CN105008729A - 工程机械的能量再生系统 - Google Patents

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Abstract

一种工程机械的能量再生系统，在溢流阀动作时之外的时间不会对液压执行机构的动作造成影响，当再生时使执行机构油路与再生液压马达以小的压力损失连通而提高能量回收效率，在不能再生时也能够确保液压执行机构的保持压，能够抑制非本意的动作。在执行机构油路(101a、101b)与再生液压马达(61)之间配置有第1阀装置(51)，该第1阀装置(51)具有能够使高压侧执行机构油路的压力上升至旋转溢流阀(48a、48b)的设定压力的节流通路(51a)，在执行机构油路与再生液压马达(61)之间与第1阀装置(51)并列地配置有第2阀装置(52)，该第2阀装置(52)在第1阀装置(51)与再生液压马达(61)之间的压力上升并接近至旋转溢流阀的设定压力时，通过第1阀装置(51)与再生液压马达(61)之间的压力从闭位置(E)切换至开位置(F)。

Description

工程机械的能量再生系统
技术领域
本发明涉及具备于液压挖掘机等工程机械中且控制工程机械的能量回收的、工程机械的能量再生系统。
背景技术
例如液压挖掘机那样的工程机械作为动力源而具有以汽油、柴油等为燃料的发动机，由该发动机驱动液压泵来产生液压，并驱动液压马达、液压缸这些执行机构。液压执行机构小型轻量且能够实现大输出，广泛用作工程机械的执行机构。
液压挖掘机等的工程机械具有旋转体，在由液压马达驱动旋转体的液压挖掘机中，当在旋转动作中将旋转操作杆返回至中立位置时，向液压马达供给液压油的油路由控制阀封闭，旋转体通过溢流阀的溢流动作而成为减速的状态，然后达到停止状态。
在以往类型的液压挖掘机中，从溢流阀排出的液压油的能量全部作为热量而舍弃。因此，例如在专利文献1中提出了一种能量再生系统，其将从溢流阀排出的液压油的能量通过由液压泵马达和电动机构成的再生装置回收并有效利用。
另外，在专利文献1中，在旋转液压马达与再生装置之间设有安全阀，能够仅在操作装置处于中立状态且检测到规定压力以上的制动压的情况下，通过来自控制器的电气信号降低安全阀的通路阻力。
在先技术文献
专利文献1：日本特开2009-281525号公报
发明内容
在能量再生系统中，为了不会因再生装置的漏泄(leak)等而对旋转动作产生影响，而需要当在溢流阀动作时之外的旋转动作时，将从旋转液压马达向再生装置的油路截断或者充分地节流。另一方面，希望降低从旋转液压马达向再生装置连通的油路的通路阻力，使得在再生中能够不损失能量地进行再生。为了实现该目的，专利文献1所述的能量再生系统在旋转液压马达与再生装置之间设有安全阀，能够仅在操作装置处于中立状态且检测到规定压力以上的制动压的情况下，通过来自控制器的电气信号降低安全阀的通路阻力。
但是，专利文献1所述的能量再生系统通过来自控制器的电气信号来控制安全阀的通路阻力。由此，在因电气系统的故障或控制器的失控等而发生无法提高安全阀的通路阻力的情况下，有可能无法确保旋转体的保持压。
本发明的目的在于，提供一种能量再生系统，在溢流阀动作时之外的时间不会对液压执行机构的动作造成影响，当再生时使执行机构油路与再生液压马达以小的压力损失连通而提高能量回收效率，在不能再生时也能够确保液压执行机构的保持压，能够抑制非本意的动作。
(1)为了实现上述目的，本发明提供一种工程机械的能量再生系统，具有：液压泵；液压执行机构，其由从所述液压泵供给的液压油驱动；控制阀，其根据操作装置的操作指令而向所述液压执行机构供给来自所述液压泵的液压油，控制所述液压执行机构的驱动方向和速度；溢流阀，其设在连接所述控制阀和所述液压执行机构的2个执行机构油路上，且对所述执行机构油路的压力进行控制以使所述执行机构油路的压力不超过设定压力；再生液压马达，其在所述2个执行机构油路中高压侧执行机构油路的压力上升至所述溢流阀的设定压力时，通过从所述高压侧执行机构油路排出的工作液压油旋转驱动；和再生能量回收装置，其与所述再生液压马达连接，回收所述再生液压马达的轴输出，其中，所述工程机械的能量再生系统具有：第1阀装置，其在所述2个执行机构油路内，至少配置于所述高压侧执行机构油路与所述再生液压马达之间，并具有能够使所述高压侧执行机构油路的压力上升至所述溢流阀的设定压力的节流通路；和第2阀装置，其在所述2个执行机构油路内，至少与所述第1阀装置并列地配置于所述高压侧执行机构油路与所述再生液压马达之间，且当所述第1阀装置与所述再生液压马达之间的压力上升并接近至所述溢流阀的设定压力时，通过所述第1阀装置与所述再生液压马达之间的压力从闭位置切换至开位置。
在这样构成的本发明中构成为，在2个执行机构油路内，至少在高压侧执行机构油路与再生液压马达之间并列地配置有第1阀装置和第2阀装置，在第1阀装置上设有能够使高压侧执行机构油路的压力上升至溢流阀的设定压力的节流通路，当第1阀装置与再生液压马达之间的压力上升并接近至溢流阀的设定压力时，通过第1阀装置与再生液压马达之间的压力将第2阀装置从闭位置切换至开位置，由此，在溢流阀动作时之外的时间不会对液压执行机构的动作造成影响，当再生时使执行机构油路与再生液压马达以小的压力损失连通而提高能量回收效率，在不能再生时也能够确保液压执行机构的保持压，能够抑制非本意的动作。另外，第1阀装置和第2阀装置由液压信号来控制，由此能够减少故障要因，并得到高可靠性。
(2)上述(1)中，优选为，所述第1阀装置是当所述高压侧执行机构油路的压力上升并接近至所述溢流阀的设定压力时从闭位置切换至具有所述节流通路的开位置的液压先导切换阀。
由此当第1阀装置(液压先导切换阀)处于闭位置的期间，能够将来自再生液压马达的漏泄量几乎抑制为零，由此，能够抑制以设定压以下的压力动作时的能量损失。
(3)上述(1)中，另外优选为，所述第1阀装置是当所述高压侧执行机构油路的压力上升并接近至所述溢流阀的设定压力时使所述节流通路动作的溢流阀。
由此，也能够在第1阀装置(溢流阀)进行溢流动作之前，将来自再生液压马达的漏泄量几乎抑制为零，由此，能够抑制以设定压以下的压力动作时的能量损失。
(4)上述(1)中，另外优选为，所述第1阀装置是形成所述节流通路的固定节流阀。
由此能够使第1阀装置的构成简洁化。
(5)上述(1)～(4)中，优选为，所述工程机械的能量再生系统还具有：压力传感器，其检测所述第1阀装置与所述再生液压马达之间的压力；和控制装置，其在所述压力传感器检测到的压力到达至不会对所述液压执行机构的动作产生妨碍的规定压力之前，将所述再生液压马达的转速保持为零，当所述压力传感器检测到的压力超过所述规定压力时，控制所述再生液压马达或者所述再生能量回收装置，以使所述再生液压马达旋转且使所述压力传感器检测到的压力保持为所述规定压力。
由此，即使在再生中，也能够确保液压执行机构的制动压，由此，能够进行不会对制动时的动作造成影响的可靠性高的控制。
发明的效果
根据本发明，在溢流阀动作时之外的时间不会对液压执行机构的动作造成影响，当再生时使执行机构油路与再生液压马达以小的压力损失连通而提高能量回收效率，在不能再生时也能够确保液压执行机构的保持压，能够抑制非本意的动作。
附图说明
图1是表示具有本发明的能量再生系统的作为工程机械一例的液压挖掘机的构成的图。
图2是表示具有本发明第1实施方式的能量再生系统的工程机械的旋转驱动系统的整体构成的图。
图3是表示具有本发明第2实施方式的能量再生系统的工程机械的旋转驱动系统的整体构成的图。
图4是表示具有本发明第3实施方式的能量再生系统的工程机械的旋转驱动系统的整体构成的图。
图5是表示具有本发明第4实施方式的能量再生系统的工程机械的旋转驱动系统的整体构成的图。
图6是表示具有本发明第5实施方式的能量再生系统的工程机械的旋转驱动系统的整体构成的图。
图7是表示具有本发明第6实施方式的能量再生系统的工程机械的旋转驱动系统的整体构成的图。
图8是表示具有本发明第7实施方式的能量再生系统的工程机械的旋转驱动系统的整体构成的图。
具体实施方式
以下，使用附图来说明本发明的实施方式。
＜第1实施方式＞
～构成～
图1是表示具有本发明的能量再生系统的作为工程机械一例的液压挖掘机的构成的图。
在图1中，液压挖掘机具有下部行驶体10、上部旋转体20和挖掘机构30。下部行驶体10的构成包括：一对履带11以及履带架12(仅图示一侧)、独立地驱动控制各履带的一对行驶用液压马达13、14(仅图示一侧)、以及这些部件的减速机构等(未图示)。
上部旋转体20具有旋转架21，在旋转架21上搭载有发动机22、由发动机22驱动的液压泵23、旋转液压马达24、减速机25、控制阀26等。在下部行驶体10与上部旋转体20之间设有包括旋转连杆等的旋转机构(未图示)，减速机25将旋转液压马达24的旋转减速并将其向旋转机构传递，通过旋转液压马达24的驱动力而将上部旋转体20相对于下部行驶体10旋转驱动。
挖掘机构30具有：旋转自如地轴支承在上部旋转体20上的能够起伏的动臂31；用于驱动动臂31的动臂液压缸32；旋转自如地轴支承在动臂31的前端部附近的斗杆33；用于驱动斗杆33的斗杆液压缸34；能够旋转地轴支承在斗杆33的前端的铲斗35；和用于驱动铲斗35的铲斗液压缸36。各执行机构(行驶用液压马达13、14、动臂液压缸32、斗杆液压缸34、铲斗液压缸36以及旋转液压马达24)通过从液压泵23供给的液压油来驱动，其驱动方向和驱动速度通过操作控制阀26内的各个滑阀来控制。
图2是表示具有本发明第1实施方式的能量再生系统的旋转驱动系统的图。在图2中，旋转驱动系统具有上述的液压泵23以及旋转液压马达24和滑阀43，该滑阀43通过控制从液压泵23向旋转液压马达24供给的液压油的流动，来控制旋转液压马达24的旋转方向和转速。滑阀43是图1所示的控制阀26内的多个滑阀之一，通过操作旋转操作装置45的操作杆来进行切换操作。
旋转操作装置45具有根据操作杆的操作量而将先导压力源46的压力减压的减压阀，并将与操作杆的操作量对应的操作先导压经由油路202a、202b向滑阀43的受压部施加。滑阀43通过该操作先导压而从中立位置O连续地切换至A位置或者B位置。先导压力源46是始终产生恒定的先导一次压的恒定压力源，具有由发动机22(参照图1)驱动的先导泵(未图示)、和将该先导泵的排出压保持为恒定的先导溢流阀(未图示)。
滑阀43为中立开口(open center)型的流量控制阀，当滑阀43位于图示的中立位置O时，液压泵23经由滑阀43的旁路节流(bleed-off)式节流孔与油箱44连通，液压泵23所排出的工作液压油从该旁路节流式节流孔通过而返回至油箱44。另外，滑阀43经由2个执行机构油路101a、101b而与旋转液压马达24的A端口以及B端口连接，当滑阀43从中立位置O操作至A位置时，液压泵23所排出的工作液压油从滑阀43的A位置的入口节流(meter-in)式节流孔以及执行机构油路101a通过而向旋转液压马达24的A端口供给，来自旋转液压马达24的返回油从执行机构油路101b以及滑阀43的A位置的出口节流(meter-out)式节流孔通过而返回至油箱44，旋转液压马达24向左方向旋转。相反地，当滑阀43从中立位置O操作至B位置时，液压泵23所排出的工作液压油从滑阀43的B位置的入口节流式节流孔以及执行机构油路101b通过而向旋转液压马达24的B端口供给，来自旋转液压马达24的返回油从执行机构油路101a以及滑阀43的B位置的出口节流式节流孔通过而返回至油箱44，旋转液压马达24向右方向旋转。当滑阀43位于中立位置O与A位置的中间时，液压泵23所排出的工作液压油通过滑阀43的旁路节流式节流孔和入口节流式节流孔来分配，从入口节流式节流孔通过的工作液压油向旋转液压马达24供给。当滑阀43位于中立位置O与B位置的中间时也是同样的。
在2个执行机构油路101a、101b与油箱44之间设有旋转溢流阀48a、48b和止回阀49a、49b。旋转溢流阀48a、48b用于规定旋转液压马达24的A端口以及B端口的最高压力，当从中立位置操作滑阀43以使旋转液压马达24驱动时，若执行机构油路101a或101b的工作液压油变得比旋转溢流阀48a、48b的设定压力高则开阀而使工作液压油流向油箱44，来防止工作液压油成为设定压力以上的高压。由此防止执行机构油路101a、101b的配管或液压马达24等的液压设备的破损。另外，在将滑阀43返回至中立位置以使旋转液压马达24停止时，若液压油从旋转液压马达24返回一侧(背压侧)的执行机构油路101a或101b的工作液压油变得比旋转溢流阀48a、48b的设定压力高，则旋转溢流阀48a、48b开阀而使工作液压油流向油箱44，将此时在执行机构油路101a或101b中产生的高压作为制动压而作用于旋转液压马达24，来使旋转液压马达24制动、停止。止回阀49a、49b在执行机构油路101a、101b的压力降低至油箱压以下时，能够从油箱44向执行机构油路101a或101b供给工作液压油，防止在执行机构油路101a或101b、旋转液压马达24等中发生气蚀。
本实施方式的能量再生系统具备于这种旋转驱动系统中，并具有：再生液压马达61，其当2个执行机构油路101a、101b中高压侧执行机构油路的压力上升至旋转溢流阀48a、48b的设定压力时，通过从高压侧执行机构油路101a或101b排出的工作液压油来旋转驱动；作为再生能量回收装置的再生电动机62，其与再生液压马达61连接且将再生液压马达61的驱动力转换为电能；和再生阀块50，其配置在执行机构油路101a、101b与再生液压马达61之间。
再生阀块50具有以下的3个功能。
1.为了不会因再生液压马达61的漏泄等而对旋转动作造成影响，在旋转溢流阀48a、48b动作的溢流时以外的时间，将从旋转液压马达24向再生液压马达61的油路截断或者充分地节流。
2.在再生中，降低从旋转马达向再生装置连通的油路的通路阻力，使得极力减少能量损失而能够再生。
3.即使万一再生装置(再生液压马达61)的电气系统发生故障而导致再生液压马达61成为空转状态，通过使旋转溢流阀48a、48b动作并产生制动压，也不会进行非本意的动作而能够将旋转液压马达24停止。
再生阀块50为了实现上述3个功能，而具有：第1阀装置51，其配置在2个执行机构油路101a、101b与再生液压马达61之间，并具有能够将高压侧执行机构油路101a或101b的压力上升至旋转溢流阀48a、48b的设定压力的节流通路51a；和第2阀装置52，其与第1阀装置51并列地配置在2个执行机构油路101a、101b与再生液压马达61之间，当第1阀装置51与再生液压马达61之间的压力上升并接近至旋转溢流阀48a、48b的设定压力时，根据第1阀装置51与再生液压马达61之间的压力从闭位置E切换至开位置F。
若更具体说明，再生阀块50具有：第1再生油路102，其与执行机构油路101a、101b连接并具有将执行机构油路101a、101b中高压侧执行机构油路的压力抽出的止回阀53a、53b；连接有再生液压马达61的第2再生油路103；连接在第1再生油路102与第2再生油路103之间且配置有上述第1阀装置51以及第2阀装置52的第3以及第4再生油路104、105。
第1阀装置51是如下的液压先导切换阀，其在高压侧执行机构油路101a或101b的压力低于第1规定压力Pa的期间，位于闭位置C，当高压侧执行机构油路101a或101b的压力上升并到达至第1规定压力Pa时，从闭位置C切换至具有上述节流通路51a的开位置D。当将旋转溢流阀48a、48b的设定压力设为Prmax时，第1规定压力Pa设定为比Prmax稍微低的压力。第1阀装置51的装备于开位置D的节流通路51a设定有在旋转起动时或者旋转停止时供如下的小流量工作液压油流动的程度的开口面积，该小流量工作液压油能够使高压侧执行机构油路101a、101b的压力上升至旋转溢流阀48a、48b的设定压力Prmax。通过这种第1阀装置51的构成来实现上述功能1。
第2阀装置52是如下的液压先导切换阀，其在第1阀装置51与再生液压马达61之间的第2再生油路103压力低于第2规定压力Pb的期间，位于闭位置E，当第2再生油路103压力上升并到达至第2规定压力Pb时，从闭位置E切换至开位置F。第2规定压力Pb优选设定为比第1阀装置51的切换压力即第1规定压力Pa高且比使再生液压马达61开始旋转的再生压力Pc(后述)低的压力。此外，第2规定压力Pb并不一定必须比第1阀装置51的切换压力即第1规定压力Pa高，只要能够当不能再生而第2再生油路103的压力降低时，使第2阀装置62迅速切换至闭位置E(后述)即可，可以与第1阀装置51的切换压力即第1规定压力Pa相同，或比其低。第2阀装置52的开位置F的开口面积设定得充分大，使得在再生时工作液压油从高压侧执行机构油路101a或101b向再生液压马达61排出时的压损成为最小。通过这种第2阀装置52的构成来实现上述功能2，并且，使上述第1阀装置51的构成与第2阀装置52的构成相辅相成地实现上述功能3。
能量再生系统在上述构成的基础上，具有与再生电动机62连接的逆变器63、与逆变器63连接的斩波器64以及蓄电池65、与逆变器63连接的控制器70、检测第2再生油路103的压力并将该检测信号向控制器70输出的压力传感器71。若例如是混合动力式液压挖掘机，则蓄电池65用作对液压泵23进行驱动辅助且向未图示的电动机进行电力供给的电源。
控制器70经由逆变器63来控制再生电动机62，使得当压力传感器71检测到的第2再生油路103的压力到达至第3规定压力Pc之前将再生液压马达61的转速保持为零，当第2再生油路103的压力超过第3规定压力Pc时使再生液压马达61旋转且使第2再生油路103的压力保持为第3规定压力Pc。第3规定压力Pc是在第2阀装置52切换为开位置F且高压侧执行机构油路101a或101b与第2再生油路103连通的状态下，不会对旋转液压马达24的动作(起动或者制动)产生妨碍的压力，设定为与旋转溢流阀48a、48b的设定压力Prmax为相同程度、或比其稍微低的值。即，具有Prmax＞Pc＞Pb＞Pa的关系。通过这样地设定再生压力来控制再生液压马达61，而在再生动作中，能够在执行机构油路101a或101b中确保不会对旋转液压马达24的动作(起动或者制动)产生妨碍的规定压力。
再生液压马达61通过来自高压侧执行机构油路101a或101b的工作液压油来旋转驱动，再生电动机62将再生液压马达61的轴输出回收，该结果为，生成的电力经由逆变器63以及斩波器64蓄积在蓄电池65内。将再生液压马达51旋转驱动的工作液压油向油箱44返回。
～动作～
说明如上构成的旋转驱动系统的动作。
～～旋转起动时～～
当操作员意图进行旋转起动而从中立位置操作旋转操作装置45的操作杆时，滑阀43切换至A位置或者B位置，从液压泵23排出的液压油经由执行机构油路101a或101b而供给至旋转液压马达24的A端口或者B端口，旋转液压马达24被旋转驱动。旋转液压马达24所驱动的上部旋转体20为惯性负载，由此，执行机构油路101a或101b中高压侧执行机构油路的压力(起动压)上升。当该起动压上升至第1阀装置51的切换压力即第1规定压力Pa时，第1阀装置51从闭位置C切换至开位置D。在此，开位置D的节流通路51a设定为能够使执行机构油路101a、101b的压力上升至旋转溢流阀48a、48b的设定压力Prmax的开口面积。由此，即使第1阀装置51切换至开位置D，起动压也能够上升至旋转溢流阀48a、48b的设定压力Prmax，并使旋转液压马达24顺畅地起动动作，不会对旋转起动动作产生任何影响(功能1)。另外，当起动压上升至第1规定压力Pa之前，第1阀装置51位于闭位置C，由此，在此期间，即使假设存在从再生液压马达61向油箱44的漏泄流量，也能够将工作液压油来自高压侧执行机构油路101a或101b的漏泄抑制为零，由此，能够抑制能量损失。
当起动压上升至第1规定压力Pa而第1阀装置51从闭位置C切换至开位置D时，第1再生油路102和第2再生油路103经由第1阀装置51的节流通路51a连通。再生液压马达61由控制器70控制，使得当第2再生油路103的压力到达至第3规定压力Pc之前转速保持为零，因此当第2再生油路103与第1再生油路102连通时，第2再生油路103的压力上升，当第2再生油路103的压力上升至第2阀装置52的切换压力即第2规定压力Pb时，第2阀装置52从闭位置E切换至开位置F。当第2再生油路103的压力进一步上升并到达至第3规定压力Pc时，再生液压马达61通过从高压侧执行机构油路101a或101b经由第2阀装置52流入至第2再生油路103内的工作液压油来旋转驱动。该再生液压马达61的旋转驱动能量由再生电动机62转换为电能，并蓄积在蓄电池65内(进行再生动作)。此时，第2阀装置52位于开位置F，开位置F的开口面积设定得充分大，以使工作液压油从高压侧执行机构油路101a或101b向再生液压马达61排出时的压损成为最小，由此，减少再生中的能量损失，能够高效率地进行能量再生(功能2)。另外，以使第2再生油路103的压力保持为第3规定压力Pc的方式控制再生液压马达61，第3规定压力Pc设定为与旋转溢流阀48a、48b的设定压力Prmax为相同程度、或比其稍微低的值，由此，即使在再生中也能够确保旋转液压马达24的起动压。
当旋转液压马达24的转速上升，且起动压低于第3规定压力Pc时，控制再生液压马达61使其转速为零以停止再生动作。当起动压进一步降低并低于第2规定压力Pb时第2阀装置52切换至闭位置E，当起动压进一步降低并低于第1规定压力Pa时第1阀装置51切换至闭位置C。
～～旋转停止时～～
操作员使旋转动作停止，由此将旋转操作装置45的操作杆返回至中立位置，当滑阀43从A位置或者B位置切换至中立位置O时，停止从液压泵23向旋转液压马达24供给，并且也截断了工作液压油从旋转液压马达24经由滑阀43向油箱44排出工作液压油。旋转液压马达24所驱动的上部旋转体20为惯性负载，由此，即使来自液压泵的工作液压油的供给停止，旋转液压马达24也会因上部旋转体20的惯性而继续旋转，经由止回阀49a或者49b从油箱44向旋转液压马达24补给工作液压油，旋转液压马达24继续排出工作液压油。由此，排出侧的执行机构油路101a或101b的压力上升，该压力作为制动压而作用于旋转液压马达24。当该制动压上升至第1阀装置51的切换压力即第1规定压力Pa时，第1阀装置51从闭位置C切换至开位置D。在此，开位置D的节流通路51a设定为能够使执行机构油路101a、101b的压力上升至旋转溢流阀48a、48b的设定压力Prmax的开口面积。由此，即使第1阀装置51切换至开位置D，制动压也能够上升至旋转溢流阀48a、48b的设定压力Prmax，与以往相同地对旋转液压马达24作用制动压，不会对旋转制动动作造成任何影响(功能1)。另外，当制动压上升至第1规定压力Pa之前，第1阀装置51位于闭位置C，由此在此期间，即使假设存在从再生液压马达61向油箱44的漏泄流量，工作液压油来自高压侧执行机构油路101a或101b的漏泄也能够抑制为零，由此能够可靠地使制动压上升。
当制动压上升至第1规定压力Pa而第1阀装置51从闭位置C切换至开位置D时，第1再生油路102和第2再生油路103经由第1阀装置51的节流通路51a连通。再生液压马达61由控制器70控制，使得在第2再生油路103的压力到达至第3规定压力Pc之前转速保持为零，因此当第2再生油路103与第1再生油路102连通时，第2再生油路103的压力上升，当第2再生油路103的压力上升至第2阀装置52的切换压力即第2规定压力Pb时，第2阀装置52从闭位置E切换至开位置F。当第2再生油路103的压力进一步上升并到达至第3规定压力Pc时，再生液压马达61通过从排出侧(高压侧)的执行机构油路101a或101b经由第2阀装置52流入至第2再生油路103内的工作液压油来旋转驱动。该再生液压马达61的旋转驱动由再生电动机62转换为电能，并蓄积在蓄电池65内(进行再生动作)。此时，第2阀装置52位于开位置F，开位置F的开口面积设定得充分大，以使工作液压油从排出侧(高压侧)的执行机构油路101a或101b向再生液压马达61排出时的压损成为最小，由此，减少再生中的能量损失，能够高效率地进行能量再生(功能2)。另外，以使第2再生油路103的压力保持为第3规定压力Pc的方式控制再生液压马达61，第3规定压力Pc设定为与旋转溢流阀48a、48b的设定压力Prmax为相同程度、或比其稍微低的值，由此，即使在再生中也能够确保旋转液压马达24的制动压，不会对制动时的动作产生影响。
当旋转液压马达24的转速降低，且制动压低于第3规定压力Pc时，控制再生液压马达61使其转速为零以停止再生动作。当制动压进一步降低并低于第2规定压力Pb时，第2阀装置52切换至闭位置E，当制动压进一步降低并低于第1规定压力Pa时，第1阀装置51切换至闭位置C。然后，旋转液压马达24停止。
～～再生动作的异常发生时～～
在再生动作中，因电气系统的故障(例如再生电动机62的故障)而导致再生液压马达61成为空转状态，无法保持第3规定压力Pc，在该情况下，当第2再生油路103的压力降低并低于第2规定压力Pb时，第2阀装置52切换至闭位置E，截断了经由第2阀装置52实现的高压侧执行机构油路101a或101b与第2再生油路103之间的连通。另外，虽然第1阀装置51位于开位置D，但通过上述的对节流通路51a的设定，起动压或者制动压能够上升至旋转溢流阀48a、48b的设定压力Prmax。由此，高压侧执行机构油路101a或101b的压力上升至旋转溢流阀48a、48b的设定压力Prmax，在旋转起动时使旋转液压马达24顺畅地进行起动动作，在旋转停止时能够不使旋转液压马达24非本意动作地停止(功能3)。另外，再生阀块50自身不包括任何电气系统，仅由故障因素少的液压装置(第1阀装置51以及第2阀装置52)来构成，由此，即使在再生液压马达61侧产生异常，也能够可靠地动作，确保高可靠性。
～效果～
如上所述，根据本实施方式的能量再生系统，实现再生液压马达61的再生动作所要求的上述功能1～3，并且仅由故障因素少的液压装置(第1阀装置51以及第2阀装置52)来构成再生阀块50，由此即使在再生液压马达61侧产生异常，也能够正常地进行旋转起动或者旋转制动，能够确保高可靠性。
另外，将第1阀装置51构成为当高压侧执行机构油路101a或101b的压力上升至第1规定压力Pa时，从闭位置C切换至具有节流通路51a的开位置D的液压先导切换阀，由此在起动压或者制动压上升至第1规定压力Pa之前，工作液压油不会从高压侧执行机构油路101a或101b流出，将工作液压油的漏泄抑制为零，由此在第1规定压Pa以下能够抑制能量损失，并在制动时能够可靠地使制动压上升。
＜第2实施方式＞
图3是表示具有本发明第2实施方式的能量再生系统的工程机械的旋转驱动系统的整体构成的图。在图中，对于与图2所示的第1实施方式的旋转驱动系统同等的部件标注相同的附图标记，并省略说明。
本实施方式的能量再生系统与第1实施方式(参照图2)的不同点在于，代替先导切换阀而由小型的先导溢流阀来构成再生阀块50A的第1阀装置51A。
即，再生阀块50A作为第1阀装置51A而具有先导溢流阀，作为第1阀装置51A的先导溢流阀在高压侧执行机构油路101a或101b的压力比第1规定压力Pa低的期间关闭，当高压侧执行机构油路101a或101b的压力上升并到达至第1规定压力Pa时开阀，成为使流通路51Aa动作的溢流状态。当将旋转溢流阀48a、48b的设定压力设为Prmax时，第1规定压力Pa设定为比Prmax稍微低的压力。先导溢流阀的节流通路51Aa设定有当旋转起动时或者旋转停止时供如下的小流量工作液压油流动的程度的开口面积，该小流量工作液压油能够使高压侧执行机构油路101a或101b的压力上升至旋转溢流阀48a、48b的设定压力Prmax。通过这种先导溢流阀的构成能够实现上述功能1。
本实施方式的能量再生系统的动作与图2所示的第1实施方式在实质上相同，即使通过本实施方式也能够得到与第1实施方式相同的效果。
＜第3实施方式＞
图4是表示具有本发明第3实施方式的能量再生系统的工程机械的旋转驱动系统的整体构成的图。在图中，对于与图2所示的第1实施方式的旋转驱动系统同等的部件标注相同的附图标记，并省略说明。
本实施方式的能量再生系统与第1实施方式(参照图2)的不同点在于，代替先导切换阀而由固定节流阀51B来构成再生阀块50B的第1阀装置51B。
即，再生阀块50B作为第1阀装置51B而具有固定节流阀，该固定节流阀的节流通路51Ba设定有在旋转起动时或者旋转停止时供如下的小流量工作液压油流动的程度的开口面积，该小流量工作液压油能够使高压侧执行机构油路101a或101b的压力上升至旋转溢流阀48a、48b的设定压力Prmax。通过这种固定节流阀的构成能够实现上述功能1。
在本实施方式的旋转制动装置中，与第1实施方式同样地，即使在再生液压马达61侧产生异常也能够进行旋转起动或者旋转制动，能够确保高可靠性。另外，在本实施方式中，由固定节流阀来构成第1阀装置51B，由此使第1阀装置51B的构成简洁化，能够廉价地制造再生阀块50B。
＜第4实施方式＞
图5是表示具有本发明第4实施方式的能量再生系统的工程机械的旋转驱动系统的整体构成的图。在图中，对于与图2所示的第1实施方式的旋转驱动系统同等的部件标注相同的附图标记，并省略说明。
本实施方式的能量再生系统与第1实施方式(参照图2)的不同点在于，将再生电动机62替换为作为再生能量回收装置的再生液压泵301，并将蓄积再生能量的蓄电池65替换为蓄能器302，从而将再生能量回收为液压能量。
即，能量再生系统在再生液压马达61的基础上，具有：与再生液压马达61机械连接的再生液压泵301；与再生液压泵301的排出端口连接的蓄能器302；与再生液压泵301的排出端口连接的压力传感器303；和与再生液压马达61和压力传感器303连接的控制器70。
控制器70在压力传感器71检测到的第2再生油路103的压力到达至第3规定压力Pc之前，指示再生液压马达61零倾转，由此将转速保持为零，当第2再生油路103的压力超过第3规定压力Pc时使用来自压力传感器71以及压力传感器303的信号来控制再生液压马达61的倾转，以使再生液压马达61旋转，且使第2再生油路103的压力保持为第3规定压力Pc。
再生液压马达61由来自高压侧执行机构油路101a或101b的工作液压油旋转驱动，再生液压泵301回收再生液压马达61的轴输出，该结果为，所生成的液压能量蓄积在蓄能器302内。将再生液压马达61旋转驱动的工作液压油向油箱44返回。
在本实施方式的旋转制动装置中，与第1实施方式同样地，即使在再生液压马达61侧产生异常，也能够进行旋转起动或者旋转制动，能够确保高可靠性。
＜第5实施方式＞
图6是表示具有本发明第5实施方式的能量再生系统的工程机械的旋转驱动系统的整体构成的图。在图中，对于与图2所示的第1实施方式的旋转驱动系统同等的部件标注相同的附图标记，并省略说明。
本实施方式的能量再生系统与第1实施方式(参照图2)的不同点在于，将再生液压马达61替换为作为附加了液压泵功能的再生液压马达的再生液压泵马达400，并将再生电动机62替换为作为再生能量回收装置的飞轮401，将再生能量回收为动能。
即，能量再生系统在再生液压泵马达400的基础上，具有：与再生液压泵马达400机械连接的飞轮401；检测飞轮401的转速的转速传感器402；与再生液压泵马达400和转速传感器402连接的控制器70；在从第2再生油路103分支出的并与液压泵23的排出侧油路连接的油路405上具备的带逆流防止功能的切换阀403；和位于第2再生油路103上且与该油路405的分支点406相比位于上流侧的止回阀404。
再生液压泵马达400例如是具有双倾转机构的轴向活塞型，其当再生时作为液压马达由从高压侧执行机构油路101a或101b排出的工作液压油来驱动，向飞轮401供给动能，并且当动力运行时，通过由飞轮401蓄积的动能而与作为马达时相反地倾转并作为液压泵来驱动。该倾转控制通过来自控制器70的指示进行。控制器70当压力传感器71检测到的第2再生油路103的压力到达至第3规定压力Pc之前，使再生液压泵马达400为零倾转，由此将转速保持为零，当第2再生油路103的压力超过第3规定压力Pc时，使用来自压力传感器71以及转速传感器402的信号来控制再生液压泵马达400的倾转，使得再生液压泵马达400旋转且使第2再生油路103的压力保持为第3规定压力Pc。
再生液压泵马达400通过来自高压侧执行机构油路101a或101b的工作液压油来旋转驱动，再生液压泵马达400所生成的液压能量作为动能被飞轮401回收。使再生液压泵马达400旋转驱动的工作液压油向油箱44返回。
另外，在以动力运行来使用再生液压泵马达400时，控制器70使再生液压泵马达400如上所述地与作为马达时相反地倾转，将切换阀403从闭位置切换为开位置，从再生液压泵马达400排出的工作液压油向液压泵23的排出侧流入。此时，通过止回阀404来截断工作液压油向再生阀块50侧的流入。
在本实施方式的旋转制动装置中，与第1实施方式同样地，即使在再生液压泵马达400侧产生异常，也能够进行旋转起动或者旋转制动，能够确保高可靠性。
＜第6实施方式＞
图7是表示具有本发明第6实施方式的能量再生系统的工程机械的旋转驱动系统的整体构成的图。在图中，对于与图2所示的第1实施方式的旋转驱动系统同等的部件标注相同的附图标记，并省略说明。
本实施方式的能量再生系统与第1实施方式(参照图2)的不同点在于，将再生液压马达61与作为再生能量回收装置的发动机22以及液压泵23机械连接，将再生能量回收为动能。
即，能量再生系统在再生液压马达61的基础上，具有：经由轴502与再生液压马达61机械连接的发动机22以及液压泵23；检测再生液压马达61的转速的转速传感器501；和与再生液压马达61和转速传感器501连接的控制器70。
控制器70当压力传感器71检测到的第2再生油路103的压力到达至第3规定压力Pc之前将再生液压马达61设为零倾转，由此将流量保持为零，当第2再生油路103的压力超过第3规定压力Pc时，使用来自压力传感器71以及转速传感器501的信号来控制再生液压马达61的倾转，使得再生液压马达61旋转且第2再生油路103的压力保持为第3规定压力Pc。
再生液压马达61通过来自高压侧执行机构油路101a或101b的工作液压油来旋转驱动，再生的液压能量通过轴502作为动能而向液压泵23或者发动机22传递并被回收。使再生液压马达61旋转驱动的工作液压油向油箱44返回。
在本实施方式的旋转制动装置中，与第1实施方式同样地，即使在再生液压马达61侧产生异常，也能够进行旋转起动或者旋转制动，能够确保高可靠性。
＜第7实施方式＞
图8是表示具有本发明第7实施方式的能量再生系统的工程机械的旋转驱动系统的整体构成的图。在图中，对于与图2所示的第1实施方式的旋转驱动系统同等的部件标注相同的附图标记，并省略说明。
本实施方式的能量再生系统与第1实施方式(参照图2)的不同点在于，将旋转液压马达24替换为动臂液压缸32，并将第1再生油路102仅与执行机构油路101b侧连接，在如溢流阀发生溢流那样的状况下也同样地能够进行能量回收，由此适用本实施方式，能够得到与第1实施方式同样的效果。
＜其他＞
以上实施方式能够在本发明的精神范围内进行各种变更。例如，在上述实施方式中，虽然将本发明适用于旋转驱动系统，但是也能够适用于使用了未图示的行驶液压马达的行驶驱动系统。另外，将本发明适用于具有驱动如下动臂的动臂液压缸的动臂驱动系统、或者具有驱动斗杆的斗杆液压缸的斗杆驱动系统，也能够得到同样的效果，其中，上述动臂能够基于自重下落进行能量回收。
另外，在上述实施方式中，说明了工程机械为液压挖掘机的情况，但只要是具有驱动惯性负载的液压执行机构的工程机械，将本发明适用于液压挖掘机以外的工程机械(例如液压起重机、轮式挖掘机等)，也能够得到同样的效果。
另外，在上述实施方式中，由发动机22驱动液压泵23，但也可以代替发动机22由电动机来驱动。在该情况下，能够将蓄电池65用作电动机的电源。
附图标记说明
10  下部行驶体
11  履带
12  履带架
13、14 行驶用液压马达
20  上部旋转体
21  旋转架
22  发动机(再生能量回收装置)
23  液压泵(再生能量回收装置)
24  旋转液压马达
25  减速机
26  控制阀
30  挖掘机构
31  动臂
32  动臂液压缸
33  斗杆
34  斗杆液压缸
35  铲斗
36  铲斗液压缸
43  滑阀(旋转控制装置)
44  油箱
45  旋转操作装置
46  先导压力源
48a、48b 旋转溢流阀
49a、49b 止回阀
50、50A、50B 再生阀块
51  第1阀装置(先导切换阀)
51A 第1阀装置(先导溢流阀)
51B 第1阀装置(固定节流阀)
51a、51Aa、51Ba 节流通路
52  第2阀装置(先导切换阀)
53a、53b 止回阀
61  再生液压马达
62  再生电动机(再生能量回收装置)
63  逆变器
64  斩波器
65  蓄电池
70  控制器
71  压力传感器
101a、101b 执行机构油路
102 第1再生油路
103 第2再生油路
104 第3再生油路
105 第4再生油路
202a、202b 油路
301 再生液压泵(再生能量回收装置)
302 蓄能器
400 再生液压泵马达(再生液压马达)
401 飞轮(再生能量回收装置)
502 轴

Claims (5)

1.一种工程机械的能量再生系统，具有：
液压泵；
液压执行机构，其由从所述液压泵供给的液压油驱动；
控制阀，其根据操作装置的操作指令而向所述液压执行机构供给来自所述液压泵的液压油，控制所述液压执行机构的驱动方向和速度；
溢流阀，其设在连接所述控制阀和所述液压执行机构的2个执行机构油路上，且对所述执行机构油路的压力进行控制以使所述执行机构油路的压力不超过设定压力；
再生液压马达，其在所述2个执行机构油路中高压侧执行机构油路的压力上升至所述溢流阀的设定压力时，通过从所述高压侧执行机构油路排出的工作液压油旋转驱动；和
再生能量回收装置，其与所述再生液压马达连接，回收所述再生液压马达的轴输出，
所述工程机械的能量再生系统的特征在于，具有：
第1阀装置，其在所述2个执行机构油路内，至少配置于所述高压侧执行机构油路与所述再生液压马达之间，并具有能够使所述高压侧执行机构油路的压力上升至所述溢流阀的设定压力的节流通路；和
第2阀装置，其在所述2个执行机构油路内，至少与所述第1阀装置并列地配置于所述高压侧执行机构油路与所述再生液压马达之间，且当所述第1阀装置与所述再生液压马达之间的压力上升并接近至所述溢流阀的设定压力时，通过所述第1阀装置与所述再生液压马达之间的压力从闭位置切换至开位置。
2.根据权利要求1所述的工程机械的能量再生系统，其特征在于，所述第1阀装置是当所述高压侧执行机构油路的压力上升并接近至所述溢流阀的设定压力时从闭位置切换至具有所述节流通路的开位置的液压先导切换阀。
3.根据权利要求1所述的工程机械的能量再生系统，其特征在于，所述第1阀装置是当所述高压侧执行机构油路的压力上升并接近至所述溢流阀的设定压力时使所述节流通路动作的溢流阀。
4.根据权利要求1所述的工程机械的能量再生系统，其特征在于，所述第1阀装置是形成所述节流通路的固定节流阀。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的工程机械的能量再生系统，其特征在于，还具有：
压力传感器，其检测所述第1阀装置与所述再生液压马达之间的压力；和
控制装置，其在所述压力传感器检测到的压力到达至不会对所述液压执行机构的动作产生妨碍的规定压力之前，将所述再生液压马达的转速保持为零，当所述压力传感器检测到的压力超过所述规定压力时，控制所述再生液压马达或者所述再生能量回收装置，以使所述再生液压马达旋转且使所述压力传感器检测到的压力保持为所述规定压力。
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