工程机械的制作方法

本发明涉及利用作业附属装置进行作业的工程机械。

背景技术：

作为这种技术，公知例如日本专利第3767874号公报(专利文献1)记载的技术。该技术为，在上部回转体连接有作业附属装置的液压挖掘机中，特征在于，包括：作业附属装置姿态检测机构；作业附属装置操作机构；运算机构，其被输入来自所述作业附属装置姿态检测机构的姿态检测信号及来自所述作业附属装置操作机构的操作信号；以及控制机构，其根据来自所述运算机构的输出信号对所述作业附属装置的移动速度进行控制，所述运算机构在所述姿态检测信号表示所述作业附属装置的规定位置与上部回转体的距离越大，输出使与所述操作信号对应的所述作业附属装置的移动速度越小的所述输出信号。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3767874号公报

技术实现要素：

在作为工程机械的一种的液压挖掘机中，作为前部机构具有斗杆及动臂。斗杆根据该斗杆的角度，即使在空中动作中负荷也大幅度变化。即使是相同的控制杆操作，因由安装于斗杆顶端的作业附属装置姿态变化引起的负荷变化而泵流量增减。因此，产生意外的速度变化，容易成为与操作者的操作预想不同的举动。

特别是在重附属装置安装时，在斗杆相对于上部回转体在远方侧基于空中动作中的斗杆推压操作进行附属装置顶端对位时，由于负荷压上升而泵流量减少。与此同时，由于使前部机构停止的操作即控制杆的操作量本身减少，因此可能会存在前部速度的减少量与操作者的操作预想与不一致的情况。

专利文献1的技术为，作业附属装置通过使相对于上部回转体位于远方情况下的斗杆牵拉变慢，从而使动臂上升和斗杆牵拉操作容易。在该技术中，能够相对于基于作业附属装置姿态的斗杆速度变化，帮助改善动臂上升和斗杆牵拉动作情况下的操作性。

但是，在专利文献1中，关于在空中动作时的斗杆推压动作时在希望的位置停止的操作性并未特别提及，即使是相同的控制杆操作也因由作业附属装置姿态变化引起的负荷变化而泵流量增减，可能会成为与操作者的操作预想不同的举动，并未解决这种与斗杆推压操作的操作性相关的问题。

因此，本发明要解决的课题在于防止由与作业附属装置的姿态变化相伴的负荷变化引起的泵流量增减，提高斗杆推压操作的操作性。

为了解决所述课题，本发明的一方案为一种工程机械，其包括：发动机；液压泵，其由所述发动机驱动；斗杆油缸，其由从所述液压泵排出的液压油驱动；斗杆，其利用所述斗杆油缸的伸缩而动作；前部机构，其包含所述斗杆及在所述斗杆的顶端安装的作业附属装置；操作装置，其对所述斗杆进行操作；以及控制装置，其基于通过所述操作装置操作的操作量对所述液压泵的流量进行控制，该工程机械的特征在于，包括：姿态检测装置，其对所述斗杆的姿态进行检测；以及操作量检测装置，其对所述操作装置的操作量进行检测，所述控制装置在判定由所述姿态检测装置检测到的所述斗杆的姿态，变化为与垂直于地面的位置相比相对于所述工程机械的主体位于远方侧的姿态，且判定由所述操作量检测装置检测到的操作量，从最大或接近最大的预先设定的操作量变化为与所述作业附属装置的对位对应的朝向微操作方向的操作量时，对将相对于所述液压泵的排出压的液压油的流量特性变更为与以由所述操作量检测装置检测的操作量以外的操作量进行操作时的流量特性相比流量多的特性的所述液压泵进行驱动。

发明的效果

根据本发明的一方案，能够防止由与作业附属装置的姿态变化相伴的负荷变化引起的泵流量增减，提高斗杆推压操作的操作性。并且，所述以外的课题、构成及效果在以下的实施方式说明中可以明确。

附图说明

图1是表示本发明实施方式中的实施例1的液压挖掘机的整体构成的侧视图。

图2是表示实施例1的液压挖掘机的液压设备的系统构成的框图。

图3是用于说明由图2的控制器执行的泵转矩增加控制的控制内容的框图。

图4是表示根据斗杆的姿态和斗杆推压操作量发送表示泵转矩增加量的信号时的运算方法的说明图。

图5是表示由控制器执行的泵转矩增加控制的控制顺序的流程图。

图6是表示动臂在空中动作中的斗杆推压操作动作的图。

图7是表示实施例1中的p-q等马力曲线的特性图。

图8是表示实施例2的液压挖掘机的整体构成的侧视图。

图9是用于说明由实施例2的控制器执行的泵转矩增加控制的控制内容的框图。

图10是表示实施例3的液压挖掘机的液压设备的系统构成的框图。

图11是用于说明根据实施例3的斗杆的姿态、斗杆推压操作量及动臂油缸的底侧室的压力发送表示泵转矩增加量的信号时的运算方法的说明图。

具体实施方式

以下参照附图以实施例为例说明本发明的实施方式。

实施例1

图1是表示作为本发明实施方式中的实施例1的工程机械的液压挖掘机的整体构成的侧视图，图2是表示本发明实施例1的液压挖掘机的液压设备的系统构成的框图。并且，在本实施例中以液压挖掘机为例，但本发明能够应用于全部工程机械(包含作业机械)，本发明不限定于液压挖掘机。例如，本发明也能够应用于起重机等具有作业斗杆的其他工程机械。

在图1中，液压挖掘机1包括行驶体10、以能够回转的方式设置在行驶体10上的回转体20及搭载于回转体20的挖掘机构30即所谓前部装置。

挖掘机构30由动臂31、动臂油缸32、斗杆33、斗杆油缸34、铲斗35及铲斗油缸36等构成。动臂油缸32是用于驱动动臂31的液压执行机构43。斗杆33旋转自如地轴支承在动臂31的顶端部附近，由斗杆油缸34驱动。铲斗35以能够旋转的方式轴支承在斗杆33的顶端，由铲斗油缸36驱动。在动臂31与回转体20的连接部位设有对动臂31相对于回转体20的角度进行检测的第1角度传感器37，在动臂31与斗杆33的连接部位搭载有对斗杆33相对于动臂31的角度进行检测的第2角度传感器38。

在回转体20的回转构架21上搭载有用于驱动动臂油缸32、斗杆油缸34、铲斗油缸36等液压执行机构43的液压系统40。液压系统40包括成为产生液压的液压源的液压泵41(图2)及用于对动臂油缸32、斗杆油缸34、铲斗油缸36进行驱动控制的控制阀42(图2)，液压泵41由发动机22驱动。

在图2中，本实施例中的液压系统40包括液压泵41、控制阀42、液压执行机构43、先导泵44、泵转矩控制电磁阀45、泵调节器46、泵排出压传感器48、控制器49、操作控制杆50、动作油油箱52、第1及第2压力传感器53a、53b等。

操作控制杆50对应于该操作控制杆50的操作输入而产生液压先导信号。该液压先导信号被向控制阀42输入，对控制阀42内部的流量/方向控制阀进行切换，将液压泵41的排出油向液压执行机构43供给，对液压执行机构43进行驱动。另外，操作控制杆50的控制杆操作量基于输出液压先导信号的第1及第2压力传感器53a、53b(操作量检测装置)的压力而检测。另外，在液压泵41的排出侧液压管路设置泵排出压传感器48，由泵排出压传感器48检测到的泵排出压被向控制器49输入。控制器49基于由第1及第2压力传感器53a、53b检测到的控制杆操作量及由泵排出压传感器48检测到的泵排出压驱动泵转矩控制电磁阀45，对来自先导泵44的先导压进行控制，经由泵调节器46对液压泵41的排出流量进行控制。

控制器49由具有cpu(centralprocessingunit：中央处理器)、rom(readonlymemory：只读存储器)及ram(randomaccessmemory：随机存取存储器)的微型计算机系统构成。cpu包含控制部和运算部，控制部对命令的解释和程序的控制流程进行控制，运算部执行运算。另外，程序容纳在rom中，将应执行的命令(某个数值或数值的排列)从放置有所述程序的rom中取出，在ram中展开所述程序并执行。并且，控制器49对液压挖掘机1整体及各部分进行电控制。

另外，液压执行机构43在图2中图示了一个，但至少分别与图1中的动臂油缸32、斗杆油缸34、铲斗油缸36对应。而本实施例与斗杆推压操作相关，因此图2中示出的液压执行机构43采用与斗杆油缸34对应的构造进行说明。

图3是用于说明由图2的控制器49执行的泵转矩增加控制的控制内容的框图。控制器49设有挖掘机构姿态运算部49a、泵转矩增加量运算部49b及泵转矩输出指令值运算部49c。该运算部49a、49b、49c是在程序上实现所述各运算功能的软件构成，并非硬件构成。但也可以将各部分由例如asic(applicationspecificintegratedcircuit：特定用途集成电路)构成而采用硬件构成。

从第1及第2角度传感器37、38向挖掘机构姿态运算部49a输入前述的动臂31的角度信号及斗杆33的角度信号。挖掘机构姿态运算部49a根据从第1及第2角度传感器37、38输入的角度信号运算挖掘机构30的姿态。在使斗杆33通过空中动作向远方侧(前侧)移动的斗杆推压操作中，检测由挖掘机构姿态运算部49a运算的挖掘机构30的姿态，此处是斗杆33相对于地面65的铅直位置，在相对于该位置位于车身远方侧(前侧)时，执行本实施例的流量增加控制。并且，相对于地面65的铅直位置如后所述，在图6中以附图标记a表示。

即，向控制器49的泵转矩增加量运算部49b输入基于第1及第2压力传感器53a、53b检测的斗杆推压操作量50a即控制杆操作量信号。泵转矩增加量运算部49b根据运算的挖掘机构30的姿态和斗杆推压操作量50a，决定针对控制杆操作量的泵转矩增加量，输出由泵转矩输出指令值运算部49c运算的泵转矩增加量信号。泵转矩输出指令值运算部49c如后所述，将与基于图7所示的p-q等马力曲线决定的流量增加相应的控制信号向泵转矩控制电磁阀45输出。由此，在将操作控制杆50在斗杆推压操作方向上操作，想要使斗杆33或作业附属装置停止在希望的位置时，向液压执行机构43供给所述增加了的流量，抑制斗杆33朝向斗杆推压操作方向的移动速度降低。

在使斗杆33或作业附属装置停止在希望的位置时，之所以使针对控制杆操作的斗杆推压操作的速度增加，理由在于，例如若要使斗杆33从图6的以附图标记a表示的位置进一步向斗杆推压操作方向移动，则需要抵抗包含在斗杆33顶端安装的作业附属装置的重量、在图中为铲斗35的重量的力，负荷相应地增大，若是流量与在以附图标记a表示的位置的近前处的斗杆推压操作时相同，则速度减小。反之，在从斗杆推压操作方向返回的情况下，由于因自重而在返回方向施加重力，因此负荷减小。

图4是表示根据斗杆33的姿态和斗杆推压操作量50a，向泵转矩输出指令值运算部49c发送表示运算的泵转矩增加量的信号时的运算方法的说明图。如该图的表示斗杆33的姿态与泵转矩增加量的关系的第1特性61所示，对于斗杆33的姿态来说，以相对于地面65铅直的位置(a位置)为基准，从该a位置到斗杆推压操作量50a为控制杆满程的泵转矩线性增加。另一方面，在将操作控制杆50从未操作位置操作到控制杆满程位置时，泵转矩增加系数为0。在想要以斗杆推压操作停止在希望位置的情况下，使操作控制杆50从控制杆满程位置稍微返回而使速度减小，但此时，如前所述，因自重而速度下降，斗杆33在通过该返回控制杆操作到达目标位置之前停止。

因此，在本实施例中，使操作控制杆50从控制杆满程操作稍微返回，在例如先导压下降到图4所示的pb时刻，将泵转矩增加量利用乘法器60a乘以泵转矩增加系数得到的值作为泵转矩修正增加量向泵转矩输出指令值运算部49c输出。泵转矩增加系数从图4的第1特性61可知，从先导压pb起线性增加，在斗杆33相对于地面65铅直的a位置增加停止。乘以该停止时的系数、此处为“1”。

图4中的表示斗杆推压操作量50a与泵转矩增加系数的关系的第2特性62是一例。因此其构成为，对应于液压回路的特性或动臂31的底侧室的压力以表格方式准备多个特性，预先容纳在控制器49内的存储装置中，在运算泵转矩增加量时，cpu从多个表格中选择适当特性的表格，参照所选择的该表格进行运算。

图5是表示由控制器49执行的泵转矩增加控制的控制顺序的流程图。按照该控制顺序，首先，基于由第1及第2角度传感器37、38检测的角度对斗杆33的位置进行检测(步骤s1)。然后，判断斗杆33的位置是否从相对于地面65铅直的a位置位于车身远方侧(前侧)(步骤s2)。在该判断中，若斗杆33的位置与所述a位置相比位于车身侧(回转体20侧)，则不需要使泵转矩增加，因此使泵转矩增加无效(步骤s3)，从该处理顺序退出。

另一方面，在步骤s2中判断为斗杆33的位置与所述a位置相比位于远离车身侧的情况下(步骤s2：是)，对斗杆推压操作量50a进行检测(步骤s4)。然后，将一连串动作中的最大斗杆推压操作量和与先导压pb对应的操作量b进行比较(步骤s5)。需要说明的是，操作量b是用于使泵转矩增加控制开始的预先设定的阈值。在该比较中，在最大斗杆推压操作量为预先设定的操作量b以上的情况下(步骤s5：否)，如从第2特性62可知，泵转矩增加无效(步骤s3)，从该处理顺序退出。

另一方面，在步骤s5中，在最大斗杆推压操作量低于预先设定的操作量b的情况下(步骤s5：是)，将当前斗杆推压操作量与预先设定的操作量b进行比较(步骤s6)。并且，在当前斗杆推压操作量少于预先设定的操作量b的时刻，即判定为在步骤s4中检测的斗杆推压操作量50a从最大或接近最大的预先设定的操作量b变化为与铲斗35的对位对应的朝向微操作方向的操作量时(步骤s6：是)，运算泵转矩增加量(步骤s7)，基于运算结果向泵转矩控制电磁阀45输出指示而使泵转矩增加(步骤s8)，从该控制顺序退出。

通过按照上述方式进行控制，在图6所示的斗杆33从铅直方向朝向车身远方侧远离的姿态的斗杆推压操作的情况下，使图7所示的p-q等马力曲线朝向与通常控制相比流量增加的方向(pt→pts)演变。由此，在使针对控制杆操作的斗杆推压速度增加、使操作控制杆50返回时，能够不过量减速而按照操作者的预想进行操作。并且，图6是表示动臂31在空中动作中的斗杆推压操作动作的图。图7的p-q等马力曲线是基于具有流量尽可能增加的余裕的特性而在通常时进行控制的图。另外，在图7中，p是泵排出压力，q是泵排出流量。另外，图7的特性为，以即使是相同的压力也能够使可排出的流量增加的方式，能够在马力控制的范围内使泵排出流量增加的特性。另外，p1表示动臂底侧压为低压情况下的斗杆推压操作控制杆返回时的泵的p-q特性，p2表示动臂底侧压为高压情况下的斗杆推压操作控制杆返回时的泵的p-q特性。p1及p2是后述的实施例3的考虑动臂底侧压的泵转矩增加控制的例子。

并且，泵转矩输出指令值运算部49c在进行斗杆33从铅直方向朝向车身远方侧远离的姿态的斗杆推压操作的情况下，使图7所示的p-q等马力曲线与通常控制相比向流量增加的方向(箭头方向)演变。由此，能够以流量多的特性驱动液压泵41，使针对控制杆操作的斗杆推压的速度增加，能够在使控制杆返回时不过量减速而按照操作者的预想进行操作。

实施例2

图8是表示实施例2的液压挖掘机的整体构成的侧视图。在实施例2中，取代实施例1中的第1及第2角度传感器37、38设置第1及第2行程传感器，并且，将向实施例1中的挖掘机构姿态运算部49a的输入信号设为来自第1及第2行程传感器的行程检测信号。其他各部分与实施例1相同，因此省略重复的说明，仅对不同的构成进行说明。

在图8中，在动臂油缸32中安装用于对动臂油缸32的杆移动量(行程)进行检测的动臂行程传感器32a，在斗杆油缸34中安装用于对斗杆油缸34的杆移动量(行程)进行检测的斗杆行程传感器34a。作为动臂行程传感器32a及斗杆行程传感器34a，能够使用例如使用光的测距传感器等公知的距离检测装置。其他没有特别说明的各部分与实施例1同样地构成，因此对相同或视为相同的各部分标注同一附图标记，省略重复的说明。

图9是用于说明由实施例2的控制器49执行的泵转矩增加控制的控制内容的框图。实施例2不仅将实施例1的第1及第2角度传感器37、38置换为动臂行程传感器32a及斗杆行程传感器34a，而且将实施例1中从第1及第2角度传感器37、38向挖掘机构姿态运算部49a输入角度信号，置换为输入来自动臂行程传感器32a及斗杆行程传感器34a的行程信号，由挖掘机构姿态运算部49a运算挖掘机构30的姿态。其他没有特别说明的控制与实施例1同样地执行，因此说明省略。

根据本实施例2，由于能够根据运算的挖掘姿态检测斗杆33的位置，因此能够以与实施例1的图4同样的顺序运算泵转矩增加量，执行与实施例1同样的流量增加控制。

实施例3

图10是表示实施例3的液压挖掘机的液压设备的系统构成的框图。

在本实施例中，在实施例1的基础上设置对与动臂油缸32对应的液压执行机构43bm的底侧室压力进行检测的第3压力传感器53c，根据液压执行机构43bm的底侧室压力检测动臂31的位置，运算泵转矩增加量，进行流量增加控制。其他各部分的构成与实施例1相同，因此对相同或视为相同的各部分标注同一附图标记，省略重复的说明。

图11是表示实施例3的根据斗杆33的姿态、斗杆推压操作量50a及液压执行机构43bm的底侧室压力，向泵转矩输出指令值运算部49c发送表示运算的泵转矩增加量的信号时的运算方法的说明图。

在本实施例3中，将进一步考虑了动臂底侧压的指令值，运算为由在图4所示的实施例1的运算方法运算的指令值。动臂底侧压根据动臂31的位置而变化。随着斗杆33从相对于地面65垂直的a位置朝向车身远方侧移动而施加于动臂底侧室的压力(用于支承动臂31及斗杆33的自重的反力)增大，在延伸到最大时为最大。另一方面，即使动臂31从所述a位置朝向车身侧移动，动臂底侧压也不变。

因此，在本实施例中，在动臂底侧压高于预先设定的阈值时，对泵转矩增加量进行修正。在图11中，按照表示动臂底侧压与泵转矩增加修正系数的关系的第3特性63所示的特性，若高于与所述a位置对应的动臂底侧压，则将与该压力对应的泵转矩增加修正系数、此处为1以上的修正系数，利用乘法器60b与以图4的特性求出的泵转矩输出指令值相乘，作为泵转矩输出指令值向泵转矩控制电磁阀45输出。由此，能够确保在安装有比通常重的附属装置的情况下或悬吊重量物时的停止性。

其他没有特别说明的控制与实施例1同样地执行，因此省略说明。

如上所述，根据本实施方式具有下述效果。

(1)在本实施方式中，液压挖掘机1等工程机械具有包含作为操作装置的通过操作控制杆50的操作而由液压执行机构43驱动的斗杆33的前部机构(动臂31、斗杆33、铲斗35、作业附属装置)，在该工程机械中，包括：对斗杆33的姿态进行检测的姿态检测装置；以及作为控制装置的控制阀42、泵转矩控制电磁阀45、泵调节器46及控制器49，其在斗杆33的姿态与预先设定的位置相比位于作为工程机械主体的回转体20的远方侧，从基于操作控制杆50的斗杆推压动作中的操作控制杆50的操作量为最大(控制杆满程)或接近最大的预先设定的操作量(先导压pb)进行斗杆顶端的作业附属装置例如铲斗35的对位时，使向液压执行机构43供给液压油的液压泵41的相对于排出压的液压油的流量特性，演变为与以所述操作量以外的操作量进行操作时的流量特性pt相比流量多的特性pts，而对液压泵41进行驱动。

根据该构成，在斗杆33被相对于回转体20朝向远方操作，且斗杆33的姿态与预先设定的位置相比位于远方的情况下，在从基于操作控制杆50的斗杆推压动作中的操作控制杆50的操作量为最大或接近最大的预先设定的操作量进行所述对位或停止操作时，使向所述液压执行机构43供给液压油的液压泵41的相对于排出压的液压油的流量特性，演变为与以所述操作量以外的操作量进行操作时的流量特性pt相比流量多的特性pts，而对液压泵41进行驱动，因此，能够使斗杆33的相对于操作控制杆50的减少量的速度减少量一定，确保按照操作者预想的举动，提高斗杆推压操作的操作性。

(2)本实施方式构成为，姿态检测装置具有第1及第2角度传感器37、38，其为对包含斗杆33的前部机构的角度进行检测的角度检测装置，作为控制装置的控制器49基于第1及第2角度传感器37、38的检测输出对斗杆33的姿态进行检测。

根据该构成，能够根据第1及第2角度传感器37、38的检测输出，容易地对前部机构的姿态进行检测。

(3)本实施方式构成为，姿态检测装置具有动臂行程传感器32a及斗杆行程传感器34a，其为对液压执行机构43的前部机构驱动时的行程进行检测的行程检测装置，作为控制装置的控制器49基于动臂行程传感器32a及斗杆行程传感器34a的检测输出对所述斗杆的姿态进行检测。

根据该构成，能够根据动臂行程传感器32a及斗杆行程传感器34a的检测输出容易地对前部机构的姿态进行检测。

(4)本实施方式构成为，前部机构包含在顶端具有斗杆33的动臂31，控制装置包括：第3压力传感器53c，其为对驱动动臂31的液压执行机构43(动臂油缸32)的底侧压进行检测的底侧压检测装置；以及第3特性(表格)63及控制器49，其为基于由第3压力传感器53c检测到的底侧压对所述流量特性进行修正的流量特性修正装置。

根据该构成，由于能够进行将动臂31的位置加入考虑的斗杆推压操作中的流量增加控制，因此能够对应于动臂31的位置而进一步提高斗杆推压操作中的操作性。

(5)在本实施方式中，预先设定的位置设定为斗杆33相对于地面65铅直的位置即a位置。

根据该构成，由于基于容易检测的a位置进行控制，因此能够以简单的控制构成提高斗杆推压操作中的操作性。

并且，本发明不限定于前述的实施方式，能够在不脱离本发明主旨的范围内进行多种变形，权利要求书记载的技术思想所包含的的全部技术特征成为本发明的对象。所述实施例是示出恰当的例子，本领域技术人员根据本说明书公开的内容能够实现各种代替例、修正例、变形例或改良例，这些例子均包含在随附的权利要求书记载的技术范围内。

附图标记说明

1液压挖掘机(工程机械)

20回转体(工程机械主体)

31动臂(前部机构)

32动臂油缸

32a动臂行程传感器(行程检测装置)

33斗杆(前部机构)

34a斗杆行程传感器(行程检测装置)

35铲斗(前部机构)

37第1角度传感器(角度检测装置)

38第2角度传感器(角度检测装置)

41液压泵

42控制阀(控制装置)

43液压执行机构

45泵转矩控制电磁阀(控制装置)

46泵调节器(控制装置)

49控制器(控制装置)

50操作控制杆(操作装置)

53a、53b第1及第2压力传感器(操作量检测装置)

53c第3压力传感器

63第3特性