作业机械的液压控制装置 【技术领域】
本发明涉及液压挖掘机等作业机械的液压控制装置。
背景技术
一般的作业机械的液压装置，在大负荷作用于液压促动器上而使液压装置内的压力上升的情况下，通过用释压阀将工作油排放到油箱内，可防止压力过大，以避免液压机器损坏。
这种情况下，释压阀动作时液压泵所供给的大部分工作油不输送给液压促动器，而通过释压阀直接排放到油箱内，故泵动力的大部分作为释压阀的损失被消耗掉，存在着能量切换效率低的问题。
例如，图13A～13D是表示只进行正控制时的压力与流量的对应关系的说明图，如图13A所示，在对操作杆进行操作，使得遥控阀供给控制阀的控制压力PI阶跃状地进入全负荷状态(FULL)的情况下，如图13C所示，泵流量QP也阶跃状地达到最大流量。但是，在液压促动器为例如旋转马达等情况下，由于旋转体的惯性的影响，旋转马达的速度不会立即增大。因此，流入旋转马达的供给侧配管内地流量也比从排出侧配管流出的流量大，如图13B所示，其供给侧配管内的压力、即泵压力Pp上升到释放压力Pr，如图13D所示，剩余流量作为释放流量Qr从释压阀排出。
因此，在特开平8-219104号公报(专利文献1)中，在该正控制中，泵排出压越高，则使泵排出量越少。另外，在特开平10-246204号公报(专利文献2)中，在反控制中，释压阀的下游侧设有节流孔，在降压量增加而使节流孔的上游侧压力增大的情况下，通过减小泵流量使得释放流量减小。又，在特开2002-038536号公报(专利文献3)中，在反控制中，检测释压阀的上、下游侧之工作油的温度，在该温度差增大的情况下，使泵流量减少，从而减小释放流量。
但是，在专利文献1的技术中，由于不能控制成使泵排出量只减小与释放流量相应的量，因此，若泵排出量的减少量小于与释放流量相应的量，则泵排出压力超过释放压力，释压阀动作，产生大的释放流量，存在着能量切换效率低的问题。另外，若泵排出压力的减少量大于与释放流量相应的量，则释压阀不动作、且泵排出压力降低太多，故还存在着损失加速力的问题。
此外，在专利文献2的技术中，由于设在释压阀下游侧的节流孔而产生压力损失，不利于能量切换效率的提高。在专利文献3的技术中，由于释压阀的热容量所引起的释放流量的发生与释压阀的温度上升之间存在着非常大的时滞，故从释放流量产生时刻开始，至泵流量截断为止会产生过大的时滞，不能充分减少降压损失。又，释放流量成为零之后，还要检测余热，故泵流量被截断，得不到必要的驱动力。
在仅使用压力反馈控制来取代正控制和反控制的情况下，这样进行控制例如减小杆操作量时，控制阀的入口节流控制的开度减小。这种场合，由于压力反馈控制不能根据杆操作量来控制泵流量，故经常以释放压力附近的高压力对泵排出压力进行一体控制。其结果，入口节流控制的差压非常大，产生极大的入口节流控制损失，操作性能降低。因此，只用压力反馈控制代替不了正控制等通常控制。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种可利用通常控制减小降压损失、使能量切换效率提高的作业机械之液压控制装置。
本发明的作业机械的液压控制装置具有以下基本构成。
即，具有：液压促动器；经由控制阀向上述液压促动器供给工作油的液压泵；设置在上述液压泵排出侧的释压机构，其在依据上述液压泵的泵流量而变化的泵排出压力超过规定压力时为打开状态，并且在上述泵排出压力为规定压力以下时为关闭状态；根据作业信息来控制上述泵流量的通常控制单元；根据上述泵排出压力来控制上述泵流量的压力反馈控制单元；以及，从上述两个控制单元所进行的控制之中，选择上述泵流量小的控制的选择部；根据该选择部所作出的选择来进行上述释压机构的开闭控制。
这种情况下，利用通常控制单元并根据作业信息来控制液压泵的泵流量，利用压力反馈控制单元并根据液压泵的泵排出压力进行泵流量控制，通过从这两个控制单元所进行的控制中，选择泵流量小一方的控制，对设在液压泵的排出侧的安全机构的开闭进行控制，故可以控制成使泵排出量仅减少与释放流量相应的量。因此，由于减少释放流量而使释放损失减小，故能量切换效率提高。此外，因泵排出压力不会过度下降，所以加速性和驱动力也不会损失。又，本发明在减小杆操作量的情况下选择通常控制，故操作性能也不降低。
【附图说明】
图1是本发明实施方式1的作业机械的液压控制装置图，
图2是本发明控制器的构成图，
图3是压力反馈控制的说明图，
图4是表示正控制的控制压力与泵流量指令值的关系的说明图，
图5是表示PQ控制中的泵排出压力与泵流量指令值的关系的说明图，
图6是表示实施方式1的动作的流程图，
图7A～图7G是表示实施方式1的液压控制装置之压力与流量的对应关系之说明图，
图8是表示主释压阀的释放流量与释放压力的关系之说明图，
图9是本发明实施方式2的作业机械的液压控制装置图，
图10是表示孔释压阀的释放流量与释放压力的关系之说明图，
图11是表示本发明实施方式3的使用模式切换的控制方法的说明图，
图12是表示本发明实施方式4的使用车体倾角的控制方法的说明图，
图13A～图13D是表示进行现有技术的正控制时的压力与流量的对应关系之说明图。
【具体实施方式】
以下，根据图1～图12对本发明的实施方式作说明。
实施方式1
图1是本发明实施方式1的作业机械的液压控制装置图，图2是控制器的构成图。
图1中，标记1是可变容量式液压泵，标记2是作为液压促动器的一例的液压马达，标记3是对液压马达2的工作油的供给排出进行控制的控制阀，标记4是作为安全机构的一例的主释压阀，标记5a、5b是孔释压阀，标记6a、6b是补充(make-up)用检查阀，标记7是背压检查阀，标记8是油冷却器，标记9是压力传感器。这些要素都与主管线10(10a、10b)连接。此外，标记11是操作杆，标记12是根据操作杆的操作量在控制管线14a、14b上产生控制压力的遥控阀，标记13a、13b是分别检测控制管线14a、14b的控制压力的压力传感器，标记15是控制器。
液压泵1排出的工作油，通过利用上述的控制压力而动作的控制阀3供给液压马达2。液压泵1排出侧的主管线10上设有主释压阀4和压力传感器9。另外，与液压马达2的两个孔连接的主管线10a、10b上分别设有孔释压阀5a、5b。其中主释压阀4，当液压泵1的排出压力超过主释压阀4的设定压力时成为打开状态，其低于设定压力时成为关闭状态。孔释压阀5a、5b将在后面说明。
控制器15如图2所示，具有：输入部151、第1指令部(压力反馈控制单元)152、第2指令部(通常控制单元的一例)153、第3指令部(通常控制单元的另一例)154、选择部155、输出部156、存储器157。以下，对各要素作说明。这里，就具有数种通常控制单元的情况作说明。
输入部151用于读入由压力传感器9检测的液压泵1的排出压力和主释压阀4上游侧的压力、由压力传感器13a、13b检测的控制压力等。第1指令部152，是为了根据该读入的主释压阀4上游侧的压力进行压力反馈控制而发出泵流量指令用的。第2指令部153，是为了根据上述读入的控制压力进行正控制而发出泵流量指令用的。第3指令部154，是为了根据上述读入的液压泵1的排出压力进行PQ控制而发出泵流量指令用的。选择部155，是用于比较各泵流量指令、并选择液压泵1的排出流量最小一方的泵流量指令(低位选择)的。输出部156，是用于将该选择的泵流量指令输出到液压泵1的未图示的调节器的。存储器157，是用于存储各种程序和数据的存储器。
在本实施例1中，根据上述输出的泵流量指令来调节液压泵1的排出流量，由此而改变其排出压力。其结果，对主释压阀4进行开闭控制。
图3是压力反馈控制的说明图，图4是表示正控制的控制压力与泵流量指令值的关系之说明图，图5是表示PQ控制的泵排出压力与泵流量指令值的关系之说明图。
在由控制器15的第1指令部152进行的压力反馈控制中，使用如图3所示的，由反馈回路201、控制增益要素202、饱和要素203、液压泵1及液压装置204构成的反馈装置。
输入部151读入由压力传感器9检测的主释压阀4上游侧的压力Pp(压力传感器9的检测值)。接着，第1指令部152通过反馈回路201将该读入的压力Pp与压力设定值进行比较，由此而计算出偏差值。然后，用控制增益要素202对该偏差值给与控制增益之后，再用饱和要素203决定泵流量指令值Q2。
在由第2指令部153进行的正控制中，输入部151读入由压力传感器13a、13b所检测的控制压力，用图4所示的关系(正控制图)计算出相对于控制压力P1的泵流量指令值Q1。这里，在控制压力P11～P12的范围内，计算出与其成比例的泵流量Q11～Q12。
在由第3指令部154进行的PQ控制中，输入部151读入由压力传感器9检测的液压1的排出压力，用图5所示的关系(PQ控制图)计算出相对于排出压力Pp的泵流量指令值Q3。这里，在排出压力Pp1～Pp2的范围内计算与其成反比的泵流量指令值Q31～Q32。
压力传感器9，是检测主释压阀4的上游侧的压力的传感器，也是检测泵压力的传感器，但是，也可分开设置两个传感器。
图6是表示控制器15的动作的流程图。
在图6中，在输入部151中读入各传感器的检测值(步骤S1a、S1b、S1c)，用上述方法分别计算第2指令部153执行正控制时的泵流量指令值Q1、第1指令部152执行压力反馈控制时的泵流量指令值Q2、第3指令部154执行PQ控制时的泵流量指令值Q3(步骤S2a、S2b、S2c)。接着，在选择部155对这些泵流量指令值Q1、Q2、Q3进行低位选择，从而决定泵流量指令值之最终值(步骤S3)。然后，由输出部156将该最终值(泵流量指令值之最终值)输出至液压泵1(步骤S4)。
液压泵1的未图示的调节器根据上述输出的最终值调整泵流量。将这时的压力与流量的对应关系示于图7A～图7G。
即，在本实施方式1中，如图7A所示在控制压力PI阶跃性地进入全负荷(FULL)的情况下，如图7C所示通过正控制计算的泵流量指令值Q1和现有技术一样阶跃性地达到最大流量，如图7B所示，泵压力Pp也上升到释放压力Pr。但是，在实施方式1中，主释压阀4上游侧的压力传感器9的检测值也因此而上升，故压力反馈控制的泵流量指令值Q2如图7D所示，减小到最小流量附近。
另一方面，PQ控制是在挖掘作业等负荷大的情况下对泵流量进行截断的控制。在空中的旋转操作等中，如图7E所示，泵流量指令值Q3达到最大流量。泵流量指令值的最终值如上所述，由于通过Q1、Q2、Q3的低位选择来决定，故这里选择泵流量指令值Q2，如图7E所示泵流量QP减小到最小流量附近。
因此，相对于液压马达2的供给侧配管的流入流量和流出流量几乎相等。因此，释放流量Qr成为图7G所示那样，与上述图13D所示的现有技术相比大大减少。其结果，主释压阀4的损失减小，机械的节能性得到大提高。而且，在操作杆11从全负荷回到中立位置时，正控制的流量指令值Q1如图7C所示，减小至最小流量。因此，通过上述低位选择而选择正控制流量指令值Q1，如图7F所示泵流量QP减小。因而，只进行压力反馈控制时，操作杆11即使处于中立位置，也要将泵压力Pp提高至设定压力。结果，泵流量Qp增大，产生释放流量Qr，但采用该方法使操作杆处于中立位置，可解决泵流量Qp增大，释放压力Pr增大的问题。
泵控制方式即使是上述正控制以外的反控制、负载感知控制，也可取得同样效果。
图8表示主释压阀的过载特性，具有随着释放流量Qr的增大，释放压力Pr上升的倾向。标记20是假设压力反馈控制的压力设定值为Pr1，且比主释压阀4的启开压力Pcr小的点。这种情况下的释放流量Qr为零。因此，完全没有释放损失，可获得最大的节能效果。
根据以上情况，泵排出压力的规定压力设为释压阀的启开压力以下时，释放流量为零。
但是，从释放流量Qr的最大值为Qr3和主释压阀4的过载特性来说，将通常的压力设定值设定为Pr3(点22)，而上述点20的压力设定值降低至Pr1。因此，加速性和在坡道上的爬坡性稍许降低。
另外，点21是将压力反馈控制的压力设定值设定为比启开压力Pcr稍高的值Pr2的点，这种情况下，释放流量Qr的最大值变成Qr2，而不是零。因此，节能效果虽比点20低，但压力下降量比点20的少。从而可确保加速性和在坡道上的爬坡性。
根据以上情况，将泵排出压力的规定压力设定在释压阀的最大释放压力和启开压力之间的压力的情况下，液压泵1的排出压力升高，可确保加速性和爬坡力。
因此，上述压力设定值优选为根据作业机械所要求的性能来决定。
可是，实施方式1中对主释压阀4作了说明，而在下述实施方式2中则对作为安全机构另一例的孔释压阀5a、5b进行说明。
实施方式2
图9是本发明实施方式2的作业机械之液压控制装置图，图10是表示孔释压阀的压力与流量的对应关系之说明图。另外，和实施方式1相同的部分标注同一标记，并省略其重复说明。
实施方式2的液压控制装置如图9所示，分别分支出控制管线14a、14b，并设有与孔释压阀5a、5b的弹簧室连通的控制管线14c，14d。以下，对该装置结构的动作进行说明。
图9示出这种状态，即利用操作杆11的操作，在控制管线14a侧施加控制压力，控制阀3切换到右侧，由此主管线10a成为工作油的供给侧，主管线10b成为工作油的排出侧。
这种情况下，液压马达2加速时孔释压阀5a动作，控制压力通过控制管线14c被导入孔释压阀5a的弹簧室内。因此，如图10所示，孔释压阀5a的启开压力从Pr1增大至Pr2。因此，按通常特性产生大释放流量，释放压力变成Pr3。
但是，如本实施方式2的特性那样，即使控制成在释放流量Qr的最大值减小到Qr2的情况下，由于启开压力上升至Pcr2，故释放压力变成Pr3。
根据上述情况，液压促动器加速时，释压阀的启开压力上升，液压促动器减速时释压阀的启开压力下降，故液压泵1的排出压力上升，可将液压促动器供给侧的压力保持在较高水平。这样，便可提高加速性能和在坡道上的爬坡能力。另外，液压促动器减速时启开压力下降，故液压泵1的排出压力降低而使液压促动器供给侧的压力降低。由此，不会在旋转减速机等上作用过大的转矩而造成机械破损。
因此，如实施方式1中所述，通过减少释放流量Qr而使压力下降，可解决加速性和在坡道上爬坡性降低的问题。
对于这种启开压力的变化来说，可以将孔释压阀5a、5b设成电磁可变释压阀，并用控制器15对启开压力进行控制，以上的构成也可取得同样的效果。
但是，在考虑到实施方式1、2中改变压力反馈控制的压力设定值费工夫的情况下，也可用下面的实施方式进行。即，在以下的实施方式3、4中可以用手动或自动方式对压力设定值不同的模式进行切换。
实施方式3
图11是表示使用模式切换的控制方法的说明图。
在本实施方式3的控制器15中，第1指令部152的压力反馈控制可以进行开通关闭选择。如图11所示，其包括用节能模式(第1模式)进行处理的节能模式处理部302和用高功率模式(第2模式)进行处理的高功率模式处理部303以及切换两模式用的模式切换开关301。其他要素和实施方式1、实施方式2相同。
节能模式处理部302的作用是：接收来自模式切换开关301的切换信号后，将压力反馈控制的开通选择用的指令信号发送到第1指令部152。
高功率模式处理部303的作用是：接收来自模式切换开关301的切换信号后，将压力反馈控制的关闭选择用的指令信号发送到第1指令部152。
用户将模式切换开关301切换到节能模式一侧时，接收到该切换信号的节能模式处理部302，便将压力反馈控制的开通选择用的指令信号发送至第1指令部152。于是，第1指令部152便使压力反馈控制成为开通状态，如实施方式1所述，选择部155对第2指令部153的正控制、第1指令部152的压力反馈控制以及第3指令部154的PQ控制的各泵流量指令进行低位选择，并由输出部156将所选择的泵流量指令发送至液压泵1。于是，液压泵1的排出压力发生变化，其结果，将主释压阀的释放流量Qr的最大值控制在Qr2(这时的释放压力Pr为Pr2)，可取得节能效果。
另外，用户将模式切换开关301切换到高功率模式侧时，接收到该切换信号的高功率模式处理部303将压力反馈控制的关闭选择用的指令信号发送到第1指令部152。于是，第1指令部152便使压力反馈控制成为关闭状态，选择部155对第2指令部153的正控制及第3指令部154的PQ控制之两个泵流量指令进行低位选择，由输出部156把所选择的泵流量指令发送给液压泵1。于是液压泵1的排出压力发生变化，其结果，这次主释压阀的释放流量Qr成为最大值Qr3，释放压力Pr变成Pr3。因此，节能效果虽小，但压力上升，可进行加速性、在坡道上的爬坡性高的控制。
根据以上情况，准备数种通常控制单元，在利用模式切换开关切换成作为第1模式的节能模式时，压力反馈控制单元选择开通，在切换成作为第2模式的高功率模式时，压力反馈控制单元选择关闭，因此，用第1模式时截断流量增大，故可节能。另外，用第2模式时截断流量减小或为零，故可提高加速性能和在坡道上的爬坡力。
这种情况下，通过用节能模式将压力反馈控制的压力设定值设定得低一些或提高控制增益，用高功率模式将压力反馈控制的压力设定值设定得高一些或降低控制增益，这样，即使在实际上使压力反馈控制成为关闭状态，也可取得同样效果。
实施方式4
图12是表示使用车体倾角的控制方法之说明图。
在本实施方式4的控制器15中，其第1指令部152的压力反馈控制可进行开通、关闭控制。如图12所示，备有检测车体倾角的倾角传感器(角度检测单元)401代替实施方式3的模式切换开关301。输入部151读入该检测值，对倾角与设定值的大小进行比较，根据该比较结果，自动地选择用低倾角模式(第1模式)进行处理的低倾角模式处理部402，和用高倾角模式(第2模式)进行处理的高倾角模式处理部403中的任一个。
在本实施方式4的控制器15中，其第1指令部152的压力反馈控制可进行开通·关闭选择。如图12所示，该控制器15包括：检测车体倾角的倾斜传感器(角度检测单元)401、车体倾角为设定值以下的用低倾角模式(第1模式)进行处理的低倾角模式处理部402、车体倾角为设定值以上的用高倾角模式(第2模式)进行处理的高倾角模式处理部203。
其他要素和实施方式3一样。用例如输入部151读入倾角传感器141所检测的车体倾角或将该读入的车体倾角与设定值的大小进行比较。
倾角模式处理部402的作用是，当用倾角传感器401检测的车体倾角为设定值以下时，将压力反馈控制的开通选择用的指令信号发送至第1指令部152。
高倾角模式处理部403的作用是，当用倾角传感器401检测的车体倾角超过设定值时，将压力反馈控制的关闭选择用的指令信号发送至第1指令部152。
用倾角传感器401检测的车体倾角为设定值以下时，低倾角模式处理部402将压力反馈控制的开通选择用的指令信号发送至第1指令部152。于是，第1指令部152将压力反馈控制设为开通，如实施方式1所述那样，选择部155对第2指令部153的正控制、第1指令部152的压力反馈控制以及第3指令部154的PQ控制的各泵流量指令进行低位选择，由输出部156将所选择的泵流量指令发送至液压泵1。这样，液压泵1的排出压力发生变化，其结果，当车体放置在例如平地上的情况下，主释压阀的释放流量Qr的最大值被抑制在Qr2(这时的释放压力Pr为Pr2)，可取得节能效果。
另外，用倾角传感器401检测的车体倾角超过设定值时，高倾角模式处理部403将压力反馈控制的关闭选择用的指令信号发送给第1指令部152。于是第1指令部152使压力反馈控制成为关闭状态，选择部155对第2指令部153的正控制及第3指令部154的PQ控制的两个泵流量指令进行低位选择，由输出部156将所选择的泵流量指令发送至液压泵1。由此，液压泵1的排出压力变化，其结果这次主释压阀的释放流量Qr成为最大值Qr3，释放压力Pr变成Pr3。因此，虽然节能效果减小，但压力上升，可在坡道上进行爬坡性能高的控制。
根据以上情况，设有检测车体倾角的角度检测单元即倾角传感器401，当该倾角为设定值以下时，压力反馈控制单元被选择为开通状态，当倾角超过设定值时，压力反馈控制单元被选择为关闭状态。
根据这种构成，在平地上由于截断流量增大，故可节能。在坡道上由于截断流量减小或为零，故可提高爬坡力。
这种场合，通过用低倾角模式将压力反馈控制的压力设定值设定得低一些，或增大控制增益，并用高倾角模式将压力反馈控制的压力设定值设定得高一些，或减小控制增益，即使实施上使压力反馈控制处于关闭状态，也可取得同样效果。
用通常控制单元进行的控制包括：正控制、反控制、负载感知控制等。在实施方式1～4中，用通常控制单元进行的控制是正控制和PQ控制，也可分别用其他种类的控制，其种类的数量不受限制。
以上参照附图对本发明的优选实施方式进行了描述，但在不超过本发明主旨的范围内可进行种种同等的应用或变形。