JP2013061044A - Power regeneration device for work machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、作業機械の動力回生装置に係わり、特に油圧アクチュエータからの戻り圧油によりエネルギを回収する作業機械の動力回生装置に関する。 The present invention relates to a power regeneration device for a work machine, and more particularly to a power regeneration device for a work machine that recovers energy by return pressure oil from a hydraulic actuator.
油圧アクチュエータからの戻り流体により油圧モータを駆動してエネルギを回収すると共に、操作性を向上するためブームからの戻り流量を回生側と制御弁側とに分岐する建設機械が開示されている。（例えば、特許文献１参照）。 A construction machine is disclosed in which a hydraulic motor is driven by a return fluid from a hydraulic actuator to recover energy, and a return flow rate from a boom is branched to a regeneration side and a control valve side in order to improve operability. (For example, refer to Patent Document 1).
上記特許文献のように建設機械が油圧ショベルの場合、例えばダンプへの砂利積み作業などブーム上げ下げ動作を頻繁に行う作業を行うと、回生動力量が増加する。この結果、蓄電装置が過充電になり装置の劣化や破損などを招くおそれ生じる。このような蓄電装置の過充電を防ぐためには、大容量の蓄電装置を配設し余裕を持って使用する方法が考えられる。 When the construction machine is a hydraulic excavator as in the above-mentioned patent document, the amount of regenerative power increases when the boom raising / lowering operation such as gravel loading work on a dump truck is frequently performed. As a result, the power storage device may be overcharged, resulting in deterioration or damage of the device. In order to prevent such overcharging of the power storage device, a method of arranging a large capacity power storage device and using it with a margin can be considered.
しかし、例えば、ハイブリッド式油圧ショベルの構成部品において、蓄電装置は非常に高価な部品であり、容量にその価格がほぼ比例するため、蓄電装置の容量を小さくすることが望まれている。 However, for example, in the component parts of a hybrid hydraulic excavator, the power storage device is a very expensive component, and the price thereof is almost proportional to the capacity. Therefore, it is desired to reduce the capacity of the power storage device.
本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、蓄電装置の容量を増加させることなく、蓄電装置の過充電が防止できる作業機械の動力回生装置を提供するものである。 The present invention has been made based on the above-described matters, and provides a power regeneration device for a work machine that can prevent overcharging of the power storage device without increasing the capacity of the power storage device.
上記の目的を達成するために、第１の発明は、エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの圧油を油圧シリンダに切換え供給する制御弁と、前記制御弁を制御する操作装置とを備える作業機械の動力回生装置において、前記油圧シリンダのボトム側油圧室に接続され当該油圧シリンダの縮短時にタンクに戻る戻り油が流通する油路と、前記油路に設けられ当該油路を複数の油路に分流する分岐部と、前記分岐部に接続され、発電機が接続された油圧モータを介して戻り油をタンクに導く回生管路と、前記分岐部に接続され、前記制御弁を介して戻り油をタンクに導く制御弁管路と、前記操作装置の操作量を検出する操作量検出手段と、前記発電機によって発電された電力を蓄える蓄電装置と、前記蓄電装置の充電量を検出する充電量検出手段と、前記充電量検出手段からの充電量信号に応じて、前記回生管路側を流れる戻り油の流量及び前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量をそれぞれ演算する流量演算手段と、前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記回生管路の流量を制御する第１流量制御手段と、前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記制御弁管路の流量を制御する第２流量制御手段とを備えるものとする。 In order to achieve the above object, a first invention includes an engine, a hydraulic pump driven by the engine, a control valve for supplying pressure oil from the hydraulic pump to a hydraulic cylinder, and the control valve. In a power regeneration device for a work machine including an operating device to control, an oil passage connected to a bottom hydraulic chamber of the hydraulic cylinder and through which return oil returns to the tank when the hydraulic cylinder is contracted is provided in the oil passage. A branch part that divides the oil path into a plurality of oil paths, a regenerative pipe that is connected to the branch part and guides return oil to the tank via a hydraulic motor to which a generator is connected, and is connected to the branch part. A control valve line for guiding return oil to the tank via the control valve, an operation amount detection means for detecting an operation amount of the operation device, a power storage device for storing the power generated by the generator, and the power storage Charge amount detection means for detecting the charge amount of the device, and according to the charge amount signal from the charge amount detection means, the flow rate of the return oil flowing through the regenerative pipeline side and the flow rate of the return oil flowing through the control valve pipeline side A flow rate calculation means for calculating the flow rate, a first flow rate control means for controlling the flow rate of the regenerative pipe based on the calculation result of the flow rate calculation means, and a control valve pipe line based on the calculation result of the flow rate calculation means. A second flow rate control means for controlling the flow rate is provided.
また、第２の発明は、エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの圧油を油圧シリンダに切換え供給する制御弁と、前記制御弁を制御する操作装置とを備える作業機械の動力回生装置において、前記油圧シリンダのボトム側油圧室に接続され当該油圧シリンダの縮短時にタンクに戻る戻り油が流通する油路と、前記油路に設けられ当該油路を複数の油路に分流する分岐部と、前記分岐部に接続され、発電機が接続された油圧モータを介して戻り油をタンクに導く回生管路と、前記分岐部に接続され、前記制御弁を介して戻り油をタンクに導く制御弁管路と、前記操作装置の操作量を検出する操作量検出手段と、前記発電機によって発電された電力を蓄える蓄電装置と、前記蓄電装置の充電量を検出する充電量検出手段と、前記油圧シリンダが縮短される場合における前記操作装置の操作量に対する前記油圧シリンダからのメータアウト流量の複数の特性が記憶されると共に、前記充電量検出手段からの充電量信号が入力され、前記充電量信号に応じて前記記憶されたメータアウト流量の複数の特性のいずれか１つを出力する特性選択手段と、前記特性選択手段により出力された操作量とメータアウト流量との関係及び前記操作量検出手段で検出される前記操作量に基づいて、前記回生管路側を流れる戻り油の流量及び前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量をそれぞれ演算する流量演算手段と、前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記回生管路の流量を制御する第１流量制御手段と、前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記制御弁管路の流量を制御する第２流量制御手段とを備えるものとする。 Further, the second invention includes an engine, a hydraulic pump driven by the engine, a control valve for switching and supplying the hydraulic oil from the hydraulic pump to a hydraulic cylinder, and an operation device for controlling the control valve. In the power regeneration device for a work machine, an oil path connected to the bottom hydraulic chamber of the hydraulic cylinder and through which return oil flows back to the tank when the hydraulic cylinder is contracted, and a plurality of oil paths provided in the oil path. A branch part for branching to the road, a regenerative pipe for connecting the return oil to the tank via a hydraulic motor connected to the branch part and connected to a generator, and connected to the branch part via the control valve A control valve line for guiding return oil to the tank, an operation amount detection means for detecting the operation amount of the operation device, a power storage device for storing the power generated by the generator, and a charge amount of the power storage device A plurality of characteristics of the meter-out flow rate from the hydraulic cylinder with respect to the operation amount of the operating device when the hydraulic cylinder is contracted are stored, and a charge amount signal from the charge amount detection unit is stored. A characteristic selection unit that outputs one of a plurality of characteristics of the stored meter-out flow rate in response to the charge amount signal; and an operation amount and a meter-out flow rate output by the characteristic selection unit. Based on the relationship and the operation amount detected by the operation amount detection means, the flow rate calculation means for calculating the flow rate of the return oil flowing through the regenerative pipeline side and the flow rate of the return oil flowing through the control valve pipeline side, and First flow rate control means for controlling the flow rate of the regenerative pipe based on the calculation result of the flow rate calculation means, and the control valve pipe based on the calculation result of the flow rate calculation means Shall and a second flow rate control means for controlling the flow rate.
更に、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記流量演算手段は、前記操作装置における下げ操作信号が検出されている間は、前記回生管路側を流れる戻り油の流量と前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量との配分特性を固定化させていることを特徴とする。 Furthermore, the third invention is the first or second invention, wherein the flow rate calculation means is configured to determine the flow rate of the return oil flowing through the regenerative pipe line and the flow rate while the lowering operation signal in the operation device is detected. The distribution characteristic with the flow rate of the return oil flowing on the control valve pipe side is fixed.
また、第４の発明は、第１の発明において、前記流量演算手段は、前記油圧シリンダが縮短される場合における前記操作装置の操作量に対する前記油圧シリンダからのメータアウト流量の特性が記憶されると共に、前記操作量検出手段からの操作量信号が入力され、前記操作量信号に応じて前記記憶されたメータアウト流量の特性から、前記回生管路側を流れる戻り油の流量を演算する第１流量演算手段と、前記油圧シリンダが縮短される場合における前記操作装置の操作量に対する前記油圧シリンダからのメータアウト流量の特性が記憶されると共に、前記操作量検出手段からの操作量信号が入力され、前記操作量信号に応じて前記記憶されたメータアウト流量の特性から、前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量を演算する第２流量演算手段と、前記充電量検出手段からの充電量信号が入力され、前記充電量信号に応じて補正特性を演算する補正信号演算手段とを備え、前記補正信号演算手段からの補正信号により、前記第１流量演算手段の出力信号と前記第２流量演算手段の出力信号とが補正されることを特徴とする。 In a fourth aspect based on the first aspect, the flow rate calculation means stores a characteristic of meter-out flow rate from the hydraulic cylinder with respect to an operation amount of the operating device when the hydraulic cylinder is contracted. In addition, an operation amount signal from the operation amount detection means is input, and a first flow rate for calculating the flow rate of the return oil flowing through the regenerative pipe side from the stored meter-out flow rate characteristics according to the operation amount signal. A characteristic of the meter-out flow rate from the hydraulic cylinder with respect to the operation amount of the operation device when the hydraulic cylinder is contracted is stored, and an operation amount signal from the operation amount detection unit is input, Second flow rate calculation for calculating the flow rate of the return oil flowing through the control valve line side from the stored meter-out flow rate characteristics in accordance with the manipulated variable signal And a correction signal calculation means for inputting a charge amount signal from the charge amount detection means and calculating a correction characteristic in accordance with the charge amount signal, and the correction signal from the correction signal calculation means causes the first The output signal of the first flow rate calculation means and the output signal of the second flow rate calculation means are corrected.
更に、第５の発明は、第１の発明において、前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量を制御する為に、前記制御弁へのパイロット圧を制御する電磁比例弁を設けたことを特徴とする。 Further, the fifth invention is characterized in that, in the first invention, an electromagnetic proportional valve for controlling a pilot pressure to the control valve is provided in order to control a flow rate of the return oil flowing through the control valve pipe side. And
本発明によれば、蓄電装置の容量を増加させることなく、蓄電装置の過充電を防止することができる。この結果生産性の向上が図れる。 According to the present invention, overcharging of a power storage device can be prevented without increasing the capacity of the power storage device. As a result, productivity can be improved.
以下、本発明の作業機械の動力回生装置の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルを示す斜視図、図２は本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態を示す制御システムの概略図である。
図１において、油圧ショベル１は、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃを有する多関節型の作業装置１Ａと、上部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅを有する車体１Ｂとを備えている。ブーム１ａは、上部旋回体１ｄに回動可能に支持されていて、ブームシリンダ（油圧シリンダ）３ａにより駆動される。上部旋回体１ｄは下部走行体１ｅ上に旋回可能に設けられている。
Embodiments of a power regeneration device for a work machine according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a hydraulic excavator provided with an embodiment of a power regeneration device for a work machine according to the present invention, and FIG. 2 is an outline of a control system showing an embodiment of a power regeneration device for a work machine according to the present invention. FIG.
In FIG. 1, a hydraulic excavator 1 includes an articulated
アーム１ｂは、ブーム１ａに回動可能に支持されていて、アームシリンダ（油圧シリンダ）３ｂにより駆動される。バケット１ｃは、アーム１ｂに回動可能に支持されていて、バケットシリンダ（油圧シリンダ）３ｃにより駆動される。ブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、及びバケットシリンダ３ｃの駆動は、上部旋回体１ｄの運転室（キャブ）内に設置され油圧信号を出力する操作装置４（図２参照）によって制御されている。
The
図２に示す実施の形態においては、ブーム１ａを操作するブームシリンダ３ａに関する制御システムのみを示している。この制御システムは、制御弁２と、操作装置４と、比例電磁弁７と、パイロットチェック弁１０と、インバータ１３と、チョッパ１４と、蓄電装置１５と、圧力センサ１６と、電圧検出器１７とを備えており、制御装置としてコントローラ９を備えている。
In the embodiment shown in FIG. 2, only the control system related to the
油圧源装置としては、油圧ポンプ６とパイロット圧油を供給するパイロット油ポンプ８と作動油タンク６Ａとを備えている。油圧ポンプ６とパイロット油ポンプ８とは同一の駆動軸で連結され、この駆動軸と直列に接続されたエンジン５０によって駆動される。
The hydraulic power source device includes a hydraulic pump 6, a pilot oil pump 8 that supplies pilot pressure oil, and a hydraulic oil tank 6A. The hydraulic pump 6 and the pilot oil pump 8 are connected by the same drive shaft, and are driven by an
油圧ポンプ６からの圧油をブームシリンダ３ａへ供給する油路３０には、油路内の圧油の方向と流量を制御する制御弁２が設けられている。制御弁２は、そのパイロット受圧部２Ａ，２Ｂへのパイロット圧油の供給により、スプール位置を切り換えて、油圧ポンプ６からの圧油を油圧アクチュエータ３ａに供給して、ブーム１ａを駆動している。
The
制御弁２のスプール位置は、操作装置４の操作レバー等の操作によって切換え操作される。操作装置４には、パイロット弁５が設けられていて、操作レバー等の図上ａ方向の傾動操作（ブーム上げ方向操作）により、パイロット油ポンプ７からの図示しないパイロット一次側油路を介して供給されるパイロット一次圧油を、パイロット二次側油路２０ａを通して制御弁２のパイロット受圧部２ａに供給している。また、パイロット弁５は、操作レバー等の図上ｂ方向の傾動操作（ブーム下げ方向操作）により、パイロット油ポンプ７からの図示しないパイロット一次側油路を介して供給されるパイロット一次圧油を、パイロット二次側油路２０ｃを通してパイロットチェック弁１０の受圧部に供給している。
The spool position of the
このパイロット二次側油路２０ｃには、圧力センサ１６が取り付けられている。この圧力センサ１６は、操作装置４のパイロット弁５の下げ側パイロット圧Ｐｂを検出してその圧力に対応する電気信号に変換する信号変換手段として機能するもので、変換した電気信号をコントローラ９に出力可能に構成されている。
A
一方、制御弁２のパイロット受圧部２ｂには、パイロット二次側油路２０ｂの一端側が接続され、パイロット二次側油路２０ｂの他端側は、２位置２ポート型の電磁比例弁８の出力側ポートに接続されている。電磁比例弁８の入力側ポートは、パイロット油ポンプ７からの圧油を供給するパイロット油路２０が接続されている。
On the other hand, one end side of the pilot secondary
次に、動力回生装置７０について説明する。動力回生装置７０は、図２に示すように、油路３１と、分岐部３２と、回生管路３３と、制御弁管路３４と、圧力センサ１６と、コントローラ９と、インバータ１３と、チョッパ１４と、蓄電装置１５と、電圧検出器１７とを備えている。
Next, the
油路３１は、ブームシリンダ３ａの縮短時にタンク６Ａに戻る油（戻り油）が流通する油路であり、ブームシリンダ３ａのボトム側油圧室に接続されている。油路３１には当該油路３１を複数の油路に分流する分岐部３２が設けられている。分岐部３２には、回生管路３３と、制御弁管路３４とが接続されている。
The
回生管路３３は、パイロットチェック弁１０と、このパイロットチェック弁１０の下流側に設置され発電機１２が接続された油圧モータ１１を備えており、当該油圧モータ１１を介してボトム側油圧室からの戻り油をタンク６Ａに導いている。ブーム下げ時における戻り油を回生管路３３に導入して油圧モータ１１を回転させると発電機１２が回転して回生電力を発生させ、その電力はインバータ１３、昇圧のためのチョッパ１４を介して蓄電装置１５に蓄電される。なお、本実施の形態においては、蓄電装置１５としてキャパシタを例に説明する。
The
蓄電装置１５の充電量であるＳＯＣ（State of Charge）の値は、コントローラ９に入力されている。蓄電装置１５がキャパシタの場合、ＳＯＣの値は、キャパシタの電圧を検出することで確認することができる。本実施の形態においては、蓄電装置１５に電圧検出器１７を設け、この電圧検出器１７が検出した信号をコントローラ９に入力している。
A value of SOC (State of Charge) that is the amount of charge of the
パイロットチェック弁１０は、回生管路３３の漏れ防止など、油路３１から回生管路３３への不用意な圧油流入（ブーム落下）を防止するために設けられていて、通常は回生管路３３を遮断している。
The
パイロットチェック弁１０には、オペレータによってブーム下げ操作が行われたときに操作装置４のパイロット弁５の下げ側パイロット圧Ｐｂが導かれていて、ブーム下げ操作時における操作装置４の操作量が所定量に達したときに出力される操作信号（パイロット圧Ｐｂ）によって開くように設定されている。これにより操作装置４の操作量が所定値以上になったときに油圧モータ１１に戻り油が供給されるようになっている。
The
また、ブーム下げ操作時における油圧モータ１１及び発電機１２の回転数はインバータ１３によって制御されている。このように油圧モータ１１の回転数をインバータ１３で制御すると油圧モータ１１を通過する油の流量を調整できるので、ボトム側油圧室から回生管路３３に流れる戻り油の流量を調整することができる。すなわち、本実施の形態におけるインバータ１３は、回生管路３３の流量を制御する流量制御手段として機能している。
Further, the rotation speeds of the hydraulic motor 11 and the
制御弁管路３４は、流量調整手段である制御弁２（スプール型方向切換弁）を介してボトム側油圧室からの戻り油をタンク６Ａに導いている。制御弁２における一方のパイロット受圧部２ｂにはブーム下げ操作時にパイロット油ポンプ７から電磁比例弁８を介して出力される操作信号（油圧信号）が入力されており、また、他方のパイロット受圧部２ａにはブーム上げ操作時に操作装置４からのパイロット弁５の上げ側パイロット圧Ｐａが入力されている。制御弁２のスプールは、これら２つのパイロット受圧部に入力される操作信号に応じて移動し、油圧ポンプ６からブームシリンダ３ａに供給される圧油の方向及び流量を切り換える。
The
電磁比例弁８は、ブーム下げ操作時における操作装置４の操作量に応じた操作信号を制御弁２のパイロット受圧部２ｂに出力するものであり、これによりボトム側油圧室から制御弁２を通過する戻り油の流量（すなわち、制御弁管路３４を流れる戻り油の流量）を調整している。すなわち、本実施の形態における電磁比例弁８は、制御弁管路３４の流量を制御する流量制御手段として機能している。
The electromagnetic proportional valve 8 outputs an operation signal corresponding to the operation amount of the
本実施の形態における電磁比例弁８の入力ポートには、パイロット油ポンプ７から出力される圧油が入力されている。一方電磁比例弁８の操作部には、コントローラ９の後述する電磁比例弁出力値演算部１０４（図５参照）から出力される指令値が入力されている。この指令値に応じて電磁比例弁８のポート位置が調整され、これにより、パイロット油ポンプ７から制御弁２の受圧部２ｂに供給される圧油の圧力が適宜調整されている。
Pressure oil output from the pilot oil pump 7 is input to the input port of the electromagnetic proportional valve 8 in the present embodiment. On the other hand, a command value output from an electromagnetic proportional valve output value calculation unit 104 (see FIG. 5) described later of the
コントローラ９は、圧力センサ１６から操作装置４のパイロット弁５の下げ側パイロット圧Ｐｂを、電圧検出器１７から蓄電装置１５のＳＯＣの値をそれぞれ入力し、これらの入力値に応じた演算がなされ、電磁比例弁８及びインバータ１３へ制御指令を出力することで、回生管路３３と制御弁管路３４とを通過する戻り油の流量を制御している。
The
次に、操作装置４の操作による各部動作の概要を図２を用いて説明する。
まず、操作装置４の操作レバーをａ方向に傾動操作すると、パイロット弁５から生成されるパイロット圧Ｐａが制御弁２のパイロット受圧部２ａに導かれ、制御弁２が切換操作される。これにより、油圧ポンプ６からの圧油がブームシリンダ３ａの油路３１に導かれ、ブームシリンダ３ａは伸長動作する。これに伴い、ブームシリンダ３ａのロッド側油室から排出される戻り流量は、油路３０、制御弁２を通ってタンク６Ａに導かれる。このとき、パイロットチェック弁１０には操作圧力が導かれないので、回生管路３３は遮断された状態となっており、回生動作は行われない。
Next, the outline of each part operation by the operation of the
First, when the operating lever of the
次に、操作装置４の操作レバーをｂ方向に傾動操作すると、パイロット弁５から生成されるパイロット圧Ｐｂが圧力センサ１６で検出されコントローラ９に入力される。コントローラ９では予め決められたテーブルにより、入力されたパイロット圧に応じて電磁比例弁８に制御指令を出力する。この結果、制御弁２のパイロット受圧部２ｂにパイロット圧が加わり、制御弁２が切換操作される。これにより、油圧ポンプ６からの圧油がブームシリンダ３ａの油路３０に導かれ、ブームシリンダ３ａは縮小動作する。これに伴い、ブームシリンダ３ａのボトム側油室から排出される戻り流量は、油路３１、制御弁２を通ってタンク６Ａに導かれる。
Next, when the operating lever of the
このとき、パイロット弁５からパイロット圧Ｐｂがパイロット二次側油路２０ｃを介してパイロットチェック弁１０に操作圧として導かれるため、パイロットチェック弁１０が開動作する。これにより、ブームシリンダ３ａのボトム側油室から排出される戻り流量の一部が油圧モータ１１に導かれ、油圧モータ１１に接続された発電機１２が発電動作を行う。発電された電気エネルギは蓄電装置１５に蓄電される。
At this time, the pilot pressure Pb is guided from the pilot valve 5 to the
一方、コントローラ９は、入力されたパイロット圧Ｐｂの信号、及びＳＯＣの信号から状態を判断し、電磁比例弁８への指令値および発電機１２の制御装置であるインバータ１３への制御指令値を算出・出力する。この結果、ブーム下げ動作においてブームシリンダ３ａのボトム側油室から排出される戻り流量が、制御弁２側（制御弁側流量）と回生用の油圧モータ１１側（回生側流量）とに導かれるので、操作性を確保しつつ適切な回生動作が行われる。
On the other hand, the
ここで、コントローラ９のパイロット圧Ｐｂに基づくブームシリンダ３ａのボトム側油室から排出される戻り流量の関係を図３を用いて説明する。図３は、本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態におけるコントローラ内の特性選択回路が備える一のメータリング特性図である。
図３において、細い実線で示したメータリング線図は、操作装置４のレバー操作量と制御弁管路３４側を流れる戻り油の流量（制御弁管路流量Ｑ１）との関係を示したものであり、破線で示したメータリング線図は、操作装置４のレバー操作量と回生管路３３側を流れる戻り油の流量（回生管路流量Ｑ２）との関係を示したものである。また、太い実線で示したメータリング線図は、先の２つのメータリング線図を合成したものを示し、制御弁管路流量Ｑ１と回生管路流量Ｑ２の合計流量を示している。
Here, the relationship of the return flow rate discharged | emitted from the bottom side oil chamber of the
In FIG. 3, the metering diagram indicated by a thin solid line shows the relationship between the lever operation amount of the
これらのメータリング線図が示すように、操作装置４のレバー操作量が第１設定値Ｌ１未満の場合（以下において「微操作域」と称することがある）には、合計流量は制御弁管路流量Ｑ１と一致している。すなわち、このとき、ボトム側油圧室からの戻り油は全て制御弁管路３４に流されるようになっており、回生管路３３はパイロットチェック弁１０によって閉じられている。
As shown in these metering diagrams, when the lever operation amount of the
また、操作装置４のレバー操作量が第２設定値Ｌ２（第１設定値よりも大きな値）以上の場合（以下において「フル回生域」と称することがある）には、合計流量は回生管路流量Ｑ２と一致している。すなわち、このとき、ボトム側油圧室からの戻り油は全て回生管路３３に流されるようになっており、制御弁管路３４は制御弁２によって閉じられている。
In addition, when the lever operation amount of the
一方、操作量が第１設定値Ｌ１以上かつ第２設定値Ｌ２未満の場合（以下において「中間域」と称することがある）には、回生管路３３と制御弁管路３４の双方に戻り油が流されている。具体的には、操作装置４のレバー操作量が第１設定値Ｌ１から第２設定値Ｌ２まで増加する間に、制御弁管路流量Ｑ１は第１設定値Ｌ１のときの合計流量ｑ１からゼロに向かって漸減しつつ、回生管路流量Ｑ２はゼロから第２設定値Ｌ２のときの合計流量ｑ２に向かって漸増するように設定されている。
On the other hand, when the manipulated variable is not less than the first set value L1 and less than the second set value L2 (hereinafter sometimes referred to as “intermediate region”), the operation returns to both the
次に、本実施の形態において、コントローラ９が実行する蓄電装置１５のＳＯＣの状態に応じて回生管路流量と制御弁管路流量とを変える方法について、図４を用いて概要を説明する。図４は本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態におけるコントローラの処理内容を示すフローチャート図である。
まず、スタートの状態としては、例えば、オペレータが図示しない油圧ショベルのキーをＯＮにした状態とする。
Next, in the present embodiment, a method for changing the regenerative pipe flow rate and the control valve pipe flow rate according to the SOC state of the
First, as a start state, for example, the operator turns on a key of a hydraulic excavator (not shown).
ステップ（Ｓ１）では、ブーム下げレバー操作の有無を判断する。具体的には、圧力センサ１６から入力されるパイロット圧Ｐｂの信号の有無で判断する。ブーム下げレバー操作ありと判断されれば、ステップ（Ｓ２）へ進み、ＮＯと判断された場合には、ＹＥＳと判断されるまで繰り返される。
In step (S1), it is determined whether or not the boom lowering lever is operated. Specifically, the determination is made based on the presence or absence of a signal of the pilot pressure Pb input from the
ステップ（Ｓ２）では、ＳＯＣの値が設定されている値を超えているかどうかを判断する。具体的には、電圧検出器１７から入力されるキャパシタ２４の電圧値と予め設定された値との大小で判断する。ＳＯＣの値が設定されている値を超えていない場合にはＮＯと判断されてステップ（Ｓ３）へ進み、同様に超えている場合にはＹＥＳと判断されてステップ（Ｓ４）へ進む。
In step (S2), it is determined whether or not the SOC value exceeds a set value. Specifically, the determination is made based on the magnitude of the voltage value of the capacitor 24 input from the
ステップ（Ｓ３）では、予め定められた回生管路流量と制御弁管路流量との配分が保持される。 In step (S3), a predetermined distribution between the regenerative pipe flow rate and the control valve pipe flow rate is maintained.
ステップ（Ｓ４）では、予め定められた回生管路流量と制御弁管路流量との配分が変更される。具体的には、回生管路流量を減少させ、制御弁管路流量を増加させる。ＳＯＣが基準値を上回った場合、回生管路流量を減らすので、回生電力による蓄電装置１５の過充電を防ぐことができる。
In step (S4), the distribution between the predetermined regenerative pipe flow rate and the control valve pipe flow rate is changed. Specifically, the regenerative pipeline flow rate is decreased and the control valve pipeline flow rate is increased. When the SOC exceeds the reference value, the regenerative pipeline flow rate is reduced, so that overcharging of the
なお、ステップ（Ｓ３）とステップ（Ｓ４）からは、ステップ（Ｓ１）に戻り、各ステップが繰り返される。 In addition, from step (S3) and step (S4), it returns to step (S1) and each step is repeated.
次に、本実施の形態におけるコントローラ９の制御について図を用いて説明する。図５は本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態を構成するコントローラのブロック図、図６Ａは本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態におけるコントローラ内の特性選択回路を説明する他のメータリング特性図、図６Ｂは本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態におけるコントローラ内の特性選択回路を説明する更に他のメータリング特性図である。図５乃至図６Ｂにおいて、図１乃至図４に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
Next, control of the
図５に示すコントローラ９は、特性選択演算部１００と、第１流量演算部１０２及び第２流量演算部１０１（流量演算手段）と、モータ指令値演算部１０３と、電磁比例弁出力値演算部１０４とを備えている。
The
特性選択演算部１００は、図５に示すように、電圧検出センサ１７で検出される蓄電装置１５であるキャパシタの電圧値からＳＯＣを検出し、その検出したＳＯＣと予め設定された設定値とを比較した結果により、メータリング特性を選択して出力するものである。
As shown in FIG. 5, the characteristic
図６Ａは、予め設定された設定値よりＳＯＣが低い場合、すなわち蓄電装置１５の充電量が低い場合に選択されるメータリング特性を示している。このメータリング特性は、操作性が必要となる微操作域ではなるべく制御弁に流量を流すことで操作性を確保し、操作性がそれほど必要ではないフル回生域では回生側に多く流量を流し、回生制御を行うことを表している。
FIG. 6A shows metering characteristics that are selected when the SOC is lower than a preset set value, that is, when the charge amount of the
図６Ｂは、ＳＯＣの値に応じて、図６Ａで示した回生管路流量と制御弁管路流量との配分が変更されたメータリング特性が選択されることを示している。具体的には、ＳＯＣの値が上昇するに従い、制御弁管路流量を増加させて回生管路流量を減少させるように、予め決められた配分パターンのメータリング特性が選択されることを示している。すわなち、ＳＯＣの値が低い状態では配分パターンａが選択され、ＳＯＣの値が増加するにつれて配分パターンはｂ、ｃ、ｄと切り替わって選択されることを示している。このように、ＳＯＣの値が増加するにつれて制御弁管路流量を増加させて回生管路流量を減少させるので、ブームシリンダ３ａの戻り流量を変えずに回生量を抑えることが可能になる。
FIG. 6B shows that the metering characteristic in which the distribution of the regenerative pipe flow rate and the control valve pipe flow rate shown in FIG. 6A is changed is selected according to the SOC value. Specifically, as the SOC value increases, the metering characteristic of a predetermined distribution pattern is selected to increase the control valve line flow rate and decrease the regenerative line flow rate. Yes. In other words, the distribution pattern a is selected when the SOC value is low, and the distribution pattern is switched to b, c, and d as the SOC value increases. As described above, as the SOC value increases, the control valve pipe flow rate is increased and the regenerative pipe flow rate is decreased. Therefore, the regenerative amount can be suppressed without changing the return flow rate of the
図５に戻り、第１流量演算部１０２は、特性選択演算部１００から出力されたメータリング線図とブーム下げ操作時における操作装置４の操作量に基づいて制御弁管路３４側に流れる戻り油の流量Ｑ１を演算する部分であり、第２流量演算部１０１は、特性選択演算部１００から出力されたメータリング線図とブーム下げ操作時における操作装置４の操作量に基づいて回生管路３３側を流れる戻り油の流量Ｑ２を演算する部分である。
Returning to FIG. 5, the first flow
第１流量演算部１０２及び第２流量演算部１０１には圧力センサ１６の検出値が入力されており、第１流量演算部１０２及び第２流量演算部１０１は当該検出値に基づいて操作装置４の操作量を算出する。圧力センサ１６の検出値に基づいて操作装置４の操作量を算出したら、当該算出した操作量に対応する流量Ｑ１，Ｑ２を特性選択演算部１００から出力されたメータリング線図に基づいて算出し、各回路３３，３４の目標流量として設定する。第１流量演算部１０２は算出した制御弁管路流量Ｑ１を電磁比例弁出力値演算部１０４に出力し、第２流量演算部１０１は算出した回生管路流量Ｑ２をモータ指令値演算部１０３に出力する。
Detection values of the
モータ指令値演算部１０３は、第２流量演算部１０１で演算された回生管路流量Ｑ２を回生管路３３の油圧モータ１１で吸い込むために必要な油圧モータ１１の回転数を演算し、油圧モータ１１を当該演算した回転数で回転させるための回転数指令値をインバータ１３に出力する部分である。モータ指令値演算部１０３で演算された回転数指令値を入力したインバータ１３は当該回転数指令値に基づいて油圧モータ１１及び発電機１２を回転させ、これにより回生管路３３には第２流量演算部１０１で演算された流量の戻り油が流れる。
The motor command
電磁比例弁出力値演算部１０４は、第１流量演算部１０２で演算された制御弁管路流量Ｑ１を制御弁管路３４の制御弁２に通過させるために必要な電磁比例弁８の出力値（すなわち、電磁比例弁８から制御弁２のパイロット受圧部２ｂに出力される油圧信号の圧力（パイロット圧））を演算し、当該演算した出力値を電磁比例弁８から出力させるための指令値を電磁比例弁８に出力する部分である。電磁比例弁出力値演算部１０４で演算された出力値を入力した電磁比例弁８は当該出力値に基づいて操作信号を制御弁２に出力し、これにより制御弁管路３４には第１流量演算部１０２で演算された流量の戻り油が流れる。
The electromagnetic proportional valve output
次に、本実施の形態におけるブーム下げ操作がなされたときの各部動作について説明する。
ブーム１ａの下げ操作が行われると、操作装置４のパイロット弁５のパイロット圧Ｐｂが、圧力センサ１６により検出され、コントローラ９に入力されている。このパイロット圧Ｐｂは、操作装置４のレバー操作量として第１流量演算部１０２及び第２流量演算部１０１に入力される。
Next, each part operation | movement when boom lowering operation in this Embodiment is made is demonstrated.
When the lowering operation of the boom 1 a is performed, the pilot pressure Pb of the pilot valve 5 of the
一方、ＳＯＣ信号は、蓄電装置１５であるキャパシタの電圧値が電圧検出センサ１７で常時検出され、コントローラ９に入力されている。このＳＯＣ信号は、特性選択演算部１００に入力されている。特性選択演算部１００では、ＳＯＣが低い場合、すなわち蓄電装置１５の充電量が低い場合に、なるべく回生側に流量を流し、制御弁側の流量を抑えるようなメータリング特性が選択され、第１流量演算部１０２及び第２流量演算部１０１に出力されている。
On the other hand, as for the SOC signal, the voltage value of the capacitor which is the
ここで、検出しているＳＯＣ信号が増加した場合には、特性選択演算部１００において、回生管路流量を抑え、制御弁管路流量を増加させるようなメータリング特性が選択されることになる。このことにより、第１流量演算部１０２及び第２流量演算部１０１に出力されるメータリング特性が変更される。
Here, when the detected SOC signal increases, the characteristic
第１流量演算部１０２及び第２流量演算部１０１では、操作装置４のレバー操作量に応じた制御弁管路流量Ｑ１と回生管路流量Ｑ２とが出力され、電磁比例弁出力値演算部１０４、モータ指令値演算部１０３で、電磁比例弁８及びインバータ１３への制御指令が演算され出力される。
In the first flow
上述した本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態によれば、蓄電装置１５の容量を増加させることなく、蓄電装置１５の過充電を防止することができる。この結果、生産性の向上が図れる。
According to the embodiment of the power regeneration device for a work machine of the present invention described above, overcharging of the
また、上述した本発明の作業機械の動力回生装置の一実施の形態によれば、操作装置４の操作量、ＳＯＣの状態に応じて回生管路流量を抑えるため、蓄電装置１５の過充電を防ぐことが可能となると共に、蓄電装置１５の容量を小さくすることができる。また、制御弁管路流量も変更できるので、オペレータが望むブーム下げ速度も確保することができる。
In addition, according to the embodiment of the power regeneration device for a work machine of the present invention described above, the
次に、本発明の作業機械の動力回生装置の他の実施の形態について図７を用いて説明する。図７は本発明の作業機械の動力回生装置の他の実施の形態を構成するコントローラのブロック図である。なお、図７において、図１乃至図６Ｂに示す符号と同符号のものは同一部分又は相当する部分であるので、その部分の説明を省略する。
上述した一実施の形態においては、コントローラ９の特性選択演算部１００が、ＳＯＣ信号に応じて選択したメータリング特性を出力し、このメータリング特性を基に第１流量演算部１０２及び第２流量演算部１０１が制御弁管路流量Ｑ１と回生管路流量Ｑ２とを算出し、これら流量を実現させるためにコントローラ９から電磁比例弁８やインバータ１３へ制御指令を出力している。このため、ブーム下げの動作中に、例えばＳＯＣの値が変化すると、選択されていたメータリング特性が変化し、操作性の急変を招く可能性がある。本実施の形態においては、ＳＯＣの値が変化しても、操作性を急変させない作業機械の動力回生装置を提供する。
Next, another embodiment of the power regeneration device for a work machine according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a block diagram of a controller constituting another embodiment of the power regeneration device for a work machine according to the present invention. In FIG. 7, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 6B are the same or corresponding parts, and the description of those parts is omitted.
In the above-described embodiment, the characteristic
図７に示すコントローラ９は、補正信号演算部１２０と、第１流量演算部１１２及び第２流量演算部１１１（流量演算手段）と、乗算器１１３と、減算器１１４と、加算器１１５と、モータ指令値演算部１０３と、電磁比例弁出力値演算部１０４とを備えている。
7 includes a correction
第１流量演算部１１２は、図３に示すメータリング線図の制御弁管路流量特性が予め設定されていて、ブーム下げ操作時における操作装置４の操作量を入力して、制御弁管路３４側に流れる戻り油の流量Ｑ１’を演算し、加算器１１５へ出力する。第２流量演算部１１１は、図３に示すメータリング線図の回生管路流量特性が予め設定されていて、ブーム下げ操作時における操作装置４の操作量に基づく回生管路３３側に流れる戻り油の流量Ｑ２’を演算し、乗算器１１３と減算器１１４へ出力する。
The first flow
補正信号演算部１２０は、図７に示すように、電圧検出センサ１７で検出される蓄電装置１５であるキャパシタの電圧値からＳＯＣを検出し、その検出したＳＯＣに応じて予め設定された補正信号を演算し、乗算器１１３へ出力する。この補正信号により第２流量演算部１１１の流量出力Ｑ２’が補正される。補正信号演算部１２０の出力の最大値は１であり、ＳＯＣが低い状態では、１の信号を出力し続け、乗算器１１３で第２流量演算部１１１の流量値Ｑ２’に乗算される。つまりＳＯＣが低い状態では、第２流量演算部１１１の出力信号Ｑ２’は、そのまま、モータ指令値演算部１０３の入力値Ｑ２となる。
As shown in FIG. 7, correction
一方、ＳＯＣ信号が増加して所定の値以上になると、補正信号演算部１２０の出力は０を下限値として、１より小さい値を出力する。これにより、第２流量演算部１１１の出力信号Ｑ２’は乗算器１１３の出力において、無段階に減少補正されるので、回生流量を抑えることができる。
On the other hand, when the SOC signal increases to a predetermined value or more, the output of the correction
減算器１１４と加算器１１５とは、回生流量を減少させた分、制御弁流量を増やす演算を行うものである。減算器１１４は、乗算器１１３の出力と第２流量演算部１１１の出力とを入力し、出力信号を加算器１１５へ入力している。減算器１１４は、第２流量演算部１１１の補正前と補正後の流量差を演算するものであり、加算器１１５は、減算器１１４で演算された流量差を第１流量演算部１１２の出力に加算し、制御弁側流量を増やす演算を行う。これにより、第２流量演算部１１１と第１流量演算部１１２の出力の合計は変わらないため、所望するブームシリンダ３ａのボトム流量を確保することができる。
The
加算器１１５は算出した制御弁管路流量Ｑ１を電磁比例弁出力値演算部１０４に出力し、乗算器１１３は算出した回生管路流量Ｑ２をモータ指令値演算部１０３に出力する。
The
次に、本実施の形態におけるブーム下げ操作がなされたときの各部動作について説明する。
ブーム１ａの下げ操作が行われると、操作装置４のパイロット弁５のパイロット圧Ｐｂが、圧力センサ１６により検出され、コントローラ９に入力されている。このパイロット圧Ｐｂは、操作装置４のレバー操作量として第１流量演算部１１２及び第２流量演算部１１１に入力され、レバー操作量に応じた流量信号が第１流量演算部１１２及び第２流量演算部１１１から出力される。
Next, each part operation | movement when boom lowering operation in this Embodiment is made is demonstrated.
When the lowering operation of the boom 1 a is performed, the pilot pressure Pb of the pilot valve 5 of the
一方、ＳＯＣ信号は、補正信号演算部１２０に入力され、ＳＯＣの状態により補正信号演算部１２０から回生側流量である第２流量演算部１１１の流量値Ｑ２’を補正する信号が出力されている。補正信号演算部１２０の出力信号は、ＳＯＣの状態に応じて連続的に変化するため、第２流量演算部１１１の出力補正値Ｑ２も連続的に変化する。
On the other hand, the SOC signal is input to the correction
減算器１１４及び加算器１１５では、回生側流量の減少分が制御弁側流量に加算される。これにより、第２流量演算部１１１と第１流量演算部１１２の出力の合計は変化しないため、所望するブームシリンダ３ａのボトム流量を確保することができる。
In the subtractor 114 and the
第２流量演算部１１１と第１流量演算部１１２の出力値は、上述したように補正され、制御弁管路流量Ｑ１と回生管路流量Ｑ２とが生成される。それぞれの目標流量が入力される電磁比例弁出力値演算部１０４、モータ指令値演算部１０３で、電磁比例弁８及びインバータ１３への制御指令が演算され出力される。
The output values of the second flow
上述した本発明の作業機械の動力回生装置の他の実施の形態によれば、蓄電装置１５の容量を増加させることなく、蓄電装置１５の過充電を防止することができる。この結果、生産性の向上が図れる。
According to the other embodiment of the power regeneration device for a working machine of the present invention described above, overcharging of the
また、上述した本発明の作業機械の動力回生装置の他の実施の形態によれば、ＳＯＣの状態に応じて回生側流量を連続的に変化させることが可能であるため、操作性の急変を防ぎ、オペレータの望む良好な動作を確保することができる。 Further, according to another embodiment of the power regeneration device for a work machine of the present invention described above, since the regeneration-side flow rate can be continuously changed according to the state of the SOC, a sudden change in operability is caused. It is possible to prevent and ensure a good operation desired by the operator.
次に、本発明の作業機械の動力回生装置の更に他の実施の形態について図８を用いて説明する。図８は本発明の作業機械の動力回生装置の更に他の実施の形態におけるコントローラの処理内容を示すフローチャート図である。なお、図８において、図１乃至図７に示す符号と同符号のものは同一部分又は相当する部分であるので、その部分の説明を省略する。
まず、スタートの状態としては、例えば、オペレータが図示しない油圧ショベルのキーをＯＮにした状態とする。
Next, still another embodiment of the power regeneration device for a work machine according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart showing the processing contents of the controller in still another embodiment of the power regeneration device for a work machine according to the present invention. In FIG. 8, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 7 are the same or corresponding parts, and the description thereof is omitted.
First, as a start state, for example, the operator turns on a key of a hydraulic excavator (not shown).
ステップ（Ｓ１０１）では、ブーム下げレバー操作の有無を判断する。具体的には、圧力センサ１６から入力されるパイロット圧Ｐｂの信号の有無で判断する。ブーム下げレバー操作なしと判断されれば、ステップ（Ｓ１０２）へ進み、ＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ１０５）へ進む。
In step (S101), it is determined whether or not the boom lowering lever is operated. Specifically, the determination is made based on the presence or absence of a signal of the pilot pressure Pb input from the
ステップ（Ｓ１０２）では、ＳＯＣの値が設定されている値を超えているかどうかを判断する。具体的には、電圧検出器１７から入力されるキャパシタ２４の電圧値と予め設定された値との大小で判断する。ＳＯＣの値が設定されている値を超えていない場合にはＮＯと判断されてステップ（Ｓ１０３）へ進み、同様に超えている場合にはＹＥＳと判断されてステップ（Ｓ１０４）へ進む。
In step (S102), it is determined whether or not the SOC value exceeds a set value. Specifically, the determination is made based on the magnitude of the voltage value of the capacitor 24 input from the
ステップ（Ｓ１０３）では、予め定められた回生管路流量と制御弁管路流量との設定を変えずに配分パターンが保持される。この配分パターンは、例えば、図６Ｂの配分パターンａの場合であり、回生側流量をなるべく増加させることを示している。 In step (S103), the distribution pattern is maintained without changing the settings of the predetermined regenerative pipe flow rate and the control valve pipe flow rate. This distribution pattern is, for example, the case of the distribution pattern a in FIG. 6B and indicates that the regeneration side flow rate is increased as much as possible.
ステップ（Ｓ１０４）では、予め定められた回生管路流量と制御弁管路流量との配分が変更される。具体的には、回生管路流量を減少させ、制御弁管路流量を増加させるように設定し、配分パターンを保持する。この配分パターンは、例えば、図６Ｂの配分パターンｂ，ｃ，ｄの場合であり、ＳＯＣが基準値を上回った場合、回生管路流量を減らすので、回生電力による蓄電装置１５の過充電を防ぐことができる。
In step (S104), the distribution between the predetermined regenerative pipe flow rate and the control valve pipe flow rate is changed. Specifically, it is set to decrease the regenerative pipeline flow rate and increase the control valve pipeline flow rate, and retain the distribution pattern. This distribution pattern is, for example, the case of the distribution patterns b, c, and d in FIG. 6B. When the SOC exceeds the reference value, the regenerative line flow rate is reduced, so that overcharging of the
ステップ（Ｓ１０５）では、ステップ（Ｓ１０１）でブーム下げレバー操作があった場合であり、この場合、ステップ（Ｓ１０３）またはステップ（Ｓ１０４）で設定された配分パターンを保持する。 In step (S105), the boom lowering lever is operated in step (S101). In this case, the distribution pattern set in step (S103) or step (S104) is held.
なお、ステップ（Ｓ１０３）とステップ（Ｓ１０４）からは、ステップ（Ｓ１０１）に戻り、各ステップが繰り返される。 In addition, from step (S103) and step (S104), it returns to step (S101) and each step is repeated.
上述した本発明の作業機械の動力回生装置の更に他の実施の形態によれば、蓄電装置１５の容量を増加させることなく、蓄電装置１５の過充電を防止することができる。
According to still another embodiment of the power regeneration device for a work machine of the present invention described above, overcharging of the
また、上述した本発明の作業機械の動力回生装置の更に他の実施の形態によれば、レバー操作信号が入力されている間、すなわちブーム下げ動作中には流量の配分を変えないため、操作性の急変を防ぎ、オペレータの望む良好な動作を確保することができる。 According to still another embodiment of the power regeneration device for a work machine of the present invention described above, the flow rate distribution is not changed while the lever operation signal is input, that is, during the boom lowering operation. Therefore, it is possible to prevent a sudden change in characteristics and to secure a good operation desired by the operator.
なお、上述した本発明の実施の形態においては、コントローラ９において４つの配分パターンを有する特性選択演算部１００を例に説明したが、これに限るものではない。配分パターンをさらに増加させることも可能である。
In the above-described embodiment of the present invention, the characteristic
１ 油圧ショベル
１ａ ブーム
２ 制御弁
２ａ パイロット受圧部
２ｂ パイロット受圧部
３ａ ブームシリンダ
４ 操作装置
５Ａ コントロールバルブ
６ 油圧ポンプ
６Ａ タンク
７ パイロット油ポンプ
８ 比例電磁弁
９ コントローラ
１０ パイロットチェック弁
１１ 油圧モータ
１２ 発電機
１３ インバータ
１４ チョッパ
１５ 蓄電装置（キャパシタ）
１６ 圧力センサ
１７ 電圧検出器
２０ａ パイロット油路
２０ｂ パイロット油路
２０ｃ パイロット油路
３０ 油路
３１ 油路
３２ 分岐部
３３ 回生管路
３４ 流量調整回路
５０ エンジン
１００ 特性選択演算部
１０１ 第２流量演算部
１０２ 第１流量演算部
１０３ モータ指令値演算部
１０４ 電磁比例弁出力値演算部
１１１ 第２流量演算部
１１２ 第１流量演算部
１２０ 補正信号演算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydraulic
16
上記の目的を達成するために、第１の発明は、エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの圧油を油圧シリンダに切換え供給する制御弁と、前記制御弁を制御する操作装置とを備える作業機械の動力回生装置において、前記油圧シリンダのボトム側油圧室に接続され当該油圧シリンダの縮小時にタンクに戻る戻り油が流通する油路と、前記油路に設けられ当該油路を複数の油路に分流する分岐部と、前記分岐部に接続され、発電機が接続された油圧モータを介して戻り油をタンクに導く回生管路と、前記分岐部に接続され、前記制御弁を介して戻り油をタンクに導く制御弁管路と、前記操作装置の操作量を検出する操作量検出手段と、前記発電機によって発電された電力を蓄える蓄電装置と、前記蓄電装置の充電量を検出する充電量検出手段と、前記充電量検出手段からの充電量信号に応じて、前記回生管路側を流れる戻り油の流量及び前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量をそれぞれ演算する流量演算手段と、前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記制御弁管路の流量を制御する第１流量制御手段と、前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記回生管路の流量を制御する第２流量制御手段とを備えるものとする。 In order to achieve the above object, a first invention includes an engine, a hydraulic pump driven by the engine, a control valve for supplying pressure oil from the hydraulic pump to a hydraulic cylinder, and the control valve. in the power regenerating device for a working machine and an operating device for controlling to, an oil passage connected to said bottom side hydraulic chamber of the hydraulic cylinder back to the tank to shrink when the hydraulic cylinder return oil flows, provided in the oil passage A branch part that divides the oil path into a plurality of oil paths, a regenerative pipe that is connected to the branch part and leads the return oil to the tank via a hydraulic motor connected to a generator, and connected to the branch part A control valve line for guiding return oil to the tank via the control valve, an operation amount detection means for detecting an operation amount of the operation device, a power storage device for storing electric power generated by the generator, Electricity storage Charge amount detection means for detecting the charge amount of the device, and according to the charge amount signal from the charge amount detection means, the flow rate of the return oil flowing through the regenerative pipeline side and the flow rate of the return oil flowing through the control valve pipeline side A flow rate calculating means for calculating the flow rate, a first flow rate control means for controlling the flow rate of the control valve line based on the calculation result of the flow rate calculation means, and a regenerative pipe line based on the calculation result of the flow rate calculation means. A second flow rate control means for controlling the flow rate is provided.
また、第２の発明は、エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの圧油を油圧シリンダに切換え供給する制御弁と、前記制御弁を制御する操作装置とを備える作業機械の動力回生装置において、前記油圧シリンダのボトム側油圧室に接続され当該油圧シリンダの縮小時にタンクに戻る戻り油が流通する油路と、前記油路に設けられ当該油路を複数の油路に分流する分岐部と、前記分岐部に接続され、発電機が接続された油圧モータを介して戻り油をタンクに導く回生管路と、前記分岐部に接続され、前記制御弁を介して戻り油をタンクに導く制御弁管路と、前記操作装置の操作量を検出する操作量検出手段と、前記発電機によって発電された電力を蓄える蓄電装置と、前記蓄電装置の充電量を検出する充電量検出手段と、前記油圧シリンダが縮小される場合における前記操作装置の操作量に対する前記油圧シリンダからのメータアウト流量の複数の特性が記憶されると共に、前記充電量検出手段からの充電量信号が入力され、前記充電量信号に応じて前記記憶されたメータアウト流量の複数の特性のいずれか１つを出力する特性選択手段と、前記特性選択手段により出力された操作量とメータアウト流量との関係及び前記操作量検出手段で検出される前記操作量に基づいて、前記回生管路側を流れる戻り油の流量及び前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量をそれぞれ演算する流量演算手段と、前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記制御弁管路の流量を制御する第１流量制御手段と、前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記回生管路の流量を制御する第２流量制御手段とを備えるものとする。 Further, the second invention includes an engine, a hydraulic pump driven by the engine, a control valve for switching and supplying the hydraulic oil from the hydraulic pump to a hydraulic cylinder, and an operation device for controlling the control valve. in the power regeneration apparatus for a working machine, wherein an oil passage for returning oil flows that are connected to the bottom side hydraulic chamber of the hydraulic cylinder back to the tank to shrink when the hydraulic cylinder, the oil passage a plurality of provided in the oil passage A branch portion for branching into an oil passage, a regenerative conduit for guiding return oil to a tank via a hydraulic motor connected to the branch portion and connected to a generator, and connected to the branch portion via the control valve A control valve line that guides the return oil to the tank, an operation amount detection means that detects an operation amount of the operation device, a power storage device that stores electric power generated by the generator, and a charge amount of the power storage device Do A coulometric detector, wherein the hydraulic cylinder is meter-out more characteristics of flow rate storage from the hydraulic cylinder with respect to the operation amount of the operating device when the shrink, the charge amount signal from the charge amount detection means And a characteristic selection means for outputting any one of a plurality of characteristics of the stored meter-out flow rate in response to the charge amount signal, an operation amount and a meter-out flow rate output by the characteristic selection means, Flow rate calculating means for calculating the flow rate of the return oil flowing through the regenerative pipeline side and the flow rate of the return oil flowing through the control valve pipeline side based on the relationship and the operation amount detected by the operation amount detection unit, a first flow control means for controlling the flow rate of the control valve conduit according to the result of the flow rate calculating means, the regenerative pipe according to the result of the flow rate calculating means Shall and a second flow rate control means for controlling the flow rate.
また、第４の発明は、第１の発明において、前記流量演算手段は、前記油圧シリンダが縮小される場合における前記操作装置の操作量に対する前記油圧シリンダからのメータアウト流量の特性が記憶されると共に、前記操作量検出手段からの操作量信号が入力され、前記操作量信号に応じて前記記憶されたメータアウト流量の特性から、前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量を演算する第１流量演算手段と、前記油圧シリンダが縮小される場合における前記操作装置の操作量に対する前記油圧シリンダからのメータアウト流量の特性が記憶されると共に、前記操作量検出手段からの操作量信号が入力され、前記操作量信号に応じて前記記憶されたメータアウト流量の特性から、前記回生管路側を流れる戻り油の流量を演算する第２流量演算手段と、前記充電量検出手段からの充電量信号が入力され、前記充電量信号に応じて補正特性を演算する補正信号演算手段とを備え、前記補正信号演算手段からの補正信号により、前記第１流量演算手段の出力信号と前記第２流量演算手段の出力信号とが補正されることを特徴とする。 The fourth invention is the first invention, the flow rate calculating means, the meter-out flow characteristics from the hydraulic cylinder with respect to the operation amount of the operating device when the hydraulic cylinder is shrink is stored In addition, an operation amount signal from the operation amount detection means is input, and a flow rate of the return oil flowing through the control valve line is calculated from the stored meter-out flow rate characteristics according to the operation amount signal. a first flow rate calculating means, together with the meter-out flow characteristics from the hydraulic cylinder with respect to the operation amount of the operating device when the hydraulic cylinder is shrink is stored, the operation amount signal from the operation amount detecting means is inputted, the characteristics of the meter-out flow rate, which is the storage in response to the operation amount signal, a second flow rate calculating for calculating the flow rate of the return oil flowing through the regeneration pipe roadside And a correction signal calculation means for inputting a charge amount signal from the charge amount detection means and calculating a correction characteristic in accordance with the charge amount signal, and the correction signal from the correction signal calculation means causes the first The output signal of the first flow rate calculation means and the output signal of the second flow rate calculation means are corrected.
図２に示す実施の形態においては、ブーム１ａを操作するブームシリンダ３ａに関する制御システムのみを示している。この制御システムは、制御弁２と、操作装置４と、電磁比例弁８と、パイロットチェック弁１０と、インバータ１３と、チョッパ１４と、蓄電装置１５と、圧力センサ１６と、電圧検出器１７とを備えており、制御装置としてコントローラ９を備えている。
In the embodiment shown in FIG. 2, only the control system related to the
油圧源装置としては、油圧ポンプ６とパイロット圧油を供給するパイロット油ポンプ７とタンク６Ａとを備えている。油圧ポンプ６とパイロット油ポンプ７とは同一の駆動軸で連結され、この駆動軸と直列に接続されたエンジン５０によって駆動される。
The hydraulic source device, and a pilot oil pump 7 and the tank 6A for supplying hydraulic pump 6 and pilot pressure oil. The hydraulic pump 6 and the pilot oil pump 7 are coupled by the same drive shaft, and are driven by an
油圧ポンプ６からの圧油をブームシリンダ３ａへ供給する油路３０には、油路内の圧油の方向と流量を制御する制御弁２が設けられている。制御弁２は、そのパイロット受圧部２ａ、２ｂへのパイロット圧油の供給により、スプール位置を切り換えて、油圧ポンプ６からの圧油を油圧アクチュエータ３ａに供給して、ブーム１ａを駆動している。
The
油路３１は、ブームシリンダ３ａの縮小時にタンク６Ａに戻る油（戻り油）が流通する油路であり、ブームシリンダ３ａのボトム側油圧室に接続されている。油路３１には当該油路３１を複数の油路に分流する分岐部３２が設けられている。分岐部３２には、回生管路３３と、制御弁管路３４とが接続されている。
The
ステップ（Ｓ２）では、ＳＯＣの値が設定されている値を超えているかどうかを判断する。具体的には、電圧検出器１７から入力される蓄電装置１５の電圧値と予め設定された値との大小で判断する。ＳＯＣの値が設定されている値を超えていない場合にはＮＯと判断されてステップ（Ｓ３）へ進み、同様に超えている場合にはＹＥＳと判断されてステップ（Ｓ４）へ進む。
In step (S2), it is determined whether or not the SOC value exceeds a set value. Specifically, the determination is based on the magnitude of the voltage value of
ステップ（Ｓ１０２）では、ＳＯＣの値が設定されている値を超えているかどうかを判断する。具体的には、電圧検出器１７から入力される蓄電装置１５の電圧値と予め設定された値との大小で判断する。ＳＯＣの値が設定されている値を超えていない場合にはＮＯと判断されてステップ（Ｓ１０３）へ進み、同様に超えている場合にはＹＥＳと判断されてステップ（Ｓ１０４）へ進む。
In step (S102), it is determined whether or not the SOC value exceeds a set value. Specifically, the determination is based on the magnitude of the voltage value of
１ 油圧ショベル
１ａ ブーム
２ 制御弁
２ａ パイロット受圧部
２ｂ パイロット受圧部
３ａ ブームシリンダ
４ 操作装置
５Ａ コントロールバルブ
６ 油圧ポンプ
６Ａ タンク
７ パイロット油ポンプ
８ 電磁比例弁
９ コントローラ
１０ パイロットチェック弁
１１ 油圧モータ
１２ 発電機
１３ インバータ
１４ チョッパ
１５ 蓄電装置（キャパシタ）
１６ 圧力センサ
１７ 電圧検出器
２０ａ パイロット油路
２０ｂ パイロット油路
２０ｃ パイロット油路
３０ 油路
３１ 油路
３２ 分岐部
３３ 回生管路
３４ 制御弁管路
５０ エンジン
１００ 特性選択演算部
１０１ 第２流量演算部
１０２ 第１流量演算部
１０３ モータ指令値演算部
１０４ 電磁比例弁出力値演算部
１１１ 第２流量演算部
１１２ 第１流量演算部
１２０ 補正信号演算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydraulic
16
Claims (5)
前記油圧シリンダのボトム側油圧室に接続され当該油圧シリンダの縮短時にタンクに戻る戻り油が流通する油路と、
前記油路に設けられ当該油路を複数の油路に分流する分岐部と、
前記分岐部に接続され、発電機が接続された油圧モータを介して戻り油をタンクに導く回生管路と、
前記分岐部に接続され、前記制御弁を介して戻り油をタンクに導く制御弁管路と、
前記操作装置の操作量を検出する操作量検出手段と、
前記発電機によって発電された電力を蓄える蓄電装置と、
前記蓄電装置の充電量を検出する充電量検出手段と、
前記充電量検出手段からの充電量信号に応じて、前記回生管路側を流れる戻り油の流量及び前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量をそれぞれ演算する流量演算手段と、
前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記回生管路の流量を制御する第１流量制御手段と、
前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記制御弁管路の流量を制御する第２流量制御手段とを備える
ことを特徴とする作業機械の動力回生装置。 In a power regeneration device for a work machine, comprising: an engine; a hydraulic pump driven by the engine; a control valve that switches and supplies pressure oil from the hydraulic pump to a hydraulic cylinder; and an operating device that controls the control valve.
An oil passage connected to the bottom hydraulic chamber of the hydraulic cylinder and through which return oil flows back to the tank when the hydraulic cylinder is contracted;
A branch portion provided in the oil passage and diverting the oil passage into a plurality of oil passages;
A regenerative conduit for connecting the return oil to the tank via a hydraulic motor connected to the branch and connected to a generator;
A control valve line that is connected to the branch and guides return oil to the tank via the control valve;
An operation amount detecting means for detecting an operation amount of the operation device;
A power storage device for storing electric power generated by the generator;
Charge amount detection means for detecting a charge amount of the power storage device;
According to the charge amount signal from the charge amount detection means, flow rate calculation means for calculating the flow rate of the return oil flowing through the regenerative pipeline side and the flow rate of the return oil flowing through the control valve pipeline side, and
First flow rate control means for controlling the flow rate of the regenerative pipe based on the calculation result of the flow rate calculation means;
A power regeneration device for a work machine, comprising: a second flow rate control unit that controls a flow rate of the control valve line based on a calculation result of the flow rate calculation unit.
前記油圧シリンダのボトム側油圧室に接続され当該油圧シリンダの縮短時にタンクに戻る戻り油が流通する油路と、
前記油路に設けられ当該油路を複数の油路に分流する分岐部と、
前記分岐部に接続され、発電機が接続された油圧モータを介して戻り油をタンクに導く回生管路と、
前記分岐部に接続され、前記制御弁を介して戻り油をタンクに導く制御弁管路と、
前記操作装置の操作量を検出する操作量検出手段と、
前記発電機によって発電された電力を蓄える蓄電装置と、
前記蓄電装置の充電量を検出する充電量検出手段と、
前記油圧シリンダが縮短される場合における前記操作装置の操作量に対する前記油圧シリンダからのメータアウト流量の複数の特性が記憶されると共に、前記充電量検出手段からの充電量信号が入力され、前記充電量信号に応じて前記記憶されたメータアウト流量の複数の特性のいずれか１つを出力する特性選択手段と、
前記特性選択手段により出力された操作量とメータアウト流量との関係及び前記操作量検出手段で検出される前記操作量に基づいて、前記回生管路側を流れる戻り油の流量及び前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量をそれぞれ演算する流量演算手段と、
前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記回生管路の流量を制御する第１流量制御手段と、
前記流量演算手段の演算結果に基づいて前記制御弁管路の流量を制御する第２流量制御手段とを備える
ことを特徴とする作業機械の動力回生装置。 In a power regeneration device for a work machine, comprising: an engine; a hydraulic pump driven by the engine; a control valve that switches and supplies pressure oil from the hydraulic pump to a hydraulic cylinder; and an operating device that controls the control valve.
An oil passage connected to the bottom hydraulic chamber of the hydraulic cylinder and through which return oil flows back to the tank when the hydraulic cylinder is contracted;
A branch portion provided in the oil passage and diverting the oil passage into a plurality of oil passages;
A regenerative conduit for connecting the return oil to the tank via a hydraulic motor connected to the branch and connected to a generator;
A control valve line that is connected to the branch and guides return oil to the tank via the control valve;
An operation amount detecting means for detecting an operation amount of the operation device;
A power storage device for storing electric power generated by the generator;
Charge amount detection means for detecting a charge amount of the power storage device;
A plurality of characteristics of the meter-out flow rate from the hydraulic cylinder with respect to the operation amount of the operating device when the hydraulic cylinder is contracted are stored, and a charge amount signal from the charge amount detection means is input, and the charging A characteristic selection means for outputting any one of a plurality of characteristics of the stored meter-out flow rate in response to a quantity signal;
Based on the relationship between the manipulated variable output by the characteristic selecting means and the meter-out flow rate and the manipulated variable detected by the manipulated variable detecting means, the flow rate of return oil flowing through the regenerative pipeline and the control valve pipeline side Flow rate calculating means for calculating the flow rate of the return oil flowing through
First flow rate control means for controlling the flow rate of the regenerative pipe based on the calculation result of the flow rate calculation means;
A power regeneration device for a work machine, comprising: a second flow rate control unit that controls a flow rate of the control valve line based on a calculation result of the flow rate calculation unit.
前記流量演算手段は、前記操作装置における下げ操作信号が検出されている間は、前記回生管路側を流れる戻り油の流量と前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量との配分特性を固定化させている
ことを特徴とする作業機械の動力回生装置。 The power regeneration device for a work machine according to claim 1 or 2,
The flow rate calculation means fixes a distribution characteristic between the flow rate of the return oil flowing through the regenerative pipeline and the flow rate of the return oil flowing through the control valve pipeline while a lowering operation signal is detected in the operating device. A power regeneration device for a work machine, characterized in that
前記流量演算手段は、前記油圧シリンダが縮短される場合における前記操作装置の操作量に対する前記油圧シリンダからのメータアウト流量の特性が記憶されると共に、前記操作量検出手段からの操作量信号が入力され、前記操作量信号に応じて前記記憶されたメータアウト流量の特性から、前記回生管路側を流れる戻り油の流量を演算する第１流量演算手段と、
前記油圧シリンダが縮短される場合における前記操作装置の操作量に対する前記油圧シリンダからのメータアウト流量の特性が記憶されると共に、前記操作量検出手段からの操作量信号が入力され、前記操作量信号に応じて前記記憶されたメータアウト流量の特性から、前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量を演算する第２流量演算手段と、
前記充電量検出手段からの充電量信号が入力され、前記充電量信号に応じて補正特性を演算する補正信号演算手段とを備え、
前記補正信号演算手段からの補正信号により、前記第１流量演算手段の出力信号と前記第２流量演算手段の出力信号とが補正される
ことを特徴とする作業機械の動力回生装置。 The power regeneration device for a work machine according to claim 1,
The flow rate calculation means stores the characteristic of the meter-out flow rate from the hydraulic cylinder with respect to the operation amount of the operating device when the hydraulic cylinder is contracted, and receives an operation amount signal from the operation amount detection means A first flow rate calculation means for calculating a flow rate of the return oil flowing through the regenerative pipe side from the stored meter-out flow rate characteristics according to the manipulated variable signal;
The characteristics of the meter-out flow rate from the hydraulic cylinder with respect to the operation amount of the operation device when the hydraulic cylinder is contracted are stored, and the operation amount signal from the operation amount detection means is input, and the operation amount signal A second flow rate calculation means for calculating the flow rate of the return oil flowing through the control valve line from the stored meter-out flow rate characteristics,
A charge amount signal from the charge amount detection means is input, and a correction signal calculation means for calculating a correction characteristic according to the charge amount signal,
The power regeneration device for a work machine, wherein the output signal of the first flow rate calculation means and the output signal of the second flow rate calculation means are corrected by the correction signal from the correction signal calculation means.
前記制御弁管路側を流れる戻り油の流量を制御する為に、前記制御弁へのパイロット圧を制御する電磁比例弁を設けた
ことを特徴とする作業機械の動力回生装置。 The power regeneration device for a work machine according to claim 1,
In order to control the flow rate of the return oil flowing through the control valve pipe side, an electromagnetic proportional valve for controlling a pilot pressure to the control valve is provided.
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