WO2021200024A1 - 作業機械 - Google Patents

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WO2021200024A1
WO2021200024A1 PCT/JP2021/009934 JP2021009934W WO2021200024A1 WO 2021200024 A1 WO2021200024 A1 WO 2021200024A1 JP 2021009934 W JP2021009934 W JP 2021009934W WO 2021200024 A1 WO2021200024 A1 WO 2021200024A1
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WO
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control valve
pressure
pump
hydraulic
opening area
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/009934
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English (en)
French (fr)
Inventor
勇佑 今井
裕昭 天野
泰典 太田
Original Assignee
日立建機株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by 日立建機株式会社 filed Critical 日立建機株式会社
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/02Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/02Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member
    • F15B11/04Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member for controlling the speed
    • F15B11/044Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member for controlling the speed by means in the return line, i.e. "meter out"
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/08Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with only one servomotor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/16Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with two or more servomotors

Definitions

  • the present invention relates to a work machine.
  • a hydraulic excavator which is one of the work machines, is equipped with a work device composed of a boom, an arm, and a work tool (for example, an attachment such as a bucket).
  • the work device has a plurality of directions and flow rates of pressure oil supplied from a hydraulic pump to a plurality of hydraulic actuators such as a boom cylinder for driving a boom, an arm cylinder for driving an arm, and a work tool cylinder for driving a work tool.
  • the operation is controlled by controlling each with a control valve.
  • the control valve controls the direction and flow rate of the pressure oil supplied from the hydraulic pump to each hydraulic actuator, and has a meter-in throttle that controls the flow rate of the pressure oil supplied to the hydraulic actuator and discharge from the hydraulic actuator to the tank. It has a meter-out throttle that controls the flow rate of the flood control oil.
  • a technique for reducing the pressure loss by increasing the total opening area on the meter-out side by providing a path For example, when the working device operates in the direction in which its own weight drops, a load acts on the hydraulic actuator in the same direction as the operating direction, and the operating speed of the hydraulic actuator increases. At this time, if the supply amount of the pressure oil on the meter-in side of the hydraulic actuator is insufficient, a breathing phenomenon (cavitation) may occur and the operability may be deteriorated.
  • Patent Document 1 describes a hydraulic actuator driven by pressure oil discharged from a hydraulic pump and a control valve that controls supply and discharge of pressure oil to the hydraulic actuator according to a spool position.
  • An operating device that controls the spool position of the control valve according to the operating amount and operating direction, one or more meter-out flow paths through which the pressure oil discharged from the hydraulic actuator flows, and the one meter-out flow.
  • a load detector that detects a load in the same direction as the operating direction, an opening area of the one variable throttle when there is one variable throttle, and openings of the plurality of variable throttles when there are a plurality of variable throttles.
  • a flood control device for a construction machine including a control device that reduces the total value of the area according to an increase in the magnitude of the load detected by the load detector is disclosed.
  • the speed of the hydraulic actuator may fluctuate due to a sudden change in the pressure of the pressure oil in the circuit.
  • the pressure of the pressure oil in the circuit fluctuates due to the torque control of the pump device including the hydraulic pump.
  • the pump device in order to prevent the engine that is the prime mover that drives the hydraulic pump from stalling, it is common to control the torque so that the torque of the hydraulic pump does not exceed the engine torque. Since the torque of the hydraulic pump is expressed by the product of the pump pressure and the pump volume, the torque of the hydraulic pump is controlled to be below a certain value by feeding back the pump pressure and controlling the pump volume. Specifically, the pump volume is controlled to decrease as the pump pressure increases.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a work machine capable of suppressing deterioration of operability when the load pressure of a hydraulic actuator suddenly drops.
  • the present application includes a plurality of means for solving the above problems.
  • a variable displacement type hydraulic pump driven by a prime mover and a hydraulic actuator driven by a pressure oil discharged from the hydraulic pump.
  • the control valve that controls the supply and discharge of pressure oil to the hydraulic actuator, and the meter-out flow path through which the pressure oil discharged from the hydraulic actuator flows.
  • a bypass oil passage that discharges pressure oil to the hydraulic oil tank without going through a control valve, a bypass flow control valve that controls the flow rate of pressure oil in the bypass oil passage, and the bypass flow rate according to the load pressure of the hydraulic actuator. While controlling the opening area of the control valve, even if the estimated value of the pump pressure after changing the opening area of the bypass flow control valve becomes a low value, the tilt angle before changing the opening area. It shall be provided with a control device for controlling to hold the above.
  • FIG. 1 is a side view schematically showing the appearance of a hydraulic excavator which is an example of a work machine according to the present embodiment.
  • the hydraulic excavator 100 includes a vehicle body 1B composed of a traveling body 3 having a pair of left and right crawler tracks 1 and 2, and a swivel body 4 mounted on the traveling body 3, and a swivel body 4. It is composed of an articulated work device 1A provided in the front central portion.
  • the working device 1A has a boom 5 having one end rotatably pinned to the swivel body 4, an arm 6 having one end rotatably pinned to the other end of the boom 5, and rotatably to the other end of the arm 6. It is provided with a bucket 7 which is a pin-coupled work tool (attachment). Further, in the work device 1A, a pair of left and right boom cylinders 13 and 14, which are hydraulic cylinders that swing drive the boom 5 in the vertical direction, and an arm 6 swing drive in the vertical direction (front-back direction) with respect to the boom.
  • An arm cylinder 15 which is a hydraulic cylinder and an attachment cylinder 16 which is a hydraulic cylinder that swings and drives an attachment (here, a bucket 7) with respect to the arm 6 in a vertical direction (front-rear direction) are provided. That is, the working device 1A is driven by the expansion / contraction operation of the hydraulic cylinders 13, 14, 15, and 16.
  • FIG. 1 only the boom cylinder 13 on the left side is shown, and the boom cylinder 14 on the right side is shown in parentheses and not shown.
  • the work tool provided at the tip of the work device 1A is not limited to the bucket 7, and can be replaced with, for example, a grapple, a cutter, a breaker, or any other attachment depending on the work content.
  • the traveling body 3 is provided with traveling hydraulic motors 11 and 12 for driving a pair of left and right crawler belts 1 and 2, respectively.
  • traveling hydraulic motors 11 and 12 for driving a pair of left and right crawler belts 1 and 2, respectively.
  • FIG. 1 only the crawler belt 1 and the traveling hydraulic motor 11 on the left side are shown, and the crawler belt 2 and the traveling hydraulic motor 12 on the right side are shown in parentheses and not shown.
  • the swivel body 4 is provided with a driver's cab 8 on which the operator is boarded, a machine room 9 for storing a prime mover (for example, an engine 17 (described later)), a hydraulic pump 18 (described later), and the like, and behind the swivel body 4.
  • a counter weight 10 and a swivel hydraulic motor (not shown) that swivels and drives the swivel body 4 with respect to the traveling body 3 are provided.
  • each hydraulic actuator of the hydraulic excavator 100 that is, the hydraulic actuator of the work device 1A such as the boom cylinders 13, 14, the arm cylinder 15, and the bucket cylinder 16, the traveling hydraulic motors 11 and 12, and the swing hydraulic motor ( An operation lever that outputs an operation signal for operating (not shown) or the like is provided.
  • FIG. 2 is a diagram showing an extracted portion of the hydraulic circuit system provided in the hydraulic excavator, which is related to the control of the arm cylinder, together with the peripheral configuration.
  • the hydraulic circuit system includes a prime mover such as an engine and an electric motor (here, an engine 17), a variable displacement hydraulic pump 18 driven by the prime mover engine 17, and a flood control system.
  • a control valve 27 (flow rate) that is connected to the discharge line (supply oil passage) of the pump 18 and controls the supply / discharge (flow rate and direction) of the pressure oil supplied from the hydraulic pump 18 to the hydraulic actuator (here, the arm cylinder 15).
  • the control valve the bypass oil passage 33 that discharges the flood control oil from the meter-out flow path through which the flood control oil discharged from the arm cylinder 15 to the hydraulic oil tank 30 to the hydraulic oil tank 30 without passing through the control valve 27, and the bypass.
  • the pilot pump 28 is a fixed-capacity hydraulic pump that generates pilot pressure used for controlling hydraulic equipment.
  • the pressure oil discharged from the pilot pump 28 to the pilot circuit is returned to the hydraulic oil tank 30 via the pilot relief valve 29, and the pressure of the pilot circuit is maintained at the set pressure of the pilot relief valve 29. It is configured as follows.
  • the hydraulic pump 18 is a variable displacement type, and controls the electronic pump regulator 20 by a control signal from the control device 19 to change the capacity of the hydraulic pump 18, that is, control to change the tilt angle of the hydraulic pump 18. It is configured to be performed.
  • the pump regulator 20 controls the pump capacity (pump volume) of the hydraulic pump 18 so that the discharge flow rate of the hydraulic pump 18 becomes a target value (regulator command current value 41 described later) transmitted as a control signal from the control device 19. ..
  • a pressure sensor 34 for detecting the discharge pressure from the hydraulic pump 18 is provided in the supply oil passage of the hydraulic pump 18. The detection result of the pressure sensor 34 (hereinafter referred to as the pump pressure 34) is transmitted to the control device 19.
  • the control valve 27 is connected to the supply oil passage of the hydraulic pump 18, and is driven by a control signal (pilot pressure) guided to the pressure receiving portion via the electromagnetic proportional valves 31a and 31b controlled by the control device 19. Controls the direction and flow rate of the pressure oil supplied to the arm cylinder 15.
  • the control valve 27 when the control valve 27 is driven to one side (for example, the right side in FIG. 1) by the pilot pressure from the electromagnetic proportional valve 31a, the pressure oil discharged from the hydraulic pump 18 is passed through the control valve 27 to the arm cylinder 15.
  • the pressure oil supplied to the oil chamber on the bottom side and discharged from the oil chamber on the rod side is guided to the hydraulic oil tank 30 via the control valve 27. That is, the oil passage connecting the control valve 27 and the oil chamber on the bottom side of the arm cylinder 15 becomes the meter-in flow path, and the oil passage connecting the oil chamber on the rod side of the arm cylinder 15 and the control valve 27 becomes the meter-out oil. It becomes a road.
  • the arm cylinder 15 is extended and driven, and the arm cloud operation is performed.
  • the control valve 27 when the control valve 27 is driven to the other side (for example, the left side in FIG. 1) by the pilot pressure from the electromagnetic proportional valve 31b, the pressure oil discharged from the hydraulic pump 18 is passed through the control valve 27 to the arm cylinder 15.
  • the pressure oil supplied to the oil chamber on the rod side and discharged from the oil chamber on the bottom side is guided to the hydraulic oil tank 30 via the control valve 27. That is, the oil passage connecting the control valve 27 and the oil chamber on the rod side of the arm cylinder 15 becomes the meter-in flow path, and the oil passage connecting the oil chamber on the bottom side of the arm cylinder 15 and the control valve 27 becomes the meter-out oil. It becomes a road.
  • the arm cylinder 15 is degenerately driven, and an arm dump operation is performed.
  • Pressure sensors 35a and 35b are provided in the oil passages connected to the oil chambers on the bottom side and the rod side of the arm cylinder 15, respectively.
  • the pressure sensor 35a detects the pressure on the bottom side of the arm cylinder 15 (hereinafter referred to as the bottom pressure 35a), and the pressure sensor 35b detects the pressure on the rod side (hereinafter referred to as the rod pressure 35b). Send.
  • the operation lever 26 outputs operation signals 26a and 26b to the control device 19 according to the direction and operation amount of the operation input of the operator.
  • the operation signal 26a instructs the extension of the hydraulic actuator (arm cylinder 15), and the operation signal 26b indicates the degeneracy of the hydraulic actuator (arm cylinder 15).
  • the control device 19 generates a control signal (pilot pressure) for driving the control valve 27 by generating a control signal for controlling the electromagnetic proportional valves 31a and 31b in response to the operation signals 26a and 26b from the operation lever 26. do. That is, the operation lever 26 outputs an operation signal for operating the hydraulic actuator (arm cylinder 15) to the control device 19, and the control device 19 outputs the operation signal from the operation lever 26 to the hydraulic actuator (arm cylinder 15). To drive.
  • the bypass flow rate control valve 32 provided in the bypass oil passage 33 is driven by a control signal (bypass flow rate control valve command command pressure) guided to the pressure receiving portion via the electromagnetic proportional valve 31c controlled by the control device 19. Controls the flow rate of the pressure oil in the bypass oil passage 33.
  • the bypass flow rate control valve command pressure is detected by the pressure sensor 200 provided in the bypass control pilot pipe 201 and transmitted to the control device 19.
  • FIG. 3 is a functional block diagram showing a function related to the processing content of the control device.
  • control device 19 drives the load calculation unit 21, the bypass flow control valve opening area calculation unit 22, the pump pressure estimation value calculation unit 23, the pump volume correction calculation unit 24, and the like as functional units. It has a control unit 25.
  • the load calculation unit 21 applies the arm cylinder load 36, which is the load (load pressure) of the arm cylinder 15, based on the bottom pressure (detected value of the pressure sensor 35a) and the rod pressure (detected value of the pressure sensor 35b) of the arm cylinder 15.
  • the arm cylinder load F (arm cylinder load 36) has the arm cylinder bottom area A_Btm and rod area A_Rod, the arm cylinder bottom pressure P_Btm (arm cylinder bottom pressure 35a), and the rod pressure P_Rod stored in advance. It is obtained by the following (Equation 1) using (arm cylinder rod pressure 35b).
  • the bypass flow control valve opening area calculation unit 22 is a bypass flow control valve based on an operation signal (lever operation amount 26b) related to the arm dump operation from the operation lever 26 and an arm cylinder load 36 from the load calculation unit 21.
  • the opening area target value 37 is calculated.
  • FIG. 4 is a diagram showing details of the processing contents of the bypass flow control valve opening area calculation unit.
  • the bypass flow control valve opening area calculation unit 22 targets the bypass flow control valve opening area based on a table in which the relationship between the actuator load 36 and the bypass flow control valve opening area target value 37 is predetermined. Calculate the value 37.
  • the bypass flow control valve opening area target value 37 is set to be fully closed when the arm cylinder load 36 is f2 (positive value) or more. .. Further, when the arm cylinder load 36 is f2 or less, the bypass flow control valve opening area target value 37 is set to increase toward a predetermined maximum value for each lever operation amount 26b as the arm cylinder load 36 decreases. Has been done.
  • the maximum value of the bypass flow rate control valve opening area target value 37 is set so as to increase as the lever operation amount increases. Further, when the arm cylinder load 36 is f1 (negative value) or less, the bypass flow control valve opening area target value 37 is set to maintain the maximum value.
  • the pump pressure estimation value calculation unit 23 receives the bypass flow control valve opening area target value 37 from the bypass flow control valve opening area calculation unit 22, the operation signal from the operation lever 26 (lever operation amount 26b), and the pressure sensor 35a. (Bottom pressure 35a of the arm cylinder 15), detection result from the pressure sensor 35b (rod pressure 35b of the arm cylinder 15), detection result of the pressure sensor 34 (pump pressure 34 of the hydraulic pump 18), and pressure sensor. Based on the detection result of 200 (bypass flow control valve command pressure), the estimated value (pump pressure estimated value 38) of the discharge pressure of the hydraulic pump 18 after opening the bypass flow control valve 32 is calculated.
  • FIG. 5 is a diagram showing details of the processing contents of the pump pressure estimation value calculation unit.
  • the pump pressure estimation value calculation unit 23 includes a flow control valve opening area calculation unit 42, an arm cylinder bottom pressure estimation value calculation unit 44, an arm cylinder rod pressure estimation value calculation unit 46, and a pump pressure. It has an estimated value calculation unit 50.
  • the flow control valve opening area calculation unit 42 opens the flow control valve based on a table in which the relationship between the lever operation amount 26b and the flow control valve opening area 43, which is the opening area of the meter-out flow path of the control valve 27, is predetermined. Calculate the area 43.
  • the table used in the pump pressure estimation value calculation unit 23 is defined so that the flow rate control valve opening area 43 increases as the lever operation amount 26b increases.
  • the bypass flow control valve opening calculation unit 210 calculates the current bypass flow control valve opening area 220 based on a table in which the relationship between the bypass flow control valve command pressure (detected by the pressure sensor 200) and the opening area is predetermined.
  • the arm cylinder bottom pressure estimated value calculation unit 44 calculates the arm cylinder bottom pressure estimated value 45 based on the bypass flow control valve opening area target value 37, the flow control valve opening area 43, and the arm cylinder bottom pressure 35a. .. That is, in the arm cylinder bottom pressure estimated value calculation unit 44, the arm cylinder bottom pressure estimated value P'_Btm (arm cylinder bottom pressure estimated value 45) is the bypass flow control valve opening area target value A'_BP (bypass flow control valve opening).
  • Area target value 37), meter-out opening area A_MO of flow control valve 27 (flow control valve opening area 43), arm cylinder bottom pressure P_Btm (arm cylinder bottom pressure 35a), current bypass flow control valve opening area A_BP (220) Is obtained by the following (Equation 2).
  • the arm cylinder rod pressure estimation value calculation unit 46 includes an arm cylinder bottom area 47, an arm cylinder rod area 48, an arm cylinder bottom pressure 35a, an arm cylinder rod pressure 35b, and an arm cylinder bottom pressure estimation value 45, which are stored in advance. Based on the above, the arm cylinder rod pressure estimated value 49 is calculated. That is, in the arm cylinder rod pressure estimation value calculation unit 46, the arm cylinder rod pressure estimation value P'_Rod (arm cylinder rod pressure estimation value 49) has the arm cylinder bottom area A_Btm (arm cylinder bottom area 47) and the arm cylinder bottom area 47 stored in advance.
  • the pump pressure estimated value calculation unit 50 calculates the pump pressure estimated value P'_Pmp (pump pressure estimated value 38) based on the pump pressure 34, the arm cylinder rod pressure 35b, and the arm cylinder rod pressure estimated value 49. .. That is, in the pump pressure estimated value calculation unit 50, the pump pressure estimated value P'_Pmp (pump pressure estimated value 38) is the pump pressure P_Pmp (pump pressure 34), the arm cylinder rod pressure P_Rod (arm cylinder rod pressure 35b), and the arm. It is obtained by the following (Equation 4) using the cylinder rod pressure estimated value P'_Rod (arm cylinder rod pressure estimated value 49).
  • the pump volume correction calculation unit 24 calculates the corrected pump volume target value 39 based on the lever operation amount 26b, the pump pressure 34, and the pump pressure estimated value 38.
  • FIG. 6 is a diagram showing details of the processing contents of the pump volume correction calculation unit.
  • the pump volume correction calculation unit 24 has a pump volume calculation unit 51 and a correction calculation unit 53.
  • the pump volume calculation unit 51 calculates the pump volume target value 52 based on a table in which the relationship between the lever operation amount 26b and the pump volume target value q (pump volume target value 52) is predetermined.
  • the table used by the pump volume calculation unit 51 is defined so that the pump volume q increases as the lever operation amount 26b increases.
  • the correction calculation unit 53 calculates the corrected pump volume target value 39 based on the pump volume target value 52, the pump pressure 34, and the pump pressure estimated value 38.
  • FIG. 7 is a diagram showing details of the processing contents of the correction calculation unit.
  • the correction calculation unit 53 includes a pump volume limit value calculation unit 54 and a minimum value selection unit 56.
  • the pump volume limit value calculation unit 54 includes a pump pressure P_Pmp (pump pressure 34), a pump pressure estimated value P'_Pmp (pump pressure estimated value 38), and a preset torque limit value T of the hydraulic pump 18. And, the torque limit value T'after the bypass flow rate control valve is opened is obtained by the following (Equation 5).
  • the minimum value selection unit 56 uses the pump volume limit value 55 calculated by the pump volume limit value calculation unit 54, that is, the pump volume q when the torque limit value is T', and the pump volume target according to the operator's lever operation.
  • the minimum value with the value 52 is selected and output as the corrected pump volume target value 39.
  • the minimum value selection unit 56 outputs the corrected pump volume target value even when the estimated value of the pump pressure after changing the opening area of the bypass flow control valve 32 becomes a low value. Then, the tilt angle of the hydraulic pump 18 before the pump pressure of the hydraulic pump 18 (the discharge pressure of the hydraulic pump 18) drops is maintained.
  • the drive control unit 25 sets the command current value 40 of the electromagnetic proportional valve 31c and the command current value 41 of the pump regulator 20 based on the bypass flow control valve opening area target value 37 and the corrected pump volume target value 39. Is calculated and output.
  • FIG. 8 is a diagram showing details of the processing contents of the drive control unit.
  • the drive control unit 25 includes an electromagnetic proportional valve command current calculation unit 58 and a regulator command current calculation unit 59.
  • the electromagnetic proportional valve command current calculation unit 58 uses the electromagnetic proportional valve command current value of the electromagnetic proportional valve 31c based on a table in which the relationship between the bypass flow control valve opening area target value 37 and the electromagnetic proportional valve command current value 40 is predetermined. Calculate 40. In the table used by the electromagnetic proportional valve command current calculation unit 58, when the bypass flow control valve opening area target value 37 is 0 (zero), the electromagnetic proportional valve command current value 40 is 0 (zero), and the bypass flow control valve. The electromagnetic proportional valve command current value 40 is set to increase as the opening area target value 37 increases.
  • the regulator command current calculation unit 59 calculates the control signal (regulator command current value 41) of the pump regulator 20 based on a table in which the relationship between the pump volume target value 39 and the regulator command current value 41 is predetermined. In the table used by the regulator command current calculation unit 59, when the pump volume target value 39 is 0 (zero), the regulator command current value 41 is 0 (zero), and the regulator command increases as the pump volume target value 39 increases. The current value 41 is set to be large.
  • the load acting on the arm cylinder 15 acts in the same direction as the direction in which the arm cylinder 15 operates. Therefore, the speed at which the arm cylinder 15 contracts increases.
  • the opening area of the bypass flow rate control valve 32 is controlled to be small, and the bypass oil passage 33 leading to the hydraulic oil tank 30 is narrowed down, so that the contraction speed of the arm cylinder 15 is suppressed.
  • the load acting on the arm cylinder 15 acts in the direction opposite to the operating direction of the arm cylinder 15, so that the bypass flow rate Pressure loss occurs due to the throttle action of the control valve 32.
  • the opening area of the bypass flow control valve 32 is largely controlled to reduce the pressure loss, and the pressure of the hydraulic pump 18 decreases as the opening area of the bypass flow control valve 32 increases (see pump pressure P'in FIG. 7). ).
  • the tilt angle of the hydraulic pump 18 is increased in the normal control to increase the discharge flow rate, but in the present invention, the tilt angle of the hydraulic pump 18 is increased in the normal control. Instead of being controlled, the tilt angle of the hydraulic pump 18 is controlled to be maintained. As a result, the operator does not intend to increase the speed of the arm cylinder 15.
  • a variable displacement hydraulic pump driven by a prime mover, a hydraulic actuator driven by pressure oil discharged from the hydraulic pump, and an operation signal for operating the hydraulic actuator are output.
  • the opening area of the bypass oil passage, the bypass flow control valve that controls the flow rate of the pressure oil in the bypass oil passage, and the bypass flow control valve according to the load pressure of the hydraulic actuator are controlled, and the opening area of the bypass flow control valve is adjusted.
  • the change in the pump volume with respect to the change in the opening of the bypass flow control valve is predicted, and the pump volume target value 39 (the regulator which is the command value to the pump regulator 20 of the hydraulic pump 18) is predicted according to the change. Since the value that is the basis of the command current value 41) is calculated, deterioration of operability can be suppressed.
  • the opening change of the bypass flow control valve when the opening change of the bypass flow control valve is large, the load pressure of the hydraulic actuator to be operated decreases sharply, and the amount of change is also large. Therefore, in the prior art, the discharge of the hydraulic pump controlled by the pump regulator It is considered that the flow rate (discharge pressure) is controlled to increase rapidly and the deterioration of operability becomes larger.
  • the opening change of the bypass flow control valve even when the opening change of the bypass flow control valve is large, the opening of the opening Since the discharge pressure (pump volume) of the hydraulic pump 18 can be controlled according to the amount of change to suppress deterioration of operability, a higher effect can be obtained.
  • This embodiment shows a case where the present invention is applied to a center bypass type hydraulic circuit system.
  • FIG. 9 is a diagram showing an extracted portion of the hydraulic circuit system according to the present embodiment, which is related to the control of the arm cylinder, together with the peripheral configuration.
  • the hydraulic circuit system includes a prime mover such as an engine and an electric motor (here, an engine 17), a variable displacement hydraulic pump 18 driven by the prime mover engine 17, and a hydraulic pump system.
  • Center bypass type control that is connected to the discharge line (supply oil passage) of the pump 18 and controls the supply and discharge (flow rate and direction) of the pressure oil supplied from the hydraulic pump 18 to the hydraulic actuator (here, the arm cylinder 15).
  • a bypass oil passage that discharges the pressure oil from the valve 27A (flow control valve) and the meter-out flow path through which the pressure oil discharged from the arm cylinder 15 to the hydraulic oil tank 30 flows to the hydraulic oil tank 30 without passing through the control valve 27A.
  • the 33, the bypass flow control valve 32 that controls the flow rate of the pressure oil in the bypass oil passage 33, the supply oil passage that supplies the pressure oil discharged from the hydraulic pump 18 to the control valve 27A, and the hydraulic oil tank 30 are connected.
  • It is roughly composed of a center bypass flow control valve 61 for controlling, a pilot pump 28 for generating pilot pressure, and a control device 19A for controlling the operation of the entire hydraulic excavator 100 including the hydraulic circuit system.
  • the center bypass flow rate control valve 61 provided in the center bypass oil passage 60 is driven by a control signal (pilot pressure) guided to the pressure receiving portion via the electromagnetic proportional valve 62 controlled by the control device 19A, thereby being centered.
  • the flow rate of the pressure oil in the bypass oil passage 60 is controlled.
  • FIG. 10 is a functional block diagram showing a function related to the processing content of the control device according to the present embodiment.
  • the control device 19A drives the load calculation unit 21, the bypass flow rate control valve opening area calculation unit 22, the pump pressure estimation value calculation unit 23, the pump volume correction calculation unit 24, and the like as functional units. It has a control unit 25A and a center bypass flow control valve opening area correction calculation unit 63.
  • the center bypass flow control valve opening area correction calculation unit 63 calculates the corrected center bypass flow control valve opening area target value 64 based on the lever operation amount 26b, the pump pressure 34, and the pump pressure estimated value 38. ..
  • FIG. 11 is a diagram showing details of the processing contents of the center bypass flow control valve opening area correction calculation unit.
  • the center bypass flow control valve opening area correction calculation unit 63 includes a center bypass flow control valve opening area calculation unit 66 and a correction calculation unit 68.
  • the center bypass flow control valve opening area calculation unit 66 is based on a table in which the relationship between the lever operation amount 26b and the center bypass flow control valve opening area target value A_CB (center bypass flow control valve opening area target value 67) is predetermined. , Center bypass flow control valve opening area target value 67 is calculated. In the table used in the center bypass flow control valve opening area calculation unit 66, as the lever operation amount 26b increases from 0 (zero), the center bypass flow control valve opening area target value 67 sharply decreases, and then the lever operation It is set to gradually decrease as the amount 26b increases.
  • the correction calculation unit 68 calculates the corrected center bypass flow control valve opening area target value 64 based on the center bypass flow control valve opening area target value 67, the pump pressure 34, and the pump pressure estimated value 38. Specifically, the correction calculation unit 68 sets the tank pressure to 0 (zero) MPa, and sets the center bypass flow rate control valve opening area target value A_CB (center bypass flow rate control valve opening area target value 67) and the pump pressure P_Pmp (pump). Corrected center bypass flow control valve opening area target value A'_CB (center bypass flow control valve opening area target value 64) using the pressure 34) and the pump pressure estimated value P'_Pmp (pump pressure estimated value 38). ) Is calculated by the following (Equation 6).
  • FIG. 12 shows the above (Equation 6) as a table.
  • the corrected center bypass flow control valve opening area target value A'_CB (center bypass flow control valve opening area target value 64) can also be obtained from the table shown in FIG.
  • the drive control unit 25A of the electromagnetic proportional valve 31c is based on the bypass flow rate control valve opening area target value 37, the corrected pump volume target value 39, and the corrected center bypass flow rate control valve opening area target value 64.
  • the command current value 40, the command current value 41 of the pump regulator 20, and the command current value 65 of the electromagnetic proportional valve 62 are calculated and output.
  • FIG. 13 is a diagram showing details of the processing contents of the drive control unit according to the present embodiment.
  • the drive control unit 25A includes an electromagnetic proportional valve command current calculation unit 58 (for the electromagnetic proportional valve 31c), a regulator command current calculation unit 59, and an electromagnetic proportional valve command current calculation unit 69 (electromagnetic proportional valve). 62) and.
  • the electromagnetic proportional valve command current calculation unit 64 uses the electromagnetic proportional valve command current of the electromagnetic proportional valve 62 based on a table in which the relationship between the center bypass flow control valve opening area target value 64 and the electromagnetic proportional valve command current value 40 is predetermined. Calculate the value 65. In the table used by the electromagnetic proportional valve command current calculation unit 69, when the center bypass flow control valve opening area target value 64 is 0 (zero), the electromagnetic proportional valve command current value 65 is 0 (zero), and the center bypass flow rate. The electromagnetic proportional valve command current value 65 is set to increase as the control valve opening area target value 64 increases.
  • the arm cylinder 15 and the center bypass oil passage are corrected by correcting not only the pump volume of the hydraulic pump 18 but also the control of the center bypass flow rate control valve 61. Since it is configured to suppress the change in the diversion balance of the pressure oil of 60, deterioration of operability can be suppressed.
  • FIGS. 14 to 18 A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 14 to 18. In this embodiment, only the differences from the first embodiment will be described, and the same members as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
  • the present embodiment shows a case where the present invention is applied to a hydraulic circuit system when a plurality of hydraulic actuators are driven by a hydraulic pump.
  • the hydraulic circuit system includes a prime mover such as an engine and an electric motor (here, an engine 17), a variable displacement hydraulic pump 18 driven by the prime mover engine 17, and a flood control system.
  • a control valve 27 (flow rate) that is connected to the discharge line (supply oil passage) of the pump 18 and controls the supply / discharge (flow rate and direction) of the pressure oil supplied from the hydraulic pump 18 to the hydraulic actuator (here, the arm cylinder 15).
  • Control valve) and control valve 71 flow control valve that controls the supply and discharge (flow rate and direction) of pressure oil supplied from the hydraulic pump 18 to another hydraulic actuator (here, cylinder 70: second hydraulic actuator).
  • Second control valve Second control valve
  • a bypass oil passage that discharges the flood control oil from the meter-out flow path through which the flood control oil discharged from the arm cylinder 15 to the hydraulic oil tank 30 flows to the hydraulic oil tank 30 without going through the control valve 27.
  • a bypass flow control valve 32 that controls the flow rate of the pressure oil in the bypass oil passage 33
  • a pilot pump 28 that generates a pilot pressure
  • a control device 19B that controls the operation of the entire hydraulic excavator 100 including the hydraulic circuit system. It is roughly composed of.
  • the control valve 71 is connected to the supply oil passage of the hydraulic pump 18, and is driven by a control signal (pilot pressure) guided to the pressure receiving portion via the electromagnetic proportional valves 72a and 72b controlled by the control device 19B. Controls the direction and flow rate of the pressure oil supplied to the cylinder 70.
  • the control valve 71 when the control valve 71 is driven to one side (for example, the right side in FIG. 1) by the pilot pressure from the electromagnetic proportional valve 72a, the pressure oil discharged from the hydraulic pump 18 passes through the control valve 71 to the bottom of the cylinder 70.
  • the pressure oil supplied to the oil chamber on the side and discharged from the oil chamber on the rod side is guided to the hydraulic oil tank 30 via the control valve 71. That is, the oil passage connecting the control valve 71 and the oil chamber on the bottom side of the cylinder 70 becomes the meter-in flow path, and the oil passage connecting the oil chamber on the rod side of the cylinder 70 and the control valve 71 becomes the meter-out oil passage. Become. At this time, the cylinder 70 is extended and driven.
  • the control valve 71 when the control valve 71 is driven to the other side (for example, the left side in FIG. 1) by the pilot pressure from the electromagnetic proportional valve 72b, the pressure oil discharged from the hydraulic pump 18 is passed through the control valve 71 to the rod of the cylinder 70.
  • the pressure oil supplied to the oil chamber on the side and discharged from the oil chamber on the bottom side is guided to the hydraulic oil tank 30 via the control valve 71. That is, the oil passage connecting the control valve 71 and the oil chamber on the rod side of the cylinder 70 becomes the meter-in flow path, and the oil passage connecting the oil chamber on the bottom side of the cylinder 70 and the control valve 71 becomes the meter-out oil passage. Become. At this time, the cylinder 70 is degenerately driven.
  • Pressure sensors 74a and 74b are provided in the oil passages connected to the oil chambers on the bottom side and the rod side of the cylinder 70, respectively.
  • the pressure sensor 74a detects the pressure on the bottom side of the cylinder 70
  • the pressure sensor 74b detects the pressure on the rod side, and transmits the pressure to the control device 19B.
  • the operation lever 73 (second operation lever) outputs operation signals 73a and 73b to the control device 19B according to the direction and operation amount of the operation input of the operator.
  • the operation signal 73a indicates the extension of the hydraulic actuator (cylinder 70)
  • the operation signal 73b indicates the degeneracy of the hydraulic actuator (cylinder 70).
  • the control device 19B generates a control signal (pilot pressure) for driving the control valve 71 by generating a control signal for controlling the electromagnetic proportional valves 72a and 72b in response to the operation signals 73a and 73b from the operation lever 73. do. That is, the operation lever 73 outputs an operation signal for operating the hydraulic actuator (cylinder 70) to the control device 19B, and the control device 19B drives the hydraulic actuator (cylinder 70) based on the operation signal from the operation lever 73.
  • FIG. 15 is a functional block diagram showing a function related to the processing content of the control device according to the present embodiment.
  • the control device 19B drives the load calculation unit 21, the bypass flow control valve opening area calculation unit 22, the pump pressure estimation value calculation unit 23, the pump volume correction calculation unit 24, and the like as functional units. It has a control unit 25B and a second control valve correction calculation unit 75.
  • the second control valve correction calculation unit 75 includes a pump pressure estimated value 38, a pump pressure 34, a lever operating amount 73b of the operating lever 73 (second operating lever), and a cylinder 70 (second hydraulic actuator). Based on the rod pressure 74b, the meter-in opening area target value 76 of the control valve 71 (second control valve) is calculated.
  • FIG. 16 is a diagram showing details of the processing contents of the second control valve correction calculation unit.
  • the second control valve correction calculation unit 75 includes a second control valve meter-in opening area calculation unit 78 and a correction calculation unit 80.
  • the second control valve meter-in opening area calculation unit 78 sets the lever operating amount 73b of the second operating lever and the second control valve meter-in opening area target value A_MI2 (second control valve meter-in opening area target value 79).
  • the second control valve meter-in opening area target value 79 is calculated based on the table in which the relationship is predetermined.
  • the table used in the second control valve meter-in opening area calculation unit 78 is set so that the second control valve meter-in opening area target value 79 increases as the lever operation amount 73b increases from 0 (zero). There is.
  • the correction calculation unit 80 is based on the second control valve meter-in opening area target value 79, the pump pressure 34, the pump pressure estimated value 38, and the rod pressure 74b of the second cylinder, and the second corrected second.
  • the control valve meter-in opening area target value 76 is calculated. Specifically, the correction calculation unit 80 determines the second control valve meter-in opening area target value A_MI2 (second control valve meter-in opening area target value 79), the pump pressure P_Pmp (pump pressure 34), and the pump pressure estimation.
  • FIG. 17 shows the above (Equation 7) as a table.
  • the corrected second control valve meter-in opening area target value A'_MI2 (second control valve meter-in opening area target value 76) can also be obtained from the table shown in FIG.
  • the drive control unit 25B is based on the bypass flow control valve opening area target value 37, the corrected pump volume target value 39, and the corrected second control valve meter-in opening area target value 76, and the electromagnetic proportional valve 31c.
  • the command current value 40 of the above, the command current value 41 of the pump regulator 20, and the command current value 77 of the electromagnetic proportional valve 72b are calculated and output.
  • FIG. 18 is a diagram showing details of the processing contents of the drive control unit according to the present embodiment.
  • the drive control unit 25B includes an electromagnetic proportional valve command current calculation unit 58 (for the electromagnetic proportional valve 31c), a regulator command current calculation unit 59, and an electromagnetic proportional valve command current calculation unit 81 (electromagnetic proportional valve). For 72b).
  • the electromagnetic proportional valve command current calculation unit 81 sets the electromagnetic proportional valve command of the electromagnetic proportional valve 72b based on a table in which the relationship between the second control valve meter-in opening area target value 76 and the electromagnetic proportional valve command current value 77 is predetermined. The current value 77 is calculated. In the table used by the electromagnetic proportional valve command current calculation unit 81, when the second control valve meter-in opening area target value 76 is 0 (zero), the electromagnetic proportional valve command current value 77 is 0 (zero), and the second control valve meter-in opening area target value 76 is 0 (zero). The electromagnetic proportional valve command current value 77 is set to increase as the target value 76 of the control valve meter-in opening area 76 increases.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention is also applied to the case where another hydraulic actuator such as a hydraulic motor is used as the second hydraulic actuator. It is possible.
  • the meter-in opening of the control valve 71 is corrected to maintain the diversion balance of the pressure oil to the plurality of hydraulic actuators.
  • the meter-in opening of the control valve 27 is corrected to maintain the diversion balance. It may be configured to do so.
  • a variable displacement hydraulic pump 18 driven by a prime mover (for example, an engine 17) and a hydraulic actuator driven by a pressure oil discharged from the hydraulic pump (for example, an arm cylinder). 15), an operation lever 26 that outputs an operation signal for operating the hydraulic actuator, a control valve 27 that controls the supply and discharge of pressure oil to the hydraulic actuator, and a meter-out through which the pressure oil discharged from the hydraulic actuator flows.
  • a bypass oil passage 33 that discharges pressure oil from the flow path to the hydraulic oil tank without passing through the control valve, a bypass flow control valve 32 that controls the flow rate of the pressure oil in the bypass oil passage, and a load pressure of the hydraulic actuator.
  • the opening area of the bypass flow control valve is controlled according to the above, and the opening area is changed even when the estimated value of the pump pressure after changing the opening area of the bypass flow control valve becomes a low value. It is assumed that the control device 19 is provided for controlling the tilt angle before the operation.
  • the supply oil passage for supplying the pressure oil discharged from the hydraulic pump 18 to the control valve 27 is connected to the hydraulic oil tank 30.
  • the control device 19A includes a center bypass oil passage 60 and a center bypass flow control valve 61 provided in the center bypass oil passage and controlling the flow rate of pressure oil in the center bypass oil passage by changing the opening area.
  • the opening area of the center bypass flow control valve shall be controlled according to the estimated value of the pump pressure.
  • another hydraulic actuator different from the hydraulic actuator for example, the arm cylinder 15
  • the pressure discharged from the hydraulic pump 18 A second hydraulic actuator (for example, a cylinder 70) driven by oil, a second operation lever 73 that outputs an operation signal for operating the second hydraulic actuator, and a pressure oil for the second hydraulic actuator.
  • a second control valve 71 for controlling supply and discharge is provided, and the control device 19B controls the control valve of the hydraulic actuator or the second hydraulic actuator according to the load pressure of the second hydraulic actuator. It shall be.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications and combinations within a range that does not deviate from the gist thereof. Further, the present invention is not limited to the one including all the configurations described in the above-described embodiment, and includes the one in which a part of the configurations is deleted.
  • the present invention is not limited to this, and for example, the load depends on the weight and posture of the supported object.
  • the present invention can also be applied when driving a changing hydraulic actuator.
  • each of the above configurations, functions, etc. may be realized by designing a part or all of them by, for example, an integrated circuit. Further, each of the above configurations, functions, and the like may be realized by software by the processor interpreting and executing a program that realizes each function.
  • Arm cylinder bottom pressure estimation value calculation unit 45 ... Arm cylinder bottom pressure estimation value, 46 ... Arm cylinder rod pressure estimation value calculation unit, 47 ... Arm cylinder bottom area, 48 ... Arm cylinder rod area, 49 ... Arm cylinder rod pressure estimation value, 50 ... Pump pressure estimation value calculation unit, 51 ... Pump volume calculation unit, 52 ... Pump volume target value, 53 ... Correction calculation unit, 54 ... Pump volume limit value calculation unit, 55 ... Pump volume limit value, 56 ... Minimum value selection unit, 58 ... Electromagnetic proportional valve command Current calculation unit, 59 ... Regulator command Current calculation unit, 60 ... Center bypass oil passage, 61 ... Center bypass flow control valve, 62 ... Electromagnetic proportional valve, 63 ...
  • Center bypass flow control valve opening area correction calculation unit 64 ... Electromagnetic proportional valve command current calculation unit, 64 ... Center bypass flow control valve opening area target value, 65 ... electromagnetic proportional valve command current value, 66 ... center bypass flow control valve opening area calculation unit, 67 ... center bypass flow control valve opening area target value, 68 ... correction calculation unit, 69 ... Electromagnetic proportional valve command current calculation unit, 70 ... Cylinder, 71 ... Second control valve, 72a, 72b ... Electromagnetic proportional valve, 73 ... Second operating lever, 73a, 73b ... Operating signal, 74a, 74b ... Pressure sensor , 75 ... Second control valve correction calculation Unit, 76 ...
  • Second control valve meter-in opening area target value 77 ... Electromagnetic proportional valve command current value, 78 ... Second control valve meter-in opening area calculation unit, 79 ... Second control valve meter-in opening area target value, 80 ... correction calculation unit, 81 ... electromagnetic proportional valve command current calculation unit, 100 ... hydraulic excavator, 200 ... bypass flow control valve command pressure sensor

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Abstract

可変容量型の油圧ポンプ18と、油圧ポンプ18から吐出される圧油によって駆動されるアームシリンダ15と、アームシリンダ15を作動させる操作信号を出力する操作レバー26と、アームシリンダ15に対する圧油の給排を制御する制御弁27と、アームシリンダ15から排出される圧油が流れるメータアウト流路から制御弁27を介さずに作動油タンク30に圧油を排出するバイパス油路33と、バイパス油路33の圧油の流量を制御するバイパス流量制御弁32と、アームシリンダ15の負荷圧に応じてバイパス流量制御弁32の開口面積を制御するとともに、バイパス流量制御弁32の開口面積を変化させた後のポンプ圧力の推定値が低い値になった場合であっても開口面積を変化させる前の傾転角を保持する制御を行う制御装置19とを備える。これにより、油圧アクチュエータの負荷圧が急激に低下した場合の操作性の悪化を抑制することができる。

Description

作業機械
 本発明は、作業機械に関する。
 例えば、作業機械の一つである油圧ショベルは、ブーム、アーム、及び、作業具(例えば、バケットなどのアタッチメント)などから構成される作業装置を備えている。作業装置は、ブームを駆動するブームシリンダ、アームを駆動するアームシリンダ、及び、作業具を駆動する作業具シリンダなどの複数の油圧アクチュエータに油圧ポンプから供給される圧油の方向および流量を複数の制御弁でそれぞれ制御することにより動作を制御される。制御弁は、油圧ポンプから各油圧アクチュエータに供給される圧油の方向および流量を制御するものであり、油圧アクチュエータへ供給される圧油の流量を制御するメータイン絞りと、油圧アクチュエータからタンクへ排出される圧油の流量を制御するメータアウト絞りとを有している。
 このような作業機械においては、油圧アクチュエータから排出される圧油をタンクへ導くメータアウト流路に、油圧アクチュエータから排出される圧油をメータアウト絞りを介さずに圧油タンクへ直接導くバイパス油路を設けることでメータアウト側の合計開口面積を大きくし、圧力損失の低減を図る技術が知られている。しかしながら、例えば、作業装置が自重落下する方向へ動作する場合においては、油圧アクチュエータに動作方向と同一方向の負荷が作用し、油圧アクチュエータの動作速度が増加する。このとき、油圧アクチュエータのメータイン側の圧油の供給量が不足すると息継ぎ現象(キャビテーション)が発生し、操作性が悪化するおそれがある。
 このような問題に関して、例えば、特許文献1には、油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される油圧アクチュエータと、当該油圧アクチュエータに対する圧油の給排をスプール位置に応じて制御する制御弁と、当該制御弁のスプール位置を操作量及び操作方向に応じて制御する操作装置と、前記油圧アクチュエータから排出される圧油が流れる1つ又は複数のメータアウト流路と、前記1つのメータアウト流路に設けられた少なくとも1つの可変絞り、又は、前記複数のメータアウト流路のそれぞれに少なくとも1つ設けられた可変絞りと、外力により前記油圧アクチュエータに加えられる負荷であって、当該油圧アクチュエータの動作方向と同じ方向の負荷を検出する負荷検出器と、前記可変絞りが1つの場合には当該1つの可変絞りの開口面積を、前記可変絞りが複数の場合には当該複数の可変絞りの開口面積の合計値を、前記負荷検出器により検出される負荷の大きさの増加に応じて低減する制御装置とを備える建設機械の油圧制御装置が開示されている。
特開2016-075358号公報
 ところで、作業機械の油圧システムは、回路内の圧油の圧力が急激に変化することによって油圧アクチュエータの速度が変動する場合がある。例えば、油圧ポンプを含むポンプ装置のトルク制御に起因して回路内の圧油の圧力が変動することが考えられる。
 ポンプ装置では、油圧ポンプを駆動する原動機であるエンジンのエンストを防止するために、油圧ポンプのトルクがエンジントルクを超えないようにトルク制御を行うことが一般的である。油圧ポンプのトルクはポンプ圧力とポンプ容積の積で表されるため、ポンプ圧力をフィードバックしてポンプ容積を制御することで油圧ポンプのトルクが一定値以下になるように制御する。具体的には、ポンプ圧力が高くなるほどポンプ容積が小さくなるように制御する。
 上記従来技術においては、例えば、メータアウト流路に接続される可変絞りの開口面積を増加させると、油圧アクチュエータの負荷圧およびポンプ圧力が急激に減少するため、ポンプ容積が急激に増加するような制御がなされることになる。すなわち、油圧ポンプから油圧アクチュエータに供給される圧油の流量が急激に増加するため、操作性が悪化する恐れがある。
 本発明は上記に鑑みてなされたものであり、油圧アクチュエータの負荷圧が急激に低下した場合の操作性の悪化を抑制することができる作業機械を提供することを目的とする。
 本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、原動機によって駆動される可変容量型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータを作動させる操作信号を出力する操作レバーと、前記油圧アクチュエータに対する圧油の給排を制御する制御弁と、前記油圧アクチュエータから排出される圧油が流れるメータアウト流路から前記制御弁を介さずに作動油タンクに圧油を排出するバイパス油路と、前記バイパス油路の圧油の流量を制御するバイパス流量制御弁と、前記油圧アクチュエータの負荷圧に応じて前記バイパス流量制御弁の開口面積を制御するとともに、前記バイパス流量制御弁の開口面積を変化させた後のポンプ圧力の推定値が低い値になった場合であっても開口面積を変化させる前の傾転角を保持する制御を行う制御装置とを備えたものとする。
 本発明によれば、油圧アクチュエータの負荷圧が急激に低下した場合の操作性の悪化を抑制することができる。
第1の実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す側面図である。 第1の実施の形態に係る油圧回路システムのうち、アームシリンダの制御に係る部分を周辺構成とともに抜き出して示す図である。 第1の実施の形態に係る制御装置の処理内容に係る機能を示す機能ブロック図である。 バイパス流量制御弁開口面積演算部の処理内容の詳細を示す図である。 ポンプ圧力推定値演算部の処理内容の詳細を示す図である。 ポンプ容積補正演算部の処理内容の詳細を示す図である。 補正演算部の処理内容の詳細を示す図である。 駆動制御部の処理内容の詳細を示す図である。 第2の実施の形態に係る油圧回路システムのうち、アームシリンダの制御に係る部分を周辺構成とともに抜き出して示す図である。 第2の実施の形態に係る制御装置の処理内容に係る機能を示す機能ブロック図である。 センタバイパス流量制御弁開口面積補正演算部の処理内容の詳細を示す図である。 式6をテーブルとして示したものである。 第2の実施の形態に係る駆動制御部の処理内容の詳細を示す図である。 第3の実施の形態に係る油圧回路システムのうち、アームシリンダの制御に係る部分を周辺構成とともに抜き出して示す図である。 第3の実施の形態に係る制御装置の処理内容に係る機能を示す機能ブロック図である。 第2の制御弁補正演算部の処理内容の詳細を示す図である。 式7をテーブルとして示したものである。 第2の実施の形態に係る駆動制御部の処理内容の詳細を示す図である。
 以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、本実施の形態では、作業機械の一例として油圧ショベルを例示して説明するが、油圧アクチュエータで駆動される作業装置を有する他の作業機械にも本発明を適用することが可能である。
 <第1の実施の形態>
  本発明の第1の実施の形態を図1~図8参照しつつ説明する。
 図1は、本実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す側面図である。
 図1において、油圧ショベル100は、油圧ショベルは左右一対の履帯1,2を備えた走行体3と、走行体3の上に取り付けられた旋回体4とからなる車体1Bと、旋回体4の前方中央部に設けられた多関節型の作業装置1Aとから構成されている。
 作業装置1Aは、一端を旋回体4に回転自在にピン結合されたブーム5と、一端をブーム5の他端に回転自在にピン結合されたアーム6と、アーム6の他端に回転自在にピン結合された作業具(アタッチメント)であるバケット7とを備えている。また、作業装置1Aには、ブーム5を上下方向に揺動駆動する油圧シリンダである左右一対のブームシリンダ13,14と、アーム6をブームに対して上下方向(前後方向)に揺動駆動する油圧シリンダであるアームシリンダ15と、アーム6に対してアタッチメント(ここでは、バケット7)を上下方向(前後方向)に揺動駆動する油圧シリンダであるアタッチメントシリンダ16とが設けられている。すなわち、作業装置1Aは、油圧シリンダ13,14,15,16の伸縮動作により駆動される。なお、図1においては、左側のブームシリンダ13のみを図示し、右側のブームシリンダ14はその符号を括弧書きで示して図示を省略する。作業装置1Aの先端に設けられる作業具としてはバケット7に限られず、作業内容に応じて、例えば、グラップル、カッタ、ブレーカやその他のアタッチメントのいずれか1つに交換可能である。
 走行体3には、左右一対の履帯1,2をそれぞれ駆動する走行油圧モータ11,12が設けられている。なお、図1においては、左側の履帯1及び走行油圧モータ11のみを図示し、右側の履帯2及び走行油圧モータ12はその符号を括弧書きで示して図示を省略する。
 旋回体4には、オペレータが搭乗する運転室8と、原動機(例えば、エンジン17(後述))や油圧ポンプ18(後述)などを格納する機械室9と、旋回体4の後方に設けられたカウンタウェイト10と、走行体3に対して旋回体4を旋回駆動する旋回油圧モータ(図示せず)とが設けられている。運転室8には、油圧ショベル100の各油圧アクチュエータ、すなわち、ブームシリンダ13,14、アームシリンダ15、バケットシリンダ16などの作業装置1Aの油圧アクチュエータや、走行油圧モータ11,12や旋回油圧モータ(図示せず)などを作動させる操作信号を出力する操作レバーが設けられている。
 図2は、油圧ショベルに備えられる油圧回路システムのうち、アームシリンダの制御に係る部分を周辺構成とともに抜き出して示す図である。
 図2において、本実施の形態に係る油圧回路システムは、エンジンや電動モータなどの原動機(ここでは、エンジン17)と、原動機であるエンジン17によって駆動される可変容量型の油圧ポンプ18と、油圧ポンプ18の吐出ライン(供給油路)に接続され、油圧ポンプ18から油圧アクチュエータ(ここでは、アームシリンダ15)に供給される圧油の給排(流量および方向)を制御する制御弁27(流量制御弁)と、アームシリンダ15から作動油タンク30に排出される圧油が流れるメータアウト流路から制御弁27を介さずに作動油タンク30に圧油を排出するバイパス油路33と、バイパス油路33の圧油の流量を制御するバイパス流量制御弁32と、パイロット圧を生成するパイロットポンプ28と、油圧回路システムを含む油圧ショベル100全体の動作を制御する制御装置19とから概略構成されている。
 パイロットポンプ28は油圧機器の制御に用いられるパイロット圧を生成する固定容量型の油圧ポンプである。パイロットポンプ28からパイロット回路に吐出された圧油は、パイロットリリーフ弁29を介して作動油タンク30に戻されるようになっており、パイロット回路の圧力はパイロットリリーフ弁29の設定圧力に保持されるように構成されている。
 油圧ポンプ18は可変容量型であり、制御装置19からの制御信号によって電子式のポンプレギュレータ20を制御して油圧ポンプ18の容量を変える制御、すなわち、油圧ポンプ18の傾転角を変える制御を行う構成となっている。ポンプレギュレータ20は、油圧ポンプ18の吐出流量が制御装置19から制御信号として送信される目標値(後述するレギュレータ指令電流値41)となるように油圧ポンプ18のポンプ容量(ポンプ容積)を制御する。油圧ポンプ18の供給油路には、油圧ポンプ18からの吐出圧を検出する圧力センサ34が設けられている。圧力センサ34の検出結果(以降、ポンプ圧力34と称する)は、制御装置19に送信される。
 制御弁27は、油圧ポンプ18の供給油路に接続されており、制御装置19によって制御される電磁比例弁31a,31bを介して受圧部に導かれる制御信号(パイロット圧)で駆動されることにより、アームシリンダ15に供給される圧油の方向および流量を制御する。
 例えば、制御弁27が電磁比例弁31aからのパイロット圧によって一方(例えば、図1における右側)に駆動されると、油圧ポンプ18から吐出された圧油が制御弁27を介してアームシリンダ15のボトム側の油室に供給され、ロッド側の油室から排出された圧油が制御弁27を介して作動油タンク30に導かれる。すなわち、制御弁27とアームシリンダ15のボトム側の油室とを接続する油路がメータイン流路となり、アームシリンダ15のロッド側の油室と制御弁27とを接続する油路がメータアウト油路となる。このとき、アームシリンダ15は伸長駆動され、アームクラウド動作がなされる。
 また、制御弁27が電磁比例弁31bからのパイロット圧によって他方(例えば、図1における左側)に駆動されると、油圧ポンプ18から吐出された圧油が制御弁27を介してアームシリンダ15のロッド側の油室に供給され、ボトム側の油室から排出された圧油が制御弁27を介して作動油タンク30に導かれる。すなわち、制御弁27とアームシリンダ15のロッド側の油室とを接続する油路がメータイン流路となり、アームシリンダ15のボトム側の油室と制御弁27とを接続する油路がメータアウト油路となる。このとき、アームシリンダ15は縮退駆動され、アームダンプ動作がなされる。
 アームシリンダ15のボトム側とロッド側の油室に接続される油路には、それぞれ、圧力センサ35a,35bが設けられている。圧力センサ35aは、アームシリンダ15のボトム側の圧力(以降、ボトム圧力35aと称する)を、圧力センサ35bはロッド側の圧力(以降、ロッド圧力35bと称する)をそれぞれ検出し、制御装置19に送信する。
 操作レバー26は、オペレータの操作入力の方向及び操作量に応じて、操作信号26a,26bを制御装置19に出力する。操作信号26aは、油圧アクチュエータ(アームシリンダ15)の伸長を指示するものであり、操作信号26bは油圧アクチュエータ(アームシリンダ15)の縮退を指示するものである。制御装置19は、操作レバー26からの操作信号26a,26bに応じて、電磁比例弁31a,31bを制御する制御信号を生成することにより、制御弁27を駆動する制御信号(パイロット圧)を生成する。すなわち、操作レバー26は、油圧アクチュエータ(アームシリンダ15)を作動させる操作信号を制御装置19に出力し、制御装置19は、操作レバー26からの操作信号に基づいて、油圧アクチュエータ(アームシリンダ15)を駆動させる。
 バイパス油路33に設けられたバイパス流量制御弁32は、制御装置19によって制御される電磁比例弁31cを介して受圧部に導かれる制御信号(バイパス流量制御弁指令指令圧力)で駆動されることにより、バイパス油路33の圧油の流量を制御する。バイパス流量制御弁指令圧力は、バイパス制御パイロット配管201に設けられた圧力センサ200により検出され、制御装置19に送信される。
 図3は、制御装置の処理内容に係る機能を示す機能ブロック図である。
 図3に示すように、制御装置19は機能部として、負荷演算部21と、バイパス流量制御弁開口面積演算部22と、ポンプ圧力推定値演算部23と、ポンプ容積補正演算部24と、駆動制御部25とを有している。
 負荷演算部21は、アームシリンダ15のボトム圧力(圧力センサ35aの検出値)及びロッド圧力(圧力センサ35bの検出値)に基づいてアームシリンダ15の負荷(負荷圧)であるアームシリンダ負荷36を演算する。すなわち、負荷演算部21において、アームシリンダ負荷F(アームシリンダ負荷36)は、予め記憶されたアームシリンダボトム面積A_Btm及びロッド面積A_Rod、アームシリンダボトム圧力P_Btm(アームシリンダボトム圧力35a)、ロッド圧力P_Rod(アームシリンダロッド圧力35b)を用いて下記の(式1)により求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 バイパス流量制御弁開口面積演算部22は、操作レバー26からのアームダンプ動作に係る操作信号(レバー操作量26b)と、負荷演算部21からのアームシリンダ負荷36とに基づいて、バイパス流量制御弁開口面積目標値37を演算する。
 図4は、バイパス流量制御弁開口面積演算部の処理内容の詳細を示す図である。
 図4に示すように、バイパス流量制御弁開口面積演算部22は、アクチュエータ負荷36とバイパス流量制御弁開口面積目標値37との関係を予め定めたテーブルに基づいて、バイパス流量制御弁開口面積目標値37を演算する。バイパス流量制御弁開口面積演算部22で用いるテーブルでは、アームシリンダ負荷36がf2(正の値)以上の場合にはバイパス流量制御弁開口面積目標値37が全閉となるように設定されている。また、アームシリンダ負荷36がf2以下では、アームシリンダ負荷36が小さくなるにしたがって、レバー操作量26bごとに予め定めた最大値に向かってバイパス流量制御弁開口面積目標値37が大きくなるように設定されている。ここで、バイパス流量制御弁開口面積目標値37の最大値は、レバー操作量が大きくなるほど大きくなるように定められている。さらに、アームシリンダ負荷36がf1(負の値)以下では、バイパス流量制御弁開口面積目標値37が最大値を維持するように設定されている。
 ポンプ圧力推定値演算部23は、バイパス流量制御弁開口面積演算部22からのバイパス流量制御弁開口面積目標値37と、操作レバー26からの操作信号(レバー操作量26b)と、圧力センサ35aからの検出結果(アームシリンダ15のボトム圧力35a)と、圧力センサ35bからの検出結果(アームシリンダ15のロッド圧力35b)と、圧力センサ34の検出結果(油圧ポンプ18のポンプ圧力34)と圧力センサ200の検出結果(バイパス流量制御弁指令圧力)とに基づいて、バイパス流量制御弁32を開口した後の油圧ポンプ18の吐出圧の推定値(ポンプ圧力推定値38)を演算する。
 図5は、ポンプ圧力推定値演算部の処理内容の詳細を示す図である。
 図5に示すように、ポンプ圧力推定値演算部23は、流量制御弁開口面積演算部42と、アームシリンダボトム圧力推定値演算部44と、アームシリンダロッド圧力推定値演算部46と、ポンプ圧力推定値演算部50とを有している。
 流量制御弁開口面積演算部42は、レバー操作量26bと制御弁27のメータアウト流路の開口面積である流量制御弁開口面積43との関係を予め定めたテーブルに基づいて、流量制御弁開口面積43を演算する。ポンプ圧力推定値演算部23で用いるテーブルは、レバー操作量26bが大きくなるにしたがって、流量制御弁開口面積43が大きくなるように定められている。
 バイパス流量制御弁開口演算部210は、バイパス流量制御弁指令圧力(圧力センサ200により検出)と開口面積の関係を予め定めたテーブルに基づいて、現在のバイパス流量制御弁開口面積220を演算する。
 アームシリンダボトム圧力推定値演算部44は、バイパス流量制御弁開口面積目標値37と、流量制御弁開口面積43と、アームシリンダボトム圧力35aとに基づいて、アームシリンダボトム圧力推定値45を演算する。すなわち、アームシリンダボトム圧力推定値演算部44において、アームシリンダボトム圧力推定値P’_Btm(アームシリンダボトム圧力推定値45)は、バイパス流量制御弁開口面積目標値A’_BP(バイパス流量制御弁開口面積目標値37)、流量制御弁27のメータアウト開口面積A_MO(流量制御弁開口面積43)、アームシリンダボトム圧力P_Btm(アームシリンダボトム圧力35a)、現在のバイパス流量制御弁開口面積A_BP(220)を用いて下記の(式2)により求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 アームシリンダロッド圧力推定値演算部46は、予め記憶されているアームシリンダボトム面積47及びアームシリンダロッド面積48と、アームシリンダボトム圧力35aと、アームシリンダロッド圧力35bと、アームシリンダボトム圧力推定値45とに基づいて、アームシリンダロッド圧力推定値49を演算する。すなわち、アームシリンダロッド圧力推定値演算部46において、アームシリンダロッド圧力推定値P’_Rod(アームシリンダロッド圧力推定値49)は、予め記憶されたアームシリンダボトム面積A_Btm(アームシリンダボトム面積47)及びアームシリンダロッド面積A_Rod(アームシリンダロッド面積48)、アームシリンダボトム圧力P_Btm(アームシリンダボトム圧力35a)、アームシリンダロッド圧力P_Rod(アームシリンダロッド圧力35b)を用いて下記の(式3)により求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 ポンプ圧力推定値演算部50は、ポンプ圧力34と、アームシリンダロッド圧力35bと、アームシリンダロッド圧力推定値49とに基づいて、ポンプ圧力推定値P’_Pmp(ポンプ圧力推定値38)を演算する。すなわち、ポンプ圧力推定値演算部50において、ポンプ圧力推定値P’_Pmp(ポンプ圧力推定値38)は、ポンプ圧力P_Pmp(ポンプ圧力34)、アームシリンダロッド圧力P_Rod(アームシリンダロッド圧力35b)、アームシリンダロッド圧力推定値P’_Rod(アームシリンダロッド圧力推定値49)を用いて下記の(式4)により求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 ポンプ容積補正演算部24は、レバー操作量26bと、ポンプ圧力34と、ポンプ圧力推定値38とに基づいて、補正後のポンプ容積目標値39を演算する。
 図6は、ポンプ容積補正演算部の処理内容の詳細を示す図である。
 図6に示すように、ポンプ容積補正演算部24は、ポンプ容積演算部51と、補正演算部53とを有している。
 ポンプ容積演算部51は、レバー操作量26bとポンプ容積目標値q(ポンプ容積目標値52)との関係を予め定めたテーブルに基づいて、ポンプ容積目標値52を演算する。ポンプ容積演算部51で用いるテーブルは、レバー操作量26bが大きくなるにしたがって、ポンプ容積qが大きくなるように定められている。
 補正演算部53は、ポンプ容積目標値52と、ポンプ圧力34と、ポンプ圧力推定値38とに基づいて、補正後のポンプ容積目標値39を演算する。
 図7は、補正演算部の処理内容の詳細を示す図である。
 図7に示すように、補正演算部53は、ポンプ容積制限値演算部54と、最小値選択部56とを有している。
 ポンプ容積制限値演算部54は、まず、ポンプ圧力P_Pmp(ポンプ圧力34)と、ポンプ圧力推定値P’_Pmp(ポンプ圧力推定値38)と、予め設定されている油圧ポンプ18のトルク制限値Tとを用いて、バイパス流量制御弁開口後のトルク制限値T’を下記の(式5)により求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 そして、バイパス流量制御弁開口後は、トルク制限値Tをトルク制限値T’に置き換え、このときのポンプ容積制限値q(ポンプ容積制限値55)を出力する。これにより、バイパス開口前後でポンプ圧力P_Pmpの変動に依存するポンプ容積qの変化を抑制することができる。
 最小値選択部56は、ポンプ容積制限値演算部54で演算されたポンプ容積制限値55、すなわち、トルク制限値がT’の場合のポンプ容積qと、オペレータのレバー操作に応じたポンプ容積目標値52とのの最小値を選択して補正後のポンプ容積目標値39として出力する。言い換えると、最小値選択部56は、バイパス流量制御弁32の開口面積を変化させた後のポンプ圧力の推定値が低い値になった場合であっても、補正後のポンプ容積目標値を出力して、油圧ポンプ18のポンプ圧力(油圧ポンプ18の吐出圧)が低下する前の油圧ポンプ18の傾転角を保持させる。
 駆動制御部25は、バイパス流量制御弁開口面積目標値37と、補正後のポンプ容積目標値39とに基づいて、電磁比例弁31cの指令電流値40と、ポンプレギュレータ20の指令電流値41とを演算し、出力する。
 図8は、駆動制御部の処理内容の詳細を示す図である。
 図8に示すように、駆動制御部25は、電磁比例弁指令電流演算部58と、レギュレータ指令電流演算部59とを有している。
 電磁比例弁指令電流演算部58は、バイパス流量制御弁開口面積目標値37と電磁比例弁指令電流値40との関係を予め定めたテーブルに基づいて、電磁比例弁31cの電磁比例弁指令電流値40を演算する。電磁比例弁指令電流演算部58で用いるテーブルでは、バイパス流量制御弁開口面積目標値37が0(ゼロ)の場合には電磁比例弁指令電流値40は0(ゼロ)であり、バイパス流量制御弁開口面積目標値37が大きくなるにしたがって電磁比例弁指令電流値40が大きくなるように設定されている。
 レギュレータ指令電流演算部59は、ポンプ容積目標値39とレギュレータ指令電流値41との関係を予め定めたテーブルに基づいて、ポンプレギュレータ20の制御信号(レギュレータ指令電流値41)を演算する。レギュレータ指令電流演算部59で用いるテーブルでは、ポンプ容積目標値39が0(ゼロ)の場合にはレギュレータ指令電流値41は0(ゼロ)であり、ポンプ容積目標値39が大きくなるにしたがってレギュレータ指令電流値41が大きくなるように設定されている。
 上記した本実施形態の動作をアームの動作に対応づけて説明する。
 アーム6がクラウド状態からダンプ操作されて自重方向(自重落下する方向)にアーム6が動作される場合には、アームシリンダ15に作用する負荷はアームシリンダ15の動作する方向と同じ方向に作用するため、アームシリンダ15が縮む速度が増加する。このとき、バイパス流量制御弁32の開口面積は小さく制御され作動油タンク30へ通じるバイパス油路33が絞られることによりアームシリンダ15の縮む速度が抑えられる。一方、アーム6がダンプ操作されて自重に反する方向にアーム6が動作される場合には、アームシリンダ15に作用する負荷がアームシリンダ15の動作する方向とは反対方向に作用するため、バイパス流量制御弁32の絞り作用によって圧力損失が発生する。このとき、バイパス流量制御弁32の開口面積は大きく制御され圧力損失を低減しようとして、バイパス流量制御弁32の開口面積の増大に伴い油圧ポンプ18の圧力が下がる(図7のポンプ圧力P’参照)。ポンプ圧力が下がると通常制御では、油圧ポンプ18の傾転角は増加され、吐出流量を増やすように制御されるが、本願発明では、通常制御において油圧ポンプ18の傾転角が増加するように制御されることに替えて、油圧ポンプ18の傾転角が保持されるように制御される。結果として、オペレータの意図しないアームシリンダ15の速度の上昇が抑えられる。
 以上のように構成した本実施の形態の作用効果を説明する。
 従来技術においては、例えば、メータアウト流路に接続される可変絞りの開口面積を増加させると、油圧アクチュエータの負荷圧およびポンプ圧力が急激に減少するため、ポンプ容積が急激に増加するような制御がなされることになる。すなわち、油圧ポンプから油圧アクチュエータに供給される圧油の流量が急激に増加するため、操作性が悪化する恐れがある。
 これに対して、本実施の形態においては、原動機によって駆動される可変容量型の油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される油圧アクチュエータと、油圧アクチュエータを作動させる操作信号を出力する操作レバーと、油圧アクチュエータに対する圧油の給排を制御する制御弁と、油圧アクチュエータから排出される圧油が流れるメータアウト流路から制御弁を介さずに作動油タンクに圧油を排出するバイパス油路と、バイパス油路の圧油の流量を制御するバイパス流量制御弁と、油圧アクチュエータの負荷圧に応じてバイパス流量制御弁の開口面積を制御するとともに、バイパス流量制御弁の開口面積を変化させた後のポンプ圧力の推定値が低い値になった場合であっても開口面積を変化させる前の傾転角を保持する制御を行う制御装置とを備えるように構成したので、油圧アクチュエータの負荷圧が急激に低下した場合の操作性の悪化を抑制することができる。
 すなわち、本実施の形態においては、バイパス流量制御弁の開口変化に対するポンプ容積の変化を予測し、その変化に応じてポンプ容積目標値39(油圧ポンプ18のポンプレギュレータ20への指令値であるレギュレータ指令電流値41の元となる値)を算出するので、操作性の悪化を抑制することができる。
 特に、バイパス流量制御弁の開口変化が大きい場合には、操作対象の油圧アクチュエータの負荷圧が急激に減少し、その変化量も大きいため、従来技術においてはポンプレギュレータによって制御される油圧ポンプの吐出流量(吐出圧)が急激に大きくなるよう制御され、操作性の悪化がより大きくなると考えられるが、本実施の形態においては、バイパス流量制御弁の開口変化が大きい場合であっても、開口の変化量に応じて油圧ポンプ18の吐出圧(ポンプ容積)を制御して操作性の悪化を抑制することができるので、より高い効果を得ることができる。
 <第2の実施の形態>
  本発明の第2の実施の形態を図9~図13を参照しつつ説明する。本実施の形態では第1の実施の形態との相違点についてのみ説明するものとし、第1の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付して説明を省略する。
 本実施の形態は、センタバイパス型の油圧回路システムに本願発明を適用する場合を示すものである。
 図9は、本実施の形態に係る油圧回路システムのうち、アームシリンダの制御に係る部分を周辺構成とともに抜き出して示す図である。
 図9において、本実施の形態に係る油圧回路システムは、エンジンや電動モータなどの原動機(ここでは、エンジン17)と、原動機であるエンジン17によって駆動される可変容量型の油圧ポンプ18と、油圧ポンプ18の吐出ライン(供給油路)に接続され、油圧ポンプ18から油圧アクチュエータ(ここでは、アームシリンダ15)に供給される圧油の給排(流量および方向)を制御するセンタバイパス型の制御弁27A(流量制御弁)と、アームシリンダ15から作動油タンク30に排出される圧油が流れるメータアウト流路から制御弁27Aを介さずに作動油タンク30に圧油を排出するバイパス油路33と、バイパス油路33の圧油の流量を制御するバイパス流量制御弁32と、油圧ポンプ18から吐出される圧油を制御弁27Aに供給する供給油路と作動油タンク30とを接続するセンタバイパス油路60と、センタバイパス油路60の制御弁27Aよりも下流側に設けられ、開口面積を変えることによってセンタバイパス油路60を介して作動油タンク30に導かれる圧油の流量を制御するセンタバイパス流量制御弁61と、パイロット圧を生成するパイロットポンプ28と、油圧回路システムを含む油圧ショベル100全体の動作を制御する制御装置19Aとから概略構成されている。
 センタバイパス油路60に設けられたセンタバイパス流量制御弁61は、制御装置19Aによって制御される電磁比例弁62を介して受圧部に導かれる制御信号(パイロット圧)で駆動されることにより、センタバイパス油路60の圧油の流量を制御する。
 図10は、本実施の形態に係る制御装置の処理内容に係る機能を示す機能ブロック図である。
 図10に示すように、制御装置19Aは機能部として、負荷演算部21と、バイパス流量制御弁開口面積演算部22と、ポンプ圧力推定値演算部23と、ポンプ容積補正演算部24と、駆動制御部25Aと、センタバイパス流量制御弁開口面積補正演算部63とを有している。
 センタバイパス流量制御弁開口面積補正演算部63は、レバー操作量26bと、ポンプ圧力34と、ポンプ圧力推定値38とに基づいて、補正後のセンタバイパス流量制御弁開口面積目標値64を演算する。
 図11は、センタバイパス流量制御弁開口面積補正演算部の処理内容の詳細を示す図である。
 図11に示すように、センタバイパス流量制御弁開口面積補正演算部63は、センタバイパス流量制御弁開口面積演算部66と、補正演算部68とを有している。
 センタバイパス流量制御弁開口面積演算部66は、レバー操作量26bとセンタバイパス流量制御弁開口面積目標値A_CB(センタバイパス流量制御弁開口面積目標値67)との関係を予め定めたテーブルに基づいて、センタバイパス流量制御弁開口面積目標値67を演算する。センタバイパス流量制御弁開口面積演算部66で用いるテーブルは、レバー操作量26bが0(ゼロ)から大きくなるにしたがって、センタバイパス流量制御弁開口面積目標値67が急峻に小さくなり、その後、レバー操作量26bの増加にともなって緩やかに小さくなるように定められている。
 補正演算部68は、センタバイパス流量制御弁開口面積目標値67と、ポンプ圧力34と、ポンプ圧力推定値38とに基づいて、補正後のセンタバイパス流量制御弁開口面積目標値64を演算する。具体的には、補正演算部68は、タンク圧を0(ゼロ)MPaとし、センタバイパス流量制御弁開口面積目標値A_CB(センタバイパス流量制御弁開口面積目標値67)と、ポンプ圧力P_Pmp(ポンプ圧力34)と、ポンプ圧力推定値P’_Pmp(ポンプ圧力推定値38)とを用いて、補正後のセンタバイパス流量制御弁開口面積目標値A’_CB(センタバイパス流量制御弁開口面積目標値64)を下記の(式6)により求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 図12は、上記の(式6)をテーブルとして示したものである。
 図12に示すテーブルによっても、補正後のセンタバイパス流量制御弁開口面積目標値A’_CB(センタバイパス流量制御弁開口面積目標値64)を求めることができる。
 駆動制御部25Aは、バイパス流量制御弁開口面積目標値37と、補正後のポンプ容積目標値39と、補正後のセンタバイパス流量制御弁開口面積目標値64とに基づいて、電磁比例弁31cの指令電流値40と、ポンプレギュレータ20の指令電流値41と、電磁比例弁62の指令電流値65とを演算し、出力する。
 図13は、本実施の形態に係る駆動制御部の処理内容の詳細を示す図である。
 図13に示すように、駆動制御部25Aは、電磁比例弁指令電流演算部58(電磁比例弁31c用)と、レギュレータ指令電流演算部59と、電磁比例弁指令電流演算部69(電磁比例弁62用)とを有している。
 電磁比例弁指令電流演算部64は、センタバイパス流量制御弁開口面積目標値64と電磁比例弁指令電流値40との関係を予め定めたテーブルに基づいて、電磁比例弁62の電磁比例弁指令電流値65を演算する。電磁比例弁指令電流演算部69で用いるテーブルでは、センタバイパス流量制御弁開口面積目標値64が0(ゼロ)の場合には電磁比例弁指令電流値65は0(ゼロ)であり、センタバイパス流量制御弁開口面積目標値64が大きくなるにしたがって電磁比例弁指令電流値65が大きくなるように設定されている。
 その他の構成は第1の実施の形態と同様である。
 以上のように構成した本実施の形態においても第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
 また、本実施の形態では、センタバイパス型の油圧回路システムにおいて、油圧ポンプ18のポンプ容積だけではなく、センタバイパス流量制御弁61の制御に補正を加えることで、アームシリンダ15とセンタバイパス油路60の圧油の分流バランスの変化を抑制するように構成したので、操作性の悪化を抑制することができる。
 <第3の実施の形態>
  本発明の第3の実施の形態を図14~図18を参照しつつ説明する。本実施の形態では第1の実施の形態との相違点についてのみ説明するものとし、第1の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付して説明を省略する。
 本実施の形態は、油圧ポンプによって複数の油圧アクチュエータを駆動する場合の油圧回路システムに本願発明を適用する場合を示すものである。
 図14において、本実施の形態に係る油圧回路システムは、エンジンや電動モータなどの原動機(ここでは、エンジン17)と、原動機であるエンジン17によって駆動される可変容量型の油圧ポンプ18と、油圧ポンプ18の吐出ライン(供給油路)に接続され、油圧ポンプ18から油圧アクチュエータ(ここでは、アームシリンダ15)に供給される圧油の給排(流量および方向)を制御する制御弁27(流量制御弁)と、油圧ポンプ18から他の油圧アクチュエータ(ここでは、シリンダ70:第2の油圧アクチュエータ)に供給される圧油の給排(流量および方向)を制御する制御弁71(流量制御弁:第2の制御弁)と、アームシリンダ15から作動油タンク30に排出される圧油が流れるメータアウト流路から制御弁27を介さずに作動油タンク30に圧油を排出するバイパス油路33と、バイパス油路33の圧油の流量を制御するバイパス流量制御弁32と、パイロット圧を生成するパイロットポンプ28と、油圧回路システムを含む油圧ショベル100全体の動作を制御する制御装置19Bとから概略構成されている。
 制御弁71は、油圧ポンプ18の供給油路に接続されており、制御装置19Bによって制御される電磁比例弁72a,72bを介して受圧部に導かれる制御信号(パイロット圧)で駆動されることにより、シリンダ70に供給される圧油の方向および流量を制御する。
 例えば、制御弁71が電磁比例弁72aからのパイロット圧によって一方(例えば、図1における右側)に駆動されると、油圧ポンプ18から吐出された圧油が制御弁71を介してシリンダ70のボトム側の油室に供給され、ロッド側の油室から排出された圧油が制御弁71を介して作動油タンク30に導かれる。すなわち、制御弁71とシリンダ70のボトム側の油室とを接続する油路がメータイン流路となり、シリンダ70のロッド側の油室と制御弁71とを接続する油路がメータアウト油路となる。このとき、シリンダ70は伸長駆動される。
 また、制御弁71が電磁比例弁72bからのパイロット圧によって他方(例えば、図1における左側)に駆動されると、油圧ポンプ18から吐出された圧油が制御弁71を介してシリンダ70のロッド側の油室に供給され、ボトム側の油室から排出された圧油が制御弁71を介して作動油タンク30に導かれる。すなわち、制御弁71とシリンダ70のロッド側の油室とを接続する油路がメータイン流路となり、シリンダ70のボトム側の油室と制御弁71とを接続する油路がメータアウト油路となる。このとき、シリンダ70は縮退駆動される。
 シリンダ70のボトム側とロッド側の油室に接続される油路には、それぞれ、圧力センサ74a,74bが設けられている。圧力センサ74aは、シリンダ70のボトム側の圧力を、圧力センサ74bはロッド側の圧力をそれぞれ検出し、制御装置19Bに送信する。
 操作レバー73(第2の操作レバー)は、オペレータの操作入力の方向及び操作量に応じて、操作信号73a,73bを制御装置19Bに出力する。操作信号73aは、油圧アクチュエータ(シリンダ70)の伸長を指示するものであり、操作信号73bは油圧アクチュエータ(シリンダ70)の縮退を指示するものである。制御装置19Bは、操作レバー73からの操作信号73a,73bに応じて、電磁比例弁72a,72bを制御する制御信号を生成することにより、制御弁71を駆動する制御信号(パイロット圧)を生成する。すなわち、操作レバー73は、油圧アクチュエータ(シリンダ70)を作動させる操作信号を制御装置19Bに出力し、制御装置19Bは、操作レバー73からの操作信号に基づいて、油圧アクチュエータ(シリンダ70)を駆動させる。
 図15は、本実施の形態に係る制御装置の処理内容に係る機能を示す機能ブロック図である。
 図15に示すように、制御装置19Bは機能部として、負荷演算部21と、バイパス流量制御弁開口面積演算部22と、ポンプ圧力推定値演算部23と、ポンプ容積補正演算部24と、駆動制御部25Bと、第2の制御弁補正演算部75とを有している。
 第2の制御弁補正演算部75は、ポンプ圧力推定値38と、ポンプ圧力34と、操作レバー73(第2の操作レバー)のレバー操作量73bと、シリンダ70(第2の油圧アクチュエータ)のロッド圧力74bとに基づいて、制御弁71(第2の制御弁)のメータイン開口面積目標値76を演算する。
 図16は、第2の制御弁補正演算部の処理内容の詳細を示す図である。
 図16に示すように、第2の制御弁補正演算部75は、第2の制御弁メータイン開口面積演算部78と、補正演算部80とを有している。
 第2の制御弁メータイン開口面積演算部78は、第2の操作レバーのレバー操作量73bと第2の制御弁メータイン開口面積目標値A_MI2(第2の制御弁メータイン開口面積目標値79)との関係を予め定めたテーブルに基づいて、第2の制御弁メータイン開口面積目標値79を演算する。第2の制御弁メータイン開口面積演算部78で用いるテーブルは、レバー操作量73bが0(ゼロ)から大きくなるにしたがって、第2の制御弁メータイン開口面積目標値79が大きくなるように定められている。
 補正演算部80は、第2の制御弁メータイン開口面積目標値79と、ポンプ圧力34と、ポンプ圧力推定値38と、第2のシリンダのロッド圧力74bとに基づいて、補正後の第2の制御弁メータイン開口面積目標値76を演算する。具体的には、補正演算部80は、第2の制御弁メータイン開口面積目標値A_MI2(第2の制御弁メータイン開口面積目標値79)と、ポンプ圧力P_Pmp(ポンプ圧力34)と、ポンプ圧力推定値P’_Pmp(ポンプ圧力推定値38)と、第2シリンダロッド圧力P_Rod2(第2のシリンダのロッド圧力74b)とを用いて、第2の制御弁メータイン開口面積目標値A’_MI2(第2の制御弁メータイン開口面積目標値76)を下記の(式7)により求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 図17は、上記の(式7)をテーブルとして示したものである。
 図17に示すテーブルによっても、補正後の第2の制御弁メータイン開口面積目標値A’_MI2(第2の制御弁メータイン開口面積目標値76)を求めることができる。
 駆動制御部25Bは、バイパス流量制御弁開口面積目標値37と、補正後のポンプ容積目標値39と、補正後の第2の制御弁メータイン開口面積目標値76とに基づいて、電磁比例弁31cの指令電流値40と、ポンプレギュレータ20の指令電流値41と、電磁比例弁72bの指令電流値77とを演算し、出力する。
 図18は、本実施の形態に係る駆動制御部の処理内容の詳細を示す図である。
 図18に示すように、駆動制御部25Bは、電磁比例弁指令電流演算部58(電磁比例弁31c用)と、レギュレータ指令電流演算部59と、電磁比例弁指令電流演算部81(電磁比例弁72b用)とを有している。
 電磁比例弁指令電流演算部81は、第2の制御弁メータイン開口面積目標値76と電磁比例弁指令電流値77との関係を予め定めたテーブルに基づいて、電磁比例弁72bの電磁比例弁指令電流値77を演算する。電磁比例弁指令電流演算部81で用いるテーブルでは、第2の制御弁メータイン開口面積目標値76が0(ゼロ)の場合には電磁比例弁指令電流値77は0(ゼロ)であり、第2の制御弁メータイン開口面積目標値76が大きくなるにしたがって電磁比例弁指令電流値77が大きくなるように設定されている。
 その他の構成は第1の実施の形態と同様である。
 以上のように構成した本実施の形態においても第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
 また、バイパス流量制御弁32の開口の変化によりアームシリンダ15の圧力が低下した場合のポンプ容積の変動、およびアームシリンダ15と第2の油圧アクチュエータ(シリンダ70)との分流バランスの変化を抑制することができ、アームシリンダ15の流量の変動による操作性の悪化を抑制することができる。
 なお、本実施の形態においては、操作レバー73をシリンダ70の縮退方向へ操作した場合を例示して説明したが、操作レバー73をシリンダ70の伸長方向に操作した場合においても本発明を適用することが可能である。
 また、第2の油圧アクチュエータとしてシリンダ70を例示して説明したが、これに限られず、例えば、油圧モータのような他の油圧アクチュエータを第2の油圧アクチュエータとした場合においても本発明を適用することが可能である。
 また、制御弁71のメータイン開口を補正することで複数の油圧アクチュエータへの圧油の分流バランスを維持する場合を例示して説明したが、制御弁27のメータイン開口を補正して分流バランスを維持するように構成してもよい。
 次に上記の各実施の形態の特徴について説明する。
 (1)上記の実施の形態では、原動機(例えば、エンジン17)によって駆動される可変容量型の油圧ポンプ18と、前記油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される油圧アクチュエータ(例えば、アームシリンダ15)と、前記油圧アクチュエータを作動させる操作信号を出力する操作レバー26と、前記油圧アクチュエータに対する圧油の給排を制御する制御弁27と、前記油圧アクチュエータから排出される圧油が流れるメータアウト流路から前記制御弁を介さずに作動油タンクに圧油を排出するバイパス油路33と、前記バイパス油路の圧油の流量を制御するバイパス流量制御弁32と、前記油圧アクチュエータの負荷圧に応じて前記バイパス流量制御弁の開口面積を制御するとともに、前記バイパス流量制御弁の開口面積を変化させた後のポンプ圧力の推定値が低い値になった場合であっても開口面積を変化させる前の傾転角を保持する制御を行う制御装置19とを備えたものとする。
 これにより、油圧アクチュエータの負荷圧が急激に低下した場合の操作性の悪化を抑制することができる。
 (2)また、上記の実施の形態では、(1)の作業機械において、前記油圧ポンプ18から吐出される圧油を前記制御弁27に供給する供給油路と作動油タンク30とを接続するセンタバイパス油路60と、前記センタバイパス油路に設けられ、開口面積を変えることによって前記センタバイパス油路の圧油の流量を制御するセンタバイパス流量制御弁61とを備え、前記制御装置19Aは、前記ポンプ圧力の推定値に応じて前記センタバイパス流量制御弁の開口面積を制御するものとする。
 (3)また、上記の実施の形態では、(1)の作業機械において、前記油圧アクチュエータ(例えば、アームシリンダ15)とは異なる他の油圧アクチュエータであって、前記油圧ポンプ18から吐出される圧油によって駆動される第2の油圧アクチュエータ(例えば、シリンダ70)と、前記第2の油圧アクチュエータを作動させる操作信号を出力する第2の操作レバー73と、前記第2の油圧アクチュエータに対する圧油の給排を制御する第2の制御弁71とを備え、前記制御装置19Bは、前記第2の油圧アクチュエータの負荷圧に応じて、前記油圧アクチュエータ又は前記第2の油圧アクチュエータの制御弁を制御するものとする。
 <付記>
  なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。
 例えば、上記の各実施の形態においては、電気方式の操作レバーを用いた場合を例示して説明したが、これに限られず、例えば、油圧方式の操作レバーおよび操作圧力の検出器を備え、検出器で検出した圧力をコントローラへ送信する構成としてもよい。
 また、上記の各実施の形態においては、アームシリンダ15を駆動させた場合における操作性の悪化を抑制する場合について説明したが、これに限られず、例えば、負荷が支持対象物の重量や姿勢によって変化する油圧アクチュエータを駆動させる場合にも本願発明を適用することが可能である。
 また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
 1,2…履帯、1A…作業装置、1B…車体、3…走行体、4…旋回体、5…ブーム、6…アーム、7…バケット、8…運転室、9…機械室、10…カウンタウェイト、11,12…走行油圧モータ、13,14…ブームシリンダ、15…アームシリンダ、16…バケットシリンダ、17…エンジン、18…油圧ポンプ、19,19A,19B…制御装置、20…ポンプレギュレータ、21…負荷演算部、22…バイパス流量制御弁開口面積演算部、23…ポンプ圧力推定値演算部、24…ポンプ容積補正演算部、25,25A,25B…駆動制御部、26…操作レバー、26a,26b…操作信号、27,27A…制御弁、28…パイロットポンプ、29…パイロットリリーフ弁、30…作動油タンク、31a,31b,31c…電磁比例弁、32…バイパス流量制御弁、33…バイパス油路、34…圧力センサ、35a,35b…圧力センサ、36…アームシリンダ負荷、37…バイパス流量制御弁開口面積目標値、38…ポンプ圧力推定値、39…ポンプ容積目標値、40…電磁比例弁指令電流値、41…レギュレータ指令電流値、42…流量制御弁開口面積演算部、43…流量制御弁開口面積、44…アームシリンダボトム圧力推定値演算部、45…アームシリンダボトム圧力推定値、46…アームシリンダロッド圧力推定値演算部、47…アームシリンダボトム面積、48…アームシリンダロッド面積、49…アームシリンダロッド圧力推定値、50…ポンプ圧力推定値演算部、51…ポンプ容積演算部、52…ポンプ容積目標値、53…補正演算部、54…ポンプ容積制限値演算部、55…ポンプ容積制限値、56…最小値選択部、58…電磁比例弁指令電流演算部、59…レギュレータ指令電流演算部、60…センタバイパス油路、61…センタバイパス流量制御弁、62…電磁比例弁、63…センタバイパス流量制御弁開口面積補正演算部、64…電磁比例弁指令電流演算部、64…センタバイパス流量制御弁開口面積目標値、65…電磁比例弁指令電流値、66…センタバイパス流量制御弁開口面積演算部、67…センタバイパス流量制御弁開口面積目標値、68…補正演算部、69…電磁比例弁指令電流演算部、70…シリンダ、71…第2の制御弁、72a,72b…電磁比例弁、73…第2の操作レバー、73a,73b…操作信号、74a,74b…圧力センサ、75…第2の制御弁補正演算部、76…第2の制御弁メータイン開口面積目標値、77…電磁比例弁指令電流値、78…第2の制御弁メータイン開口面積演算部、79…第2の制御弁メータイン開口面積目標値、80…補正演算部、81…電磁比例弁指令電流演算部、100…油圧ショベル、200…バイパス流量制御弁指令圧力センサ

Claims (3)

  1.  原動機によって駆動される可変容量型の油圧ポンプと、
     前記油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される油圧アクチュエータと、
     前記油圧アクチュエータを作動させる操作信号を出力する操作レバーと、
     前記油圧アクチュエータに対する圧油の給排を制御する制御弁と、
     前記油圧アクチュエータから排出される圧油が流れるメータアウト流路から前記制御弁を介さずに作動油タンクに圧油を排出するバイパス油路と、
     前記バイパス油路の圧油の流量を制御するバイパス流量制御弁と、
     前記油圧アクチュエータの負荷圧に応じて前記バイパス流量制御弁の開口面積を制御するとともに、前記バイパス流量制御弁の開口面積を変化させた後のポンプ圧力の推定値が低い値になった場合であっても開口面積を変化させる前の傾転角を保持する制御を行う制御装置と
    を備えたことを特徴とする作業機械。
  2.  請求項1に記載の作業機械において、
     前記油圧ポンプから吐出される圧油を前記制御弁に供給する供給油路と作動油タンクとを接続するセンタバイパス油路と、
     前記センタバイパス油路に設けられ、開口面積を変えることによって前記センタバイパス油路の圧油の流量を制御するセンタバイパス流量制御弁とを備え、
     前記制御装置は、前記ポンプ圧力の推定値に応じて前記センタバイパス流量制御弁の開口面積を制御することを特徴とする作業機械。
  3.  請求項1又は2に記載の作業機械において、
     前記油圧アクチュエータとは異なる他の油圧アクチュエータであって、前記油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される第2の油圧アクチュエータと、
     前記第2の油圧アクチュエータを作動させる操作信号を出力する第2の操作レバーと、
     前記第2の油圧アクチュエータに対する圧油の給排を制御する第2の制御弁とを備え、
     前記制御装置は、前記第2の油圧アクチュエータの負荷圧に応じて、前記制御弁又は前記第2の制御弁を制御することを特徴とする作業機械。
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