CN102741561A - 施工机械的控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种施工机械的控制系统。该施工机械的控制系统包括：主泵；回路系统，其具有与主泵相连接的多个操作阀；动臂缸，其与多个操作阀中的特定的操作阀相连接；一通路，其用于连通特定的操作阀与动臂缸的活塞侧室；另一通路，其用于连通特定的操作阀与动臂缸的活塞杆侧室；液压马达，其在来自动臂缸的活塞侧室的返回油的作用下旋转；发电机，其利用液压马达的旋转力进行发电；电池，其用于蓄存发动机发出的电力；阀机构，其设在与动臂缸的活塞侧室相连通的一通路上，将下降时的动臂缸的活塞侧室的返回油作为回收流量引导到液压马达中，并且根据需要使返回油作为再生流量合流到另一通路中而将其引导到动臂缸的活塞杆侧室中。

Description

施工机械的控制系统
技术领域
本发明涉及一种将动臂缸（boom cylinder）的返回油作为回收流量（recovery flow）及再生流量（regenerative flow）的施工机械的控制系统。
背景技术
JP2009-236190A中公开了一种混合动力施工机械，其利用动臂缸的返回油使液压马达旋转，利用液压马达的转动力使发电机旋转。在该结构中，在连接动臂缸的活塞侧室与操作阀的通路途中设有回收流量控制阀，并且使回收流量控制阀与液压马达相连接。
而且，利用回收流量控制阀控制回收流量并控制动臂缸的下降速度，动臂缸的返回油中的除回收流量以外的流量经由操作阀在动臂缸的活塞杆侧室中一部分再生，并且返回到罐内。
在以往的混合动力施工机械中，在作为动臂缸的返回油的回收流量及再生流量中，回收流量未流向操作阀，因此不能够确保充分的再生流量。由此，动臂缸的活塞杆侧室成为负压，损害流畅的动作，并且在动作中产生噪音。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够控制动臂缸的下降速度并能够确保充分的再生流量的施工机械的控制系统。
根据本发明的某一技术方案，提供一种施工机械的控制系统，其中，该施工机械的控制系统包括：主泵；回路系统，其具有与主泵相连接的多个操作阀；动臂缸，其与多个操作阀中的特定的操作阀相连接；一通路，其用于连通特定的操作阀与动臂缸的活塞侧室；另一通路，其用于连通特定的操作阀与动臂缸的活塞杆侧室；液压马达，其在来自动臂缸的活塞侧室的返回油的作用下旋转；发电机，其利用液压马达的旋转力进行发电；电池，其用于蓄存发电机发出的电力；阀机构，其设在与动臂缸的活塞侧室相连通的一通路上，将下降时的动臂缸的活塞侧室的返回油作为回收流量引导到液压马达中，并且根据需要使返回油作为再生流量合流到另一通路中并将其引导到动臂缸的活塞杆侧室中。
根据上述技术方案，能够一边控制动臂缸的下降速度一边将上述返回油供给到液压马达中，并且根据需要也能够将该返回油供给到活塞杆侧室中，因此能够在动臂缸下降时不产生负压地使液压马达工作。
以下，参照添加的附图详细说明本发明的实施方式、本发明的优点。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的混合动力施工机械的控制系统的回路图。
图2是本发明的第2实施方式的混合动力施工机械的控制系统的回路图。
图3是本发明的第3实施方式的混合动力施工机械的控制系统的回路图。
具体实施方式
说明第1实施方式。
图1所示的第1实施方式包括作为可变容量泵的第1主泵MP1和第2主泵MP2。第1主泵MP1借助第1切换阀V1与第1回路系统相连接，第2主泵MP2借助第2切换阀V2与第2回路系统相连接。
第1切换阀V1是二位四通切换阀，在其一侧设置先导室，向与先导室相对一侧作用弹簧的弹簧力，通常在弹簧力的作用下使第1切换阀V1保持图示的正常位置。
在第1切换阀V1位于图示的正常位置的情况下，打开了供给通路及合流通路，经由供给通路将第1主泵MP1的排出油引导到第1回路系统中，并且经由合流通路及单向阀使作为可变容量泵的辅助泵AP的排出油与第1主泵MP1的排出油合流。
在先导压作用于先导室而使第1切换阀V1切换到附图右侧的切换位置时，关闭了合流通路，因此仅将第1主泵MP1的排出油供给到第1回路系统中。
第2切换阀V2是三位六通切换阀，在其两侧具有先导室及定心弹簧，利用定心弹簧的弹簧力通常使该第2切换阀V2保持图示的正常位置。在正常位置处，与第1切换阀V1相同地打开了供给通路及合流通路，关闭了设在这些供给通路与合流通路之间的回收流路。回收流路使第2主泵MP2的排出油与可变容量液压马达M相连接。
若第2切换阀V2位于正常位置，则辅助泵AP的排出油经由合流通路及单向阀与第2主泵MP2的排出油合流，从而被引导到第2回路系统中。
当第2切换阀V2切换到附图右侧的第1切换位置时，仅打开了供给通路，仅将第2主泵MP2的排出油供给到第2回路系统中。
当第2切换阀V2切换到附图左侧位置、即第2切换位置时，由于仅打开了回收流路，因此第2主泵MP2的排出油全部供给到液压马达M中。
电磁阀1是使第1切换阀V1的先导室与先导液压源PP相连通、或者切断该连通的电磁阀。在电磁阀1位于图示的正常位置的情况下，切断先导液压源PP与第1切换阀V1的先导室的连通，在使电磁阀1的螺线管励磁而切换到切换位置的情况下，将先导液压源PP的先导压引导到先导室。
另外，电磁阀2a是使第2切换阀V2的一个先导室与先导液压源PP相连通或者切断该连通的电磁阀，电磁阀2b是使第2切换阀V2的另一个先导室与先导液压源PP相连通或者切断该连通的电磁阀。电磁阀2a、2b在图示的正常位置处切断先导室与先导液压源PP的连通，在切断到切换位置的情况下，使先导室与先导液压源PP相连通。
电磁阀1、2a、2b的螺线管与控制器C相连接，控制器C根据操作者输入的信号使电磁阀1、2a、2b的螺线管励磁或者非励磁。
与第1切换阀V1相连接的第1主泵MP 1及与第2切换阀V2相连接的第2主泵MP2以具有转速传感器的发动机E为驱动源进行同轴旋转。
发电机（generator）3设在发动机E上，利用发动机E的剩余输出发挥发电功能。
第1主泵MP 1借助第1切换阀V 1与第1回路系统相连接。第1回路系统从其上游侧依次连接有：操作阀4，其用于控制旋转马达；操作阀5，其用于控制臂缸（arm cylinder）；动臂两档用的操作阀6，其用于控制动臂缸（boom cylinder）BC；操作阀7，其用于控制预备用附件；操作阀8，其用于控制左行驶用的马达。
各个操作阀4～8分别经由中立流路9、并联通路10及第1切换阀V1与第1主泵MP1相连接。
在中立流路9上，在左行驶用马达的操作阀8的下游处设有用于生成先导压的先导压控制用的节流阀11。对于节流阀11，若流过该节流阀11的流量较多，则在其上游侧生成较高的先导压，若该流量较少，则生成较低的先导压。
另外，在操作阀4～8全部位于中立位置或中立位置附近的情况下，中立流路9将从第1主泵MP1供给到第1回路系统的油的全部或一部分经由节流阀11引导到罐T中。在该情况下，由于通过节流阀11的流量增多，因此生成了较高的先导压。
另一方面，当操作阀4～8切换为全阀程（full stroke）的状态时，中立流路9关闭而不存在流体的流通。从而，不存在流过节流阀11的流量，因此先导压保持为零。
根据操作阀4～8的操作量，泵排出量的一部分被引导到致动器中，一部分从中立流路9被引导到罐T中，因此节流阀11生成与在中立流路9中流动的流量相对应的先导压。换言之，节流阀11生成与操作阀4～8的操作量相对应的先导压。
另外，在中立流路9上，在操作阀8与节流阀11之间连接有先导流路12。先导流路12经由电磁切换阀13与用于控制第1主泵MP1的偏转角的调节器14相连接。
调节器14通过与先导流路12的先导压成反比例地控制第1主泵MP1的偏转角，从而控制该第1主泵MP1每旋转一周所排出的排出量。若操作阀4～8为全阀程而在中立流路9中不存在排出油的流动，先导压为零，则第1主泵MP1的偏转角达到最大，其每旋转一周所排出的排出量达到最大。
另外，电磁切换阀13与先导液压源PP相连接。当电磁切换阀13位于图示的正常位置、即通常控制位置时，调节器14与先导流路12相连通，当使电磁切换阀13的螺线管励磁而切换到切换位置时，调节器14与先导液压源PP相连通。电磁切换阀13的螺线管与控制器C相连接，在操作者输入信号的情况下，控制器C使电磁切换阀13的螺线管励磁并切换到切换位置，只要未输入信号就不使螺线管励磁，将该电磁切换阀13保持在通常控制位置。
在所有的操作阀4～8保持于中立位置的情况下，电磁切换阀13使第1主泵MP1的排出量小于通常的中立时的排出量。例如在欲减少损失的暖机运转时等进行切换。
另一方面，第2主泵MP2与第2回路系统相连接。第2回路系统从其上游侧依次连接有：操作阀15，其用于控制右行驶用马达；操作阀16，其用于控制铲斗缸（bucket cylinder）；操作阀17，其用于控制动臂缸BC；臂式两档用的操作阀18，其用于控制臂缸。
各个操作阀15～18经由中立流路19及第2切换阀V2与第2主泵MP2相连接。操作阀16、17经由并联通路20及第2切换阀V2与第2主泵MP2相连接。
在中立流路19上，在操作阀18的下游侧设有先导压控制用的节流阀21。节流阀21与第1回路系统的节流阀11完全相同地发挥作用。
在中立流路19上，在最下游的操作阀18与节流阀21之间连接有先导流路22。先导流路22与用于控制第2主泵MP2的偏转角的调节器23相连接。
调节器23通过与先导流路22的先导压成反比例地控制第2主泵MP2的偏转角，从而控制该第2主泵MP2每旋转一周所排出的排出量。若操作阀15～18为全阀程而在中立流路19中不存在排出油的流动，先导压为零，则第2主泵MP2的偏转角达到最大，其每旋转一周所排出的排出量达到最大。
另外，用于控制动臂缸BC的操作阀17使其一致动器端口经由一通路24与活塞侧室25相连通。在连通途中的通路24上设有用于构成阀机构的回收流量控制阀26。回收流量控制阀26在其一侧设有先导室26a，在与先导室26a相对一侧设有弹簧26b。
回收流量控制阀26利用弹簧26b的弹簧力保持图示的正常位置，但是当在先导室26a中作用先导压时，将该回收流量控制阀26切换到附图右侧的切换位置。
在回收流量控制阀26位于图示的正常位置的情况下，使用于连通操作阀17的一致动器端口与活塞侧室25的主流路26c打开到最大，并且关闭用于连通活塞侧室25与液压马达M的回收流路26d。
通路27使回收流路26d与液压马达M相连通，在该通路途中，设有仅允许工作油从回收流路26d向液压马达M流通的单向阀28。
用于控制动臂缸BC的操作阀17的另一致动器端口经由另一通路29与动臂缸BC的活塞杆侧室30相连通。而且，经由再生通路31连接另一通路29与活塞侧室25。在再生通路31上设有用于构成阀机构的再生流量控制阀32。再生流量控制阀32在其一侧设有先导室32a，在与先导室32a相对一侧设有弹簧32b。
再生流量控制阀32利用弹簧32b的弹簧力保持图示的正常位置，在正常位置处关闭再生流路32c，另一方面，当在先导室32a中作用有先导压时，该再生流量控制阀32切换到附图右侧的切换位置，使再生流路32c维持为与切换量相对应的节流开度。
单向阀33设在再生通路31上，仅允许工作油从活塞侧室25向另一通路29流通。
回收流量控制阀26及再生流量控制阀32的各个先导室26a、32a经由比例电磁阀34与先导液压源PP相连接。比例电磁阀34在其一侧设有与控制器C相连接的螺线管34a，在与螺线管34a相反的一侧设有弹簧34b。
比例电磁阀34利用弹簧34b的弹簧力保持图示的正常位置，但是当控制器C根据操作者的输入信号使螺线管34a励磁时，比例电磁阀34进行切换，根据励磁电流来控制开度。
从而，能够利用控制器C控制作用在回收流量控制阀26及再生流量控制阀32的先导室26a、32a中的先导压。
其中，以如下方式进行设定：再生流量控制阀32的弹簧32b的弹簧力大于回收流量控制阀26的弹簧26b的弹簧力，即使受到相同的先导压，再生流量控制阀32的打开时刻也迟于回收流量控制阀26的打开时刻。
另外，与回收流量控制阀26的回收流路26d相连通的液压马达M与辅助泵AP同轴旋转，并且该液压马达M与电动马达兼发电机35相联动。通过使液压马达M旋转而使电动马达兼发电机35发挥发电功能，由电动马达兼发电机35发出的电力经由变换器36充入到电池37中。电池37与控制器C相连接，控制器C能够掌握电池37的蓄电量。
电池充电器38用于将由发电机3发出的电力充入到电池37中。在本实施方式中，电池充电器38也可以连接家庭用电源等其他系统的电源39上。
另外，液压马达M利用调节器40控制其偏转角。调节器40与控制器C相连接，根据来自控制器C的信号控制偏转角。
辅助泵AP也是可变容量泵，利用其调节器41控制偏转角。调节器41与控制器C相连接。
从而，在液压马达M使电动马达兼发电机35旋转的情况下，使辅助泵AP的偏转角最小而设定为使该辅助泵AP的负荷基本上不作用于液压马达M的状态。另外，在使电动马达兼发电机35作为电动马达发挥功能的情况下，利用其驱动力使辅助泵AP旋转而发挥泵功能。
在本实施方式中，若在不使电磁阀1、2a、2b励磁而将第1切换阀V1和第2切换阀V2保持在图示的正常位置的状态下，从第1主泵MP1和第2主泵MP2排出工作油，则排出油被供给到第1、2回路系统。
若从辅助泵AP也排出工作油，则该排出油与第1主泵MP1及第2主泵MP2的排出油合流而供给到第1、2回路系统中。
为了使辅助泵AP旋转，能够利用蓄存到电池37中的电力使电动马达兼发电机35作为电动马达旋转，将该旋转力作为辅助泵AP的驱动源。在该情况下，使液压马达M的偏转角最小而减小其负荷，将作为电动马达发挥功能的电动马达兼发电机35的输出损失降到最小。
另外，也能够利用液压马达M的旋转力使辅助泵AP旋转。将液压马达M作为驱动源的情况见后述。
设置用于检测引导到第1主泵MP1的调节器14中的压力的压力传感器42和用于检测引导到第2主泵MP2的调节器23中的压力的压力传感器43，其压力信号被输入到控制器C中。控制器C根据压力传感器42、43的压力信号将辅助泵AP的偏转角维持为预先设定的角度。该角度被设定为能够根据压力信号获得最有效的辅助输出。
另外，当将第1切换阀V1切换到附图右侧的切换位置、将第2切换阀V2切换到附图右侧的第1切换位置时，仅将第1主泵MP1和第2主泵MP2的排出油供给到第1、2回路系统。
而且，当将第2切换阀V2切换到附图左侧的第2切换位置时，第2主泵MP2的排出油被供给到液压马达M中。在未使与第2回路系统相连接的致动器工作的情况下，能够通过操作者将第2切换阀V2切换到第2切换位置来使液压马达M旋转而使电动马达兼发电机35发挥发电功能。由电动马达兼发电机35发出的电力经由变换器36充入到电池37中。
在利用液压马达M使电动马达兼发电机35旋转的情况下，能够将辅助泵AP的偏转角保持为最小而提高发电效率。
另外，控制器C具有检测电池37的蓄电量，并根据该蓄电量控制液压马达M的转速的功能。
另一方面，也能够利用在动臂缸BC下降时从活塞侧室25排出的返回油使液压马达M旋转。即，控制器C根据用于操作动臂缸BC的操作杆的操作方向判断动臂缸BC是上升还是下降。在动臂缸BC下降的情况下，根据操作杆的操作量，换言之根据操作者期望的动臂缸BC的下降速度，控制器C控制比例电磁阀34的螺线管34a的励磁电流。从而，操作者期望的下降速度越大，比例电磁阀34的开度就越大。
当比例电磁阀34打开时，来自先导液压源PP的先导压被引导到回收流量控制阀26的先导室26a与再生流量控制阀32的先导室32a中。
但是，由于回收流量控制阀26的弹簧26b的弹簧力小于再生流量控制阀32的弹簧32b的弹簧力，因此回收流量控制阀26先切换到切换位置。回收流量控制阀26的切换量成为与先导压成比例的切换量。
若回收流量控制阀26切换到切换位置，则来自动臂缸BC的活塞侧室25的返回油根据回收流量控制阀26的切换量被分配为返回到一通路24中的流量和供给到液压马达M中的流量。
控制器C为了使动臂缸BC维持目标下降速度而控制液压马达M或辅助泵AP的偏转角，从而控制马达M及辅助泵AP的负荷。
若操作者期望的下降速度增大，则比例电磁阀34的开度也增大，因此相应地作用在先导室26a、32a中的先导压也增大。若先导压增大，则再生流量控制阀32切换到切换位置，打开与先导压成比例的程度的再生流路32c。
若打开再生流路32c，则来自动臂缸BC的活塞侧室25的返回油的一部分经由再生通路31及另一通路29被供给到动臂缸BC的活塞杆侧室30中。
在动臂缸BC的下降速度增大的情况下，使活塞侧室25的返回油在活塞杆侧室30中再生是为了不使活塞杆侧室30成为负压而产生噪音。
再生流量控制阀32打开的时刻及其开度是由比例电磁阀34的开度与弹簧32b的弹簧力等决定的，根据动臂缸BC所要求的特性等预先进行设定。
另外，也能够利用液压马达M的旋转力对辅助泵AP的旋转力进行辅助。考虑到流入液压马达M中的压力低于第2主泵MP2的排出压力的情况，在本实施方式中，为了即使在压力较低的情况下也使辅助泵AP维持较高的排出压力，利用液压马达M及辅助泵AP发挥增压功能。
即，液压马达M的输出由每旋转一周所排出的排油容积Q1与此时的压力P1之积决定。另外，辅助泵AP的输出由每旋转一周所排出的排油容积Q2与排出压力P2之积决定。在本实施方式中，液压马达M与辅助泵AP同轴旋转，因此Q1×P1＝Q2×P2成立。例如，若将液压马达M的排油容积Q 1设为辅助泵AP的排油容积Q2的3倍、即Q1＝3Q2，则上述等式变为3Q2×P1＝Q2×P2。若自该式的两边除去Q2，则3P1＝P2成立。
从而，若改变辅助泵AP的偏转角而控制排油容积Q2，则能够根据液压马达M的输出使辅助泵AP维持规定的排出压力。换言之，能够对来自动臂缸BC的工作油进行增压而从辅助泵AP喷出该工作油。
说明第2实施方式。
图2所示的第2实施方式将回收流量控制阀26与再生流量控制阀32换为二位四通阀，实质上仅再生流量控制阀32与第1实施方式不同。第1实施方式中的再生流量控制阀32是二位二通阀，但本实施方式的再生流量控制阀32是二位四通阀。本实施方式的再生流量控制阀32的功能与第1实施方式的再生流量控制阀相同。即，在正常位置处关闭再生流路32c，并且在切换位置处打开再生流路32c。
在第2实施方式中，将再生流量控制阀32设为二位四通阀的原因如下，若使回收流量控制阀26与再生流量控制阀32的端口数相同，则具有能够使这些阀主体实现共用化的优点。
说明第3实施方式。
图3所示的第3实施方式在以下方面与第1、2实施方式不同。第1、2实施方式是利用回收流量控制阀26与再生流量控制阀32这两个阀构成了阀机构，但本实施方式将这些阀合为了一个合成阀44。
合成阀44是二位六通阀，在其一侧设有经由与第1实施方式相同的比例电磁阀34与先导液压源PP相连接的先导室44a，在与先导室44a相对的一侧设有弹簧44b。另外，在合成阀44上设置主流路44c、回收流路44d及再生流路44e，在合成阀44位于图示的正常位置的情况下，仅将主流路44c维持为全开状态。
另外，回收流路44d及再生流路44e在合成阀44位于切换位置时进行切换，根据滑阀芯的移动量，回收流路44d和再生流路44e的打开时刻不同。
除了上述方面以外，该第3实施方式与第1、2实施方式完全相同，因此省略其详细说明。
以上，说明了本发明的实施方式，但是上述实施方式只不过表示本发明的应用例的一部分，并不意味着将本发明的保护范围限定于上述实施方式的具体结构。
本申请基于在2010年2月26日向日本专利局申请的日本特愿2010-42233要求优先权，并将该申请的全部内容以参照的方式引入到本说明书中。
产业上的可利用性
本发明能够用于动力挖掘机等施工机械。

Claims (5)

1.一种施工机械的控制系统，其中，
该施工机械的控制系统包括：
主泵；
回路系统，其具有与上述主泵相连接的多个操作阀；
动臂缸，其与上述多个操作阀中的特定的操作阀相连接；
一通路，其用于连通上述特定的操作阀与上述动臂缸的活塞侧室；
另一通路，其用于连通上述特定的操作阀与上述动臂缸的活塞杆侧室；
液压马达，其在来自上述动臂缸的上述活塞侧室的返回油的作用下旋转；
发电机，其利用上述液压马达的旋转力进行发电；
电池，其用于蓄存上述发动机的发电电力；
阀机构，其设在与上述动臂缸的上述活塞侧室相连通的上述一通路上，将下降时的上述动臂缸的上述活塞侧室的返回油作为回收流量引导到上述液压马达中，并且根据需要使返回油作为再生流量合流到上述另一通路中而将其引导到上述动臂缸的上述活塞杆侧室中。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，
上述阀机构具有在进行操作上述特定的操作阀而使上述动臂缸下降的下降控制时，根据上述操作阀的操作量对向上述液压马达供给的流量进行控制的控制功能。
3.根据权利要求1所述的控制系统，其中，
上述阀机构在进行操作上述特定的操作阀而使上述动臂缸下降的下降控制时，在上述动臂缸的下降速度指令为设定速度以上的情况下，使上述动臂缸的返回油作为再生流量供给到上述动臂缸的上述活塞杆侧室中。
4.根据权利要求1所述的控制系统，其中，
上述阀机构借助比例电磁阀使先导压源与先导室相连接，并且使弹簧的弹簧力作用于与上述先导室相对的一侧，上述比例电磁阀的开度由控制器控制。
5.根据权利要求1所述的控制系统，其中，
上述阀机构包括：
回收流量控制阀，其能够在打开上述一通路并切断与上述液压马达的连通的正常位置，以及节流控制上述一通路且打开与上述液压马达的连通的切换位置之间进行切换；
再生流量控制阀，其设在将上述动臂缸的上述活塞侧室与上述活塞杆侧室连通起来的再生通路途中，该再生流量控制阀在上述正常位置处保持关闭状态，在上述切换位置处保持打开状态。
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