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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5961580
(24)【登録日】2016年7月1日
(45)【発行日】2016年8月2日
(54)【発明の名称】作業機械の駆動装置
(51)【国際特許分類】
E02F 9/22 20060101AFI20160719BHJP
F15B 20/00 20060101ALI20160719BHJP
【ＦＩ】
E02F9/22 R
F15B20/00 G
【請求項の数】2
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2013-83135(P2013-83135)
(22)【出願日】2013年4月11日
(65)【公開番号】特開2014-205977(P2014-205977A)
(43)【公開日】2014年10月30日
【審査請求日】2015年2月4日
(73)【特許権者】
【識別番号】000005522
【氏名又は名称】日立建機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000442
【氏名又は名称】特許業務法人 武和国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】高橋 宏政
(72)【発明者】
【氏名】平工 賢二
【審査官】
富山 博喜
(56)【参考文献】
【文献】
特開昭５７−０５４６３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平１１−２００４２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開昭５６−００６９０１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｅ０２Ｆ ９／２２
Ｆ１５Ｂ ２０／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
原動機と、複数の油圧アクチュエータと、前記原動機により駆動力を供給され、前記複数の油圧アクチュエータよりも数が多い複数の油圧ポンプと、前記油圧ポンプの吐出流量を可変にする吐出流量可変装置と、前記油圧アクチュエータと少なくとも１つ以上の前記油圧ポンプとを閉回路接続するための接続装置と、前記油圧アクチュエータへの操作信号を生成する操作装置と、前記操作装置の操作信号に応じて、前記複数の油圧ポンプの、前記複数の油圧アクチュエータに対する優先的に接続する順位を設定する接続設定部を含み、前記接続設定部からの接続設定信号に応じて、前記吐出流量可変装置と前記接続装置とを制御する制御装置と、前記油圧ポンプの状態量を検出する油圧ポンプ状態量検出装置と、前記油圧ポンプ状態量検出装置からの検出信号に基づいて、前記油圧ポンプの故障を判断する油圧ポンプ故障判断部とを備えた作業機械の駆動装置において、
前記接続設定部は、前記油圧ポンプ故障判断部が、前記複数の油圧ポンプのうち少なくとも一つが故障したと判断すると、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータとの接続設定を、故障した油圧ポンプを除外し、前記故障した油圧ポンプに接続されていたアクチュエータに、前記故障した油圧ポンプとは別の油圧ポンプを接続するよう、前記複数の油圧ポンプの、前記複数の油圧アクチュエータに対する優先的に接続する順位を変更する処理を行うことを特徴とする作業機械の駆動装置。
前記接続設定部は、前記油圧ポンプ故障判断部が、前記複数の油圧ポンプのうち少なくとも一つが故障したと判断すると、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータとの接続設定を、故障した油圧ポンプを除外し、前記故障した油圧ポンプに接続されていたアクチュエータに、前記故障した油圧ポンプとは別の油圧ポンプを接続するよう、前記複数の油圧ポンプの、前記複数の油圧アクチュエータに対する優先的に接続する順位を変更する処理を行うことを特徴とする作業機械の駆動装置。
【請求項2】
請求項１に記載の作業機械の駆動装置において、
前記制御装置は、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータとの接続パターンを１つ以上有し、前記油圧ポンプ故障判断部からの出力信号に応じて、前記接続パターンを選定する接続パターン選定部を備え、
前記接続設定部は、前記接続パターン選定部で選定された接続パターンに基づいて、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータとの接続設定を変更する処理を行うことを特徴と
する作業機械の駆動装置。
前記制御装置は、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータとの接続パターンを１つ以上有し、前記油圧ポンプ故障判断部からの出力信号に応じて、前記接続パターンを選定する接続パターン選定部を備え、
前記接続設定部は、前記接続パターン選定部で選定された接続パターンに基づいて、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータとの接続設定を変更する処理を行うことを特徴と
する作業機械の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、油圧ポンプにより直接油圧アクチュエータを駆動する油圧閉回路を含む作業機械の駆動装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、油圧ショベルやホイールローダなどの作業機械において、省エネシステムが着目されており、制動時の回生エネルギーを回収するハイブリッド型作業機械等が、市場に投入されている。しかし、現在市場投入されているハイブリッド型作業機械の多くは、その駆動装置が、従来の油圧システムに電気システムを加えたもので、油圧アクチュエータへの流量は方向制御弁であるコントロールバルブによる弁開度調整、すなわち絞って圧損を立てながら調整することに変わりはない。
【0003】
作業機械の省エネ化には、油圧システム自体の省エネ化が重要であり、特にコントロールバルブで発生する絞り圧損を低減することに大きな効果が得られる。そこで、省エネを図った作業機械の駆動装置として、油圧ポンプと油圧アクチュエータとを閉回路接続し、油圧ポンプにより直接制御する油圧閉回路システムの開発が進められている。このシステムは、コントロールバルブを用いないため、コントロールバルブによる絞り圧損がなく、必要な流量のみを油圧ポンプが吐出するため流量損失が低減できる。また、油圧アクチュエータの位置エネルギーや減速時のエネルギーを回生することもでき、省エネシステムとして非常に有効なシステムである。
【0004】
油圧閉回路システムの従来技術として特許文献１に示される技術がある。この特許文献１には油圧閉回路システムの一例として油圧ショベルなどの作業機械の油圧回路が開示されている。この油圧閉回路システムは、予め設定した油圧ポンプと油圧アクチュエータとの接続パターンに従って、稼働していない油圧ポンプを油圧アクチュエータに接続することにより、複合動作時においても、オペレータの所望する流量が確保できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開昭５７―５４６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
前述した特許文献１に示される技術では、油圧ポンプが何らかの原因で故障した場合が考慮されておらず、その結果、故障した油圧ポンプから圧油の供給を受けていた油圧アクチュエータが動作し辛い、もしくは動かなくなるなどの不具合が生じる可能性がある。この場合、作業の中断が生じ、作業行程に支障を来すこととなる。また、鉱山現場等で用いられる作業機械では、燃費重視の観点から、このような油圧閉回路システムを搭載した機械が望まれるが、一方で高い稼働率も要求されることから、故障時に必要最小限に留める対応が望まれる。
【0007】
本発明は、前述した従来技術における実情からなされたもので、その目的は、油圧閉回路システムに用いられる油圧ポンプが１つ以上故障した場合においても、作業の継続を可能とする作業機械の駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この目的を達成するための本発明は、原動機と、複数の油圧アクチュエータと、前記原動機により駆動力を供給され、前記複数の油圧アクチュエータよりも数が多い複数の油圧ポンプと、前記油圧ポンプの吐出流量を可変にする吐出流量可変装置と、前記油圧アクチュエータと少なくとも１つ以上の前記油圧ポンプとを閉回路接続するための接続装置と、前記油圧アクチュエータへの操作信号を生成する操作装置と、前記操作装置の操作信号に応じて、前記複数の油圧ポンプの、前記複数の油圧アクチュエータに対する優先的に接続する順位を設定する接続設定部を含み、前記接続設定部からの接続設定信号に応じて、前記吐出流量可変装置と前記接続装置とを制御する制御装置と、前記油圧ポンプの状態量を検出する油圧ポンプ状態量検出装置と、前記油圧ポンプ状態量検出装置からの検出信号に基づいて、前記油圧ポンプの故障を判断する油圧ポンプ故障判断部とを備えた作業機械の駆動装置において、前記接続設定部は、前記油圧ポンプ故障判断部が、前記複数の油圧ポンプのうち少なくとも一つが故障したと判断すると、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータとの接続設定を、故障した油圧ポンプを除外し、前記故障した油圧ポンプに接続されていたアクチュエータに、前記故障した油圧ポンプとは別の油圧ポンプを接続するよう、前記複数の油圧ポンプの、前記複数の油圧アクチュエータに対する優先的に接続する順位を変更する処理を行うことを特徴としている。
【0009】
このように構成された本発明は、制御装置に備えられ、油圧ポンプ故障状況を考慮して、油圧ポンプと油圧アクチュエータとの接続設定の変更処理を行う接続設定部の演算により、ある油圧ポンプが故障した場合でも、作業の継続が可能とすることができる。
【0010】
本発明は前記発明において、前記制御装置は、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータとの接続パターンを１つ以上有し、前記油圧ポンプ故障判断部からの出力信号に応じて、前記接続パターンを選定する接続パターン選定部を備え、前記接続設定部は、前記接続パターン選定部で選定された接続パターンに基づいて、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータとの接続設定を変更する処理を行うことを特徴としている。
【0011】
このように構成された本発明は、油圧ポンプと油圧アクチュエータとの接続パターンを一つ以上有し、それに基づいて接続設定の変更処理を行う接続設定部の演算により、故障した油圧ポンプに応じた接続設定ができる。
【発明の効果】
【0012】
本発明は、従来考慮されていなかった、油圧ポンプ故障状況を考慮して、油圧ポンプと油圧アクチュエータとの接続設定の変更処理を行う接続設定部の演算により、油圧閉回路システムに用いられる油圧ポンプが１つ以上故障した場合においても、従来懸念されていた作業の中断による作業行程への支障を生じることなく、作業の継続ができる。この結果、本発明は、現場での作業性を従来に比べ向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明に係る作業機械の駆動装置の第１実施形態を含む油圧ショベルを示す側面図である。
【図17】本発明に係る作業機械の駆動装置の第２実施形態を示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明に係る作業機械の駆動装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0015】
図１は、本発明に係る作業機械の駆動装置の第１実施形態を含む油圧ショベルを示す側面図である。
【0016】
第１実施形態を含む油圧ショベルは、走行体１０１を備え、走行体１０１の上には旋回体１０２を設けてある。走行体１０１と旋回体１０２から本体が構成されている。走行体１０１には油圧アクチュエータであり、左右の履帯に走行動力を与える走行モータ１０ｂと図示していない走行モータ１０ａが備えられている。旋回体１０２は後述する油圧アクチュエータである旋回モータ１０ｃにより走行体１０１に対し旋回可能となっている。また旋回体１０２はメインフレーム１０５に、前部に作業装置１０３、後部にカウンタウェイト１０８、左前部に運転室１０４を搭載している。カウンタウェイト１０８の前側には、原動機であるエンジン１０６が備えられ、さらにエンジン１０６からの駆動出力により駆動する駆動装置１０７を有する。
【0017】
作業装置１０３は、ブーム１１１、アーム１１２、バケット１１３からなる構造物がリンク機構により結合され、各々リンク軸を中心に回転運動を行い、掘削などの作業を行う。ブーム１１１、アーム１１２、バケット１１３、各々を回転運動させるために、油圧アクチュエータであるブームシリンダ７ａ、アームシリンダ７ｂ、バケットシリンダ７ｃを備えている。
【0018】
図２は、図１に示す油圧ショベルに備えられる駆動装置１０７の第１実施形態を示す回路構成図、図３は、図２に示す第１実施形態に備えられる油圧ポンプ状態量検出装置である圧力センサ３０ａ〜３０ｌと、コントローラ４１の接続関係を示す図、図４は、図２に示す第１実施形態に備えられるコントローラ４１の要部を示す図である。
【0019】
図２に示すように第１実施形態に係る駆動装置１０７は、油圧ポンプである可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆとブームシリンダ７ａ、アームシリンダ７ｂ、バケットシリンダ７ｃ、および旋回モータ１０ｃとが、コントロールバルブを介さず、配管を用いて接続している油圧閉回路システムと、可変容量型油圧ポンプ１ａ、１ｂと走行モータ１０ａ、１０ｂとが、供給流量と方向を制御するコントロールバルブ１１を介して、配管を用いて接続している油圧開回路システムとから構成されている。
【0020】
なお、第１実施形態では油圧閉回路システムと油圧開回路システムを混在させているが、それにこだわるものではなく、作業機械の用途により、例えば全油圧アクチュエータを油圧閉回路システムで構成するなど、別の形態をとってもよい。
【0021】
ここで、上述した本油圧閉回路システムについて説明する。
【0022】
エンジン１０６と、エンジン１０６によりトルク、および回転数からなる駆動出力を、歯車機構等で構成された動力伝達装置１３を介して、供給される複数の可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆが備えられ、可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆの吐出流量を可変にする吐出流量可変装置である油圧レギュレータ３ａ〜３ｆと、ブームシリンダ７ａ、アームシリンダ７ｂ、バケットシリンダ７ｃ、および旋回モータ１０ｃと、ブームシリンダ７ａ、アームシリンダ７ｂ、バケットシリンダ７ｃ、および旋回モータ１０ｃと少なくとも一つ以上の可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆとを油圧閉回路接続するための接続装置である電磁切換弁１２と、ブームシリンダ７ａ、アームシリンダ７ｂ、バケットシリンダ７ｃ、および旋回モータ１０ｃへの操作信号であるレバー操作量を生成する操作装置４０ａ、４０ｂと、操作装置４０ａ、４０ｂのレバー操作量に応じて、可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆとブームシリンダ７ａ、アームシリンダ７ｂ、バケットシリンダ７ｃ、および旋回モータ１０ｃとの接続を設定する接続設定部４１ｂを含み、接続設定部４１ｂからの接続設定信号に応じて、油圧レギュレータ３ａ〜３ｆと電磁切換弁１２を制御する制御装置と、可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆの状態量である吐出圧を検出する油圧ポンプ状態量検出装置である圧力センサ３０ａ〜３０ｌと、圧力センサ３０ａ〜３０ｌからの検出信号に基づいて、可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆの故障を判断する油圧ポンプ故障判断部４１ｄとを備える。
【0023】
すなわち、可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆは、ブームシリンダ７ａ、アームシリンダ７ｂ、バケットシリンダ７ｃ、および旋回モータ１０ｃの駆動方向と吐出流量を与えるため、可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆに備えられた２つの接続ポートの内各々から圧油を吐出可能とした両方向吐出機構を備えており、その両方向吐出機構は油圧レギュレータ３ａ〜３ｆにより制御される。
【0024】
両方向吐出機構により、可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆの２つの接続ポートの内、一方の接続ポートから圧油が吐出されると、電磁切換弁１２を介して、ブームシリンダ７ａ、アームシリンダ７ｂ、バケットシリンダ７ｃ、および旋回モータ１０ｃの内のいずれかの油圧アクチュエータに備えられた２つの接続ポートの内の一方の接続ポートに接続され、いずれかの油圧アクチュエータに備えられた２つの接続ポートの内、他方の接続ポートから戻り圧油が、電磁切換弁１２を介して、可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆの２つの接続ポートの内、他方の接続ポートに戻される。すなわち、圧油がタンク９に戻ることなく、可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆと油圧アクチュエータとの間を循環する油圧閉回路が構成される。
【0025】
なお、油圧閉回路システムでは、ブーム１１１、アーム１１２が重力方向に下がる場合や、旋回体１０２の旋回動作を停止する場合に発生するブーム１１１、アーム１１２の位置エネルギーや、旋回体１０２の運動エネルギーが、回生エネルギーとなって戻り圧油に伝達され、可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆのいずれかに伝えられる。この際、可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆはこの回生エネルギーにより回生動作する。この回生エネルギーは、駆動出力として動力伝達装置１３を介し、他の油圧アクチュエータを駆動している可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆの内の他のいずれかに伝えられる。この結果、エンジン１０６に対し、この回生エネルギー分の省エネ効果が得られる。
【0026】
電磁切換弁１２は、可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆの内の複数を、ブームシリンダ７ａ、アームシリンダ７ｂ、バケットシリンダ７ｃ、および旋回モータ１０ｃの内の一つに接続するために、“ＢＭ”用切換弁、“ＡＭ”用切換弁、“ＢＫ”用切換弁、および“ＳＷ”用切換弁からなる全１８個の電磁切換弁から構成される。
【0027】
電磁切換弁１２の内、“ＢＭ”用切換弁は、ブームシリンダ７ａに接続するための切換弁で、電磁切換弁１２の上流に位置する可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆを、最大で全て接続可能なように設けられている。“ＡＭ”用切換弁は、アームシリンダ７ｂに接続するための切換弁で、電磁切換弁１２の上流に位置する可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆの内、最大で可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｄを接続可能なように設けられている。“ＢＫ”用切換弁は、バケットシリンダ７ｃに接続するための切換弁で、電磁切換弁１２の上流に位置する可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆの内、最大で全て接続可能なように設けられている。“ＳＷ”用切換弁は、旋回モータ１０ｃに接続するための切換弁で、電磁切換弁１２の上流に位置する可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆの内、最大で可変容量型油圧ポンプ２ｅ、２ｆを接続可能なように設けられている。
【0028】
なお、上述の電磁切換弁１２の接続形態は、これにこだわるものではなく、作業機械の用途により別の接続形態でもよい。
【0029】
オペレータが搭乗する運転室１０４には、油圧アクチュエータに操作指令を与える操作装置４０ａ、４０ｂが設けられている。図示はしないが操作装置４０ａ、４０ｂは前後左右に傾倒可能なレバーと、操作信号であるレバーの傾倒量、すなわちレバー操作量を電気的に検知する図示しない検出装置を含み、検出装置が検出したレバー操作量を、制御装置であるコントローラ４１に電気配線を介して出力する。なお、上述の操作装置４０ａ、４０ｂは、レバー操作量を電気的に検知する機構を有しているが、これにこだわるものでなく、油圧機構等、別の機構でもよい。
【0030】
図３に示すように、前述した油圧ポンプ状態量検出装置である圧力センサ３０ａ〜３０ｌは、可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆの２つの接続ポートから吐出される圧油の吐出圧を検出するように設置している。圧力センサ３０ａ〜３０ｌで検出された吐出圧は、コントローラ４１の油圧ポンプ故障判断部４１ｄに出力される。圧力センサ３０ａ〜３０ｌを用いた理由は、油圧ポンプが故障した場合の現象として、吐出圧が上がらないことがあり、検出した吐出圧に基づいて、故障判断ができるためである。吐出圧が上がらない原因として、油圧ポンプ内部の摩耗による容積効率低下が一因に挙げられる。なお、本実施形態では、圧力センサ３０ａ〜３０ｌを用いた例を示しているが、油圧ポンプ故障時の現象は、吐出圧に留まらず、吐出流量の減少や異音などが挙げられるため、それに応じた油圧ポンプ状態量検出装置、例えば流量計などを用いてもよい。
【0031】
コントローラ４１では、後述する制御演算を実施して、油圧レギュレータ３ａ〜３ｆ、に対し、後述する目標吐出流量を出力し、また、電磁切換弁１２に対し、切換弁接続指令信号を出力し、各々制御を行う。
【0032】
なお、油圧開回路システムであるが、前述したように、走行モータ１０ａ、１０ｂの駆動方向と吐出流量を与えるためのコントロールバルブ１１が下流に備えられているため、油圧開回路システムを構成する可変容量型油圧ポンプ１ａ、１ｂは片方向吐出機構を備える。すなわち、可変容量型油圧ポンプ１ａ、１ｂは、可変容量型油圧ポンプ１ａ、１ｂに備えられた２つの接続ポートの内、一方の接続ポートを、圧油を一時的に溜めるタンク９から吸い込む吸い込みポートとして、配管を用いてタンク９に接続し、他方の接続ポートを、吐出ポートとしてコントロールバルブ１１の接続ポートに接続する。そして、吐出ポートからの吐出流量を片方向吐出機構により制御する。片方向吐出機構は油圧レギュレータ３ｇ、３ｈにより制御される。また、走行モータ１０ａ、１０ｂからの戻り流量は、コントロールバルブ１１を介してタンク９へ戻される。コントロールバルブ１１、および油圧レギュレータ３ｇ、３ｈは、運転室１０４に備えられた図示しない操作装置で生成されるレバー操作量に応じて制御される。レバー操作量は、コントローラ４１に出力され、コントローラ４１は、図示しない油圧閉回路システムとは別の制御演算を実施し、出力信号に変換して、電気配線を介し、コントロールバルブ１１、および油圧レギュレータ３ｇ、３ｈに出力する。
【0033】
以下、油圧閉回路システムの説明に戻る。
【0034】
次にコントローラ４１の構成を、図４を用いて説明する。
【0035】
すなわち、コントローラ４１に含まれる接続設定部４１ｂは、油圧ポンプ故障判断部４１ｄからの出力信号に応じて、可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆと、ブームシリンダ７ａ、アームシリンダ７ｂ、バケットシリンダ７ｃ、および旋回モータ１０ｃとの接続設定を変更する処理を行う。
【0036】
また、コントローラ４１は、可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆとブームシリンダ７ａ、アームシリンダ７ｂ、バケットシリンダ７ｃ、および旋回モータ１０ｃとの接続パターンを１つ以上有し、油圧ポンプ故障判断部４１ｄからの出力信号に応じて、接続パターンを設定する接続パターン選定部４１ｅを備え、接続設定部４１ｂは、接続パターン選定部４１ｅで選定された接続パターンに基づいて、可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆとブームシリンダ７ａ、アームシリンダ７ｂ、バケットシリンダ７ｃ、および旋回モータ１０ｃとの接続設定を変更する処理を行う。
【0037】
さらに、コントローラ４１は、操作装置４０ａ、４０ｂからのレバー操作量に応じて、ブームシリンダ７ａ、アームシリンダ７ｂ、バケットシリンダ７ｃ、および旋回モータ１０ｃへの必要流量を演算し、接続設定部４１ｂに出力する油圧アクチュエータ必要流量演算部４１ａと、接続設定部４１ｂからの演算結果に基づいて、可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆの目標吐出流量を設定し、油圧レギュレータ３ａ〜３ｆに出力する目標吐出流量設定部４１ｃと、目標吐出流量設定部４１ｃから得られる操作対象である各油圧アクチュエータと、それらに接続すべき油圧ポンプとの情報から、電磁切換弁１２の内、開口すべき電磁切換弁に接続指令を出力する切換弁接続指令演算部４１ｆを備える。
【0038】
なお、各部の間を結ぶ線は、レバー操作量、吐出圧、および演算結果等のデータの入出力関係を示す信号線であり、コントローラ４１内部にある各部間で、データの共有ができる構成となっている。
【0039】
次に、図４に示すコントローラ４１の制御行程を説明する。
【0040】
図５は、図４に示すコントローラ４１の制御行程を示すフローチャート図、図６は、図４に示す油圧アクチュエータ必要流量演算部４１ａが有する、レバー操作量と油圧アクチュエータ必要流量との関係を示す特性線図、図７は、図５に示すステップＳ４の処理、すなわち接続パターン選定部４１ｅと接続判断部４１ｂとで行われる制御行程を示すフローチャート図、図８は、図４に示す接続判断部４１ｂの油圧アクチュエータと接続可能な油圧ポンプとの接続パターンの一例を示す関係図である。
【0041】
図５に示すコントローラ４１の制御行程は、図５に示すステップＳ１のスタートで制御を開始し、ステップＳ６のリターンに到達すると、ステップＳ１のスタートに戻る。この制御はコントローラ４１に備えられた、図示しない内部タイマーにより、予め設定された周期で行われる。
【0042】
ステップＳ１で制御が起動すると、ステップＳ２に移行する。ステップＳ１の制御は、エンジン１０６の始動を指示するキー操作や、専用スイッチなどの、図示しない外部にある装置からの指示信号を、コントローラ４１が入力すると起動する。
【0043】
ステップＳ２では、オペレータが操作装置４０ａ、もしくは４０ｂを操作することで生成されるレバー操作量が、油圧アクチュエータ必要流量演算部４１ａに入力される行程を示し、ステップＳ３へ移行する。
【0044】
ステップＳ３では、油圧アクチュエータ必要流量演算部４１ａにて、レバー操作量に応じて操作対象である油圧アクチュエータへの必要流量を演算する行程を示す。本実施形態では、図６に示すレバー操作量と油圧アクチュエータ必要流量との関係を示す特性線図を用いた演算を例示する。この特性線図は、レバー操作量に対し、必要流量が１対１の比例関係にあり、あるレバー操作量に対し、一意に必要流量が演算できる。操作対象である油圧アクチュエータを特定する情報とその必要流量とを外部へ出力し、ステップＳ４へ移行する。なお、各油圧アクチュエータは２方向に動作ができるため、ブーム、アーム、バケット、および旋回に対し、８つの特性線図が必要であるが、簡易に説明するため、２つの動作方向ともレバー操作量と各油圧アクチュエータの必要流量の特性を同じとし、４つの特性線図で示している。
【0045】
ステップＳ４では、接続判断部４１ｂにて、油圧アクチュエータ必要流量演算部４１ａからの操作対象である油圧アクチュエータと、油圧ポンプ故障判断部４１ｄでの故障判断に基づく接続パターン選定部４１ｅからの、接続パターン選定結果とに応じて、可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆの内、操作対象である油圧アクチュエータに接続可能な油圧ポンプを決定し、さらに接続の優先順位、すなわち接続順位を設定する行程を示す。本実施形態では、ステップＳ４の制御行程として、図７に示すフローチャートを例示する。
【0046】
ステップＳ４０１では、圧力センサ３０ａ〜３０ｌで検出された吐出圧に応じて、油圧ポンプ故障判断部４１ｄで故障判断を行う。故障判断は、例えば検出された吐出圧に対し、予め設定された閾値との比較等で実施できる。油圧ポンプが正常の場合は、ステップＳ４０２に移行する。また、油圧ポンプが正常でない、すなわち故障している場合は、ステップＳ４０３へ移行する。なお、油圧ポンプ故障判断部４１ｄは、故障している油圧ポンプの有無、および故障している場合は、故障している油圧ポンプの識別番号、例えば２ａ〜２ｆ、を外部へ出力する。
【0047】
ステップＳ４０２では、油圧ポンプ故障判断部４１ｄで油圧ポンプが、故障している油圧ポンプ無し、すなわち正常であると判断されたことにより、接続パターン選定部４１ｅにて、接続パターンの内、基準接続パターンを選定し、外部へ出力する。なお、制御行程はステップＳ４０４へ移行する。
【0048】
本実施形態では、基準接続パターンの一例として、図８に示す油圧アクチュエータと接続可能な油圧ポンプとの接続パターンを例示する。この接続パターンは操作対象である油圧アクチュエータに接続する油圧ポンプと、接続順位とを示している。すなわち、図８に示す接続パターンに示した数字で、単独表記された数字、もしくは“／”の左側の数字は可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆの操作対象である油圧アクチュエータに対する、優先的に接続させる接続順位を示し、“／”の右側の数字は、同じ油圧アクチュエータにおいて、／”の左側の数字が示す可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆの接続順位が同じであった場合に、どちらが優先的に接続可能かを判断する接続順位を示す。
【0049】
例えば、操作対象である油圧アクチュエータがブームシリンダ７ａの場合、接続可能な油圧ポンプは、可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆ全部であり、接続順位は、２ａ、２ｄ、２ｂ、２ｅ、２ｆ、２ｃの順である。また、操作対象である油圧アクチュエータがブームシリンダ７ａと、旋回モータ１０ｃの場合、ブームシリンダ７ａに接続可能な油圧ポンプとその接続順位は、可変容量型油圧ポンプ２ａ、２ｄ、２ｂ、２ｃ、また、旋回モータ１０ｃに接続可能な油圧ポンプとその接続順位は２ｅ、２ｆ、である。なお、ブームシリンダ７ａの必要流量が、油圧ポンプ５個分必要で、かつ旋回モータ１０ｃの必要流量が、可変容量型油圧ポンプ２ｅ１個分でよい場合などが想定されるが、本実施形態では、簡易に説明するため、上述のような接続仕様とした。
【0050】
ステップＳ４０３では、油圧ポンプ故障判断部４１ｄで油圧ポンプが故障していると判断されたことにより、接続パターン選定部４１ｅにて、接続パターンの内、故障接続パターンを選定し、外部へ出力する。なお、制御行程はステップＳ４０４へ移行する。
【0051】
ステップＳ４０４では、接続設定部４１ｂにて、油圧アクチュエータ必要流量演算部４１ａからの操作対象である油圧アクチュエータと、油圧ポンプ故障判断部４１ｄでの故障判断に基づく接続パターン選定部４１ｅからの接続パターン選定結果とに応じて、可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆの内、操作対象である油圧アクチュエータに接続可能な油圧ポンプの接続順位を設定し、外部へ出力する。なお、制御行程はステップＳ５へ移行する。
【0052】
図５に示すステップＳ５は、目標吐出流量設定部４１ｃにて、油圧アクチュエータ必要流量演算部４１ａと、接続設定部４１ｂとの出力に基づいて、操作対象である油圧アクチュエータに対する油圧ポンプの目標吐出流量を設定し、外部へ出力する。なお、制御行程はステップＳ６へ移行する。
【0053】
次に第１実施形態の作用について説明する。
【0054】
図９は、図２に示す第１実施形態に備えられる操作装置４０ａ、４０ｂのレバー操作量の入力タイミングを示す時系列図で、第１実施形態の作用例を示す図、図１０は、図６に示す特性線図で説明する、第１実施形態の作用例を示す図、図１１は、図８に示す関係図で説明する、第１実施形態における油圧ポンプ正常時の作用例を示す図、図１２は、図２に示す第１実施形態に備えられる油圧ポンプの目標吐出流量の吐出タイミングを示す時系列図で、第１実施形態における油圧ポンプ正常時の作用例を示す図、図１３は、図８に示す関係図で説明する、第１実施形態における油圧ポンプ故障時の作用例を示す図、図１４は、図２に示す第１実施形態に備えられる油圧ポンプの実吐出流量の吐出タイミングを示す時系列図で、第１実施形態における油圧ポンプ故障時の作用例を示す図、図１５は、図８に示す関係図で説明する、第１実施形態における故障した油圧ポンプに応じた接続パターン設定時の作用例を示す図、図１６は、図２に示す第１実施形態に備えられる油圧ポンプの目標吐出流量の吐出タイミングを示す時系列図で、第１実施形態における故障した油圧ポンプに応じた接続パターン設定時の作用例を示す図である。
【0056】
図９に示すように、操作装置４０ａ、４０ｂにより、バケット、旋回、アームの順に時系列的に操作され、これらに応じたレバー操作量がコントローラ４１の油圧アクチュエータ必要流量演算部４１ａに入力される。なお、この制御行程は、前述のステップＳ２である。
【0057】
油圧アクチュエータ必要流量演算部４１ａでは、レバー操作量に応じた操作対象である油圧アクチュエータへの必要流量を、図１０に示すように演算する。すなわち、各レバー操作量に対し、アームシリンダ７ｂは必要流量ＱＡ１、バケットシリンダ７ｃは必要流量ＱＡ２、旋回モータ１０ｃは必要流量ＱＡ３、を各々求め、外部へ出力する。ここで説明を簡易にするため、必要流量ＱＡ１は、可変容量型油圧ポンプ２ａ、２ｂの各最大吐出流量の和に等しく、必要流量ＱＡ２は、可変容量型油圧ポンプ２ｃ、２ｆの各最大吐出流量の和に等しく、さらに、必要流量ＱＡ３は、可変容量型油圧ポンプ２ｅの最大吐出流量に等しいとする。なお、この制御行程は、前述のステップＳ３である。
【0058】
ステップ３から前述のステップ４へ移行する。油圧ポンプ故障判断部４１ｄでは、圧力センサ３０ａ〜３０ｌで検出された吐出圧に基づき、油圧ポンプが正常と判断し、故障している油圧ポンプ無し、すなわち正常である判断結果を、外部へ出力する。なお、この制御行程は、前述のステップＳ４０１である。
【0059】
接続パターン選定部４１ｅでは、油圧ポンプ故障判断部４１ｄから入力した、故障している油圧ポンプ無し、すなわち正常であるとの判断結果から、基準接続パターンを選定し、外部へ出力する。この制御行程は、前述のステップＳ４０２である。
【0060】
接続設定部４１ｂでは、油圧アクチュエータ必要流量演算部４１ａからの操作対象である油圧アクチュエータと、接続パターン選定部４１ｅで選定された基準接続パターンに応じて、可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆの内、操作対象である油圧アクチュエータに接続可能な油圧ポンプの接続順位を、図１１中の（ ）で覆った油圧ポンプに設定する。すなわち、アームシリンダ７ｂは可変容量型油圧ポンプ２ｂ、２ａ、バケットシリンダ７ｃは可変容量型油圧ポンプ２ｃ、２ｆ、２ｄ、旋回モータ１０ｃは可変容量型油圧ポンプ２ｅ、である。これらを設定後、外部へ出力する。なお、この制御行程は、前述のステップＳ４０４である。
【0061】
目標吐出流量設定部４１ｃにて、油圧アクチュエータ必要流量演算部４１ａからのアームシリンダ７ｂに対する必要流量ＱＡ１、バケットシリンダ７ｃに対する必要流量ＱＡ２、旋回モータ１０ｃに対する必要流量ＱＡ３と、接続設定部４１ｂからの図１１に示す接続順位から、操作対象である油圧アクチュエータに対する油圧ポンプの目標吐出流量を、図１２に示すように設定し、外部へ出力する。
【0062】
図１２は、油圧ポンプの目標吐出流量設定を、レバー操作量の入力タイミングに応じて時系列に表したものである。バケットシリンダ７ｃは必要流量ＱＡ２のため、可変容量型油圧ポンプ２ｃ、２ｆ各々に目標吐出流量を出力し、旋回モータ１０ｃは必要流量ＱＡ３のため、可変容量型油圧ポンプ２ｅに目標吐出流量を出力し、さらに、アームシリンダ７ｂは必要流量ＱＡ１のため、可変容量型油圧ポンプ２ｂ、２ａに目標吐出流量を出力する。なお、この制御行程は、前述のステップＳ５である。
【0063】
次に、第１実施形態における、油圧ポンプ故障時の作用例として、アームシリンダ７ｂ、バケットシリンダ７ｃ、旋回モータ１０ｃの複合動作時における作用例を、図１３乃至図１６を用いて説明する。なお、レバー操作量や、油圧ポンプの最大吐出流量などは油圧ポンプが正常な場合と同値とする。
【0064】
ここで、油圧ポンプの故障判断をせず、そのまま基準接続パターンを用いた場合を想定する。例えば可変容量型油圧ポンプ２ｅが故障した場合、図１３の“×”で示すように基準接続パターンの内、可変容量型油圧ポンプ２ｅが接続可能なブームシリンダ７ａ、バケットシリンダ７ｃ、および旋回モータ１０ｃへ吐出流量を供給できなくなる。したがって、この場合では、図１４に示すように、旋回モータ１０ｃに実際に吐出される流量、すなわち、実吐出流量が供給できず、作業に支障を来すこととなる。
【0065】
そこで、本実施形態では、前述したステップＳ４０１にて、油圧ポンプ故障判断部４１ｄが、可変容量型油圧ポンプ２ｅが故障したと判断し、接続パターン選定部４１ｅに出力する。接続パターン選定部４１ｅでは、可変容量型油圧ポンプ２ｅが故障したことを入力し、前述したステップＳ４０３にて、図１５に示す故障接続パターンを選定し、外部へ出力する。
【0066】
接続設定部４１ｂでは、油圧アクチュエータ必要流量演算部４１ａからの操作対象である油圧アクチュエータと、接続パターン選定部４１ｅで選定された故障接続パターンに応じて、可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆの内、操作対象である油圧アクチュエータに接続可能な油圧ポンプの接続順位を、図１３中の（ ）で覆った油圧ポンプに設定する。すなわち、アームシリンダ７ｂは可変容量型油圧ポンプ２ｂ、２ａ、バケットシリンダ７ｃは、可変容量型油圧ポンプ２ｃ、２ｄ、旋回モータ１０ｃは、可変容量型油圧ポンプ２ｆ、である。これらを設定後、外部へ出力する。なお、この制御行程は、前述のステップＳ４０４である。
【0067】
目標吐出流量設定部４１ｃにて、油圧アクチュエータ必要流量演算部４１ａからのアームシリンダ７ｂに対する必要流量ＱＡ１、バケットシリンダ７ｃに対する必要流量ＱＡ２、旋回モータ１０ｃに対する必要流量ＱＡ３と、接続設定部４１ｂからの図１５に示す接続順位から、操作対象である油圧アクチュエータに対する油圧ポンプの目標吐出流量を、図１６に示すように設定し、外部へ出力する。この結果、旋回モータ１０ｃに対し、可変容量型油圧ポンプ２ｆから供給でき、作業に支障を来すことはない。なお、この制御行程は、前述のステップＳ５である。
【0068】
このように構成された本実施形態により、従来考慮されていなかった、油圧ポンプ故障状況を考慮して、油圧ポンプと油圧アクチュエータとの接続設定の変更処理を行う接続設定部の演算により、油圧閉回路システムに用いられる油圧ポンプが１つ以上故障した場合においても、従来懸念されていた作業の中断による作業行程への支障を生じることなく、作業の継続ができる。この結果、本実施形態は、現場での作業性を従来に比べ向上させることができる。
【0069】
図１７は、本発明に係る作業機械の駆動装置の第２実施形態を示す回路構成図である。
【0070】
第１実施形態と同じ符号の要素については説明を省略する。
【0071】
図１７に示すように、第２実施形態に係る駆動装置２０７は、第１実施形態におけるエンジン１０６に代えて、原動機である電動モータ１１６を備えている。すなわち、電動モータ１１６は外部電源１１８からの電力を、制御盤１１７を介して入力する。外部電源１１８は一般的な商用電源でよい。また制御盤１１７には図示しないブレーカや、始動装置などが含まれ、旋回体１０２に備えられる。電動モータ１１６の駆動出力は、動力伝達装置１３を介して可変容量型油圧ポンプ２ａ〜２ｆに伝えられる。これ以外の構成は、第１実施形態と同様である。
【0072】
本実施形態で示した電動モータ１１６を原動機として搭載している作業機械は、例えば鉱山用油圧ショベルや、金属スクラップ処理機などにて多く用いられている。
【0073】
このように構成された第２実施形態は、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【0075】
２ａ〜２ｆ 可変容量型油圧ポンプ（油圧ポンプ）３ａ〜３ｆ 油圧レギュレータ（吐出流量可変装置）
７ａ ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
７ｂ アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
７ｃ バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）
１０ｃ 旋回モータ（油圧アクチュエータ）
１２ 電磁切換弁（接続装置）
１３ 動力伝達装置
３０ａ〜３０ｌ 圧力センサ（油圧ポンプ状態量検出装置）
４０ａ、４０ｂ 操作装置
４１ コントローラ（制御装置）
４１ａ 油圧アクチュエータ必要流量演算部
４１ｂ 接続設定部
４１ｃ 目標吐出流量設定部
４１ｄ 油圧ポンプ故障判断部
４１ｅ 接続パターン選定部
４１ｆ 切換弁接続指令演算部
１０１ 走行体
１０２ 旋回体
１０３ 作業装置
１０４ 運転室
１０６ エンジン（原動機）
１０７ 駆動装置
１１１ ブーム
１１２ アーム
１１３ バケット
１１６ 電動モータ（原動機）
２０７ 駆動装置