じ、操作手段の操作量がゼロに戻される場合に電動機の回転数を設定回転数に制御する第一の制御、および操作量がゼロに戻される場合に操作量に基づいて電動機回転数を制御する第二の制御のいずれかに一方に切り換えるように構成したため、操作手段をゼロに戻す場合の操作速度が速い場合に第一の制御に切り換え、操作速度が遅い場合に第二の制御に切り換えるようにすると、操作手段としての例えば操作レバーを戻し、中立位置を超えてさらに反対側に操作しても中立位置で電動機の回転が停止しないため、電動機の応答遅れを解消することができる。また、遅い操作速度で操作レバーが中立位置に戻された場合には、操作レバーの操作量に追従して電動機の回転数が制御されるため、従来の操作と同様に電動機を停止させることができる。
【００６０】
請求項２の本発明によれば、上記制御手段を、操作速度検出手段によって検出された操作速度が電動機の応答速度を超える場合に第一の制御に切り換えるように構成したため、電動機の応答遅れを確実に解消することができる。
【００６１】
請求項３の本発明によれば、上記制御手段が、操作速度検出手段によって検出された操作速度に応じて設定回転数に基づく制御期間を決定するように構成されているため、電動機の応答速度を超えて操作手段が速く操作されたときにのみ電動機を設定回転数で運転することができるようになる。
【００６２】
請求項４の本発明によれば、下部走行体と、その下部走行体に搭載される上部旋回体と、その上部旋回体に装備されるフロントアタッチメントとを有する建設機械において、このフロントアタッチメントに上記油圧アクチュエータとしてバケットを駆動させるバケットシリンダを設け、このバケットシリンダ駆動用としての上記構成を有する電動油圧回路を設けたため、バケットを短い周期で前後に振らして土砂のばらまき作業を行なう場合に、操作手段としての例えば操作レバーを中立位置を経由して往復操作してもその中立位置で電動機が停止せず、電動機の応答遅れが解消され、バケットを操作レバー通りに操作することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動油圧回路図である。
【図２】本発明の電動油圧回路が適用される建設機械の外観図である。
【図３】図１に示すコントローラによって制御される電動機の回転数特性図である。
【符号の説明】
１ 油圧シリンダ
２ 油圧ポンプ
３ コントロールバルブ
４ コントローラ
４ａ コントロールバルブ切換部
４ｂ 操作速度演算部
４ｃ 比較部
４ｄ 回転速度制御部
４ｅ 回転速度特性記憶部
５ 電動機
６ インバータ
７ 操作レバー
７ａ レバー
１０ 下部走行体
１１ 上部旋回体
１２ 掘削アタッチメント[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrohydraulic circuit configured to drive a hydraulic pump for a hydraulic actuator with an electric motor, and a construction machine including the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a construction machine such as a hydraulic excavator or a crane, a hydraulic pump is driven by an electric motor, and hydraulic actuators such as a hydraulic cylinder and a hydraulic motor are driven by pressure oil discharged from the hydraulic pump (hereinafter referred to as an electric drive type hydraulic circuit). This is known as an electric hydraulic circuit).
[0003]
In this type of electrohydraulic circuit, when an operating lever (or operating means such as an operating pedal) is operated, the operating angle is converted into an electrical signal, and the controller controls the rotation speed of the motor according to the magnitude of the electrical signal. The hydraulic oil is discharged from the hydraulic pump in proportion to the controlled rotational speed.
[0004]
By the way, a hydraulic excavator as a construction machine may perform leveling of the ground or spreading of earth and sand in addition to excavation work by operating a drilling attachment provided in the upper swing body.
[0005]
This earth and sand spreading work is carried out, for example, when covering the pipe installed in the groove with earth and sand, storing the earth and sand in the bucket, extending the arm and quickly moving the bucket back and forth in a short cycle. The operation of shaking is performed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
When the above-mentioned electrohydraulic circuit is mounted on a construction machine in which such an operation is performed, the control valve spool can be switched following the quick reciprocating operation of the operation lever, but the motor is in the neutral position of the operation lever. Since the rotation stops once, if the operating lever is further operated from the neutral position to the opposite side, the motor with slow response cannot follow the rotation speed and remains at a halfway rotation speed that does not reach the desired rotation speed. End up. As a result, the bucket cannot be swung quickly in the front-rear direction, and the inconvenience that the work of spreading the earth and sand cannot be performed occurs.
[0007]
The present invention has been made in consideration of the problems in the conventional hydraulic excavator equipped with the above-described electrohydraulic circuit, and is a range in which the operating amount of the operating lever is small, particularly when the operating lever is operated for reciprocal switching. It is an object of the present invention to provide an electrohydraulic circuit capable of eliminating a response delay of an electric motor that occurs in the vicinity of a neutral position, and a construction machine including the same.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The electrohydraulic circuit of the present invention includes a hydraulic pump driven by an electric motor, a switching valve for switching the direction and flow rate of pressure oil discharged from the hydraulic pump, and a hydraulic actuator to which pressure oil controlled by the switching valve is supplied And an operating means for giving a switching command to the switching valve and commanding the rotational speed to the electric motor, a control means for controlling the rotational speed of the electric motor based on the command from the operating means, and an operation for detecting the operating speed of the operating means A speed detecting means, wherein the control means controls the rotation speed of the electric motor to a set rotation speed when the operation amount of the operation means is returned to zero according to the operation speed detected by the operation speed detection means. And the second control for controlling the motor speed based on the operation amount when the operation amount is returned to zero. To.
[0009]
According to the present invention, when the operation speed when returning the operation means to zero is switched to the first control when the operation speed is high, and when the operation speed is low, the control is switched to the second control, for example, an operation lever as the operation means Since the rotation of the electric motor does not stop at the neutral position even if it is operated further to the opposite side beyond the neutral position, the response delay of the electric motor can be eliminated. In addition, when the operating lever is returned to the neutral position at a slow operating speed, the motor speed is controlled following the operating amount of the operating lever, so the motor can be stopped as in the conventional operation. it can.
[0010]
In the electrohydraulic circuit, the control means is preferably configured to switch to the first control when the operation speed detected by the operation speed detection means exceeds the response speed of the electric motor.
[0011]
In addition, the control means can be configured to determine a control period based on the set rotational speed in accordance with the operation speed detected by the operation speed detection means. If the period for controlling the motor at the set speed is determined according to the operation speed, the motor can be operated at the set speed only when the motor is operated faster than the response speed of the motor, for example. become.
[0012]
In the present invention, the set rotational speed is at least the rotational speed at which the discharge flow rate of the hydraulic pump with respect to the operation amount of the operating means is stably obtained regardless of the load, and specifically, approximately 30% of the maximum rotational speed. The corresponding number of revolutions.
[0013]
The construction machine of the present invention has a lower traveling body, an upper swing body mounted on the lower traveling body, and a front attachment equipped on the upper swing body, and a bucket as the hydraulic actuator is provided on the front attachment. A gist is that a bucket cylinder to be driven is provided, and an electrohydraulic circuit having the above-described configuration for driving the bucket cylinder is provided in the upper swing body.
[0014]
In accordance with the present invention, when the bucket is shaken back and forth in a short cycle to perform the sand and sand dispersion operation, the motor is operated at the neutral position even if the operation lever as the operation means is reciprocated via the neutral position. Since the motor does not stop, the response delay of the electric motor is eliminated, and the bucket can be operated according to the operation lever.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
[0016]
FIG. 1 shows an embodiment of an electrohydraulic circuit according to the present invention.
[0017]
In the figure, reference numeral 1 denotes a hydraulic cylinder as a hydraulic actuator, which has a head side oil chamber 1a and a rod side oil chamber 1b, and expands and contracts by supplying and discharging pressure oil to and from both oil chambers 1a and 1b. Operation is to be performed.
[0018]
A constant displacement hydraulic pump 2 is provided as a hydraulic pump for supplying pressure oil to the hydraulic cylinder 1, and a control valve 3 as a switching valve is connected between the hydraulic pump 2 and the hydraulic cylinder 1.
[0019]
The control valve 3 is switched from the neutral position a to the cylinder extension position b or from the neutral position a to the cylinder reduction position c by the movement of the valve spool. The extension side solenoid 3a and the reduction side solenoid 3b are respectively controlled by the control means. Are connected to the controller 4. A bleed-off circuit 3c for returning excess pressure oil to the tank T is connected to the neutral position a.
[0020]
The hydraulic pump 2 is driven by an electric motor 5, the speed of the electric motor 5 is controlled by an inverter 6, and the inverter 6 is controlled by the controller 4.
[0021]
The controller 4 is connected to an operation lever 7 as an operation means. The operation lever 7 includes a lever 7a itself and a converter 7b that converts an operation angle of the lever 7a into an electric signal.
[0022]
Killing the lever 7a from the neutral position in the direction d, the operation angle signal S ₁ is supplied to the control valve switching section 4a of the controller 4. The control valve switching unit 4a gives a switching signal S ₃ corresponding to the operation angle with respect to the expansion side solenoid 3a of the control valve 3 to switch the valve spool of the control valve 3 from the neutral position a to the position b, whereby the hydraulic pump 2 Is supplied to the head side oil chamber 1a of the hydraulic cylinder 1, and the rod 1c extends.
[0023]
Conversely, when defeat lever 7a from the neutral position in the direction e, the operation angle signal S ₂ is applied to the control valve switching unit 4a, applied switching signal S ₄ on the reduced side solenoid 3b of the control valve 3 Then, the valve spool is switched from the neutral position a to the c position, the pressure oil from the hydraulic pump 2 is supplied to the rod-side oil chamber 1b of the hydraulic cylinder 1, and the rod 1c is contracted.
[0024]
Then, when the lever 7a is reciprocated between the d-direction side and the e-direction side with the neutral position as a boundary, the rod 1c of the hydraulic cylinder 1 moves forward and backward.
[0025]
The function of the controller 4 will be described later. In brief, the operation angle signal S ₁ or S ₂ output by lever operation is given to the control valve switching unit 4a, and further, an operation speed calculation as an operation speed detecting means is performed. Given to part 4b.
[0026]
When the lever 7a is operated, the operation speed calculation unit 4b calculates the operation speed, gives the calculated operation speed to the comparison unit 4c and compares it with the motor response speed, and the result is a rotational speed control as a control means. To part 4d.
[0027]
The rotation speed control unit 4d selects the motor rotation speed characteristic stored in the rotational speed characteristic storage unit 4e according to the comparison result, given the speed signal S ₅ to the inverter 6 in accordance with the rotational speed characteristics, whereby, The rotation speed of the electric motor 5 whose rotation is controlled by the inverter 6 is controlled from a low speed rotation range (for example, 100 rpm) to a high speed rotation range (for example, 3000 rpm). In the figure, 8 indicates a check valve.
[0028]
FIG. 2 shows a hydraulic excavator to which the electrohydraulic circuit is applied.
[0029]
In the figure, 10 is a lower traveling body, 11 is an upper revolving body that is rotatably mounted on the lower traveling body 10, and 12 is an excavation attachment (front attachment) that is mounted on the front of the upper revolving body 11. is there.
[0030]
The excavation attachment 12 includes a boom 12a, a boom cylinder 12b for raising and lowering the boom 12a, an arm 12c connected to the tip of the boom 12a, an arm cylinder 12d for swinging the arm 12c, and a tip of the arm 12c. And a bucket cylinder 12f that pushes and pulls the bucket 12e.
[0031]
The lower traveling body 10 has crawlers 10b mounted on left and right crawler frames 10a (only the front side is shown), and the crawler 10b is driven by a traveling motor 10c.
[0032]
The hydraulic circuit shown in FIG. 1 can be applied to a specific or all hydraulic actuators in this hydraulic excavator, but is particularly preferably applied to a bucket drive circuit in which a sudden switching operation is performed.
[0033]
Hereinafter, the case where the electrohydraulic circuit shown in FIG. 1 is applied to the bucket drive circuit will be described. In the following description, the hydraulic cylinder 1 is referred to as a bucket cylinder 12, and the cylinder extension side is described as the bucket pulling side, and the cylinder reduction side is described as the bucket pushing side.
[0034]
By operating the lever 7a as described above, the displacement of the valve spool and the motor rotation speed are commanded from the controller 4, but if the lever 7a is suddenly operated, the valve spool with good responsiveness will follow, but the motor with poor responsiveness will follow. As for No. 5, the rotation speed cannot follow the lever operation, and as a result, the displacement of the valve spool is also affected and shifts.
[0035]
Specifically, when the bucket 12e is shaken to perform the earth and sand dispersion operation, the bucket 12e is quickly and repeatedly switched between pushing (e direction) and pulling (d direction) of the lever 7a via the neutral position. If the motor speed is reduced in proportion to the decrease in the lever operating angle as in the conventional motor rotation speed characteristic (see characteristic N in FIG. 3), the lever 7a is moved. When switching from the + side (bucket pulling side) to the-side (bucket pushing side), the motor 5 temporarily stops. Therefore, when the motor 5 shifts to the-side, the rotation of the motor 5 does not quickly start up and the bucket operates slowly. . If it does so, it will become impossible to vibrate the bucket 12e little by little, and the operation | work which spreads earth and sand over a wide range cannot be performed.
[0036]
Accordingly, in the present embodiment, the rotational speed characteristic M and the bleed-off characteristic B shown in FIG.
[0037]
In the figure, the horizontal axis indicates the lever operation angle (lever operation amount), the upper limit of the operation range on the bucket pulling side is + 100% from the neutral position “0”, and the upper limit of the operation range on the bucket pushing side is −100%. Show. The vertical axis indicates the motor rotation speed and the bleed-off opening area in percent, and 100% as the upper limit of the rotation speed corresponds to approximately 3000 rpm in this embodiment.
[0038]
In the operating range on the + side, the rotational speed characteristic M1 rises up to the rotational speed N1 at the lever operating angle L1, reaches a constant speed until the lever operating angle L2, and rotates from the lever operating angle L2 in proportion to the lever operating angle. Is set to increase. The rotational speed characteristic M1 is also set symmetrically with respect to the minus side operation range (see the rotational speed characteristic M2 in the figure).
[0039]
The rotational speed N1 is set to a speed slightly lower than the medium speed range, specifically 1000 rpm. In this embodiment, N1 is set to be flat, but may have a gradient so as to increase gradually.
[0040]
On the other hand, the bleed-off characteristic B1 is opened to an opening area of 100% in a range where the lever operating angle is less than + L1, is decreased as the lever operating angle increases, and is closed to 0% near + L2. Accordingly, when the bleed-off characteristic B2 in the -side lever operation range is also included, the range L between -L2 and + L2 in the figure becomes the bleed-off region.
[0041]
Conventionally, when the lever 7a is switched back and forth via the neutral position, the rotation of the electric motor 5 is once stopped at the neutral position. Therefore, even if the operation angle of the lever 7a is increased by shifting to the negative side, The rotational speed could not follow and the pump flow rate was insufficient.
[0042]
On the other hand, the controller 4 of the present invention controls the rotation of the electric motor 5 according to the rotational speed characteristic M1 in the + side operation range, for example, but in the range of + L1 to + L2, the rotational speed is set to N1 close to the medium speed range. In addition, when the lever 7a is suddenly operated from the + side to the-side with the neutral position as a boundary, the rotation speed is maintained at N1 even if the lever 7a is returned to the neutral position (in the figure, as the set rotation speed). Therefore, when the lever 7a is operated deeply by shifting to the negative side, the rotational speed of the electric motor 5 is preliminarily accelerated halfway. Response delay can be reduced.
[0043]
Similarly, when operating from the-side to the + side, the rotational speed is kept at N1 (see the set rotational speed P2 as the set rotational speed in the figure).
[0044]
When the electric motor 5 is operated at the set rotational speeds P1 and P2, the response delay of the electric motor can be eliminated even if the lever 7a is operated across the neutral position.
[0045]
When the lever 7a is operated across the neutral position, the valve spool of the control valve 3 follows the operation of the lever 7a and returns to the neutral position a. Therefore, excess pressure oil is removed from the bleed-off circuit 3c. It is returned to the tank T through.
[0046]
It should be noted that the relationship between the motor rotation speed and the bleed-off opening area is not necessarily proportional when the lever operation amount is in the range of + L1 to + L2 (or -L1 to -L2), but the gradient of pressure rise or pressure drop is slightly steep. There is no problem in practical use.
[0047]
Further, the controller 4 of the present embodiment is configured to control the period of operation at the set rotational speed P1 or P2 based on the return speed of the lever 7a.
[0048]
First, the response speed of the electric motor 5 can be measured in advance. That is, when the amount of change in the rotation speed of the motor is ΔNd and the time required for the rotation speed to reach the commanded rotation speed when a command is given from the operation lever 7 is Δsd, the response speed S of the motor is ΔNd / It is obtained by Δsd.
[0049]
On the other hand, the operation speed calculation unit 4b calculates the operation speed when the lever 7a is operated. When the change amount of the command rotational speed when the lever 7a is returned is ΔNd ′ and the time required for the return operation is Δsd ′, the lever return speed S ′ is obtained from ΔNd ′ / Δsd ′.
[0050]
The comparison unit 4c compares the response speed S of the motor with the operation speed S ′ and gives the result to the rotation speed control unit 4d. When the lever return speed S ′ is slower than the motor response speed S, the rotation speed control unit 4d rotates the motor 5 according to the motor rotation speed characteristic M stored in the rotation speed characteristic storage unit 4e as the second control. To control. In this case, when the lever 7a is returned to the neutral position, the lever operation amount is maintained at the rotational speed N1 in the range of + L2 → + L1, and the lever operation amount is decreased from the point m1 to zero in the range of + L1 → zero.
[0051]
On the other hand, when the lever return speed S ′ is faster than the motor response speed S, the set speed P1 (or P2) is set in the motor speed characteristic M stored in the speed characteristic storage unit 4e as the first control. The rotational speed of the electric motor 5 is controlled according to the added characteristics. Specifically, in the range where the lever operation amount exceeds + L1, the electric motor 5 is controlled according to the motor rotation speed characteristic M as in the second control, but when the lever operation amount falls below + L1, the motor rotation speed N1 is held for a certain period. The electric motor 5 is controlled according to the set rotational speed P1. The holding period of the set rotational speed P1 is made proportional to the lever return speed.
[0052]
Specifically, it is assumed that the lever operation is returned from + L3 to + L1, thereby changing the motor rotation speed by N2. If the lever operation time required from + L3 to + L1 is Δsd ′, when N2 / Δsd ′> ΔNd / Δsd, the set rotational speed P1 is maintained. The holding period of the set rotational speed P1 is determined by the following equation.
[0053]
When the lever operation is continuously operated from + L3 → + L1 → −L1, specifically, when the bucket 12e is operated from the pull side to the push side beyond the neutral position, the time that the lever 7a is returned from + L3 to + L1 is Δsd When it is ′, the lever operation time required for + L1 → zero and zero → −L1, that is, 2L1, is obtained by the ratio, and is obtained by Δsd ′ × 2L1 / (L3−L1).
[0054]
If the electric motor 5 is controlled at the set rotational speed P1 for at least this period, theoretically, the response delay of the electric motor 5 can be eliminated. However, in actual control, a margin α is added to this,
(1 + α) × Δsh × 2L1 / (L3-L1)
The motor 5 is controlled at the set rotational speed P1 for the period obtained in step (1).
[0055]
As described above, when the operating lever 7 is operated to return beyond the response speed of the electric motor 5, the controller 4 maintains the electric motor rotation speed at N1 without dropping to zero at the lever neutral position and sets the holding period of the lever 7a. It is configured to be determined according to the operation speed.
[0056]
In the above embodiment, the measurement point of + L3 is set on the horizontal axis for the purpose of detecting the operation speed of the lever 7a, but this measurement point can be substituted by + L2. In this case, control of the controller 4 becomes easier.
[0057]
In the above embodiment, the lever 7a is operated from the + side to the − side, specifically, the case where the bucket cylinder 12f that has been extended is reduced is described as an example. However, the lever 7a is operated from the − side to the + side. Specifically, even when the bucket cylinder 12f that has been reduced is extended, the same control as described above, that is, when the lever 7a is suddenly operated and the operation of crossing the neutral position is performed, from the point m2. Control for holding the motor rotation speed N1 for a certain period is performed.
[0058]
The present invention is not limited to the construction machine shown in the above embodiment, but can be applied to a construction machine having an arbitrary configuration in which a hydraulic pump for driving a hydraulic actuator is driven by an electric motor.
[0059]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention of claim 1, the hydraulic pump is driven by an electric motor, and the rotation speed of the electric motor is controlled by the control means based on a command from the operating means. In the electrohydraulic circuit, the control means controls the rotation speed of the motor to the set rotation speed when the operation amount of the operation means is returned to zero according to the operation speed detected by the operation speed detection means. And, when the operation amount is returned to zero, since it is configured to switch to one of the second control for controlling the motor rotation speed based on the operation amount, the operation speed when returning the operation means to zero is high If the control is switched to the first control and the control is switched to the second control when the operation speed is slow, for example, the operation lever as the operation means is returned, and the operation is performed further to the opposite side beyond the neutral position. Since the rotation of the motor at the neutral position even if not stop, it is possible to eliminate the response delay of the motor. In addition, when the operating lever is returned to the neutral position at a slow operating speed, the motor speed is controlled following the operating amount of the operating lever, so the motor can be stopped as in the conventional operation. it can.
[0060]
According to the present invention of claim 2, since the control means is configured to switch to the first control when the operation speed detected by the operation speed detection means exceeds the response speed of the motor, the response delay of the motor is reduced. It can be surely solved.
[0061]
According to the present invention of claim 3, since the control means is configured to determine a control period based on the set rotational speed in accordance with the operation speed detected by the operation speed detection means, the response speed of the motor The motor can be operated at the set rotational speed only when the operating means is operated faster than this.
[0062]
According to this invention of Claim 4, in the construction machine which has a lower traveling body, the upper turning body mounted in the lower traveling body, and the front attachment with which the upper turning body is equipped, this front attachment has the above-mentioned A bucket cylinder that drives the bucket is provided as a hydraulic actuator, and an electro-hydraulic circuit having the above-described configuration for driving the bucket cylinder is provided. Therefore, when the bucket is shaken back and forth in a short cycle, the operation is performed when the earth and sand are dispersed. For example, even if the operation lever as a means is reciprocated via the neutral position, the electric motor does not stop at the neutral position, the response delay of the electric motor is eliminated, and the bucket can be operated as the operation lever. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an electrohydraulic circuit diagram according to the present invention.
FIG. 2 is an external view of a construction machine to which the electrohydraulic circuit of the present invention is applied.
FIG. 3 is a rotation speed characteristic diagram of an electric motor controlled by the controller shown in FIG. 1;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydraulic cylinder 2 Hydraulic pump 3 Control valve 4 Controller 4a Control valve switching part 4b Operation speed calculating part 4c Comparison part 4d Rotational speed control part 4e Rotational speed characteristic memory | storage part 5 Electric motor 6 Inverter 7 Operation lever 7a Lever 10 Lower traveling body 11 Upper part Revolving body 12 Excavation attachment

Claims (4)

電動機で駆動する油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油の方向と流量を切り換える切換弁と、この切換弁によって制御された圧油が供給される油圧アクチュエータと、上記切換弁に切換え指令を与えるとともに上記電動機に回転数を指令する操作手段と、この操作手段からの指令に基づいて上記電動機の回転数を制御する制御手段と、上記操作手段の操作速度を検出する操作速度検出手段とを備え、
上記制御手段は、上記操作速度検出手段によって検出された操作速度に応じ、上記操作手段の操作量がゼロに戻される場合に上記電動機の回転数を設定回転数に制御する第一の制御、および操作量がゼロに戻される場合に操作量に基づいて上記電動機回転数を制御する第二の制御のいずれか一方に切り換えるように構成されていることを特徴とする電動油圧回路。A hydraulic pump driven by an electric motor, a switching valve for switching the direction and flow rate of pressure oil discharged from the hydraulic pump, a hydraulic actuator to which pressure oil controlled by the switching valve is supplied, and a switching command to the switching valve Operating means for giving a rotational speed to the motor, control means for controlling the rotational speed of the motor based on a command from the operating means, and an operating speed detecting means for detecting the operating speed of the operating means, With
The control means is a first control for controlling the rotational speed of the motor to a set rotational speed when the operation amount of the operating means is returned to zero according to the operating speed detected by the operating speed detecting means; An electrohydraulic circuit configured to switch to one of the second controls for controlling the motor rotation speed based on an operation amount when the operation amount is returned to zero. 上記制御手段は、上記操作速度検出手段によって検出された操作速度が上記電動機の応答速度を超える場合に、上記第一の制御に切り換える請求項１記載の電動油圧回路。The electrohydraulic circuit according to claim 1, wherein the control means switches to the first control when the operation speed detected by the operation speed detection means exceeds a response speed of the electric motor. 上記制御手段は、上記操作速度検出手段によって検出された操作速度に応じて上記設定回転数に基づく制御期間を決定するように構成されている請求項１または２記載の電動油圧回路。The electrohydraulic circuit according to claim 1 or 2, wherein the control means is configured to determine a control period based on the set rotational speed in accordance with the operation speed detected by the operation speed detection means. 下部走行体と、その下部走行体に搭載される上部旋回体と、その上部旋回体に装備されるフロントアタッチメントとを有し、このフロントアタッチメントに上記油圧アクチュエータとしてバケットを駆動させるバケットシリンダが設けられ、このバケットシリンダ駆動用としての請求項１〜３のいずれかに記載の電動油圧回路が上部旋回体に設けられていることを特徴とする電動油圧回路を備えた建設機械。A lower traveling body, an upper swing body mounted on the lower traveling body, and a front attachment mounted on the upper swing body, a bucket cylinder for driving a bucket as the hydraulic actuator is provided on the front attachment. A construction machine equipped with an electrohydraulic circuit, wherein the upper rotating body is provided with the electrohydraulic circuit according to any one of claims 1 to 3 for driving the bucket cylinder.

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