JP2018105333A - 油圧ショベル駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】ブームの位置エネルギをアームシリンダの動作速度を速くするように回生するかアームシリンダへの作動油の供給エネルギとして回生することができる油圧ショベル駆動システムを提供する。【解決手段】油圧ショベル駆動システムは、ブームシリンダと、ブーム上げ供給ラインおよびブーム下げ供給ラインによりブームシリンダと接続されるとともに第１ブーム分配ラインにより第１ポンプと接続されたブーム第１制御弁と、ブーム補給ラインによりブーム上げ供給ラインと接続されるとともに第２ブーム分配ラインにより第２ポンプと接続されたブーム第２制御弁と、アームシリンダと、アーム引き供給ラインおよびアーム押し供給ラインによりアームシリンダと接続されるとともにアーム分配ラインにより第２ポンプと接続されたアーム制御弁と、ブーム補給ラインとアーム分配ラインとを接続する回生ラインと、回生ラインに設けられた、開閉可能な回生弁と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、油圧ショベル駆動システムに関する。

一般に、油圧ショベルでは、旋回体に対して俯仰するブームの先端にアームが揺動可能に連結され、アームの先端にバケットが揺動可能に連結される。この油圧ショベルに搭載される駆動システムは、ブームを駆動するブームシリンダ、アームを駆動するアームシリンダおよびバケットを駆動するバケットシリンダなどを含み、これらの油圧アクチュエータには、ポンプから制御弁を介して作動油が供給される。

例えば、特許文献１には、図１１に示すような油圧ショベル駆動システム１００が開示されている。この駆動システム１００では、ブームシリンダ１０１，１０２の伸長によりブーム上げが行われ、アームシリンダ１０３の伸長によりアーム押しが行われる。

具体的に、ブームシリンダ１０１，１０２は、ブーム上げ供給ライン１２３およびブーム下げ供給ライン１２４によりブーム第１制御弁１２１およびブーム第２制御弁１２２と接続されている。また、アームシリンダ１０３は、アーム押し供給ライン１３３およびアーム引き供給ライン１３４によりアーム第１制御弁１３１およびアーム第２制御弁１３２と接続されている。

ブーム第１制御弁１２１およびアーム第１制御弁１３１は、第１ポンプ１１１からタンクまで延びる第１センターブリードライン１１２上に配置され、ブーム第２制御弁１２２およびアーム第２制御弁１３２は、第２ポンプ１１３からタンクまで延びる第２センターブリードライン１１４上に配置されている。

ところで、ブームシリンダ１０１，１０２は、ブーム下げ操作時に、ブーム等の自重によって収縮する。従って、ブーム下げ操作時に、ブームシリンダ１０１，１０２から排出される作動油を有効に活用することが望まれる。

この点、駆動システム１００では、ブーム上げ供給ライン１２３とアーム押し供給ライン１３３とが増速ライン１４０により接続されている。増速ライン１４０には、増速弁１４１が設けられている。増速弁１４１は、ブーム下げ操作とアーム押し操作とが同時に行われる場合に開かれ、これによりアームシリンダ１０３の動作速度が速くなる。

特許第４４４６８５１号公報

ところで、図１１に示す駆動システム１００のようにブーム下げ操作時にブームシリンダ１０１，１０２から排出される作動油を利用してアームシリンダ１０３の動作速度を速くするようにブームの位置エネルギを回生することが望まれる場合もあるし、ショベルのサイズによっては、ブームの位置エネルギをアームシリンダ１０３への作動油の供給エネルギとして回生することが望まれる場合もある。

そこで、本発明は、ブームの位置エネルギをアームシリンダの動作速度を速くするように回生するかアームシリンダへの作動油の供給エネルギとして回生することができる油圧ショベル駆動システムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の油圧ショベル駆動システムは、第１ポンプと、第２ポンプと、ブームシリンダと、ブーム上げ供給ラインおよびブーム下げ供給ラインにより前記ブームシリンダと接続されるとともに第１ブーム分配ラインにより前記第１ポンプと接続されたブーム第１制御弁であって、ブーム上げ操作時に前記ブーム上げ供給ラインを前記第１ブーム分配ラインと連通するとともに前記ブーム下げ供給ラインを第１タンクラインと連通し、ブーム下げ操作時に前記ブーム下げ供給ラインを前記第１ブーム分配ラインと連通するとともに前記ブーム上げ供給ラインをブロックするブーム第１制御弁と、ブーム補給ラインにより前記ブーム上げ供給ラインと接続されるとともに第２ブーム分配ラインにより前記第２ポンプと接続されたブーム第２制御弁であって、ブーム上げ操作時に前記ブーム補給ラインを前記第２ブーム分配ラインと連通し、ブーム下げ操作時に前記ブーム補給ラインを第２タンクラインと連通するブーム第２制御弁と、アームシリンダと、アーム引き供給ラインおよびアーム押し供給ラインにより前記アームシリンダと接続されるとともにアーム分配ラインにより前記第２ポンプに対して前記ブーム第２制御弁とパラレルに接続されたアーム制御弁と、前記ブーム補給ラインと前記アーム分配ラインとを接続する回生ラインと、前記回生ラインに設けられた、開閉可能な回生弁と、前記回生ラインに設けられた、前記ブーム補給ラインから前記アーム分配ラインへ向かう流れは許容するがその逆の流れは禁止する逆止弁と、ブーム上げ操作およびブーム下げ操作を受ける操作レバーを含み、前記操作レバーの傾倒角に応じたブーム操作信号を出力するブーム操作装置と、アーム引き操作およびアーム押し操作を受ける操作レバーを含み、前記操作レバーの傾倒角に応じたアーム操作信号を出力するアーム操作装置と、ブーム下げ操作がアーム引き操作またはアーム押し操作と同時に行われた場合に、前記ブーム操作装置から出力されるブーム操作信号が第１閾値よりも大きく、かつ、前記アーム操作装置から出力されるアーム操作信号が第２閾値よりも大きい、という回生条件が成立するときに前記回生弁を開き、前記回生条件が成立しないときは前記回生弁を閉じる制御装置と、を備える、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、ブーム下げ操作時には、ブーム第１制御弁でメータイン流量を独立して制御することができるとともに、ブーム第２制御弁でメータアウト流量を独立して制御することができる。そして、ブーム下げ操作がアーム引き操作またはアーム押し操作と同時に行われたときに回生条件が成立すれば、回生弁が開かれる。従って、第２ポンプの吐出流量が少なくなればブームの位置エネルギをアームシリンダへの作動油の供給エネルギとして回生することができ、第２ポンプの吐出流量が少なくならなければブームの位置エネルギをアームシリンダの動作速度を速くするように回生することができる。しかも、回生ラインはアーム分配ラインにつながっているので、アーム引き操作時とアーム押し操作時の双方でエネルギを回生することも可能である。

例えば、前記第２ポンプは、可変容量型のポンプであり、上記の油圧ショベル駆動システムは、前記第２ポンプの傾転角を調整する第２流量調整装置をさらに備え、前記制御装置は、前記アーム操作装置から出力されるアーム操作信号が大きくなるほど前記第２ポンプの傾転角が大きくなるように前記第２流量調整装置を制御するとともに、前記回生条件が成立するときは、アーム引き操作またはアーム押し操作が単独で行われる場合に比べて、前記アーム操作装置から出力されるアーム操作信号に応じた前記第２ポンプの傾転角が小さくなるように、前記第２流量調整装置を制御してもよい。

上記の油圧ショベル駆動システムは、前記ブーム第２制御弁のブーム下げ用のパイロットポートと接続された電磁比例弁をさらに備え、前記制御装置は、前記ブーム操作装置から出力されるブーム操作信号が大きくなるほど前記ブーム第２制御弁の開口面積が大きくなるように前記電磁比例弁を制御するとともに、前記回生条件が成立するときは、ブーム下げ操作が単独で行われる場合に比べて、前記ブーム第２制御弁の開口面積が小さくなるように、前記電磁比例弁を制御してもよい。この構成によれば、ブームシリンダから排出される作動油の一部（ブーム第２制御弁の開口面積が小さくなった分）を回生ラインに積極的に流入させることができる。

前記回生弁は、開度を任意に変更可能な弁であってもよい。この場合、上記の油圧ショベル駆動システムは、前記回生ラインにおける前記回生弁よりも前記ブーム補給ライン側の圧力を検出する上流側圧力センサと、前記第２ポンプの吐出圧を検出する第２ポンプ圧力センサと、をさらに備え、前記制御装置は、前記回生条件が成立するときは、前記上流側圧力センサおよび前記第２ポンプ圧力センサで検出される圧力に基づいて前記回生弁の開度を調整してもよい。この構成によれば、回生弁がオンオフ弁である場合に比べて、回生できるエネルギを大きくすることができる。

あるいは、上記の油圧ショベル駆動システムは、前記回生ラインにおける前記回生弁よりも前記ブーム補給ライン側の圧力を検出する上流側圧力センサと、前記回生ラインにおける前記回生弁よりも前記アーム分配ライン側の圧力を検出する下流側圧力センサと、をさらに備え、前記制御装置は、前記回生条件が成立するときは、前記上流側圧力センサおよび前記下流側圧力センサで検出される圧力に基づいて前記回生弁の開度を調整してもよい。この構成によれば、回生弁がオンオフ弁である場合に比べて、回生できるエネルギをさらに大きくすることができる。

前記第１ポンプは、可変容量型のポンプであり、上記の油圧ショベル駆動システムは、前記第１ポンプの傾転角を調整する第１流量調整装置と、前記ブーム下げ供給ラインとタンクとを接続する、逆止弁が設けられたメイクアップラインと、をさらに備え、前記制御装置は、前記ブーム操作装置から出力されるブーム操作信号が大きくなるほど前記第１ポンプの傾転角が大きくなるように前記第１流量調整装置を制御するとともに、前記回生条件が成立するときは、ブーム下げ操作が単独で行われる場合に比べて、前記ブーム操作装置から出力されるブーム操作信号に応じた前記第１ポンプの傾転角が小さくなるように、前記第１流量調整装置を制御してもよい。この構成によれば、回生条件が成立するときには、第１ポンプの吐出流量が小さく抑えられる。これにより第１ポンプの吐出流量がブームシリンダへの流入量に不足したとしても、その不足分の作動油はメイクアップラインを通じてブームシリンダへ供給される。従って、第１ポンプの吐出流量が小さく抑えられる分、消費エネルギを低減することができる。

本発明によれば、ブームの位置エネルギをアームシリンダの動作速度を速くするように回生するかアームシリンダへの作動油の供給エネルギとして回生することができる。

本発明の第１実施形態に係る油圧ショベル駆動システムの主回路図である。 図１に示す油圧駆動システムの操作系回路図である。 油圧ショベルの側面図である。 流量調整装置の概略構成図である。 （ａ）〜（ｃ）は第１実施形態のグラフであり、（ａ）はブーム下げ操作時のブーム操作装置の操作レバーの傾倒角（ブーム操作信号）とブーム第２制御弁を通過するメータアウト流量との関係を示し、（ｂ）はアーム操作装置の操作レバーの傾倒角（アーム操作信号）とアーム制御弁のメータイン側通過流量との関係を示し、（ｃ）はアーム操作装置の操作レバーの傾倒角と第２主ポンプの吐出流量との関係を示す。 （ａ）〜（ｃ）は第２主ポンプの吐出流量が少なくならない場合の、図５（ａ）〜（ｃ）に対応するグラフである。 変形例の油圧ショベル駆動システムの主回路図である。 本発明の第２実施形態に係る油圧ショベル駆動システムの主回路図である。 （ａ）〜（ｃ）は第２実施形態のグラフであり、（ａ）はブーム下げ操作時のブーム操作装置の操作レバーの傾倒角（ブーム操作信号）とブーム第２制御弁を通過するメータアウト流量との関係を示し、（ｂ）はアーム操作装置の操作レバーの傾倒角（アーム操作信号）とアーム制御弁のメータイン側通過流量との関係を示し、（ｃ）はアーム操作装置の操作レバーの傾倒角と第２主ポンプの吐出流量との関係を示す。 本発明の第３実施形態に係る油圧ショベル駆動システムの主回路図である。 従来の油圧ショベル駆動システムの概略構成図である。

（第１実施形態）
図１および図２に、本発明の第１実施形態に係る油圧ショベル駆動システム１Ａを示し、図３に、その駆動システム１Ａが搭載された油圧ショベル１０を示す。

図３に示す油圧ショベル１０は、走行体１１と旋回体１２を含む。また、油圧ショベル１０は、旋回体１２に対して俯仰するブーム１３と、ブーム１３の先端に揺動可能に連結されたアーム１４と、アーム１４の先端に揺動可能に連結されたバケット１５を含む。ただし、油圧ショベル１０は、走行体１１を含まずに、例えば船舶などに搭載されてもよいし、ローダーまたはアンローダとして港湾に設置されてもよい。

駆動システム１Ａは、油圧アクチュエータとして、図示しない左右一対の走行モータおよび旋回モータを含むとともに、ブームシリンダ１６、アームシリンダ１７およびバケットシリンダ１８を含む。ブームシリンダ１６はブーム１３を駆動し、アームシリンダ１７はアーム１４を駆動し、バケットシリンダ１８はバケット１５を駆動する。本実施形態では、アームシリンダ１７の収縮によりアーム押しが行われるが、アームシリンダ１７の伸長によりアーム押しが行われてもよい。

また、駆動システム１Ａは、図１に示すように、上記の油圧アクチュエータへ作動油を供給する第１主ポンプ２１および第２主ポンプ２３を含む。第１主ポンプ２１および第２主ポンプ２３は、エンジン２７により駆動される。また、エンジン２７は、副ポンプ２５も駆動する。

第１主ポンプ２１および第２主ポンプ２３は、傾転角に応じた流量の作動油を吐出する可変容量型のポンプである。第１主ポンプ２１の吐出圧Ｐｄ１は、第１ポンプ圧力センサ９１により検出され、第２主ポンプ２３の吐出圧Ｐｄ２は、第２ポンプ圧力センサ９２により検出される。本実施形態では、第１主ポンプ２１および第２主ポンプ２３が、斜板の角度により傾転角が規定される斜板ポンプである。ただし、第１主ポンプ２１および第２主ポンプ２３は、斜軸の角度により傾転角が規定される斜軸ポンプであってもよい。

第１主ポンプ２１の吐出流量Ｑ１および第２主ポンプ２３の吐出流量Ｑ２は、電気ポジティブコントロール方式により制御される。具体的に、第１主ポンプ２１の傾転角が第１流量調整装置２２により調整され、第２主ポンプ２３の傾転角が第２流量調整装置２４により調整される。第１流量調整装置２２および第２流量調整装置２４については、後述にて詳細に説明する。

上述したブームシリンダ１６へは、第１主ポンプ２１からブーム第１制御弁４１を介して作動油が供給されるとともに、第２主ポンプ２３からブーム第２制御弁４４を介して作動油が供給される。また、アームシリンダ１７へは、第２主ポンプ２３からアーム制御弁８１を介して作動油が供給される。ただし、図示は省略するが、アーム制御弁８１がアーム第１制御弁であり、アームシリンダ１７へは第１主ポンプ２１からもアーム第２制御弁を介して作動油が供給されてもよい。なお、図１では、その他の油圧アクチュエータ用の制御弁は図示を省略する。

具体的に、第１主ポンプ２１からは、第１センターブリードライン３１がタンクまで延びており、第２主ポンプ２３からは、第２センターブリードライン３４がタンクまで延びている。ブーム第１制御弁４１は、第１センターブリードライン３１上に配置されており、ブーム第２制御弁４４およびアーム制御弁８１は、第２センターブリードライン３４上に配置されている。なお、上述したように図示は省略するが、第１センターブリードライン３１上には旋回モータ用の制御弁なども配置され、第２センターブリードライン３４上にはバケットシリンダ１８用の制御弁なども配置される。

ブーム第１制御弁４１は、第１ブーム分配ライン３２により第１主ポンプ２１と接続されているとともに、タンクライン３３（本発明の第１タンクラインに相当）によりタンクと接続されている。また、ブーム第１制御弁４１は、ブーム上げ供給ライン５１およびブーム下げ供給ライン５２によりブームシリンダ１６と接続されている。

ブーム第１制御弁４１は、ブーム上げ操作時に、ブーム上げ供給ライン５１を第１ブーム分配ライン３２と連通するとともに、ブーム下げ供給ライン５２をタンクライン３３と連通する。一方、ブーム第１制御弁４１は、ブーム下げ操作時に、ブーム下げ供給ライン５２を第１ブーム分配ライン３２と連通するとともに、ブーム上げ供給ライン５１をブロックする。

ブーム第２制御弁４４は、第２ブーム分配ライン３５により第２主ポンプ２３と接続されているとともに、タンクライン３６（本発明の第２タンクラインに相当）によりタンクと接続されている。また、ブーム第２制御弁４４は、ブーム補給ライン６１によりブーム上げ供給ライン５１と接続されている。ブーム第２制御弁４４は、ブーム上げ操作時にブーム補給ライン６１を第２ブーム分配ライン３５と連通し、ブーム下げ操作時にブーム補給ライン６１をタンクライン３６と連通する。

ブーム上げ供給ライン５１には、ブーム補給ライン６１の合流点とブーム第１制御弁４１の間に逆止弁５３が設けられている。逆止弁５３は、ブーム第１制御弁４１からブームシリンダ１６へ向かう流れは許容するがその逆の流れは禁止する。一方、ブーム補給ライン６１には、重力によるブームシリンダ１６の収縮を防止するためのロック弁６２が設けられている。ロック弁６２は、切換弁６３がロック位置（図１の左側位置）に位置するときにブーム補給ライン６１に作動油が流れることを禁止し、切換弁６３が非ロック位置（図１の右側位置）に位置するときにブーム補給ライン６１に作動油が流れることを許容する。切換弁６３は、通常はロック位置に位置し、ブーム上げ操作時およびブーム下げ操作時に非ロック位置に移動するように構成されている。

ブーム上げ供給ライン５１およびブーム下げ供給ライン５２のそれぞれからは逃しライン５４が分岐しており、逃しライン５４はタンクにつながっている。各逃しライン５４には、リリーフ弁５５が設けられている。また、ブーム上げ供給ライン５１は、メイクアップライン５６によりタンクと接続されており、ブーム下げ供給ライン５２は、メイクアップライン５８によりタンクと接続されている。メイクアップライン５６，５８には、供給ライン（５１または５２）に向かう流れは許容するがその逆の流れは禁止する逆止弁５７，５９がそれぞれ設けられている。

アーム制御弁８１は、アーム分配ライン３７により第２主ポンプ２３と接続されているとともに、タンクライン３８によりタンクと接続されている。換言すれば、アーム制御弁８１は、アーム分配ライン３７により、第２主ポンプ２３に対してブーム第２制御弁４４とパラレルに接続されている。また、アーム制御弁８１は、アーム引き供給ライン８２およびアーム押し供給ライン８３によりアームシリンダ１７（図１では省略）と接続されている。アーム制御弁８１は、アーム引き操作時に、アーム引き供給ライン８２をアーム分配ライン３７と連通するとともに、アーム押し供給ライン８３をタンクライン３８と連通する。一方、アーム制御弁８１は、アーム押し操作時に、アーム押し供給ライン８３をアーム分配ライン３７と連通するとともに、アーム引き供給ライン８２をタンクライン３８と連通する。

ブーム補給ライン６１とアーム分配ライン３７とは、回生ライン６５により接続されている。より詳しくは、回生ライン６５は、ブーム第２制御弁４４とロック弁６２の間でブーム補給ライン６１から分岐して、アーム分配ライン３７に合流している。また、アーム分配ライン３７には、回生ライン６５の合流点よりも上流側に逆止弁３９が設けられている。

回生ライン６５には、開閉可能な回生弁６６が設けられている。本実施形態では、回生弁６６が、電磁式のオンオフ弁である。回生ライン６５には、ブーム補給ライン６１からアーム分配ライン３７へ向かう流れは許容するがその逆の流れは禁止する逆止弁６７が設けられている。図例では、逆止弁６７が回生弁６６とブーム補給ライン６１の間に設けられているが、逆止弁６７は、回生弁６６とアーム分配ライン３７の間に設けられてもよい。

図２に示すように、上述したブーム第１制御弁４１およびブーム第２制御弁４４は、ブーム操作装置４７により操作され、アーム制御弁８１は、アーム操作装置８６により操作される。ブーム操作装置４７は、ブーム上げ操作およびブーム下げ操作を受ける操作レバーを含み、操作レバーの傾倒角に応じたブーム操作信号を出力する。アーム操作装置８６は、アーム引き操作およびアーム押し操作を受ける操作レバーを含み、操作レバーの傾倒角に応じたアーム操作信号を出力する。

本実施形態では、ブーム操作装置４７およびアーム操作装置８６のそれぞれが、操作信号（ブーム操作信号またはアーム操作信号）として操作レバーの傾倒角に応じた電気信号を出力する電気ジョイスティックである。ブーム操作装置４７およびアーム操作装置８６から出力される電気信号は、制御装置９に入力される。例えば、制御装置９は、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリとＣＰＵを有し、ＲＯＭに格納されたプログラムがＣＰＵにより実行される。

ブーム第１制御弁４１は、ブーム上げ操作用の第１パイロットポート４ａと、ブーム下げ操作用の第２パイロットポート４ｂを含む。第１パイロットポート４ａおよび第２パイロットポート４ｂは、それぞれパイロットラインにより一対の電磁比例弁４２，４３と接続されている。

ブーム第２制御弁４４は、ブーム上げ操作用の第１パイロットポート４ｃと、ブーム下げ操作用の第２パイロットポート４ｄを含む。第１パイロットポート４ｃおよび第２パイロットポート４ｄは、それぞれパイロットラインにより一対の電磁比例弁４５，４６と接続されている。

アーム制御弁８１は、アーム引き操作用の第１パイロットポート８ａと、アーム押し操作用の第２パイロットポート８ｂを含む。第１パイロットポート８ａおよび第２パイロットポート８ｂは、それぞれパイロットラインにより一対の電磁比例弁８４，８５と接続されている。

電磁比例弁４２，４３，４５，４６，８４，８５は、一次圧ライン２６により上述した副ポンプ２５と接続されている。本実施形態では、電磁比例弁４２，４３，４５，４６，８４，８５のそれぞれが、指令電流が大きくなるほど高い二次圧を出力する正比例型（ノーマルクローズ型）である。ただし、電磁比例弁４２，４３，４５，４６，８４，８５のそれぞれは、指令電流が大きくなるほど低い二次圧を出力する逆比例型（ノーマルオープン型）であってもよい。

制御装置９は、ブーム第１制御弁４１用の電磁比例弁４２，４３およびブーム第２制御弁４４用の電磁比例弁４５，４６を、ブーム操作装置４７から出力されるブーム操作信号が大きくなるほどブーム第１制御弁４１の開口面積およびブーム第２制御弁４４の開口面積が大きくなるように制御する。また、制御装置９は、アーム制御弁８１用の電磁比例弁８４，８５を、アーム操作装置８６から出力されるアーム操作信号が大きくなるほどアーム制御弁８１の開口面積が大きくなるように制御する。

さらに、制御装置９は、上述した第１流量調整装置２２および第２流量調整装置２４も制御する。具体的に、制御装置９は、ブーム操作装置４７から出力されるブーム操作信号が大きくなるほど第１主ポンプ２１の傾転角および第２主ポンプ２３の傾転角が大きくなるように、第１流量調整装置２２および第２流量調整装置２４を制御する。また、制御装置９は、アーム操作装置８６から出力されるアーム操作信号が大きくなるほど第２主ポンプ２３の傾転角が大きくなるように、第２流量調整装置２４を制御する。

第１流量調整装置２２および第２流量調整装置２４は、互いに同じ構造を有している。このため、以下では、図４を参照して第１流量調整装置２２の構造を代表して説明する。

第１流量調整装置２２は、第１主ポンプ２１の傾転角を変更するサーボピストン７１と、サーボピストン７１を駆動するための調整弁７３を含む。第１流量調整装置２２には、第１主ポンプ２１の吐出圧Ｐｄが導入される第１受圧室７ａと、制御圧Ｐｃが導入される第２受圧室７ｂが形成されている。サーボピストン７１は、第１端部と、第１端部よりも大径の第２端部を有している。第１端部は第１受圧室７ａに露出しており、第２端部は第２受圧室７ｂに露出している。

調整弁７３は、第２受圧室７ｂに導入される制御圧Ｐｃを調整するためのものである。具体的に、調整弁７３は、制御圧Ｐｃを上昇させる流量低減方向（図４では右向き）および制御圧Ｐｃを低下させる流量増加方向（図１では左向き）に移動するスプール７４と、スプール７４を収容するスリーブ７５を含む。

サーボピストン７１は、当該サーボピストン７１の軸方向に移動可能となるように第１主ポンプ２１の斜板２１ａと連結されている。スリーブ７５は、サーボピストン７１の軸方向に移動可能となるようにフィードバックレバー７２によりサーボピストン７１と連結されている。スリーブ７５には、ポンプポート、タンクポートおよび出力ポート（出力ポートは第２受圧室７ｂと連通する）が形成されており、スリーブ７５とスプール７４との相対位置によって、出力ポートがポンプポートおよびタンクポートから遮断されるかポンプポートおよびタンクポートのどちらかと連通される。そして、スプール７４が後述する流量調整ピストン７６によって流量低減方向または流量増加方向に移動されると、サーボピストン７１の両側から作用する力（圧力×サーボピストン受圧面積）が釣り合うようにスプール７４とスリーブ７５との相対位置が定まり、制御圧Ｐｃが調整される。

また、第１流量調整装置２２は、スプール７４を駆動するための流量調整ピストン７６と、スプール７４を挟んで流量調整ピストン７６と反対側に配置されたスプリング７７を含む。スプール７４は、流量調整ピストン７６に押圧されて流量増加方向に移動し、スプリング７７の付勢力によって流量低減方向に移動する。

さらに、第１流量調整装置２２には、流量調整ピストン７６に信号圧Ｐｐを作用させる作動室７ｃが形成されている。つまり、流量調整ピストン７６は、信号圧Ｐｐが高くなるほどスプール７４を流量増加方向に移動させる。換言すれば、流量調整ピストン７６は、信号圧Ｐｐが高くなるほど第１主ポンプ２１の傾転角が大きくなるようにスプール７４を介してサーボピストン７１を操作する。

さらに、第１流量調整装置２２は、信号圧ライン７８により作動室７ｃと接続された電磁比例弁７９を含む。電磁比例弁７９は、一次圧ライン２８により上述した副ポンプ２５と接続されている。一次圧ライン２８からは逃しラインが分岐しており、この逃しラインにリリーフ弁２９が設けられている。なお、本実施形態では、一次圧ライン２８が、中継ライン７３ｂにより、スリーブ７５のポンプポートを第１センターブリードライン３１と連通する供給ライン７３ａと接続されている。

電磁比例弁７９には、制御装置９から指令電流が送給される。電磁比例弁７９は、指令電流が大きくなるほど高い二次圧を出力する正比例型（ノーマルクローズ型）であり、指令電流に応じた二次圧を上述した信号圧Ｐｐとして出力する。

次に、制御装置９が行う制御について詳しく説明する。

まず、制御装置９は、回生条件が成立するか否かを判定する。回生条件は、ブーム下げ操作がアーム引き操作とアーム押し操作のどちらかと同時に行われた場合に、ブーム操作装置４７から出力されるブーム操作信号が第１閾値αよりも大きく、かつ、アーム操作装置８６から出力されるアーム操作信号が第２閾値βよりも大きい、という条件である。

第１閾値αおよび第２閾値βは、ブーム操作装置４７およびアーム操作装置８６の操作レバーの傾倒角が最大近くとなって（すなわち、ブーム第２制御弁４４およびアーム制御弁８１がフルストローク近傍となって）、回生流量が得られると想定される範囲内で任意に設定可能である。

回生条件が成立しないとき、制御装置９は、たとえブーム下げ操作がアーム引き操作またはアーム押し操作と同時に行われる場合でも、回生弁６６を閉じる。また、回生条件が成立しないとき、制御装置９は、ブーム第２制御弁４４の電磁比例弁４６を、ブーム下げ操作が単独で行われる場合と同様に制御する。

逆に、回生条件が成立するとき、制御装置９は、ブーム下げ操作が単独で行われる場合に比べて、ブーム第２制御弁４４の開口面積が小さくなるように、電磁比例弁４６を制御する。これにより、図５（ａ）に示すように、ブーム第２制御弁４４の通過流量は、ブーム下げ操作が単独で行われる場合に比べてΔＱだけ少なくなる。また、回生条件が成立するとき、制御装置９は、回生弁６６を開く。これにより、ΔＱ相当流量の作動油が回生ライン６５を通じてアーム分配ライン３７へ供給される（図５（ｂ）参照）。

さらに、回生条件が成立するとき、制御装置９は、図５（ｃ）に示すように、アーム引き操作またはアーム押し操作が単独で行われる場合に比べて、ΔＱ相当分だけ、アーム操作装置８６から出力されるアーム操作信号に応じた第２主ポンプ２３の傾転角が小さくなるように、第２流量調整装置２４を制御する。

以上説明した構成の駆動システム１Ａでは、ブーム下げ操作時には、ブーム第１制御弁４１でメータイン流量を独立して制御することができるとともに、ブーム第２制御弁４４でメータアウト流量を独立して制御することができる。そして、ブーム下げ操作がアーム引き操作とアーム押し操作のどちらかと同時に行われたときに回生条件が成立すれば、回生弁６６が開かれるとともに、第２主ポンプ２３の吐出流量Ｑ２が少なくなる。従って、ブームの位置エネルギをアームシリンダ１７への作動油の供給エネルギとして回生することができる。しかも、回生ライン６５はアーム分配ライン３７につながっているので、アーム引き操作時とアーム押し操作時の双方でエネルギを回生することができる。

さらに、本実施形態では、回生条件が成立するときは、ブーム下げ操作が単独で行われる場合に比べて、ブーム第２制御弁４４の開口面積が小さくなる。従って、ブームシリンダ１６から排出される作動油の一部（ブーム第２制御弁４４の開口面積が小さくなった分）を回生ライン６５に積極的に流入させることができる。

また、本実施形態では、回生条件が成立するとき、制御装置９は、ブーム下げ操作が単独で行われる場合に比べて、ブーム操作装置４７から出力されるブーム操作信号に応じた第１主ポンプ２１の傾転角が小さくなるように、第１流量調整装置２２を制御する。この構成によれば、回生条件が成立するときには、第１主ポンプ２１の吐出流量Ｑ１が小さく抑えられる。これにより第１主ポンプ２１の吐出流量Ｑ１がブームシリンダ１６への流入量に不足したとしても、その不足分の作動油はメイクアップライン５８を通じてブームシリンダ１６へ供給される。従って、第１主ポンプ２１の吐出流量Ｑ１が小さく抑えられる分、消費エネルギを低減することができる。

＜変形例＞
前記実施形態では、ブーム下げ操作がアーム引き操作とアーム押し操作のどちらかと同時に行われたときに回生条件が成立すれば、回生弁６６が開かれるとともに、第２主ポンプ２３の吐出流量Ｑ２が少なくなる。しかしながら、回生条件が成立するときは、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、第２主ポンプ２３の吐出流量が少なくならなくてもよい。この場合には、ブームの位置エネルギをアームシリンダ１７の動作速度を速くするように回生することができる。

また、図７に示すように、第１センターブリードライン３１および第２センターブリードライン３４は省略可能である。この変形は、後述する第２および第３実施形態でも適用可能である。

（第２実施形態）
図８に、本発明の第２実施形態に係る油圧ショベル駆動システム１Ｂを示す。なお、本実施形態および後述する第３実施形態において、第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

本実施形態では、回生弁６６が、開度を任意に変更可能な電磁式の弁（可変絞り）である。また、本実施形態では、回生ライン６５における回生弁６６よりもブーム補給ライン６１側の圧力ＰＳ１を検出する上流側圧力センサ９３が採用されている。上流側圧力センサ９３は、回生弁６６とブーム補給ライン６１の間で回生ライン６５に設けられてもよいし、ロック弁６２とブーム第２制御弁４４の間でブーム補給ライン６１に設けられてもよい。

制御装置９は、回生条件が成立するときは、第２ポンプ圧力センサ９２および上流側圧力センサ９３で検出される圧力Ｐｄ２，ＰＳ１に基づいて回生弁６６の開度Ａを調整する。具体的には、Ａ＝ΔＱ／ｃ／√（ＰＳ１−Ｐｄ２）の関係を満たすように、回生弁６６の開度Ａが調整される（式中、ΔＱ：ブーム第２制御弁４４の通過流量の低減分、ｃ：比例定数）。

本実施形態では、第１実施形態のように回生弁６６がオンオフ弁である場合に比べて、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、回生できるエネルギを大きくすることができる。

（第３実施形態）
図１０に、本発明の第３実施形態に係る油圧ショベル駆動システム１Ｃを示す。本実施形態の駆動システム１Ｃが第２実施形態の駆動システム１Ｂと異なる点は、上流側圧力センサ９３に加えて、回生ライン６５における回生弁６６よりもアーム分配ライン３７側の圧力ＰＳ２を検出する下流側圧力センサ９４が採用されている点である。上流側圧力センサ９３は、回生弁６６とアーム分配ライン３７の間で回生ライン６５に設けられてもよいし、逆止弁３９とアーム制御弁８１の間でアーム分配ライン３７に設けられてもよい。

制御装置９は、回生条件が成立するときは、上流側圧力センサ９３および下流側圧力センサ９４で検出される圧力ＰＳ１，ＰＳ２に基づいて回生弁６６の開度Ａを調整する。具体的には、Ａ＝ΔＱ／ｃ／√（ＰＳ１−ＰＳ２）の関係を満たすように、回生弁６６の開度Ａが調整される（式中、ΔＱ：ブーム第２制御弁４４の通過流量の低減分、ｃ：比例定数）。

本実施形態では、回生できるエネルギを、第２実施形態よりもさらに大きくすることができる。

（その他の実施形態）
本発明は上述した第１〜第３実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、エネルギの回生は、必ずしもアーム引き操作時とアーム押し操作時の双方で行われる必要はなく、アーム引き操作時とアーム押し操作時の一方のみで行われてもよい。

また、ブーム操作装置４７およびアーム操作装置８６のそれぞれは、操作信号として操作レバーの傾倒角に応じたパイロット圧を出力するパイロット操作弁であってもよい。この場合、ブーム操作装置４７およびアーム操作装置８６から出力されるパイロット圧が圧力センサにより検出され、その検出圧力が制御装置９に入力される。

１Ａ〜１Ｃ 油圧ショベル駆動システム
１０ 油圧ショベル
１６ ブームシリンダ
１７ アームシリンダ
２１ 第１主ポンプ
２２ 第１流量調整装置
２３ 第２主ポンプ
２４ 第２流量調整装置
３２ 第１ブーム分配ライン
３３ タンクライン（第１タンクライン）
３５ 第２ブーム分配ライン
３６ タンクライン（第２タンクライン）
３７ アーム分配ライン
４１ ブーム第１制御弁
４４ ブーム第２制御弁
４５，４６ 電磁比例弁
４７ ブーム操作装置
４ａ〜４ｄ パイロットポート
５１ ブーム上げ供給ライン
５２ ブーム下げ供給ライン
５８ メイクアップライン
５９ 逆止弁
６１ ブーム補給ライン
６５ 回生ライン
６６ 回生弁
６７ 逆止弁
８１ アーム制御弁
８２ アーム引き供給ライン
８３ アーム押し供給ライン
８６ アーム操作装置
９ 制御装置
９２ 第２ポンプ圧力センサ
９３ 上流側圧力センサ
９４ 下流側圧力センサ

Claims (7)

1. 第１ポンプと、
   第２ポンプと、
   ブームシリンダと、
   ブーム上げ供給ラインおよびブーム下げ供給ラインにより前記ブームシリンダと接続されるとともに第１ブーム分配ラインにより前記第１ポンプと接続されたブーム第１制御弁であって、ブーム上げ操作時に前記ブーム上げ供給ラインを前記第１ブーム分配ラインと連通するとともに前記ブーム下げ供給ラインを第１タンクラインと連通し、ブーム下げ操作時に前記ブーム下げ供給ラインを前記第１ブーム分配ラインと連通するとともに前記ブーム上げ供給ラインをブロックするブーム第１制御弁と、
   ブーム補給ラインにより前記ブーム上げ供給ラインと接続されるとともに第２ブーム分配ラインにより前記第２ポンプと接続されたブーム第２制御弁であって、ブーム上げ操作時に前記ブーム補給ラインを前記第２ブーム分配ラインと連通し、ブーム下げ操作時に前記ブーム補給ラインを第２タンクラインと連通するブーム第２制御弁と、
   アームシリンダと、
   アーム引き供給ラインおよびアーム押し供給ラインにより前記アームシリンダと接続されるとともにアーム分配ラインにより前記第２ポンプに対して前記ブーム第２制御弁とパラレルに接続されたアーム制御弁と、
   前記ブーム補給ラインと前記アーム分配ラインとを接続する回生ラインと、
   前記回生ラインに設けられた、開閉可能な回生弁と、
   前記回生ラインに設けられた、前記ブーム補給ラインから前記アーム分配ラインへ向かう流れは許容するがその逆の流れは禁止する逆止弁と、
   ブーム上げ操作およびブーム下げ操作を受ける操作レバーを含み、前記操作レバーの傾倒角に応じたブーム操作信号を出力するブーム操作装置と、
   アーム引き操作およびアーム押し操作を受ける操作レバーを含み、前記操作レバーの傾倒角に応じたアーム操作信号を出力するアーム操作装置と、
   ブーム下げ操作がアーム引き操作またはアーム押し操作と同時に行われた場合に、前記ブーム操作装置から出力されるブーム操作信号が第１閾値よりも大きく、かつ、前記アーム操作装置から出力されるアーム操作信号が第２閾値よりも大きい、という回生条件が成立するときに前記回生弁を開き、前記回生条件が成立しないときは前記回生弁を閉じる制御装置と、を備える、油圧ショベル駆動システム。
2. 前記第２ポンプは、可変容量型のポンプであり、
   前記第２ポンプの傾転角を調整する第２流量調整装置をさらに備え、
   前記制御装置は、前記アーム操作装置から出力されるアーム操作信号が大きくなるほど前記第２ポンプの傾転角が大きくなるように前記第２流量調整装置を制御するとともに、前記回生条件が成立するときは、アーム引き操作またはアーム押し操作が単独で行われる場合に比べて、前記アーム操作装置から出力されるアーム操作信号に応じた前記第２ポンプの傾転角が小さくなるように、前記第２流量調整装置を制御する、請求項１に記載の油圧ショベル駆動システム。
3. 前記ブーム第２制御弁のブーム下げ用のパイロットポートと接続された電磁比例弁をさらに備え、
   前記制御装置は、前記ブーム操作装置から出力されるブーム操作信号が大きくなるほど前記ブーム第２制御弁の開口面積が大きくなるように前記電磁比例弁を制御するとともに、前記回生条件が成立するときは、ブーム下げ操作が単独で行われる場合に比べて、前記ブーム第２制御弁の開口面積が小さくなるように、前記電磁比例弁を制御する、請求項１または２に記載の油圧ショベル駆動システム。
4. 前記回生弁は、開度を任意に変更可能な弁である、請求項１〜３の何れか一項に記載の油圧ショベル駆動システム。
5. 前記回生ラインにおける前記回生弁よりも前記ブーム補給ライン側の圧力を検出する上流側圧力センサと、
   前記第２ポンプの吐出圧を検出する第２ポンプ圧力センサと、をさらに備え、
   前記制御装置は、前記回生条件が成立するときは、前記上流側圧力センサおよび前記第２ポンプ圧力センサで検出される圧力に基づいて前記回生弁の開度を調整する、請求項４に記載の油圧ショベル駆動システム。
6. 前記回生ラインにおける前記回生弁よりも前記ブーム補給ライン側の圧力を検出する上流側圧力センサと、
   前記回生ラインにおける前記回生弁よりも前記アーム分配ライン側の圧力を検出する下流側圧力センサと、をさらに備え、
   前記制御装置は、前記回生条件が成立するときは、前記上流側圧力センサおよび前記下流側圧力センサで検出される圧力に基づいて前記回生弁の開度を調整する、請求項４に記載の油圧ショベル駆動システム。
7. 前記第１ポンプは、可変容量型のポンプであり、
   前記第１ポンプの傾転角を調整する第１流量調整装置と、
   前記ブーム下げ供給ラインとタンクとを接続する、逆止弁が設けられたメイクアップラインと、をさらに備え、
   前記制御装置は、前記ブーム操作装置から出力されるブーム操作信号が大きくなるほど前記第１ポンプの傾転角が大きくなるように前記第１流量調整装置を制御するとともに、前記回生条件が成立するときは、ブーム下げ操作が単独で行われる場合に比べて、前記ブーム操作装置から出力されるブーム操作信号に応じた前記第１ポンプの傾転角が小さくなるように、前記第１流量調整装置を制御する、請求項４〜６の何れか一項に記載の油圧ショベル駆動システム。
   

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