CN1993524A - 作业机械 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种作业机械。该作业机械相对于控制流向行走马达(2trL、2trR)、斗杆缸(8stc)和铲斗缸(8bkc)的工作流体的行走/斗杆/铲斗用控制回路(25a),独立地分开设置控制流向动臂缸(8bmc)的工作流体的动臂用控制回路(45)。动臂用控制回路(45)具有动臂用泵(84),在来自动臂缸(8bmc)的返回流体所通过的一方的返回通路(56)中设置能量再生马达(86),在该能量再生马达(86)上连接有动臂用电动/发电机(87),在该动臂用电动/发电机(87)上经由离合器(88)连接有所述动臂用泵(84)。通过使动臂用控制回路(45)独立,可以提供容易获得动臂用控制回路(45)所要求的流量的作业机械。
Description
技术领域
本发明涉及具有混合式驱动装置的作业机械。
背景技术
油压挖掘机等作业机械的驱动装置具有混合式驱动装置,该混合式驱动装置包括由发动机驱动的发电机、和储存由发电机产生的电力的蓄电器。借助从这些发电机和蓄电器中的至少一方提供的电力而工作的电动机或电动/发电机驱动泵或泵/马达。
例如,控制动臂缸的动臂用控制回路借助从发电机或蓄电器提供的电力使电动/发电机工作,从而驱动泵/马达,并且控制斗杆缸的斗杆用控制回路借助从发电机或蓄电器提供的电力使斗杆用电动机工作,从而驱动斗杆用泵,另外控制铲斗缸的铲斗用控制回路借助从发电机或蓄电器提供的电力使铲斗用电动机工作,从而驱动铲斗用泵。而且,这些动臂用控制回路、斗杆用控制回路和铲斗用控制回路通过相互补充工作流体的多个支援回路相连接。
并且,动臂缸的驱动回路在封闭回路中设置了兼备提供工作流体的泵功能和接受工作流体的提供而工作的流体压力马达功能的双向输出型泵/马达,还具有电动/发电机,其兼备借助从发电机或蓄电器提供的电力工作而驱动泵/马达的电动机功能、和由泵/马达驱动进行发电的发电机功能(例如,参照专利文献1)。
专利文献1 日本特开2004-190845号公报(第1页、第7页、图1)
与在动臂用控制回路中要求大流量相对地,在铲斗用控制回路中要求高压,所以控制多个支援回路以满足这些要求并非易事。
并且,所述泵/马达和电动/发电机的组合局限于封闭回路,不能适用于把从流体压力致动器排出的返回流体返回箱体内的开放回路。
发明内容
本发明就是鉴于上述情况而提出的,其目的在于,提供一种使动臂用控制回路独立从而容易获得动臂用控制回路所要求的流量的作业机械。并且,其目的在于,提供一种在开放回路中也能够有效再生从流体压力致动器排出的返回流体具有的能量的作业机械。
权利要求1所述的发明的作业机械设有上部回转体,该上部回转体可以通过回转用电动/发电机相对于可以通过行走马达移动的下部行走体回转,在该上部回转体上设有作业装置,该作业装置由通过动臂缸而转动的动臂、通过斗杆缸而转动的斗杆和通过铲斗缸而转动的铲斗依次连接而成,该作业机械具备混合式驱动装置、移动/斗杆/铲斗用控制回路、动臂用控制回路和回转用控制回路,所述混合式驱动装置包括:发动机;电动/发电机,其由该发动机驱动而发挥发电机的作用,并且接受电力供给而发挥电动机的作用;蓄电器,其储存从该发挥发电机的作用的电动/发电机提供的电力,并且向发挥电动机的作用的电动/发电机提供电力;以及主泵,其由发动机和电动/发电机的至少一方驱动,所述移动/斗杆/铲斗用控制回路对从混合式驱动装置的主泵向行走马达、斗杆缸和铲斗缸提供的工作流体进行控制,所述动臂用控制回路具有与混合式驱动装置的主泵分开设置的动臂用泵,控制从该动臂用泵提供给动臂缸的工作流体,所述回转用控制回路借助从混合式驱动装置的蓄电器提供的电力,使回转用电动/发电机作为电动机工作,并且在进行上部回转体的回转制动时,将从作为发电机工作的回转用电动/发电机产生的电力回收到蓄电器中,动臂用控制回路具有:能量再生马达,其设在从动臂缸排出的返回流体所通过的返回流体通道中;动臂用电动/发电机,其由能量再生马达驱动并发挥向混合式驱动装置的蓄电器提供电力的发电机的作用,并且通过从蓄电器提供的电力发挥电动机的作用;以及离合器,其从发挥电动机的作用的动臂用电动/发电机向动臂用泵传递动力,并且将发挥发电机的作用的动臂用电动/发电机与动臂用泵断开。
权利要求2所述的发明的作业机械设有上部回转体,该上部回转体可以通过回转用电动/发电机相对于可以通过行走马达移动的下部行走体回转,在该上部回转体上设有作业装置,该作业装置由通过动臂缸而转动的动臂、通过斗杆缸而转动的斗杆和通过铲斗缸而转动的铲斗依次连接而成,该作业机械具备混合式驱动装置、流体压力致动器控制回路和回转用控制回路,所述混合式驱动装置包括:发动机;电动/发电机,其由该发动机驱动而发挥发电机的作用,并且接受电力供给而发挥电动机的作用;蓄电器,其储存从该发挥发电机的作用的电动/发电机提供的电力,并且向发挥电动机的作用的电动/发电机提供电力;以及主泵,其由发动机和电动/发电机的至少一方驱动,所述流体压力致动器控制回路对从混合式驱动装置的主泵向行走马达、动臂缸、斗杆缸和铲斗缸提供的工作流体进行控制,所述回转用控制回路借助从混合式驱动装置的蓄电器提供的电力,使回转用电动/发电机作为电动机工作,并且在进行上部回转体的回转制动时,将从作为发电机工作的回转用电动/发电机产生的电力回收到蓄电器中,流体压力致动器控制回路具有:动臂辅助泵,其对从混合式驱动装置的主泵提供给动臂缸的工作流体的流量进行支援;能量再生马达,其设在从动臂缸排出的返回流体所通过的返回流体通道中;动臂用电动/发电机,其由能量再生马达驱动而发挥向混合式驱动装置的蓄电器提供电力的发电机的作用,并且借助从蓄电器提供的电力发挥电动机的作用。
权利要求3所述的发明是,在权利要求1或权利要求2所述的作业机械中,能量再生马达设在从动臂缸的缸盖侧起的返回流体通道中。
权利要求4所述的发明是,在权利要求1至权利要求3的任一项所述的的作业机械中,返回流体通道具备:具有能量再生马达的一方的返回通道;在能量再生马达的上游侧分支的另一方返回通道;以及流量比控制阀,其控制一方的返回通道中的流量和另一方返回通道中的流量之间的流量比。
权利要求5所述的发明是,在权利要求2所述的作业机械中,流体压力致动器控制回路具备离合器,该离合器从发挥电动机的作用的动臂用电动/发电机向动臂辅助泵传递动力,并且将发挥发电机的作用的动臂用电动/发电机与动臂辅助泵断开。
权利要求6所述的发明是,在权利要求2至权利要求5所述的作业机械中,设有多个主泵,流体压力致动器控制回路具备:动臂缸用工作流体供给通道,其从一个主泵向动臂缸提供工作流体;铲斗缸用工作流体供给通道,其从动臂缸用工作流体供给通道分支出来,向铲斗缸提供工作流体;斗杆缸用工作流体供给通道,其从其他主泵向斗杆缸提供工作流体;铲斗/动臂间电磁阀,其设在动臂缸用工作流体供给通道中、铲斗缸用工作流体供给通道的分支部和来自动臂辅助泵的合流部之间,并且在可以将流向铲斗缸的工作流体提供为流向动臂缸的单向流动的位置和切断该流动的位置之间进行变位;铲斗/斗杆间的回路间连通通道,其将铲斗缸用工作流体供给通道和斗杆缸用工作流体供给通道进行连通;铲斗/斗杆间电磁阀,其设在铲斗/斗杆间的回路间连通通道中,分别具有可以实现从流向铲斗缸的工作流体供给通道到流向斗杆缸的工作流体供给通道的单向流动的位置、和切断该流动的位置。
权利要求7所述的发明是,在权利要求6所述的作业机械中,具备:斗杆/动臂间的回路间连通通道,其将斗杆缸用工作流体供给通道和动臂缸的缸盖侧进行连通;斗杆/动臂间电磁阀,其设在斗杆/动臂间的回路间连通通道中,在可以实现从斗杆缸用工作流体供给通道到动臂缸的缸盖侧的单向流动的位置和切断该流动的位置之间进行变位。
根据权利要求1所述的发明,该作业机械具有动臂用泵,其相对于移动/斗杆/铲斗用控制回路,与混合式驱动装置的主泵分开设置,该移动/斗杆/铲斗用控制回路控制从混合式驱动装置的主泵提供给行走马达、斗杆缸和铲斗缸的工作流体,对从该动臂用泵向动臂缸提供的工作流体进行控制的动臂用控制回路是独立的,所以能够利用动臂用电动/发电机控制动臂用泵的转速等,容易获得动臂用控制回路所要求的流量,而且不会影响提供给行走马达、斗杆缸和铲斗缸的工作流体。动臂用控制回路通过切断离合器,可以从借助从动臂缸排出的返回流体而工作的能量再生马达,将动力有效输入无负荷状态的动臂用电动/发电机,将所产生的电力储存在蓄电器中,并且在离合器闭合时,利用借助来自蓄电器的电力而发挥电动机的作用的动臂用电动/发电机驱动动臂用泵,可以从该动臂用泵向动臂缸提供工作流体,所以在开放回路中也能够有效再生从动臂缸排出的返回流体具有的能量。
根据权利要求2所述的发明,流体压力致动器控制回路控制从混合式驱动装置的主泵提供给行走马达、动臂缸、斗杆缸和铲斗缸的工作流体时,可以从借助从动臂缸排出的返回流体而工作的能量再生马达,将动力输入动臂用电动/发电机,将所产生的电力储存在混合式驱动装置的蓄电器中,并且利用借助来自混合式驱动装置的蓄电器的电力而发挥电动机的作用的动臂用电动/发电机驱动动臂辅助泵,可以从该动臂辅助泵向动臂缸提供工作流体,所以在开放回路中也能够有效再生从动臂缸排出的返回流体具有的能量。
根据权利要求3所述的发明,在设于作业机械的机体上的作业装置的动臂因自重而落下时,可以利用能量再生马达和电动/发电机吸收从动臂缸的缸盖侧排出的返回流体具有的能量,并储存在蓄电器中。
根据权利要求4所述的发明,在从动臂缸排出的返回流体通过的一方的返回通道中设置能量再生马达,利用流量比控制阀控制通过该能量再生马达的返回流量、和在能量再生马达的上游侧从一方的返回通道分支出来的另一方返回通道的返回流量之间的流量比,所以通过从产生来自动臂缸的返回流体的时间点起逐渐增加分流到能量再生马达侧的流量比,可以防止产生冲击,通过抑制动臂缸的急剧负荷变动,可以实现动臂缸的稳定工作。
根据权利要求5所述的发明,通过切断离合器,可以从借助从动臂缸排出的返回流体而工作的能量再生马达,将动力有效传递给无负荷状态的动臂用电动/发电机,并将所产生的电力储存在混合式驱动装置的蓄电器中,并且在连接离合器时,可以利用借助来自混合式驱动装置的蓄电器的电力而发挥电动机的作用的动臂用电动/发电机驱动动臂辅助泵,可以从该动臂辅助泵向动臂缸提供工作流体。
根据权利要求6所述的发明,在动臂缸用工作流体供给通道中设置铲斗/动臂间电磁阀,所以通过打开该电磁阀,可以将来自一个主泵的工作流体供给量与来自动臂辅助泵的工作流体供给量一并提供给动臂缸,实现动臂缸的动臂抬起动作的快速化,可以提高作业性,并且通过关闭该电磁阀,可以确保铲斗缸中的高压。另外,在铲斗/斗杆间的回路间连通通道中设置铲斗/斗杆间电磁阀,所以通过打开该电磁阀,可以确保从其他主泵流向斗杆缸的工作流体供给量,实现斗杆缸的工作快速化,所以能够提高作业性,并且通过关闭该电磁阀,可以确保在铲斗缸产生高压。
根据权利要求7所述的发明,在连通斗杆缸用工作流体供给通道和动臂缸的缸盖侧的斗杆/动臂间的回路间连通通道中,设置斗杆/动臂间电磁阀,所以通过打开该电磁阀,可以将来自一个主泵和动臂辅助泵的工作流体供给量及来自其他主泵的工作流体提供给动臂缸的缸盖侧,实现动臂缸的动臂抬起动作的快速化,所以能够提高作业性,并且通过关闭该电磁阀,可以确保对斗杆缸的工作流体供给量。
附图说明
图1是表示本发明的作业机械的混合式驱动装置和流体压力致动器控制回路的一个实施方式的回路图。
图2是该作业机械的侧视图。
图3是表示本发明的作业机械的混合式驱动装置和流体压力致动器控制回路的另一实施方式的回路图。
标号说明
1作业机械;2下部行走体;2trL、2trR行走马达;4上部回转体;4sw回转用电动/发电机;8作业装置;8bm动臂;8st斗杆;8bk铲斗;8bmc动臂缸;8stc斗杆缸;8bkc铲斗缸;10混合式驱动装置;11发动机;17A、17B主泵;22电动/发电机;23蓄电器;25流体压力致动器控制回路;25a行走/斗杆/铲斗用控制回路;28回转用控制回路;45动臂用控制回路;48动臂缸用工作流体供给通路;55返回流体通路;56、57返回通路;58、59流量比控制阀;61斗杆缸用工作流体供给通路;66铲斗缸用工作流体供给通路;71斗杆/动臂间的回路间连通通路;72斗杆/动臂间电磁阀;73铲斗/斗杆间的回路间连通通路;74铲斗/斗杆间电磁阀;84动臂用泵;84as动臂辅助泵;86能量再生马达;87动臂用电动/发电机;88离合器;89铲斗/动臂间电磁阀。
具体实施方式
以下,参照图1和图2中所示的一个实施方式及图3所示的另一实施方式具体说明本发明。另外,流体和流体压力使用工作油和油压。
首先,说明图1和图2中所示的一个实施方式,如图2所示,作业机械1是油压挖掘机,在下部行走体2上通过回转轴承部3可自由回转地设有上部回转体4,在该上部回转体4上安装有发动机和流体压力泵等动力装置5、保护操作者的驾驶室6等,由此形成机体7。下部行走体2分别具有驱动左右履带的行走马达2trL、2trR,上部回转体4具有用于驱动设在回转轴承部3上的回转减速机构的回转用电动/发电机(在图2中未示出)。
在上部回转体4上安装有作业装置8。该作业装置8在上部回转体4的托架(未图示)上依次通过销可自由转动地接合有动臂8bm、斗杆8st和铲斗8bk,动臂8bm通过动臂缸8bmc而转动,斗杆8st通过斗杆缸8stc而转动,铲斗8bk通过铲斗缸8bkc而转动。
图1所示的混合式驱动装置10在发动机11上连接有用于离合从该发动机11输出的回转动力的离合器12,在该离合器12上连接着动力传递装置14的输入轴13,在动力传递装置14的输出轴15上连接着两个可变容量型的主泵17A、17B。
按照相对于这些主泵17A、17B与发动机11并列的关系,在动力传递装置14的输入输出轴21上连接着由发动机11驱动而发挥发电机的作用、并且接受电力供给而发挥电动机的作用的电动/发电机22。该电动/发电机22的电动机动力被设定得小于发动机动力。在该电动/发电机22上连接着逆变器等的电动/发电机控制器22c。
电动/发电机控制器22c通过转换器等的蓄电器控制器23c与蓄电器23连接,该蓄电器23储存从发挥发电机的作用的电动/发电机22提供的电力,并且向发挥电动机的作用的电动/发电机22提供电力。蓄电器23是电池或电容器等。
混合式驱动装置10的动力传递装置14内置有螺旋式、行星齿轮式等无级变速机构,可以根据来自外部的控制信号向输出轴15输出无级变速后的回转。
混合式驱动装置10的主泵17A、17B将收容在箱体24内的工作油等的工作流体提供给控制作业机械1的各个流体压力致动器的流体压力致动器控制回路25中的行走/斗杆/铲斗用控制回路25a。行走/斗杆/铲斗用控制回路25a对提供给行走马达2trL、2trR、斗杆缸8stc和铲斗缸8bkc的工作流体进行控制。
在流体压力致动器控制回路25内,相对于该行走/斗杆/铲斗用控制回路25a独立地分开设置动臂用控制回路45,用于控制提供给动臂缸8bmc的工作流体。
对于这些行走/斗杆/铲斗用控制回路25a和动臂用控制回路45设置有回转用控制回路28,用于借助从混合式驱动装置10的蓄电器23提供的电力使回转用电动/发电机4sw作为电动机工作,并且在进行上部回转体4的回转制动时,将从作为发电机工作的回转用电动/发电机4sw产生的电力回收到蓄电器23中。
该回转用控制回路28具有通过回转减速机构4gr对上部回转体4进行回转驱动的回转用电动/发电机4sw、和逆变器等的回转用电动/发电机控制器4swc,借助从混合式驱动装置10的蓄电器23提供的电力发挥电动机的作用,并且在由于惯性回转力而被强制回转时发挥发电机的作用,将电力回收到蓄电器23中。
连接在混合式驱动装置10的主泵17A、17B的输出口处的泵通路31、32与设在返回至箱体24的旁通通路中的作为电磁比例阀工作的电磁阀33、34连接,并且与作为行走直进阀工作的电磁阀35连接。
电磁阀33、34发挥旁通阀的作用,在没有操作者操作流体压力致动器2trL、2trR、8stc、8bkc的操作信号时,被来自控制器的控制信号控制在使泵通路31、32与箱体24连通的全开位置,并且与操作者操作流体压力致动器2trL、2trR、8stc、8bkc的操作信号的大小成比例,变位到关闭位置。
电磁阀35在图1所示的左侧作业位置时,可以从两个主泵17A、17B向流体压力致动器2trL、2trR、8stc、8bkc提供工作流体,在切换到右侧的行走直进位置时,只从一方主泵17B向两个行走马达2trL、2trR提供等分的工作流体,使它们可以直进行走。
行走/斗杆/铲斗用控制回路25a具有:行走用控制回路36,其控制从混合式驱动装置10的主泵17A、17B提供给行走马达2trL、2trR的工作流体;斗杆用控制回路46,其控制从混合式驱动装置10的主泵17A、17B提供给使作业装置8工作的斗杆缸8stc的工作流体;以及铲斗用控制回路47,其控制从混合式驱动装置10的主泵17A、17B提供给铲斗缸8bkc的工作流体。
行走用控制回路36具有电磁阀43、44,其对经过从作为行走直进阀工作的电磁阀35引出的行走马达用工作流体供给通路41、42供给的工作流体进行方向控制和流量控制。
动臂用控制回路45具有与混合式驱动装置10的主泵17A、17B分开设置的动臂用泵84,并且具有电磁阀49,其控制从该动臂用泵84经过动臂缸用工作流体供给通路84a提供给动臂缸8bmc的工作流体的方向和流量,该电磁阀49的工作流体给排通路51、52与动臂缸8bmc的缸盖侧室和活塞杆侧室连通。在从动臂缸用工作流体供给通路84a返回箱体24的旁通通路中,设有作用与所述电磁阀33、34相同的电磁阀84b。
在缸盖侧的工作流体给排通路51中设有发挥落下防止阀的作用的电磁阀53,在动臂停止时,将该电磁阀53切换控制到左侧的止回阀位置,防止动臂8bm因自重而下降。此外,在两个工作流体给排通路51、52之间设有发挥再生阀的作用的电磁阀54,在动臂下降时,将该电磁阀54切换控制到止回阀位置,使从动臂缸8bmc的缸盖侧室排出的返回流体的一部分再生到活塞杆侧室中。
在电磁阀49的箱体通路侧设有使从动臂缸8bmc排出的返回流体分流的返回流体通路55,在该返回流体通路55的一方的返回通路56和另一方返回通路57中,设有控制分流到这些返回通路56、57中的流量比的流量比控制阀58、59。该流量比控制阀58、59由设于一方的返回通路56中的流量控制用的一方的电磁阀58、和设于在该一方的电磁阀58的上游侧分支出来的另一方返回通路57中的流量控制用的另一方电磁阀59形成。
在从动臂缸8bmc排出的返回流体通过的一方的返回通路56中设有能量再生马达86,动臂用电动/发电机87与该能量再生马达86连接,该动臂用电动/发电机87由能量再生马达86驱动并发挥向混合式驱动装置10的蓄电器23提供电力的发电机的作用,并且借助从蓄电器23提供的电力发挥电动机的作用,经由离合器88上述动臂用泵84与该动臂用电动/发电机87连接,离合器88被进行以下控制,即将动力从发挥电动机的作用的动臂用电动/发电机87传递给动臂用泵84,并且将发挥发电机的作用的动臂用电动/发电机87从动臂用泵84断开。
并且,根据通过流量比控制阀58、59控制流量后的一方的返回通路56的返回流体量,控制将要工作的能量再生马达86的转速,从由该能量再生马达86驱动的动臂用电动/发电机87向混合式驱动装置10的蓄电器23提供经由其电动/发电机控制器87c回收的电力并储存在蓄电器23中。
优选该能量再生马达86在进行方向控制和流量控制的电磁阀49位于图1中的右室时工作。即,优选在动臂下降时,动臂缸8bmc的缸盖侧的工作流体给排通路51与返回流体通路55连通,并且借助从动臂缸8bmc的缸盖侧排出的返回流体,能量再生马达86通过动臂自重而具有余量地工作。
斗杆用控制回路46具有电磁阀62,其用于对经过从作为行走直进阀工作的电磁阀35引出的斗杆缸用工作流体供给通路61提供的工作流体进行方向控制和流量控制,该电磁阀62的工作流体给排通路63、64与斗杆缸8stc的缸盖侧室和活塞杆侧室连通。并且,在两个工作流体给排通路63、64之间,设有发挥从活塞杆侧到缸盖侧的再生阀的作用的电磁阀65,在斗杆下降时,将该电磁阀65切换控制到止回阀位置,使从斗杆缸8stc的活塞杆侧室排出的返回流体再生到缸盖侧室中。
铲斗用控制回路47具有电磁阀67,其用于控制经过从作为行走直进阀工作的电磁阀35引出的铲斗缸用工作流体供给通路66提供的工作流体的方向和流量,该电磁阀67的工作流体给排通路68、69与铲斗缸8bkc的缸盖侧室和活塞杆侧室连通。
在铲斗缸用工作流体供给通路66和斗杆用工作流体供给通路61之间,设有连通它们之间的铲斗/斗杆间的回路间连通通路73,在该铲斗/斗杆间的回路间连通通路73中设有铲斗/斗杆间电磁阀74,该电磁阀74分别具有可以实现从铲斗缸用工作流体供给通路66到斗杆缸用工作流体供给通路61的单向流动的位置和切断该流动的位置。
通过从控制器(未图示)输出的信号控制发动机11的速度、离合器12的离合、动力传递装置14的变速、离合器88的离合等。
电磁阀53、54、65、74是内置了止回阀的具有流量调节功能的切换阀。
电磁阀33、34、35、43、44、49、53、54、58、59、62、65、67、74、84b分别具有由未图示的控制器进行比例控制的电磁线圈和复位弹簧(未图示),它们被变位控制在电磁线圈励磁力和弹簧回复力平衡的位置。
下面,说明图1和图2所示实施方式的作用效果。
动臂用控制回路45相对于行走/斗杆/铲斗用控制回路25a独立,其中,行走/斗杆/铲斗用控制回路25a对从混合式驱动装置10的主泵17A、17B提供给行走马达2trL、2trR、斗杆缸8stc和铲斗缸8bkc的工作流体进行控制,动臂用控制回路45具有与混合式驱动装置10的主泵17A、17B分开设置的动臂用泵84,控制从该动臂用泵84提供给动臂缸8bmc的工作流体,所以能够利用动臂用电动/发电机87控制动臂用泵84的转速等,容易获得动臂缸8bmc要求的流量,而且不会影响提供给行走马达2trL、2trR、斗杆缸8stc和铲斗缸8bkc的工作流体。
并且,动臂用控制回路45可以通过从动臂缸8bmc排出的返回流体使能量再生马达86工作,利用该能量再生马达86驱动动臂用电动/发电机87,向混合式驱动装置10的蓄电器23提供电力,所以能够将从动臂缸8bmc排出的返回流体具有的能量高效地回收到蓄电器23中,并可以有效地再生为混合式驱动装置10的泵动力。
特别是在设于作业机械1的机体7上的作业装置8的动臂8bm因自重而落下时,可以利用能量再生马达86和动臂用电动/发电机87吸收从动臂缸8bmc的缸盖侧排出的返回流体具有的能量,并储存在蓄电器23中。
此时,动臂用控制回路45通过切断离合器88,可以从借助于从动臂缸8bmc排出的返回流体而工作的能量再生马达86,将动力高效地输入无负荷状态的动臂用电动/发电机87,将所产生的电力储存在混合式驱动装置10的蓄电器23中。
另一方面,在使离合器88闭合时,利用借助来自蓄电器23的电力而发挥电动机的作用的动臂用电动/发电机87驱动动臂用泵84,可以从该动臂用泵84向动臂缸8bmc提供工作流体,所以在开放回路中也能够有效再生从动臂缸8bmc排出的返回流体具有的能量。
此时,对动臂缸8bmc的工作流体供给量根据动臂回路专用的动臂用泵84的泵容量和转速确定,泵容量根据主泵17A、17B确定,转速由动臂用电动/发电机87控制,可以通过对动臂缸8bmc的缸盖侧的充足的工作流体供给量来提高动臂上升效率。
动臂用控制回路45通过返回流体通路55对从动臂缸8bmc排出的返回流体进行分流,利用流量比控制阀58、59控制该分流后的流量比,利用通过该流量比控制阀58、59控制流量后的一方的返回流体使能量再生马达86工作,所以通过使分流到能量再生马达86侧的流量比从产生来自动臂缸8bmc的返回流体的时间点起逐渐增加,可以防止产生冲击,同时通过抑制动臂缸8bmc的急剧负荷变动,可以实现动臂缸8bmc的稳定工作。
即,在作业装置8的动臂8bm因自重而落下时,通过逐渐增加从动臂缸8bmc的缸盖侧排出的返回流体向能量再生马达86侧的流量比,能量再生马达86可以顺利吸收返回流体具有的能量,并且通过抑制动臂缸8bmc的缸盖侧的急剧负荷变动,可以使动臂缸8bmc的自重落下动作变稳定。总之,可以独立于其他回路而储存动臂下降时的能量。
关于流量比控制阀58、59,可以将一方的电磁阀58和另一方电磁阀59分别分开设置在一方的返回通路56和另一方返回通路57的任意部位,并且可以互不相关地独立控制一方的返回通路56和另一方返回通路57的开度,可以自由地控制流向能量再生马达86侧的返回流体的流量比和流量。
并且,在使通过作为电动机工作的回转用电动/发电机4sw相对于下部行走体2回转的上部回转体4停止时,利用回转用控制回路28使回转用电动/发电机4sw作为发电机工作,由此可以对上部回转体4的回转进行制动,并且可以将从回转用电动/发电机4sw产生的电力与从由能量再生马达86驱动的动臂用电动/发电机87产生的电力一起有效地回收到混合式驱动装置10的蓄电器23中,可以有效地再生为混合式驱动装置10的泵动力。
并且,通过将铲斗/斗杆间电磁阀74控制在可以单向流动的位置,使从一个主泵17A向铲斗缸8bkc提供的工作流体合流到从另一主泵17B向斗杆缸8stc提供的工作流体中,实现斗杆缸8stc的快速化,并且将铲斗/斗杆间电磁阀74控制在切断位置,在使铲斗用控制回路47和斗杆用控制回路46分离并独立时,可以将铲斗系统和斗杆系统分开,分别控制压力。
下面,说明图3所示的另一实施方式。另外,作业机械与图2所示的相同,所以省略说明。
图3所示的混合式驱动装置10在发动机11上连接着用于离合从该发动机11输出的回转动力的离合器12,动力传递装置14的输入轴13与该离合器12连接,在动力传递装置14的输出轴15上连接着两个可变容量型主泵17A、17B。
按照相对于这些主泵17A、17B与发动机11并列的关系,在动力传递装置14的输入输出轴21上连接有由发动机11驱动并发挥发电机的作用、并且接受电力供给并发挥电动机的作用的电动/发电机22。该电动/发电机22的电动机动力被设定为小于发动机动力。逆变器等的电动/发电机控制器22c与该电动/发电机22连接。
电动/发电机控制器22c通过转换器等的蓄电器控制器23c连接蓄电器23,该蓄电器23储存从发挥发电机的作用的电动/发电机22提供的电力,并且向发挥电动机的作用的电动/发电机22提供电力。蓄电器23是电池或电容器等。
混合式驱动装置10的动力传递装置14内置螺旋式、行星齿轮式等的无级变速机构,可以根据来自外部的控制信号向输出轴15输出无级变速后的回转。
混合式驱动装置10的主泵17A、17B向流体压力致动器控制回路25提供收容在箱体24内的工作油等工作流体。在该流体压力致动器控制回路25中设有能量再生马达86,从由该能量再生马达86驱动的动臂用电动/发电机87经由其发电机控制器87c回收的电力被储存在蓄电器23中。
对于流体压力致动器控制回路25设置有回转用控制回路28,用于借助从混合式驱动装置10的蓄电器23提供的电力使回转用电动/发电机4sw作为电动机工作,并且在进行上部回转体4的回转制动时,将从作为发电机工作的回转用电动/发电机4sw产生的电力回收到蓄电器23中。
该回转用控制回路28具有通过回转减速机构4gr对上部回转体4进行回转驱动的回转用电动/发电机4sw、和逆变器等的回转用电动/发电机控制器4swc,借助从混合式驱动装置10的蓄电器23提供的电力发挥电动机的作用,并且在由于惯性回转力而被强制回转时发挥发电机的作用,将电力回收到蓄电器23中。
通过从控制器(未图示)输出的信号控制发动机11的速度、离合器12的离合、动力传递装置14的变速等。
在图3所示的流体压力致动器控制回路25中,连接在主泵17A、17B的输出口处的泵通路31、32与设在返回至箱体24的旁通通路中的作为电磁比例阀工作的电磁阀33、34连接,并且与作为行走直进阀工作的电磁阀35连接。
电磁阀33、34发挥旁通阀的作用,在没有操作者操作流体压力致动器2trL、2trR、8bmc、8stc、8bkc的操作信号时,根据来自控制器的控制信号被控制在将泵通路31、32与箱体24连通的全开位置,并且与操作者操作流体压力致动器2trL、2trR、8bmc、8stc、8bkc的操作信号的大小成比例,变位到关闭位置。
电磁阀35在图3所示的左侧作业位置处,可以从两个主泵17A、17B向流体压力致动器2trL、2trR、8bmc、8stc、8bkc提供工作流体,在切换到右侧的行走直进位置时,只从一方的主泵17B向两个行走马达2trL、2trR提供等分的工作流体,实现直进行走。
流体压力致动器控制回路25具有:行走用控制回路36,其控制从混合式驱动装置10的主泵17A、17B提供给行走马达2trL、2trR的工作流体;作业装置用控制回路37,其控制从混合式驱动装置10的主泵17A、17B提供给使作业装置8工作的作业用致动器8bmc、8stc、8bkc的工作流体。
行走用控制回路36具有电磁阀43、44,其对经过从作为行走直进阀工作的电磁阀35引出的行走马达用工作流体供给通路41、42提供的工作流体进行方向控制和流量控制。
作业装置用控制回路37具有:动臂用控制回路45,其控制从混合式驱动装置10的主泵17A、17B提供给动臂缸8bmc的工作流体;斗杆用控制回路46,其控制从混合式驱动装置10的主泵17A、17B提供给斗杆缸8stc的工作流体;铲斗用控制回路47,其控制从混合式驱动装置10的主泵17A、17B提供给铲斗缸8bkc的工作流体。
动臂用控制回路45具有电磁阀49,其对经过从作为行走直进阀工作的电磁阀35引出的动臂缸用工作流体供给通路48提供的工作流体进行方向控制和流量控制,该电磁阀49的工作流体给排通路51、52与动臂缸8bmc的缸盖侧室和活塞杆侧室连通。
在缸盖侧的工作流体给排通路51中设有发挥落下防止阀的作用的电磁阀53,在动臂停止时,将该电磁阀53切换到左侧的止回阀位置,防止动臂8bm因自重而下降。在两个工作流体给排通路51、52之间设有发挥再生阀的作用的电磁阀54,在动臂下降时,将该电磁阀54切换控制到止回阀位置,将从动臂缸8bmc的缸盖侧室排出的返回流体的一部分再生到活塞杆侧室中。
在电磁阀49的箱体通路侧设有对从动臂缸8bmc排出的返回流体进行分流的返回流体通路55,在该返回流体通路55的一方的返回通路56和另一方返回通路57中,设有控制分流到这些返回通路56、57中的流量比的流量比控制阀58、59。该流量比控制阀58、59由在具有所述能量再生马达86的一方的返回通路56中设置的流量控制用的一方的电磁阀58、和在该一方的电磁阀58的上游侧分支出来的另一方返回通路57中设置的流量控制用的另一方电磁阀59形成。
在从混合式驱动装置10的主泵17A、17B向动臂缸8bmc提供工作流体的工作流体供给通路48中,通过动臂辅助用工作流体供给通路84A连接有用于对工作流体的流量进行支援的动臂辅助泵84as,并且连接有发挥与所述电磁阀33、34相同的作用的旁通通路的电磁阀84B。
动臂用电动/发电机87与在从动臂缸8bmc排出的返回流体所通过的一方的返回通路56中设置的能量再生马达86连接,该动臂用电动/发电机87由该能量再生马达86驱动、发挥向混合式驱动装置10的蓄电器23提供电力的发电机的作用,并且借助从蓄电器23提供的电力发挥电动机的作用,该动臂用电动/发电机87通过离合器88与动臂辅助泵84as连接。离合器88被进行以下控制,将动力从发挥电动机的作用的动臂用电动/发电机87传递给动臂辅助泵84as,并且将发挥发电机的作用的动臂用电动/发电机87从动臂辅助泵84as断开。
然后,根据通过流量比控制阀58、59控制流量后的一方的返回通路56的返回流体量,控制将要工作的能量再生马达86的转速,利用由该能量再生马达86驱动的动臂用电动/发电机87,将电力提供给混合式驱动装置10的蓄电器23并储存于此。
优选该能量再生马达86在进行方向控制和流量控制的电磁阀49位于图3中的右室时工作。即,优选在动臂下降时,动臂缸8bmc的缸盖侧的工作流体给排通路51与返回流体通路55连通,并且借助从动臂缸8bmc的缸盖侧排出的返回流体,能量再生马达86通过动臂自重而具有余量地工作。
斗杆用控制回路46具有电磁阀62,其用于控制经过从作为行走直进阀工作的电磁阀35引出的斗杆缸用工作流体供给通路61供给的工作流体的方向和流量,该电磁阀62的工作流体给排通路63、64与斗杆缸8stc的缸盖侧室和活塞杆侧室连通。此外,在两个工作流体给排通路63、64之间,设有发挥从活塞杆侧到缸盖侧的再生阀的作用的电磁阀65,在斗杆向内侧下降时,将该电磁阀65切换控制到止回阀位置,将从斗杆缸8stc的活塞杆侧室排出的返回流体再生到缸盖侧室中。
铲斗用控制回路47具有电磁阀67,其用于控制经过从作为行走直进阀工作的电磁阀35引出的铲斗缸用工作流体供给通路66供给的工作流体的方向和流量,该电磁阀67的工作流体给排通路68、69与铲斗缸8bkc的缸盖侧室和活塞杆侧室连通。
在斗杆缸用工作流体供给通路61和动臂缸8bmc的缸盖侧之间设有对它们之间进行连通的斗杆/动臂间的回路间连通通路71,在该斗杆/动臂间的回路间连通通路71中设有斗杆/动臂间电磁阀72,该电磁阀72在可以实现从斗杆缸用工作流体供给通路61到动臂缸8bmc的缸盖侧的单向流动的位置和切断该流动的位置之间变位。
在动臂缸用工作流体供给通路48和斗杆缸用工作流体供给通路61之间,设有对它们之间进行连通的铲斗/斗杆间的回路间连通通路73,在该铲斗/斗杆间的回路间连通通路73中设有铲斗/斗杆间电磁阀74,该电磁阀74分别具有可以实现从动臂缸用工作流体供给通路48到斗杆缸8stc的单向流动的位置和切断该流动的位置。
在动臂缸用工作流体供给通路48中,在铲斗缸用工作流体供给通路66的分支部和来自动臂辅助泵84as的合流部之间,设有铲斗/动臂间电磁阀89,其在可以作为向着动臂缸8bmc的单向流动向铲斗缸8bkc提供工作流体的位置和切断该流动的位置之间进行变位。
电磁阀53、54、65、72、74、89是内置了止回阀的具有流量调节功能的切换阀。
电磁阀33、34、35、43、44、49、53、54、58、59、62、65、67、72、74、84B、89分别具有由未图示的控制器进行比例控制的电磁线圈和复位弹簧(未图示),它们被控制着变位到电磁线圈励磁力和弹簧回复力平衡的位置。
下面,说明图3所示的实施方式的作用效果。
流体压力致动器控制回路25控制从混合式驱动装置10的主泵17A、17B提供给行走马达2trL、2trR、动臂缸8bmc、斗杆缸8stc和铲斗缸8bkc的工作流体时,通过切断离合器88,可以从借助从动臂缸8bmc排出的返回流体而工作的能量再生马达86,将动力高效地输入无负荷状态的动臂用电动/发电机87,将所产生的电力储存在混合式驱动装置10的蓄电器23中,并且在离合器88闭合时,利用借助来自混合式驱动装置10的蓄电器23的电力而发挥电动机的作用的动臂用电动/发电机87驱动动臂辅助泵84as,可以从该动臂辅助泵84as向动臂缸8bmc提供工作流体,所以在开放回路中也能够有效再生从动臂缸8bmc排出的返回流体具有的能量。
特别是在作业装置8的动臂8bm因自重而落下时,可以利用能量再生马达86和动臂用电动/发电机87吸收从动臂缸8bmc的缸盖侧排出的返回流体具有的能量,并高效地储存在混合式驱动装置10的蓄电器23中。
此时,把从动臂缸8bmc排出到返回流体通路55的返回流体分流到一方的返回通路56和另一方返回通路57中,利用流量比控制阀58、59控制该分流后的流量比,利用通过该流量比控制阀58、59控制流量后的一方的返回流体使能量再生马达86工作,利用该能量再生马达86驱动动臂用电动/发电机87,向混合式驱动装置10的蓄电器23提供电力,所以通过从产生来自动臂缸8bmc的返回流体的时间点起逐渐增加分流到能量再生马达86侧的流量比,可以防止产生冲击,通过抑制动臂缸8bmc的急剧负荷变动,可以实现动臂缸8bmc的稳定工作。
即,在作业装置8的动臂8bm因自重而落下时,通过逐渐增加从动臂缸8bmc的缸盖侧排出的返回流体流向能量再生马达86侧的流量比,能量再生马达86可以顺利吸收返回流体具有的能量,并且通过抑制动臂缸8bmc的缸盖侧的急剧负荷变动,可以使动臂缸8bmc的自重落下动作变稳定。
流量比控制阀58、59可以将一方的电磁阀58和另一方电磁阀59分别分开设置在一方的返回通路56和另一方返回通路57的任意部位,并且可以互不相关地独立控制一方的返回通路56和另一方返回通路57的开度,可以自由地控制流向能量再生马达86侧的返回流体的流量比和流量。
并且,在使通过作为电动机工作的回转用电动/发电机4sw相对于下部行走体2回转的上部回转体4停止时,利用回转用控制回路28使回转用电动/发电机4sw作为发电机工作,由此可以对上部回转体4的回转进行制动,并且可以将从回转用电动/发电机4sw产生的电力与从由能量再生马达86驱动的动臂用电动/发电机87产生的电力一起高效地回收到混合式驱动装置10的蓄电器23中,可以有效地再生为混合式驱动装置10的泵动力。
并且,在动臂缸用工作流体供给通路48中设置铲斗/动臂间电磁阀89,所以通过将该电磁阀89打开到单向流动位置,可以将来自一个主泵17A的工作流体供给量和来自动臂辅助泵84as的工作流体供给量一并提供给动臂缸8bmc,实现动臂缸8bmc的动臂抬起动作的快速化,可以提高作业性,并且通过关闭该电磁阀89,可以确保铲斗缸8bkc中的高压。
并且,在铲斗/斗杆间的回路间连通通路73中设置了铲斗/斗杆间电磁阀74,所以能够将该电磁阀74控制在单向流动位置,并且通过关闭电磁阀72、89,可以将从一个主泵17A提供给工作流体供给通路48的工作流体,经过该电磁阀74提供给斗杆缸用工作流体供给通路61,并使其合流到从另一主泵17B提供给该工作流体供给通路61的工作流体中后提供给斗杆缸8stc,可以实现斗杆缸8stc的快速化,可以提高作业性。
另一方面,通过将该电磁阀74控制在切断位置,可以将动臂系统和铲斗系统与斗杆系统分开,分别控制压力。尤其能够确保铲斗缸8bkc中的高压。
在连通斗杆缸用工作流体供给通路61和动臂缸8bmc的缸盖侧的斗杆/动臂间的回路间连通通路71中设置斗杆/动臂间电磁阀72,所以通过将该斗杆/动臂间电磁阀72控制在单向流动位置,在从一个主泵17A经过电磁阀89后再与从动臂辅助泵84as提供的工作流体合流,加到经过方向控制用电磁阀49的左室提供给动臂缸8bmc的缸盖侧的工作流体的供给量中,把从另一主泵17B经过电磁阀72的工作流体提供给动臂缸8bmc的缸盖侧,由此实现动臂缸8bmc的动臂抬起动作的快速化,所以能够提高作业性。通过关闭该电磁阀72,可以确保对斗杆缸8stc的工作流体供给量,可以实现动臂缸8stc的快速化。
通过将电磁阀72、89关闭在切断位置,可以将动臂用控制回路45从主泵17A、17B断开。
通过电磁阀72、74、89的切换状态的组合,组合的自由度提高,系统结构的变更变得灵活。并且,可以利用混合系统提高发动机11的燃料效率。
产业上的利用可能性
本发明可以适用于油压挖掘机等回转式作业机械。
Claims (7)
1.一种作业机械,其设有上部回转体,该上部回转体可以通过回转用电动/发电机相对于可以通过行走马达行走的下部行走体回转,在该上部回转体上设有作业装置,该作业装置由通过动臂缸而转动的动臂、通过斗杆缸而转动的斗杆和通过铲斗缸而转动的铲斗依次连接而成,其特征在于,该作业机械具备:
混合式驱动装置,其包括:发动机;电动/发电机,其由该发动机驱动而发挥发电机的作用,并且接受电力供给而发挥电动机的作用;蓄电器,其储存从该发挥发电机的作用的电动/发电机提供的电力,并且向发挥电动机的作用的电动/发电机提供电力;以及主泵,其由发动机和电动/发电机的至少一方驱动;
行走/斗杆/铲斗用控制回路,其对从混合式驱动装置的主泵向行走马达、斗杆缸和铲斗缸提供的工作流体进行控制;
动臂用控制回路,其具有与混合式驱动装置的主泵分开设置的动臂用泵,控制从该动臂用泵提供给动臂缸的工作流体;以及
回转用控制回路,其借助从混合式驱动装置的蓄电器提供的电力,使回转用电动/发电机作为电动机工作,并且在进行上部回转体的回转制动时,将从作为发电机工作的回转用电动/发电机产生的电力回收到蓄电器中,
动臂用控制回路具有:
能量再生马达,其设在从动臂缸排出的返回流体所通过的返回流体通路中;
动臂用电动/发电机,其由能量再生马达驱动而发挥向混合式驱动装置的蓄电器提供电力的发电机的作用,并且通过从蓄电器提供的电力发挥电动机的作用;以及
离合器,其从发挥电动机的作用的动臂用电动/发电机向动臂用泵传递动力,并且将发挥发电机的作用的动臂用电动/发电机与动臂用泵断开。
2.一种作业机械,其设有上部回转体,该上部回转体可以通过回转用电动/发电机相对于可以通过行走马达行走的下部行走体回转,在该上部回转体上设有作业装置,该作业装置由通过动臂缸而转动的动臂、通过斗杆缸而转动的斗杆和通过铲斗缸而转动的铲斗依次连接而成,其特征在于,该作业机械具备:
混合式驱动装置,其包括:发动机;电动/发电机,其由该发动机驱动而发挥发电机的作用,并且接受电力供给而发挥电动机的作用;蓄电器,其储存从该发挥发电机的作用的电动/发电机提供的电力,并且向发挥电动机的作用的电动/发电机提供电力;以及主泵,其由发动机和电动/发电机的至少一方驱动;
流体压力致动器控制回路,其对从混合式驱动装置的主泵向行走马达、动臂缸、斗杆缸和铲斗缸提供的工作流体进行控制;以及
回转用控制回路,其借助从混合式驱动装置的蓄电器提供的电力,使回转用电动/发电机作为电动机工作,并且在进行上部回转体的回转制动时,将从作为发电机工作的回转用电动/发电机产生的电力回收到蓄电器中,
流体压力致动器控制回路具有:
动臂辅助泵,其对从混合式驱动装置的主泵提供给动臂缸的工作流体的流量进行支援;
能量再生马达,其设在从动臂缸排出的返回流体所通过的返回流体通路中;
动臂用电动/发电机,其由能量再生马达驱动而发挥向混合式驱动装置的蓄电器提供电力的发电机的作用,并且借助从蓄电器提供的电力发挥电动机的作用。
3.根据权利要求1或2所述的作业机械,其特征在于,能量再生马达设在从动臂缸的缸盖侧起的返回流体通路中。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的作业机械,其特征在于,返回流体通路具备:
具有能量再生马达的一方的返回通路;
在能量再生马达的上游侧分支的另一方返回通路;以及
流量比控制阀,其控制一方的返回通路中的流量和另一方返回通路中的流量之间的流量比。
5.根据权利要求2所述的作业机械,其特征在于,流体压力致动器控制回路具备离合器,该离合器从发挥电动机的作用的动臂用电动/发电机向动臂辅助泵传递动力,并且将发挥发电机的作用的动臂用电动/发电机与动臂辅助泵断开。
6.根据权利要求2~5中任一项所述的作业机械,其特征在于,
设有多个主泵,
流体压力致动器控制回路具备:
动臂缸用工作流体供给通路,其从一个主泵向动臂缸提供工作流体;
铲斗缸用工作流体供给通路,其从动臂缸用工作流体供给通路分支出来,向铲斗缸提供工作流体;
斗杆缸用工作流体供给通路,其从其他主泵向斗杆缸提供工作流体;
铲斗/动臂间电磁阀,其设在动臂缸用工作流体供给通路中、铲斗缸用工作流体供给通路的分支部和来自动臂辅助泵的合流部之间,并且在可以作为流向动臂缸的单向流动向铲斗缸提供工作流体的位置和切断该流动的位置之间进行变位;
铲斗/斗杆间的回路间连通通路,其将铲斗缸用工作流体供给通路和斗杆缸用工作流体供给通路进行连通;
铲斗/斗杆间电磁阀,其设在铲斗/斗杆间的回路间连通通路中,分别具有可以实现从流向铲斗缸的工作流体供给通路到流向斗杆缸的工作流体供给通路的单向流动的位置、和切断该流动的位置。
7.根据权利要求6所述的作业机械,其特征在于,该作业机械具备:
斗杆/动臂间的回路间连通通路,其将斗杆缸用工作流体供给通路和动臂缸的缸盖侧进行连通;
斗杆/动臂间电磁阀,其设在斗杆/动臂间的回路间连通通路中,在可以实现从斗杆缸用工作流体供给通路到动臂缸的缸盖侧的单向流动的位置和切断该流动的位置之间进行变位。
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20070704 |