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技術 ショベル

出願人 住友重機械工業株式会社
発明者 松嵜英祐
出願日 2015年3月16日 (5年9ヶ月経過) 出願番号 2015-052618
公開日 2016年9月29日 (4年3ヶ月経過) 公開番号 2016-172962
状態 特許登録済
技術分野 掘削機械の作業制御 流体圧回路(1)
主要キーワード 連続の方程式 制御線図 PQ線 電磁式リリーフ弁 開始時圧力 旋回角速度ω 旋回圧力 プラネタリギア機構
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

反復旋回操作時に旋回角速度を滑らかに増大させるショベルを提供すること。

解決手段

本発明の実施例に係るショベルは、旋回用油圧モータ44と、旋回リリーフ弁71と、を備え、旋回用油圧モータ44の回転中に反復旋回操作が行われた場合に旋回用油圧モータ44の吸い込み側の作動油の圧力である旋回圧力を旋回リリーフ弁71の旋回リリーフ圧以下に維持する。反復旋回操作は、旋回中に旋回操作レバー中立位置に戻してから再び旋回操作レバーを旋回方向に操作することを意味する。

概要

背景

旋回操作中に旋回リリーフ弁から放出される作動油の量を低減可能なショベルが知られている(例えば、特許文献1参照。)。

概要

反復旋回操作時に旋回角速度を滑らかに増大させるショベルを提供すること。本発明の実施例に係るショベルは、旋回用油圧モータ44と、旋回リリーフ弁71と、を備え、旋回用油圧モータ44の回転中に反復旋回操作が行われた場合に旋回用油圧モータ44の吸い込み側の作動油の圧力である旋回圧力を旋回リリーフ弁71の旋回リリーフ圧以下に維持する。反復旋回操作は、旋回中に旋回操作レバー中立位置に戻してから再び旋回操作レバーを旋回方向に操作することを意味する。

目的

上述の手段により、反復旋回操作時に旋回角速度を滑らかに増大させるショベルを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
0件

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請求項1

旋回用油圧モータと、旋回リリーフ弁と、を備え、前記旋回用油圧モータの回転中に反復旋回操作が行われた場合に前記旋回用油圧モータの吸い込み側の作動油の圧力である旋回圧力を前記旋回リリーフ弁の旋回リリーフ圧以下に維持する、ショベル

請求項2

前記旋回用油圧モータに作動油を供給する油圧ポンプを備え、前記油圧ポンプは省エネモードで駆動され、前記省エネモードは、前記旋回用油圧モータの回転状態に応じた複数の省エネモードを含む、請求項1に記載のショベル。

請求項3

旋回圧力を取得する圧力取得装置と、前記旋回用油圧モータを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記圧力取得装置が取得する旋回圧力が所定の閾値に達した後、旋回圧力を所定の目標圧に制御する、請求項1に記載のショベル。

請求項4

前記旋回用油圧モータに作動油を供給する油圧ポンプと、前記油圧ポンプのポンプ流量を調整するポンプ流量調整装置と、を備え、前記制御装置は、前記圧力取得装置が取得する旋回圧力が所定の閾値に達した後、前記ポンプ流量調整装置に対してポンプ流量指令値を出力して旋回圧力を所定の目標圧に制御し、且つ、旋回圧力が所定の閾値に達したときの前記旋回用油圧モータの旋回状態に応じて前記ポンプ流量指令値の初期値を決定する、請求項3に記載のショベル。

請求項5

前記所定の目標圧は、前記旋回リリーフ弁のクラッキング圧以上で且つ旋回リリーフ圧未満である、請求項3又は4に記載のショベル。

請求項6

前記制御装置は、旋回操作の開始後に旋回圧力が所定の閾値に達するまでに要した時間に応じて前記ポンプ流量指令値の初期値を決定する、請求項4に記載のショベル。

請求項7

旋回角速度を検出する角速度検出装置を備え、前記制御装置は、前記角速度検出装置が検出する旋回角速度に応じて前記ポンプ流量指令値の初期値を決定する、請求項4に記載のショベル。

技術分野

0001

本発明は、旋回用油圧モータを備えたショベルに関する。

背景技術

0002

旋回操作中に旋回リリーフ弁から放出される作動油の量を低減可能なショベルが知られている(例えば、特許文献1参照。)。

先行技術

0003

特開2014−222104号公報

発明が解決しようとする課題

0004

上述のショベルは、旋回中に旋回操作レバー中立位置に戻してから再び旋回操作レバーを旋回方向に操作した場合(以下、このような操作を「反復旋回操作」とする。)に旋回角速度を滑らかに増大できない場合がある。

0005

そこで、反復旋回操作時に旋回角速度を滑らかに増大させるショベルの提供が望まれる。

課題を解決するための手段

0006

上述の目的を達成するために、本発明の実施例に係るショベルは、旋回用油圧モータと、旋回リリーフ弁と、を備え、前記旋回用油圧モータの回転中に反復旋回操作が行われた場合に前記旋回用油圧モータの吸い込み側の作動油の圧力である旋回圧力を前記旋回リリーフ弁の旋回リリーフ圧以下に維持する。

発明の効果

0007

上述の手段により、反復旋回操作時に旋回角速度を滑らかに増大させるショベルを提供することができる。

図面の簡単な説明

0008

本発明の実施例に係るショベルの構成例を示す図である。
図1のショベルに搭載される油圧システム回路図である。
ポンプ流量ネガコン圧との関係を示すネガコン制御線図である。
ポンプ流量とポンプ吐出圧との関係を示す馬力制御線図(PQ線図)である。
旋回油圧回路の構成例を示す概略図である。
旋回油圧回路内圧と旋回リリーフ流量との関係を示す図(その1)である。
初期値設定処理の一例の流れを示すフローチャートである。
旋回加速時の旋回圧力とポンプ流量指令値時間的推移を示す図である。
初期値設定処理の別の一例の流れを示すフローチャートである。

実施例

0009

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施例について説明する。

0010

図1は、本発明の実施例に係る建設機械としてのショベルの構成例を示す図である。図1において、ショベル1は、クローラ式下部走行体2の上に、旋回機構を介して、上部旋回体3をX軸周りに旋回自在に搭載している。

0011

また、上部旋回体3は、前方中央部に掘削アタッチメントを備える。掘削アタッチメントは、ブーム4、アーム5、及びバケット6を含み、且つ、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9によって駆動される。

0012

図2は、図1のショベルに搭載される油圧システム100の回路図である。油圧システム100は、エンジン電動モータ等の駆動源によって駆動される油圧ポンプ10L、10R(以下では、集合的に「油圧ポンプ10」と称する場合もある。左右一対で構成される他の構成要素についても同様である。)を有する。油圧ポンプ10Lは、1回転当たりの吐出量である押し退け容積可変とする可変容量型ポンプである。また、油圧ポンプ10Lは、流量制御弁11L、12L、13L、及び15Lを連通するセンターバイパス管路30Lを経て作動油タンク22まで作動油を循環させる。同様に、油圧ポンプ10Rは、流量制御弁12R、13R、14R、及び15Rを連通するセンターバイパス管路30Rを経て作動油タンク22まで作動油を循環させる。

0013

流量制御弁11Lは、油圧ポンプ10Lが吐出する作動油を油圧アクチュエータとしての走行用油圧モータ42Lに供給するために作動油の流れを切り替えスプール弁である。

0014

流量制御弁12Lは、油圧ポンプ10Lが吐出する作動油を油圧アクチュエータとしての旋回用油圧モータ44に供給するために作動油の流れを切り替えるスプール弁である。流量制御弁12Rは、油圧ポンプ10Rが吐出する作動油を走行用油圧モータ42Rに供給するために作動油の流れを切り替えるスプール弁である。

0015

流量制御弁13L、13Rはそれぞれ、油圧ポンプ10L、10Rが吐出する作動油を油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ7へ供給し、また、ブームシリンダ7内の作動油を作動油タンク22へ排出するために作動油の流れを切り替えるスプール弁である。流量制御弁13Rは、操作装置としてのブーム操作レバーが操作された場合に、油圧ポンプ10Rが吐出する作動油をブームシリンダ7に供給するスプール弁である。また、流量制御弁13Lは、ブーム操作レバーが所定のレバー操作量以上で操作された場合に、油圧ポンプ10Lが吐出する作動油を追加的にブームシリンダ7に供給するスプール弁である。

0016

流量制御弁14Rは、油圧ポンプ10Rが吐出する作動油を油圧アクチュエータとしてのバケットシリンダ9へ供給し、また、バケットシリンダ9内の作動油を作動油タンク22へ排出するためのスプール弁である。

0017

また、流量制御弁15L、15Rはそれぞれ、油圧ポンプ10L、10Rが吐出する作動油を油圧アクチュエータとしてのアームシリンダ8へ供給し、また、アームシリンダ8内の作動油を作動油タンク22へ排出するために作動油の流れを切り替えるスプール弁である。流量制御弁15Lは、操作装置としてのアーム操作レバーが操作された場合に、油圧ポンプ10Lが吐出する作動油をアームシリンダ8に供給するスプール弁である。また、流量制御弁15Rは、アーム操作レバーが所定のレバー操作量以上で操作された場合に、油圧ポンプ10Rが吐出する作動油を追加的にアームシリンダ8に供給するスプール弁である。

0018

センターバイパス管路30L、30Rは、それぞれ、最も下流にある流量制御弁15L、15Rと作動油タンク22との間にネガティブコントロール絞り20L、20Rを備える(以下では、ネガティブコントロールを「ネガコン」と略称する。)。ネガコン絞り20L、20Rは、油圧ポンプ10L、10Rが吐出する作動油の流れを制限することにより、ネガコン絞り20L、20Rの上流でネガコン圧を発生させる。

0019

圧力センサS1、S2は、ネガコン絞り20L、20Rの上流で発生したネガコン圧を検出し、検出した値を電気的なネガコン圧信号としてコントローラ54に対して出力する。圧力センサS3、S4は、圧力取得装置の一例であり、油圧ポンプ10L、10Rの吐出圧を検出し、検出した値を電気的な吐出圧信号としてコントローラ54に対して出力する。

0020

コントローラ54は、油圧システム100を制御する制御装置であり、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、NVRAM(Non Volatile RAM)等を備えたコンピュータである。

0021

本実施例では、コントローラ54は、アーム操作レバー、ブーム操作レバー等の各種操作装置を操作した場合に発生するパイロット圧を測定する操作内容検出部としてのパイロット圧センサの出力に基づいて各種操作装置の操作内容(例えば、レバー操作の有無、レバー操作方向、レバー操作量等である。)を電気的に検出する。但し、操作内容検出部は、各種操作レバーの傾きを検出する傾きセンサ等、パイロット圧センサ以外のセンサを用いて構成されてもよい。

0022

そして、コントローラ54は、各種操作装置の操作内容に応じて電磁弁55L、55R等を動作させる各種機能要素に対応するプログラムをCPUに実行させる。

0023

電磁弁55L、55Rは、コントローラ54が出力する指令に応じて動作する弁である。本実施例では、電磁弁55L、55Rは、コントローラ54が出力する電流指令に応じてコントロールポンプ52から吐出量制御部61L、61Rの受圧室612L、612Rに導入される制御圧を調整する電磁減圧弁である。

0024

ポンプレギュレータ40Lは、油圧ポンプ10Lの吐出量を制御する駆動機構であり、主に、傾転アクチュエータ41L、スプール弁機構60L、吐出量制御部61L、及び、フィードバックレバー62Lを含む。また、ポンプレギュレータ40L及び電磁弁55Lはポンプ流量調整装置を構成する。

0025

傾転アクチュエータ41Lは、油圧ポンプ10Lのポンプ容量を変化させるための斜板ヨーク)を傾転駆動する機能要素である。具体的には、傾転アクチュエータ41Lは、一端に大径受圧部PR1を有すると共に他端に小径受圧部PR2を有する作動ピストン410Lと、大径受圧部PR1に対応する受圧室411Lと、小径受圧部PR2に対応する受圧室412Lとを含む。受圧室411Lにはスプール弁600Lを介して油圧ポンプ10Lの吐出圧が導入され、或いは、受圧室411Lからスプール弁600Lを介して作動油が排出される。また、受圧室412Lには油圧ポンプ10Lの吐出圧が導入される。作動ピストン410Lは、受圧室411Lに作動油が導入されて受圧室412L側に変位すると油圧ポンプ10Lの斜板(ヨーク)を小流量側に傾転駆動する。また、作動ピストン410Lは、受圧室411Lから作動油が排出されて受圧室411L側に変位すると油圧ポンプ10Lの斜板(ヨーク)を大流量側に傾転駆動する。

0026

スプール弁機構60Lは、傾転アクチュエータ41Lに作動油の給排を行うための機能要素であり、スプール弁600L及びばね601Lを含む。スプール弁600Lは、油圧ポンプ10Lの吐出圧が導入される第一ポート、作動油タンク22に連通する第二ポート、及び受圧室411Lに連通する出力ポートを有する。また、スプール弁600Lは、第一ポートと出力ポートとを連通する第一位置、第二ポートと出力ポートとを連通する第二位置、又は第一ポート及び第二ポートの何れをも出力ポートに連通しない中立位置に選択的に切り替えられる。ばね601Lは、スプール弁600Lを第二位置に変位させる方向に作用する力を付与する。

0027

吐出量制御部61Lは、スプール弁600Lを変位させるための機能要素である。具体的には、吐出量制御部61Lは、サーボピストン610L、ばね611L、及び受圧室612Lを含む。サーボピストン610Lは、電磁弁55Lが生成する制御圧に応じて、スプール弁600Lを第一位置に変位させる方向に移動する。ばね611Lは、電磁弁55Lが生成する制御圧に抗して、サーボピストン610Lを復帰させる方向に作用する力を付与する。受圧室612Lは、サーボピストン610Lに設けられた受圧部PR3に対応し、コントロールポンプ52から電磁弁55Lを通じて作動油が導入される。

0028

フィードバックレバー62Lは、傾転アクチュエータ41Lの変位をスプール弁600Lにフィードバックするためのリンク機構である。具体的には、フィードバックレバー62Lは、作動ピストン410Lが移動したときにその移動量を物理的にスプール弁600Lにフィードバックしてスプール弁600Lを中立位置に復帰させるようにする。

0029

なお、上述の説明は、ポンプレギュレータ40Lに関するものであるが、ポンプレギュレータ40Rに対しても同様に適用される。

0030

以上の構成により、ポンプレギュレータ40L、40Rは、吐出量制御部61L、61Rに導入される制御圧が大きいほど油圧ポンプ10L、10Rの吐出量を低減させる。また、ポンプレギュレータ40L、40Rは、吐出量制御部61L、61Rに導入される制御圧が小さいほど油圧ポンプ10L、10Rの吐出量を増大させる。

0031

なお、図2は、ショベル1における油圧アクチュエータが何れも利用されていない状態を示す。以下、この状態を「待機モード」と称する。待機モードでは、油圧ポンプ10L、10Rが吐出する作動油は、センターバイパス管路30L、30Rを通ってネガコン絞り20L、20Rに至り、ネガコン絞り20L、20Rの上流で発生するネガコン圧を増大させる。

0032

その結果、ポンプレギュレータ40L、40Rは、ネガコン圧信号に基づいてコントローラ54が生成する指令に応じて、スプール弁600L、600Rを第一位置に変位させる。スプール弁600L、600Rは、傾転アクチュエータ41L、41Rを駆動して、油圧ポンプ10L、10Rの吐出量を低減させる。その結果、油圧ポンプ10L、10Rが吐出する作動油がセンターバイパス管路30L、30Rを通過する際の圧力損失ポンピングロス)が抑制される。

0033

一方、ショベル1における何れかの油圧アクチュエータが操作された場合、油圧ポンプ10L、10Rが吐出する作動油は、その油圧アクチュエータに対応する流量制御弁を介してその油圧アクチュエータに流れ込む。そのため、ネガコン絞り20L、20Rに至る量は減少或いは消滅し、ネガコン絞り20L、20Rの上流で発生するネガコン圧は低下する。

0034

その結果、ポンプレギュレータ40L、40Rは、油圧ポンプ10L、10Rの吐出量を増大させ、各油圧アクチュエータに十分な作動油を循環させ、各アクチュエータの駆動を確かなものとする。

0035

図3は、油圧ポンプ10の吐出量(以下、「ポンプ流量」とする。)とネガコン圧との関係を示すネガコン制御線図であり、縦軸にポンプ流量を配し、横軸にネガコン圧を配する。上述の通り、実線で表されるポンプ制御線は、ネガコン圧が減少するにつれてポンプ流量が増大する傾向を示す。なお、図3は、待機モードにおけるネガコン圧とポンプ流量との関係の図示を省略するが、実際には、待機モードにおいてネガコン圧が所定圧を下回る場合、ポンプ流量は最小流量に制限される。

0036

以下では、上述のようなネガコン圧に基づくポンプ流量の制御を「ネガコン制御」と称する。ネガコン制御により、油圧システム100は、待機モードにおいては、無駄なエネルギ消費を抑制できる。油圧ポンプ10L、10Rの吐出する作動油がセンターバイパス管路30L、30Rで発生させるポンピングロスを抑制できるためである。また、油圧システム100は、各種油圧アクチュエータを作動させる場合には、油圧ポンプ10L、10Rから必要十分な作動油を各種油圧アクチュエータに供給できる。

0037

また、油圧システム100は、ネガコン制御と並行して馬力制御を実行する。馬力制御は、油圧ポンプ10の吸収馬力がエンジンの出力馬力を超えないよう、油圧ポンプ10の吐出圧(以下、「ポンプ吐出圧」とする。)の上昇に応じてポンプ流量を低減させる制御である。

0038

図4は、ポンプ流量とポンプ吐出圧との関係を示す馬力制御線図(PQ線図)であり、縦軸にポンプ流量を配し、横軸にポンプ吐出圧を配する。実線で表される馬力制御線は、ポンプ吐出圧が減少するにつれてポンプ流量が増大する傾向を示す。

0039

次に、図5を参照しながら、図1のショベルに搭載される油圧システム100の一部を構成する旋回油圧回路200について説明する。なお、図5は、旋回油圧回路200の構成例を示す概略図である。

0040

図5に示すように、旋回油圧回路200は、主に、旋回用油圧モータ44、旋回リリーフ弁71L、71R、及びチェック弁72L、72Rを含む。

0041

旋回用油圧モータ44は、メカニカルブレーキ80及び減速機81を含む旋回機構を介して上部旋回体3を旋回させる。本実施例では、旋回用油圧モータ44の出力トルクは、2段階のプラネタリギア機構で構成される減速機81によって増幅される。また、旋回用油圧モータ44の出力軸の回転は、複数枚ブレーキディスクと各ブレーキディスクを挟む複数枚のブレーキプレートとで構成されるメカニカルブレーキ80によって制動される。

0042

また、旋回用油圧モータ44の第1ポート44Lは、管路70Lを介して、流量制御弁12Lの第1ポート12P1に接続され、旋回用油圧モータ44の第2ポート44Rは、管路70Rを介して、流量制御弁12Lの第2ポート12P2に接続される。

0043

旋回リリーフ弁71L、71Rは、管路70R、70L内の作動油の圧力(以下、「旋回油圧回路内圧」とする。)を所定の旋回リリーフ圧以下に制限する弁である。本実施例では、旋回リリーフ弁71L、71Rは、電気的に旋回リリーフ圧を調整可能な電磁式リリーフ弁であり、コントローラ54からの制御指令に応じて旋回リリーフ圧を変更する。但し、旋回リリーフ弁71L、71Rは、バネ等によって旋回リリーフ圧が固定的に設定される機械式リリーフ弁であってもよい。

0044

具体的には、旋回リリーフ弁71Lは、管路70Lの旋回油圧回路内圧がクラッキング圧に達した場合に部分的開状態となり、管路70L内の作動油の、管路73を介した作動油タンク22への流出を開始させる。さらに、旋回リリーフ弁71Lは、管路70Lの旋回油圧回路内圧が旋回リリーフ圧に達した場合に全開状態となり、旋回油圧回路内圧が旋回リリーフ圧を過度に上回らないように管路70L内の作動油を作動油タンク22へ流出させる。同様に、旋回リリーフ弁71Rは、管路70Rの旋回油圧回路内圧がクラッキング圧に達した場合に部分的開状態となり、管路70R内の作動油の、管路73を介した作動油タンク22への流出を開始させる。さらに、旋回リリーフ弁71Rは、管路70Rの旋回油圧回路内圧が旋回リリーフ圧に達した場合に全開状態となり、旋回油圧回路内圧が旋回リリーフ圧を過度に上回らないように管路70R内の作動油を作動油タンク22へ流出させる。

0045

角速度検出装置S7は、上部旋回体3の旋回角速度を検出するセンサであり、検出した値をコントローラ54に対して出力する。

0046

図6は、旋回油圧回路内圧と、旋回リリーフ弁71を通過する作動油の流量(以下、「旋回リリーフ流量」とする。)との関係を示す図である。

0047

図6に示すように、旋回リリーフ流量は、旋回油圧回路内圧がクラッキング圧未満の場合にゼロである。また、旋回リリーフ流量は、旋回油圧回路内圧がクラッキング圧以上旋回リリーフ圧未満の場合には、旋回油圧回路内圧が増大するにつれて比較的緩やかに増加する。また、旋回リリーフ流量は、旋回油圧回路内圧が旋回リリーフ圧以上の場合には、旋回油圧回路内圧が増大するにつれて比較的急激に増加する。

0048

チェック弁72L、72Rは、管路70L、70R内の作動油の圧力が作動油タンク22の作動油の圧力(以下、「タンク圧」とする。)を下回らないようにする弁である。

0049

具体的には、チェック弁72Lは、管路70Lの作動油が作動油タンク22へ流出するのを禁止しながら、管路70Lの旋回油圧回路内圧がタンク圧未満となった場合に開状態となり、作動油タンク22(管路73)の作動油を管路70L内に流入させる。同様に、チェック弁72Rは、管路70Rの作動油が作動油タンク22へ流出するのを禁止しながら、管路70Rの旋回油圧回路内圧がタンク圧未満となった場合に開状態となり、作動油タンク22(管路73)の作動油を管路70R内に流入させる。

0050

メインリリーフ弁83は、油圧システム100内の作動油の圧力を所定のメインリリーフ圧以下に制限する弁である。本実施例では、メインリリーフ弁83は、バネ等によってメインリリーフ圧が固定的に設定される機械式リリーフ弁である。なお、メインリリーフ圧は、旋回リリーフ圧より高くなるように設定される。

0051

コントローラ54は、旋回操作内容と油圧ポンプ10Lのポンプ吐出圧とに基づいて、油圧ポンプ10Lのポンプ流量、及び、旋回リリーフ弁71L、71Rの旋回リリーフ圧を調整することができる。

0052

本実施例では、旋回操作の有無等を含む旋回操作内容は、圧力センサS5、S6の出力に基づいて導き出される。なお、圧力センサS5、S6は、旋回操作レバー82のレバー操作量に対応するパイロット圧を検出するパイロット圧センサである。また、油圧ポンプ10Lのポンプ吐出圧は、吐出圧センサとしての圧力センサS3の出力に基づいて導き出される。

0053

例えば、旋回操作レバー82が右旋回方向に操作され、圧力センサS6が検出するパイロット圧が上昇すると、流量制御弁12Lが左方向に移動させられる。このとき、流量制御弁12Lは、第1ポート12P1を通じて、油圧ポンプ10Lと旋回用油圧モータ44の第1ポート44Lとを連通させ、且つ、第2ポート12P2を通じて、旋回用油圧モータ44の第2ポート44Rと作動油タンク22とを連通させる。また、流量制御弁12Lは、センターバイパス管路30Lを遮断する。油圧ポンプ10Lは、センターバイパス管路30Lの遮断によりネガコン圧がほぼゼロまで減少するため、図3のネガコン制御線図に示すように、そのポンプ流量を最大ポンプ流量まで増大させる。

0054

一方で、旋回用油圧モータ44の駆動に消費される作動油の量(以下、「旋回消費流量」とする。)は、油圧ポンプ10Lの最大ポンプ流量より低いまま、緩やかに増加する。ショベル1の上部旋回体3が大きな慣性モーメントを有するためである。このとき、最大ポンプ流量と旋回消費流量との間の流量差を生じさせる作動油は、旋回リリーフ弁71Lを介して作動油タンク22に排出される。そのため、油圧ポンプ10Lが生成する油圧エネルギの一部は、利用されることがないまま無駄に捨てられてしまう。

0055

そこで、コントローラ54は、この無駄に捨てられてしまう油圧エネルギを最小限に抑えるために、油圧ポンプ10Lのポンプ流量を旋回消費流量に近づける制御(以下、「旋回リリーフカット制御」とする。)を実行する。具体的には、コントローラ54は、旋回操作内容と油圧ポンプ10Lのポンプ吐出圧とに基づいて、油圧ポンプ10Lのポンプ流量、旋回リリーフ弁71L、71Rの旋回リリーフ圧等を調整する。

0056

次に、図7を参照し、コントローラ54が省エネモード開始後の初回のポンプ流量指令値(Q2)に初期値を設定する処理(以下、「初期値設定処理」とする。)の一例について説明する。なお、図7は初期値設定処理の一例の流れを示すフローチャートである。また、省エネモードは、旋回リリーフカット制御を実行した上で、ポンプ流量指令値(Q2)、ネガコン制御流量(Qn)、及び馬力制御流量(Qh)を含む複数のポンプ流量指令値のうちで最も小さい値(ポンプ流量指令値(Q3))に基づいて電流指令(Is)を出力する処理である。

0057

最初に、コントローラ54は、操作内容検出部としてのパイロット圧センサが取得したパイロット圧に基づいて旋回操作が行われたか否かを判定する(ステップST41)。本実施例では、コントローラ54は、旋回操作レバー82が操作された場合に旋回操作が行われたと判定する。旋回操作が行われたと判定するまで(ステップST41のNO)、コントローラ54はこの判定を繰り返す。

0058

そして、旋回操作が行われたと判定した場合(ステップST41のYES)、コントローラ54は、旋回操作開始後の経過時間の計測を開始する(ステップST42)。

0059

その後、コントローラ54は、旋回圧力が閾値TH1以上となったか否かを判定する(ステップST43)。旋回圧力が閾値TH1以上となったと判定するまで(ステップST43のNO)、コントローラ54はこの判定を繰り返す。

0060

そして、旋回圧力が閾値TH1以上となったと判定した場合(ステップST43のYES)、コントローラ54は、旋回操作開始後の経過時間の計測を停止する(ステップST44)。

0061

その後、コントローラ54は、旋回操作が開始されてから旋回圧力が閾値TH1以上となるまでの経過時間(計測時間)に基づいてポンプ流量指令値(Q2)の初期値(Q2a)を決定する(ステップST45)。なお、この計測時間は、旋回用油圧モータ44の吸い込み側の作動油の圧力である旋回圧力を閾値TH1まで増大させるのに要する時間であり、以下、「加圧時間」と称する。この「加圧時間」に基づいて油圧ポンプ10Lを「低速回転時の省エネモード」で駆動するか「高速回転時の省エネモード」で駆動するかを決定する。

0062

この決定方法は、ポンプ流量指令値(Q2)の初期値(Q2a)が低速回転時の省エネモード又は高速回転時の省エネモード開始時の旋回消費流量に相当するという前提に基づく。

0063

具体的には、旋回消費流量QswPCは、以下の連続の方程式(1)に示すように、旋回用油圧モータ44を回転させるための回転用流量Vsw・ωswと、旋回用油圧モータ44を能動的に回転駆動できる状態まで旋回圧力を増大させるための加圧用流量Csw・p'swとの合計として表される。なお、Vswは旋回用油圧モータ44の1回転当たりの押し退け容積を表し、ωswは旋回用油圧モータ44の回転角速度(旋回角速度)を表す。Vswは旋回用油圧モータ44に特有固定値であり、ωswは旋回用回転数検出センサにより検出される検出値であってもよい。また、Cswは流量係数(固定値)を表し、p'swは旋回圧力pswの微分値(変化)を表す。また、能動的な回転は旋回用油圧モータ44の惰性回転でない回転を意味する。また、惰性回転は旋回操作レバー82が中立位置にある状態で旋回用油圧モータ44が回転している状態を意味する。

0064

また、低速回転時の省エネモード又は高速回転時の省エネモードが開始された後、すなわち、ポンプ吐出圧が閾値TH1に達した後は、ポンプ吐出圧が目標ポンプ吐出圧に制御されるため、旋回圧力は変化しない。そのため、加圧用流量Csw・p'swはゼロとなり、旋回消費流量QswPCは回転用流量Vsw・ωswのみで表される。目標ポンプ吐出圧(Ptgt)は、旋回リリーフ弁71のクラッキング圧(Pc)以上で且つ旋回リリーフ弁71の旋回リリーフ圧(Pr)未満の値であり、NVRAM等に予め記憶されている。本実施例では、目標ポンプ吐出圧(Ptgt)は、クラッキング圧と旋回リリーフ圧との中間値である。

0065

また、低速回転時の省エネモード又は高速回転時の省エネモードが開始されるまで、すなわち、ポンプ吐出圧が閾値TH1に達するまでは、油圧ポンプ10Lは旋回用油圧モータ44を能動的に回転駆動できない。そのため、旋回角速度ωswがゼロであれば、回転用流量Vsw・ωswはゼロとなり、旋回消費流量QswPCは加圧用流量Csw・p'swのみで表される。但し、惰性回転により旋回角速度ωswがゼロでなければ、回転用流量Vsw・ωswはゼロとならず、旋回用油圧モータ44を能動的に回転駆動できる状態になる前であっても、旋回消費流量QswPCは、旋回用油圧モータ44を惰性回転させるための惰性回転用流量Vsw・ωswと加圧用流量Csw・p'swとの合計で表される。

0066

そのため、コントローラ54は、省エネモード開始時の旋回角速度ωswがゼロであれば、加圧用流量Csw・p'swを低速回転時の省エネモード開始時の旋回消費流量とすることができる。そして、省エネモード開始時の加圧用流量Csw・p'swは上述の通りゼロであるため、コントローラ54は、低速回転時の省エネモード開始時の旋回消費流量をゼロとすることができる。

0067

また、省エネモード開始時の旋回角速度ωswがゼロでない場合は、惰性回転用流量Vsw・ωswと加圧用流量Csw・p'sw(ゼロ)との合計を高速回転時の省エネモード開始時の旋回消費流量とすることができる。そして、省エネモード開始時の加圧用流量Csw・p'swは上述の通りゼロであるため、コントローラ54は、惰性回転用流量Vsw・ωswを高速回転時の省エネモード開始時の旋回消費流量とすることができる。

0068

以上の関係から、コントローラ54は、高速回転時の省エネモードにおいて、高速回転時の省エネモード開始時(図8時刻t5参照。)の惰性回転用流量Vsw・ωswを取得できれば高速回転時の省エネモード開始時の旋回消費流量QswPCを導き出すことができ、その旋回消費流量QswPCをポンプ流量指令値(Q2)の初期値(Q2a)として設定できる。

0069

そこで、コントローラ54は、例えば、加圧時間と惰性回転用流量との対応関係を表す対応テーブルを参照し、加圧時間から惰性回転用流量を導き出す。対応テーブルは、ROM等に予め記憶される参照用テーブルであり、加圧時間と惰性回転用流量との対応関係は実験値に基づいて決定されている。なお、惰性回転用流量は、通常、加圧時間に対して比例の関係にあり、加圧時間が大きいほど大きい。

0070

或いは、コントローラ54は、反復旋回操作における旋回操作の反復回数と惰性回転用流量との対応関係を表す対応テーブルを参照し、何回目の旋回操作であるかを表す反復回数から惰性回転用流量を導き出してもよい。なお、惰性回転用流量は、通常、反復回数に対して比例の関係にあり、反復回数が大きいほど大きい。

0071

このようにして、コントローラ54は、旋回操作が開始されてから旋回圧力が閾値TH1以上となるまでの経過時間(加圧時間)、旋回操作の反復回数等の旋回状態に応じ、低速回転時の省エネモード又は高速回転時の省エネモード開始時の旋回消費流量を導き出す。そして、その旋回消費流量をポンプ流量指令値(Q2)の初期値(Q2a)として設定する。

0072

次に、図8を参照し、旋回加速時の旋回圧力とポンプ流量指令値(Q3)の時間的推移について説明する。なお、図8中の実線は初期値設定処理が実行される場合の推移を表し、点線は高速回転時の省エネモード開始時のポンプ流量指令値(Q2)の初期値(Q2a)を最小値(Q2min)に固定した場合の推移を表す。最小値(Q2min)は予め設定された値であり、回転中の旋回用油圧モータ44へ供給すべき最低限の流量である。また、図8中の一点鎖線は、旋回リリーフカット制御を実行しない場合の推移を表す。

0073

図8に示すように、時刻t1において旋回操作レバー82の操作が開始されると、ポンプ流量指令値(Q3)はネガコン制御流量が選択されてネガコン制御流量(Qn)となる。また、旋回圧力はポンプ流量の増大に伴って増大する。なお、本実施例では、圧力取得装置としての圧力センサS3が検出するポンプ吐出圧を旋回圧力として取得する。但し、圧力取得装置は旋回圧力を直接的に検出する圧力センサであってもよい。

0074

その後、時刻t2において、旋回圧力(ポンプ吐出圧)が目標圧(目標ポンプ吐出圧(Ptgt))としての閾値TH1に達すると、コントローラ54は、低速回転時の省エネモードを開始させる。この時点では旋回用油圧モータ44は未だ回転を開始していないため省エネモード開始時の旋回消費流量はゼロである。そのため、ポンプ流量指令値(Q2)は、初期値(Q2min)にリセットされた後、時刻t3において旋回操作レバー82が戻されることで操作が中断されるまで旋回リリーフカット制御の下で徐々に増大する。初期値(Q2min)は、例えば、参照テーブルに記憶されている。また、ポンプ流量指令値(Q2)に基づいて設定されてもよい。また、旋回圧力(ポンプ吐出圧)は、時刻t3において旋回操作レバー82の操作が中断されるまで目標圧(目標ポンプ吐出圧(Ptgt))のまま維持される。また、時刻t3において旋回操作レバー82の操作が中断されると、コントローラ54は、低速回転時の省エネモードを終了させる。

0075

その後、時刻t4において旋回操作レバー82の操作が再開されると、ポンプ流量指令値(Q3)はネガコン制御流量が選択されて再びネガコン制御流量(Qn)となる。また、旋回圧力(ポンプ吐出圧)もポンプ流量の増大に伴って増大する。

0076

その後、時刻t5において、旋回圧力(ポンプ吐出圧)が目標圧(目標ポンプ吐出圧(Ptgt))としての閾値TH1に達すると、コントローラ54は、高速回転時の省エネモードを開始させる。今回(2回目)の旋回操作では、1回目の旋回操作の場合と異なり、旋回用油圧モータ44は惰性回転中であるため、旋回圧力が閾値TH1以上となった時点の旋回消費流量はゼロではなく惰性回転用流量となる。そこで、コントローラ54は、対応テーブルを参照して計測時間(加圧時間D1)に対応する惰性回転用流量(Q2a)を導き出し、その惰性回転用流量(Q2a)でポンプ流量指令値(Q2)をリセットする。そのため、ポンプ流量指令値(Q2)は、その惰性回転用流量(Q2a)にリセットされた後、旋回操作レバー82の操作が中断或いは中止されるまで旋回リリーフカット制御の下で徐々に増大する。また、旋回圧力(ポンプ吐出圧)は、旋回操作レバー82の操作が中断或いは中止されるまで目標圧(目標ポンプ吐出圧(Ptgt))のまま維持される。なお、惰性回転用流量(Q2a)は加圧時間D1に対して比例の関係にあり、加圧時間D1が大きいほど大きい。また、加圧時間D1は、通常、旋回操作レバー82の操作を再開させたときの旋回角速度(惰性回転用流量)が大きいほど大きい。

0077

また、図8の点線で示すように、2回目の旋回操作に関する旋回圧力が閾値TH1以上となった時点でポンプ流量指令値(Q2)が初期値(Q2min)にリセットされると、ポンプ流量指令値(Q2)は、省エネモード開始時の実際の旋回消費流量よりも低い値となってしまう。この指令値実測値との乖離に起因し、旋回圧力(ポンプ吐出圧)は、目標圧(目標ポンプ吐出圧(Ptgt))を挟んで振動し、ポンプ流量指令値(Q2)もそれに連動して振動(ハンチング)する。

0078

このように、反復旋回操作の2回目以降の旋回操作のそれぞれに関する旋回圧力が閾値TH1以上となった時点でポンプ流量指令値(Q2)の初期値を旋回消費流量に合わせることはポンプ流量指令値(Q2)のハンチングを防止する上で有効である。

0079

以上の構成により、コントローラ54は、旋回操作が開始されてから旋回圧力が閾値TH1以上となるまでの経過時間(加圧時間)に基づいて高速回転時の省エネモード開始時の旋回消費流量を導き出す。そして、その旋回消費流量をポンプ流量指令値(Q2)の初期値(Q2a)として設定する。そのため、コントローラ54は、反復旋回操作が行われた場合であっても、複数の旋回操作のそれぞれに対応する高速回転時の省エネモード開始時のポンプ流量指令値(Q2)を実際の旋回消費流量に合わせることができる。その結果、旋回リリーフカット制御中における旋回圧力(ポンプ吐出圧)の目標圧(目標ポンプ吐出圧)を挟んだ振動、及び、ポンプ流量指令値(Q2)の振動(ハンチング)を防止できる。

0080

次に、図9を参照し、初期値設定処理の別の一例について説明する。この例では、旋回用の回転数検出センサを用いずに、高速回転時の省エネモードを開始させるときの旋回消費流量を算出する。なお、図9は初期値設定処理の別の一例の流れを示すフローチャートである。また、図9のフローは、ステップST42、ST44、ST45の代わりにステップST42A、ST44A、ST45Aを実行する点で図7のフローと相違するがその他の部分で共通する。そのため、共通部分の説明を省略し、相違部分を詳細に説明する。

0081

図9のフローでは、旋回操作が行われたと判定した場合(ステップST41のYES)、コントローラ54は、旋回操作開始後の経過時間の計測を開始し、且つ、圧力センサS3が検出するポンプ吐出圧を旋回操作開始時圧力として記憶する(ステップST42A)。なお、コントローラ54は、旋回圧力を直接的に検出できる場合には、このときの旋回圧力を旋回操作開始時圧力として記憶してもよい。

0082

その後、コントローラ54は、旋回圧力が閾値TH1以上となったか否かを判定する(ステップST43)。旋回圧力が閾値TH1以上となったと判定するまで(ステップST43のNO)、コントローラ54はこの判定を繰り返す。

0083

そして、旋回圧力が閾値TH1以上となったと判定した場合(ステップST43のYES)、コントローラ54は、旋回操作開始後の経過時間の計測を停止し、且つ、このときのポンプ吐出圧を省エネモード開始時圧力として記憶する(ステップST44A)。なお、コントローラ54は、旋回操作開始時圧力のときと同様、このときの旋回圧力を省エネモード開始時圧力として記憶してもよい。

0084

その後、コントローラ54は、省エネモード開始時圧力と旋回操作開始時圧力の差(以下、「旋回圧力差」とする。)と、計測時間(加圧時間)とに基づいてポンプ流量指令値(Q2)の初期値(Q2a)を決定する(ステップST45A)。コントローラ54は、閾値TH1以上になるまでの経過時間が所定の時間よりも長いと、旋回用油圧モータ44が高速回転状態であると判断し、低速回転時の省エネモードではなく、高速回転時の省エネモードの流量指令を出力する。

0085

具体的には、コントローラ54は、式(1)における省エネモード開始時の旋回消費流量QswPCを省エネモード開始直前のポンプ流量指令値QP(前回のポンプ流量指令値(Q3))で代用する。また、コントローラ54は、式(1)における惰性回転用流量Vsw・ωswをポンプ流量Vd・ωEで代用する。また、旋回圧力差ΔPを加圧時間Δtで除した値は式(1)における旋回圧力pswの変化p'swに相当する。したがって、式(1)は以下の式(2)で置き換えられる。なお、Vdは油圧ポンプ10Lの押し退け容積を表し、ωEはエンジン回転数を表す。

0086

そして、コントローラ54は、固定値としてのエンジン回転数ωE及び流量係数Csw、前回のポンプ流量指令値(Q3)であるポンプ流量指令値QP、並びに、現に取得した旋回圧力差ΔP及び加圧時間Δtを用いて押し退け容積Vdを算出する。そして、コントローラ54は、算出した押し退け容積Vdにエンジン回転数ωEを乗じた値を省エネモード開始時の旋回消費流量として導き出し、その旋回消費流量をポンプ流量指令値(Q2)の初期値(Q2a)として設定する。

0087

以上の構成により、コントローラ54は、旋回操作が開始されてから旋回圧力が閾値TH1以上となるまでの経過時間(加圧時間)とその間の旋回圧力差とに基づいて高速回転時の省エネモード開始時の旋回消費流量を導き出す。そして、その旋回消費流量をポンプ流量指令値(Q2)の初期値(Q2a)として設定する。そのため、コントローラ54は、図7の初期値設置処理を実行する場合と同様、反復旋回操作が行われた場合であっても、複数の旋回操作のそれぞれに対応する高速回転時の省エネモード開始時のポンプ流量指令値(Q2)を実際の旋回消費流量に合わせることができる。その結果、旋回リリーフカット制御中における旋回圧力(ポンプ吐出圧)の目標圧(目標ポンプ吐出圧)を挟んだ振動、及び、ポンプ流量指令値(Q2)の振動(ハンチング)を防止できる。

0088

また、コントローラ54は、旋回角速度ωswを検出する角速度検出装置S7の出力に基づいてポンプ流量指令値(Q2)の初期値(Q2a)を決定してもよい。具体的には、コントローラ54は、検出した旋回角速度ωswとROM等に予め記憶された旋回用油圧モータ44の1回転当たりの押し退け容積Vswとに基づいて高速回転時の省エネモード開始時の惰性回転用流量Vsw・ωswを導き出す。そして、コントローラ54は、その惰性回転用流量Vsw・ωswから高速回転時の省エネモード開始時の旋回消費流量QswPCを導き出し、その旋回消費流量QswPCをポンプ流量指令値(Q2)の初期値(Q2a)として設定する。

0089

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

0090

例えば、上述の実施例において、油圧システム100は、ネガコン制御を実行しながら、旋回リリーフカット制御により油圧ポンプ10Lの吐出量を旋回消費流量に近づけてリリーフ流量を抑制する。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、油圧システム100は、ネガコン制御の代わりに、ポジティブコントロール制御、ロードセンシング制御等を実行してもよい。

0091

また、上述の実施例において、油圧システム100は、旋回操作時に旋回リリーフ弁71の旋回リリーフ流量がほぼ一定となるように旋回リリーフカット制御を実行する。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、油圧システム100は、旋回用油圧モータ44以外の他の油圧アクチュエータの操作時に、その油圧アクチュエータとその油圧アクチュエータに対応する流量制御弁との間に設置されるリリーフ弁のリリーフ流量がほぼ一定となるようにリリーフカット制御を実行してもよい。

0092

1・・・ショベル2・・・下部走行体3・・・上部旋回体4・・・ブーム5・・・アーム6・・・バケット7・・・ブームシリンダ8・・・アームシリンダ9・・・バケットシリンダ10L、10R・・・油圧ポンプ11L、12L、12R、13L、13R、14、15L、15R・・・流量制御弁20L、20R・・・ネガコン絞り22・・・作動油タンク30L、30R・・・センターバイパス管路40L、40R・・・ポンプレギュレータ41L、41R・・・傾転アクチュエータ42L、42R・・・走行用油圧モータ44・・・旋回用油圧モータ52・・・コントロールポンプ54・・・コントローラ55L、55R・・・電磁弁60L、60R・・・スプール弁機構61L、61R・・・吐出量制御部 80・・・メカニカルブレーキ81・・・減速機82・・・旋回操作レバー83・・・メインリリーフ弁70、73・・・管路71・・・旋回リリーフ弁72・・・チェック弁100・・・油圧システム200・・・旋回油圧回路S1〜S6・・・圧力センサS7・・・角速度検出装置

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