KR101972426B1 - 제어 시스템, 작업 기계, 및 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 제어 시스템은, 유압 실린더의 작동유의 압력을 나타내는 실린더압 데이터를 취득하는 실린더압 데이터 취득부와, 조작 장치의 조작량 데이터를 취득하는 조작량 데이터 취득부와, 실린더압 데이터와 조작량 데이터에 기초하여, 통로가 폐쇄되어 있는 분리 상태에 있어서 제1 유압 펌프로부터 토출되는 작동유의 유량을 나타내는 제1 펌프 유량 및 제2 유압 펌프로부터 토출되는 작동유의 유량을 나타내는 제2 펌프 유량을 산출하는 펌프 유량 산출부와, 제1 펌프 유량 및 제2 펌프 유량에 기초하여, 제1 유압 펌프 및 제2 유압 펌프를 제어하는 펌프 제어부를 구비한다.

Description

제어 시스템, 작업 기계, 및 제어 방법{CONTROL SYSTEM, WORK MACHINE, AND CONTROL METHOD}
본 발명은, 제어 시스템, 작업 기계(work machine), 및 제어 방법에 관한 것이다.
유압 셔블(hydraulic shovel)과 같은 작업 기계는, 버킷(bucket)과 암(arm)과 붐(boom)을 가지는 작업기를 구비한다. 작업기를 구동시키는 유압(油壓)의 구동원으로서, 복수의 유압 펌프가 작업 기계에 탑재된다.
특허 문헌 1에는, 제1 유압 펌프로부터 토출된 작동유(operating oil)와 제2 유압 펌프로부터 토출된 작동유와의 합류 및 분리를 전환하는 합분류(合分流) 밸브를 구비하는 유압 회로가 개시되어 있다. 제1 유압 펌프와 제2 유압 펌프가 합류 상태에 있어서는, 제1 유압 펌프로부터 토출된 작동유와 제2 유압 펌프로부터 토출된 작동유가 합분류 밸브에 의해 합류된 후, 복수의 유압 실린더에 분배된다. 제1 유압 펌프와 제2 유압 펌프가 분리 상태에 있어서는, 제1 유압 펌프로부터 토출(吐出)되는 작동유에 의해 붐 실린더가 작동하고, 제2 유압 펌프로부터 토출되는 작동유에 의해 버킷 실린더 및 암 실린더가 작동한다.
특허 문헌 2에는, 주조작(主操作) 밸브와 유압 액추에이터와의 사이에 압력 보상 밸브를 설치하고, 제1 유압 펌프와 제2 유압 펌프가 합류 상태에 있어서, 복수의 유압 실린더의 각각에 접속되는 주조작 밸브의 전후 차압(差壓)을 균일화하는 기술이 개시되어 있다. 복수의 주조작 밸브의 전후 차압이 균일화되는 것에 의해, 조작 장치의 조작량에 따른 유량(流量)과 작동유가 유압 실린더에 공급되므로, 조작 장치의 조작성의 저하가 억제된다.
일본 공개특허 평03-260401호 공보 국제 공개 제2005/047709호
제1 유압 펌프와 제2 유압 펌프가 분리 상태에 있어서, 제1 유압 펌프 및 제2 유압 펌프로부터 토출되는 작동유의 압력을 나타내는 펌프압에 기초하여 제1 유압 펌프 및 제2 유압 펌프가 제어되면, 작업기를 구동시키기 위해 필요한 유량의 작동유가 유압 실린더에 충분히 공급되지 않을 가능성이 있다. 그 결과, 합류 상태로부터 분리 상태로 전환되었을 때, 작업기는 충분한 속도 및 응답성으로 작동할 수 없어, 작업 기계의 작업 효율이 저하된다.
본 발명의 태양(態樣)은, 분리 시에 있어서도 충분한 속도 및 응답성으로 작업기를 제어할 수 있는 제어 시스템, 작업 기계, 및 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 작업기 및 상기 작업기를 구동시키는 복수의 유압 실린더를 구비하는 작업 기계를 제어하는 제어 시스템으로서, 상기 유압 실린더에 공급되는 작동유를 토출하는 제1 유압 펌프 및 제2 유압 펌프와, 상기 제1 유압 펌프와 상기 제2 유압 펌프를 접속하는 통로와, 상기 통로에 설치되어 상기 통로를 개폐하는 개폐 장치와, 상기 유압 실린더를 구동시키기 위해 조작되는 조작 장치와, 상기 유압 실린더의 상기 작동유의 압력을 나타내는 실린더압 데이터를 취득하는 실린더압 데이터 취득부와, 상기 조작 장치의 조작량 데이터를 취득하는 조작량 데이터 취득부와, 상기 실린더압 데이터와 상기 조작량 데이터에 기초하여, 상기 통로가 폐쇄되어 있는 분리 상태에 있어서 상기 제1 유압 펌프로부터 토출되는 상기 작동유의 유량을 나타내는 제1 펌프 유량 및 상기 제2 유압 펌프로부터 토출되는 상기 작동유의 유량을 나타내는 제2 펌프 유량을 산출하는 펌프 유량 산출부와, 상기 제1 펌프 유량 및 상기 제2 펌프 유량에 기초하여, 상기 제1 유압 펌프 및 상기 제2 유압 펌프를 제어하는 펌프 제어부를 구비하는 제어 시스템이 제공된다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 제1 태양의 제어 시스템을 구비하는 작업 기계가 제공된다.
본 발명의 제3 태양에 따르면, 작업기 및 상기 작업기를 구동시키는 복수의 유압 실린더를 구비하는 작업 기계를 제어하는 제어 방법으로서, 상기 유압 실린더에 공급되는 작동유를 제1 유압 펌프 및 제2 유압 펌프로부터 토출하는 것과, 상기 유압 실린더의 상기 작동유의 압력을 나타내는 실린더압 데이터를 취득하는 것과, 상기 유압 실린더를 구동시키기 위해 조작되는 조작 장치의 조작량 데이터를 취득하는 것과, 상기 실린더압 데이터와 상기 조작량 데이터에 기초하여, 상기 제1 유압 펌프와 상기 제2 유압 펌프를 접속하는 통로가 개폐 장치에 의해 폐쇄되어 있는 분리 상태에 있어서 상기 제1 유압 펌프로부터 토출되는 상기 작동유의 유량을 나타내는 제1 펌프 유량 및 상기 제2 유압 펌프로부터 토출되는 상기 작동유의 유량을 나타내는 제2 펌프 유량을 산출하는 것과, 상기 제1 펌프 유량 및 상기 제2 펌프 유량에 기초하여, 상기 제1 유압 펌프 및 상기 제2 유압 펌프를 제어하는 것을 포함하는 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 태양에 의하면, 충분한 속도 및 응답성으로 작업기를 제어할 수 있는 제어 시스템, 작업 기계, 및 제어 방법이 제공된다.
도 1은, 제1 실시형태에 관한 작업 기계의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 2는, 제1 실시형태에 관한 작업 기계의 제어 시스템의 일례를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은, 제1 실시형태에 관한 작업 기계의 유압 회로의 일례를 나타낸 도면이다.
도 4는, 제1 실시형태에 관한 작업 기계의 펌프 컨트롤러의 일례를 나타낸 기능 블록도이다.
도 5는, 제1 실시형태에 관한 제어 방법의 일례를 나타낸 플로우차트이다.
도 6은, 제1 실시형태에 관한 작업 기계의 유압 회로의 주요부를 나타낸 도면이다.
도 7은, 제1 실시형태에 관한 유압 펌프 및 유압 실린더의 유량, 유압 펌프의 토출 압력, 및 레버 스트로크가 시간에 따라서 변화하는 일례를 나타낸 도면이다.
도 8은, 비교예에 관한 유압 펌프 및 유압 실린더의 유량, 유압 펌프의 토출 압력, 및 레버 스트로크가 시간에 따라서 변화하는 일례를 나타낸 도면이다.
도 9는, 제2 실시형태에 관한 작업 기계의 펌프 컨트롤러의 일례를 나타낸 기능 블록도이다.
도 10은, 비교예에 관한 유압 펌프 및 유압 실린더의 유량, 및 유압 펌프의 토출 압력이 시간에 따라서 변화하는 일례를 나타낸 도면이다.
도 11은, 비교예에 관한 유압 펌프 및 유압 실린더의 유량, 및 유압 펌프의 토출 압력이 시간에 따라서 변화하는 일례를 나타낸 도면이다.
도 12는, 제2 실시형태에 관한 유압 펌프 및 유압 실린더의 유량, 및 유압 펌프의 토출 압력이 시간에 따라서 변화하는 일례를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 관한 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 이하에서 설명하는 실시형태의 구성 요소는 적절히 조합시키는 것이 가능하다. 또한, 일부의 구성 요소를 이용하지 않는 경우도 있다.
<제1 실시형태>
[작업 기계]
도 1은, 본 실시형태에 관한 작업 기계(100)의 일례를 나타낸 사시도이다. 본 실시형태에 있어서는, 작업 기계(100)가 하이브리드 방식의 유압 셔블인 예에 대하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 작업 기계(100)를 적절히, 유압 셔블(100)이라고 한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 유압 셔블(100)은, 유압에 의해 작동하는 작업기(1)와, 작업기(1)를 지지하는 선회체(旋回體)인 상부 선회체(2)와, 상부 선회체(2)를 지지하는 하부 주행체(3)와, 유압 셔블(100)을 구동시키는 구동 장치(4)와, 작업기(1)를 조작하기 위한 조작 장치(5)를 구비한다.
상부 선회체(2)는, 선회축(RX)을 중심으로 선회할 수 있다. 상부 선회체(2)는, 오퍼레이터가 탑승하는 운전실(6)과, 기계실(7)을 가진다. 오퍼레이터가 착석하는 운전석(6S)이 운전실(6)에 설치된다. 기계실(7)은, 운전실(6)의 후방에 배치된다. 엔진 및 유압 펌프 등을 포함하는 구동 장치(4) 중 적어도 일부는, 기계실(7)에 배치된다. 하부 주행체(3)는, 한 쌍의 크롤러(crawlers)(8)를 가진다. 크롤러(8)의 회전에 의해, 유압 셔블(100)이 주행한다. 그리고, 하부 주행체(3)가 차륜(타이어)이라도 된다.
작업기(1)는, 상부 선회체(2)에 지지된다. 작업기(1)는, 버킷(11)과, 버킷(11)에 연결되는 암(12)과, 암(12)에 연결되는 붐(13)을 가진다. 버킷(11)과 암(12)은 버킷 핀(bucket pin)을 통하여 연결된다. 버킷(11)은, 회전축 AX1을 중심으로 회전 가능하게 암(12)에 지지된다. 암(12)과 붐(13)은 암 핀(arm pin)을 통하여 연결된다. 암(12)은, 회전축 AX2를 중심으로 회전 가능하게 붐(13)에 지지된다. 붐(13)과 상부 선회체(2)는 붐 핀(boom pin)을 통하여 연결된다. 붐(13)은, 회전축 AX3를 중심으로 회전 가능하게 상부 선회체(2)에 지지된다. 상부 선회체(2)는, 선회축 RX를 중심으로 회전 가능하도록, 하부 주행체(3)에 의해 지지된다.
회전축 AX1과, 회전축 AX2와, 회전축 AX3과는 평행이다. 회전축 AX1, AX2, AX3과, 선회축 RX와 평행한 축과는 직교한다. 이하의 설명에 있어서는, 회전축 AX1, AX2, AX3과 평행한 방향을 적절히, 상부 선회체(2)의 차폭 방향이라고 하고, 선회축 RX를 평행한 방향을 적절히, 상부 선회체(2)의 상하 방향이라고 하고, 회전축 AX1, AX2, AX3 및 선회축 RX의 양쪽과 직교하는 방향을 적절히, 상부 선회체(2)의 전후 방향이라고 한다. 선회축 RX를 기준으로 하여 작업기(1)가 존재하는 방향이 전방향(前方向)이다. 선회축 RX를 기준으로 하여 기계실(7)이 존재하는 방향이 후방향이다.
구동 장치(4)는, 작업기(1)를 구동시키는 유압 실린더(20)와, 상부 선회체(2)를 선회(旋回)시키는 동력을 발생하는 전동 선회 모터(25)를 가진다. 유압 실린더(20)는, 작동유에 의해 구동된다. 유압 실린더(20)는, 버킷(11)을 구동시키는 버킷 실린더(21)와, 암(12)을 구동시키는 암 실린더(22)와, 붐(13)을 구동시키는 붐 실린더(23)를 포함한다. 상부 선회체(2)는, 하부 주행체(3)에 지지된 상태에서, 전동 선회 모터(25)가 발생하는 동력에 의해 선회축 RX를 중심으로 선회할 수 있다.
조작 장치(5)는, 운전실(6)에 배치된다. 조작 장치(5)는, 유압 셔블(100)의 오퍼레이터에 의해 조작된다. 조작 장치(5)는, 유압 실린더(20)를 구동시키기 위해 조작된다. 조작 장치(5)는, 조작 레버를 포함한다. 조작 장치(5)가 조작됨으로써, 유압 실린더(20)가 구동되어, 작업기(1)가 구동한다.
[제어 시스템]
도 2는, 실시형태에 관한 유압 셔블(100)의 제어 시스템(9)을 모식적으로 나타낸 도면이다. 제어 시스템(9)은, 구동 장치(4)를 포함한다. 제어 시스템(9)은, 작업기(1) 및 작업기(1)를 구동시키는 복수의 유압 실린더(20)를 구비하는 유압 셔블(100)을 제어한다.
구동 장치(4)는, 구동원인 엔진(26)과, 발전 전동기(27)와, 작동유를 토출하는 유압 펌프(30)를 가진다. 엔진(26)은, 예를 들면, 디젤 엔진이다. 발전 전동기(27)는, 예를 들면, 스위치드 릴럭턴스(switched reluctance) 모터이다. 그리고, 발전 전동기(27)는, PM(Permanent Magnet) 모터라도 된다. 유압 펌프(30)는, 가변(可變) 용량형 유압 펌프이다. 본 실시형태에 있어서, 유압 펌프(30)는, 경사판식 유압 펌프이다. 유압 펌프(30)는, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)를 포함한다. 엔진(26)의 출력축은, 발전 전동기(27) 및 유압 펌프(30)와 기계적으로 결합된다. 엔진(26)이 구동함으로써, 발전 전동기(27) 및 유압 펌프(30)가 작동한다. 그리고, 발전 전동기(27)는, 엔진(26)의 출력축에 기계적으로 직결되어도 되고, PTO(Power Take Off)와 같은 동력 전달 기구(機構)를 통하여 엔진(26)의 출력축에 접속되어도 된다.
구동 장치(4)는, 유압 구동 시스템과 전동 구동 시스템을 포함한다. 유압 구동 시스템은, 유압 펌프(30)와, 유압 펌프(30)로부터 토출된 작동유가 흐르는 유압 회로(40)와, 유압 회로(40)를 통하여 공급된 작동유에 의해 작동하는 유압 실린더(20)와, 주행 모터(24)를 가진다. 주행 모터(24)는, 예를 들면, 유압 펌프(30)로부터 토출되는 작동유에 의해 구동되는 유압 모터이다.
전동 구동 시스템은, 발전 전동기(27)와, 축전기(14)와, 변압기(14C)와, 제1 인버터(15G)와, 제2 인버터(15R)와, 전동 선회 모터(25)를 가진다. 엔진(26)이 구동시키면, 발전 전동기(27)의 로터축(rotor shaft)이 회전한다. 이로써, 발전 전동기(27)는 발전 가능해진다. 축전기(14)는, 예를 들면, 전기 이중층 축전기이다.
하이브리드 컨트롤러(17)는, 변압기(14C)와 제1 인버터(15G) 및 제2 인버터(15R)와의 사이에서 직류 전력을 수수(授受)시킨다. 또한, 하이브리드 컨트롤러(17)는, 변압기(14C)와 축전기(14)와의 사이에서 직류 전력을 수수시킨다. 전동 선회 모터(25)는, 발전 전동기(27) 또는 축전기(14)로부터 공급된 전력에 기초하여 동작하고, 상부 선회체(2)를 선회시키는 동력을 발생한다. 전동 선회 모터(25)는, 예를 들면, 매립 자석 동기(同期) 전동 선회 모터이다. 전동 선회 모터(25)에 회전 센서(16)가 설치된다. 회전 센서(16)는, 예를 들면, 리졸버(resolver) 또는 로터리 인코더이다. 회전 센서(16)는, 전동 선회 모터(25)의 회전 각도 또는 회전 속도를 검출한다.
본 실시형태에 있어서, 전동 선회 모터(25)는, 감속 시에 있어서 회생 에너지를 발생한다. 축전기(14)는, 전동 선회 모터(25)가 발생한 회생 에너지(전기 에너지)에 의해 충전된다. 그리고, 축전기(14)는, 전기 이중층 축전기라도 되고, 니켈 수소 전지 또는 리튬 이온 전지와 같은 2차 전지라도 된다.
구동 장치(4)는, 운전실(6)에 설치된 조작 장치(5)의 조작에 기초하여 동작한다. 조작 장치(5)의 조작량은, 조작량 검출부(28)에 의해 검출된다. 조작량 검출부(28)는, 압력 센서를 포함한다. 조작 장치(5)의 조작량에 따라 발생하는 파일럿 유압이 조작량 검출부(28)에 검출된다. 조작량 검출부(28)는, 압력 센서의 검출 신호를 조작 장치(5)의 조작량으로 환산한다. 그리고, 조작량 검출부(28)는 포텐셔미터(potentiometer)와 같은 전기적 센서를 포함해도 된다. 조작 장치(5)가 전기식 레버를 포함하는 경우, 조작 장치(5)의 조작량에 따라 발생하는 전기 신호가 조작량 검출부(28)에 의해 검출된다.
운전실(6)에는, 스로틀 다이얼(33)이 설치된다. 스로틀 다이얼(33)은, 엔진(26)에 대한 연료 공급량을 설정하기 위한 조작부이다.
제어 시스템(9)은, 하이브리드 컨트롤러(17)와, 엔진(26)을 제어하는 엔진 컨트롤러(18)와, 유압 펌프(30)를 제어하는 펌프 컨트롤러(19)를 포함한다. 하이브리드 컨트롤러(17), 엔진 컨트롤러(18), 및 펌프 컨트롤러(19)는, 컴퓨터 시스템을 포함한다. 하이브리드 컨트롤러(17), 엔진 컨트롤러(18), 및 펌프 컨트롤러(19)는 각각, CPU(Central Processing Unit)와 같은 프로세서와, ROM(Read Only Memory) 또는 RAM(Random Access Memory)과 같은 기억 장치와, 입출력 인터페이스 장치를 가진다. 그리고, 하이브리드 컨트롤러(17), 엔진 컨트롤러(18), 및 펌프 컨트롤러(19)는, 1개의 컨트롤러로 통합되어도 된다.
하이브리드 컨트롤러(17)는, 발전 전동기(27), 전동 선회 모터(25), 축전기(14), 제1 인버터(15G), 및 제2 인버터(15R)의 각각에 설치된 온도 센서의 검출 신호에 기초하여, 발전 전동기(27), 전동 선회 모터(25), 축전기(14), 제1 인버터(15G), 및 제2 인버터(15R)의 온도를 조정한다. 하이브리드 컨트롤러(17)는, 축전기(14)의 충방전 제어, 발전 전동기(27)의 발전 제어, 및 발전 전동기(27)에 의한 엔진(26)의 어시스트 제어를 행한다. 하이브리드 컨트롤러(17)는, 회전 센서(16)의 검출 신호에 기초하여, 전동 선회 모터(25)를 제어한다.
엔진 컨트롤러(18)는, 스로틀 다이얼(33)의 설정값에 기초하여 지령 신호를 생성하고, 엔진(26)에 설치된 코먼 레일 제어부(29)에 출력한다. 코먼 레일 제어부(29)는, 엔진 컨트롤러(18)로부터 송신된 지령 신호에 기초하여, 엔진(26)에 대한 연료 분사량을 조정한다.
펌프 컨트롤러(19)는, 엔진 컨트롤러(18), 하이브리드 컨트롤러(17), 및 조작량 검출부(28) 중 적어도 1개로부터 송신된 지령 신호에 기초하여, 유압 펌프(30)로부터 토출되는 작동유의 유량을 조정하기 위한 지령 신호를 생성한다. 본 실시형태에 있어서, 본 실시형태에 있어서, 유압 펌프(30)는, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)를 포함한다. 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)는, 엔진(26)에 의해 구동된다. 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)는, 유압 실린더(20)에 공급되는 작동유를 토출한다.
펌프 컨트롤러(19)는, 유압 펌프(30)의 경사판(30A)의 경전(傾轉) 각도를 제어하여, 유압 펌프(30)로부터 토출되는 작동유의 유량을 조정한다. 유압 펌프(30)에는, 유압 펌프(30)의 경사판각을 검출하는 경사판각 센서(30S)가 설치되어 있다. 경사판각 센서(30S)는, 제1 유압 펌프(31)의 경사판(31A)의 경전 각도를 검출하는 경사판각 센서(31S)와, 제2 유압 펌프(32)의 경사판(32A)의 경전 각도를 검출하는 경사판각 센서(32S)를 포함한다. 경사판각 센서(30S)의 검출 신호는, 펌프 컨트롤러(19)에 출력된다.
펌프 컨트롤러(19)는, 경사판각 센서(30S)의 검출 신호에 기초하여, 유압 펌프(30)의 펌프 용량(cc/rev)을 산출한다. 유압 펌프(30)에는, 경사판(30A)을 구동시키는 서보 기구가 설치되어 있다. 펌프 컨트롤러(19)는, 서보 기구를 제어하여, 경사판각을 조정한다. 유압 회로(40)에는, 유압 펌프(30)로부터 토출되는 작동유의 압력을 검출하기 위한 압력 센서(84) 및 압력 센서(85)가 설치되어 있다. 압력 센서(84) 및 압력 센서(85)의 검출 신호는, 펌프 컨트롤러(19)에 출력된다. 본 실시형태에 있어서, 엔진 컨트롤러(18)와 펌프 컨트롤러(19)는, CAN(Controller Area Network)과 같은 차내 LAN(Local Area Network)에 의해 접속된다. 차내 LAN에 의해, 엔진 컨트롤러(18)와 펌프 컨트롤러(19)는, 서로 데이터를 주고받을 수 있다. 펌프 컨트롤러(19)는, 유압 회로(40)에 설치되는 각 센서의 검출값을 취득하고, 유압 펌프(30) 등을 제어하기 위한 제어 지령을 출력한다. 펌프 컨트롤러(19)가 실행하는 제어의 자세한 것은 후술한다.
[유압 회로]
도 3은, 본 실시형태에 관한 구동 장치(4)의 유압 회로(40)의 일례를 나타낸 도면이다. 구동 장치(4)는, 버킷 실린더(21)와, 암 실린더(22)와, 붐 실린더(23)와, 버킷 실린더(21) 및 암 실린더(22)에 공급되는 작동유를 토출하는 제1 유압 펌프(31)와, 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유를 토출하는 제2 유압 펌프(32)를 구비한다. 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)로부터 토출된 작동유는, 유압 회로(40)를 흐른다.
유압 회로(40)는, 제1 유압 펌프(31)와 접속되는 제1 펌프 유로(流路; flowpath)(41)와, 제2 유압 펌프(32)와 접속되는 제2 펌프 유로(42)를 가진다. 유압 회로(40)는, 제1 펌프 유로(41)와 접속되는 제1 공급 유로(43) 및 제2 공급 유로(44)와, 제2 펌프 유로(42)와 접속되는 제3 공급 유로(45) 및 제4 공급 유로(46)를 가진다.
제1 펌프 유로(41)는, 제1 분기부(P1)에 있어서, 제1 공급 유로(43)와 제2 공급 유로(44)로 분기(分岐)된다. 제2 펌프 유로(42)는, 제4 분기부(P4)에 있어서, 제3 공급 유로(45)와 제4 공급 유로(46)로 분기된다.
유압 회로(40)는, 제1 공급 유로(43)와 접속되는 제1 분기 유로(47) 및 제2 분기 유로(48)와, 제2 공급 유로(44)와 접속되는 제3 분기 유로(49) 및 제4 분기 유로(50)를 가진다. 제1 공급 유로(43)는, 제2 분기부(P2)에 있어서, 제1 분기 유로(47)와 제2 분기 유로(48)로 분기된다. 제2 공급 유로(44)는, 제3 분기부(P3)에 있어서, 제3 분기 유로(49)와 제4 분기 유로(50)로 분기된다. 유압 회로(40)는, 제3 공급 유로(45)와 접속되는 제5 분기 유로(51)와, 제4 공급 유로(46)와 접속되는 제6 분기 유로(52)를 가진다.
유압 회로(40)는, 조작 장치(5)가 조작됨으로써 발생하는 파일럿 유압에 기초하여, 유압 실린더(20)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량을 조정하는 주조작 밸브(60)를 구비한다. 주조작 밸브(60)는, 버킷 실린더(21)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량을 조정하는 제1 주조작 밸브(61)와, 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량을 조정하는 제2 주조작 밸브(62)와, 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량을 조정하는 제3 주조작 밸브(63)를 포함한다.
제1 주조작 밸브(61)는, 제1 분기 유로(47) 및 제3 분기 유로(49)와 접속된다. 제2 주조작 밸브(62)는, 제2 분기 유로(48) 및 제4 분기 유로(50)와 접속된다. 제3 주조작 밸브(63)는, 제5 분기 유로(51) 및 제6 분기 유로(52)와 접속된다.
유압 회로(40)는, 제1 주조작 밸브(61)와 버킷 실린더(21)의 캡측 공간(21C)을 접속하는 제1 버킷 유로(21A)와, 제1 주조작 밸브(61)와 버킷 실린더(21)의 로드측 공간(21L)을 접속하는 제2 버킷 유로(21B)를 가진다.
유압 회로(40)는, 제2 주조작 밸브(62)와 암 실린더(22)의 로드측 공간(22L)을 접속하는 제1 암 유로(22A)와, 제2 주조작 밸브(62)와 암 실린더(22)의 캡측 공간(22C)을 접속하는 제2 암 유로(22B)를 가진다.
유압 회로(40)는, 제3 주조작 밸브(63)와 붐 실린더(23)의 캡측 공간(23C)을 접속하는 제1 붐 유로(23A)와, 제3 주조작 밸브(63)와 붐 실린더(23)의 로드측 공간(23L)을 접속하는 제2 붐 유로(23B)를 가진다.
유압 실린더(20)의 캡측 공간이란, 실린더 헤드 커버와 피스톤과의 사이의 공간이다. 유압 실린더(20)의 로드측 공간이란, 피스톤 로드가 배치되는 공간이다.
버킷 실린더(21)의 캡측 공간(21C)에 작동유가 공급되고, 버킷 실린더(21)가 신장되는 것에 의해, 버킷(11)은 굴삭 동작한다. 버킷 실린더(21)의 로드측 공간(21L)에 작동유가 공급되고, 버킷 실린더(21)가 축퇴(縮退)함으로써, 버킷(11)은 덤프 동작한다.
암 실린더(22)의 캡측 공간(22C)에 작동유가 공급되고, 암 실린더(22)가 신장되는 것에 의해, 암(12)은 굴삭 동작한다. 암 실린더(22)의 로드측 공간(22L)에 작동유가 공급되고, 암 실린더(22)가 축퇴함으로써, 암(12)은 덤프 동작한다.
붐 실린더(23)의 캡측 공간(23C)에 작동유가 공급되고, 붐 실린더(23)가 신장되는 것에 의해, 붐(13)은 상승 동작한다. 붐 실린더(23)의 로드측 공간(23L)에 작동유가 공급되고, 붐 실린더(23)가 축퇴함으로써, 붐(13)은 하강 동작한다.
조작 장치(5)의 조작에 의해, 작업기(1)가 동작한다. 본 실시형태에 있어서, 조작 장치(5)는, 운전석(6S)에 착석한 오퍼레이터의 우측에 배치되는 우측 조작 레버(5R)와, 좌측에 배치되는 좌측 조작 레버(5L)를 포함한다. 우측 조작 레버(5R)가 전후 방향으로 조작되면, 붐(13)은 하강 동작 또는 상승 동작한다. 우측 조작 레버(5R)가 좌우 방향(차폭 방향)으로 조작되면, 버킷(11)은 굴삭 동작 또는 덤프 동작한다. 좌측 조작 레버(5L)가 전후 방향으로 조작되면, 암(12)은 덤프 동작 또는 굴삭 동작한다. 좌측 조작 레버(5L)가 좌우 방향으로 조작되면, 상부 선회체(2)는 좌측 선회 또는 우측 선회한다. 좌측 조작 레버(5L)가 전후 방향으로 조작되었을 경우에 상부 선회체(2)가 우측 선회 또는 좌측 선회하고, 좌측 조작 레버(5L)가 좌우 방향으로 조작되었을 경우에 암(12)이 덤프 동작 또는 굴삭 동작해도 된다.
제1 유압 펌프(31)의 경사판(31A)은, 서보 기구(31B)에 의해 구동된다. 서보 기구(31B)는, 펌프 컨트롤러(19)로부터의 지령 신호에 기초하여 작동하여, 제1 유압 펌프(31)의 경사판(31A)의 경전 각도를 조정한다. 제1 유압 펌프(31)의 경사판(31A)의 경전 각도가 조정되는 것에 의해, 제1 유압 펌프(31)의 펌프 용량(cc/rev)이 조정된다. 마찬가지로, 제2 유압 펌프(32)의 경사판(32A)은, 서보 기구(32B)에 의해 구동된다. 제2 유압 펌프(32)의 경사판(32A)의 경전 각도가 조정되는 것에 의해, 제2 유압 펌프(32)의 펌프 용량(cc/rev)이 조정된다.
제1 주조작 밸브(61)는, 제1 유압 펌프(31)로부터 버킷 실린더(21)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량을 조정하는 방향 제어 밸브이다. 제2 주조작 밸브(62)는, 제1 유압 펌프(31)로부터 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량을 조정하는 방향 제어 밸브이다. 제3 주조작 밸브(63)는, 제2 유압 펌프(32)로부터 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량을 조정하는 방향 제어 밸브이다.
제1 주조작 밸브(61)는, 슬라이딩 스풀(sliding spool) 방식의 방향 제어 밸브이다. 제1 주조작 밸브(61)의 스풀은, 버킷 실린더(21)에 대한 작동유의 공급을 정지하여 버킷 실린더(21)를 정지시키는 정지(停止) 위치 PT0와, 캡측 공간(21C)에 작동유가 공급되도록 제1 분기 유로(47)와 제1 버킷 유로(21A)를 접속하여 버킷 실린더(21)를 신장시키는 제1 위치 PT1과, 로드측 공간(21L)에 작동유가 공급되도록 제3 분기 유로(49)와 제2 버킷 유로(21B)를 접속하여 버킷 실린더(21)를 축퇴시키는 제2 위치 PT2를 이동할 수 있다. 버킷 실린더(21)가 정지 상태, 신장(伸長) 상태, 및 축퇴 상태 중 적어도 하나로 되도록, 제1 주조작 밸브(61)가 조작된다.
제2 주조작 밸브(62)는, 제1 주조작 밸브(61)와 동등한 구조이다. 제2 주조작 밸브(62)의 스풀은, 암 실린더(22)에 대한 작동유의 공급을 정지하여 암 실린더(22)를 정지시키는 정지 위치 PT0와, 캡측 공간(22C)에 작동유가 공급되도록 제4 분기 유로(50)와 제2 암 유로(22B)를 접속하여 암 실린더(22)를 신장시키는 제2 위치 PT2와, 로드측 공간(22L)에 작동유가 공급되도록 제2 분기 유로(48)와 제1 암 유로(22A)를 접속하여 암 실린더(22)를 축퇴시키는 제1 위치 PT1을 이동할 수 있다. 암 실린더(22)가 정지 상태, 신장 상태, 및 축퇴 상태 중 적어도 하나로 되도록, 제2 주조작 밸브(62)가 조작된다.
제3 주조작 밸브(63)는, 제1 주조작 밸브(61)와 동등한 구조이다. 제3 주조작 밸브(63)의 스풀은, 붐 실린더(23)에 대한 작동유의 공급을 정지하여 붐 실린더(23)를 정지시키는 정지 위치 PT0와, 캡측 공간(23C)에 작동유가 공급되도록 제5 분기 유로(51)와 제1 붐 유로(23A)를 접속하여 붐 실린더(23)를 신장시키는 제1 위치 PT1과, 로드측 공간(23L)에 작동유가 공급되도록 제6 분기 유로(52)와 제2 붐 유로(23B)를 접속하여 붐 실린더(23)를 축퇴시키는 제2 위치 PT2를 이동할 수 있다. 붐 실린더(23)가 정지 상태, 신장 상태, 및 축퇴 상태 중 적어도 하나로 되도록, 제3 주조작 밸브(63)가 조작된다.
제1 주조작 밸브(61)는, 조작 장치(5)에 의해 조작된다. 조작 장치(5)가 조작되는 것에 의해 파일럿 유압이 제1 주조작 밸브(61)에 작용하고, 제1 주조작 밸브(61)로부터 버킷 실린더(21)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량이 결정된다. 본 실시형태에 있어서, 조작 장치(5)는, 파일럿 유압 방식의 조작 레버를 포함한다. 조작 장치(5)가 조작되는 것에 의해 파일럿 유압이 발생한다. 파일럿 유압이 제1 주조작 밸브(61)에 작용함으로써, 제1 주조작 밸브(61)의 스풀이 파일럿 유압에 따른 거리만큼 이동한다. 제1 주조작 밸브(61)는, 조작 장치(5)가 조작됨으로써 발생하는 파일럿 유압에 기초하여, 스풀을 이동시키고, 버킷 실린더(21)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량을 조정한다. 버킷 실린더(21)에 공급되는 작동유의 방향에 대응하는 이동 방향으로 버킷 실린더(21)가 동작하고, 버킷 실린더(21)에 공급되는 작동유의 유량에 대응하는 실린더 속도로 버킷 실린더(21)가 동작한다.
마찬가지로, 제2 주조작 밸브(62)는, 조작 장치(5)에 의해 조작된다. 조작 장치(5)가 조작되는 것에 의해 파일럿 유압이 제2 주조작 밸브(62)에 작용하고, 제2 주조작 밸브(62)로부터 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량이 결정된다. 제2 주조작 밸브(62)는, 조작 장치(5)가 조작됨으로써 발생하는 파일럿 유압에 기초하여, 스풀을 이동시키고, 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량을 조정한다. 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 방향에 대응하는 이동 방향으로 암 실린더(22)가 동작하고, 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 유량에 대응하는 실린더 속도로 암 실린더(22)가 동작한다.
마찬가지로, 제3 주조작 밸브(63)는, 조작 장치(5)에 의해 조작된다. 조작 장치(5)가 조작되는 것에 의해 파일럿 유압이 제3 주조작 밸브(63)에 작용하고, 제3 주조작 밸브(63)로부터 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량이 결정된다. 제3 주조작 밸브(63)는, 조작 장치(5)가 조작됨으로써 발생하는 파일럿 유압에 기초하여, 스풀을 이동시키고, 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량을 조정한다. 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 방향에 대응하는 이동 방향으로 붐 실린더(23)가 작동하고, 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 유량에 대응하는 실린더 속도로 붐 실린더(23)가 동작한다.
조작량 검출부(28)는, 제1 주조작 밸브(61)를 작동시키기 위한 파일럿 유압을 검출하는 압력 센서(86)와, 제2 주조작 밸브(62)를 작동시키기 위한 파일럿 유압을 검출하는 압력 센서(87)와, 제3 주조작 밸브(63)를 작동시키기 위한 파일럿 유압을 검출하는 압력 센서(88)를 포함한다.
조작량 검출부(28)는, 압력 센서(86)의 검출 신호에 기초하여, 버킷 실린더(21)를 구동시키기 위한 조작 장치(5)의 조작량을 산출한다. 압력 센서(86)의 검출 신호의 값과 조작 장치(5)의 조작량과는 상관한다. 조작량 검출부(28)에는, 압력 센서(86)의 검출 신호의 값과 조작 장치(5)의 조작량과의 관계를 나타내는 상관 데이터가 기억되어 있다. 조작량 검출부(28)는, 압력 센서(86)의 검출 신호와 상관 데이터에 기초하여, 버킷 실린더(21)를 구동시키기 위한 조작 장치(5)의 조작량을 산출한다.
마찬가지로, 조작량 검출부(28)는, 압력 센서(87)의 검출 신호에 기초하여, 암 실린더(22)를 구동시키기 위한 조작 장치(5)의 조작량을 산출한다.
마찬가지로, 조작량 검출부(28)는, 압력 센서(88)의 검출 신호에 기초하여, 붐 실린더(23)를 구동시키기 위한 조작 장치(5)의 조작량을 산출한다.
버킷 실린더(21)가 동작함으로써, 버킷 실린더(21)의 이동 방향 및 실린더 속도에 기초하여 버킷(11)이 구동된다. 암 실린더(22)가 작동함으로써, 암 실린더(22)의 이동 방향 및 실린더 속도에 기초하여 암(12)이 구동된다. 붐 실린더(23)가 동작함으로써, 붐 실린더(23)의 이동 방향 및 실린더 속도에 기초하여 붐(13)이 구동된다.
버킷 실린더(21), 암 실린더(22), 및 붐 실린더(23)로부터 배출된 작동유는, 배출 유로(53)를 통하여, 탱크(54)로 배출된다.
본 실시형태에 있어서, 배출 유로(53)에는, 유압 회로(40)의 작동유의 압력 상승을 방지하는 릴리프(relief) 밸브(90)가 설치되어 있다. 유압 회로(40)의 작동유의 압력이 규정값보다 상승하면, 릴리프 밸브(90)가 작동하여, 릴리프 밸브(90)를 통하여 작동유가 유압 회로(40)로부터 배출된다.
제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)는, 합류 유로(55)에 의해 접속된다. 합류 유로(55)는, 제1 유압 펌프(31)와 제2 유압 펌프(32)를 접속하는 통로이다. 합류 유로(55)는, 제1 펌프 유로(41) 및 제2 펌프 유로(42)를 통하여, 제1 유압 펌프(31)와 제2 유압 펌프(32)를 접속한다.
유압 회로(40)는, 제1 합분류 밸브(67)를 가진다. 제1 합분류 밸브(67)는, 합류 유로(55)에 설치된다. 제1 합분류 밸브(67)는, 합류 유로(55)를 개폐하는 개폐 장치이다. 제1 합분류 밸브(67)는, 펌프 컨트롤러(19)에 의해 제어된다.
제1 합분류 밸브(67)는, 합류 유로(55)를 개폐함으로써, 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)가 접속되는 합류 상태와, 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)가 분리되는 분리 상태를 전환한다. 합류 상태는, 제1 합분류 밸브(67)에 의해 합류 유로(55)가 개방되어 있는 상태를 포함한다. 분리 상태는, 제1 합분류 밸브(67)에 의해 합류 유로(55)가 폐쇄되어 있는 상태를 포함한다.
합류 상태란, 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)가 합류 유로(55)를 통하여 접속되고, 제1 펌프 유로(41)로부터 토출된 작동유와 제2 펌프 유로(42)로부터 토출된 작동유가 제1 합분류 밸브(67)에 있어서 합류하는 상태를 말한다. 합류 상태에 있어서는, 제1 유압 펌프(31)로부터 토출된 작동유 및 제2 유압 펌프(32)로부터 토출된 작동유는, 버킷 실린더(21), 암 실린더(22), 및 붐 실린더(23)의 각각에 공급된다.
분리 상태란, 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)를 접속하는 합류 유로(55)가 제1 합분류 밸브(67)에 의해 분리되고, 제1 펌프 유로(41)로부터 토출된 작동유와 제2 펌프 유로(42)로부터 토출된 작동유가 분리된 상태를 말한다. 분리 상태에 있어서는, 제1 유압 펌프(31)로부터 토출된 작동유는, 버킷 실린더(21) 및 암 실린더(22)에 공급되고, 붐 실린더(23)에는 공급되지 않는다. 또한, 분리 상태에 있어서는, 제2 유압 펌프(32)로부터 토출된 작동유는, 붐 실린더(23)에 공급되고, 버킷 실린더(21) 및 암 실린더(22)에는 공급되지 않는다.
제1 합분류 밸브(67)의 스풀은, 합류 유로(55)를 개로(開路)하여 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)를 접속하는 합류 위치와, 합류 유로(55)를 폐로(閉路)하여 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)를 분리하는 분리 위치를 이동할 수 있다. 제1 펌프 유로(41)와 제2 펌프 유로(42)가 합류 상태 및 분리 상태의 어느 한쪽으로 되도록, 제1 합분류 밸브(67)가 제어된다.
제1 합분류 밸브(67)가 밸브 폐쇄 상태로 되면, 합류 유로(55)가 폐쇄된다. 합류 유로(55)가 폐쇄되어 있는 분리 상태에 있어서, 제1 유압 펌프(31)는, 1개 이상의 유압 실린더(20)를 포함하는 제1 유압 실린더군에 공급되는 작동유를 토출한다. 또한, 합류 유로(55)가 폐쇄되어 있는 분리 상태에 있어서, 제2 유압 펌프(32)는, 제1 유압 실린더군에 속하는 유압 실린더(20)와는 상이한, 1개 이상의 유압 실린더(20)를 포함하는 제2 유압 실린더군에 공급되는 작동유를 토출한다. 본 실시형태에 있어서, 제1 유압 실린더군은, 버킷 실린더(21) 및 암 실린더(22)를 포함한다. 제2 유압 실린더군에는, 붐 실린더(23)를 포함한다.
합류 유로(55)가 폐쇄되어 있는 분리 상태에 있어서, 제1 유압 펌프(31)로부터 토출된 작동유는, 제1 펌프 유로(41), 제1 주조작 밸브(61), 및 제2 주조작 밸브(62)를 통하여, 버킷 실린더(21) 및 암 실린더(22)의 각각에 공급된다. 또한, 합류 유로(55)가 폐쇄되어 있는 분리 상태에 있어서, 제2 유압 펌프(32)로부터 토출된 작동유는, 제2 펌프 유로(42), 및 제3 주조작 밸브(63)를 통하여, 붐 실린더(23)에 공급된다.
합류 유로(55)가 개방되어 있는 합류 상태에 있어서, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)의 각각으로부터 토출된 작동유는, 제1 펌프 유로(41), 제2 펌프 유로(42), 제1 주조작 밸브(61), 제2 주조작 밸브(62), 및 제3 주조작 밸브(63)를 통하여, 버킷 실린더(21), 암 실린더(22), 및 붐 실린더(23)의 각각에 공급된다.
유압 회로(40)는, 제2 합분류 밸브(68)를 가진다. 제2 합분류 밸브(68)는, 제1 주조작 밸브(61)와 제2 주조작 밸브(62)와의 사이에 설치된 셔틀 밸브(80)와 접속된다. 제1 주조작 밸브(61)와 제2 주조작 밸브(62)와의 최대 압력이 셔틀 밸브(80)에 의해 선택되고 제2 합분류 밸브(68)에 출력된다. 또한, 제2 합분류 밸브(68)와 제3 주조작 밸브(63)와의 사이에 셔틀 밸브(80)가 접속된다.
제2 합분류 밸브(68)는, 셔틀 밸브(80)에 의해, 버킷 실린더(21)(제1 축), 암 실린더(22)(제2 축), 및 붐 실린더(23)(제3 축)의 각 축에 공급되는 작동유를 감압한 로드 센싱압(LS압)의 최대 압력을 선택한다. 로드 센싱압이란, 압력 보상에 사용되는 파일럿 유압이다. 제2 합분류 밸브(68)가 합류 상태일 때는, 제1 축으로부터 제3 축의 최대 LS압이 선택되고, 제1 축으로부터 제3 축 각각의 압력 보상 밸브(70)와 제1 유압 펌프(31)의 서보 기구(31B) 및 제2 유압 펌프(32)의 서보 기구(32B)에 공급된다. 한편, 제2 합분류 밸브(68)가 분리 상태일 때는, 제1 축과 제2 축과의 최대 LS압이 제1 축과 제2 축의 압력 보상 밸브(70)와 제1 유압 펌프(31)의 서보 기구(31B)에 공급되고, 제3 축의 LS압이 제3 축의 압력 보상 밸브(70)와 제2 유압 펌프(32)의 서보 기구(32B)에 공급된다.
셔틀 밸브(80)는, 제1 주조작 밸브(61), 제2 주조작 밸브(62), 및 제3 주조작 밸브(63)로부터 출력된 파일럿 유압 중, 최대값을 나타내는 파일럿 유압을 선택한다. 선택된 파일럿 유압은, 압력 보상 밸브(70)와, 유압 펌프(30)[31, 32]의 서보 기구(31B, 32B)에 공급된다.
[압력 센서]
제1 버킷 유로(21A)에는, 압력 센서(81C)가 설치된다. 제2 버킷 유로(21B)에는, 압력 센서(81L)가 설치된다. 압력 센서(81C)는, 버킷 실린더(21)의 캡측 공간(21C)의 압력을 검출한다. 압력 센서(81L)는, 버킷 실린더(21)의 로드측 공간(21L)의 압력을 검출한다.
제1 암 유로(22A)에는, 압력 센서(82C)가 설치된다. 제2 암 유로(22B)에는, 압력 센서(82L)가 설치된다. 압력 센서(82C)는, 암 실린더(22)의 캡측 공간(22C)의 압력을 검출한다. 압력 센서(82L)는, 암 실린더(22)의 로드측 공간(22L)의 압력을 검출한다.
제1 붐 유로(23A)에는, 압력 센서(83C)가 설치된다. 제2 붐 유로(23B)에는, 압력 센서(83L)가 설치된다. 압력 센서(83C)는, 붐 실린더(23)의 캡측 공간(23C)의 압력을 검출한다. 압력 센서(83L)는, 붐 실린더(23)의 로드측 공간(21L)의 압력을 검출한다.
제1 유압 펌프(31)의 토출구(吐出口)에는, 압력 센서(84)가 설치된다. 압력 센서(84)는, 제1 유압 펌프(31)와 제1 펌프 유로(41)와의 사이에 설치된다. 압력 센서(84)는, 제1 유압 펌프(31)로부터 토출되는 작동유의 압력을 검출한다. 압력 센서(84)에 의해 검출한 압력값은 펌프 컨트롤러(19)에 출력된다.
제2 유압 펌프(32)의 토출구에는, 압력 센서(85)가 설치된다. 압력 센서(85)는, 제2 유압 펌프(32)와 제2 펌프 유로(42)와의 사이에 설치된다. 압력 센서(85)는, 제2 유압 펌프(32)로부터 토출되는 작동유의 압력을 검출한다. 압력 센서(85)에 의해 검출한 압력값은 펌프 컨트롤러(19)에 출력된다.
[압력 보상 밸브]
유압 회로(40)는, 압력 보상 밸브(70)를 가진다. 압력 보상 밸브(70)는, 연통과 흐름 조절(throttled state)과 차단을 선택하기 위한 선택 포트를 구비한다. 압력 보상 밸브(70)는, 자기압(自己壓)과 차단과, 흐름 조절과, 연통과의 전환을 가능하게 하는, 스로틀 밸브를 포함한다. 압력 보상 밸브(70)는, 각 축의 부하압이 상이해도, 각 축의 미터링 개구 면적의 비율에 따라 유량 분배를 보상하는 것을 목적으로 하고 있다. 압력 보상 밸브(70)가 없는 경우, 저부하측의 축에 대부분의 작동유가 흘러버린다. 압력 보상 밸브(70)는, 저부하압의 축의 주조작 밸브(60)의 출구 압력이, 최대 부하압의 축의 주조작 밸브(60)의 출구 압력과 동등하게 되도록, 저부하압의 축에 압력 손실을 작용시킴으로써, 각각의 주조작 밸브(60)의 출구 압력이 동일해지므로, 유량 분배의 기능을 실현한다.
압력 보상 밸브(70)는, 제1 주조작 밸브(61)에 접속되는 압력 보상 밸브(71) 및 압력 보상 밸브(72)와, 제2 주조작 밸브(62)에 접속되는 압력 보상 밸브(73) 및 압력 보상 밸브(74)와, 제3 주조작 밸브(63)에 접속되는 압력 보상 밸브(75) 및 압력 보상 밸브(76)를 포함한다.
압력 보상 밸브(71)는, 캡측 공간(21C)에 작동유가 공급되도록 제1 분기 유로(47)와 제1 버킷 유로(21A)가 접속된 상태에 있어서 제1 주조작 밸브(61)의 전후 차압(미터링 차압)을 보상한다. 압력 보상 밸브(72)는, 로드측 공간(21L)에 작동유가 공급되도록 제3 분기 유로(49)와 제2 버킷 유로(21B)가 접속된 상태에 있어서 제1 주조작 밸브(61)의 전후 차압(미터링 차압)을 보상한다.
압력 보상 밸브(73)는, 로드측 공간(22L)에 작동유가 공급되도록 제2 분기 유로(48)와 제1 암 유로(22A)가 접속된 상태에 있어서 제2 주조작 밸브(62)의 전후 차압(미터링 차압)을 보상한다. 압력 보상 밸브(74)는, 캡측 공간(22C)에 작동유가 공급되도록 제4 분기 유로(50)와 제2 암 유로(22B)가 접속된 상태에 있어서 제2 주조작 밸브(62)의 전후 차압(미터링 차압)을 보상한다.
그리고, 주조작 밸브(60)의 전후 차압(미터링 차압)이란, 주조작 밸브(60)의 유압 펌프(30) 측에 대응하는 입구 포트의 압력과, 유압 실린더(20) 측에 대응하는 출구 포트의 압력과의 차이를 말하며, 유량을 계측(metering)하기 위한 차압이다.
압력 보상 밸브(70)에 의해, 버킷 실린더(21) 및 암 실린더(22)의 한쪽의 유압 실린더(20)에 경부하가 작용하고, 다른 쪽의 유압 실린더(20)에 고부하가 작용한 경우에도, 버킷 실린더(21) 및 암 실린더(22)의 각각에, 조작 장치(5)의 조작량에 따른 유량으로 작동유를 분배할 수 있다.
압력 보상 밸브(70)는, 복수의 유압 실린더(20)의 부하에 의하지 않고, 조작에 기초한 유량을 공급 가능하게 한다. 예를 들면, 버킷 실린더(21)에 고부하가 작용하고, 암 실린더(22)에 경부하가 작용하는 경우, 경부하 측에 배치된 압력 보상 밸브(70)[73, 74]는, 제1 주조작 밸브(61)로부터 버킷 실린더(21)에 작동유가 공급되어 발생하는 미터링 차압 ΔP1에 관계없이, 제2 주조작 밸브(62)로부터 암 실린더(22)에 작동유가 공급될 때, 제2 주조작 밸브(62)의 조작량에 기초한 유량이 공급되도록, 경부하 측인 암 실린더(22) 측의 미터링 차압 ΔP2가 버킷 실린더(21) 측의 미터링 차압 ΔP1과 대략 동일한 압력으로 되도록 보상한다.
암 실린더(22)에 고부하가 작용하고, 버킷 실린더(21)에 경부하가 작용하는 경우, 경부하 측에 배치된 압력 보상 밸브(70)[71, 72]는, 제2 주조작 밸브(62)로부터 암 실린더(22)에 작동유가 공급되어 발생하는 미터링 차압 ΔP2에 관계없이, 제1 주조작 밸브(61)로부터 버킷 실린더(21)에 작동유가 공급될 때, 제1 주조작 밸브(61)의 조작량에 기초한 유량이 공급되도록, 경부하 측의 미터링 차압 ΔP1을 보상한다.
[릴리프 밸브]
유압 회로(40)는, 릴리프 밸브(90)를 가진다. 유압 회로(40)에 있어서는, 유압 펌프(30)를 구동하지 않을 때에 있어서도, 유압 펌프(30)로부터는 최소 용량에 상당하는 유량의 작동유가 토출된다. 그 토출된 작동유는, 릴리프 밸브(90)를 통하여 배출(릴리프)된다. 릴리프 시에는 펌프압 PP는 소정값인 릴리프압으로 된다.
[펌프 컨트롤러]
도 4는, 본 실시형태에 관한 펌프 컨트롤러(19)의 일례를 나타낸 기능 블록도이다. 펌프 컨트롤러(19)는, 처리부(19C)와, 기억부(19M)와, 입출력부(19IO)를 가진다. 처리부(19C)는 프로세서이며, 기억부(19M)는 기억 장치이며, 입출력부(19IO)는 입출력 인터페이스 장치이다. 기억부(19M)는, 처리부(19C)가 처리를 실행할 때의 일시 기억부로서도 사용된다.
처리부(19C)는, 유압 실린더(20)의 작동유의 압력을 나타내는 실린더압 데이터를 취득하는 실린더압 데이터 취득부(191)와, 조작 장치(5)의 조작량 데이터를 취득하는 조작량 데이터 취득부(192)와, 실린더압 데이터와 조작량 데이터에 기초하여, 합류 유로(55)가 폐쇄되어 있는 분리 상태에 있어서 제1 유압 펌프(31)로부터 토출되는 작동유의 유량을 나타내는 제1 펌프 유량 및 제2 유압 펌프(32)로부터 토출되는 작동유의 유량을 나타내는 제2 펌프 유량을 산출하는 펌프 유량 산출부(193)와, 제1 펌프 유량 및 제2 펌프 유량에 기초하여, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)를 제어하는 펌프 제어부(194)를 구비한다.
입출력부(19IO)에는, 압력 센서(81C, 81L, 82C, 82L, 83C, 83L, 84, 85, 86, 87, 88)와, 제1 합분류 밸브(67)가 접속된다.
실린더압 데이터 취득부(191)는, 버킷 실린더(21)의 실린더압 데이터를, 압력 센서(81C) 및 압력 센서(81L)로부터 취득한다. 실린더압 데이터 취득부(191)는, 암 실린더(22)의 실린더압 데이터를, 압력 센서(82C) 및 압력 센서(82L)로부터 취득한다. 실린더압 데이터 취득부(191)는, 붐 실린더(23)의 실린더압 데이터를, 압력 센서(83C) 및 압력 센서(83L)로부터 취득한다.
조작량 데이터 취득부(192)는, 버킷 실린더(21)를 구동시키기 위해 조작되는 조작 장치(5)의 조작량을 나타내는 조작량 데이터를 취득한다. 조작량 데이터 취득부(192)는, 암 실린더(22)를 구동시키기 위해 조작되는 조작 장치(5)의 조작량을 나타내는 조작량 데이터를 취득한다. 조작량 데이터 취득부(192)는, 붐 실린더(23)를 구동시키기 위해 조작되는 조작 장치(5)의 조작량을 나타내는 조작량 데이터를 취득한다. 조작량 데이터 취득부(192)는, 압력 센서(86, 87, 88)를 포함하는 조작량 검출부(28)로부터 조작량 데이터를 취득한다.
압력 센서(86)는, 제1 주조작 밸브(61)를 작동시키기 위해 조작 장치(5)가 조작될 때 발생하는 파일럿 유압을 검출한다. 압력 센서(87)는, 제2 주조작 밸브(62)를 작동시키기 위해 조작 장치(5)가 조작되었을 때 발생하는 파일럿 유압을 검출한다. 압력 센서(88)는, 제3 주조작 밸브(63)를 작동시키기 위해 조작 장치(5)가 조작되었을 때 발생하는 파일럿 유압을 검출한다.
조작량 검출부(28)는, 압력 센서(86)의 검출 신호에 기초하여, 버킷 실린더(21)를 구동시키기 위한 조작 장치(5)의 조작량 데이터를 산출한다. 압력 센서(86)의 검출 신호의 값과 조작 장치(5)의 조작량과는 상관한다. 조작량 검출부(28)에는, 압력 센서(86)의 검출 신호의 값과 조작 장치(5)의 조작량과의 관계를 나타내는 상관 데이터가 기억되어 있다. 조작량 검출부(28)는, 압력 센서(86)의 검출 신호와 상관 데이터에 기초하여, 버킷 실린더(21)를 구동시키기 위한 조작 장치(5)의 조작량 데이터를 산출한다.
마찬가지로, 조작량 검출부(28)는, 압력 센서(87)의 검출 신호에 기초하여, 암 실린더(22)를 구동시키기 위한 조작 장치(5)의 조작량 데이터를 산출한다.
마찬가지로, 조작량 검출부(28)는, 압력 센서(88)의 검출 신호에 기초하여, 붐 실린더(23)를 구동시키기 위한 조작 장치(5)의 조작량 데이터를 산출한다.
펌프 유량 산출부(193)는, 실린더압 데이터 취득부(191)에 의해 취득된 실린더압 데이터와, 조작량 데이터 취득부(192)에 의해 취득된 조작량 데이터에 기초하여, 합류 유로(55)가 폐쇄되어 있는 분리 상태에 있어서, 제1 유압 펌프(31)로부터 토출되는 작동유의 유량을 나타내는 제1 펌프 유량과, 제2 유압 펌프(32)로부터 토출되는 작동유의 유량을 나타내는 제2 펌프 유량을 산출한다.
주조작 밸브(60)의 전후 차압을 ΔPA, 각 축의 유압 실린더(20)의 실린더압을 LA, 유압 펌프(30)로부터 토출되는 작동유의 압력을 나타내는 펌프압을 PP, 조작 장치(5)의 조작량 데이터에 기초하여 구동되도록 각 축의 유압 실린더(20)가 필요한 작동유의 유량을 나타내는 요구 유량을 Qd, 각 축의 유압 실린더(20)에 배분되는 작동유의 배분 유량을 Q라고 했을 때, 이하의 (1)식이 성립한다.
Q= Qd×√{(PP-LA)/ΔPL} … (1)
본 실시형태에 있어서, 제1 주조작 밸브(61), 제2 주조작 밸브(62), 및 제3 주조작 밸브(63)는, 입구측과 출구측과의 차압이 일정하게 되도록 한다. 이 차압이 전후 차압 ΔPA이며, 제1 주조작 밸브(61), 제2 주조작 밸브(62), 및 제3 주조작 밸브(63)마다 미리 설정되고, 펌프 컨트롤러(19)의 기억부(19M)에 기억되어 있다.
배분 유량 Q는, 각 축의 유압 실린더(20)의 각각에 대하여 구해진다. 즉, 배분 유량 Q는, 버킷 실린더(21), 암 실린더(22), 및 붐 실린더(23)의 각각에 대하여 구해진다. 버킷 실린더(21)의 배분 유량을 Qbk, 암 실린더(22)의 배분 유량을 Qa, 붐 실린더(23)의 배분 유량을 Qb라고 하면, 배분 유량 Qbk, Qa, Qb는, 이하의 (2)식, (3)식, 및 (4)식으로부터 구해진다.
Qa= Qda×√{(PP-LAa)/ΔPL} …(3)
Qb= Qdb×√{(PP-LAb)/ΔPL} …(4)
(2)식에 있어서, Qdbk는 버킷 실린더(21)의 요구 유량, LAbk는 버킷 실린더(21)의 실린더압이다. (3)식에 있어서, Qda는 암 실린더(22)의 요구 유량, LAa는 암 실린더(22)의 실린더압이다. (4)식에 있어서, Qdb는 붐 실린더(23)의 요구 유량, LAb는 붐 실린더(23)의 실린더압이다. 설정 차압 PL은, 버킷 실린더(21)에 작동유를 급배유(給排油)하는 제1 주조작 밸브(61)와, 암 실린더(22)에 작동유를 급배유하는 제2 주조작 밸브(62)와, 붐 실린더(23)에 작동유를 급배유하는 제3 주조작 밸브(63)에서, 모두 같은 값이 사용된다. 전술한 바와 같이, 부하 LAbk, 부하 LAa, 및 부하 LAb는 상수(定數; constant) 또는 0이라도 된다. 이 경우, 배분 유량 Q는, 요구 유량 Qd에 기초하여, 즉 작업기(5)의 조작 상태에 기초하여 정해진다. 부하 LAbk, 부하 LAa 및 부하 LAb가 버킷 실린더(21), 암 실린더(22) 및 붐 실린더(23)의 실제의 부하인 경우, 배분 유량 Q는, 작업기(5)의 조작 상태 및 유압 실린더(20)의 부하에 기초하여 정해진다.
요구 유량 Qd(Qdbk, Qda, Qdb)는, 조작 장치(5)의 조작량 데이터로부터 일의적으로 결정된다. 즉, 요구 유량 Qd는, 조작량 검출부(28)가 가지는 압력 센서(86, 87, 88)에 의해 검출된 파일럿 유압에 기초하여 구해진다. 펌프 유량 산출부(193)는, 파일럿 유압을 주조작 밸브(60)의 스풀 스트로크로 변환하여, 얻어진 스풀 스트로크로부터, 요구 유량 Qd를 구한다. 파일럿 유압과 주조작 밸브(60)의 스풀 스트로크와의 관계, 및 주조작 밸브(60)의 스풀 스트로크와 요구 유량 Qd와의 관계는, 각각 변환 테이블에 기술(記述)된다. 변환 테이블은, 기억부(19M)에 기억되어 있다.
펌프 유량 산출부(193)는, 버킷(11)의 조작에 대응한 파일럿 유압을 검출하는 압력 센서(86)의 검출값을 취득하고, 제1 주조작 밸브(61)의 스풀 스트로크로 변환한다. 그리고, 펌프 유량 산출부(193)는, 얻어진 스풀 스트로크로부터 버킷 실린더(21)의 요구 유량 Qdbk를 구한다.
펌프 유량 산출부(193)는, 암(12)의 조작에 대응한 파일럿 유압을 검출하는 압력 센서(87)의 검출값을 취득하고, 제2 주조작 밸브(62)의 스풀 스트로크로 변환한다. 그리고, 펌프 유량 산출부(193)는, 얻어진 스풀 스트로크로부터 암 실린더(22)의 요구 유량 Qda를 구한다.
펌프 유량 산출부(193)는, 붐(13)의 조작에 대응한 파일럿 유압을 검출하는 압력 센서(88)의 검출값을 취득하고, 제3 주조작 밸브(63)의 스풀 스트로크로 변환한다. 그리고, 펌프 유량 산출부(193)는, 얻어진 스풀 스트로크로부터 붐 실린더(23)의 요구 유량 Qdb를 구한다.
제1 주조작 밸브(61), 제2 주조작 밸브(62), 및 제3 주조작 밸브(63)의 스풀이 스트로크하는 방향을 따라서, 버킷(11), 암(12), 및 붐(13)이 동작하는 방향이 상이하다. 펌프 유량 산출부(193)는, 버킷(11), 암(12), 및 붐(13)이 동작하는 방향에 따라서, 실린더압 LA를 구할 때, 캡측 공간(21C, 22c, 23C)의 압력, 또는 로드측 공간(21L, 22L, 23L)의 압력 중 어느 것을 사용할 것인지를 선택한다. 예를 들면, 스풀 스트로크가 제1 방향인 경우, 펌프 유량 산출부(193)는, 캡측 공간(21C, 22c, 23C)의 압력을 검출하는 압력 센서(81C, 82c, 83C)의 검출값을 이용하여 실린더압 LAbk, LAa, LAb를 구한다. 스풀 스트로크가 제1 방향과는 반대 방향인 제2 방향인 경우, 펌프 유량 산출부(193)는, 로드측 공간(21L, 22L, 23L)의 압력을 검출하는 압력 센서(81L, 82L, 83L)의 검출값을 사용하여 실린더압 LAbk, LAa, LAb를 구한다. 본 실시형태에 있어서, 실린더압 LAbk, LAa, LAb는, 버킷 실린더(21)의 압력, 암 실린더(22)의 압력, 및 붐 실린더(23)의 압력이다.
(1)식으로부터 (4)식에 있어서, 유압 펌프(30)가 토출하는 작동유의 압력 PP는 미지(未知)인 경우, 펌프 유량 산출부(193)는, 이하의 (5)식이 수속하도록 반복수값 계산을 실행하고, (5)식이 수속되었을 때의 배분 유량 Qbk, Qa, Qb에 기초하여, 압력 PP가 산출된다.
Qlp= Qbk＋Qa＋Qb …(5)
Qlp는, 펌프 제한 유량이며, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)를 포함하는 유압 펌프(30)가 토출 가능한 작동유의 유량을 나타낸다. 펌프 제한 유량 Qlp는, 펌프 최대 유량 Qmax와, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)의 목표로 하는 출력으로부터 정해지는 펌프 목표 유량 Qt와의 최소값이다. 펌프 최대 유량 Qmax는, 스로틀 다이얼(33)의 지시값으로부터 구해지는 유량으로부터, 전동 선회 모터(25)가 유압 선회 모터로 치환한 경우에 유압 선회 모터에 공급되는 작동유의 유량을 감산한 값이다. 유압 셔블(100)이 전동 선회 모터(25)를 가지지 않을 경우, 펌프 최대 유량 Qmax는, 스로틀 다이얼(33)의 지시값으로부터 구해지는 유량으로 된다.
제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)의 목표로 하는 출력은, 엔진(26)의 목표로 하는 출력으로부터 유압 셔블(100)의 보조 기기의 출력을 감산한 값이다. 펌프 목표 유량 Qt는, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)의 목표로 하는 출력 및 펌프 압력으로부터 얻어지는 유량이다. 상세하게는, 펌프 압력은, 제1 유압 펌프(31)가 토출하는 작동유의 압력과, 제2 유압 펌프(32)가 토출하는 작동유의 압력 중, 큰 쪽이다.
배분 유량 Qbk, Qa, Qb가 산출된 후, 펌프 유량 산출부(193)는, 배분 유량 Qbk, Qa, Qb에 기초하여, 제1 유압 펌프(31)의 제1 펌프 유량, 및 제2 유압 펌프(32)의 제2 펌프 유량을 산출한다. 즉, 합류 유로(55)가 폐쇄되어 있는 분리 상태에 있어서, 제1 펌프 유량은, 조작 장치(5)의 조작량에 기초하여 구동되도록 제1 유압 실린더군의 버킷 실린더(21)가 필요한 작동유의 배분 유량 Qbk 및 암 실린더(22)가 필요한 작동유의 배분 유량 Qa에 기초하여 결정된다. 또한, 합류 유로(55)가 폐쇄되어 있는 분리 상태에 있어서, 제2 펌프 유량은, 조작 장치(5)의 조작량에 기초하여 구동되도록 제2 유압 실린더군의 붐 실린더(23)가 필요한 작동유의 배분 유량 Qb에 기초하여 결정된다. 구체적으로는, 제1 펌프 유량은, 배분 유량 Qbk와 배분 유량 Qa와의 합이다. 제2 펌프 유량은, 배분 유량 Qb이다.
펌프 제어부(194)는, 펌프 유량 산출부(193)에 의해 산출된 제1 펌프 유량 및 제2 펌프 유량에 기초하여, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)를 제어한다. 펌프 제어부(194)는, 합류 유로(55)가 폐쇄되어 있는 분리 상태에 있어서, 서보 기구(31B)를 제어하여, 제1 유압 펌프(31)의 경사판(31A)의 경전 각도를 조정하여, 제1 유압 펌프(31)로부터 토출되는 작동유의 유량을 제1 펌프 유량으로 조정한다. 또한, 펌프 제어부(194)는, 합류 유로(55)가 폐쇄되어 있는 분리 상태에 있어서, 서보 기구(32B)를 제어하여, 제2 유압 펌프(32)의 경사판(32A)의 경전 각도를 조정하여, 제2 유압 펌프(32)로부터 토출되는 작동유의 유량을 제2 펌프 유량으로 조정한다.
[제어 방법]
다음에, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)의 제어 방법에 대하여 설명한다. 도 5는, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)의 제어 방법의 일례를 나타낸 플로우차트이다. 그리고, 이하의 설명에 있어서는, 설명을 간단하게 하기 위해, 도 6에 나타낸 바와 같은 유압 회로(40)를 제어 대상으로 하여 설명한다. 도 6은, 도 3를 참조하여 설명한 유압 회로(40)의 주요부를 나타낸 도면이며, 제1 유압 실린더군이 암 실린더(22)만을 포함하고, 제2 유압 실린더군이 붐 실린더(23)만을 포함하는 예를 나타낸다.
또한, 도 7은, 본 실시형태에 관한 유압 펌프(30) 및 유압 실린더(20)의 유량, 유압 펌프(30)의 토출 압력, 및 조작 장치(5)의 조작량을 나타내는 레버 스트로크가 시간에 따라서 변화하는 일례를 나타낸 도면이다.
도 7에 나타낸 그래프에 있어서, 가로축은 시간 t이다. 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 유량의 추정값을 Qag, 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 유량의 추정값을 Qbg, 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 유량의 참값(true value)을 Qar, 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 유량의 참값을 Qbr이라고 한다. 추정값 Qag는, 펌프 컨트롤러(19)에 의해 구해진, 암 실린더(22)의 배분 유량 Qa이며, 추정값 Qbg는, 펌프 컨트롤러(19)에 의해 구해진, 붐 실린더(23)의 배분 유량 Qb이다.
유량 Qpf는 제1 유압 펌프(31)로부터 토출되는 작동유의 유량이며, 유량 Qps는 제2 유압 펌프(32)로부터 토출되는 작동유의 유량이다.
압력 Ppf는 제1 유압 펌프(31)가 토출하는 작동유의 압력이며, 압력 Pps는 제2 유압 펌프(32)가 토출하는 작동유의 압력이다. 압력 Pa는 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 압력이며, 압력 Pb는 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 압력이다.
레버 스트로크 Lvsa는, 암(12)을 조작하기 위해 조작 장치(5)를 조작했을 때의, 조작 레버의 스트로크이다. 레버 스트로크 Lvsb는, 붐(13)을 조작하기 위해 조작 장치(5)를 조작했을 때의, 조작 레버의 스트로크이다.
합류 유로(55)가 개방되어 있는 합류 상태에 있어서, 암 실린더(22) 및 붐 실린더(23)의 각각에 공급되는 작동유가 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)로부터 토출된다(스텝 S10). 도 7에 나타낸 바와 같이, 제1 유압 펌프(31)로부터는 유량 Qpf로 작동유가 토출되고, 제2 유압 펌프(32)로부터는 유량 Qps로 작동유가 토출된다.
실린더압 데이터 취득부(191)는, 유압 실린더(20)의 작동유의 압력을 나타내는 실린더압 데이터를 취득한다(스텝 S20). 도 7에 나타낸 바와 같이, 암 실린더(22)의 실린더압은 압력 Pa이며, 붐 실린더(22)의 실린더압은 압력 Pb이다.
또한, 조작량 데이터 취득부(192)는, 유압 실린더(20)를 구동시키기 위해 조작되는 조작 장치(5)의 조작량 데이터를 취득한다(스텝 S30). 도 7에 나타낸 바와 같이, 암 실린더(22)를 조작하기 위한 조작량은, 레버 스트로크 Lvsa이며, 붐 실린더(23)를 조작하기 위한 조작량은, 레버 스트로크 Lvsb이다.
펌프 유량 산출부(193)는, 실린더압 데이터와 조작량 데이터에 기초하여, 합류 유로(55)가 폐쇄되어 있는 분리 상태에 있어서 제1 유압 펌프(31)로부터 토출되는 작동유의 유량을 나타내는 제1 펌프 유량 및 제2 유압 펌프(32)로부터 토출되는 작동유의 유량을 나타내는 제2 펌프 유량을 산출한다(스텝 S40). 제1 펌프 유량은, 유량 Qpf이며, 제2 펌프 유량은, 유량 Qps이다.
합류 유로(55)가 개방되어 있는 합류 상태로부터 합류 유로(55)가 폐쇄되는 분리 상태로 천이(遷移)된다(스텝 S50).
펌프 제어부(194)는, 합류 상태로부터 분리 상태로 천이할 때, 펌프 유량 산출부(193)에 의해 산출된 제1 펌프 유량 Qpf 및 제2 펌프 유량 Qps에 기초하여, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)를 제어한다(스텝 S60).
본 실시형태에 있어서는, 실린더압 데이터와 조작량 데이터에 기초하여, 제1 유압 펌프(31)의 제1 펌프 유량 및 제2 유압 펌프(32)의 제2 펌프 유량이 산출된다. 따라서, 도 7에 나타낸 바와 같이, 합류 상태로부터 분리 상태로 천이했을 때, 암 실린더(22) 및 붐 실린더(23)의 각각에 작동유가 적절히 분배된다. 즉, 본 실시형태에 있어서는, 합류 상태로부터 분리 상태로 천이했을 때에 있어서도, 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 유량의 추정값 Qag와 참값 Qar을 일치시킬 수 있고, 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 유량의 추정값 Qbg와 참값 Qbr을 일치시킬 수 있다.
도 8은, 비교예에 관한 유압 펌프(30) 및 유압 실린더(20)의 유량, 유압 펌프(30)의 토출 압력, 및 레버 스트로크가 시간에 따라서 변화하는 일례를 나타낸 도면이다. 도 8은, 유압 펌프(30)로부터 토출되는 작동유의 펌프압에 기초하여, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)를 포함하는 유압 펌프(30)로부터 토출되는 작동유의 유량이 조정되는 예를 나타낸다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 비교예에 있어서는, 합류 상태로부터 분리 상태로 천이했을 때, 암 실린더(22)에 공급되는 작동유의 유량의 추정값 Qag와 참값 Qar이 일치하지 않고, 붐 실린더(23)에 공급되는 작동유의 유량의 추정값 Qbg와 참값 Qbr이 일치하지 않는다. 이 경우, 작업기(1)를 구동시키기 위해 필요한 유량의 작동유가 유압 실린더(20)에 충분히 공급되지 않는 것으로 된다. 그 결과, 작업기(1)는 충분한 속도 및 응답성으로 작동할 수 없어, 작업 효율이 저하된다. 또한, 작업기(1)를 조작하는 오퍼레이터는 위화감을 느낀다.
본 실시형태에 의하면, 실린더압 데이터와 조작량 데이터에 기초하여, 합류 유로(55)가 폐쇄되어 있는 분리 상태에서의 제1 유압 펌프(31)의 제1 펌프 유량 및 제2 유압 펌프(32)의 제2 펌프 유량이 산출되고, 산출된 제1 펌프 유량 및 제2 펌프 유량에 기초하여, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)가 제어된다. 따라서, 작업기(1)는, 충분한 속도 및 응답성으로 제어된다.
<제2 실시형태>
제2 실시형태에 대하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 전술한 실시형태와 동일하거나 또는 동등한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명을 간략 또는 생략한다.
도 9는, 본 실시형태에 관한 펌프 컨트롤러(19)의 일례를 나타낸 기능 블록도이다. 본 실시형태에 있어서, 처리부(19C)는, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)를 포함하는 유압 펌프(30)가 토출 가능한 작동유의 유량을 나타내는 펌프 제한 유량 Qlp와, 복수의 유압 액추에이터(20)[버킷 실린더(21)], 암 실린더(22), 붐 실린더(23)에 배분되는 작동유의 배분 유량 Q(Qbk, Qa, Qb)의 총계(Qbk＋Qa＋Qb)에 기초하여, 릴리프 밸브(90)를 통하여 유압 회로(40)의 외부로 배출되는 작동유의 유량을 나타내는 릴리프 유량 Qz를 산출하는 릴리프 유량 산출부(195)를 구비한다.
펌프 제어부(194)는, 릴리프 유량 산출부(195)에 의해 산출된 릴리프 유량 Qz에 기초하여, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)를 제어한다. 본 실시형태에 있어서, 펌프 제어부(194)는, 유압 실린더(20)의 작동에 필요한 배분 유량 Q보다 릴리프 유량 Qz만큼 많은 작동유가 유압 펌프(30)로부터 토출되도록, 유압 펌프(30)를 제어한다.
펌프 제한 유량 Qlp와, 릴리프 유량 Qz와, 복수의 유압 액추에이터(20)에 배분되는 작동유의 배분 유량 Q의 총계(Qbk＋Qa＋Qb)와의 사이에는, 이하의 (6)식의 관계가 성립한다.
Qlp= (Qbk＋Qa＋Qb)＋Qz …(6)
즉, 릴리프 밸브(90)를 통하여 작동유가 배출되는 경우, 유압 펌프(30)는, 릴리프 밸브(90)를 통하여 배출되는 릴리프 유량 Qz를 가미(加味)하여, 작동유를 토출할 필요가 있다. 릴리프 밸브(90)로부터 작동유가 배출되는데도 불구하고, 릴리프 유량 Qz가 고려되지 않으며 펌프 유량이 정해지는 경우, 유압 실린더(20)에 공급되는 작동유가 부족하고, 작업기(1)를 구동시키기 위해 필요한 유량의 작동유가 유압 실린더(20)에 충분히 공급되지 않을 가능성이 있다. 그 결과, 작업기(1)는 충분한 속도 및 응답성으로 작동할 수 없게 될 가능성이 있다.
도 10 및 도 11은, 비교예에 관한 유압 펌프(30) 및 유압 실린더(20)의 유량, 및 유압 펌프(20)의 토출 압력이 시간에 따라서 변화하는 일례를 나타낸 도면이다. 도 10은, 펌프압에 기초하여 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)가 제어될 때의 예를 나타낸다. 도 11은, 전술한 실시에서 설명한 바와 같은 펌프 유량에 기초하여 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)가 제어되는 것의 릴리프 유량 Qz가 고려되어 있지 않은 예를 나타낸다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 작업기(1)의 부하가 상승하여 펌프압이 릴리프압에 도달하면, 유압 실린더(20)에 흐르는 유량 Qa는 제로로 되고, 작업기(1)는 정지한다. 그 후, 작업기(1)의 부하가 저하되어 릴리프 상태로부터 벗어났을 때, 펌프 유량이 확보되어 있는 상태로부터 유압 실린더(20)에 작동유가 흐르기 시작하므로, 응답성이 높다
또한, 합류 상태에 있어서는, 유압 펌프(30)는 펌프 토크 제한값의 범위 내에서 작동유를 토출하도록 하고, 어느 정도 릴리프 밸브(90)로부터 작동유가 배출된다. 도 10에 나타낸 예에 있어서는, 유압 실린더(20)를 필요로 하고 있는 유량이 엄밀하게 추정되어 있지 않으므로, 유압 실린더(20)를 필요로 하고 있는 배분 유량 Qa가 제로라도, 유압 펌프(30)는 합류 상태와 마찬가지로 작동유를 토출한다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 작업기(1)의 부하가 저하되어 릴리프 상태로부터 벗어났을 때, 펌프 유량이 최저의 상태로부터 유압 실린더(20)에 작동유가 흐르기 시작하므로, 유압 펌프(30)의 응답성의 한계에 의해, 유압 실린더(20)에 공급되는 작동유의 유량 Qar의 증가가 지연된다. 그 결과, 조작성이 악화된다. 그리고, 도 11에 있어서, 점선으로 나타내는 유량 Qar′는, 합류 상태에서의 유량을 나타내고, 실선으로 나타낸 유량 Qar는, 분리 상태에서의 유량을 나타낸다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 릴리프 유량 Qz가 고려됨으로써, 유압 실린더(20)를 필요로 하고 있는 작동유의 유량이 정확하게 추정된다. 펌프 제어부(194)는, 유압 실린더(20)를 필요로 하고 있는 유량의 작동유가 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)로부터 토출되도록, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)를 제어할 수 있다. 즉, 릴리프 상태에 있어서는, 합류 상태의 경우에 릴리프 밸브(90)로부터 배출되는 작동유의 릴리프 유량 Qz를 추정하고, 그 추정된 릴리프 유량 Qz가 토출되도록, 제1 유압 펌프(31) 및 제2 유압 펌프(32)가 제어된다. 릴리프 상태에 있어서는, 합류 상태와 동등한 펌프 유량이 확보된다. 릴리프 상태로부터 벗어났을 때 유압 실린더(20)에 공급되는 작동유의 유량의 응답성의 저하가 억제된다.
이상, 실시형태를 설명하였으나, 실시형태에 있어서 설명한 사항에 의해 실시형태가 한정되는 것은 아니다. 실시형태에 있어서 설명한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정(想定)할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것, 및 이른바 균등한 범위의 것이 포함된다. 실시형태에 있어서 설명한 구성 요소는 적절히 조합시키는 것이 가능하다. 또한, 실시형태의 요지를 벗어나지 않는 범위에 의해 구성 요소의 각종 생략, 치환 및 변경 중 하나 이상을 행할 수 있다.
1: 작업기, 2: 상부 선회체, 3: 하부 주행체, 4: 구동 장치, 5: 조작 장치, 6: 운전실, 6S: 운전석, 7: 기계실, 8: 크롤러, 9: 제어 시스템, 11: 버킷, 12: 암, 13: 붐, 14: 축전기, 14C: 변압기, 15G: 제1 인버터, 15R: 제2 인버터, 16: 회전 센서, 17: 하이브리드 컨트롤러, 18: 엔진 컨트롤러, 19: 펌프 컨트롤러, 19C: 처리부, 19M: 기억부, 19: IO 입출력부, 20: 유압 실린더, 21: 버킷 실린더, 21A: 제1 버킷 유로, 21B: 제2 버킷 유로, 21C: 캡측 공간, 21L: 로드측 공간, 22: 암 실린더, 22A: 제1 암 유로, 22B: 제2 암 유로, 22C: 캡측 공간, 22L: 로드측 공간, 23: 붐 실린더, 23A: 제1 붐 유로, 23B: 제2 붐 유로, 23C: 캡측 공간, 23L: 로드측 공간, 24: 주행 모터, 25: 전동 선회 모터, 26: 엔진, 27: 발전 전동기, 28: 조작량 검출부, 29: 코먼 레일 제어부, 30: 유압 펌프, 30A: 경사판, 30S: 경사판각 센서, 31: 제1 유압 펌프, 31A: 경사판, 31B: 서보 기구, 31S: 경사판각 센서, 32: 제2 유압 펌프, 32A: 경사판, 32B: 서보 기구, 32S: 경사판각 센서, 33: 스로틀 다이얼, 40: 유압 회로, 41: 제1 펌프 유로, 42: 제2 펌프 유로, 43: 제1 공급 유로, 44: 제2 공급 유로, 45: 제3 공급 유로, 46: 제4 공급 유로, 47: 제1 분기 유로, 48: 제2 분기 유로, 49: 제3 분기 유로, 50: 제4 분기 유로, 51: 제5 분기 유로, 52: 제6 분기 유로, 55: 합류 유로(통로), 60: 주조작 밸브, 61: 제1 주조작 밸브, 62: 제2 주조작 밸브, 63: 제3 주조작 밸브, 67: 제1 합분류 밸브(개폐 장치), 68: 제2 합분류 밸브, 70: 압력 보상 밸브, 71: 압력 보상 밸브, 72: 압력 보상 밸브, 73: 압력 보상 밸브, 74: 압력 보상 밸브, 75: 압력 보상 밸브, 76: 압력 보상 밸브, 81C: 압력 센서, 81L: 압력 센서, 82C: 압력 센서, 82L: 압력 센서, 83C: 압력 센서, 83L: 압력 센서, 84: 압력 센서, 85: 압력 센서, 86: 압력 센서, 87: 압력 센서, 88: 압력 센서, 90: 릴리프 밸브, 100: 유압 셔블(작업 기계), 191; 실린더압 데이터 취득부, 192: 조작량 데이터 취득부, 193: 펌프 유량 산출부, 194: 펌프 제어부, 195: 릴리프 유량 산출부, AX1, AX2, AX3: 회전축, RX: 선회축.

Claims (8)

  1. 작업기 및 상기 작업기를 구동시키는 복수의 유압(油壓) 실린더를 구비하는 작업 기계(work machine)를 제어하는 제어 시스템으로서,
    상기 복수의 유압 실린더에 공급되는 작동유(operating oil)를 토출(吐出)하는 제1 유압 펌프 및 제2 유압 펌프;
    상기 제1 유압 펌프와 상기 제2 유압 펌프를 접속하는 통로;
    상기 통로에 설치되어 상기 통로를 개폐하는 개폐 장치;
    상기 복수의 유압 실린더를 구동시키기 위해 조작되는 조작 장치;
    상기 복수의 유압 실린더의 상기 작동유의 압력을 나타내는 실린더압 데이터를 취득하는 실린더압 데이터 취득부;
    상기 조작 장치의 조작량 데이터를 취득하는 조작량 데이터 취득부;
    상기 실린더압 데이터와 상기 조작량 데이터에 기초하여, 상기 통로가 폐쇄되어 있는 분리 상태에 있어서 상기 제1 유압 펌프로부터 토출되는 상기 작동유의 유량(流量)을 나타내는 제1 펌프 유량 및 상기 제2 유압 펌프로부터 토출되는 상기 작동유의 유량을 나타내는 제2 펌프 유량을 산출하는 펌프 유량 산출부; 및
    상기 제1 펌프 유량 및 상기 제2 펌프 유량에 기초하여, 상기 분리 상태에 있어서 상기 제1 유압 펌프 및 상기 제2 유압 펌프를 제어하는 펌프 제어부;
    를 포함하는 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분리 상태에 있어서, 상기 제1 유압 펌프는, 1개 이상의 상기 유압 실린더를 포함하는 제1 유압 실린더군에 공급되는 상기 작동유를 토출하고,
    상기 분리 상태에 있어서, 상기 제2 유압 펌프는, 1개 이상의 상기 유압 실린더를 포함하는 제2 유압 실린더군에 공급되는 상기 작동유를 토출하고,
    상기 제1 펌프 유량은, 상기 조작량에 기초하여 구동되도록 상기 제1 유압 실린더군이 필요한 상기 작동유의 유량에 기초하여 결정되고,
    상기 제2 펌프 유량은, 상기 조작량에 기초하여 구동되도록 상기 제2 유압 실린더군이 필요한 상기 작동유의 유량에 기초하여 결정되는, 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 작업기는, 버킷(bucket)과, 상기 버킷에 연결되는 암(arm)과, 상기 암에 연결되는 붐(boom)을 포함하고,
    상기 복수의 유압 실린더는, 상기 버킷을 구동시키는 버킷 실린더와, 상기 암을 구동시키는 암 실린더와, 상기 붐을 구동시키는 붐 실린더를 포함하고,
    상기 제1 유압 실린더군은, 상기 버킷 실린더 및 상기 암 실린더를 포함하고, 상기 제2 유압 실린더군은, 상기 붐 실린더를 포함하는, 제어 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동유의 압력 상승을 방지하는 릴리프 밸브(relief valve); 및
    상기 제1 유압 펌프 및 상기 제2 유압 펌프가 토출 가능한 상기 작동유의 유량을 나타내는 펌프 제한 유량과, 복수의 상기 유압 실린더에 배분되는 상기 작동유의 배분 유량의 총계에 기초하여, 상기 릴리프 밸브를 통하여 배출되는 상기 작동유의 유량을 나타내는 릴리프 유량을 산출하는 릴리프 유량 산출부;를 더 포함하고,
    상기 펌프 제어부는, 상기 릴리프 유량에 기초하여, 상기 제1 유압 펌프 및 상기 제2 유압 펌프를 제어하는, 제어 시스템.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조작 장치가 조작됨으로써 발생하는 파일럿 유압에 기초하여, 상기 복수의 유압 실린더에 공급되는 상기 작동유의 유량을 조정하는 주조작(主操作) 밸브; 및
    상기 파일럿 유압을 검출하는 조작량 검출부;를 더 포함하고,
    상기 조작량 데이터는, 상기 조작량 검출부의 검출 신호에 기초하여 산출되는, 제어 시스템.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌프 제어부는, 상기 통로가 개방되어 있는 합류 상태로부터 상기 분리 상태로 천이할 때, 상기 펌프 유량 산출부에 의해 산출된 상기 제1 펌프 유량 및 상기 제2 펌프 유량에 기초하여, 상기 제1 유압 펌프 및 상기 제2 유압 펌프를 제어하는, 제어 시스템.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 제어 시스템을 포함하는 작업 기계.
  8. 작업기 및 상기 작업기를 구동시키는 복수의 유압 실린더를 구비하는 작업 기계를 제어하는 제어 방법으로서,
    상기 복수의 유압 실린더에 공급되는 작동유를 제1 유압 펌프 및 제2 유압 펌프로부터 토출하는 단계;
    상기 복수의 유압 실린더의 상기 작동유의 압력을 나타내는 실린더압 데이터를 취득하는 단계;
    상기 복수의 유압 실린더를 구동시키기 위해 조작되는 조작 장치의 조작량 데이터를 취득하는 단계;
    상기 실린더압 데이터와 상기 조작량 데이터에 기초하여, 상기 제1 유압 펌프와 상기 제2 유압 펌프를 접속하는 통로가 개폐 장치에 의해 폐쇄되어 있는 분리 상태에 있어서 상기 제1 유압 펌프로부터 토출되는 상기 작동유의 유량을 나타내는 제1 펌프 유량 및 상기 제2 유압 펌프로부터 토출되는 상기 작동유의 유량을 나타내는 제2 펌프 유량을 산출하는 단계; 및
    상기 제1 펌프 유량 및 상기 제2 펌프 유량에 기초하여, 상기 분리 상태에 있어서 상기 제1 유압 펌프 및 상기 제2 유압 펌프를 제어하는 단계;
    를 포함하는 제어 방법.
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