油壓建築機械的原動機和油壓泵的控制裝置的製作方法
2023-05-07 15:46:51 1
專利名稱：油壓建築機械的原動機和油壓泵的控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及油壓建築機械的原動機和油壓泵的控制裝置，特別涉及備有作為原動機的柴油發動機、由該發動機驅動旋轉的油壓泵、用從該油壓泵排出的壓力油驅動油壓促動器進行所需作業的油壓挖掘機等油壓建築機械的原動機和油壓泵的控制裝置。
油壓挖掘機等的油壓建築機械，通常備有作為原動機的柴油發動機，該發動機驅動至少一個可變容量型油壓泵，用油壓泵排出的壓力油驅動多個油壓促動器，進行所需作業。該柴油發動機中，備有指令加速杆等目標轉數的輸入機構，根據該目標轉數控制燃料噴射量，控制轉數。
此種油壓建築機械中的原動機和油壓泵的控制，關於油壓泵的控制，例如有日本特開平3-189405號公報揭示的正泵傾轉控制裝置，該裝置中，根據多個油壓促動器各自的操作指令機構的操作杆或踏板的操作量，計算油壓泵的目標傾轉位置，控制油壓泵的傾轉位置。
關於原動機的控制，例如有日本特開平7-119506號公報揭示的「油壓建築機械的原動機轉數控制裝置」。該控制裝置中，操作燃料杆，輸入作為基準的目標轉數，同時，檢測多個油壓促動器各自的操作指令機構的操作杆或踏板的操作方向(以下僅稱為杆操作方向)及操作量(以下僅稱為杆操作量)和促動器的負荷(泵排出壓)，根據杆操作方向及操作量和促動器負荷，決定發動機轉數修正值，用該轉數修正值修正上述目標轉數，控制發動機的轉數。這時，當杆操作量少時以及促動器負荷低時，為了節能而降低發動機的目標轉數，當杆操作量大、促動器負荷高時，提高發動機的目標轉數，確保作業性。
另外，日本特開昭62-94622號公報揭示的控制裝置中，輸入杆操作量的信號，將原動機與油壓泵連接控制。該控制裝置，根據作業機操作杆的操作量，算出作業所需的壓力油流量，藉助得到的控制信號，至少控制發動機的轉數或由發動機驅動的可變泵傾轉角二者中的一方，以改善低負荷、低流量時的燃燒效率和降低噪音。另外，當實際的發動機轉數低於目標發動機轉數時，減小泵傾轉，防止發動機熄火。
但是，上述現有技術存在以下問題。
特開平3-189405號公報記載的油壓泵的正泵傾轉控制裝置中，當操作操作指令機構的操作杆或踏板時，與其操作量相應地，油壓泵的傾轉增大，使泵排出流量增加到與操作量(要求流量)相應的流量。但是，加在油壓挖掘機等油壓建築機械的促動器上的負荷，通常是高負荷，當泵傾轉與操作量相應地增大時，油壓泵的輸入轉矩也增大，發動機轉數暫時降低到目標轉數以下。該發動機轉數的降低，雖然在以後通過發動機的調速器控制能恢復到目標轉數，但是，泵排出流量在該期間不成為與杆操作量相應的目標流量，只有在發動機轉數恢復到接近基準轉數時，泵排出流量才到達目標流量。因此，泵排出流量不能根據杆操作量的輸入變化而應答良好地變化，操作性降低。
特開平7-119506號公報記載的發動機控制中，當操作指令機構的杆操作量變化時，與其相應地目標轉數被修正，發動機轉數被控制成為該修正後的目標轉數。在備有該原動機控制裝置的油壓建築機械的油壓泵的控制中，採用正傾轉控制時，當操作指令機構的杆操作量變化時，目標轉數與其操作量相應地變化，發動機轉數也被控制，但是，由於該發動機控制中，負荷的應答慢，所以，從油壓泵的控制和發動機控制兩方面，發動機轉數產生暫時低於目標轉數的狀態。因此，對於杆操作量的輸入變化，發動機控制的應答遲緩更顯著，操作性更降低。另外，該現有技術中，即使促動器的負荷(泵排出壓)變化，由於目標轉數變化，而杆操作量的輸入卻不變化，存在著發動機控制的應答遲緩，泵排出流量變動的問題。
特開昭62-94622號公報記載的現有技術中，當實際發動機轉數低於目標發動機轉數時，雖然減少泵傾轉，防止發動機熄火，但是，也同樣存在著由於發動機轉數的遲緩變動，使泵排出流量變動的問題。
本發明的目的是提供原動機和油壓泵的控制裝置，當根據操作指令機構的輸入變化，控制原動機的轉數和油壓泵的傾轉時，可以很好地應答操作指令機構的輸入變化，控制泵排出流量。
(1)為了實現上述目的，本發明的油壓建築機械的原動機和油壓泵的控制裝置，備有原動機、被該原動機驅動的至少一個可變容量型油壓泵、被該油壓泵的壓力油驅動的多個油壓促動器、指令該多個油壓促動器操作的操作指令機構、設定原動機目標轉數的機構；根據上述目標轉數，控制原動機的轉數，同時，根據操作指令機構的指令信號，控制油壓泵的傾轉位置；其特徵在於，還備有檢測原動機實際轉數的轉數檢測機構和正泵流量控制機構，該正泵流量控制機構根據操作指令的指令信號，計算油壓泵的目標傾轉位置，控制油壓泵的傾轉位置；上述正泵流量控制機構具有目標傾轉位置決定機構，該目標傾轉位置決定機構計算與指令信號相應的油壓泵目標排出流量，從該目標檢測流量和轉數檢測機構所檢測出的原動機實際轉數，計算油壓泵排出目標排出流量的傾轉位置，把該傾轉位置作為目標傾轉位置。
用該目標傾轉位置決定機構求出與指令信號相應的目標排出流量，從該目標排出流量和原動機的實際轉數，計算油壓泵排出目標排出流量的傾轉位置，因操作指令機構的輸入變化使目標轉數與實際轉數產生差時，即使原動機的轉數控制中應答遲緩，也能與操作指令機構的輸入變化相應地、應答良好地控制泵排出流量。
(2)為了實現上述目的，本發明的油壓建築機械的原動機和油壓泵的控制裝置，備有原動機、被該原動機驅動的至少一個可變容量型油壓泵、被該油壓泵的壓力油驅動的多個油壓促動器、指令該多個油壓促動器操作的操作指令機構、檢測該操作指令機構的指令信號的操作檢測機構、檢測上述多個油壓促動器負荷的負荷檢測機構、指令原動機基準目標轉數的輸入機構，根據上述操作檢測機構和負荷檢測機構的檢測值，計算上述基準目標轉數的修正值，按照該修正值，對基準目標轉數進行修正，作為目標轉數，控制原動機的轉數；其特徵在於，還備有檢測原動機實際轉數的轉數檢測機構和正泵流量控制機構，該正泵流量控制機構根據操作指令機構的指令信號，計算油壓泵的目標傾轉位置，控制油壓泵的傾轉位置；上述正泵流量控制機構具有目標傾轉位置決定機構，該目標傾轉位置決定機構，計算與指令信號相應的油壓泵目標排出流量，從該目標排出流量和轉數檢測機構所檢測出的原動機實際轉數，計算油壓泵排出目標排出流量的傾轉位置，將該傾轉位置作為目標傾轉位置。
這樣，操作檢測機構或負荷檢測機構的輸入變化使目標轉數變化，即使在原動機轉數控制中產生應答遲緩，也能與操作指令機構的輸入變化相應地、應答良好地控制泵排出流量。
(3)為了實現上述目的，本發明的油壓建築機械的原動機和油壓泵的控制裝置，備有原動機、被該原動機驅動的至少一個可變容量型油壓泵、被該油壓泵的壓力油驅動的多個油壓促動器、指令該多個油壓促動器操作的操作指令機構、設定原動機目標轉數的機構；根據上述目標轉數，控制原動機的轉數，同時，根據操作指令機構的指令信號，控制油壓泵的傾轉位置；其特徵在於，還備有檢測原動機實際轉數的轉數檢測機構、正泵流量控制機構和最大吸收轉矩控制機構；正泵流量控制機構根據操作指令機構的指令信號，計算油壓泵的目標傾轉位置，控制油壓泵的傾轉位置；最大吸收轉矩控制機構計算與目標轉數相應的油壓泵的目標最大吸收轉矩，限制控制油壓泵的最大容量，使油壓泵的最大吸收轉矩為其目標最大吸收轉矩以下；上述正泵流量控制機構具有目標傾轉位置決定機構，該目標傾轉位置決定機構，計算與指令信號相應的油壓泵目標排出流量，從該目標排出流量和轉數檢測機構所檢測出的原動機實際轉數，計算油壓泵排出目標排出流量的傾轉位置，將該傾轉位置作為目標傾轉位置。
這樣，如上述(1)所述，因操作指令機構的輸入變化而使目標轉數與實際轉數產生差時，即使在原動機轉數控制中產生應答遲緩，也能與操作指令機構的輸入變化相應地、應答良好地控制泵排出流量，並且，即使目標轉數與實際轉數產生差，由於由最大吸收轉矩控制機構將油壓泵的最大吸收轉矩控制在目標轉矩以下，所以，能應答良好地控制油壓泵的排出流量，並防止原動機熄火。
(4)上述(1)至(3)中，上述目標傾轉位置決定機構，用原動實際轉數和預先設定的常數除目標排出流量，計算上述傾轉位置。
這樣，能迅速得到與目標排出流量相應的傾轉位置。
(5)上述(1)至(3)中，上述目標傾轉位置決定機構，計算與指令信號相應的油壓泵基準排出流量，用原動機的目標轉數修正該基準排出流量，求出油壓泵的目標排出流量。
這樣，用該目標傾轉位置決定機構，用原動機目標轉數修正與指令信號相應的基準排出流量，求出目標排出流量，可與原動機的目標轉數相應地增減目標排出流量。
(6)上述(5)中，上述目標傾轉位置決定機構，用原動機目標轉數與預先設定的最高轉數之比除上述基準排出流量，求出油壓泵的目標排出流量。
這樣，可與原動機的目標轉數相應地增減目標排出流量。
圖1是表示本發明一實施例中原動機和油壓泵的控制裝置的圖。
圖2是與圖1所示油壓泵連接的閥裝置和促動器的油壓迴路圖。
圖3表示安裝著本發明的原動機和油壓泵的控制裝置的油壓挖掘機的外觀圖。
圖4是表示圖2所示流量控制閥的操作控制系統的圖。
圖5是表示圖1所示控制器的輸入輸出關係的圖。
圖6是表示控制器的泵控制部處理功能的框圖。
圖7是表示控制器的發動機控制部處理功能的框圖。
下面，參照
本發明的實施例。以下的實施例中，本發明適用於油壓挖掘機的原動機和油壓泵的控制裝置。
圖1中，1和2是斜板式可變容量型油壓泵，油壓泵1、2的排出路3、4與圖2所示閥裝置5連接，通過該閥裝置5向多個促動器50～56送壓力油，驅動這些促動器。
9是固定容量型先導泵，先導泵9的排出路9a上連接著將先導泵9的排出壓力保持為一定的先導減壓閥9b。
油壓泵1、2和先導泵9與原動機10的輸出軸11連接，被原動機10驅動旋轉。
下面詳細說明閥裝置5。
圖2中，閥裝置5具有流量控制閥5a～5d和流量控制閥5e～5i這樣2個閥組，流量控制閥5a～5d位於與油壓泵1的排出路3相連的中央旁通線5j上，流量控制閥5e～5i位於與油壓泵2的排出路4相連的中央旁通線5k上。在排出路3、4上，設有決定油壓泵1、2的排出壓力的最大壓力的主減壓閥5m。
流量控制閥5a～5d和流量控制閥5e～5i是中央旁通式，從油壓泵1、2排出的壓力油被這些流量控制閥供給到對應的促動器50～56。促動器50是右行走用油壓馬達(右行走馬達)，促動器51是挖鏟用油壓缸(挖鏟油缸)、促動器52是梁用油壓缸(梁油缸)，促動器53是旋迴用油壓缸(旋迴馬達)、促動器54是臂用油壓缸(臂油缸)，促動器55是備用油壓缸，促動器56是左行走用油壓馬達(左行走馬達)，流量控制閥5a是右行走用，流量控制閥5b是挖鏟用，流量控制閥5c是第1梁用，流量控制閥5d是第2臂用，流量控制閥5e是旋迴用，流量控制閥5f是第1臂用，流量控制閥5g是第2梁用，流量控制閥5h是備用，流量控制閥5i是左行走用。即，對於梁油缸52設有2個流量控制閥5g、5c，對於臂油缸54也設有2個流量控制閥5d、5f，從2個油壓泵1、2出來的壓力油合流後分別供給梁油缸52和臂油缸54。
圖3是表示安裝著本發明原動機和油壓泵的控制裝置的油壓挖掘機的外觀圖。油壓挖掘機備有下部行走體100、上部旋迴體101和前作業機102。在下部行走體100上配置著左右行走馬達50、56，由該行走馬達50、56驅動履帶100a轉動，向前方或後方行走。在上部旋迴體101上配置著旋迴馬達53，由該旋迴馬達53使上部旋迴體101相對於下部行走體100朝右方向或左方向旋迴。前作業機102由梁103、臂104和挖鏟105構成。梁103被梁油缸52往上下驅動。臂104被臂油缸54朝卸載側(打開側)或地面側(鏟入側)操作。挖鏟105被挖鏟油缸51朝卸載側(打開側)或地面側(鏟入側)操作。
圖4表示流量控制閥5a～5i的操作控制系統。
流量控制閥5a、5i，被操作裝置35的操作控制裝置39、38的操作先導壓TR1、TR2和TR3、TR4切換操作。流量控制閥5b和流量控制閥5c、5g，被操作裝置36的操作控制裝置40、41的操作先導壓BKC、BKD和BOD、BOU切換操作。流量控制閥5d、5f和流量控制閥5e，被操作裝置37的操作控制裝置42、43的操作先導壓ARC、ARD和SW1、SW2切換操作。流量控制閥5h被操作控制裝置44的操作先導壓AU1、AU2切換操作。
操作控制裝置38～44，分別有一對導閥(減壓閥)38a、38b～44a、44b，操作控制裝置38、39、44分別具有操作踏板38c、39c、44c。操作控制裝置40、41具有共同的操作杆40c。操作控制裝置42、43具有共同的操作杆42c。操作操作踏板38c、39c、44c和操作杆40c、42c時，與其操作方向相應地，關連的操作控制裝置的先導閥動作，產生與踏板或杆的操作量相應的操作先導壓。
另外，梭形滑閥61～67與操作控制裝置38～44的各先導閥和輸出線連接，在這些梭形滑閥61～67上，又階層地連接著梭形滑閥68、69、100～103。由梭形滑閥61、63、64、65、68、69、101將操作控制裝置38、40、41、42的操作先導壓的最高壓力作為油壓泵1的控制先導壓PL1導出，由梭形滑閥62、64、65、66、67、69、100、102、103將操作控制裝置39、41、42、43、44的操作先導壓的最高壓力作為油壓泵2的控制先導壓PL2導出。
對於操作控制裝置38的行走馬達56的操作先導壓(以下稱為行走2操作先導壓)PT2，由梭形滑閥61導出。對於操作控制裝置39的行走馬達50的操作先導壓(以下稱為行走1操作先導壓)PT1，由梭形滑閥62導出。對於操作控制裝置43的旋迴馬達53的先導壓(以下稱為旋迴操作先導壓)PWS，由梭形滑閥66導出。
在上述油壓驅動系統中，設置了本發明的原動機和油壓泵控制裝置。下面，詳細說明之。
圖1中，油壓泵1、2上分別備有調節器7、8，由這些調節器7、8控制油壓泵1、2的容量可變機構即斜板1a、2a的傾轉位置，控制泵排出流量。
油壓泵1、2的調節器7、8，分別備有傾轉促動器20A、20B(以下用20代表)、第1伺服閥21A、21B(以下用21代表)和第2伺服閥22A、22B(以下用22代表)。第1伺服閥21A、21B根據圖4所示操作控制裝置38～44的操作先導壓，進行正傾轉控制。第2伺服閥22A、22B進行油壓泵1、2的全馬力控制。由這些伺服閥21、22控制從先導泵9作用到傾轉促動器20上的壓力油壓力，控制油壓泵1、2的傾轉位置。
下面詳細說明傾轉促動器20和第1、第2伺服閥21、22。
各傾轉促動器20，具有作動活塞20c和承壓室20d、20e。活塞20c的兩端具有大直徑承壓部20a和小直徑承壓部20b，承壓部20a、20b分別位於承壓室20d、20e。當兩承壓室20d、20e的壓力相等時，作動活塞20c向圖中右方向移動，這樣，斜板1a或2a的傾轉減小，泵排出流量減小。當大直徑側承壓室20d的壓力降低時，作動活塞20c向圖中左方向移動，這樣，斜板1a或2a的傾轉增大，泵排出流量增大。另外，大直徑側承壓室20d通過第1和第2伺服閥21、22與先導泵9的排出路9a連接。小直徑側承壓室20e直接與先導泵9的排出路9a連接。
正傾轉控制用的各第1伺服閥21，由來自螺線管控制閥30或31的控制壓力作動，控制油壓泵1、2的傾轉位置，當控制壓力高時，閥體21a向圖中右方向移動，使來自先導閥9的先導壓不減壓地傳遞到承壓室20d，減小油壓泵1或2的傾轉，隨著控制壓力的降低，閥體21a被彈簧21b的力向圖中左方向移動，使來自先導泵9的先導壓減壓後傳遞給承壓室20d，加大油壓泵1或2的傾轉。
全馬力控制用的各第2伺服閥22，由來自油壓泵1、2的排出壓力和螺線管控制閥32的控制壓力作動，進行油壓泵1、2的全馬力控制，由螺線管控制閥32限制油壓泵1、2的最大吸收轉矩。
即，油壓泵1、2的排出壓力和螺線管控制閥32的控制壓力，分別傳遞到操作驅動部的承壓室22a、22b、22c，當油壓泵1、2的排出壓力的油壓力之和，低於設定值(該設定值由彈簧22d的彈性力與導向承壓室22c的控制壓力的油壓力之差決定)時，閥體22e向圖中右方向移動，將來自先導泵9的先導壓減壓後，傳遞到承壓室20d，加大油壓泵1、2的傾轉。隨著油壓泵1、2的排出壓力的油壓力之和變得高於該設定值，閥體22a向圖中左方向移動，將來自先導泵9的先導壓不減壓地傳遞給承壓室20d，減小油壓泵1、2的傾轉。另外，當來自螺線管控制閥32的控制壓力低時，加大上述設定值，從油壓泵1、2的高排出壓力減少油壓泵1、2的傾轉，隨著螺線管控制閥32的控制壓力的增高，減小上述設定值，從油壓泵1、2的低的排出壓力減少油壓泵1、2的傾轉。
螺線管控制閥30、31、32是由驅動電流SI1、SI2、SI3作動的比例減壓閥，當驅動電流SI1、SI2、SI3為最小時，輸出的控制壓力最高，隨著驅動電流SI1、SI2、SI3的增大，輸出的控制壓力減低。驅動電流SI1、SI2、SI3由圖5所示控制器70輸出。
原動機10是柴油發動機，備有燃料噴射裝置14。該燃料噴射裝置14具有調速機構，根據圖5所示控制器70的輸出信號，控制發動機轉數，使其成為目標發動機轉數NR1。
燃料噴射裝置的調速機構的型式，有電子調速控制裝置和機械式調速控制裝置，本實施例的燃料噴射裝置14，對任一種型式都有效。上述電子調速控制裝置是根據來自控制器的電氣信號，控制發動機轉數，使其成為目標轉數。機械式調速控制裝置中，將馬達與機械式燃料噴射泵的調速杆連接，根據來自控制器的指令值，驅動預定位置的馬達，使其成為目標轉數，控制調速器位置。
原動機10上，如圖5所示，設有供操作者手動地輸入目標發動機轉數的目標發動機轉數輸入部71，該基準目標發動機轉數NRO的輸入信號被取入控制器70。目標發動機轉數輸入部71可由電位計等電氣輸入機構直接輸入控制器70，操作者選擇作為基準的發動機轉數的大小。該基準目標發動機轉數NRO，在重挖掘作業中為大值，在輕作業中為小值。
如圖1所示，設有檢測原動機10實際轉數NE1的轉數傳感器72、檢測油壓泵1、2排出壓力PD1、PD2的壓力傳感器75、76。如圖4所示，設有檢測油壓泵1、2的控制先導壓PL1、PL2的壓力傳感器73、74、檢測臂鏟入操作先導壓PAC的壓力傳感器77、檢測梁上舉操作先導壓PBU的壓力傳感器78、檢測旋迴操作先導壓PWS的壓力傳感器79、檢測行走1操作先導壓PT1的壓力傳感器80、檢測行走2操作先導壓PT2的壓力傳感器81。
圖5表示控制器70的全部的信號輸入輸出關係。如上所述，目標發動機轉數輸入部71的基準目標發動機轉數NRO的信號、轉數傳感器72的實際轉數NE1的信號、壓力傳感器73、74的泵控制先導壓PL1、PL2的信號、壓力傳感器75、76的油壓泵1、2的排出壓力PD1、PD2的信號、壓力傳感器77～81的臂鏟入操作先導壓PAC、梁上舉操作先導壓PBU、旋迴操作先導壓PWS、行走1操作先導壓PAC、行走2操作先導壓PT2的各信號輸入到控制器70內，進行預定的計算處理後，將驅動電流SI1、SI2、SI3輸出到螺線管控制閥30～32，控制油壓泵1、2的傾轉位置、即排出流量。同時，將目標發動機轉數NR1的信號輸出到燃料噴射裝置14，控制發動機轉數。
圖6表示控制器70對油壓泵1、2控制的處理功能。
圖6中，控制器70具有基準泵流量計算部70a、70b、目標泵流量計算部70c、70d、目標泵傾轉計算部70e、70f、螺線管輸出電流計算部70g、70h、泵最大吸收轉矩計算部70i、螺線管輸出電流計算部70j各功能。
基準泵流量計算部70a，輸入油壓泵1側的控制先導壓PL1的信號，將它與儲存在存儲器內的數據對照，計算與這時的控制先導壓PL1相應的油壓泵1的基準排出流量QR10。該基準排出流量QR10是相對於控制操作裝置38、40、41、42的操作量的正傾轉控制的基準流量計數。存儲器的數值中，PL1與QR10的關係設定為隨著控制先導壓PL1的增高，基準排出流量QR10增大。
目標泵流量計算部70c，輸入目標發動機轉數NR1(後述)的信號，用該目標發動機轉數NR1與預先存儲在存儲器中的最高旋轉數NRC之比(NRC/NR1)去除基準排出流量QR10，計算油壓泵1的目標排出流量QR11。該計算的目的是，根據操作的意願進行輸入的目標發動機轉數的泵流量修正，算出與目標發動機轉數NR1相應的目標泵排出流量。即，把目標發動機轉數NR1設定得大時，作為泵排出流量也希望是大流量，所以，使目標排出流量QR11也相應地增大。把目標發動機轉數NR1設定得小時，作為泵排出流量也希望是小流量，所以，使目標排出流量QR11也相應地減少。
目標泵傾轉計算部70e，輸入實際發動機轉數NE1，用實際發動機轉數NE1去除目標排出流量QR11，再用預先存在存儲器中的常數K1除該數，算出油壓泵1的目標傾轉θR1。該計算的目的是，在發動機控制中，即使對於目標發動機轉數NR1的變化應答遲緩、實際發動機轉數不立即成為NR1時，通過用實際發動機轉數NE1去除目標排出流量QR11而得到目標傾轉θR1，可以不應答遲緩而很快地得到目標排出流量QR11。
螺線管輸出電流計算部70g，求出能得到目標傾轉θR1的油壓泵1的傾轉控制用驅動電流SI1，並將其輸入到螺線管控制閥30。
在基準泵流量計算部70b、目標泵流量計算部70d、目標泵傾轉計算部70f、螺線管輸出電流計算部70h，也都同樣地從泵控制信號PL2、目標發動機轉數NR1和實際發動機轉數NE1算出油壓泵2的傾轉控制用驅動電流SI2，並將其輸出給螺線管控制閥31。
泵最大吸收轉矩計算部70i，輸入目標發動機轉數NR1的信號，將其與存儲在存儲器中的數值對照，算出與這時的目標發動機轉數NR1相應的油壓泵1、2的最大吸收轉矩TR。該最大吸收轉矩TR，是與以目標發動機轉數NR1旋轉的發動機10的輸出轉矩特性匹配的油壓泵1、2的目標最大吸收轉矩。在存儲器的數據中NR1與TR的關係這樣設定隨著目標發動機轉數NR1上升，泵最大吸收轉矩TR增大。
螺線管輸出電流計算部70j，求出能得到泵最大吸收轉矩TR的油壓泵1、2的最大吸收轉矩控制用的螺線管控制閥32的驅動電流SI3，並將其輸出到螺線管控制閥32。
圖7表示控制器70對發動機10的控制功能。
圖7中，控制器70備有基準轉數降低修正量計算部700a、基準轉數上升修正量計算部700b、最大值選擇部700c、發動機轉數修正增益計算部700d1～700d6、最小值選擇部700e、遲滯計算部700f、操作先導壓發動機轉數修正量計算部700g、第1基準目標發動機轉數修正部700h、最大值選擇部700i、遲滯計算部700j、泵排出壓信號修正部700k、修正增益計算部700m、最大值選擇部700n、修正增益計算部700p、第1泵排出壓發動機轉數修正量計算部700q、第2泵排出壓發動機轉數修正量計算部700r、最大值選擇部700s、第2基準目標發動機轉數修正部700t、限幅計算部700u。
基準轉數降低修正量計算部700a，輸入目標發動機轉數輸入部71的基準目標發動機轉數NRO的信號，將它與存儲在存儲器中的數據對照，算出與這時的NRO相應的基準轉數降低修正量DNL。該DNL是操作控制裝置38～44的操作杆或踏板的輸入變化(操作先導壓的變化)決定的發動機轉數修正的基準幅度，由於隨著目標發動機轉數降低，希望轉數修正量減小，所以，存儲器的數據中，NRO與DNL的關係這樣設定隨著目標基準發動機轉數HRO降低，基準轉數降低修正量DNL減小。
基準轉數上升修正量計算部700b，與計算部700a同樣地，輸入基準目標發動機轉數NRO的信號，將它與存儲在存儲器中的數據對照，算出與這時的NRO相應的基準轉數上升修正量DNP。該DNP是泵排出壓的輸入變化決定的發動機轉數修正量的基準幅度，由於隨著目標發動機轉數的降低，希望轉數修正量減小，所以，存儲器的數據中，NRO與DNP的關係這樣設定隨著目標基準發動機轉數NRO的降低，基準轉數上升修正量DNP減小。但是，由於發動機轉數不能上升到固有的最大轉數以上，所以，在目標基準發動機轉數NRO的最大值附近的上升修正量DNP減少。
最大值選擇部700c，選擇行走1操作先導壓PT1和行走操作先導壓PT2中高的一方，作為行走操作先導壓PTR。
發動機轉數修正增益計算部700d1～700d6，分別輸入梁上舉操作先導壓PBU、臂鏟入操作先導壓PAC、旋迴操作先導壓PSW、行走操作先導壓PTR、泵控制先導壓PL1、PL2各信號，並把它與存儲在存儲器中的數據對照，算出與這時的各操作先導壓相應的發動機轉數修正增益KBU、KAC、KSW、KTR、KL1、KL2。這些修正增益是對基準目標發動機轉數NRO求出減算後的轉數修正成分(發動機轉數降低修正量DND)(後述)，修正增益越大，目標轉數越低。另外，必須使目標轉數隨著先導壓的增加而升高，所以，全部修正增益KBU、KAC、KSW、KTR、KL1、KL2在先導壓為0時，成為最大值1。
這裡，計算部700d1～700d4，對每個操作促動器，預先設定相對於操作杆或踏板的輸入變化(操作先導壓的變化)的發動機轉數變化，使操作容易。分別如下述地設定發動機轉數修正增益KBU、KAC、KSW、KTR、KL1、KL2。
梁的上舉，多用於起吊作業或整平作業的對位，在微操作區域使用。所以，在微操作區域，降低發動機轉數，並使增益的傾斜為橫平。
臂鏟入，多用於挖掘作業時，將操作杆全負荷操作，在全負荷杆操作附近的轉數變動小，所以，在全負荷杆操作附近的增益傾斜為橫平。
旋迴時，是在中間旋轉區域的變動小，所以，在中間旋轉區域的增益傾斜為橫平。
行走時需要從微操作增強力，從微操作提高發動機轉數。
全負荷杆操作時的發動機轉數，對每個促動器也是變化的。例如，在梁舉起或臂鏟入時，由於流量大，發動機轉數提高，其餘時發動機轉數降低。行走時為了提高車速，要提高發動機轉數。
計算部700d1～700d4的存儲器的數據中，與以上條件對應地設定操作先導壓與修正增益KBU、KAC、KSW、KTR的關係。
即，在計算部700d1的存儲器數據中，PBU與KBU的關係這樣設定在梁上舉操作先導壓PBU低的區域，隨著先導壓PBU降低，修正增益KBU以小的傾斜朝1增大，當梁上舉操作先導壓PBU達到最高壓附近值時，修正增益KBU為0。
在計算部700d2的存儲器數據中，PAC與KAC的關係這樣設定在臂鏟入操作先導壓PAC高的區域，隨著先導壓PAC升高，修正增益KAC以小的傾斜朝0減小。
在計算部700d3的存儲器數據中，PSW與KSW的關係這樣設定在旋迴操作先導壓PSW為中間壓附近區域時，隨著先導壓PSW升高，修正增益KSW以小的傾斜朝0.2減小。
在計算部700d4的存儲器數據中，PTR與KTR的關係這樣設定當行走操作壓PTR在等於和高於微操作區域的區域時，修正增益為0。
另外，輸入到計算部700d5、700d6的泵控制先導壓PL1、PL2，是相關的操作先導壓的最高壓，用該泵控制先導壓PL1、PL2代表全部的操作先導壓，計算發動機轉數修正增益KL1、KL2。
通常，操作先導壓(操作杆或踏板的操作量)越高，希望發動機轉數越高，所以，在計算部700d5、700d6中的存儲器數據中，與其對應地設定泵控制先導壓PL1、PL2與修正增益KL1、KL2的關係。另外，在最小值選擇部700e，優先選擇計算部700d1～700d4的修正增益，所以，在泵控制先導壓PL1、PL2的最高壓附近的修正增益KL1、KL2設定為大值0.2。
最小值選擇部700e，選擇在計算部700d1～700d6計算出的修正增益的最小值，作為KMAX。這裡，在梁上舉、臂鏟入、旋迴、行走以外的操作時，由泵控制先導壓PL1、PL2為代表，計算發動機轉數修正增益KL1、KL2，作為KMAX。
遲滯計算部700f，對於其KMAX設置遲滯，將其結果作為操作先導壓決定的發動機轉數修正增益KNL。
操作先導壓發動機轉數修正量計算部700g，將上述基準轉數降低修正量DNL與發動機轉數修正增益KNL相乘，求出由操作先導壓的輸入變化引起的發動機轉數降低修正量DND。
第1基準目標發動機轉數修正部700h，從基準目標發動機轉數NRO中減去發動機轉數降低修正量DND，作為目標轉數NROO。該目標轉數NROO是由操作先導壓決定的修正後發動機目標轉數。
最大值選擇部700i，輸入油壓泵1、2的排出壓力PD1、PD2的信號，選擇排出壓力PD1、PD2中高的一方，作為泵排出壓最大值信號PDMAX。
遲滯計算部700j，對於泵排出壓信號設置遲滯，將其結果作為泵排出壓決定的轉數修正增益KNP。
泵排出壓信號修正部700k，將上述基準轉數上升修正量DNP與轉數修正增益KNP相乘，作為由泵排出壓決定的發動機轉數基本修正量KNPH。
修正增益計算部700m，輸入臂鏟入操作先導壓PAC的信號，並把它與存儲在存儲器中的數據對照，算出與這時的操作先導壓PAC相應的發動機轉數修正增益KACH。臂鏟入操作量越大，越需要大流量，所以，在存儲數據中，與此相應地將PAC與KACH的關係設定為隨著臂鏟入操作先導壓PAC上升，修正增益KACH增大。
最大值選擇部700n，與最大值選擇700c同樣地，選擇行走1操作先導壓PT1和行走2操作先導壓PT2中高的一方，作為行走操作先導壓PTR。
修正增益計算部700P，輸入行走操作先導壓PTR的信號，將它與存儲在存儲器中的數據對照，計算與這時的行走操作先導壓PTR相應的發動機轉數修正增益KTRH。這時也同樣地，行走操作量越大，越需要大流量，所以，存儲器數據中與此對應地，將PTR與KTRH的關係設定為隨著行走操作先導壓PTR的上升，修正增益KTRH增大。
第1及第2泵排出壓發動機轉數修正量計算部700q、700r，將修正增益KACH、KTRH與上述泵排出壓發動機旋轉基本修正量KNPH相乘，求出發動機轉數修正量KNAC、KNTR。
最大值選擇部700s，選擇發動機轉數修正量KNAC、KTRH之中大的一方，作為修正量DNH。該修正量DNH是由泵排出壓和操作先導壓的輸入變化決定的發動機轉數上升修正量。
這裡，計算部700q、700r，將修正增益KACH或KTRH與發動機旋轉基本修正量KNPH相乘，求出發動機轉數修正量KNAC、KNTR，意味著僅在臂鏟入操作和行走時，由泵排出壓進行發動機轉數上升修正。這樣，在促動器負荷增大、希望發動機轉數增高的操作即僅在臂鏟入操作、或行走時，即使泵排出壓上升，也能使發動機轉數上升。
第2基準目標發動機轉數修正部700t，將發動機轉數上升修正量DNH加在上述目標轉數NROO上，算出目標發動機轉數NR01。
限幅計算部700u，在其目標發動機轉數NR01上，限定發動機固有的最高轉數和最低轉數，算出目標發動機轉數NR1，送到燃料噴射裝置14(圖1)。該目標發動機轉數NR1，也送到同一控制器70內的與油壓泵1、2的控制有關的泵最大吸收轉矩計算部70e(圖6)。
上述中，操作控制裝置38～44，構成指令多個油壓促動器50～56的操作的操作指令機構。目標發動機轉數輸入部71、壓力傳感器73～81、計算部700a～700u構成設定原動機10的目標轉數的機構，根據該目標轉數，控制原動機10的轉數，同時，根據操作指令機構的指令信號，控制油壓泵1、2的傾轉位置。
壓力傳感器73、74、77～81，構成檢測上述操作指令機構的指令信號的操作檢測機構。壓力傳感器75、76，構成檢測多個油壓促動器75、76的負荷的負荷檢測機構。目標發動機轉數輸入部71，構成指令原動機10的基準目標轉數的輸入機構，根據操作檢測機構和負荷檢測機構的檢測值，計算上述基準目標轉數的修正值，按照該修正值對基準目標轉數進行修正，作為目標轉數，控制原動機的轉數。
轉數傳感器72，構成檢測原動機實際轉數的轉數檢測機構。基準泵流量計算部70a、70b、目標泵流量計算部70c、70d、目標泵傾轉計算部70e、70f、螺線管輸出電流計算部70g、70h、螺線管控制閥30、31、第1伺服閥21A、21B，構成正泵流量控制機構。該正泵流量控制機構根據上述操作指令機構的指令信號，計算油壓泵1、2的目標傾轉位置，控制油壓泵1、2傾轉位置。其中，基準泵流量計算部70a、70b、目標泵流量計算部70c、70d、目標泵傾轉計算部70e、70f、螺線管輸出電流計算部70g、70h，構成目標傾轉位置決定機構。該目標傾轉位置決定機構計算與上述指令信號相應的油壓泵基準排出流量，用原動機的目標轉數修正該基準排出流量，求出油壓泵的目標排出流量，從該目標排出流量和轉數檢測機構所檢測出的原動機實際轉數，計算油壓泵排出目標排出流量的傾轉位置，把該傾轉位置作為目標傾轉位置。
另外，泵最大吸收轉矩計算部70i、螺線管輸出電流計算部70j、螺線管控制閥32、第2伺服閥22A、22B，構成最大吸收轉矩控制機構。該最大吸收轉矩控制機構計算與上述目標轉數相應的油壓泵1、2的目標最大吸收轉矩，控制油壓泵的最大容量，將油壓泵的最大吸收轉矩限制在其目標最大吸收轉矩以下。
上述構造的本實施例，具有以下效果。
(1)在圖6所示控制部中，操作先導壓的變化引起油壓泵1、2的控制先導壓PL1、PL2變化，由於該控制先導壓PL1、PL2的變化，基準泵流量計算部70a、70b和目標泵流量計算部70c、70d所計算的油壓泵1、2的目標排出量QR11、QR21變化時，在目標泵傾轉計算部70e、70f，用實際發動機轉數NE1除目標排出流量QR11，算出目標傾轉θR1、θR2，所以，油壓泵1、2的排出流量成為與目標排出流量QR11相應的流量。當發動機10的目標轉數NR1與實際轉數NE1產生差時，即使發動機轉數控制中產生應答遲緩，也能與操作先導壓的變化(目標排出流量QR11、QR21的變化)相應地，應答良好地控制油壓泵1、2的排出流量，得到優良的操作性。
(2)本實施例中，在圖7所示的控制部，操作先導壓變化時，用轉數降低修正量DND修正目標發動機轉數NR1，當由臂鏟入操作或行走時的操作使泵排出壓變化時，用轉數上升修正量DNH修正目標發動機轉數NR1，可確保節能效果和良好的操作性(後述)。這樣，用操作先導壓或泵排出壓的變化而改變目標發動機轉數NR1時，對於操作先導壓的變化，發動機控制的應答遲緩更顯著，或者雖然操作先導壓未變化可是泵排出壓的變化使目標轉數變化。本實施例中，由於這樣的目標轉數的變化即使產生轉數偏差時，對於發動機轉數控制的應答遲緩，與操作先導壓的變化(目標排出流量QR11、QR21的變化)相應地，可應答良好地控制油壓泵1、2的排出流量。
(3)不是把由基準泵流量計算部70a、70b計算的基準排出流量QR10、QR20直接作為目標排出流量，而是在目標泵流量計算部70c、70d，將該基準排出流量QR10、QR20變換為與目標發動機轉數NR1相應的目標排出流量QR11、QR21，所以，對於基準排出流量QR10、QR20的基準流量計數，可根據操作者的意願進行輸入目標發動機轉數的泵流量修正。因此，操作者在進行微操作時，將目標轉數NR1設定得小時，泵排出流量為小流量，將目標轉數NR1設定得大時，泵排出流量為大流量，而且，無論何種情形，都可在杆操作量的全範圍內確保計數特性。
(4)本實施例中，即使目標轉數NR1與實際轉數NE1產生差，由於在泵最大吸收轉矩計算部70j計算目標泵最大吸收轉矩，油壓泵1、2的最大吸收轉矩被螺線管輸出電流計算部70j、螺線管控制閥32、第2伺服閥22A、22B控制為在其目標轉矩以下，所以，如上述(1)和(2)所述，能應答良好地控制油壓泵1、2的排出流量，並可防止發動機10熄火。
(5)在圖7所示的控制部，當進行臂鏟入操作或行走操作時，在轉數修正量計算部700g，計算因操作先導壓引起的轉數降低修正量DND，同時，在計算部700q、700r和最大值選擇部700s，用操作先導壓決定的修正增益KACH或KT RH修正泵排出壓決定的轉數修正增益KNP，計算出該修正後泵排出壓決定的轉數上升修正量DNH，用其轉數降低修正量DND和轉數上升修正量DNH修正基準目標發動機轉數NR0，控制發動機轉數，所以，發動機轉數不僅因操作杆或踏板的操作量增大而上升，而且也因泵排出壓的上升而上升，因此，可在臂鏟入操作時進行強力的挖掘作業，在行走時進行高速行走或強力行走。
另一方面，在臂鏟入和行走以外的操作時，修正增益KACH或KTPH成為0，基準目標發動機轉數NRO僅用由先導壓決定的轉數降低修正量DND修正，控制發動機轉數，所以，例如，以梁上舉這樣的前作業機的姿勢、泵排出壓變動的操作中，即使泵排出壓變動，發動機轉數也不變化，所以可確保良好的操作性。另外，操作量小時，發動機轉數減低，節能效果好。
(6)當操作者把基準目標轉數NRO設定得低時，在基準轉數降低修正量計算部700a和基準轉數上升修正量計算部700b，分別計算基準轉數降低修正量DNL和基準轉數上升修正量DNP，作為小值，相對於基準目標發動機轉數NRO的修正量DND和SNH減小。因此，如整平作業或起吊作業那樣地、操作者在降低發動機轉數的區域作業時，目標發動機轉數的修正幅度自動減小，可容易進行精細作業。
(7)在修正增益計算部700d1～700d4，對每個操作的促動器，把相對於操作杆或踏板的輸入變化(操作先導壓的變化)的發動機轉數變化，作為修正增益預先設定，所以，能得到與促動器特性相應的良好作業性。
例如，在梁上舉計算部700d1中，在微操作區域的修正增益KBU的傾斜是橫臥的，所以，在微操作區域的發動機轉數降低修正量DND的變化減小。因此，如起吊作業或整平作業的對位那樣，在梁上舉的微操作區域，容易作業。
在臂鏟入計算部700d2中，在全負荷杆操作附近的修正增益KAC的傾斜是橫臥的，所以，在全負荷杆操作附近的發動機轉數降低修正量DND的變化減少。因此，由臂鏟入操作，在全負荷杆操作附近可進行發動機轉數變動少的挖掘作業。
在旋迴計算部700d3中，在中間旋轉區域的增益的傾斜是橫臥的，所以，可進行在中間旋轉區域的發動機轉數變動小的旋迴。
在行走計算部700d4中，從微操作減小修正增益KTR，所以，發動機轉數從微操作上升，可用強力行走。
另外，在全負荷杆操作時的發動機轉數也可對每個促動器變化。例如，在梁上舉或臂鏟入計算部700d1、700d2中，由於把全負荷杆操作時的修正增益KBU、KAC定為0，所以，發動機轉數提高，油壓泵1、2的排出流量增多。因此，用梁上舉可起吊或放下重物，用臂鏟入進行強力的挖掘作業。另外，在行走計算部700d4，也把全負荷杆操作時的修正增益KTR定為0，所以，同樣地，發動機轉數提高，可加速行走車速。在其餘的操作中，由於全負荷杆操作時的修正增益大於0，所以，發動機轉數稍稍降低，可得到節能效果。
(8)在上述以外的操作中，用計算部700d5、700d6修正增益PL1、PL2代表，修正發動機轉數。
(9)另外，在如上述地控制發動機轉數時，發動機轉數因操作先導壓或泵排出壓的變化而變動，但是，在圖6所示泵最大吸收轉矩計算部70e，計算最大吸收轉矩TR，作為該被修正的目標發動機轉數NR1的函數，控制油壓泵1、2的最大吸收轉矩，所以，即使發動機轉數變動，也能有效地利用發動機的功率。
上述實施例中，本發明適用的控制裝置，是根據操作指令機構的輸入變化或負荷檢測機構的輸入變化，修正原動機的目標轉數的控制裝置。但是，僅用目標發動機轉數輸入部71設定原動機10的目標轉數時，當變更油壓泵的傾轉時，促動器負荷使發動機轉數偏離目標轉數時，由於把發動機轉數控制成為目標轉數的調速機構的應答遲緩，泵排出流量變動，所以，把本發明用於這樣的控制裝置，也能得到同樣的效果。
如上所述，根據本發明，當因環境變化，原動機的輸入降低時，在高負荷時，可減少原動機的轉數降低，確保良好的作業性。
另外，速度讀出控制與已往同樣地進行，所以，當作用了急負荷或者產生意外事情導致原動機輸入降低時，也能防止原動機的停止。
另外，由於進行速度讀出控制，不必預先留有富餘地設定油壓泵的吸收轉矩，所以，可與已往同樣地有效利用原動機的輸出。例如，即使因機器性能的偏差或長年使用等原因原動機輸出降低時，也能防止高負荷時原動機停止。
權利要求
1．油壓建築機械的原動機和油壓泵的控制裝置，備有原動機、被該原動機驅動的至少一個可變容量型油壓泵、被該油壓泵的壓力油驅動的多個油壓促動器、指令該多個油壓促動器操作的操作指令機構、設定原動機目標轉數的機構；根據上述目標轉數，控制原動機的轉數，同時，根據操作指令機構的指令信號，控制油壓泵的傾轉位置；其特徵在於，還備有檢測原動機實際轉數的轉數檢測機構和正泵流量控制機構，該正泵流量控制機構根據操作指令機構的指令信號，計算油壓泵的目標傾轉位置，控制油壓泵的傾轉位置；上述正泵流量控制機構具有目標傾轉位置決定機構，該目標傾轉位置決定機構計算與指令信號相應的油泵目標排出流量，從該目標檢測流量和轉數檢測機構所檢測出的原動機實際轉數，計算油壓泵排出目標排出流量的傾轉位置，把該傾轉位置作為目標傾轉位置。
2．油壓建築機械的原動機和油壓泵的控制裝置，備有原動機、被該原動機驅動的至少一個可變容量型油壓泵、被該油壓泵的壓力油驅動的多個油壓促動器、指令該多個油壓促動器操作的操作指令機構、檢測該操作指令機構的指令信號的操作檢測機構、檢測上述多個油壓促動器負荷的負荷檢測機構、指令原動機基準目標轉數的輸入機構，根據上述操作檢測機構和負荷檢測機構的檢測值，計算上述基準目標轉數的修正值，按照該修正值，對基準目標轉數進行修正，作為目標轉數，控制原動機的轉數；其特徵在於，還備有檢測原動機實際轉數的轉數檢測機構和正泵流量控制機構，該正泵流量控制機構根據操作指令機構的指令信號，計算油壓泵的目標傾轉位置，控制油壓泵的傾轉位置；上述正泵流量控制機構具有目標傾轉位置決定機構，該目標傾轉位置決定機構，計算與指令信號相應的油壓泵目標排出流量，從該目標排出流量和轉數檢測機構所檢測出的原動機實際轉數，計算油壓泵排出目標排出流量的傾轉位置，將該傾轉位置作為目標傾轉位置。
3．油壓建築機械的原動機和油壓泵的控制裝置，備有原動機、被該原動機驅動的至少一個可變容量型油壓泵、被該油壓泵的壓力油驅動的多個油壓促動器、指令該多個油壓促動器操作的操作指令機構、設定原動機目標轉數的機構；根據上述目標轉數，控制原動機的轉數，同時，根據操作指令機構的指令信號，控制油壓泵的傾轉位置；其特徵在於，還備有檢測原動機實際轉數的轉數檢測機構、正泵流量控制機構和最大吸收轉矩控制機構；正泵流量控制機構根據操作指令機構的指令信號，計算油壓泵的目標傾轉位置，控制油壓泵的傾轉位置；最大吸收轉矩控制機構計算與目標轉數相應的油壓泵的目標最大吸收轉矩，限制控制油壓泵的最大容量，使油壓泵的最大吸收轉矩為其目標最大吸收轉矩以下；上述正泵流量控制機構具有目標傾轉位置決定機構，該目標傾轉位置決定機構，計算與指令信號相應的油壓泵目標排出流量，從該目標排出流量和轉數檢測機構所檢測出的原動機實際轉數，計算油壓泵排出目標排出流量的傾轉位置，將該傾轉位置作為目標傾轉位置。
4．如權利要求1至3中任一項所述的原動機和油壓泵的控制裝置，其特徵在於，上述目標傾轉位置決定機構，用原動實際轉數和預先設定的常數除目標排出流量，計算上述傾轉位置。
5．如權利要求1至3中任一項所述的原動機和油壓泵的控制裝置，其特徵在於，上述目標傾轉位置決定機構，計算與指令信號相應的油壓泵基準排出流量，用原動機的目標轉數修正該基準排出流量，求出油壓泵的目標排出流量。
6．如權利要求5所述的原動機和油壓泵的控制裝置，其特徵在於，上述目標傾轉位置決定機構，用原動機目標轉數與預先設定的最高轉數之比除上述基準排出流量，求出油壓泵的目標排出流量。
全文摘要
在基準泵流量計算部,將油壓泵1側的控制先導壓與存儲在存儲器中的數據對照,計算基準排出流量;在目標泵流量計算部,用目標發動機轉數NR1與最高轉數NRC之比(NRC/NR1)除基準排出流量,計算目標排出流量;在目標泵傾轉計算部,用實際發動機轉數和常數除目標排出流量,算出目標傾轉;在螺線管輸出電流計算部,求出能得到目標傾轉的驅動電流,將其向螺線管控制閥輸出。這樣,可與操作指令機構的輸入變化相應地,應答良好地控制泵排出流量。
文檔編號F15B11/00GK1213728SQ9811944
公開日1999年4月14日 申請日期1998年10月8日 優先權日1997年10月8日
發明者中村和則, 高橋詠, 豐岡司, 石川廣二, 中村剛志, 古渡陽一, 島村忠利, 杉山玄六, 平田東一 申請人:日立建機株式會社