作业机械的旋转控制装置.pdf

本发明提供一种作业机械的旋转控制装置，在以与动臂抬升操作量对应的速度使旋转电动机旋转的旋转控制装置中，在同时进行旋转动作和动臂抬升动作的复合操作时，借助控制器的转矩限制值设定机构求得与动臂抬升操作量对应的转矩的限制值，并将该值作为转矩限制值送到旋转速度控制机构，借助转矩限制机构对转矩的指令值进行转矩限制。

1.  一种作业机械的旋转控制装置，其特征在于，
包括：旋转体、
驱动上述旋转体旋转的旋转电动机、
被来自液压泵的液压油驱动的液压致动器、
对上述旋转电动机发出旋转指令的旋转操作机构、
对上述液压致动器发出动作指令的液压致动器操作机构、
检测上述旋转操作机构的操作量即旋转操作量的旋转操作量检测机构、
检测上述液压致动器操作机构的操作量即液压致动器操作量的液压致动器操作量检测机构、
以及根据来自这两个操作量检测机构的信号而控制上述旋转电动机的控制机构，该控制机构，
(A)将上述旋转电动机控制成与上述旋转操作量对应的速度，并且，
(B)在同时进行旋转动作、和借助上述液压致动器进行的液压动作的复合操作时，与上述液压致动器操作量的增加相应地对上述旋转电动机进行转矩控制，使其旋转加速变慢。

2.  如权利要求1所述的作业机械的旋转控制装置，其特征在于，上述控制机构，在复合操作时，与液压致动器操作量的增加相应地对上述旋转电动机进行转矩控制，使其转矩变小。

3.  如权利要求1所述的作业机械的旋转控制装置，其特征在于，上述控制机构，在复合操作时，与液压致动器操作量相应地对上述旋转电动机进行转矩控制，使其旋转加速度变小。

4.  如权利要求1所述的作业机械的旋转控制装置，其特征在于，作为上述液压致动器具有抬升或放下动臂的动臂压力缸，作为上述液压致动器操作机构具有发出抬升动臂的指令的动臂抬升操作机构，作为上述液压致动器操作量检测机构具有检测上述动臂抬升操作机构的操作量的动臂抬升操作量检测机构，上述控制机构，与上述动臂抬升操作量的增加相应地对上述旋转电动机进行转矩控制，使其旋转加速变慢。

作业机械的旋转控制装置
技术领域
本发明涉及同时采用借助液压致动器进行的液压动作和借助电动机进行的旋转动作的液压/电气混合式的作业机械的旋转控制装置。
背景技术
以挖掘机为例说明背景技术。
挖掘机如图7、8所示，在履带式的下部行进体1上绕纵轴O旋转自如地搭载上部旋转体2，在该上部旋转体2上安装挖掘设备A，该挖掘设备A包括动臂3、斗杆4、铲斗5以及动臂用、斗杆用、铲斗用的各压力缸6、7、8。
在该挖掘机中，取代借助由液压泵驱动的液压致动器进行全部动作的全液压驱动方式，如WO 2006/004080A1(以下，称专利文献1)所示，提出有液压/电气混合方式，即借助电动机(旋转电动机)进行旋转动作，其他的动作与目前方式同样借助由液压泵驱动的液压致动器进行。以下，根据必要而将采用全液压驱动方式的挖掘机称为全液压挖掘机，将采用混合方式的挖掘机称为混合式挖掘机。
在该混合式挖掘机中，旋转动作通过电动机独立进行，不会受到液压动作的影响，所以，在同时进行旋转动作和液压动作的复合操作时，会产生与全液压挖掘机不同的动作。
作为代表例，在旋转中抬升动臂3的旋转/抬升动臂的复合操作时，在全液压挖掘机的情况下，由于抬升动臂而减少了向旋转马达(液压马达)供给的油量，所以旋转速度会降低，其降低的程度根据抬升动臂的操作量变化。
因此，对于习惯于这样的全液压挖掘机动作的操作员而言，在驾驶上述在复合操作时旋转速度不变的混合式挖掘机的情况下会对动作有不适感，因为这一点而存在操作性差的问题。
另外，在专利文献1中，针对如果相对于发动机转速的变化、旋转速度不变则会产生不适感的问题，通过使旋转速度与发动机的转速相对应地变化，可进行与液压挖掘机的动作相似的控制。
因此，可应用该技术控制旋转电动机，使得在旋转/抬升动臂的复合操作时，例如与抬升动臂的操作量对应地使转速降低。
但是，作为复合操作时的全液压挖掘机的旋转特性，是随着从泵供给到旋转马达的油量的降低，压力也同时降低，从而导致加速变慢，速度变低，如果仅仅单纯地进行弥补目标速度与实际速度的偏差的反馈速度控制，则只是使速度马上达到目标值而感觉不到“加速变慢”的动作。
特别是在旋转/抬升动臂的复合操作时，由于对动臂压力缸供给的油量变化大，相应地在全液压挖掘机中加速变慢也更明显，所以，在单纯的速度控制下不能充分地实现液压旋转的特性，另外也还存在操作的不适感。
发明内容
本发明的目的在于提供一种作业机械的旋转控制装置，能使上述复合操作时的旋转特性与全液压挖掘机的复合操作时的旋转特性更接近而改善操作性。
首先，本发明的作业机械的旋转控制装置具有以下的基本方案。
本发明的作业机械的旋转控制装置包括：驱动旋转体旋转的旋转电动机、被来自液压泵的液压油驱动的液压致动器、对上述旋转电动机发出旋转指令的旋转操作机构、对上述液压致动器发出动作指令的液压致动器操作机构、检测上述旋转操作机构的操作量即旋转操作量的旋转操作量检测机构、检测上述液压致动器操作机构的操作量即液压致动器操作量的液压致动器操作量检测机构、以及根据来自这两个操作量检测机构的信号而控制上述旋转电动机的控制机构，该控制机构，
(A)将上述旋转电动机控制成与上述旋转操作量对应的速度，
(B)在同时进行旋转动作、和借助上述液压致动器进行的液压动作的复合操作时，与上述液压致动器操作量的增加相应地对上述旋转电动机进行转矩控制，使其旋转加速变慢。
根据本发明，在同时进行旋转动作和液压动作(特别是抬升动臂的动作)的复合操作时，与液压致动器操作量的增加相应地对旋转电动机进行转矩控制，使其旋转加速变慢。因此，可实现与在加速变慢的同时速度降低的全液压挖掘机的动作非常接近的动作、感觉。因此，在与全液压挖掘机的比较中，没有不适感，在这一点上可改善操作性。
此外，本发明，在上述基本的方案中，优选地，控制机构在复合操作时与液压致动器操作量的增加相应地对旋转电动机进行转矩控制，使其转矩变小。在此，“与液压致动器操作量的增加相应地对旋转电动机进行转矩控制，使其转矩变小”与上述基本方案中的“与液压致动器操作量的增加相应地对旋转电动机进行转矩控制，使其旋转加速变慢”相对应。
该情况下，在减小转矩的控制中，在求出与旋转操作量对应的速度目标值、并为了进行以该速度目标值为目标的速度控制而向旋转电动机发出转矩指令的阶段中，进行对该转矩指令值加以限制的处理。在此，“与液压致动器操作量相应地对旋转电动机进行转矩控制，使其旋转加速度变小”与上述基本方案中的“与液压致动器操作量的增加相应地对旋转电动机进行转矩控制，使其旋转加速变慢”相对应。
此外，本发明，在上述基本的方案中，优选地，控制机构在复合操作时，与液压致动器操作量相应地对上述旋转电动机进行转矩控制，使其旋转加速度变小。
该情况下，根据本发明，在减小旋转加速度的控制中，在求出与旋转操作量对应的速度目标值、并求出用于以该速度目标值为目标的速度控制的速度指令值的阶段中，进行实施加速限制的处理，如后所述，最终的加速模式相同，都可得到在加速变慢的同时速度降低的结果。
附图说明
图1是本发明第1实施方式的控制装置的整体构成图。
图2是用于说明第1实施方式的控制内容的控制框图。
图3是表示作为第1实施方式的控制结果的转矩以及旋转速度相对于时间的变化状况的图。
图4是本发明第2实施方式的控制装置的整体构成图。
图5是用于说明第2实施方式的控制内容的控制框图。
图6是表示作为第2实施方式的控制结果的旋转加速度以及旋转速度相对于时间的变化状况的图。
图7是挖掘机的概要侧视图。
图8是挖掘机的概要主视图。
具体实施方式
借助图1～图6说明本发明的实施方式。
在图1～图3所示的第1实施方式中，进行与技术方案2对应的“减小转矩的控制”，在图4～图6所示的第2实施方式中，进行与技术方案3对应的“减小旋转加速度的控制”。
第1实施方式
图1表示第1实施方式的旋转控制装置的整体构成。
首先，说明驱动系统，发动机11的动力经由动力分配装置12而施加给液压泵13以及发电电动机14。
在液压泵13上连接液压回路15，图7的动臂压力缸6以及其他的液压致动器(统一标注附图标记16)被来自液压泵13的液压油驱动。
来自发电电动机14的电力经由发电电动机用以及旋转电动机用的两个变换器17、18送到旋转电动机19，该旋转电动机19的旋转力经由减速器20而传递到上部旋转体2，该旋转体2绕图7、8的纵轴O旋转。
在两变换器17、18之间，设置蓄电池21，该蓄电池21与发电电动机14组合而作为旋转电动机19的电源使用。
22是作为检测旋转电动机19的旋转速度的旋转速度检测机构的编码器，由该编码器22检测出的旋转速度被输入到作为控制机构的控制器23中。
24是作为旋转操作机构的旋转操作杆(作为左右旋转共用的部件而仅表示了一个)，25是作为动臂抬升操作机构的动臂抬升操作杆，经由电位计等信号转换器26、27而借助兼作旋转操作量检测机构和动臂抬升操作量检测机构的操作量检测机构28检测出这两个操作杆24、25的操作量(旋转操作量、动臂抬升操作量)，并输入到控制器23中。
另外，也可使用遥控阀作为动臂抬升操作机构，通过先导压力传感器将其该操作量转换为电信号而发送至操作量检测机构28。
控制器23，作为基本的构成要素具有：从旋转操作量计算旋转速度的目标值的旋转速度目标值运算机构29、根据该旋转速度目标值输出旋转速度的指令值的旋转加减速控制机构30、从来自编码器22的旋转速度信号算出旋转速度的旋转速度检测值运算机构31、进行旋转速度反馈控制(PI控制)的旋转速度控制机构32、以及电动机转矩控制机构33。
同时利用图2说明基于这些基本的方案要素实现的基本的速度控制作用。
(i)在旋转速度目标值运算机构29中，从旋转操作量信号求得旋转速度的目标值(图2的控制步骤S1)。
(ii)在旋转加减速控制机构30中，求得与上述旋转速度的目标值对应的旋转加减速控制用的旋转速度指令值，并将该旋转速度指令值送入旋转速度控制机构32中(图2的控制步骤S2)。
(iii)在旋转速度控制机构32中，求得实现指令速度所需的转矩，以此为转矩指令值而向电动机转矩控制机构33输出(图2的控制步骤S3)。
(iv)在电动机转矩控制机构33中，求得与上述转矩指令值对应的电流值，并将该电流值向变换器18输出(图2的控制步骤S4)。
由此，旋转电动机19以与旋转操作量对应的速度旋转，图7、8的上部旋转体2旋转。
在此，如果使用专利文献1所公开的技术，则在旋转/抬升动臂的复合操作时，作为使旋转动作与全液压挖掘机的旋转动作相似的控制，考虑进行根据动臂抬升操作量而减小控制步骤S2中的速度指令值，进行基于该减小的速度指令的速度反馈控制。
与之相对，在第1实施方式中，在旋转/抬升动臂的复合操作时，作为用于使旋转的动作与液压旋转的旋转动作接近的构成要素，设置转矩限制值设定机构34、和转矩限制机构35。
在转矩限制值设定机构34中，根据来自操作量检测机构28的动臂抬升操作量，作为图2中的控制步骤S5，从预先确定的动臂抬升操作量/转矩限制值的特性求得转矩的限制值，将该转矩的限制值送到转矩限制机构35。
在转矩限制机构35中，作为控制步骤S6，除了根据该转矩限制值限制来自旋转速度控制机构32的转矩指令值外，还将该受到限制的值作为最终的转矩指令值而送到电动机转矩控制机构33。
其结果，在旋转/抬升动臂的复合操作时，如图3所示那样转矩受到限制，旋转的加速变慢，动臂抬升操作量越大，该转矩限制(加速的变慢)越厉害。
由此，可得到对应于动臂抬升操作量而在加速变慢的同时旋转速度下降这一与液压旋转非常接近的旋转特性。
第2实施方式
在图4～图6所示的第2实施方式中，对于与第1实施方式相同的部分标注相同的附图标记，并省略其重复说明。
仅说明与第1实施方式不同之处，比较图1和图4可知，取代第1实施方式的转矩限制值设定机构34而设置旋转加速限制值设定机构36。
该旋转加速限制值设定机构36，作为取代图2的控制步骤S5的图5的控制步骤S5’，根据动臂抬升操作量，从预先确定的动臂抬升操作量/加速限制值的特性求得加速限制值，并将该加速限制值发送到旋转加减速控制机构30。
在收到该加速限制值的旋转加减速控制机构30中，作为控制步骤S2’，求得对来自旋转速度目标值运算机构29的旋转速度目标值实施加速限制后的旋转速度指令值，并将该值输送到旋转速度控制机构32中。
其结果，如图6所示那样，与动臂抬升操作量对应地减小旋转的加速度，与第1实施方式同样，能得到在加速减慢的同时旋转速度降低这一与液压旋转非常接近的旋转特性。
其他实施方式
(1)在上述两实施方式中，作为在复合操作时旋转速度降低的液压动作的代表例，举出了抬升动臂动作，但本发明也可用在与发生同样现象的其他液压动作的组合中。
(2)在上述两实施方式中，例示了用在通过发电电动机14和蓄电池21驱动旋转电动机19、而液压泵13由发动机11驱动的所谓混合动力式挖掘机中的情况，但本发明也可用在由外部电源或者蓄电池驱动旋转电动机和泵用电动机、并通过该泵用电动机驱动液压泵的挖掘机中。
(3)本发明不限于挖掘机，可广泛地用在以挖掘机作为母体而构成的破碎机或分解机、挖沟机等采用电动旋转方式的作业机械中。
虽然参照附图和优选实施方式对本发明进行了描述，但显然可以在不脱离本发明的权利要求的范围内进行应用或者替换。