JP2011202457A - Controller for hybrid construction machine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えばパワーショベル等の建設機械の駆動源を制御する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device that controls a drive source of a construction machine such as a power shovel.
例えば、パワーショベル等の建設機械においては、特許文献1に示すように、ブームシリンダの下降時の戻り油を利用して油圧モータを回転し、この油圧モータの駆動力で電動・発電機を回すことが従来から知られている。
For example, in a construction machine such as a power shovel, as shown in
上記のようにした従来の装置では、ブームシリンダの下降時にオペレータが急に操作弁を中立位置に戻したときに、ブームシリンダと油圧モータとを連通させる電磁開閉弁に切り換え遅れが発生することがある。
このように電磁開閉弁の切り換え遅れが発生すると、その遅れ分だけブームシリンダの戻り油が大量に油圧モータ側に流れてしまう。この大量の戻り油によって、油圧モータのトルクが電動・発電機の吸収トルク以上になることがあるが、このように油圧モータのトルクが電動・発電機の吸収トルク以上になると、電動・発電機は自衛動作をしてその発電機能を停止してしまう。
このために油圧モータは、その負荷が小さくなって高速回転をし、上記ブームシリンダのエネルギーを吸収できなくなるので、上記のようにブームシリンダは逸走し、所定の位置に停止できなくなる。
In the conventional apparatus as described above, when the operator suddenly returns the operation valve to the neutral position when the boom cylinder is lowered, a switching delay may occur in the electromagnetic on-off valve that connects the boom cylinder and the hydraulic motor. is there.
When a switching delay of the electromagnetic on-off valve occurs in this way, a large amount of return oil from the boom cylinder flows to the hydraulic motor side by that delay. This large amount of return oil may cause the torque of the hydraulic motor to exceed the absorption torque of the electric / generator. If the torque of the hydraulic motor exceeds the absorption torque of the electric / generator in this way, the electric / generator Will self-defense and stop its power generation function.
For this reason, the hydraulic motor rotates at a high speed with a reduced load, and cannot absorb the energy of the boom cylinder, so that the boom cylinder escapes and cannot stop at a predetermined position as described above.
一方、上記ブームシリンダと油圧モータを連通させる通路にリリーフ弁を設けているが、上記のようにブームシリンダからの戻り油が流れて、その圧力がリリーフ弁の設定圧以上になったときには、このリリーフ弁が開いて上記戻り油をタンクに流し続けてしまう。このように戻り油がタンクに流れてしまえば、ブームシリンダは逸走し、所定の位置に停止できなくなる。そのためにオペレータは安心して操作できなくなるという問題があった。 On the other hand, a relief valve is provided in the passage connecting the boom cylinder and the hydraulic motor. When return oil flows from the boom cylinder and the pressure exceeds the set pressure of the relief valve as described above, The relief valve opens and the return oil continues to flow into the tank. If the return oil flows into the tank in this way, the boom cylinder runs away and cannot stop at a predetermined position. Therefore, there is a problem that the operator cannot operate with peace of mind.
この発明の目的は、ブームシリンダ等アクチュエータの下降時にオペレータが急にそれを停止させようとしたときにも、オペレータに操作上の違和感を持たせないでアクチュエータを確実に停止させることができるハイブリッド建設機械の制御装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a hybrid construction capable of reliably stopping an actuator without causing the operator to feel uncomfortable even when the operator suddenly stops the actuator when the actuator such as a boom cylinder descends. It is to provide a machine control device.
第1の発明は、操作弁を介してメインポンプと接続したアクチュエータと、このアクチュエータの戻り油の一部を回生して回転する可変容量型の油圧モータと、この油圧モータの傾転角を制御するレギュレータと、油圧モータの駆動力で回転する電動・発電機とを備えている。
そして、上記レギュレータは、油圧モータに導かれる上記アクチュエータからの圧力によって、電動・発電機の吸収トルク以上に油圧モータの出力トルクが作用しないように、油圧モータの傾転角を制御して当該油圧モータの1回転当たりの押し除け容積を小さくする構成にしている。
The first invention controls an actuator connected to a main pump through an operation valve, a variable displacement hydraulic motor that regenerates and rotates part of the return oil of the actuator, and a tilt angle of the hydraulic motor And a motor / generator that rotates by the driving force of the hydraulic motor.
The regulator controls the tilt angle of the hydraulic motor so that the output torque of the hydraulic motor does not act beyond the absorption torque of the motor / generator due to the pressure from the actuator guided to the hydraulic motor. The push-out volume per rotation of the motor is reduced.
第2の発明は、上記アクチュエータとレギュレータとを結ぶ通路にリリーフ弁を接続するとともに、このリリーフ弁の上流側に絞りを設けている。 In the second invention, a relief valve is connected to a passage connecting the actuator and the regulator, and a throttle is provided on the upstream side of the relief valve.
第1の発明によれば、油圧モータ入口圧が高くなっても、油圧モータ出力トルクが電動・発電機の吸収トルク以上にならないように、レギュレータは油圧モータの押し除け容積を小さくするので、油圧モータのトルクが上記電動・発電機の吸収トルクの範囲内に保たれる。
上記のように油圧モータのトルクが電動・発電機の吸収トルクの範囲内に保たれるので、油圧モータの入口圧、即ち、アクチュエータの制動圧を高くすることができ、アクチュエータの制動力が増大する。したがって、オペレータが当該アクチュエータを急停止させようとしたときにも、その制動距離に違和感を与えずに停止させることができ、オペレータは安心して操作することができるとともに、安全性も向上する。
According to the first aspect of the invention, the regulator reduces the displacement volume of the hydraulic motor so that the hydraulic motor output torque does not exceed the absorption torque of the electric / generator even when the hydraulic motor inlet pressure increases. The torque of the motor is kept within the range of the absorption torque of the motor / generator.
Since the torque of the hydraulic motor is maintained within the range of the absorption torque of the electric / generator as described above, the inlet pressure of the hydraulic motor, that is, the braking pressure of the actuator can be increased, and the braking force of the actuator is increased. To do. Therefore, even when the operator tries to suddenly stop the actuator, the braking distance can be stopped without giving a sense of incongruity, so that the operator can operate with peace of mind and improve safety.
第2の発明によれば、リリーフ弁を設けるとともにその上流側に絞りを設けたので、当該リリーフ弁は実質的に圧力オーバーライドが悪くなった状態になる。したがって、油圧モータ入口圧が圧力オーバーライド分だけ上昇し、アクチュエータへの制動力が増大する。 According to the second invention, since the relief valve is provided and the throttle is provided on the upstream side thereof, the pressure override of the relief valve is substantially deteriorated. Accordingly, the hydraulic motor inlet pressure increases by the pressure override amount, and the braking force to the actuator increases.
図1に示した実施形態は、パワーショベルの制御装置で、可変容量型の第1,2メインポンプMP1,MP2を備えるとともに、第1メインポンプMP1には第1回路系統を接続し、第2メインポンプMP2には第2回路系統を接続している。
上記第1回路系統には、その上流側から順に、旋回モータRMを制御する旋回モータ用の操作弁1、図示していないアームシリンダを制御するアーム1速用の操作弁2、ブームシリンダBCを制御するブーム2速用の操作弁3、図示していない予備用アタッチメントを制御する予備用の操作弁4および図示していない左走行用モータを制御する左走行モータ用の操作弁5を接続している。
The embodiment shown in FIG. 1 is a control device for a power shovel and includes variable capacity type first and second main pumps MP1 and MP2, and a first circuit system is connected to the first main pump MP1, and a second A second circuit system is connected to the main pump MP2.
The first circuit system includes, in order from the upstream side, an
上記各操作弁1〜5のそれぞれは、中立流路6およびパラレル通路7を介して第1メインポンプMP1に接続している。
上記中立流路6であって、左走行モータ用の操作弁5の下流側にはパイロット圧生成機構8を設けている。このパイロット圧生成機構8はそこを流れる流量が多ければ高いパイロット圧を生成し、その流量が少なければ低いパイロット圧を生成するものである。
Each of the
A pilot
また、上記中立流路6は、上記操作弁1〜5のすべてが中立位置もしくは中立位置近傍にあるとき、第1メインポンプMP1から吐出された流体の全部または一部をタンクTに導くが、このときにはパイロット圧生成機構8を通過する流量も多くなるので、上記したように高いパイロット圧が生成される。
The neutral flow path 6 guides all or part of the fluid discharged from the first main pump MP1 to the tank T when all of the
一方、上記操作弁1〜5がフルストロークの状態で切り換えられると、中立流路6が閉ざされて流体の流通がなくなる。したがって、この場合には、パイロット圧生成機構8を流れる流量がほとんどなくなり、パイロット圧はゼロを保つことになる。
ただし、操作弁1〜5の操作量によっては、ポンプ吐出量の一部がアクチュエータに導かれ、一部が中立流路6からタンクTに導かれることになるので、パイロット圧生成機構8は、中立流路6に流れる流量に応じたパイロット圧を生成する。言い換えると、パイロット圧生成機構8は、操作弁1〜5の操作量に応じたパイロット圧を生成することになる。
On the other hand, when the
However, depending on the operation amount of the
そして、上記パイロット圧生成機構8にはパイロット流路9を接続するとともに、このパイロット流路9を、第1メインポンプMP1の傾転角を制御するレギュレータ10に接続している。このレギュレータ10は、パイロット圧と逆比例して第1メインポンプMP1の吐出量を制御する。したがって、操作弁1〜5をフルストロークして中立流路6の流れがゼロになったとき、言い換えるとパイロット圧生成機構8が発生するパイロット圧がゼロになったときに第1メインポンプMP1の吐出量が最大に保たれる。
上記のようにしたパイロット流路9には第1圧力センサー11を接続するとともに、この第1圧力センサー11で検出した圧力信号をコントローラCに入力するようにしている。
A pilot flow path 9 is connected to the pilot
A first pressure sensor 11 is connected to the pilot flow path 9 as described above, and a pressure signal detected by the first pressure sensor 11 is input to the controller C.
一方、上記第2回路系統には、その上流側から順に、図示していない右走行用モータを制御する右走行モータ用の操作弁12、図示していないバケットシリンダを制御するバケット用の操作弁13、ブームシリンダBCを制御するブーム1速用の操作弁14および図示していないアームシリンダを制御するアーム2速用の操作弁15を接続している。なお、上記ブーム1速用の操作弁14には、その操作方向および操作量を検出するセンサー14aを設けている。
On the other hand, the second circuit system includes, in order from the upstream side thereof, a right travel
上記各操作弁12〜15は、中立流路16を介して第2メインポンプMP2に接続するとともに、バケット用の操作弁13およびブーム1速用の操作弁14はパラレル通路17を介して第2メインポンプMP2に接続している。
上記中立流路16であって、アーム2速用の操作弁15の下流側にはパイロット圧生成機構18を設けているが、このパイロット圧生成機構18は、先に説明したパイロット圧生成機構8と全く同様に機能するものである。
The
A pilot
そして、上記パイロット圧生成機構18にはパイロット流路19を接続するとともに、このパイロット流路19を、第2メインポンプMP2の傾転角を制御するレギュレータ20に接続している。このレギュレータ20は、パイロット圧と逆比例して第2メインポンプMP2の吐出量を制御する。したがって、操作弁12〜15をフルストロークして中立流路16の流れがゼロになったとき、言い換えるとパイロット圧生成機構18が発生するパイロット圧がゼロになったとき、第2メインポンプMP2の吐出量が最大に保たれる。
上記のようにしたパイロット流路19には第2圧力センサー21を接続するとともに、この第2圧力センサー21で検出した圧力信号をコントローラCに入力するようにしている。
A
The
上記のようにした第1,2メインポンプMP1,MP2は、一つのエンジンEの駆動力で同軸回転するものである。このエンジンEにはジェネレータ22を設け、エンジンEの余剰出力でジェネレータ22を回して発電できるようにしている。そして、ジェネレータ22が発電した電力は、バッテリーチャージャー23を介してバッテリー24に充電される。
なお、上記バッテリーチャージャー23は、通常の家庭用の電源25に接続した場合にも、バッテリー24に電力を充電できるようにしている。つまり、このバッテリーチャージャー23は、当該装置とは別の独立系電源にも接続可能にしたものである。
The first and second main pumps MP1 and MP2 configured as described above rotate coaxially with the driving force of one engine E. The engine E is provided with a
The
また、第1回路系統に接続した旋回モータ用の操作弁1のアクチュエータポートには、旋回モータRMに連通する通路26,27を接続するとともに、両通路26,27のそれぞれにはブレーキ弁28,29を接続している。そして、旋回モータ用の操作弁1を図示の中立位置に保っているときには、上記アクチュエータポートが閉じられて旋回モータRMは停止状態を維持する。
Further,
上記の状態から旋回モータ用の操作弁1を例えば図面右側位置に切り換えると、一方の通路26が第1メインポンプMP1に接続され、他方の通路27がタンクTに連通する。したがって、通路26から圧力流体が供給されて旋回モータRMが回転するとともに、旋回モータRMからの戻り流体が通路27を介してタンクTに戻される。
旋回モータ用の操作弁1を上記とは逆に左側位置に切り換えると、今度は、通路27にポンプ吐出流体が供給され、通路26がタンクTに連通し、旋回モータRMは逆転することになる。
When the
When the
上記のように旋回モータRMを駆動しているときには、上記ブレーキ弁28あるいは29がリリーフ弁の機能を発揮し、通路26,27が設定圧以上になったとき、ブレーキ弁28,29が開弁して高圧側の流体を低圧側に導く。また、旋回モータRMを回転している状態で、旋回モータ用の操作弁1を中立位置に戻せば、当該操作弁1のアクチュエータポートが閉じられる。このように操作弁1のアクチュエータポートが閉じられても、旋回モータRMはその慣性エネルギーで回転し続けるが、旋回モータRMが慣性エネルギーで回転することによって、当該旋回モータRMがポンプ作用をする。この時には、通路26,27、旋回モータRM、ブレーキ弁28あるいは29で閉回路が構成されるとともに、ブレーキ弁28あるいは29によって、上記慣性エネルギーが熱エネルギーに変換されることになる。
When the swing motor RM is driven as described above, the
一方、ブーム1速用の操作弁14を中立位置から図面右側位置に切り換えると、第2メインポンプMP2からの圧力流体は、通路30を経由してブームシリンダBCのピストン側室31に供給されるとともに、そのロッド側室32からの戻り流体は通路33を経由してタンクTに戻され、ブームシリンダBCは伸長することになる。
On the other hand, when the
反対に、ブーム1速用の操作弁14を図面左方向に切り換えると、第2メインポンプMP2からの圧力流体は、通路33を経由してブームシリンダBCのロッド側室32に供給されるとともに、そのピストン側室31からの戻り流体は通路30を経由してタンクTに戻され、ブームシリンダBCは収縮することになる。なお、ブーム2速用の操作弁3は、上記ブーム1速用の操作弁14と連動して切り換るものである。
上記のようにしたブームシリンダBCのピストン側室31とブーム1速用の操作弁14とを結ぶ通路30には、コントローラCで開度が制御される比例電磁弁34を設けている。なお、この比例電磁弁34はそのノーマル状態で全開位置を保つようにしている。
On the contrary, when the
A proportional
次に、第1,2メインポンプMP1,MP2の出力をアシストする可変容量型のサブポンプSPについて説明する。
上記可変容量型のサブポンプSPは、電動・発電機MGの駆動力で回転するが、この電動・発電機MGの駆動力によって、可変容量型の油圧モータMも同軸回転する構成にしている。そして、上記電動・発電機MGにはインバータIを接続するとともに、このインバータIをコントローラCに接続し、このコントローラCで電動・発電機MGの回転数等を制御できるようにしている。
Next, the variable displacement sub pump SP that assists the outputs of the first and second main pumps MP1 and MP2 will be described.
The variable displacement sub-pump SP is rotated by the driving force of the electric / generator MG, and the variable displacement hydraulic motor M is also coaxially rotated by the driving force of the electric / generator MG. The motor / generator MG is connected to an inverter I, and the inverter I is connected to a controller C so that the controller C can control the rotational speed of the motor / generator MG.
また、上記のようにしたサブポンプSPおよび油圧モータMの傾転角はレギュレータ35,36で制御されるが、このレギュレータ35,36は、コントローラCの出力信号で制御されるものである。
ただし、上記油圧モータMの傾転角を制御するレギュレータ36は、後で説明するアクチュエータの圧力によっても油圧モータMの傾転角を制御するものである。
Further, the tilt angles of the sub pump SP and the hydraulic motor M as described above are controlled by the
However, the
上記サブポンプSPには吐出通路37を接続しているが、この吐出通路37は、第1メインポンプMP1の吐出側に合流する第1合流通路38と、第2メインポンプMP2の吐出側に合流する第2合流通路39とに分岐するとともに、これら第1,2合流通路38,39のそれぞれには、コントローラCの出力信号で開度が制御される第1,2比例電磁絞り弁40,41を設けている。
A
一方、油圧モータMには接続用通路42を接続しているが、この接続用通路42は、合流通路43およびチェック弁44,45を介して、旋回モータRMに接続した通路26,27に接続している。しかも、上記合流通路43にはコントローラCで開閉制御される電磁切換弁46を設けるとともに、この電磁切換弁46とチェック弁44,45との間に、旋回モータRMの旋回時の圧力あるいはブレーキ時の圧力を検出する圧力センサー47を設け、この圧力センサー47の圧力信号をコントローラCに入力するようにしている。
On the other hand, a
また、合流通路43であって、旋回モータRMから接続用通路42への流れに対して、上記電磁切換弁46よりも下流側となる位置には、安全弁48を設けているが、この安全弁48は、例えば電磁切換弁46など、接続用通路42,43系統に故障が生じたとき、通路26,27の圧力を維持して旋回モータRMがいわゆる逸走するのを防止するものである。
In addition, a
さらに、上記ブームシリンダBCと上記比例電磁弁34との間には、接続用通路42に連通する通路49を設けるとともに、この通路49にはコントローラCで制御される電磁開閉弁50を設けている。
Further, a
一方、上記通路42には油圧モータMの傾転角を制御するレギュレータ36に連通する通路51を設けるとともに、この通路51にはリリーフ弁52を設け、しかも、このリリーフ弁52の上流側には絞り53を設けている。
上記のように通路42に連通したレギュレータ36は、例えば通路42に導かれたブームシリンダBCの戻り圧が大きくなると、図2に示すように、その1回転当たりの押し除け容積Dを小さくする。したがって、この油圧モータMに作用するトルクTがT=(D・P)/2πとすると、圧力Pが上がったとき押し除け容積Dを小さくして、トルクTを電動機吸収トルク以下に保つものである。
On the other hand, the
For example, when the return pressure of the boom cylinder BC guided to the
また、リリーフ弁52は、その上流側に絞り53を設けることによって、実質的に圧力オーバーライドを悪くさせている。このように圧力オーバーライドを実質的に悪くしたのは、図3の実線で示したように、リリーフ流量が徐々に大きくなるようにするためである。つまり、上記接続通路42にブームシリンダBCの戻り油による圧力が上昇したとき、リリーフ弁52が図3の破線で示すようにそのリリーフ流量を一気に大きくすると、後で説明するブームシリンダBCを違和感なく停止させることができなくなるからである。
Further, the
以下には、この実施形態の作用を説明する。
第1回路系統の操作弁1〜5を中立位置に保っていれば、第1メインポンプMP1から吐出する流体の全量が中立流路6およびパイロット圧生成機構8を経由してタンクTに導かれる。このように第1メインポンプMP1の吐出全量がパイロット圧生成機構8を流れるときには、そこで生成されるパイロット圧が高くなるとともに、パイロット流路9にも相対的に高いパイロット圧が導かれる。そして、パイロット流路9に導かれた高いパイロット圧の作用で、レギュレータ10が動作し、第1メインポンプMP1の吐出量を最小に保つ。このときの高いパイロット圧の圧力信号は、第1圧力センサー11からコントローラCに入力される。
The operation of this embodiment will be described below.
If the
また、第2回路系統の操作弁12〜15を中立位置に保っているときも、第1回路系統の場合と同様にパイロット圧生成機構18が相対的に高いパイロット圧を生成するとともに、その高い圧力がレギュレータ20に作用して、第2メインポンプMP2の吐出量を最小に保つ。そして、このときの高いパイロット圧の圧力信号は、第2圧力センサー21からコントローラCに入力される。
Further, when the
上記第1,2圧力センサー11,21からコントローラCに相対的に高い圧力信号が入力すると、コントローラCは、第1,2メインポンプMP1,MP2が最小吐出量を維持しているものと判定してレギュレータ35,36を制御し、サブポンプSPおよび油圧モータMの傾転角をゼロもしくは最小にする。
なお、コントローラCが、上記のように第1,2メインポンプMP1,MP2の吐出量が最小である旨の信号を受信したとき、コントローラCが電動・発電機MGの回転を停止してもよいし、その回転を継続させてもよい。
When a relatively high pressure signal is input from the first and
When the controller C receives a signal indicating that the discharge amount of the first and second main pumps MP1 and MP2 is minimum as described above, the controller C may stop the rotation of the motor / generator MG. The rotation may be continued.
電動・発電機MGの回転を止める場合には、消費電力を節約できるという効果があり、電動・発電機MGを回転し続けた場合には、サブポンプSPおよび油圧モータMも回転し続けるので、当該サブポンプSPおよび油圧モータMの起動時のショックを少なくできるという効果がある。いずれにしても、電動・発電機MGを止めるかあるいは回転し続けるかは、当該建機の用途や使用状況に応じて決めればよいことである。 When stopping the rotation of the electric motor / generator MG, there is an effect that power consumption can be saved. When the electric motor / generator MG continues to rotate, the sub pump SP and the hydraulic motor M also continue to rotate. There is an effect that the shock at the time of starting the sub pump SP and the hydraulic motor M can be reduced. In any case, whether to stop or continue to rotate the motor / generator MG may be determined in accordance with the use and usage status of the construction machine.
上記の状況で第1回路系統あるいは第2回路系統のいずれかの操作弁を切り換えれば、その操作量に応じて中立流路6あるいは16を流れる流量が少なくなり、それにともなってパイロット圧生成機構8あるいは18で生成されるパイロット圧が低くなる。このようにパイロット圧が低くなれば、それにともなって第1メインポンプMP1あるいは第2メインポンプMP2は、その傾転角を大きくして吐出量を増大させる。
また、上記のように第1メインポンプMP1あるいは第2メインポンプMP2の吐出量を増大するときには、コントローラCは、電動・発電機MGを常に回転した状態に保つ。つまり、第1,2メインポンプMP1,MP2の吐出量が最小のときに電動・発電機MGを停止した場合には、コントローラCは、パイロット圧が低くなったことを検知して、電動・発電機MGを再起動させる。
If the operation valve of either the first circuit system or the second circuit system is switched in the above situation, the flow rate flowing through the
Further, when the discharge amount of the first main pump MP1 or the second main pump MP2 is increased as described above, the controller C always keeps the motor / generator MG rotated. That is, when the motor / generator MG is stopped when the discharge amounts of the first and second main pumps MP1, MP2 are minimum, the controller C detects that the pilot pressure has decreased, Restart the machine MG.
そして、コントローラCは、第1,2圧力センサー11,21の圧力信号に応じて、第1,2比例電磁絞り弁40,41の開度を制御し、サブポンプSPの吐出量を按分して、第1,2回路系統に供給する。
上記のようにこの実施形態によれば、2つの第1,2圧力センサー11,21の圧力信号だけで、コントローラCが、サブポンプSPの傾転角および第1,2比例電磁絞り弁40,41の開度を制御できるので、圧力センサーの数を少なくできる。
Then, the controller C controls the opening degree of the first and second proportional
As described above, according to this embodiment, the controller C controls the tilt angle of the sub-pump SP and the first and second proportional
一方、上記第1回路系統に接続した旋回モータRMを駆動するために、旋回モータ用の操作弁1を左右いずれか、例えば図面右側位置に切り換えると、一方の通路26が第1メインポンプMP1に連通し、他方の通路27がタンクTに連通して、旋回モータRMを回転させるが、このときの旋回圧はブレーキ弁28の設定圧に保たれる。また、上記操作弁1を図面左方向に切り換えれば、上記他方の通路27が第1メインポンプMP1に連通し、上記一方の通路26がタンクTに連通して、旋回モータRMを回転させるが、このときの旋回圧もブレーキ弁29の設定圧に保たれる。
また、旋回モータRMが旋回している最中に旋回モータ用の操作弁1を中立位置に切り換えると、前記したように通路26,27間で閉回路が構成されるとともに、ブレーキ弁28あるいは29が当該閉回路のブレーキ圧を維持して、慣性エネルギーを熱エネルギーに変換する。
On the other hand, in order to drive the turning motor RM connected to the first circuit system, when the
Further, when the swing
そして、圧力センサー47は上記旋回圧あるいはブレーキ圧を検出するとともに、その圧力信号をコントローラCに入力する。コントローラCは、旋回モータRMの旋回あるいはブレーキ動作に影響を及ぼさない範囲内であって、ブレーキ弁28,29の設定圧よりも低い圧力を検出したとき、電磁切換弁46を閉位置から開位置に切り換える。このように電磁切換弁46が開位置に切り換れば、旋回モータRMに導かれた圧力流体は、合流通路43に流れるとともに安全弁48および接続用通路42を経由して油圧モータMに供給される。
このときコントローラCは、圧力センサー47からの圧力信号に応じて、油圧モータMの傾転角を制御するが、それは次のとおりである。
The
At this time, the controller C controls the tilt angle of the hydraulic motor M in accordance with the pressure signal from the
すなわち、通路26あるいは27の圧力は、旋回動作あるいはブレーキ動作に必要な圧力に保たれていなければ、旋回モータRMを旋回させたり、あるいはブレーキをかけたりできなくなる。
そこで、上記通路26あるいは27の圧力を、上記旋回圧あるいはブレーキ圧に保つために、コントローラCは油圧モータMの傾転角を制御しながら、この旋回モータRMの負荷を制御するようにしている。つまり、コントローラCは、圧力センサー47で検出される圧力が上記旋回モータRMの旋回圧あるいはブレーキ圧とほぼ等しくなるように、油圧モータMの傾転角を制御する。
That is, unless the pressure in the
Therefore, in order to keep the pressure in the
上記のようにして油圧モータMが回転力を得れば、その回転力は、同軸回転する電動・発電機MGに作用するが、この油圧モータMの回転力は、電動・発電機MGに対するアシスト力として作用する。したがって、油圧モータMの回転力の分だけ、電動・発電機MGの消費電力を少なくすることができる。
また、上記油圧モータMの回転力でサブポンプSPの回転力をアシストすることもできる。
If the hydraulic motor M obtains a rotational force as described above, the rotational force acts on the coaxially rotating electric motor / generator MG. The rotational force of the hydraulic motor M assists the electric motor / generator MG. Acts as a force. Therefore, the power consumption of the motor / generator MG can be reduced by the amount of the rotational force of the hydraulic motor M.
Further, the rotational force of the sub pump SP can be assisted by the rotational force of the hydraulic motor M.
次に、ブーム1速用の操作弁14およびそれに連動して第1回路系統のブーム2速用の操作弁3を切り換えて、ブームシリンダBCを制御する場合について説明する。
ブームシリンダBCを作動させるために、ブーム1速用の操作弁14およびそれに連動する操作弁3を切り換えると、センサー14aによって、上記操作弁14の操作方向とその操作量が検出されるとともに、その操作信号がコントローラCに入力される。
Next, a case where the boom cylinder BC is controlled by switching the boom first
When the
上記センサー14aの操作信号に応じて、コントローラCは、オペレータがブームシリンダBCを上昇させようとしているのか、あるいは下降させようとしているのかを判定する。ブームシリンダBCを上昇させるための信号がコントローラCに入力すれば、コントローラCは比例電磁弁34をノーマル状態に保つ。言い換えると、比例電磁弁34を全開位置に保つ。このときには、サブポンプSPから所定の吐出量が確保されるように、コントローラCは、電磁開閉弁50を図示の閉位置に保つとともに、電動・発電機MGの回転数やサブポンプSPの傾転角を制御する。
In response to the operation signal from the sensor 14a, the controller C determines whether the operator is going to raise or lower the boom cylinder BC. If a signal for raising the boom cylinder BC is input to the controller C, the controller C keeps the
一方、ブームシリンダBCを下降させる信号が上記センサー14aからコントローラCに入力すると、コントローラCは、操作弁14の操作量に応じて、オペレータが求めているブームシリンダBCの下降速度を演算するとともに、比例電磁弁34を閉じて、電磁開閉弁50を開位置に切り換える。
上記のように比例電磁弁34を閉じて電磁開閉弁50を開位置に切り換えれば、ブームシリンダBCの戻り流体の全量が油圧モータMに供給される。しかし、油圧モータMで消費する流量が、オペレータが求めた下降速度を維持するために必要な流量よりも少なければ、ブームシリンダBCはオペレータが求めた下降速度を維持できない。このようなときには、コントローラCは、上記操作弁14の操作量、油圧モータMの傾転角や電動・発電機MGの回転数などをもとにして、油圧モータMが消費する流量以上の流量をタンクTに戻すように比例電磁弁34の開度を制御し、オペレータが求めるブームシリンダBCの下降速度を維持する。
On the other hand, when a signal for lowering the boom cylinder BC is input from the sensor 14a to the controller C, the controller C calculates the lowering speed of the boom cylinder BC requested by the operator according to the operation amount of the
If the
一方、油圧モータMに流体が供給されると、油圧モータMが回転するとともに、その回転力は、同軸回転する電動・発電機MGに作用するが、この油圧モータMの回転力は、電動・発電機MGに対するアシスト力として作用する。したがって、油圧モータMの回転力の分だけ、消費電力を少なくすることができる。
一方、電動・発電機MGに対して電力を供給せず、上記油圧モータMの回転力だけで、サブポンプSPを回転させることもできる。
On the other hand, when a fluid is supplied to the hydraulic motor M, the hydraulic motor M rotates and its rotational force acts on the coaxially rotating electric motor / generator MG. Acts as an assist force for the generator MG. Therefore, power consumption can be reduced by the amount of rotational force of the hydraulic motor M.
On the other hand, the sub-pump SP can be rotated only by the rotational force of the hydraulic motor M without supplying electric power to the motor / generator MG.
また、電磁開閉弁50を開位置に切り換えた状態で、オペレータがブームシリンダBCの下降を急停止させるために、操作弁3,14を急激に中立位置に戻すと、電磁開閉弁50が追従できずに切り換え遅れが生じることがある。
このように電磁開閉弁50に切り換え遅れが生じると、ブームシリンダBCの戻り油の多くが接続通路42に流れ込むが、この戻り油の圧力はレギュレータ36に作用するので、油圧モータMの1回転当たりの押し除け容積を小さくし、そのトルクを電動・発電機MGの吸収トルク以内に抑えることができる。
Further, when the operator suddenly returns the
When a switching delay occurs in the electromagnetic on-off
このように油圧モータMのトルクが、電動・発電機MGの吸収トルク以内に抑えられるので、ブームシリンダBCの圧力が上昇し、ブレーキ作用が増大するため逸走しない。そのため制動距離を短くでき、オペレータの操作に違和感を与えるようなこともなくなる。
なお、油圧モータMがその押し除け容積を下げるまでに多少の時間がかかるが、このときには接続通路42の圧力が多少上昇する。しかし、この場合には、リリーフ弁52が同時にリリーフ機能を発揮できるように設定しているので、電磁開閉弁50の切り換え遅れによって、油圧モータMのトルクが、発電機の吸収トルク以上にはならない。
しかも、リリーフ弁52は絞り53によって実質的に圧力オーバーライドが悪くなっているので、ブームシリンダBCに対してはショックなしに制動力を大きくさせることができる。
Thus, since the torque of the hydraulic motor M is suppressed within the absorption torque of the motor / generator MG, the pressure of the boom cylinder BC rises and the braking action increases, so that the motor does not run away. As a result, the braking distance can be shortened and the operator's operation does not feel uncomfortable.
Note that it takes some time for the hydraulic motor M to lower the displacement volume, but at this time, the pressure in the
Moreover, since the pressure override of the
次に、旋回モータRMの旋回作動とブームシリンダBCの下降作動とを同時に行う場合について説明する。
上記のように旋回モータRMを旋回させながら、ブームシリンダBCを下降させるときには、旋回モータRMからの流体と、ブームシリンダBCからの戻り流体とが、接続用通路42で合流して油圧モータMに供給される。
このとき、接続用通路42の圧力が上昇すれば、それにともなって合流通路43側の圧力も上昇するが、その圧力が旋回モータRMの旋回圧あるいはブレーキ圧よりも高くなったとしても、チェック弁44,45があるので、旋回モータRMには影響を及ぼさない。
また、前記したように接続用通路42側の圧力が旋回圧あるいはブレーキ圧よりも低くなれば、コントローラCは、圧力センサー47からの圧力信号に基づいて電磁切換弁46を閉じる。
Next, the case where the turning operation of the turning motor RM and the lowering operation of the boom cylinder BC are simultaneously performed will be described.
When the boom cylinder BC is lowered while turning the turning motor RM as described above, the fluid from the turning motor RM and the return fluid from the boom cylinder BC merge in the
At this time, if the pressure in the connecting
If the pressure on the
したがって、旋回モータRMの旋回動作とブームシリンダBCの下降動作とを上記のように同時に行うときには、上記旋回圧あるいはブレーキ圧にかかわりなく、ブームシリンダBCの必要下降速度を基準にして油圧モータMの傾転角を決めればよい。
いずれにしても、油圧モータMの出力で、サブポンプSPの出力をアシストできるとともに、サブポンプSPから吐出された流量を、第1,2比例電磁絞り弁40,41で按分して、第1,2回路系統に供給することができる。
Therefore, when the turning operation of the turning motor RM and the lowering operation of the boom cylinder BC are simultaneously performed as described above, the hydraulic motor M is controlled based on the required lowering speed of the boom cylinder BC regardless of the turning pressure or the brake pressure. The tilt angle can be determined.
In any case, the output of the sub pump SP can be assisted by the output of the hydraulic motor M, and the flow rate discharged from the sub pump SP is divided by the first and second proportional
また、この実施形態では、エンジンEの出力を利用してジェネレータ22で発電したり、油圧モータMを利用して電動・発電機MGに発電させたりすることができる。そして、このように発電した電力をバッテリー24に蓄電するが、この実施形態では家庭用の電源25を利用してバッテリー24に蓄電できるようにしているので、電動・発電機MGの電力を多岐にわたって調達することができる。
In this embodiment, the output of the engine E can be used to generate power with the
一方、この実施形態では、旋回モータRMやブームシリンダBCからの流体を利用して油圧モータMを回転させるとともに、この油圧モータMの出力でサブポンプSPや電動・発電機MGをアシストできるので、回生動力を利用するまでの間のエネルギーロスを最小限に抑えることができる。例えば、従来の場合には、アクチュエータからの流体を利用して発電機を回し、さらにその発電機で蓄電した電力を利用して電動・発電機を駆動し、この電動・発電機の駆動力でアクチュエータを作動させるようにしていたが、この従来の装置に比べて流体圧の回生動力を直接的に利用できる。 On the other hand, in this embodiment, the hydraulic motor M is rotated using the fluid from the turning motor RM and the boom cylinder BC, and the sub pump SP and the motor / generator MG can be assisted by the output of the hydraulic motor M. Energy loss until power is used can be minimized. For example, in the conventional case, the generator is turned using the fluid from the actuator, and the motor / generator is driven using the electric power stored in the generator, and the driving force of the motor / generator is used. Although the actuator is operated, the regenerative power of the fluid pressure can be directly used as compared with this conventional device.
なお、図中符号54,55は、第1,2比例電磁絞り弁40,41の下流側に設けたチェック弁で、サブポンプSPから第1,2メインポンプMP1,MP2側への流通のみを許容するものである。
この発明は、パワーショベルに用いるのに最適である。 The present invention is most suitable for use in a power shovel.
MP1 第1メインポンプ
MP2 第2メインポンプ
BC ブームシリンダ
3 ブーム2速用の操作弁
14 ブーム1速用の操作弁
M 油圧モータ
36 レギュレータ
MG 電動・発電機
52 リリーフ弁
53 絞り
MP1 First main pump MP2 Second main pump
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