JP2011052718A - Hydraulic circuit for working machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、作業機械に装備された油圧シリンダの駆動に係る油圧回路に関する。 The present invention relates to a hydraulic circuit related to driving of a hydraulic cylinder provided in a work machine.
従来、油圧ショベルやクレーン車両に代表される作業機械では、油圧アクチュエータの伸縮動作に伴って作動油タンクへ排出される作動油のエネルギーを回生利用するための種々の技術が提案されている。例えば、特許文献1に示すように、旋回モータへ供給される余剰の圧力流体をアキュムレータに蓄圧するとともに、この圧力流体を油圧ポンプの吸い込みポートに供給して油圧アクチュエータの駆動に再利用する技術が知られている。この技術では、作動油のエネルギーを油圧エネルギーとしてアキュムレータ内に保存している。
Conventionally, in a work machine represented by a hydraulic excavator or a crane vehicle, various techniques for regenerating and utilizing the energy of hydraulic oil discharged to the hydraulic oil tank in accordance with the expansion and contraction operation of the hydraulic actuator have been proposed. For example, as shown in
また、特許文献2に示すように、油圧シリンダから排出される高圧の作動油で電動・発電機を回転駆動して発電し、電力をバッテリ装置に蓄電する技術も知られている。つまりこの技術は、作動油のエネルギーを電気エネルギーとしてバッテリ装置に保存するものである。これらの油圧回生技術では、作動油のエネルギーを何らかの形で蓄えることにより、エネルギーロスを低減させることができるとされている。
In addition, as shown in
しかしながら、従来の油圧回生技術では、作動油のエネルギーを一時的に保存するための油圧アキュムレータやバッテリ装置が必要となるほか、専用の油圧ポンプや発電モータ、油圧バルブ類,制御用インバータ等の各種付属装置が必要となる。そのため、装置構成や制御の複雑化に繋がり、製品としての品質を確立するためのコストが高騰してしまうという課題がある。 However, the conventional hydraulic regeneration technology requires a hydraulic accumulator and battery device to temporarily store the hydraulic oil energy, as well as various types of hydraulic pumps, generator motors, hydraulic valves, control inverters, etc. Attached equipment is required. For this reason, there is a problem that the cost for establishing the quality as a product rises due to complication of the apparatus configuration and control.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、簡素な構成で、効率的に作動油のエネルギーを回収して再生利用することができるようにした、作業機械の油圧回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and provides a hydraulic circuit for a work machine that can efficiently recover and recycle the energy of hydraulic oil with a simple configuration. With the goal.
上記目的を達成するため、請求項1記載の本発明の作業機械の油圧回路は、作業機械に搭載され、内部に第一油室及び第二油室を有する油圧シリンダと、該油圧シリンダへの油圧供給源である油圧ポンプと、該油圧シリンダの該第一油室と該油圧ポンプとを接続する油圧供給路から分岐して形成された再生管路と、該再生管路上に介装され、作動油の供給を受けて回転駆動される再生油圧モータと、該再生管路上における該再生油圧モータよりも該油圧シリンダ側に介装され、該第一油室から排出された作動油の該再生管路内への流通を許容するとともに、該油圧ポンプから該第一油室へ供給される作動油の該再生管路内への流通を遮断するモータ再生制御手段と、該再生油圧モータの回転駆動力を該油圧ポンプの回転駆動力として伝達する回転駆動力伝達手段と、を備えたことを特徴としている。 To achieve the above object, a hydraulic circuit for a working machine according to a first aspect of the present invention is mounted on the working machine and includes a hydraulic cylinder having a first oil chamber and a second oil chamber therein, A hydraulic pump that is a hydraulic supply source, a regeneration pipe formed by branching from a hydraulic supply passage that connects the first oil chamber of the hydraulic cylinder and the hydraulic pump, and is interposed on the regeneration pipe, A regenerative hydraulic motor that is rotationally driven by the supply of hydraulic oil, and the regeneration of the hydraulic oil that is interposed on the hydraulic cylinder side of the regenerative hydraulic motor on the regeneration pipeline and discharged from the first oil chamber Motor regeneration control means for permitting the flow into the pipeline and blocking the flow of the hydraulic oil supplied from the hydraulic pump to the first oil chamber into the regeneration pipeline, and rotation of the regeneration hydraulic motor Transmits driving force as rotational driving force of the hydraulic pump It is characterized and the rolling driving force transmitting means, further comprising: a.
また、請求項2記載の本発明の作業機械の油圧回路は、請求項1記載の構成に加え、該モータ再生制御手段が、該再生油圧モータ側への該作動油の流通を遮断するポペットを具備したパイロットチェック弁と、該油圧シリンダにおける該第一油室側の縮小動作時に該パイロットチェック弁の該ポペットを制御して該再生管路を開放させるパイロット制御弁と、を有することを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a hydraulic circuit for a working machine according to the present invention, in addition to the configuration according to the first aspect, wherein the motor regeneration control means includes a poppet that blocks the flow of the hydraulic oil to the regeneration hydraulic motor side. And a pilot control valve that controls the poppet of the pilot check valve to open the regeneration pipe during the reduction operation on the first oil chamber side in the hydraulic cylinder. Yes.
また、請求項3記載の本発明の作業機械の油圧回路は、請求項1又は2記載の構成に加え、該油圧ポンプの回転軸を駆動するエンジンと、該油圧ポンプ及び該エンジン間における回転駆動力の伝達経路上に介装されたギヤボックスと、をさらに備え、該回転駆動力伝達手段が、該ギヤボックスに内蔵され、該エンジンの出力軸及び該油圧ポンプの回転軸に接続された第一ギヤと、該第一ギヤに歯合して該ギヤボックスに内蔵され、該再生油圧モータの回転軸に接続された第二ギヤと、を有することを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a hydraulic circuit for a work machine according to the present invention, in addition to the configuration according to the first or second aspect, an engine for driving a rotary shaft of the hydraulic pump, and a rotational drive between the hydraulic pump and the engine. A gear box interposed on the force transmission path, wherein the rotational driving force transmission means is built in the gear box and connected to the output shaft of the engine and the rotation shaft of the hydraulic pump. It is characterized by having one gear and a second gear meshed with the first gear and built in the gear box and connected to the rotating shaft of the regenerative hydraulic motor.
また、請求項4記載の本発明の作業機械の油圧回路は、請求項3記載の構成に加え、該エンジンの出力軸に接続されたパイロットポンプと、該パイロットポンプから吐出されるパイロット作動油を該再生油圧モータの潤滑油として該再生油圧モータへと導入する潤滑油供給路と、をさらに備えたことを特徴としている。
また,請求項5記載の本発明の作業機械の油圧回路は、請求項1〜4の何れか1項に記載の構成に加え、該油圧供給路上における該再生管路との分岐点よりも該油圧ポンプ側に介装され、該第一油室から排出された作動油の該油圧ポンプ側への流通を遮断するチェック弁をさらに備えたことを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a hydraulic circuit for a working machine according to the present invention, in addition to the configuration of the third aspect, a pilot pump connected to the output shaft of the engine and a pilot hydraulic fluid discharged from the pilot pump And a lubricating oil supply path for introducing the regenerated hydraulic motor into the regenerated hydraulic motor.
Further, the hydraulic circuit of the working machine according to the fifth aspect of the present invention has the configuration according to any one of the first to fourth aspects, more than the branch point with the regeneration pipe line on the hydraulic pressure supply path. It is characterized by further comprising a check valve interposed on the hydraulic pump side and blocking the flow of the hydraulic oil discharged from the first oil chamber to the hydraulic pump side.
また,請求項6記載の本発明の作業機械の油圧回路は、請求項1〜4の何れか1項に記載の構成に加え、該油圧供給路上における該再生管路との分岐点よりも該油圧ポンプ側からさらに分岐して形成され、該第一油室から排出された作動油の一部を該第二油室へと供給する第二再生管路と、該第二再生管路上に介装され、該第一油室から排出された作動油の流量に応じて該第二再生管路を流通する作動油の流量を制御する流量制御弁と、をさらに備えたことを特徴としている。 A hydraulic circuit for a work machine according to a sixth aspect of the present invention has the above-described configuration according to any one of the first to fourth aspects, in addition to the branch point with the regeneration pipeline on the hydraulic pressure supply path. A second regeneration conduit that is further branched from the hydraulic pump side and that supplies part of the hydraulic oil discharged from the first oil chamber to the second oil chamber, and is disposed on the second regeneration conduit. And a flow rate control valve for controlling the flow rate of the working oil flowing through the second regeneration pipe according to the flow rate of the working oil discharged from the first oil chamber.
本発明の作業機の作業機械の油圧回路(請求項1)によれば、油圧シリンダの第一油室から排出される作動油のエネルギーを機械エネルギー(すなわち、再生油圧モータの回転駆動力)として油圧ポンプに伝達することにより、バッテリやアキュムレータを用いた再生手法と比較して効率よくエネルギーを回収することができる。また、バッテリやアキュムレータのように一時的にエネルギーを蓄える必要がなく、簡素な構成でコストを低減させることができる。 According to the hydraulic circuit of the working machine of the working machine of the present invention (Claim 1), the energy of the hydraulic oil discharged from the first oil chamber of the hydraulic cylinder is used as mechanical energy (that is, the rotational driving force of the regenerative hydraulic motor). By transmitting to the hydraulic pump, energy can be efficiently recovered as compared with a regeneration method using a battery or an accumulator. Further, there is no need to temporarily store energy unlike a battery or an accumulator, and the cost can be reduced with a simple configuration.
また、本発明の作業機械の油圧回路(請求項2)によれば、簡素な構成で、油圧シリンダの第一油室側から排出される作動油を再生管路へ導入することができ、その作動油のエネルギーを機械エネルギー(回転駆動力)として再利用することができる。
また、本発明の作業機械の油圧回路(請求項3)によれば、簡素な構成で、再生油圧モータの回転駆動力を油圧ポンプに伝達することができる。また、回転駆動力の伝達ロスは、再生油圧モータの容積効率やギヤボックスの伝達効率に係るロス程度であり、効率よく回転駆動力を伝達することができる。また、再生管路に作動油が流通していない場合には、再生油圧モータが無負荷状態で空転するため、エネルギーのロスを抑えることができる。
Further, according to the hydraulic circuit of the working machine of the present invention (Claim 2), the hydraulic oil discharged from the first oil chamber side of the hydraulic cylinder can be introduced into the regeneration line with a simple configuration. The energy of hydraulic oil can be reused as mechanical energy (rotational driving force).
Moreover, according to the hydraulic circuit of the working machine of the present invention (Claim 3), the rotational driving force of the regenerative hydraulic motor can be transmitted to the hydraulic pump with a simple configuration. The transmission loss of the rotational driving force is about the loss related to the volumetric efficiency of the regenerative hydraulic motor and the transmission efficiency of the gear box, and the rotational driving force can be transmitted efficiently. In addition, when the hydraulic oil is not flowing through the regeneration pipeline, the regeneration hydraulic motor idles without load, so that energy loss can be suppressed.
また、本発明の作業機械の油圧回路(請求項4)によれば、簡素な構成で、再生油圧モータを潤滑することができる。なお、油圧シリンダから排出された作動油の供給を受けて回転駆動されている状態の再生油圧モータには潤滑油が不要である。つまり、再生油圧モータに潤滑油が必要となるのは無負荷状態の空転時のみであるため、パイロットポンプの容量(パイロット作動油の供給能力)を大きくする必要がなく、コストを抑えることができる。 Moreover, according to the hydraulic circuit of the working machine of the present invention (Claim 4), the regenerative hydraulic motor can be lubricated with a simple configuration. Note that the regenerative hydraulic motor in a state where it is rotationally driven by the supply of hydraulic oil discharged from the hydraulic cylinder does not require lubricating oil. In other words, since the regenerative hydraulic motor requires lubricating oil only during idling in a no-load state, it is not necessary to increase the capacity of the pilot pump (pilot hydraulic oil supply capacity), and the cost can be reduced. .
また、本発明の作業機械の油圧回路(請求項5)によれば、油圧シリンダから排出される作動油を全て再生管路側へ導入することができ、再生利用効率をさらに向上させることができる。
また、本発明の作業機械の油圧回路(請求項6)によれば、油圧シリンダの第一油室から排出される作動油の一部を第二油室へ供給することにより、油圧シリンダの伸長速度を制御することができ、操作性を向上させることができる。
Further, according to the hydraulic circuit of the working machine of the present invention (Claim 5), all the hydraulic oil discharged from the hydraulic cylinder can be introduced to the regeneration pipeline side, and the recycling efficiency can be further improved.
According to the hydraulic circuit of the working machine of the present invention (Claim 6), the hydraulic cylinder is extended by supplying a part of the hydraulic oil discharged from the first oil chamber of the hydraulic cylinder to the second oil chamber. Speed can be controlled and operability can be improved.
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
[1.油圧ショベルの構成]
本発明は、図1に示す油圧ショベル30に適用されている。この油圧ショベル30は、クローラ式の走行装置を装備した下部走行体31と、下部走行体31に搭載された上部旋回体32とを備えて構成される。上部旋回体32は、旋回装置を介して下部走行体31の上に水平方向に旋回自在に設置されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[1. Excavator configuration]
The present invention is applied to a
上部旋回体32の車両前方側には、オペレータ(操作者)が搭乗するキャブ33と、これに隣接して車両前方へ延出するように設けられたフロント作業装置34とが設けられている。また、上部旋回体32の最後端部には機体の重量バランスを保つためのカウンタウェイト35が配設されている。
フロント作業装置34は、各々が独立して作動するブーム34A,スティック34B及びバケット34Cの三部材から構成されている。ブーム34Aは、上部旋回体32に対して起伏方向(機体の前後方向)に揺動自在に支持されている。また、スティック34Bはブーム34Aの先端に対して機体の前後方向に揺動自在に支持されており、バケット34Cはスティック34Bの先端に対して前後方向に揺動自在に支持されている。これらのブーム34A,スティック34B及びバケット34Cのそれぞれには油圧シリンダが設けられ、各油圧シリンダの伸縮動作に応じて揺動する。
A
The
スティック34B及びバケット34Cはそれぞれ、単独の油圧シリンダ(スティックシリンダ37,バケットシリンダ38)によって駆動される。一方、ブーム34Aは二本のブームシリンダ1,1(油圧シリンダ)によって駆動される。これらのブームシリンダ1,1のシリンダの先端は上部旋回体32に軸支され、ロッドの先端はブーム34Aに軸支される。なお、これらのブームシリンダ1,1の作動量は同一であり、以下単にブームシリンダ1と呼ぶ。
Each of the
カウンタウェイト35の直前方には、油圧ショベル30の駆動源であるエンジン7が設置されたエンジンルーム36が設けられている。また、油圧ショベル30のキャブ33内には、オペレータがブーム34Aを操作するためのブーム操作レバー21が設けられている。このブーム操作レバー21はパイロット油圧式のリモコンレバーであり、傾倒方向に対応するパイロット圧を発生させるものである。このパイロット圧は、ブームシリンダ1に供給される作動油の流量及び流通方向を制御するのに用いられる。
An
[2.油圧回路の構成]
図2にブームシリンダ1の駆動に係る油圧回路を示す。この油圧回路は、メイン駆動回路10A,再生回路10B及びパイロット圧生成回路20を備えて構成される。なお、図2中では、再生回路10Bを一点鎖線で囲って示している。
[2−1.パイロット圧生成回路20]
パイロット圧生成回路20は、ブーム操作レバー21への入力操作に応じたパイロット圧を出力するための回路である。図2に示すように、ブーム操作レバー21の下端部にはリモコン弁22が固設されている。リモコン弁22は、ブーム操作レバー21に入力される操作量及び操作方向に応じた大きさのパイロット圧を生成する制御弁である。リモコン弁22には、パイロットポンプ11及び作動油タンク9が接続されている。
[2. Configuration of hydraulic circuit]
FIG. 2 shows a hydraulic circuit related to the driving of the
[2-1. Pilot pressure generation circuit 20]
The pilot
リモコン弁22の内部には、一対の減圧弁23U,23Dが内蔵され、これらの減圧弁23U,23Dの上端部がブーム操作レバー21の下端部に連結されている。一対の減圧弁23U,23Dのうち、ブーム操作レバー21の傾動方向に対応する一方がその傾動角度に応じて開放され、開度に応じたパイロット圧を発生させる。
図2中の記号Uはブームシリンダ1を伸張させる方向(ブーム上げ方向)への操作時に生じるパイロット圧を示し、記号Dはブームシリンダ1を縮小させる方向(ブーム下げ方向)への操作時に生じるパイロット圧を示す。これらのパイロット圧U,Dは、以下に説明するメイン駆動回路10A及び再生回路10Bに伝達され、図2中の各所における同一記号の箇所へのパイロット圧U,Dとして本発明の制御に使用される。
A pair of
A symbol U in FIG. 2 indicates a pilot pressure generated when operating in the direction in which the
[2−2.メイン駆動回路10A]
メイン駆動回路10Aは、ブームシリンダ1とメインポンプ2(油圧ポンプ)とを接続して作動油流路を形成する油圧回路である。メインポンプ2は、エンジン7によって駆動される可変容量形の油圧ポンプであり、作動油タンク9から作動油を吸引してブームシリンダ1に供給する。また、メインポンプ2は、図示しない旋回装置やフロント作業装置34の油圧駆動源でもある。エンジン7の出力軸7aは、ギヤボックス6を介してメインポンプ2の回転軸2aに接続されている。
[2-2.
The
ブームシリンダ1のシリンダ内には、ヘッド室1a(第一油室)及びロッド室1b(第二油室)が形成されている。ヘッド室1aはブームシリンダ1の伸長動作時に作動油が供給される油室であり、ロッド室1bはブームシリンダ1の縮小動作時に作動油が供給される油圧である。ヘッド室1aはロッド室1bよりも下方に配置されており、ロッドから入力されるフロント作業装置34の自重による負荷を受けている。そのため、ブームシリンダ1のヘッド室1aにはロッド室1bよりも概ね大きな圧力が作用している。
In the cylinder of the
メインポンプ2とブームシリンダ1との間には、ブームシリンダ1に供給される作動油流量及び供給方向を制御するためのコントロール弁8が介装されている。以下、コントロール弁8とブームシリンダ1のヘッド室1aとを接続する管路を第一管路L1と呼び、コントロール弁8とブームシリンダ1のロッド室1bとを接続する管路を第二管路L2と呼ぶ。
Between the
コントロール弁8は、スプールの位置を複数の位置に切り替えて作動油の流量及び流通方向を可変制御するパイロット式流量制御弁として構成されている。コントロール弁8のスプールの両端部には、パイロット圧生成回路20で生成されたパイロット圧U,Dを導入するパイロット管路が接続されている。
例えば、コントロール弁8にパイロット圧Uが導入されたときにはスプールがU位置に移動し、メインポンプ2から吐出される作動油が第一管路L1側に供給される回路が形成される。これにより、ブームシリンダ1が伸長方向に作動する。また、パイロット圧Dが導入されたときにはスプールがD位置に移動し、メインポンプ2からの作動油が第二管路L2側に供給される回路が形成される。これにより、ブームシリンダ1が縮小方向に作動する。なお、これらのパイロット圧U,Dの何れもが導入されないときには、スプールがX位置に保持され、ブームシリンダ1への作動油の供給が停止する。
The
For example, when the pilot pressure U is introduced into the
第一管路L1上にはチェック弁12が介装されている。このチェック弁12は、コントロール弁8側からヘッド室1a側への作動油の流通を許容し、逆方向への作動油の流通を遮断する一方向弁である。
また、メインポンプ2の回転軸2aに対して直列に、パイロットポンプ11が接続されている。このパイロットポンプ11から吐出される作動油は、前述のパイロット圧生成回路20に供給されるとともに、後述する再生油圧モータ5に対して潤滑油として供給される。パイロットポンプ11から再生油圧モータ5へと供給される作動油の流路を、潤滑油供給路L7と呼ぶ。潤滑油供給路L7を介した作動油の供給は常時行われる。
A
A
なお、実際に作動油が潤滑油として作用するのは、再生油圧モータ5の無負荷空転時である。したがって、再生油圧モータ5の無負荷空転時にのみ潤滑油供給路L7を開放し、それ以外の時には潤滑油供給路L7を閉鎖するような制御弁を設けてもよい。
The hydraulic oil actually acts as lubricating oil when the regenerative
[2−3.再生回路10B]
第一管路L1上におけるチェック弁12よりもヘッド室1a側からは、再生管路L3が分岐して形成されている。第一管路L1と再生管路L3との分岐点を図2中に分岐点Qとして示す。再生管路L3は、ヘッド室1aから排出された作動油を再生油圧モータ5側へ導入するための管路である。
[2-3.
From the
再生油圧モータ5は、再生管路L3に介装された油圧モータであり、作動油の供給を受けて回転軸5aを回転駆動するとともに、その作動油を作動油タンク9へ排出する。つまり、再生油圧モータ5は再生管路L3を流通する作動油のエネルギーを回転軸5aの回転運動のエネルギーに変換する。
再生管路L3上における再生油圧モータ5と分岐点Qとの間には、モータ再生制御弁4(モータ再生制御手段)が介装されている。モータ再生制御弁4は、ヘッド室1aから排出される作動油の再生管路L3内への流通を許容する機能と、メインポンプ2からブームシリンダ1のヘッド室1aへ供給される作動油の再生管路L3内への流通を遮断する機能とを兼ね備えた制御弁ユニットである。このモータ再生制御弁4は、内部にパイロットチェック弁4a及びパイロット制御弁4cを備えて構成される。
The regeneration
Between the regeneration
パイロットチェック弁4a、パイロット制御によりポペット4bの動作を変更させるチェック弁である。パイロットチェック弁4aの内部は、ポペット4bによって室A,室B及び室Cに区画されている。
室Aには、分岐点Q側に繋がる管路と、パイロット制御弁4cに繋がるパイロット管路L5とが接続されている。室Aの圧力はパイロット管路L5に導入される。室Bにはパイロット管路L4が接続されており、パイロット管路L4から導入される圧力を受けて室Bの圧力が変動する。また、室Cには再生油圧モータ5側へ繋がる管路が接続されている。なお、室Bにはポペット4bを室A,C方向に付勢するスプリングが内蔵されている。
The
The chamber A is connected with a pipeline connected to the branch point Q side and a pilot pipeline L5 connected to the
このパイロットチェック弁4aは、室Bの圧力が室Aの圧力と同じ場合には、通常の一方向弁として機能する。すなわち、パイロットチェック弁4aは、再生油圧モータ5側から分岐点Q側への作動油の流通を許容し、分岐点Q側から再生油圧モータ5側への作動油の流通を遮断する。
一方、室Bの圧力が室Aの圧力未満である場合には、ポペット4bが室A側から室B側へと押し戻され、室Aから室Cへの流路を開放した状態で固定される。すなわちこの場合、パイロットチェック弁4aは、分岐点Q側から再生油圧モータ5側への作動油の流通も、逆方向への作動油の流通も許容する。
The
On the other hand, when the pressure in the chamber B is lower than the pressure in the chamber A, the
パイロット制御弁4cは、パイロット圧生成回路20から導入されるパイロット圧Dに応じてスプールの位置を切り換える二位置切換弁であり、パイロット管路L4の圧力を変更する機能を有する。パイロット制御弁4cのスプールの一端には、パイロット圧Dを導入するパイロット管路が接続されている。
例えば、パイロット制御弁4cにパイロット圧Dが導入された場合にはスプールがD位置に移動し、パイロット管路L5を閉鎖するとともにパイロット管路L4を作動油タンク9に開放する流路を形成する。つまり、パイロットチェック弁4aにおいて室Bよりも室Aが高圧となる状態を形成する。一方、パイロット制御弁4cにパイロット圧Dが導入されない場合にはスプールがX位置に移動し、パイロット管路L4及びL5を連結する流路を形成する。つまり、パイロットチェック弁4aにおいて室Aと室Bとが同圧となる状態を形成する。
The
For example, when the pilot pressure D is introduced into the
したがって、パイロット制御弁4cにパイロット圧Dが導入されると、分岐点Q側から再生油圧モータ5側への作動油の流通が許容され、作動油が再生油圧モータ5に導入される。
再生管路L3上におけるモータ再生制御弁4と再生油圧モータ5との間からは、作動油タンク9に作動油をリリーフさせるためのリリーフ管路L6が分岐して形成され、さらにリリーフ管路L6上にはリリーフ弁13が介装されている。リリーフ弁13は、再生管路L5内の作動油圧の上限値を設定するものであり、再生管路L3内の圧力が過度に高圧となった場合に、その作動油を作動油タンク9へ逃がすように機能する。
Therefore, when the pilot pressure D is introduced to the
From between the motor regeneration control valve 4 and the regeneration
再生油圧モータ5の回転軸5aは、ギヤボックス6(回転駆動力伝達手段)に接続されている。ギヤボックス6は、再生油圧モータ5の回転駆動力をメインポンプ2及びエンジン7に伝達する機能を有する歯車機構である。図2に示すように、ギヤボックス6の内部には、第一ギヤ6aとこれに歯合する第二ギヤ6bと第三ギヤ6cとが内蔵されている。
第一ギヤ6aは、エンジン7の出力軸7a及びメインポンプ2の回転軸2aに接続されたギヤであり、エンジン7の回転数及びメインポンプ2の回転数に同期して回転する。なお、第一ギヤ6aとエンジン7の出力軸7aやメインポンプ2の回転軸2aとの間に変速機構を介装して回転数を変更する構成としてもよいが、図2中では記載を簡略化して示している。
A
The
同様に、第二ギヤ6bは再生油圧モータ5の回転軸5aに接続されたギヤであり、再生油圧モータ5の回転数に同期して回転する。また、第三ギヤ6cはジェネレータ・モータ14の回転軸14aに接続されたギヤである。第一ギヤ6a及び第二ギヤ6bは所定の変速比で同期回転する。なお、第一ギヤ6a及び第三ギヤ6c間にはクラッチ装置15が介装されており、必要に応じてこれらのギヤの係合を断接可能となっている。
Similarly, the
ジェネレータ・モータ14は、第三ギヤ6cの回転運動のエネルギーを電気エネルギーに変換するための発電機である。ここで発電された電力は、図示しないバッテリ装置に蓄電されている。
[3.作用]
[3−1.ブーム上げ操作時]
ブーム操作レバー21がブーム上げ方向に操作されると、その傾動角度に応じて減圧弁23Uが開放され、パイロット圧生成回路20においてリモコン弁22からパイロット圧Uが出力される。パイロット圧Uがメイン駆動回路10Aのコントロール弁8に導入されると、そのスプールがU位置に設定される。これにより、メインポンプ2から吐出された作動油は第一管路L1を通り、チェック弁12を通過してブームシリンダ1のヘッド室1a側に供給される。したがって、ブームシリンダ1が伸長方向に作動し、ロッド室1b側から作動油が排出される。この排出された作動油は第二管路L2を通り、コントロール弁8を介して作動油タンク9へ還流する。
The
[3. Action]
[3-1. During boom raising operation]
When the
このとき、パイロット制御弁4cにはパイロット圧Dが導入されていないため、そのスプールはX位置に設定される。これにより、パイロットチェック弁4aに接続されたパイロット管路L4及びL5が連通した状態となり、分岐点Qから再生管路L3側へ流入しようとする作動油の油圧がパイロットチェック弁4aの室A及び室Bの両方に導入される。したがって、パイロットチェック弁4aのポペット4bは室Cの閉鎖状態を維持し、再生油圧モータ5側へ作動油が流通することはない。
At this time, since the pilot pressure D is not introduced into the
また、エンジン7からメインポンプ2に伝達される回転駆動力は、第一ギヤ6a及び第二ギヤ6bにも伝達され、再生油圧モータ5はエンジン7の駆動力によって駆動された状態となる。また、パイロットポンプ11から吐出される作動油が潤滑油として再生油圧モータ5に供給される。一方、このときには再生管路L3に作動油が流通していないため、再生油圧モータ5は無負荷状態で空転することになる。したがって、再生油圧モータ5の駆動に係るエネルギーロスはほとんど生じない。
The rotational driving force transmitted from the
[3−2.ブーム下げ操作時]
ブーム操作レバー21がブーム下げ方向に操作されると、その傾動角度に応じて減圧弁23Dが開放され、パイロット圧生成回路20においてリモコン弁22からパイロット圧Dが出力される。パイロット圧Dがメイン駆動回路10Aのコントロール弁8に導入されると、そのスプールがD位置に設定される。これにより、メインポンプ2から吐出された作動油は第二管路L2を通り、ブームシリンダ1のロッド室1b側に供給される。したがって、ブームシリンダ1が縮小方向に作動し、ヘッド室1a側から作動油が排出される。
[3-2. During boom lowering operation]
When the
ブームシリンダ1のヘッド室1aにはフロント作業装置34の自重負荷が作用しているため、フロント作業装置34が接地していない状態である場合には、ヘッド室1aから排出される作動油の圧力がロッド室1b側の作動油の圧力よりも高圧となる。また、第一管路L1上にはチェック弁12が介装されているため、ヘッド室1aから排出された高圧の作動油は、分岐点Qから再生管路L3側へ流入する。
Since the weight of the front working
このとき、パイロット制御弁4cにはパイロット圧Dが導入されているため、そのスプールがD位置に設定される。つまり、接続されていたパイロット管路L4及びL5が遮断されるとともに、パイロット管路L4が作動油タンク9に開放されて減圧される。これにより、分岐点Qから再生管路L3に流入しようとする作動油の油圧がパイロットチェック弁4aの室Aに導入されると、ポペット4bが室B側へ押し戻される。したがって、室C側の再生管路L3が開放され、再生油圧モータ5側へ高圧の作動油が流通する。
At this time, since the pilot pressure D is introduced to the
再生油圧モータ5は高圧の作動油によって回転駆動され、その回転軸5aの回転駆動力はギヤボックス6の第二ギヤ6bから第一ギヤ6aに伝達され、ひいてはメインポンプ2及びエンジン7に伝達される。このとき再生管路L3を流通する作動油は、再生油圧モータ5の潤滑油としても作用する。
なお、ギヤボックス6内のクラッチ装置15が開放されて第一ギヤ6a及び第三ギヤ6cの係合が解除された状態では、第二ギヤ6b側から伝達される回転駆動力の全てがメインポンプ2及びエンジン7に伝達され、直ちに再生利用される。一方、クラッチ装置15が接続されると、第二ギヤ6b側から伝達される回転駆動力によって第三ギヤ6c及びジェネレータ・モータ14が駆動され、回転駆動力の一部が電気エネルギーに変換され、電力が図示しないバッテリ装置に蓄電される。ここで蓄電されるエネルギー量は、クラッチ装置15における第一ギヤ6a及び第三ギヤ6c間の係合の度合いやこれらのギヤ比,ジェネレータ・モータ14の発電特性等に応じた値となる。
The regenerative
When the
[4.効果]
このように本油圧回路では、ブームシリンダ1のヘッド室1aから排出される高圧の作動油のエネルギーが機械エネルギー(すなわち、再生油圧モータ5の回転駆動力)としてメインポンプ2に直ちに伝達される。したがって、バッテリ装置やアキュムレータを用いたエネルギーの再生手法と比較して効率よくエネルギーを回収することができる。また、アキュムレータのように一時的にエネルギーを蓄えるための装置を省略することができ、簡素な構成でコストを低減させることができる。
[4. effect]
Thus, in this hydraulic circuit, the energy of the high-pressure hydraulic oil discharged from the
また、本油圧回路では第一管路L1上にチェック弁12が介装されているため、ブームシリンダ1のヘッド室1aから排出される作動油を全て再生管路L3側へ導入することができ、再生利用効率を向上させることができる。
また、本油圧回路のエネルギー再生手法においては、パイロットチェック弁4a,パイロット制御弁4b,再生油圧モータ5及びギヤボックス6といった、一般的な油圧ショベル30の油圧回路に多用されている装置を用いているため、アキュムレータとその専用バルブ,二次電池,インバータ等の高価な装置が不要であり、コストを抑えつつ油圧回路全体の信頼性を高めることができる。
Further, in this hydraulic circuit, since the
Further, in the energy regeneration method of this hydraulic circuit, devices that are frequently used in the hydraulic circuit of a
特に、ブームシリンダ1のヘッド室1aから排出される作動油を再生利用するに際し、再生管路L3上にパイロットチェック弁4a及びパイロット制御弁を介装するというシンプルな構成で、適切に作動油の流通を制御することができ、そのエネルギーを機械エネルギー(回転駆動力)として再利用することができる。
また、再生油圧モータ5で生成された機械エネルギーをメインポンプ2側へと伝達するための構成も、ギヤボックス6を用いた簡素な構成で実現することができる。なお、回転駆動力の伝達ロスは、再生油圧モータ5の容積効率やギヤボックス6の伝達効率に係るロス程度しか生じないため、効率よく回転駆動力を伝達することができる。また、再生管路L3に作動油が流通していない場合には、再生油圧モータ5が無負荷状態で空転するため、エネルギーのロスを抑えることができる。
In particular, when the hydraulic oil discharged from the
In addition, a configuration for transmitting mechanical energy generated by the regenerative
また、ブームシリンダ1から排出された作動油の供給を受けて回転駆動されている状態の再生油圧モータ5には潤滑油が不要である。つまり、再生油圧モータ5に潤滑油が必要となるのは無負荷状態の空転時のみであるため、パイロットポンプ11の容量(パイロット作動油の供給能力)を大きくする必要がなく、この点においてもコストを抑えることができる。
In addition, the regenerative
また、ブーム下げ操作時にギヤボックス6内のクラッチ装置15を接続することで、再生油圧モータ5で生成された機械エネルギーをジェネレータ・モータ14で電気エネルギーに変換して蓄電することも可能である。これにより、機械エネルギーを直ちに再利用するだけでなく、例えばその後のブーム上げ操作時にメインポンプ2の回転駆動をアシストするのに再利用することができる。
Further, by connecting the
[5.その他]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
上述の実施形態では、第一管路L1上にチェック弁12を介装して、ブームシリンダ1のヘッド室1aから排出される作動油を全て再生管路L3側へ導入しているが、このような構成に代えて、戻り油の一部をロッド室1b側へ供給する構成とすることも考えられる。
[5. Others]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
In the above-described embodiment, the
例えば、図3に示すように、上述の実施形態におけるチェック弁12に代えて、電磁比例型のパイロット作動チェック弁16を用いるとともに、第一管路L1から第二管路L2側へと分岐して形成された第二再生管路L8を設ける。第二再生管路L8上には、第一管路L1側から第二管路L2側への作動油の流通のみを許容するチェック弁17と、第二管路L2側へと流通する作動油の流量を制御する流量制御弁18とを介装する。ここで、第二管路L2側への作動油流量がパイロット圧Dの大きさに応じた大きさとなるように、パイロット作動チェック弁16及び流量制御弁18を制御する。
For example, as shown in FIG. 3, instead of the
このように、ブームシリンダ1のヘッド室1aから排出された作動油の一部をロッド室1bへ供給することにより、ブームシリンダ1の縮小動作速度を制御することができ、フロント作業装置34の操作性を向上させることができる。
また、上述の実施形態では、ギヤボックス6に内蔵された第一ギヤ6a及び第二ギヤ6bを歯合させた構成が示されているが、これらの間にクラッチ装置を介装させる構成とすることも考えられる。この場合、再生油圧モータ5が無負荷状態で空転しているときにクラッチ装置を開放(すなわち、係合を解除)することにより、ブーム下げ操作時以外における再生油圧モータ5の駆動に係るエネルギーロスを解消することができ、エネルギー効率をさらに向上させることができる。
In this way, by supplying a part of the hydraulic oil discharged from the
Moreover, in the above-mentioned embodiment, although the structure which meshed | engaged the
また、上述の実施形態では、本発明に係る油圧回路を油圧ショベル30のブームシリンダ1を駆動するための油圧回路に適用したものを例示したが、本発明の適用対象はこれに限定されず、例えばスティックシリンダ37やバケットシリンダ38に適用してもよい。本発明は、油圧シリンダにおいて自重負荷が作用する油室から排出される作動油の再生利用に用いて好適であり、例えばスティックシリンダ37においては、そのロッド室側からの戻り油を再生油圧モータ5に導入する回路構成とすることも可能である。
Moreover, in the above-mentioned embodiment, although what applied the hydraulic circuit which concerns on this invention to the hydraulic circuit for driving the
本発明は、油圧シリンダを備えた油圧ショベル,ハイブリッド型油圧ショベル,クレーン車量等の作業機全般に適用することができる。 The present invention can be applied to all working machines such as a hydraulic excavator including a hydraulic cylinder, a hybrid hydraulic excavator, and a crane vehicle amount.
1 ブームシリンダ(油圧シリンダ)
1a ヘッド室(第一油室)
1b ロッド室(第二油室)
2 メインポンプ(油圧ポンプ)
2a 回転軸
4 モータ再生制御弁(モータ再生制御手段)
4a パイロットチェック弁
4b ポペット
4c パイロット制御弁
5 再生油圧モータ
5a 回転軸
6 ギヤボックス(回転駆動力伝達手段)
6a 第一ギヤ
6b 第二ギヤ
6c 第三ギヤ
7 エンジン
7a 出力軸
8 コントロール弁
9 作動油タンク
10A メイン駆動回路
10B 再生回路
11 パイロットポンプ
12 チェック弁
13 リリーフ弁
14 ジェネレータ・モータ
14a 回転軸
15 クラッチ装置
16 パイロット作動チェック弁
17 チェック弁
18 流量制御弁
20 パイロット圧生成回路
21 ブーム操作レバー
22 リモコン弁
23U,23D 減圧弁
30 油圧ショベル
L1 第一管路
L2 第二管路
L3 再生管路
L4,L5 パイロット管路
L6 リリーフ管路
L7 潤滑油供給路
L8 第二再生管路
1 Boom cylinder (hydraulic cylinder)
1a Head chamber (first oil chamber)
1b Rod chamber (second oil chamber)
2 Main pump (hydraulic pump)
2a Rotating shaft 4 Motor regeneration control valve (motor regeneration control means)
4a
Claims (6)
該油圧シリンダへの油圧供給源である油圧ポンプと、
該油圧シリンダの該第一油室と該油圧ポンプとを接続する油圧供給路から分岐して形成された再生管路と、
該再生管路上に介装され、作動油の供給を受けて回転駆動される再生油圧モータと、
該再生管路上における該再生油圧モータよりも該油圧シリンダ側に介装され、該第一油室から排出された作動油の該再生管路内への流通を許容するとともに、該油圧ポンプから該第一油室へ供給される作動油の該再生管路内への流通を遮断するモータ再生制御手段と、
該再生油圧モータの回転駆動力を該油圧ポンプの回転駆動力として伝達する回転駆動力伝達手段と、
を備えたことを特徴とする、作業機械の油圧回路。 A hydraulic cylinder mounted on a work machine and having a first oil chamber and a second oil chamber inside;
A hydraulic pump that is a hydraulic pressure supply source to the hydraulic cylinder;
A regeneration pipe formed by branching from a hydraulic pressure supply path connecting the first oil chamber of the hydraulic cylinder and the hydraulic pump;
A regenerative hydraulic motor interposed on the regenerative pipe and driven to rotate in response to supply of hydraulic oil;
The hydraulic oil is interposed on the hydraulic cylinder side of the regenerative hydraulic motor on the regenerative pipe, allows the hydraulic oil discharged from the first oil chamber to flow into the regenerative pipe, and from the hydraulic pump Motor regeneration control means for interrupting the flow of hydraulic oil supplied to the first oil chamber into the regeneration pipeline;
A rotational driving force transmitting means for transmitting the rotational driving force of the regenerative hydraulic motor as the rotational driving force of the hydraulic pump;
A hydraulic circuit for a working machine, comprising:
該再生油圧モータ側への該作動油の流通を遮断するポペットを具備したパイロットチェック弁と、
該油圧シリンダにおける該第一油室側の縮小動作時に該パイロットチェック弁の該ポペットを制御して該再生管路を開放させるパイロット制御弁と、を有する
ことを特徴とする、請求項1記載の作業機械の油圧回路。 The motor regeneration control means
A pilot check valve provided with a poppet for blocking the flow of the hydraulic oil to the regeneration hydraulic motor side;
2. The pilot control valve according to claim 1, further comprising: a pilot control valve that controls the poppet of the pilot check valve to open the regeneration pipe line during a reduction operation on the first oil chamber side in the hydraulic cylinder. Hydraulic circuit of work machine.
該油圧ポンプ及び該エンジン間における回転駆動力の伝達経路上に介装されたギヤボックスと、をさらに備え、
該回転駆動力伝達手段が、
該ギヤボックスに内蔵され、該エンジンの出力軸及び該油圧ポンプの回転軸に接続された第一ギヤと、
該第一ギヤに歯合して該ギヤボックスに内蔵され、該再生油圧モータの回転軸に接続された第二ギヤと、を有する
ことを特徴とする、請求項1又は2記載の作業機械の油圧回路。 An engine that drives a rotating shaft of the hydraulic pump;
A gear box interposed on the transmission path of the rotational driving force between the hydraulic pump and the engine,
The rotational driving force transmitting means is
A first gear built in the gear box and connected to the output shaft of the engine and the rotary shaft of the hydraulic pump;
The working machine according to claim 1, further comprising: a second gear that meshes with the first gear and is built in the gear box and connected to a rotating shaft of the regenerative hydraulic motor. Hydraulic circuit.
該パイロットポンプから吐出されるパイロット作動油を該再生油圧モータの潤滑油として該再生油圧モータへと導入する潤滑油供給路と、をさらに備えた
ことを特徴とする、請求項3記載の作業機械の油圧回路。 A pilot pump connected to the output shaft of the engine;
The work machine according to claim 3, further comprising a lubricating oil supply path for introducing pilot hydraulic oil discharged from the pilot pump into the regenerated hydraulic motor as lubricating oil for the regenerated hydraulic motor. Hydraulic circuit.
ことを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の作業機械の油圧回路。 A check valve is further provided on the hydraulic pump side than a branch point with the regeneration pipeline on the hydraulic supply path, and further blocks a flow of hydraulic oil discharged from the first oil chamber to the hydraulic pump side. The hydraulic circuit for a work machine according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
該第二再生管路上に介装され、該第一油室から排出された作動油の流量に応じて該第二再生管路を流通する作動油の流量を制御する流量制御弁と、をさらに備えた
ことを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の作業機械の油圧回路。 A part of the hydraulic oil that is further branched from the hydraulic pump side than the branch point with the regeneration pipe on the hydraulic supply path is supplied to the second oil chamber. A second regeneration conduit to
A flow rate control valve that is interposed on the second regeneration pipeline and that controls the flow rate of the hydraulic fluid flowing through the second regeneration pipeline in accordance with the flow rate of the hydraulic fluid discharged from the first oil chamber. The hydraulic circuit for a work machine according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
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