特許 6474702 作業機械の駆動装置

(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】6474702

(24)【登録日】2019年2月8日

(45)【発行日】2019年2月27日

(54)【発明の名称】作業機械の駆動装置

(51)【国際特許分類】

   F15B 11/17 20060101AFI20190218BHJP

   F15B 11/02 20060101ALI20190218BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20190218BHJP

【ＦＩ】

   F15B11/17

   F15B11/02 M

   E02F9/20 M

   F15B11/02 C

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-176182(P2015-176182)

(22)【出願日】2015年9月7日

(65)【公開番号】特開2017-53383(P2017-53383A)

(43)【公開日】2017年3月16日

【審査請求日】2018年3月9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】110001829

【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高橋 宏政

(72)【発明者】

【氏名】秋山 悠基

(72)【発明者】

【氏名】平工 賢二

(72)【発明者】

【氏名】草間 隆史

【審査官】 角田 貴章

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００５６１９２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−１０２１０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−５４６３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−３２０４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１２３３６８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１５Ｂ １１／００−１１／２２

２１／１４

Ｅ０２Ｆ ３／４２−３／４３

３／８４−３／８５

９／２０−９／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

オペレータが操作する操作部材と、
複数の油圧ポンプと、
前記複数の油圧ポンプの吐出流量を制御する複数のレギュレータと、
前記複数の油圧ポンプと流路により接続された複数の油圧アクチュエータと、
前記複数の油圧ポンプと前記複数の油圧アクチュエータとを接続する流路上にそれぞれ設けられ、前記複数の油圧ポンプのうちの１つの油圧ポンプを前記複数の油圧アクチュエータのうちの１つの油圧アクチュエータに接続可能とする複数の切換弁と、
前記複数のレギュレータと前記複数の切換弁とを制御するそれぞれの指令信号を出力するコントローラとを備えた作業機械の駆動装置であって、
前記コントローラは、前記操作部材の操作量に応じて前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれの要求流量を前記複数の油圧ポンプの定格流量との比として演算し、前記要求流量に応じて前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれの要求ポンプ個数値を演算する要求ポンプ演算部と、
前記複数の油圧アクチュエータうちの１つの油圧アクチュエータに対する前記複数の油圧ポンプの接続関係の優先度を規定した優先テーブルが複数個記憶された接続順番記憶部と、
演算に使用される優先テーブルを変更する間隔時間が記憶された変更間隔時間記憶部と、
前記接続順番記憶部からの複数の優先テーブルと、前記変更間隔時間記憶部からの間隔時間とを取り込み、計時して前記間隔時間に到達したときに、出力する優先テーブルを変更する接続順番変更部と、
前記要求ポンプ演算部からの要求流量と要求ポンプ個数値と、前記接続順番変更部が出力する優先テーブルとを取り込み、前記要求ポンプ個数値を基に、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への割当てを算出し、算出した前記割当てを基に、前記複数のレギュレータ及び前記複数の切換弁に対する指令信号を出力する使用ポンプ演算部とを備えた、
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、
前記複数の切換弁は、前記複数の油圧ポンプの全てが前記複数の油圧アクチュエータの全てに等しく接続可能となるように、前記複数の油圧ポンプと前記複数の油圧アクチュエータとを接続する流路上にそれぞれ設けられた
ことを特徴とする作業機械の駆動装置。

【請求項3】

請求項１に記載の作業機械の駆動装置において、
前記複数の切換弁は、前記複数の油圧ポンプのうちの一部の油圧ポンプが、前記複数の油圧アクチュエータのうちの一部の油圧アクチュエータに等しく接続可能となるように、前記複数の油圧ポンプのうちの一部の油圧ポンプと前記複数の油圧アクチュエータのうちの一部の油圧アクチュエータとを接続する流路上にそれぞれ設けられた
ことを特徴とする作業機械の駆動装置。

【請求項4】

請求項３に記載の作業機械の駆動装置において、
前記接続順番記憶部に記憶された優先テーブルは、前記複数の油圧ポンプのうちの一部の油圧ポンプと前記複数の油圧アクチュエータのうちの一部の油圧アクチュエータとの間の接続関係の優先度を規定したものである
ことを特徴とする作業機械の駆動装置。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか１項に記載の作業機械の駆動装置において、
前記接続順番変更部は、前記接続順番記憶部からの複数の優先テーブルと、前記変更間隔時間記憶部からの間隔時間と、前記操作部材の操作量とを取り込み、計時して前記間隔時間に到達したことと、前記操作部材の操作量がゼロであるという条件が満たされたときに、出力する優先テーブルを変更する
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、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建設機械において、燃料や消費率低減のための省エネシステムが着目されている。省エネシステムとして、絞り弁を介さずに油圧ポンプと油圧アクチュエータを流路で直接接続し、油圧ポンプからの吐出流量制御で油圧アクチュエータを直接に制御する油圧システムの適用が検討されている。この油圧システムによれば、油圧アクチュエータが必要とする流量のみを油圧ポンプが吐出するため、分流による損失が生じない。

【0003】

この油圧システムを油圧ショベルに適用した場合、油圧ポンプと油圧アクチュエータを接続する流路上に、流路切換回路を設け、複数台の油圧ポンプの吐出した作動油を選択的に合流させて油圧アクチュエータを駆動する。このとき、ある一定の接続順位に従って各油圧ポンプを１つの油圧アクチュエータに割当てるため、油圧ショベルの動作によっては、軽負荷の油圧アクチュエータに多く接続される油圧ポンプや、重負荷の油圧アクチュエータに多く接続される油圧ポンプが発生し、これら油圧ポンプの消耗度合に差が生じることが想定される。

【0004】

このことにより、累積した消耗度合の高い油圧ポンプが故障したときに、他の油圧ポンプがほとんど消耗していなくとも油圧ショベルの稼働を止めなければならず、油圧ショベルの稼働率を低下させてしまうという問題が生じる。

【0005】

このような問題に対し、複数の油圧ポンプを複数の油圧アクチュエータに接続可能とした油圧システムにおいて、各油圧ポンプの動作に関するデータを計測してそれぞれの仕事量等を演算し、当該仕事量の累積（以下、累積仕事量）が最小の油圧ポンプから最大の油圧ポンプの順に油圧アクチュエータに接続することで、油圧ポンプの残り寿命の平均化を図る油圧システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】国際公開第ＷＯ２０１０／０４８２５７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述した油圧システムにおいては、モータと油圧ポンプの動作に関するデータとして、例えば、モータに印加される電流及び電圧、モータ温度、速度、トルク、集計動作時間等を計測し、油圧ポンプの残り寿命の平均化のため、各油圧ポンプのそれぞれの仕事量を上記データから演算して、累積仕事量に応じて、油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続を制御している。

【0008】

このため、ある油圧ポンプのデータを計測する計測手段に誤差がある場合には、累積仕事量に当該誤差の累積が加算されてしまい、累積仕事量の正確な見積もりならびに平均化が難しくなり、油圧ポンプの残り寿命の平均化が測れないという問題が生じる。

【0009】

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、各油圧ポンプの動作に関するデータ計測や累積仕事量の演算を行わずに、各油圧ポンプの寿命の平均化を図ることのでき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】

【0010】

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、オペレータが操作する操作部材と、複数の油圧ポンプと、前記複数の油圧ポンプの吐出流量を制御する複数のレギュレータと、前記複数の油圧ポンプと流路により接続された複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧ポンプと前記複数の油圧アクチュエータとを接続する流路上にそれぞれ設けられ、前記複数の油圧ポンプのうちの１つの油圧ポンプを前記複数の油圧アクチュエータのうちの１つの油圧アクチュエータに接続可能とする複数の切換弁と、前記複数のレギュレータと前記複数の切換弁とを制御するそれぞれの指令信号を出力するコントローラとを備えた作業機械の駆動装置であって、前記コントローラは、前記操作部材の操作量に応じて前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれの要求流量を前記複数の油圧ポンプの定格流量との比として演算し、前記要求流量に応じて前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれの要求ポンプ個数値を演算する要求ポンプ演算部と、前記複数の油圧アクチュエータうちの１つの油圧アクチュエータに対する前記複数の油圧ポンプの接続関係の優先度を規定した優先テーブルが複数個記憶された接続順番記憶部と、演算に使用される優先テーブルを変更する間隔時間が記憶された変更間隔時間記憶部と、前記接続順番記憶部からの複数の優先テーブルと、前記変更間隔時間記憶部からの間隔時間とを取り込み、計時して前記間隔時間に到達したときに、出力する優先テーブルを変更する接続順番変更部と、前記要求ポンプ演算部からの要求流量と要求ポンプ個数値と、前記接続順番変更部が出力する優先テーブルとを取り込み、前記要求ポンプ個数値を基に、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への割当てを算出し、前記算出した割当てを基に、前記複数のレギュレータ及び前記複数の切換弁に対する指令信号を出力する使用ポンプ演算部とを備えた、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、各油圧ポンプの動作に関するデータ計測や累積仕事量の演算を行わずに、各油圧ポンプの寿命の平均化を行える。この結果、作業機械の保守時間を低減できるので、作業機械の稼働率の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルを示す側面図である。

【図2】本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態を示す概略図である。

【図3】本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態における油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続関係の優先度を規定したテーブルの一例を示す表図である。

【図4】本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態を構成するコントローラの構成を示す概略図である。

【図5A】本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態を構成するコントローラの要求ポンプ演算部におけるブーム要求流量の演算の一例を示す特性図である。

【図5B】本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態を構成するコントローラの要求ポンプ演算部におけるアーム要求流量の演算の一例を示す特性図である。

【図6A】本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態を構成するコントローラの要求ポンプ演算部におけるブーム要求ポンプ個数の演算の一例を示す特性図である。

【図6B】本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態を構成するコントローラの要求ポンプ演算部におけるアーム要求ポンプ個数の演算の一例を示す特性図である。

【図7】本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態における油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続関係の優先度を規定したテーブルの他の例を示す表図である。

【図8】本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態における油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続変更の動作を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下本発明の作業機械の駆動装置の実施の形態を図面を用いて説明する。

【0014】

図１は本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルを示す側面図、図２は本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態を示す概略図である。図１において、油圧ショベル１００は、クローラ式の走行装置を備えた下部走行体１Ｃと、下部走行体１Ｃの上に旋回装置を介して旋回可能に設けた上部旋回体１Ｂとを備えている。上部旋回体１Ｂにはオペレータが搭乗するキャビン１０３が配置されている。また、上部旋回体１Ｂの前側には、フロント作業装置１Ａの基端部が回動可能に取付けられている。

【0015】

フロント作業装置１Ａは、ブーム１、アーム２、バケット３を有する多関節構造であり、ブーム１はブームシリンダ４の伸縮により上部旋回体１Ｂに対して上下方向に回動し、アーム２はアームシリンダ５の伸縮によりブーム１に対して上下及び前後方向に回動し、バケット３はバケットシリンダ６の伸縮によりアーム２に対して上下及び前後方向に回動する。旋回装置は旋回用モータ７により駆動する。

【0016】

次に、図２に示す概略図における駆動装置のシステム構成を説明する。ここでは、ブームシリンダ４とアームシリンダ５とバケットシリンダ６と旋回用モータ７とを駆動する駆動装置を例に説明する。本実施の形態と直接的に関係しないリリーフ弁、フラッシング弁、リターン回路、ロードチェック弁などは説明の簡略化のため省略している。

【0017】

図２において、動力源であるエンジン８の駆動軸は、動力を配分する動力伝達装置９に接続されている。動力伝達装置９には、閉回路ポンプであって、両傾転可変容量形油圧ポンプである第１油圧ポンプ１０ａと、第２油圧ポンプ１０ｂと、第３油圧ポンプ１０ｃと、第４油圧ポンプ１０ｄとが接続されている。

【0018】

第１油圧ポンプ１０ａ〜第４油圧ポンプ１０ｄは、それぞれ流量調整手段として一対の入出力ポートを持つ両傾転斜板機構と、斜板の傾斜角を調整してポンプ押しのけ容積を調整するするレギュレータ１０ａｘ，１０ｂｘ，１０ｃｘ，１０ｄｘを備えている。レギュレータ１０ａｘ，１０ｂｘ，１０ｃｘ，１０ｄｘは、コントローラ１５から通信線を介して受信したポンプ吐出流量指令値に従って、第１油圧ポンプ１０ａ〜第４油圧ポンプ１０ｄの吐出流量をそれぞれ制御する。

【0019】

第１油圧ポンプ１０ａの吐出ポートは、流路２０又は流路２１を介して流路切換回路としての切換弁１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに接続されている。切換弁１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄはコントローラ１５からの制御信号線を介した信号により、流路の流通及び遮断が制御され、信号が無い場合は遮断状態に制御される。

【0020】

切換弁１１ａは、流路４０，４１を介してブームシリンダ４に接続されていて、切換弁１１ａが流通状態になると、第１油圧ポンプ１０ａはブームシリンダ４と流路２０，２１，４０，４１を介して接続される。

【0021】

切換弁１１ｂは、流路４２，４３を介してアームシリンダ５に接続されていて、切換弁１１ｂが流通状態になると、第１油圧ポンプ１０ａはアームシリンダ５と流路２０，２１，４２，４３を介して接続される。

【0022】

切換弁１１ｃは、流路４４，４５を介してバケットシリンダ６に接続されていて、切換弁１１ｃが流通状態になると、第１油圧ポンプ１０ａはバケットシリンダ６と流路２０，２１，４４，４５を介して接続される。

【0023】

切換弁１１ｄは、流路４６，４７を介して旋回用モータ７に接続されていて、切換弁１１ｄが流通状態になると、第１油圧ポンプ１０ａは旋回用モータ７と流路２０，２１，４６，４７を介して接続される。

【0024】

同様に、第２油圧ポンプ１０ｂの吐出ポートは、流路２２又は流路２３を介して流路切換回路としての切換弁１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈに接続され、第３油圧ポンプ１０ｃの吐出ポートは、流路２４又は流路２５を介して流路切換回路としての切換弁１１ｉ，１１ｊ，１１ｋ，１１ｌに接続され、第４油圧ポンプ１０ｄの吐出ポートは、流路２６又は流路２７を介して流路切換回路としての切換弁１１ｍ，１１ｎ，１１ｏ，１１ｐに接続されている。これら切換弁１１ｅ〜１１ｐはコントローラ１５からの制御信号線を介した信号により、流路の流通及び遮断が制御され、信号が無い場合は遮断状態に制御される。

【0025】

同様に、切換弁１１ｅ，１１ｉ，１１ｍは、流路４０，４１を介してブームシリンダ４に接続されていて、切換弁１１ｆ，１１ｊ，１１ｎは、流路４２，４３を介してアームシリンダ５に接続されている。また、切換弁１１ｇ，１１ｋ，１１ｏは、流路４４，４５を介してバケットシリンダ６に接続されていて、切換弁１１ｈ，１１ｌ，１１ｐは、流路４６，４７を介して旋回用モータ７に接続されている。

【0026】

また、本実施の形態における駆動装置は、操作部材として、コントローラ１５に接続された操作レバー式の操作装置１６ａ，１６ｂを備えている。操作装置１６ａの操作レバーの上下操作がブームシリンダ４の操作に対応し、操作装置１６ａの操作レバーの左右操作がバケットシリンダ６の操作に対応する。同様に、操作装置１６ｂの操作レバーの上下操作がアームシリンダ５の操作に対応し、操作装置１６ｂの操作レバーの左右操作が旋回用モータ７の操作に対応する。コントローラ１５は、操作装置１６ａ，１６ｂの操作レバーの操作量に応じてブームシリンダ４とアームシリンダ５とバケットシリンダ６と旋回用モータ７のそれぞれの要求流量を演算し、この要求流量に応じてそれぞれの要求ポンプ個数を演算する要求ポンプ演算部等を備え、操作装置１６ａ，１６ｂからの操作レバーの操作量などの情報に基づき、切換弁１１ａ〜１１ｐの切換と、第１油圧ポンプ１０ａ〜第４油圧ポンプ１０ｄの流量を制御する。

【0027】

次に、本実施の形態における動作の概要について図２及び３を用いて説明する。図３は本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態における油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続関係の優先度を規定したテーブルの一例を示す表図である。

【0028】

例えば第１油圧ポンプ１０ａからの圧油によって、ブームシリンダ４を伸長させる場合、第１油圧ポンプの流路２１側のポートから油が吐出される。このとき、第１油圧ポンプ１０ａとブームシリンダ４の流路上にある切換弁１１ａを流通状態に切換ることで、当該ポートとブームシリンダ４のヘッド側油室が接続される。そして、ブームシリンダ４のロッド側油室からの戻り油は第１油圧ポンプ１０ａのもう一方のポートから吸い込まれる。

【0029】

このように、油圧ポンプの接続先変更などの過渡的な状態を除き、ある油圧ポンプは１つの油圧アクチュエータに接続されるため、従来のように絞り弁を用いた分流による損失がなく、省エネ効果が得られる。このように油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続および変更が繰り返される油圧システムでは、その接続および変更に一定の規則が必要になる。

【0030】

本実施の形態においては、図３で一例として示すような、各油圧アクチュエータに対し各油圧ポンプが接続する順番、および、複合動作における油圧ポンプ個数配分の取り決めを表すテーブル（油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続関係の優先度を規定したテーブル（以下優先テーブルという））を規則として使用すると共に、予め設定した時間の間隔で他の優先テーブルに変更することを特徴とする。

【0031】

例えば、ブームシリンダ４のみを動作させる場合、操作装置１６ａの操作レバーを操作すると、図３のブームの列の優先度が１である第１油圧ポンプ１０ａがブームシリンダ４に接続される。そして、操作装置１６ａの操作レバー操作量が増加してある閾値を超えると、優先度が２である第２油圧ポンプ１０ｂがブームシリンダ４に接続され、さらに、操作装置１６ａの操作レバー操作量が増加すると、優先度が３である第３油圧ポンプ１０ｃがブームシリンダ４に接続され、さらに、操作装置１６ａの操作レバー操作量が増加すると、優先度が４である第４油圧ポンプ１０ｄがブームシリンダ４に接続される。同様に、アームシリンダ５のみを動作させる場合には、操作装置１６ｂの操作レバー操作量の増加に伴い、油圧ポンプは、第２油圧ポンプ１０ｂ、第４油圧ポンプ１０ｄ、第１油圧ポンプ１０ａ、第３油圧ポンプ１０ｃの順にアームシリンダ５に接続される。

【0032】

また、４個全ての油圧ポンプ１０ａ〜１０ｄがアームシリンダ５に接続されている状態の下で、操作装置１６ａの操作レバーを操作してブームシリンダ４の操作量を増加する複合動作を行うと、図３のブームの列の優先度が１である第１油圧ポンプ１０ａの使用が要求される。

【0033】

しかし、第１油圧ポンプ１０ａは既にアームシリンダ５に接続されているので、優先度によるポンプ個数の配分が行われる。すなわち、第１油圧ポンプ１０ａは、アームシリンダ５に対する優先度は３であるのに対して、ブームシリンダ４に対する優先度は、それより高い１である。このことにより、第１油圧ポンプ１０ａは、アームシリンダ５から遮断されて、ブームシリンダ４へ接続し直される。

【0034】

その後、ブームシリンダ４の操作量を更に増加させると、第３油圧ポンプ１０ｃがアームシリンダ５から遮断されて、ブームシリンダ４へ接続し直される。しかし、第２油圧ポンプ１０ｂの優先度は、アームシリンダ５の方が１で、ブームシリンダ４の方の２より高いため、第２油圧ポンプ１０ｂはアームシリンダ５に接続されたままになる。同様に、第４油圧ポンプ１０ｄの優先度は、アームシリンダ５の方が２で、ブームシリンダ４の方の４より高いため、第４油圧ポンプ１０ｄはアームシリンダ５に接続されたままになる。

【0035】

このように、コントローラ１５が、接続の優先度を用いて油圧ポンプ個数を適切に配分することで、複合動作時でも各油圧アクチュエータを安定して動作させることができる。

【0036】

なお、図３に示す優先テーブルは、流路切換回路（切換弁）により、全ての油圧ポンプ（第１油圧ポンプ１０ａ〜第４油圧ポンプ１０ｄ）が全ての油圧アクチュエータ（ブームシリンダ４、アームシリンダ５、バケットシリンダ６、旋回用モータ７）に等しく切換接続可能であることを条件として適用されるものである。例えば、第１油圧ポンプ１０ａ〜第３油圧ポンプ１０ｃがブームシリンダ４、アームシリンダ５、バケットシリンダ６にのみ接続可能であって、第４油圧ポンプは旋回用モータ７のみに接続可能なように流路切換回路（切換弁）が形成されているシステムの場合には、図３の旋回用モータの列を削除した優先テーブルを用いれば良い。

【0037】

次に、本実施の形態におけるコントローラの構成を図４乃至７を用いて説明する。図４は本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態を構成するコントローラの構成を示す概略図、図５Ａは本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態を構成するコントローラの要求ポンプ演算部におけるブーム要求流量の演算の一例を示す特性図、図５Ｂは本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態を構成するコントローラの要求ポンプ演算部におけるアーム要求流量の演算の一例を示す特性図、図６Ａは本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態を構成するコントローラの要求ポンプ演算部におけるブーム要求ポンプ個数の演算の一例を示す特性図、図６Ｂは本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態を構成するコントローラの要求ポンプ演算部におけるアーム要求ポンプ個数の演算の一例を示す特性図、図７は本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態における油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続関係の優先度を規定したテーブルの他の例を示す表図である。

【0038】

図４に示すように、コントローラ１５は、操作装置１６ａ，１６ｂの操作レバー操作量に応じてそれぞれの要求ポンプ個数を演算する要求ポンプ演算部３０と、油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続関係の優先度を規定した複数の優先テーブルから、現在の優先テーブルと異なる他の優先テーブルに変更する間隔を記憶する変更間隔時間記憶部３１と、前記複数の優先テーブルを記憶した接続順番記憶部３２と、変更間隔時間記憶部３１からの信号と接続順番記憶部３２からの信号を入力し、計時して設定した間隔時間において、優先テーブルを変更する接続順番変更部３３と、要求ポンプ演算部３０からの信号と接続順番変更部３３からの信号を入力し、要求ポンプ個数信号を基に、油圧ポンプの油圧アクチュエータへの割当てを算出し、当該割当て結果を基に、各油圧ポンプのレギュレータ１０ａｘ〜１０ｄｘ及び各切換弁１１ａ〜１１ｐに対する指令信号を出力する使用ポンプ演算部３４とを備えている。

【0039】

要求ポンプ演算部３０は、操作装置１６ａ，１６ｂから、各油圧アクチュエータに対する操作レバー操作量信号を入力し、各油圧アクチュエータに対する要求流量（油圧ポンプの定格流量との比として油圧ポンプの個数分（個分）で示す）と要求ポンプ個数とを演算する。要求流量（個分）は、図５Ａと図５Ｂに示すように、操作装置１６ａ，１６ｂの操作レバー操作量によって決定される。例えば、ある時刻においてブームシリンダ４、アームシリンダ５の操作量がそれぞれ全操作量の２０％、３０％であるとする。この操作量に対し、図５Ａ，図５Ｂで定める特性線図により、要求流量はブームシリンダ４が定格流量の油圧ポンプ０．８個分、アームシリンダ５が定格流量の油圧ポンプ１．２個分と定まり、この要求流量信号が使用ポンプ演算部３４へ出力される。

【0040】

要求ポンプ個数は、図６Ａと図６Ｂに示すように、油圧アクチュエータの要求流量（個分）によって決定される。上述したように、本実施の形態においては、１の油圧ポンプは、複数の油圧アクチュエータには接続されないため、ブームシリンダ４とアームシリンダ５は互いに重複せずに油圧ポンプを要求する。上述した操作量の場合、図６Ａ，図６Ｂで定める特性線図により、要求流量（個分）に対する要求ポンプ個数は、ブームシリンダ４は１個、アームシリンダ５は２個となり、この要求ポンプ個数信号が使用ポンプ演算部３４へ出力される。

【0041】

図４に戻り、変更間隔時間記憶部３１は、現在の優先テーブルと異なる他の優先テーブルに変更する間隔を記憶するものであり、例えば、１週間（１５４時間）などを設定することができる。変更間隔時間記憶部３１からの信号は接続順番変更部３３に入力する。

【0042】

接続順番記憶部３２は、複数の優先テーブルを記憶している。本実施の形態においては、図３に示す第１の優先テーブルと、図７に示す第２の優先テーブルが記憶されている。接続順番記憶部３２からの信号は接続順番変更部３３に入力する。

【0043】

接続順番変更部３３は、変更間隔時間記憶部３１からの優先テーブルを変更する間隔時間の信号と、接続順番記憶部３２からの第１の優先テーブ信号と第２の優先テーブル信号とを取り込み、計時して設定した間隔時間において、出力する優先テーブル信号を変更する。接続順番変更部３３からの信号は使用ポンプ演算部３４に入力する。

【0044】

使用ポンプ演算部３４は、要求ポンプ演算部３０からの要求流量信号と要求ポンプ個数信号と、接続順番変更部３３からの優先テーブル信号とを取り込み、要求ポンプ個数信号を基に、油圧ポンプの油圧アクチュエータへの割当てを算出し、当該割当て結果を基に、各油圧ポンプのレギュレータ１０ａｘ〜１０ｄｘ及び各切換弁１１ａ〜１１ｐに対する指令信号を出力する。

【0045】

次に、本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態における動作について図８を用いて説明する。図８は本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態における油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続変更の動作を示す概略図である。

【0046】

図８において、横軸は時間を示していて、縦軸は、（ａ）ブーム操作レバー入力、（ｂ）アーム操作レバー入力、（ｃ）ブーム要求流量、（ｄ）アーム要求流量、（ｅ）第１油圧ポンプ流量（ポンプ個数分）と接続先、（ｆ）第２油圧ポンプ流量（ポンプ個数分）と接続先、（ｇ）第３油圧ポンプ流量（ポンプ個数分）と接続先、（ｈ）第４油圧ポンプ流量（ポンプ個数分）と接続先、をそれぞれ示している。また、時刻ｔ１は、ブーム操作レバーの操作量を全操作量の２０％として、アーム操作レバーの操作量を全操作量の３０％とした時刻を、時刻ｔ２は、変更間隔時間記憶部３１で記憶した変更時間に到達した時刻をそれぞれ示している。なお、時刻ｔ１から時刻ｔ２前までは、第１優先テーブルが用いられていて、時刻ｔ２以後からは第２優先テーブルが用いられている。

【0047】

まず、時刻ｔ１において、ブーム操作レバーの操作量を全操作量の２０％として、アーム操作レバーの操作量を全操作量の３０％とすると、（ａ），（ｂ）に示すように操作装置１６ａ，１６ｂから、各油圧アクチュエータに対する操作レバー操作量信号が、要求ポンプ演算部３０に入力される。この操作量に対して図５Ａ，図５Ｂで定める特性線図により、要求流量はブームシリンダ４が定格流量の油圧ポンプ０．８個分、アームシリンダ５が定格流量の油圧ポンプ１．２個分と定まり、この結果を（ｃ），（ｄ）に示す。

【0048】

要求ポンプ演算部３０においては、要求流量を基に図６Ａ，図６Ｂで定める特性線図により、要求流量に対する要求ポンプ個数を算出する。ブームシリンダ４は１個、アームシリンダ５は２個となる。

【0049】

図４に示す使用ポンプ演算部３４は、要求ポンプ演算部３０から要求流量の信号と要求ポンプ個数の信号を入力する。一方、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、第１優先テーブルが設定されているので、接続順番変更部３３から図３に示す第１優先テーブルの信号を入力する。

【0050】

このことにより、使用ポンプ演算部３４は、第１優先テーブルによる割当てを行い、第１油圧ポンプ１０ａをブームシリンダ４へ接続するように切換弁１１ａへの指令を出力し、０．８個分の流量が供給できるようにレギュレータ１０ａｘへの指令を出力する。また、第２油圧ポンプ１０ｂをアームシリンダ５へ接続するように切換弁１１ｆへの指令を出力し、１個分の流量が供給できるようにレギュレータ１０ｂｘへの指令を出力する。この結果を図８（ｅ），（ｆ）に示す。 また、使用ポンプ演算部３４は、第４油圧ポンプ１０ｄをアームシリンダ５へ接続するように切換弁１１ｎへの指令を出力し、０．２個分の流量が供給できるようにレギュレータ１０ｄｘへの指令を出力する。第３油圧ポンプ１０ｃはどの油圧アクチュエータにも接続されず、流量は０個分となる。この結果を図８（ｈ），（ｇ）に示す。

【0051】

次に、このような状態の下で、変更間隔時間記憶部３１で記憶した変更時間である時刻ｔ２に到達すると、図４における接続順番変更部３３に優先テーブルを変更する間隔時間に到達したことが入力されるので、接続順番変更部３３は第１優先テーブルに換えて第２優先テーブルを使用ポンプ演算部３４へ出力する。

【0052】

使用ポンプ演算部３４においては、要求ポンプ演算部３０からの要求流量の信号と要求ポンプ個数の信号は変化ないが、接続順番変更部３３からの優先テーブルが切換わるため、第２優先テーブルによる割当てを行う。具体的には、図７に示す第２優先テーブルを基に、第１油圧ポンプ１０ａをアームシリンダ５へ接続するように切換弁１１ｂへの指令を出力し、０．２個分の流量が供給できるようにレギュレータ１０ａｘへの指令を出力する。また、第２油圧ポンプ１０ｂをブームシリンダ４へ接続するように切換弁１１ｅへの指令を出力し、０．８個分の流量が供給できるようにレギュレータ１０ｂｘへの指令を出力する。この結果を図８（ｅ），（ｆ）に示す。

【0053】

また、使用ポンプ演算部３４は、第３油圧ポンプ１０ｃをアームシリンダ５へ接続するように切換弁１１ｊへの指令を出力し、１個分の流量が供給できるようにレギュレータ１０ｃｘへの指令を出力する。第４油圧ポンプ１０ｄはどの油圧アクチュエータにも接続されず、流量は０個分となる。この結果を図８（ｇ），（ｈ）に示す。

【0054】

上述した本実施の形態において、図８の時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は、（ｅ）〜（ｈ）に示すように、各油圧ポンプの吐出流量と吐出圧力は異なるので、各油圧ポンプの消耗度合いには差が生じる。
一般的な作業機械において、このような油圧ポンプの要求流量がほぼ同じであるような繰り返し動作を行うと、油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続関係がほぼ固定されてしまい、消耗度合の差が蓄積され、油圧ポンプの残り寿命に大きな個体差が生じてしまう。したがって、適宜油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続関係を変更する必要がある。

【0055】

ここで、例えば油圧ポンプの仕事量（＝圧力×流量×稼働時間）を油圧ポンプごとに演算し、当該仕事量を累積した累積仕事量の平均化を図るように油圧ポンプ間で接続順番を変更することが考えられる。この場合、計測手段の誤差が問題となる。すなわち、ある油圧ポンプの圧力計測手段と流量計測手段の少なくとも一方に誤差がある場合には、当該油圧ポンプの累積仕事量に当該誤差の累積が加算される。したがって正確な累積仕事量の見積が難しくなり、累積仕事量の平均化もまた難しくなってしまう。

【0056】

本実施の形態においては、このような計測手段で得た情報を用いずに、変更間隔時間記憶部３１で記憶した一定の変更時間の間隔で、油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続関係の優先度を規定したテーブルを変更する。本実施の形態においては、図８に示すように、時刻ｔ２において、第１優先テーブルから第２優先テーブルに変更し、各油圧ポンプの接続先や流量が変更される。このように、時刻ｔ２以後も変更前と同様の各油圧アクチュエータの供給流量を確保しつつ、接続される油圧ポンプを入れ換えることができる。

【0057】

本実施の形態では、圧力や流量を計測する計測手段を用いていないため、計測誤差に影響されることなく、油圧ポンプの消耗度合の精度の良い平均化が可能となる。

【0058】

なお、油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続順番の変更方法としては、接続可能な油圧アクチュエータが同一である油圧ポンプの間で変更できればいいので、本実施の形態で説明したような、流路切換回路（切換弁）により、全ての油圧ポンプ（第１油圧ポンプ１０ａ〜第４油圧ポンプ１０ｄ）が全ての油圧アクチュエータ（ブームシリンダ４、アームシリンダ５、バケットシリンダ６、旋回用モータ７）に等しく接続可能な場合に限るものではない。

【0059】

例えば、全油圧ポンプのうちの一部である第１油圧ポンプ１０ａ〜第３油圧ポンプ１０ｃが、全油圧アクチュエータのうちの一部であるブームシリンダ４、アームシリンダ５、バケットシリンダ６に等しく接続可能であって、第４油圧ポンプは旋回用モータ７のみに接続可能なシステムの場合には、第１油圧ポンプ１０ａ〜第３油圧ポンプ１０ｃとブームシリンダ４、アームシリンダ５、バケットシリンダ６との間に流路切換回路（切換弁）を設け、これらの間の接続関係の優先度を規定したテーブルを、接続順番記憶部３２に記憶させる。このことにより、これらの間でのみ優先テーブルに基づく接続順番が変更できれば良い。

【0060】

また、変更間隔時間記憶部３１による間隔時間の計時は、作業機械のエンジン稼働時間を使用しても良いし、例えば操作装置１６ａ，１６ｂの操作時間、あるいは各油圧ポンプが所定圧以上の圧油を吐出した時間の累積など作業機械の稼働に関連する時間であれば良い。

【0061】

また、接続順番の変更に際しては、変更間隔時間記憶部３１で記憶した変更時間に到達したことの他に、操作装置１６ａ，１６ｂの操作量がゼロのとき、すなわち操作をしていないときに接続順番変更を実行するという条件を付加しても良い。具体的には、接続順番変更部３３に操作装置１６ａ，１６ｂからの操作量信号を入力し、接続順番変更部３３は、計時して間隔時間に到達したことと、操作装置の操作量がゼロであるという条件が満たされたときに、出力する優先テーブルを変更するという処理を実行すればよい。このことにより、操作装置１６ａ，１６ｂを操作しているときの使用油圧ポンプ変更による急激な操作感の変動を防ぐことができる。

【0062】

また、図１に示す鉱山用の超大型油圧ショベルの稼働現場では、作動油の補充やエンジンオイルの交換を行うために、定期的に休止時間を設けるのが一般的である。したがって、これら休止時間のタイミングで優先テーブルを変更しても良い。

【0063】

上述した本発明の作業機械の駆動装置の一実施の形態によれば、各油圧ポンプの動作に関するデータ計測や累積仕事量の演算を行わずに、各油圧ポンプの寿命の平均化を行える。この結果、作業機械の保守時間を低減できるので、作業機械の稼働率の低下を防止することができる。

【0064】

なお、本実施の形態では、閉回路ポンプのみを備えた駆動装置を基に説明したが、これに限るものではない。開回路ポンプを備えた駆動装置についても同様に平均化することができる。

【0065】

また、上記した実施形態は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

【符号の説明】

【0066】

１Ａ…フロント作業装置、１Ｂ…上部旋回体、１Ｃ…下部走行体、１…ブーム、２…アーム、３…バケット、４…ブームシリンダ、５…アームシリンダ、６…バケットシリンダ、７…旋回用モータ、８…エンジン、９…動力伝達装置、１０ａ〜ｄ…第１〜４油圧ポンプ（閉回路ポンプ）、１０ａｘ〜ｄｘ…レギュレータ、１１ａ〜ｐ…切換弁、１５…コントローラ、１６ａ，ｂ…操作装置（操作部材）、３０…要求ポンプ演算部、３１…変更間隔時間記憶部、３２…接続順番記憶部、３３…接続順番変更部、３４…使用ポンプ演算部、１００…油圧ショベル。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】