特許ウォッチ

公開番号2025145145
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-03
出願番号2024045175
出願日2024-03-21
発明の名称作業機械
出願人日立建機株式会社
代理人弁理士法人開知
主分類F15B 11/02 20060101AFI20250926BHJP(流体圧アクチュエータ;水力学または空気力学一般)
要約【課題】アキュムレータと油圧ポンプによる油圧アクチュエータへの作動油の供給分担が変わるときに、油圧アクチュエータへの作動油の供給流量の連続性を確保可能な作業機械を提供する。
【解決手段】作業機械のコントローラは、アキュムレータの供給流量によって油圧アクチュエータの要求流量を賄える場合には、油圧ポンプの容積を最小容積に制御するとともに原動機の回転速度を最小回転速度に制御し、アキュムレータの圧力と、油圧アクチュエータの圧力と、油圧アクチュエータの要求流量とに基づいて、アキュムレータ制御弁を制御し、アキュムレータの供給流量によって油圧アクチュエータの要求流量を賄えない場合には、アキュムレータ制御弁の開口面積を最大開口面積に制御し、かつ、アキュムレータの供給流量と油圧ポンプの供給流量の合計が油圧アクチュエータの要求流量となるように、油圧ポンプの容積及び原動機の回転速度を制御する。
【選択図】図5A
特許請求の範囲【請求項１】
原動機と、
前記原動機により駆動され、作動油を吐出する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから供給される作動油により駆動される油圧アクチュエータと、
前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される作動油の流れを制御するアクチュエータ制御弁と、
前記油圧アクチュエータからの戻り油を蓄えるアキュムレータと、
前記アキュムレータから前記油圧アクチュエータに供給される作動油の流量を制御するアキュムレータ制御弁と、
前記アキュムレータの圧力を検出するアキュムレータ圧センサと、
前記油圧アクチュエータの圧力を検出するアクチュエータ圧センサと、
前記油圧アクチュエータを操作する操作装置と、
前記操作装置の操作量を検出する操作量センサと、
前記油圧ポンプ、前記アクチュエータ制御弁、前記アキュムレータ制御弁、及び前記原動機を制御するコントローラと、を備えた作業機械において、
前記コントローラは、
前記操作量センサにより検出された操作量に基づいて、前記油圧アクチュエータの要求流量を演算し、
前記アキュムレータ圧センサにより検出された前記アキュムレータの圧力と、前記アクチュエータ圧センサにより検出された前記油圧アクチュエータの圧力とに基づいて、前記アキュムレータの供給流量を演算し、
前記アキュムレータの供給流量によって前記油圧アクチュエータの要求流量を賄うことができるか否かを判定し、
前記アキュムレータの供給流量によって前記油圧アクチュエータの要求流量を賄うことができると判定された場合には、前記油圧ポンプの容積を最小容積に制御するとともに前記原動機の回転速度を最小回転速度に制御し、前記アキュムレータ圧センサにより検出された前記アキュムレータの圧力と、前記アクチュエータ圧センサにより検出された前記油圧アクチュエータの圧力と、前記油圧アクチュエータの要求流量とに基づいて、前記アキュムレータ制御弁を制御し、
前記アキュムレータの供給流量によって前記油圧アクチュエータの要求流量を賄うことができないと判定された場合には、前記アキュムレータ制御弁の開口面積を最大開口面積に制御し、かつ、前記アキュムレータの供給流量と前記油圧ポンプの供給流量の合計が前記油圧アクチュエータの要求流量となるように、前記油圧ポンプの容積及び前記原動機の回転速度を制御する、
ことを特徴とする作業機械。
続きを表示（約 3,100 文字）【請求項２】
請求項１に記載の作業機械において、
前記油圧ポンプの吐出圧を検出するポンプ圧センサを備え、
前記コントローラは、
前記アキュムレータの供給流量によって前記油圧アクチュエータの要求流量を賄うことができないと判定された場合には、前記原動機の回転速度を最小回転速度に維持した状態で、前記油圧アクチュエータの要求流量を前記アキュムレータの供給流量と前記油圧ポンプの供給流量で賄うことができるか否かを判定し、
前記原動機の回転速度を最小回転速度に維持した状態で、前記油圧アクチュエータの要求流量を前記アキュムレータの供給流量と前記油圧ポンプの供給流量で賄うことができると判定された場合には、前記ポンプ圧センサにより検出された前記油圧ポンプの吐出圧に基づいて、前記原動機の回転速度を最小回転速度に維持した状態で前記油圧アクチュエータの要求流量の作動油を吐出させる場合の前記油圧ポンプのトルクを演算し、演算した前記油圧ポンプのトルクが許容トルクよりも大きいか否かを判定し、
前記油圧ポンプのトルクが前記許容トルクよりも小さいと判定された場合には、前記原動機の回転速度を最小回転速度に制御し、かつ、前記アキュムレータの供給流量と前記油圧ポンプの供給流量の合計が前記油圧アクチュエータの要求流量となるように、前記油圧ポンプの容積を制御し、
前記油圧ポンプのトルクが前記許容トルクよりも大きいと判定された場合には、前記油圧ポンプの容積を前記油圧ポンプのトルクが前記許容トルクを超えない範囲での上限値に制御し、かつ、前記アキュムレータの供給流量と前記油圧ポンプの供給流量の合計が前記油圧アクチュエータの要求流量となるように、前記原動機の回転速度を制御する、
ことを特徴とする作業機械。
【請求項３】
請求項２に記載の作業機械において、
前記コントローラは、
前記ポンプ圧センサにより検出された前記油圧ポンプの吐出圧に基づいて、前記油圧ポンプの容積を最大容積とした場合の前記油圧ポンプのトルクである最大ポンプトルクを演算し、
前記原動機の回転速度を最小回転速度に維持した状態で、前記油圧アクチュエータの要求流量を前記アキュムレータの供給流量と前記油圧ポンプの供給流量で賄うことができないと判定された場合には、前記最大ポンプトルクが許容トルクよりも大きいか否かを判定し、
前記最大ポンプトルクが前記許容トルクよりも小さいと判定された場合には、前記油圧ポンプの容積を最大容積に制御し、かつ、前記アキュムレータの供給流量と前記油圧ポンプの供給流量の合計が前記油圧アクチュエータの要求流量となるように、前記原動機の回転速度を制御し、
前記最大ポンプトルクが前記許容トルクよりも大きいと判定された場合には、前記油圧ポンプの容積を前記油圧ポンプのトルクが前記許容トルクを超えない範囲での上限値に制御し、かつ、前記アキュムレータの供給流量と前記油圧ポンプの供給流量の合計が前記油圧アクチュエータの要求流量となるように、前記原動機の回転速度を制御する、
ことを特徴とする作業機械。
【請求項４】
請求項３に記載の作業機械において、
前記コントローラには、前記原動機の回転速度の変化に応じて変化する前記許容トルクの特性が記憶され、
前記コントローラは、
前記アキュムレータ圧センサにより検出された前記アキュムレータの圧力と、前記アクチュエータ圧センサにより検出された前記油圧アクチュエータの圧力とに基づいて、前記アキュムレータ制御弁の開口面積を最大開口面積とした場合の前記アキュムレータの供給流量を演算し、
前記油圧アクチュエータの要求流量から前記アキュムレータの供給流量を減算して前記油圧ポンプの要求流量を演算し、
前記許容トルクの特性と、前記ポンプ圧センサにより検出された前記油圧ポンプの吐出圧と、前記油圧ポンプの要求流量とに基づいて、前記油圧ポンプのトルクが前記許容トルクの範囲内で前記油圧ポンプの要求流量を満足する前記原動機の回転速度の速度下限値及び前記油圧ポンプの容積の容積上限値を演算し、
前記最大ポンプトルクが前記許容トルクよりも大きいと判定された場合には、前記原動機の回転速度が前記速度下限値となり、かつ、前記油圧ポンプの容積が前記容積上限値となるように、前記原動機の回転速度と前記油圧ポンプの容積を制御する、
ことを特徴とする作業機械。
【請求項５】
請求項４に記載の作業機械において、
前記許容トルクの特性は、前記原動機の回転速度と前記許容トルクとの関係を表す許容トルク特性線であり、
前記コントローラは、
前記ポンプ圧センサにより検出された前記油圧ポンプの吐出圧を一定とした場合の前記油圧ポンプのトルクと前記油圧ポンプの容積との関係と、前記油圧ポンプの供給流量を前記油圧ポンプの要求流量とした場合の前記原動機の回転速度と前記油圧ポンプの容積との関係と、に基づいて、前記原動機の回転速度と前記油圧ポンプのトルクとの関係を表すポンプトルク特性線を演算し、
前記許容トルク特性線と前記ポンプトルク特性線との交点の情報に基づいて、前記速度下限値及び前記容積上限値を演算する、
ことを特徴とする作業機械。
【請求項６】
請求項５に記載の作業機械において、
動作重視モード及び燃費重視モードのいずれか一方のモードを設定するモード設定装置を備え、
前記コントローラは、
前記許容トルク特性線と前記ポンプトルク特性線とが交差するか否かを判定し、
前記許容トルク特性線と前記ポンプトルク特性線とが交差しないと判定された場合には、設定されている前記モードを判定し、
前記動作重視モードが設定されていると判定された場合には、前記原動機の回転速度を最大回転速度に制御し、前記油圧ポンプの容積を前記油圧ポンプのトルクが前記許容トルクを超えない範囲での上限値に制御し、
前記燃費重視モードが設定されていると判定された場合には、前記原動機の回転速度を最小回転速度に制御し、前記油圧ポンプの容積を前記油圧ポンプのトルクが前記許容トルクを超えない範囲での上限値に制御する、
ことを特徴とする作業機械。
【請求項７】
請求項６に記載の作業機械において、
前記コントローラは、
前記動作重視モードが設定されていると判定された場合には、前記原動機を最大回転速度で回転させた場合に、前記油圧ポンプのトルクが前記許容トルクを超えることなく前記油圧ポンプから吐出可能な作動油の最大流量である第１流量と、前記原動機を最小回転速度で回転させた場合に、前記油圧ポンプのトルクが前記許容トルクを超えることなく前記油圧ポンプから吐出可能な作動油の最大流量である第２流量のいずれが大きいかを判定し、
前記第１流量が前記第２流量よりも大きいと判定された場合には、前記原動機の回転速度を最大回転速度に制御し、前記油圧ポンプの容積を前記油圧ポンプのトルクが前記許容トルクを超えない範囲での上限値に制御し、
前記第２流量が前記第１流量よりも大きいと判定された場合には、前記原動機の回転速度を最小回転速度に制御し、前記油圧ポンプの容積を前記油圧ポンプのトルクが前記許容トルクを超えない範囲での上限値に制御する、
ことを特徴とする作業機械。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機械に関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、油圧アクチュエータによって上昇された荷重体が有する位置エネルギを下降時に蓄圧力として蓄積可能なアキュムレータと、アキュムレータから油圧アクチュエータへの作動油の流れを制御するアキュムレータ制御弁と、アキュムレータ制御弁及びポンプ動力を制御する制御装置と、を備えた作業機械が開示されている。この作業機械の制御装置は、アキュムレータに蓄圧力がある間は、ポンプ動力を減少させるとともにアキュムレータ制御弁を開いてアキュムレータから油圧アクチュエータに作動流体を供給する。この作業機械の制御装置は、アキュムレータの蓄圧力がなくなった段階で、ポンプ動力を制御してポンプから油圧アクチュエータに作動油を供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００９－２７５７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術では、アキュムレータにエネルギの蓄積がある場合には、アキュムレータのみから必要な流量が油圧アクチュエータに供給され、油圧ポンプの流量が最小流量に制御される。そして、アキュムレータが空になると、油圧ポンプのみから必要な流量が油圧アクチュエータに供給される。
【０００５】
このように、特許文献１に記載の技術では、アキュムレータと油圧ポンプによる油圧アクチュエータへの作動油の供給分担が不連続的に変わる。このため、油圧アクチュエータも不連続的に動作することになり、作業機械のオペレータに違和感を与えてしまったり、油圧シリンダにより駆動される駆動対象部材の位置決めを精度よく行うことができなくなってしまったりするおそれがある。このため、アキュムレータと油圧ポンプによる油圧アクチュエータへの作動油の供給分担が変わるときに、油圧アクチュエータへの作動油の供給流量の連続性を確保可能な技術が要望されている。
【０００６】
本発明は、アキュムレータと油圧ポンプによる油圧アクチュエータへの作動油の供給分担が変わるときに、油圧アクチュエータへの作動油の供給流量の連続性を確保可能な作業機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様による作業機械は、原動機と、前記原動機により駆動され、作動油を吐出する油圧ポンプと、前記油圧ポンプから供給される作動油により駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される作動油の流れを制御するアクチュエータ制御弁と、前記油圧アクチュエータからの戻り油を蓄えるアキュムレータと、前記アキュムレータから前記油圧アクチュエータに供給される作動油の流量を制御するアキュムレータ制御弁と、前記アキュムレータの圧力を検出するアキュムレータ圧センサと、前記油圧アクチュエータの圧力を検出するアクチュエータ圧センサと、前記油圧アクチュエータを操作する操作装置と、前記操作装置の操作量を検出する操作量センサと、前記油圧ポンプ、前記アクチュエータ制御弁、前記アキュムレータ制御弁、及び前記原動機を制御するコントローラと、を備えた作業機械において、前記コントローラは、前記操作量センサにより検出された操作量に基づいて、前記油圧アクチュエータの要求流量を演算し、前記アキュムレータ圧センサにより検出された前記アキュムレータの圧力と、前記アクチュエータ圧センサにより検出された前記油圧アクチュエータの圧力とに基づいて、前記アキュムレータの供給流量を演算し、前記アキュムレータの供給流量によって前記油圧アクチュエータの要求流量を賄うことができるか否かを判定し、前記アキュムレータの供給流量によって前記油圧アクチュエータの要求流量を賄うことができると判定された場合には、前記油圧ポンプの容積を最小容積に制御するとともに前記原動機の回転速度を最小回転速度に制御し、前記アキュムレータ圧センサにより検出された前記アキュムレータの圧力と、前記アクチュエータ圧センサにより検出された前記油圧アクチュエータの圧力と、前記油圧アクチュエータの要求流量とに基づいて、前記アキュムレータ制御弁を制御し、前記アキュムレータの供給流量によって前記油圧アクチュエータの要求流量を賄うことができないと判定された場合には、前記アキュムレータ制御弁の開口面積を最大開口面積に制御し、かつ、前記アキュムレータの供給流量と前記油圧ポンプの供給流量の合計が前記油圧アクチュエータの要求流量となるように、前記油圧ポンプの容積及び前記原動機の回転速度を制御する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、アキュムレータと油圧ポンプによる油圧アクチュエータへの作動油の供給分担が変わるときに、油圧アクチュエータへの作動油の供給流量の連続性を確保可能な作業機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、第１実施形態に係る油圧ショベル１００の側面図である。
図２は、油圧ショベル１００が備える油圧システム１０６の概略図である。
図３は、本実施形態の比較例に係るコントローラによる制御を実行した場合の流量の時間変化を示す図である。
図４は、第１実施形態に係るコントローラ１２０の機能ブロック図である。
図５Ａは、第１実施形態に係るコントローラ１２０により実行される処理の流れの一例について示すフローチャートである。
図５Ｂは、図５ＡのステップＳ１３０の処理で否定判定された場合に実行される処理の流れの一例について示す部分フローチャートである。
図６は、第１実施形態に係るコントローラ１２０による制御を実行した場合の流量の時間変化を示す図である。
図７は、第２実施形態に係るコントローラ２２０の機能ブロック図である。
図８は、第２実施形態に係るコントローラ２２０により実行される回転速度制御の処理の流れの一例について示すフローチャートである。
図９は、第２実施形態に係るコントローラ２２０による要求回転速度Ｎ
ｒｅｑ
及び要求容積ｑ
ｒｅｑ
の演算処理について説明する図である。
図１０は、第２実施形態の変形例に係るコントローラ２２０による要求回転速度Ｎ
ｒｅｑ
及び要求容積ｑ
ｒｅｑ
の演算処理について説明する図である。
図１１は、第３実施形態に係るコントローラ３２０の機能ブロック図である。
図１２は、第３実施形態に係るコントローラ３２０により実行される回転速度制御（ステップＳ３４０）の処理の流れの一例について示すフローチャートである。
図１３は、第３実施形態に係る油圧ショベル１００の許容トルク特性線とポンプトルク特性線を示す図である。
図１４は、第３実施形態の変形例に係るコントローラ３２０により実行される回転速度制御（ステップＳ４４０）の処理の流れの一例について示すフローチャートである。
図１５は、第３実施形態の変形例に係る油圧ショベル１００の許容トルク特性線とポンプトルク特性線を示す図である。
図１６は、変形例１に係る許容トルク特性線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照して、本発明の実施形態に係る作業機械について説明する。本実施形態では、作業機械がクローラ式の油圧ショベルである例について説明する。作業機械は、作業現場において、土木作業、建設作業、解体作業、浚渫作業等の作業を行う。
（【００１１】以降は省略されています）

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