CN102639882A

CN102639882A - 混合动力建设机械的控制系统

Info

Publication number: CN102639882A
Application number: CN2011800038018A
Authority: CN
Inventors: 川崎治彦; 江川祐弘
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Priority date: 2010-02-18
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2031-02-10
Also published as: KR101286843B1; JP2011169396A; WO2011102292A1; KR20120053068A; US9037357B2; DE112011100600T5; JP5350290B2; CN102639882B; US20120233998A1

Abstract

本发明提供一种混合动力建设机械的控制装置。在设置有多个操作阀的第1、第2回路系统中的至少一个回路系统上设置再生切换阀，该再生切换阀在常态位置连通中立流路和罐，在切换位置切断中立流路和罐之间的连通而使该中立流路连通于发电用液压马达。

Description

混合动力建设机械的控制系统

技术领域

本发明涉及一种混合动力建设机械的控制系统。

背景技术

在JP2002-275945A中公开了这样一种混合动力建设机械，其包括：发动机；发电机，其由发动机驱动；蓄电池，其用于蓄存由发电机发电的电力；电动机，其利用蓄电池的电力来驱动。

发明内容

申请人在日本国提出了有关这种建设机械的专利申请2009-164279号。在该申请的发明中，当用于控制驱动器的操作阀全部处于中立位置时，即当各驱动器处于非工作状态时，可变容量式主泵的排出油供应给到发电用液压马达。

当将主泵的排出油向发电用液压马达引导时，切换设置在操作阀和主泵之间的切换阀，切断主泵和操作阀的连接，将主泵的排出油供应给发电用液压马达。

但是，在该结构中，当将主泵的排出油供应给发电用液压马达时，切断主泵和操作阀之间的连通，因此例如在寒冷地区等，会导致操作阀立即被冷却。若操作阀过于被冷却，则当为了使驱动器工作而再次向操作阀供给主泵的排出油时，操作阀的阀主体和滑阀(spool)之间产生紧贴现象。其原因如下。

即，关于主泵的排出油，在操作阀处于未操作状态的期间，油压罐也保持着较高的油温。此外，关于操作阀，通常，其阀主体为铸件，并且滑阀为钢制，因此虽然均为钢铁但其材质不同，导致热膨胀系数不同。

因而，在操作阀被冷却了的状态下，若具有较高油温的主泵的排出油向操作阀侧供给，则由于阀主体和滑阀的热膨胀系数不同，会导致两者紧贴。特别是在最近的建设机械中，为了实现节能，在非作业状态下停止发动机，因此阀主体容易被冷却，使该问题更加显著。

本发明的目的在于提供一种在主泵的排出油供应给发电用液压马达的期间也使操作阀不容易被冷却的建设机械的控制系统。

根据本发明的一方式，提供一种混合动力建设机械的控制装置，其包括：一对第1、第2主泵，该一对第1、第2主泵的容量能够改变，并利用控制机构来控制该一对第1、第2主泵的排出量；第1、第2回路系统，该第1回路系统连接于第1主泵，该第2回路系统连接于第2主泵；发电用液压马达，当被供给上述第1、第2主泵中的至少一个主泵的排出油时，该发电用液压马达旋转；发电机，其连结于上述发电用液压马达；蓄电池，其用于蓄存由上述发电机发出的电力；多个操作阀，其设置于上述第1、第2回路系统；罐；中立流路，当上述多个操作阀全部处于中立位置时，该中立流路向上述罐引导上述第1、第2主泵的排出油；以及再生切换阀，其设置于上述第1、第2回路系统中的至少一个回路系统，并在常态位置连通上述中立流路和上述罐，在切换位置切断上述中立流路和上述罐之间的连通而使上述中立流路连通于上述发电用液压马达。

根据该方式，当向发电用液压马达供给至少一个主泵的排出油时，主泵的排出油经由该回路系统的操作阀，因此这些控制阀被供给到发电用液压马达的工作油加热。因而，不会发生阀主体和滑阀紧贴的问题。

关于本发明的实施方式及本发明的优点，以下参照附图进行详细说明。

附图说明

图1是本发明的实施方式的液压回路图。

具体实施方式

图示的实施方式为动力铲的控制系统。第1、第2主泵MP1、MP2是容量可变，由发动机E驱动。第1、第2主泵MP1、MP2同轴旋转。发电机1设置于发动机E中，利用发动机E的余力发电。

第1主泵MP1连接于第1回路系统S1。在第1回路系统S1中，自上游侧依次连接有用于控制回转马达的操作阀2、用于控制动臂液压缸(arm cylinder)的操作阀3、用于控制悬臂缸的悬臂两速用的操作阀4、用于控制预备用附件的操作阀5、及用于控制左侧行驶用的马达的操作阀6。

各操作阀2～6分别经由中立流路7和并行通路8与第1主泵MP1连接。

在中立流路7的左侧行驶马达用的操作阀6的下游侧设置有用于生成先导压力的先导压力控制用的节流孔9。在节流孔9中，若流经节流孔9的流量较多，则在上游侧生成较高的先导压力，若流量较少则生成较低的先导压力。

当所有的操作阀2～6处于中立位置或中立位置附近时，中立流路7将自第1主泵MP1排出的油的全部或一部分经由节流孔9向罐T引导。在该情况下，由于通过节流孔9的流量也变多，因此生成较高的先导压力。

若操作阀2～6被切换为全行程的状态，则中立流路7就被关闭而不存在流体的流通。在该情况下，流经节流孔9的流量逐渐消失，先导压力会保持为零。

但是，根据操作阀2～6的操作量，泵排出量的一部分被引导到驱动器，一部分被自中立流路7引导到罐T中，因此节流孔9生成与流经中立流路7的流量相应的先导压力。换言之，节流孔9生成与操作阀2～6的操作量相应的先导压力。

在节流孔9与中立流路7的操作阀6之间连接有先导流路10。先导流路10经由电磁切换阀11与用于控制第1主泵MP 1的偏转角的调节器12连接。

调节器12与先导流路10的先导压力成反比地控制第1主泵MP 1的偏转角，控制其每旋转一周所推出的推出量。因而，若操作阀2～6为全行程而中立流路7中不存在流动，先导压力成为零，则第1主泵MP1的偏转角为最大，其每旋转一周所推出的推出量为最大。

在电磁切换阀11上连接有先导泵PP。电磁切换阀11选择先导流路10和先导泵PP中的压力而将其向调节器12引导。根据控制器C的输出信号来切换电磁切换阀11。

即，在自控制器C没有输出针对电磁切换阀11的信号的状态下，保持图示的常态位置，将先导流路10的压力向调节器12引导。若来自控制器C的信号输入到电磁切换阀11，则自常态位置切换到切换位置，向调节器12引导先导泵PP的压力。

第2主泵MP2连接于第2回路系统S2。在第2回路系统S2中，自上游侧依次连接有用于控制右侧行驶用马达的操作阀13、用于控制铲斗缸的操作阀14、用于控制悬臂缸的操作阀15、及用于控制动臂液压缸的动臂两速用的操作阀16。在比操作阀16靠向下游侧的位置上连接有再生切换阀17。

各操作阀13～16经由中立流路18与第2主泵MP2连接。操作阀14及操作阀15经由并行通路19与第2主泵MP2连接。

在中立流路18的再生切换阀17的下游侧设置有用于控制先导压力的节流孔20。节流孔20具有与第1回路系统S 1的节流孔9完全相同的功能。

再生切换阀17在图示的常态位置上使中立流路18和节流孔20相连通。若再生切换阀17自常态位置切换到切换位置，则切断中立流路18和节流孔20之间的连通，并且使中立流路18与发电用液压马达M相连通。

在节流孔20与中立流路18的再生切换阀17之间连接有先导流路21。先导流路21与用于控制第2主泵MP2的偏转角的调节器22连接。

调节器22与先导流路21的先导压力成反比地控制第2主泵MP2的偏转角，控制其每旋转一周所推出的推出量。因而，若操作阀13～16为全行程而中立流路18中不存在流动，先导压力为零，则第2主泵MP2的偏转角为最大，其每旋转一周所推出的推出量为最大。

再生切换阀17在其一侧设置有先导室17a，弹簧17b的弹簧力作用于再生切换阀17的与先导室17a相对的一侧。因而，当先导压力没有作用于先导室17a时，再生切换阀17在弹簧17b的弹簧力的作用下保持图示的常态位置，使中立流路18和节流孔20相连通，并且切断中立流路18和发电用液压马达M之间的连通。

若先导压力引导到先导室17a，则再生切换阀17抵抗弹簧17b的弹簧力而切换到切换位置，切断中立流路18和节流孔20之间的连通，使中立流路18和发电用液压马达M相连通。

再生切换阀17的先导室17a经由先导电磁控制阀23与先导泵PP连接。利用控制器C的输出信号来控制先导电磁控制阀23。即，通常保持图示的关闭位置，当根据控制器C的输出信号切换了时切换到打开位置。

若先导电磁控制阀23切换到打开位置，则向再生切换阀17的先导室17a引导先导泵PP的先导压力，因此再生切换阀17切换到针对发电用液压马达M成为打开状态的切换位置。因而，中立流路18和节流孔20之间的连通被切断，并且流入到中立流路18中的压油供给到发电用液压马达M，使发电用液压马达M旋转。

利用倾角控制器24控制发电用液压马达M的偏转角。根据控制器C的输出信号来控制倾角控制器24。

由于发电用液压马达M连结于发电机25，因此若发电用液压马达M旋转则发电机25就旋转而发电，借助变换器26将发电电力蓄存到蓄电池27中。控制器C具有监控蓄电池27的充电量的功能。

蓄电池充电器28将由发电机1发出的电力蓄存到蓄电池27中。在该实施方式中，蓄电池充电器28还连接于家庭用电源等其他系统的电源29。

设置有与发电用液压马达M协同旋转的辅助泵AP。在辅助泵AP上也设置有利用控制器C控制的倾角控制器30。

辅助泵AP经由第1、第2合流控制阀31、32分别连接于第1、第2主泵MP1、MP2和第1、第2回路系统S1、S2之间的合流点33、34。第1、第2合流控制阀31、32分别在其一侧设置有先导室，在与先导室相对的一侧设置有弹簧。第1、第2合流控制阀31、32在图示的常态状态下保持打开位置，当先导压力作用于先导室时则抵抗弹簧而切换到关闭位置。

第1、第2合流控制阀31、32的先导室经由第1、第2电磁控制阀35、36与先导泵PP连接。利用控制器C的输出信号来控制第1、第2电磁控制阀35、36，第1、第2电磁控制阀35、36在图示的常态状态下保持关闭位置，切断先导泵PP与第1、第2合流控制阀31、32的先导室之间的连通。

若控制器C的输出信号使第1、第2电磁控制阀35、36切换到打开位置，则向第1、第2合流控制阀31、32的先导室引导先导泵PP的排出压力。因而，在该情况下，第1、第2合流控制阀31、32切换到关闭位置，切断辅助泵AP与合流点33、34之间的流通。

单向阀37、38仅容许自辅助泵AP向合流点33、34的流动。

接着说明该实施方式的作用。

当第1、第2回路系统S1、S2的所有操作阀2～6、13～16保持在中立位置、并且再生切换阀17处于图示的常态位置时，若由操作者输入再生信号，则控制器C将先导电磁控制阀23切换到打开位置。若先导电磁控制阀23切换到打开位置，则先导泵PP的排出压力作用于再生切换阀17的先导室17a，因此中立流路18和节流孔20之间的连通被切断，在节流孔20中不存在流动。

若在节流孔20中不存在流动，则其上游侧的压力也为零，因此调节器22跟着使第2主泵MP2的偏转角为最大，其每旋转一周所推出的推出量也最大。推出量成为最大的第2主泵MP2的排出油自中立流路18经由再生切换阀17而供给到发电用液压马达M，使发电用液压马达M旋转。随着发电用液压马达M的旋转，发电机25也旋转而发电，并且发电电力通过变换器26蓄存到蓄电池27中。

控制器C基于预先存储的设定值判断蓄电池27的充电量是否充足。当判断为蓄电量较少时，控制器C发出发电机25的吸收转矩较大的指令，提高作用于发电用液压马达M的压力。即，控制器C根据蓄电池27的蓄电量来控制发电用液压马达M的输入转矩。

若由操作者输入再生信号，则控制器C切换电磁切换阀11而使先导泵PP的排出压力作用于调节器12，将第1主泵MP1的每旋转一周所推出的推出量保持为最少。

如上所述，在该实施方式中，在比操作阀13～16靠向下游的位置设置有再生切换阀17，因此第2主泵MP2的排出油流经第2回路系统S 2的所有操作阀13～16。换言之，在第2主泵MP2和发电用液压马达M之间循环的高温油通过所有的操作阀13～16。因而，可靠地加热操作阀13～16的阀主体。

此外，在第1回路系统S1的操作阀2～6中也流动有第1主泵MP1的最少待流(standby)流量，因此还加热操作阀2～6。

归根到底，由于在使发电用液压马达M旋转来发电的期间，高温油在第1、第2回路系统S1、S2中循环，因此能够加热所有的操作阀2～6、13～16的阀主体。因而，不会导致阀主体被冷却而阀主体与滑阀紧贴。

而且，对于发电用液压马达M，只供给每旋转一周所推出的推出量为最大的第2主泵MP2的排出油，使第1主泵MP1的每旋转一周所推出的推出量为最小，因此能够与第1主泵MP1的排出量所减小的量相应地将电力损失控制到最小。

在该实施方式中，再生切换阀17设置在操作阀13～16的最下游侧，但也可以不设置在最下游侧。但是，如该实施方式那样将再生切换阀17设置在最下游侧能够可靠且高效地加热各操作阀13～16。

再生切换阀17也可以设置于第1回路系统S1，优选的是设置在第1回路系统S1的操作阀2～6的最下游侧。再生切换阀17也可以设置于第1回路系统S1和第2回路系统S2这两者中。

当在使连接在第1回路系统S1的任意一个操作阀上的驱动器工作而将第2回路系统S2的操作阀13～16保持在中立位置的状态下由操作者输入了再生信号时，控制器C将电磁切换阀11保持在图示的常态位置，在连接于第1回路系统S1的第1主泵MP 1中确保与操作阀的操作量相应的排出量，并且利用第2主泵MP2的排出油使发电用液压马达M旋转。

该实施方式的电磁切换阀11、调节器12、22互相结合而构成本发明的控制机构，利用该控制机构控制第1、第2主泵MP1、MP2的排出量。

如上述那样，在发电用液压马达M上连结有辅助泵AP。在非作业时，当发电用液压马达M发挥发电功能时，也可以使辅助泵AP的偏转角为最小，形成其负载几乎不作用于发电用液压马达M的状态，由此提高发电效率。

若在作业时使发电机25作为电动机发挥功能，则辅助泵AP旋转而发挥泵功能。控制器C根据操作者的输入信号控制辅助泵AP的排出油与第1、第2主泵MP1、MP2的哪一个合流。关于合流控制，在控制器C中，使得与操作者的输入信号相应地排出辅助泵AP的辅助流量，由控制器C判断怎样控制辅助泵AP的偏转角、发电用液压马达M的偏转角、用作电动机的发电机25的转速等才使效率最高，并实施各控制。

当由操作者发出第1、第2回路系统S1、S2的两者需要辅助力的指令时，控制器C将第1、第2电磁控制阀35、36保持在常态状态即关闭位置。当任意一者的回路系统需要辅助力时，控制器C将第1、第2电磁控制阀35、36中的任意一者切换到打开位置，将第1、第2合流控制阀31、32中的任意一者切换到关闭位置。当第1、第2回路系统S1、S2都不需要辅助泵AP的辅助力时，控制器C对第1、第2电磁控制阀35、36的两者的螺旋管进行励磁，将第1、第2合流控制阀31、32切换到关闭位置。

在该实施方式中，以辅助泵AP的辅助为前提，第1、第2合流控制阀31、32以常态状态保持在打开位置，因此不需要每当需要辅助泵AP的辅助时向第1、第2电磁控制阀35、36供给电信号，故能够与其相应地降低电力的消耗量。

以上说明了本发明的实施方式，但上述实施方式只不过表示本发明的适用例的一部分，并不是将本发明的技术范围具体地限于上述实施方式。

本申请以2010年2月18日向日本国专利局提出申请的特愿2010-33526号为基础要求优先权，并通过参照该申请的全部内容而将其编入本说明书中。

产业上的可利用性

本发明可用于混合动力铲等建设机械。

Claims

1.一种混合动力建设机械的控制系统，包括：

一对第1、第2主泵，该一对第1、第2主泵的容量能够改变，并利用控制机构来控制该一对第1、第2主泵的排出量；

第1、第2回路系统，该第1回路系统连接于第1主泵，该第2回路系统连接于第2主泵；

发电用液压马达，当被供给上述第1、第2主泵中的至少一个主泵的排出油时，该发电用液压马达旋转；

发电机，其连结于上述发电用液压马达；

蓄电池，其用于蓄存由上述发电机发出的电力；

多个操作阀，其设置于上述第1、第2回路系统；

罐；

中立流路，当上述多个操作阀全部处于中立位置时，该中立流路向上述罐引导上述第1、第2主泵的排出油；以及

再生切换阀，其设置于上述第1、第2回路系统中的至少一个回路系统，并在常态位置连通上述中立流路和上述罐，在切换位置切断上述中立流路和上述罐之间的连通而使上述中立流路连通于上述发电用液压马达。

2.根据权利要求1所述的混合动力建设机械的控制系统，其中，

上述再生切换阀设置于上述一个回路系统的最下游侧。

3.根据权利要求1所述的混合动力建设机械的控制系统，其中，

上述混合动力建设机械的控制系统还包括：

控制器；

先导电磁控制阀，其连接于上述控制器；以及

先导泵，其经由上述先导电磁控制阀与上述再生切换阀连接；

当利用上述控制器的输出信号使上述先导电磁控制阀打开了时，上述再生切换阀切换到上述切换位置。

4.根据权利要求1所述的混合动力建设机械的控制系统，其中，

当上述再生切换阀切换到上述切换位置时，用于控制上述第1、第2主泵中的另一个主泵的排出量的控制机构将上述另一个主泵的排出量控制为最小排出量。