JP7408503B2 - 建設機械 - Google Patents
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Description
図1において、油圧ショベル100は、走行モータ101によって駆動されるクローラ式の走行装置を装備した下部走行体102と、下部走行体102上に旋回可能に取り付けられ、旋回モータ103によって駆動される上部旋回体104と、上部旋回体104の前部に上下方向に回動可能に取り付けられた作業装置105とを備えている。上部旋回体104上には、オペレータが搭乗するキャブ106が設けられている。
図2は、油圧ショベル100に搭載された油圧駆動装置の一例を示す概略図である。図2において、油圧駆動装置200は、油圧アクチュエータであるブームシリンダ4を閉回路で駆動する。なお、図2では、ブームシリンダ4以外の油圧アクチュエータの駆動に関わる部分は省略している。
エンジン1は、信号線を介してコントローラ6と接続されている。エンジン1の回転数は、コントローラ6によって制御される。エンジン1の目標回転数は、エンジンコントロールダイヤル18によって設定される。エンジンコントロールダイヤル18はキャブ106に配置されており、オペレータによって操作される。
両傾転ポンプ2は、エンジン1から動力をから受けて駆動される。両傾転ポンプ2は一対の吸吐出ポート2a,2bを持つ傾転斜板機構、および斜板の角度(傾斜角)を調整して1回転当たりの吐出流量(押しのけ容積)を調整するレギュレータ3を備えている。レギュレータ3は、コントローラ6から制御信号線を介して受信した制御信号に従い、両傾転ポンプ2の吐出方向および吐出流量を制御する。
両傾転ポンプ2の2つ吸吐出ポート2a,2bは、流路30,31を介して切換弁5に接続されている。切換弁5は、流路32,33を介してブームシリンダ4に接続されている。切換弁5は、コントローラ6から受信した制御信号により開閉制御され、流路30,32および流路31,33を流通状態または遮断状態に切り換える。切換弁5が開状態のときは、両傾転ポンプ2の一方の吸吐出ポート2aが流路30,32を介してブームシリンダ4のボトム側油室4aと連通し、他方の吸吐出ポート2bが流路31,33を介してブームシリンダ4のロッド側油室4bと連通する。これにより、両傾転ポンプ2とブームシリンダ4とが閉回路状に接続される。
コントローラ6は、各機器との間で信号を入出力する入出力インターフェースと、中央演算処理装置(CPU)およびその周辺回路等で構成され、所定のプログラムに従って各種演算を行う演算装置とを備え、ブームシリンダ4の駆動指示を与える操作レバー7と信号線で接続され、レギュレータ3および切換弁5と制御信号線で接続されている。コントローラ6は、演算装置が所定のプログラムを実行することにより、学習指令生成部6a、アンロード弁制御部6b、制御マップ生成部6c、ポンプ制御部6d、切換弁制御部6e、およびエンジン制御部6fの各機能を実現する。
ブームシリンダ4に接続された流路32,33は、フラッシング弁8を介してタンク9に接続されている。フラッシング弁8は、流路32,33の低圧側をタンク9に連通させ、閉回路内の作動油の過不足を解消する。両傾転ポンプ2に接続された流路30,31は、リリーフ弁10a,10bおよびチェック弁23a,23bを介してチャージ流路22に接続されている。チャージ流路22は、チャージ油圧源21に接続されている。リリーフ弁10a,10bは、両傾転ポンプ2の吐出圧力が一定以上の高圧に達したときに開き、両傾転ポンプ2から吐出された高圧の作動油をチャージ流路22へ排出する。すなわち、リリーフ弁10a,10bは、安全弁としての機能を有する。チェック弁23a,23bは、吸吐出ポート2a,2bの吸込み側における不足流量をチャージ流路22から補充する。
次に、本実施例における本発明に関わる構成について説明する。
両傾転ポンプ2には、斜板の角度(傾転角)を計測するための傾転角センサ14が設けられている。傾転角センサ14は、コントローラ6と信号線を介して接続されている。傾転角センサ14は、傾転角に応じた信号をコントローラ6へ出力する。
両傾転ポンプ2に接続された流路30,32は、連通流路34を介して接続されている。連通流路34には、アンロード弁12が設けられている。アンロード弁12は、コントローラ6と信号線を介して接続されており、コントローラ6からの制御信号に応じて開度を変化させる。
コントローラ6には、信号線を介して新規搭載スイッチ15、メンテナンススイッチ16、およびディスプレイ17が接続されている。新規搭載スイッチ15、メンテナンススイッチ16、およびディスプレイ17はキャブ106に配置されており、オペレータによって操作される。新規搭載スイッチ15は、建設機械が出荷される際に操作されるスイッチである。メンテナンススイッチ16は、両傾転ポンプ2が例えば寿命で交換される際などに操作されるスイッチである。ディスプレイ17は、コントローラ6から受信した情報を表示する。
図3は、コントローラ6の機能ブロック図である。コントローラ6は、学習指令生成部6aと、アンロード弁制御部6bと、制御マップ生成部6cと、ポンプ制御部6dと、切換弁制御部6eと、エンジン制御部6fとを備えている。
本実施例における両傾転ポンプ2の校正時の動作を図4を用いて説明する。図4は、両傾転ポンプの制御に関わるコントローラの処理の一例を示すフローチャートである。建設機械100が起動するとスタートの状態S1となり、状態S2へ遷移すると両傾転ポンプ2が新規搭載されたか否かを新規搭載スイッチ15の信号を元に判定する。新規搭載スイッチ15が有効な場合は、状態S3へ遷移する。状態S3ではコントローラ6がアンロード弁12へ開信号を出力し、状態S4へ遷移するとコントローラ6は両傾転ポンプ2へ傾転角制御信号パターンに従った傾転角制御信号を出力する。レギュレータ3は受信した傾転角制御信号に応じて両傾転ポンプ2の傾転角を制御し、両傾転ポンプ2に作動油を吐出させる。両傾転ポンプ2の一方の吸吐出ポートから吐出された作動油は、アンロード弁12(図1参照)を介して他方の吸吐出ポートに吸入される。
一方、状態S2で新規搭載スイッチ15が無効と判定された場合、つまり建設機械100の起動が2回目以降の通常起動であった場合、状態S11へ遷移する。状態S11では、図2のポンプ制御部6dは、制御マップ19を用いて、操作レバー7から算出した目標傾転角を傾転角制御信号に変換する。この時、制御マップ19の縦軸である傾転角センサ14の検出値が目標傾転角に相当する。さらに、例えば目標傾転角の増減に対し、制御マップのヒステリシスを考慮した傾転角制御信号を算出する。傾転角制御信号を算出したのち、状態S12へ遷移し、図2のポンプ制御部6dは傾転角制御信号をレギュレータ3へ出力する。
本実施例では、両傾転ポンプ2と、油圧アクチュエータ4と、両傾転ポンプ2の第1吸吐出ポート2aと油圧アクチュエータ4の第1油室4aとを接続する第1流路30,32と、両傾転ポンプ2の第2吸吐出ポート2bと油圧アクチュエータ4の第2油室4bとを接続する第2流路31,33と、第1流路30,32および第2流路31,33を開閉可能な切換弁5と、両傾転ポンプ2の傾転角を制御するレギュレータ3と、油圧アクチュエータ4の動作を指示するための操作レバー7と、操作レバー7から入力される操作信号に基づいて切換弁5を開閉制御し、前記操作信号に基づいて両傾転ポンプ2の目標傾転角を決定し、前記目標傾転角とレギュレータ3へ出力する傾転角制御信号とを対応付けた制御マップを元に前記目標傾転角を前記傾転角制御信号に変換し、前記傾転角制御信号をレギュレータ3へ出力するコントローラとを備えた建設機械100において、第1吸吐出ポート2aと第2吸吐出ポート2bとを接続する連通流路34と、連通流路34に設けられ、コントローラ6からの制御信号に応じて開位置と閉位置との間で切り換えられるアンロード弁12と、両傾転ポンプ2の傾転角を検出する傾転角センサ14と、両傾転ポンプ2の新規搭載時に操作される新規搭載スイッチ15とを備え、コントローラ6は、新規搭載スイッチ15から信号が入力された場合に、切換弁5へ閉信号を出力し、アンロード弁12へ開信号を出力し、前記傾転角制御信号を所定のパターンに従って変化させつつ傾転角センサ14の検出値を取得し、前記検出値と前記傾転角制御信号とを対応付けた第1更新用マップ19を生成し、第1更新用マップ19で前記制御マップを更新する。
一般的に斜板式の油圧ポンプである両傾転ポンプ2の吸吐出ポート2a,2bに高圧が作用すると、高圧の作動油によってポンプの内部構造部品が押されることで傾転角制御信号に対し、実際の傾転角が減少する。これを復帰モーメントによる制御誤差と呼ぶ。第1の実施例の閉回路では、両傾転ポンプ2の校正時は両傾転ポンプ2の一方の吸吐出ポートから吐出された作動油はそのままアンロード弁12を介して両傾転ポンプの他方の吸吐出ポートに吸い込まれるため、吐出圧力は低圧のままである。しかし、作業中の建設機械100における両傾転ポンプ2は、高圧作動油を吐出することになるため、両傾転ポンプ2に復帰モーメントが発生し、校正したにもかかわらず吐出流量に制御誤差が生じる場合がある。そのため、作業速度がばらつくという課題が発生する。
図7は、本実施例における油圧駆動装置の概略図である。図7において、両傾転ポンプ2に接続された流路30,31には、圧力センサ13a,13bがそれぞれ設けられている。コントローラ6は、圧力センサ13a,13bと信号線で接続されている。圧力センサ13a,13bは、吸吐出ポート2a,2bの圧力に応じた信号をコントローラ6へ出力する。
図9は、本実施例における両傾転ポンプ2の校正時の傾転角制御信号、傾転角センサ14の検出値、アンロード弁12の制御信号、および圧力センサ13a,13bで検出した差圧の変化を示す図である。
本実施例では、チャージ油圧源21と、チャージ油圧源21に接続されたチャージ流路22と、チャージ流路22から第1吸吐出ポート2aへの作動油の流れを許容する第1チェック弁23aと、チャージ流路22から第2吸吐出ポート2bへの作動油の流れを許容する第2チェック弁23bと、第1吸吐出ポート2aの圧力が所定の圧力を超えたときに開き、第1吸吐出ポート2aから吐出された作動油をチャージ流路22に排出する第1リリーフ弁10aと、第2吸吐出ポート2bの圧力が所定の圧力を超えたときに開き、第2吸吐出ポート2bから吐出された作動油をチャージ流路22に排出する第2リリーフ弁10bとを備え、コントローラ6は、新規搭載スイッチ15から信号が入力され、第1更新用マップ20aを生成した後に、アンロード弁12の開度を第1更新用マップ20aの生成時よりも小さくし、前記傾転角制御信号を前記所定のパターンに従って変化させつつ傾転角センサ14の検出値を取得し、前記傾転角制御信号の値と前記検出値とを対応付けた第2更新用マップ20bを生成し、第1更新用マップ20aおよび第2更新用マップ20bで前記制御マップを更新し、新規搭載スイッチ15から信号が入力されていないときは、第1圧力センサ13aおよび第2圧力センサ13bで検出した第1吸吐出ポート2aと第2吸吐出ポート2bとの差圧に応じて第1更新用マップ20aと第2更新用マップ20bとを補間することにより、前記目標傾転角を前記傾転角制御信号に変換する。
図1において、両傾転ポンプ2はエンジン1によって駆動されており、両傾転ポンプ2の吐出流量はエンジン1の回転数に比例する。両傾転ポンプ2の内部構成部品の慣性力により、エンジン回転数に比例して復帰モーメントが増大する特性がある。そのため、校正時のエンジン回転数と実稼働時のエンジン回転数とが異なると、生成した制御マップに誤差が生じ、建設機械の操作性が低下する。
図11は、本実施例におけるコントローラ6の機能ブロック図である。図11において、コントローラ6のエンジン制御部6fは、新規搭載スイッチ15の値を取得し、新規搭載スイッチ15が有効になると、エンジンコントロールダイヤル18の操作に関わらず、エンジン1の目標回転数を最高回転数に設定し、エンジン1へ回転数制御指令を出力する機能を備える。
本実施例に係る建設機械100は、両傾転ポンプ2を駆動するエンジン1と、エンジン1の目標回転数を設定するエンジンコントロールダイヤル18とを備え、コントローラ6は、新規搭載スイッチ15からから信号が入力された場合は、エンジンコントロールダイヤル18の設定に関わらず、エンジン1の回転数が最大回転数となるように制御する。
両傾転ポンプ2には製造ばらつきがあるため、両傾転ポンプ2を新規搭載した場合だけでなく、メンテナンスで両傾転ポンプ2を交換した際にも再度校正しないと、制御マップに誤差が生じる。
図12は、本実施例におけるコントローラ6の機能ブロック図である。図12において、コントローラ6は、メンテナンススイッチ16およびディスプレイ17と信号線を介して接続されている。コントローラ6は、表示生成部6gを更に備えている。メンテナンススイッチ16は、両傾転ポンプ2を交換する際にメンテナンス員によって操作される。メンテナンススイッチ16の信号は、学習指令生成部6a、表示生成部6g、およびエンジン制御部6fに入力される。
本実施例に係る建設機械は、両傾転ポンプ2の交換時に操作されるメンテナンススイッチ16を備え、コントローラ6は、メンテナンススイッチ16から信号が入力された場合に、新規搭載スイッチ15から信号が入力された場合と同様に両傾転ポンプ2の校正を行う。
両傾転ポンプ2が長時間稼働すると、内部部品の摩耗等によって新品と流量制御特性が変化する。そのため、制御マップに誤差が生じる。
図13は、本実施例におけるコントローラ6の機能ブロック図である。図13において、コントローラ6は、経年劣化推定部6hを更に備える。経年劣化推定部6hは、傾転角センサ14で検出した傾転角と、制御マップにおいて傾転角制御信号に対応する目標傾転角とを比較し、誤差を算出する。この誤差は、両傾転ポンプ2が経年劣化するにつれて大きくなる。
本実施例に係る建設機械100は、コントローラ6によって制御されるディスプレイ17を備え、コントローラ6は、新規搭載スイッチ15またはメンテナンススイッチ16の信号が入力されていない場合に、両傾転ポンプ2の目標傾転角と傾転角センサ14で検出した傾転角との差分が所定の閾値を超えたときは、両傾転ポンプ2の再校正が必要である旨のメッセージをディスプレイ17に表示させる。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。
Claims (6)
- 両傾転ポンプと、
油圧アクチュエータと、
前記両傾転ポンプの第1吸吐出ポートと前記油圧アクチュエータの第1油室とを接続する第1流路と、
前記両傾転ポンプの第2吸吐出ポートと前記油圧アクチュエータの第2油室とを接続する第2流路と、
前記第1流路および前記第2流路を開閉可能な切換弁と、
前記両傾転ポンプの傾転角を制御するレギュレータと、
前記油圧アクチュエータの動作を指示するための操作レバーと、
前記操作レバーから入力される操作信号に基づいて前記切換弁を開閉制御し、前記操作信号に基づいて前記両傾転ポンプの目標傾転角を決定し、前記目標傾転角と前記レギュレータへ出力する傾転角制御信号とを対応付けた制御マップを元に前記目標傾転角を前記傾転角制御信号に変換し、前記傾転角制御信号を前記レギュレータへ出力するコントローラとを備えた建設機械において、
前記第1吸吐出ポートと前記第2吸吐出ポートとを接続する連通流路と、
前記連通流路に設けられ、前記コントローラからの制御信号に応じて開位置と閉位置との間で切り換えられるアンロード弁と、
前記両傾転ポンプの傾転角を検出する傾転角センサと、
前記両傾転ポンプの新規搭載時に操作される新規搭載スイッチとを備え、
前記コントローラは、前記新規搭載スイッチから信号が入力された場合に、前記切換弁へ閉信号を出力し、前記アンロード弁へ開信号を出力し、前記傾転角制御信号を所定のパターンに従って変化させつつ前記傾転角センサの検出値を取得し、前記検出値と前記傾転角制御信号とを対応付けた第1更新用マップを生成し、前記第1更新用マップで前記制御マップを更新する
ことを特徴とする建設機械。 - 請求項1に記載の建設機械において、
前記第1吸吐出ポートの圧力を検出する第1圧力センサと、
前記第2吸吐出ポートの圧力を検出する第2圧力センサと、
チャージ油圧源と、
前記チャージ油圧源に接続されたチャージ流路と、
前記チャージ流路から前記第1吸吐出ポートへの作動油の流れを許容する第1チェック弁と、
前記チャージ流路から前記第2吸吐出ポートへの作動油の流れを許容する第2チェック弁と、
前記第1吸吐出ポートの圧力が所定の圧力を超えたときに開き、前記第1吸吐出ポートから吐出された作動油を前記チャージ流路に排出する第1リリーフ弁と、
前記第2吸吐出ポートの圧力が所定の圧力を超えたときに開き、前記第2吸吐出ポートから吐出された作動油を前記チャージ流路に排出する第2リリーフ弁とを備え、
前記コントローラは、
前記新規搭載スイッチから信号が入力された場合は、前記第1更新用マップを生成した後に、前記アンロード弁へ閉信号を出力し、前記傾転角制御信号を前記所定のパターンに従って変化させつつ前記傾転角センサの検出値を取得し、前記検出値と前記傾転角制御信号とを対応付けた第2更新用マップを生成し、前記第1更新用マップおよび前記第2更新用マップで前記制御マップを更新し、
前記新規搭載スイッチから信号が入力されていない場合は、前記第1圧力センサおよび前記第2圧力センサで検出した前記第1吸吐出ポートと前記第2吸吐出ポートとの差圧に応じて前記第1更新用マップと前記第2更新用マップとを補間することにより、前記目標傾転角を前記傾転角制御信号に変換する。
ことを特徴とする建設機械。 - 請求項2に記載の建設機械において、
前記アンロード弁は、前記開位置と前記閉位置との間で開度が制御可能であり、
前記コントローラは、前記第2更新用マップを生成する際に前記第1リリーフ弁または前記第2リリーフ弁が開いた場合は、前記第1圧力センサで検出した前記第1吸吐出ポートの圧力と前記第2圧力センサで検出した前記第2吸吐出ポートの圧力との差圧が一定となるように前記アンロード弁の開度を制御する
ことを特徴とする建設機械。 - 請求項1に記載の建設機械において、
前記両傾転ポンプを駆動するエンジンと、
前記エンジンの目標回転数を設定するエンジンコントロールダイヤルとを備え、
前記コントローラは、前記新規搭載スイッチから信号が入力された場合は、前記エンジンコントロールダイヤルの設定に関わらず、前記エンジンの回転数が最大回転数となるように制御する
ことを特徴とする建設機械。 - 請求項1に記載の建設機械において、
前記両傾転ポンプの交換時に操作されるメンテナンススイッチを備え、
前記コントローラは、前記メンテナンススイッチから信号が入力された場合に、前記新規搭載スイッチから信号が入力された場合と同様に前記両傾転ポンプの校正を行う
ことを特徴とする建設機械。 - 請求項5に記載の建設機械において、
前記コントローラによって制御されるディスプレイを備え、
前記コントローラは、前記新規搭載スイッチまたは前記メンテナンススイッチから信号が入力されていない場合に、前記目標傾転角と前記傾転角センサで検出した傾転角との差分が所定の閾値を超えたときは、前記両傾転ポンプの再校正が必要である旨のメッセージを前記ディスプレイに表示させる
ことを特徴とする建設機械。
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