JP6145229B1 - 制御システム、作業機械、及び制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本実施形態に係る作業機械100の一例を示す斜視図である。本実施形態においては、作業機械100がハイブリッド方式の油圧ショベルである例について説明する。以下の説明において、作業機械100を適宜、油圧ショベル100、と称する。
図2は、本実施形態に係る油圧ショベル100の駆動装置4を含む制御システム9を模式的に示す図である。制御システム9は、複数の作業機要素を含む作業機1と、作業機1の複数の作業機要素を駆動する複数のアクチュエータとを備える油圧ショベル100を制御するための制御システムである。本実施形態において、作業機要素を駆動するアクチュエータは、油圧シリンダ20である。本実施形態において、油圧シリンダ20は、バケット11を動作させるバケットシリンダ21、アーム12を動作させるアームシリンダ22、及びブーム13を動作させるブームシリンダ23を含む。作業機要素が異なれば、複数のアクチュエータも異なる。本実施形態において、作業機1を駆動する複数のアクチュエータは、作動油によって駆動される油圧式のアクチュエータである。作業機1を駆動する複数のアクチュエータは、油圧式のアクチュエータであればよく、油圧シリンダ20には限定されない。複数のアクチュエータは、例えば油圧モータでもよい。
図3は、本実施形態に係る駆動装置4の油圧回路40を示す図である。駆動装置4は、バケットシリンダ21と、アームシリンダ22と、ブームシリンダ23と、バケットシリンダ21及びアームシリンダ22に供給される作動油を吐出する第1油圧ポンプ31と、ブームシリンダ23に供給される作動油を吐出する第2油圧ポンプ32と、を備える。第1油圧ポンプ31及び第2油圧ポンプ32から吐出された作動油は、油圧回路40を流れる。
第1バケット流路21Aには、圧力センサ81Cが取り付けられる。第2バケット流路21Bには、圧力センサ81Lが取り付けられる。圧力センサ81Cは、バケットシリンダ21のキャップ側空間21C内の圧力を検出する。圧力センサ81Lは、バケットシリンダ21のロッド側空間21L内の圧力を検出する。
油圧回路40は、圧力補償弁70を有する。圧力補償弁70は、連通と絞りと遮断とを選択するための選択ポートを備える。圧力補償弁70は、自己圧で遮断と、絞りと、連通との切り替えを可能とする、絞り弁を含む。圧力補償弁70は、各軸の負荷圧が異なっていても、各軸のメータリング開口面積の比率に応じて流量分配を補償することを目的としている。圧力補償弁70がない場合、低負荷側の軸にほとんどの作動油が流れてしまう。圧力補償弁70は、低負荷圧の軸の主操作弁60の出口圧力が、最大負荷圧の軸の主操作弁60の出口圧力と同等になるように、低負荷圧の軸に圧力損失を作用させることで、各主操作弁60の出口圧力が同一となるため、流量分配の機能を実現する。
油圧回路40は、アンロード弁90を有する。油圧回路40においては、油圧シリンダ20を駆動しないときにおいても、油圧ポンプ30からは最小容量に相当する流量の作動油が吐出される。油圧シリンダ20を駆動しないときにおいて油圧ポンプ30から吐出された作動油は、アンロード弁90を介して排出(アンロード)される。
図4は、本実施形態に係るポンプコントローラ19の機能ブロック図である。ポンプコントローラ19は、処理部19Cと、記憶部19Mと、入出力部19IOとを有する。処理部19Cはプロセッサであり、記憶部19Mは記憶装置であり、入出力部19IOは入出力インターフェース装置である。処理部19Cは、配分流量演算部19Caと、決定部19Cbと、制御部19Ccと、操作状態判定部19Cdとを含む。記憶部19Mは、処理部19Cが処理を実行する際の一時記憶部としても使用される。
ポンプコントローラ19は、操作装置5の圧力センサ86,87,88の検出値に基づいて、作業機1の操作状態を求める。また、ポンプコントローラ19は、圧力センサ81C,81L,82C,82L,83C,83Lの検出値から、バケットシリンダ21、アームシリンダ22、及びブームシリンダ23に配分される作動油の配分流量Qを求める。
Q=Qd×√{(PP−LA)/ΔPL}・・・(1)
Qbk=Qdbk×√{(PP−LAbk)/ΔPL}・・・(2)
Qa=Qda×√{(PP−LAa)/ΔPL}・・・(3)
Qb=Qdb×√{(PP−LAb)/ΔPL}・・・(4)
Qlp=Qbk+Qa+Qb・・・(5)
制御部19Ccは、第1合分流弁67を制御して、合流流路55が閉じられる分流状態と合流流路55が開けられる合流状態とを切り替える。分流状態においては、第1油圧ポンプ31から吐出された作動油は、第1アクチュエータ群のアームシリンダ22及びバケットシリンダ23に供給される。また、分流状態においては、第2油圧ポンプ32から吐出された作動油は、第2アクチュエータ群のブームシリンダ23に供給される。
合流状態と分流状態とを切り替えるとき、油圧シリンダ20に供給される作動油の圧力であるシリンダ圧が僅かに変動する。シリンダ圧が変動すると、オペレータはショックを感じる可能性がある。例えば、作業機1が掘削対象物と接触せずに空中に存在する状況においては、油圧シリンダ20のロッド側空間の圧力とキャップ側空間の圧力との差を示す駆動圧が低くなる。駆動圧が低くなると、駆動圧に対するシリンダ圧の圧力変動量は相対的に大きくなる。その結果、オペレータはショックを感じ易くなる。
次に、本実施形態に係る油圧ショベル100の制御方法について説明する。図7は、本実施形態に係る油圧ショベル100の制御方法の一例を示すフローチャートである。本実施形態に係る制御方法は、作業機1の操作状態と、作業機1を駆動するアクチュエータである油圧シリンダ20の負荷とに基づいて、それぞれの油圧シリンダ20に配分される作動油の配分流量Qを求め、得られた配分流量Qと所定供給流量を示す閾値Qsとに基づいて、合流状態と分流状態とを切り替える。本実施形態に係る制御方法は、制御システム9、詳細にはポンプコントローラ19によって実現される。
Claims (7)
- 複数の作業機要素を含む作業機と、複数の前記作業機要素のそれぞれを駆動する複数の油圧シリンダとを備える作業機械を制御する制御システムであって、
第1油圧ポンプ及び第2油圧ポンプと、
前記第1油圧ポンプと前記第2油圧ポンプとを接続する流路と、
前記流路に設けられ前記流路を開閉する開閉装置と、
前記開閉装置を制御して、前記第1油圧ポンプと前記第2油圧ポンプとが接続される接続状態と接続されない非接続状態とを切り替える制御装置と、
前記非接続状態において前記第1油圧ポンプから吐出された作動油が供給される第1油圧シリンダと、
前記非接続状態において前記第2油圧ポンプから吐出された作動油が供給される第2油圧シリンダと、を備え、
前記制御装置は、複数の前記油圧シリンダの配分流量が所定供給流量以下であり、前記油圧シリンダのロッド側空間の圧力とキャップ側空間の圧力との差を示す駆動圧が規定値以下であるとき、前記接続状態となるように前記開閉装置を制御する、
制御システム。 - 前記作業機要素は、バケット、前記バケットに連結されるアーム、及び前記アームに連結されるブームを含み、
前記油圧シリンダは、前記バケットを動作させるバケットシリンダ、前記アームを動作させるアームシリンダ、及び前記ブームを動作させるブームシリンダを含み、
前記第1油圧シリンダは、前記アームシリンダを含み、
前記第2油圧シリンダは、前記ブームシリンダを含む、
請求項1に記載の制御システム。 - 前記非接続状態において、前記第1油圧ポンプは、前記第1油圧シリンダが属する第1アクチュエータ群に前記作動油を供給し、
前記非接続状態において、前記第2油圧ポンプは、前記第2油圧シリンダが属する第2アクチュエータ群に前記作動油を供給し、
前記第1アクチュエータ群には前記バケットシリンダ及び前記アームシリンダが属し、
前記第2アクチュエータ群には前記ブームシリンダが属する、
請求項2に記載の制御システム。 - 前記制御装置は、前記アームの動作状態に基づいて、前記接続状態及び前記非接続状態のいずれか一方を決定する、
請求項2に記載の制御システム。 - 前記作業機械は、前記作業機を支持する旋回体を有し、
前記旋回体は、前記第1アクチュエータ群及び前記第2アクチュエータ群とは異なるアクチュエータによって駆動される、
請求項3に記載の制御システム。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の制御システムを備える作業機械。
- 複数の作業機要素を含む作業機と、複数の前記作業機要素のそれぞれを駆動する複数の油圧シリンダと備える作業機械を制御する制御方法であって、
第1油圧ポンプと第2油圧ポンプとが接続される接続状態と接続されていない非接続状態とを開閉装置を用いて切り替えることと、
前記非接続状態において前記第1油圧ポンプから吐出された作動油を第1油圧シリンダに供給し、前記第2油圧ポンプから吐出された作動油を第2油圧シリンダに供給することと、
複数の前記油圧シリンダの配分流量が所定供給流量以下であり、前記油圧シリンダのロッド側空間の圧力とキャップ側空間の圧力との差を示す駆動圧が規定値以下であるとき、前記接続状態となるように前記開閉装置を制御することと、
を含む制御方法。
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