JP2004278745A

JP2004278745A - Recovery device for return pressurized oil energy of a plurality of hydraulic actuators

Info

Publication number: JP2004278745A
Application number: JP2003073893A
Authority: JP
Inventors: Shinobu Nagura; 忍名倉; Kazuhiro Maruta; 和弘丸田; Nobusane Yoshida; 伸実吉田
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2004-10-07

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the energy recovery efficiency of return pressurized oil flowing out from a plurality of hydraulic actuators without affecting the motion of the hydraulic actuators. <P>SOLUTION: Returning pressurized oil flowing out from a hydraulic cylinder 11 of a mechanism 10 flows into a directional control valve 13, and flows into a meter-out pressure compensation valve 15 after the flow rate is controlled. At that time, the returning pressurized oil is controlled in the flow rate with the meter-out pressure compensation valve 15 so that differential pressure between the pressure of returning pressurized oil flowing into the directional control valve 13 and the pressure of the returning pressurized oil flowed out is made constant. The returning pressurized oil flowing out from the meter-out pressure compensation valve 15 passes through a check valve 17. Similarly in mechanisms 20 and 30, the return pressure oil passes through check valves 27 and 37. The returning pressurized oil passing through each check valve 17, 27 and 37 merges, and is fed into a hydraulic motor 51. The hydraulic motor 51 is driven by the energy of the returning pressurized oil. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の油圧アクチュエータから流出する戻り圧油を油圧モータに供給し、戻り圧油のエネルギーで油圧モータを駆動させる複数油圧アクチュエータの戻り圧油エネルギー回収装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベルなどの建設機械に圧油エネルギー回収装置を適用することが提案されている。圧油エネルギー回収装置は、ブームなどを作動する際に、油圧アクチュエータから流出した戻り圧油のエネルギーを回収する。この回収されたエネルギーは油圧アクチュエータやエアコンのコンプレッサなどを駆動するエネルギーとして回生され、又は電気エネルギーや油圧エネルギーに変換され蓄積される。
【０００３】
圧油エネルギー回収装置の基本的な油圧回路を図５に示す。図５に示す油圧回路では、エンジン１によって主油圧ポンプ２が駆動され、主油圧ポンプ２から吐出された圧油が油路に設けられた方向制御弁４を介して油圧アクチュエータである油圧シリンダ５の一方のシリンダ室５ａへ供給される。油圧シリンダ５の一方のシリンダ室５ａに圧油が供給されると油圧シリンダ５が駆動され、ブーム等の負荷６が作動される。この際、他方のシリンダ室５ｂから戻り圧油が流出し、回収弁９（図面左位置）を介して圧力変換部９０に流入する。
【０００４】
圧力変換部９０は、油圧モータ９１と油圧ポンプ９２とからなり油圧モータ９１と油圧ポンプ９２とは回転軸同士が接続されている。戻り圧油が油圧モータ９１に流入することにより油圧モータ９１が駆動される。油圧モータ９１が駆動されると油圧ポンプ９２が駆動され、油圧ポンプ９２から圧油が吐出される。油圧ポンプ９２から吐出された圧油は、主油圧ポンプ２から吐出された圧油と共に油圧シリンダ５へ供給される。このように油圧シリンダ５から流出した戻り圧油のエネルギーは、油圧シリンダ５を駆動するために利用される。
【０００５】
ところで、建設機械には複数の油圧アクチュエータが設けられ、各油圧アクチュエータから戻り圧油が流出する。図５は、１つの油圧アクチュエータを有する圧油エネルギー回収装置を示すものであるが、下記特許文献１には、複数の油圧アクチュエータを有する圧油エネルギー回収装置が開示されている。この装置では、複数の油圧アクチュエータから流出する戻り圧油のうちの一つが選択され、選択された戻り圧油のみが油圧モータに供給されている。一方、選択されない戻り圧油はタンクに排出されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１８４６１５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１の装置によれば、選択されない戻り圧油のエネルギーのみが回収され、選択されない戻り圧油のエネルギーは廃棄される。選択された戻り圧油の圧力が選択されない戻り圧油の圧力よりも非常に高い場合には、多くのエネルギーが回収されていることになり、この装置のエネルギー回収効率は高いといえる。しかし選択された戻り圧油の圧力と選択されない戻り圧油の圧力との差があまりない場合には、多くのエネルギーが廃棄されることになり、この装置のエネルギー回収効率は低いといえる。
【０００８】
戻り圧油のエネルギー回収効率を向上させるためには、各油圧アクチュエータ毎に対応する油圧モータを設け、戻り圧油のエネルギーを個々に回収する方法が考えられる。しかし油圧シリンダの数だけ油圧モータが必要となり、装置全体のサイズが大きくなるという問題や製造コストが上昇するという問題がある。
【０００９】
複数の油圧シリンダから流出する戻り圧油を合流させるという方法も考えられる。しかし複数の管路からの圧油を合流すると、圧油は合流した圧油のうちの最低圧である圧油の圧力と等しくなる。合流した戻り圧油の圧力は、油圧モータで回収される圧力と等しくなるため更に低下する。すると油圧シリンダの戻り圧油が必要以上に低くなり、油圧シリンダつまり油圧アクチュエータの制御ができなくなるという問題が生じる。
【００１０】
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、油圧アクチュエータの動作に影響を与えることなく、複数の油圧アクチュエータから流出する戻り圧油のエネルギー回収効率を向上させることを解決課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段および作用、効果】
そこで第１発明は、
複数の油圧アクチュエータ（１１、２１、３１）から流出する戻り圧油を油圧モータ（５１）に供給し、戻り圧油のエネルギーで前記油圧モータ（５１）を駆動させる複数油圧アクチュエータの戻り圧油エネルギー回収装置において、
各油圧アクチュエータ（１１、２１、３１）の圧油流出側に、
操作子の操作に応じて動作し、油圧アクチュエータ（１１、２１、３１）から流出する戻り圧油の流量を制御する操作弁（１３、２３、３３）と、
前記操作弁（１３、２３、３３）に流入する戻り圧油の圧力と流出する戻り圧油の圧力との差圧を一定に保つように動作する圧力補償弁（１５、２５、３５）と、
前記油圧モータ（５１）側から前記圧力補償弁（１５、２５、３５）側への圧油の流れを阻止するチェック弁（１７、２７、３７）と、を備え、
各チェック弁（１７、２７、３７）の圧油流出側及び前記油圧モータ（５１）の圧油流入側を接続すること
を特徴とする。
【００１２】
第１発明を図１を用いて説明する。
【００１３】
機構１０の油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）１１から流出する戻り圧油は、方向制御弁（操作弁）１３に流入し、流量が制御された後、メータアウト圧力補償弁１５に流入する。この際戻り圧油は、方向制御弁１３に流入する戻り圧油の圧力と流出する戻り圧油の圧力との差圧が一定となるようにメータアウト圧力補償弁１５で流量が制御される。メータアウト圧力補償弁１５から流出した戻り圧油はチェック弁１７を通過する。機構２０、３０でも同様にして、戻り圧油がチェック弁２７、３７を通過する。各チェック弁１７、２７、３７を通過した戻り圧油は合流し、油圧モータ５１に供給される。油圧モータ５１はこの戻り圧油のエネルギーによって駆動する。
【００１４】
第１発明によれば、各油圧シリンダの戻り圧油流出側に圧力補償弁とチェック弁とが設けられているため、各油圧シリンダに対して下流側の圧力の影響を与えることなく、その戻り圧油を合流して回収することができる。したがって戻り圧油のエネルギーを無駄に廃棄することがなくなり、戻り圧油のエネルギー回収効率を向上させることが可能となる。
【００１５】
第２発明は、第１発明において、
前記油圧モータ（５１）の容量を制御して、回収する圧油エネルギーを変更する油圧モータ容量制御部（５２、５３）を備えたこと
を特徴とする。
【００１６】
第２発明によれば、回収圧力が各戻り圧油の圧力に応じて変更される。したがって最適な回収圧力を設定することができ、戻り圧油のエネルギー回収効率を更に向上させることが可能となる。
【００１７】
第３発明は、第２発明において、
各油圧アクチュエータ（１１、２１、３１）から流出する戻り圧油の圧力を測定し、各測定値のうちの少なくとも一つが閾値以上の場合は、閾値以上の戻り圧油のエネルギーを全て回収するように前記油圧モータ容量制御部（５２、５３）を制御するコントローラ（６０）を備えたこと
を特徴とする。
【００１８】
第４発明は、第３発明において、
前記コントローラ（６０）は、回収する戻り圧油を最高圧で回収するように前記油圧モータ容量制御部（５２、５３）を制御すること
を特徴とする。
【００１９】
第３、第４発明によれば、回収圧力の閾値が設定され、圧力が閾値以上である戻り圧油のみが回収されている。仮に全ての戻り圧油を回収しようとすると、回収側の回収圧力を戻り圧油のうちの最低圧以下にしなければならず、回収圧力が必要以上に小さくなり回収効率が悪いといえる。しかし回収効率の向上が見込める程度の閾値を設け、圧力が閾値以上の戻り圧油のみを回収するようにすれば、回収効率を向上させることが可能となる。
【００２０】
第５発明は、第３発明において、
前記コントローラ（６０）は、更に各検出値が閾値未満の場合は、最高圧の戻り圧油のエネルギーを回収するように前記油圧モータ容量制御部（５２、５３）を制御すること
を特徴とする。
【００２１】
第５発明によれば、全ての戻り圧油の圧力が閾値未満である場合は最高圧の戻り圧油のみが回収される。全ての戻り圧油の圧力が閾値未満である場合は、戻り圧油を合流するよりも、最高圧の戻り圧油のみを単独で回収する方が回収効率が高い場合が多い。したがって全ての戻り圧油の圧力が閾値未満である場合であっても回収効率を向上させることが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る圧油エネルギー回収装置の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は本発明に係る圧油エネルギー回収装置の油圧回路を示す図である。図２は方向制御弁を示す図である。
【００２４】
本実施形態の圧油エネルギー回収装置は油圧シリンダ１１、２１、３１から排出される戻り圧油のエネルギーを回収するものである。なお機構１０、２０、３０の構成は同一であるため、ここでは機構１０について説明する。
【００２５】
主油圧ポンプ２はエンジン１又はモータによって駆動され、容量が一定の固定容量型である。主油圧ポンプ２は可変容量型でもよい。リリーフ弁３は主油圧ポンプ２の吐出側の圧力が設定値以上になった場合に油路を開放し、タンク９９に圧油を排出する。
【００２６】
方向制御弁１３は圧油ポート１３ａ−１〜４、１３ｂ−１〜４を有し、その弁位置は、大きくは位置１３−１、１３−２、１３−３に分けられる。方向制御弁１３は図示しない操作レバーの操作量に応じて油圧シリンダ１１に流入する圧油の流量を制御すると共に、油圧シリンダ１１から流出する戻り圧油の流量を制御する。また方向制御弁１３は操作レバーの操作に応じて油圧シリンダ１１への圧油の流出方向と油圧シリンダ１１からの圧油の流入方向とを制御する。全ての方向制御弁１３、２３、３３が中立位置（位置１３−２）である場合は、主油圧ポンプ２から吐出される圧油は方向制御弁１３、２３、３３を通過しタンク９９に排出される。方向制御弁１３は油圧シリンダ１１のシリンダ室１１ａ、１１ｂに連通すると共に、主油圧ポンプ２及びメータアウト圧力補償弁１５に連通する。
【００２７】
油圧シリンダ１１はシリンダ室１１ａ、１１ｂを有する油圧アクチュエータである。圧油がシリンダ室１１ａに流入すると、負荷６が一方向に駆動される。この際、シリンダ室１１ｂから戻り圧油が流出する。圧油がシリンダ室１１ｂに流入すると、負荷６が他方向に駆動される。この際、シリンダ室１１ａから戻り圧油が流出する。
【００２８】
メータアウト圧力補償弁１５の一方のパイロットポート１５ａには方向制御弁１３の流入側の戻り圧油が導入され、他方のパイロットポート１５ｂには方向制御弁１３の流出側の戻り圧油が導入される。このような構成によってメータアウト圧力補償弁１５は、自身の流出側の圧力に関わらず方向制御弁１３の前後差圧ΔＰ（＝方向制御弁１３の流入側の戻り圧油の圧力−方向制御弁１３の流出側の戻り圧油の圧力）が一定圧となるように、自身の開口面積を調整する。メータアウト圧力補償弁１５の流出ポートはチェック弁１７の流入ポート及び背圧弁１８の流入ポートに連通する。
【００２９】
チェック弁１７はメータアウト圧力補償弁１５側から油圧モータ５１側への圧油の流れを許容し、油圧モータ５１側からメータアウト圧力補償弁１５側への圧油の流れを阻止するようにされている。チェック弁１７の流出ポートは各チェック弁２７、３７の流出ポート及び油圧モータ５１に連通する。
【００３０】
背圧弁１８の一方のパイロットポート１８ａにはメータアウト圧力補償弁１５の流入側の戻り圧油が導入され、他方のパイロットポート１８ｂにはメータアウト圧力補償弁１５の流出側の戻り圧油が導入される。またパイロットポート１８ｂ側にはバネ１８ｃのバネ力が付与される。バネ１８ｃは、メータアウト圧力補償弁１５の圧力損失分に相当するバネ力を有する。このような構成によって背圧弁１８は、メータアウト圧力補償弁１５の前後差圧がバネ１８ｃのバネ力を下回った場合にメータアウト圧力補償弁１５の流出側の戻り圧油をタンク９９に排出する。
【００３１】
圧力計１９はメータアウト圧力補償弁１５の流入側の戻り圧油の圧力を計測する。
【００３２】
以上が戻り圧油を回収される側の機構１０の構成であり、機構２０、３０の構成も同一である。次に戻り圧油を回収する側の機構５０の構成について説明する。
【００３３】
可変容量型の油圧モータ５１はエンジン１と回転軸同士が接続されている。油圧モータ５１は各油圧シリンダ１１、２１、３１から流出する戻り圧油が供給されることによって回転する。油圧モータ５１の駆動力はエンジン１の駆動力の補助力として利用される。エンジン１の代わりに他の油圧モータや電動モータや油圧ポンプなどを接続してもよい。なお本明細書では油圧モータ５１は斜板式であるとして説明するが、これに限るものではない。
【００３４】
容量変更部５２はシリンダ５２ａとピストン５２ｂとバネ５２ｃとからなる。シリンダ５２ａ内には油圧モータ５１の斜板に接続されたピストン５２ｂが摺動自在に設けられている。ピストン５２ｂの一端には圧油の圧力が作用し、他端にはバネ５２ｃのバネ力が作用する。ピストン５２ｂの一端に作用する圧油の圧力が他端に作用するバネ力よりも大きい場合に、ピストン５２ｂはシリンダ５２ａ内を摺動し、油圧モータ５１の斜板の傾転角が小さくなる。すると、油圧モータ５１の容量は小さくなる。ピストン５２ｂの一端に作用する圧油の圧力が他端に作用するバネ力よりも小さい場合に、ピストン５２ｂはシリンダ５２ａ内を摺動し、油圧モータ５１の斜板の傾転角が大きくなる。すると、油圧モータ５１の容量は大きくなる。
【００３５】
なおピストン５２ｂの一端に作用する圧油の圧力が他端に作用するバネ力よりも大きい場合に、油圧モータ５１の容量を大きくし、ピストン５２ｂの一端に作用する圧油の圧力が他端に作用するバネ力よりも小さい場合に、油圧モータ５１の容量を小さくするように、容量変更部５２を構成してもよい。
【００３６】
電磁比例弁５３はコントローラ６０からの容量制御信号に応じて、圧力源５４から容量変更部５２への圧油の供給と、容量変更部５２からタンク９９への圧油の排出とを切り換えると共に、ピストン５２ｂに作用する圧油の圧力を制御する。
【００３７】
圧力計５９は油圧モータ５１の流入側の戻り圧油の圧力を計測する。
【００３８】
コントローラ６０は、予め設定された閾値及び各圧力計１９、２９、３９、５９の測定結果に基づき、電磁比例弁５３へ容量制御信号を出力する。
【００３９】
次に本実施形態の基本的な動作について説明する。
【００４０】
操作レバーによって方向制御弁１３が操作されて弁位置が１３−１にされると、主油圧ポンプ２からの圧油は方向制御弁１３のポート１３ｂ−３に流入しポート１３ａ−３から流出する。この圧油は油圧シリンダ１１のシリンダ室１１ａに流入する。するとブームなどの負荷６が縮退駆動される。この際、油圧シリンダ１１のシリンダ室１１ｂから戻り圧油が流出する。
【００４１】
流出した戻り圧油は、ポート１３ａ−２、ポート１３ｂ−２を通過し、メータアウト圧力補償弁１５に流入する。メータアウト圧力補償弁１５のパイロットポート１５ａには方向制御弁１３のポート１３ｂ−１から流出する戻り圧油が導入され、パイロットポート１５ｂには方向制御弁１３のポート１３ｂ−２から流出する戻り圧油が導入される。
【００４２】
メータアウト圧力補償弁１５は自身の流出側の圧力に関わらず、方向制御弁１３の前後差圧ΔＰが所定圧になるように動作する。前後差圧ΔＰが所定圧より大きい場合は、メータアウト圧力補償弁１５の開口面積は小さくされチェック弁１７側への流量が少なくされる。すると方向制御弁１３の流出側の圧力が高くなり、前後差圧ΔＰが徐々に小さくなる。前後差圧ΔＰが所定圧になったところで、その状態は維持される。前後差圧ΔＰが所定圧より小さい場合は、メータアウト圧力補償弁１５の開口面積は大きくされチェック弁１７側への流量が多くされる。すると方向制御弁１３の流出側の圧力が低くなり、前後差圧ΔＰが徐々に大きくなる。前後差圧ΔＰが所定圧になったところで、その状態は維持される。
【００４３】
メータアウト圧力補償弁１５からは圧力損失分だけ低圧になった戻り圧油が流出する。この戻り圧油はチェック弁１７から流出し、各チェック弁２７、３７から流出した戻り圧油と合流し、油圧モータ５１に流入する。合流した戻り圧油の圧力は、油圧モータ５１の容量に応じた回収圧力と等しくなる。したがってメータアウト圧力補償弁１５から流出する戻り圧油の圧力が油圧モータ５１の容量に応じた回収圧力よりも大きければ、その戻り圧油はチェック弁１７、２７、３７を通過し、油圧モータ５１の容量に応じた回収圧力よりも小さければ、その戻り圧油はチェック弁１７、２７、３７で阻止される。
【００４４】
チェック弁１７で戻り圧油が阻止されると、メータアウト圧力補償弁１５の流出側の圧力が徐々に上昇する。すると背圧弁１８のパイロットポート１８ｂ側の圧力とパイロットポート１８ａ側の圧力との差が、バネ１８ｃにより設定された圧力差よりも小さくなり、背圧弁１８によって遮断されていたタンク９９への油路が開放される。したがってメータアウト圧力補償弁１５から流出する圧油はタンク９９に排出される。
【００４５】
ここで回収圧力の設定方法について説明する。
【００４６】
各圧力計１９、２９、３９の測定結果はコントローラ６０に入力される。コントローラ６０では、各圧力計１９、２９、３９の測定結果及び各メータアウト圧力補償弁１５、２５、３５の圧力損失に基づいて、各メータアウト圧力補償弁１５、２５、３５から流出する戻り圧油の圧力が求められる。そして求めた圧力と予め設定された閾値とが比較され、その結果に応じて下記（１）、（２）の何れかの処理が行われる。
【００４７】
（１）求めた圧力のうち何れかが閾値以上である場合
閾値以上の戻り圧油のうち最低圧の戻り圧油が回収されるように、コントローラ６０から電磁比例弁５３に容量制御信号Ｓｍｉｎが出力される。容量制御信号Ｓｍｉｎに応じて電磁比例弁５３は動作し、容量変更部５２への圧油の供給又は排出が行われる。圧油の供給又は排出に伴いピストン５２ｂは動作し、油圧モータ５１の斜板角が調整される。こうして油圧モータ５１の容量が調整され、回収圧力が設定される。以上の処理は圧力計５９の測定結果を参照しつつ行われる。
【００４８】
すると閾値以上の全ての戻り圧油が各チェック弁を通過し合流し、油圧モータ５１に流入する。
【００４９】
（２）求めた圧力が全て閾値未満である場合
戻り圧油のうち最高圧の戻り圧油が回収されるように、コントローラ６０から電磁比例弁５３に容量制御信号Ｓｍａｘが出力される。容量制御信号Ｓｍａｘに応じて電磁比例弁５３は動作し、容量変更部５２への圧油の供給又は排出が行われる。圧油の供給又は排出に伴いピストン５２ｂは動作し、油圧モータ５１の斜板角が調整される。こうして油圧モータ５１の容量が調整され、回収圧力が設定される。以上の処理は圧力計５９の測定結果を参照しつつ行われる。
【００５０】
すると最高圧の戻り圧油のみがチェック弁を通過し、油圧モータ５１に流入する。
【００５１】
なおコントローラ６０の閾値は固定であってもよいし、オペレータによって変更自在にしてもよい。
【００５２】
次に本発明に係る他の実施形態について説明する。
【００５３】
図３は本発明に係る他の形態の圧油エネルギー回収装置の油圧回路を示す図である。この油圧回路はＣＬＳＳ（ＣｌｏｓｅｄｃｅｎｔｅｒＬｏａｄＳｅｎｓｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）と呼ばれる。図４は方向制御弁を示す図である。
【００５４】
本実施形態の圧油エネルギー回収装置は油圧シリンダ１１、２１、３１から排出される戻り圧油のエネルギーを回収するものである。なお機構１００、２００、３００の構成は同一であるため、ここでは機構１００について説明する。また図１に示す油圧回路の構成要素と同一のものには同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５５】
図３に示す油圧回路は、油圧アクチュエータ１１、２１、３１の負荷圧の変化に応じて主油圧ポンプ２′の容量を制御するものである。
【００５６】
主油圧ポンプ２′はエンジン１又はモータによって駆動され、容量が変化する可変容量型である。アンロード弁７は、主油圧ポンプ２′の吐出圧と各油圧アクチュエータ１１、２１、３１の負荷圧のうちの最高圧との差がバネ７ａの設定圧を超えた場合に、主油圧ポンプ２′にかかる負荷を低減するために、主油圧ポンプ２′からの圧油をタンク９９に排出する。
【００５７】
ＬＳバルブ８は、各方向制御弁６３、７３、８３のポート６３ｂ−４、７３ｂ−４、８３ｂ−４から流出する圧油のうち最高圧の圧油と主油圧ポンプ２′から吐出される圧油の差圧に応じて、容量変更部４１への圧油の供給又は排出を制御する。容量変更部４１への圧油の供給又は排出によって主油圧ポンプ２′の容量は変化する。
【００５８】
方向制御弁６３は圧油の流入、流出ポート６３ａ−１〜４、６３ｂ−１〜４を有し、その弁位置は、大きくは位置６３−１、６３−２、６３−３に分けられる。方向制御弁６３は図示しない操作レバーの操作量に応じて油圧シリンダ１１に流入する圧油の流量を制御すると共に、油圧シリンダ１１から流出する戻り圧油の流量を制御する。また方向制御弁６３は操作レバーの操作に応じて油圧シリンダ１１への圧油の流出方向と油圧シリンダ１１からの圧油の流入方向とを制御する。方向制御弁６３はメータイン圧力補償弁６６−１、６６−２に連通すると共に、主油圧ポンプ２′及びメータアウト圧力補償弁６５に連通する。
【００５９】
メータイン圧力補償弁６６−１の一方のパイロットポート６６ａには、方向制御弁６３の流出側の供給圧油が導入され、他方のパイロットポート６６ｂには油圧アクチュエータ１１の負荷圧又は各方向制御弁６３、７３、８３のポート６３ｂ−４、７３ｂ−４、８３ｂ−４から流出する圧油のうち最高圧の圧油が導入される。メータイン圧力補償弁６６−２も同様である。
【００６０】
ロードチェック弁６７−１は、方向制御弁６３の流出側の供給圧油の圧力に応じて、メータイン圧力補償弁６６−１から油圧シリンダ１１への圧油の流れを許容し、油圧シリンダ１１からメータイン圧力補償弁６６−１への圧油の流れを阻止するようにされている。ロードチェック弁６７−２も同様である。
【００６１】
メータアウト圧力補償弁６５の一方のパイロットポート６５ａには、各方向制御弁６３、７３、８３のポート６３ｂ−４、７３ｂ−４、８３ｂ−４から流出する圧油のうち最高圧の圧油及び方向制御弁６３の流入側の戻り圧油が導入され、他方のパイロットポート６５ｂには、方向制御弁６３の流入側の供給圧油すなわち主油圧ポンプ２′の吐出圧油及び方向制御弁６３の流出側の戻り圧油が導入される。このような構成によってメータアウト圧力補償弁６５は、自身の流出側の圧力に関わらず方向制御弁６３の前後差圧ΔＰ１（＝主油圧ポンプ２′の吐出圧−各方向制御弁６３、７３、８３のポート６３ｂ−４、７３ｂ−４、８３ｂ−４から流出する圧油のうち最高圧）とΔＰ２（＝方向制御弁６３の流入側の戻り圧油の圧力−方向制御弁６３の流出側の戻り圧油の圧力）が略同一となるように、自身の開口面積を調整する。メータアウト圧力補償弁６５の流出ポートはチェック弁１７の流入ポート及び背圧弁１８の流入ポートに連通する。
【００６２】
次に本実施形態の基本的な動作について説明する。
【００６３】
操作レバーによって方向制御弁６３が操作されて弁位置が６３−１にされると、主油圧ポンプ２′からの圧油は方向制御弁６３のポート６３ｂ−３に流入しポート６３ａ−４から流出する。この圧油はメータイン圧力補償弁６６−１、ロードチェック弁６７−１を通過し、油圧シリンダ１１のシリンダ室１１ａに流入する。するとブームなどの負荷６が縮退駆動される。この際、油圧シリンダ１１のシリンダ室１１ｂから戻り圧油が流出する。
【００６４】
流出した戻り圧油は、ポート６３ａ−２、ポート６３ｂ−２を通過し、メータアウト圧力補償弁６５に流入する。メータアウト圧力補償弁６５のパイロットポート６５ａには、各方向制御弁６３、７３、８３のポート６３ｂ−４、７３ｂ−４、８３ｂ−４から流出する圧油のうち最高圧の圧油及び方向制御弁６３のポート６３ｂ−１から流出する戻り圧油が導入され、パイロットポート６５ｂには主油圧ポンプ２′から吐出される圧油及び方向制御弁６３のポート６３ｂ−２から流出する戻り圧油が導入される。
【００６５】
メータアウト圧力補償弁６５は自身の流出側の圧力に関わらず、方向制御弁６３の前後差圧ΔＰ１とΔＰ２が略同一圧になるように動作する。前後差圧ΔＰ１に対してΔＰ２が大きい場合は、メータアウト圧力補償弁６５の開口面積は小さくされチェック弁１７側への流量が少なくされる。すると方向制御弁６３の流出側の圧力が高くなり、前後差圧ΔＰ２は徐々にΔＰ１に近づく。前後差圧ΔＰ１とΔＰ２が略同一圧になったところで、その状態は維持される。前後差圧ΔＰ１に対してΔＰ２が小さい場合は、メータアウト圧力補償弁６５の開口面積は大きくされチェック弁１７側への流量が多くされる。すると方向制御弁６３の流出側の圧力が低くなり、前後差圧ΔＰ２は徐々にΔＰ１に近づく。前後差圧ΔＰ１とΔＰ２が略同一圧になったところで、その状態は維持される。
【００６６】
メータアウト圧力補償弁６５からは圧力損失分だけ低圧になった戻り圧油が流出する。この戻り圧油はチェック弁１７から流出し、各チェック弁２７、３７から流出した戻り圧油と合流し、油圧モータ５１に流入する。合流した戻り圧油の圧力は、油圧モータ５１の容量に応じた回収圧力と等しくなる。したがってメータアウト圧力補償弁６５から流出する戻り圧油の圧力が油圧モータ５１の容量に応じた回収圧力よりも大きければ、その戻り圧油はチェック弁１７、２７、３７を通過し、油圧モータ５１の容量に応じた回収圧力よりも小さければ、その戻り圧油はチェック弁１７、２７、３７で阻止される。
【００６７】
チェック弁１７で戻り圧油が阻止されると、メータアウト圧力補償弁６５の流出側の圧力が徐々に上昇する。すると背圧弁１８のパイロットポート１８ｂ側の圧力とパイロットポート１８ａ側の圧力との差が、バネ１８ｃにより設定された圧力差よりも小さくなり、背圧弁１８によって遮断されていたタンク９９への油路が開放される。したがってメータアウト圧力補償弁６５から流出する圧油はタンク９９に排出される。
【００６８】
回収圧力の設定方法については図１の油圧回路と同じである。
【００６９】
なお上記２つの実施形態では３つの油圧シリンダ１１、２１、３１から流出する戻り圧油のエネルギーを回収する装置を説明したが、油圧シリンダの数は任意である。
【００７０】
本発明によれば、各油圧シリンダの戻り圧油流出側に圧力補償弁とチェック弁とが設けられているため、各油圧シリンダに対して下流側の圧力の影響を与えることなく、その戻り圧油を合流して回収することができる。したがって戻り圧油のエネルギーを無駄に廃棄することがなくなり、戻り圧油のエネルギー回収効率を向上させることが可能となる。
【００７１】
また本発明によれば、回収圧力が各戻り圧油の圧力に応じて変更される。したがって最適な回収圧力を設定することができ、戻り圧油のエネルギー回収効率を更に向上させることが可能となる。
【００７２】
また本発明によれば、回収圧力の閾値が設定され、圧力が閾値以上である戻り圧油のみが回収されている。仮に全ての戻り圧油を回収しようとすると、回収側の回収圧力を戻り圧油のうちの最低圧以下にしなければならず、回収圧力が必要以上に小さくなり回収効率が悪いといえる。しかし回収効率の向上が見込める程度の閾値を設け、圧力が閾値以上の戻り圧油のみを回収するようにすれば、回収効率を向上させることが可能となる。
【００７３】
また本発明によれば、全ての戻り圧油の圧力が閾値未満である場合は最高圧の戻り圧油のみが回収される。全ての戻り圧油の圧力が閾値未満である場合は、戻り圧油を合流するよりも、最高圧の戻り圧油のみを単独で回収する方が回収効率が高い場合が多い。したがって全ての戻り圧油の圧力が閾値未満である場合であっても回収効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る圧油エネルギー回収装置の油圧回路を示す図である。
【図２】図２は方向制御弁を示す図である。
【図３】図３は本発明に係る他の形態の圧油エネルギー回収装置の油圧回路を示す図である。
【図４】図４は方向制御弁を示す図である。
【図５】図５は基本的な圧油エネルギー回収装置の油圧回路を示す図である。
【符号の説明】
２主油圧ポンプ
１１、２１、３１油圧シリンダ
１３、２３、３３方向操作弁
１５、２５、３５メータアウト圧力補償弁
１７、２７、３７チェック弁
１８、２８、３８背圧弁
１９、２９、３９圧力計
５１油圧モータ
５２容量変更部
５３電磁比例弁
６０コントローラ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a return pressure oil energy recovery device for a plurality of hydraulic actuators that supplies return pressure oil flowing from a plurality of hydraulic actuators to a hydraulic motor and drives the hydraulic motor with the energy of the return pressure oil.
[0002]
[Prior art]
It has been proposed to apply a hydraulic oil energy recovery device to a construction machine such as a hydraulic excavator. The hydraulic oil energy recovery device recovers the energy of the return hydraulic oil flowing out of the hydraulic actuator when operating a boom or the like. The recovered energy is regenerated as energy for driving a hydraulic actuator or a compressor of an air conditioner, or converted into electric energy or hydraulic energy and stored.
[0003]
FIG. 5 shows a basic hydraulic circuit of the hydraulic oil energy recovery device. In the hydraulic circuit shown in FIG. 5, the main hydraulic pump 2 is driven by the engine 1, and the hydraulic oil discharged from the main hydraulic pump 2 is supplied to the hydraulic cylinder 5 as a hydraulic actuator via a directional control valve 4 provided in an oil passage. Is supplied to one of the cylinder chambers 5a. When pressure oil is supplied to one cylinder chamber 5a of the hydraulic cylinder 5, the hydraulic cylinder 5 is driven, and a load 6 such as a boom is operated. At this time, the return pressure oil flows out of the other cylinder chamber 5b and flows into the pressure conversion unit 90 via the recovery valve 9 (the left position in the drawing).
[0004]
The pressure converter 90 includes a hydraulic motor 91 and a hydraulic pump 92. The hydraulic motor 91 and the hydraulic pump 92 have their rotating shafts connected to each other. The hydraulic motor 91 is driven by the return pressure oil flowing into the hydraulic motor 91. When the hydraulic motor 91 is driven, the hydraulic pump 92 is driven, and pressure oil is discharged from the hydraulic pump 92. The pressure oil discharged from the hydraulic pump 92 is supplied to the hydraulic cylinder 5 together with the pressure oil discharged from the main hydraulic pump 2. The energy of the return pressure oil flowing out of the hydraulic cylinder 5 as described above is used to drive the hydraulic cylinder 5.
[0005]
By the way, a plurality of hydraulic actuators are provided in the construction machine, and return hydraulic oil flows out of each hydraulic actuator. FIG. 5 shows a hydraulic oil energy recovery device having one hydraulic actuator. Patent Literature 1 below discloses a hydraulic oil energy recovery device having a plurality of hydraulic actuators. In this device, one of the return pressure oils flowing out of the plurality of hydraulic actuators is selected, and only the selected return pressure oil is supplied to the hydraulic motor. On the other hand, the unselected return pressure oil is discharged to the tank.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-10-184615
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
According to the device of Patent Document 1, only the energy of the unselected return pressure oil is recovered, and the energy of the unselected return pressure oil is discarded. If the pressure of the selected return pressure oil is much higher than the pressure of the unselected return pressure oil, a large amount of energy is recovered, and it can be said that the energy recovery efficiency of this device is high. However, if there is not much difference between the pressure of the selected return pressure oil and the pressure of the non-return pressure oil, a large amount of energy is wasted, and it can be said that the energy recovery efficiency of this device is low.
[0008]
In order to improve the energy recovery efficiency of the return pressure oil, a method of providing a hydraulic motor corresponding to each hydraulic actuator and individually recovering the energy of the return pressure oil can be considered. However, the number of hydraulic motors required is equal to the number of hydraulic cylinders, and there is a problem that the size of the entire apparatus increases and a manufacturing cost increases.
[0009]
A method of merging return pressure oils flowing out from a plurality of hydraulic cylinders is also conceivable. However, when pressure oils from a plurality of conduits are joined, the pressure oil becomes equal to the pressure of the lowest pressure oil among the joined pressure oils. The pressure of the merged return pressure oil further decreases because it becomes equal to the pressure recovered by the hydraulic motor. Then, the return pressure oil of the hydraulic cylinder becomes unnecessarily low, causing a problem that the hydraulic cylinder, that is, the hydraulic actuator cannot be controlled.
[0010]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to improve the energy recovery efficiency of return pressure oil flowing out from a plurality of hydraulic actuators without affecting the operation of the hydraulic actuator.
[0011]
[Means for Solving the Problems, Functions and Effects]
Therefore, the first invention is
Return hydraulic oil from a plurality of hydraulic actuators that supplies return hydraulic oil flowing from the plurality of hydraulic actuators (11, 21, 31) to the hydraulic motor (51) and drives the hydraulic motor (51) with the energy of the return hydraulic oil. In the recovery device,
On the hydraulic oil outflow side of each hydraulic actuator (11, 21, 31),
An operation valve (13, 23, 33) that operates in response to an operation of the operation element and controls a flow rate of return pressure oil flowing out of the hydraulic actuator (11, 21, 31);
A pressure compensating valve (15, 25, 35) that operates so as to keep a differential pressure between the pressure of the return pressure oil flowing into the operation valve (13, 23, 33) and the pressure of the return pressure oil flowing out;
A check valve (17, 27, 37) for preventing flow of pressure oil from the hydraulic motor (51) side to the pressure compensating valve (15, 25, 35) side;
Connecting the hydraulic oil outlet side of each check valve (17, 27, 37) and the hydraulic oil inlet side of the hydraulic motor (51)
It is characterized by.
[0012]
The first invention will be described with reference to FIG.
[0013]
The return pressure oil flowing out of the hydraulic cylinder (hydraulic actuator) 11 of the mechanism 10 flows into the direction control valve (operation valve) 13, and after the flow rate is controlled, flows into the meter-out pressure compensation valve 15. At this time, the flow rate of the return pressure oil is controlled by the meter-out pressure compensation valve 15 so that the pressure difference between the pressure of the return pressure oil flowing into the direction control valve 13 and the pressure of the return pressure oil flowing out is constant. The return pressure oil flowing out of the meter-out pressure compensating valve 15 passes through the check valve 17. Similarly, in the mechanisms 20 and 30, the return pressure oil passes through the check valves 27 and 37. The return pressure oils that have passed through the check valves 17, 27, and 37 join and are supplied to the hydraulic motor 51. The hydraulic motor 51 is driven by the energy of the return pressure oil.
[0014]
According to the first invention, since the pressure compensating valve and the check valve are provided on the return pressure oil outflow side of each hydraulic cylinder, the return of the hydraulic cylinder without affecting the pressure on the downstream side. Pressurized oil can be combined and collected. Therefore, the energy of the return pressure oil is not wasted, and the energy recovery efficiency of the return pressure oil can be improved.
[0015]
The second invention is based on the first invention,
A hydraulic motor capacity control unit (52, 53) for controlling the capacity of the hydraulic motor (51) to change the pressure oil energy to be collected;
It is characterized by.
[0016]
According to the second aspect, the recovery pressure is changed according to the pressure of each return pressure oil. Therefore, an optimal recovery pressure can be set, and the energy recovery efficiency of the return pressure oil can be further improved.
[0017]
A third invention is the second invention,
The pressure of the return pressure oil flowing out of each hydraulic actuator (11, 21, 31) is measured, and if at least one of the measured values is equal to or greater than a threshold, all the energy of the return pressure oil equal to or greater than the threshold is collected. A controller (60) for controlling the hydraulic motor displacement control units (52, 53).
It is characterized by.
[0018]
A fourth invention is the third invention, wherein
The controller (60) controls the hydraulic motor displacement control units (52, 53) so as to recover the return pressure oil to be recovered at the highest pressure.
It is characterized by.
[0019]
According to the third and fourth aspects of the present invention, the recovery pressure threshold is set, and only the return pressure oil whose pressure is equal to or higher than the threshold is recovered. If all the return pressure oil is to be recovered, the recovery pressure on the recovery side must be equal to or lower than the minimum pressure of the return pressure oil, so that the recovery pressure becomes smaller than necessary and the recovery efficiency is poor. However, if a threshold value is set such that the recovery efficiency can be improved and only the return pressure oil whose pressure is equal to or higher than the threshold value is recovered, the recovery efficiency can be improved.
[0020]
A fifth invention is the third invention,
The controller (60) further controls the hydraulic motor displacement control units (52, 53) so as to recover the energy of the highest pressure return pressure oil when each detected value is less than the threshold value.
It is characterized by.
[0021]
According to the fifth aspect, when the pressures of all the return pressure oils are less than the threshold value, only the highest return pressure oil is collected. When the pressures of all the return pressure oils are less than the threshold value, the recovery efficiency is often higher when only the return pressure oil having the highest pressure alone is recovered than when the return pressure oils are merged. Therefore, the recovery efficiency can be improved even when the pressures of all the return pressure oils are less than the threshold.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a pressure oil energy recovery device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
FIG. 1 is a diagram showing a hydraulic circuit of the pressure oil energy recovery device according to the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a directional control valve.
[0024]
The hydraulic oil energy recovery device according to the present embodiment recovers the energy of the return hydraulic oil discharged from the hydraulic cylinders 11, 21, and 31. Since the structures of the mechanisms 10, 20, and 30 are the same, the mechanism 10 will be described here.
[0025]
The main hydraulic pump 2 is driven by the engine 1 or a motor and has a fixed displacement and a fixed displacement. The main hydraulic pump 2 may be of a variable displacement type. The relief valve 3 opens the oil passage when the pressure on the discharge side of the main hydraulic pump 2 becomes equal to or higher than a set value, and discharges the pressurized oil to the tank 99.
[0026]
The direction control valve 13 has pressure oil ports 13a-1 to 13-4 and 13b-1 to 4 and their valve positions are roughly divided into positions 13-1, 13-2, and 13-3. The direction control valve 13 controls the flow rate of the pressure oil flowing into the hydraulic cylinder 11 according to the operation amount of an operation lever (not shown) and controls the flow rate of the return pressure oil flowing out of the hydraulic cylinder 11. Further, the direction control valve 13 controls the outflow direction of the hydraulic oil to the hydraulic cylinder 11 and the inflow direction of the hydraulic oil from the hydraulic cylinder 11 according to the operation of the operation lever. When all the directional control valves 13, 23, and 33 are in the neutral position (position 13-2), the hydraulic oil discharged from the main hydraulic pump 2 passes through the directional control valves 13, 23, and 33 and is discharged to the tank 99. Is done. The direction control valve 13 communicates with the cylinder chambers 11 a and 11 b of the hydraulic cylinder 11 and also communicates with the main hydraulic pump 2 and the meter-out pressure compensating valve 15.
[0027]
The hydraulic cylinder 11 is a hydraulic actuator having cylinder chambers 11a and 11b. When the pressure oil flows into the cylinder chamber 11a, the load 6 is driven in one direction. At this time, the return pressure oil flows out of the cylinder chamber 11b. When the pressure oil flows into the cylinder chamber 11b, the load 6 is driven in the other direction. At this time, the return pressure oil flows out of the cylinder chamber 11a.
[0028]
Return pressure oil on the inflow side of the directional control valve 13 is introduced into one pilot port 15a of the meter-out pressure compensating valve 15, and return pressure oil on the outflow side of the directional control valve 13 is introduced into the other pilot port 15b. You. With such a configuration, the meter-out pressure compensating valve 15 can operate the pressure difference ΔP (= pressure of return pressure oil on the inflow side of the direction control valve 13 -direction control valve) regardless of the pressure on the outflow side of the meter-out pressure compensating valve 15. The opening area of itself is adjusted so that the pressure of the return pressure oil 13 on the outflow side of 13 becomes constant. The outlet port of the meter-out pressure compensating valve 15 communicates with the inlet port of the check valve 17 and the inlet port of the back pressure valve 18.
[0029]
The check valve 17 allows the flow of pressure oil from the meter-out pressure compensating valve 15 to the hydraulic motor 51 side, and prevents the flow of pressure oil from the hydraulic motor 51 to the meter-out pressure compensating valve 15 side. ing. The outflow port of the check valve 17 communicates with the outflow port of each of the check valves 27 and 37 and the hydraulic motor 51.
[0030]
Return pressure oil on the inflow side of the meter-out pressure compensating valve 15 is introduced into one pilot port 18a of the back pressure valve 18, and return pressure oil on the outflow side of the meter-out pressure compensating valve 15 is introduced into the other pilot port 18b. Is done. The spring force of the spring 18c is applied to the pilot port 18b side. The spring 18c has a spring force corresponding to the pressure loss of the meter-out pressure compensating valve 15. With such a configuration, the back pressure valve 18 discharges return pressure oil on the outflow side of the meter-out pressure compensating valve 15 to the tank 99 when the differential pressure across the meter-out pressure compensating valve 15 falls below the spring force of the spring 18c. .
[0031]
The pressure gauge 19 measures the pressure of the return pressure oil on the inflow side of the meter-out pressure compensating valve 15.
[0032]
The above is the configuration of the mechanism 10 on the side where the return pressure oil is collected, and the configurations of the mechanisms 20 and 30 are the same. Next, the configuration of the mechanism 50 that collects the return pressure oil will be described.
[0033]
The variable displacement hydraulic motor 51 has the engine 1 and the rotating shafts connected to each other. The hydraulic motor 51 rotates by being supplied with return pressure oil flowing out of the hydraulic cylinders 11, 21, and 31. The driving force of the hydraulic motor 51 is used as an auxiliary force of the driving force of the engine 1. Instead of the engine 1, another hydraulic motor, electric motor, hydraulic pump or the like may be connected. In the present specification, the hydraulic motor 51 is described as a swash plate type, but is not limited to this.
[0034]
The capacity changing unit 52 includes a cylinder 52a, a piston 52b, and a spring 52c. A piston 52b connected to a swash plate of the hydraulic motor 51 is slidably provided in the cylinder 52a. The pressure of the pressure oil acts on one end of the piston 52b, and the spring force of the spring 52c acts on the other end. When the pressure of the pressure oil acting on one end of the piston 52b is larger than the spring force acting on the other end, the piston 52b slides in the cylinder 52a, and the tilt angle of the swash plate of the hydraulic motor 51 decreases. Then, the capacity of the hydraulic motor 51 decreases. When the pressure of the pressure oil acting on one end of the piston 52b is smaller than the spring force acting on the other end, the piston 52b slides in the cylinder 52a, and the tilt angle of the swash plate of the hydraulic motor 51 increases. Then, the capacity of the hydraulic motor 51 increases.
[0035]
When the pressure of the pressure oil acting on one end of the piston 52b is larger than the spring force acting on the other end, the capacity of the hydraulic motor 51 is increased, and the pressure of the pressure oil acting on one end of the piston 52b is The capacity changing unit 52 may be configured to reduce the capacity of the hydraulic motor 51 when the applied force is smaller than the applied spring force.
[0036]
The electromagnetic proportional valve 53 switches between supply of pressure oil from the pressure source 54 to the capacity change unit 52 and discharge of pressure oil from the capacity change unit 52 to the tank 99 in response to a capacity control signal from the controller 60. The pressure of the pressure oil acting on the piston 52b is controlled.
[0037]
The pressure gauge 59 measures the pressure of the return pressure oil on the inflow side of the hydraulic motor 51.
[0038]
The controller 60 outputs a capacity control signal to the electromagnetic proportional valve 53 based on a preset threshold value and the measurement results of the pressure gauges 19, 29, 39, 59.
[0039]
Next, a basic operation of the present embodiment will be described.
[0040]
When the directional control valve 13 is operated by the operating lever to set the valve position to 13-1, the hydraulic oil from the main hydraulic pump 2 flows into the port 13b-3 of the directional control valve 13 and flows out of the port 13a-3. . This pressure oil flows into the cylinder chamber 11a of the hydraulic cylinder 11. Then, the load 6 such as a boom is driven to degenerate. At this time, the return pressure oil flows out of the cylinder chamber 11b of the hydraulic cylinder 11.
[0041]
The returned return pressure oil passes through the ports 13a-2 and 13b-2 and flows into the meter-out pressure compensating valve 15. Return pressure oil flowing out of the port 13b-1 of the direction control valve 13 is introduced into the pilot port 15a of the meter-out pressure compensating valve 15, and return pressure flowing out of the port 13b-2 of the direction control valve 13 is introduced into the pilot port 15b. Oil is introduced.
[0042]
The meter-out pressure compensating valve 15 operates so that the pressure difference ΔP across the direction control valve 13 becomes a predetermined pressure regardless of the pressure on the outflow side of the meter-out pressure compensating valve 15. When the pressure difference ΔP is larger than the predetermined pressure, the opening area of the meter-out pressure compensating valve 15 is reduced, and the flow rate to the check valve 17 is reduced. Then, the pressure on the outflow side of the directional control valve 13 increases, and the front-rear pressure difference ΔP gradually decreases. When the pressure difference ΔP reaches the predetermined pressure, the state is maintained. When the differential pressure ΔP is smaller than the predetermined pressure, the opening area of the meter-out pressure compensating valve 15 is increased, and the flow rate to the check valve 17 is increased. Then, the pressure on the outflow side of the directional control valve 13 decreases, and the front-rear pressure difference ΔP gradually increases. When the pressure difference ΔP reaches the predetermined pressure, the state is maintained.
[0043]
From the meter-out pressure compensating valve 15, the return pressure oil, which has been reduced in pressure by the pressure loss, flows out. This return pressure oil flows out of the check valve 17, merges with the return pressure oil flowing out of the check valves 27 and 37, and flows into the hydraulic motor 51. The pressure of the merged return pressure oil becomes equal to the recovery pressure according to the capacity of the hydraulic motor 51. Therefore, if the pressure of the return pressure oil flowing out of the meter-out pressure compensating valve 15 is larger than the recovery pressure corresponding to the capacity of the hydraulic motor 51, the return pressure oil passes through the check valves 17, 27, and 37 and the hydraulic motor 51 If the pressure is smaller than the recovery pressure corresponding to the volume of the oil, the return pressure oil is blocked by the check valves 17, 27, and 37.
[0044]
When the return pressure oil is blocked by the check valve 17, the pressure on the outlet side of the meter-out pressure compensating valve 15 gradually increases. Then, the difference between the pressure on the pilot port 18b side and the pressure on the pilot port 18a side of the back pressure valve 18 becomes smaller than the pressure difference set by the spring 18c, and the oil passage to the tank 99 blocked by the back pressure valve 18 Is released. Therefore, the pressure oil flowing out of the meter-out pressure compensating valve 15 is discharged to the tank 99.
[0045]
Here, a method of setting the recovery pressure will be described.
[0046]
The measurement results of the pressure gauges 19, 29, and 39 are input to the controller 60. In the controller 60, the return pressure flowing out of each meter-out pressure compensating valve 15, 25, 35 is determined based on the measurement result of each pressure gauge 19, 29, 39 and the pressure loss of each meter-out pressure compensating valve 15, 25, 35. Oil pressure is required. Then, the obtained pressure is compared with a preset threshold value, and one of the following processes (1) and (2) is performed according to the result.
[0047]
(1) When any of the obtained pressures is equal to or higher than the threshold
The controller 60 outputs the displacement control signal Smin to the electromagnetic proportional valve 53 so that the return pressure oil having the lowest pressure among the return pressure oils having the threshold value or more is collected. The electromagnetic proportional valve 53 operates according to the capacity control signal Smin, and supply or discharge of the pressure oil to the capacity changing unit 52 is performed. The piston 52b operates with the supply or discharge of the pressure oil, and the swash plate angle of the hydraulic motor 51 is adjusted. Thus, the capacity of the hydraulic motor 51 is adjusted, and the recovery pressure is set. The above processing is performed with reference to the measurement result of the pressure gauge 59.
[0048]
Then, all return pressure oils equal to or greater than the threshold value pass through each check valve, merge, and flow into the hydraulic motor 51.
[0049]
(2) When all the obtained pressures are less than the threshold
The controller 60 outputs the capacity control signal Smax to the electromagnetic proportional valve 53 so that the highest return pressure oil among the return pressure oil is recovered. The electromagnetic proportional valve 53 operates according to the capacity control signal Smax, and the supply or discharge of the pressure oil to the capacity changing unit 52 is performed. The piston 52b operates with the supply or discharge of the pressure oil, and the swash plate angle of the hydraulic motor 51 is adjusted. Thus, the capacity of the hydraulic motor 51 is adjusted, and the recovery pressure is set. The above processing is performed with reference to the measurement result of the pressure gauge 59.
[0050]
Then, only the highest return pressure oil passes through the check valve and flows into the hydraulic motor 51.
[0051]
Note that the threshold value of the controller 60 may be fixed or may be freely changed by the operator.
[0052]
Next, another embodiment according to the present invention will be described.
[0053]
FIG. 3 is a diagram showing a hydraulic circuit of a hydraulic oil energy recovery device according to another embodiment of the present invention. This hydraulic circuit is called a CLSS (Closed Center Load Sensing System). FIG. 4 is a diagram showing a directional control valve.
[0054]
The hydraulic oil energy recovery device according to the present embodiment recovers the energy of the return hydraulic oil discharged from the hydraulic cylinders 11, 21, and 31. Since the configurations of the mechanisms 100, 200, and 300 are the same, the mechanism 100 will be described here. The same components as those of the hydraulic circuit shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
[0055]
The hydraulic circuit shown in FIG. 3 controls the displacement of the main hydraulic pump 2 'according to the change in the load pressure of the hydraulic actuators 11, 21, 31.
[0056]
The main hydraulic pump 2 ′ is driven by the engine 1 or a motor and is of a variable displacement type whose displacement varies. When the difference between the discharge pressure of the main hydraulic pump 2 ′ and the maximum pressure among the load pressures of the hydraulic actuators 11, 21, 31 exceeds the set pressure of the spring 7 a, the unload valve 7 operates. The pressure oil from the main hydraulic pump 2 ′ is discharged to the tank 99 in order to reduce the load on the ′.
[0057]
The LS valve 8 is the highest pressure oil out of the pressure oil flowing out of the ports 63b-4, 73b-4, 83b-4 of the respective directional control valves 63, 73, 83 and the pressure discharged from the main hydraulic pump 2 '. The supply or discharge of the pressurized oil to the capacity changing unit 41 is controlled according to the oil pressure difference. The capacity of the main hydraulic pump 2 'is changed by the supply or discharge of the pressure oil to the capacity changing unit 41.
[0058]
The directional control valve 63 has pressure oil inflow and outflow ports 63a-1 to 63-4, 63b-1 to 63-4, and the valve positions thereof are roughly divided into positions 63-1, 63-2, and 63-3. The direction control valve 63 controls the flow rate of the pressure oil flowing into the hydraulic cylinder 11 according to the operation amount of an operation lever (not shown), and also controls the flow rate of the return pressure oil flowing out of the hydraulic cylinder 11. Further, the direction control valve 63 controls the outflow direction of the hydraulic oil to the hydraulic cylinder 11 and the inflow direction of the hydraulic oil from the hydraulic cylinder 11 according to the operation of the operation lever. The direction control valve 63 communicates with the meter-in pressure compensating valves 66-1 and 66-2, and also communicates with the main hydraulic pump 2 ′ and the meter-out pressure compensating valve 65.
[0059]
Supply pressure oil on the outflow side of the directional control valve 63 is introduced into one pilot port 66a of the meter-in pressure compensating valve 66-1, and the load pressure of the hydraulic actuator 11 or each directional control valve 63 is introduced into the other pilot port 66b. , 73, and 83, the highest pressure oil out of the pressure oil flowing out of the ports 63b-4, 73b-4, and 83b-4 is introduced. The same applies to the meter-in pressure compensating valve 66-2.
[0060]
The load check valve 67-1 allows the flow of the pressure oil from the meter-in pressure compensating valve 66-1 to the hydraulic cylinder 11 according to the pressure of the supply pressure oil on the outflow side of the direction control valve 63. The flow of the pressure oil to the meter-in pressure compensating valve 66-1 is prevented. The same applies to the load check valve 67-2.
[0061]
One of the pilot ports 65a of the meter-out pressure compensating valve 65 has the highest pressure oil out of the pressure oil flowing out of the ports 63b-4, 73b-4, 83b-4 of the respective directional control valves 63, 73, 83 and The return pressure oil on the inflow side of the direction control valve 63 is introduced, and the supply pressure oil on the inflow side of the direction control valve 63, that is, the discharge pressure oil of the main hydraulic pump 2 'and the return pressure oil on the other pilot port 65b. Outflow side return pressure oil is introduced. With such a configuration, the meter-out pressure compensating valve 65 allows the differential pressure ΔP1 (= the discharge pressure of the main hydraulic pump 2′−the directional control valves 63, 73, 83 and the pressure ΔP2 (= the pressure of the return pressure oil on the inflow side of the direction control valve 63-the pressure on the outflow side of the direction control valve 63). Its own opening area is adjusted so that the pressure of the return pressure oil) is substantially the same. The outlet port of the meter-out pressure compensating valve 65 communicates with the inlet port of the check valve 17 and the inlet port of the back pressure valve 18.
[0062]
Next, a basic operation of the present embodiment will be described.
[0063]
When the directional control valve 63 is operated by the operating lever to set the valve position to 63-1, the hydraulic oil from the main hydraulic pump 2 ′ flows into the port 63 b-3 of the directional control valve 63 and flows out from the port 63 a-4. I do. This pressure oil passes through the meter-in pressure compensating valve 66-1 and the load check valve 67-1 and flows into the cylinder chamber 11a of the hydraulic cylinder 11. Then, the load 6 such as a boom is driven to degenerate. At this time, the return pressure oil flows out of the cylinder chamber 11b of the hydraulic cylinder 11.
[0064]
The outflowing return pressure oil passes through the ports 63a-2 and 63b-2 and flows into the meter-out pressure compensating valve 65. The pilot port 65a of the meter-out pressure compensating valve 65 has the highest pressure oil among the pressure oil flowing out of the ports 63b-4, 73b-4, and 83b-4 of the directional control valves 63, 73, and 83 and the direction control. Return pressure oil flowing out of the port 63b-1 of the valve 63 is introduced, and pressure oil discharged from the main hydraulic pump 2 'and return pressure oil flowing out of the port 63b-2 of the direction control valve 63 are introduced into the pilot port 65b. be introduced.
[0065]
The meter-out pressure compensating valve 65 operates so that the pressure difference ΔP1 and ΔP2 across the direction control valve 63 become substantially the same regardless of the pressure on the outflow side of the meter-out pressure compensating valve 65. When ΔP2 is greater than the differential pressure ΔP1, the opening area of the meter-out pressure compensating valve 65 is reduced, and the flow rate to the check valve 17 is reduced. Then, the pressure on the outflow side of the direction control valve 63 increases, and the differential pressure ΔP2 gradually approaches ΔP1. When the pressure difference ΔP1 and ΔP2 become substantially the same, the state is maintained. When ΔP2 is smaller than the differential pressure ΔP1, the opening area of the meter-out pressure compensating valve 65 is increased, and the flow rate to the check valve 17 is increased. Then, the pressure on the outflow side of the direction control valve 63 decreases, and the front-rear pressure difference ΔP2 gradually approaches ΔP1. When the pressure difference ΔP1 and ΔP2 become substantially the same, the state is maintained.
[0066]
From the meter-out pressure compensating valve 65, return pressure oil having a low pressure by the pressure loss flows out. This return pressure oil flows out of the check valve 17, merges with the return pressure oil flowing out of the check valves 27 and 37, and flows into the hydraulic motor 51. The pressure of the merged return pressure oil becomes equal to the recovery pressure according to the capacity of the hydraulic motor 51. Therefore, if the pressure of the return pressure oil flowing out of the meter-out pressure compensating valve 65 is higher than the recovery pressure corresponding to the capacity of the hydraulic motor 51, the return pressure oil passes through the check valves 17, 27, and 37 and the hydraulic motor 51 If the pressure is smaller than the recovery pressure corresponding to the volume of the oil, the return pressure oil is blocked by the check valves 17, 27, and 37.
[0067]
When the return pressure oil is blocked by the check valve 17, the pressure on the outlet side of the meter-out pressure compensating valve 65 gradually increases. Then, the difference between the pressure on the pilot port 18b side and the pressure on the pilot port 18a side of the back pressure valve 18 becomes smaller than the pressure difference set by the spring 18c, and the oil passage to the tank 99 blocked by the back pressure valve 18 Is released. Therefore, the pressure oil flowing out of the meter-out pressure compensation valve 65 is discharged to the tank 99.
[0068]
The method of setting the recovery pressure is the same as that of the hydraulic circuit of FIG.
[0069]
In the above two embodiments, the device for recovering the energy of the return pressure oil flowing out from the three hydraulic cylinders 11, 21, 31 has been described, but the number of hydraulic cylinders is arbitrary.
[0070]
According to the present invention, since the pressure compensating valve and the check valve are provided on the return pressure oil outflow side of each hydraulic cylinder, the return pressure of each hydraulic cylinder is not affected by the downstream pressure. Oil can be combined and collected. Therefore, the energy of the return pressure oil is not wasted, and the energy recovery efficiency of the return pressure oil can be improved.
[0071]
Further, according to the present invention, the recovery pressure is changed according to the pressure of each return pressure oil. Therefore, an optimal recovery pressure can be set, and the energy recovery efficiency of the return pressure oil can be further improved.
[0072]
Further, according to the present invention, the threshold value of the recovery pressure is set, and only the return pressure oil whose pressure is equal to or higher than the threshold value is recovered. If all the return pressure oil is to be recovered, the recovery pressure on the recovery side must be equal to or lower than the minimum pressure of the return pressure oil, so that the recovery pressure becomes smaller than necessary and the recovery efficiency is poor. However, if a threshold value is set such that the recovery efficiency can be improved and only the return pressure oil whose pressure is equal to or higher than the threshold value is recovered, the recovery efficiency can be improved.
[0073]
Further, according to the present invention, when the pressures of all the return pressure oils are less than the threshold value, only the highest return pressure oil is collected. When the pressures of all the return pressure oils are less than the threshold value, the recovery efficiency is often higher when only the return pressure oil having the highest pressure alone is recovered than when the return pressure oils are merged. Therefore, the recovery efficiency can be improved even when the pressures of all the return pressure oils are less than the threshold.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a hydraulic circuit of a pressure oil energy recovery device according to the present invention.
FIG. 2 is a view showing a directional control valve.
FIG. 3 is a diagram showing a hydraulic circuit of a hydraulic oil energy recovery device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view showing a directional control valve.
FIG. 5 is a diagram showing a hydraulic circuit of a basic hydraulic oil energy recovery device.
[Explanation of symbols]
2 Main hydraulic pump
11, 21, 31 Hydraulic cylinder
13, 23, 33 directional control valve
15, 25, 35 Meter-out pressure compensation valve
17, 27, 37 Check valve
18, 28, 38 Back pressure valve
19, 29, 39 Pressure gauge
51 Hydraulic motor
52 Capacity change unit
53 Proportional solenoid valve
60 Controller

Claims

Return hydraulic oil from a plurality of hydraulic actuators that supplies return hydraulic oil flowing from the plurality of hydraulic actuators (11, 21, 31) to the hydraulic motor (51) and drives the hydraulic motor (51) with the energy of the return hydraulic oil. In the recovery device,
On the hydraulic oil outflow side of each hydraulic actuator (11, 21, 31),
An operation valve (13, 23, 33) that operates in response to an operation of the operation element and controls a flow rate of return pressure oil flowing out of the hydraulic actuator (11, 21, 31);
A pressure compensating valve (15, 25, 35) that operates so as to keep a differential pressure between the pressure of the return pressure oil flowing into the operation valve (13, 23, 33) and the pressure of the return pressure oil flowing out;
A check valve (17, 27, 37) for preventing flow of pressure oil from the hydraulic motor (51) side to the pressure compensating valve (15, 25, 35) side;
A return hydraulic oil energy recovery device for a plurality of hydraulic actuators, wherein a hydraulic oil outlet side of each check valve (17, 27, 37) and a hydraulic oil inlet side of the hydraulic motor (51) are connected.

The return pressure of a multiple hydraulic actuator according to claim 1, further comprising a hydraulic motor capacity control unit (52, 53) for controlling the capacity of the hydraulic motor (51) to change the pressure oil energy to be recovered. Oil energy recovery device.

The pressure of the return pressure oil flowing out of each hydraulic actuator (11, 21, 31) is measured, and if at least one of the measured values is equal to or greater than a threshold, all the energy of the return pressure oil equal to or greater than the threshold is collected. The return pressure oil energy recovery device for a plurality of hydraulic actuators according to claim 2, further comprising a controller (60) for controlling the hydraulic motor capacity control section (52, 53).

The return pressure of the multiple hydraulic actuator according to claim 3, wherein the controller (60) controls the hydraulic motor displacement control unit (52, 53) so as to recover the return pressure oil to be recovered at the highest pressure. Oil energy recovery device.

The controller (60) further controls the hydraulic motor displacement control units (52, 53) so as to recover the energy of the highest return oil pressure when each detected value is less than the threshold value. The return pressure oil energy recovery device for a plurality of hydraulic actuators according to claim 3.