JP7330263B2 - ショベル - Google Patents
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Description
本開示は、掘削機としてのショベルに関する。
従来、エンジンに連結された可変容量型の2つの油圧ポンプである第1油圧ポンプ及び第2油圧ポンプと、第1油圧ポンプの押し退け容積を変更できる第1レギュレータと、第2油圧ポンプの押し退け容積を変更できる第2レギュレータと、を備えたショベルが知られている(特許文献1参照。)。
第1油圧ポンプは、操作レバーの操作量に応じた作動油を吐出できるように、第1レギュレータによって押し退け容積が制御される。第2油圧ポンプは、操作レバーの操作量に応じた作動油を吐出できるように、第2レギュレータによって押し退け容積が制御される。また、第1油圧ポンプ及び第2油圧ポンプは何れも回転軸がエンジンの回転軸に連結されている。そのため、第1油圧ポンプ及び第2油圧ポンプは、それぞれの吸収トルクの合計がエンジンの定格トルクを上回らないように、第1レギュレータ及び第2レギュレータによって押し退け容積が制御される。
しかしながら、上述のショベルは、第1レギュレータ及び第2レギュレータが何れも油圧式であるため、第1油圧ポンプ及び第2油圧ポンプのそれぞれの押し退け容積を適切に制御できないおそれがある。
そこで、可変容量型の複数の油圧ポンプの押し退け容積をより適切に制御することが望まれる。
本発明の実施形態に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に旋回自在に搭載された上部旋回体と、前記上部旋回体に搭載されたエンジンと、前記エンジンによって駆動される可変容量型の電気制御式の第1油圧ポンプと、前記エンジンによって駆動される可変容量型の電気制御式の第2油圧ポンプと、前記第1油圧ポンプの押し退け容積を制御する第1レギュレータと、前記第2油圧ポンプの押し退け容積を制御する第2レギュレータと、前記第1レギュレータ及び前記第2レギュレータを電気的に制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記第1油圧ポンプ及び前記第2油圧ポンプに対する吐出圧に基づき、前記第1油圧ポンプ及び前記第2油圧ポンプのそれぞれの押し退け容積の制限値を算出し、算出した制限値に基づき、前記第1油圧ポンプ及び前記第2油圧ポンプのそれぞれの押し退け容積を制御する。
上述の手段により、可変容量型の複数の油圧ポンプの押し退け容積をより適切に制御できるショベルが提供される。
最初に、図1を参照して、本発明の実施形態に係る掘削機としてのショベル100について説明する。図1はショベル100の側面図である。本実施形態では、下部走行体1には旋回機構2を介して上部旋回体3が旋回可能に搭載されている。下部走行体1は、走行用油圧モータ2Mによって駆動される。走行用油圧モータ2Mは、左側のクローラを駆動する左走行用油圧モータ2ML、及び、右側のクローラを駆動する右走行用油圧モータ2MR(図1では不可視)を含む。旋回機構2は、上部旋回体3に搭載されている旋回用油圧モータ2Aによって駆動される。但し、旋回用油圧モータ2Aは、電動アクチュエータとしての旋回用電動発電機であってもよい。
上部旋回体3にはブーム4が取り付けられている。ブーム4の先端にはアーム5が取り付けられ、アーム5の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット6が取り付けられている。ブーム4、アーム5及びバケット6は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントを構成する。ブーム4はブームシリンダ7で駆動され、アーム5はアームシリンダ8で駆動され、バケット6はバケットシリンダ9で駆動される。
上部旋回体3には、運転室としてのキャビン10が設けられ、且つ、エンジン11等の動力源が搭載されている。また、上部旋回体3には、コントローラ30が取り付けられている。なお、本書では、便宜上、上部旋回体3における、ブーム4が取り付けられている側を前側とし、カウンタウェイトが取り付けられている側を後側とする。
コントローラ30は、ショベル100を制御するための制御装置である。本実施形態では、コントローラ30は、CPU、揮発性記憶装置及び不揮発性記憶装置等を備えたコンピュータで構成されている。そして、コントローラ30は、様々な機能要素に対応するプログラムを不揮発性記憶装置から読み出してRAM等の揮発性記憶装置にロードし、対応する処理をCPUに実行させることで様々な機能を実現できるように構成されている。
次に、図2を参照し、ショベル100に搭載される油圧システムの構成例について説明する。図2は、ショベル100に搭載される油圧システムの構成例を示す。図2は、機械的動力伝達系、作動油ライン、パイロットライン及び電気制御系を、それぞれ二重線、実線、破線及び点線で示している。
ショベル100の油圧システムは、主に、エンジン11、レギュレータ13、メインポンプ14、パイロットポンプ15、コントロールバルブ17、操作装置26、吐出圧センサ28、操作圧センサ29、コントローラ30及びエンジン回転数調整ダイヤル75等を含む。
図2において、油圧システムは、エンジン11によって駆動されるメインポンプ14から、センターバイパス管路40及びパラレル管路42の少なくとも1つを経て作動油タンクまで作動油を循環させている。
エンジン11は、ショベル100の駆動源である。本実施形態では、エンジン11は、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。エンジン11の出力軸は、メインポンプ14及びパイロットポンプ15のそれぞれの入力軸に連結されている。また、エンジン11は過給機を備えている。本実施形態では、過給機は、排気ガスを利用するターボチャージャである。そして、エンジン11は、エンジン制御ユニットによって制御される。エンジン制御ユニットは、例えば、過給圧(ブースト圧)に応じて燃料噴射量を制御するように構成されている。ブースト圧は、例えば、ブースト圧センサによって検出される。
メインポンプ14は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブ17に供給するように構成されている。本実施形態では、メインポンプ14は、電気制御式の油圧ポンプである。具体的には、メインポンプ14は、斜板式可変容量型の油圧ポンプである。
レギュレータ13は、メインポンプ14の押し退け容積を制御する。本実施形態では、レギュレータ13は、コントローラ30からの指令値に応じてメインポンプ14の斜板傾転角を調節してメインポンプ14の1回転当たりの押し退け容積を制御することでメインポンプ14の吐出量を制御する。
パイロットポンプ15は、パイロットラインを介して操作装置26を含む油圧制御機器に作動油を供給するように構成されている。本実施形態では、パイロットポンプ15は、固定容量型油圧ポンプである。パイロットポンプ15は、省略されてもよい。この場合、パイロットポンプ15が担っていた機能は、メインポンプ14によって実現されてもよい。すなわち、メインポンプ14は、コントロールバルブ17に作動油を供給する機能とは別に、絞り等により作動油の圧力を低下させた後で操作装置26等に作動油を供給する機能を備えていてもよい。
コントロールバルブ17は、ショベル100における油圧システムを制御する油圧制御装置である。本実施形態では、コントロールバルブ17は、一点鎖線で示すように、制御弁171~176を含む。制御弁175は制御弁175L及び制御弁175Rを含み、制御弁176は制御弁176L及び制御弁176Rを含む。コントロールバルブ17は、制御弁171~176を通じ、メインポンプ14が吐出する作動油を1又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給できる。制御弁171~176は、メインポンプ14から油圧アクチュエータに流れる作動油の流量、及び、油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する。油圧アクチュエータは、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9、左走行用油圧モータ2ML、右走行用油圧モータ2MR及び旋回用油圧モータ2Aを含む。
操作装置26は、操作者がアクチュエータの操作のために用いる装置である。アクチュエータは、油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータの少なくとも一方を含む。本実施形態では、操作装置26は、パイロットラインを介して、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、コントロールバルブ17内の対応する制御弁のパイロットポートに供給する。パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力であるパイロット圧は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置26のレバー又はペダル(図示せず。)の操作方向及び操作量に応じた圧力である。
吐出圧センサ28は、メインポンプ14の吐出圧を検出するように構成されている。本実施形態では、吐出圧センサ28は、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
操作圧センサ29は、操作装置26を介した操作の内容を検出するように構成されている。本実施形態では、操作圧センサ29は、アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置26としてのレバー又はペダルの操作方向及び操作量を圧力(操作圧)の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作装置26の操作内容は、操作圧センサ以外の他のセンサを用いて検出されてもよい。
メインポンプ14は、左メインポンプ14L及び右メインポンプ14Rを含む。そして、左メインポンプ14Lは、左センターバイパス管路40L又は左パラレル管路42Lを経て作動油タンクまで作動油を循環させ、右メインポンプ14Rは、右センターバイパス管路40R又は右パラレル管路42Rを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。
左センターバイパス管路40Lは、コントロールバルブ17内に配置された制御弁171、173、175L及び176Lを通る作動油ラインである。右センターバイパス管路40Rは、コントロールバルブ17内に配置された制御弁172、174、175R及び176Rを通る作動油ラインである。
制御弁171は、左メインポンプ14Lが吐出する作動油を左走行用油圧モータ2MLへ供給し、且つ、左走行用油圧モータ2MLが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁172は、右メインポンプ14Rが吐出する作動油を右走行用油圧モータ2MRへ供給し、且つ、右走行用油圧モータ2MRが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁173は、左メインポンプ14Lが吐出する作動油を旋回用油圧モータ2Aへ供給し、且つ、旋回用油圧モータ2Aが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁174は、右メインポンプ14Rが吐出する作動油をバケットシリンダ9へ供給し、且つ、バケットシリンダ9内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁175Lは、左メインポンプ14Lが吐出する作動油をブームシリンダ7へ供給するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。制御弁175Rは、右メインポンプ14Rが吐出する作動油をブームシリンダ7へ供給し、且つ、ブームシリンダ7内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。ブームシリンダ7への要求流量が小さい場合には、制御弁175L及び制御弁175Rの何れか一方からブームシリンダ7へ作動油が供給され、要求流量が大きい場合には、制御弁175L及び制御弁175Rの両方からブームシリンダ7へ作動油が供給される。各ポンプへの要求流量はポンプ毎に算出される。
制御弁176Lは、左メインポンプ14Lが吐出する作動油をアームシリンダ8へ供給し、且つ、アームシリンダ8内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。制御弁176Rは、右メインポンプ14Rが吐出する作動油をアームシリンダ8へ供給し、且つ、アームシリンダ8内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。アームシリンダ8への要求流量が小さい場合には、制御弁176L及び制御弁176Rの何れか一方からアームシリンダ8へ作動油が供給され、要求流量が大きい場合には、制御弁176L及び制御弁176Rの両方からアームシリンダ8へ作動油が供給される。各ポンプへの要求流量はポンプ毎に算出される。
左パラレル管路42Lは、左センターバイパス管路40Lに並行する作動油ラインである。左パラレル管路42Lは、制御弁171、173及び175Lの何れかによって左センターバイパス管路40Lを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。右パラレル管路42Rは、右センターバイパス管路40Rに並行する作動油ラインである。右パラレル管路42Rは、制御弁172、174及び175Rの何れかによって右センターバイパス管路40Rを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。
レギュレータ13は、左レギュレータ13L及び右レギュレータ13Rを含む。左レギュレータ13Lは、左メインポンプ14Lの吐出圧に応じて左メインポンプ14Lの斜板傾転角を調節することによって、左メインポンプ14Lの押し退け容積を制御できるように構成されている。この制御は、パワー制御又は馬力制御と称される。具体的には、左レギュレータ13Lは、例えば、左メインポンプ14Lの吐出圧の増大に応じて左メインポンプ14Lの斜板傾転角を調節して1回転当たりの押し退け容積を減少させることで吐出量を減少させる。右レギュレータ13Rについても同様である。吐出圧と吐出量との積で表されるメインポンプ14の吸収パワー(例えば吸収馬力)がエンジン11の出力パワー(例えば出力馬力)を超えないようにするためである。
操作装置26は、左操作レバー26L、右操作レバー26R及び走行レバー26Dを含む。走行レバー26Dは、左走行レバー26DL及び右走行レバー26DRを含む。
左操作レバー26Lは、旋回操作とアーム5の操作に用いられる。左操作レバー26Lは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧を制御弁176のパイロットポートに導入させる。また、左右方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧を制御弁173のパイロットポートに導入させる。
具体的には、左操作レバー26Lは、アーム閉じ方向に操作された場合に、制御弁176Lの右パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁176Rの左パイロットポートに作動油を導入させる。また、左操作レバー26Lは、アーム開き方向に操作された場合には、制御弁176Lの左パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁176Rの右パイロットポートに作動油を導入させる。また、左操作レバー26Lは、左旋回方向に操作された場合に、制御弁173の左パイロットポートに作動油を導入させ、右旋回方向に操作された場合に、制御弁173の右パイロットポートに作動油を導入させる。
右操作レバー26Rは、ブーム4の操作とバケット6の操作に用いられる。右操作レバー26Rは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧を制御弁175のパイロットポートに導入させる。また、左右方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧を制御弁174のパイロットポートに導入させる。
具体的には、右操作レバー26Rは、ブーム下げ方向に操作された場合に、制御弁175Rの右パイロットポートに作動油を導入させる。また、右操作レバー26Rは、ブーム上げ方向に操作された場合には、制御弁175Lの右パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁175Rの左パイロットポートに作動油を導入させる。また、右操作レバー26Rは、バケット閉じ方向に操作された場合に、制御弁174の左パイロットポートに作動油を導入させ、バケット開き方向に操作された場合に、制御弁174の右パイロットポートに作動油を導入させる。
走行レバー26Dは、クローラの操作に用いられる。具体的には、左走行レバー26DLは、左側のクローラの操作に用いられる。左走行レバー26DLは、左走行ペダルと連動するように構成されていてもよい。左走行レバー26DLは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧を制御弁171のパイロットポートに導入させる。右走行レバー26DRは、右側のクローラの操作に用いられる。右走行レバー26DRは、右走行ペダルと連動するように構成されていてもよい。右走行レバー26DRは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧を制御弁172のパイロットポートに導入させる。
吐出圧センサ28は、左吐出圧センサ28L及び右吐出圧センサ28Rを含む。左吐出圧センサ28Lは、左メインポンプ14Lの吐出圧を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。右吐出圧センサ28Rについても同様である。
操作圧センサ29は、操作圧センサ29LA、29LB、29RA、29RB、29DL及び29DRを含む。操作圧センサ29LAは、左操作レバー26Lに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作内容は、例えば、レバー操作方向及びレバー操作量(レバー操作角度)等である。
同様に、操作圧センサ29LBは、左操作レバー26Lに対する左右方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作圧センサ29RAは、右操作レバー26Rに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作圧センサ29RBは、右操作レバー26Rに対する左右方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作圧センサ29DLは、左走行レバー26DLに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作圧センサ29DRは、右走行レバー26DRに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
コントローラ30は、操作圧センサ29の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ13に対して制御指令を出力し、メインポンプ14の押し退け容積を変化させてもよい。
また、コントローラ30は、絞り18と制御圧センサ19を用いた省エネルギ制御としてのネガティブコントロールを実行するように構成されている。絞り18は左絞り18L及び右絞り18Rを含み、制御圧センサ19は左制御圧センサ19L及び右制御圧センサ19Rを含む。本実施形態では、制御圧センサ19は、ネガティブコントロール圧センサとして機能する。省エネルギ制御は、メインポンプ14による無駄なエネルギ消費を抑制するためにメインポンプ14の押し退け容積を低減させる制御である。
左センターバイパス管路40Lには、最も下流にある制御弁176Lと作動油タンクとの間に左絞り18Lが配置されている。そのため、左メインポンプ14Lが吐出した作動油の流れは、左絞り18Lで制限される。そして、左絞り18Lは、左レギュレータ13Lを制御するための制御圧(ネガティブコントロール圧)を発生させる。左制御圧センサ19Lは、この制御圧を検出するためのセンサであり、検出した値をコントローラ30に対して出力する。コントローラ30は、この制御圧に応じて左メインポンプ14Lの斜板傾転角を調節することで、ネガティブコントロールによって、左メインポンプ14Lの押し退け容積を制御する。コントローラ30は、この制御圧が大きいほど左メインポンプ14Lの押し退け容積を減少させ、この制御圧が小さいほど左メインポンプ14Lの押し退け容積を増大させる。右メインポンプ14Rの押し退け容積も同様に制御される。
具体的には、図2で示されるようにショベル100における油圧アクチュエータが何れも操作されていない場合、すなわち、ショベル100が待機状態にある場合、左メインポンプ14Lが吐出する作動油は、左センターバイパス管路40Lを通って左絞り18Lに至る。そして、左メインポンプ14Lが吐出する作動油の流れは、左絞り18Lの上流で発生する制御圧を増大させる。その結果、コントローラ30は、左メインポンプ14Lの吐出量をスタンバイ流量まで減少させ、吐出した作動油が左センターバイパス管路40Lを通過する際の圧力損失(ポンピングロス)を抑制する。スタンバイ流量は、待機状態のときに採用される所定の流量であり、例えば、許容最小吐出量である。一方、何れかの油圧アクチュエータが操作された場合、左メインポンプ14Lが吐出する作動油は、操作対象の油圧アクチュエータに対応する制御弁を介して、操作対象の油圧アクチュエータに流れ込む。そして、操作対象の油圧アクチュエータに対応する制御弁は、左絞り18Lに至る作動油の流量を減少或いは消失させ、左絞り18Lの上流で発生する制御圧を低下させる。その結果、コントローラ30は、左メインポンプ14Lの吐出量を増大させ、操作対象の油圧アクチュエータに十分な作動油を循環させ、操作対象の油圧アクチュエータの駆動を確かなものとする。なお、コントローラ30は、右メインポンプ14Rの押し退け容積も同様に制御する。
上述のようなネガティブコントロールにより、図2の油圧システムは、待機状態においては、メインポンプ14における無駄なエネルギ消費を抑制できる。無駄なエネルギ消費は、メインポンプ14が吐出する作動油がセンターバイパス管路40で発生させるポンピングロスを含む。また、図2の油圧システムは、油圧アクチュエータを作動させる場合には、メインポンプ14から必要十分な作動油を作動対象の油圧アクチュエータに確実に供給できる。
エンジン回転数調整ダイヤル75は、エンジン11の回転数を調整するためのダイヤルである。エンジン回転数調整ダイヤル75は、エンジン回転数の設定状態を示すデータをコントローラ30に送信する。本実施形態では、エンジン回転数調整ダイヤル75は、SPモード、Hモード、Aモード及びIDLEモードの4段階でエンジン回転数を切り換えできるように構成されている。SPモードは、作業量を優先したい場合に選択される回転数モードであり、最も高いエンジン回転数を利用する。Hモードは、作業量と燃費を両立させたい場合に選択される回転数モードであり、二番目に高いエンジン回転数を利用する。Aモードは、燃費を優先させながら低騒音でショベル100を稼働させたい場合に選択される回転数モードであり、三番目に高いエンジン回転数を利用する。IDLEモードは、エンジン11をアイドリング状態にしたい場合に選択される回転数モードであり、最も低いエンジン回転数を利用する。エンジン11は、エンジン回転数調整ダイヤル75で設定された回転数モードのエンジン回転数で一定に回転数制御される。
次に、コントローラ30がメインポンプ14の押し退け容積を設定する処理(以下、「設定処理」とする。)の一例である第1設定処理について説明する。コントローラ30は、例えば、エンジン11の稼動中、所定の制御周期で繰り返しこの第1設定処理を実行する。
最初に、コントローラ30は、エンジン11の目標トルクT、左メインポンプ14Lの吐出圧P1、及び、右メインポンプ14Rの吐出圧P2を取得する。エンジン11の目標トルクTは、例えば、エンジン11が出力可能な所定のトルクである。本実施形態では、コントローラ30は、エンジン回転数調整ダイヤル75が出力する情報に基づいて目標トルクTを取得し、左吐出圧センサ28Lが出力する情報に基づいて吐出圧P1を取得し、且つ、右吐出圧センサ28Rが出力する情報に基づいて吐出圧P2を取得する。
その後、コントローラ30は、エンジン11の目標トルクTに対し、吐出圧P1、P2に応じた最大許容押し退け容積Qlimitを算出する。本実施形態では、コントローラ30は、式(1)を用いて最大許容押し退け容積Qlimitを算出する。
具体的には、コントローラ30は、左メインポンプ14Lの要求押し退け容積Q1*、及び、右メインポンプ14Rの要求押し退け容積Q2*を算出する。要求押し退け容積Q1*は、操作装置26の操作内容に対応する左メインポンプ14Lの理想的な押し退け容積、すなわち、エンジン11の目標トルクT等による制限を考慮に入れていない段階における左メインポンプ14Lの理想的な押し退け容積を意味する。要求押し退け容積Q2*についても同様である。
本実施形態では、コントローラ30は、左制御圧センサ19Lが出力する情報に基づいて要求押し退け容積Q1*を算出し、且つ、右制御圧センサ19Rが出力する情報に基づいて要求押し退け容積Q2*を算出する。コントローラ30は、要求押し退け容積Q1*及び要求押し退け容積Q2*を算出する際に、操作装置26が出力する情報を利用してもよい。コントローラ30は、最大許容押し退け容積Qlimitを算出する前に、要求押し退け容積Q1*及び要求押し退け容積Q2*を算出してもよい。
その後、コントローラ30は、左メインポンプ14Lの要求押し退け容積Q1*が最大許容押し退け容積Qlimit以上であるか否かを判定する。
そして、要求押し退け容積Q1*が最大許容押し退け容積Qlimit以上であると判定した場合、コントローラ30は、最大許容押し退け容積Qlimitを要求押し退け容積Q1*とする。左メインポンプ14Lの実際の押し退け容積Q1が最大許容押し退け容積Qlimitを上回ってしまうのを防止するためである。
また、コントローラ30は、右メインポンプ14Rの要求押し退け容積Q2*が最大許容押し退け容積Qlimit以上であるか否かを判定する。
そして、要求押し退け容積Q2*が最大許容押し退け容積Qlimit以上であると判定した場合、コントローラ30は、最大許容押し退け容積Qlimitを要求押し退け容積Q2*とする。右メインポンプ14Rの実際の押し退け容積Q2が最大許容押し退け容積Qlimitを上回ってしまうのを防止するためである。
その後、コントローラ30は、要求押し退け容積Q1*に基づく指令値を左レギュレータ13Lに対して出力し、且つ、要求押し退け容積Q2*に基づく指令値を右レギュレータ13Rに対して出力する。
この第1設定処理により、コントローラ30は、左メインポンプ14Lの押し退け容積Q1、及び、右メインポンプ14Rの押し退け容積Q2が最大許容押し退け容積Qlimitを超えてしまうのを防止することで、メインポンプ14の合計吸収トルクがエンジン11の目標トルクTを上回ってエンジン11の回転数が低下してしまうのを防止できる。例えば、コントローラ30は、左メインポンプ14L及び右メインポンプ14Rの少なくとも一方の吐出圧が急増して左メインポンプ14L及び右メインポンプ14Rの少なくとも一方の吸収トルクが急増した場合であっても、メインポンプ14の合計吸収トルクがエンジン11の目標トルクTを上回ってしまうのを防止できる。
次に、上述の第1設定処理によって設定されるメインポンプ14の押し退け容積の具体例について説明する。具体的には、ブーム上げ操作とアーム閉じ操作との複合操作が行われたときに設定されるメインポンプ14の押し退け容積に関する値について説明する。より具体的には、右メインポンプ14Rが吐出する作動油でブーム4をゆっくりと上昇させながら、左メインポンプ14Lが吐出する作動油でアーム5を素早く閉じる動作が行われたときに設定されるメインポンプ14の押し退け容積に関する値について説明する。
メインポンプ14の押し退け容積に関する値は、左メインポンプ14Lの要求押し退け容積Q1*、右メインポンプ14Rの要求押し退け容積Q2*、最大許容押し退け容積Qlimit、及び、最大押し退け容積Qmaxを含む。最大許容押し退け容積Qlimit及び最大押し退け容積Qmaxは、左メインポンプ14L及び右メインポンプ14Rで共通の値を有する。最大押し退け容積Qmaxは、メインポンプ14の機械的な制限によって決まる押し退け容積の最大値である。
コントローラ30は、例えば、目標トルクTとして577[N・m]を取得し、左メインポンプ14Lの吐出圧P1として20[MPa]を取得し、且つ、右メインポンプ14Rの吐出圧P2として20[MPa]を取得する。そして、コントローラ30は、式(1)を用い、最大許容押し退け容積Qlimitとして90[cc/rev]を算出する。また、コントローラ30は、左制御圧センサ19Lの出力に基づき、アームシリンダ8を伸張させるための左メインポンプ14Lの要求押し退け容積Q1*として110[cc/rev]を算出し、且つ、右制御圧センサ19Rの出力に基づき、ブームシリンダ7を伸張させるための右メインポンプ14Rの要求押し退け容積Q2*として20[cc/rev]を算出する。
この場合、コントローラ30は、要求押し退け容積Q1*(=110[cc/rev])が最大許容押し退け容積Qlimit(=90[cc/rev])以上であると判定し、最大許容押し退け容積Qlimitを要求押し退け容積Q1*とする。すなわち、コントローラ30は、要求押し退け容積Q1*の値を110[cc/rev]から90[cc/rev]に20[cc/rev]だけ低減させる。
一方で、コントローラ30は、要求押し退け容積Q2*(=20[cc/rev])が最大許容押し退け容積Qlimit(=90[cc/rev])未満であると判定し、要求押し退け容積Q2*(=20[cc/rev])の値を変更せずにそのままとする。
その後、コントローラ30は、要求押し退け容積Q1*(=90[cc/rev])に基づく指令値を左レギュレータ13Lに対して出力し、且つ、要求押し退け容積Q2*(=20[cc/rev])に基づく指令値を右レギュレータ13Rに対して出力する。
その結果、コントローラ30は、当初の要求押し退け容積Q1*(=110[cc/rev])よりも低い押し退け容積Q1(=90[cc/rev])で左メインポンプ14Lから作動油を吐出させ、アームシリンダ8を伸張させてアーム5を素早く閉じることができる。
また、コントローラ30は、当初の要求押し退け容積Q2*(=20[cc/rev])と同じ押し退け容積Q2(=20[cc/rev])で右メインポンプ14Rから作動油を吐出させ、ブームシリンダ7を伸張させてブーム4をゆっくりと上昇させることができる。
このように、第1設定処理では、コントローラ30は、エンジン11の目標トルクTに対し、吐出圧P1、P2に応じた適切な最大許容押し退け容積Qlimitを算出する。したがって、コントローラ30は、エンジン11の出力と負荷に応じて適切に最大許容押し退け容積Qlimitを算出することができるので、エンジン11への過負荷を低減することができる。
次に、図3を参照し、設定処理の別の一例である第2設定処理について説明する。図3は、設定処理の流れを示すフローチャートである。コントローラ30は、例えば、エンジン11の稼動中、所定の制御周期で繰り返しこの第2設定処理を実行する。
最初に、コントローラ30は、エンジン11の目標トルクT、左メインポンプ14Lの吐出圧P1、及び、右メインポンプ14Rの吐出圧P2を取得する(ステップST1)。本実施形態では、コントローラ30は、エンジン回転数調整ダイヤル75が出力する情報に基づいて目標トルクTを取得し、左吐出圧センサ28Lが出力する情報に基づいて吐出圧P1を取得し、且つ、右吐出圧センサ28Rが出力する情報に基づいて吐出圧P2を取得する。
その後、コントローラ30は、最大許容押し退け容積Qlimitを算出する(ステップST2)。本実施形態では、コントローラ30は、式(1)を用いて最大許容押し退け容積Qlimitを算出する。
その後、コントローラ30は、左メインポンプ14Lの要求押し退け容積Q1*、及び、右メインポンプ14Rの要求押し退け容積Q2*を算出する(ステップST3)。
その後、コントローラ30は、左メインポンプ14Lの要求押し退け容積Q1*が最大許容押し退け容積Qlimitより大きいか否かを判定する(ステップST4)。すなわち、コントローラ30は、左メインポンプ14Lの要求押し退け容積Q1*を実現するために必要な吸収トルクに対する、左メインポンプ14Lが利用可能なトルクとして左メインポンプ14Lに割り当てられているトルク(以下、「左利用可能トルク」とする。)の過不足を判定する。その上で、要求押し退け容積Q1*が最大許容押し退け容積Qlimitより大きいと判定した場合(ステップST4のYES)、すなわち、左利用可能トルクが不足していると判定した場合、コントローラ30は、右メインポンプ14Rの要求押し退け容積Q2*が、最大許容押し退け容積Qlimitより大きいか否かを判定する(ステップST5)。これは、要求押し退け容積Q1*を最大許容押し退け容積Qlimitで制限する前に、右メインポンプ14Rが利用可能なトルクとして右メインポンプ14Rに割り当てられているトルク(以下、「右利用可能トルク」とする。)の一部を、左メインポンプ14Lが利用可能なトルクとして割り当て直すことができるか否かを判定するためである。すなわち、右利用可能トルクに余裕があるか否かを判定するためである。
そのため、要求押し退け容積Q2*が最大許容押し退け容積Qlimitより大きいと判定した場合(ステップST5のYES)、すなわち、右利用可能トルクに余裕がないと判定した場合、コントローラ30は、最大許容押し退け容積Qlimitを要求押し退け容積Q1*とし、且つ、最大許容押し退け容積Qlimitを要求押し退け容積Q2*とする(ステップST6)。コントローラ30は、右メインポンプ14Rに割り当てられている右利用可能トルクの一部を、左メインポンプ14Lが利用可能なトルクとして割り当て直すことができるほど右メインポンプ14Rの吸収トルクが小さいとは判断できないためである。
一方で、要求押し退け容積Q2*が最大許容押し退け容積Qlimit以下であると判定した場合(ステップST5のNO)、すなわち、右利用可能トルクに余裕があると判定した場合、コントローラ30は、式(2)で表される押し退け容積を要求押し退け容積Q1*とする(ステップST7)。右メインポンプ14Rに割り当てられている右利用可能トルクの一部を、左メインポンプ14Lが利用可能なトルクとして割り当て直すためである。
そして、要求押し退け容積Q2*が最大許容押し退け容積Qlimitより大きいと判定した場合(ステップST8のYES)、すなわち、右利用可能トルクが不足していると判定した場合、コントローラ30は、式(3)で表される押し退け容積を要求押し退け容積Q2*とする(ステップST9)。左メインポンプ14Lに割り当てられている左利用可能トルクの一部を、右メインポンプ14Rが利用可能なトルクとして割り当て直すためである。
その後、コントローラ30は、要求押し退け容積Q1*に基づく指令値を左レギュレータ13Lに対して出力し、且つ、要求押し退け容積Q2*に基づく指令値を右レギュレータ13Rに対して出力する(ステップST10)。
この第2設定処理により、コントローラ30は、メインポンプ14の合計吸収トルクがエンジン11の目標トルクTを上回ってエンジン11の回転数が低下してしまうのを防止できる。
また、コントローラ30は、左メインポンプ14Lが利用可能なトルクとして左メインポンプ14Lに割り当てられているが左メインポンプ14Lによって利用されていない利用可能トルクを、右メインポンプ14Rが利用可能なトルクとして割り当て直すことができる。同様に、コントローラ30は、右メインポンプ14Rが利用可能なトルクとして右メインポンプ14Rに割り当てられているが右メインポンプ14Rによって利用されていない利用可能トルクを、左メインポンプ14Lが利用可能なトルクとして割り当て直すことができる。そのため、コントローラ30は、エンジン11の目標トルクTをより効率的に利用することができる。コントローラ30は、例えば、エンジントルクに余裕があるにもかかわらず、すなわち、メインポンプ14の吸収トルクが目標トルクTに比べて十分小さいにもかかわらず、左メインポンプ14L及び右メインポンプ14Rのうちの一方の押し退け容積が過度に制限されてしまうのを抑制できる。
次に、図4を参照し、第2設定処理によって設定されるメインポンプ14の押し退け容積の具体例について説明する。図4は、メインポンプ14の押し退け容積の設定例を示す棒グラフである。具体的には、図4は、ブーム上げ操作とアーム閉じ操作との複合操作が行われたときのメインポンプ14の押し退け容積に関する値を示している。より具体的には、図4は、右メインポンプ14Rが吐出する作動油でブーム4をゆっくりと上昇させながら、左メインポンプ14Lが吐出する作動油でアーム5を素早く閉じる動作が行われたときのメインポンプ14の押し退け容積に関する値を示している。メインポンプ14の押し退け容積に関する値は、最大許容押し退け容積Qlimit及び最大押し退け容積Qmaxを含む。最大許容押し退け容積Qlimit及び最大押し退け容積Qmaxは、左メインポンプ14L及び右メインポンプ14Rで共通の値を有する。最大押し退け容積Qmaxは、例えば、メインポンプ14の機械的な制限によって決まる押し退け容積の最大値である。
図4の例では、コントローラ30は、目標トルクTとして577[N・m]を取得し、左メインポンプ14Lの吐出圧P1として20[MPa]を取得し、且つ、右メインポンプ14Rの吐出圧P2として20[MPa]を取得している。そのため、コントローラ30は、式(1)を用い、最大許容押し退け容積Qlimitとして90[cc/rev]を算出している。また、コントローラ30は、左制御圧センサ19Lの出力に基づき、アームシリンダ8を伸張させるための左メインポンプ14Lの要求押し退け容積Q1*として110[cc/rev]を算出し、且つ、右制御圧センサ19Rの出力に基づき、ブームシリンダ7を伸張させるための右メインポンプ14Rの要求押し退け容積Q2*として20[cc/rev]を算出している。また、最大押し退け容積Qmaxは、130[cc/rev]に設定されている。また、図4における破線で囲まれた範囲と矢印は、右利用可能トルクの一部が、左メインポンプ14Lが利用可能なトルクとして割り当て直されたことを表している。
この場合、コントローラ30は、要求押し退け容積Q1*(=110[cc/rev])が最大許容押し退け容積Qlimit(=90[cc/rev])より大きいと判定し、且つ、要求押し退け容積Q2*(=20[cc/rev])が最大許容押し退け容積Qlimit(=90[cc/rev])以下であると判定する。そのため、コントローラ30は、式(2)で算出される値を、左メインポンプ14Lの要求押し退け容積Q1*とする。
その後、コントローラ30は、式(2)で算出される値である要求押し退け容積Q1*に基づく指令値を左レギュレータ13Lに対して出力し、且つ、要求押し退け容積Q2*(=20[cc/rev])に基づく指令値を右レギュレータ13Rに対して出力する。
その結果、コントローラ30は、最大許容押し退け容積Qlimit(=90[cc/rev])より大きい押し退け容積で左メインポンプ14Lから作動油を吐出させ、アームシリンダ8を伸張させてアーム5を素早く閉じることができる。
また、コントローラ30は、当初の要求押し退け容積Q2*(=20[cc/rev])と同じ押し退け容積Q2(=20[cc/rev])で右メインポンプ14Rから作動油を吐出させ、ブームシリンダ7を伸張させてブーム4をゆっくりと上昇させることができる。
上述のように、本発明の実施形態に係るショベル100は、下部走行体1と、下部走行体1に旋回自在に搭載された上部旋回体3と、上部旋回体3に搭載されたエンジン11と、エンジン11によって駆動される可変容量型の電気制御式の第1油圧ポンプとしての左メインポンプ14Lと、エンジン11によって駆動される可変容量型の電気制御式の第2油圧ポンプとしての右メインポンプ14Rと、左メインポンプ14Lの押し退け容積Q1を制御する第1レギュレータとしての左レギュレータ13Lと、右メインポンプの押し退け容積Q2を制御する第2レギュレータとしての右レギュレータ13Rと、左レギュレータ13L及び右レギュレータ13Rを電気的に制御する制御装置としてのコントローラ30と、を備えている。そして、コントローラ30は、左メインポンプ14Lの吐出圧P1、及び、右メインポンプ14Rの吐出圧P2に基づき、左メインポンプ14L及び右メインポンプ14Rのそれぞれの押し退け容積の制限値である最大許容押し退け容積Qlimitを算出し、算出した最大許容押し退け容積Qlimitに基づき、左メインポンプ14L及び右メインポンプ14Rのそれぞれの押し退け容積を制御するように構成されている。
この構成により、ショベル100は、可変容量型の複数の油圧ポンプの押し退け容積をより適切に制御できる。具体的には、ショベル100は、電気制御式の左メインポンプ14L及び右メインポンプ14Rのそれぞれの押し退け容積をより適切に制御できる。そのため、ショベル100は、左メインポンプ14L及び右メインポンプ14Rを含むメインポンプ14の合計吸収トルクがエンジン11の目標トルクTを上回り、エンジン11の回転数が低下してしまうのを抑制或いは防止できる。
コントローラ30は、左メインポンプ14L及び右メインポンプ14Rのうちの一方の要求押し退け容積が制限値としての最大許容押し退け容積Qlimitを下回る場合、左メインポンプ14L及び右メインポンプ14Rのうちの一方に割り当てられている利用可能トルクの一部(余剰分)を、左メインポンプ14L及び右メインポンプ14Rのうちの他方に分け与えるように構成されていてもよい。例えば、コントローラ30は、左メインポンプ14Lの要求押し退け容積Q1*が最大許容押し退け容積Qlimitを下回る場合、左メインポンプ14Lに割り当てられている左利用可能トルクの一部(余剰分)を右メインポンプ14Rに分け与えてもよい。或いは、コントローラ30は、右メインポンプ14Rの要求押し退け容積Q2*が最大許容押し退け容積Qlimitを下回る場合、右メインポンプ14Rに割り当てられている右利用可能トルクの一部(余剰分)を左メインポンプ14Lに分け与えてもよい。この構成により、コントローラ30は、エンジン11の目標トルクTをより効率的に利用することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に制限されることはない。上述した実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形又は置換等が適用され得る。また、別々に説明された特徴は、技術的な矛盾が生じない限り、組み合わせが可能である。
例えば、上述の実施形態では、ショベル100に搭載される油圧システムは、省エネルギ制御としてのネガティブコントロールが実行可能なように構成されているが、ポジティブコントロール又はロードセンシング制御等が実行可能なように構成されていてもよい。ポジティブコントロールが採用される場合、コントローラ30は、例えば、操作圧センサ29が検出した操作圧に基づいて要求押し退け容積を算出するように構成されていてもよい。また、ロードセンシング制御が採用される場合、コントローラ30は、例えば、アクチュエータにおける作動油の圧力を検出する負荷圧センサ(図示せず。)の出力と吐出圧センサ28が検出した吐出圧とに基づいて要求押し退け容積を算出するように構成されていてもよい。
また、上述の実施形態では、コントローラ30は、ブーム上げ操作とアーム閉じ操作との複合操作が行われたときに設定処理を実行しているが、ブーム上げ操作とバケット閉じ操作との複合操作等の他の複合操作が行われたときに設定処理を実行してもよい。また、コントローラ30は、ブーム上げ操作、ブーム下げ操作、アーム閉じ操作、アーム開き操作、バケット閉じ操作、バケット開き操作、旋回操作、及び走行操作等の単独操作が行われたときに設定処理を実行してもよい。
また、上述の実施形態では、油圧式パイロット回路を備えた油圧式操作レバーが開示されている。例えば、左操作レバー26Lに関する油圧式パイロット回路では、パイロットポンプ15から左操作レバー26Lへ供給される作動油が、左操作レバー26Lのアーム開き方向への傾倒によって開閉されるリモコン弁の開度に応じた流量で、制御弁176のパイロットポートへ伝達される。或いは、右操作レバー26Rに関する油圧式パイロット回路では、パイロットポンプ15から右操作レバー26Rへ供給される作動油が、右操作レバー26Rのブーム上げ方向への傾倒によって開閉されるリモコン弁の開度に応じた流量で、制御弁175のパイロットポートへ伝達される。
但し、このような油圧式パイロット回路を備えた油圧式操作レバーではなく、電気式パイロット回路を備えた電気式操作レバーが採用されてもよい。この場合、電気式操作レバーのレバー操作量は、例えば、電気信号としてコントローラ30へ入力される。また、パイロットポンプ15と各制御弁のパイロットポートとの間には電磁弁が配置される。電磁弁は、コントローラ30からの電気信号に応じて動作するように構成される。この構成により、電気式操作レバーを用いた手動操作が行われると、コントローラ30は、レバー操作量に対応する電気信号に応じて電磁弁を制御してパイロット圧を増減させることで各制御弁を移動させることができる。
本願は、2019年3月29日に出願した日本国特許出願2019-069171号に基づく優先権を主張するものであり、この日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。
1・・・下部走行体 2・・・旋回機構 2A・・・旋回用油圧モータ 2M・・・走行用油圧モータ 2ML・・・左走行用油圧モータ 2MR・・・右走行用油圧モータ 3・・・上部旋回体 4・・・ブーム 5・・・アーム 6・・・バケット 7・・・ブームシリンダ 8・・・アームシリンダ 9・・・バケットシリンダ 10・・・キャビン 11・・・エンジン 13・・・レギュレータ 14・・・メインポンプ 15・・・パイロットポンプ 17・・・コントロールバルブ 18・・・絞り 19・・・制御圧センサ 26・・・操作装置 28・・・吐出圧センサ 29・・・操作圧センサ 30・・・コントローラ 40・・・センターバイパス管路 42・・・パラレル管路 75・・・エンジン回転数調整ダイヤル 100・・・ショベル 171~176・・・制御弁
Claims (9)
- 下部走行体と、
前記下部走行体に旋回自在に搭載された上部旋回体と、
前記上部旋回体に搭載されたエンジンと、
前記エンジンによって駆動される可変容量型の電気制御式の第1油圧ポンプと、
前記エンジンによって駆動される可変容量型の電気制御式の第2油圧ポンプと、
前記第1油圧ポンプの押し退け容積を制御する第1レギュレータと、
前記第2油圧ポンプの押し退け容積を制御する第2レギュレータと、
前記第1レギュレータ及び前記第2レギュレータを電気的に制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記第1油圧ポンプ及び前記第2油圧ポンプのそれぞれの吐出圧に基づき、前記第1油圧ポンプ及び前記第2油圧ポンプに対する押し退け容積の制限値を算出し、算出した制限値に基づき、前記第1油圧ポンプ及び前記第2油圧ポンプのそれぞれの押し退け容積を制御する、
ショベル。 - 前記制御装置は、前記第1油圧ポンプ及び前記第2油圧ポンプのうちの一方のh押し退け容積が前記制限値を下回る場合、前記第1油圧ポンプ及び前記第2油圧ポンプのうちの一方に割り当てられている利用可能トルクの一部を、前記第1油圧ポンプ及び前記第2油圧ポンプのうちの他方に分け与える、
請求項1に記載のショベル。 - 前記制御装置は、前記エンジンの出力に基づいて前記押し退け容積の制限値を算出する、
請求項1に記載のショベル。 - 前記制御装置は、前記押し退け容積の制限値と要求押し退け容積とを比較する、
請求項3に記載のショベル。 - 前記制御装置は、前記第1油圧ポンプ及び前記第2油圧ポンプの何れかの前記要求押し退け容積が前記押し退け容積の制限値を超える場合には、前記第1油圧ポンプ及び前記第2油圧ポンプのうち、前記要求押し退け容積が前記押し退け容積の制限値を超える油圧ポンプに対し、前記要求押し退け容積を前記押し退け容積の制限値へ制限する、
請求項4に記載のショベル。 - 前記制御装置は、前記第1油圧ポンプ及び前記第2油圧ポンプの何れかの前記要求押し退け容積が前記押し退け容積の制限値未満の場合には、前記第1油圧ポンプ及び前記第2油圧ポンプのうち、前記要求押し退け容積が前記押し退け容積の制限値未満の油圧ポンプに対し、前記押し退け容積を前記要求押し退け容積に基づいて制御する、
請求項4に記載のショベル。 - 前記制御装置は、前記第1油圧ポンプ及び前記第2油圧ポンプの合計トルクが前記エンジンのトルクを超えないように、前記第1油圧ポンプ及び前記第2油圧ポンプに対して前記要求押し退け容積を割り当てる、
請求項4に記載のショベル。 - 前記制御装置は、前記第1油圧ポンプ及び前記第2油圧ポンプの何れか一方の油圧ポンプの前記要求押し退け容積が前記押し退け容積の制限値を超え、且つ、他方の油圧ポンプの前記要求押し退け容積が前記押し退け容積の制限値を下回る場合には、前記他方の油圧ポンプの余剰分を前記一方の油圧ポンプへ分け与える、
請求項4に記載のショベル。 - 前記制御装置は、前記第1油圧ポンプ及び前記第2油圧ポンプの双方の油圧ポンプの前記要求押し退け容積が前記押し退け容積の制限値を超える場合には、前記第1油圧ポンプ及び前記第2油圧ポンプの双方に対し、前記要求押し退け容積を前記押し退け容積の制限値へ制限する、
請求項4に記載のショベル。
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