JP5966654B2 - Swivel work machine - Google Patents

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  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Description

本発明はショベル等の旋回式作業機械に関するものである。   The present invention relates to a swivel work machine such as an excavator.

ショベルを例にとって背景技術を説明する。   The background art will be described using an excavator as an example.

ショベルは、クローラ式の下部走行体上に上部旋回体が地面に対して鉛直となる軸のまわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体に作業アタッチメントが取付けられて構成される。   The excavator is mounted on a crawler-type lower traveling body so that the upper swing body can swing around an axis that is perpendicular to the ground, and a work attachment is attached to the upper swing body.

ここで、ハイブリッドショベルや電動ショベルにおいては、旋回駆動源として電動機を用い、旋回操作手段としての旋回レバーの操作量と操作方向に応じて旋回電動機を駆動し停止させる構成がとられる。   Here, in the hybrid excavator and the electric excavator, an electric motor is used as the turning drive source, and the turning electric motor is driven and stopped according to the operation amount and the operation direction of the turning lever as the turning operation means.

一方、旋回電動機には、同電動機を停止状態に保持するブレーキ装置として、作動油の出し入れによってブレーキ作動／ブレーキ解除を行うパーキングブレーキ(メカニカルブレーキとも呼ばれる)が設けられる。   On the other hand, the turning electric motor is provided with a parking brake (also referred to as a mechanical brake) that performs brake operation / brake release by taking in and out hydraulic oil as a brake device that holds the electric motor in a stopped state.

このパーキングブレーキは、一般には、油圧導入時にブレーキ解除、油圧解放時にブレーキ作動となるネガティブブレーキとして構成され、旋回操作時にブレーキ解除状態、非操作時にブレーキ作動状態となる。   This parking brake is generally configured as a negative brake that releases the brake when the hydraulic pressure is introduced and activates the brake when the hydraulic pressure is released, and enters the brake-released state when the turning operation is performed and the brake-operated state when the hydraulic pressure is not operated.

以上の構成は特許文献１に記載されている。   The above configuration is described in Patent Document 1.

特開２０１１−１９０６６４号公報JP 2011-190664 A

上記のようにパーキングブレーキは作動油の出し入れによってブレーキ作動／ブレーキ解除を行うため、作動油の温度(粘度)によって応答性が変化し、冬季や寒冷地におけるエンジン始動直後のブレーキ応答はきわめて遅くなる。   As described above, the parking brake performs brake operation / release when the hydraulic oil is taken in and out, so the response changes depending on the temperature (viscosity) of the hydraulic oil, and the brake response immediately after starting the engine in winter and cold regions is extremely slow. .

これに対し、旋回電動機の応答性は温度による影響を殆ど受けないため、旋回作動／停止とブレーキ動作のタイミングにずれが生じ、作業に支障を来たすおそれがある。   On the other hand, since the responsiveness of the swing motor is hardly affected by the temperature, there is a risk that the timing of the swing operation / stop and the brake operation will be deviated, which may hinder the work.

具体的には次の通りである。   Specifically, it is as follows.

１) ブレーキ解除が遅れた場合
旋回電動機が起動したにもかかわらずブレーキ解除されていないケースである。このケースでは、ブレーキ作動状態で旋回電動機が回転する、所謂「ブレーキの引きずり現象」が発生し、スムーズな旋回起動ができないとともに、ブレーキ摩擦板の劣化が早まる。 1) When the brake release is delayed In this case, the brake is not released even though the turning motor is started. In this case, a so-called “brake dragging phenomenon” occurs in which the turning electric motor rotates in the brake operating state, and the turning of the turning cannot be performed smoothly, and the deterioration of the brake friction plate is accelerated.

２) ブレーキ作動が遅れた場合
上部旋回体を停止させるときは、旋回電動機に停止指令を送って制動トルクを発生させ、旋回停止時点で停止指令を止める一方でパーキングブレーキを作動させる作用が行われる。 2) When the brake operation is delayed When stopping the upper swing body, a stop command is sent to the swing motor to generate a braking torque, and the parking brake is activated while stopping the stop command at the time of stoppage of the swing. .

ここで、停止指令が止まったにもかかわらずブレーキ作動しない事態が起こる。このケースでは、傾斜地等で重力によって上部旋回体が重力方向に動くおそれがある。   Here, a situation occurs in which the brake does not operate even when the stop command is stopped. In this case, the upper-part turning body may move in the gravitational direction due to gravity on an inclined ground or the like.

そこで本発明は、旋回電動機とブレーキ装置の間の応答のずれを解消することができる旋回式作業機械を提供するものである。   Therefore, the present invention provides a swivel work machine that can eliminate a response shift between a swivel motor and a brake device.

上記課題を解決する手段として、本発明においては、下部走行体と、この下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体と、この上部旋回体の旋回駆動源としての旋回電動機と、作動油の出し入れによって上記旋回電動機に対するブレーキ作動／ブレーキ解除を行うブレーキ装置と、旋回動作を指令する旋回操作手段と、上記ブレーキ装置の作動油の温度を検出する油温検出手段と、上記旋回操作手段の操作に応じて上記旋回電動機に動作指令を出力する制御手段を具備し、上記制御手段は、上記ブレーキ装置の作動油温度に応じて、上記旋回操作手段の操作に対する上記旋回電動機への動作指令に遅れを、低温ほど遅れが大きくなる方向に持たせるように構成したものである。   As means for solving the above-described problems, in the present invention, a lower traveling body, an upper swing body that is pivotably mounted on the lower traveling body, a swing motor as a swing drive source of the upper swing body, and an operation Brake device that performs brake operation / brake release with respect to the turning electric motor by taking in and out oil, turning operation means for instructing turning operation, oil temperature detection means for detecting the temperature of hydraulic oil of the brake device, and turning operation means Control means for outputting an operation command to the swing motor in response to the operation of the swing motor, wherein the control means is an operation command to the swing motor for the operation of the swing operation means in accordance with the hydraulic oil temperature of the brake device. The delay is set so that the delay becomes larger as the temperature is lower.

この構成によれば、作動油温度に応じたブレーキ装置の応答遅れに合わせて旋回電動機への動作指令に遅れを持たせるため、旋回電動機とブレーキ装置の間の応答の大きなずれを解消することができる。   According to this configuration, since the operation command to the swing electric motor is delayed in accordance with the response delay of the brake device according to the hydraulic oil temperature, it is possible to eliminate a large difference in response between the swing electric motor and the brake device. it can.

これにより、旋回起動時のブレーキ装置の「引きずり現象」や、旋回停止時の上部旋回体の重力方向への動きを防止することができる。   As a result, it is possible to prevent the “drag phenomenon” of the brake device at the start of turning and the movement of the upper turning body in the direction of gravity when the turning is stopped.

本発明によると、旋回電動機とブレーキ装置の間の応答のずれを解消し、「ブレーキの引きずり現象」や、旋回停止時の上部旋回体の重力方向への動きを防止することができる。   According to the present invention, the difference in response between the turning electric motor and the brake device can be eliminated, and the “brake drag phenomenon” and the movement of the upper turning body in the direction of gravity when turning is stopped can be prevented.

本発明の実施形態に係るハイブリッドショベルの旋回駆動系のシステム構成図である。1 is a system configuration diagram of a turning drive system of a hybrid excavator according to an embodiment of the present invention. レバー操作量信号に対する電動機指令の一次遅れ状況を示す図である。It is a figure which shows the primary delay condition of the motor instruction | command with respect to a lever operation amount signal. 電動機指令の遅れを決定するための作動油温度と時定数の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the hydraulic oil temperature for determining the delay of an electric motor command, and a time constant. 同、時間と電動機指令の出力の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between time and the output of an electric motor instruction | command similarly.

実施形態はハイブリッドショベルの旋回駆動システムを適用対象としている。   The embodiment is applied to a turning drive system of a hybrid excavator.

図１は実施形態のシステム構成を示す。   FIG. 1 shows a system configuration of the embodiment.

図示のようにエンジン１に、発電機作用と電動機作用とを行う発電電動機２が接続され、エンジン１によりこの発電電動機２が駆動されて発電機作用を行い、発生した電力が蓄電器３に送られた充電される一方、適時、この蓄電器３の電力により発電電動機２が電動機作用を行ってエンジン１をアシストする。   As shown in the figure, a generator motor 2 that performs a generator action and a motor action is connected to the engine 1, and the generator motor 2 is driven by the engine 1 to perform a generator action, and the generated power is sent to the capacitor 3. On the other hand, when appropriate, the generator motor 2 performs an electric motor action with the electric power of the capacitor 3 to assist the engine 1.

また、エンジン１にメインポンプ４及びパイロットポンプ５が発電電動機２とタンデム(またはパラレル)に接続され、これらがエンジン１によって駆動される。   A main pump 4 and a pilot pump 5 are connected to the engine 1 in tandem (or parallel) with the generator motor 2, and these are driven by the engine 1.

メインポンプ４には、コントロールバルブ６を介して図示しない油圧アクチュエータが接続され、メインポンプ４から供給される圧油によって油圧アクチュエータが駆動される。   A hydraulic actuator (not shown) is connected to the main pump 4 via a control valve 6, and the hydraulic actuator is driven by pressure oil supplied from the main pump 4.

さらに、旋回駆動源としての旋回電動機７と、電動機等制御器８、制御手段としてのコントロールユニット９が設けられ、旋回操作手段としての旋回操作レバー１０の操作状態(操作方向、操作量)や蓄電器３の充電状態等に基づいて、コントロールユニット９と電動機等制御器８により発電電動機２、旋回電動機７、蓄電器３の作動(発電電動機２及び旋回電動機７の運転／停止、蓄電器３の充放電等)が制御される。   Furthermore, a turning electric motor 7 as a turning drive source, a controller 8 such as an electric motor, and a control unit 9 as a control means are provided, and an operation state (operation direction and operation amount) of a turning operation lever 10 as a turning operation means and a capacitor. 3 is operated by the control unit 9 and the controller 8 such as an electric motor based on the charge state of the electric motor 3, the operation of the generator motor 2, the swing motor 7, and the capacitor 3 (operation / stop of the generator motor 2 and the swing motor 7, charging / discharging of the capacitor 3, etc. ) Is controlled.

１１は旋回操作レバー１０の操作状態を検出してコントロールユニット９に送る操作センサ(たとえばポテンショメータ)である。   Reference numeral 11 denotes an operation sensor (for example, a potentiometer) that detects the operation state of the turning operation lever 10 and sends it to the control unit 9.

旋回電動機７は、発電電動機２で発生した電力または蓄電器３の電力によって駆動される一方、減速時に回生作用を行い、その回生電力が蓄電器３または発電電動機２に充電電力またはエンジンアシストのための駆動電力として送られる。   The slewing motor 7 is driven by the power generated by the generator motor 2 or the power of the battery 3, while performing regenerative action during deceleration, and the regenerative power drives the battery 3 or the generator motor 2 for charging power or engine assist. Sent as electric power.

一方、旋回電動機７には、旋回中に同電動機７にブレーキ力を付与し、かつ、停止状態に保持するブレーキ装置としてのパーキングブレーキ(メカニカルブレーキとも呼ばれる)１２が設けられている。   On the other hand, the turning electric motor 7 is provided with a parking brake (also referred to as a mechanical brake) 12 as a brake device that applies a braking force to the electric motor 7 during turning and holds the electric motor 7 in a stopped state.

このパーキングブレーキ１２は、パイロットポンプ５を油圧源として、シリンダ１２ａへの油圧導入時にブレーキ解除され、油圧解放時にバネ１２ｂの力によってブレーキ作動となるネガティブブレーキとして構成され、コントロールユニット９からの信号に基づくブレーキ制御弁１３の作動よってブレーキ作動／解除が制御される。   The parking brake 12 is configured as a negative brake that uses the pilot pump 5 as a hydraulic pressure source, is released when the hydraulic pressure is introduced into the cylinder 12a, and is braked by the force of the spring 12b when the hydraulic pressure is released. The brake operation / release is controlled by the operation of the brake control valve 13 based thereon.

すなわち、ブレーキ制御弁１３は電磁開閉弁として構成され、旋回操作レバー１０の非操作時は図示のブロック位置(ブレーキ位置)イとなり、操作時に開き位置(ブレーキ解除位置)ロに切換わる。   That is, the brake control valve 13 is configured as an electromagnetic open / close valve, and when the turning operation lever 10 is not operated, the illustrated block position (brake position) is changed to the open position (brake release position) B when operated.

ブロック位置イでは、パーキングブレーキ１２が油圧解放状態となり、バネ力によって旋回電動機７にブレーキ力を付与する。   At the block position a, the parking brake 12 is in a hydraulic release state, and a braking force is applied to the turning electric motor 7 by a spring force.

開き位置ロでは、パーキングブレーキ１２が油圧導入状態となり、油圧力によりブレーキ力が解除される。   At the open position B, the parking brake 12 is in a hydraulic pressure introduction state, and the braking force is released by the hydraulic pressure.

１４はパイロットポンプ５の吐出油をブレーキ制御弁１３を介してパーキングブレーキ１２に送るブレーキ管路、１５はパーキングブレーキ１２内の油圧を絞り１６を介してタンク１７に抜くためのタンク管路である。   14 is a brake line for sending the discharge oil of the pilot pump 5 to the parking brake 12 via the brake control valve 13, and 15 is a tank line for extracting the hydraulic pressure in the parking brake 12 to the tank 17 via the throttle 16. .

また、ブレーキ管路１４を流れる作動油の温度を検出する油温検出手段としての油温センサ１８が設けられ、この油温センサ１８からの検出信号(作動油温度信号)がコントロールユニット９に送られる。   An oil temperature sensor 18 is provided as oil temperature detecting means for detecting the temperature of the hydraulic oil flowing through the brake pipe 14, and a detection signal (hydraulic oil temperature signal) from the oil temperature sensor 18 is sent to the control unit 9. It is done.

コントロールユニット９は、旋回操作レバー１０の操作信号に応じてブレーキ制御弁１３に切換信号を送るとともに、電動機等制御器８を通じて旋回電動機７に対する駆動／停止の動作指令を出力する。   The control unit 9 sends a switching signal to the brake control valve 13 in accordance with the operation signal of the turning operation lever 10 and outputs a drive / stop operation command to the turning electric motor 7 through the controller 8 such as an electric motor.

ここで、パーキングブレーキ１２は上記のように作動油の出し入れによってブレーキ作動／ブレーキ解除を行うため、作動油温度によって応答性が変化し、冬季や寒冷地におけるエンジン始動直後(作動油温度が低い状態)のブレーキ応答が遅くなる。   Here, since the parking brake 12 performs the brake operation / release of the brake when the hydraulic oil is taken in and out as described above, the responsiveness changes depending on the hydraulic oil temperature, and immediately after the engine is started in winter or in a cold region (the state where the hydraulic oil temperature is low). ) Brake response is slow.

このブレーキ動作の遅れは「一次遅れ」であり、その時定数は作動油温度によって決まる。   This delay in brake operation is a “first-order delay”, and its time constant is determined by the hydraulic oil temperature.

そこで、コントロールユニット９からの電動機指令系についても、図２に示すように、入力であるレバー操作量の信号Ａ(ｓ)に対し、一次遅れの伝達関数Ｇ(ｓ)を持って電動機指令Ｂ(ｓ)を出力する構成、つまり、油温センサ１８によって検出される作動油温度に応じて旋回電動機７への動作指令に遅れを持たせるように構成されている。   Therefore, the motor command system from the control unit 9 also has a first-order lag transfer function G (s) with respect to the input lever operation amount signal A (s) as shown in FIG. The configuration is such that (s) is output, that is, the operation command to the swing motor 7 is delayed in accordance with the hydraulic oil temperature detected by the oil temperature sensor 18.

さらに詳述すると、図３は作動油温度ｔ(℃)と時定数Ｔ(ｓ)の関係を示し、作動油温度が低いほど時定数Ｔ(ｓ)が大きくなるように設定され、検出された作動油温度から時定数Ｔ(ｓ)が決定される。   More specifically, FIG. 3 shows the relationship between the hydraulic oil temperature t (° C.) and the time constant T (s). The lower the hydraulic oil temperature, the larger the time constant T (s) is set and detected. A time constant T (s) is determined from the hydraulic oil temperature.

図４は作動油温度ごとの一次遅れの時間(sec)と電動機指令の出力の関係を示し、検出される作動油温度と出力から一次遅れの時間が決定され、この時間の遅れを持って電動機指令が出力される。   FIG. 4 shows the relationship between the primary delay time (sec) for each hydraulic oil temperature and the output of the motor command, and the primary delay time is determined from the detected hydraulic oil temperature and output. A command is output.

図４では例として、作動油温度が、最低の−３０℃から最高の５０℃までの９通りについての時間と出力の関係を示す。なお、各温度の中間の温度に対しては、補完演算によって時間が求められる。   In FIG. 4, as an example, the relationship between time and output for nine hydraulic oil temperatures from the lowest −30 ° C. to the highest 50 ° C. is shown. For intermediate temperatures between the temperatures, time is obtained by a complementary calculation.

このように、作動油温度に応じたブレーキ装置の応答遅れに合わせて旋回電動機への動作指令に遅れを持たせるため、旋回電動機とブレーキ装置の間の応答の大きなずれを解消することができる。   In this way, since the operation command to the swing motor is delayed in accordance with the response delay of the brake device according to the hydraulic oil temperature, a large response difference between the swing motor and the brake device can be eliminated.

しかも、油圧系と同じ、作動油温度の関数としての時定数Ｔｓを決め、この時定数で決まる伝達関数Ｇ(ｓ)の「一次遅れ」を持って電動機指令を出力するため、ブレーキ動作と電動機動作のマッチングを取り易く、応答のずれ防止効果がより確実となる。   Moreover, since the time constant Ts as a function of the hydraulic oil temperature is determined as in the hydraulic system, and the motor command is output with the “first order delay” of the transfer function G (s) determined by this time constant, the brake operation and the motor It is easy to match the operation, and the effect of preventing the shift in response is more certain.

これにより、旋回起動時にブレーキ作動状態で旋回電動機が回転する「ブレーキの引きずり現象」、及び傾斜地等での旋回停止時に上部旋回体が重力方向に動く事態の発生を防止することができる。   Accordingly, it is possible to prevent the occurrence of a “brake dragging phenomenon” in which the turning electric motor rotates in a brake operation state at the start of turning and a situation in which the upper turning body moves in the direction of gravity when turning is stopped on an inclined ground.

他の実施形態
(１) 電動機指令出力の遅れをブレーキ装置の遅れにより正確に合わせるためには、上記実施形態のように作動油温度の関数としての時定数Ｔ(ｓ)を用いた一次遅れの伝達関数Ｇ(ｓ)を持たせるのが望ましいが、作動油温度の関数としての他の遅れ特性(直線状に変化する特性等)を設定してもよい。 Other embodiments
(1) In order to accurately match the delay of the motor command output with the delay of the brake device, the first-order delay transfer function G () using the time constant T (s) as a function of the hydraulic oil temperature as in the above embodiment It is desirable to have s), but other delay characteristics (such as characteristics that change linearly) as a function of the hydraulic oil temperature may be set.

(２) 上記実施形態ではブレーキ装置として、油圧によってブレーキ解除し、バネ力によってブレーキ作動するパーキングブレーキを用いた場合を例に挙げたが、本発明は、逆に油圧によってブレーキ作動し、バネ力によってブレーキ解除するブレーキ装置を用いる場合にも適用することができる。   (2) In the above-described embodiment, the case where a parking brake that releases a brake by hydraulic pressure and operates by a spring force is used as the brake device. However, the present invention conversely performs a brake operation by hydraulic pressure and a spring force. The present invention can also be applied to a case where a brake device that releases the brake is used.

この場合、レバー操作時に油圧を抜き、レバー非操作時に油圧を加える構成がとられる。   In this case, the hydraulic pressure is released when the lever is operated, and the hydraulic pressure is applied when the lever is not operated.

(３) 本発明はショベルに限らず、ショベルを転用して構成される解体機等の他の旋回式作業機械にも、またハイブリッド式に限らず、電動式の旋回式作業機械にも適用することができる。   (3) The present invention is not limited to the excavator, but can be applied to other revolving work machines such as a dismantling machine configured by diverting the excavator, and is not limited to the hybrid type, and is also applied to an electric revolving work machine. be able to.

１ エンジン
２ 発電電動機
３ 蓄電器
５ ブレーキ油圧源としてのパイロットポンプ
７ 旋回電動機
８ 電動機等制御器
９ 制御手段としてのコントロールユニット
１０ 旋回操作レバー(旋回操作手段)
１２ ブレーキ装置としてのパーキングブレーキ
１２ａ パーキングブレーキのシリンダ
１２ｂ 同、バネ
１３ ブレーキ制御弁
１４ ブレーキ管路
１５ タンク管路
１８ 油温センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Generator motor 3 Accumulator 5 Pilot pump as brake hydraulic pressure source 7 Swing motor 8 Controller such as motor 9 Control unit as control means 10 Swing operation lever (turning operation means)
12 Parking brake as brake device 12a Cylinder 12b of parking brake Same as above, Spring 13 Brake control valve 14 Brake line 15 Tank line 18 Oil temperature sensor

Claims (1)

下部走行体と、この下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体と、この上部旋回体の旋回駆動源としての旋回電動機と、作動油の出し入れによって上記旋回電動機に対するブレーキ作動／ブレーキ解除を行うブレーキ装置と、旋回動作を指令する旋回操作手段と、上記ブレーキ装置の作動油の温度を検出する油温検出手段と、上記旋回操作手段の操作に応じて上記旋回電動機に動作指令を出力する制御手段を具備し、上記制御手段は、上記ブレーキ装置の作動油温度に応じて、上記旋回操作手段の操作に対する上記旋回電動機への動作指令に遅れを、低温ほど遅れが大きくなる方向に持たせるように構成したことを特徴とする旋回式作業機械。   A lower traveling body, an upper revolving body that is pivotably mounted on the lower traveling body, a swing motor as a swing drive source for the upper swing body, and brake operation / brake release for the swing motor by taking in and out hydraulic oil A brake device for performing a turning operation, a turning operation means for instructing a turning operation, an oil temperature detecting means for detecting the temperature of hydraulic oil of the brake device, and an operation command is output to the turning electric motor in response to the operation of the turning operation means The control means has a delay in the operation command to the swing motor with respect to the operation of the turning operation means according to the hydraulic oil temperature of the brake device in a direction in which the delay becomes larger as the temperature is lower. A swiveling work machine characterized by being configured to be
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