JP2010095906A - Construction machine and slewing controlling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、下部走行体上に載置した上部旋回体を電動機により旋回駆動する建設機械、および、建設機械の旋回制御装置に関するものである。 The present invention relates to a construction machine that drives an upper turning body mounted on a lower traveling body to turn by an electric motor, and a turning control device for the construction machine.
従来から、下部走行体上に載置した上部旋回体を電動機により旋回駆動する建設機械が知られている。この電動機を制御するインバータに対して回転速度制御信号およびトルク制御信号を供給する際には、操作レバーの操作量に対応した操作信号に基づいて目標回転速度および制限トルクが求められる。たとえば、電動機の目標回転速度と実回転速度との偏差からフィードバック制御により求めたトルク値と、操作レバーの操作量に対応して予め規定されている制限トルク値とを比較することにより、絶対値が小さい方のトルク値をトルク制限値としてインバータに指示することが知られている(特許文献1)。
しかしながら、電動機のトルク制限値は操作レバーの操作量およびフィードバック制御量に応じて一義的に決められてしまうので、設定されている加速区間を超す大操作量域では最大トルクが設定されてしまうことになる。
その結果として、たとえばオペレータが最大旋回速度を意図して操作レバーを最大限度までステップ状に操作すると、その操作と同じタイミングでステップ状の最大トルクが発生して急加速旋回が行われるので、オペレータに不快感を与えると共に、土砂など不安定な荷を移動する場合には荷こぼれが生じて危険な状態になるという問題があった。
However, since the torque limit value of the motor is uniquely determined according to the operation amount of the operation lever and the feedback control amount, the maximum torque is set in a large operation amount range exceeding the set acceleration section. become.
As a result, for example, when the operator operates the operating lever stepwise to the maximum degree with the intention of the maximum turning speed, the stepped maximum torque is generated at the same timing as that operation, and the sudden acceleration turning is performed. In addition, there is a problem that when an unstable load such as earth and sand is moved, a spillage occurs and it becomes a dangerous state.
請求項1に係る建設機械は、下部走行体上に載置した上部旋回体を電動機により旋回駆動する建設機械において、前記上部旋回体を旋回させるための旋回操作信号を出力する操作部と、前記旋回操作信号が出力された後の経過時間に応じて、前記電動機が発生する駆動トルクの最大値を設定する第1のトルク設定部と、前記旋回操作信号に対応して予め決められている電動機回転速度と前記電動機の実回転速度との偏差に基づいて、前記電動機の目標トルク値を設定する第2のトルク設定部と、前記第1のトルク設定部により設定された前記駆動トルクの最大値、および前記第2のトルク設定部により設定された前記目標トルク値を参照することにより、前記電動機のトルク制限値を指定するトルク制限値指定部と、前記旋回操作信号に対応して予め決められている電動機回転速度を前記電動機の目標回転速度として指定する回転速度指定部と、前記トルク制限値指定部および前記回転速度指定部により指定された前記トルク制限値および前記目標回転速度を制御入力として、前記電動機を駆動する電動機制御部とを備える。
請求項5に係る旋回制御装置は、インバータにより制御される電動機を用いて上部旋回体を旋回させる建設機械の旋回制御装置において、前記上部旋回体を旋回させる操作レバーの作動に応答して発せられる旋回操作信号を入力する操作信号入力手段と、前記旋回操作信号が入力された後の経過時間に応じて、前記電動機が発生する駆動トルクの最大値を設定する第1のトルク設定手段と、前記旋回操作信号に対応して予め決められている電動機回転速度と前記電動機の実回転速度との偏差に基づいて、前記電動機の目標トルク値を設定する第2のトルク設定手段と、前記第1のトルク設定手段により設定された前記駆動トルクの最大値、および前記第2のトルク設定手段により設定された前記目標トルク値を参照データとして、前記電動機のトルク制限値を指定するトルク制限値指定手段と、前記旋回操作信号に対応して予め決められている電動機回転速度を前記電動機の目標回転速度として指定する回転速度指定手段と、前記トルク制限値指定手段および前記回転速度指定手段により指定された前記トルク制限値および前記目標回転速度を前記インバータの制御入力端に供給する出力手段とを備える。
The construction machine according to claim 1 is a construction machine that drives an upper swing body mounted on a lower traveling body to rotate by an electric motor, and an operation unit that outputs a swing operation signal for rotating the upper swing body; A first torque setting unit that sets a maximum value of a driving torque generated by the electric motor according to an elapsed time after the turning operation signal is output; and an electric motor that is determined in advance corresponding to the turning operation signal. Based on the deviation between the rotational speed and the actual rotational speed of the electric motor, a second torque setting unit that sets a target torque value of the electric motor, and the maximum value of the driving torque set by the first torque setting unit And a torque limit value designating unit for designating a torque limit value of the electric motor by referring to the target torque value set by the second torque setting unit, and corresponding to the turning operation signal A rotational speed designating unit that designates a predetermined motor rotational speed as the target rotational speed of the motor, the torque limit value designating unit, the torque limit value designated by the rotational speed designating unit, and the target rotational speed. And a motor control unit that drives the motor.
A turning control device according to claim 5 is issued in response to an operation of an operation lever for turning the upper turning body in a turning control device for a construction machine that turns the upper turning body using an electric motor controlled by an inverter. An operation signal input means for inputting a turning operation signal; a first torque setting means for setting a maximum value of a driving torque generated by the electric motor according to an elapsed time after the turning operation signal is inputted; A second torque setting means for setting a target torque value of the motor based on a deviation between a predetermined motor rotation speed corresponding to a turning operation signal and an actual rotation speed of the motor; The electric motor using the maximum value of the driving torque set by the torque setting means and the target torque value set by the second torque setting means as reference data Torque limit value designating means for designating a torque limit value, rotation speed designating means for designating a predetermined motor rotation speed corresponding to the turning operation signal as a target rotation speed of the motor, and the torque limit value designating And an output means for supplying the torque limit value and the target rotational speed designated by the rotational speed designation means to a control input terminal of the inverter.
本発明によれば、上部旋回体を旋回させる電動機のトルク制限値を設定する際に、旋回操作信号が出力された後の経過時間に応じて旋回トルクの最大値を規定する構成としてあるので、たとえ旋回操作が急激に行われたとしても上部旋回体に過大な旋回ショックが生じないような回転制御を行うことができる。 According to the present invention, when setting the torque limit value of the electric motor that turns the upper turning body, the maximum value of the turning torque is defined according to the elapsed time after the turning operation signal is output. Even if the turning operation is performed rapidly, it is possible to perform rotation control so that an excessive turning shock does not occur in the upper turning body.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<実施の形態1>
図1は、本発明を適用した油圧ショベルの全体構成図である。本図において、下部走行体10は、一対のクローラ11およびクローラフレーム12(図1では片側のみを示す)、各クローラ11を独立して駆動制御する一対の走行用油圧モータ13,14(図2参照)およびその減速機構(図示せず)を備えている。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a hydraulic excavator to which the present invention is applied. In this figure, the
上部旋回体20は、旋回フレーム21と、旋回フレーム21上に設けられたエンジン22と、エンジン22により駆動される発電機23と、発電機により発生された電力を蓄えるバッテリ24と、発電機23またはバッテリ24からの電力により駆動される旋回用電動機25と、旋回用電動機25の回転を減速する減速機構(図示せず)を含み旋回用電動機25の駆動力により下部走行体10に対して上部旋回体20(旋回フレーム21)を旋回駆動させるための旋回機構26を備えている。上部旋回体20の旋回速度は、旋回用電動機25の回転速度に比例する。
The
上部旋回体20には、起伏可能なブーム31と、ブーム31を駆動するためのブームシリンダ32と、ブーム31の先端部近傍に回転自在に軸支されたアーム33と、アーム33を駆動するためのアームシリンダ34と、アーム33の先端に回転可能に軸支されたバケット35と、バケット35を駆動するためのバケットシリンダ36とを含んだショベル機構(以下、多関節型フロント作業部という)30が搭載されている。さらに、上部旋回体20の旋回フレーム21上には、ブームシリンダ32,アームシリンダ34,バケットシリンダ36を駆動制御するための油圧ポンプ41(図2参照),各シリンダごとに設けられた油圧制御弁42(図2参照)を備えた油圧制御システム40(図2参照)が搭載されている。
The
操作装置52は、上部旋回体20の左旋回・中立・右旋回を行わせるために左方向・中立・右方向に傾斜自在な操作レバーを備えている。この操作レバーの操作量に対応した旋回操作量信号が操作装置52から出力される。
The
図2は、図1に示した油圧ショベルのパワー伝達経路を示すブロック図である。本図中、太線は機械的駆動系統を、中線は油圧駆動系統を、細線は電気的駆動系統を、破線は制御信号系統をそれぞれ示す。本図に示すように、エンジン22の駆動力は油圧ポンプ41に伝達される。油圧制御弁42は、図示しない操作制御部からの動作指令に応じて、ブームシリンダ32,アームシリンダ34,バケットシリンダ36,左走行用油圧モータ13,右走行用油圧モータ14への動作油の吐出量制御および吐出方向制御を行う。
FIG. 2 is a block diagram showing a power transmission path of the hydraulic excavator shown in FIG. In this figure, a thick line indicates a mechanical drive system, a middle line indicates a hydraulic drive system, a thin line indicates an electrical drive system, and a broken line indicates a control signal system. As shown in the figure, the driving force of the
エンジン22の駆動力は増速機構29を介して発電機23に伝達される。発電機23は所定の交流電圧を発生し、発生された交流電圧はコンバータ27により直流電圧に変換され、バッテリ24に蓄えられる。コンバータ27もしくはバッテリ24からの直流電圧はインバータ28に供給される。インバータ28は、所定の電圧および周波数を有するパルス信号を旋回用電動機25に供給する。電動機25の減速時には、電動機25により回生された電力がバッテリ24に蓄えられる。コンバータ27は、制御装置51から出力される制御信号に応じて発電機23の発電量を制御する。
The driving force of the
旋回用インバータ28は、制御装置51から出力されるトルク制限値制御信号100および目標回転速度制御信号200(後に詳述する)を入力して旋回用電動機25の駆動トルクおよび回転速度を制御する。旋回用電動機25の種別および定格は、用途に応じて適宜選択する。
The turning
53は、旋回用電動機25の回転速度を検出する回転速度センサであり、パルスエンコーダ(図示せず)から出力される単位時間内のパルス数を計数することにより旋回用電動機25の回転速度を検出する。制御装置51は、回転速度センサ53から出力される実回転速度信号と、操作装置52から出力される旋回操作量信号とを入力する。そして、後に詳述する信号処理を経て、旋回用インバータ28にトルク制御信号および速度制御信号(制限値制御信号100および目標回転速度制御信号200)を供給する。
図3は、制御装置51の回路構成を示したブロック図である。図2において説明した通り、操作装置52からの旋回操作量および回転速度センサ53からの実回転速度が入力情報として制御装置51に入力される。制御装置51は3つの変換テーブル61,62,63を備えている。
FIG. 3 is a block diagram showing a circuit configuration of the
第1の変換テーブル61は、操作装置52が作動された時点以降の経過時間と、電動機25の制限トルク1との関係を規定する“経過時間→制限トルク1”変換テーブルである。第2の変換テーブル62は、操作装置52から出力される旋回操作量情報と、電動機25の制限トルク2との関係を規定する“旋回操作量→制限トルク2”変換テーブルである。第3の変換テーブル62は、操作装置52から出力される旋回操作量情報と、電動機25の目標回転速度との関係を規定する“旋回操作量→目標回転速度”変換テーブルである。
The first conversion table 61 is an “elapsed time → restricted torque 1” conversion table that defines the relationship between the elapsed time after the
より具体的に述べると、“経過時間→制限トルク1”変換テーブル61は、操作装置52による旋回操作入力をトリガとし、その旋回操作入力が指示する旋回方向に応じて、予め設定した規定の時間範囲内では操作入力開始からの経過時間に比例した制限トルク1を出力する。
“旋回操作量→制限トルク2”変換テーブル62からは、旋回操作量に応じて制限トルク2が出力される。“旋回操作量→目標回転速度”変換テーブル63からは、旋回操作量に応じて目標回転速度が出力される。
More specifically, the “elapsed time → limit torque 1” conversion table 61 uses a turning operation input by the
From the “turning operation amount → limiting torque 2” conversion table 62, the limiting torque 2 is output according to the turning operation amount. From the “turning operation amount → target rotation speed” conversion table 63, the target rotation speed is output according to the turning operation amount.
減算器65は、目標回転速度と実回転速度との偏差を計算する。計算された偏差はPID制御器66に入力され、目標トルクが演算される。PID制御器66における演算特性は公知の設計的事項であるので、説明は省略する。最小値選択回路64は、制限トルク1と制限トルク2と目標トルクとを入力し、各トルクの絶対値が最小となるトルクをトルク制限値として選択する。そして、最小値選択回路64から旋回用インバータ28にトルク制限値制御信号100が供給される。“旋回操作量→目標回転速度”変換テーブル63からの目標回転速度は、減算器65に入力されると同時に、目標回転速度制御信号200として旋回用インバータ28に供給される。
The
なお、“旋回操作量→制限トルク2”変換テーブル62の下流において例えば一次遅れ要素を与えた場合、変換テーブル62にて大トルクがステップ状に発生した場合にはショックを低減させることが可能となるが、逆に変換テーブル62にて小トルクがステップ状に発生した場合、やはり一次遅れが効いてトルクの立ち上がりが遅くなってしまい、その結果、操作レバー入力に対する旋回応答性が緩慢になってしまう。よって、変換テーブル62の下流に遅れ要素を配置することは得策ではない。 If a first-order lag element is provided downstream of the “turning operation amount → limit torque 2” conversion table 62, for example, if a large torque is generated stepwise in the conversion table 62, the shock can be reduced. On the contrary, if a small torque is generated in a stepped manner in the conversion table 62, the first-order delay is effective and the rise of the torque is delayed, resulting in a slow turn response to the operation lever input. End up. Therefore, it is not a good idea to arrange a delay element downstream of the conversion table 62.
−実施の形態1による作用・効果−
(1)操作装置52を急激に操作することにより、旋回操作量が図4(A)に示すようなステップ状入力となった場合にも、旋回用電動機25が発生するトルクは一次遅れ的な時間遅れを持って立ち上がる。換言すると、旋回操作量がステップ状入力となった場合にも、図4(B)に示すような従来例とはならず、トルク制限値の変化量に時間的な制限を設けてある。その結果として、旋回操作量の急激な上昇に対しても、オペレータに過大なショックを与えることなく円滑な旋回を行うことができる。
-Actions and effects of the first embodiment-
(1) The torque generated by the turning
(2)上記と同様の理由により、旋回操作量の急激な上昇があった場合にもフロント作業部30に急激な回転トルクを与えることがないので、バケット35から土砂などの荷こぼれが生じてしまうことを避けることができる。
(2) For the same reason as described above, even when there is a sudden rise in the amount of turning operation, no sudden rotational torque is applied to the front working
−実施の形態1における変形例−
(1)図3に示したように、トルク制限値を決定する際に、3つのトルク値(制限トルク1,制限トルク2,目標トルク)から絶対値が最小となるものを選択していたが、必ずしも3つのトルク情報を参照しなくてもよい。すなわち、“旋回操作量→制限トルク2”変換テーブル62からの制限トルク2を省略することも可能である。但し、“経過時間→制限トルク1”変換テーブル61については、必須である。
-Modification in Embodiment 1-
(1) As shown in FIG. 3, when determining the torque limit value, the torque value having the minimum absolute value was selected from the three torque values (limit torque 1, limit torque 2, target torque). However, it is not always necessary to refer to the three pieces of torque information. That is, the limit torque 2 from the “turning operation amount → limit torque 2” conversion table 62 can be omitted. However, the “elapsed time → limit torque 1” conversion table 61 is indispensable.
(2)図3では、最終的なトルク制限値を得るために最小値選択回路64を用いているが、油圧ショベルの作業環境によっては、必ずしも絶対値が最小となるトルクを選択する必要はない。たとえば、緊急の作業を行っている際には、オペレータが受けるショックよりも、作業の完了を優先する場合があり得るので、その場合には“経過時間→制限トルク1”変換テーブル61の出力を無視するような設定も可能である。また、油圧ショベルを無線操縦など遠隔地から操作する場合には、オペレータに与えるショックを考慮する必要がなくなるので、“経過時間→制限トルク1”変換テーブル61の出力を無視するよう設定することが可能である。
但し、緊急な作業あるいは遠隔操縦による作業を行う際にも、水分を多量に含むような土砂を取り扱う場合には、バケット35からの荷こぼれを防ぐためにやはり急激な旋回を避ける必要がある。その場合には、“経過時間→制限トルク1”変換テーブル61の出力を採り入れる必要がある。
以上のことから、油圧ショベルの作業環境に応じて、(イ)駆動トルクを最小に抑えるために最小値選択回路64による比較処理を行うか、(ロ)“経過時間→制限トルク1”変換テーブル61から出力される制限トルク1をより優先させるか、(ハ)PID制御器66から出力される目標トルクを優先させるか、を選択することが可能である。
(2) In FIG. 3, the minimum
However, even when urgent work or remote control work is performed, in order to prevent spillage from the
From the above, according to the working environment of the hydraulic excavator, (b) a comparison process by the minimum
(3)これまで説明してきた“経過時間→制限トルク1”変換テーブル61は、図3において説明したように、操作装置52による旋回操作指示に応じて、予め設定した規定の時間範囲内で操作入力開始からの経過時間に比例した制限トルク1が出力されるように構成した。しかしながら、このような特性に限定することなく、以下に述べるような変形が可能である。
図5(A)〜(D)は変換テーブル61の各種特性を例示した図である。まず図5(A)では、時間の経過と共に駆動トルクが直線的に増加していく。直線の傾きは起動ショックを生じないようにする。図5(B)では、時間の経過と共に駆動トルクが一次遅れ的に増加していく。一次遅れの時定数は起動ショックを生じないように設定する。図5(C)では、時間の経過と共に駆動トルクが2段のステップ状に増加していく。動き出しの遅れが生じないように、1段目で起動に必要なトルクを確保し、起動ショックが生じないように2段目に至る時間を設定する。図5(D)は、図5(C)の特性を変化させたものであり、動き出しが遅れないように2段となっている点は同様である。しかし、急激なトルク上昇は上部旋回体に対するショックを誘発するので、1段目および2段目とも、やや傾きを持ったランプ状にトルクを発生させてある。なお油圧モータを用いて上部旋回体を旋回させる際には、一気に目標の旋回トルクを達成させるのでなく、リリーフバルブの特性として一旦息継ぎが生じるような特性を用いているので、油圧モータによる旋回になれているオペレータにとっては、図5(C)あるいは図5(D)に示したような2段のトルク特性によれば違和感のない操作性を感じることができる。
(3) The “elapsed time → limit torque 1” conversion table 61 described so far is operated within a predetermined time range set in advance in response to a turning operation instruction by the
5A to 5D are diagrams illustrating various characteristics of the conversion table 61. FIG. First, in FIG. 5A, the drive torque increases linearly with time. The slope of the straight line should not cause a starting shock. In FIG. 5B, the drive torque increases in a first-order lag with the passage of time. The first-order lag time constant is set so as not to cause a starting shock. In FIG. 5C, the driving torque increases in two steps as time passes. The torque required for starting is secured at the first stage so as not to delay the start of movement, and the time to reach the second stage is set so as not to cause a starting shock. FIG. 5 (D) is a variation of the characteristics of FIG. 5 (C), and is similar in that it has two stages so as not to delay the start of movement. However, since a sudden increase in torque induces a shock to the upper-part turning body, the torque is generated in a ramp shape having a slight inclination in both the first stage and the second stage. Note that when turning the upper swinging body using a hydraulic motor, the target turning torque is not achieved at once, but the characteristic of a relief valve is once used as a relief valve characteristic. A familiar operator can feel operability without a sense of incongruity according to the two-stage torque characteristics as shown in FIG.
<実施の形態2>
図6は、実施の形態2による油圧ショベルの全体構成図である。図7は、実施の形態2による制御装置51Aの回路構成を示したブロック図である。図8は、図7に示した“経過時間→制限トルク1”変換テーブル61aの特性を例示した図である。これら図面を参照しながら、以下に実施の形態2を説明する。
<Embodiment 2>
FIG. 6 is an overall configuration diagram of a hydraulic excavator according to the second embodiment. FIG. 7 is a block diagram showing a circuit configuration of a
実施の形態2では、新たにブーム角度センサ71,アーム角度センサ72,バケット角度センサ73を備えている。これらブーム角度センサ71,アーム角度センサ72,バケット角度センサ73によって測定されるブーム角度,アーム角度,バケット角度は制御装置51Aに送られる。そして、慣性モーメント演算器74にて予め入力されているブーム・アーム・バケットの長さおよび重量、ブーム・アーム・バケットの重心位置と併せて演算することにより、多関節型フロント作業部30の旋回軸回りのモーメント(慣性モーメント)が計算される。さらに上部旋回体20の重量重心と併せて演算することにより、上部旋回体20および多関節型フロント作業部30を含めた慣性モーメントが演算される。より具体的には、多関節型フロント作業部30を水平方向に伸ばした姿勢では慣性モーメントが大きく、図6のように畳んだ姿勢では慣性モーメントが小さくなる。
In the second embodiment, a
旋回用電動機25にある大きさのトルクを発生させた場合、慣性モーメントが小さいときの方が加速度が大きくなるので、急激にトルクを立ち上げた際には加速ショックが大きくなる。そこで、慣性モーメント演算器74により演算された慣性モーメントを“経過時間→制限トルク1”変換テーブル61aに送り、慣性モーメントに応じたショックを防止する。すなわち“経過時間→制限トルク1”変換テーブル61aは、図8に示したように、経過時間に対するトルクの傾きが異なるテーブルを複数持っており、慣性モーメントに応じたショックの生じないテーブルを選択して制限トルク1を出力する。
When a certain amount of torque is generated in the turning
なお、“経過時間→制限トルク1”変換テーブル61aとして、テーブルを複数持つ代わりに、経過時間に対するトルクの傾きを慣性モーメントを変数とした関数で与えてもよい。 As the “elapsed time → restricted torque 1” conversion table 61a, instead of having a plurality of tables, the torque gradient with respect to the elapsed time may be given as a function using the moment of inertia as a variable.
−実施の形態2による作用・効果−
実施の形態2によれば、多関節型フロント作業部30の姿勢を考慮して慣性モーメントを演算しているので、旋回加速度に起因した旋回ショックをより正確に防止することができる。
-Actions and effects of the second embodiment-
According to the second embodiment, since the moment of inertia is calculated in consideration of the posture of the articulated
<実施の形態3>
図9は、実施の形態3による油圧ショベルの全体構成図である。図10は、実施の形態3による制御装置51Bの回路構成を示したブロック図である。これら図面を参照しながら、以下に実施の形態3を説明する。
<Embodiment 3>
FIG. 9 is an overall configuration diagram of a hydraulic excavator according to the third embodiment. FIG. 10 is a block diagram showing a circuit configuration of a
実施の形態3では、ブーム角度センサ71,アーム角度センサ72,バケット角度センサ73に加えて、バケット重量を測定するロードセル75を備えている。
このロードセル75によって測定されるバケット重量は制御装置51Bに送られる。そして、慣性モーメント演算器74aにより、ブーム角度・アーム角度・バケット角度および予め入力されているブーム・アーム・バケットの長さおよび重量、ブーム・アーム・バケットの重心位置と併せて演算する。このことにより、バケット35に積載された土砂を含む多関節型フロント作業部30の旋回軸回りのモーメント(慣性モーメント)が計算される。さらに上部旋回体20の重量重心と併せて演算することにより、上部旋回体20と多関節型フロント作業部30を含む慣性モーメントが演算される。より具体的には、多関節型フロント作業部30を水平方向に伸ばした姿勢では慣性モーメントが大きく、図9のように畳んだ姿勢では慣性モーメントが小さくなる。
In Embodiment 3, in addition to the
The bucket weight measured by the
旋回用電動機25にある大きさのトルクを発生させた場合、慣性モーメントが小さい方が加速度が大きくなるので、急激にトルクを立ち上げた場合の加速ショックが大きくなる。そこで、慣性モーメント演算器74aにより演算された慣性モーメントを“経過時間→制限トルク1”変換テーブル61bに送り、慣性モーメントに応じたショックを防止する。すなわち“経過時間→制限トルク1”変換テーブル61bは、先に図8に示したように、経過時間に対するトルクの傾きが異なるテーブルを複数持っており、慣性モーメントに応じたショックの生じないテーブルを選択して制限トルク1を出力する。
When a torque of a certain magnitude is generated in the turning
なお、“経過時間→制限トルク1”変換テーブル61bとして、テーブルを複数持つ代わりに、経過時間に対するトルクの傾きを慣性モーメントを変数とした関数で与えてもよい。また、バケット重量を測定する際、ロードセル75の代わりに、ブームシリンダ32,アームシリンダ34,バケットシリンダ36のうちいずれか1以上のシリンダ圧とブーム角度,アーム角度,バケット角度から演算で求めてもよい。
As the “elapsed time → restricted torque 1” conversion table 61b, instead of having a plurality of tables, the torque gradient with respect to the elapsed time may be given as a function using the moment of inertia as a variable. Further, when measuring the bucket weight, instead of the
−実施の形態3による作用・効果−
実施の形態3によれば、多関節型フロント作業部30の姿勢と、多関節型フロント作業部30の作業状態としてバケットの使用状態(重量)とを考慮して慣性モーメントを演算しているので、旋回加速度に起因した旋回ショックをより正確に防止することができる。
-Actions and effects of the third embodiment-
According to the third embodiment, the moment of inertia is calculated in consideration of the posture of the articulated
<実施の形態4>
図11は、実施の形態4による油圧ショベルの全体構成図である。図12は、実施の形態4による制御装置51Cの回路構成を示したブロック図である。図13は、図12に示した“経過時間→制限トルク1”変換テーブル61cの特性を例示した図である。これら図面を参照しながら、以下に実施の形態4を説明する。
<Embodiment 4>
FIG. 11 is an overall configuration diagram of a hydraulic excavator according to the fourth embodiment. FIG. 12 is a block diagram showing a circuit configuration of a
実施の形態4では、図9(実施の形態3)の構成に加えて、車体の傾きを測定する傾斜センサ76を備えている。この傾斜センサ76によって測定された車体傾斜角は制御装置51に送られる。そして、慣性モーメント演算器74bにより、ブーム角度・アーム角度・バケット角度・バケット重量および予め入力されているブーム・アーム・バケットの長さおよび重量、ブーム・アーム・バケットの重心位置と併せて演算することにより、バケットに積載された土砂を含む多関節型フロント作業部30と上部旋回体20が重力を受けて旋回軸回りに発生させるトルクが演算される。慣性モーメント演算器74bにより演算された慣性モーメントは、“経過時間→制限トルク1”変換テーブル61cに送られる。
In Embodiment 4, in addition to the configuration of FIG. 9 (Embodiment 3), an
傾斜地において重力により発生したトルクは、上部旋回体20を旋回させるように働く。たとえば右回りのトルクを正としたとき、重力により右回りのトルクT0が掛かっているときには、左回りにはT0以上のトルクを発生させないと旋回しない。そこで、“経過時間→制限トルク1”変換テーブル61cでは、図13(B)に示すように、左回り(負)のトルク制限として予めT0のオフセットを与えておく。同様に、重力により左回りのトルクT0が掛かっているときには、右回りにはT0以上のトルクを発生させないと旋回しないので、図13(C)に示すように、右回り(正)のトルク制限として予めT0のオフセットを与えておく。
Torque generated by gravity on the slope works to turn the
なお、上述した実施の形態4では、実施の形態3(=フロント作業部の姿勢とバケット重量とに基づいて慣性モーメントを算出する)3に、さらに傾斜角を加味して慣性モーメントを算出している。しかしながら、傾斜角のみに基づいて慣性モーメントを算出したり、フロント作業部の姿勢と傾斜角とに基づいて慣性モーメントを算出してもよい。 In the fourth embodiment described above, the moment of inertia is calculated by further adding the inclination angle to the third embodiment (= calculating the moment of inertia based on the posture of the front working unit and the bucket weight) 3. Yes. However, the moment of inertia may be calculated based only on the tilt angle, or the moment of inertia may be calculated based on the attitude of the front working unit and the tilt angle.
−実施の形態4による作用・効果−
実施の形態4によれば、傾斜センサ76を備えることにより、車体の傾きを考慮した慣性モーメントを演算することができる。その結果、旋回加速度をより正確に制限して旋回ショックを防止することができる。
-Actions and effects of the fourth embodiment-
According to the fourth embodiment, by providing the
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上述した実施の形態および変形例に限定されるものではない。
実施の形態と変形例の一つとを組み合わせること、もしくは、実施の形態と変形例の複数とを組み合わせることも可能である。
変形例同士をどのように組み合わせることも可能である。
さらに、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
The above description is merely an example, and the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications unless the features of the present invention are impaired.
It is also possible to combine the embodiment and one of the modified examples, or to combine the embodiment and a plurality of modified examples.
It is possible to combine the modified examples in any way.
Furthermore, other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention.
10 下部走行体
20 上部旋回体
22 エンジン22
23 発電機
24 バッテリ
25 旋回用電動機
28 旋回用インバータ
30 多関節型フロント作業部
31 ブーム
33 アーム
35 バケット
51 制御装置
52 操作装置
53 回転速度センサ
DESCRIPTION OF
23
Claims (5)
前記上部旋回体を旋回させるための旋回操作信号を出力する操作部と、
前記旋回操作信号が出力された後の経過時間に応じて、前記電動機が発生する駆動トルクの最大値を設定する第1のトルク設定部と、
前記旋回操作信号に対応して予め決められている電動機回転速度と前記電動機の実回転速度との偏差に基づいて、前記電動機の目標トルク値を設定する第2のトルク設定部と、
前記第1のトルク設定部により設定された前記駆動トルクの最大値、および前記第2のトルク設定部により設定された前記目標トルク値を参照することにより、前記電動機のトルク制限値を指定するトルク制限値指定部と、
前記旋回操作信号に対応して予め決められている電動機回転速度を前記電動機の目標回転速度として指定する回転速度指定部と、
前記トルク制限値指定部および前記回転速度指定部により指定された前記トルク制限値および前記目標回転速度を制御入力として、前記電動機を駆動する電動機制御部と、
を備えることを特徴とする建設機械。 In a construction machine that drives an upper swinging body placed on a lower traveling body by an electric motor,
An operation unit for outputting a turning operation signal for turning the upper turning body;
A first torque setting unit that sets a maximum value of a drive torque generated by the electric motor according to an elapsed time after the turning operation signal is output;
A second torque setting unit that sets a target torque value of the electric motor based on a deviation between a predetermined electric motor rotation speed corresponding to the turning operation signal and an actual rotation speed of the electric motor;
Torque that specifies a torque limit value of the electric motor by referring to the maximum value of the driving torque set by the first torque setting unit and the target torque value set by the second torque setting unit A limit value specification part;
A rotation speed designating unit that designates a predetermined motor rotation speed corresponding to the turning operation signal as a target rotation speed of the motor;
An electric motor controller that drives the electric motor with the torque limit value and the target rotational speed specified by the torque limit value specifying unit and the rotational speed specifying unit as control inputs;
A construction machine comprising:
前記旋回操作信号に対応して予め決められている制限トルク値を設定する第3のトルク設定部を備え、
前記トルク制限値指定部は、
前記第1のトルク設定部により設定された前記駆動トルクの最大値と、前記第2のトルク設定部により設定された前記目標トルク値と、前記第3のトルク設定部により設定された前記制限トルク値とを入力し、これら3つのトルク値のうち絶対値が最小となるトルク値を前記電動機のトルク制限値として指定する、
ことを特徴とする建設機械。 The construction machine according to claim 1, further comprising:
A third torque setting unit that sets a predetermined limit torque value corresponding to the turning operation signal;
The torque limit value designating part is
The maximum value of the driving torque set by the first torque setting unit, the target torque value set by the second torque setting unit, and the limit torque set by the third torque setting unit A torque value that minimizes the absolute value of these three torque values is designated as the torque limit value of the motor.
Construction machinery characterized by that.
前記操作部からの操作出力に応じて駆動される多関節型フロント作業部の姿勢もしくは作業状態を検知する検知手段と、
前記検知手段から出力される検知信号に基づいて、前記フロント作業部を含む上部旋回体の慣性モーメントを算出する演算手段とを備え、
前記トルク制限値指定部は、前記慣性モーメントを参照して前記電動機のトルク制限値を指定することを特徴とする建設機械。 In the construction machine according to claim 1 or 2, further,
Detecting means for detecting a posture or a working state of an articulated front working unit driven in accordance with an operation output from the operation unit;
Calculating means for calculating the moment of inertia of the upper-part turning body including the front working unit based on a detection signal output from the detection unit;
The construction machine characterized in that the torque limit value designating unit designates a torque limit value of the electric motor with reference to the moment of inertia.
前記上部旋回体の回転面が水平面となす傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、
前記傾斜角検出手段から出力される前記傾斜角に基づいて、多関節型フロント作業部を含む上部旋回体の慣性モーメントを算出する演算手段とを備え、
前記トルク制限値指定部は、前記慣性モーメントを参照して前記電動機のトルク制限値を指定することを特徴とする建設機械。 In the construction machine according to claim 1 or 2, further,
An inclination angle detecting means for detecting an inclination angle formed by a rotation surface of the upper swing body with a horizontal plane;
Calculation means for calculating the moment of inertia of the upper-part turning body including the multi-joint type front working unit based on the inclination angle output from the inclination angle detection means;
The construction machine characterized in that the torque limit value designating unit designates a torque limit value of the electric motor with reference to the moment of inertia.
前記上部旋回体を旋回させる操作レバーの作動に応答して発せられる旋回操作信号を入力する操作信号入力手段と、
前記旋回操作信号が入力された後の経過時間に応じて、前記電動機が発生する駆動トルクの最大値を設定する第1のトルク設定手段と、
前記旋回操作信号に対応して予め決められている電動機回転速度と前記電動機の実回転速度との偏差に基づいて、前記電動機の目標トルク値を設定する第2のトルク設定手段と、
前記第1のトルク設定手段により設定された前記駆動トルクの最大値、および前記第2のトルク設定手段により設定された前記目標トルク値を参照データとして、前記電動機のトルク制限値を指定するトルク制限値指定手段と、
前記旋回操作信号に対応して予め決められている電動機回転速度を前記電動機の目標回転速度として指定する回転速度指定手段と、
前記トルク制限値指定手段および前記回転速度指定手段により指定された前記トルク制限値および前記目標回転速度を前記インバータの制御入力端に供給する出力手段と、
を備えることを特徴とする旋回制御装置。 In a turning control device for a construction machine that turns an upper turning body using an electric motor controlled by an inverter,
An operation signal input means for inputting a turning operation signal issued in response to an operation of an operation lever for turning the upper turning body;
First torque setting means for setting a maximum value of drive torque generated by the electric motor according to an elapsed time after the turning operation signal is input;
Second torque setting means for setting a target torque value of the electric motor based on a deviation between a predetermined motor rotation speed corresponding to the turning operation signal and an actual rotation speed of the electric motor;
Torque limit designating a torque limit value of the electric motor with reference to the maximum value of the driving torque set by the first torque setting means and the target torque value set by the second torque setting means. Value specification means,
A rotation speed designation means for designating a predetermined motor rotation speed as a target rotation speed of the electric motor in response to the turning operation signal;
Output means for supplying the torque limit value and the target rotation speed specified by the torque limit value specifying means and the rotation speed specifying means to a control input terminal of the inverter;
A turning control device comprising:
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