JP2013160320A - Energy regeneration device for construction machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、建設機械のエネルギ回生装置に関する。 The present invention relates to an energy regeneration device for a construction machine.
従来から、ブームの上方回動動作を補助するアシストシリンダを備え、ブームの下方回動動作時にアシストシリンダから送出される圧油を蓄積するアキュムレータを備える作業機のエネルギ回生装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。このエネルギ回生装置では、アシストシリンダは、その軸心がブームの上方回動動作時にブームシリンダの軸心に対して後退する位置に配されるように設けられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known an energy recovery device for a working machine that includes an assist cylinder that assists in an upward pivoting operation of the boom and an accumulator that accumulates pressure oil that is delivered from the assist cylinder when the boom is pivoted downward ( For example, see Patent Document 1). In this energy regeneration device, the assist cylinder is provided so that its axis is retracted with respect to the axis of the boom cylinder when the boom is pivoted upward.
しかしながら、上記の特許文献1に記載の構成では、上記のようにアシストシリンダの取り付け位置を工夫することで、アタッチメント重力の推移(アシストシリンダ保持圧特性)をアキュムレータの圧力の推移(アシストシリンダ作動圧特性)にできるだけ一致させるように構成しているが、依然としてこれらの推移には乖離が存在する。このような乖離が存在する場合、位置エネルギの回収効率又はアタッチメントの操作性が悪化することになる。
However, in the configuration described in
そこで、本発明は、位置エネルギの回収効率及びアタッチメントの操作性を高めることができる建設機械のエネルギ回生装置の提供を目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the energy regeneration apparatus of the construction machine which can improve the collection | recovery efficiency of potential energy, and the operativity of an attachment.
上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、主油圧シリンダにより駆動される作業要素を、アシストシリンダによりアシスト駆動する建設機械のエネルギ回生装置であって、
前記アシストシリンダに接続されるアキュムレータ及びタンクと、
前記アシストシリンダと前記アキュムレータ及び前記タンクとの間に設けられるバルブ装置であって、前記アシストシリンダの第1油室側を前記アキュムレータに接続すると共に前記アシストシリンダの第2油室側を前記タンクに接続する第1状態と、前記アシストシリンダの第1油室側及び第2油室側を前記タンクに接続する第2状態と、前記アシストシリンダの第1油室側及び第2油室側を前記アキュムレータに接続する第3状態とを選択的に形成するように切換可能なバルブ装置と、
前記バルブ装置を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記作業要素のストローク位置に応じて、前記バルブ装置の状態を、前記第1状態、前記第2状態及び前記第3状態のうちの2つの状態間で、所定の時間比で切り換えることを特徴とする、エネルギ回生装置が提供される。
In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, there is provided an energy regeneration device for a construction machine that assists a work element driven by a main hydraulic cylinder with an assist cylinder.
An accumulator and a tank connected to the assist cylinder;
A valve device provided between the assist cylinder, the accumulator, and the tank, wherein the first oil chamber side of the assist cylinder is connected to the accumulator and the second oil chamber side of the assist cylinder is connected to the tank. A first state of connection, a second state of connecting the first oil chamber side and the second oil chamber side of the assist cylinder to the tank, and a first oil chamber side and a second oil chamber side of the assist cylinder A valve device switchable to selectively form a third state connected to the accumulator;
A controller for controlling the valve device,
The controller switches the state of the valve device between two states of the first state, the second state, and the third state at a predetermined time ratio according to the stroke position of the working element. An energy regeneration device is provided.
本発明によれば、位置エネルギの回収効率及びアタッチメントの操作性を高めることができる建設機械のエネルギ回生装置が得られる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the energy regeneration apparatus of the construction machine which can improve the collection | recovery efficiency of a positional energy and the operativity of an attachment is obtained.
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る建設機械1の構成例を示す図である。図1において、建設機械1は、クローラ式の下部走行体2の上に、旋回機構を介して、上部旋回体3をX軸周りに旋回自在に搭載している。また、上部旋回体3は、前方中央部に、ブーム4、アーム5及びバケット6、並びに、これらをそれぞれ駆動する油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ7、アームシリンダ8及びバケットシリンダ9から構成される掘削アタッチメントを備える。掘削アタッチメントは、ブレーカや破砕機等のような他のアタッチメントであってもよい。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a
また、上部旋回体3は、ブームシリンダ7に加えて、ブーム4の上下動を補助するようにブーム4を駆動するアシストシリンダ70を備える。アシストシリンダ70は、ブームシリンダ7と同様、一端が上部旋回体3側に回転可能に取り付けられ、他端がブーム4に回転可能に取り付けられる。アシストシリンダ70は、対で2つ設けられてもよいし、3つ以上設けられてもよい。また、アシストシリンダ70は、ブームシリンダ7に平行に設けられてもよいし、ブームシリンダ7に対して角度をなして設けられてもよい。また、アシストシリンダ70は、図1に示すように、ブームシリンダ7よりも前方側に設けられてもよいし、或いは、ブームシリンダ7よりも後方側に設けられてもよい。
In addition to the boom cylinder 7, the upper swing body 3 includes an
図示の例では、アシストシリンダ70は、ヘッド側が上部旋回体3に回転可能に取り付けられ、ロッド側がブーム4に回転可能に取り付けられる。また、図示の例では、アシストシリンダ70は、ブーム4の上げ方向が伸び方向に対応し、ブーム4の下げ方向が縮み方向に対応する関係で配置されている。しかしながら、アシストシリンダ70は、ブーム4の上げ方向が縮み方向に対応し、ブーム4の下げ方向が伸び方向に対応する関係で配置されてもよい。
In the illustrated example, the
図2は、建設機械1に搭載される油圧ポンプ制御装置100の油圧回路図の一例を示す図である。図2においては、アシストシリンダ70に関連した油圧回路部分は省略されている。アシストシリンダ70に関連した油圧回路部分については、図3以降を参照して後述する。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a hydraulic circuit diagram of the hydraulic pump control device 100 mounted on the
油圧ポンプ制御装置100は、エンジン又は電動モータによって駆動される二つの油圧ポンプ10L、10Rから、切換弁11L、12L、13L及び15Lを連通するセンターバイパス管路30L、又は、切換弁11R、12R、13R、14R及び15Rを連通するセンターバイパス管路30Rを経てタンク22まで圧油を循環させる。尚、油圧ポンプ10L、10Rは、可変容量傾斜板ピストンポンプであり、一回転当たりの吐出量(cc/rev)が可変である。油圧ポンプ10L、10Rの吐出圧P1,P2は、圧力センサ28L,28Rにより検出される。圧力センサ28L,28Rの出力信号は、メインコントローラ54に供給される。
The hydraulic pump control device 100 includes a center bypass pipe line 30L that connects the
切換弁11L、12L、13L及び15L、及び、切換弁11R、12R、13R、14R及び15Rは全てオープンセンター型である。即ち、切換弁11L、12L、13L及び15L、及び、切換弁11R、12R、13R、14R及び15Rは、それぞれのブリードオフ通路がセンターバイパス管路30L、30Rに接続されることにより、常態で油圧ポンプ10L、10Rの吐出側をタンク22に連通させる。
The
また、切換弁11Lは、油圧ポンプ10Lが吐出する圧油を走行用油圧モータ42Lで循環させるために圧油の流れを切り換えるスプール弁である。
The switching valve 11L is a spool valve that switches the flow of pressure oil so that the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 10L is circulated by the traveling
切換弁11Rは、走行直進弁であり、下部走行体2を駆動する走行用油圧モータ42L、42Rと、上部旋回体3の何れかの油圧アクチュエータ(例えば、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9又は旋回用油圧モータ44である。)とが同時に操作された場合に、下部走行体2の直進性を高めるために油圧ポンプ10Lから左右の走行用油圧モータ42L、42Rに圧油を循環させるために圧油の流れを切り換えるスプール弁である。
The
また、切換弁12Lは、油圧ポンプ10Lが吐出する圧油を旋回用油圧モータ44で循環させるために圧油の流れを切り換えるスプール弁であり、切換弁12Rは、油圧ポンプ10Rが吐出する圧油を走行用油圧モータ42Rで循環させるために圧油の流れを切り換えるスプール弁である。
The
また、切換弁13L、13Rはそれぞれ、油圧ポンプ10L、10Rが吐出する圧油をブームシリンダ7へ供給し、また、ブームシリンダ7内の圧油をタンク22へ排出するために圧油の流れを切り換えるスプール弁であり、切換弁13Rは、操作装置26のブーム操作レバーが操作された場合に作動するスプール弁(以下、「第一速ブーム切換弁13R」とする。)であり、切換弁13Lは、ブーム操作レバーが所定操作量以上で操作された場合に油圧ポンプ10Lの吐出する圧油を合流させるためのスプール弁(以下、「第二速ブーム切換弁13L」とする。)である。
Further, the
切換弁14Rは、油圧ポンプ10Rが吐出する圧油をバケットシリンダ9へ供給し、また、バケットシリンダ9内の圧油をタンク22へ排出するためのスプール弁である。
The switching valve 14 </ b> R is a spool valve for supplying the pressure oil discharged from the hydraulic pump 10 </ b> R to the bucket cylinder 9 and discharging the pressure oil in the bucket cylinder 9 to the
また、切換弁15L、15Rはそれぞれ、油圧ポンプ10L、10Rが吐出する圧油をアームシリンダ8へ供給し、また、アームシリンダ8内の圧油をタンク22へ排出するために圧油の流れを切り換えるスプール弁であり、切換弁15Lは、操作装置26のアーム操作レバーが操作された場合に作動するスプール弁(以下、「第一速アーム切換弁15L」とする。)であり、切換弁15Rは、アーム操作レバーが所定操作量以上で操作された場合に油圧ポンプ10Rの吐出する圧油を合流させるためのスプール弁(以下、「第二速アーム切換弁15R」とする。)である。
Further, the
操作装置26は、旋回用油圧モータ44、走行用油圧モータ42L、42R、ブーム4、アーム5、及びバケット6を操作するための操作装置であり、各種のレバーやペダル(アーム操作レバー、ブーム操作レバー、バケット操作レバー、旋回操作レバー、走行ペダル(右)、走行ペダル(左))を含んでよい。操作装置26における各種のレバーやペダルの各操作量を表す電気信号は、メインコントローラ54に供給される。ユーザによる各種のレバーやペダルの操作量の検知方法は、パイロット圧を圧力センサで検知する方法であってもよいし、レバー角度を検知する方法であってもよい。
The operation device 26 is an operation device for operating the turning hydraulic motor 44, the traveling
センターバイパス管路30L、30Rは、それぞれ、最も下流にある切換弁15L、15Rとタンク22との間にネガコン絞り20L、20Rを備え、油圧ポンプ10L、10Rが吐出した圧油の流れを制限することにより、ネガコン絞り20L、20Rの上流において、ネガコンシステムのための制御圧(以下、「ネガコン圧」とする。)を発生させる圧油管路である。ネガコン圧は、ネガコン圧センサ27L,27Rにより検出される。ネガコン圧センサ27L,27Rの出力信号は、メインコントローラ54に供給される。
The
図2に示す構成では、ネガコン絞り20L、20Rの上流のネガコン圧、及び吐出圧P1,P2等を圧力センサ27L,27R,28L,28Rで検出し、検出したネガコン圧、吐出圧P1,P2等に基づいてメインコントローラ54により吐出流量の目標値を求め、その吐出流量の目標値となるように電磁比例弁57A,55Aを駆動してスプール弁600L,600Rを変位させて傾転アクチュエータ41L,41Rを制御する。
In the configuration shown in FIG. 2, the negative control pressure upstream of the negative control throttles 20L, 20R, the discharge pressures P1, P2, etc. are detected by the
典型的には、メインコントローラ54は、検出されるネガコン圧が大きいほど油圧ポンプ10L、10Rの吐出量を減少させ、検出されるネガコン圧が小さいほど油圧ポンプ10L、10Rの吐出量を増大させるようにする。
Typically, the
図2に示すように、建設機械1における何れの油圧アクチュエータも利用されていない場合(以下、「待機モード」とする。)、油圧ポンプ10L、10Rが吐出する圧油は、センターバイパス管路30L、30Rを通ってネガコン絞り20L、20Rに至り、ネガコン絞り20L、20Rの上流で発生するネガコン圧を増大させる。
As shown in FIG. 2, when any hydraulic actuator in the
この際、メインコントローラ54は、スプール弁600L、600Rを第一位置に変位させ、傾転アクチュエータ41L、41Rを駆動して、油圧ポンプ10L、10Rの吐出量を減少させ、吐出した圧油がセンターバイパス管路30L、30Rを通過する際の圧力損失(ポンピングロス)を抑制するようにする。
At this time, the
一方、建設機械1における何れかの油圧アクチュエータが利用された場合、油圧ポンプ10L、10Rが吐出する圧油は、その油圧アクチュエータに対応する切換弁を介してその油圧アクチュエータに流れ込み、ネガコン絞り20L、20Rに至る量を減少或いは消滅させ、ネガコン絞り20L、20Rの上流で発生するネガコン圧を低下させる。
On the other hand, when any hydraulic actuator in the
この際、メインコントローラ54は、油圧ポンプ10L、10Rの吐出量を増大させ、各油圧アクチュエータに十分な圧油を循環させ、各アクチュエータの駆動を確かなものとする。
At this time, the
上述のような構成により、油圧ポンプ制御装置100は、待機モードにおいては、油圧ポンプ10L、10Rにおける無駄なエネルギー消費(油圧ポンプ10L、10Rの吐出する圧油がセンターバイパス管路30L、30Rで発生させるポンピングロス)を抑制しながらも、各種油圧アクチュエータを作動させる場合には、油圧ポンプ10L、10Rから必要十分な圧油を各種油圧アクチュエータに供給できるようにする。
With the above-described configuration, the hydraulic pump control device 100 causes wasteful energy consumption in the
図3は、アシストシリンダ70に関連したエネルギ回生装置102の一例の要部構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a main configuration of an example of the
エネルギ回生装置102は、アシストシリンダ70に接続されるアキュムレータ84を備える。油路80は、一端がアシストシリンダ70のヘッド側に接続され、他端がアキュムレータ84に接続される。油路88は、一端がアシストシリンダ70のロッド側に接続され、他端がタンク22に接続される。
The
エネルギ回生装置102は、また、バルブ装置90を備える。バルブ装置90は、第1切換バルブ90Aと、第2切換バルブ90Bとを備える。第1切換バルブ90A及び第2切換バルブ90Bは、図示のように、開度がリニアに制御可能なバルブ(比例弁)であってよい。第1切換バルブ90Aは、出力側のポートがアシストシリンダ70のヘッド側ポートに接続され、入力側の2ポートがそれぞれアキュムレータ84と接続点89とに接続される。第2切換バルブ90Bは、出力側のポートが接続点89を介してアシストシリンダ70のロッド側ポートに接続され、入力側の2ポートがそれぞれアキュムレータ84とタンク22に接続される。
The
圧力センサ85は、アキュムレータ84により生成される油圧(アキュムレータ圧)を検出する。圧力センサ85の出力信号はメインコントローラ54に入力される。変位センサ87は、アシストシリンダ70の変位(ストローク位置)を検出する。変位センサ87の出力信号はメインコントローラ54に入力される。
The
図4は、バルブ装置90の各状態を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating each state of the
図4(A)は、フル状態(第1状態)を実現するときのバルブ装置90の状態(切換位置)を示す。この状態では、アシストシリンダ70のヘッド側ポートは、第1切換バルブ90Aを介してアキュムレータ84に連通し、アシストシリンダ70のロッド側ポートは、第2切換バルブ90Bを介してタンク22に連通する。
FIG. 4A shows the state (switching position) of the
図4(B)は、差動状態(第3状態)を実現するときのバルブ装置90の状態(切換位置)を示す。この状態では、アシストシリンダ70のヘッド側ポートは、第1切換バルブ90Aを介してアキュムレータ84に連通し、アシストシリンダ70のロッド側ポートは、第2切換バルブ90Bを介してアキュムレータ84に連通する。この差動モードでは、アシストシリンダ70の受圧面積(ロッド側受圧面積とヘッド側受圧面積との差)に応じた出力が得られる。尚、本例では、アシストシリンダ70は、伸び方向がブーム4の上げ方向に対応しているので、ヘッド側受圧面積の方がロッド側受圧面積よりも大きいものとする。
FIG. 4B shows the state (switching position) of the
図4(C)は、タンク状態(第2状態)を実現するときのバルブ装置90の状態(切換位置)を示す。この状態では、アシストシリンダ70のヘッド側ポートは、第1切換バルブ90Aを介してタンク22に連通し、アシストシリンダ70のロッド側ポートは、第2切換バルブ90Bを介してタンク22に連通する。
FIG. 4C shows a state (switching position) of the
このようにしてバルブ装置90は、メインコントローラ54による制御下で、3つの各状態に切り換わることができる。従って、メインコントローラ54は、ブーム4のストローク位置に応じて、バルブ装置90の各状態の時間比(デューティ比)を変化させることで、所望のアシスト特性を実現することができる。
In this manner, the
尚、アシストシリンダ70が、ブーム4の上げ方向のときに縮み方向に対応し、ブーム4の下げ方向のときに伸び方向に対応する関係で配置される場合には、バルブ装置90は、アシストシリンダ70のロッド側ポートが、第1切換バルブ90Aを介してアキュムレータ84に連通し、アシストシリンダ70のヘッド側ポートが、第2切換バルブ90Bを介してタンク22に連通するような接続関係によりフル状態(第1状態)を実現すればよい。
When the
図5は、メインコントローラ54により実行される主要処理の一例を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing an example of main processing executed by the
ステップ500では、操作レバー信号(操作装置26のブーム操作レバーの操作量を表す信号)を受け取る。
In
ステップ502では、ブーム4のストローク位置(アタッチメント位置)を受け取る。ブーム4のストローク位置は、変位センサ87からの出力信号に基づいて判断されてよい。
In
ステップ504では、操作レバー信号とブーム4のストローク位置とに基づいて、アシスト目標推力を決定する。アシスト目標推力は、アシストシリンダ70により発生させるべきアシスト推力の目標値である。操作レバー信号(ブーム操作レバーの操作量)とブーム4のストローク位置と、そのときのアシスト目標推力との関係は、予めマップとして保持されてよい。例えば、ブーム操作レバーの操作量が略ゼロであるときは、アシスト目標推力は、ブーム4のストローク位置に応じたブームシリンダ保持推力と略一致するように決定されてよい。これに対して、ブーム操作レバーの操作量が大きくなると、アシスト目標推力は、ブーム4のストローク位置に応じたブームシリンダ保持推力よりも上昇時には大きく、下降時には小さくなるように決定されてもよい。尚、ブーム4のストローク位置に応じたブームシリンダ保持推力の特性は、試験等で取得されてよい。また、ブーム4のストローク位置に応じたブームシリンダ保持推力の特性は、その際のアーム5の位置やバケット6の位置によっても異なりうるので、それぞれに対して予め取得されてよい。
In
ステップ506では、アキュムレータ圧を受け取る。アキュムレータ圧は、例えば、油路80に設けられる圧力センサ85(図3参照)により検出されてよい。
In
ステップ508では、アシスト目標推力が、アキュムレータ圧と差動状態受圧面積との積よりも大きいか否かが判定される。差動状態受圧面積とは、差動状態(図4(B))のときのアシストシリンダ70の受圧面積に対応する。従って、ステップ508では、アシスト目標推力が、現時点のアキュムレータ圧に基づいて差動状態を実現したときに生成されるアシスト推力よりも大きいか否かが判定されることになる。アシスト目標推力が、アキュムレータ圧とアシストシリンダ差動時受圧面積との積よりも大きい場合は、ステップ510に進み、それ以外の場合は、ステップ514に進む。
In
ステップ510では、フル状態(図4(A))と差動状態(図4(B))との間で切り換える際のデューティ比D1を決定する。このデューティ比D1(=フル状態時間:差動状態時間)は、例えば、以下の式で算出されてもよい。
D1=(アシスト目標推力−アキュムレータ圧×差動状態受圧面積):(アキュムレータ圧×フル状態受圧面積−アシスト目標推力)
ここで、フル状態受圧面積とは、フル状態(図4(A))のときのアシストシリンダ70の受圧面積に対応する。尚、例えば、アシストシリンダ70のヘッド受圧面積が2であり、アシストシリンダ70のロッド側受圧面積が1であるとすると、フル状態受圧面積は、2となり、差動状態受圧面積は、1となる。
In
D1 = (Assist target thrust−Accumulator pressure × Differential state pressure receiving area): (Accumulator pressure × Full state pressure receiving area−Assist target thrust)
Here, the full state pressure receiving area corresponds to the pressure receiving area of the
ステップ512では、上記ステップ510で算出したデューティ比D1にて、バルブ装置90をフル状態(図4(A))差動状態(図4(B))との間で切り換える。
In
ステップ514では、差動状態(図4(B))とタンク状態(図4(C))との間で切り換える際のデューティ比D2を決定する。このデューティ比D2(=差動状態時間:タンク状態時間)は、例えば、以下の式で算出されてもよい。
D2=(アシスト目標推力−アキュムレータ圧×タンク状態受圧面積):(アキュムレータ圧×差動状態受圧面積−アシスト目標推力)
ここで、タンク状態受圧面積とは、タンク状態(図4(C))のときのアシストシリンダ70の受圧面積に対応し、ゼロである。
In
D2 = (Assist target thrust−accumulator pressure × tank state pressure receiving area): (accumulator pressure × differential state pressure receiving area−assist target thrust)
Here, the tank state pressure receiving area corresponds to the pressure receiving area of the
ステップ516では、上記ステップ514で算出したデューティ比D2にて、バルブ装置90を差動状態(図4(B))とタンク状態(図4(C))との間で切り換える。
In
図6は、メインコントローラ54により実行される主要処理の他の一例を示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing another example of main processing executed by the
図6に示すステップ600からステップ606までの処理は、図5に示したステップ500からステップ506までの処理と同様である。
The processing from
ステップ608では、フル状態(図4(A))とタンク状態(図4(C))との間で切り換える際のデューティ比Dを決定する。このデューティ比D(=フル状態時間:タンク状態時間)は、例えば、以下の式で算出されてもよい。
D=(アシスト目標推力−アキュムレータ圧×タンク状態受圧面積):(アキュムレータ圧×フル状態受圧面積−アシスト目標推力)
ステップ610では、上記ステップ608で算出したデューティ比Dにて、バルブ装置90をフル状態(図4(A))とタンク状態(図4(C))との間で切り換える。
In step 608, the duty ratio D for switching between the full state (FIG. 4A) and the tank state (FIG. 4C) is determined. The duty ratio D (= full state time: tank state time) may be calculated by the following equation, for example.
D = (Assist target thrust−accumulator pressure × tank state pressure receiving area): (accumulator pressure × full state pressure receiving area−assist target thrust)
In step 610, the
尚、図5及び図6に示す主要処理は組み合わせることも可能である。例えば、図5に示す処理において、図5のステップ510及び512の処理に代えて、図6のステップ608及び610の処理が実行されてもよい。同様に、図5に示す処理において、図5のステップ514及び516の処理に代えて、図6のステップ608及び610の処理が実行されてもよい。尚、アシストシリンダ70が、ブーム4の上げ方向のときに縮み方向に対応し、ブーム4の下げ方向のときに伸び方向に対応する関係で配置される場合には、図6に示す主要処理を用いることが好ましい。
The main processes shown in FIGS. 5 and 6 can be combined. For example, in the process shown in FIG. 5, the processes in steps 608 and 610 in FIG. 6 may be executed instead of the processes in
図7は、図5及び図6に関連した図であり、アシスト目標推力とシリンダストロークと共に、各デューティ比D1,D2,Dの設定の考え方を示す図である。横軸はシリンダストローク(ブームシリンダ7の長さ)を示し、縦軸は各推力を示す。 FIG. 7 is a diagram related to FIG. 5 and FIG. 6, and shows the concept of setting the duty ratios D1, D2, and D together with the assist target thrust and the cylinder stroke. The horizontal axis indicates the cylinder stroke (the length of the boom cylinder 7), and the vertical axis indicates each thrust.
図7では、アシスト目標推力の特性は、ブームシリンダ保持推力と同じであるとして示されている。但し、上述の如くアシスト目標推力は、ブームシリンダ保持推力と必ずしも同一である必要はない。また、ブームシリンダ保持推力の特性は、簡易的に一定な特性を有する。図7には、その他、フル状態での推力(アキュムレータ圧×フル状態受圧面積)、差動状態での推力(アキュムレータ圧×差動状態受圧面積)、タンク状態での推力(アキュムレータ圧×タンク状態受圧面積)がそれぞれ示されている。 In FIG. 7, the characteristic of the assist target thrust is shown as being the same as the boom cylinder holding thrust. However, as described above, the assist target thrust is not necessarily the same as the boom cylinder holding thrust. In addition, the boom cylinder holding thrust characteristic is simply constant. FIG. 7 also shows the thrust in the full state (accumulator pressure x full state pressure receiving area), the thrust in the differential state (accumulator pressure x differential state pressure receiving area), and the thrust in the tank state (accumulator pressure x tank state). The pressure receiving area) is shown.
図5に示す処理によれば、図7で示すように、アシスト目標推力が、差動状態での推力よりも大きい区間では、フル状態(図4(A))と差動状態(図4(B))との間でデューティ比D1により高速切り替えが実施される。また、アシスト目標推力が、差動状態での推力よりも小さい区間では、差動状態(図4(B))とタンク状態(図4(C))との間でデューティ比D2により高速切り替えが実施される。また、図6に示す処理によれば、図7で示すように、全ての区間に亘って、フル状態(図4(A))とタンク状態(図4(C))との間でデューティ比Dにより高速切り替えが実施される。 According to the process shown in FIG. 5, as shown in FIG. 7, in the section where the assist target thrust is larger than the thrust in the differential state, the full state (FIG. 4 (A)) and the differential state (FIG. 4 ( B)) is switched at a high speed with a duty ratio D1. Further, in a section where the assist target thrust is smaller than the thrust in the differential state, high-speed switching is performed between the differential state (FIG. 4B) and the tank state (FIG. 4C) by the duty ratio D2. To be implemented. Further, according to the process shown in FIG. 6, as shown in FIG. 7, the duty ratio is changed between the full state (FIG. 4A) and the tank state (FIG. 4C) over the entire section. Fast switching is performed by D.
ところで、アキュムレータ圧の特性は、図5に示すように、例えば受圧面積が1である差動状態での推力の特性と同様であり、シリンダストロークが小さいときは大きく、シリンダストロークが大きくなるにつれて小さくなる。このアキュムレータ圧の特性は、ブームシリンダ保持推力の特性と大きく乖離する。従って、アキュムレータ圧をそのまま用いてアシスト推力を発生させる構成では、位置エネルギの回収効率又はアタッチメントの操作性が悪化することになる。例えば、差動状態での推力のみを用いる構成では、例えばフル状態での推力のみを用いる構成よりもブームシリンダ保持推力の特性に近づく分だけ有利であるが、依然としてブームシリンダ保持推力の特性との乖離が大きく、位置エネルギの回収効率又はアタッチメントの操作性が悪化することになる。 By the way, as shown in FIG. 5, the characteristics of the accumulator pressure are the same as the characteristics of the thrust in the differential state where the pressure receiving area is 1, for example, which is large when the cylinder stroke is small and decreases as the cylinder stroke increases. Become. This accumulator pressure characteristic deviates greatly from the boom cylinder holding thrust characteristic. Therefore, in the configuration in which the assist thrust is generated using the accumulator pressure as it is, the potential energy recovery efficiency or the operability of the attachment deteriorates. For example, the configuration using only the thrust in the differential state is more advantageous than the configuration using only the thrust in the full state, for example, because it approaches the characteristics of the boom cylinder holding thrust. The divergence is large, and the recovery efficiency of position energy or the operability of the attachment is deteriorated.
これに対して、本実施例によれば、シリンダストロークに応じたデューティ比にて少なくとも2つの状態間で高速切換されることにより、アシスト目標推力の特性をブームシリンダ保持推力に近づけることができる。これにより、位置エネルギの回収効率と共にアタッチメントの操作性を改善することができる。 In contrast, according to the present embodiment, the characteristic of the assist target thrust can be brought close to the boom cylinder holding thrust by switching at high speed between at least two states at a duty ratio corresponding to the cylinder stroke. Thereby, the operability of the attachment can be improved together with the recovery efficiency of potential energy.
図8は、アシストシリンダ70に関連した他の一例によるエネルギ回生装置102'の要部構成を示す図である。図2に示したバルブ装置90と同様の構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
FIG. 8 is a diagram illustrating a main configuration of an
エネルギ回生装置102'は、アシストシリンダ70に油路80を介して接続されるアキュムレータ84を備える。即ち、油路80は、一端がアシストシリンダ70のヘッド側に接続され、他端がアキュムレータ84に接続される。油路88は、一端がアシストシリンダ70のロッド側に接続され、他端がタンク22に接続される。
The
エネルギ回生装置102'は、また、バルブ装置90'を備える。バルブ装置90'は、第1切換バルブ90A'と、第2切換バルブ90B'とを備える。第1切換バルブ90A'及び第2切換バルブ90B'は、図示のように、開度がリニアに制御可能なバルブ(比例弁)であってよい。図8に示す第1切換バルブ90A'及び第2切換バルブ90B'は、3位置の切換バルブであり、この点が、図3に示した第1切換バルブ90A及び第2切換バルブ90Bが2位置の切換バルブであるバルブ装置90と異なる。第1切換バルブ90A'は、出力側のポートがアシストシリンダ70のヘッド側ポートに接続され、入力側の2ポートがそれぞれアキュムレータ84と接続点89とに接続される。第2切換バルブ90B'は、出力側のポートが接続点89を介してアシストシリンダ70のロッド側ポートに接続され、入力側の2ポートがそれぞれアキュムレータ84とタンク22に接続される。
The
バイパス油路92は、第2切換バルブ90B'をバイパスして接続点89とタンク22とを接続する。バイパス油路92は、逆止弁92aを備え、逆止弁92aは、タンク22から接続点89(アシストシリンダ70のロッド側ポート)への流れのみを許容する。バイパス油路94は、第1切換バルブ90A'をバイパスしてアシストシリンダ70のヘッド側ポートとタンク22とを接続する。バイパス油路94は、逆止弁94aを備え、逆止弁94aは、タンク22からアシストシリンダ70のヘッド側ポートへの流れのみを許容する。
The
図9は、バルブ装置90'の各状態を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing each state of the
図9(A)は、ブーム4の上げ動作時のフル状態を実現するときのバルブ装置90'の状態(切換位置)を示す。この状態では、アシストシリンダ70のヘッド側ポートは、第1切換バルブ90A'を介してアキュムレータ84に連通し、アシストシリンダ70のロッド側ポートは、第2切換バルブ90B'を介してタンク22に連通する。この状態では、ブーム4が上がると、油は、アシストシリンダ70のロッド側ポートからタンク22に流入する。
FIG. 9A shows the state (switching position) of the
図9(B)は、ブーム4の下げ動作時のフル状態を実現するときのバルブ装置90'の状態(切換位置)を示す。この状態では、アシストシリンダ70のヘッド側ポートは、第1切換バルブ90A'を介してアキュムレータ84に連通し、アシストシリンダ70のロッド側ポートは、バイパス油路92(逆止弁92a)を介してタンク22に連通する。従って、この状態では、ブーム4が下がると、油は、タンク22から逆止弁92aを介してアシストシリンダ70のロッド側ポートへと吸い込まれる。
FIG. 9B shows the state (switching position) of the
図9(C)は、差動状態を実現するときのバルブ装置90'の状態(切換位置)を示す。この状態では、アシストシリンダ70のヘッド側ポートは、第1切換バルブ90A'を介してアキュムレータ84に連通し、アシストシリンダ70のロッド側ポートは、第2切換バルブ90B'を介してアキュムレータ84に連通する。
FIG. 9C shows the state (switching position) of the
図9(D)は、ブーム4の上げ動作時のタンク状態を実現するときのバルブ装置90'の状態(切換位置)を示す。この状態では、アシストシリンダ70のヘッド側ポートは、バイパス油路92、94(逆止弁92a、94a)を介してタンク22に連通し、アシストシリンダ70のロッド側ポートは、バイパス油路92(逆止弁92a)を介してタンク22に連通する。
FIG. 9D shows the state (switching position) of the
図9(E)は、ブーム4の下げ動作時のタンク状態を実現するときのバルブ装置90'の状態(切換位置)を示す。この状態では、アシストシリンダ70のヘッド側ポートは、第1切換バルブ90A'及び第2切換バルブ90B'を介してタンク22に連通し、アシストシリンダ70のロッド側ポートは、第2切換バルブ90B'を介してタンク22に連通する。
FIG. 9E shows the state (switching position) of the
図8に示す構成においても、図5及び図6を参照して説明したメインコントローラ54による制御方法が使用されてよい。但し、ブーム4の上げ動作時には、フル状態として図9(A)に示す状態が形成され、タンク状態として図9(D)に示す状態が形成される。これにより、ブーム4の上げ動作時に、フル状態とタンク状態とを高速で切り換える際(例えば図6のステップ610)、フル状態でアシストシリンダ70のヘッド側ポートに導入した高圧油がタンク状態でタンク22に瞬時に戻されるのが防止され、高効率の切換を実現することができる。或いは、ブーム4の上げ動作時には、差動状態として図9(C)に示す状態が形成され、タンク状態として図9(D)に示す状態が形成される。これにより、ブーム4の上げ動作時に、差動状態とタンク状態とを高速で切り換える際(例えば図5のステップ516)、同様の圧力の抜けが防止され、高効率の切換を実現することができる。また、ブーム4の下げ動作時には、フル状態として図9(B)に示す状態が形成され、差動状態として図9(C)に示す状態が形成される。これにより、ブーム4の下げ動作時に、フル状態と差動状態とを高速で切り換える際(例えば図5のステップ512)、同様の圧力の抜けが防止され、高効率の切換を実現することができる。
Also in the configuration shown in FIG. 8, the control method by the
図10は、差動状態及びタンク状態を実現する際のバルブ装置90'の状態の代替例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an alternative example of the state of the
図10(A)は、差動状態を実現するときのバルブ装置90'の状態(切換位置)の代替例を示す。この状態では、アシストシリンダ70のヘッド側ポートは、第1切換バルブ90A'及び第2切換バルブ90B'を介してアキュムレータ84に連通し、アシストシリンダ70のロッド側ポートは、第2切換バルブ90B'を介してアキュムレータ84に連通する。このような図10(A)に示す状態は、図9(B)に示す状態に代えて使用されてもよい。
FIG. 10A shows an alternative example of the state (switching position) of the
図10(B)は、ブーム4の上げ動作時のタンク状態を実現するときのバルブ装置90'の状態(切換位置)の代替例を示す。この状態では、アシストシリンダ70のヘッド側ポートは、バイパス油路94(逆止弁94a)を介してタンク22に連通し、アシストシリンダ70のロッド側ポートは、第2切換バルブ90B'を介してタンク22に連通する。このような図10(B)に示す状態は、図9(D)に示す状態に代えて使用されてもよい。
FIG. 10B shows an alternative example of the state (switching position) of the
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.
例えば、上述した実施例では、アシストシリンダ70は、ブーム4に対して設けられているが、他の作業要素(例えばアーム5)に対して設けられてもよい。
For example, although the
また、上述した実施例では、3つ以上のポートを持つ切換バルブを使用して回路を構成しているが、2ポートの単純なシャットオフ弁を複数組み合わせて同様の回路を構成してもよい。 In the above-described embodiment, the circuit is configured by using a switching valve having three or more ports. However, a similar circuit may be configured by combining a plurality of 2-port simple shut-off valves. .
また、上述では、図3に示す特定の構成の油圧回路が開示されているが、油圧回路の構成は多種多様である。例えば、油圧アクチュエータの一部は、電動モータにより駆動される油圧ポンプにより実現されてもよい。また、ネガコン制御以外の制御方式(例えばポジコン)を実現する油圧回路が使用されてもよい。 In the above description, the hydraulic circuit having a specific configuration shown in FIG. 3 is disclosed, but the configuration of the hydraulic circuit is various. For example, a part of the hydraulic actuator may be realized by a hydraulic pump driven by an electric motor. Further, a hydraulic circuit that realizes a control method other than negative control (for example, positive control) may be used.
1 建設機械
2 下部走行体
3 上部旋回体
4 ブーム
5 アーム
7 ブームシリンダ
8 アームシリンダ
9 バケットシリンダ
10L、10R 油圧ポンプ
11L、11R 切換弁
12L、12R 切換弁
13L、13R 切換弁
14R 切換弁
15L、15R 切換弁
20L、20R ネガコン絞り
22 タンク
26 操作装置
27L、27R ネガコン圧センサ
28L、28R 圧力センサ
30L、30R センターバイパス管路
41L、41R 傾転アクチュエータ
42L、42R 走行用油圧モータ
44 旋回用油圧モータ
54 メインコントローラ
55A、57A 電磁比例弁
70 アシストシリンダ
80、88 油路
84 アキュムレータ
85 圧力センサ
87 変位センサ
90、90' バルブ装置
90A、90A' 第1切換バルブ
90B、90B' 第2切換バルブ
100 油圧ポンプ制御装置
102、102' エネルギ回生装置
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記アシストシリンダに接続されるアキュムレータ及びタンクと、
前記アシストシリンダと前記アキュムレータ及び前記タンクとの間に設けられるバルブ装置であって、前記アシストシリンダの第1油室側を前記アキュムレータに接続すると共に前記アシストシリンダの第2油室側を前記タンクに接続する第1状態と、前記アシストシリンダの第1油室側及び第2油室側を前記タンクに接続する第2状態と、前記アシストシリンダの第1油室側及び第2油室側を前記アキュムレータに接続する第3状態とを選択的に形成するように切換可能なバルブ装置と、
前記バルブ装置を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記作業要素のストローク位置に応じて、前記バルブ装置の状態を、前記第1状態、前記第2状態及び前記第3状態のうちの2つの状態間で、所定の時間比で切り換えることを特徴とする、エネルギ回生装置。 An energy regeneration device for a construction machine that drives a work element driven by a main hydraulic cylinder with an assist cylinder.
An accumulator and a tank connected to the assist cylinder;
A valve device provided between the assist cylinder, the accumulator, and the tank, wherein the first oil chamber side of the assist cylinder is connected to the accumulator and the second oil chamber side of the assist cylinder is connected to the tank. A first state of connection, a second state of connecting the first oil chamber side and the second oil chamber side of the assist cylinder to the tank, and a first oil chamber side and a second oil chamber side of the assist cylinder A valve device switchable to selectively form a third state connected to the accumulator;
A controller for controlling the valve device,
The controller switches the state of the valve device between two states of the first state, the second state, and the third state at a predetermined time ratio according to the stroke position of the working element. An energy regenerative device.
前記アシストシリンダに接続されるアキュムレータ及びタンクと、
前記アシストシリンダと前記アキュムレータ及び前記タンクとの間に設けられるバルブ装置であって、前記アシストシリンダの第1油室側を前記アキュムレータに接続すると共に前記アシストシリンダの第2油室側を前記タンクに接続する第1状態と、前記アシストシリンダの第1油室側及び第2油室側を前記タンクに接続する第2状態とを選択的に形成するように切換可能なバルブ装置と、
前記バルブ装置を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記作業要素のストローク位置に応じて、前記バルブ装置の状態を、前記第1状態及び前記第2状態との間で、所定の時間比で切り換えることを特徴とする、エネルギ回生装置。 An energy regeneration device for a construction machine that drives a work element driven by a main hydraulic cylinder with an assist cylinder.
An accumulator and a tank connected to the assist cylinder;
A valve device provided between the assist cylinder, the accumulator, and the tank, wherein the first oil chamber side of the assist cylinder is connected to the accumulator and the second oil chamber side of the assist cylinder is connected to the tank. A valve device that can be switched to selectively form a first state of connection and a second state of connecting the first oil chamber side and the second oil chamber side of the assist cylinder to the tank;
A controller for controlling the valve device,
The controller switches the state of the valve device between the first state and the second state at a predetermined time ratio in accordance with the stroke position of the working element. .
前記コントローラは、前記アシスト目標推力と、各状態で発生されるアシスト推力とに基づいて、前記所定の時間比を決定する、請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載のエネルギ回生装置。 The controller calculates an assist target thrust by the assist cylinder according to a stroke position of the work element, and calculates an assist thrust generated in each switching state based on an accumulator pressure generated by the accumulator. ,
The energy regeneration device according to claim 1, wherein the controller determines the predetermined time ratio based on the assist target thrust and the assist thrust generated in each state. .
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104564869A (en) * | 2013-10-25 | 2015-04-29 | 广东科达洁能股份有限公司 | Structure-improved synchronous oil cylinder oil circuit control device |
-
2012
- 2012-02-06 JP JP2012023493A patent/JP2013160320A/en active Pending
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