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技術 建設機械

出願人 日立建機株式会社
発明者 土方聖二石川広二大木孝利井村進也
出願日 2014年2月4日 (6年10ヶ月経過) 出願番号 2014-019808
公開日 2015年8月20日 (5年4ヶ月経過) 公開番号 2015-148237
状態 特許登録済
技術分野 流体圧回路(1) 掘削機械の作業制御
主要キーワード 水平押 複合レバー 作業スピード ダイヤル位置 ボトム流 中速モード 回収流量 回生方向
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (9)

課題

油圧アクチュエータからの圧油エネルギ回収するエネルギ回収装置を備え、原動機動力を変更した場合でも良好な操作性を実現できる建設機械を提供する。

解決手段

エンジン1と、油圧ポンプ2と、複数の油圧アクチュエータ31〜34と、複数のコントロールバルブ41〜44と、複数の操作装置71〜74と、エネルギ回収装置80と、作業モード切換スイッチ76と、エンジン回転数ダイヤル77と、圧力センサ75と、作業モード切換スイッチ76、エンジン回転数ダイヤル77及び圧力センサ75からの入力信号に基づいてエネルギ回収装置80により回収される圧油流量を制御するコントローラ90Aとを備える。

概要

背景

油圧アクチュエータからの戻り圧油回収するエネルギ回収装置として、例えば特許文献1記載のものがある。

特許文献1には、油圧アクチュエータからの戻り圧油で駆動される回生油圧モータと、この回生油圧モータに直結された電動機と、この電動機で発電した電力蓄電する蓄電装置とを備えたエネルギ回収装置が開示されている。

概要

油圧アクチュエータからの圧油エネルギを回収するエネルギ回収装置を備え、原動機動力を変更した場合でも良好な操作性を実現できる建設機械を提供する。エンジン1と、油圧ポンプ2と、複数の油圧アクチュエータ31〜34と、複数のコントロールバルブ41〜44と、複数の操作装置71〜74と、エネルギ回収装置80と、作業モード切換スイッチ76と、エンジン回転数ダイヤル77と、圧力センサ75と、作業モード切換スイッチ76、エンジン回転数ダイヤル77及び圧力センサ75からの入力信号に基づいてエネルギ回収装置80により回収される圧油流量を制御するコントローラ90Aとを備える。

目的

本発明は、油圧アクチュエータからの戻り圧油を回収するエネルギ回収装置を備え、原動機の動力を変更した場合でも良好な複合操作性を実現できる建設機械を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから供給される圧油により駆動される複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制御する複数のコントロールバルブと、前記複数のコントロールバルブを操作する複数の操作装置と、前記複数の油圧アクチュエータのうち特定の油圧アクチュエータからの戻り圧油により駆動される回生油圧モータを有するエネルギ回収装置とを備えた建設機械において、前記原動機の動力オペレータにより指示される値に調整する動力調整装置と、前記複数の操作装置のうち前記特定の油圧アクチュエータに対応した特定の操作装置の操作量を検出する操作量検出装置と、前記動力調整装置および前記操作量検出装置からの入力信号に基づいて前記回生油圧モータにより回収される圧油流量を制御する制御装置とを備えることを特徴とする建設機械。

請求項2

請求項1記載の建設機械において、前記原動機はエンジンであり、前記動力調整装置は、前記エンジンの回転数を設定するためのエンジン回転数設定手段であることを特徴とする建設機械。

請求項3

請求項1記載の建設機械において、前記原動機はエンジンであり、前記動力調整装置は、選択された作業モードに応じて前記エンジンの回転数を設定するための作業モード選択手段であることを特徴とする建設機械。

請求項4

請求項1〜3のいずれかに記載の建設機械において、前記エネルギ回収装置は、前記回生油圧モータに機械的に連結された発電電動機を更に有し、前記制御装置は、前記操作量検出装置および前記動力調整装置からの入力信号に基づいて前記戻り圧油の目標流量演算し、前記回生油圧モータにより回収される圧油流量が前記目標流量となるように前記発電・電動機の回転数を制御することを特徴とする建設機械。

請求項5

請求項1〜3のいずれかに記載の建設機械において、前記回生油圧モータは、可変容量型油圧モータであり、前記制御装置は、前記操作量検出装置および前記動力調整装置からの入力信号に基づいて前記戻り圧油の目標流量を演算し、前記可変容量型油圧モータにより回収される圧油流量が前記目標流量となるように前記可変容量型油圧モータの押しのけ容積を制御することを特徴とする建設機械。

技術分野

0001

本発明は、油圧アクチュエータを備えた建設機械係り、特に油圧アクチュエータからの戻り圧油回収するエネルギ回収装置を備えた建設機械に関する。

背景技術

0002

油圧アクチュエータからの戻り圧油を回収するエネルギ回収装置として、例えば特許文献1記載のものがある。

0003

特許文献1には、油圧アクチュエータからの戻り圧油で駆動される回生油圧モータと、この回生油圧モータに直結された電動機と、この電動機で発電した電力蓄電する蓄電装置とを備えたエネルギ回収装置が開示されている。

先行技術

0004

特開2000−136806号公報

発明が解決しようとする課題

0005

建設機械で作業を行う際、一般的にオペレータは、エンジン回転数最大回転数に設定した状態で作業機を操作する。しかし、微操作時など作業機を緩やかに動作させたい場合やエンジン動力を抑えて燃費を向上させたい場合など、エンジン回転数ダイヤル低位置に調節することにより、あるいは作業モード切換スイッチを例えばスピード優先モードから燃費優先モード切り換えることにより、エンジン回転数を低めに設定した状態で操作する場合がある。

0006

一般的な建設機械では、エンジン回転数を下げると油圧ポンプ吐出流量が減少し、作業機を駆動する複数の油圧アクチュエータの速度もそれぞれ同等の割合で低下するため、エンジン回転数を低めに設定した状態で最大回転数設定時と同様の複合レバー操作を行った場合、作業機は、動作速度が低下する点を除けば、最大回転数設定時と同様に動作する(複合操作性は悪化しない)。

0007

これに対し、複数の油圧アクチュエータのうち特定の油圧アクチュエータに特許文献1記載のエネルギ回収装置を設けた建設機械では、この特定の油圧アクチュエータの回生方向の速度は、油圧ポンプの吐出流量ではなく回収油圧モータ回収流量で決まるため、エンジン回転数を低めに設定しても最大回転数設定時と変わらない。そのため、エンジン回転数を低めに設定した状態で最大回転数設定時と同様の複合レバー操作を行った場合、他の油圧アクチュエータの速度が低下する一方、エネルギ回収装置を設けた特定の油圧アクチュエータの回生方向の速度は低下しないため、作業機は最大回転数設定時とは異なる動作をする(複合操作性が悪化する)。

0008

例えば、エネルギ回収装置をブームシリンダボトム側に設けた油圧ショベルにおいて、エンジン回転数を低めに設定した状態で、バケットを水平前方に押し出す水平押し動作(ブーム下げ動作とアームダンプ動作複合動作)を最大回転数設定時と同様の複合レバー操作で行おうとすると、アームダンプ速度に対してブーム下げ速度が速すぎるため、バケットを水平前方に押し出す前にバケットが地面に接触してしまう恐れがある。

0009

本発明は、油圧アクチュエータからの戻り圧油を回収するエネルギ回収装置を備え、原動機の動力を変更した場合でも良好な複合操作性を実現できる建設機械を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0010

(1)上記目的を達成するために、本発明は、原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから供給される圧油により駆動される複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制御する複数のコントロールバルブと、前記複数のコントロールバルブを操作する複数の操作装置と、前記複数の油圧アクチュエータのうち特定の油圧アクチュエータからの戻り圧油により駆動される回生油圧モータを有するエネルギ回収装置とを備えた建設機械において、前記原動機の動力をオペレータにより指示される値に調整する動力調整装置と、前記複数の操作装置のうち前記特定の油圧アクチュエータに対応した特定の操作装置の操作量を検出する操作量検出装置と、前記動力調整装置および前記操作量検出装置からの入力信号に基づいて前記回生油圧モータにより回収される圧油流量を制御する制御装置とを備えるものとする。

0011

このように構成した本発明においては、油圧アクチュエータからの圧油エネルギを回収するエネルギ回生装置を備えた建設機械において、原動機の動力を変更した場合でも良好な操作性を実現できる。

0012

(2)上記(1)において、好ましくは、前記原動機はエンジンであり、前記動力調整装置は、前記エンジンの回転数を設定するためのエンジン回転数設定手段である。

0013

(3)上記(1)において、好ましくは、前記原動機はエンジンであり、前記動力調整装置は、選択された作業モードに応じて前記エンジンの回転数を設定するための作業モード選択手段である。

0014

(4)上記(1)〜(3)のいずれかにおいて、好ましくは、前記エネルギ回収装置は、前記回生油圧モータに機械的に連結された発電・電動機を更に有し、前記制御装置は、前記操作量検出装置および前記動力調整装置からの入力信号に基づいて前記戻り圧油の目標流量演算し、前記回生油圧モータにより回収される圧油流量が前記目標流量となるように前記発電・電動機の回転数を制御する。

0015

(5)上記(1)〜(3)のいずれかにおいて、好ましくは、前記回生油圧モータは、可変容量型油圧モータであり、前記制御装置は、前記操作量検出装置および前記動力調整装置からの入力信号に基づいて前記戻り圧油の目標流量を演算し、前記可変容量型油圧モータにより回収される圧油流量が前記目標流量となるように前記可変容量型油圧モータの押しのけ容積を制御する。

発明の効果

0016

本発明によれば、油圧アクチュエータからの圧油エネルギを回収するエネルギ回生装置を備えた建設機械において、原動機の動力を変更した場合でも良好な操作性を実現できる。

図面の簡単な説明

0017

本発明の実施の形態に係る油圧ショベルの外観を示す図である。
第1の実施の形態に係る油圧制御システムの全体構成を示す図である。
第1の実施の形態に係るコントローラ制御ブロック図を示す図である。
エンジン回転数ダイヤル位置目標エンジン回転数との関係を示す図である。
ブーム下げ側パイロット圧目標ボトム流量との関係を示す図である。
目標エンジン回転数と目標ボトム流量の調整係数との関係を示す図である。
第2の実施の形態に係る油圧制御システムの全体構成を示す図である。
第2の実施の形態に係るコントローラの制御ブロック図を示す図である。

実施例

0018

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

0019

<第1の実施の形態>
〜構成〜
本発明の第1の実施の形態について図1図6を用いて説明する。

0020

図1は、本発明の実施の形態に係る建設機械の一例としての油圧ショベルの外観を示す図である。図1において、油圧ショベルは下部走行体100と上部旋回体200とショベル機構300とを備えている。

0021

下部走行体100は、一対のクローラ101およびクローラフレーム102、各クローラを独立に駆動する一対の走行油圧モータ35(全て片側のみ図示)とを備えている。

0022

上部旋回体200は、旋回フレーム201を有し、旋回フレーム201上には、原動機としてのエンジン1、エンジン1により駆動される油圧ポンプ2、下部走行体100に対して上部旋回体200(旋回フレーム201)を旋回駆動する旋回油圧モータ34、コントロールバルブ4等が搭載されている。

0023

ショベル機構300は、上部旋回体200に上下方向に回動可能に取り付けられている。ショベル機構300は、ブーム301とアーム302とバケット303とを有し、ブーム301はブームシリンダ31の伸縮により上下方向に回動し、アーム302はアームシリンダ32の伸縮により上下・前後方向に回動し、バケット303はバケットシリンダ33の伸縮により上下・前後方向に回動する。

0024

図2は、第1の実施の形態に係る建設機械の一例としての油圧ショベルに搭載される油圧制御システムの全体構成を示す図である。図2に示す油圧制御システムは、エンジン1(原動機)と、油圧ポンプ2と、ブームシリンダ31と、アームシリンダ32と、バケットシリンダ33と、旋回油圧モータ34と、コントロールバルブ4(図1に示す)内に設けられたスプールバルブ41〜44と、パイロット油圧ポンプ6と、操作装置71〜74と、エネルギ回収装置80と、制御装置としてのコントローラ90とを備えている。なお、図2において、上記以外の油圧アクチュエータ(走行油圧モータ等)の駆動を制御する油圧回路部分については図示を省略している。

0025

油圧ポンプ2は、スプールバルブ41〜44及びアクチュエータ油路51a,51b,52a,52b,53a,53b,54a,54bを介して油圧アクチュエータ31〜34に接続されている。スプールバルブ41〜44が図示中立位置から左右いずれかの方向に操作されると、油圧ポンプ2から吐出された圧油がスプールバルブ41〜44の左右位置に形成されたメータイン油路を介して油圧アクチュエータ31〜34に供給される。ブームシリンダ31を除く油圧アクチュエータ32〜34から排出される戻り圧油は、それぞれスプールバルブ42〜44の左右位置に形成されたメータアウト油路を介してタンクに戻される。ブーム上げ動作時にブームシリンダ31のロッド側室から排出される戻り圧油は、スプールバルブ41の左位置A1に形成されたメータアウト油路を介してタンクに戻される。スプールバルブ41の右位置B1にはメータアウト油路は形成されておらず、ブーム下げ動作時にブームシリンダ31のボトム側室から排出される戻り圧油(以下、ボトム流量)は、回生油路56及びエネルギ回収装置80を介してタンクに戻される。

0026

スプールバルブ41〜44の左右パイロット受圧部41a,41b,・・・,44a,44bは、左右パイロット油路71a,71b,・・・,74a,74bを介してそれぞれ操作装置71〜74の出力ポートに接続されている。操作装置71〜74の入力ポートは、パイロット油路61を介してパイロット油圧ポンプ6に接続されている。操作装置71〜74は、パイロット油圧ポンプ6の吐出圧(以下、パイロット一次圧)を元圧として、それぞれに設けられた操作レバー71c〜74cの操作量に応じたパイロット圧を生成し、パイロット油路71a,71b,・・・,74a,74bに出力する。スプールバルブ41〜44は、パイロット油路71a,71b,・・・,74a,74bを介して左右パイロット受圧部41a,41b,・・・,44a,44bに導かれたパイロット圧に応じて、図示中立位置から左右いずれかの方向に操作される。

0027

ブームシリンダ31のボトム側室とスプールバルブ41とを接続するアクチュエータ油路51b(以下、ボトム側油路)には、ボトム側室に圧油を供給する方向(ブーム上げ方向)の流れを許容し、ボトム側室から圧油を排出する方向(ブーム下げ方向)の流れを防止するパイロットチェック弁55が設けられている。パイロットチェック弁55は、ブームシリンダ31のボトム側室からの不用意な圧油排出(ブーム落下)を防止するためのものである。パイロットチェック弁55には、ブーム下げ側パイロット油路71bを介してブーム下げ側パイロット圧P2が導かれる。ブーム下げ側パイロット圧P2が所定の圧力P2min(後述)を超えると、パイロットチェック弁55は開放状態となり、ブーム下げ方向の流れが許容される。

0028

ブーム下げ側パイロット油路71bには圧力センサ75が設けられており、圧力センサ75は、操作レバー71cをブーム下げ側に操作したときに操作装置71から出力されるブーム下げ側パイロット圧P2を電気信号に変換し、コントローラ90に出力する。圧力センサ75は、操作レバー71c(操作装置71)のブーム下げ側の操作量を検出する操作量検出装置を構成している。

0029

エネルギ回収装置80は、回生油路56を介してボトム側油路51bに接続されている。回生油路56には、図示閉位置(E位置)と開位置(F位置)との間で切換可能なパイロット切換弁57が設けられており、パイロット切換弁57のパイロット受圧部57aは、パイロット油路62を介してパイロット油路61に接続されている。パイロット油路62には、図示閉位置(C位置)と開位置(D位置)との間で切換可能な電磁切換弁58が設けられている。電磁切換弁58のソレノイド部58aは、コントローラ90に接続されている。コントローラ90からの制御信号CS58により電磁切換弁58が図示閉位置(C位置)から開位置(D位置)に切換操作されると、パイロット切換弁57のパイロット受圧部57aに、パイロット圧油路62を介してパイロット一次圧が導かれる。これにより、パイロット切換弁57が図示閉位置(E位置)から開位置(F位置)に切り換わり、ボトム側油路51bとエネルギ回収装置80とを接続する回生油路56が連通する。

0030

エネルギ回収装置80は、回生油路56に接続された定容量型の回生油圧モータ81と、回生油圧モータ81に機械的に連結された電動機82と、インバータ83と、チョッパ84と、蓄電装置85とを備えている。回生油路56を介して供給されるブームシリンダ31のボトム流量により回生油圧モータ81が駆動され、電動機82が発電する。電動機82により発電された電力は、インバータ83及びチョッパ84により電圧制御され、蓄電装置85に蓄電される。蓄電装置85に蓄電された電力は、例えばエンジン1の駆動をアシストするアシスト電動機(図示せず)等の駆動に利用される。インバータ83は、コントローラ90に接続されており、コントローラ90からの制御信号CS83に応じて電動機82の回転数を制御する。電動機82の回転数を制御することにより、回生油圧モータ81の回生流量(ブームシリンダ31のボトム流量)が制御される。

0031

その他、本実施の形態に係る油圧制御システムは、作業モード切換スイッチ76とエンジン回転数ダイヤル77とを備えている。作業モード切換スイッチ76は、油圧ショベルの作業モードを選択するためのものである。本実施の形態に係る油圧ショベルでは、高速モード作業スピード優先モード),中速モード低速モード(燃費優先モード)のうちいずれかの作動モードを選択可能であり、選択された作業モードに応じてエンジン1の回転数が設定される。エンジン回転数ダイヤル77は、エンジン1の回転数を最小回転数Nminから最大回転数Nmaxの間で設定するためのものである。作業モード切換スイッチ76及びエンジン回転数ダイヤル77のそれぞれは、エンジン1(原動機)の動力を調整する動力調整装置を構成している。

0032

コントローラ90は、圧力センサ75、作業モード切換スイッチ76、及びエンジン回転数ダイヤル77からの入力信号IS75,IS76,IS77を演算処理することにより、エンジン1、電磁切換弁58、及びインバータ83をそれぞれ制御するための制御信号CS1,CS58,CS83を生成し、各々に出力する。これにより、エンジン1の回転数および回生油圧モータ81の回生流量(ブームシリンダ31のボトム流量)が制御される。

0033

〜制御〜
図3は、コントローラ90の制御ブロックを示す図である。コントローラ90の制御ブロックは、エンジン制御ブロック91(図示下側)と回生制御ブロック92(図示上側)とで構成されている。

0034

まず、エンジン制御ブロック91について説明する。エンジン制御ブロック91は、作業モード切換スイッチ76(図2に示す)から入力される作業モード切換信号IS76とエンジン回転数ダイヤル77(図2に示す)から入力されるエンジン回転数ダイヤル位置信号IS77とに応じてエンジン1(図2に示す)の回転数を制御するものであり、目標エンジン回転数決定部911と出力変換部913とで構成されている。目標エンジン回転数決定部911は、設定テーブル912を参照し、作業モード切換信号IS76とエンジン回転数ダイヤル位置信号IS77とに応じて目標エンジン回転数TENを決定し、出力変換部913および回生制御ブロック92に出力する。

0035

図4は、図3に示した設定テーブル912の詳細を示す図である。設定テーブル912は、3つの作動モード(高速モードa,中速モードb,低速モードc)毎にエンジン回転数ダイヤル位置と目標エンジン回転数とを対応づけるものであり、予めコントローラ90(図2に示す)内のメモリ等に記憶されている。図4において、エンジン回転数ダイヤル位置が最小位置Dminよりも低い位置にあるときは、全ての作動モードa〜bで目標エンジン回転数は最少回転数Nminとなり、最小位置Dminを超えるとダイヤル位置に応じて増加し、作業モードa〜b毎に設定されている上限回転数Nhi,Nmid,Nlowまで増加する。ここで、高速モードaにおける上限回転数Nhiとして、エンジン1の最大回転数Nmaxが設定されている。

0036

図3戻り、出力変換部913は、目標エンジン回転数決定部911から入力された目標エンジン回転数TENを、エンジン回転数を制御するためのエンジン制御信号CS1に変換し、エンジン1に出力する。これにより、エンジン回転数は、作業モード切換スイッチ76およびエンジン回転数ダイヤル77に応じて決定された目標エンジン回転数TENと一致するよう制御される。

0037

次に、回生制御ブロック92について説明する。回生制御ブロック92は、圧力センサ75から入力されるブーム下げ側パイロット圧信号IS75とエンジン制御ブロック91から入力される目標エンジン回転数TENとに応じて回生油圧モータ81の回生流量(ブームシリンダ31のボトム流量)を制御するものであり、目標ボトム流量決定部921と、乗算部923と、調整係数決定部924と出力変換部926,927とで構成されている。ブーム下げ側パイロット信号IS75は、目標ボトム流量決定部921と出力変換部927とに入力され、目標エンジン回転数TENは調整係数決定部924に入力される。

0038

目標ボトム流量決定部921は、設定テーブル922を参照し、ブーム下げ側パイロット圧P2に対応する目標ボトム流量を決定し、乗算部923に出力する。

0039

図5は、図3に示した設定テーブル922の詳細を示す図である。設定テーブル922は、ブーム下げ側パイロット圧P2と目標ボトム流量とを対応づけるものであり、予めコントローラ90(図2に示す)内のメモリ等に記憶されている。図5に示すブーム下げ側パイロット圧P2とボトム流量との関係は、エンジン回転数を最大回転数Nmaxに設定した状態でブームシリンダ31のボトム流量を通常のスプールバルブのメータアウト油路を介して制御した場合の関係と同等である。目標ボトム流量は、ブーム下げ側パイロット圧P2が圧力P2minより低いときはゼロであり、所定の圧力P2minを超えるとブーム下げ側パイロット圧P2に応じて増加する。ここで、所定の圧力P2minは、スプールバルブ41(図2に示す)に設けられたバネ付勢力によって設定されている。

0040

図3に戻り、出力変換部927は、ブーム下げ側パイロット圧信号IS75を電磁切換弁58の制御信号CS58に変換し、電磁切換弁58のソレノイド部58a(図2に示す)に出力する。具体的には、ブーム下げ側パイロット圧P2が所定の圧力P2minより低いときは電磁切換弁58を閉位置に切り換えるOFF信号を出力する、所定の圧力P2minを超えたときは開位置に切り換えるON信号を出力する。これにより、操作装置71の操作レバー71cがブーム下げ側に操作され、ブーム下げ側パイロット圧P2が所定の圧力P2minを超えると、電磁切換弁58が開位置に切り換わると共にパイロット切換弁57が開位置に切り換わり、ボトム側油路51bとエネルギ回収装置80とが連通する。

0041

調整係数決定部924は、設定テーブル925を参照し、エンジン制御ブロック91から入力された目標エンジン回転数TENに応じて調整係数を決定し、乗算部923に出力する。

0042

図6は、図3に示した設定テーブル925の詳細を示す図である。設定テーブル925は、目標エンジン回転数TENと目標ボトム流量の調整係数とを対応づけるものであり、予めコントローラ90(図2に示す)内のメモリ等に記憶されている。図6において、目標エンジン回転数TENが最大回転数Nmaxのときに1(最大)となり、目標エンジン回転数TENが低下するに従って調整係数は減少する。

0043

図3に戻り、乗算部923は、目標ボトム流量決定部921から入力された目標ボトム流量と調整係数決定部924から入力された調整係数(0〜1)とを乗算し、出力変換部926に出力する。出力変換部926は、乗算部923から出力された調整後目標ボトム流量をインバータ制御信号CS83に変換し、インバータ83に出力する。これにより、電動機82の回転数は、回生油圧モータ81の回生流量が調整後目標ボトム流量と一致するよう制御される。

0044

〜動作〜
上記のように構成された油圧ショベルにおいて、作業モード切換スイッチ76を高速モードaに設定すると共にエンジン回転数ダイヤル77を最大位置Dmaxに設定した状態で、水平押し動作(ブーム下げ動作+アームダンプ動作の複合動作)を行った場合の油圧制御システムの動作について説明する。

0045

作業モード切換スイッチ76が高速モードaに設定されると共にエンジン回転数ダイヤル77が最大位置Dmaxに設定されているため、目標エンジン回転数決定部911(図3に示す)は、目標エンジン回転数TENとして最大回転数Nmaxを出力する。これによりエンジン回転数は、最大回転数Nmaxとなるよう制御される。

0046

水平押し動作を行う際、オペレータは、バケット303(図1に示す)が水平前方に押し出されるように、操作レバー71c,72c(図2に示す)を、それぞれブーム下げ方向D2とアームダンプ方向D4に、かつそれぞれの操作量の比率を適切に保ちながら操作する。この時の操作レバー71c,72cの操作量をそれぞれL2h,L4hとし、操作装置71,72からパイロット油路71b,72bに出力されるブーム下げ側パイロット圧P2及びアームダンプ側パイロット圧P4をそれぞれP2h,P4hとする。

0047

スプールバルブ42がアームダンプ側パイロット圧P4hに応じて図示右位置(B2位置)に操作されると、メータイン油路の開口面積に応じてアームシリンダ32のロッド側室に圧油が供給されると共にメータアウト油路の開口面積に応じてアームシリンダ32のボトム側室から圧油が排出され、アームシリンダ32は縮小動作する。この時のアームシリンダ32の縮小速度をV2hとする。

0048

スプールバルブ41がブーム下げ側パイロット圧P2hに応じて図示右位置(B1位置)に操作されると、メータイン油路の開口面積に応じた流量がブームシリンダ31のヘッド側室に圧油が供給される。ブーム下げ側パイロット圧P2hがパイロットチェック弁55に導かれることにより、パイロットチェック弁55は開放状態となる。コントローラ90からの制御信号CS58により、電磁切換弁58が開位置(D位置)に切換操作される。パイロット受圧部57aにパイロット油路62を介してパイロット一次圧が導かれることにより、パイロット切換弁57は開位置(F位置)に切換操作される。回生油路56が連通することにより、ブームシリンダ31のボトム流量がエネルギ回収装置80により回収される。

0049

この時、目標ボトム流量決定部921(図3に示す)は、ブーム下げ側パイロット圧P2h(操作レバー71cの操作量L2h)に応じた目標ボトム流量を出力する。目標エンジン回転数決定部911は、作業モードとして高速モードaが選択され、エンジン回転数ダイヤル位置が最大位置Dmaxに設定されているため、目標エンジン回転数TENとして最大回転数Nmaxを出力する。調整係数決定部924は、設定テーブル925を参照し、目標エンジン回転数TEN(最大回転数Nmax)に対応する調整係数として1を出力する。乗算部923は、目標ボトム流量と調整係数1とを乗算した結果(目標ボトム流量)を出力する。これにより、ブーム下げ側パイロット圧P2h(操作レバー71cの操作量L2h)に応じたボトム流量がエネルギ回収装置80により回収され、ブームシリンダ31は縮小動作する。この時のブームシリンダ31の縮小速度をV1hとする。

0050

次に、作業モード切換スイッチ76を低速モードcに設定すると共にエンジン回転数ダイヤル77を最大位置Dmaxに設定した状態で、操作レバー71c,72cを最大回転数Nmax設定時と同様に操作した場合の動作について説明する。なお、パイロット一次圧はエンジン回転数によらず一定に保たれており、操作レバー71c〜74cの操作量が等しければ、操作装置71〜74から出力されるパイロット圧は等しくなるものとして以下説明する。

0051

作業モード切換スイッチ76が低速モードcに設定されると共にエンジン回転数ダイヤル77が最大位置Dmaxに設定されているため、目標エンジン回転数決定部911(図3に示す)からは目標エンジン回転数TENとして低速モードcの上限回転数Nlow(図4に示す)が出力される。これによりエンジン回転数は、低速モードcの上限回転数Nlowとなるよう制御される。

0052

スプールバルブ42がアームダンプ側パイロット圧P4hに応じて図示右側(B2位置)に操作されると、メータイン油路の開口面積に応じた流量がアームシリンダ32のロッド側油室に供給され、アームシリンダ32が縮小動作する。この時、エンジン1の回転数が最大回転数Nmaxよりも低いNlowに設定されているため、油圧ポンプ2の吐出流量も低下する。この時の油圧ポンプ2の吐出流量が、例えば最大回転数Nmax設定時の60%程度に低下したとすると、ロッド側室に供給される流量も60%程度に低下するため、アームシリンダ32の縮小速度は最大回転数Nmax設定時の60%程度(0.6*V2h)に低下する。

0053

スプールバルブ41がブーム下げ側パイロット圧P2hに応じて図示右側(B1位置)に操作されると、メータイン油路の開口面積に応じた流量がブームシリンダ31のヘッド側室に供給される。ブームシリンダ31のヘッド側室に供給される流量は、上述したアームシリンダ32の場合と同様、最大回転数Nmax設定時の60%程度に低下する。

0054

一方、ブームシリンダ31のボトム流量は、最大回転数Nmax設定時と同様、エネルギ回収装置80により回収される。この時、目標ボトム流量決定部921(図3に示す)は、最大回転数Nmax設定時と同様、ブーム下げ側パイロット圧P2h(操作レバー71cの操作量L2h)に応じた目標ボトム流量を出力する。調整係数決定部924は、設定テーブル925を参照し、目標エンジン回転数TEN(低速モードcの上限回転数Nlow)に対応する調整係数として0.6を出力する。乗算部923は、目標ボトム流量と調整係数0.6とを乗算した結果として調整後目標ボトム流量(=0.6*目標ボトム流量)を出力する。これにより、エネルギ回収装置80により回収されるボトム流量は、最大回転数Nmax設定時の60%程度に低下し、ブームシリンダ31の縮小速度は、最大回転数Nmax設定時の60%程度(0.6*V1h)に低下する。このように、アームシリンダ32の縮小速度とブームシリンダの縮小速度が共に最大回転数Nmax設定時の60%程度(0.6*V2h及び0.6*V1h)に低下するため、最大回転数Nmax設定時と同様のレバー操作により水平押し動作が実現される。以上、水平押し動作の場合について説明したが、ブーム下げ動作を伴う他の複合動作についても同様である。

0055

〜効果〜
上記のように構成した第1の実施の形態に係る油圧ショベルでは、エンジン回転数を最大回転数より低く設定した状態で複合動作を行った場合でも、エネルギ回収装置80を設けた油圧アクチュエータ(ブームシリンダ31)の回生時(ブーム下げ時)の速度と他の油圧アクチュエータ32〜34の速度とが同等の割合で低下するため、良好な操作性を実現できる。

0056

<第2の実施の形態>
本発明の第2の実施の形態について図7および図8を用いて説明する。

0057

図7は、第2の実施の形態に係る油圧制御システムの全体構成を示す図である。図7において、第2の実施の形態に係る油圧制御システムの第1の実施の形態に係る油圧制御システム(図2に示す)との相違点は、定容量型の回生油圧モータ81(図2に示す)に代えて、傾転角レギュレータ86aを有する可変容量型回生油圧モータ86を備え、傾転角レギュレータ86aを、コントローラ90(図2に示す)に代えて備えたコントローラ90Aから出力される制御信号CS86により制御する構成とした点である。

0058

図8は、本実施の形態に係るコントローラ90Aの制御ブロックを示す図である。図8において、第2の実施の形態に係る制御ブロックの第1の実施の形態に係る制御ブロック(図3に示す)との相違点は、回生制御ブロック92(図3に示す)に代えて回生制御ブロック92Aを備えている点である。第2の実施の形態に係る回生制御ブロック92Aの第1の回生制御ブロック92(図3に示す)との相違点は、出力変換部926(図3に示す)に代えて出力変換部926Aを備え、除算部928と出力変換部929とを更に備えている点である。

0059

出力変換部926Aは、予め設定されている電動機82の目標回転数(以下、目標電動機回転数TMN)をインバータ制御信号CS83Aに変換し、インバータ83に出力する。これにより、電動機82の回転数は、目標電動機回転数TMNと一致するよう制御される。除算部928は、乗算部923から入力された目標ボトム流量を目標電動機回転数TMNで除算し、可変容量型回生油圧モータ86の1回転当たりの目標押しのけ容積(=調整後目標ボトム流量/目標電動機回転数TMN)を出力変換部929に出力する。出力変換部929は、目標押しのけ容積を傾転角レギュレータ86aを制御するための傾転制御信号CS86に変換し、傾転角レギュレータ86aに出力する。これにより、可変容量型回生油圧モータ86の押しのけ容積は目標押しのけ容積と一致するように制御される。

0060

このように構成した本実施の形態に係る油圧制御システムでは、電動機82の回転数が目標電動機回転数TMNと一致するよう制御され、かつ可変容量型回生油圧モータ86の押しのけ容積が目標押しのけ容積(=調整後目標ボトム流量/目標電動機回転数TMN)と一致するよう制御されることにより、第1の実施の形態と同様、ブームシリンダ31のボトム流量が調整後目標ボトム流量と一致するよう制御される。従って、本実施の形態に係る油圧ショベルにおいても第1の実施の形態と同様の効果が得られる。

0061

<変形例>
なお、本発明は、上述の第1及び第2の実施の形態に限定されるものではなく、以下のように種々の変形例が可能である。

0062

1.本発明は、エンジン及びアシスト電動機を原動機として備えたハイブリッド型油圧ショベルや、電動モータを原動機として備えた電動油圧ショベル等にも適用可能である。

0063

2.回生油圧モータ81,81Aによりエンジン1の駆動を直接にアシストする構成としても良い。

0064

3.回生油圧モータ81,82Aにより、エンジン1又は旋回油圧モータ34の駆動をアシストするアシスト電動機を駆動する構成としても良い。

0065

4.回生油圧モータ81,81Aにより油圧ポンプを駆動し、その圧油エネルギを油圧アクチュエータの駆動に直接利用し、あるいはアキュムレータに一旦蓄圧した上で利用する構成としても良い。

0066

1エンジン(原動機)
2油圧ポンプ
4コントロールバルブ
6パイロット油圧ポンプ
31ブームシリンダ
32アームシリンダ
33バケットシリンダ
34旋回油圧モータ
35走行油圧モータ
41,42,43,44スプールバルブ
41a,41b,42a,42b,43a,43b,44a,44bパイロット受圧部
51a,51b,52a,52b,53a,53b,54a,54bアクチュエータ油路
55パイロットチェック弁
56回生油路
57パイロット切換弁
57a パイロット受圧部
58電磁切換弁
58aソレノイド部
61,62パイロット油路
71,72,73,74操作装置
71c,72c,73c,74c操作レバー
71a,71b,72a,72b,73a,73b,74a,74b パイロット油路
75圧力センサ(操作量検出装置)
76作業モード切換スイッチ(動力調整装置)
77エンジン回転数ダイヤル(動力調整装置)
80エネルギ回収装置
81回生油圧モータ
82電動機
83インバータ
84チョッパ
85蓄電装置
86可変容量型回生油圧モータ
86a傾転角レギュレータ
90,90Aコントローラ(制御装置)
91エンジン制御ブロック
100下部走行体
101クローラ
102クローラフレーム
200上部旋回体
201旋回フレーム
300ショベル機構
301ブーム
302アーム
303バケット
911目標エンジン回転数決定部
912 設定テーブル
913出力変換部
92,92A回生制御ブロック
921目標ボトム流量決定部
922 設定テーブル
923乗算部
924調整係数決定部
925 設定テーブル
926,926A 出力変換部
927 出力変換部
928除算部
929 出力変換部

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