JP5940473B2 - 建設機械の油圧駆動装置 - Google Patents
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Description
図1は本発明の一実施形態に係わる作業機械の油圧駆動装置を示す図である。
〜油圧ショベル〜
図2に油圧ショベルの外観を示す。
〜メインポンプのトルク制御〜
図3A及び図3Bを用いてトルク制御部35Aのトルク制御傾転アクチュエータ35aのトルク制御の詳細を説明する。図3Aはトルク制御傾転アクチュエータ35aによるメインポンプ2の吐出圧と容量(傾転角)との関係(以下、Pq(圧力−ポンプ容量)特性という)を示す図であり、図3Bはトルク制御傾転アクチュエータ35aのトルク制御の結果得られるメインポンプ2の吸収トルク特性を示す図である。図3A及び図3Bの横軸はメインポンプ2の吐出圧Pを示している。図3Aの縦軸はメインポンプ2の容量(或いは傾転角)qを示し、図3Bの縦軸はメインポンプ2の吸収トルクTpを示している。
〜再生制御のPM堆積量と排気抵抗(フィルタの前後差圧)との関係〜
図4は、排気ガス浄化装置62内のPM堆積量と排気抵抗センサ63によって検出される排気抵抗(フィルタの前後差圧)との関係を示す図である。
〜制御フロー〜
図5Aは、制御装置55の油圧モータ52の制御を示すフローチャートである。
まず、制御装置55は、再生フラグがONであるかどうか(再生処理が必要であるかどうか)を判定する。再生フラグがONであれば再生処理中であると判定し、再生フラグがOFFであれば再生処理中でないと判定する。再生フラグについては後述する。
再生フラグがONでない場合(再生処理が必要でない場合)、制御装置55は、後述するステップS150Aにおいて最高負荷圧PLmaxに加算する所定の値Pb(アンロード設定圧)を従来のアンロード弁の設定圧と同じ値(すなわち通常のアンロード制御に適した値)P1に設定する(Pb=P1)。この値P1は例えば差圧減圧弁30bから出力された絶対圧Pa、すなわちロードセンシング制御の目標差圧よりも少し高い圧力である。例えば差圧減圧弁30bから出力された絶対圧Pa(ロードセンシング制御の目標差圧)が2MPaである場合、P1は2.5〜3MPa程度である。なお、油圧モータ52と発電機53の慣性による回転の遅れなどを考慮し、予め定めた値Pbは絶対圧Pa(目標LS差圧)より低い値であってもよい。
再生フラグがONである場合(再生処理が必要である場合)は、制御装置55は、後述するステップS150Aにおいて最高負荷圧PLmaxに加算する所定の値Pbを再生フラグがONでない場合の値P1よりも大きな再生処理に適した値P2に設定する(Pb=P2)。この値P2は、例えば、図3Aに示したPq(圧力−ポンプ容量)特性における吸収トルク一定制御の開始圧力P0付近の圧力(例えばP0に等しいか、それよりも少し高い圧力)に設定されている。
次いで、制御装置55は圧力センサ54によって検出された最高負荷圧PLmaxを入力する。
次いで、制御装置55は、最高負荷圧PLmaxがメインリリーフ弁23の設定圧力であるメインリリーフ圧Pmr(最高ポンプ圧)よりも少し低い所定の圧力Pmroに達したかどうかを判定する。
最高負荷圧PLmaxが所定の圧力Pmroに達しておらず、それより低い場合は、制御装置55は、そのときの最高負荷圧PLmaxに所定の値Pbを加算した値を油圧モータ制御の目標制御圧力Punとして設定する。
<ステップS150B>
最高負荷圧PLmaxが所定の圧力Pmroに達した場合は、制御装置55は、そのときの最高負荷圧PLmaxを目標制御圧力Punとして設定する。
<ステップS160>
次いで、制御装置55は、メインポンプ2の吐出圧が目標制御圧力Punに達した場合に油圧モータ52に作用すると考えられる回転トルクTmを計算する。この回転トルクTmは,油圧モータ52の容量をqとすると、下記式で計算できる。
本明細書では、この回転トルクをアンロード回転トルクという。
次いで、制御装置55は、油圧モータ52のアンロード回転トルクTmに打ち勝つ大きさの発電トルクTgを演算する。油圧モータ52のアンロード回転トルクTmにに打ち勝つ大きさの発電トルクTgとは、アンロード回転トルクTmと大きさが同じかそれよりも少し大きくかつ回転方向が反対の回転トルクを意味する。
次いで、制御装置55は、発電機53が発電トルクTgを生成するための発電電力を演算する。
次いで、制御装置55は、その発電電力に対応する制御指令を発電機53に出力し、発電機53に、油圧モータ52のアンロード回転トルクTmに打ち勝つ大きさの発電トルクTgを生成させる。
<ステップS200>
まず、プログラムがスタートすると、制御装置55は次のような初期設定を行う。
<ステップS210>
次いで、制御装置55は、排気抵抗センサ63からの検出信号と強制再生スイッチ64からの指令信号に基づいて、排気ガス浄化装置62内の排気抵抗ΔPと自動再生制御を開始するためのしきい値ΔPbとを比較し、ΔP>ΔPbかどうかを判定するとともに、強制再生スイッチ64がOFFからONに切り換わったかどうかを判定する。ΔP>ΔPbとなった場合、或いは強制再生スイッチ64がONの場合には、次の処理に進む。ΔP>ΔPbでなく、強制再生スイッチ64がONでない場合は、何もせず、その判定処理を繰り返す。
<ステップS220>
ΔP>ΔPbとなった場合、或いは強制再生スイッチ64がONの場合、制御装置55は、次のように再生制御を開始する。
<ステップS230>
制御装置55は、再生制御の間、排気ガス浄化装置62に設けられた排気抵抗センサ63からの検出信号に基づいて、排気ガス浄化装置62内の排気抵抗ΔPと自動再生制御を終了するためのしきい値ΔPaとを比較し、ΔP<ΔPaとなったかどうかを判定し、ΔP<ΔPaでない場合、その判定を繰り返し、再生制御を継続する。
<ステップS240>
ΔP<ΔPaとなると、制御装置55は再生制御を終了する。すなわち、
(1c)電磁切換弁65に出力する電気信号をOFFにし、電磁切換弁65を図示の位置に切り換える。
〜動作〜
次に、本実施の形態の油圧駆動装置の動作を説明する。
再生処理が必要でない場合は、図5BのステップS210の判定が否定され、再生フラグがOFFである場合であり,この場合は、電磁切換弁65にOFFの電気信号が出力され、電磁切換弁65は図示の位置にある。電磁切換弁65が図示の位置にあるときは、エンジン回転数検出弁30の差圧減圧弁30bから出力された絶対圧PaがLS制御弁35bの受圧部35dにロードセンシング制御の目標差圧として導かれる。また、制御装置55は、所定の値Pbを従来のアンロード弁の設定圧と同じ値P1に設定し(Pb=P1)、油圧モータ制御の目標制御圧力PunとしてPLmax+P1を設定する。
例えばブーム上げ動作を意図してブーム用操作レバー装置34fの操作レバーを図示左方向(ブーム上げ方向)にフルストロークで操作した場合は、ブーム用の流量制御弁26fが切り換わり、ブームシリンダ10に圧油が供給され、ブームシリンダ10が駆動される。
例えばブーム上げ動作からブームの停止を意図してブーム用の操作レバー装置34fの操作レバーをフルストロークから中立位置へ戻すよう操作すると、パイロット油圧源33の圧油がカットされ流量制御弁26fを操作するための制御パイロット圧kの生成が止まり、流量制御弁36fは中立位置に戻る。メインポンプ2から吐出された圧油は、流量制御弁26fが中立位置に戻ったため、ブームシリンダ10へ流入しなくなる。
全ての操作レバー装置34a〜34hの操作レバーが中立位置にあるときに、排気ガス浄化装置62の再生が必要となり、図5BのステップS210の判定が肯定されて再生フラグがONになった場合は、電磁切換弁65はONの電気信号により図示の位置から切り換えられ、パイロットポンプ30の吐出圧がLS制御弁35bの受圧部35dに導かれる。また、制御装置55は、所定の値Pbを再生処理に適した値P2に設定し(Pb=P2)、油圧モータ制御の目標制御圧力PunとしてPLmax+P2を設定する。
例えばブーム上げ動作を意図してブーム用操作レバー装置34fの操作レバーを図示左方向(ブーム上げ方向)にフルストロークで操作した場合は、ブーム用の流量制御弁26fが切り換わり、ブームシリンダ10に圧油が供給され、ブームシリンダ10が駆動される。
〜効果〜
以上のように本実施の形態によれば、ロードセンシング制御を行う油圧駆動装置において、排気ガス浄化装置62の再生処理が必要である場合は、メインポンプ2の吸収トルクを増大させて排気ガスの温度を上昇させることで、排気ガス浄化装置62のフィルタ堆積物を効率的に燃焼除去することができるとともに、油圧モータ52が回転して発電機が電気エネルギーを生成し、その電気エネルギーがバッテリ57に蓄えられるため、メインポンプ2からタンクTへ排出される圧油のエネルギーを回収し、メインポンプ2で発生した圧油のエネルギーを有効利用することができる。
以上の実施の形態は本発明の精神の範囲内で種々の変更が可能である。
2 メインポンプ
2a 第1圧油供給油路
3 パイロツトポンプ
3a 圧油供給油路
4 コントロールバルブ
4a 第2圧油供給油路
5〜12 アクチュエータ
13〜20 バルブセクション
21 信号油路
22a〜22g シャトル弁
23 メインリリーフ弁
24 差圧減圧弁
26a〜26h 流量制御弁(メインスプール)
27a〜27h 圧力補償弁
30 エンジン回転数検出弁
30a 流量検出弁
30b 差圧減圧弁
30c 可変絞り部
30f 絞り要素
31 パイロット油路
32 パイロットリリーフ弁
33 パイロット油圧源
34a〜34h 操作レバー装置
35 ポンプ制御装置
35A トルク制御部
35B ロードセンシング制御部
35a トルク制御傾転アクチュエータ
35b LS制御弁
35c LS制御傾転アクチュエータ
35d,35e 受圧部
38,39 油路
51 制御油路
52 油圧モータ
53 発電機
54 圧力センサ
55 制御装置
56 コンバータ
57 バッテリ
61 排気管路
62 排気ガス浄化装置
63 排気抵抗センサ
64 強制再生スイッチ
65 電磁切換弁
70 動力分配器
71 電動機
72 チョッパ
300 上部旋回体
301 下部走行体
302 フロント作業機
303 スイングポスト
304 中央フレーム
305 ブレード
306 ブーム
307 アーム
308 バケット
310,311 履帯
Claims (4)
- エンジンと、
このエンジンにより駆動される可変容量型のメインポンプと、
このメインポンプから吐出された圧油により駆動される複数のアクチュエータと、
前記メインポンプから前記複数のアクチュエータに供給される圧油の流れをそれぞれ制御する複数の流量制御弁と、
前記メインポンプの吐出圧が高くなるにしたがって前記メインポンプの容量を減らし、前記メインポンプの吸収トルクが予め設定した最大トルクを超えないように制御するトルク制御部と、前記メインポンプの吐出圧が前記複数のアクチュエータの最高負荷圧より目標差圧だけ高くなるよう前記メインポンプの容量を制御するロードセンシング制御部とを有するポンプ制御装置とを備えた建設機械の油圧駆動装置において、
前記メインポンプから前記複数の流量制御弁に圧油を供給する圧油供給油路とタンクを接続する制御油路に配置され、前記メインポンプから吐出された圧油によって駆動可能な油圧モータと、
この油圧モータの回転軸に連結された発電機と、
前記エンジンの排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置と、
前記メインポンプの吐出圧力が前記最高負荷圧に所定の値を加算した目標制御圧力に達すると前記メインポンプの吐出圧力の上昇が抑えられるよう前記発電機を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、更に、前記排気ガス浄化装置の再生処理が必要であるかどうかを判定し、前記排気ガス浄化装置の再生処理が必要であるとき、前記所定の値を前記再生処理に適した値に設定して前記メインポンプの吐出圧を上昇させる制御を行うとともに、前記ロードセンシング制御部のロードセンシング制御を無効として前記メインポンプの吐出流量を増加させる制御を行うことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。 - 請求項1記載の建設機械の油圧駆動装置において、
前記制御装置は、前記再生処理が必要でないときは、前記所定の値を通常のアンロード制御に適した値に設定することを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。 - 請求項1又は2記載の建設機械の油圧駆動装置において、
前記エンジンにより駆動されるパイロットポンプと、
前記パイロットポンプに接続され、前記パイロットポンプの吐出油に基づいてパイロット一次圧を生成するパイロット油圧源と、
前記パイロットポンプと前記パイロット油圧源の間に位置し、前記パイロットポンプの吐出油に基づいて前記エンジンの回転数に依存する油圧信号を生成するエンジン回転数検出弁とを更に備え、
前記制御装置は、前記再生処理が必要でないときは、前記エンジン回転数検出弁が生成する油圧信号を前記ポンプ制御装置のロードセンシング制御部に導いて前記ロードセンシング制御の目標差圧を設定し、前記再生処理が必要であるときは、前記パイロットポンプの吐出圧を前記ポンプ制御装置のロードセンシング制御部に導いてロードセンシング制御を無効とし、前記メインポンプの吐出流量を増加させ制御を行うことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項記載の建設機械の油圧駆動装置において、
前記ポンプ制御装置のトルク制御部は、前記メインポンプの吐出圧と容量との関係を示す特性であって、最大容量一定特性と最大吸収トルク一定特性とで構成される特性が予め設定され、前記メインポンプの吐出圧が、前記最大容量一定特性から前記最大吸収トルク一定特性への移行点の圧力以下にあるときは、前記メインポンプの吐出圧が上昇しても前記メインポンプの最大容量を一定とし、前記メインポンプの吐出圧が前記移行点の圧力を超えて上昇すると、前記メインポンプの最大容量が前記最大吸収トルク一定特性に応じて減少するように前記メインポンプの容量を制御するように構成されており、
前記制御装置が前記再生処理が必要であるときに前記所定の値として設定する前記再生処理に適した値は、前記移行点の圧力以上の値であることを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
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