KR20140038350A

KR20140038350A - 작업 기계

Info

Publication number: KR20140038350A
Application number: KR1020137017518A
Authority: KR
Inventors: 마사타카 사사키; 히데토시 사타케
Original assignee: 히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Priority date: 2011-02-01
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2014-03-28
Also published as: WO2012105537A1; EP2672024B1; US10054119B2; KR101874139B1; EP2672024A1; US20140186191A1; JP5690604B2; JP2012158931A; CN103339329A; EP2672024A4; CN103339329B

Abstract

오퍼레이터에 조작상의 위화감을 주기 어렵고, 또한, 미리 설정된 작업 예정 시간 내에서 축전지에 축적된 전력을 유효하게 이용할 수 있는 하이브리드식 또는 배터리식의 작업 기계를 제공한다. 작업 기계를 기동한 후의 소정 시간 t1로 축전 장치(60)의 축전량의 감소량을 구하고, 이 구해진 감소량과 축전 장치(60)의 축전 잔량으로부터 작업 가능 시간 t2를 구한다. 또한, 이 구해진 작업 가능 시간 t2가, 미리 설정된 작업 예정 시간으로부터 지금까지의 실 작업 시간을 감산한 작업 예정의 나머지 시간에 도달할지 여부를 판정하고, 도달하지 않는다고 판정했을 때에는, 작업 가능 시간이 작업 예정의 나머지 시간에 도달하는 것이 가능한 값으로 펌프 흡수 마력 최대값을 저하시킨다.

Description

작업 기계{OPERATING MACHINE}

본 발명은, 유압 펌프의 구동원으로서 축전 장치로부터의 전력의 공급을 받아 역행 구동하는 전동기를 구비한 하이브리드식 또는 배터리식의 작업 기계에 관한 것으로, 특히, 축전 장치에 축적된 전력의 유효한 이용 방법에 관한 것이다.

하이브리드식 작업 기계는, 원동기와, 축전 장치에 축적된 전력으로 역행 구동하는 전동기(일반적으로는 전동·발전기가 사용되지만, 본 명세서에서는, 이를 포함하여 「전동기」라고 표기함)로 유압 펌프를 구동하고, 이 유압 펌프로부터 토출되는 압유에 의해 유압 액튜에이터를 구동하여, 주어진 작업을 행하는 구성으로 되어 있다. 하이브리드식 작업 기계의 운전 중에 축전 장치의 축전량이 방전 불능으로 되는 하한값에 도달했을 경우에는, 축전 장치로부터의 방전을 정지하여 전동기의 역행 구동을 정지하고, 펌프 흡수 마력 최대값을 원동기의 최대 정격 토크 이하로 변경할 필요가 있다.

그러나, 축전 장치의 축전량이 하한값에 도달한 단계에서, 갑자기 원동기만에 의한 유압 펌프의 구동으로 전환하면, 부하에 대하여 원동기 단체로는 계속 유지할 수 없어, 엔진 스톨에 빠질 가능성이 있다. 또한, 축전 장치의 축전량이 하한값에 도달한 단계에서, 펌프 흡수 마력 최대값이 급격하게 저하하기 때문에, 오퍼레이터에게 조작 상의 위화감을 준한다고 하는 문제도 있다. 나아가, 하루 미리 설정된 작업 예정 시간 도중에 축전 장치의 축전량이 하한값에 도달하면, 그 이후에는 작업 기계의 능력이 저하되기 때문에, 예정된 작업을 완료할 수 없는 등의 문제도 발생한다.

이와 같은 문제점을 해소하기 위해서, 축전 장치의 축전 잔량이 미리 설정된 제1 소정값 이하까지 감소했을 때에는, 그때의 축전 장치의 축전 잔량에 따라 전동기의 역행 토크값을 제한하도록 펌프 흡수 마력 최대값을 저하시키고, 축전 장치의 축전 잔량이 미리 설정된 제2 소정값 이하까지 감소했을 때에는, 전동기의 역행 동작을 금지하여, 펌프 흡수 마력 최대값을 원동기의 정격 출력으로 구동할 수 있는 값까지 더욱 저감시키는 기술이 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조). 이렇게 하면, 하이브리드식 작업 기계의 운전 중에 펌프 흡수 마력 최대값이 갑자기 원동기의 최대 정격 토크 이하로는 저하하지 않고, 축전 장치의 축전 잔량에 따라서 단계적으로 저하되므로, 엔진 스톨을 회피할 수 있는 동시에, 오퍼레이터에 주는 조작상의 위화감을 완화시킬 수 있다.

일본 특허 제3941951호 공보

그러나, 특허 문헌 1에 기재된 기술에 의해서도, 축전 장치의 축전 잔량이 미리 설정된 제1 소정값 이하까지 감소한 단계에서, 펌프 흡수 마력 최대값이 갑자기 축전 장치의 축전 잔량에 따른 레벨까지 저하되므로, 아직 오퍼레이터에 주는 위화감이 크다. 또한, 특허 문헌 1에는, 작업 기계의 동작 모드에 따라 전동기의 작동을 제어하여, 전력의 낭비를 억제하는 기술에 대해서는 기재되어 있지만, 미리 설정된 작업 예정 시간을 고려하고, 작업 예정 시간의 종료 시각에 있어서도 전동기의 어시스트 구동을 유지하는 기술에 대해서는 전혀 기재되어 있지 않아, 작업 예정 시간의 도중에 축전 장치의 축전량이 하한값에 도달해버리는 것을 방지할 수 없다.

본 발명은, 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 그 목적은, 축전지의 축전 잔량이 소정값 이하로 저하했을 경우에도, 오퍼레이터에게 조작 상의 위화감을 주기 어렵고, 또한, 미리 설정된 작업 예정 시간 내에서 축전지에 축적된 전력을 유효하게 이용할 수 있는 하이브리드식 또는 배터리식의 작업 기계를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 상술의 기술적인 과제를 해결하기 위해서, 유압 펌프와, 당해 유압 펌프를 구동하는 전동기와, 상기 전동기에 역행시의 전력을 공급하는 축전 장치와, 당해 축전 장치의 축전량에 따라 펌프 흡수 마력 최대값을 제어하는 제어 장치를 구비한 작업 기계에 있어서, 상기 제어 장치는, 미리 설정된 축전량 변화 계측 시간 내에 있어서의 상기 축전 장치의 축전량의 감소량을 구하고, 이 구해진 감소량과 상기 축전 장치의 축전 잔량으로부터 작업 가능 시간을 구하는 동시에, 이 구해진 작업 가능 시간이, 미리 설정된 작업 예정 시간으로부터 지금까지의 실 작업 시간을 감산한 작업 예정의 나머지 시간에 도달하는지 여부를 판정하고, 도달하지 않는다고 판정했을 때에는, 상기 작업 가능 시간이 상기 작업 예정의 나머지 시간에 도달하는 것이 가능한 값으로 상기 펌프 흡수 마력 최대값을 저하시키는 것을 특징으로 한다.

하이브리드식 또는 배터리식의 작업 기계의 전력 소비율은, 작업 현장의 상황(평탄지인지 경사면인지 등)과 실행하는 작업의 내용으로 결정되고, 하루의 작업을 통해서 대략 일정하다. 따라서, 작업 개시 직후의 축전량 변화 계측 시간 내에 있어서의 축전 장치의 축전량의 감소량을 구하면, 이 구해진 감소량으로 축전 장치의 축전 잔량을 제산함으로써, 전동기의 역행 구동이 가능한 작업 가능 시간을 구할 수 있다. 또한, 이 구해진 작업 가능 시간과, 미리 설정된 작업 예정 시간으로부터 지금까지의 실 작업 시간을 감산한 작업 예정의 나머지 시간을 비교함으로써, 작업 가능 시간이 작업 예정의 나머지 시간을 초과하는지 여부를 판정할 수 있다. 이 경우에, 펌프 흡수 마력 최대값을 저하시키면, 작업 기계의 전력 소비율이 저하하기 때문에, 작업 가능 시간을 연장할 수가 있고, 또한, 작업 가능 시간을 작업 예정의 나머지 시간에 일치시키는 펌프 신 흡수 마력 최대값을 구할 수 있다. 그리고, 이렇게 하면, 펌프 흡수 마력 최대값을, 축전 장치의 축전량의 저하에 따라, 미리 설정된 작업 시간의 개시 시각으로부터 종료 시각에 이르기까지 대략 일률적으로 저하시킬 수 있으므로, 오퍼레이터에 조작상의 위화감을 주기 어렵고, 또한, 작업 시간의 종료 시각에 이르기까지 전동기의 구동을 확보할 수 있으므로, 높은 작업성을 유지할 수 있다.

또 본 발명은, 상기 구성의 작업 기계에 있어서, 상기 유압 펌프를 구동하기 위한 원동기이며, 정격 출력 토크가 상기 펌프 흡수 마력 최대값보다도 작은 것을 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 구해진 작업 가능 시간이, 상기 작업 예정의 나머지 시간에 도달하지 않는다고 판정했을 때에도, 상기 원동기를 그 정격 출력 토크로 운전하는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 따르면, 하이브리드식의 작업 기계의 원동기를 소형화할 수가 있어, 연료 소비량, 배기 가스량 및 소음의 저감을 도모할 수 있다.

또 본 발명은, 상기 구성의 작업 기계에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 축전 장치의 축전량, 상기 작업 예정 시간 및 상기 실 작업 시간으로부터 저하 후의 상기 펌프 흡수 마력 최대값인 신 펌프 흡수 마력 최대값을 산출하는 축전 잔량 감시 수단과, 이 축전 잔량 감시 수단으로부터 출력되는 상기 신 펌프 흡수 마력 최대값, 상기 원동기의 회전수 및 상기 유압 펌프의 토출압으로부터 상기 유압 펌프의 틸팅각 신호의 최소값을 산출하는 부하 토크 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 따르면, 종래 알려져 있는 일반적인 작업 기계용의 제어 장치에 축전 잔량 감시 수단과 부하 토크 제어 수단을 부설하는 것만으로, 본 발명에 관한 작업 기계에 적용 가능한 제어 장치를 구축할 수 있으므로, 본 발명에 관한 작업 기계의 실시를 저 비용으로 행할 수 있다.

또 본 발명은, 상기 구성의 작업 기계에 있어서, 상기 작업 예정 시간으로서, 하루의 작업 개시 예정 시각으로부터 작업 종료 예정 시각까지의 시간을 설정하는 동시에, 상기 축전량 변화 계측 시간으로서, 하루의 작업 개시 시각으로부터의 일정 시간을 설정하는 것을 특징으로 한다.

콘센트로부터 충전 장치로 직접 충전하는, 소위 플러그인 하이브리드식의 작업 기계에 대해서는, 야간 중에 충전을 완료해 놓고, 아침부터 저녁까지의 낮에 작업을 행한다고 하는 작업 양태를 취하는 것이 고려된다. 이 경우, 아침의 작업 개시 예정 시각으로부터 저녁의 작업 종료 예정 시각까지의 시간이 작업 예정 시간으로서 설정된다. 또한, 아침 첫번째의 작업 기계의 기동시부터의 일정 시간을 축전량 변화 계측 시간으로서 설정한다. 이에 의해, 저녁의 작업 종료 예정 시각까지, 전동기에 의한 어시스트 구동이 가능하게 된다.

또 본 발명은, 상기 구성의 작업 기계에 있어서, 상기 작업 예정 시간으로서, 하루의 작업 개시 예정 시각으로부터 작업 종료 예정 시각까지의 시간을 설정하는 동시에, 상기 축전량 변화 계측 시간으로서, 하루의 작업 개시 시각으로부터의 일정 시간과, 상기 펌프 흡수 마력 최대값을 저하시킨 후 임의로 설정된 시각으로부터의 일정 시간으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 따르면, 축전량 변화 계측 시간을, 아침 첫번째의 작업 기계의 기동시부터의 일정 시간뿐만아니라, 작업 예정 시간 내의 임의인 시각에 복수 회 설정할 수 있으므로, 펌프 흡수 마력 최대값을 축전 잔량에 따라 보다 섬세하고 치밀하게 수정할 수 있다.

또 본 발명은, 상기 구성의 작업 기계에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 펌프 흡수 마력 최대값을 저하시킬 때, 저하 전의 상기 펌프 흡수 마력 최대값인 구 펌프 흡수 마력 최대값으로부터, 저하 후의 상기 펌프 흡수 마력 최대값인 신 펌프 흡수 마력 최대값까지, 다단계로 또는 연속적으로 저하시키는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 따르면, 펌프 흡수 마력 최대값을 완만하게 저하시킬 수 있으므로, 오퍼레이터가 조작 상의 위화감을 느끼기 어려워, 오퍼레이터의 피로를 완화시킬 수 있다.

또 본 발명은, 상기 구성의 작업 기계에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 펌프 흡수 마력 최대값을 저하시킬 때, 당해 펌프 흡수 마력 최대값을, 목표 유량이 다른 복수의 영역으로 분할하고, 저하 전의 상기 펌프 흡수 마력 최대값인 구 펌프 흡수 마력 최대값 중의, 목표 유량이 높은 영역으로부터 차례로 시간 차를 두고, 저하 후의 상기 펌프 흡수 마력 최대값인 신 펌프 흡수 마력 최대값까지 저하시키는 것을 특징으로 한다.

오퍼레이터는, 유압 액튜에이터가 고속으로 동작하고 있는 상태, 즉, 유압 액튜에이터를 흐르는 압유의 유량이 높은 상태에서는, 펌프 흡수 마력 최대값이 다소 저하해도, 그 변화를 느끼기 어렵다. 반대로, 유압 액튜에이터를 흐르는 압유의 유량이 낮은 상태에서는, 펌프 흡수 마력 최대값을 약간 저하시켜도, 그 변화를 민감하게 느낀다. 따라서, 목표 유량이 높은 영역으로부터 펌프 흡수 마력 최대값을 순차 저하시킴으로써, 오퍼레이터에 조작 상의 위화감을 느끼게 하는 일 없이, 원활하게 펌프 흡수 마력 최대값을 천이시킬 수 있다.

또 본 발명은, 상기 구성의 작업 기계에 있어서, 상기 실 작업 시간의 카운트는, 아우어 미터를 사용해서 행하고, 그 아우어 미터는, 게이트 로크 수단에 의해 기계 각 부가 조작 금지 상태로 전환되었을 경우에는, 그 동안의 실 작업 시간의 카운트를 중지하는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 따르면, 게이트 로크 수단에 의해 기계 각 부가 조작 금지 상태로 전환되어 있는 시간, 즉, 작업 기계가 작업을 중지하고 있는 시간을 실제 작업 시간으로서 카운트하지 않으므로, 보다 작업의 실정에 적합한 정확한 신 펌프 흡수 마력 최대값의 산출이 가능하게 된다.

본 발명은, 하이브리드식 또는 배터리식의 작업 기계에 있어서, 미리 설정된 축전량 변화 계측 시간 내에 있어서의 축전 장치의 축전량의 감소량을 구하고,이 구해진 감소량과 축전 장치의 축전 잔량으로부터 작업 가능 시간을 구하는 동시에,이 구해진 작업 가능 시간이, 미리 설정된 작업 예정 시간으로부터 지금까지의 실 작업 시간을 감산한 작업 예정의 나머지 시간에 도달할지 여부를 판정하고, 도달하지 않는다고 판정했을 때에는, 작업 가능 시간이 작업 예정의 나머지 시간에 도달하는 것이 가능한 값으로 펌프 흡수 마력 최대값을 저하시키므로, 펌프 흡수 마력 최대값을, 축전 장치의 축전량의 저하에 따라, 미리 설정된 작업 시간의 개시 시각으로부터 종료 시각에 이르기까지 대략 일률적으로 저하시킬 수 있어, 작업 기계의 조작성을 양호한 것으로 할 수 있다. 또한, 작업 시간의 종료 시각에 이르기까지, 전동기의 구동을 확보할 수 있으므로, 높은 작업성을 유지할 수 있다.

도 1은 실시 형태에 따른 플러그인 하이브리드식 유압 셔블의 구성도이다.
도 2는 실시 형태에 따른 플러그인 하이브리드식 유압 셔블의 시스템 구성도이다.
도 3은 실시 형태에 따른 플러그인 하이브리드식 유압 셔블에 구비되는 축전 장치 감시 수단의 제어 수순을 도시하는 플로우차트이다.
도 4는 제1 신 흡수 마력에 따른 펌프 흡수 마력 최대값의 천이도이다.
도 5는 제1 신 흡수 마력에 따른 틸팅각 최소값의 천이도이다.
도 6은 제1 실시예에 따른 제어 방법을 적용했을 경우에서의 축전량, 원동기 출력 및 전동기 역행 출력의 변화를 도시하는 도면이다.
도 7은 제2 실시예에 따른 펌프 흡수 마력 최대값의 천이도이다.

이하, 본 발명의 작업 기계에 관하여, 유압 펌프를 원동기와 축전 장치의 방전 전력으로 역행 구동하는 전동기에서 구동하고, 유압 펌프로부터 토출되는 압유를 사용해서 유압 액튜에이터를 구동하는 하이브리드식의 유압 셔블이며, 펌프 정격 흡수 마력이 원동기의 정격 출력보다도 높고, 축전 장치의 축전량을 설정한 운전 시간에서 완전 소비하여 플러그인 하이브리드식의 셔블 기계를 예로 들어 설명한다. 본 발명은, 플러그인 하이브리드식의 유압 셔블 외에, 유압 펌프를 전동기만으로 구동하는 배터리 방식의 유압 셔블에도 적용할 수 있다. 또한, 유압 셔블이외의 하이브리드식 또는 배터리식의 작업 기계에도 적용할 수 있다.

제1 실시예

도 1에 도시하는 플러그인 하이브리드식의 유압 셔블(10)은, 가동 부위로서, 붐(101), 아암(102), 버킷(103), 크롤러(104) 및 선회체(100)를 갖고 있다. 붐(101), 아암(102), 버킷(103)은, 각각 유압 액튜에이터인 유압 실린더(20a, 20b, 20c)로 구동된다. 또 주행용 크롤러(104)는, 유압 액튜에이터인 유압 모터(20d)로 구동되고, 선회체(100)도 유압 액튜에이터인 도시하지 않은 유압 모터로 구동된다. 이들의 각 유압 액튜에이터(20a 내지 20d)는, 유압 펌프(30)로부터 토출되는 압유로 구동된다. 유압 펌프(30)는, 가변 용량형의 유압 펌프이며, 그 용량(1회전으로 토출하는 압유의 양)은, 틸팅각을 변경함으로써 변경할 수 있다. 유압 펌프(30)의 구동축은, 원동기(40) 및 전동기(50)와 동축에 접속되어 있고, 유압 펌프(30)는, 원동기(40)의 회전과 전동기(50)의 역행으로 동작한다. 전동기(50)는, 인버터(51) 및 쵸퍼(61)를 통해서 축전 장치(60)와 전기적으로 접속되어 있고, 전동기(50)의 역행 출력은, 쵸퍼(61)에서 변압되어, 인버터(51)에서 교류로 변환된 축전 장치(60)로부터의 방전 전력에 의해 행해진다. 유압 펌프(30), 원동기(40), 전동기(50), 인버터(51), 축전 장치(60), 쵸퍼(61) 및 이들을 제어하는 제어 장치(70)는, 선회체(100)에 탑재된다. 또한, 전동기(50)는, 원동기(40)의 구동력으로 발전하여, 축전 장치(60)에 충전하는 것도 가능하다. 또한, 선회체(100)의 유압 모터를 전기 모터로 치환했을 경우에는, 전동기(50)의 발전 전력으로 이 선회용의 전기 모터를 구동하는 것도 가능하다.

원동기(40)로서는, 유압 펌프(30)의 펌프 흡수 마력 최대값보다도 정격 출력 토크가 작은 것이 구비된다. 제어 장치(70)는, 펌프 흡수 마력 최대값의 변경에 상관없이, 원동기(40)를 그 정격 출력 토크로 운전한다. 이에 의해, 하이브리드식의 작업 기계의 원동기를 소형화할 수가 있어, 연료 소비량, 배기 가스량 및 소음의 저감을 도모할 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 제어 장치(70)는, 유압 펌프(30)로부터 검출되는 유압 펌프 토출압, 원동기(40)로부터 검출되는 원동기 회전수, 쵸퍼(61)를 포함하는 인버터 회로로부터 검출되는 축전 장치(60)의 축전량, 도시하지 않은 타이머로부터 출력되는 작업 예정 시간, 축전량 변화 계측 시간, 동작 시간 및 분할 연산 시간, 도시하지 않은 아우어 미터로부터 출력되는 실 작업 시간, 및 도시하지 않은 조작 레버로부터 출력되는 조작 레버 신호를 도입하고, 유압 펌프(30)에 대하여 최종 틸팅각 신호를 출력한다. 이 제어 장치(70)에는, 유압 펌프 토출압과 조작 레버 신호로부터 틸팅각 신호를 산출해서 출력하는 통상적인 제어 수단(70c)에 더하여, 축전량, 작업 예정 시간, 축전량 변화 계측 시간, 동작 시간 및 실 작업 시간으로부터 보정후의 펌프 흡수 마력 최대값인 신 펌프 흡수 마력 최대값을 산출하여 출력하는 감시 수단(축전 잔량 감시 수단)(70a)과, 감시 수단(70a)로부터 출력되는 신 펌프 흡수 마력 최대값으로부터 유압 펌프(30)의 틸팅각의 최소값을 산출하여 출력하는 부하 토크 제어 수단(70b)을 구비하고 있다. 이러한 구성에 따르면, 종래 알려져 있는 일반적인 작업 기계용의 제어 장치에, 축전 잔량의 감시 수단(70a)과 부하 토크 제어 수단(70b)을 부설하는 것만으로, 본 발명에 관한 작업 기계에 적용 가능한 제어 장치를 구축할 수 있으므로, 실시 형태에 따른 작업 기계의 실시를 저 비용으로 행할 수 있다.

통상적인 제어 수단(70c)은, 오퍼레이터가 조작하는 조작 레버로부터 출력되는 조작 레버 신호와, 유압 펌프(30)로부터 검출되는 유압 펌프 토출압으로부터, 유압 펌프(30)의 흡수 마력을 제어하는 틸팅각 신호를 출력하는 동시에, 유압 펌프(30)의 흡수 마력에 따라, 원동기(40) 및 전동기(50)의 출력 제어를 행한다. 그리고, 통상적인 제어 수단(70c)으로부터 출력되는 틸팅각 신호는, 감시 수단(70a) 및 부하 토크 제어 수단(70b)으로부터 출력되는 틸팅각 신호 최소값으로 제한된다. 이 제어에 의해 전동기(50)가 역행하면, 소비 에너지의 분만큼 축전 장치(60)의 축전량이 저하된다. 또한, 도 2에서는, 공지에 속하는 사항이며, 또한 본 발명의 요지가 아니므로, 원동기(40) 및 전동기(50)의 출력 제어 부분에 대해서는, 도시를 생략한다.

또한, 도 2에 도시하는 작업 예정 시간이란, 축전 장치(60)에 축적된 전력에 의해 전동기(50)를 역행 구동하는 것이 구해지는 시간이며, 통상은 하루의 작업 시간인 7.5시간 혹은 8시간으로 설정된다. 또한, 축전량 변화 계측 시간이란, 축전 장치(60)의 축전량의 감소량을 계측하기 위한 시간이며, 적어도 원동기(40)가 기동한 시각으로부터의 일정 시간, 예를 들어 10분간으로 설정된다. 또한, 동작 시간이란, 제어 장치(70)가 신 펌프 흡수 마력 최대값의 산출을 반복하는 총 시간이며, 예를 들어 10분간으로 설정된다. 또한, 분할 연산 시간이란, 제어 장치(70)가 신 펌프 흡수 마력 최대값의 산출을 행하는 피치이며, 예를 들어 1분간으로 설정된다. 따라서, 제어 장치(70)가 행하는 신 펌프 흡수 마력 최대값의 반복 산출 횟수 n은,이 경우, 10회가 된다.

이하, 도 3 내지 도 6을 사용하여, 제어 장치(70)가 실행하는 축전 장치(60)의 축전량에 따른 펌프 흡수 마력 최대값의 제어에 대해서 설명한다.

운전 개시 시에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 펌프 흡수 마력 최대값으로서 초기값(구 펌프 흡수 마력 최대값) P_maxold가 설정되어 있고, 틸팅각 신호 최소값은, 도 5에 도시한 바와 같이, 이에 따른 특성 a로 되어 있다. 즉, 오퍼레이터가 조작 레버를 최대한으로 조작하면, 제어 장치(70)로부터 출력되는 최종 틸팅각 신호는 P_maxold에 상당한 값으로 되어, 원동기(40)의 정격 출력보다 커지고, 그 부족분은, 전동기(50)의 역행 구동으로 보충하게 된다.

감시 수단(70a)은, 도 3의 스텝 S1에서, 작업 개시 시각으로부터 미리 설정된 축전량 변화 계측 시간 t1에 있어서의, 전동기(50)의 역행에 수반하는 축전량의 감소량을 산출한다. 계속해서, 이 산출된 축전량의 감소량과 축전량 변화 계측 시간 t1로부터, 작업이 계속 가능한 작업 가능 시간을 산출하고, 도 3의 스텝 S2에서, 이 산출된 작업 가능 시간이, 미리 설정된 작업 예정의 나머지 시간 t2보다도 짧은지의 여부를 판정한다. 도 6의 (a)의 예에서는, 작업 가능 시간이 작업 예정 시간의 나머지 시간 t2보다도 짧아져 있다. 이와 같이, 작업 가능 시간 쪽이 작업 예정의 나머지 시간 t2 보다도 짧다고 판정했을 경우(YES)는, 도 3의 스텝 S3으로 이행하고, 축전 장치(60)의 축전 잔량과 작업 예정 시간과 축전량 변화 계측 시간 t1로부터, 작업 예정의 나머지 시간 t2의 범위에서 전동기(50)의 역행 구동을 가능하게 하는 신 펌프 흡수 마력 최대값 P_maxnew를 산출한다.

신 펌프 흡수 마력 최대값 P_maxnew는, 하기의 방법으로 산출할 수 있다. 즉, 도 6의 (b)로부터 명백한 바와 같이, 신 펌프 흡수 마력 최대값 P_maxnew는, 원동기(40)의 정격 출력 P_engmax와 전동기(50)에 의한 가산분 PM2의 합으로서 구해진다. 따라서, 축전량 변화 계측 시간 t1에서의 축전 장치(60)의 평균 출력과, 작업 예정의 나머지 시간 t2에서의 축전 장치(60)의 평균 출력의 비가, 초기 상태에 있어서의 전동기(50)에 의한 가산분 PM1과 축전량 변화 계측 시간 t1을 경과한 후의 전동기(50)에 의한 가산분 PM2의 비라고 가정한다.

즉, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 축전량 변화 계측 시간 t1 중의 소비 축전량을 ΔQ_e1, 축전량 변화 계측 시간 t1을 경과 한 후의 잔 축전량을 ΔQ_e2로 했을 때,

ΔQ_e1/t1:ΔQ_e2/t2=PM1:PM2로 한다.

이것을 풀면,

P_maxnew=PM2+P_engmax

=(ΔQ_e1/t1)/(ΔQ_e2/t2)×PM1+P_engmax

로서 구해진다.

그 밖에는, 실 펌프 흡수 마력으로부터 원동기(40)의 정격 출력 P_engmax를 뺀 실값으로부터, 축전 장치(60)의 평균 출력을 산출하는 방법도 고려된다.

본 실시 형태에서는, 구 펌프 흡수 마력 최대값 P_maxold로부터 신 펌프 흡수 마력 최대값 P_maxnew로의 변경을, 설정된 분할 연산 시간마다, 설정된 동작 시간이 종료할 때까지, 복수회에 나누어서 행한다. 즉, 도 3의 스텝 S3에서 신 펌프 흡수 마력 최대값 P_maxnew를 산출한 후, 스텝 S4로 이행하고, 구 펌프 흡수 마력 최대값 P_maxold와 신 펌프 흡수 마력 최대값 P_maxnew의 차분을 n 분할하여, 1회당의 펌프 흡수 마력 최대값의 조정량 ΔP를 산출한다. 계속해서, 스텝 S5로 이행하여, 펌프 흡수 마력 최대값 P_max를 P_maxold-ΔP로 두고, 부하 토크 제어 수단(70b)에 의해 이에 따른 틸팅각 신호 최소값을 출력한다. 이하, 스텝 S6에 있어서, 이 동작을, 미리 설정된 동작 시간이 종료할 때까지, 분할 연산 시간(본 예에서는, 1분간)마다 행한다. 이에 의해, 틸팅각 신호 최소값은, 특성 a로부터 특성 b, 특성 b로부터 특성 c로 순차 저하하고, 이에 수반하여 펌프 흡수 마력 최대값은, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 구 펌프 흡수 마력 최대값 P_maxold로부터 신 펌프 흡수 마력 최대값 P_maxnew까지, 완만하게 변화한다. 또한, 분할 연산 시간의 설정 및 구 펌프 흡수 마력 최대값 P_maxold와 신 펌프 흡수 마력 최대값 P_maxnew의 차분의 크기에 따라서는, 이 변화가 단계적으로 이루어진다. 이와 같이 함으로써, 펌프 흡수 마력 최대값을 완만하게 저하시킬 수 있으므로, 오퍼레이터가 조작 상의 위화감을 느끼기 어려워, 오퍼레이터의 피로를 완화시킬 수 있다.

또한, 도 3의 스텝 S2에서, 산출된 작업 가능 시간이 미리 설정된 작업 예정의 나머지 시간 t2보다도 길다고 판정했을 경우(NO)는, 도 3의 스텝 S7로 이행하고, 펌프 흡수 마력 최대값 P_max가 초기값보다도 저하하고 있는지 여부를 판정한다. 그리고, 저하하고 있다고 판정했을 경우(YES)는, 스텝 S3로 이행하고, 저하하고 있지 않다고 판정했을 경우(NO)는, 스텝 S1로 돌아간다. 이에 의해, 축전 장치(60)의 축전 잔량을 유효하게 이용할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 축전량 변화 계측 시간 t1을, 하루의 작업 개시 시각으로부터의 일정 시간에만 할당했지만, 이것 외에, 펌프 흡수 마력 최대값을 저하시킨 후 임의로 설정된 시각으로부터의 일정 시간으로 설정할 수도 있다. 이렇게 하면, 펌프 흡수 마력 최대값을 축전 장치(60)의 축전량에 따라 보다 섬세하고 치밀하게 수정할 수 있다. 또한, 실 작업 시간의 카운트에 관해서는, 게이트 로크 수단에 의해 기계 각 부가 조작 금지 상태로 전환되었을 경우에, 그 동안의 실 작업 시간의 카운트를 중지하는 구성으로 할 수도 있다. 이렇게 하면, 게이트 로크 수단에 의해 기계 각 부가 조작 금지 상태로 전환되어 있는 시간, 즉, 작업 기계가 작업을 중지하고 있는 시간을 실제 작업 시간으로서 카운트하지 않으므로, 보다 작업의 실상에 적합한 정확한 신 흡수 마력 최대값의 산출이 가능하게 된다.

제2 실시예

다음에, 도 7을 사용하여, 본 발명에 관한 작업 기계의 제2 실시예를 설명한다. 본 실시예는, 도 7에 도시한 바와 같이, 신구 간의 펌프 흡수 마력 최대값의 차분을, 목표 유량 Q가 높은 영역 A, 목표 유량 Q가 중간인 영역 B 및 목표 유량 Q가 낮은 영역 C로 분할하여, 펌프 흡수 마력 최대값을 감소시킬 때, 최초로, 구 펌프 흡수 마력 최대값이 영역 A에 상당하는 부분을 신 펌프 흡수 마력 최대값으로 감소시키고, 다음으로, 구 펌프 흡수 마력 최대값의 영역 B에 상당하는 부분을 신 펌프 흡수 마력 최대값으로 감소시켜, 최후에, 구 펌프 흡수 마력 최대값의 영역 C에 상당하는 부분을 신 펌프 흡수 마력 최대값으로 감소시킨다. 오퍼레이터는, 유압 액튜에이터가 고속으로 동작하고 있는 상태, 즉, 유압 액튜에이터를 흐르는 압유의 유량이 높은 상태에서는, 펌프 흡수 마력 최대값이 다소 저하해도, 그 변화를 느끼기 어렵고, 반대로, 유압 액튜에이터를 흐르는 압유의 유량이 낮은 상태에서는, 펌프 흡수 마력 최대값이 약간 저하해도, 그 변화를 민감에 느끼므로, 전술한 바와 같이 목표 유량이 높은 영역으로부터 펌프 흡수 마력 최대값을 저하시킴으로써, 오퍼레이터에 조작 상의 위화감을 느끼게 하는 일 없이, 원활하게 펌프 흡수 마력 최대값을 천이시킬 수 있다.

본 발명의 작업 기계는, 펌프 흡수 마력 최대값을, 축전 장치의 축전량의 감소에 따라, 미리 설정된 작업 시간의 개시 시각으로부터 종료 시각에 이르기까지 대략 일률적으로 저하시킬 수 있으므로, 오퍼레이터에 조작 상의 위화감을 주기 어렵워, 오퍼레이터의 피로를 경감시킬 수 있다. 또한, 작업 시간의 종료 시각에 이르기까지 전동기의 구동을 확보할 수 있으므로, 높은 작업성을 유지할 수 있다.

본 발명은, 플러그인 하이브리드식 또는 배터리식의 유압 셔블 등의 작업 기계에 이용할 수 있다.

10 : 하이브리드 방식 셔블 기계
20 : 유압 액튜에이터
20a : 붐 구동용 유압 실린더
20b : 아암 구동용 유압 실린더
20c : 버킷 구동용 유압 실린더
20d : 크롤러 구동용 유압 모터
30 : 유압 펌프
40 : 원동기
50 : 전동기
60 : 축전 장치
70 : 제어 장치
70a : 감시 수단
70b : 부하 토크 제어 수단
100 : 선회체
101 : 붐
102 : 아암
103 : 버킷
104 : 크롤러
Q_emax : 축전 장치의 축전량 최대값
Q_emin : 축전 장치의 축전량 하한값
t1 : 축전량 변화 계측 시간
t2 : 작업 예정의 나머지 시간
Δ_Qe1 : t1 중에 소비된 축전량
Δ_Qe2 : t2 중에 소비할 수 있는 축전량
P_engmax : 원동기의 최대 정격 출력
PM1 : t1 중의 전동기 출력
PM2 : t2 중의 전동기 출력
P_maxold : 구 펌프 흡수 마력 최대값
P_maxnew : 신 펌프 흡수 마력 최대값

Claims

유압 펌프와, 당해 유압 펌프를 구동하는 전동기와, 상기 전동기에 역행시의 전력을 공급하는 축전 장치와, 당해 축전 장치의 축전량에 따라 펌프 흡수 마력 최대값을 제어하는 제어 장치를 구비한 작업 기계에 있어서,
상기 제어 장치는, 미리 설정된 축전량 변화 계측 시간 내에 있어서의 상기 축전 장치의 축전량의 감소량을 구하고, 이 구해진 감소량과 상기 축전 장치의 축전 잔량으로부터 작업 가능 시간을 구하는 동시에, 이 구해진 작업 가능 시간이, 미리 설정된 작업 예정 시간으로부터 지금까지의 실 작업 시간을 감산한 작업 예정 시간의 나머지 시간에 도달할지 여부를 판정하고, 도달하지 않는다고 판정했을 때에는, 상기 작업 가능 시간이 상기 작업 예정 시간의 나머지 시간에 도달하는 것이 가능한 값으로 상기 펌프 흡수 마력 최대값을 저하시키는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
제1항에 있어서, 상기 유압 펌프를 구동하기 위한 원동기이며, 정격 출력 토크가 상기 펌프 흡수 마력 최대값보다도 작은 것을 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 구해진 작업 가능 시간이, 상기 작업 예정 시간의 나머지 시간에 도달하지 않는다고 판정했을 때에도, 상기 원동기를 그 정격 출력 토크로 운전하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
제2항에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 축전 장치의 축전량, 상기 작업 예정 시간 및 상기 실 작업 시간으로부터 저하 후의 상기 펌프 흡수 마력 최대값인 신 펌프 흡수 마력 최대값을 산출하는 축전 잔량 감시 수단과, 이 축전 잔량 감시 수단으로부터 출력되는 상기 신 펌프 흡수 마력 최대값, 상기 원동기의 회전수 및 상기 유압 펌프의 토출압으로부터 상기 유압 펌프의 틸팅각 신호의 최소값을 산출하는 부하 토크 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작업 예정 시간으로서, 하루의 작업 개시 예정 시각으로부터 작업 종료 예정 시각까지의 시간을 설정하는 동시에, 상기 축전량 변화 계측 시간으로서, 하루의 작업 개시 시각으로부터의 일정 시간을 설정하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작업 예정 시간으로서, 하루의 작업 개시 예정 시각으로부터 작업 종료 예정 시각까지의 시간을 설정하는 동시에, 상기 축전량 변화 계측 시간으로서, 하루의 작업 개시 시각으로부터의 일정 시간과, 상기 펌프 흡수 마력 최대값을 저하시킨 후 임의로 설정된 시각으로부터의 일정 시간으로 설정하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 펌프 흡수 마력 최대값을 저하시킬 때, 저하 전의 상기 펌프 흡수 마력 최대값인 구 펌프 흡수 마력 최대값으로부터, 저하 후의 상기 펌프 흡수 마력 최대값인 신 펌프 흡수 마력 최대값까지, 다단계로 또는 연속적으로 저하시키는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 펌프 흡수 마력 최대값을 저하시킬 때, 당해 펌프 흡수 마력 최대값을, 목표 유량이 다른 복수의 영역으로 분할하고, 저하 전의 상기 펌프 흡수 마력 최대값인 구 펌프 흡수 마력 최대값 중의, 목표 유량이 높은 영역으로부터 차례로 시간 차를 두고, 저하 후의 상기 펌프 흡수 마력 최대값인 신 펌프 흡수 마력 최대값까지 저하시키는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
상기 실 작업 시간의 카운트는, 아우어 미터를 사용해서 행하고, 그 아우어 미터는, 게이트 로크 수단에 의해 기계 각 부가 조작 금지 상태로 전환되었을 경우에는, 그 동안의 실 작업 시간의 카운트를 중지하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.