CN115190929B - 工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种工程机械，能够利用蓄能器高效地驱动液压缸。为此，工程机械具备：第一控制阀，其配置于将液压缸的底侧油室与蓄能器连接的第一油路；以及第二控制阀，其配置于将所述液压缸的杆侧油室与油箱连接的第二油路，还具备：第三控制阀，其配置于将所述杆侧油室与所述蓄能器连接的第三油路；以及第四控制阀，其配置于第四油路，该第四流路连接所述第一油路中的将所述底侧油室与所述第一控制阀连接的油路部分和所述第三油路中的将所述杆侧油室与所述第三控制阀连接的油路部分。

Description

工程机械

技术领域

本发明涉及液压挖掘机等工程机械。

背景技术

根据专利文献1，通过在动臂下降动作时使动臂缸的底侧与杆侧连通，进而将底侧连接于蓄能器，能够使来自动臂缸的返回油升压并储存于蓄能器。而且，在专利文献2中，通过将储存于蓄能器的压力油供给到动臂缸，并使从该分泵向动臂缸输送的流量减少，能够降低油耗。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开第2009-275769号公报

专利文献2：日本特开第2009-275771号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在专利文献1以及专利文献2的结构中，由于使动臂缸的缸底压升压而对蓄能器进行蓄压，因此蓄能器的压力也变高。这样，若从蓄压为高压的蓄能器向动臂缸供给压力油，则产生较大的压力损失，有可能无法有效地使用储存于蓄能器的能量。在此，动臂缸的缸底压根据包含斗杆和铲斗在内的前部的姿势而变化。例如在抱住斗杆和铲斗的姿势下，动臂的缸底压降低。在该状态下，若从蓄能器向动臂缸的底侧供给压力油，则产生较大的压力损失。

本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种能够利用蓄能器高效地驱动液压缸的工程机械。

用于解决课题的方案

为了实现上述目的，本发明的工程机械具备：贮存工作油的油箱；液压缸；蓄能器，其储存来自所述液压缸的返回油；第一控制阀，其配置于将所述液压缸的底侧油室与所述蓄能器连接的第一油路；以及第二控制阀，其配置于将所述液压缸的杆侧油室与所述油箱连接的第二油路，还具备：第三控制阀，其配置于将所述杆侧油室与所述蓄能器连接的第三油路；以及第四控制阀，其配置于第四油路，该第四油路连接所述第一油路中的将所述底侧油室与所述第一控制阀连接的油路部分和所述第三油路中的将所述杆侧油室与所述第三控制阀连接的油路部分。

根据如以上那样构成的本发明，在对液压缸进行收缩驱动时，打开第四控制阀而使液压缸的底侧与杆侧连通而使底侧升压，并打开第一控制阀使底侧与蓄能器连通，由此能够以高压将来自底侧的返回油储存于蓄能器。另外，在对液压缸进行伸长驱动时，关闭第四控制阀而解除液压缸的底侧与杆侧的连通，并打开第一控制阀而使底侧与蓄能器连通，且打开第二控制阀和第三控制阀中的任一方，由此能够调整杆侧的背压并从蓄能器向底侧供给压力油。由此，能够减小蓄能器与液压缸的底侧的压力差，因此能够降低第一控制阀中的压力损失。

发明效果

根据本发明的工程机械，能够利用蓄能器高效地驱动液压缸。

附图说明

图1是本发明的实施方式的液压挖掘机的侧视图。

图2是本发明的第一实施例的液压驱动装置的电路图。

图3是示出本发明的第一实施例的控制器对动臂缸的驱动的控制流程的图。

图4是示出本发明的第一实施例的控制器对蓄能器的蓄压动作的控制流程的图。

图5是本发明的第二实施例的液压驱动装置的电路图。

具体实施方式

以下，作为本发明的实施方式的工程机械，以液压挖掘机为例，参照附图进行说明。另外，在各图中，对同等的部件标注相同的附图标记，并适当省略重复的说明。

图1是本实施方式的液压挖掘机的侧视图。

如图1所示，液压挖掘机100具备：行驶体101；旋转体102，其可旋转地配置于行驶体101，并构成车身；以及作业装置103，其在上下方向上可转动地安装于旋转体102，并进行砂土的挖掘作业等。旋转体102由旋转马达104驱动。

作业装置103包括：动臂105，其在上下方向可转动地安装于旋转体102；斗杆106，其在上下方向上可转动地安装于斗杆105的前端；以及铲斗107，其在上下方向上可转动地安装于动臂106的前端。动臂105由动臂缸1驱动，斗杆106由斗杆缸108驱动，铲斗107由铲斗缸109驱动。

在旋转体102上的前侧位置设置有驾驶室110，在后侧位置设置有确保重量平衡的配重111。在驾驶室110与配重111之间设置有机械室112。在机械室112中收纳有发动机、液压泵、控制阀113等。控制阀113控制从液压泵向各致动器供给的工作油的流动。

在本实施方式的液压挖掘机100中搭载有在以下的各实施例中说明的液压驱动装置。

实施例1

图2是本发明的第一实施例的液压驱动装置的电路图。

(结构)

参照图2，对液压驱动装置200的结构进行说明。

蓄能器4是储存来自动臂缸1的返回油，在动臂缸1驱动时供给压力油的液压设备。蓄能器4与动臂缸1的底侧油室1a经由油路21连接，在油路21配置有控制阀2及先导检验阀8。控制阀2接收来自控制器6的控制信号而连通或切断油路21。先导检验阀8仅在产生后述的动臂下降先导压Pd的期间开阀，在未产生动臂下降先导压Pd时保持为闭阀状态。由此，除了动臂下降动作时以外，动臂缸1的底侧油室1a的压力被保持，因此能够防止动臂缸1意外地进行收缩动作。在油路21中的将底侧油室1a与先导检验阀8连接的油路部分，设置有检测底侧油室1a的压力的压力传感器9，压力传感器9的信号被输入控制器6。

动臂缸1的杆侧油室1b与油箱20通过油路22连接，在油路22配置有控制阀3。控制阀3接收来自控制器6的控制信号而将油路22连通或切断。

动臂缸1的杆侧油室1b与蓄能器4通过油路23连接，在油路23配置有控制阀10。控制阀10接收来自控制器6的控制信号而连通或切断油路23。

液压泵13主要是用于对蓄能器4进行蓄压的液压设备，液压泵13的吐出口经由控制阀18和油路24与蓄能器4连接。控制阀18接收来自控制器6的控制信号，从图示正常位置进行切换操作。在控制阀18位于正常位置时，液压泵13的吐出油被排出到油箱20，当控制阀18从正常位置切换时，液压泵13的吐出油被储存于蓄能器4中。在油路24设置有检测蓄能器4的压力的压力传感器19，压力传感器19的信号被输入到控制器6。

油路21中的将先导检验阀8与控制阀2连接的油路部分经由油路24与油路23中的将杆侧油室1b与控制阀10连接的部分连接，在油路24配置有控制阀7。控制阀7通过后述的动臂下降先导压Pd而从图示切断位置切换操作至连通位置。由此，在动臂下降动作时，动臂缸1的底侧与杆侧连通，动臂缸1的底侧被升压。

若由操作员向动臂上升方向操作操作杆5，则产生动臂上升先导压Pu，若向动臂下降方向操作，则产生动臂下降先导压Pd。动臂下降先导压Pd由压力传感器11检测，动臂上升先导压Pu由压力传感器12检测，压力传感器11、12的信号输入控制器6。

接着，参照图3及图4对控制器6的处理内容进行说明。图3示出动臂缸1的驱动的控制流程，图4示出蓄能器4的蓄压动作的控制流程。这些控制流程例如在将未图示的键开关接通的情况下开始，同时并行地执行。

首先，参照图3，对动臂缸1的驱动的控制流程进行说明。

控制器6首先判定是否由压力传感器12检测到动臂上升先导压Pu(步骤S101)。

在步骤S101中判定为“是”(检测到动臂上升先导压Pu)的情况下，判定由压力传感器9检测出的动臂缸1的缸底压是否高于预定的压力set1(步骤S102)。

在步骤S102中判定为“是”(动臂缸1的缸底压高于预定的压力set1)的情况下，控制阀10保持关闭，打开控制阀2、3(步骤S103)，返回步骤S101。由此，能够在抑制杆侧的背压的同时使动臂缸1进行伸长动作。

在步骤S102中判定为“否”(动臂缸1的缸底压为预定的压力set1以下)的情况下，控制阀3保持关闭，打开控制阀2、10(步骤S104)，返回步骤S101。由此，能够在向杆侧产生背压的同时使动臂缸1进行伸长动作。此时，动臂缸1与蓄能器4的压力差变小，抑制从蓄能器4向动臂缸1供给压力油时的压力损失，因此能够高效地驱动动臂缸1。

在步骤S101中判定为“否”(未检测到动臂上升先导压Pu)的情况下，判定是否由压力传感器11检测到动臂下降先导压Pd(步骤S105)。

在步骤S105中判定为“是”(检测到动臂下降先导压Pd)的情况下，控制阀3、10保持关闭，打开控制阀2(步骤S106)，返回步骤S101。此时，利用动臂下降先导压Pd将控制阀7切换至连通位置。由此，从动臂缸1的底侧排出的压力油的一部分经由控制阀2储存于蓄能器4，并且剩余的一部分经由控制阀7供给到动臂缸1的杆侧，动臂缸1进行收缩动作。

在步骤S105中判定为“否”(未检测到动臂下降先导压Pd)的情况下，关闭控制阀2、3、10(步骤S107)，返回步骤S101。由此，向动臂缸1供排工作油的油路21～23全部被切断，因此动臂缸1保持为静止状态。

接着，参照图4对蓄能器4的蓄压动作的控制流程进行说明。

控制器6首先判定由压力传感器19检测出的蓄能器4的压力(蓄能器压力)是否低于预定的压力set2(步骤S201)。这里所说的预定的压力set2设定为即使在打开控制阀7而在杆侧产生背压的状态下也能够向动臂缸1的底侧油室1a供给压力油的程度的压力。

在步骤S201中判定为“是”(蓄能器压力低于预定的压力set2)的情况下，将控制阀18从正常位置切换而将液压泵13的吐出口连接于蓄能器4(步骤S202)，返回步骤S201。由此，液压泵13的吐出油储存于蓄能器4，蓄能器4的压力保持为预定的压力set2以上，因此能够在任意的时机驱动动臂缸1。

在步骤S201中判定为“否”(蓄能器压力为预定的压力set2以上)的情况下，使控制阀18返回到正常位置而将液压泵13的吐出口连接于油箱20(步骤S202)，返回步骤S201。由此，由于不利用液压泵13对蓄能器4过度地进行蓄压，因此能够抑制不需要的能量消耗。

(动作)

参照图2，对液压驱动装置200的动作进行说明。

首先，对动臂105的下降动作(动臂缸1的收缩动作)进行说明。

若将操作杆5向动臂下降方向操作，则通过动臂下降先导压Pd解除先导检验阀8的压力保持，并打开控制阀7，动臂缸1的底侧与杆侧连通而升压。另外，同时，控制器6打开控制阀2，由此，底侧的压力油流入蓄能器4而能量被再生，并且动臂缸1收缩。此时，通过升压后的缸底压对蓄能器4进行蓄压。

接着，对动臂105的上升动作(动臂缸1的伸长动作)进行说明。

若将操作杆5向动臂上升方向操作，则控制器6判定为检测到动臂上升先导压Pu，打开控制阀2并且根据动臂缸1的缸底压打开控制阀3、10中的任一方。具体而言，在动臂缸1的缸底压高于预定的压力set1的情况下，在关闭控制阀10的状态下打开控制阀3，由此抑制杆侧的背压，高效地使动臂缸1伸长。此时，由于蓄能器4的压力与缸底压的压力差较小，因此在控制阀2中不会产生较大的压力损失。另一方面，在动臂缸1的缸底压为预定的压力set1以下时，在关闭控制阀3的状态下打开控制阀10，将动臂缸1的杆侧与蓄能器4连接，由此使杆侧产生背压。由此，动臂缸1的底侧的压力也上升，因此动臂缸1的底侧与蓄能器4的压力差变小，能够减小控制阀2产生的压力损失。此时，在动臂缸1的杆侧产生的背压经由控制阀10直接再生至蓄能器4，因此不会产生因产生背压而产生的能量损失。

(效果)

在本实施例中，工程机械100具备：贮存工作油的油箱20；液压缸1；蓄能器4，其储存来自液压缸1的返回油；第一控制阀2，其配置于将液压缸1的底侧油室1a与蓄能器4连接的第一油路21；以及第二控制阀3，其配置于将液压缸1的杆侧油室1b与油箱20连接的第二油路22，还具备：第三控制阀10，其配置于将杆侧油室1b与蓄能器4连接的第三油路23；以及第四控制阀7，其配置于将第一油路21中的将底侧油室1a与第一控制阀2连接的油路部分和第三油路23中的将杆侧油室与第三控制阀10连接的油路部分连接的第四油路24。

根据如以上那样构成的本实施例，在对液压缸1进行收缩驱动时，打开第四控制阀7而使液压缸1的底侧与杆侧连通而使底侧升压，并打开第一控制阀2使底侧与蓄能器4连通，由此能够以高压将来自底侧的返回油储存于蓄能器4。另外，在对液压缸1进行伸长驱动时，关闭第四控制阀7而解除液压缸1的底侧与杆侧的连通，并打开第一控制阀2而使底侧与蓄能器4连通，且打开第二控制阀3和第三控制阀10中的任一方，由此能够调整杆侧的背压并从蓄能器4向底侧供给压力油。由此，能够减小蓄能器4与液压缸1的底侧的压力差，因此能够降低第一控制阀2中的、压力损失。

另外，本实施例的工程机械100具备：操作杆5，其用于指示液压缸1的动作；以及控制器6，其以在经由操作杆5指示了液压缸1的伸长动作的情况下，打开第一控制阀2并打开第二控制阀3和第三控制阀10中的任一方的方式进行控制，其中控制器6以在经由操作杆5指示了液压缸1的伸长动作的情况下关闭第四控制阀7，并在经由操作杆5指示了液压缸1的收缩动作的情况下打开第四控制阀7的方式进行控制。

通过这样构成，在经由操作杆5指示了液压缸1的收缩动作的情况下，通过打开第四控制阀7，液压缸1的底侧与杆侧连通而升压，且打开第一控制阀2，底侧与蓄能器4连通，因此能够在蓄能器4中以高压储存底侧的返回油。另外，在经由操作杆5指示了液压缸1的伸长动作的情况下，通过关闭第四控制阀7而解除液压缸1的底侧与杆侧的连通，且打开第二控制阀3和第三控制阀10中的任一方，杆侧与油箱20或蓄能器4连通，因此能够调整杆侧的背压。

另外，本实施例的工程机械100具备：第一压力传感器9，其检测底侧油室1a的压力，其中控制器6以在经由操作杆5指示了液压缸1的伸长动作、且由第一压力传感器9检测出的底侧油室1a的压力高于第一预定的压力set1的情况下，关闭第三控制阀10并打开第二控制阀3，并在经由操作杆5指示了液压缸1的伸长动作、且由第一压力传感器9检测出的底侧油室1a的压力为第一预定的压力set1以下的情况下，关闭第二控制阀3并打开第三控制阀10的方式进行控制。

通过这样构成，在经由操作杆5指示了液压缸1的伸长动作的情况下，在底侧油室1a的压力为第一预定的压力set1以下时，使杆侧与蓄能器4连通而产生背压，减小蓄能器4与液压缸1的底侧的压力差，由此能够降低控制阀2中的压力损失。另外，在经由操作杆5指示了液压缸1的伸长动作的情况下，在底侧油室1a的压力比第一预定的压力set1高时，通过使杆侧与油箱20连通而抑制背压，能够高效地对液压缸1进行伸长驱动。

另外，本实施例的工程机械100具备：液压泵13；第五控制阀18，其将液压泵13的吐出口选择性地连接于蓄能器4或油箱20；以及第二压力传感器19，其检测蓄能器4的压力，其中控制器6在由第二压力传感器19检测出的蓄能器4的压力为第二预定的压力set2以上的情况下，控制第五控制阀18以使液压泵13的吐出口与油箱20连接，并在由第二压力传感器19检测出的蓄能器4的压力比第二预定的压力set2低的情况下，控制第五控制阀18以使液压泵13的吐出口与蓄能器4连接。

通过这样构成，蓄能器4的压力保持在第二预定的压力set2以上，因此能够在任意的时机驱动液压缸1。

实施例2

图5是本发明的第二实施例的液压驱动装置的电路图。

本实施例的液压驱动装置200具备用于将液压泵13的吐出油向动臂缸1供给并使从动臂缸1排出的压力油向油箱20流动的方向控制阀14。方向控制阀14通过动臂上升先导压Pu从图示中立位置切换操作到左侧位置，通过动臂下降先导压Pd从中立位置切换操作到右侧位置。被切换操作到左侧位置的方向控制阀14使液压泵13的吐出口与动臂缸1的底侧油室1a连通，并且使杆侧油室1b与油箱20连通。被切换操作到右侧位置的方向控制阀14使动臂缸1的底侧油室1a与杆侧油室1b连通。这样，在方向控制阀14的右侧位置安装有第一实施例的控制阀7(图2所示)的功能。

而且，在本实施例中，在方向控制阀14与液压缸1之间配置有先导检测阀15，并且将方向控制阀14和先导检测阀15构成为一体的阀块17，将其他阀构成为阀块16。即，阀块17构成搭载于以往的液压挖掘机的、用于控制从液压泵向致动器的压力油的供给的主控制阀，阀块16构成用于控制向蓄能器的压力油的供给的混合用阀。

(效果)

本实施例的工程机械100具备液压泵13，第四控制阀14是能够将从液压泵13吐出的压力油向液压缸1供给并将来自液压缸1的返回油向油箱20排出的方向控制阀14。

根据如以上那样构成的本实施例，除了第一实施例的效果以外，还能够得到以下的效果。

通过将动臂缸1的底侧与杆侧连通并将升压的功能安装于方向控制阀14的右侧位置，从而不需要第一实施例中的控制阀7(图2所示)。另外，通过能够从液压泵13经由方向控制阀14向液压缸1供给压力油，不需要对蓄能器4进行充电，因此也不需要第一实施例中的控制阀18和压力传感器19(图2所示)。由此，能够防止液压回路变得复杂。

另外，本实施例的工程机械100具备：第一先导检测阀8，其配置于第一油路21中的将底侧油室1a与第一控制阀2连接的油路部分；第二先导检测阀15，其配置于第四油路24中的将底侧油室1a与方向控制阀14连接的油路部分；第一阀块16，其使第一控制阀2、第二控制阀3、第三控制阀10和第一先导检测阀8一体化；以及第二阀块17，其使方向控制阀14与第二先导检测阀15一体化。

通过这样构成，仅通过将混合用阀附加于以往的主控制阀就能够将工程机械混合化，并且能够通过分别设置于主控制阀和混合用阀的先导检测阀8、15来可靠地防止动臂缸1的泄漏。

以上，对本发明的实施例进行了详述，但本发明并不限定于上述的实施例，包括各种变形例。例如，上述的实施例是为了易于理解地说明本发明而详细地进行了说明的实施例，并不限定于必须具备所说明的全部结构。另外，也可以在某实施例的结构中添加其他实施例的结构的一部分，也可以将某实施例的结构的一部分删除，或者置换为其他实施例的一部分。

符号说明

1—动臂缸(液压缸)，2—控制阀(第一控制阀)，3—控制阀(第二控制阀)，4—蓄能器，5—操作杆，6—控制器，7—控制阀(第四控制阀)，8—先导检测阀(第一先导检测阀)，9—压力传感器(第一压力传感器)，10—控制阀(第三控制阀)，11—压力传感器，12—压力传感器，13—液压泵，14—方向控制阀(第四控制阀)，15—先导检测阀(第二先导检测阀)，16—阀块(第一阀块)，17—阀块(第二阀块)，18—控制阀(第五控制阀)，19—压力传感器(第二压力传感器)，20—油箱，21—油路(第一油路)，22—油路(第二油路)，23—油路(第三油路)，24—油路(第四油路)，25—油路，26—控制阀，100—液压挖掘机(工程机械)，101—行驶体，102—旋转体，103—作业装置，104—旋转马达，105—动臂，106—斗杆，107—铲斗，108—斗杆缸，109—铲斗缸，110—驾驶室，111—配重，112—机械室，113—控制阀，200—液压驱动装置。

Claims (4)

1.一种工程机械，其具备：

贮存工作油的油箱；

液压缸；

蓄能器，其储存来自所述液压缸的返回油；

第一控制阀，其配置于将所述液压缸的底侧油室与所述蓄能器连接的第一油路；以及

第二控制阀，其配置于将所述液压缸的杆侧油室与所述油箱连接的第二油路，

所述工程机械的特征在于，还具备：

第三控制阀，其配置于将所述杆侧油室与所述蓄能器连接的第三油路；以及

第四控制阀，其配置于第四油路，该第四油路连接所述第一油路中的将所述底侧油室与所述第一控制阀连接的油路部分和所述第三油路中的将所述杆侧油室与所述第三控制阀连接的油路部分，

还具备：

操作杆，其用于指示所述液压缸的动作；以及

控制器，其以下述方式进行控制：在经由所述操作杆指示了所述液压缸的伸长动作的情况下，打开所述第一控制阀并打开所述第二控制阀和所述第三控制阀中的任一方，

所述控制器以下述方式进行控制：在经由所述操作杆指示了所述液压缸的伸长动作的情况下关闭所述第四控制阀，并在经由所述操作杆指示了所述液压缸的收缩动作的情况下打开所述第四控制阀，

还具备第一压力传感器，其检测所述底侧油室的压力，

所述控制器以下述方式进行控制：在经由所述操作杆指示了所述液压缸的伸长动作、且由所述第一压力传感器检测出的所述底侧油室的压力比第一预定的压力高的情况下，关闭所述第三控制阀并打开所述第二控制阀，在经由所述操作杆指示了所述液压缸的伸长动作、且由所述第一压力传感器检测出的所述底侧油室的压力为所述第一预定的压力以下的情况下，关闭所述第二控制阀并打开所述第三控制阀。

2.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，

还具备液压泵，

所述第四控制阀是能够将从所述液压泵吐出的压力油向所述液压缸供给并将来自所述液压缸的返回油向所述油箱排出的方向控制阀。

3.根据权利要求2所述的工程机械，其特征在于，

还具备：

第一先导检测阀，其配置于所述第一油路中的将所述底侧油室与所述第一控制阀连接的油路部分；

第二先导检测阀，其配置于所述第四油路中的将所述底侧油室与所述方向控制阀连接的油路部分；

第一阀块，其将所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述第三控制阀和所述第一先导检测阀一体化；以及

第二阀块，其将所述方向控制阀和所述第二先导检测阀一体化。

4.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，

还具备：

液压泵；

第五控制阀，其将所述液压泵的吐出口选择性地连接于所述蓄能器或所述油箱；以及

第二压力传感器，其检测所述蓄能器的压力，

在由所述第二压力传感器检测出的所述蓄能器的压力为第二预定的压力以上的情况下，所述控制器以所述液压泵的吐出口与所述油箱连接的方式控制所述第五控制阀，在由所述第二压力传感器检测出的所述蓄能器的压力比所述第二预定的压力低的情况下，所述控制器以所述液压泵的吐出口与所述蓄能器连接的方式控制所述第五控制阀。