KR102077356B1 - 선회식 작업 기계 - Google Patents

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마사유키 고미야마
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코벨코 겐키 가부시키가이샤
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Abstract

제공되는 것은 선회식 작업 기계이며, 하부 주행체와, 상부 선회체와, 유압 모터와, 선회 전동기와, 유압 펌프와, 선회 조작기와, 컨트롤 밸브와, 브레이크 밸브와, 모터 출구측 관로를 컨트롤 밸브를 통하지 않고 직접 탱크 또는 모터 입구측 관로에 연통시키는 개방 위치와 이 연통을 차단하는 폐쇄 위치 사이에서 전환되는 연통 밸브와, 연통 밸브 전환 지령 및 상기 선회 전동기의 토크 지령을 내리는 제어 장치를 구비한다. 제어 장치는, (i) 상기 선회 조작기의 조작 상태와, 상기 상부 선회체의 선회 상태로부터, 상기 연통 밸브가 없다고 한 경우에 상기 유압 모터에 발생하는 압력, 또는 이 압력으로부터 얻어지는 토크를 목표값으로서 구하고, (ii) 상기 유압 모터에 실제로 발생하고 있는 압력, 또는 이 압력으로부터 얻어지는 토크를 실제값으로서 구하고, (iii) 상기 목표값으로부터 상기 실제값을 차감한 값에 기초하여 상기 토크 지령을 출력한다.

Description

선회식 작업 기계 {SLEWING WORK MACHINE}
본 발명은, 셔블 등의 선회식 작업 기계에 관한 것이다.
본 발명의 배경 기술을, 도 6에 도시하는 셔블을 예로 들어 설명한다.
이 셔블은, 크롤러식 하부 주행체(1)와, 그 위에 지면에 대해 연직인 축 X 주위로 선회 가능하게 탑재되는 상부 선회체(2)와, 이 상부 선회체(2)에 장착되는 굴삭 어태치먼트(3)를 구비한다. 굴삭 어태치먼트(3)는, 기복 가능한 붐(4)과, 이 붐(4)의 선단에 장착된 아암(5)과, 이 아암(5)의 선단에 장착된 버킷(6)과, 상기 붐(4), 아암(5) 및 버킷(6)을 각각 작동시키는 유압 실린더, 즉, 붐 실린더(7), 아암 실린더(8) 및 버킷 실린더(9)를 갖는다.
이러한 셔블의 상기 상부 선회체(2)를 선회 구동시키기 위한 선회 구동 시스템으로서 특허문헌 1에 기재된 것이 공지이다. 이 선회 구동 시스템은, 구동원으로서의 선회용 유압 모터와, 그 출력축에 접속되는 전동기와, 컨트롤 밸브와, 상기 유압 모터의 양측의 모터 양측 관로와 상기 컨트롤 밸브의 사이에 설치되는 전자 전환 밸브이며 상기 모터 양측 관로를 단락 가능한 연통 밸브와, 축전기를 구비한다. 이 선회 구동 시스템에서는, 선회 제동시, 즉 감속시에 상기 연통 밸브가 상기 유압 모터의 토출유를 당해 유압 모터의 입구측으로 복귀시키도록 전환되고, 상기 전동기는 발전기 작용을 행하여 회생 발전함과 함께 회생 브레이크 작용을 발휘하도록 제어되고, 이에 의해 발생한 회생 전력이 상기 축전기에 축적된다.
이 시스템에 있어서, 상기 연통 밸브는, 상기 모터 양측 관로의 단락에 의해 선회 제동시에 모터 출구측에 작용하는 배압을 작게 하여 유압 모터의 동반 회전 부하를 저감시키고, 이에 의해 관성 운동 에너지의 회수 효율, 즉 회생 효율을 높일 수 있다. 그런데, 당해 연통 밸브를 전환 제어하기 위한 제어계의 단선, 혹은 스풀의 스틱 등에 의해 당해 연통 밸브가 지령대로 움직이지 않는 전환 이상이 발생하면 각종 선회 트러블이 발생한다. 예를 들어, 연통 밸브가 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 복귀되지 않는 사태가 발생하면, 유압 모터의 구동력이 작용하지 않고, 유압에 의한 보유 지지력도 작용하지 않으므로, 비탈길에서 상향으로 선회시키는 상승 선회시에, 선회하지 않을 뿐만 아니라 중력에 의해 하강 선회해 버릴 우려가 있다. 반대로, 연통 밸브가 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 전환되지 않는 사태가 발생하면, 선회 중에 레버 등의 선회 조작 부재를 역방향으로 조작하여 선회 제동하려고 해도 모터 제동 토크가 작용하지 않고, 이로 인해 선회체가 관성에 의해 계속 선회할 우려가 있다.
또한, 상기 특허문헌 1에는, 상기 모터 양측 관로 사이에 설치된 한 쌍의 릴리프 밸브 등으로 이루어지는 브레이크 밸브를 개시하지만, 이 브레이크 밸브는, 선회 제동시에는 작용하지 않고, 선회 정지 직후의 정지 유지 기능을 할 뿐이다.
일본 특허 공개 제2010-65510호 공보
본 발명은 선회용 유압 모터와, 이 선회용 유압 모터의 양측의 모터 양측 관로를 서로 연통시키는 연통 밸브를 구비한 선회식 작업 기계이며, 당해 연통 밸브의 전환에 이상이 발생한 경우라도 선회 트러블을 피할 수 있는 것을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 제공하는 선회식 작업 기계는, 하부 주행체와, 이 하부 주행체 상에 선회 가능하게 탑재된 상부 선회체와, 이 상부 선회체를 선회시키기 위한 구동원인 유압 모터와, 이 유압 모터의 출력축에 접속된 선회 전동기와, 상기 유압 모터에 당해 유압 모터를 작동시키기 위한 작동유를 공급하기 위한 공급원인 유압 펌프와, 상기 상부 선회체의 선회 구동 및 선회 제동을 지령하기 위해 조작되는 선회 조작기와, 이 선회 조작기의 조작에 기초하여 상기 유압 모터에의 작동유의 공급 및 당해 유압 모터로부터의 작동유의 배출을 제어하도록 작동하는 컨트롤 밸브와, 상기 유압 모터의 양측에 연결되는 모터 양측 관로에 접속되어 유압 브레이크 작용을 행하는 브레이크 밸브와, 상기 모터 양측 관로 중 상기 유압 모터의 출구측의 관로를 상기 컨트롤 밸브를 통하지 않고 직접 탱크 또는 상기 모터 양측 관로 중 상기 유압 모터의 입구측의 관로에 연통시키는 개방 위치와 이 연통을 차단하는 폐쇄 위치 사이에서 전환 작동하는 연통 밸브와, 상기 연통 밸브의 위치를 전환하기 위한 연통 밸브 전환 지령을 출력하는 연통 밸브 전환 지령 출력부와, 상기 선회 전동기의 토크를 지정하기 위한 토크 지령을 출력하는 토크 지령 출력부와, 상기 연통 밸브에 전환 이상이 발생한 것을 검출하는 전환 이상 검출부를 구비하고, 상기 토크 지령 출력부는, (i) 상기 선회 조작기의 조작 상태와, 상기 상부 선회체의 선회 상태로부터, 상기 연통 밸브가 없다고 한 경우에 상기 유압 모터에 발생하는 압력, 또는 이 압력으로부터 얻어지는 토크를 목표값으로서 구하고, (ii) 상기 유압 모터에 실제로 발생하고 있는 압력, 또는 이 압력으로부터 얻어지는 토크를 실제값으로서 구하고, (iii) 상기 목표값으로부터 상기 실제값을 차감한 값에 기초하여 상기 토크 지령을 출력한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 선회식 작업 기계의 주요부 구성을 나타내는 시스템 회로도이다.
도 2는 상기 실시 형태에 관한 컨트롤러의 연산 제어 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 도 2 중의 (III)에 이어지는 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 도 2 중의 (IV)에 이어지는 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 연통 밸브를 설치하지 않는 경우의 선회 조작량과 컨트롤 밸브의 미터 아웃 개구 면적의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 적용 대상의 예인 셔블의 개략 측면도이다.
본 발명의 실시 형태를, 도면을 참조하면서 설명한다. 이 실시 형태는, 본 발명이 도 6에 도시되는 셔블과 마찬가지인 셔블에 적용된 것이다.
이 실시 형태에 관한 셔블은, 도 1에 도시하는 유압 펌프(10), 선회용 유압 모터(11), 선회 조작기인 리모콘 밸브(12) 및 컨트롤 밸브(13)를 구비한다. 상기 유압 펌프(10)는, 도시하지 않은 엔진에 의해 구동됨으로써, 상기 유압 모터(11)에 작동유를 공급하는 유압원으로서 기능한다. 상기 유압 모터(11)는, 포트(11a, 11b)를 갖고, 그 중 어느 하나의 포트에 상기 유압 펌프(10)로부터 작동유가 공급됨으로써 그 포트에 대응한 방향으로 회전하여 도 6에 도시되는 상부 선회체(2)를 선회 구동한다. 상기 리모콘 밸브(12)는, 레버(12a)를 갖고, 이 레버(12a)가 상기 상부 선회체(2)의 선회 구동 및 선회 제동을 지령하기 위해 조작된다. 상기 컨트롤 밸브(13)는, 상기 유압 펌프(10) 및 탱크(T)와 상기 유압 모터(11) 사이에 설치되고, 상기 리모콘 밸브(12)의 조작에 따라서 작동하는 유압 파일럿식의 전환 밸브에 의해 구성된다.
상기 리모콘 밸브(12)의 레버(12a)는, 중립 위치와 그 좌우의 선회 위치 사이에서 조작되고, 리모콘 밸브(12)는 당해 레버(12a)의 상기 중립 위치로부터의 조작 방향에 대응한 포트로부터 당해 중립 위치로부터의 조작량에 대응한 크기의 파일럿압을 출력한다.
상기 컨트롤 밸브(13)는, 한 쌍의 파일럿 포트(13a, 13b)를 갖고, 양 파일럿 포트(13a, 13b)에 파일럿압이 공급되지 않을 때에는 중립 위치(P0)를 유지하여 유압 펌프(10)로부터 유압 모터(11)를 차단하고, 파일럿 포트(13a)에 파일럿압이 입력되면 좌선회 위치(P1)로 전환되어 유압 펌프(10)를 유압 모터(11)의 포트(11a)에 접속하고, 파일럿 포트(13b)에 파일럿압이 입력되면 우선회 위치(P2)로 전환되어 유압 펌프(10)를 유압 모터(11)의 포트(11b)에 접속한다. 이와 같이, 리모콘 밸브(12)로부터의 파일럿압에 의해 컨트롤 밸브(13)가 도시한 중립 위치(P0)와 좌, 우 양 선회 위치(P1, P2) 사이에서 전환 동작하고, 이에 의해, 유압 모터(11)에의 작동유의 공급과 유압 모터(11)로부터의 작동유의 배출이 제어되고, 상부 선회체(2)의 선회에 대해, 그 기동을 포함하는 가속, 속도 일정에서의 정상 운전, 감속, 정지의 각 동작, 그리고 선회 방향 및 선회 속도가 제어된다.
도 1에 도시하는 유압 회로는, 상기 컨트롤 밸브(13)와 유압 모터(11)의 양측의 포트(11a, 11b)를 연결하는 관로인 모터 양측 관로, 즉 모터 좌측 관로(14) 및 모터 우측 관로(15)와, 브레이크 밸브(20)를 포함하고, 브레이크 밸브(20)는 한 쌍의 릴리프 밸브(16, 17)와 한 쌍의 체크 밸브(18, 19)를 갖고 상기 모터 양측 관로(14, 15)끼리의 사이에 설치되어 있다. 또한, 이 유압 회로는, 양 릴리프 밸브(16, 17)끼리를 연결하는 릴리프 밸브 회로(21)와, 체크 밸브(18, 19)끼리를 연결하는 체크 밸브 회로(22)와, 이들 릴리프 밸브 회로(21)와 체크 밸브 회로(22)를 접속하는 통로(23)와, 이 통로(23)와 탱크(T)를 접속하는 작동유 흡입용 메이크업 라인(24)과, 이 메이크업 라인(24)에 설치되는 배압 밸브(25)를 포함한다.
이 유압 회로에 있어서, 상기 리모콘 밸브(12)가 조작되지 않을 때, 즉, 레버(12a)가 중립 위치에 있을 때에는, 컨트롤 밸브(13)가 도시한 중립 위치(P0)에 세트되고, 리모콘 밸브(12)가 조작되었을 때에는 컨트롤 밸브(13)가 중립 위치(P0)로부터 도면의 좌선회 위치(P1) 또는 우선회 위치(P2)에 그 리모콘 밸브(12)의 레버(12a)의 조작량에 따른 스트로크로 작동한다. 컨트롤 밸브(13)는, 상기 중립 위치(P0)에서는, 유압 펌프(10)로부터 양 선회 관로(14, 15)를 블록함으로써, 유압 모터(11)의 회전을 저지한다. 이 상태로부터 리모콘 밸브(12)가 좌 또는 우선회 측으로 조작되면, 컨트롤 밸브(13)는 좌선회 위치(P1) 또는 우선회 위치(P2)로 전환되어 유압 펌프(10)로부터 좌선회 관로(14) 또는 우선회 관로(15)를 통한 유압 모터(11)의 포트(11a) 또는 포트(11b)에의 작동유의 공급을 허용한다. 이에 의해, 유압 모터(11)가 좌측 또는 우측으로 회전하여 상부 선회체(2)를 구동시킨다. 즉, 상부 선회체(2)는 그 기동을 포함하는 가속 상태 또는 속도 일정의 정상 운전 상태로 된다. 이때, 유압 모터(11)로부터 토출된 오일은 컨트롤 밸브(13) 경유로 탱크(T)로 복귀된다.
한편, 예를 들어 우선회 구동 중에 리모콘 밸브(12)의 레버(12a)의 감속 조작, 즉 중립 위치로 복귀되는 측으로의 조작이 행해지면, 미터 아웃측인 좌선회 관로(14)에 압력이 발생하고, 이것이 일정값에 도달하면 브레이크 밸브(20)가 작용하여 상부 선회체(2)가 감속하여 정지한다. 좌선회 구동시로부터의 감속/정지시도 마찬가지이다. 또한, 이 감속 중, 모터 좌측 관로(14) 또는 모터 우측 관로(15)가 부압(負壓) 경향으로 되면, 메이크업 라인(24), 통로(23), 체크 밸브 회로(22)의 루트로 탱크(T)로부터 선회 관로(14 또는 15)에 작동유가 흡입되고, 이에 의해 캐비테이션이 방지된다.
이상 설명한 구성 및 그 작용은 종래의 유압 셔블의 선회 구동 시스템과 마찬가지이다.
이 실시 형태에 관한 유압 셔블은, 상기 구성에 더하여, 양 선회 관로(14, 15)와 탱크(T) 사이에 각각 설치되는 좌측 연통 밸브(26) 및 우측 연통 밸브(27)와, 상부 선회체(2)를 선회시키기 위한 선회 전동기를 구성하는 전동기(30)와, 축전기(31)와, 복수의 검출기와, 컨트롤러(28)와, 전동기/축전기 제어 장치(32)를 포함하고, 이 실시 형태에 관한 컨트롤러(28)는, 연통 밸브(26, 27)의 위치를 전환하기 위한 연통 밸브 전환 지령을 출력하는 연통 밸브 전환 지령 출력부와, 상기 전동기(30)의 토크를 지정하기 위한 토크 지령을 출력하는 토크 지령 출력부와, 상기 연통 밸브(26, 27)의 전환에 이상이 발생한 것을 검출하는 전환 이상 검출부를 포함한다.
상기 양 연통 밸브(26, 27)는, 각각 전자 전환 밸브에 의해 구성되고, 상기 컨트롤러(28)가 출력하는 연통 밸브 전환 지령인 전기 신호에 의해 개방 위치(Pop)와 폐쇄 위치(Pcl) 사이에서 전환된다. 각 연통 밸브(26, 27)는 입구측 포트 및 출구측 포트를 갖고, 상기 개방 위치(Pop)에 있어서 당해 입구측 포트와 출구측 포트를 연통하고, 상기 폐쇄 위치(Pcl)에 있어서 당해 입구측 포트와 출구측 포트를 차단한다. 각 연통 밸브(26, 27)의 입구측 포트는 모터 좌측 및 우측 관로(14, 15)에 각각 접속되고, 각 연통 밸브(26, 27)의 출구측 포트는 통로(29)를 통해 브레이크 밸브(20)를 위한 통로(23)에 각각 접속되어 있다. 상기 통로(23)는 메이크업 라인(24)을 통해 탱크(T)에 접속되어 있으므로, 연통 밸브(26, 27)는 상기 개방 위치(Pop)로 전환되면 모터 양측 관로(14, 15)를 컨트롤 밸브(13)를 통하지 않고 직접 탱크(T)에 연통한다.
상기 선회 전동기(30)는, 상기 유압 모터(11)의 출력축에 접속되고, 상기 상부 선회체(2)에 선회 구동 토크를 부여하는 전동기 작용과, 당해 상부 선회체(2)의 선회를 이용하여 회생 전력을 생성하는 회생 작용을 발휘하는 것이 가능하다. 이 선회 전동기(30)의 회생 작용에 의해 발생한 회생 전력은 전동기/축전기 제어 장치(32) 경유로 축전기(31)에 축적된다.
상기 복수의 검출기는, 압력 센서(33, 34, 35, 36)를 포함한다. 압력 센서(33, 34)는, 리모콘 밸브(12)로부터 상기 컨트롤 밸브(13)의 파일럿 포트(13a, 13b)에 각각 공급되는 파일럿압을 검출하고, 이에 의해, 당해 리모콘 밸브(12)의 조작 상태[레버(12a)가 중립 위치에 있는지, 혹은 좌 또는 우선회 위치로 조작되었는지]를 검출하는 선회 조작 검출 수단으로서 기능한다. 압력 센서(35, 36)는, 상기 모터 양측 관로(14, 15)의 압력, 즉, 선회 동작시의 모터 입구측 및 출구측의 압력을 각각 검출하는 압력 검출 수단으로서 기능한다. 이들 압력 센서(33∼36)가 출력하는 신호, 즉, 조작 신호 또는 압력 신호가 컨트롤러(28)에 입력된다.
또한, 선회 전동기(30)의 구동 속도, 즉, 선회 속도에 대한 정보 신호가, 전동기/축전기 제어 장치(32)로부터 컨트롤러(28)에 입력된다. 혹은, 선회 전동기(30)의 속도를 검출하는 속도 센서가 설치되어, 이 속도 센서가 생성하는 검출 신호가 컨트롤러(28)에 입력되어도 된다.
컨트롤러(28)는, 이것에 입력되는 각 신호에 기초하여 상부 선회체(2)가 선회 동작 상태인지 정지 상태인지를 판단하여, 선회 동작 상태에 있다고 판단하였을 때에는, 즉, 기동을 포함하는 가속 동작 상태, 정상 운전 상태, 혹은 감속 동작 상태에 있다고 판단하였을 때에는 항상, 연통 밸브(26, 27) 중 리모콘 밸브(12)의 조작 방향과 반대측의 방향에 대응하는 것[우선회시에는 좌측 연통 밸브(26), 좌선회시에는 우측 연통 밸브(27). 이하, 반대측 연통 밸브라 함]을 개방 위치(Pop)로 전환하기 위한 연통 밸브 전환 지령을 출력한다. 따라서, 선회 동작시에는, 유압 모터(11)로부터 토출된 오일이 컨트롤 밸브(13)를 통과하지 않고 반대측 연통 밸브(26 또는 27)를 통과하는 루트로 탱크(T)에 직접 복귀된다. 예를 들어, 우선회시에는, 유압 모터(11), 좌선회 관로(14), 좌측 연통 밸브(26), 통로(29), 통로(23), 메이크업 라인(24)의 루트로 탱크(T)에 복귀된다. 이로 인해, 복귀 오일은 컨트롤 밸브(13)에서의 교축 작용을 받지 않는다. 이에 의해, 선회 동작시의 미터 아웃측에 작용하는 배압을 저감시켜 미터 인측의 압력을 떨어뜨려, 펌프압을 저하시킬 수 있으므로, 유압 펌프(10)의 동력 손실을 억제할 수 있다.
이 선회 동작 중, 선회 전동기(30)는 유압 모터(11)에 의해 구동되어 소위 동반 회전하고, 이 동안, 컨트롤러(28)로부터의 회생 지령에 기초하여 발전기(회생) 작용을 행한다. 이 회생 작용에 의해, 선회 동작 중, 항상 축전기(31)가 충전됨과 함께, 감속시에는 회생 브레이크에 의해 유압 모터(11)가 제동되어 상부 선회체(2)가 감속/정지한다. 그리고, 선회 정지 후, 컨트롤러(28)로부터의 연통 밸브 전환 지령에 의해 연통 밸브(26, 27)가 폐쇄 위치(Pcl)로 전환된다. 이 선회 정지 상태에서 브레이크 밸브(20)의 브레이크 작용에 의해 도 5의 상부 선회체(2)가 정지 상태로 유지된다.
한편, 컨트롤러(28)에는 표시기(37)가 접속되어 있다. 컨트롤러(28)는, 연통 밸브(26, 27)의 제어계의 고장, 예를 들어 단선이나 스풀의 스틱에 의해 당해 연통 밸브(26, 27)의 전환에 이상이 발생한 것을 검출함과 함께, 당해 이상이 발생하였을 때, 그 취지를 표시기(37)에 표시시켜 작업자에게 알린다.
다음으로, 이 실시 형태에 관한 컨트롤러(28)가 행하는 제어 동작을 도 2∼도 4의 흐름도에 의해 설명한다.
도 2의 흐름도에 있어서, 제어 개시 후, 컨트롤러(28)는, 스텝 S1에서 우선회 조작 신호가 있는지(우선회 조작되었는지) 여부를 판단하여, "예"인 경우에, 스텝 S2에서 좌측 연통 밸브(26)를 개방한다[우측 연통 밸브(27)는 폐쇄한다]. 이어지는 스텝 S3에서, 우선회 속도 신호가 있는지 여부(우선회 동작 중인지)를 판단하여, 여기서 "예"인 경우에, 스텝 S4∼S7에 있어서, 선회 전동기(30)에 대한 지령 토크를 연산하고, 토크 지령의 출력을 행한다.
이 지령 토크의 연산에 대해 상세하게 설명한다. 컨트롤러(28)는 우선, 스텝 S4에서, 선회 조작량과 선회 속도로부터, 연통 밸브(26, 27)가 없다고 한 경우의 모터 출구측 압력 ΔP를 산출한다. 컨트롤러(28)는, 도 5에 나타내는, 선회 조작량과 컨트롤 밸브(13)의 미터 아웃 개구 면적의 관계를 나타내는 개구 특성을 미리 기억하고 있고, 그 개구 특성과, 검출된 선회 조작량에 기초하여 미터 아웃 개구 면적 A를 산출한다. 또한, 컨트롤러(28)는, 검출된 선회 속도로부터 유압 모터(11)에 흐르는 작동유의 유량(선회 유량) Q를 산출함과 함께, 이 선회 유량 Q와, 상기 산출된 미터 아웃 개구 면적 A에 기초하여, 하기 식(1)을 사용하여 모터 출구측 압력 ΔP를 산출한다(스텝 S4).
Figure 112015006268798-pct00001
여기서, Cd는 유량 계수, ρ는 유체 밀도이다.
다음으로, 컨트롤러(28)는 스텝 S5에서, 상기 출구측 압력의 산출값 ΔP로부터 목표 토크(목표값) Tm을, 하기 식(2)를 사용하여 산출한다.
Figure 112015006268798-pct00002
여기서, q는 유압 모터 용적(cc/rev)이다.
또한, 컨트롤러(28)는, 스텝 S6에서, 유압 모터 압력에 기초하여, 유압 모터(11)에 실제로 발생하고 있는 유압 토크(실제값) Th를, 하기 식(3)을 사용하여 산출한다.
Figure 112015006268798-pct00003
여기서, Pa는 유압 모터(11)의 포트(11a)의 압력(㎫), Pb는 유압 모터(11)의 포트(11b)의 압력(㎫)이다.
그리고, 컨트롤러(28)는 스텝 S7에 있어서, 목표 토크 Tm과 유압 토크 Th의 차에 상당하는 토크 Tref를 구하고, 이것을 선회 전동기(30)에 대한 토크 명령값으로서 전동기/축전기 제어 장치(32)에 입력한다.
이 후, 컨트롤러(28)는 스텝 S8에서 연통 밸브(26, 27)에 전환 이상이 없는지 여부를 판단하여, 이상이 있으면 스텝 S9에서 연통 밸브(26 또는 27)의 이상을 표시기(37)에 표시시킨 후에, 이상이 없으면 그대로, 스텝 S1로 복귀한다. 또한, 전환 이상의 주된 요인은 연통 밸브(26, 27)의 제어계에 있어서의 단선이며, 이 단선은 연통 밸브(26, 27)의 솔레노이드가 포함되는 전기 회로의 전압을 감시함으로써 검출할 수 있다. 혹은, 본 발명에 관한 전환 이상 검출부는, 연통 밸브(26, 27)의 전환 상태를 직접 검출하기 위한 센서, 예를 들어 스트로크 센서를 포함하고 있어, 그 검출된 전환 상태와 리모콘 밸브(12)의 조작이 합치하지 않는 경우에 전환 이상이라고 판단해도 된다.
상기 스텝 S3에서 "아니오"인 경우, 즉, 우선회 조작되고 있음에도 우선회 속도 신호가 없는 경우, 컨트롤러(28)는 스텝 S10에서 좌선회 속도 신호가 있는지 여부를 판단하여, "예"인 경우, 즉, 좌선회 속도 신호가 있는 경우는, 역 레버 조작되고 있거나, 혹은 상승 선회시에 상부 선회체(2)가 중력에 의해 하강 선회하고 있다고 하여, 스텝 S11에 있어서, 모터 입구측에 발생해야 하는 압력 ΔP로서, 릴리프압 상당의 최대값(Pmax)을 설정한다. 컨트롤러(28)는, 이어지는 스텝 S12에서, ΔP로부터 목표 토크 Tm을, 식 Tm＝ΔP×q/(2π)에 의해 산출하고, 스텝 S6으로 이행한다. 또한, 스텝 S10에서 "아니오"인 경우, 즉, 우선회 조작되고 있음에도 우측도 좌측도 선회 속도 신호가 없는 경우는, 압박 작업 등이 행해지고 있고 실제의 선회 동작은 행해지고 있지 않다고 하여, 스텝 S13에서 전동기 토크 지령 없음으로서 스텝 S8로 이행한다.
상기 스텝 S1에서 "아니오"인 경우, 즉, 우선회 조작 신호가 없는 경우, 컨트롤러(28)는 스텝 S14에서 좌선회 조작 신호가 있는지 여부를 판단하여, "예"인 경우, 즉, 좌선회 조작 신호 있음의 경우는, 스텝 S15에서 좌측 연통 밸브(26)를 폐쇄하고, 우측 연통 밸브(27)를 개방한 후, 도 3의 스텝 S16으로 이행한다. 스텝 S14에서 "아니오"인 경우, 즉, 우측도 좌측도 선회 조작 신호가 없는 경우는, 도 4의 스텝 S27로 이행한다.
도 3의 스텝 S16에서는, 컨트롤러(28)는, 좌선회 속도 신호가 있는지 여부를 판단하여, "예"인 경우, 즉, 좌선회 속도 신호 있음의 경우는, 도 1의 스텝 S4∼S9와 마찬가지로, 선회 조작량과 선회 속도에 기초하는 모터 출구측 압력 ΔP의 산출(스텝 S17), 모터 출구측 압력 ΔP에 기초하는 목표 토크 Tm의 산출(스텝 S18), 유압 모터 압력으로부터의 유압 토크 Th의 산출(스텝 S19), 전동기 토크 명령값 Tref의 산출 및 출력(스텝 S20), 연통 밸브(26, 27)의 이상의 판단(스텝 S21) 및 이상이라 판단한 경우의 표시(스텝 S22)를 행하고, 스텝 S1로 복귀한다.
스텝 S16에서 "아니오"인 경우, 즉, 좌선회 조작되고 있음에도 좌선회 속도 신호가 없는 경우, 컨트롤러(28)는 스텝 S23에서 우선회 속도 신호가 있는지 여부를 판단한다. "예"인 경우는, 도 1의 스텝 S11∼S13과 마찬가지로, 스텝 S24에서 모터 입구측에 발생해야 하는 압력으로서 최대값(Pmax)을 설정하고(ΔP＝Pmax), 또한 스텝 S25에서 ΔP로부터 목표 토크 Tm을, 식 Tm＝ΔP×q/(2π)에 의해 산출한 후, 스텝 S19로 이행하고, "아니오"인 경우는 전동기 토크 지령을 내리지 않고(스텝 S26) 스텝 S21로 이행한다.
도 2의 스텝 S14에서 "아니오"인 경우, 즉, 우선회 조작 신호도 좌선회 조작 신호도 없는 경우, 컨트롤러(28)는 도 4의 스텝 S27에서 우선회 속도 신호가 있는지 여부를 판단하여, "예"인 경우, 즉, 우선회 속도 신호 있음의 경우는, 도 1의 스텝 S4∼S7과 동일한 스텝 S28∼S31을 거친 후, 도 1의 스텝 S8, S9와 동일한 스텝 S32, S33을 거쳐서 스텝 S1로 복귀한다.
스텝 S27에서 "아니오"인 경우, 즉, 우선회 속도 신호 없음의 경우, 즉, 우선회 조작도 좌선회 조작도 되지 않고, 또한 우선회 속도도 발생되어 있지 않은 경우, 컨트롤러(28)는 스텝 S34에서 좌선회 속도 신호가 있는지 여부를 판단하여, "예"(좌선회 속도 신호 있음)인 경우는, 선회 감속을 위해 선회 리모콘 밸브(12)가 중립 복귀되어 있지만 상부 선회체(2)는 여전히 관성에 의해 선회하고 있다고 하여, 도 1의 스텝 S11, S12와 마찬가지로, 스텝 S35에서 모터 입구측에 발생해야 하는 압력으로서 최대값(Pmax)을 설정함과 함께, 스텝 S36에서 ΔP로부터 목표 토크 Tm을 산출하여 스텝 S30으로 이행한다. 스텝 S34에서 "아니오"인 경우, 즉, 좌우의 선회 조작 신호도 속도 신호도 없는 경우, 컨트롤러(28)는 선회 정지 상태라고 하여 스텝 S37에서 좌우 양측 연통 밸브(26, 27)를 폐쇄하고, 전동기 토크 지령을 내리지 않고(스텝 S38), 스텝 S32로 이행한다.
이와 같이, 상기 컨트롤러(28)는, 연통 밸브(26, 27)의 전환 이상에 의해 유압 모터(11)에 토크 이상이 발생한 경우라도, 연통 밸브(26, 27)가 없는 통상의 회로에 있어서 유압 모터에 발생하는 토크(목표값)로부터 이상 토크를 차감한 값에 기초하여 전동기/축전기 제어 장치(32)에 토크 지령을 입력하므로, 합계로서, 전환 이상이 없다고 한 경우에 작용하는 토크를 모터 출력축에 작용시킬 수 있다.
이것은, 연통 밸브(26, 27)의 전환 이상에 관계없이, 이상이 없는 경우와 동일한 토크에 의해 상부 선회체(2)를 구동 또는 제동하는 것을 가능하게 하고, 이에 의해, 선회 트러블을 피하는 것을 가능하게 한다. 구체적으로는, 상기 이상에 의해 출구측의 연통 밸브(26 또는 27)가 개방 위치(Pop)에 고정된 경우에, 유압 토크 대신에 전동기 토크를 제동 토크로서 발생시킬 수 있고, 이에 의해 상기 이상에 관계없이 상부 선회체를 확실하게 감속시킬 수 있다. 한편, 출구측 연통 밸브(26 또는 27)가 폐쇄 위치(Pcl)에 고정된 경우, 목표 토크 Tm으로부터 정상시라면 발생하지 않는 유압 토크 Th를 차감한 값에 기초하는 토크 지령에 의해 전동기 토크만이 전동기 출력축에 작용하므로, 전동기 출력축의 과부하에 의한 파손을 방지할 수 있다.
또한, 컨트롤러(28)는 선회 조작 방향(지령된 선회 방향)과 실제의 선회 방향이 다를 때, 연통 밸브(26, 27)가 없다고 한 경우에 유압 모터(11)의 입구측에 발생하는 모터 입구측 압력에 기초하여 목표 토크 Tm을 설정하고, 이 목표 토크 Tm으로부터 유압 모터(11)에 실제로 발생하고 있는 실제값인 실제 토크 Th를 차감하여 얻어지는 토크 Tref를 선회 전동기(30)에 대한 토크 지령으로서 출력하므로, 역 레버 조작시나 상승 선회시에 구동 토크가 작용하지 않음으로써 발생하는 사태, 즉, 관성에 저항하지 못하여 조작 방향으로 구동할 수 없고, 제동도 할 수 없고, 또한 중력에 의해 선회해 버리는 사태의 발생을 피할 수 있다.
표 1 및 표 2는 출구측 연통 밸브(26 또는 27)가 「개방 위치」 및 「폐쇄 위치」에 각각 고정된 경우에, 특허문헌 1에 기재된 공지 기술 및 실시 형태에 의해 어떠한 토크가 발생하는지를 나타낸다.
Figure 112015006268798-pct00004
Figure 112015006268798-pct00005
연통 밸브가 「개방 위치」에 고정된 경우, 공지 기술에서는, 표 1에 나타내는 바와 같이, 역 레버 조작시 또는 상승 선회시에 유압 모터에 의한 발생 토크를 기대하고 전동기 토크(제동 토크) Tref로서 0％가 지령되지만, 실제로는 유압 토크 Th도 0％(정상시는 100％)로 되므로, 전동기 출력축에 출력되는 토크는 0％로 된다. 이로 인해, 역 레버 조작에 의해서도 상부 선회체가 정지하지 않고, 상승 선회시에는 중력에 의해 하강 선회해 버린다.
이에 대해, 상기 실시 형태에 따르면, 목표 토크 Tm으로서 100％가 산출되는 한편, 유압 토크 Th가 0％이므로, 결정되는 지령 토크 Tref는 (100-0＝)100％로 되어 목표 토크 Tm의 100％가 전동기 출력축 토크로 된다. 이로 인해, 역 레버 조작에 의해 상부 선회체를 확실하게 정지시켜, 상승 선회시의 중력에 의한 하강 선회를 방지할 수 있다.
한편, 연통 밸브가 「폐쇄 위치」에 고정된 경우, 표 2에 나타내는 바와 같이, 공지 기술에서는 100％의 전동기 토크가 지령되고, 유압 토크 Th도 100％(정상시는 0％) 발생하므로, 전동기 출력축 토크는 합계 200％로 되어, 과부하로 된다. 이에 대해 상기 실시 형태에 따르면, 목표 토크 Tm으로서 100％가 산출되지만, 유압 토크 Th의 100％를 차감하여, 전동기 지령 토크는 합계로서 0％로 되므로, 결국, 전동기 출력축 토크는 목표 토크와 동일하게 유압 토크분의 100％로 설정된다. 이로 인해, 전동기 출력축이 과부하로 될 우려가 없다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 컨트롤러(28)가 연통 밸브(26, 27)의 전환 이상을 검출하여 그 이상 발생을 표시기(37)에 표시시킴으로써 작업자에게 통지하거나, 또는 기계의 운전을 정지시키는 등의 안전 대책으로 활용할 수 있다.
본 발명은, 이상 설명한 실시 형태에 한정되지 않고, 예를 들어 다음과 같은 형태를 포함한다.
(1) 상기 실시 형태에서는, 목표값 및 실제값이 각각 토크로서 구해지지만, 본 발명에 관한 목표값 및 실제값은 압력으로서 구해져도 된다. 이 경우, 양자의 차압으로부터 구해지는 토크에 기초하여 선회 전동기(30)에 대한 토크 지령이 결정되어도 된다.
(2) 상기 실시 형태에서는, 연통 밸브(26, 27)의 출구측이 통로(29)를 통해 브레이크 밸브(20)의 통로(23)에 접속되는, 즉, 메이크업 라인(24)이 연통 밸브(26, 27)의 출구측을 탱크(T)에 연결하는 라인으로서 공용되지만, 연통 밸브(26, 27)의 출구측이 각각 전용의 탱크 접속 라인에 의해 탱크(T)에 접속되어도 된다.
(3) 상기 실시 형태에서는, 모터 양측 관로(14, 15)마다 연통 밸브(26, 27)가 설치되어 있지만, 본 발명에 관한 작업 기계는, 양측 관로(14, 15)에 공용되는 단일의 연통 밸브이며, 폐쇄 위치(중립 위치)와 좌우의 개방 위치를 각각 갖는 것을 구비해도 된다.
(4) 상기 실시 형태에 관한 연통 밸브(26, 27)는, 모터 출구측 관로를 탱크(T)에 연통시키는 개방 위치(Pop)와 이 연통을 차단하는 폐쇄 위치(Pcl) 사이에서 전환되는 것이지만, 본 발명은 특허문헌 1에 기재된 단락 전환 밸브와 마찬가지로, 모터 양측 관로를 단락시키는 개방 위치와, 양측 관로를 컨트롤 밸브에 접속하는 폐쇄 위치 사이에서 전환되는 연통 밸브를 구비하고, 이 연통 밸브가 모터 양측 관로와 컨트롤 밸브 사이에 설치되어 선회 감속시에 모터 출구 관로를 입구 관로에 연통시키는 것에 대해서도, 상기한 바와 마찬가지로 적용할 수 있다.
(5) 본 발명은 셔블에 한정되지 않고, 셔블을 모체로서 구성되는 해체기나 파쇄기 등의 다른 선회식 작업 기계에도 상기한 바와 마찬가지로 적용할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 선회용 유압 모터와, 이 선회용 유압 모터의 양측의 모터 양측 관로를 서로 연통시키는 연통 밸브를 구비한 선회식 작업 기계이며, 당해 연통 밸브의 전환에 이상이 발생한 경우라도 선회 트러블을 피할 수 있는 것을 제공한다. 이 선회식 작업 기계는, 하부 주행체와, 이 하부 주행체 상에 선회 가능하게 탑재된 상부 선회체와, 이 상부 선회체를 선회시키기 위한 구동원인 유압 모터와, 이 유압 모터의 출력축에 접속된 선회 전동기와, 상기 유압 모터에 당해 유압 모터를 작동시키기 위한 작동유를 공급하기 위한 공급원인 유압 펌프와, 상기 상부 선회체의 선회 구동 및 선회 제동을 지령하기 위해 조작되는 선회 조작기와, 이 선회 조작기의 조작에 기초하여 상기 유압 모터에의 작동유의 공급 및 당해 유압 모터로부터의 작동유의 배출을 제어하도록 작동하는 컨트롤 밸브와, 상기 유압 모터의 양측에 연결되는 모터 양측 관로에 접속되어 유압 브레이크 작용을 행하는 브레이크 밸브와, 상기 모터 양측 관로 중 상기 유압 모터의 출구측의 관로를 상기 컨트롤 밸브를 통하지 않고 직접 탱크 또는 상기 모터 양측 관로 중 상기 유압 모터의 입구측의 관로에 연통시키는 개방 위치와 이 연통을 차단하는 폐쇄 위치 사이에서 전환 작동하는 연통 밸브와, 상기 연통 밸브의 위치를 전환하기 위한 연통 밸브 전환 지령을 출력하는 연통 밸브 전환 지령 출력부와, 상기 선회 전동기의 토크를 지정하기 위한 토크 지령을 출력하는 토크 지령 출력부와, 상기 연통 밸브에 전환 이상이 발생한 것을 검출하는 전환 이상 검출부를 구비하고, 상기 토크 지령 출력부는, (i) 상기 선회 조작기의 조작 상태와, 상기 상부 선회체의 선회 상태로부터, 상기 연통 밸브가 없다고 한 경우에 상기 유압 모터에 발생하는 압력, 또는 이 압력으로부터 얻어지는 토크를 목표값으로서 구하고, (ii) 상기 유압 모터에 실제로 발생하고 있는 압력, 또는 이 압력으로부터 얻어지는 토크를 실제값으로서 구하고, (iii) 상기 목표값으로부터 상기 실제값을 차감한 값에 기초하여 상기 토크 지령을 출력한다.
이 작업 기계에서는, 연통 밸브의 전환 이상에 의해 유압 모터에 토크 이상이 발생한 경우라도, 토크 지령 출력부는, 연통 밸브가 없는 회로에 있어서 유압 모터에 발생하는 압력 또는 토크(목표값)로부터 실제값을 차감한 값에 기초하여 전동기에 토크 지령을 부여하므로, 합계로서, 전환 이상이 없다고 한 경우에 작용하는 토크를 모터 출력축에 작용시킬 수 있다. 이것은, 연통 밸브의 전환 이상에 관계없이, 이상이 없는 경우와 동일한 토크에 의해 상부 선회체를 구동 또는 제동하는 것을 가능하게 하고, 이에 의해, 선회 트러블을 피하는 것을 가능하게 한다. 한편, 상기 전환 이상 검출부가 상기 연통 밸브의 전환의 이상을 검출하므로, 이상 발생을 작업자에게 표시하거나 또는 기계의 운전을 정지시키는 등의 안전 대책으로 활용할 수 있다.
구체적으로, 상기 토크 지령 출력부는, 상기 선회 조작기의 조작량으로부터 구해지는 상기 컨트롤 밸브의 미터 아웃 개구 면적과, 상기 유압 모터의 유량으로부터, 상기 연통 밸브가 없다고 한 경우에 상기 유압 모터의 출구측에 발생하는 모터 출구측 압력을 구하고, 이 모터 출구측 압력에 기초하여 상기 목표값으로서의 목표 토크를 설정함과 함께, 상기 유압 모터에 실제로 발생하고 있는 상기 실제값으로서의 실제 토크를 산출하고, 상기 목표 토크로부터 상기 실제 토크를 차감하여 얻어지는 토크에 기초하여 상기 선회 전동기에 대한 토크 지령을 출력하는 것이 적합하다.
이 구성은, 상부 선회체의 확실한 감속을 가능하게 한다. 연통 밸브의 전환 이상 중 하나로서, 출구측의 연통 밸브가 개방 위치에 고정되면, 감속 조작해도 유압 모터에 의한 제동 토크가 작용하지 않고, 브레이크 밸브에 의한 유압 브레이크력도 작용하지 않으므로, 평지 작업시에 제동 불능으로 될 우려가 있는 것에 반해, 상기한 바와 같이 하여 지령 토크를 결정하는 지령 토크 출력부는, 유압 토크 대신에 전동기 토크를 제동 토크로서 발생시킬 수 있으므로, 상부 선회체를 확실하게 감속시킬 수 있다. 또한, 출구측 연통 밸브가 폐쇄 위치에 고정되면, 전동기 출력축에 전동기 회생 토크와 유압 브레이크에 의한 유압 제동 토크의 양쪽이 작용하여 전동기 출력축이 과부하로 될 우려가 있지만, 상기한 바와 같이 하여 지령 토크를 결정하는 지령 토크 출력부는, 목표 토크로부터 정상시라면 발생하지 않는 유압 토크를 차감함으로써, 전동기 토크만을 전동기 출력축에 작용시키는 것이 가능하고, 이에 의해, 급격한 감속 쇼크나 전동기 출력축의 파손을 방지할 수 있다.
상기 토크 지령 출력부는, 바람직하게는 상기 선회 조작기에 의해 지령된 선회 방향과 실제의 선회 방향이 다를 때, 상기 연통 밸브가 없다고 한 경우에 상기 유압 모터의 입구측에 발생하는 모터 입구측 압력에 기초하여 상기 목표값인 목표 토크를 설정함과 함께, 상기 모터 입구측 압력 및 모터 출구측 압력으로부터 상기 유압 모터에 실제로 발생하고 있는 상기 실제값으로서의 실제 토크를 산출하고, 상기 목표 토크로부터 상기 실제 토크를 차감하여 얻어지는 토크를 상기 선회 전동기에 대한 토크 지령으로서 출력하는 것이 좋다. 이 토크 지령 출력부는, 역 레버 조작시나 상승 선회시에 구동 토크가 작용하지 않음으로써 발생하는 사태, 즉, 관성에 저항할 수 없어 조작 방향으로 구동할 수 없고, 제동도 할 수 없고, 또한 중력에 의해 선회해 버리는 사태의 발생을 피하는 것을 가능하게 한다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 선회식 작업 기계이며,
    하부 주행체와,
    이 하부 주행체 상에 선회 가능하게 탑재된 상부 선회체와,
    이 상부 선회체를 선회시키기 위한 구동원인 유압 모터와,
    이 유압 모터의 출력축에 접속된 선회 전동기와,
    상기 유압 모터에 당해 유압 모터를 작동시키기 위한 작동유를 공급하기 위한 공급원인 유압 펌프와,
    상기 상부 선회체의 선회 구동 및 선회 제동을 지령하기 위해 조작되는 선회 조작기와,
    이 선회 조작기의 조작에 기초하여 상기 유압 모터에의 작동유의 공급 및 당해 유압 모터로부터의 작동유의 배출을 제어하도록 작동하는 컨트롤 밸브와,
    상기 유압 모터의 양측에 연결되는 모터 양측 관로에 접속되어 유압 브레이크 작용을 행하는 브레이크 밸브와,
    상기 모터 양측 관로 중 상기 유압 모터의 출구측의 관로를 상기 컨트롤 밸브를 통하지 않고 직접 탱크 또는 상기 모터 양측 관로 중 상기 유압 모터의 입구측의 관로에 연통시키는 개방 위치와 이 연통을 차단하는 폐쇄 위치 사이에서 전환 작동하는 연통 밸브와,
    상기 연통 밸브의 위치를 전환하기 위한 연통 밸브 전환 지령을 출력하는 연통 밸브 전환 지령 출력부와,
    상기 선회 전동기의 토크를 지정하기 위한 토크 지령을 출력하는 토크 지령 출력부와,
    상기 연통 밸브에 전환 이상이 발생한 것을 검출하는 전환 이상 검출부를 구비하고,
    상기 토크 지령 출력부는, (i) 상기 선회 조작기의 조작 상태와, 상기 상부 선회체의 선회 상태로부터, 상기 연통 밸브가 없다고 한 경우에 상기 유압 모터에 발생하는 압력, 또는 이 압력으로부터 얻어지는 토크를 목표값으로서 구하고, (ii) 상기 유압 모터에 실제로 발생하고 있는 압력, 또는 이 압력으로부터 얻어지는 토크를 실제값으로서 구하고, (iii) 상기 목표값으로부터 상기 실제값을 차감한 값에 기초하여 상기 토크 지령을 출력하며,
    상기 토크 지령 출력부는, 상기 선회 조작기의 조작량으로부터 구해지는 상기 컨트롤 밸브의 미터 아웃 개구 면적과, 상기 유압 모터의 유량으로부터, 상기 연통 밸브가 없다고 한 경우에 상기 유압 모터의 출구측에 발생하는 모터 출구측 압력을 구하고, 이 모터 출구측 압력에 기초하여 상기 목표값으로서의 목표 토크를 설정함과 함께, 상기 유압 모터에 실제로 발생하고 있는 상기 실제값으로서의 실제 토크를 산출하고, 상기 목표 토크로부터 상기 실제 토크를 차감하여 얻어지는 토크에 기초하여 상기 선회 전동기에 대한 토크 지령을 출력하는, 선회식 작업 기계.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 토크 지령 출력부는, 상기 선회 조작기에 의해 지령된 선회 방향과 실제의 선회 방향이 다를 때, 상기 연통 밸브가 없다고 한 경우에 상기 유압 모터의 입구측에 발생하는 모터 입구측 압력에 기초하여 상기 목표값인 목표 토크를 설정함과 함께, 상기 모터 입구측 압력 및 모터 출구측 압력으로부터 상기 유압 모터에 실제로 발생하고 있는 상기 실제값으로서의 실제 토크를 산출하고, 상기 목표 토크로부터 상기 실제 토크를 차감하여 얻어지는 토크를 상기 선회 전동기에 대한 토크 지령으로 하여 출력하는, 선회식 작업 기계.
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