JP4973087B2

JP4973087B2 - 油圧式作業機械の制御装置

Info

Publication number: JP4973087B2
Application number: JP2006255788A
Authority: JP
Inventors: 直紀菅野
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2026-09-21
Also published as: JP2008075753A

Description

本発明は油圧ショベル等の油圧式作業機械、それも油のエネルギーを回生してエンジンをアシストする方式をとる機械の制御装置に関するものである。

油圧ショベルを例にとって背景技術を説明する。

油圧ショベルは、図５に示すようにクローラ式の下部走行体１上に上部旋回体２が垂直軸Ｘまわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体２に掘削アタッチメント３が装着されて構成される。

掘削アタッチメント３は、起伏自在なブーム４と、このブーム４の先端に取付けられたアーム５と、このアーム５の先端に取付けられたバケット６、それにこれらを作動させるブーム、アーム、バケット各シリンダ（油圧シリンダ）７,８,９によって構成される。

また、上部旋回体２は、図示しない旋回モータ（油圧モータ）によって旋回駆動される。

この油圧ショベルにおいて、たとえばブームシリンダ７には、アタッチメント自重等によって常にブーム下げ方向の荷重が作用することから、同シリンダ７の伸び側（ブーム上げ側）には常に圧力が作用し、ここから排出される油は一定のエネルギーを持っている。また、旋回モータには、旋回動作時の慣性によるエネルギーが働く。

このような油圧アクチュエータが持つエネルギーを有効利用する手段として、特許文献１に示されているように、エンジンに回生モータを接続し、油圧アクチュエータから排出される油でこの回生モータを回転させてエンジンをアシストする技術が公知となっている。
特開２００３−１２０６１６号公報

油圧ショベルにおいては、油圧アクチュエータの急操作等によってアクチュエータ回路に圧力振動が発生する場合がある。

この圧力振動は、上記のような回生方式をとる油圧ショベルにも発生するが、公知の技術ではこの圧力振動に対して無策であるため、振動が長時間持続し、操作性が悪化するという問題があった。

そこで本発明は、回生方式をとる油圧式作業機械において、圧力振動を効果的に抑制することができる油圧式作業機械の制御装置を提供するものである。

請求項１の発明は、エンジンによって駆動される油圧ポンプの吐出油を、操作手段によって操作されるコントロールバルブを介して油圧アクチュエータに供給し、かつ、上記エンジンに接続された可変容量型の回生モータを、上記油圧アクチュエータから排出される油で駆動することにより、油のエネルギーをエンジンアシスト力として回生するように構成された油圧式作業機械の制御装置において、上記操作手段の操作量を検出する操作量検出手段と、上記回生モータの上流側の圧力を検出する圧力検出手段と、上記操作量検出手段によって検出された操作量及び上記圧力検出手段によって検出された圧力が入力される制御手段を具備し、上記制御手段は、上記操作手段の操作量に応じた上記油圧アクチュエータの排出油の目標流量から上記回生モータの目標容量の基準値を求め、かつ、上記圧力検出手段によって検出される圧力に応じて、圧力上昇時に上記モータ容量を増加させる方向で上記目標容量の最終値を求め、上記最終値に基づいて上記回生モータの容量を制御する制振制御を行うように構成されたものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体にブームを備えた掘削アタッチメントが設けられ、上記ブームを起伏させるブームシリンダの油圧回路について上記制振制御を行うように構成されたものである。

請求項３の発明は、請求項２の構成において、上記制御手段は、上記圧力検出手段によって検出される圧力から定常成分である上記ブームシリンダの保持圧を除去して振動成分のみを取り出し、上記振動成分にゲインを乗じた値を上記目標容量の基準値に加算して上記最終値を求めるように構成されたものである。

請求項４の発明は、請求項１の構成において、下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体に掘削アタッチメントが設けられ、上記上部旋回体を旋回駆動する旋回モータの油圧回路について上記制振制御が行われるように構成されたものである。

本発明によると、操作量に応じて回生モータの目標容量を制御する構成を前提として、油圧アクチュエータ回路（請求項２，３ではブームシリンダ回路、請求項４では旋回モータ回路）の圧力振動に対して、圧力上昇時にモータ容量を増加させる方向でモータ目標容量の最終値を求め、この最終値に基づいて回生モータの容量を制御するように構成したから、アクチュエータからの排出油量を、圧力上昇に対しては増加させ、圧力低下に対して減少させることによって圧力振動を速やかに減衰させることができる。

しかも、回生モータを利用して制振制御を行うため、制振のための油圧機器や回路を追加する必要がなく、回路構成が簡単で低コストですむ上に確実な制振効果を得ることができる。

ここで、ブームシリンダのように常に一方向の圧力（定常圧力。ブームシリンダの場合は保持圧）が作用する油圧アクチュエータの場合、検出される圧力は、上記定常圧力に振動による圧力（振動成分）を加えたものとなる。

この点、請求項３の発明によると、検出される圧力のうち振動成分を加味したフィードバック制御を行うため、振動状況に応じたより正確な制振制御が可能となり、制振効果を高めることができる。

本発明の実施形態を図１〜図４によって説明する。

実施形態では油圧ショベルのブームシリンダ回路に適用した場合を例にとっている。

図１に示すように、エンジン１１によって駆動される油圧ポンプ１２からの吐出油が、リモコン弁（操作手段）１３によって操作されるコントロールバルブ１４を介してブームシリンダ７に供給されるように構成されている。

また、エンジン１１に可変容量型の回生モータ１５が接続され、ブームシリンダ７のブーム下げ側（縮小側）の動作時に、ブーム上げ側油室７ａから排出される油が、ブーム上げ側管路１６から分岐された回生ライン１７経由で回生モータ１５に導入されて同モータ１５が回転する。

すなわち、ブームシリンダ７から排出される油で回生モータ１５を駆動することにより、油のエネルギーをエンジンアシスト力として回生するように構成されている。

また、回生モータ１５には電磁比例式のバイパス弁１８がパラレルに接続され、このバイパス弁１８により、ブームシリンダ７から排出される油のうち回生モータ１５をバイパスしてタンクＴに戻る油量が制御される。

１９はこの回生モータ１５の容量及びバイパス弁１８の開度を制御するコントローラである。

一方、センサとして、回生ライン１７の圧力を検出する圧力検出手段としての圧力センサ２０と、ブーム下げ操作時にリモコン弁１３からコントロールバルブ１４に送られるパイロット圧（リモコン弁操作量）を検出するパイロット圧センサ２１とが設けられている。

この両センサ２０,２１で検出された圧力はコントローラ１９に送られ、この圧力に基づいて回生モータ１５の容量が次のように制御される。

図２はリモコン弁１３の操作量と、これに応じたコントロールバルブ１４の作動によって決まる目標流量との関係を示す。

コントローラ１９は、リモコン弁１３のブーム下げ側の操作時にこの関係に基づいてブームシリンダ７のブーム上げ側油室７ａから排出される油の目標流量を計算し、この目標流量から回生モータ１５の目標容量の基準値を次式によって求める。

ｑrｅf＝Ｑrｅf／ω
ωは図示しないエンジン回転数センサ等で検出されるエンジン回転数、Ｑrｅfは排出油の目標流量、ｑrｅfは回生モータ１５の目標容量である。

ブームシリンダ７のブーム上げ側油室７ａには、図５の掘削アタッチメント３の自重等によって常に一定の圧力（保持圧）が作用しており、リモコン弁１３の急操作等によって圧力振動が発生した場合、保持圧プラス振動分の圧力が回生モータ１５の上流側（回生ライン１７）に作用する。

そこで、コントローラ１９は、図３に示すように、回生ライン１７に作用する圧力（検出圧力）からバイパスフィルタ等により定常成分である保持圧を除去して振動成分のみを取り出し、これにゲインを乗じた値を目標容量の基準値に加算して目標容量の最終値を求め、この最終値に基づいてモータ容量を制御する。

具体的には、圧力上昇に対してモータ容量を増加させて排出油量を増やし、圧力降下に対してはモータ容量を減少させて排出油量を減らす。

このようなモータ容量のフィードバック制御を行うことにより、発生した圧力振動を速やかに減衰させることができる。

図４はこの制振効果を示す。図中、破線イは無制御の場合の圧力状況、実線ロは実施形態による制御を行った場合の圧力状況を示し、無制御では図示のように圧力が振動的な波形のまま長時間収束しないのに対し、本制御を行うことによって圧力が滑らかに変化する。このため、ブームシリンダ７の振動を防止し、操作性を向上させることができる。

しかも、回生モータ１５を利用して制振制御を行うため、制振のための油圧機器や回路を追加する必要がなく、回路構成が簡単で低コストですむ上に確実な制振効果を得ることができる。

加えて、上記のように検出される圧力のうち振動成分のみに基づいたフィードバック制御を行うため、振動状況に応じたより正確な制振制御が可能となり、制振効果を高めることができる。

他の実施形態
上記実施形態では、図５のブーム４の位置エネルギーを回生するブームシリンダ回路に適用した場合を例にとったが、本発明は旋回時の慣性エネルギーを回生する旋回モータ回路にも適用することができる。

この場合、旋回モータの両側管路について回生作用が行われ、かつ、制振制御が行われように構成される。

本発明の実施形態を示すブームシリンダ回路の構成図である。同実施形態におけるリモコン弁操作量と目標流量の関係を示す図である。同実施形態の動作説明図である。同実施形態による制振効果を示す図である。本発明の適用対象である油圧ショベルの概略側面図である。

７油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ
１１エンジン
１２油圧ポンプ
１３操作手段としてのリモコン弁
１４コントロールバルブ
１５回生モータ
１６ブームシリンダのブーム上げ側管路
１７回生ライン
１９制御手段としてのコントローラ
２０回生モータの上流側圧力を検出する圧力検出手段としての圧力センサ
２１リモコン弁操作量を検出するパイロット圧センサ

Claims

エンジンによって駆動される油圧ポンプの吐出油を、操作手段によって操作されるコントロールバルブを介して油圧アクチュエータに供給し、かつ、上記エンジンに接続された可変容量型の回生モータを、上記油圧アクチュエータから排出される油で駆動することにより、油のエネルギーをエンジンアシスト力として回生するように構成された油圧式作業機械の制御装置において、上記操作手段の操作量を検出する操作量検出手段と、上記回生モータの上流側の圧力を検出する圧力検出手段と、上記操作量検出手段によって検出された操作量及び上記圧力検出手段によって検出された圧力が入力される制御手段を具備し、上記制御手段は、上記操作手段の操作量に応じた上記油圧アクチュエータの排出油の目標流量から上記回生モータの目標容量の基準値を求め、かつ、上記圧力検出手段によって検出される圧力に応じて、圧力上昇時に上記モータ容量を増加させる方向で上記目標容量の最終値を求め、上記最終値に基づいて上記回生モータの容量を制御する制振制御を行うように構成されたことを特徴とする油圧式作業機械の制御装置。
下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体にブームを備えた掘削アタッチメントが設けられ、上記ブームを起伏させるブームシリンダの油圧回路について上記制振制御を行うように構成されたことを特徴とする請求項１記載の油圧式作業機械の制御装置。
上記制御手段は、上記圧力検出手段によって検出される圧力から定常成分である上記ブームシリンダの保持圧を除去して振動成分のみを取り出し、上記振動成分にゲインを乗じた値を上記目標容量の基準値に加算して上記最終値を求めるように構成されたことを特徴とする請求項２記載の油圧式作業機械の制御装置。
下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体に掘削アタッチメントが設けられ、上記上部旋回体を旋回駆動する旋回モータの油圧回路について上記制振制御が行われるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の油圧式作業機械の制御装置。