專利名稱：作業(yè)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過電動機(jī)對旋轉(zhuǎn)體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的挖掘機(jī)或者起重機(jī)等作業(yè)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)控制裝置。
背景技術(shù)：
以挖掘機(jī)為例對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行說明。
一般地，挖掘機(jī)使用液壓馬達(dá)作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動源，并采用液壓馬達(dá)驅(qū)動方式，即通過液壓泵的排出油來驅(qū)動該液壓馬達(dá)。
在采用該方式的情況下，通過設(shè)置在液壓泵和液壓馬達(dá)之間的控制閥控制方向、壓力、流量，由此來對液壓馬達(dá)的工作方向、力、速度進(jìn)行控制。
但是，在該方式中存在下述問題，即用控制閥擠壓排出的液壓能的量較大，從而能量損失較大。
因此，提出有使用電動機(jī)作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動源的電動機(jī)驅(qū)動方式(例如，參照特開平11-93210號)。
而且，在爬升式起重機(jī)或者采礦用的大型電動挖掘機(jī)中，對于旋轉(zhuǎn)動作一直以來采用的是電動機(jī)驅(qū)動方式。
在這些電動機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方式中，是通過改變電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和速度來對旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行控制的，可以較大地改善能量效率。
另一方面，在采用該方式的情況下，一般采用反饋速度控制方式來在消除操作機(jī)構(gòu)的操作量所對應(yīng)的目標(biāo)速度與實(shí)際速度的偏差的方向上對速度進(jìn)行控制。
但是，若根據(jù)該方式，則關(guān)于旋轉(zhuǎn)的操作性存在下述問題。
操作機(jī)構(gòu)位于空檔位置并且指令速度為0時，制動轉(zhuǎn)矩發(fā)揮作用并使旋轉(zhuǎn)體停止，但一旦電動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度變?yōu)?，則維持該速度0的轉(zhuǎn)矩(停止保持力)就不再被輸出，所以不能得到可靠的停止保持作用。
因此，作為用于停止保持的控制方式，考慮采用搭載在液壓驅(qū)動方式的作業(yè)機(jī)械上的機(jī)械制動器。
但是，機(jī)械制動器本來是作為停車制動器在旋轉(zhuǎn)體停止?fàn)顟B(tài)下工作的構(gòu)造，如果將其原封不動地在電動機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)方式中作為使電動機(jī)減速·停止的機(jī)構(gòu)使用，則不僅制動器的磨損劇烈，而且由于制動器開/關(guān)產(chǎn)生的沖擊而使減速·加速時旋轉(zhuǎn)體的動作不順暢，不能得到平穩(wěn)的旋轉(zhuǎn)停止/加速作用，從而存在操作性不好的問題。
另一方面，在通常作業(yè)時、即使上部旋轉(zhuǎn)體2在地上旋轉(zhuǎn)時，因?yàn)槭峭ㄟ^反饋速度控制方式來進(jìn)行與操作機(jī)構(gòu)的操作量對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)速度控制的，所以在操作上不存在問題。
與其相對，在如圖14所示那樣進(jìn)行推壓作業(yè)、即將鏟斗6的側(cè)面推壓在槽g的壁面g1上來挖掘形成壁面g1時，圍繞旋轉(zhuǎn)軸0的旋轉(zhuǎn)速度幾乎為0，所以在反饋速度控制中旋轉(zhuǎn)速度的目標(biāo)值和實(shí)際值的偏差變大，即使是微小的操作量，也會由于反饋?zhàn)饔枚剐D(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩(電動機(jī)轉(zhuǎn)矩)變?yōu)樽畲蟆?br> 因此，在進(jìn)行這樣的通過旋轉(zhuǎn)進(jìn)行的推壓作業(yè)時，不能通過操作機(jī)構(gòu)來控制轉(zhuǎn)矩，從而損害了操作性。
因此，希望在采取反饋速度控制方式的同時施加與操作量對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩限制。
但是，如果這樣地施加轉(zhuǎn)矩限制，則在操作量小時電動機(jī)轉(zhuǎn)矩也變小，所以在傾斜地面上向上側(cè)開始旋轉(zhuǎn)的情況下，或者在強(qiáng)風(fēng)下逆風(fēng)開始旋轉(zhuǎn)的情況下，由于加速轉(zhuǎn)矩不足而產(chǎn)生所謂「逆行」、即使旋轉(zhuǎn)體逆向旋轉(zhuǎn)，從而存在安全性及操作性降低的問題。
因此，本發(fā)明提供一種可以解決這樣的問題、改善旋轉(zhuǎn)操作性的作業(yè)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)控制裝置。
具體地說，本發(fā)明的第1目的在于能夠?qū)⑿D(zhuǎn)體可靠地保持在停止?fàn)顟B(tài)下，并且能夠平穩(wěn)地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)減速·停止以及加速作用，而且沒有用于停止保持的能量損失，還能夠原封不動地使用已有的機(jī)械制動器。
另外，本發(fā)明的第2目的在于施加轉(zhuǎn)矩限制的同時防止由轉(zhuǎn)矩不足而導(dǎo)致的旋轉(zhuǎn)體的逆行。
本發(fā)明的第3目的在于能夠進(jìn)行推壓作業(yè)時的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩控制。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明采用了以下結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明是這樣構(gòu)成的，其具有對旋轉(zhuǎn)體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的電動機(jī)、發(fā)出旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)指令的操作機(jī)構(gòu)、基于來自該操作機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)指令對上述電動機(jī)進(jìn)行控制的控制機(jī)構(gòu)、檢測旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度檢測機(jī)構(gòu)、產(chǎn)生機(jī)械制動力的機(jī)械制動器，在上述控制機(jī)構(gòu)中，預(yù)先設(shè)定了以上述操作機(jī)構(gòu)的操作量為0的絕對空檔點(diǎn)為基點(diǎn)并增加了規(guī)定的寬度的空檔范圍，并且在該空檔范圍中，在上述絕對空檔點(diǎn)側(cè)設(shè)定有機(jī)械制動區(qū)間、在相反側(cè)設(shè)定有位置保持控制區(qū)間，控制機(jī)構(gòu)在上述空檔范圍中的機(jī)械制動區(qū)間內(nèi)使上述機(jī)械制動器發(fā)揮作用，在上述位置保持控制區(qū)間內(nèi)則進(jìn)行位置保持控制，由此來使上述旋轉(zhuǎn)體保持停止，而且，在空檔范圍以外，進(jìn)行與上述操作機(jī)構(gòu)的操作量對應(yīng)的速度控制。
而且，本發(fā)明是這樣構(gòu)成的，其具有對旋轉(zhuǎn)體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的電動機(jī)、發(fā)出旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)指令的操作機(jī)構(gòu)、基于來自該操作機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)指令對上述電動機(jī)進(jìn)行控制的控制機(jī)構(gòu)、檢測旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度檢測機(jī)構(gòu)，通過上述控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行與上述操作機(jī)構(gòu)的操作量對應(yīng)的速度控制，而且，與上述操作量對應(yīng)地，對加速轉(zhuǎn)矩的最大值進(jìn)行了限制，其特征在于，上述控制機(jī)構(gòu)在上述操作機(jī)構(gòu)位于預(yù)先設(shè)定的空檔范圍內(nèi)的時候進(jìn)行上述旋轉(zhuǎn)體的位置保持控制，并將此時在上述電動機(jī)中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩作為即時保持轉(zhuǎn)矩進(jìn)行存儲，在旋轉(zhuǎn)加速時，將該存儲的即時保持轉(zhuǎn)矩和與上述操作機(jī)構(gòu)的操作量對應(yīng)的加速轉(zhuǎn)矩中的較大的一個設(shè)定為加速用的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩。
進(jìn)而，本發(fā)明是這樣構(gòu)成的，其具有對旋轉(zhuǎn)體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的電動機(jī)、發(fā)出旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)指令的操作機(jī)構(gòu)、基于來自該操作機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)指令對上述電動機(jī)進(jìn)行控制的控制機(jī)構(gòu)、檢測上述電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度檢測機(jī)構(gòu)，通過上述控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行與上述操作機(jī)構(gòu)的操作量對應(yīng)的速度控制，其特征在于，在將上述旋轉(zhuǎn)體的一部分推壓在作業(yè)對象上進(jìn)行推壓作業(yè)時，上述控制機(jī)構(gòu)取代上述速度控制而進(jìn)行與操作機(jī)構(gòu)的操作量對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩控制。


圖1為表示搭載有本發(fā)明的第1實(shí)施方式的控制裝置的挖掘機(jī)的整體結(jié)構(gòu)和機(jī)器配置的側(cè)視圖。
圖2為本發(fā)明的第1實(shí)施方式的控制裝置的方框結(jié)構(gòu)圖。
圖3為表示由該裝置所得的桿操作量/速度目標(biāo)值的特性的圖。
圖4為用于說明圖3的特性中的桿空檔范圍設(shè)定的詳細(xì)情況的圖。
圖5為表示由本發(fā)明的第2實(shí)施方式的控制裝置所得的操作量、旋轉(zhuǎn)加速轉(zhuǎn)矩以及旋轉(zhuǎn)減速轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖。
圖6為本發(fā)明的第3實(shí)施方式的控制裝置的方框結(jié)構(gòu)圖。
圖7為表示通過該裝置進(jìn)行的速度反饋控制的流程的圖。
圖8為表示該控制中桿操作量和速度目標(biāo)值低的關(guān)系的圖。
圖9為用于說明該裝置的作用的流程圖。
圖10為表示通過該控制進(jìn)行的轉(zhuǎn)矩控制的流程的圖。
圖11為表示該控制中桿操作量和轉(zhuǎn)矩目標(biāo)值的關(guān)系的圖。
圖12為表示由本發(fā)明的第4實(shí)施方式的控制裝置所得的有轉(zhuǎn)矩限制的速度控制的流程的圖。
圖13為用于說明本發(fā)明的第5實(shí)施方式的控制裝置的作用的流程圖。
圖14為將挖掘機(jī)的鏟斗推壓在槽的壁面上的狀態(tài)下的主視圖。
具體實(shí)施例方式
在下面的實(shí)施方式中，以挖掘機(jī)為應(yīng)用對象進(jìn)行例示，但本發(fā)明并不僅限于挖掘機(jī)，也可以廣泛地應(yīng)用于以挖掘機(jī)為母體構(gòu)成的深孔挖掘或者破碎機(jī)、以及起重機(jī)等旋轉(zhuǎn)式作業(yè)機(jī)械中。
第1實(shí)施方式(參照圖1～圖4)圖1中示出了挖掘機(jī)主體的概略結(jié)構(gòu)和機(jī)器配置，圖2中示出了驅(qū)動·控制系統(tǒng)的方框結(jié)構(gòu)。
如圖1所示，在履帶式的下部行進(jìn)體1上旋轉(zhuǎn)自如地搭載有上部旋轉(zhuǎn)體2，在該上部旋轉(zhuǎn)體2上安裝有挖掘裝置3，所述挖掘裝置3具有懸臂4、臂5、鏟斗6、懸臂壓力缸7、臂壓力缸8、鏟斗壓力缸9。
下部行進(jìn)體1具有左右履帶10L、10R，該兩側(cè)履帶10L、10R分別由行進(jìn)馬達(dá)11L、11R以及減速機(jī)12L、12R進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動并行進(jìn)。
在上部旋轉(zhuǎn)體2上搭載有發(fā)動機(jī)13、由該發(fā)動機(jī)13驅(qū)動的液壓泵14及發(fā)電機(jī)15、電池16、旋轉(zhuǎn)用電動機(jī)17及旋轉(zhuǎn)用減速機(jī)構(gòu)18。
如圖2所示，液壓泵14的排出油分別經(jīng)由控制閥19、20、21、22、23供給到懸臂、臂、鏟斗的各壓力缸7、8、9以及左右的行進(jìn)液壓馬達(dá)11L、11R，其工作通過該控制閥19～23控制。
發(fā)電機(jī)15經(jīng)由增速機(jī)構(gòu)24被施加發(fā)動機(jī)驅(qū)動力，由該發(fā)電機(jī)15產(chǎn)生的電力經(jīng)由控制電壓及電流的控制器25蓄積在電池16中，并且通過轉(zhuǎn)換器26作用在旋轉(zhuǎn)用電動機(jī)17上，所述轉(zhuǎn)換器26為控制機(jī)構(gòu)的一部分。
在旋轉(zhuǎn)用電動機(jī)17中，設(shè)置有作為產(chǎn)生機(jī)械制動力的負(fù)制動器的機(jī)械制動器27，在解除了該機(jī)械制動器27的狀態(tài)下，旋轉(zhuǎn)用電動機(jī)17的旋轉(zhuǎn)力經(jīng)由旋轉(zhuǎn)用減速機(jī)構(gòu)18傳送至上部旋轉(zhuǎn)體2并使上部旋轉(zhuǎn)體2向左或向右旋轉(zhuǎn)。
28為作為旋轉(zhuǎn)操作機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)操作部(例如電位器)，該操作部28通過桿28a進(jìn)行操作，與其操作量相對應(yīng)的指令信號被輸入到作為控制機(jī)構(gòu)的一部分的控制裝置29中。
而且，作為傳感器，設(shè)置有檢測旋轉(zhuǎn)用電動機(jī)17的轉(zhuǎn)動速度(旋轉(zhuǎn)速度)的速度傳感器30、以上部旋轉(zhuǎn)體2的旋轉(zhuǎn)停止位置作為0點(diǎn)進(jìn)行檢測的位置傳感器(例如編碼器)31，來自這兩個傳感器30、31的信號經(jīng)由轉(zhuǎn)換器26作為控制數(shù)據(jù)輸入到控制裝置29。
在控制裝置29中，預(yù)先如圖3所示那樣設(shè)定空檔范圍N，所述空檔范圍N以旋轉(zhuǎn)操作部28的操作量(以下稱為桿操作量)為0的絕對空檔點(diǎn)O為基點(diǎn)并在左右旋轉(zhuǎn)方向上具有規(guī)定的寬度(例如操作桿28a的傾斜角度為左右各7.5°)，在超過該空檔范圍N地對桿進(jìn)行操作時，進(jìn)行基于圖示的特性的速度控制，并且如圖4所示，在空檔范圍N內(nèi)根據(jù)桿操作量來切換控制模式。
即，在空檔范圍N內(nèi)，機(jī)械制動器27發(fā)揮制動作用的機(jī)械制動區(qū)間B設(shè)定在包含絕對空檔點(diǎn)O在內(nèi)的內(nèi)側(cè)區(qū)域中，并且，進(jìn)行位置保持控制(伺服鎖定控制、即用來基于來自位置傳感器31的信號將旋轉(zhuǎn)體2保持在其位置上的控制)的位置保持控制區(qū)間A設(shè)定在外側(cè)區(qū)域中。
兩區(qū)間B、A如圖示那樣一部分重疊地設(shè)定，在該重疊的共用區(qū)間C中同時進(jìn)行機(jī)械制動作用和位置保持控制作用。
在圖4中，LnL、LnR為標(biāo)志空檔范圍N的左右兩旋轉(zhuǎn)方向的空檔識別點(diǎn)；LbL、LbR為成為機(jī)械制動區(qū)間B的起點(diǎn)和終點(diǎn)的機(jī)械制動識別點(diǎn)；LzL、LzR為成為位置保持控制的起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置保持控制識別點(diǎn)。
旋轉(zhuǎn)用電動機(jī)17基于這樣的設(shè)定，由控制裝置29及轉(zhuǎn)換器26進(jìn)行如下控制。
旋轉(zhuǎn)加速時在桿操作量處于圖4的機(jī)械制動區(qū)間B中時，機(jī)械制動器27工作，旋轉(zhuǎn)體2只通過該機(jī)械制動力保持為停止?fàn)顟B(tài)。
其次，在桿操作量到達(dá)機(jī)械制動區(qū)間B和位置保持控制區(qū)間A的邊界部分、即共用區(qū)間C時，位置保持控制發(fā)揮作用，旋轉(zhuǎn)體2通過機(jī)械制動力和該位置保持作用保持為停止?fàn)顟B(tài)。
在桿操作量超過共用區(qū)間C時，機(jī)械制動器27被解除，只有位置保持控制發(fā)揮作用，旋轉(zhuǎn)體2通過該位置保持控制的作用保持在其位置上。
進(jìn)而，在桿操作量超過位置保持控制區(qū)間A(空檔范圍N)時，位置保持控制也關(guān)閉，旋轉(zhuǎn)用電動機(jī)17基于圖3所示的特性一邊被進(jìn)行速度控制一邊旋轉(zhuǎn)，來進(jìn)行旋轉(zhuǎn)加速。
這樣，在停止?fàn)顟B(tài)下，機(jī)械制動器27發(fā)揮作用，所以不必像用位置保持控制來進(jìn)行停止保持的情況那樣一直在旋轉(zhuǎn)用電動機(jī)17中流過用于保持其位置的電流，從而節(jié)省了能量。
而且，在與速度控制的邊界部分(位置保持控制區(qū)間A)中，位置保持控制發(fā)揮作用，所以可以消除象只用機(jī)械制動器27進(jìn)行停止保持的情況那樣在旋轉(zhuǎn)加速時由機(jī)械制動器關(guān)閉導(dǎo)致的震動，從而得到平滑的加速作用。
而且，設(shè)定有位置保持控制作用和機(jī)械制動器27兩者同時發(fā)揮作用的共用區(qū)間C，所以加速時從機(jī)械制動作用向位置保持控制的轉(zhuǎn)換、以及下述的減速時從位置保持控制向機(jī)械制動作用的轉(zhuǎn)換可以無震動地平穩(wěn)地進(jìn)行。
旋轉(zhuǎn)減速時在操作桿28a從空檔范圍N以外的旋轉(zhuǎn)指令位置返回到位置保持控制區(qū)間A時，開始用于減速·停止的控制。
此時，在通過速度傳感器30檢測出的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度下降到預(yù)先在控制裝置29中設(shè)定的位置保持控制開始速度以下時，位置保持控制變得有效，在電動機(jī)17上產(chǎn)生由位置保持控制所得的制動轉(zhuǎn)矩。
這樣，在充分減速了的狀態(tài)下開始位置保持控制，所以不用擔(dān)心以下情況，即在減速不充分的狀態(tài)下，由位置保持控制所得的較大的制動轉(zhuǎn)矩發(fā)揮作用而使過大的電流流過旋轉(zhuǎn)用電動機(jī)17，并由此對旋轉(zhuǎn)用電動機(jī)17或電路產(chǎn)生損壞。
其次，在桿操作量進(jìn)入機(jī)械制動區(qū)間B，而且，滿足①檢測到的實(shí)際的旋轉(zhuǎn)速度變?yōu)轭A(yù)先設(shè)定的制動器工作速度以下②該制動器工作速度以下的狀態(tài)持續(xù)了設(shè)定時間的條件時，機(jī)械制動器27工作，使旋轉(zhuǎn)體2保持停止。
反言之，即使在桿操作量處于機(jī)械制動區(qū)間B內(nèi)，但不滿足上述①②的條件的時候，如圖4中的下欄中央所示，機(jī)械制動器27處于被解除的狀態(tài)而只有位置保持控制發(fā)揮作用。
這樣，在旋轉(zhuǎn)減速時，即使桿操作量進(jìn)入機(jī)械制動區(qū)間B，也不是立即使機(jī)械制動器27作用，而是從設(shè)定速度以下(例如速度0)的狀態(tài)持續(xù)的時候開始使機(jī)械制動器27作用，所以例如在某個地點(diǎn)挖掘砂土并將其鏟起、再旋轉(zhuǎn)地將其裝入自動傾卸車的作業(yè)那樣，連續(xù)地重復(fù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)-→停止→旋轉(zhuǎn)作業(yè)時，可以防止機(jī)械制動器27的磨損和震動的產(chǎn)生，從而可以得到平穩(wěn)的動作。
第2實(shí)施方式(參照圖1、2、5)在第1實(shí)施方式中，采取在空檔范圍N以外根據(jù)桿操作量進(jìn)行速度控制的結(jié)構(gòu)，與其相對，在第2實(shí)施方式中，則采取在空檔范圍N以外進(jìn)行有轉(zhuǎn)矩限制的速度控制的結(jié)構(gòu)。
又，外觀上的結(jié)構(gòu)與第1實(shí)施方式相同，只是由控制裝置29以及轉(zhuǎn)換器26進(jìn)行的控制內(nèi)容不同，所以在這里援引圖1、2，并增加圖5對控制內(nèi)容進(jìn)行說明。
旋轉(zhuǎn)加速時在空檔范圍N內(nèi)的控制與第1實(shí)施方式相同，在桿操作量超過共用區(qū)間C時，機(jī)械制動器27被解除而只有位置保持控制發(fā)揮作用，旋轉(zhuǎn)體2通過該位置保持控制的作用保持在其位置上。
此時由電動機(jī)17產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩(即時保持轉(zhuǎn)矩)經(jīng)由轉(zhuǎn)換器26存儲在控制裝置29中。
又，該位置保持轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到電動機(jī)17的最大轉(zhuǎn)矩Tmax，在圖5中對該位置保持轉(zhuǎn)矩達(dá)到了該電動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Tmax的情況進(jìn)行了例示。
進(jìn)而，在桿操作量即將超過位置保持控制區(qū)間A(空檔范圍N)時，在控制裝置29中對圖5所示的與桿操作量對應(yīng)的加速轉(zhuǎn)矩(加速轉(zhuǎn)矩的最大值)和上述存儲的即時保持轉(zhuǎn)矩進(jìn)行比較，并將其中較大的轉(zhuǎn)矩設(shè)定為加速用的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩，旋轉(zhuǎn)體2通過該轉(zhuǎn)矩被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。
即，電動機(jī)17通過具有以上述設(shè)定的轉(zhuǎn)矩為最大值的轉(zhuǎn)矩限制的反饋速度控制而旋轉(zhuǎn)。
這樣，在旋轉(zhuǎn)加速時，直到就要開始旋轉(zhuǎn)之前實(shí)際產(chǎn)生的、即時保持轉(zhuǎn)矩以上的轉(zhuǎn)矩被設(shè)定為加速用的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩。因此，在傾斜地面上向上側(cè)開始旋轉(zhuǎn)的情況下，或者在強(qiáng)風(fēng)下逆風(fēng)開始旋轉(zhuǎn)的情況下，可以可靠地防止「逆行」、即旋轉(zhuǎn)體因?yàn)檗D(zhuǎn)矩不足而向反方向旋轉(zhuǎn)。
旋轉(zhuǎn)減速時在減速、即操作桿28a從圖5的空檔范圍N以外的旋轉(zhuǎn)指令位置向空檔范圍N返回時，基于圖5中的制動轉(zhuǎn)矩特性可求得與桿操作量對應(yīng)的制動轉(zhuǎn)矩。將該求得的制動轉(zhuǎn)矩和前述那樣在旋轉(zhuǎn)開始時存儲在控制裝置29中的即時保持轉(zhuǎn)矩中較大的一個設(shè)定為減速用的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩，旋轉(zhuǎn)體2通過該設(shè)定的轉(zhuǎn)矩減速。
由此，即使例如在傾斜地面上停止旋轉(zhuǎn)的情況下，由于電動機(jī)轉(zhuǎn)矩一直為與重力平衡的大小，所以不會有因制動力矩小于重力而使旋轉(zhuǎn)體2向下側(cè)逆行的危險。
又，桿操作量返回至圖5的空檔范圍N并進(jìn)入位置保持區(qū)間A時，開始位置保持控制，進(jìn)而在達(dá)到機(jī)械制動區(qū)間B后，機(jī)械制動器27發(fā)揮作用而使旋轉(zhuǎn)體2保持停止。
此時，在開始位置保持控制后，前述旋轉(zhuǎn)開始時存儲的即時保持轉(zhuǎn)矩變更為初始值，為下次存儲值的更新作準(zhǔn)備。
因此，即使每次停止旋轉(zhuǎn)時傾斜地面的傾斜度或者由負(fù)荷的有無而決定的旋轉(zhuǎn)體的重量等條件發(fā)生變動，也會重新存儲與其條件對應(yīng)的即時保持轉(zhuǎn)矩，所以可以可靠地防止旋轉(zhuǎn)加速時及減速時旋轉(zhuǎn)體2的逆行。
另外，在上述第1及第2兩實(shí)施方式中，以采用所謂并聯(lián)方式的挖掘機(jī)為應(yīng)用對象進(jìn)行了例示，所述并聯(lián)方式是以電作為旋轉(zhuǎn)動力、以液壓作為其他動作的動力，但是，本發(fā)明也可以應(yīng)用于采用所謂串聯(lián)方式的挖掘機(jī)中，所述串聯(lián)方式使用電動力作為所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動力源。
而且，在第2實(shí)施方式中，對在空檔范圍N中通過位置保持控制的作用和機(jī)械制動作用使旋轉(zhuǎn)體2保持停止的情況進(jìn)行了例示，但如上所述地在空檔范圍以外進(jìn)行有轉(zhuǎn)矩限制的速度控制的發(fā)明，也可以應(yīng)用于只通過位置保持控制使旋轉(zhuǎn)體保持停止的情況。
第3實(shí)施方式(參照圖6～圖11)圖6中示出了第3實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)控制裝置的整體結(jié)構(gòu)。
在圖6中，32為作為旋轉(zhuǎn)操作機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)操作部(例如電位器。與圖2的旋轉(zhuǎn)操作部28相同)，該旋轉(zhuǎn)操作部32通過操作桿32a進(jìn)行操作，與其操作量對應(yīng)的指令信號被輸入到作為控制機(jī)構(gòu)的控制裝置33中。
34為發(fā)動機(jī)，35為由該發(fā)動機(jī)34驅(qū)動的發(fā)電機(jī)，來自該發(fā)電機(jī)35的電力經(jīng)由發(fā)電機(jī)用轉(zhuǎn)換器36以及電動機(jī)用轉(zhuǎn)換器37被傳送至旋轉(zhuǎn)用電動機(jī)38，該旋轉(zhuǎn)用電動機(jī)38的旋轉(zhuǎn)力經(jīng)由減速機(jī)39被傳送至上部旋轉(zhuǎn)體2并使上部旋轉(zhuǎn)體2圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
40為編碼器，作為檢測旋轉(zhuǎn)用電動機(jī)38的旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度檢測機(jī)構(gòu)，通過該編碼器40檢測出的電動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度作為旋轉(zhuǎn)速度的實(shí)際值被輸入到控制裝置33中。
又，作為旋轉(zhuǎn)用電動機(jī)38的電源，除發(fā)電機(jī)35以外還設(shè)置有電池41以及電容器42，這各個電源可以恰當(dāng)?shù)剡x擇使用或者組合使用?；蛘撸部梢匀〈@些內(nèi)部電源，而是以從外部電源提供電力的方式構(gòu)成。43為電池用轉(zhuǎn)換器，44為電容器用轉(zhuǎn)換器。
而且，設(shè)置有液壓泵46，作為驅(qū)動挖掘裝置3的各壓力缸7、8、9等液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)回路45的液壓源，該液壓泵46通過泵用電動機(jī)47驅(qū)動。48為該電動機(jī)用的轉(zhuǎn)換器。
控制裝置33在自由旋轉(zhuǎn)時，通過圖7所示的速度PID反饋控制對旋轉(zhuǎn)用電動機(jī)38進(jìn)行速度控制。
即，桿操作量S作為操作量信號被輸入到控制裝置33中，并由該控制裝置33演算出與桿操作量S對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)速度的目標(biāo)值ωref。
將該目標(biāo)值ωref與通過編碼器40檢測出的旋轉(zhuǎn)速度的實(shí)際值ωs比較并求出其偏差，通過PID反饋控制將使偏差(ωref-ωs)變成0的方向的信號經(jīng)由電動機(jī)用轉(zhuǎn)換器37傳送到電動機(jī)38。
由此，如圖8所示，上部旋轉(zhuǎn)體2以與桿操作量S對應(yīng)的速度旋轉(zhuǎn)。在圖8中，Sc為上部旋轉(zhuǎn)體2開始動作的操作位置。
又，在圖7中，為了方便而將編碼器40的輸出作為旋轉(zhuǎn)速度實(shí)際值ωs進(jìn)行表示，但實(shí)際上是通過編碼器40來檢測電動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度，并將其除以減速器39的減速比而求得旋轉(zhuǎn)速度ωs的。
另一方面，在圖14所示的推壓作業(yè)時，進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制。
即，首先，判斷是否進(jìn)行推壓作業(yè)的順序如下在控制裝置33中，如圖9所示，每個控制周期b內(nèi)都對桿操作量S和旋轉(zhuǎn)動作開始位置Sc進(jìn)行比較(步驟S1、S2)，并且，將旋轉(zhuǎn)速度ωs和圖8所示的閾值ωe進(jìn)行比較(步驟S3)，所述閾值ωe預(yù)先設(shè)定為接近于0的微小值，然后，在桿操作量S比動作開始位置Sc大，而且旋轉(zhuǎn)速度的實(shí)際值ωs比閾值ωe小時(步驟S2、S3同時為YES時)，則自動地判斷為推壓作業(yè)并自動地切換為轉(zhuǎn)矩控制(步驟S4)，并通過步驟S5更新控制周期b，返回步驟S1。又，在步驟S2或者步驟S3為NO(S＜Sc或者ωs＞ωe)的情況下，則判斷為自由旋轉(zhuǎn)并進(jìn)行圖7、8的反饋速度控制(步驟S6)。
在推壓作業(yè)對象物上有凹凸的情況下或者柔軟的物體的情況下，旋轉(zhuǎn)速度有時會變?yōu)?以上，從而上述推壓作業(yè)的判定有時會不穩(wěn)定而發(fā)生誤差。在這樣的情況下，希望設(shè)置使速度控制的反饋增益下降或者使上述判定的切換延時等的誤差抑制機(jī)構(gòu)。
在轉(zhuǎn)矩控制中，如圖10、11所示，從對桿操作量S與轉(zhuǎn)矩目標(biāo)值τref的關(guān)系進(jìn)行了設(shè)定的操作量-轉(zhuǎn)矩圖表49求得目標(biāo)值τref，并將其換算成電流目標(biāo)值i ref，進(jìn)行轉(zhuǎn)矩PID反饋控制。
這樣一來，推壓作業(yè)被自動地判斷并切換為轉(zhuǎn)矩控制，通過該轉(zhuǎn)矩控制，可以如圖11所示那樣得到與桿操作量S對應(yīng)的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩，所以，可以按照操作員的意思(桿操作量)來對推壓轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。
但是，如果根據(jù)該控制方式，則在從桿為空檔、旋轉(zhuǎn)速度為0的狀態(tài)開始將桿32a操作至比圖11的動作開始位置Sc稍微深的位置的情況下，由于旋轉(zhuǎn)體2的慣性而使得速度為0，所以即使在自由旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下也會自動地開始轉(zhuǎn)矩控制。
因此，在該裝置中，如圖11所示，將動作開始位置Sc上的轉(zhuǎn)矩目標(biāo)值τref設(shè)定為比0大的值τc。
這樣，在動作開始位置Sc上旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩τc發(fā)揮作用，在如上所述那樣將桿32a操作至比圖11的動作開始位置Sc稍微深的位置的情況下，旋轉(zhuǎn)動作會迅速開始，所以速度的實(shí)際值ωs會很快達(dá)到目標(biāo)值ωref并切換成速度反饋控制。因此，可以使動作開始時的速度控制性變好。
第4及第5實(shí)施方式(參照圖12、13)
第4及第5實(shí)施方式是第3實(shí)施方式的變形方式。只對與第3實(shí)施方式的不同點(diǎn)進(jìn)行說明。
在第4實(shí)施方式中，在自由旋轉(zhuǎn)時與第3實(shí)施方式同樣地，進(jìn)行根據(jù)圖10的流程進(jìn)行的速度反饋控制，在推壓作業(yè)時，則如圖12所示那樣進(jìn)行控制(有轉(zhuǎn)矩限制的速度控制)，即基于預(yù)先設(shè)定的桿操作量-轉(zhuǎn)矩限制值圖表50，在速度反饋控制中增加與桿操作量S對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩限制。
圖12的圖表50的縱軸表示的τlim為轉(zhuǎn)矩限制值。
這樣，通過在推壓作業(yè)時進(jìn)行有轉(zhuǎn)矩限制的速度控制，可以和圖10、11的轉(zhuǎn)矩控制的情況同樣地得到與桿操作量對應(yīng)的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩，所以與第3實(shí)施方式的情況同樣地，推壓作業(yè)時的操作性良好。
又，即使在該第4實(shí)施方式及下面的第5實(shí)施方式中，也可以通過預(yù)先將動作開始位置Sc上的轉(zhuǎn)矩限制值τlim設(shè)定為比0大的值τc，來與第3實(shí)施方式同樣地使動作開始時的速度控制性變好。
在第5實(shí)施方式中，如圖13所示，在速度的實(shí)際值ωs比目標(biāo)值ωref小的情況下，判斷為所謂動力運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，在該動力運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，從速度反饋控制切換成有轉(zhuǎn)矩限制的速度反饋控制。
詳細(xì)地說，每個控制周期b內(nèi)都對速度的目標(biāo)值ωref和實(shí)際值ωs進(jìn)行比較(步驟S11、S12)，在ωref≤ωs時，進(jìn)行通常的速度反饋控制(步驟S13)。
另一方面，當(dāng)ωref＞ωs(步驟S12為YES)時，判斷為動力運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并自動地切換成第4實(shí)施方式(圖12)的有轉(zhuǎn)矩限制的速度控制(步驟S14)，在步驟S15中更新控制周期b并返回到步驟S11。
因此，在作為動力運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的一種的推壓作業(yè)的時候，與第4實(shí)施方式同樣地，通過轉(zhuǎn)矩限制作用控制電動機(jī)轉(zhuǎn)矩。
而且，根據(jù)該控制方式，即使在自由旋轉(zhuǎn)中的加速時，由于在旋轉(zhuǎn)速度的實(shí)際值ωs比目標(biāo)值ωref小的狀況下作用有有轉(zhuǎn)矩限制的速度控制作用，所以加速度受到限制而降低加速時的震動。
而且，在減速時轉(zhuǎn)矩限制并不發(fā)揮作用，所以可以以最大轉(zhuǎn)矩減速，從而可以緊急停止。
因此，在這一點(diǎn)上操作性也是良好的。
另外，在第3、第4兩實(shí)施方式中，采用了自動地判斷推壓作業(yè)并切換控制方式的結(jié)構(gòu)，但是也可以在推壓作業(yè)時由操作員操作切換開關(guān)來切換控制方式。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性根據(jù)以上所述的發(fā)明，在旋轉(zhuǎn)停止的狀態(tài)下，使機(jī)械制動器發(fā)揮作用而使旋轉(zhuǎn)體保持停止，所以不必像用位置保持控制來進(jìn)行停止保持的情況那樣一直在旋轉(zhuǎn)用電動機(jī)17中流過用于保持其位置的電流，從而節(jié)省了能量。
而且，在與速度控制的邊界部分上，位置保持控制發(fā)揮作用，所以不會像只用機(jī)械制動器進(jìn)行減速/停止的情況那樣、有制動器劇烈磨損的危險，并且，在旋轉(zhuǎn)加速·減速時也不存在由機(jī)械制動器的開·關(guān)導(dǎo)致的震動，可以得到平滑的加速·減速作用，從而旋轉(zhuǎn)操作性良好。
而且，存儲有在空檔范圍內(nèi)的位置保持控制時產(chǎn)生的即時保持轉(zhuǎn)矩，在旋轉(zhuǎn)開始時，將操作機(jī)構(gòu)的操作量和存儲的即時保持轉(zhuǎn)矩中較大的一個設(shè)定為加速用的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩，所以，在傾斜底面上向上側(cè)開始旋轉(zhuǎn)的情況下，或者在強(qiáng)風(fēng)下逆風(fēng)開始旋轉(zhuǎn)的情況下，不會有旋轉(zhuǎn)體逆行的危險，在這點(diǎn)上，可以改善旋轉(zhuǎn)操作性。
進(jìn)而，在推壓作業(yè)時，取代與操作機(jī)構(gòu)的操作量對應(yīng)的速度控制，而是進(jìn)行與操作量對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩控制，或者進(jìn)行在速度控制中增加了轉(zhuǎn)矩限制的控制，所以，在推壓作業(yè)時，可以通過操作機(jī)構(gòu)的操作按照操作員的意思來控制旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，而使推壓操作時的操作性變好。
權(quán)利要求
1.一種作業(yè)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其特征在于，構(gòu)成為，具有對旋轉(zhuǎn)體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的電動機(jī)、發(fā)出旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)指令的操作機(jī)構(gòu)、基于來自該操作機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)指令對上述電動機(jī)進(jìn)行控制的控制機(jī)構(gòu)、檢測旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度檢測機(jī)構(gòu)、產(chǎn)生機(jī)械制動力的機(jī)械制動器，其特征在于，在上述控制機(jī)構(gòu)中，設(shè)定了以上述操作機(jī)構(gòu)的操作量為0的絕對空檔點(diǎn)作為基點(diǎn)、并增加了規(guī)定寬度的空檔范圍，并且在該空檔范圍中，在上述絕對空檔點(diǎn)側(cè)設(shè)定有機(jī)械制動區(qū)間、在相反側(cè)設(shè)定有位置保持控制區(qū)間，控制機(jī)構(gòu)在上述空檔范圍中的機(jī)械制動區(qū)間內(nèi)使上述機(jī)械制動器發(fā)揮作用，在上述位置保持控制區(qū)間內(nèi)則進(jìn)行位置保持控制，由此來使上述旋轉(zhuǎn)體停止保持，而且，在空檔范圍以外，進(jìn)行與上述操作機(jī)構(gòu)的操作量對應(yīng)的速度控制。
2.如權(quán)利要求1所述的作業(yè)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其特征在于，構(gòu)成為，設(shè)定了空檔范圍中的機(jī)械控制區(qū)間和位置保持控制區(qū)間的一部分互相重疊的共用區(qū)間，控制機(jī)構(gòu)在該共用區(qū)間內(nèi)使機(jī)械制動器和位置保持控制作用這兩者都發(fā)揮作用。
3.如權(quán)利要求1或2所述的作業(yè)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其特征在于，構(gòu)成為，在旋轉(zhuǎn)減速時，在操作機(jī)構(gòu)的操作量位于位置保持控制區(qū)間內(nèi)、而且旋轉(zhuǎn)速度為預(yù)先設(shè)定的位置保持控制開始速度以下的時候，控制機(jī)構(gòu)使位置保持控制開始。
4.如權(quán)利要求1或2所述的作業(yè)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其特征在于，構(gòu)成為，在旋轉(zhuǎn)減速時，在操作機(jī)構(gòu)的操作量位于機(jī)械制動區(qū)間內(nèi)、而且旋轉(zhuǎn)速度為預(yù)先設(shè)定的制動器工作速度以下的狀態(tài)已經(jīng)持續(xù)了設(shè)定時間的時候，控制機(jī)構(gòu)使機(jī)械制動器工作。
全文摘要
一種作業(yè)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)控制裝置，在預(yù)先設(shè)定的空檔范圍內(nèi)，設(shè)定有只用機(jī)械制動器使旋轉(zhuǎn)體停止保持的區(qū)間、只用位置保持控制進(jìn)行保持的區(qū)間、使兩者同時起作用的區(qū)間。而且，將在位置保持控制時產(chǎn)生的即時保持轉(zhuǎn)矩預(yù)先存儲起來，在旋轉(zhuǎn)開始時將與操作量對應(yīng)的加速轉(zhuǎn)矩和存儲的即時保持轉(zhuǎn)矩中較大的一個設(shè)定為加速用的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩。進(jìn)而，在將鏟斗推壓在作業(yè)對象上進(jìn)行推壓作業(yè)時，進(jìn)行與操作量對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩控制。
文檔編號E02F9/22GK101067304SQ20071011037
公開日2007年11月7日 申請日期2003年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月9日
發(fā)明者菅野直紀(jì), 井上浩司, 吉松英昭, 上島衛(wèi) 申請人:神鋼建設(shè)機(jī)械株式會社, 株式會社神戶制鋼所