KR20130124364A

KR20130124364A - 쇼벨 및 쇼벨의 제어방법

Info

Publication number: KR20130124364A
Application number: KR1020137021776A
Authority: KR
Inventors: 히데토 마가키; 류지 시라타니
Original assignee: 스미토모 겐키 가부시키가이샤
Priority date: 2011-03-08
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2013-11-13
Also published as: EP2685010A1; EP2685011A4; JP5836362B2; EP2685010A4; US9249556B2; WO2012121252A1; JP5823492B2; KR20130129261A; CN103415664A; CN103415664B; CN103403271A; WO2012121253A1; US20140088839A1; US20130345939A1; JPWO2012121252A1; EP2685011B1; KR101768662B1; CN103403271B; KR20150098687A; JPWO2012121253A1

Abstract

본 발명에 관한 유압쇼벨은, 하부주행체(1)와, 하부주행체(1)에 대하여 선회 가능하게 탑재된 상부선회체(3)와, 상부선회체(3)에 회동 가능하게 장착되는 붐(4)과, 붐(4)에 회동 가능하게 장착되는 암(5)과, 암(5)에 장착되는 버킷(6)과, 붐(4) 상태를 검출하는 붐각도센서(S1)와, 붐각도센서(S1)의 검출치에 근거하여, 붐(4)이 소정의 상부작업영역 내에 존재하는지 아닌지를 판정하는 어태치먼트상태 판정부(300)와, 유압쇼벨의 동작상태를 전환하는 동작상태 전환부(301)를 구비하고, 동작상태 전환부(301)는, 어태치먼트상태 판정부(300)에 의하여 어태치먼트가 소정의 상부작업영역(UWR) 내에 있다고 판정된 경우에, 버킷(6)의 움직임을 느리게 한다.

Description

쇼벨 및 쇼벨의 제어방법{Shovel and method for controlling shovel}

본 발명은, 붐, 암, 및 엔드어태치먼트를 포함하는 어태치먼트를 구비한 쇼벨 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히, 엔드어태치먼트의 신속한 움직임이 필요없는 경우의 에너지효율을 개선하는 쇼벨 및 그 제어방법에 관한 것이다.

종래, 버킷폐쇄, 암폐쇄, 및 붐상승을 동시 조작하는 경우에, 붐상승에 필요한 압유(壓油)를 충분히 확보하여 붐의 움직임을 원활하게 하여, 작업성을 향상시키도록 한 유압쇼벨이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조.).

이 유압쇼벨은, 버킷용 파일럿밸브, 암용 파일럿밸브, 및 붐용 파일럿밸브가 동시에 조작된 경우에, 암용 방향 제어밸브에 압유가 과도하게 유입되는 것을 억제하면서 붐용 방향 제어밸브에 유입되는 압유를 증대시킨다.

이로써, 이 유압쇼벨은, 버킷의 동작속도를 현저하게 느리게 하는 일 없이, 버킷폐쇄, 암폐쇄, 및 붐상승을 동시 조작하는 경우의 붐의 움직임을 원활히 한다.

(특허문헌)

특허문헌 1: 일본공개특허공보 2002-4339호

그러나, 특허문헌 1은, 버킷폐쇄, 암폐쇄, 및 붐상승을 동시 조작하는 경우의 버킷의 동작속도의 현저한 저하를 방지하는 제어에 대하여 언급할 뿐이며, 버킷의 신속한 조작이 필요없는 작업을 행하는 경우의 제어에 대해서는 언급하고 있지 않다.

상술의 점을 감안하여, 본 발명은, 엔드어태치먼트의 신속한 움직임이 필요없는 경우의 에너지효율을 개선하는 쇼벨 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 관한 쇼벨은, 하부주행체와, 상기 하부주행체에 대하여 선회 가능하게 탑재된 상부선회체와, 붐, 암, 및 엔드어태치먼트를 포함하는 프론트작업기와, 상기 프론트작업기의 상태를 검출하는 프론트작업기상태 검출부와, 상기 프론트작업기상태 검출부의 검출치에 근거하여, 상기 붐이 소정의 상부작업영역 내에 존재하는지 아닌지를 판정하는 어태치먼트상태 판정부와, 당해 쇼벨의 동작상태를 전환하는 동작상태 전환부를 구비하는 쇼벨로서, 상기 동작상태 전환부는, 상기 어태치먼트상태 판정부에 의하여 상기 엔드어태치먼트가 상기 소정의 상부작업영역 내에 있다고 판정된 경우에, 상기 엔드어태치먼트의 움직임을 느리게 하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 실시예에 관한 쇼벨의 제어방법은, 하부주행체와, 상기 하부주행체에 대하여 선회 가능하게 탑재된 상부선회체와, 붐, 암, 및 엔드어태치먼트를 포함하는 프론트작업기를 구비하는 쇼벨의 제어방법으로서, 상기 프론트작업기의 상태를 검출하는 프론트작업기상태 검출스텝과, 상기 프론트작업기상태 검출스텝에 있어서 검출되는 검출치에 근거하여, 상기 붐이 소정의 상부작업영역 내에 존재하는지 아닌지를 판정하는 어태치먼트상태 판정스텝과, 상기 쇼벨의 동작상태를 전환하는 동작상태 전환스텝을 구비하고, 상기 동작상태 전환스텝에 있어서, 상기 엔드어태치먼트의 움직임은, 상기 어태치먼트상태 판정스텝에 있어서 상기 엔드어태치먼트가 상기 소정의 상부작업영역 내에 있다고 판정된 경우에, 느려지는 것을 특징으로 한다.

상술의 수단에 의하여, 본 발명은, 엔드어태치먼트의 신속한 움직임이 필요없는 경우의 에너지효율을 개선하는 쇼벨 및 그 제어방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 유압쇼벨의 구성예를 나타내는 도(그 1)이다.
도 2는 유압쇼벨의 구동계의 구성예를 나타내는 블록도(그 1)이다.
도 3은 유압쇼벨에 탑재되는 유압시스템의 구성예를 나타내는 개략도(그 1)이다.
도 4는 상부작업영역의 예를 나타내는 개략도(그 1)이다.
도 5는 동작상태 전환판단처리의 흐름을 나타내는 플로우차트(그 1)이다.
도 6은 통상상태로부터 레귤레이터의 조절에 의한 토출량 저감상태로 전환할 때의 붐각도, 토출유량, 및 암각도의 추이를 나타내는 도이다.
도 7은 동작상태 복원처리의 흐름을 나타내는 플로우차트(그 1)이다.
도 8은 레귤레이터의 조절에 의한 토출량 저감상태로부터 통상상태로 전환할 때의 붐각도, 토출유량, 및 암각도의 추이를 나타내는 도이다.
도 9는 동작상태 전환판단처리의 흐름을 나타내는 플로우차트(그 2)이다.
도 10은 통상상태로부터 엔진회전수의 저감에 의한 토출량 저감상태로 전환할 때의 붐각도, 엔진회전수, 토출유량, 및 암각도의 추이를 나타내는 도이다.
도 11은 동작상태 복원처리의 흐름을 나타내는 플로우차트(그 2)이다.
도 12는 엔진회전수의 저감에 의한 토출량 저감상태로부터 통상상태로 전환할 때의 붐각도, 엔진회전수, 토출유량, 및 암각도의 추이를 나타내는 도이다.
도 13은 유압쇼벨에 탑재되는 유압시스템의 구성예를 나타내는 개략도(그 2)이다.
도 14는 동작상태 전환판단처리의 흐름을 나타내는 플로우차트(그 3)이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 관한 유압쇼벨의 구성예를 나타내는 도(그 2)이다.
도 16은 유압쇼벨의 구동계의 구성예를 나타내는 블록도(그 2)이다.
도 17은 상부작업영역의 예를 나타내는 개략도(그 2)이다.
도 18은 하이브리드형 쇼벨의 구동계의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 19는 동작상태 전환판단처리의 흐름을 나타내는 플로우차트(그 4)이다.
도 20은 유압쇼벨의 구동계의 구성예를 나타내는 블록도(그 3)이다.
도 21은 유압쇼벨에 탑재되는 유압시스템의 구성예를 나타내는 개략도(그 3)이다.
도 22는 제어필요상태의 예를 나타내는 도이다.
도 23은 발전개시 판단처리의 흐름을 나타내는 플로우차트(그 1)이다.
도 24는 메인펌프의 구동에 이용되고 있는 엔진출력의 일부를 전동발전기의 구동으로 전용(轉用)할 때의 각종 물리량의 추이를 나타내는 도이다.
도 25는 발전개시 판단처리의 흐름을 나타내는 플로우차트(그 2)이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 적합한 실시예에 대하여 설명한다.

실시예 1

도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 관한 유압쇼벨을 나타내는 측면도이다.

유압쇼벨은, 크롤러식의 하부주행체(1)의 위에, 선회기구(2)를 통하여, 상부선회체(3)를 선회 가능하게 탑재한다.

상부선회체(3)에는, 프론트작업기로서의 붐(4)이 장착되어 있다. 붐(4)의 선단에는 프론트작업기로서의 암(5)이 장착되고, 암(5)의 선단에는 프론트작업기 및 엔드어태치먼트로서의 버킷(6)이 장착되어 있다. 붐(4), 암(5) 및 버킷(6)에 의하여 어태치먼트가 구성된다. 또, 붐(4), 암(5), 버킷(6)은, 붐실린더(7), 암실린더(8), 버킷실린더(9)에 의하여 각각 유압구동된다. 상부선회체(3)에는, 캐빈(10)이 설치되고, 또한 엔진 등의 동력원이 탑재된다. 여기에서, 도 1에서는 엔드어태치먼트로서의 버킷(6)을 나타냈지만, 버킷(6)은, 리프팅마그넷, 브레이커, 포크 등으로 치환되어도 된다.

붐(4)은, 상부선회체(3)에 대하여 상하로 회동 가능하게 지지되어 있고, 회동 지지부(관절)에 프론트작업기상태 검출부(붐조작상태 검출부)로서의 붐각도센서(S1)(도 2 참조.)가 장착되어 있다. 붐각도센서(S1)에 의하여, 붐(4)의 경사각도인 붐각도(α)(붐(4)을 최대한 하강시킨 상태로부터의 상승각도)를 검출할 수 있다.

도 2는, 유압쇼벨의 구동계의 구성예를 나타내는 블록도이며, 기계적 동력계, 고압유압라인, 파일럿라인, 및 전기구동·제어계를 각각 이중선, 실선, 파선, 및 점선으로 나타낸다.

유압쇼벨의 구동계는, 주로, 엔진(11), 메인펌프(12), 레귤레이터(13), 파일럿펌프(14), 컨트롤밸브(15), 조작장치(16), 압력센서(17), 및 컨트롤러(30)로 구성된다.

엔진(11)은, 유압쇼벨의 구동원이며, 예를 들면, 소정의 회전수를 유지하도록 동작하는 엔진으로서, 엔진(11)의 출력축이 메인펌프(12) 및 파일럿펌프(14)의 입력축에 접속된다.

메인펌프(12)는, 고압유압라인을 통하여 압유를 컨트롤밸브(15)로 공급하기 위한 장치이며, 예를 들면, 경사판식 가변용량형 유압펌프이다.

레귤레이터(13)는, 메인펌프(12)의 토출량을 제어하기 위한 장치이며, 예를 들면, 메인펌프(12)의 토출압, 또는 컨트롤러(30)로부터의 제어신호 등에 따라 메인펌프(12)의 경사판경전각을 조절함으로써, 메인펌프(12)의 토출량을 제어한다.

파일럿펌프(14)는, 파일럿라인을 통하여 각종 유압제어기기에 압유를 공급하기 위한 장치이며, 예를 들면, 고정용량형 유압펌프이다.

컨트롤밸브(15)는, 유압쇼벨에 있어서의 유압시스템을 제어하는 유압제어장치이다. 컨트롤밸브(15)는, 예를 들면, 붐실린더(7), 암실린더(8), 버킷실린더(9), 주행용 유압모터(20L)(좌측용), 주행용 유압모터(20R)(우측용), 및 선회용 유압모터(21) 중 하나 또는 복수의 것에 대하여 메인펌프(12)로부터 유입된 압유를 선택적으로 공급한다. 다만, 이하에서는, 붐실린더(7), 암실린더(8), 버킷실린더(9), 주행용 유압모터(20L)(좌측용), 주행용 유압모터(20R)(우측용), 및 선회용 유압모터(21)를 집합적으로 "유압액츄에이터"라고 칭하는 것으로 한다.

조작장치(16)는, 조작자가 유압액츄에이터의 조작을 위하여 이용하는 장치이며, 파일럿라인을 통하여, 파일럿펌프(14)로부터 유입된 압유를 유압액츄에이터의 각각에 대응하는 유량제어밸브의 파일럿포트로 공급한다. 다만, 파일럿포트의 각각에 공급되는 압유의 압력(파일럿압)은, 유압액츄에이터의 각각에 대응하는 조작장치(16)의 레버 또는 페달(도시하지 않음.)의 조작방향 및 조작량에 따른 압력이 된다.

압력센서(17)는, 조작장치(16)를 이용한 조작자의 조작내용을 검출하기 위한 센서이며, 예를 들면, 유압액츄에이터의 각각에 대응하는 조작장치(16)의 레버 또는 페달의 조작방향 및 조작량을 압력의 형태로 검출하고, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다. 다만, 조작장치(16)의 조작내용은, 압력센서 이외의 다른 센서를 이용하여 검출되어도 된다.

붐실린더압센서(18a)는, 붐실린더(7)의 보텀측 챔버에 있어서의 압력을 검출하고, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다.

토출압센서(18b)는, 메인펌프(12)의 토출압을 검출하고, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다.

컨트롤러(30)는, 유압액츄에이터의 동작속도를 제어하기 위한 제어장치이며, 예를 들면, CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory) 등을 구비한 컴퓨터로 구성된다. 또, 컨트롤러(30)는, 어태치먼트상태 판정부(300) 및 동작상태 전환부(301)의 각각에 대응하는 프로그램을 ROM으로부터 읽어내어 RAM에 전개하면서, 각각에 대응하는 처리를 CPU에 실행시킨다.

구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 붐각도센서(S1) 및 압력센서(17) 등이 출력하는 검출치를 수신하고, 그들 검출치에 근거하여 어태치먼트상태 판정부(300) 및 동작상태 전환부(301)의 각각에 의한 처리를 실행한다. 그 후, 컨트롤러(30)는, 어태치먼트상태 판정부(300) 및 동작상태 전환부(301)의 각각의 처리 결과에 따른 제어신호를 적절히 레귤레이터(13)에 대하여 출력한다.

어태치먼트상태 판정부(300)는, 버킷(6)의 위치를 취득하기 위하여, 어태치먼트상태를 검출하여 어태치먼트가 소정의 작업영역 내에 존재하는지 아닌지를 판정하는 기능요소이다. 구체적으로는, 어태치먼트상태 판정부(300)는, 붐각도센서(S1)로부터의 검출치에 근거하여 붐(4)의 상승각도를 산출한다. 그리고, 붐(4)이 미리 정해진 각도 이상으로 들어 올려져 있다고 판정함으로써, 어태치먼트가 소정의 작업영역 내에 존재하는지 아닌지를 판정할 수 있다. 이로써, 버킷(6)의 대략적인 위치도 취득할 수 있어, 버킷(6)이 소정의 작업영역 내에 존재하고 있는지 아닌지도 판정할 수 있다(예를 들면, 버킷(6)의 회동중심의 지상 높이가 소정치 이상인 것을 검지할 수 있다.). 다만, 어태치먼트상태 판정부(300)는, 붐(4)이 소정의 상승각도까지 상승한 것을 검지하는(붐(4)의 접근을 검출하는) 근접센서 등의 출력에 근거하여, 어태치먼트의 상태를 판정하여도 된다. 근접센서를 이용하는 경우에는, 근접센서가 반응하는 상승각도 이내로 붐(4)이 진입한 것을 검지함으로써, 붐(4)이 들어 올려져 있는 어태치먼트의 상태를 판정할 수 있다. 이로써, 버킷(6)의 대략적인 위치도 취득할 수 있어, 버킷(6)이 작업영역 내에 존재하고 있는지 아닌지도 판정할 수 있다.

동작상태 전환부(301)는, 어태치먼트상태 판정부(300)로부터의 신호에 근거하여, 메인펌프(12L, 12R)의 마력을 변경하도록 제어신호를 엔진(11) 또는 레귤레이터(13)에 대하여 출력하는 기능요소이다. 구체적으로는, 어태치먼트상태 판정부(300)에 있어서, 어태치먼트가 소정의 작업영역 내에 존재한다고 판정되면, 동작상태 전환부(301)는, 엔진(11) 또는 레귤레이터(13)에 대하여 제어신호를 출력한다. 그리고, 메인펌프(12L, 12R)의 마력이 저감됨으로써, 암실린더(8)로의 압유의 공급량도 저감된다. 이로써, 암(5)의 움직임이 느려질 뿐만 아니라, 버킷(6)의 움직임도 느려질 수 있다.

여기에서, 도 3을 참조하면서, 암실린더(8)로의 압유의 공급량을 저감시켜, 암(5) 또는 버킷(6)의 움직임을 느리게 하는 기구에 대하여 설명한다. 다만, 도 3은, 제1 실시예에 관한 유압쇼벨에 탑재되는 유압시스템의 구성예를 나타내는 개략도이며, 도 2와 마찬가지로, 기계적 동력계, 고압유압라인, 파일럿라인, 및 전기구동·제어계를 각각 이중선, 실선, 파선, 및 점선으로 나타내는 것으로 한다.

제1 실시예에 있어서, 유압시스템은, 엔진(11)에 의하여 구동되는 메인펌프(12)(2개의 메인펌프(12L, 12R))로부터, 센터바이패스관로(40L, 40R)의 각각을 거쳐 압유탱크까지 압유를 순환시킨다.

센터바이패스관로(40L)는, 컨트롤밸브(15) 내에 배치된 유량제어밸브(151, 153, 155 및 157)를 연통하는 고압유압라인이며, 센터바이패스관로(40R)는, 컨트롤밸브(15) 내에 배치된 유량제어밸브(150, 152, 154, 156 및 158)를 연통하는 고압유압라인이다.

유량제어밸브(153, 154)는, 메인펌프(12L, 12R)가 토출하는 압유를 붐실린더(7)로 공급하고, 또한, 붐실린더(7) 내의 압유를 압유탱크로 배출하기 위하여 압유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다. 다만, 유량제어밸브(154)는, 붐조작레버가 조작된 경우에 항상 작동하는 스풀밸브(이하, “제1속 붐유량제어밸브”라고 한다.)이고, 유량제어밸브(153)는, 붐조작레버가 소정 조작량 이상으로 조작된 경우에만 작동하는 스풀밸브(이하, “제2속 붐유량제어밸브”라고 한다.)이다.

또, 유량제어밸브(155, 156)는, 메인펌프(12L, 12R)가 토출하는 압유를 암실린더(8)로 공급하고, 또한, 암실린더(8) 내의 압유를 압유탱크로 배출하기 위하여 압유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다. 다만, 유량제어밸브(155)는, 암조작레버(16A)가 조작된 경우에 항상 작동하는 밸브(이하, “제1속 암유량제어밸브”라고 한다.)이고, 유량제어밸브(156)는, 암조작레버(16A)가 소정 조작량 이상으로 조작된 경우에만 작동하는 밸브(이하, “제2속 암유량제어밸브”라고 한다.)이다.

또, 유량제어밸브(157)는, 메인펌프(12L)가 토출하는 압유를 선회용 유압모터(21)로 순환시키기 위하여 압유의 흐름을 전환하는 스풀밸브이다.

또, 유량제어밸브(158)는, 메인펌프(12R)가 토출하는 압유를 버킷실린더(9)로 공급하고, 또한, 버킷실린더(9) 내의 압유를 압유탱크로 배출하기 위한 스풀밸브이다.

또, 레귤레이터(13L, 13R)는, 메인펌프(12L, 12R)의 토출압에 따라 메인펌프(12L, 12R)의 경사판경전각을 조절함으로써(전체 마력제어에 의하여), 메인펌프(12L, 12R)의 토출량을 제어하는 것으로 한다. 구체적으로는, 레귤레이터(13L, 13R)는, 메인펌프(12L, 12R)의 토출압이 소정치 이상이 된 경우에 메인펌프(12L, 12R)의 경사판경전각을 조절하여 토출량을 감소시키고, 토출압과 토출량과의 곱으로 나타나는 펌프마력이 엔진(11)의 출력마력을 넘지 않도록 한다.

암조작레버(16A)는, 조작장치(16)의 일례이며, 암(5)의 개폐를 조작하기 위한 조작장치로서, 컨트롤펌프(14)가 토출하는 압유를 이용하여, 레버조작량에 따른 제어압을 제1속 암유량제어밸브(155)의 좌우 어느 하나의 파일럿포트에 도입시킨다. 다만, 제1 실시예에서는, 암조작레버(16A)는, 레버조작량이 소정 조작량 이상인 경우에는, 제2속 암유량제어밸브(156)의 좌우 어느 하나의 파일럿포트에도 압유를 도입시키도록 한다.

압력센서(17A)는, 압력센서(17)의 일례이며, 암조작레버(16A)에 대한 조작자의 조작내용(레버조작방향 및 레버조작량(레버조작각도)이다.)을 압력의 형태로 검출하고, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다.

좌우주행레버(또는 페달), 붐조작레버, 버킷조작레버 및 선회조작레버(어느 것도 도시하지 않음.)는 각각, 하부주행체(2)의 주행, 붐(4)의 상승과 하강, 버킷(6)의 개폐, 및, 상부선회체(3)의 선회를 조작하기 위한 조작장치이다. 이들의 조작장치는, 암조작레버(16A)와 마찬가지로, 컨트롤펌프(14)가 토출하는 압유를 이용하여, 레버조작량(또는 페달조작량)에 따른 제어압을 유압액츄에이터의 각각에 대응하는 유량제어밸브의 좌우 어느 하나의 파일럿포트에 도입시킨다. 또, 이들의 조작장치의 각각에 대한 조작자의 조작내용(레버조작방향 및 레버조작량이다.)은, 압력센서(17A)와 마찬가지로, 대응하는 압력센서에 의하여 압력의 형태로 검출되고, 검출치가 컨트롤러(30)에 대하여 출력된다.

컨트롤러(30)는, 붐각도센서(S1) 및 압력센서(17)의 출력 이외에도, 붐실린더압센서(18a), 토출압센서(18b), 네거티브컨트롤압을 검출하는 압력센서(도시하지 않음.) 등의 다른 센서의 출력을 수신하고, 레귤레이터(13L, 13R)에 대하여 제어신호를 출력한다.

이러한 구성의 유압시스템에 대하여, 컨트롤러(30)의 동작상태 전환부(301)는, 필요에 따라서 레귤레이터(13L, 13R)에 대하여 제어신호를 출력하고, 제어신호에 따라 메인펌프(12)로부터의 토출유량을 변경하며, 메인펌프(12)의 마력을 변경한다. 이로써, 제1속 암유량제어밸브(155)로 공급되는 압유의 유량이 변경된다. 또, 제2속 암유량제어밸브(156)가 작동 중일 때에는, 제2속 암유량제어밸브(156)로 공급되는 압유의 유량도 변경된다. 따라서, 암실린더(8)로의 압유의 유량도 변경되므로, 이에 따라 암(5)의 움직임도 변화한다. 그 결과, 버킷(6)의 움직임도 변화한다. 다만, 이하에서는, 메인펌프(12)의 토출량을 저감시킨 상태를 “토출량 저감상태”라고 하고, 토출량 저감상태로 전환되기 전의 상태를 “통상상태”라고 한다.

여기에서, 암실린더(8)로의 압유의 유량뿐만이 아니라, 버킷실린더(9)로의 압유의 유량을 변경하도록 하여도 된다.

“상부작업영역”이란, 조작자로부터 보아 상방에 있는 작업영역이며, 그 작업영역 내에 존재하는 엔드어태치먼트를 조작자가 시인하기 어렵기 때문에, 엔드어태치먼트의 신속한 움직임이 필요없는 영역으로서, 캐빈(10)의 형상 또는 유압쇼벨의 기종(사이즈) 등에 따라 미리 설정되는 영역이다.

도 4는, 상부작업영역의 예를 나타내는 개략도이며, 상부작업영역(UWR)은, 붐각도센서(S1) 또는 근접센서(도시하지 않음.) 등에 의하여 검출되는 붐각도(α)의 값에 근거하여 정해진다.

상부작업영역(UWR)은, 예를 들면, 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 이상이 되었을 때의 어태치먼트의 존재영역으로서 정해진다. 바람직하게는, 상부작업영역(UWR)은, 붐각도(α)가 최대 각도(α_END)(붐(4)이 최대한 상승한 상태에 있어서의 붐각도)로부터 10도 이내(α_END-α_TH≤10˚)가 되었을 때의 어태치먼트의 존재영역으로서 정해진다. 보다 바람직하게는, 상부작업영역(UWR)은, 붐각도(α)가 최대 각도(α_END)로부터 5도 이내(α_END-α_TH≤5˚)가 되었을 때의 어태치먼트의 존재영역으로서 정해진다.

여기에서, 도 5를 참조하면서, 암(5) 또는 버킷(6)의 움직임이 느려지도록, 동작상태 전환부(301)가 유압쇼벨의 동작상태를 통상상태로부터 토출량 저감상태로 전환하는 처리(이하, “동작상태 전환판단처리”라고 한다.)에 대하여 설명한다. 다만, 도 5는, 동작상태 전환판단처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이고, 컨트롤러(30)는, 동작상태 전환부(301)에 의하여 유압쇼벨의 동작상태가 통상상태로부터 토출량 저감상태로 전환될 때까지, 이 동작상태 전환판단처리를 소정 주기로 반복하여 실행하는 것으로 한다.

먼저, 어태치먼트상태 판정부(300)는, 붐각도센서(S1)로 검출한 붐각도(α)의 값에 근거하여, 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 이상인지 아닌지를 판정한다(스텝 ST1). 이로써, 어태치먼트가 상부작업영역(UWR) 내에 존재하는지 아닌지를 판정할 수 있고, 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 존재하는지 아닌지도 판정할 수 있다.

어태치먼트상태 판정부(300)에 의하여 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 존재하지 않는다고 판정된 경우, 즉, 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 미만인 경우(스텝 ST1의 NO), 동작상태 전환부(301)는, 유압쇼벨의 상태를 통상상태로부터 토출량 저감상태로 전환하는 일 없이, 이번 회의 동작상태 전환판단처리를 종료시킨다.

한편, 어태치먼트상태 판정부(300)에 의하여 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 존재한다고 판정된 경우, 즉, 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 이상인 경우(스텝 ST1의 YES), 동작상태 전환부(301)는, 선회기구(2)가 정지 중인지 아닌지를 판정한다(스텝 ST2). 구체적으로는, 동작상태 전환부(301)는, 압력센서(17)의 검출치에 근거하여 선회조작레버(도시하지 않음.)의 레버조작량을 검지하여, 선회기구(2)가 정지 중인지 아닌지를 판정한다.

선회기구(2)가 정지 중이 아니라(상부선회체(3)가 선회하고 있다)고 판정한 경우(스텝 ST2의 NO), 동작상태 전환부(301)는, 유압쇼벨의 상태를 통상상태로부터 토출량 저감상태로 전환하는 일 없이, 이번 회의 동작상태 전환판단처리를 종료시킨다.

한편, 선회기구(2)가 정지 중이라(상부선회체(3)가 선회하고 있지 않다)고 판정한 경우(스텝 ST2의 YES), 동작상태 전환부(301)는, 유압액츄에이터의 움직임이 느려지도록, 메인펌프(12L, 12R)의 토출량을 저감시킨다(스텝 ST3). 구체적으로는, 동작상태 전환부(301)는, 레귤레이터(13L, 13R)에 대하여 제어신호를 출력하고, 레귤레이터(13L, 13R)를 조절하여, 메인펌프(12L, 12R)의 토출량을 저감시킨다.

이와 같이, 동작상태 전환부(301)는, 어태치먼트상태 판정부(300)에 의하여 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 이상이라고 판정된 경우에는, 메인펌프(12L, 12R)의 토출량을 저감시킴으로써, 암실린더(8)를 순환하는 압유의 유량을 통상보다 감소시키도록 한다.

구체적으로는, 동작상태 전환부(301)는, 암조작레버(16A)가 조작되어 제1속 암유량제어밸브(155)가 작동 중인 경우이더라도, 제1속 암유량제어밸브(155)로 유입되는 압유의 유량을 통상보다 감소시키도록 한다. 또, 암조작레버(16A)가 소정 조작량 이상으로 조작되어 제1속 암유량제어밸브(155) 및 제2속 암유량제어밸브(156)의 쌍방이 작동 중인 경우이더라도 마찬가지로, 제1속 암유량제어밸브(155) 및 제2속 암유량제어밸브(156)의 각각에 유입되는 압유의 유량을 통상보다 감소시키도록 한다. 그 결과, 동작상태 전환부(301)는, 암실린더(8)에 유입되는 압유의 유량을 감소시켜, 암(5)의 움직임을 느려지게 할 수 있다.

이와 같이, 동작상태 전환부(301)는, 암(5) 또는 버킷(6)의 신속한 움직임이 필요하지 않음에도 불구하고 암(5) 또는 버킷(6)을 신속하게 동작시키는 것에 의한 불필요한 에너지 소비(예를 들면, 연료의 소비이다.)를 억제하여, 에너지효율을 개선할 수 있다.

여기에서, 도 6을 참조하면서, 동작상태 전환부(301)가 유압쇼벨의 상태를 통상상태로부터 토출량 저감상태로 전환할 때의 붐각도(α), 토출유량(Q), 및 암각도(암(5)을 최대한 폐쇄한 상태로부터의 개방각도)(β)의 시간적 추이에 대하여 설명한다. 다만, 도 6에 있어서, 유압쇼벨의 조작자는, 붐(4)을 상승시키고 또한 암(5)을 개방하는 복합 조작을 행하고 있는 것으로 하여, 붐조작레버(도시하지 않음.) 및 암조작레버(16A)의 각각의 레버조작량은 일정한 것으로 한다. 또, 토출량 저감상태는, 레귤레이터(13L, 13R)를 조절함으로써 실현되는 것으로 하고, 토출유량(Q)은, 메인펌프(12L, 12R)의 각각의 토출유량을 동시에 나타내는 것으로 한다(즉, 메인펌프(12L, 12R)의 토출유량은, 동일한 추이를 따르는 것으로 한다.).

도 6에서 나타나는 바와 같이, 어태치먼트상태 판정부(300)는, 시각 t1에 있어서, 붐각도(α)가 소정치(α_TH)(붐(4)이 최대한 상승한 상태에 있어서의 붐각도(α_END)보다 소정 각도(예를 들면 5도)만큼 작은 값) 이상이 되어, 어태치먼트가 상부작업영역(UWR) 내에 진입한 상태라고 판정한다. 이로써, 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 진입하였다고 판정한다.

그 후, 동작상태 전환부(301)는, 레귤레이터(13L, 13R)를 조절하여, 메인펌프(12L, 12R)의 토출유량(Q)을 통상상태에 있어서의 토출유량(Q1)(예를 들면 매분 220리터)으로부터 소정의 토출유량(Q2)(예를 들면 매분 160리터)까지 저감시킨다. 이와 같이 하여, 메인펌프(12L, 12R)의 토출유량(Q)을 저감시킴으로써, 메인펌프(12L, 12R)의 마력을 저감시킬 수 있다. 메인펌프(12L, 12R)의 마력이 저감된 결과, 암각도(β)는, 실선으로 나타나는 바와 같이, 토출유량이 저감되지 않는 경우(파선)에 비하여, 암각도(β)의 증대(개방)속도를 저하시킨다.

다만, 도 6에서 나타나는 추이는, 붐(4)을 상승시키고 또한 암(5)을 폐쇄하는 복합 조작과 같은 다른 복합 조작을 행하고 있는 경우에도 적용 가능한 것으로 한다.

또, 제1 실시예에 있어서, 동작상태 전환부(301)는, 어태치먼트상태 판정부(300)에 의하여 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 이상이라고 판정된 경우이더라도 선회기구(2)가 정지 중이 아니라(상부선회체(3)가 선회하고 있다)고 판정한 경우에는 암(5) 또는 버킷(6)의 움직임이 느려지도록 하는 일 없이 동작상태 전환판단처리를 종료시킨다. 이것은, 상부선회체(3)를 선회시키면서 붐(4)을 상승시킨 경우에 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 진입한 순간에 상부선회체(3)의 선회속도가 저하되어 조작자에게 위화감을 주는 것을 방지하기 위해서이다.

이 점에 관하여, 동작상태 전환부(301)는, 동일한 효과를 얻기 위하여, 어태치먼트상태 판정부(300)에 의하여 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 이상이라고 판정된 경우이더라도, 주행용 유압모터(20L, 20R)나 버킷(6) 대신에 장착된 다른 엔드어태치먼트(예를 들면, 브레이커 등이다.)가 동작 중이라고 판정한 경우에는 동작상태를 전환하는 일 없이 동작상태 전환판단처리를 종료시키도록 하여도 된다. 이 경우, 예를 들면, 동작상태 전환부(301)는, 어태치먼트상태 판정부(300)에 의하여 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 이상이라고 판정된 경우이더라도, 주행 중이라고 판정한 경우에는, 암(5) 또는 버킷(6)의 움직임이 느려지도록 하는 일 없이 동작상태 전환판단처리를 종료시키도록 하여도 된다.

이와 같이, 동작상태 전환부(301)는, 메인펌프(12)의 토출량을 저감시킴으로써, 어태치먼트의 동작속도가 느려지도록 할 수 있다.

한편으로, 동작상태 전환부(301)는, 어태치먼트의 움직임이 느려지도록 한 후, 소정의 조작(예를 들면, 선회기구(2)를 선회시키는 조작이다.)이 행하여진 경우, 혹은, 붐각도(α)가 소정치(α_TH)보다 작다고 판정한 경우에, 어태치먼트의 동작속도를 원래의 상태로 복원시키도록 한다.

여기에서, 도 7을 참조하면서, 동작상태 전환부(301)가, 엔드어태치먼트의 움직임을 원래의 상태로 복원시키기 위하여, 유압쇼벨의 동작상태를 토출량 저감상태로부터 통상상태로 전환하는 처리(이하, “동작상태 복원처리”라고 한다.)에 대하여 설명한다. 다만, 도 7은, 동작상태 복원처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이며, 컨트롤러(30)는, 동작상태 전환부(301)에 의하여 유압쇼벨의 동작상태가 원래의 상태로 복원될 때까지, 이 동작상태 복원처리를 소정 주기로 반복하여 실행하는 것으로 한다.

먼저, 동작상태 전환부(301)는, 압력센서(17)의 검출치에 근거하여 선회조작레버(도시하지 않음.)의 레버조작량을 검지하고, 선회기구(2)가 조작되었는지 아닌지를 판정한다(스텝 ST11).

선회기구(2)가 조작되고 있지 않다(상부선회체(3)가 선회하고 있지 않다)고 판정한 경우(스텝 ST11의 NO), 동작상태 전환부(301)는, 어태치먼트상태 판정부(300)가 취득한 붐각도(α)의 값에 근거하여, 붐각도(α)가 소정치(α_TH)보다 작은지 아닌지를 판정함으로써, 버킷(6)이 상부작업영역(UWR)으로부터 일탈하였는지 아닌지를 판정한다(스텝 ST12).

버킷(6)이 아직 상부작업영역(UWR)으로부터 일탈하고 있지 않다고 판정한 경우, 즉, 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 이상인 경우(스텝 ST12의 NO), 동작상태 전환부(301)는, 유압쇼벨의 상태를 토출량 저감상태로부터 통상상태로 되돌리는 일 없이, 이번 회의 동작상태 복원처리를 종료시킨다.

한편, 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 미만인 경우(스텝 ST12의 YES), 동작상태 전환부(301)는, 유압쇼벨의 동작상태를 토출량 저감상태로부터 통상상태로 복원시키도록 한다(스텝 ST13). 구체적으로는, 동작상태 전환부(301)는, 암(5) 또는 버킷(6)의 움직임을 원래의 상태로 되돌릴 수 있도록, 레귤레이터(13L, 13R)를 원래의 상태로 되돌리도록 조절한다.

또, 동작상태 전환부(301)는, 붐각도(α)가 소정치(α_TH)보다 작아지기 전이더라도, 선회기구(2)가 조작되었다고 판정한 경우에는(스텝 ST11의 NO), 유압쇼벨의 동작상태를 토출량 저감상태로부터 통상상태로 복원시키도록 한다(스텝 ST13). 선회기구(2)를 통상상태에 있어서의 속도로 선회시키기 위해서이고, 또, 선회속도를 저감시킴으로써 조작자에게 위화감을 주는 것을 방지하기 위해서이다.

다만, 동작상태 전환부(301)는, 동일한 이유에 의하여, 붐각도(α)가 소정치(α_TH)보다 작아지기 전이더라도, 붐(4) 또는 주행용 유압모터(20L, 20R)가 조작되었다고 판정한 경우에는, 유압쇼벨의 동작상태를 토출량 저감상태로부터 통상상태로 복원시키도록 하여도 된다. 붐(4) 또는 주행용 유압모터(20L, 20R)를 통상상태에 있어서의 속도로 동작시키기 위해서이다.

이상을 바꾸어 말하면, 동작상태 전환부(301)는, 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 이상인 한, 암(5) 또는 버킷(6)이 조작된 경우이더라도, 암(5) 또는 버킷(6)의 저속 동작을 계속시키게 된다.

여기에서, 도 8을 참조하면서, 동작상태 전환부(301)가 유압쇼벨의 상태를 토출량 저감상태로부터 통상상태로 전환할 때의 붐각도(α), 토출유량(Q), 및 암각도(β)의 시간적 추이에 대하여 설명한다. 다만, 도 8에 있어서, 유압쇼벨의 조작자는, 붐(4)을 하강시키고 또한 암(5)을 폐쇄하는 복합조작을 행하고 있는 것으로 하며, 붐조작레버 및 암조작레버(16A)의 각각의 레버조작량은 일정한 것으로 한다. 또, 토출량 저감상태는, 레귤레이터(13L, 13R)를 조절함으로써 실현되는 것으로 하고, 토출유량(Q)은, 메인펌프(12L, 12R)의 각각의 토출유량을 동시에 나타내는 것으로 한다.

도 8에서 나타내는 바와 같이, 동작상태 전환부(301)는, 시각 t2에 있어서, 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 미만이 되어, 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내로부터 일탈하였다고 판정한다.

그 후, 동작상태 전환부(301)는, 레귤레이터(13L, 13R)를 원래의 상태까지 복원시키고, 메인펌프(12L, 12R)의 토출유량(Q)을 토출량 저감상태에 있어서의 토출유량(Q2)(예를 들면 매분 160리터)으로부터 통상상태에 있어서의 토출유량(Q1)(예를 들면 매분 220리터)까지 복원시킨다. 메인펌프(12L, 12R)의 토출유량(Q)이 복원된 결과, 암각도(β)는, 실선으로 나타나는 바와 같이, 토출유량이 복원되지 않는 경우(파선)에 비하여, 암각도(β)의 감소(폐쇄)속도를 증대시키는 것이 가능해진다.

다만, 도 8에서 나타나는 추이는, 붐(4)을 하강시키고 또한 암(5)을 개방하는 복합 조작과 같은 다른 복합 조작을 행하고 있는 경우에도 적용 가능한 것으로 한다.

또, 동작상태 전환부(301)는, 붐각도(α)가 소정치(α_TH)보다 작아졌다고 판정한 경우이더라도, 압력센서(17)의 검출치에 근거하여 유압액츄에이터의 어느 하나가 동작 중인 것을 검지한 경우에는, 통상상태로의 복원을 금지하도록 하여도 된다. 이것은, 예를 들면 붐(4)을 하강시킨 경우에 붐각도(α)가 소정치(α_TH)보다 작아진 순간에 붐(4)의 하강 속도를 증대시켜 조작자에게 위화감을 주는 것을 방지하기 위해서이다.

다만, 컨트롤러(30)는, 동작상태 전환부(301)에 의하여 유압쇼벨의 동작상태가 전환된 경우에, 캐빈(10) 내에 설치된 표시장치나 음성출력장치(어느 것도 도시하지 않음.) 등에 대하여 제어신호를 출력하여, 동작상태가 전환되었다는 내용을 조작자에게 통지하도록 하여도 된다.

이상의 구성에 의하여, 제1 실시예에 관한 유압쇼벨은, 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 이상인 경우에, 메인펌프(12)의 토출량을 저감시킨다. 그 결과, 암(5) 또는 버킷(6)의 신속한 움직임이 필요하지 않음에도 불구하고 암(5) 또는 버킷(6)을 신속하게 동작시키는 것에 의한 불필요한 에너지 소비(예를 들면, 연료의 소비)를 억제하여, 유압쇼벨의 에너지효율을 개선할 수 있다.

또, 제1 실시예에 관한 유압쇼벨은, 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 이상인 경우이더라도, 상부선회체(3)가 선회하고 있는 경우에는, 통상상태로부터 토출량 저감상태로의 전환을 금지한다. 그 결과, 상부선회체(3)를 선회시키면서 붐(4)을 상승시킴으로써 암(5) 또는 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 진입한 순간에 상부선회체(3)의 선회속도 및 붐(4)의 상승 속도를 저감시켜 조작자에게 위화감을 주는 것을 방지할 수 있다.

또, 제1 실시예에 관한 유압쇼벨은, 통상상태로부터 토출량 저감상태로의 전환 후에는, 암(5) 또는 버킷(6)이 조작된 경우이더라도, 토출량 저감상태를 계속시킨다. 그 결과, 불필요한 에너지 소비(예를 들면, 연료의 소비)를 보다 장기간에 걸쳐 억제하여, 유압쇼벨의 에너지효율을 더욱 개선할 수 있다.

또, 제1 실시예에 관한 유압쇼벨은, 붐(4)의 상승각도에 근거하는 어태치먼트상태의 판정에 의하여, 버킷(6)의 대략적인 위치를 추정하여, 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 존재하는지 아닌지를 판정할 수 있다. 그 결과, 간이한 장치 구성에 의하여 상술의 효과를 실현시킬 수 있다.

여기에서는, 붐조작상태 검출부로서 붐각도센서(S1)를 이용한 예를 나타냈지만, 붐조작상태 검출부로서 붐실린더압센서(18a)(도 2 참조.)를 이용하여도 된다. 붐(6)이 상승하면 어태치먼트의 무게중심이 변화함으로써, 붐실린더압센서(18a)(도 2 참조.)의 압력 검출치도 변화한다. 이로 인하여, 붐실린더(7)의 압력에 임계값을 설정함으로써, 붐(4)이 미리 정해진 각도 이상으로 들어 올려져 있는지 아닌지를 판정할 수 있고, 또한, 어태치먼트가 상부작업영역(UWR) 내에 존재하는지 아닌지를 판정할 수 있다. 이로써, 버킷(6)의 대략적인 위치도 취득할 수 있어, 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 존재하고 있는지 아닌지도 판정할 수 있다.

또, 붐실린더압센서(18a)(도 2 참조.)의 압력이 상승할 때에는, 메인펌프(12)의 토출압도 상승하기 때문에, 붐조작상태 검출부로서 토출압센서(18b)(도 2 참조.)를 이용하여, 붐(4)이 미리 정해진 각도 이상으로 들어 올려져 있는지 아닌지를 판정하여도 된다.

또한, 붐조작상태 검출부로서 붐실린더(7)의 스트로크량을 검출하는 센서를 이용하여 붐(4)이 미리 정해진 각도 이상으로 들어 올려져 있는지 아닌지를 판정하여도 된다.

또, 제1 실시예에 관한 유압쇼벨은, 레귤레이터(13)를 조절함으로써 메인펌프(12)의 토출량을 저감시키므로, 토출량 저감상태에 있어서의 유압쇼벨의 에너지효율을 간단하고 확실하게 개선시킬 수 있다.

이와 같이, 제1 실시예에 관한 유압쇼벨은, 붐(4)이 상부작업영역(UWR)에 존재한다고 판정한 경우이더라도, 암(5)이 모든 각도에서 회동 가능하게 유지되므로, 작업이 필요한 경우이더라도, 출력을 저하시킨 상태에서 작업을 계속시킬 수 있다.

또, 제1 실시예에 관한 유압쇼벨은, 버킷(6)과 캐빈(10)과의 사이의 거리와는 관계없이, 상부작업영역(UWR)에 들어가면 메인펌프(12)의 마력을 저감시키는 것뿐이기 때문에, 캐빈(10)이 건물이나 바위 등의 작업 대상물에 접근한 상태에서도 작업을 계속시킬 수 있다.

다만, 제1 실시예에 관한 쇼벨은, 어태치먼트상태를 판정하여 레귤레이터를 조절하고 토출량을 저감시키는 경우와 토출량을 복원하는 경우를 기재하였지만, 본원 발명의 목적을 달성하기 위해서는, 반드시 토출량을 복원할 필요는 없다.

실시예 2

다음으로, 도 9~도 12를 참조하면서, 본 발명의 제2 실시예에 관한 유압쇼벨에 대하여 설명한다.

제2 실시예에 관한 유압쇼벨은, 컨트롤러(30)의 동작상태 전환부(301)에 의하여, 필요에 따라서 엔진(11)에 대하여 제어신호를 출력하고, 엔진(11)의 회전수를 저감시킨다(예를 들면, 1800rpm으로 회전하는 엔진(11)의 회전수를 100~200rpm만큼 저감시킨다).

이와 같이, 제2 실시예에 관한 유압쇼벨은, 엔진(11)의 회전수를 저감시킴으로써 암(5) 또는 버킷(6)의 움직임이 느려지도록 하는 점에서, 레귤레이터(13L, 13R)의 조절을 이용하는 제1 실시예에 관한 유압쇼벨과 상이하지만, 그 외의 점에서 공통된다.

이로 인하여, 공통점의 설명을 생략하면서, 상이점을 상세하게 설명하는 것으로 한다. 또, 제1 실시예에 관한 유압쇼벨을 설명하기 위하여 이용한 참조부호와 동일한 참조부호를 이용하는 것으로 한다.

도 9는, 제2 실시예에 관한 유압쇼벨에 있어서의 동작상태 전환판단처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.

도 9는, 스텝 ST23에 있어서의 메인펌프(12L, 12R)의 토출량을 저감시키기 위한 수단이 엔진회전수의 저감에 의한 것이며, 도 5의 스텝 ST3에 있어서의 레귤레이터(13L, 13R)의 조절에 의한 것과는 상이한 점에 특징을 가진다.

구체적으로는, 선회기구(2)가 정지 중이라(상부선회체(3)가 선회하고 있지 않다)고 판정한 경우(스텝 ST22의 YES), 동작상태 전환부(301)는, 유압액츄에이터의 움직임이 느려지도록, 엔진(11)에 대하여 제어신호를 출력하고 엔진(11)의 회전수를 저감시킴으로써, 메인펌프(12L, 12R)의 토출량을 저감시킨다(스텝 ST23).

메인펌프(12L, 12R)의 토출량을 저감시킴으로써, 암(5) 또는 버킷(6)의 신속한 움직임이 필요하지 않음에도 불구하고 암(5) 또는 버킷(6)을 신속하게 동작시키는 것에 의한 불필요한 에너지 소비(예를 들면, 연료의 소비)를 억제하여, 에너지효율을 개선하기 위해서이다.

도 10은, 동작상태 전환부(301)가 엔진회전수를 저감시킴으로써 유압쇼벨의 상태를 통상상태로부터 토출량 저감상태로 전환할 때의 붐각도(α), 엔진회전수(N), 토출유량(Q), 및 암각도(β)의 시간적 추이를 나타낸다. 다만, 도 10에 있어서, 유압쇼벨의 조작자는, 붐(4)을 상승시키고 또한 암(5)을 개방하는 복합조작을 행하고 있는 것으로 하며, 붐조작레버(도시하지 않음.) 및 암조작레버(16A)의 각각의 레버조작량은 일정한 것으로 한다. 또, 토출량 저감상태는, 엔진(11)의 회전수를 저감시킴으로써 실현되는 것으로 하고, 토출유량(Q)은, 메인펌프(12L, 12R)의 각각의 토출유량을 동시에 나타내는 것으로 한다.

도 10에서 나타내는 바와 같이, 어태치먼트상태 판정부(300)는, 시각 t1에 있어서, 붐각도(α)가 소정치(α_TH)(붐(4)이 최대한 상승한 상태에 있어서의 붐각도(α_END)보다 소정 각도(예를 들면 5도)만큼 작은 값) 이상이 되어, 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 진입하였다고 판정한다.

그 후, 동작상태 전환부(301)는, 메인펌프(12L, 12R)의 토출유량(Q)을 통상상태에 있어서의 토출유량(Q1)(예를 들면 매분 220리터)으로부터 소정의 토출유량(Q2)(예를 들면 매분 160리터)까지 저감시킨다. 구체적으로는, 동작상태 전환부(301)는, 엔진(11)의 엔진회전수(N)를 통상상태에 있어서의 엔진회전수(N1)(예를 들면 1800rpm)로부터 소정의 엔진회전수(N2)(예를 들면 1700rpm)까지 저감시킨다. 엔진(11)의 출력축은, 메인펌프(12L, 12R)의 입력축에 직결되어 있어, 엔진(11)의 출력축의 회전수를 저감시키면, 메인펌프(12L, 12R)의 입력축의 회전수도 저감시키게 되기 때문이다. 또, 메인펌프(12L, 12R)의 입력축의 회전수를 저감시키면, 메인펌프(12L, 12R)의 토출유량을 저감시킬 수 있기 때문이다. 이와 같이 하여, 메인펌프(12L, 12R)의 토출유량(Q)을 저감시킴으로써, 메인펌프(12L, 12R)의 마력을 저감시킬 수 있다. 또한, 엔진회전수(N3)는, 아이들링 시의 엔진회전수(예를 들면 1000rpm)를 나타내는 것으로 한다.

메인펌프(12L, 12R)의 마력이 저감된 결과, 암각도(β)는, 실선으로 나타나는 바와 같이, 토출유량이 저감되지 않는 경우(파선)에 비하여, 암각도(β)의 증대(개방)속도를 저하시키는 것이 가능해진다.

도 11은, 제2 실시예에 관한 유압쇼벨에 있어서의 동작상태 복원처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.

도 11은, 스텝 ST33에 있어서의 메인펌프(12L, 12R)의 토출량을 복원시키기 위한 수단이 엔진회전수의 증대에 의하는 것이며, 도 7의 스텝 ST13에 있어서의 레귤레이터(13L, 13R)의 조절에 의한 것과는 상이한 점에 특징을 가진다.

구체적으로는, 붐각도(α)가 소정치(α_TH)보다 작아졌다고 판정한 경우, 즉, 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 미만인 경우(스텝 ST32의 YES), 동작상태 전환부(301)는, 유압쇼벨의 동작상태를 토출량 저감상태로부터 통상상태로 복원시키도록 한다(스텝 ST33). 구체적으로는, 동작상태 전환부(301)는, 암(5) 또는 버킷(6)의 움직임을 원래의 상태로 되돌릴 수 있도록, 엔진(11)의 엔진회전수를 원래의 상태로 되돌리도록 한다.

또, 동작상태 전환부(301)는, 버킷(6)이 상부작업영역(UWR)으로부터 일탈하기 전이더라도, 선회기구(2)가 조작되었다고 판정한 경우에는(스텝 ST31의 NO), 유압쇼벨의 동작상태를 토출량 저감상태로부터 통상상태로 복원시키도록 한다(스텝 ST33). 선회기구(2)를 통상상태에 있어서의 속도로 선회시키기 위해서이고, 또, 선회속도를 저감시킴으로써 조작자에게 위화감을 주는 것을 방지하기 위해서이다.

도 12는, 동작상태 전환부(301)가 엔진회전수를 증대시킴으로써 유압쇼벨의 상태를 토출량 저감상태로부터 통상상태로 전환할 때의 붐각도(α), 엔진회전수(N), 토출유량(Q), 및 암각도(β)의 시간적 추이를 나타낸다.

도 12에서 나타나는 바와 같이, 동작상태 전환부(301)는, 시각 t2에 있어서, 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 미만이 되어, 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내로부터 일탈하였다고 판정한다.

그 후, 동작상태 전환부(301)는, 메인펌프(12L, 12R)의 토출유량(Q)을 토출량 저감상태에 있어서의 토출유량(Q2)(예를 들면 매분 160리터)으로부터 통상상태에 있어서의 토출유량(Q1)(예를 들면 매분 220리터)까지 복원시킨다. 구체적으로는, 동작상태 전환부(301)는, 엔진(11)의 엔진회전수(N)를 토출량 저감상태에 있어서의 엔진회전수(N2)(예를 들면 1700rpm)로부터 통상상태에 있어서의 엔진회전수(N1)(예를 들면 1800rpm)까지 복원시킨다. 메인펌프(12L, 12R)의 토출유량(Q)이 복원된 결과, 암각도(β)는, 실선으로 나타나는 바와 같이, 토출유량이 복원되지 않는 경우(파선)에 비하여, 암각도(β)의 감소(폐쇄)속도를 증대시키는 것이 가능해진다.

이상의 구성에 의하여, 제2 실시예에 관한 유압쇼벨은, 제1 실시예에 관한 유압쇼벨이 가지는 상술의 효과와 동일한 효과를 실현시킬 수 있다.

또, 제2 실시예에 관한 유압쇼벨은, 엔진(11)의 회전수를 저감시킴으로써 메인펌프(12)의 토출량을 저감시키므로, 토출량 저감상태에 있어서의 유압쇼벨의 에너지효율을 간단하고 확실하게 개선할 수 있다.

다만, 제2 실시예에 관한 쇼벨은, 어태치먼트상태를 판정하여 엔진회전수를 변경하여 토출량을 저감하는 경우와 토출량을 복원하는 경우가 있지만, 본원 발명의 목적을 달성하기 위해서는, 반드시 토출량을 복원할 필요는 없다.

실시예 3

다음으로, 도 13 및 도 14를 참조하면서, 본 발명의 제3 실시예에 관한 유압쇼벨에 대하여 설명한다.

제3 실시예에 관한 유압쇼벨은, 컨트롤러(30)의 동작상태 전환부(301)에 의하여, 소정의 유압액츄에이터로의 압유의 흐름을 억제한다(이하, 소정의 유압액츄에이터로의 압유의 흐름을 억제한 상태를 “공급량 억제상태”라고 한다.).

이와 같이, 제3 실시예에 관한 유압쇼벨은, 소정의 유압액츄에이터로의 압유의 흐름을 억제함으로써 버킷(6)의 움직임이 느려지도록 하는 점에서, 제1 및 제2 실시예의 각각에 관한 유압쇼벨과 상이하지만, 그 외의 점에서 공통된다.

도 13은, 제3 실시예에 관한 유압쇼벨에 탑재되는 유압시스템의 구성예를 나타내는 개략도이며, 도 2 및 도 3과 마찬가지로, 기계적 동력계, 고압유압라인, 파일럿라인, 및 전기구동·제어계를, 각각 이중선, 실선, 파선, 및 점선으로 나타내는 것으로 한다. 또, 도 13은, 전자전환밸브(19)를 가지는 점, 및, 컨트롤러(30)가 전자전환밸브(19)에 대하여 제어신호를 출력하는 점에 있어서, 도 3에서 나타나는 유압시스템과 상이하지만, 그 외의 점에서 공통된다.

전자전환밸브(19)는, 유량제어밸브(150~158)와는 별도로(즉, 조작장치(16)에 있어서의 조작내용에 관계없이), 유압액츄에이터로의 압유의 흐름을 제어 가능한 장치이다. 전자전환밸브(19)는, 예를 들면, 암실린더(8)의 로드측 챔버와 유량제어밸브(155)를 연결하는 고압유압라인에 배치되어, 컨트롤러(30)로부터의 제어신호에 따라 암실린더(8)로의 압유의 흐름을 제어한다.

컨트롤러(30)의 어태치먼트상태 판정부(300)는, 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 진입하였는지 아닌지를 판정한다. 어태치먼트상태 판정부(300)에 의하여 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 진입하였다고 판정된 경우, 동작상태 전환부(301)는, 전자전환밸브(19)에 대하여 제어신호를 출력하고, 암실린더(8)로의 압유의 흐름을 억제하여, 암(5)의 움직임을 느리게 함으로써, 버킷(6)의 움직임이 느려지도록 한다.

또, 동작상태 전환부(301)는, 제1 및 제2 실시예의 각각에 관한 유압쇼벨과 같이 메인펌프(12L, 12R)의 토출량을 저감시킨 후, 전자전환밸브(19)에 대하여 제어신호를 출력하여, 버킷(6)의 움직임이 느려지도록 하여도 된다. 구체적으로는, 동작상태 전환부(301)는, 메인펌프(12L, 12R)의 토출량을 저감시킨 후 암실린더(8)로의 압유의 흐름을 억제하여, 암(5)의 움직임을 느리게 함으로써 버킷(6)의 움직임이 느려지도록 하여도 된다.

다만, 전자전환밸브(19)는, 암실린더(8)의 보텀측 챔버와 유량제어밸브(155)를 연결하는 고압유압라인에 배치되어도 되고, 그들 2개의 고압유압라인의 쌍방에 배치되어도 된다. 또, 전자전환밸브(19)는, 유량제어밸브(158)와 버킷실린더(9)를 연결하는 고압유압라인에 배치되어도 된다. 붐(6)의 움직임을 선택적으로 또한 직접적으로 늦추기 위해서이다.

또, 동작상태 전환부(301)는, 전자전환밸브(19)를 작동상태로 함으로써 암실린더(8)로의 압유의 흐름을 억제한 경우에는, 필요에 따라서 전자전환밸브(19)를 비작동상태로 함으로써, 유압쇼벨의 동작상태를 공급량 억제상태로부터 통상상태로 복원시키도록 한다.

또, 동작상태 전환부(301)에 의한 전자전환밸브(19)의 작동은, 공급량 억제상태에 있어서의 메인펌프(12L, 12R)의 토출량이 네거티브컨트롤압제어에 의한 토출량(매분 50리터)보다 큰 경우에 실행되거나 혹은 계속되는 것으로 한다. 한편으로, 동작상태 전환부(301)에 의한 전자전환밸브(19)의 작동은, 공급량 억제상태에 있어서의 메인펌프(12L, 12R)의 토출량이 네거티브컨트롤압제어에 의한 토출량 이하가 된 경우에는, 캔슬되거나 혹은 중단되는 것으로 한다. 네거티브컨트롤압제어에 의한 토출량의 억제에 의하여 버킷(6)의 느린 움직임이 실현되기 때문이다.

도 14는, 제3 실시예에 관한 유압쇼벨에 있어서의 동작상태 전환판단처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.

도 14는, 스텝 ST43에 있어서의 암실린더(8)의 압유 공급량의 억제가, 도 5의 스텝 ST3 또는 도 9의 스텝 ST23에 있어서의 메인펌프(12L, 12R)의 토출량의 저감과는 상이한 점에 특징을 가진다.

구체적으로는, 어태치먼트상태 판정부(300)는, 붐각도센서(S1)로 검출한 붐각도(α)의 값에 근거하여, 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 이상인지 아닌지를 판정한다(스텝 ST41). 이로써, 어태치먼트가 상부작업영역(UWR) 내에 존재하는지 아닌지를 판정할 수 있고, 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 존재하는지 아닌지도 판정할 수 있다.

붐각도(α)가 소정치(αTH) 이상인 경우(스텝 ST41의 YES), 동작상태 전환부(301)는, 선회기구(2)가 정지 중인지 아닌지를 판정한다(스텝 ST42).

선회기구(2)가 정지 중이라(상부선회체(3)가 선회하고 있지 않다)고 판정한 경우(스텝 ST42의 YES), 동작상태 전환부(301)는, 전자전환밸브(19)에 대하여 제어신호를 출력하여, 암실린더(8)로의 압유의 흐름을 억제한다(스텝 ST43).

그 결과, 동작상태 전환부(301)는, 암(5)의 움직임을 느리게 함으로써, 버킷(6)의 움직임이 느려지도록 할 수 있다.

이상의 구성에 의하여, 제3 실시예에 관한 유압쇼벨은, 전자전환밸브(19)의 작동에 의하여 암실린더(8)로의 압유의 양을 억제한다. 그 결과, 다른 유압액츄에이터에 비하여 암실린더(8)의 동작속도를 선택적으로 저감시킬 수 있어, 다른 유압액츄에이터의 움직임에 영향을 주는 일 없이, 버킷(6)의 움직임을 선택적으로 느리게 할 수 있다.

실시예 4

다음으로, 도 15~도 17을 참조하면서, 본 발명의 제４ 실시예에 관한 유압쇼벨에 대하여 설명한다.

제４ 실시예에 관한 유압쇼벨은, 붐(4)에 대한 암(5)의 연결점에 암각도센서(S2)를 구비하는 점, 및, 어태치먼트상태 판정부(300)가 엔드어태치먼트의 상세한 위치 좌표를 취득하는 점에서 제1~제3 실시예에 관한 유압쇼벨과 상이하지만, 그 외의 점에서 공통된다.

도 15는, 제４ 실시예에 관한 유압쇼벨을 나타내는 측면도이며, 도 16은, 제４ 실시예에 관한 유압쇼벨의 구동계의 구성예를 나타내는 블록도이다. 다만, 도 16은, 도 2 및 도 3과 마찬가지로, 기계적 동력계, 고압유압라인, 파일럿라인, 및 전기구동·제어계를, 각각 이중선, 실선, 파선, 및 점선으로 나타내는 것으로 한다.

암각도센서(S2)는, 암(5)의 회동각도를 검출하기 위한 센서이며, 예를 들면, 암각도(β)를 검출하고, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다.

컨트롤러(30)는, 붐각도센서(S1), 암각도센서(S2), 및 압력센서(17) 등이 출력하는 검출치를 수신하고, 그들 검출치에 근거하여 어태치먼트상태 판정부(300) 및 동작상태 전환부(301)의 각각에 의한 처리를 실행한다. 그 후, 컨트롤러(30)는, 그 처리 결과에 따른 제어신호를 적절히 엔진(11)이나 레귤레이터(13) 등에 대하여 출력한다.

어태치먼트상태 판정부(300)는, 예를 들면, 각종 소정치와 각종 검출치에 근거하여, 이차원 좌표계에 있어서의 엔드어태치먼트의 위치 좌표(예를 들면, 버킷(6)의 회동중심, 즉 암(5)에 대한 버킷(6)의 연결점의 위치 좌표이다.)를 취득한다.

다만, 각종 소정치는, 예를 들면, 붐(4)의 회동중심과 암(5)의 회동중심과의 사이의 거리, 및, 암(5)의 회동중심과 버킷(6)의 회동중심과의 사이의 거리 등이며, 각종 검출치는, 예를 들면, 붐각도센서(S1) 및 암각도센서(S2)의 검출치 등이다.

또, 이차원 좌표계는, 예를 들면, 붐(4)의 중심선을 포함하는 연직면 상에서, 붐(4)의 회동중심을 원점으로 하고, 수평방향으로 X축, 연직방향으로 Y축을 배치하는 이차원 직교좌표계이다.

또, 어태치먼트상태 판정부(300)는, 이차원 직교좌표계 대신에, 이차원 극좌표계 등의 다른 좌표계를 이용하여 엔드어태치먼트의 위치 좌표를 취득하도록 하여도 되고, 삼차원 좌표계를 이용하여 엔드어태치먼트의 위치 좌표를 취득하도록 하여도 된다.

또, 어태치먼트상태 판정부(300)는, 붐각도센서(S1) 및 암각도센서(S2)의 출력 대신에, 엔드어태치먼트에 관한 물리량을 검출하는 다른 임의의 검출장치의 출력에 근거하여, 엔드어태치먼트의 위치 좌표를 취득하도록 하여도 된다.

다만, 임의의 검출장치의 출력은, 붐실린더(7) 및 암실린더(8)의 스트로크량을 검출하는 센서의 출력, 또는, 붐(6)에 장착된 발신기가 발생하는 전파를 수신하는 캐빈(10)에 장착된 수신기의 출력 등을 포함하는 것으로 한다.

도 17은, 제４ 실시예에 관한 유압쇼벨이 채용하는 상부작업영역(UWR)의 예를 나타내는 개략도이며, 좌표점(P1, P2, MP), 직선(L1), 및, 붐(4)의 중심선이 어느 것이나 동일한 연직면 상에 존재하는 것으로 한다.

좌표점(P1)은, 조작자가 캐빈(10) 내의 좌석에 착석하였을 때의 그 조작자의 눈의 위치에 대응하는 소정의 좌표점이며, 좌표점(P2)은, 캐빈(10)의 천장의 앞쪽 가장자리(프론트유리의 위 가장자리)에 대응하는 좌표점이다.

또, 좌표점(MP)은, 암(5)에 대한 버킷(6)의 연결점(버킷(6)의 회동중심)에 대응하는 좌표점이다.

또, 직선(L1)은, 좌표점(P1) 및 좌표점(P2)을 통과하는 직선이며, 상부작업영역(UWR)과 그 이외의 영역을 구획하는 경계선이 되는 직선이다.

도 17의 예에 있어서, 상부작업영역(직선(L1)보다 연직 상방의 영역)(UWR)은, 버킷(6)의 회동중심이 상부작업영역(UWR) 내에 존재하는 경우에는 캐빈(10)의 프레임이나 천장의 존재에 의하여 캐빈(10) 내에 착석하는 조작자가 버킷(6) 상태를 시인하기 어려워지는 영역으로서 나타난다.

즉, 상부작업영역(UWR)은, 암(5) 또는 버킷(6)의 움직임이 느려졌다고 하여도 조작자에게 스트레스를 느끼게 하지 않는 영역을 의미한다.

다만, 상부작업영역(UWR)은, 좌표점(P1) 또는 좌표점(P2)을 통과하는 수평선보다 위의 영역으로서 설정되어도 된다.

이상의 구성에 의하여, 제４ 실시예에 관한 유압쇼벨은, 제1, 제2, 및 제3 실시예의 각각에 관한 유압쇼벨이 가지는 상술의 효과와 동일한 효과를 실현시킬 수 있다.

또, 제４ 실시예에 관한 유압쇼벨은, 붐각도센서(S1) 및 암각도센서(S2)의 검출치에 근거하여, 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 존재하는지 아닌지를 보다 정확하게 판정할 수 있다.

실시예 5

다음으로, 도 18 및 도 19를 참조하면서, 본 발명의 제5 실시예에 관한 하이브리드형 쇼벨에 대하여 설명한다.

도 18은, 하이브리드형 쇼벨의 구동계의 구성예를 나타내는 블록도이다.

하이브리드형 쇼벨의 구동계는, 주로, 전동발전기(25), 변속기(26), 인버터(27), 축전계(28) 및 선회용 전동기구를 구비하는 점에서, 제1 실시예에 관한 유압쇼벨의 구동계(도 2 참조.)와 상이하지만 그 외의 점에서 공통된다. 이로 인하여, 공통점의 설명을 생략하면서, 상이점을 상세하게 설명하는 것으로 한다. 또, 제1 실시예에 관한 유압쇼벨을 설명하기 위하여 이용한 참조부호와 동일한 참조부호를 이용하는 것으로 한다.

전동발전기(25)는, 엔진(11)에 의하여 구동되어 회전하여 발전을 행하는 발전운전과, 축전계(28)에 축전된 전력에 의하여 회전하여 엔진출력을 어시스트하는 어시스트 운전을 선택적으로 실행하는 장치이다.

변속기(26)는, 2개의 입력축과 하나의 출력축을 구비한 변속기구이며, 입력축의 일방이 엔진(11)의 출력축에 접속되고, 입력축의 타방이 전동발전기(25)의 회전축에 접속되며, 출력축이 메인펌프(12)의 회전축에 접속된다.

인버터(27)는, 교류전력과 직류전력을 서로 변환하는 장치이며, 발전전동기(25)가 발전하는 교류전력을 직류전력으로 변환하여 축전계(28)에 축전하고(충전동작), 축전계(28)에 축전된 직류전력을 교류전력으로 변환하여 발전전동기(25)에 공급한다(방전동작). 또, 인버터(27)는, 컨트롤러(30)가 출력하는 제어신호에 따라 충방전동작의 정지, 전환, 개시 등을 제어하고, 충방전동작에 관한 정보를 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다.

축전계(28)는, 직류전력을 축전하기 위한 시스템이며, 예를 들면, 커패시터, 승강압컨버터, 및 DC버스를 포함한다. DC버스는, 커패시터와 전동발전기(25)와의 사이에 있어서의 전력의 수수(授受)를 제어한다. 커패시터는, 커패시터 전압치를 검출하기 위한 커패시터 전압검출부와, 커패시터 전류치를 검출하기 위한 커패시터 전류검출부를 구비한다. 커패시터 전압검출부 및 커패시터 전류검출부는 각각, 커패시터 전압치 및 커패시터 전류치를 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다. 여기에서, 커패시터를 예를 들어 설명하였지만, 커패시터 대신에, 리튬이온전지 등의 충방전 가능한 이차전지, 또는, 전력의 수수가 가능한 그 외의 형태의 전원을 이용하여도 된다.

선회용 전동기구는, 주로, 인버터(35), 선회변속기(36), 선회용전동발전기(37), 리졸버(38), 및 메카니컬 브레이크(39)로 구성된다.

인버터(35)는, 교류전력과 직류전력을 서로 변환하는 장치이며, 선회용전동발전기(37)가 발전하는 교류전력을 직류전력으로 변환하여 축전계(28)에 축전하고(충전동작), 축전계(28)에 축전된 직류전력을 교류전력으로 변환하여 선회용전동발전기(37)로 공급한다(방전동작). 또, 인버터(35)는, 컨트롤러(30)가 출력하는 제어신호에 따라 충방전동작의 정지, 전환, 개시 등을 제어하여, 충방전동작에 관한 정보를 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다.

선회변속기(36)는, 입력축과 출력축을 구비한 변속기구이며, 입력축이 선회용전동발전기(37)의 회전축에 접속되고, 출력축이 선회기구(2)의 회전축에 접속된다.

선회용전동발전기(37)는, 축전계(28)에 축전된 전력에 의하여 회전하여 선회기구(2)를 선회시키는 역행운전과, 선회하는 선회기구(2)의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 회생운전을 선택적으로 실행하는 장치이다.

리졸버(38)는, 선회기구(2)의 선회속도를 검출하기 위한 장치이며, 검출한 값을 컨트롤러(30)에 대하여 출력한다.

메카니컬 브레이크(39)는, 선회기구(2)를 제동하기 위한 장치이며, 컨트롤러(30)가 출력하는 제어신호에 따라 선회기구(2)를 기계적으로 선회 불가능하게 한다.

다음으로, 도 19를 참조하면서, 제5 실시예에 관한 하이브리드형 쇼벨에 있어서의 동작상태 전환판단처리의 흐름에 대하여 설명한다.

하이브리드형 쇼벨에 있어서의 동작상태 전환판단처리는, 선회기구(2)가 정지하고 있는지 아닌지에 관계없이 메인펌프(12)의 토출량을 저감시키는 점에서, 유압쇼벨에 있어서의 동작상태 전환판단처리와 상이하다. 선회기구(2)가 선회용 전동기구에 의하여 선회되어, 메인펌프(12)의 토출량의 저감에 의한 영향을 받지 않기 때문이다.

먼저, 어태치먼트상태 판정부(300)는, 붐각도센서(S1)로 검출한 붐각도(α)의 값에 근거하여, 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 이상인지 아닌지를 판정한다(스텝 ST51). 이로써, 어태치먼트가 상부작업영역(UWR) 내에 존재하는지 아닌지를 판정할 수 있고, 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 존재하는지 아닌지도 판정할 수 있다.

어태치먼트상태 판정부(300)에 의하여 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 존재하지 않는다고 판정된 경우, 즉, 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 미만인 경우(스텝 ST51의 NO), 동작상태 전환부(301)는, 하이브리드형 쇼벨의 상태를 통상상태로부터 토출량 저감상태로 전환하는 일 없이, 이번 회의 동작상태 전환판단처리를 종료시킨다.

한편, 어태치먼트상태 판정부(300)에 의하여 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 존재한다고 판정된 경우, 즉, 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 이상인 경우(스텝 ST51의 YES), 동작상태 전환부(301)는, 유압액츄에이터의 움직임이 느려지도록, 메인펌프(12)의 토출량을 저감시킨다(스텝 ST52). 구체적으로는, 동작상태 전환부(301)는, 레귤레이터(13)에 대하여 제어신호를 출력하고, 레귤레이터(13)를 조절하여, 메인펌프(12)의 토출량을 저감시킨다. 이와 같이 하여, 메인펌프(12)의 토출량을 저감시킴으로써, 메인펌프(12)의 마력을 저감시킬 수 있다.

메인펌프(12)의 마력을 저감시킴으로써, 암(5) 또는 버킷(6)의 신속한 움직임이 필요하지 않음에도 불구하고 암(5) 또는 버킷(6)을 신속하게 동작시키는 것에 의한 불필요한 에너지 소비(예를 들면, 연료의 소비)를 억제하여, 에너지효율을 개선시키기 위해서이다.

이상의 구성에 의하여, 제5 실시예에 관한 하이브리드형 쇼벨은, 제1 실시예에 관한 유압쇼벨이 가지는 효과와 동일한 효과를 실현시킬 수 있다.

또, 제5 실시예에 관한 하이브리드형 쇼벨은, 엔진(11)의 회전수를 저감시킴으로써 메인펌프(12)의 마력을 저감시키도록 하여도 된다.

또, 제5 실시예에 관한 하이브리드형 쇼벨은, 전자전환밸브(19)의 작동에 의하여 암실린더(8)로의 압유의 양을 억제하도록 하여도 된다.

실시예 6

다음으로, 도 20을 참조하면서, 본 발명의 제6 실시예에 관한 유압쇼벨에 대하여 설명한다. 다만, 도 20은, 유압쇼벨의 구동계의 구성예를 나타내는 블록도이며, 기계적 동력계, 고압유압라인, 파일럿라인, 및 전기구동·제어계를 각각 이중선, 실선, 파선, 및 점선으로 나타낸다.

구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 붐각도센서(S1), 압력센서(17), 붐실린더압센서(18a), 토출압센서(18b), 인버터(27), 및 축전계(28) 등이 출력하는 검출치를 수신하고, 그들 검출치에 근거하여 어태치먼트상태 판정부로서의 전용여부판정부(300) 및 동작전환부로서의 발전제어부(301)의 각각에 의한 처리를 실행한다. 그 후, 컨트롤러(30)는, 전용여부판정부(300) 및 발전제어부(301)의 각각의 처리 결과에 따른 제어신호를 적절히 레귤레이터(13) 및 인버터(27)에 대하여 출력한다.

보다 구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 전용여부판정부(300)에 의하여, 메인펌프(12)의 구동에 이용되고 있는 엔진(11)의 출력의 일부를 전동발전기(25)의 구동으로 전용 가능한지 아닌지를 판정한다. 그리고, 전용 가능하다고 판정한 경우에, 컨트롤러(30)는, 발전제어부(301)에 의하여, 레귤레이터(13)를 조절하여 메인펌프(12)의 토출량을 저감시키고, 또한, 전동발전기(25)에 의한 발전을 개시시킨다. 다만, 이하에서는, 메인펌프(12)의 토출량을 저감시켜 발전을 개시시킨 상태를 “토출량 저감·발전상태”라고 하고, 토출량 저감·발전상태로 전환되기 전 상태를 “통상상태”라고 한다.

여기에서, 도 21을 참조하면서, 메인펌프(12)의 토출량을 저감시켜 발전을 개시시키는 기구에 대하여 설명한다. 다만, 도 21은, 제6 실시예에 관한 유압쇼벨에 탑재되는 유압시스템의 구성예를 나타내는 개략도이며, 도 20과 마찬가지로, 기계적 동력계, 고압유압라인, 파일럿라인, 및 전기구동·제어계를, 각각 이중선, 실선, 파선, 및 점선으로 나타내는 것으로 한다.

컨트롤러(30)는, 붐각도센서(S1), 압력센서(17A), 붐실린더압센서(18a), 토출압센서(18b) 등의 출력을 수신하고, 필요에 따라서 레귤레이터(13L, 13R) 및 인버터(27)에 대하여 제어신호를 출력한다. 메인펌프(12L, 12R)의 토출량을 저감시키고, 또한, 전동발전기(25)에 의한 발전을 개시시키기 위해서이다.

여기에서, 도 22를 참조하면서, 컨트롤러(30)가 가지는 전용여부판정부(300) 및 발전제어부(301)의 상세에 대하여 설명한다.

도 22는, 전용여부판정부(300)에 의하여, 메인펌프(12)의 구동에 이용되고 있는 엔진(11)의 출력의 일부를 전동발전기(25)의 구동으로 전용 가능하다고 판정되는 경우의 유압쇼벨의 상태(이하, “제어필요상태”라고 한다.)의 예를 나타내는 개략도이며, 도 4에 대응한다.

제6 실시예에 있어서, 제어필요상태는, 예를 들면, 엔드어태치먼트가 상부작업영역(UWR) 내에 존재할 때의 유압쇼벨의 상태로서 정해진다.

전용여부판정부(300)는, 메인펌프(12)의 구동에 이용되고 있는 엔진(11)의 출력의 일부를 전동발전기(25)의 구동으로 전용 가능한지 아닌지를 판정한다.

구체적으로는, 전용여부판정부(300)는, 붐각도(α)가 임계값(α_TH) 이상이 되어, 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 진입하였다고 판단한 경우에, 메인펌프(12)의 구동에 이용되고 있는 엔진(11)의 출력의 일부를 전동발전기(25)의 구동으로 전용 가능하다고 판정한다. 메인펌프(12)의 마력의 저감, 즉, 메인펌프(12)의 토출량의 저감에 의하여, 시인하기 어려운 버킷(6)의 움직임을 느리게 하였다고 하여도 조작자에게 스트레스를 느끼게 하지 않기 때문이다.

다만, 전용여부판정부(300)는, 붐(4)이 소정 상태까지 상승한 것을 검지하는(붐(4)의 접근을 검출하는) 근접센서 등의 출력에 근거하여, 엔드어태치먼트의 대략적인 위치를 취득하여, 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 진입하였는지 아닌지를 판단하도록 하여도 된다.

발전제어부(301)는, 엔진(11)의 출력을 이용한 발전 발전기(25)에 의한 발전을 제어한다.

구체적으로는, 발전제어부(301)는, 전용여부판정부(300)에 의하여, 메인펌프(12)의 구동에 이용되고 있는 엔진(11)의 출력의 일부가 전동발전기(25)의 구동으로 전용 가능하다고 판정된 경우에, 메인펌프(12)의 구동에 이용되고 있는 엔진(11)의 출력의 일부를 전동발전기(25)의 구동으로 전용한다.

보다 구체적으로는, 발전제어부(301)는, 레귤레이터(13L, 13R)에 대하여 제어신호를 출력하고, 레귤레이터(13L, 13R)를 조절하여 메인펌프(12L, 12R)의 토출량을 저감시킨다. 메인펌프(12L, 12R)의 마력을 저감시키기 위해서이다.

또, 발전제어부(301)는, 인버터(27)에 대하여 제어신호를 출력하고, 전동발전기(25)에 의한 발전을 개시시키도록 한다. 메인펌프(12L, 12R)의 마력의 저감에 의하여 발생된 전용 가능한 엔진출력을 이용하여 발전을 실행시키기 위해서이다.

여기에서, 도 23을 참조하면서, 컨트롤러(30)가, 메인펌프(12L, 12R)의 구동에 이용되고 있는 엔진(11)의 출력의 일부를 전동발전기(25)의 구동으로 전용하여 발전을 개시시키는 처리(이하, “발전개시 판단처리”라고 한다.)에 대하여 설명한다. 다만, 도 23은, 발전개시 판단처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이며, 컨트롤러(30)는, 발전제어부(301)에 의하여 전동발전기(25)에 의한 발전이 개시될 때까지, 이 발전개시 판단처리를 소정 주기로 반복하여 실행하는 것으로 한다.

먼저, 컨트롤러(30)는, 전용여부판정부(300)에 의하여, 붐각도센서(S1)로 검출한 붐각도(α)의 값에 근거하여, 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 이상인지 아닌지를 판정한다(스텝 ST61). 이로써, 어태치먼트가 상부작업영역(UWR) 내에 존재하는지 아닌지를 판정할 수 있고, 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 존재하는지 아닌지도 판정할 수 있다.

버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 존재하지 않는다고 판정한 경우, 즉, 붐각도(α)가 임계값(α_TH) 미만인 경우(스텝 ST61의 NO), 컨트롤러(30)는, 전동발전기(25)에 의한 발전을 개시시키는 일 없이, 이번 회의 발전개시 판단처리를 종료시킨다.

한편, 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 존재한다고 판정된 경우, 즉, 붐각도(α)가 임계값(α_TH) 이상인 경우(스텝 ST61의 YES), 컨트롤러(30)는, 선회기구(2)가 정지 중인지 아닌지를 판정한다(스텝 ST62). 구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 압력센서(17)의 검출치에 근거하여 선회조작레버(도시하지 않음.)의 레버조작량을 검지하여, 선회기구(2)가 정지 중인지 아닌지를 판정한다.

선회기구(2)가 정지 중이 아니라(상부선회체(3)가 선회하고 있다)고 판정한 경우(스텝 ST62의 NO), 컨트롤러(30)는, 전동발전기(25)에 의한 발전을 개시시키는 일 없이, 이번 회의 발전개시 판단처리를 종료시킨다.

한편, 선회기구(2)가 정지 중이라(상부선회체(3)가 선회하고 있지 않다)고 판정한 경우(스텝 ST62의 YES), 컨트롤러(30)는, 메인펌프(12)의 마력을 저감시키기 위하여, 메인펌프(12)의 토출량을 저감시킨다(스텝 ST63). 구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 발전제어부(301)에 의하여, 레귤레이터(13)에 대하여 제어신호를 출력하고, 레귤레이터(13)를 조절하여, 메인펌프(12)의 토출량을 저감시킨다.

그 후, 컨트롤러(30)는, 발전제어부(301)에 의하여, 인버터(27)에 대하여 제어신호를 출력하여, 전동발전기(25)에 의한 발전을 개시시킨다(스텝 ST64). 여기에서, 이미 발전운전을 행하고 있는 경우에는, 스텝 ST64에 있어서 전동발전기(25)에 의한 발전출력을 더욱 증가시킨다.

이와 같이, 컨트롤러(30)는, 전용여부판정부(300)에 의하여 전용 가능이라고 판정된 경우, 메인펌프(12)의 토출량을 저감시켜, 메인펌프(12)의 구동에 이용되고 있던 엔진(11)의 출력의 일부를 전동발전기(25)의 구동으로 전용할 수 있도록 하여, 전동발전기(25)에 의한 발전을 개시시키도록 한다.

또, 컨트롤러(30)는, 전용여부판정부(300)에 의하여 전용 가능이라고 판정된 경우이더라도 선회기구(2)가 정지 중이 아니라(상부선회체(3)가 선회하고 있다)고 판정한 경우에는 발전을 개시시키는 일 없이 발전개시 판단처리를 종료시킨다. 이것은, 상부선회체(3)를 선회시키면서 붐(4)을 상승시킨 경우에 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 진입한 순간에 상부선회체(3)의 선회속도가 저하되어 조작자에게 위화감을 주는 것을 방지하기 위해서이다. 마찬가지로, 컨트롤러(30)는, 주행용 유압모터(20L, 20R), 또는, 버킷(6) 대신에 장착된 다른 엔드어태치먼트(예를 들면, 브레이커 등이다.)가 동작 중이라고 판정한 경우에, 발전을 개시시키는 일 없이 발전개시 판단처리를 종료시키도록 하여도 된다. 구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 전용여부판정부(300)에 의하여 전용이 가능하다고 판정된 경우이더라도, 주행 중이라고 판정한 경우에는, 발전을 개시시키는 일 없이 발전개시 판단처리를 종료시키도록 하여도 된다.

도 24는, 컨트롤러(30)가 메인펌프(12)의 구동에 이용되고 있는 엔진출력의 일부를 전동발전기(25)의 구동으로 전용할 때의 붐각도(α), 토출유량(Q), 전동발전기출력(P), 및 암각도(β)(암(5)을 최대한 폐쇄한 상태로부터의 개방각도이다.)의 시간적 추이를 나타내는 도이다. 다만, 도 24에 있어서, 유압쇼벨의 조작자는, 붐(4)을 상승시키고 또한 암(5)을 개방하는 복합조작을 행하고 있는 것으로 하며, 붐조작레버(도시하지 않음.) 및 암조작레버(16A)의 각각의 레버조작량은 일정한 것으로 한다. 또, 토출유량(Q)은, 메인펌프(12L, 12R)의 각각의 토출유량을 동시에 나타내는 것으로 한다(즉, 메인펌프(12L, 12R)의 토출유량은, 동일한 추이를 따르는 것으로 한다.).

도 24의 (a)의 실선은, 토출량 저감·발전상태로 제어되는 경우 및 토출량 저감·발전상태로 제어되지 않는 경우에서 공통의 붐각도(α)의 변화를 나타낸다.

도 24의 (b)의 실선은 토출량 저감·발전상태로 제어되는 경우의 메인펌프(12)의 토출유량(Q)의 변화를 나타내고, 파선은 토출량 저감·발전상태로 제어되지 않는 경우의 메인펌프(12)의 토출유량(Q)의 변화를 나타낸다. 토출유량(Q1)은 통상상태에 있어서의 토출유량이며, 제6 실시예에서는 최대 토출유량이다. 또, 토출유량(Q2)은, 토출량 저감·발전상태에 있어서의 토출유량이다.

도 24의 (c)의 실선은 토출량 저감·발전상태로 제어되는 경우의 전동발전기출력(P)의 변화를 나타내고, 파선은 토출량 저감·발전상태로 제어되지 않는 경우의 전동발전기출력(P)의 변화를 나타낸다.

도 24의 (d)의 실선은 토출량 저감·발전상태로 제어되는 경우의 암각도(β)의 변화를 나타내고, 파선은 토출량 저감·발전상태로 제어되지 않는 경우의 암각도(β)의 변화를 나타낸다.

시각 0의 시점에 있어서, 붐각도(α)는 임계값(α_TH)을 하회하는 각도로 되어 있고, 유압쇼벨은 붐(4)을 하강시킨 상태로 되어 있다. 그 후, 붐각도(α)는, 시각 t1에 있어서, 임계값(α_TH) 이상이 되고, 전용여부판정부(300)는, 어태치먼트가 상부작업영역(UWR) 내에 진입하였다고 판정한다. 이로써, 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 진입하였다고 판정한다.

이 때, 토출유량(Q)은, 통상상태에 있어서의 토출유량(Q1)으로부터 감소하기 시작하여, 토출량 저감·발전상태에 있어서의 토출유량(Q2)에 이른다. 그 결과, 암각도(β)의 증대(개방)속도는, 시각 t1을 지난 부근에서 감소한다.

또, 전동발전기출력(P)은, 통상상태에 있어서의 수치 제로로부터 발전방향으로 증가하기 시작하여, 토출량 저감·발전상태에 있어서의 발전출력(P1)에 이른다. 다만, 본 실시예는, 발전방향을 마이너스방향으로 하고, 어시스트방향을 플러스방향으로 한다. 다른 실시예에 있어서도 마찬가지이다.

이것은, 시각 t1에 있어서, 컨트롤러(30)가, 전용여부판정부(300)에 의하여, 메인펌프(12)의 구동에 이용되고 있는 엔진(11)의 출력의 일부를 전동발전기(25)의 구동으로 전용 가능하다고 판정하며, 발전제어부(301)에 의하여, 메인펌프(12)의 토출량을 저감시키고, 또한, 전동발전기(25)에 의한 발전을 개시시켰기 때문이다.

구체적으로는, 전용여부판정부(300)가, 붐각도(α)가 임계값(α_TH) 이상이라고 판정하였기 때문이다. 또, 발전제어부(301)가, 레귤레이터(13)에 대하여 제어신호를 출력함으로써, 레귤레이터(13)를 조절하고, 메인펌프(12)의 토출량을 저감시켰기 때문이며, 인버터(27)에 대하여 제어신호를 출력함으로써, 전동발전기(25)에 의한 발전을 개시시켰기 때문이다.

다만, 토출량 저감·발전상태로 제어되지 않는 경우에는, 시각 t1에 있어서, 메인펌프(12)의 토출유량(Q)은 아무런 변화 없이, 최대 토출량인 Q1을 계속 토출한다. 그 결과, 암각도(β)는 시각 0부터 t1의 사이에서 작동되고 있던 각속도와 동일한 각속도로 계속 상승한다. 또, 전동발전기출력(P)도 아무런 변화 없이, 수치 제로인 채 추이한다.

또, 도 24의 (a)~도 24의 (d)의 실선으로 나타나는 추이는, 붐(4)을 상승시키고 또한 암(5)을 폐쇄하는 복합조작에도 적용 가능한 것으로 한다. 그 경우, 암각도(β)(도 24의 (d) 참조.)는 양음이 반대가 되며, 증대(개방)속도는, 감소(폐쇄)속도로 대체되는 것으로 한다.

이상의 구성에 의하여, 제6 실시예에 관한 유압쇼벨은, 엔드어태치먼트가 상부작업영역(UWR) 내에 존재하는 경우, 즉, 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 이상인 경우에, 메인펌프(12)의 토출량을 저감시킨다. 그 결과, 제6 실시예에 관한 유압쇼벨은, 암(5) 또는 버킷(6)의 신속한 움직임이 필요하지 않음에도 불구하고 암(5) 또는 버킷(6)을 신속하게 동작시킴으로써 소비되는 엔진출력을 억제할 수 있다.

또, 제6 실시예에 관한 유압쇼벨은, 메인펌프(12)의 토출량을 저감시킴으로써 메인펌프(12)의 구동을 위한 엔진(11)의 부하를 저감시켜, 엔진(11)의 출력을 전동발전기(25)의 구동으로 전용할 수 있도록 한 후, 전동발전기(25)에 의한 발전을 개시시킨다. 그 결과, 제6 실시예에 관한 유압쇼벨은, 불필요하게 소비되고 있던 엔진출력을 이용하여 발전을 행함으로써, 에너지효율을 개선할 수 있다. 이와 같이, 제6 실시예에 관한 유압쇼벨은, 발전시기를 제어함으로써 에너지효율을 개선할 수 있다.

또, 제6 실시예에 관한 유압쇼벨은, 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 이상인 경우이더라도, 상부선회체(3)가 선회하고 있는 경우에는, 통상상태로부터 토출량 저감·발전상태로의 전환을 금지한다. 그 결과, 상부선회체(3)를 선회시키면서 붐(4)을 상승시킴으로써 암(5) 또는 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 진입한 순간에 상부선회체(3)의 선회속도를 저감시켜 조작자에게 위화감을 주는 것을 방지할 수 있다.

또, 제6 실시예에 관한 유압쇼벨은, 통상상태로부터 토출량 저감·발전상태로의 전환 후에는, 암(5) 또는 버킷(6)이 조작된 경우이더라도, 토출량 저감·발전상태를 계속시킨다. 그 결과, 엔진출력을 보다 장기간에 걸쳐 억제하면서 엔진출력의 억제분을 이용하여 발전을 실행할 수 있어, 에너지효율을 더욱 개선할 수 있다.

또, 제6 실시예에 관한 유압쇼벨은, 붐(4)의 상승각도에 근거한 어태치먼트상태의 판정에 의하여, 버킷(6)의 대략적인 위치를 추정하여, 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 존재하는지 아닌지를 판정할 수 있다. 그 결과, 간이한 장치 구성에 의하여 상술의 효과를 실현시킬 수 있다.

다만, 제6 실시예에서는, 붐조작상태 검출부로서 붐각도센서(S1)를 이용한 예를 나타냈지만, 붐조작상태 검출부로서 붐실린더압센서(18a)(도 20 참조.)를 이용하여도 된다. 붐(6)이 상승하면 어태치먼트의 무게중심이 변화함으로써, 붐실린더압센서(18a)(도 20 참조.)의 압력 검출치도 변화한다. 이로 인하여, 붐실린더(7)의 압력에 임계값을 설정함으로써, 붐(4)이 미리 정해진 각도 이상으로 들어 올려져 있는지 아닌지를 판정할 수 있고, 또한, 어태치먼트가 상부작업영역(UWR) 내에 존재하는지 아닌지를 판정할 수 있다. 이로써, 버킷(6)의 대략적인 위치도 취득할 수 있어, 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 존재하고 있는지 아닌지도 판정할 수 있다.

또, 붐실린더압센서(18a)(도 20 참조.)의 압력이 상승할 때에는, 메인펌프(12)의 토출압도 상승하기 때문에, 붐조작상태 검출부로서 토출압센서(18b)(도 20 참조.)를 이용하여, 붐(4)이 미리 정해진 각도 이상으로 들어 올려져 있는지 아닌지를 판정하여도 된다.

또, 제6 실시예에 관한 유압쇼벨은, 레귤레이터(13)를 조절함으로써 메인펌프(12)의 토출량을 저감시키므로, 토출량 저감·발전상태에 있어서의 유압쇼벨의 에너지효율을 간단하고 확실하게 개선할 수 있다.

실시예 7

다음으로, 도 25를 참조하면서, 제7 실시예에 관한 하이브리드형 쇼벨에 있어서의 발전개시 판단처리의 흐름에 대하여 설명한다. 다만, 제7 실시예에 관한 하이브리드형 쇼벨의 구동계는, 도 18에 나타내는 제5 실시예에 관한 하이브리드형 쇼벨의 구동계와 동일하다.

하이브리드형 쇼벨에 있어서의 발전개시 판단처리는, 선회기구(2)가 정지하고 있는지 아닌지에 관계없이 메인펌프(12)의 토출량을 저감시키고, 또한, 전동발전기(25)에 의한 발전을 개시시키는 점에서, 유압쇼벨에 있어서의 발전개시 판단처리와 상이하다. 선회기구(2)가 선회용 전동기구에 의하여 선회되어, 메인펌프(12)의 토출량의 저감에 의한 영향을 받지 않기 때문이다.

먼저, 컨트롤러(30)는, 전용여부판정부(300)에 의하여, 붐각도센서(S1)로 검출한 붐각도(α)의 값에 근거하여, 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 이상인지 아닌지를 판정한다(스텝 ST71). 이로써, 어태치먼트가 상부작업영역(UWR) 내에 존재하는지 아닌지를 판정할 수 있고, 버킷(6)이 상부작업영역(UWR) 내에 존재하는지 아닌지도 판정할 수 있다.

붐각도(α)가 소정치(α_TH) 미만인 경우(스텝 ST71의 NO), 컨트롤러(30)는, 발전제어부(301)에 의하여, 하이브리드형 쇼벨의 상태를 통상상태로부터 토출량 저감·발전상태로 전환하는 일 없이, 이번 회의 발전개시 판단처리를 종료시킨다.

한편, 붐각도(α)가 소정치(α_TH) 이상인 경우(스텝 ST71의 YES), 컨트롤러(30)는, 발전제어부(301)에 의하여, 메인펌프(12)의 토출량을 저감시키고(스텝 ST72), 전동발전기(25)에 의한 발전을 개시시킨다(스텝 ST73).

이와 같이 하여, 컨트롤러(30)는, 메인펌프(12)의 토출량을 저감시킴으로써, 암(5) 또는 버킷(6)의 신속한 움직임이 필요하지 않음에도 불구하고 암(5) 또는 버킷(6)을 신속하게 동작시킴으로써 소비되는 엔진출력을 억제하고, 엔진출력의 억제분을 전용하여 발전을 실행할 수 있도록 한다.

이상의 구성에 의하여, 제7 실시예에 관한 하이브리드형 쇼벨은, 제6 실시예에 관한 유압쇼벨이 가지는 효과와 동일한 효과를 실현시킬 수 있다.

또, 제6 및 제7 실시예에서는, 발전제어부(301)에 의하여, 전동발전기(25)에 의한 발전운전이 개시되는 사례를 나타냈지만, 상부작업영역(UWR)으로의 진입 전에 있어서 이미 발전운전을 행하고 있는 경우에는, 상부작업영역(UWR)으로의 진입 후에 있어서 전동발전기(25)에 의한 발전출력을 더욱 증가시킨다. 이로써, 메인펌프(12)의 마력을 저감시켜 전동발전기(25)에 의한 발전운전을 효율적으로 행할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은, 상술한 실시예에 제한되는 일 없이, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고 상술한 실시예에 다양한 변형 및 치환을 가할 수 있다.

예를 들면, 상술의 실시예에 있어서, 동작상태 전환부(301)는, 필요에 따라서 엔진(11) 및 레귤레이터(13L, 13R)의 쌍방에 대하여 제어신호를 출력하도록 하여도 된다. 엔진(11)의 회전수를 저감시키고, 또한, 레귤레이터(13L, 13R)를 조절함으로써, 메인펌프(12L, 12R)의 토출량을 저감시켜, 버킷(6)의 움직임이 느려지도록 하기 위해서이다.

또, 상술의 실시예에 있어서, 좌표점(MP)은, 암(5)에 대한 버킷(6)의 연결점에 대응하는 좌표점으로 설정되지만, 그 연결점 이외의 좌표점(예를 들면, 버킷(6)의 선단에 대응하는 좌표점이다.)으로 설정되어도 된다.

또, 상술의 실시예에 있어서, 동작상태 전환부(301)는, 메인펌프(12)의 토출량을 2단계로 전환하거나, 혹은, 엔진(11)의 엔진회전수를 2단계로 전환하도록 하지만, 3단계 이상의 전환을 행하도록 하여도 된다.

또, 상술의 실시예에 있어서, 발전제어부(301)는, 메인펌프(12)의 토출유량 및 전동발전기(25)에 의한 발전출력을 각각 2단계로 전환하도록 하지만, 3단계 이상의 전환을 행하도록 하여도 된다.

또, 본원은, 2011년 3월 8일에 출원한 일본 특허출원 2011-050790호, 2011년 3월 24일에 출원한 일본 특허출원 2011-066732호, 및, 2011년 4월 22일에 출원한 일본 특허출원 2011-096414호의 각각에 근거하여 우선권을 주장하는 것이며 이들 일본 출원의 각각의 전체 내용을 본원에 참조에 의하여 원용한다.

1: 하부주행체 2: 선회기구
3: 상부선회체 4: 붐
5: 암 6: 버킷
7: 붐실린더 8: 암실린더
9: 버킷실린더 10: 캐빈
11: 엔진 12, 12L, 12R: 메인펌프
13, 13L, 13R: 레귤레이터 14: 파일럿펌프
15: 컨트롤밸브 16: 조작장치
16A: 암조작레버 17, 17A: 압력센서
18a: 붐실린더압센서 18b: 토출압센서
19: 전자전환밸브 20L, 20R: 주행용 유압모터
21: 선회용 유압모터 25: 전동발전기
26: 변속기 27: 인버터
28: 축전계 30: 컨트롤러
35: 인버터 36: 선회변속기
37: 선회용전동발전기 38: 리졸버
39: 메카니컬 브레이크 40L, 40R: 센터바이패스관로
150~158: 유량제어밸브
300: 어태치먼트상태 판정부, 전용여부판정부
301: 동작상태 전환부, 발전제어부
S1: 붐각도센서 S2: 암각도센서

Claims

하부주행체와,
상기 하부주행체에 대하여 선회 가능하게 탑재된 상부선회체와,
붐, 암, 및 엔드어태치먼트를 포함하는 프론트작업기와,
상기 프론트작업기의 상태를 검출하는 프론트작업기상태 검출부와,
상기 프론트작업기상태 검출부의 검출치에 근거하여, 상기 붐이 소정의 상부작업영역 내에 존재하는지 아닌지를 판정하는 어태치먼트상태 판정부와,
당해 쇼벨의 동작상태를 전환하는 동작상태 전환부를 구비하는 쇼벨로서,
상기 동작상태 전환부는, 상기 어태치먼트상태 판정부에 의하여 상기 엔드어태치먼트가 상기 소정의 상부작업영역 내에 있다고 판정된 경우에, 상기 엔드어태치먼트의 움직임을 느리게 하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
제 1 항에 있어서,
상기 암은, 유압펌프가 토출하는 압유에 의하여 구동되고,
상기 동작상태 전환부는, 상기 유압펌프의 마력을 저감시킴으로써, 상기 엔드어태치먼트의 움직임을 느리게 하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
제 2 항에 있어서,
상기 유압펌프는, 엔진에 의하여 구동되고,
상기 동작상태 전환부는, 엔진회전수를 저감시킴으로써, 상기 유압펌프의 마력을 저감시키는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
제 2 항에 있어서,
상기 유압펌프는, 경사판식 가변용량형 유압펌프이며,
상기 동작상태 전환부는, 레귤레이터를 조절함으로써, 상기 유압펌프의 마력을 저감시키는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 암은, 유압펌프가 토출하는 압유에 의하여 구동되고,
당해 쇼벨은, 상기 유압펌프로부터 상기 암에 공급되는 압유의 양을 선택적으로 억제 가능한 전환밸브를 더 구비하며,
상기 동작상태 전환부는, 상기 전환밸브를 이용하여 상기 유압펌프로부터 상기 암에 공급되는 압유의 양을 억제함으로써, 상기 엔드어태치먼트의 움직임을 느리게 하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
프론트작업기상태 검출부는, 붐조작상태 검출부이며,
상기 소정의 상부작업영역은, 상기 붐의 회동각도를 이용하여 설정되는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 어태치먼트상태 판정부는, 상기 붐의 각도가 최대 또는 최대 근방일 때에, 상기 붐이 상기 상부작업영역에 존재한다고 판정하고,
상기 동작상태 전환부는, 상기 암을 전체 영역에서 회동 가능하게 유지한 상태로, 상기 유압펌프의 마력을 저감시키는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 동작상태 전환부는, 캐빈과의 거리에 상관없이 상기 상부작업영역에 들어가면, 상기 유압펌프의 마력을 저감시키는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
제 1 항에 있어서,
상기 쇼벨은, 엔진에 의하여 구동되는 메인펌프 및 전동발전기를 구비하고,
상기 어태치먼트상태 판정부는, 상기 프론트작업기 상태에 근거하여, 상기 메인펌프의 구동에 이용되고 있는 상기 엔진의 출력의 일부를 상기 전동발전기의 구동으로 전용 가능한지 아닌지를 판정하며,
상기 동작상태 전환부는, 상기 메인펌프의 구동에 이용되고 있는 상기 엔진의 출력의 일부를 상기 전동발전기의 구동으로 전용하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
제 9 항에 있어서,
상기 동작상태 전환부는, 상기 메인펌프의 구동에 이용되고 있는 상기 엔진의 출력의 일부가 상기 전동발전기의 구동으로 전용 가능하다고 판정된 경우, 상기 메인펌프의 마력을 저감시켜, 상기 전동발전기에 의한 발전을 개시시키는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 프론트작업기상태 검출부는, 붐조작상태 검출부이며,
상기 어태치먼트상태 판정부는, 상기 붐조작상태 검출부에서 검출되는 상기 붐의 상승각도가 임계값 이상인 경우에, 상기 메인펌프의 구동에 이용되고 있는 상기 엔진의 출력의 일부를 상기 전동발전기의 구동으로 전용 가능하다고 판정하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 어태치먼트상태 판정부는, 상기 엔드어태치먼트가 소정의 상부작업영역 내에 있다고 판단할 때, 상기 메인펌프의 구동에 이용되고 있는 상기 엔진의 출력의 일부를 상기 전동발전기의 구동으로 전용 가능하다고 판정하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
하부주행체와, 상기 하부주행체에 대하여 선회 가능하게 탑재된 상부선회체와, 붐, 암, 및 엔드어태치먼트를 포함하는 프론트작업기를 구비하는 쇼벨의 제어방법으로서,
상기 프론트작업기의 상태를 검출하는 프론트작업기상태 검출스텝과,
상기 프론트작업기상태 검출스텝에 있어서 검출되는 검출치에 근거하여, 상기 붐이 소정의 상부작업영역 내에 존재하는지 아닌지를 판정하는 어태치먼트상태 판정스텝과,
상기 쇼벨의 동작상태를 전환하는 동작상태 전환스텝을 구비하고,
상기 동작상태 전환스텝에 있어서, 상기 엔드어태치먼트의 움직임은, 상기 어태치먼트상태 판정스텝에 있어서 상기 엔드어태치먼트가 상기 소정의 상부작업영역 내에 있다고 판정된 경우에, 느려지는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제 13 항에 있어서,
상기 암은, 유압펌프가 토출하는 압유에 의하여 구동되고,
상기 동작상태 전환스텝에 있어서, 상기 엔드어태치먼트의 움직임은, 상기 유압펌프의 마력이 저감됨으로써, 느려지는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제 14 항에 있어서,
상기 유압펌프는, 엔진에 의하여 구동되고,
상기 동작상태 전환스텝에 있어서, 상기 유압펌프의 마력은, 엔진회전수가 저감됨으로써, 저감되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제 14 항에 있어서,
상기 유압펌프는, 경사판식 가변용량형 유압펌프이며,
상기 동작상태 전환스텝에 있어서, 상기 유압펌프의 마력은, 레귤레이터가 조절됨으로써, 저감되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제 13 항에 있어서,
상기 쇼벨은, 엔진에 의하여 구동되는 메인펌프 및 전동발전기를 구비하고,
상기 어태치먼트상태 판정스텝에 있어서, 상기 프론트작업기 상태에 근거하여, 상기 메인펌프의 구동에 이용되고 있는 상기 엔진의 출력의 일부를 상기 전동발전기의 구동으로 전용 가능한지 아닌지가 판정되며,
상기 동작상태 전환스텝에 있어서, 상기 메인펌프의 구동에 이용되고 있는 상기 엔진의 출력의 일부가 상기 전동발전기의 구동으로 전용되는 것을 특징으로 하는 제어방법.