CN105980714B - 工程机械 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种工程机械，当压力传感器(18)的检测压力(PS)不足由过载溢流阀(10、12)预先设定的第1设定值(P1)时，控制器(8)将再生液压马达(71)的目标流量设定为零、或者不会使再生油路(16)的液体压力变为负压程度的小流量，当所述检测压力为所述第1设定值以上时，控制器(8)将所述再生液压马达的目标流量设定为与所述检测压力相应的值，并以使所述再生液压马达的流量成为该目标流量的方式对发电/电动机(72)的转速进行控制。由此，能够确保与以往同等的良好的操作性。

Description

工程机械
技术领域
本发明涉及工程机械、尤其涉及液压挖掘机等具有液压执行机构、且使从液压执行机构排出的压力油的能量再生的工程机械。
背景技术
作为利用来自旋转液压马达的返回压力油驱动液压马达，利用与该液压马达直接连结的电动马达进行发电，并通过将该发出的电能蓄积在电池中而使压力油能量再生的能量回收装置，例如存在专利文献1及2所记载的能量回收装置。
另外，在专利文献2中作为能量回收装置的控制方法而记载有下述方法：以在压力油再生时保持旋转液压马达的制动所需的压力的方式控制再生液压马达的倾转角。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-136806号公报
专利文献2：日本特开2009-281525号公报
发明内容
然而，专利文献1中并未公开利用能量回收装置所回收的返回压力油的流量(以下，称为回收流量)的具体的控制方法。因此，例如在再生液压马达的流量被调整得过大而超过来自旋转液压马达的排出流量的情况下，有可能因旋转的制动压力降低而导致操作性变差。
另一方面，虽然专利文献2中所记载的能量回收装置通过倾转角控制而对回收流量进行控制，但倾转角控制的响应性差。因此，例如在来自旋转液压马达的排出流量逐渐减少的旋转减速时，能够想象因响应延迟而导致回收流量超过来自旋转液压马达的排出流量的情况。该情况下也同样有可能因旋转的制动压力降低而导致旋转操作性变差。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的是提供一种使供给排出至旋转液压马达的压力油的能量再生的工程机械，该工程机械能够确保与以往同等的良好的操作性。
(1)为了达成上述目的，本发明具备：旋转体；旋转液压马达，其对所述旋转体进行旋转驱动；再生装置，其具有与对所述旋转液压马达的压力油进行供给排出的一对执行机构油路连接的再生油路、与该再生油路连接的再生液压马达、以及与所述再生液压马达一起旋转的发电电动机；压力检测装置，其能够对所述一对执行机构油路中的至少高压侧的压力进行检测；过载溢流阀，其与所述一对执行机构油路分别连接；以及控制装置，当由所述压力检测装置检测出的所述一对执行机构油路的高压侧的检测压力不足由所述过载溢流阀预先设定的第1设定值时，该控制装置将所述再生液压马达的目标流量设定为零、或者不会使再生油路的液体压力变为负压的程度的小流量，当所述检测压力为所述第1设定值以上时，该控制装置将所述再生液压马达的目标流量设定为与所述检测压力相应的值，并以所述再生液压马达的流量成为该目标流量的方式对所述发电电动机的转速进行控制。
在这样构成的本发明中，当执行机构油路的压力不足由过载溢流阀预先设定的第1设定值时，再生液压马达的流量变为零、或者不会使再生油路的液体压力变为负压的程度的小流量，当执行机构油路的压力为第1设定值以上时，通过响应性高的发电电动机的转速控制而将再生液压马达的流量控制为与目标流量一致，因此，能够将执行机构油路的压力保持为与现有的工程机械相同，从而能够确保与以往同等的良好的操作性。
(2)在上述(1)的技术方案中，优选所述控制装置模拟所述过载溢流阀的过载特性而设定所述检测压力为所述第1设定值以上时的目标流量。
由此，由于将再生液压马达的流量控制为与过载溢流阀的溢流流量同等或者大于该溢流流量，因此能够提高压力油能量的再生效率。
(3)在上述(2)的技术方案中，优选所述控制装置在所述检测压力达到设定为高于所述第1设定值的第2设定值以上时，将所述再生液压马达的目标流量设定为恒定值。
由此，当执行机构油路的压力达到设定为高于第1设定值的第2设定值以上时，将再生液压马达的流量控制为恒定，因此，能够抑制因再生液压马达的流量变动而引起的执行机构油路的压力变动。
(4)在上述(1)～(3)的任意技术方案中，优选还具备切换阀，该切换阀设置于所述再生油路，当所述一对执行机构油路的高压侧的压力达到设定为与所述第1设定值同等或者小于所述第1设定值的第3设定值以上时，该切换阀将所述再生油路连通，当所述一对执行机构油路的高压侧的压力不足所述第3设定值时，该切换阀将所述再生油路阻断。
由此，当再生装置发生故障而导致再生液压马达无法保持压力时，使再生液压马达从执行机构油路断开，因此，即使在再生装置发生故障的情况下，也能够将执行机构油路的压力保持为与现有的工程机械相同，从而能够确保与以往同等的良好的操作性。
发明的效果
根据本发明，在使供给排出至旋转液压马达的压力油的能量再生的工程机械中，能够确保与以往同等的良好的操作性。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的液压挖掘机的外观的图。
图2是表示本发明的实施方式的液压控制系统的图。
图3是表示本发明的实施方式的控制器的运算逻辑的图。
图4是表示本发明的实施方式的压力传感器的检测压力与再生液压马达的目标流量的关系的图。
图5是表示本发明的实施方式的变形例的压力传感器的检测压力与再生液压马达的目标流量的关系的图。
具体实施方式
以下，利用附图对本发明的实施方式进行说明。
～结构～
图1是表示作为本发明的实施方式所涉及的工程机械的一例的液压挖掘机的外观的图。在图1中，液压挖掘机具备下部行驶体100、上部旋转体200以及挖掘机构300。
下部行驶体100具备一对履带101、履带框架102、以及独立地驱动各履带的一对行驶液压马达34(全部都仅在单侧图示)。
上部旋转体200具有旋转框架201，在旋转框架201上搭载有下述部件等：作为原动机的发动机1；液压泵2，其由发动机1驱动；旋转液压马达3，其相对于下部行驶体100旋转驱动上部旋转体200(旋转框架201)；以及控制阀4，其对从液压泵2向各液压执行机构的压力油的供给流量进行控制。
挖掘机构300具有：动臂301，其以能够在上下方向上转动的方式安装于上部旋转体200；斗杆302，其以能够转动的方式安装于动臂301的前端；以及铲斗303，其以能够转动的方式安装于斗杆302的前端。动臂301通过动臂缸31的伸缩而在上下方向上转动，斗杆302通过斗杆缸32的伸缩而在上下、前后方向上转动，铲斗303通过铲斗缸33的伸缩而在上下、前后方向上转动。
图2是表示搭载于图1所示的工程机械的液压控制系统(仅为旋转体200的驱动所涉及的部分)的结构的图。在图2中，液压控制系统具备发动机1、液压泵2、旋转液压马达3、设置于控制阀4(图1所示)内的滑阀5、旋转操作装置6、再生装置7以及作为控制装置的控制器8。
液压泵2经由滑阀5以及一对执行机构油路9a、9b而与旋转液压马达3连接。若从图示的中间位置向位置C侧对滑阀5进行操作，则从液压泵2排出的压力油经由执行机构油路9a以及在滑阀5的位置C所形成的入口节流油路Ca而被供给至旋转液压马达3的端口A。供给至旋转液压马达3的端口A的压力油从端口B被排出，并经由执行机构油路9b以及在滑阀5的位置C形成的出口节流油路Cb而返回至液体箱。由此，旋转液压马达3向右旋方向被旋转驱动，从而使得旋转体200进行右旋动作。
另一方面，若从图示的中间位置向位置D侧对滑阀5进行操作，则从液压泵2排出的压力油经由执行机构油路9b以及在滑阀5的位置D所形成的入口节流油路Db而被供给至旋转液压马达3的端口B。供给至旋转液压马达3的端口B的压力油从端口A被排出，并经由执行机构油路9a以及在滑阀5的位置D所形成的出口节流油路Da而返回至液体箱。由此，旋转液压马达3向左旋方向被旋转驱动，从而使得旋转体200进行左旋动作。
在执行机构油路9a连接有：过载溢流阀10，其在内部压力超过溢流开始压力P0时将压力油排出；以及补给阀11，其在内部压力变为负压时从液体箱补充液体。在执行机构油路9b连接有：过载溢流阀12，其在内部压力超过溢流开始压力P0时将压力油排出；以及补给阀13，其在内部压力变为负压时从液体箱补充液体。
旋转操作装置6具备先导阀61、以及安装于先导阀61的操作杆62。先导阀61产生与操作杆62的操作量相应的先导量。先导阀61的输出端口E、F分别经由先导油路10a、10b而与滑阀5的先导受压部5a、5b连接。通过向右旋侧对操作杆62进行操作而产生的先导压力Pr经由先导油路10a而被向滑阀5的先导受压部5a引导，从而将滑阀5向位置C侧进行操作。通过对操作杆62向左旋侧进行操作而产生的先导压力P1经由先导油路10b而被向滑阀5的先导受压部5b引导，从而将滑阀5向位置D侧进行操作。
再生装置7具有再生油路16、再生液压马达71、发电电动机72、逆变器73、斩波器74以及蓄电装置75。
再生油路16经由止回阀14、15而分别与执行机构油路9a、9b连接，再生油路16连接有再生液压马达71。止回阀14、15配置为仅允许从执行机构油路9a、9b朝向再生油路16的压力油的流动，利用经由止回阀14、15而选择性地供给的执行机构油路9a、9b的高压侧的压力油对再生液压马达71进行旋转驱动。
发电电动机72与再生液压马达71直接连结，并通过与再生液压马达71一起旋转而发电。发电电动机72的转速经由逆变器73而被控制。由此对再生液压马达71的转速进行控制，从而对经由再生油路16而回收的压力油的流量进行调整。借助斩波器74而使利用发电电动机72进行发电所获得的电力升压，并将该电力蓄积于蓄电装置75。
在再生油路16配置有切换阀17，该切换阀17能够在连通位置G与阻断位置H之间进行切换。若切换阀17的上游侧的压力(一对执行机构油路9a、9b的高压侧的压力)达到设定值P2(第3设定值)以上，则切换阀17切换至连通位置G而将再生油路16连通。另一方面，若切换阀17的上游侧的压力不足设定值P2，则切换阀17切换至阻断位置H而将再生油路16阻断。在此，设定值P2设定为与再生液压马达71的设定值P1(后述)同等或者略小于该设定值P1的值。由此，当因再生装置7发生故障而导致再生液压马达71不能保持设定压力P2以上的压力时，使再生液压马达71从执行机构油路9a、9b分离，因此，即使在再生装置7发生故障的情况下，也能够将执行机构油路9a、9b的压力保持为与现有的工程机械相同，从而能够确保与以往同等的良好的操作性。
在比再生油路16的切换阀17靠上游侧的位置设置有作为压力检测装置的压力传感器18。压力传感器18对一对执行机构油路9a、9b的高压侧的压力进行检测，并将压力检测信号PS输出至控制器8。此外，压力检测装置只要是能够对执行机构油路9a、9b中的至少高压侧的压力进行检测的结构即可，例如可以形成为利用分别设置于执行机构油路9a、9b的压力传感器对高压侧和低压侧的双方的压力进行检测的结构，并可以由控制器8选择高压侧。
控制器8基于从压力传感器18输入的压力检测信号PS而进行规定的运算处理(后述)，将用于将发电电动机72控制为规定的转速的转速控制信号CS输出至逆变器73。
～控制～
接下来，利用图3对控制器8的运算处理进行说明。图3是表示控制器8的运算逻辑的图。在图3中，控制器8的控制逻辑由目标流量设定部81、除法运算部83以及输出转换部84构成。
目标流量设定部81参照预先设定的转换表82而设定与压力检测信号PS相应的目标流量，并将该目标流量输出至除法运算部83。
在此，图4中示出图3所示的转换表82的详情。在图4中，转换表82由使得再生油路16的压力(一对执行机构油路9a、9b的高压侧的压力)与再生液压马达71的目标流量建立关联的压力流量特性(由实线a示出)构成，该转换表82预先存储于控制器8内的存储器等。图中的虚线b表示过载溢流阀10、12的过载特性。再生液压马达71开始进行压力油的回收的设定值P1(第1设定值)，设定为与过载溢流阀10、12的溢流开始压力P0同等或者略小于该溢流开始压力P0的值。另外，切换阀17(图2中示出)的设定值P2如前述那样设定为与设定值P1同等或者略小于该设定值P1的值。并且，在压力流量特性a中，模拟过载溢流阀10、11的过载特性(虚线b的斜率)而设定再生油路16的压力超过设定值P1时的目标流量的变化率(实线a的斜率)。由此，目标流量始终设定为与溢流流量同等或者大于该溢流流量的值，因此，能够提高再生装置7的再生效率。此外，在压力流量特性a中，对于再生油路16的压力达到设定值P1以上时的目标流量的变化率(实线a的斜率)，未必一定要模拟过载特性(虚线b的斜率)而设定，也可以将其设定为比实线b的斜率平缓。另外，再生油路16的压力达到设定值P1以下时的目标流量并不限定于零，可以设定为使得再生油路16的液体压力不会变为负压的程度的小流量。由此，在再生油路16的液体压力为设定压力P1以下时也能够确保良好的操作性且进行再生，从而能够提高压力油能量的再生效率。
返回至图3，除法运算部83利用马达容量(再生液压马达71每旋转1圈的流量)对从目标流量设定部81输入的目标流量进行除法运算，由此计算出发电电动机72的目标转速，并将该目标转速输出至输出转换部84。输出转换部84将从除法运算部83输入的目标转速转换为发电电动机72的转速控制信号CS并将该转速控制信号CS输出至逆变器73。由此，将发电电动机72的转速控制为目标转速，从而将再生液压马达71的流量调整为目标流量。
～动作～
利用图2对本实施方式所涉及的液压控制系统的动作进行说明。
首先，对旋转体200的启动时的动作进行说明。此外，向右旋侧对操作杆62进行操作的情况下的动作与向左旋侧对操作杆62进行操作的情况下的动作，除左右相反这一点以外均相同，因此，在此仅对向右旋侧进行操作的情况进行说明。
若从中间位置向右旋侧对操作杆62进行操作，则从先导阀61输出的先导压力Pr被向滑阀5的先导受压部5a引导，从而使得滑阀5向位置C侧切换。由此，从液压泵2排出的压力油经由入口节流油路Ca以及执行机构油路9a而被供给至旋转液压马达3的端口A。供给至端口A的压力油被从端口B排出，并经由执行机构油路9b以及出口节流油路Cb而返回至液体箱。由此，旋转液压马达3被向右旋方向驱动旋转，从而使得旋转体200开始进行右旋动作。
在此，由于旋转体200的惯性大，因此，在旋转启动时，在旋转液压马达3的端口A并未将从液压泵2供给至执行机构油路9a的压力油的流量完全吸收，从而执行机构油路9a的压力Pa急剧上升。若压力Pa达到切换阀17的设定值P3以上，则切换阀17切换至位置G而将再生油路16连通。若压力Pa进一步上升而达到设定值P1以上，则再生液压马达71开始进行压力油的回收。此时，与压力流量特性a(参照图4)相应地，保持为与溢流开始压力P0同等或者略小于该溢流开始压力P0的设定值P1以上的再生油路16的压力，经由执行机构油路9a，作为驱动压力而作用于旋转液压马达3，从而使得旋转体200加速。
若执行机构油路9a的压力Pa进一步上升而达到过载溢流阀10的溢流开始压力P0以上，则在旋转液压马达3的端口A未被完全吸收的那部分流量被再生液压马达71回收、且从过载溢流阀10被排出。此时，通过响应性高的发电电动机的转速控制而迅速地将再生液压马达71的流量调整为与压力流量特性a相应(与过载溢流阀10的溢流流量同等或者大于该溢流流量)的目标流量。
随着旋转体200的右旋速度的上升，在旋转液压马达3的端口A被吸收的流量增加，执行机构油路9a的压力Pa降低。若压力Pa不足设定值P1，则再生液压马达72停止压力油的回收，并在旋转液压马达3的端口A将从液压泵2供给至执行机构油路9a的流量全部吸收。
接下来，对旋转体200的减速时的动作进行说明。
若在旋转体200进行右旋动作的状态下使操作杆62返回至中间位置，则滑阀5切换至中间位置，从而不能实现经由滑阀5的执行机构油路9a、9b的压力油的供给排出，由来自液压泵2的压力油对旋转液压马达3的驱动停止。另一方面，具有大惯性的旋转体200在基于旋转液压马达3的驱动停止之后也持续进行右旋动作。因此，旋转液压马达3由旋转体200的惯性力驱动而旋转。
此时，由于无法实现经由滑阀5的执行机构油路9a、9b的压力油的供给排出，因此旋转液压马达3的端口A侧(执行机构油路9a)的压力Pa急剧下降，端口B侧(执行机构油路9b)的压力Pb急剧上升。若执行机构油路9a的压力Pa即将变为负压，则经由补给阀11而将液体补充至执行机构油路9a。若执行机构油路9b的压力Pb达到设定值P2以上，则切换阀17切换至位置G而将再生油路16连通。
若执行机构油路9b的压力Pb进一步上升而达到设定值P1以上，则利用再生液压马达71对与图4所示的压力流量特性a相应的流量进行回收。此时，与压力流量特性a相应地，保持为与溢流开始压力P0同等或者略小于该溢流开始压力P0的设定值P1以上的再生油路16的压力，作为制动压力而经由执行机构油路9b作用于旋转液压马达3，从而使得旋转体200开始减速。
若执行机构油路9b的压力Pb进一步上升而达到过载溢流阀12的设定值P1以上，则执行机构油路9b的压力油被再生液压马达71回收、且从过载溢流阀12被排出。此时，通过响应性高的发电电动机72的转速控制而迅速地将再生液压马达71的流量调整为与压力流量特性a相应(与过载溢流阀12的溢流流量同等或者大于该溢流流量)的目标流量。
然后，随着旋转体200的减速，来自旋转液压马达3的排出流量降低、且执行机构油路9b的压力Pb也降低。此时，由于通过响应性高的发电电动机72的转速控制而迅速地将再生液压马达71的流量调整为与该压力Pb对应的目标流量，因此执行机构油路9b的压力Pb在旋转减速的过程中不会不足设定值P1，能够确保良好的操作性。
～效果～
在如上所述那样构成的本实施方式中，当执行机构油路9a、9b的压力不足设定为与过载溢流阀10、12的溢流开始压力P0同等或者略小于该溢流开始压力P0的值的设定值P1时，与压力流量特性a相应地将再生液压马达71的目标流量设定为零、或者不会使再生油路的液体压力变为负压的程度的小流量，从而不从执行机构油路9a、9b对压力油进行回收，因此执行机构油路9a、9b的压力不会降低，能够确保与以往同等的良好的操作性。
另一方面，当执行机构油路9a、9b的压力超过设定值P1时，通过响应性高的发电电动机的转速控制而迅速地将再生液压马达71的流量调整为与执行机构油路9a、9b的高压侧的压力对应的目标流量，因此，在旋转启动时以及旋转减速时能够将执行机构油路9a、9b的高压侧的压力保持为设定值P1以上，从而能够确保与以往同样程度的良好的操作性。
并且，通过将再生油路16的压力超过设定值P1时的流量变化率与过载溢流阀10、12的过载特性中的流量变化率同等地设定，将再生液压马达71的目标流量设定为始终与过载溢流阀10、12的溢流流量同等或者大于该溢流流量的值，因此能够提高压力油能量的再生效率。
～变形例～
此外，图3所示的目标流量设定部81可以参照图5所示的转换表82A而取代图4所示的转换表82。转换表82A与转换表82的不同点在于，检测压力达到设定为高于设定值P1的设定值P3(第2设定值)以上时的目标流量为恒定值。
由此，当执行机构油路9a、9b的压力达到设定为高于设定值P1的设定值P3以上时，将再生液压马达71的流量控制为恒定，因此，能够抑制因再生液压马达71的流量变动而引起的执行机构油路9a、9b的压力变动。
附图标记的说明
1 发动机(原动机)
2 液压泵
3 旋转液压马达
4 控制阀
5 滑阀
5a、5b 先导受压部
6 旋转操作装置
7 再生装置
8 控制器(控制装置)
9a、9b 执行机构油路
10a、10b 先导油路
10、12 过载溢流阀
11、13 补给阀
14、15 止回阀
16 再生油路
17 切换阀
18 压力传感器
31 动臂缸
32 斗杆缸
33 铲斗缸
34 行驶液压马达
61 先导阀
62 操作杆
71 再生液压马达
72 发电电动机
73 逆变器
74 斩波器
75 蓄电装置
81 目标回收流量设定部
82 转换表
83 除法运算部
84 输出转换部
100 下部行驶体
101 履带
102 履带框架
200 上部旋转体
201 旋转框架
300 挖掘机构
301 动臂
302 斗杆
303 铲斗

Claims (3)

1.一种工程机械，其特征在于，
所述工程机械具备：
旋转体；
旋转液压马达，其对所述旋转体进行旋转驱动；
再生装置，其具有与对所述旋转液压马达的压力油进行供给排出的一对执行机构油路连接的再生油路、与该再生油路连接的再生液压马达、以及与所述再生液压马达一起旋转的发电电动机；
压力检测装置，其能够对所述一对执行机构油路中的至少高压侧的压力进行检测；
过载溢流阀，其与所述一对执行机构油路分别连接；以及
控制装置，当由所述压力检测装置检测出的所述一对执行机构油路的高压侧的检测压力不足设定为与所述过载溢流阀的溢流开始压力同等的第1设定值时，该控制装置将所述再生液压马达的目标流量设定为零、或者不会使再生油路的液体压力变为负压的程度的小流量，当所述检测压力为所述第1设定值以上时，该控制装置将所述再生液压马达的目标流量设定为与所述检测压力相应的值，并以所述再生液压马达的流量成为该目标流量的方式对所述发电电动机的转速进行控制。
2.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，
所述控制装置在所述检测压力达到设定为高于所述第1设定值的第2设定值以上时，将所述再生液压马达的目标流量设定为恒定值。
3.根据权利要求1或2所述的工程机械，其特征在于，
还具备切换阀，该切换阀设置于所述再生油路，当所述一对执行机构油路的高压侧的压力达到设定为与所述第1设定值同等或者小于所述第1设定值的第3设定值以上时，该切换阀将所述再生油路连通，当所述一对执行机构油路的高压侧的压力不足所述第3设定值时，该切换阀将所述再生油路阻断。
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