專利名稱：作業(yè)機械的液壓驅動裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種優(yōu)選搭載在液壓挖掘機等作業(yè)機械上的液壓驅動裝置。
背景技術：
作為此種現(xiàn)有的液壓驅動裝置，例如，已知在專利文獻1～3中提出。在專利文獻1的液壓驅動裝置中，分別設定了與操作者所選擇的作業(yè)模式相適合的發(fā)動機輸出轉矩特性及液壓泵吸收轉矩特性。另外，在專利文獻2的液壓驅動裝置中，通過檢測操作桿的特定的操作狀態(tài)，檢測作業(yè)機等處于特定的操作狀態(tài)的情況，當作業(yè)機等處于特定的操作狀態(tài)時，將液壓泵的吸收轉矩的最大值設定為與該操作狀態(tài)一致的規(guī)定值。另外，在專利文獻3的液壓驅動裝置中，在多個作業(yè)模式中的任一作業(yè)模式中，均能夠以最小燃料費進行作業(yè)。此外，作為相關現(xiàn)有技術，例如，有專利文獻4提出的建筑機械的發(fā)動機控制機構。
專利文獻1日本特開平2-38630號公報專利文獻2日本特開2002-295408號公報專利文獻3日本特許第3064574號公報專利文獻4日本特開平11-2144號公報在所述專利文獻1的液壓驅動裝置中，在操作者選擇了重挖掘模式時，發(fā)動機全負荷運轉，在圖10(a)中，設定用符號ELa的曲線表示的發(fā)動機輸出轉矩特性。在該發(fā)動機輸出轉矩特性曲線Ela上，對設定發(fā)動機轉速NA設定調整曲線Ra，并且，在發(fā)動機轉速Na上進行設定使得發(fā)動機的輸出(功率)為最大值。該發(fā)動機轉速在圖中所示的點Ma為Na，發(fā)動機的輸出轉矩是Ta。另外，通過調整可變容量型液壓泵(以下，簡稱為“液壓泵”)的噴出油量，在同一圖(a)中，設定用符號PLa的曲線表示的液壓泵吸收轉矩特性。在此，該液壓泵吸收轉矩特性曲線PLa為以發(fā)動機轉速為變量的單調增加函數(shù)。而且，在點Ma，發(fā)動機的輸出轉矩和液壓泵的吸收轉矩一致。這樣，將發(fā)動機的輸出轉矩和液壓泵的吸收轉矩一致稱為“匹配”，將同一圖中的點Ma稱為匹配點Ma。在同一圖中，因為匹配點Ma與發(fā)動機的最大功率點一致，因此通過在匹配點Ma用液壓泵吸收發(fā)動機的功率即發(fā)動機最大功率，能高效率進行重挖掘作業(yè)。這樣，例如將在匹配點Ma的發(fā)動機輸出轉矩Ta和發(fā)動機轉速Na設為目標值，運算發(fā)動機的目標轉速和實際轉速的偏差同時增減液壓泵的吸收轉矩，在匹配點Ma使發(fā)動機輸出轉矩和液壓泵吸收轉矩匹配，所述控制方式稱為“發(fā)動機轉速傳感控制”，其是公知的技術。
另外，同液壓驅動裝置中，在操作者選擇了挖掘模式或平整模式時，發(fā)動機部分負荷運轉(局部運轉)，在圖10(b)中，設定用符號ELc的曲線表示的發(fā)動機輸出轉矩特性。在該發(fā)動機輸出轉矩特性曲線ELc上，對設定發(fā)動機轉速NC設定調整特性曲線Rc。另外，通過調整液壓泵的噴出油量，在同一圖(b)中，設定用符號PLc的曲線表示的液壓泵吸收轉矩特性，液壓泵吸收轉矩對應于發(fā)動機的設定發(fā)動機轉速以沿著發(fā)動機的等功率曲線的值控制。將這種液壓泵吸收轉矩和發(fā)動機輸出轉矩的匹配方式稱為“等功率控制”。在同一圖(b)中，在通過發(fā)動機轉速Nc和與該發(fā)動機轉速Nc對應的發(fā)動機輸出轉矩Tc而特定的輸出轉矩點Mc，發(fā)動機的輸出轉矩和液壓泵的吸收轉矩相匹配(以下，將輸出轉矩點Mc稱為“匹配點Mc”)。此時，能夠在燃料消費率(g/kw·h以下省略)比設定發(fā)動機轉速NA時的匹配點Mc’低的匹配點Mc使發(fā)動機的輸出轉矩和液壓泵的吸收轉矩相匹配，所以，與在匹配點Mc’的發(fā)動機功率相同且燃料消費率良好的區(qū)域使用發(fā)動機。
另外，在所述專利文獻2的液壓驅動裝置中，例如在選擇了所述重挖掘模式的狀態(tài)下，當檢測到操作桿處于特定的操作狀態(tài)時，通過調整液壓泵的噴出油量，在圖10(c)中，設定用符號PLd的曲線表示的液壓泵吸收轉矩特性，將液壓泵吸收轉矩控制為一定。將這樣的液壓泵吸收轉矩和發(fā)動機輸出轉矩的匹配方式稱為“定轉矩控制”。在同一圖(c)中，在通過發(fā)動機轉速Nd和與該發(fā)動機轉速Nd對應的發(fā)動機輸出轉矩Td而特定的輸出轉矩點Md，發(fā)動機輸出轉矩和液壓泵吸收轉矩相匹配(以下，將輸出轉矩點Md稱為“匹配點Md”)。并且，當作業(yè)機構等處于特定的操作狀態(tài)時，使液壓泵吸收轉矩的最大值與其操作狀態(tài)一致，設定為匹配點Md，由此限制為作業(yè)中需要的液壓泵輸出，從而在總量上降低輕負荷作業(yè)時的燃料費。
另外，在專利文獻3的液壓驅動裝置中，對每種作業(yè)模式設定得到最小燃料費的目標輸出轉矩點，并且，液壓泵吸收在與通過操作者切換作業(yè)模式而選擇的作業(yè)模式對應的所述目標輸出轉矩點上的發(fā)動機功率，由此，能夠確保作業(yè)所需要的泵輸出，且降低燃料費。
另外，在專利文獻4的建筑機械的發(fā)動機控制機構中，泵控制器對應于油門開度、泵噴出壓力、操作桿裝置的操作量來計算泵最大吸收功率和泵需要功率，并且通過選擇其最小值求得發(fā)動機需要功率，并且，通過油門開度、操作桿裝置的操作量、實際發(fā)動機轉速來計算泵需要轉速，求得發(fā)動機需要轉速，另一方面，發(fā)動機控制器求得與所述發(fā)動機需要功率對應的燃料消費率最低的需要功率參照目標發(fā)動機轉速，將該需要功率參照目標發(fā)動機轉速和所述發(fā)動機需要轉速相比較，將大的一方的轉速設定為發(fā)動機目標轉速，基于該發(fā)動機目標轉速控制燃料噴射量和燃料噴射時期，由此控制發(fā)動機的輸出轉矩和轉速。根據該建筑機械的發(fā)動機控制機構，在操作桿裝置的操作量少且?guī)缀醪恍枰l(fā)動機轉速的輕負荷時，能夠在燃料消費率低的區(qū)域使用發(fā)動機，另外，在操作桿裝置的操作量大且需要高發(fā)動機轉速的高負荷時，能夠優(yōu)先提高發(fā)動機轉速，確保作業(yè)性。
但是，在用液壓挖掘機進行作業(yè)時，例如，在挖掘土砂，將該被挖掘的土砂兜入鏟斗，提升動臂同時使上部旋轉體旋轉，將該鏟斗內的土砂堆入自卸卡車的情況、和為了在土砂的堆入結束后進入下一次作業(yè)循環(huán)，而使動臂下降且旋轉的情況下，需要的泵輸出差異很大。
但是，在所述專利文獻1的液壓驅動裝置中，當在選擇了重挖掘模式的圖10(a)所示的狀態(tài)下進行所述一連串的作業(yè)動作時，發(fā)動機在輸出轉矩點Ma附近運轉，在該一連串作業(yè)中即使作業(yè)條件處于幾乎不需要液壓泵的輸出的作業(yè)條件下，發(fā)動機也在燃料消費率較高的發(fā)動機轉速Na附近使用，因此存在無謂的燃料消費的問題。還有，操作者對應于在所述一連串的作業(yè)之間時刻變化的作業(yè)條件而進行圖10(a)所示的重挖掘模式和同一圖(b)所示的挖掘模式(平整模式)的切換這一操作實質上是不可能的，因此，在作業(yè)條件時刻變化的實際作業(yè)中，存在不能得到充分的燃料費降低效果的問題。
另外，在所述專利文獻2的液壓驅動裝置中，在進行所述一連串的作業(yè)時，如圖10(c)所示，雖然對應于作業(yè)條件的變化來控制液壓泵的輸出，由此抑制無謂的能量消耗，但是，在此一連串作業(yè)中，發(fā)動機在調整曲線Ra上(發(fā)動機轉速NA～Nd)的燃料消費率的范圍內運轉，存在燃料費差的問題。
另外，在所述專利文獻3的液壓驅動裝置中，由于通過操作者進行作業(yè)模式的切換來進行得到最小燃料費的目標輸出轉矩點的變更，因此，對應于在所述一連串的作業(yè)之間時刻變化的作業(yè)條件而進行得到最小燃料費的目標輸出轉矩點的變更這一操作實質上是不可能的，因此，在作業(yè)條件時刻變化的實際作業(yè)中，存在不能得到充分的燃料費降低效果的問題。
另外，在專利文獻4的建筑機械的發(fā)動機控制機構中，在操作桿裝置的操作量小且?guī)缀醪恍枰l(fā)動機轉速的輕負荷時，能夠在燃料消費率低的區(qū)域使用發(fā)動機，另外，在操作桿裝置的操作量大且需要高發(fā)動機轉速的高負荷時，能夠優(yōu)先提高發(fā)動機轉速，確保作業(yè)性，但是，在使操作桿裝置的操作量急劇變化時，發(fā)動機轉速的變化頻繁，但作業(yè)機并不追隨發(fā)動機轉速的上下，因而，存在不與操作者的操作感覺一致的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于以上所述的問題而作出的，其目的在于提供一種即使在作業(yè)條件時刻變化的實際作業(yè)中，也能夠可靠地得到燃料費降低效果的作業(yè)機械的液壓驅動裝置。
為了實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明提供一種作業(yè)機械的液壓驅動裝置，其具備發(fā)動機、由該發(fā)動機驅動的液壓泵、及通過從該液壓泵噴出的壓力油工作的液壓致動器，其特征在于，設置有判別作業(yè)條件的作業(yè)條件判別機構和控制所述液壓泵吸收轉矩的液壓泵控制機構，
在由所述作業(yè)條件判別機構判別的作業(yè)條件為特定的作業(yè)條件時，所述液壓泵控制機構控制所述液壓泵的吸收轉矩，以使所述發(fā)動機的輸出轉矩和所述液壓泵的吸收轉矩在所述發(fā)動機的燃料消費率為大約最小的規(guī)定的發(fā)動機輸出轉矩點一致(第一方面)。
在第一方面的基礎上，優(yōu)選所述作業(yè)條件判別機構具有檢測所述液壓致動器的操作狀態(tài)的操作狀態(tài)檢測機構及/或檢測所述液壓泵的噴出壓力的噴出壓力檢測機構，基于通過所述操作狀態(tài)檢測機構得到的檢測結果及/或通過所述噴出壓力檢測機構得到的檢測結果來判別作業(yè)條件(第二方面)。
在所述各方面的基礎上，優(yōu)選所述液壓泵控制機構逐漸進行以下特性的切換，即，在所述規(guī)定的發(fā)動機輸出轉矩點使所述發(fā)動機的輸出轉矩和所述液壓泵的吸收轉矩一致的一液壓泵吸收轉矩特性；在與所述規(guī)定的發(fā)動機輸出轉矩點不同的其他的發(fā)動機輸出轉矩點使所述發(fā)動機的輸出轉矩和所述液壓泵的吸收轉矩一致的其他的液壓泵吸收轉矩特性(第三方面)。
在所述各方面的基礎上，優(yōu)選設置有控制所述發(fā)動機的無負荷時發(fā)動機轉速的節(jié)流(throttle)控制機構，該節(jié)流控制機構在通過所述液壓泵控制機構對在所述規(guī)定的發(fā)動機輸出轉矩點使所述發(fā)動機的輸出轉矩和所述液壓泵的吸收轉矩一致的一液壓泵吸收轉矩特性、和在與所述規(guī)定的發(fā)動機輸出轉矩點不同的其他的發(fā)動機輸出轉矩點使所述發(fā)動機的輸出轉矩和所述液壓泵的吸收轉矩一致的其他的液壓泵吸收轉矩特性進行切換時，與該切換動作同步地使所述無負荷時發(fā)動機轉速對應于與所述規(guī)定的發(fā)動機輸出轉矩點對應的發(fā)動機轉速和與所述其他的發(fā)動機輸出轉矩點對應的發(fā)動機轉速的差分變化(第四方面)。
(發(fā)明效果)在第一方面中，例如將幾乎不需要液壓泵的輸出的作業(yè)條件設定為特定的作業(yè)條件，并且，在作業(yè)條件時刻變化的實際作業(yè)中，通過作業(yè)條件判別機構判別現(xiàn)在的作業(yè)條件是哪種作業(yè)條件。而且，在由作業(yè)條件判別機構判別的作業(yè)條件是特定的作業(yè)條件時，通過液壓泵控制機構所進行的液壓泵的吸收轉矩的控制，在發(fā)動機燃料消費率為大約最小的規(guī)定的發(fā)動機輸出轉矩點，使發(fā)動機的輸出轉矩和液壓泵的吸收轉矩一致。因此，即使在作業(yè)條件時刻變化的實際作業(yè)中，也能夠可靠地得到燃料費降低效果。
通過采用發(fā)第二方面的構成，能夠容易且可靠地判別時刻變化的作業(yè)條件。
根據第三方面，由于逐漸進行液壓泵的吸收轉矩特性的切換，因此可以抑制發(fā)動機轉速的急劇變化或液壓泵的噴出油量的急劇變化，從而緩和施加于液壓致動器等上的沖擊等。
通過采用第四方面的構成，能夠降低實際作業(yè)中的噪聲。


圖1是本發(fā)明一實施方式的液壓挖掘機的側視圖；圖2是本實施方式的液壓驅動裝置的整體概略系統(tǒng)構成圖；圖3是本實施方式的發(fā)動機的輸出轉矩特性線圖；圖4是本實施方式的發(fā)動機·液壓泵控制裝置的功能框圖；圖5是表示發(fā)動機的輸出轉矩特性和液壓泵的吸收轉矩特性的關系的特性線圖(1)；圖6是表示發(fā)動機的輸出轉矩特性和液壓泵的吸收轉矩特性的關系的特性線圖(2)；圖7是表示液壓泵吸收轉矩特性曲線的變化的狀態(tài)的圖；圖8是表示作業(yè)條件的判別的處理順序的流程圖；圖9是表示一作業(yè)例的設定發(fā)動機轉速、液壓泵吸收轉矩及燃料消費率的變化的狀態(tài)的時間圖；圖10是現(xiàn)有技術的說明圖。
符號說明1-液壓挖掘機；17-發(fā)動機；18-液壓泵；20-液壓致動器；22-發(fā)動機控制器；24-泵控制器；25-轉速傳感器；28-電磁比例控制閥；29-壓力傳感器；37-液壓開關；38-電位計；39-監(jiān)控面板；40-發(fā)動機·液壓泵控制裝置；40a-發(fā)動機控制裝置；40b-液壓泵控制裝置；41-作業(yè)條件判別部；42-泵吸收轉矩指令控制部；43-控制電流指令控制部；44-節(jié)流指令控制部；EL-發(fā)動機輸出轉矩特性曲線；PLb-液壓泵吸收轉矩特性曲線；Mb-匹配點；Fm-燃料費圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖對本發(fā)明的作業(yè)機械的液壓驅動裝置的具體實施方式
進行說明。還有，本實施方式是本發(fā)明適用于作為作業(yè)機械的液壓挖掘機中的例。
圖1表示本發(fā)明一實施方式的液壓挖掘機的側面圖。另外，圖2表示本實施方式的液壓驅動裝置的整體概略系統(tǒng)構成圖，圖3表示本實施方式的發(fā)動機的輸出轉矩特性線圖，圖4表示本實施方式的發(fā)動機·液壓泵控制裝置的功能框圖。
本實施方式的液壓挖掘機1如圖1所示，其具備下部行駛體2，其具備通過行駛用液壓電機2a驅動的行駛裝置2b而成；旋轉裝置3，其通過旋轉用液壓電機3a驅動；上部旋轉體4，其經由該旋轉裝置3配置在所述下部行駛體2上；作業(yè)機5，其安裝在該上部旋轉體4的前部中央位置；駕駛室6，其設置在該上部旋轉體4的前部左方位置。在此，所述作業(yè)機5通過從上部旋轉體4側依次可分別轉動地連結動臂(boom)7、斗桿(arm)8和鏟斗9而成，且配置有液壓缸(動臂液壓缸10、斗桿液壓缸11及鏟斗液壓缸12)，使其分別與這些動臂7、斗桿8及鏟斗9對應。另外，在所述駕駛室6的駕駛席(省略圖示)的兩側配置有操作上部旋轉體4的旋轉動作及作業(yè)機構5的屈曲起伏動作的作業(yè)機操作桿13、14(參照圖2)，并且，在同一駕駛席的前方配置有操作下部行駛體2的行駛動作的一對行駛操作桿15、15(參照圖2)。
該液壓挖掘機1中裝有圖2所示的液壓回路16。該液壓回路16的構成是，將從由發(fā)動機17驅動的液壓泵18噴出的工作壓力油經由操作閥19供給于液壓致動器20(動臂液壓缸10、斗桿液壓缸11、鏟斗液壓缸12、行駛用液壓電機2a、旋轉用液壓電機3a)。而且，通過該液壓回路16的工作，分別進行所述作業(yè)機構5的屈曲起伏動作、上部旋轉體4的旋轉動作及下部行駛體2的行駛動作。
所述發(fā)動機17是柴油發(fā)動機，在此發(fā)動機17中，設定用圖3中符號η的等燃料費曲線表示的燃料費圖Fm，并且設定用同一圖中符號EL的曲線表示的發(fā)動機輸出轉矩特性。在該發(fā)動機輸出轉矩特性曲線EL上，當設定發(fā)動機轉速(無負荷時發(fā)動機轉速)為NA時，對該設定發(fā)動機轉速NA設定調整曲線Ra，當設定發(fā)動機轉速為NB(NB＜NA)時，對該設定發(fā)動機轉速NB設定調整曲線Rb，在設定發(fā)動機轉速為NC(NC＜NB)時，對該設定發(fā)動機轉速NC設定調整曲線Rc。另外，在該發(fā)動機輸出轉矩特性曲線EL上，在作為設定發(fā)動機轉速設定了NA時，在由發(fā)動機轉速Ns和與該發(fā)動機轉速Ns對應的發(fā)動機17的輸出轉矩Ts特定的輸出轉矩點Ms，發(fā)動機17的輸出轉矩為最大，另外，在由發(fā)動機轉速Na和與該發(fā)動機轉速Na對應的發(fā)動機17的輸出轉矩Ta特定的輸出轉矩點Ma，發(fā)動機17的輸出(功率)為最大，另外，在由發(fā)動機轉速Ns和發(fā)動機轉速Na之間的規(guī)定發(fā)動機轉速Nb、和與該規(guī)定發(fā)動機轉速Nb對應的發(fā)動機17的輸出轉矩Tb特定的輸出轉矩點Mb(相當于本發(fā)明的“規(guī)定的發(fā)動機輸出轉矩點”)，燃料消費率為大約最小。還有，用圖3中記號ε表示的點是燃料消費率最小的點。
在該發(fā)動機17中，如圖2所示，附設有蓄壓(公共導軌(common rail))式燃料噴射裝置21。該燃料噴射裝置21其自身是公知的，省略了圖示的詳細說明，其是通過燃料壓送泵在共軌室內對燃料進行蓄壓，通過電磁閥的開閉從噴射器中噴射燃料這一方式的燃料噴射裝置，且可以通過從發(fā)動機控制器22向所述電磁閥的驅動信號決定燃料噴射特性，從而從發(fā)動機17的低速區(qū)域到高速區(qū)域得到任意的噴射特性。本實施方式中，由包括燃料噴射裝置21、發(fā)動機控制器22及各種傳感器類的設備構成了所謂電子控制噴射系統(tǒng)，在如此的電子控制噴射系統(tǒng)中，通過將目標噴射特性用數(shù)字值圖形化，能夠得到如圖3所示的發(fā)動機輸出轉矩特性。在此，為了設定發(fā)動機17的節(jié)流量而設置有燃料刻度盤23，來自附設在該燃料刻度盤23中的電位計23a的節(jié)流信號(以下，稱為“第一節(jié)流信號”)輸入到泵控制器24中。另外，發(fā)動機17的實際轉速通過轉速傳感器25檢測，該檢測信號分別輸入到發(fā)動機控制器22及泵控制器24中。還有，也可以取代所述公共導軌式燃料噴射裝置21，而采用具備機械調速器的燃料噴射裝置或具備電子調速器的其他形式等的燃料噴射裝置。
所述液壓泵18是可變容量型的液壓泵，在該液壓泵18上附設有電·液壓伺服機構26。該電·液壓伺服機構26具有調整器27，其利用從液壓泵18噴出的壓力油調整該液壓泵18的傾斜板18a的傾轉角；電磁比例閥28，其基于來自泵控制器24的控制電流控制該調整器27。在此，在泵控制器24中，由于讀取設定發(fā)動機轉速，該設定發(fā)動機轉速通過來自在所述燃料刻度盤23中附設的電位計23a的第一節(jié)流信號及來自后述的監(jiān)控面板39的作業(yè)模式指令信號而設定，進而，通過來自轉速傳感器25的實際發(fā)動機轉速信號讀取實際發(fā)動機轉速，對應于這兩個發(fā)動機轉速的偏差來增減液壓泵18的吸收轉矩，所以將控制液壓泵18的傾斜板18a的傾轉角的控制電流值輸出給所述電磁比例控制閥28。另外，設置有檢測液壓泵18的噴出壓力的壓力傳感器29，將來自該壓力傳感器29的泵噴出壓力信號輸入給泵控制器24。
所述操作閥19是對應于所述液壓致動器20(行駛用液壓電機2a、旋轉用液壓電機3a、動臂液壓缸10、斗桿液壓缸11、鏟斗液壓缸12)而設置的液壓控制操作式的方向控制閥30、……、30的集合體，通過從后述的各減壓閥33、34、36輸出的控制壓力油向所述各方向控制閥30的供給，進行規(guī)定的液路切換動作。
在所述作業(yè)機構操作桿13、14上經由輸出與各種桿操作對應的各種操作指令的操作部31、32附設有減壓閥33、34。另一方面，在所述行駛操作桿15、15上也同樣經由輸出與各種桿操作對應的各種操作指令的操作部35附設有減壓閥36。來自省略圖示的控制泵的控制壓力油供給于各減壓閥33、34、36，各減壓閥33、34、36基于各種操作指令對被供給的控制壓力油進行調壓，并將該被調壓的控制壓力油向操作閥19輸出。并且，從各減壓閥33、34、36輸出的控制壓力油輸入到所述操作閥19的規(guī)定的控制壓力油輸入口，由此進行規(guī)定的液路切換動作。這樣一來，通過作業(yè)機操作桿13、14的規(guī)定操作，進行上部旋轉體4的旋轉動作和作業(yè)機構5的屈曲起伏動作，并且通過行駛操作桿15、15的規(guī)定操作進行下部行駛體2的行駛動作。另外，表示作業(yè)機操作桿13、14及行駛操作桿15、15的各自的操作狀態(tài)的操作信號經由附設于各減壓閥33、34、36上的液壓開關37、……、37輸入給泵控制器24。在本實施方式中，通過這些操作桿13、14、15，15的規(guī)定操作而輸入到泵控制器24中的操作信號有以下共計12種。
(1)與上部旋轉體4的右旋轉動作對應的右旋轉操作信號；(2)與上部旋轉體4的左旋轉動作對應的左旋轉操作信號；(3)與動臂7的上升動作對應的動臂上升操作信號；(4)與動臂7的下降動作對應的動臂下降操作信號；(5)與將斗桿8送出到前方的動作對應的斗桿卸載操作信號；(6)與將斗桿8拉入到跟前的動作對應的斗桿挖掘操作信號；(7)與將鏟斗9送出到前方的動作對應的鏟斗卸載操作信號；(8)與將鏟斗9拉入到跟前的動作對應的鏟斗挖掘操作信號；(9)與下部行駛體2的右前進行駛動作對應的右前進行駛操作信號；(10)與下部行駛體2的右后退行駛動作對應的右后退行駛操作信號；(11)與下部行駛體2的左前進行駛動作對應的左前進行駛操作信號；(12)與下部行駛體2的左后退行駛動作對應的左后退行駛操作信號。
在所述操作部31中附設有電位計38，該電位計38將作業(yè)機操作桿13的各種桿操作中的斗桿卸載操作、斗桿挖掘操作、鏟斗卸載操作及鏟斗挖掘操作的各自的操作量變換成電信號，并作為斗桿卸載操作量信號、斗桿挖掘操作量信號、鏟斗卸載操作量信號及鏟斗挖掘操作量信號輸出，來自該電位計38的各種操作量信號輸入到泵控制器24中。
在所述駕駛室6中設置有作為設定器發(fā)揮功能的監(jiān)控面板39，該設定器用于使操作者從多個作業(yè)模式中選擇希望的作業(yè)模式。在本實施方式中，為了便于說明，可以選擇重挖掘模式及經濟模式這兩種作業(yè)模式。
在本實施方式的液壓驅動裝置中設置有主要由發(fā)動機控制器22、泵控制器24、各種傳感器·開關類(25、29、37、38)、各種設定器(23、39)及各種致動器(21、28)構成的發(fā)動機·液壓泵控制裝置40。關于該發(fā)動機·液壓泵控制裝置40，下面使用圖4的功能框圖進行詳細說明。
所述泵控制器24通過具備作業(yè)條件判別部(相當于本發(fā)明的“作業(yè)條件判別機構”)41、泵吸收轉矩指令控制部42、控制電流指令控制部43和節(jié)流指令控制部(相當于本發(fā)明的“節(jié)流控制機構”)44而構成。
來自附設于燃料刻度盤23中的電位計23a的第一節(jié)流信號及來自監(jiān)控面板39的作業(yè)模式指令信號經由后述的節(jié)流指令控制部44分別輸入到所述作業(yè)條件判別部41。進而，來自各液壓開關37的各種操作信號、來自附設于操作部31中的電位計38的各種操作量信號、來自壓力傳感器29的泵輸出壓力信號輸入到該作業(yè)條件判別部41中。在該作業(yè)條件判別部41中，基于這些輸入信號判別現(xiàn)在的作業(yè)條件，并將該判別結果作為作業(yè)條件信號(“a”/“b”/“c”)，分別輸出給泵吸收轉矩指令控制部42及后述的節(jié)流指令控制部44。還有，關于直至該作業(yè)條件判別部41所進行的作業(yè)條件的判別的處理順序將在后面詳述。另外，后述的作業(yè)條件(b)相當于本發(fā)明的“特定的作業(yè)條件”。
來自轉速傳感器25的實際轉速信號和來自所述作業(yè)條件判別部41的作業(yè)條件信號輸入到所述泵吸收轉矩指令控制部42。另外，在該泵吸收轉矩指令控制部42中圖表化地存儲有基于作業(yè)條件或作業(yè)模式而設定的多個液壓泵吸收轉矩特性。各液壓泵吸收轉矩特性通過使液壓泵18從發(fā)動機17吸收的轉矩(以下，簡稱為“吸收轉矩”)和發(fā)動機轉速相關聯(lián)而成。在本實施方式中，對應于作業(yè)條件(a)或重挖掘模式設定用圖中符號PLa的曲線表示的液壓泵吸收轉矩特性，并且，對應于作業(yè)條件(b)設定用圖中符號PLb的曲線表示的液壓泵吸收轉矩特性。進而，對應于作業(yè)條件(c)設定用圖中符號PLc的曲線表示的液壓泵吸收轉矩特性。還有，在本實施方式中，設定的液壓泵吸收轉矩特性是三個，但是，并不限定于此，也可以對應于作業(yè)條件或作業(yè)模式，設定更多的液壓泵吸收轉矩特性。
在該泵吸收轉矩指令控制部42中，輸出基于液壓泵吸收轉矩特性曲線和來自轉速傳感器25的實際發(fā)動機轉速信號而決定的泵吸收轉矩指令值，所述液壓泵吸收轉矩特性曲線基于作業(yè)條件信號或作業(yè)模式指令信號選擇?，F(xiàn)舉例，當來自作業(yè)條件判別部41的作業(yè)條件信號為“a”，來自轉速傳感器25的實際發(fā)動機轉速信號為“Na”時，選擇液壓泵吸收轉矩特性曲線PLa，并且，將與實際發(fā)動機轉速信號Na對應的泵吸收轉矩值Ta作為泵吸收轉矩指令值輸出。另外，在來自作業(yè)條件判別部41的作業(yè)條件信號為“b”，來自轉速傳感器25的實際發(fā)動機轉速信號為“Nb”時，選擇液壓泵吸收轉矩特性曲線PLb，并且，將與實際發(fā)動機轉速信號“Nb”對應的泵吸收轉矩值Tb作為泵吸收轉矩指令值輸出。還有，在來自作業(yè)條件判別部41的作業(yè)條件信號為“c”，來自轉速傳感器25的實際發(fā)動機轉速信號為“Nc”時，選擇液壓泵吸收轉矩特性曲線PLc，并且，將與實際發(fā)動機轉速信號“Nc”對應的泵吸收轉矩值Tc作為泵吸收轉矩指令值輸出。
來自所述泵吸收轉矩指令控制部42的泵吸收轉矩指令值輸入到所述控制電流指令控制部43中。另外，在該控制電流指令控制部43中存儲有與泵吸收轉矩指令值對應的流向所述電磁比例控制閥28的控制電流值。而且，在該控制電流指令控制部43中，將基于來自泵吸收轉矩指令控制部42的泵吸收轉矩指令值而決定的控制電流值向電磁比例控制閥28輸出?，F(xiàn)舉例，在來自泵吸收轉矩指令控制部42的泵吸收轉矩指令值為Ta時，與該泵吸收轉矩指令值Ta對應的控制電流值Ia向電磁比例控制閥28輸出。另外，在來自泵吸收轉矩指令控制部42的泵吸收轉矩指令值為Tb時，與該泵吸收轉矩指令值Tb對應的控制電流值Ib向電磁比例控制閥28輸出。另外，在來自泵吸收轉矩指令控制部42的泵吸收轉矩指令值為Tc時，與該泵吸收轉矩指令值Tc對應的控制電流值Ic向電磁比例控制閥28輸出。
進而，該控制電流指令控制部43具有調制功能，在將控制電流值從Ia切換到Ib之際，在規(guī)定時間ΔtB(t5～t6)之間，逐漸增加電流值，并且，在將控制電流值從Ib切換到Ia之際，在規(guī)定時間ΔtA(t3～t4)之間，逐漸減小電流值(參照圖9)。還有，在本實施方式中，ΔtA＞ΔtB。另一方面，在用設置于所述駕駛室6內的所述監(jiān)控面板39選擇了經濟模式時，將控制電流值Ic從控制電流指令控制部43向電磁比例控制閥28輸出(省略圖示)。
這樣，當通過作業(yè)條件判別部41判別的作業(yè)條件為作業(yè)條件(a)時，如圖5所示，發(fā)動機17的輸出轉矩特性EL設定輸出轉矩點Ms-Ma-NA的特性線，進而，選擇液壓泵吸收轉矩特性曲線PLa，液壓泵18的吸收轉矩隨著發(fā)動機轉速的增減而增減，在輸出轉矩點Ma，發(fā)動機17的輸出轉矩和液壓泵18的吸收轉矩一致(以下，稱該狀態(tài)為“匹配”)。另外，當由作業(yè)條件判別部41判別的作業(yè)條件是作業(yè)條件(b)時，選擇液壓泵吸收轉矩特性曲線PLb，如圖5所示，液壓泵18的吸收轉矩隨著發(fā)動機轉速的增減而增減，在輸出轉矩點Mb，發(fā)動機17的輸出轉矩和液壓泵18的吸收轉矩匹配。還有，從降低噪聲方面考慮，優(yōu)選此時將無負荷時發(fā)動機轉速從NA減少到NB。另外，當選擇了經濟模式時，即當由作業(yè)條件判別部41判別的作業(yè)條件是作業(yè)條件(c)時，如圖6所示，發(fā)動機17的輸出轉矩特性EL設定輸出轉矩點Ms-Mc”-NC的特性線，進而，選擇液壓泵吸收轉矩特性曲線PLc，液壓泵18的吸收轉矩隨著發(fā)動機轉速的增減而增減，在對該設定發(fā)動機轉速NC設定的調整曲線Rc上的輸出轉矩點Mc，發(fā)動機17的輸出轉矩和液壓泵18的吸收轉矩匹配。還有，在以下的說明中，將輸出轉矩點Ma稱為“匹配點Ma”，將輸出轉矩點Mb稱為“匹配點Mb”，將輸出轉矩點Mc稱為“匹配點Mc”。
進而，在作業(yè)條件時刻變化的實際作業(yè)中，當由作業(yè)條件判別部41判別的作業(yè)條件從作業(yè)條件(a)變化為作業(yè)條件(b)時，如圖7所示，匹配目標發(fā)動機轉速(使發(fā)動機17的輸出轉矩和液壓泵18的吸收轉矩一致的發(fā)動機轉速的目標值)在規(guī)定時間ΔtB(時刻t5～t6參照圖9)之間，從Na經過N1、N2、……，Nn-2、Nn-1、Nn而變化為Nb，隨之液壓泵吸收轉矩特性曲線從PLa經過PL1、PL2、……、PLn-2、PLn-1、PLn而變化為PLb。另外，當由作業(yè)條件判別部41判別的作業(yè)條件從作業(yè)條件(b)變化為作業(yè)條件(a)時，如圖7所示，匹配目標發(fā)動機轉速在規(guī)定時間ΔtA(時刻t3～t4參照圖9)之間，從Nb經過Nn、Nn-1、Nn-2、……、N2、N1變化為Na，隨之液壓泵吸收轉矩特性曲線從PLb經過PLn、PLn-1、PLn-2、……、PL2、PL1而變化為PLa。
來自監(jiān)控面板39的作業(yè)模式指令信號、來自附設在燃料刻度盤23中的電位計23a的第一節(jié)流信號和來自作業(yè)條件判別部41的作業(yè)條件信號輸入到所述節(jié)流指令控制部44中。在該節(jié)流指令控制部44中，基于這些輸入信號決定第二節(jié)流信號，并將被決定的第二節(jié)流信號向發(fā)動機控制器22輸出。現(xiàn)在，在燃料刻度盤被設為最大位置(FULL位置)的狀態(tài)下，表示作為設定發(fā)動機轉速的NA這一大小的第一節(jié)流信號“FULL”輸入到節(jié)流指令控制部44。在該狀態(tài)下，在輸入節(jié)流指令控制部44中的作業(yè)模式指令信號是重挖掘模式指令信號“A”時，表示作為設定發(fā)動機轉速的NA這一大小的第二節(jié)流信號“NA”從節(jié)流指令控制部44向發(fā)動機控制器22輸出。另外，在燃料刻度盤23的設置位置同樣的狀態(tài)下，在輸入節(jié)流指令控制部44中的作業(yè)模式指令信號是經濟模式指令信號“C”時，表示作為設定發(fā)動機轉速的NC這一大小的第二信號“NC”從節(jié)流指令控制部44向發(fā)動機控制器22輸出。
進而，在對節(jié)流指令控制部44分別輸入了第一節(jié)流信號“FULL”、重挖掘模式指令信號“A”及作業(yè)條件信號“a”時，第二節(jié)流信號“NA”從節(jié)流指令控制部44向發(fā)動機控制器22輸出。另外，在對節(jié)流指令控制部44分別輸入了第一節(jié)流信號“FULL”、重挖掘模式指令信號“A”及作業(yè)條件信號“b”時，表示作為設定發(fā)動機轉速的NB這一大小的第二節(jié)流信號“NB”從節(jié)流指令控制部44向發(fā)動機控制器22輸出。
在此，如圖5所示，設定發(fā)動機轉速NA和設定發(fā)動機轉速NB的差分ΔN1對應于與匹配點Ma對應的發(fā)動機轉速Na和與匹配點Mb對應的發(fā)動機轉速Nb的差分ΔN2而設定(在本實施方式中，ΔN1＝ΔN2)。而且，在將液壓泵18的吸收轉矩特性曲線從液壓泵吸收轉矩特性曲線PLa切換到液壓泵吸收轉矩特性曲線PLb時，為與該切換動作同步，而通過節(jié)流指令控制部44將第二節(jié)流信號從“NA”逐漸減少到“NB”，另外，在將液壓泵18的吸收轉矩特性曲線從液壓泵吸收轉矩特性曲線PLb切換到液壓泵吸收轉矩特性曲線PLa時，為與該切換動作同步，而通過節(jié)流指令控制部44將第二節(jié)流信號從“NB”逐漸增加到“NA”。
來自節(jié)流指令控制部44的第二節(jié)流指令信號輸入所述發(fā)動機控制器22中。另外，在該發(fā)動機控制器22中圖表化地存儲有圖3所示的發(fā)動機輸出轉矩特性。而且，在該發(fā)動機控制器22中，基于這樣的發(fā)動機輸出轉矩特性圖或第二節(jié)流指令信號、來自轉速傳感器25的實際發(fā)動機轉速信號、燃料噴射特性圖(省略圖示)等，求得需要使燃料噴射裝置21噴射的現(xiàn)在燃料噴射量，并將滿足求得的燃料噴射量的驅動信號“FF”向燃料噴射裝置21輸出。
還有，在本實施方式的發(fā)動機·液壓泵控制裝置40中，利用包括節(jié)流指令控制部44、發(fā)動機控制器22及燃料噴射裝置21的設備構成了控制發(fā)動機17的發(fā)動機控制裝置40a，并利用包括泵吸收轉矩指令控制部42、控制電流指令控制部43及電磁比例控制閥28的設備構成了控制液壓泵18的吸收轉矩的液壓泵控制機構(相當于本發(fā)明的“液壓泵控制機構”)40b。
接著，采用圖8的流程圖如下說明所述作業(yè)條件判別部41所進行的作業(yè)條件的判別的處理順序。還有，圖中符號“S”表示步驟。
S1～S7判斷作業(yè)機操作桿13、14及行駛操作桿15、15是否處于中立狀態(tài)(S1)。當作業(yè)機操作桿13、14及行駛操作桿15、15處于中立狀態(tài)時，判定為是作業(yè)條件(b)(S2)。當判斷為作業(yè)機操作桿13、14及行駛操作桿15、15未處于中立狀態(tài)時，判斷是否進行了行駛操作(S3)。當判斷為進行了行駛操作時，判定為是作業(yè)條件(a)(S4)。當判斷為未進行行駛操作時，判斷作業(yè)模式是否為重挖掘模式(S5)。當作業(yè)模式是重挖掘模式時，判斷是否進行了上部旋轉體4的旋轉操作(S6)。當判斷為作業(yè)模式不是重挖掘模式時，即判斷為作業(yè)模式是經濟模式時，判定為是作業(yè)條件(c)(S7)。
S8～S9當在所述步驟S6中，判斷為未進行上部旋轉體4的旋轉操作時，判斷是否操作了斗桿8及鏟斗9(S8)。當判斷為未操作斗桿8及鏟斗9時，判斷為是作業(yè)條件(b)(S2)。當操作了斗桿8及鏟斗9時，判斷液壓泵18的噴出壓力(負荷壓力)P是否為規(guī)定壓力Pr以上，且與斗桿8及鏟斗9的操作有關的桿操作的操作量S是否在規(guī)定量Sr以上(S9)。當P≥Pr且S≥Sr時，判定為是作業(yè)條件(a)(S4)。當P＜Pr且S＜Sr時，判定為是作業(yè)條件(b)(S2)。
S10～S11當在所述步驟S6中，判斷為進行了上部旋轉體4的旋轉操作時，判斷是否進行了動臂7的下降操作(S10)。當進行了動臂7的下降操作時，判斷為是作業(yè)條件(b)(S2)。當未進行動臂7的下降操作時，判斷是否進行了動臂7的上升操作(S11)。當未進行動臂7的上升操作時，判定為是作業(yè)條件(b)(S2)。當進行了動臂7的上升操作時，判定為是作業(yè)條件(a)(S4)。
還有在此，當在所述步驟S7中，判定為現(xiàn)在的作業(yè)條件是作業(yè)條件(c)時，如圖6所示，發(fā)動機17局部運轉(部分負荷運轉)并設定調整曲線Rc，并且，設定液壓泵吸收轉矩特性曲線PLa，在燃料消費率比圖中Mc’點低的匹配點Mc，發(fā)動機17的輸出轉矩和液壓泵18的吸收轉矩匹配，從而發(fā)動機17在功率與在圖中Mc’點的發(fā)動機功率相同且燃料效率良好的范圍內運轉。還有，在作業(yè)條件(c)時，不言而喻，可以在圖6中Mc”點匹配，但是在輕負荷作業(yè)時，為了在總量上降低燃料費，在本實施方式中，在匹配點Mc匹配。
接著，基于液壓挖掘機1的一作業(yè)例，參照圖5及圖9說明本實施方式的液壓驅動裝置的工作。在該作業(yè)例中，挖掘土砂并將該被挖掘的土砂兜入鏟斗9內，使動臂7上升同時使上部旋轉體4旋轉，將該鏟斗9內的土砂堆入自卸卡車，然后，使動臂7下降且旋轉，返回到初始狀態(tài)，從而一個作業(yè)周期結束。還有，該作業(yè)例是在以下的(1)～(3)的前提條件下進行的例。
前提條件(1)液壓挖掘機1在固定位置進行作業(yè)。
(2)燃料刻度盤23設置在FULL位置。
(3)選擇了重挖掘模式。
在時刻t1開始作業(yè)，開始土砂的挖掘動作。在此，在作業(yè)開始前及作業(yè)剛剛開始后，作業(yè)條件判別部41判定為作業(yè)條件是作業(yè)條件(b)。由此，發(fā)動機17基于設定發(fā)動機轉速NB運轉，并且，液壓泵18基于液壓泵吸收轉矩特性曲線PLb運轉。在此，在負荷輕且泵噴出壓力低的期間，發(fā)動機17對應于該負荷的大小在調整曲線Rb的線上運轉，隨著泵負荷壓力增高，在燃料消費率大約最小的匹配點Mb，發(fā)動機17的輸出轉矩和液壓泵18的吸收轉矩匹配，在總量上降低無謂的燃料消費。
若在時刻t2，檢測到與斗桿8及鏟斗9的操作有關的桿操作的操作量為規(guī)定量Sr以上，且在其后的時刻t3，檢測到液壓泵18的噴出壓力(負荷壓力)為規(guī)定壓力Pr以上，則在時刻t3作業(yè)條件判別部41判定為作業(yè)條件是作業(yè)條件(a)。通過該判定結果，液壓泵吸收轉矩特性曲線從PLb向PLa進行調制并切換，為與該切換動作同步，設定發(fā)動機轉速從NB向NA進行調制并切換。通過這樣的切換動作，在匹配點Ma，發(fā)動機17的輸出轉矩和液壓泵18吸收轉矩匹配，液壓泵18吸收匹配點Ma的發(fā)動機功率，由此高效地進行土砂的挖掘動作及旋轉·動臂上升動作。
在時刻t5，從旋轉·動臂上升動作變化為旋轉·動臂下降動作的瞬間，作業(yè)條件判別部41判定為作業(yè)條件是作業(yè)條件(b)。通過該判定結果，液壓泵吸收轉矩特性曲線從PLa向PLb進行調制并切換，為與該切換動作同步，設定發(fā)動機轉速從NA向NB進行調制并切換。通過這樣的切換動作，在燃料消費率大約最小的匹配點Mb，發(fā)動機17的輸出轉矩和液壓泵18的吸收轉矩匹配，在發(fā)動機17的燃料消費率大約最小狀態(tài)下，進行旋轉·動臂下降動作。
根據本實施方式，在由作業(yè)條件判別部41判別的作業(yè)條件為作業(yè)條件(b)時，由于在燃料消費率大約最小的匹配點Mb，發(fā)動機17的輸出轉矩和液壓泵18的吸收轉矩匹配，因此，即使在作業(yè)條件時刻變化的所述作業(yè)例中，也能夠可靠地得到燃料費降低效果。另外，在液壓泵吸收轉矩特性曲線(PLa；PLb)的切換時進行調制，并且，為與該切換動作同步，切換發(fā)動機17的設定發(fā)動機轉速(NA；NB)，由此，抑制發(fā)動機轉速的急劇變化或液壓泵18的傾斜板18a的傾斜角的急劇變化，因此，能夠緩和施加于液壓致動器20等上的沖擊等。另外，隨著液壓泵18的吸收轉矩特性曲線從PLa切換到PLb，設定發(fā)動機轉速從NA減少到NB，因此，即使在作業(yè)條件時刻變化的所述作業(yè)例中，也能夠降低噪聲。
權利要求
1.一種作業(yè)機械的液壓驅動裝置，其具備發(fā)動機、由該發(fā)動機驅動的液壓泵、及通過從該液壓泵噴出的壓力油工作的液壓致動器，其特征在于，設置有判別作業(yè)條件的作業(yè)條件判別機構和控制所述液壓泵吸收轉矩的液壓泵控制機構，在由所述作業(yè)條件判別機構判別的作業(yè)條件為特定的作業(yè)條件時，所述液壓泵控制機構控制所述液壓泵的吸收轉矩，以使所述發(fā)動機的輸出轉矩和所述液壓泵的吸收轉矩在所述發(fā)動機的燃料消費率為大約最小的規(guī)定的發(fā)動機輸出轉矩點一致。
2.如權利要求1所述的作業(yè)機械的液壓驅動裝置，其特征在于，所述作業(yè)條件判別機構具有檢測所述液壓致動器的操作狀態(tài)的操作狀態(tài)檢測機構及/或檢測所述液壓泵的噴出壓力的噴出壓力檢測機構，基于通過所述操作狀態(tài)檢測機構得到的檢測結果及/或通過所述噴出壓力檢測機構得到的檢測結果來判別作業(yè)條件。
3.如權利要求1或2所述的作業(yè)機械的液壓驅動裝置，其特征在于，所述液壓泵控制機構逐漸進行以下特性的切換，即，在所述規(guī)定的發(fā)動機輸出轉矩點使所述發(fā)動機的輸出轉矩和所述液壓泵的吸收轉矩一致的一液壓泵吸收轉矩特性；在與所述規(guī)定的發(fā)動機輸出轉矩點不同的其他的發(fā)動機輸出轉矩點使所述發(fā)動機的輸出轉矩和所述液壓泵的吸收轉矩一致的其他的液壓泵吸收轉矩特性。
4.如權利要求1～3中任一項所述的作業(yè)機械的液壓驅動裝置，其特征在于，設置有控制所述發(fā)動機的無負荷時發(fā)動機轉速的節(jié)流控制機構，該節(jié)流控制機構在通過所述液壓泵控制機構對在所述規(guī)定的發(fā)動機輸出轉矩點使所述發(fā)動機的輸出轉矩和所述液壓泵的吸收轉矩一致的一液壓泵吸收轉矩特性、和在與所述規(guī)定的發(fā)動機輸出轉矩點不同的其他的發(fā)動機輸出轉矩點使所述發(fā)動機的輸出轉矩和所述液壓泵的吸收轉矩一致的其他的液壓泵吸收轉矩特性進行切換時，與該切換動作同步地使所述無負荷時發(fā)動機轉速對應于與所述規(guī)定的發(fā)動機輸出轉矩點對應的發(fā)動機轉速和與所述其他的發(fā)動機輸出轉矩點對應的發(fā)動機轉速的差分變化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種即使在作業(yè)條件時刻變化的實際作業(yè)中，也能夠可靠地得到燃料費降低效果的作業(yè)機械的液壓驅動裝置。設置有判別作業(yè)條件的作業(yè)條件判別部(41)和控制液壓泵(18)的吸收轉矩的液壓泵控制裝置(40b)，在由作業(yè)條件判別部(41)判別的作業(yè)條件為特定的作業(yè)條件時，液壓泵控制裝置(40b)控制液壓泵(18)的吸收轉矩，以使液壓泵(18)的吸收轉矩特性曲線成為在燃料消費率大約最小的發(fā)動機輸出轉矩點(Mb)使發(fā)動機(17)的輸出轉矩和液壓泵(18)的吸收轉矩一致的液壓泵吸收轉矩特性曲線(PLb)。
文檔編號E02F9/22GK1950614SQ20058001464
公開日2007年4月18日 申請日期2005年4月28日 優(yōu)先權日2004年5月7日
發(fā)明者成瀨真己 申請人:株式會社小松制作所