JP4222995B2 - Hydraulic cylinder drive device for construction machinery - Google Patents

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Description

本発明は建設機械の油圧シリンダ動装置に関するものであり、特に、電動モータジェネレータで駆動される両方向ポンプモータを備えた建設機械の油圧シリンダ動装置に関するものである。 The present invention relates to dynamic device driving hydraulic cylinder of a construction machine, particularly to a hydraulic cylinder drive kinematic system for a construction machine equipped with a two-way pump motor driven by an electric motor-generator.

従来、作業機を駆動する油圧シリンダと、該油圧シリンダへ圧油を供給する油圧ポンプと、油圧ポンプからの圧油の方向を切り換える切換弁を備えた建設機械の油圧回路は広く知られている。また、油圧シリンダからの油排出回路に回生用発電機(ジェネレータ)と連結した油圧モータを設け、旋回用駆動源を旋回用電動発電機(電動モータジェネレータ)とし、走行用駆動源を走行用電動機(電動モータ)とする。そして、電力コントローラによって回生用発電機、旋回用電動発電機、走行用電動機、エンジンに連結された発電電動機及びバッテリの間の給電及び充電を行うように構成した建設機械(ハイブリッドショベル)が知られている(例えば、特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, a hydraulic circuit for a construction machine including a hydraulic cylinder that drives a working machine, a hydraulic pump that supplies pressure oil to the hydraulic cylinder, and a switching valve that switches a direction of the pressure oil from the hydraulic pump is widely known. . Also, a hydraulic motor connected to a regenerative generator (generator) is provided in an oil discharge circuit from the hydraulic cylinder, the turning drive source is a turning motor generator (electric motor generator), and the traveling drive source is a running motor. (Electric motor). Also known is a construction machine (hybrid excavator) configured to supply and charge power between a regenerative generator, a turning motor generator, a traveling motor, a generator motor connected to an engine, and a battery by an electric power controller. (For example, refer to Patent Document 1).

作業機を駆動する油圧アクチュエータにおけるメータアウト側からの戻り油を回収し、その回収した戻り油によって回転駆動されるポンプモータを備えて構成される油圧回生回路と、この油圧回生回路の開閉を切り換える切換手段と、ポンプモータからの回転力により電力を発生する発電機を設けた建設機械も知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開2001−207482号公報 特開2003−329012号公報
The hydraulic oil that drives the work implement collects the return oil from the meter-out side, and switches between opening and closing the hydraulic regeneration circuit that includes a pump motor that is driven to rotate by the collected return oil. There is also known a construction machine provided with a switching unit and a generator that generates electric power by a rotational force from a pump motor (see, for example, Patent Document 2).
JP 2001-207482 A JP 2003-329012 A

特許文献1記載の発明は、油圧シリンダからの排出油で油圧モータを回転させて回生発電を行うものであり、油圧シリンダへ圧油を給排するための切換弁のほかに、油圧モータへ排出油を迂回させるための弁が必要であり、構成が複雑化してコストアップとなる。   The invention described in Patent Document 1 performs regenerative power generation by rotating a hydraulic motor with oil discharged from a hydraulic cylinder. In addition to a switching valve for supplying and discharging pressure oil to and from the hydraulic cylinder, the oil is discharged to the hydraulic motor. A valve for bypassing the oil is required, which complicates the configuration and increases the cost.

特許文献2記載の発明は、油圧アクチュエータにおけるメータアウト側からの戻り油を回収し、その回収した戻り油によりポンプモータを回転させて回生発電を行うものであり、特許文献1記載の発明と同様に、油圧シリンダへ圧油を給排するための切換弁のほかに、ポンプモータへ排出油を切り換える弁が必要であり、構成が複雑化してコストアップとなる。   The invention described in Patent Document 2 collects the return oil from the meter-out side of the hydraulic actuator, and performs regenerative power generation by rotating the pump motor with the recovered return oil. Similar to the invention described in Patent Document 1 In addition to the switching valve for supplying and discharging the pressure oil to and from the hydraulic cylinder, a valve for switching the discharged oil to the pump motor is required, which complicates the configuration and increases the cost.

そこで、油圧シリンダへ圧油を給排するための切換弁のほかに特別な弁を追加せずに電力回生を行えるようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。   Therefore, there arises a technical problem to be solved in order to enable electric power regeneration without adding a special valve in addition to a switching valve for supplying and discharging pressure oil to and from the hydraulic cylinder. Aims to solve this problem.

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項1記載の発明は、作業機を駆動する油圧シリンダと、該油圧シリンダへ圧油を供給する油圧ポンプと、油圧ポンプからの圧油の方向を切り換える切換弁を備えた建設機械の油圧回路において、
前記切換弁には、前記油圧ポンプとは別の入力ポートに電動モータジェネレータによって駆動される両方向ポンプモータを接続し、
前記切換弁の操作時に油圧シリンダのボトム側が常に前記両方向ポンプモータに接続され、油圧シリンダのトップ側は前記油圧シリンダの伸長操作信号でタンクポートへ連通され、一方、油圧シリンダの収縮操作信号で前記油圧ポンプへ接続され、更に、前記切換弁中立位置で油圧シリンダがブロックされるように構成した建設機械の油圧シリンダ動装置である。更に、請求項2記載の発明は、
上記切換弁の操作量が小さいときは切換弁の開口面積を微小とし、切換弁の操作量の増加に伴い急速に最大開口面積となるように構成すると共に、
上記切換弁の油圧シリンダ伸長操作量が微小であるときは、上記両方向ポンプモータの吐出圧を上記油圧シリンダの保持圧以上にする制御部を備え、
且つ、上記油圧シリンダの保持圧または上記切換弁の開口前後の差圧を入力圧とし、この入力圧に基づき上記両方向ポンプモータの吐出圧を一定の差圧となるように流量制御する制御部をもたせる。
又、請求項3記載の発明は、上記切換弁と油圧シリンダのボトム側との間には保持弁を設けてもよく、この場合には、油圧シリンダの収縮操作信号により切換弁が開口する前に前記保持弁が開口するように構成する。
又、上記切換弁の中立位置では上記両方向ポンプモータとタンクとを連通させる建設機械の油圧シリンダ駆動装置である。
The present invention has been proposed to achieve the above object, and the invention according to claim 1 includes a hydraulic cylinder that drives the work machine, a hydraulic pump that supplies pressure oil to the hydraulic cylinder, and a hydraulic pump. In a hydraulic circuit of a construction machine having a switching valve for switching the direction of pressure oil of
The switching valve is connected to a bidirectional pump motor driven by an electric motor generator at an input port different from the hydraulic pump,
When the switching valve is operated, the bottom side of the hydraulic cylinder is always connected to the bidirectional pump motor, and the top side of the hydraulic cylinder is communicated to the tank port by an extension operation signal of the hydraulic cylinder, while the contraction operation signal of the hydraulic cylinder is connected to the hydraulic pump, furthermore, the hydraulic cylinder with the switching valve neutral position is a hydraulic cylinder drive operated device configuration the construction machine to be blocked. Furthermore, the invention according to claim 2
When the operation amount of the switching valve is small, the opening area of the switching valve is made minute, and the maximum opening area is rapidly increased as the operation amount of the switching valve increases.
When the hydraulic cylinder extending operation amount of the switching valve is very small, a control unit is provided that makes the discharge pressure of the bidirectional pump motor equal to or higher than the holding pressure of the hydraulic cylinder,
And a control unit for controlling the flow rate so that the discharge pressure of the bidirectional pump motor becomes a constant differential pressure based on the input pressure based on the holding pressure of the hydraulic cylinder or the differential pressure before and after the opening of the switching valve. Give it.
According to a third aspect of the present invention, a holding valve may be provided between the switching valve and the bottom side of the hydraulic cylinder. In this case, before the switching valve is opened by the contraction operation signal of the hydraulic cylinder. The holding valve is configured to open.
In the neutral position of the switching valve, the hydraulic cylinder driving device of the construction machine communicates the bidirectional pump motor and the tank.

この構成によれば、切換弁を油圧シリンダの伸長方向へ操作したときは、油圧シリンダのトップ側はタンクポートへ連通され、油圧シリンダのボトム側は両方向ポンプモータに接続される。両方向ポンプモータの駆動軸に連結された電動モータジェネレータを電動機として動作させて両方向ポンプモータを駆動すれば、圧油が切換弁を介して油圧シリンダのボトム側へ供給されて油圧シリンダが伸長動作する。油圧シリンダの伸長は両方向ポンプモータの単独駆動によって行われるため、他の油圧アクチュエータとの複合操作においても、相互にアクチュエータの独立性が高まって省エネルギーとなる。   According to this configuration, when the switching valve is operated in the extending direction of the hydraulic cylinder, the top side of the hydraulic cylinder is connected to the tank port, and the bottom side of the hydraulic cylinder is connected to the bidirectional pump motor. If the electric motor generator connected to the drive shaft of the bi-directional pump motor is operated as an electric motor to drive the bi-directional pump motor, pressure oil is supplied to the bottom side of the hydraulic cylinder via the switching valve, and the hydraulic cylinder extends. . Since the extension of the hydraulic cylinder is performed by the single drive of the bidirectional pump motor, even in the combined operation with other hydraulic actuators, the independence of the actuators increases and energy is saved.

一方、切換弁を油圧シリンダの収縮方向へ操作したときは、油圧シリンダのトップ側は油圧ポンプへ接続され、油圧シリンダのボトム側は両方向ポンプモータに接続される。油圧ポンプの圧油が切換弁を介して油圧シリンダのトップ側へ供給されて油圧シリンダが収縮動作する。このとき、油圧シリンダのボトム側の保持圧を油圧源として両方向ポンプモータを駆動する。該両方向ポンプモータの押除容積、保持圧、回転数の積がパワーとなり、両方向ポンプモータの駆動軸に連結された電動モータジェネレータを発電機として駆動し、電力に回生する。油圧シリンダの動作速度は操作量に応じて滑らかに変化するように回転数が制御される。   On the other hand, when the switching valve is operated in the contraction direction of the hydraulic cylinder, the top side of the hydraulic cylinder is connected to the hydraulic pump, and the bottom side of the hydraulic cylinder is connected to the bidirectional pump motor. Pressure oil from the hydraulic pump is supplied to the top side of the hydraulic cylinder via the switching valve, and the hydraulic cylinder contracts. At this time, the bidirectional pump motor is driven using the holding pressure on the bottom side of the hydraulic cylinder as a hydraulic pressure source. The product of the pushing volume, the holding pressure, and the rotational speed of the bidirectional pump motor becomes power, and the electric motor generator connected to the drive shaft of the bidirectional pump motor is driven as a generator to regenerate electric power. The rotational speed is controlled so that the operating speed of the hydraulic cylinder changes smoothly according to the operation amount.

この構成によれば、切換弁の操作量が小さいときは微小開口により両方向ポンプモータが回転制御されず、両方向ポンプモータの内部リークの影響を受けずに油圧シリンダを制御する。そして、切換弁の操作量が一定値を超えたときは開口面積が急速に最大となり両方向ポンプモータが操作量に応じて回転制御される。   According to this configuration, when the operation amount of the switching valve is small, the two-way pump motor is not controlled to rotate by the minute opening, and the hydraulic cylinder is controlled without being affected by the internal leak of the two-way pump motor. When the operation amount of the switching valve exceeds a certain value, the opening area is rapidly maximized, and the bidirectional pump motor is rotationally controlled according to the operation amount.

この構成によれば、両方向ポンプモータの回転が小さい場合は流量が内部ドレンとしてタンクへ流出し、このため、両方向ポンプモータの吐出圧が低下して油圧シリンダの保持圧を維持できなくなることがあるので、切換弁の操作量が微小であるときは両方向ポンプモータの吐出圧を油圧シリンダの保持圧以上にすることにより、メータイン制御となって油圧シリンダの微小な操作ができる。   According to this configuration, when the rotation of the bi-directional pump motor is small, the flow rate flows out to the tank as an internal drain, and therefore, the discharge pressure of the bi-directional pump motor may decrease and the holding pressure of the hydraulic cylinder may not be maintained. Therefore, when the operation amount of the switching valve is very small, by making the discharge pressure of the bidirectional pump motor equal to or higher than the holding pressure of the hydraulic cylinder, meter-in control can be performed and the hydraulic cylinder can be operated minutely.

この構成によれば、油圧シリンダの保持圧または上記切換弁の開口前後の差圧を圧力センサまたは差圧センサに入力し、この入力圧に基づいて両方向ポンプモータの吐出圧を制御する。   According to this configuration, the holding pressure of the hydraulic cylinder or the differential pressure before and after the opening of the switching valve is input to the pressure sensor or the differential pressure sensor, and the discharge pressure of the bidirectional pump motor is controlled based on this input pressure.

この構成によれば、切換弁からリークする圧油が保持弁によって最小限に抑止される。油圧シリンダの収縮操作信号があったときは切換弁が開口する前に保持弁が開口して、油圧シリンダのボトム側から排出される圧油が切換弁を通って前記両方向ポンプモータに供給されて電力回生が行われる。   According to this configuration, the pressure oil leaking from the switching valve is suppressed to the minimum by the holding valve. When a hydraulic cylinder contraction operation signal is received, the holding valve opens before the switching valve opens, and pressure oil discharged from the bottom side of the hydraulic cylinder is supplied to the bidirectional pump motor through the switching valve. Power regeneration is performed.

この構成によれば、切換弁が中立位置のときは両方向ポンプモータとタンクとを連通するので、操作急停止などで切換弁を中立位置に戻したときに、両方向ポンプモータが回転している場合の流量を確保して異常な圧力上昇の発生を防止する。   According to this configuration, when the switching valve is in the neutral position, the bidirectional pump motor and the tank communicate with each other. Therefore, when the switching valve is returned to the neutral position due to an emergency stop or the like, the bidirectional pump motor is rotating. To prevent abnormal pressure rise.

請求項4記載の発明は、上記切換弁は、油圧シリンダの収縮操作信号で油圧シリンダのトップ側とボトム側からの流れを阻止するチェック弁を介して接続されるとともに、油圧シリンダのボトム側とタンクポートが絞りを介して接続され、一方、油圧シリンダの伸長操作信号で上記油圧シリンダのボトム側と油圧ポンプ並びに両方向ポンプモータを接続するように構成した請求項1、2または3記載の建設機械の油圧シリンダ動装置を提供する。 According to a fourth aspect of the present invention, the switching valve is connected via a check valve that prevents a flow from the top side and the bottom side of the hydraulic cylinder by a contraction operation signal of the hydraulic cylinder, The construction machine according to claim 1, 2 or 3, wherein the tank port is connected via a throttle, and the bottom side of the hydraulic cylinder is connected to the hydraulic pump and the bidirectional pump motor by an extension operation signal of the hydraulic cylinder. providing driving of the hydraulic cylinder operated device.

この構成によれば、切換弁を油圧シリンダの収縮方向へ操作したときは、チェック弁により油圧シリンダのトップ側からボトム側への流れが阻止され、ボトム側から排出される圧油が両方向ポンプモータに供給されて電力回生が行われるとともに、絞りにより背圧がかかってメータアウト制御が行われる。一方、切換弁を油圧シリンダの伸長方向へ操作したときは、油圧ポンプから吐出された圧油と両方向ポンプモータから吐出された圧油が合流して油圧シリンダのボトム側へ供給され、油圧シリンダの動作速度を増速できる。   According to this configuration, when the switching valve is operated in the contraction direction of the hydraulic cylinder, the flow from the top side to the bottom side of the hydraulic cylinder is blocked by the check valve, and the pressure oil discharged from the bottom side is discharged from the bidirectional pump motor. In addition, power regeneration is performed and back pressure is applied by the throttle to perform meter-out control. On the other hand, when the switching valve is operated in the extending direction of the hydraulic cylinder, the pressure oil discharged from the hydraulic pump and the pressure oil discharged from the bi-directional pump motor merge and are supplied to the bottom side of the hydraulic cylinder. The operating speed can be increased.

請求項5記載の発明は、上記両方向ポンプモータと電動モータジェネレータとの間に変速機を介装した請求項1、2,3または4記載の建設機械の油圧シリンダ動装置を提供する。 According to a fifth aspect of the invention, to provide a hydraulic cylinder drive kinematic system for a construction machine according to claim 1, 2, 3 or 4 wherein the interposed transmission between said bidirectional pump motor and the electric motor-generator.

この構成によれば、電動モータジェネレータを高速運転で駆動することにより電動モータジェネレータの小型化を図り、電動モータジェネレータの回転を変速機で減速することにより、両方向ポンプモータを適正な回転で駆動できる。   According to this configuration, the electric motor generator can be reduced in size by driving the electric motor generator at high speed, and the two-way pump motor can be driven at an appropriate rotation by reducing the rotation of the electric motor generator with the transmission. .

請求項6記載の発明は、上記両方向ポンプモータは可変容量式である請求項1,2、3、4または5記載の建設機械の油圧シリンダ動装置を提供する。 According to a sixth aspect of the invention, the two-way pump motor to provide a hydraulic cylinder drive kinematic system for a construction machine according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein the variable capacity type.

この構成によれば、油圧シリンダの収縮操作時に両方向ポンプモータのトルクを低下させて回転数を上昇させることにより、両方向ポンプモータが高回転となって電動モータジェネレータにて効率のよい電力回生が行われる。また、油圧シリンダの伸長操作時は両方向ポンプモータの吐出量を増加させることにより、油圧シリンダの動作速度が増速される。   According to this configuration, when the hydraulic cylinder is contracted, the torque of the bidirectional pump motor is decreased to increase the rotational speed, so that the bidirectional pump motor is rotated at a high speed and efficient electric power regeneration is performed in the electric motor generator. Is called. Further, when the hydraulic cylinder is extended, the operating speed of the hydraulic cylinder is increased by increasing the discharge amount of the bidirectional pump motor.

請求項7記載の発明は、上記切換弁の操作量に対して上記両方向ポンプモータの流量制御特性に遅れが生じるように流量制御する制御部を備えた請求項1,2,3、4、5または6記載の建設機械の油圧シリンダ動装置を提供する。 The invention according to claim 7 is provided with a control unit for controlling the flow rate so that the flow rate control characteristic of the bidirectional pump motor is delayed with respect to the operation amount of the switching valve. or to provide a hydraulic cylinder drive kinematic system for a construction machine according 6.

この構成によれば、切換弁を急速に操作した場合、操作開始時は操作に追従して両方向ポンプモータの流量が急速に増加するため油圧シリンダの動作速度に遅れがなく、その後は、両方向ポンプモータの流量増加に遅れが生じるため、油圧シリンダの動作速度が円滑に加速されてショックの少ない加減速が行われる。   According to this configuration, when the switching valve is operated rapidly, the flow rate of the bidirectional pump motor increases rapidly following the operation at the start of operation, so there is no delay in the operating speed of the hydraulic cylinder, and thereafter the bidirectional pump Since a delay occurs in the increase in the flow rate of the motor, the operating speed of the hydraulic cylinder is smoothly accelerated and acceleration / deceleration with less shock is performed.

請求項1記載の発明は、切換弁を油圧シリンダの伸長方向へ操作したときは、動力損失の少ない駆動ができ、他の油圧アクチュエータとの複合操作においても省エネルギーとなる。一方、切換弁を油圧シリンダの収縮方向へ操作したときは、位置エネルギーを電気エネルギーに変換して電力回生することができる。斯くして、従来のように切換弁のほかに特別な弁を追加することなく、簡素な構成で電力回生を行うことが可能となる。   According to the first aspect of the present invention, when the switching valve is operated in the extending direction of the hydraulic cylinder, it is possible to drive with less power loss and to save energy even in the combined operation with other hydraulic actuators. On the other hand, when the switching valve is operated in the contraction direction of the hydraulic cylinder, the potential energy can be converted into electric energy to regenerate electric power. Thus, power regeneration can be performed with a simple configuration without adding a special valve in addition to the switching valve as in the prior art.

の発明は、切換弁の操作量が小さいときは微小開口により両方向ポンプモータが回転制御されないので、両方向ポンプモーの内部リークの影響を受けず油圧シリンダを制御することができる。切換弁の操作量が増加すれば開口が急速に最大となるので、両方向ポンプモータが操作量に応じて回転制御され、操作量に対する油圧シリンダの応答性を向上させることができる。 This invention, when the operation amount of the directional control valve is small since both pump motor by the very small aperture is not controlled rotation, it is possible to control the hydraulic cylinder without the influence of internal leakage in both directions Ponpumo data. If the operation amount of the switching valve increases, the opening rapidly becomes maximum, so that the bidirectional pump motor is rotationally controlled according to the operation amount, and the response of the hydraulic cylinder to the operation amount can be improved.

の発明は、切換弁の油圧シリンダ伸長操作量が微小であるときは、両方向ポンプモータの吐出圧を油圧シリンダの保持圧以上にすることでメータイン制御とし、微小な油圧シリンダ伸長操作が可能となる。 This invention, when the hydraulic cylinder extension operation of the switching valve is minute, and the meter-in control by the discharge pressure of the two-way pump motor on the holding pressure of the hydraulic cylinder, and can be very small hydraulic cylinder extension operation Become.

の発明は、油圧シリンダの保持圧または上記切換便の開口前後の差圧入力にて両方向ポンプモータの吐出圧を制御するので、前記切換弁の開口前後の圧力差が常に一定となるように制御することができ、微小流量での正確な制御が可能となる。 This invention, and controls the discharge pressure of the two-way pump motor at the difference pressure input before and after the opening of the holding pressure or the switching換便hydraulic cylinder, so that the pressure differential across the opening of the switching valve is always constant It is possible to control, and accurate control with a minute flow rate is possible.

の発明は、切換弁と油圧シリンダのボトム側との間に保持弁を設けたので、切換弁からリークする圧油が最小限となるように抑止することができる。また、油圧シリンダ伸長操作時はロードチェック弁としても作用し、負荷によって油圧シリンダが収縮方向へ押し戻されるのを防止することができる。 This invention is provided with the holding valve between the bottom side of the switching valve and the hydraulic cylinder, can pressure oil leaking from the switching valve to suppress such minimized. In addition, it acts as a load check valve when the hydraulic cylinder is extended, and it is possible to prevent the hydraulic cylinder from being pushed back in the contraction direction by a load.

の発明は、切換弁が中立位置のときは両方向ポンプモータとタンクとを連通するので、操作急停止などで両方向ポンプモータの応答が遅れて切換弁が中立位置に戻った場合でも、両方向ポンプモータが回転しているときの流量を確保して、異常な高圧の発生を防止することができる。また、油圧シリンダ伸長操作時においては、スタンバイ流量を増加して応答性を向上させることも可能となる。 This invention, since switching valve communicates the bidirectional pump motor and the tank when the neutral position, even when the delayed switching valve response bidirectional pump motor in an operation sudden stop is returned to the neutral position, two-way pump The flow rate when the motor is rotating can be secured to prevent the occurrence of abnormal high pressure. Further, at the time of hydraulic cylinder extension operation, the standby flow rate can be increased to improve the response.

請求項4記載の発明は、油圧シリンダ収縮操作時は圧油が両方向ポンプモータに供給されて電力回生を行なうことができるとともに、メータアウト制御が行われるので負荷変動に対して油圧シリンダの動作を安定させることがきる。   In the invention according to claim 4, pressure oil can be supplied to the bidirectional pump motor to perform power regeneration during the hydraulic cylinder contraction operation, and meter-out control is performed. It can be stabilized.

請求項5記載の発明は、両方向ポンプモータと電動モータジェネレータとの間に変速機を介装し、電動モータジェネレータを高速運転して変速機で減速することにより、高速化による電動モータジェネレータの小型化並びに高効率化を図ることができる。高速化が困難である両方向ポンプモータは変速機によって適正な回転で駆動されるので、両方向ポンプモータの寿命を長くすることができる。   According to the fifth aspect of the present invention, a transmission is interposed between the bidirectional pump motor and the electric motor generator, and the electric motor generator is operated at a high speed and decelerated by the transmission. And high efficiency can be achieved. Since the bidirectional pump motor, which is difficult to increase in speed, is driven with appropriate rotation by the transmission, the life of the bidirectional pump motor can be extended.

請求項6記載の発明は、両方向ポンプモータは可変容量式であるので、容量を上昇させて回転数を高くすることにより、油圧シリンダ伸長操作時は油圧シリンダの動作速度を早くすることができる。また、油圧シリンダ収縮操作時は電動モータジェネレータにて効率のよい電力回生が可能となる。   According to the sixth aspect of the present invention, since the bidirectional pump motor is of a variable capacity type, the operating speed of the hydraulic cylinder can be increased during the hydraulic cylinder extension operation by increasing the capacity and increasing the rotational speed. Further, during the hydraulic cylinder contraction operation, efficient electric power regeneration can be performed by the electric motor generator.

請求項7記載の発明は、両方向ポンプモータの流量制動特性で、操作量に対して遅れが生じるように制御するので、急操作した場合、動き始めは応答性が俊敏であり、その後は加速を滑らかにすることにより、ショックの少ない加減速が可能となって操作性の向上に寄与することができる。 The invention according to claim 7 controls the flow rate braking characteristics of the bidirectional pump motor so that there is a delay with respect to the operation amount. Therefore, when a sudden operation is performed, the responsiveness is agile at the beginning of movement, and thereafter acceleration is performed. By smoothing, acceleration / deceleration with less shock is possible, which can contribute to improvement in operability.

以下、本発明に係る建設機械の油圧シリンダ動装置について、好適な実施例を挙げて説明する。油圧シリンダへ圧油を給排するための切換弁のほかに特別な弁を追加せずに電力回生を行なえるようにするという目的を、切換弁には、油圧ポンプとは別の入力ポートに電動モータジェネレータによって駆動される両方向ポンプモータを接続し、切換弁の操作時に油圧シリンダのボトム側が常に前記両方向ポンプモータに接続され、油圧シリンダのトップ側は油圧シリンダの伸長操作信号でタンクポートへ連通され、一方、油圧シリンダの収縮操作信号で前記油圧ポンプへ接続され、更に、前記切換弁中立位置で油圧シリンダがブロックされるように構成したことにより実現した。
Hereinafter, the hydraulic cylinder drive braking system for a construction machine according to the present invention, will be described by way of preferred embodiments. The purpose of the switch valve is to use a separate input port from the hydraulic pump in order to enable power regeneration without adding a special valve in addition to the switch valve for supplying and discharging pressure oil to and from the hydraulic cylinder. A bidirectional pump motor driven by an electric motor generator is connected. When the switching valve is operated, the bottom side of the hydraulic cylinder is always connected to the bidirectional pump motor. On the other hand, this is realized by connecting to the hydraulic pump by a contraction operation signal of the hydraulic cylinder and further blocking the hydraulic cylinder at the neutral position of the switching valve.

図1は建設機械の一例としてハイブリッド式の油圧ショベル10を示し、下部走行体11の上に旋回機構12を介して上部旋回体13が旋回自在に載置されている。上部旋回体13にはその前方一側部にキャブ14が設けられ、且つ、前方中央部にブーム15が俯仰可能に取り付けられている。更に、ブーム15の先端にアーム16が上下回動自在に取り付けられ、該アーム16の先端にバケット17が取り付けられている。   FIG. 1 shows a hybrid hydraulic excavator 10 as an example of a construction machine, and an upper swing body 13 is mounted on a lower traveling body 11 via a swing mechanism 12 so as to be rotatable. The upper swing body 13 is provided with a cab 14 on one front side thereof, and a boom 15 is attached to the front center portion so as to be able to be raised and lowered. Further, an arm 16 is attached to the tip of the boom 15 so as to be rotatable up and down, and a bucket 17 is attached to the tip of the arm 16.

前記ブーム15、アーム16、バケット17等のアタッチメントを駆動する油圧アクチュエータとして、ブームシリンダ18、アームシリンダ19、バケットシリンダ20が夫々設けられており、上部旋回体に搭載されたエンジン21により油圧ポンプ22を駆動して各油圧アクチュエータへ圧油を給排する。   A boom cylinder 18, an arm cylinder 19, and a bucket cylinder 20 are provided as hydraulic actuators for driving attachments such as the boom 15, the arm 16, and the bucket 17, and a hydraulic pump 22 is provided by an engine 21 mounted on the upper swing body. To supply / discharge pressure oil to / from each hydraulic actuator.

更に、両方向ポンプモータ24の駆動軸に電動モータジェネレータ23が連結され、該電動モータジェネレータ23はインバータを備えた制御部25を介してバッテリ26に接続されている。   Furthermore, an electric motor generator 23 is connected to the drive shaft of the bidirectional pump motor 24, and the electric motor generator 23 is connected to a battery 26 via a control unit 25 having an inverter.

図2は油圧シリンダ電動装置の一例としてブームシリンダ18の駆動回路を示し、ブームシリンダ18へ圧油を供給する油圧ポンプ22と、油圧ポンプ22からの圧油の方向を切り換えるための3位置5ポートのパイロット式切換弁27が設けられている。   FIG. 2 shows a drive circuit of a boom cylinder 18 as an example of a hydraulic cylinder electric device, and a hydraulic pump 22 that supplies pressure oil to the boom cylinder 18 and a three-position five-port for switching the direction of pressure oil from the hydraulic pump 22. The pilot type switching valve 27 is provided.

該切換弁27の入口側のポート(図中下側のポート)は、P1ポートに前記油圧ポンプ22を接続し、P2ポートに前記両方向ポンプモータ24を接続するとともに、Tnポートはタンク28に連通している。また、前記油圧ポンプ22の吐出油路にはリリーフ弁29が設けられている。一方、該切換弁27の出口側のポート(図中上側のポート)は、Bポートにブームシリンダ18のボトム側18aを接続し、Tポートにブームシリンダ18のトップ側18bを接続する。   The port on the inlet side (lower port in the figure) of the switching valve 27 is connected to the hydraulic pump 22 at the P1 port, the bidirectional pump motor 24 to the P2 port, and the Tn port communicates with the tank 28. is doing. A relief valve 29 is provided in the discharge oil passage of the hydraulic pump 22. On the other hand, the outlet side port (upper port in the figure) of the switching valve 27 connects the bottom side 18a of the boom cylinder 18 to the B port and connects the top side 18b of the boom cylinder 18 to the T port.

前述したように、前記両方向ポンプモータ24の駆動軸には電動モータジェネレータ23が連結され、該電動モータジェネレータ23はインバータを備えた制御部25を介してバッテリ26に接続されている。   As described above, the electric motor generator 23 is connected to the drive shaft of the bidirectional pump motor 24, and the electric motor generator 23 is connected to the battery 26 via the control unit 25 having an inverter.

図示したように、前記切換弁27の中立位置(イ)では、ブームシリンダ18のボトム側18aのBポート及びトップ側18bのTポートがブロックされるとともに、P1ポート、P2ポート、Tnポートの各ポートもブロックされている。   As shown in the figure, at the neutral position (A) of the switching valve 27, the B port on the bottom side 18a and the T port on the top side 18b of the boom cylinder 18 are blocked, and each of the P1, P2, and Tn ports is blocked. The port is also blocked.

ここで、操作レバーなどの操作手段(図示せず)によって、前記切換弁27の伸び側ポート27aに伸長操作信号が入力されると、前記切換弁27は伸び位置(ロ)に切り換わり、P1ポートはブロックされ、P2ポートとBポート、TnポートとTポートが夫々連通する。即ち、ブームシリンダ18のボトム側18aが両方向ポンプモータ24に接続され、ブームシリンダ18のトップ側18bがタンク28に接続される。   Here, when an extension operation signal is input to the extension side port 27a of the switching valve 27 by an operating means (not shown) such as an operation lever, the switching valve 27 is switched to the extension position (B), and P1 The port is blocked, and the P2 port and B port and the Tn port and T port communicate with each other. That is, the bottom side 18 a of the boom cylinder 18 is connected to the bidirectional pump motor 24, and the top side 18 b of the boom cylinder 18 is connected to the tank 28.

然るときは、制御部25の制御により前記バッテリ26に蓄えられている電力を電動モータジェネレータ23へ供給し、該電動モータジェネレータ23を電動機として動作させて両方向ポンプモータ24を一方向へ駆動すれば、両方向ポンプモータ24から吐出される圧油が切換弁27の伸び位置(ロ)を介してブームシリンダ18のボトム側18aへ供給されるとともに、ブームシリンダ18のトップ側18bの圧油がタンク28に戻されて、ブームシリンダ18が伸長動作する。ブームシリンダ18の伸長は両方向ポンプモータ24の単独駆動によって行われるため、動力損失の少ない駆動ができ、他の油圧アクチュエータとの複合操作においても、相互にアクチュエータの独立性が高まって省エネルギーとなる。   In this case, the electric power stored in the battery 26 is supplied to the electric motor generator 23 under the control of the control unit 25, and the electric motor generator 23 is operated as an electric motor to drive the bidirectional pump motor 24 in one direction. For example, the pressure oil discharged from the bi-directional pump motor 24 is supplied to the bottom side 18a of the boom cylinder 18 through the extension position (b) of the switching valve 27, and the pressure oil on the top side 18b of the boom cylinder 18 is supplied to the tank. Returning to 28, the boom cylinder 18 extends. Since the extension of the boom cylinder 18 is performed by the single drive of the bidirectional pump motor 24, the boom cylinder 18 can be driven with little power loss, and even in combined operation with other hydraulic actuators, the independence of the actuators increases and energy saving is achieved.

一方、操作手段によって前記切換弁27の縮み側ポート27bに収縮操作信号が入力されると、前記切換弁27は縮み位置(ハ)に切り換わり、Tnポートはブロックされ、P1ポートとTポート、P2ポートとBポートが夫々連通する。即ち、ブームシリンダ18のボトム側18aが両方向ポンプモータ24に接続され、ブームシリンダ18のトップ側18bが油圧ポンプ22に接続される。   On the other hand, when a contraction operation signal is input to the contraction side port 27b of the switching valve 27 by the operating means, the switching valve 27 is switched to the contracted position (c), the Tn port is blocked, the P1 port and the T port, P2 port and B port communicate with each other. That is, the bottom side 18 a of the boom cylinder 18 is connected to the bidirectional pump motor 24, and the top side 18 b of the boom cylinder 18 is connected to the hydraulic pump 22.

然るときは、油圧ポンプ22から吐出される圧油が切換弁27の縮み位置(ハ)を介してブームシリンダ18のトップ側18bへ供給されるとともに、ブームシリンダ18のボトム側18aの保持圧を油圧源として両方向ポンプモータ24が前述とは逆の他方向へ回転する。そして、両方向ポンプモータ24の押除容積、保持圧、回転数の積がパワーとなり、該両方向ポンプモータ24の駆動軸に連結された前記電動モータジェネレータ23が発電機として駆動され、電力に回生されてバッテリ26に蓄えられる。ブームシリンダ18の動作速度は、操作手段の操作量に応じて滑らかに変化するように回転数が制御される。   In that case, the pressure oil discharged from the hydraulic pump 22 is supplied to the top side 18b of the boom cylinder 18 via the contracted position (c) of the switching valve 27 and the holding pressure on the bottom side 18a of the boom cylinder 18 is maintained. As a hydraulic power source, the bidirectional pump motor 24 rotates in the other direction opposite to the above. The product of the pushing volume, the holding pressure, and the rotational speed of the bidirectional pump motor 24 becomes power, and the electric motor generator 23 connected to the drive shaft of the bidirectional pump motor 24 is driven as a generator and regenerated to electric power. And stored in the battery 26. The rotation speed of the boom cylinder 18 is controlled so as to change smoothly according to the operation amount of the operation means.

このように、前記切換弁27の操作時には伸長または収縮何れの場合でも、ブームシリンダ18のボトム側18aが常に両方向ポンプモータ24に接続される。これに対して、ブームシリンダ18のトップ側18bは、伸長操作信号でタンク28に連通し、収縮操作信号で油圧ポンプ22へ接続される。   As described above, the bottom side 18a of the boom cylinder 18 is always connected to the bidirectional pump motor 24 regardless of whether the switching valve 27 is extended or contracted. On the other hand, the top side 18b of the boom cylinder 18 communicates with the tank 28 by an extension operation signal and is connected to the hydraulic pump 22 by a contraction operation signal.

図3(a)に示すように、前記切換弁27は操作量が微小な領域では開口面積が微小であり、操作量の増加に対して開口面積は僅かずつ拡大するように形成されている。従って、両方向ポンプモータ24が回転制御されず、両方向ポンプモータ24の内部リークの影響を受けずにブームシリンダ18を制御することができる。そして、切換弁27の操作量が一定値を超えたときは開口面積が急速に拡大して最大開口面積となるように構成されているため、両方向ポンプモータ24が操作量に応じて回転制御され、操作量に対するブームシリンダ18の応答性を向上させることができる。   As shown in FIG. 3A, the switching valve 27 has a small opening area in a region where the operation amount is very small, and is formed so that the opening area gradually increases as the operation amount increases. Accordingly, the rotation of the bidirectional pump motor 24 is not controlled, and the boom cylinder 18 can be controlled without being affected by the internal leakage of the bidirectional pump motor 24. When the operation amount of the switching valve 27 exceeds a certain value, the opening area is rapidly expanded to the maximum opening area, so that the bidirectional pump motor 24 is rotationally controlled according to the operation amount. Therefore, the response of the boom cylinder 18 to the operation amount can be improved.

また、図3(b)に示すように、前記切換弁27は操作量が微小な領域では流量が微小であるので、ブームシリンダ18の動作速度は緩慢に増速される。そして、切換弁27の操作量が一定値を超えると開口面積が急速に拡大され、流量が急増するのでブームシリンダ18の動作速度が急激に上昇する。   Further, as shown in FIG. 3B, since the switching valve 27 has a small flow rate in a region where the operation amount is small, the operation speed of the boom cylinder 18 is slowly increased. When the operation amount of the switching valve 27 exceeds a certain value, the opening area is rapidly expanded, and the flow rate is rapidly increased, so that the operating speed of the boom cylinder 18 is rapidly increased.

ここで、前記切換弁27が伸長操作されたときに操作量が微小であるときは、前記制御部25は両方向ポンプモータ24の吐出圧をブームシリンダ18の保持圧以上とするように制御する。これは、両方向ポンプモータ24の回転が小さい場合は流量が内部ドレンとしてタンク28へ流出し、このため、両方向ポンプモータ24の吐出圧が低下してブームシリンダ18の保持圧を維持できなくなることがある。これを防止するために、前記切換弁18の伸長操作量が微小であるときは、両方向ポンプモータ24の吐出圧をブームシリンダ18の保持圧以上にすることにより、メータイン制御となってブームシリンダ18の微小な操作が可能となる。   Here, when the operation amount is small when the switching valve 27 is extended, the control unit 25 controls the discharge pressure of the bidirectional pump motor 24 to be equal to or higher than the holding pressure of the boom cylinder 18. This is because when the rotation of the bi-directional pump motor 24 is small, the flow rate flows out into the tank 28 as internal drain, and therefore, the discharge pressure of the bi-directional pump motor 24 decreases and the holding pressure of the boom cylinder 18 cannot be maintained. is there. In order to prevent this, when the extension operation amount of the switching valve 18 is very small, the discharge pressure of the two-way pump motor 24 is set to be equal to or higher than the holding pressure of the boom cylinder 18 so that meter-in control is performed. The minute operation is possible.

図4は変形例を示し、図2と異なる点は、ブームシリンダ18のボトム側18aと切換弁27との間に圧力センサ30を設けるとともに、保持弁31を介装してある。該保持弁31はブームシリンダ18のボトム側18aから切換弁27への流れを阻止するように構成されている。また、切換弁27の中立位置(イ)ではP2ポートとTnポートとを連通し、両方向ポンプモータとタンクが連通されている。   FIG. 4 shows a modified example. The difference from FIG. 2 is that a pressure sensor 30 is provided between the bottom side 18a of the boom cylinder 18 and the switching valve 27, and a holding valve 31 is interposed. The holding valve 31 is configured to prevent the flow from the bottom side 18 a of the boom cylinder 18 to the switching valve 27. Further, at the neutral position (A) of the switching valve 27, the P2 port and the Tn port are communicated, and the bidirectional pump motor and the tank are communicated.

前記圧力センサ30はブームシリンダ18の保持圧を検出し、検出された保持圧は制御部25へ入力される。制御部25はこの入力圧に基づき、前記両方向ポンプモータ24の吐出圧を制御する。従って、前記切換弁27の開口前後の圧力差が常に一定となるように制御することができ、特に微小流量での正確な制御が可能となる。   The pressure sensor 30 detects the holding pressure of the boom cylinder 18, and the detected holding pressure is input to the control unit 25. The control unit 25 controls the discharge pressure of the bidirectional pump motor 24 based on this input pressure. Therefore, it is possible to control so that the pressure difference before and after opening of the switching valve 27 is always constant, and it is possible to perform accurate control particularly at a minute flow rate.

或いは、切換弁27の開口前後の差圧を検出する差圧センサ(図示せず)を設け、該差圧センサが検出した差圧を制御部25へ入力し、制御部25はこの入力圧に基づき、前記両方向ポンプモータ24の吐出圧を制御するように構成することもできる。斯かる構成の場合も、前述と同様に、前記切換弁27の開口前後の圧力差が常に一定となるように制御することができ、特に微小流量での正確な制御が可能となる。   Alternatively, a differential pressure sensor (not shown) for detecting the differential pressure before and after opening of the switching valve 27 is provided, and the differential pressure detected by the differential pressure sensor is input to the control unit 25, and the control unit 25 uses this input pressure as the input pressure. The discharge pressure of the bidirectional pump motor 24 may be controlled based on the above. In such a configuration, similarly to the above, it is possible to control so that the pressure difference before and after opening of the switching valve 27 is always constant, and it is possible to perform accurate control particularly at a minute flow rate.

ここで、操作手段によって前記切換弁27の伸び側ポート27aに伸長操作信号が入力されると、前記切換弁27は伸び位置(ロ)に切り換わり、ブームシリンダ18のボトム側18aが両方向ポンプモータ24に接続され、ブームシリンダ18のトップ側18bがタンク28に接続される。然るときは、前述したように、電動モータジェネレータ23により両方向ポンプモータ24が駆動されて、圧油が切換弁27の伸び位置(ロ)を介してP2ポートからBポートへ導出され、この圧油が前記保持弁31を開いてブームシリンダ18のボトム側18aへ供給されるとともに、ブームシリンダ18のトップ側18bの圧油がTポートからTnポートへ導出されてタンク28に戻り、ブームシリンダ18が伸長動作する。   Here, when an extension operation signal is input to the extension side port 27a of the switching valve 27 by the operating means, the switching valve 27 is switched to the extension position (B), and the bottom side 18a of the boom cylinder 18 is connected to the bidirectional pump motor. 24, the top side 18 b of the boom cylinder 18 is connected to the tank 28. At that time, as described above, the bidirectional pump motor 24 is driven by the electric motor generator 23, and the pressure oil is led out from the P2 port to the B port via the extension position (b) of the switching valve 27. The oil opens the holding valve 31 and is supplied to the bottom side 18a of the boom cylinder 18, and the pressure oil on the top side 18b of the boom cylinder 18 is led out from the T port to the Tn port and returns to the tank 28. Expands.

一方、操作手段によって前記切換弁27の縮み側ポート27bに収縮操作信号が入力されると、前記切換弁27は縮み位置(ハ)に切り換わり、ブームシリンダ18のボトム側18aが両方向ポンプモータ24に接続され、ブームシリンダ18のトップ側18bが油圧ポンプ22に接続される。然るときは、前述したように、油圧ポンプ22の圧油が切換弁27の縮み位置(ハ)を介してブームシリンダ18のトップ側18bへ供給されるとともに、収縮操作信号により前記保持弁31が開放され、ブームシリンダ18のボトム側18aから切換弁27への流れを許容する。そして、ボトム側18aからの圧油によって両方向ポンプモータ24が回転し、前記電動モータジェネレータ23が発電機として駆動され、電力に回生されてバッテリ26に蓄えられる。   On the other hand, when the contracting operation signal is input to the contraction side port 27b of the switching valve 27 by the operating means, the switching valve 27 is switched to the contracted position (C), and the bottom side 18a of the boom cylinder 18 is connected to the bidirectional pump motor 24. The top side 18 b of the boom cylinder 18 is connected to the hydraulic pump 22. At that time, as described above, the pressure oil of the hydraulic pump 22 is supplied to the top side 18b of the boom cylinder 18 via the contracted position (c) of the switching valve 27, and the holding valve 31 is received by a contraction operation signal. Is opened, and the flow from the bottom side 18a of the boom cylinder 18 to the switching valve 27 is allowed. Then, the bidirectional pump motor 24 is rotated by the pressure oil from the bottom side 18 a, the electric motor generator 23 is driven as a generator, regenerated into electric power, and stored in the battery 26.

このように、前記切換弁27とブームシリンダ18のボトム側18aとの間に保持弁31を設けたので、切換弁27からリークする圧油が最小限となるように抑止することができる。ブームシリンダ18の伸長操作時はロードチェック弁としても作用し、負荷によってブームシリンダ18が収縮方向へ押し戻されるのを防止することができる。ブームシリンダ18の収縮操作時は切換弁27が開口する前に保持弁31が開口し、ブームシリンダ18のボトム側18aから排出される圧油が保持弁31を通り、前記両方向ポンプモータ24に供給されて電力回生が行われる。   As described above, since the holding valve 31 is provided between the switching valve 27 and the bottom side 18a of the boom cylinder 18, the pressure oil leaking from the switching valve 27 can be suppressed to a minimum. When the boom cylinder 18 is extended, it also functions as a load check valve, and the boom cylinder 18 can be prevented from being pushed back in the contracting direction by a load. When the boom cylinder 18 is retracted, the holding valve 31 is opened before the switching valve 27 is opened, and the pressure oil discharged from the bottom side 18a of the boom cylinder 18 passes through the holding valve 31 and is supplied to the bidirectional pump motor 24. Then, power regeneration is performed.

また、前記切換弁27が中立位置(イ)のときは両方向ポンプモータ24とタンク28とを連通するので、操作急停止などで両方向ポンプモータ24の応答が遅れて切換弁27が中立位置に戻った場合でも、両方向ポンプモータ24が回転しているときの流量を確保して、異常な高圧の発生を防止することができる。また、ブームシリンダ18の伸長操作時においては、スタンバイ流量を増加して応答性を向上させることも可能となる。   Further, when the switching valve 27 is in the neutral position (A), the bidirectional pump motor 24 and the tank 28 are communicated with each other, so that the response of the bidirectional pump motor 24 is delayed due to an emergency stop or the like, and the switching valve 27 returns to the neutral position. Even in this case, the flow rate when the bidirectional pump motor 24 is rotating can be secured to prevent the occurrence of abnormal high pressure. Further, at the time of the extension operation of the boom cylinder 18, the standby flow rate can be increased to improve the responsiveness.

図5は他の変形例を示し、図2と異なる点は、切換弁の伸び位置(ロ)において、P1ポートとP2ポートが連通してBポートに接続されている。前記切換弁の縮み位置(ハ)において、BポートとTポートがTポートからの流れを阻止するチェック弁32を介して接続されるとともに、BポートとTnポートが絞り33を介して接続されている。また、電動モータジェネレータ23と両方向ポンプモータ24との間に変速機34を介装してある。   FIG. 5 shows another modification. The difference from FIG. 2 is that the P1 port and the P2 port communicate with each other and are connected to the B port at the extended position (B) of the switching valve. In the contracted position (c) of the switching valve, the B port and the T port are connected via a check valve 32 that blocks the flow from the T port, and the B port and the Tn port are connected via a throttle 33. Yes. A transmission 34 is interposed between the electric motor generator 23 and the bidirectional pump motor 24.

ここで、操作手段によって前記切換弁27の伸び側ポート27aに伸長操作信号が入力されると、前記切換弁27は伸び位置(ロ)に切り換わり、ブームシリンダ18のボトム側18aが油圧ポンプ22と両方向ポンプモータ24の双方に接続され、ブームシリンダ18のトップ側18bがタンク28に接続される。   Here, when an extension operation signal is input to the extension side port 27a of the switching valve 27 by the operating means, the switching valve 27 is switched to the extension position (B), and the bottom side 18a of the boom cylinder 18 is connected to the hydraulic pump 22. The top side 18b of the boom cylinder 18 is connected to the tank 28.

然るときは、油圧ポンプ22から吐出された圧油と両方向ポンプモータ24から吐出された圧油が合流してブームシリンダ18のボトム側18aへ供給されるとともに、ブームシリンダ18のトップ側18bの圧油がタンク28に戻されて、ブームシリンダ18が伸長動作する。前記ブームシリンダ18のボトム側18aには油圧ポンプ22と両方向ポンプモータ24との双方から圧油が供給されるため、流量が増加してブームシリンダ18の動作速度を増速することができる。   In that case, the pressure oil discharged from the hydraulic pump 22 and the pressure oil discharged from the bidirectional pump motor 24 merge and are supplied to the bottom side 18a of the boom cylinder 18, and the pressure oil on the top side 18b of the boom cylinder 18 is also supplied. The pressure oil is returned to the tank 28 and the boom cylinder 18 is extended. Since pressure oil is supplied to both the bottom side 18a of the boom cylinder 18 from both the hydraulic pump 22 and the bidirectional pump motor 24, the flow rate can be increased and the operating speed of the boom cylinder 18 can be increased.

一方、操作手段によって前記切換弁27の縮み側ポート27bに収縮操作信号が入力されると、前記切換弁27は縮み位置(ハ)に切り換わり、ブームシリンダ18のボトム側18aが両方向ポンプモータ24に接続されるとともに、該ブームシリンダ18のボトム側18aが絞り33を介してタンク28に連通する。また、ブームシリンダ18のトップ側18bは油圧ポンプ22に接続される。   On the other hand, when the contracting operation signal is input to the contraction side port 27b of the switching valve 27 by the operating means, the switching valve 27 is switched to the contracted position (C), and the bottom side 18a of the boom cylinder 18 is connected to the bidirectional pump motor 24. And the bottom side 18 a of the boom cylinder 18 communicates with the tank 28 through the throttle 33. The top side 18 b of the boom cylinder 18 is connected to the hydraulic pump 22.

然るときは、油圧ポンプ22の圧油が切換弁27の縮み位置(ハ)を介してブームシリンダ18のトップ側18bへ供給される。このとき、チェック弁32によりブームシリンダ18のトップ側18bからボトム側18aへの流れが阻止される。また、ブームシリンダ18のボトム側18aの圧油は両方向ポンプモータ24へ供給されるとともに、絞り33を介してタンク28に戻される。従って、両方向ポンプモータ24が回転して前記電動モータジェネレータ23が発電機として駆動され、電力に回生されてバッテリ26に蓄えられる。また、絞り33により背圧がかかってメータアウト制御が行われるので、負荷変動に対してブームシリンダ18の動作を安定させることができる。   At that time, the pressure oil of the hydraulic pump 22 is supplied to the top side 18 b of the boom cylinder 18 through the contracted position (c) of the switching valve 27. At this time, the check valve 32 prevents the boom cylinder 18 from flowing from the top side 18b to the bottom side 18a. The pressure oil on the bottom side 18 a of the boom cylinder 18 is supplied to the bidirectional pump motor 24 and is returned to the tank 28 through the throttle 33. Accordingly, the bidirectional pump motor 24 rotates and the electric motor generator 23 is driven as a generator, and is regenerated into electric power and stored in the battery 26. Further, since the back pressure is applied by the throttle 33 and meter-out control is performed, the operation of the boom cylinder 18 can be stabilized against load fluctuations.

ここで、前記電動モータジェネレータ23と両方向ポンプモータ24との間に変速機34を介装してあるので、電動モータジェネレータ23を高速運転して変速機34で減速することにより、高速化による電動モータジェネレータ23の小型化並びに高効率化を図ることができる。また、高速化が困難である両方向ポンプモータ24は変速機34によって適正な回転で駆動されるので、両方向ポンプモータ24の寿命を長くすることができる。   Here, since the transmission 34 is interposed between the electric motor generator 23 and the bidirectional pump motor 24, the electric motor generator 23 is operated at a high speed and decelerated by the transmission 34. The motor generator 23 can be reduced in size and efficiency. In addition, since the bidirectional pump motor 24, which is difficult to increase in speed, is driven at an appropriate rotation by the transmission 34, the life of the bidirectional pump motor 24 can be extended.

尚、前記両方向ポンプモータは可変容量式であるので、吐出量とトルクを変更することができ、ブームシリンダ18の保持圧が高いときは吐出量を減少させ、電動モータジェネレータのオーバートルクを防止することができ、ブームシリンダ18の保持圧が低いときは吐出量が増え、シリンダの速度をアップすることができる。一方、固定容量式では、ブームシリンダ18の保持圧が最大のときに電動モータジェネレータがオーバートルクとならない吐出量にする必要があり、シリンダの速度を上げるのは両方向ポンプモータの回転数アップであり、制約がある。   Since the bidirectional pump motor is a variable displacement type, the discharge amount and torque can be changed, and when the holding pressure of the boom cylinder 18 is high, the discharge amount is decreased to prevent overtorque of the electric motor generator. When the holding pressure of the boom cylinder 18 is low, the discharge amount increases and the cylinder speed can be increased. On the other hand, in the fixed capacity type, it is necessary to set the discharge amount so that the electric motor generator does not become overtorque when the holding pressure of the boom cylinder 18 is maximum, and the speed of the cylinder is increased by increasing the rotational speed of the bidirectional pump motor. There are restrictions.

図6は切換弁27の操作量とブームシリンダ18のシリンダ動作速度の関係を示し、実線で示された切換弁27の操作量に対して、両方向ポンプモータ24の流量制御動特性に遅れが生じるように流量制御するため、点線で示されたブームシリンダ18の動作速度の上昇が遅れを生じている。   FIG. 6 shows the relationship between the operation amount of the switching valve 27 and the cylinder operating speed of the boom cylinder 18, and the flow rate control dynamic characteristic of the bidirectional pump motor 24 is delayed with respect to the operation amount of the switching valve 27 indicated by the solid line. Therefore, the increase in the operating speed of the boom cylinder 18 indicated by a dotted line is delayed.

従って、前記切換弁27を急速に操作した場合、操作開始時は操作に追従して両方向ポンプモータ24の流量が急速に増加するため、ブームシリンダ18の動作速度に遅れがなく、その後は、両方向ポンプモータ24の流量増加に遅れが生じるため、ブームシリンダ18の動作速度が円滑に加速されてショックの少ない加減速が行われる。このように、操作量に対して遅れが生じるように制御するので、急操作時の場合、動き始めは応答性が俊敏であり、その後は加速を滑らかにすることにより、ショックの少ない加減速が可能となって操作性の向上に寄与できる。   Therefore, when the switching valve 27 is operated rapidly, the flow rate of the bidirectional pump motor 24 increases rapidly following the operation at the start of the operation, so that there is no delay in the operating speed of the boom cylinder 18, and thereafter Since a delay occurs in the increase in the flow rate of the pump motor 24, the operating speed of the boom cylinder 18 is smoothly accelerated and acceleration / deceleration with less shock is performed. In this way, control is performed so that there is a delay with respect to the operation amount. It becomes possible and can contribute to improvement in operability.

尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。   It should be noted that the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention, and the present invention naturally extends to the modified ones.

本発明が適用された油圧ショベルの側面図。1 is a side view of a hydraulic excavator to which the present invention is applied. 本発明に係る一例としてのブームシリンダの駆動回路図。The drive circuit diagram of the boom cylinder as an example which concerns on this invention. (a)図2の切換弁の操作量と開口面積の関係を示すグラフ、(b)図2の切換弁の操作量とブームシリンダの動作速度の関係を示すグラフ。(A) The graph which shows the relationship between the operation amount of the switching valve of FIG. 2, and opening area, (b) The graph which shows the relationship between the operation amount of the switching valve of FIG. 2, and the operating speed of a boom cylinder. 本発明に係る変形例としてのブームシリンダの駆動回路図。The drive circuit figure of the boom cylinder as a modification concerning the present invention. 本発明に係る他の変形例としてのブームシリンダの駆動回路図。The drive circuit diagram of the boom cylinder as another modification concerning the present invention. 本発明に係る切換弁の操作量とシリンダ動作速度の経時的関係を示す図。The figure which shows the temporal relationship of the operation amount of the switching valve which concerns on this invention, and cylinder operating speed.

符号の説明Explanation of symbols

10 油圧ショベル
18 ブームシリンダ
22 油圧ポンプ
23 電動モータジェネレータ
24 両方向ポンプモータ
25 制御部
26 バッテリ
27 切換弁
28 タンク
30 圧力センサ
31 保持弁
32 チェック弁
33 絞り
34 変速機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Hydraulic excavator 18 Boom cylinder 22 Hydraulic pump 23 Electric motor generator 24 Two-way pump motor 25 Control part 26 Battery 27 Switching valve 28 Tank 30 Pressure sensor 31 Holding valve 32 Check valve 33 Restriction 34 Transmission

Claims (7)

作業機を駆動する油圧シリンダと、該油圧シリンダへ圧油を供給する油圧ポンプと、油圧ポンプからの圧油の方向を切り換える切換弁を備えた建設機械の油圧回路において、
前記切換弁には、前記油圧ポンプとは別の入力ポートに電動モータジェネレータによって駆動される両方向ポンプモータを接続し、
前記切換弁の操作時に油圧シリンダのボトム側が常に前記両方向ポンプモータに接続され、油圧シリンダのトップ側は前記油圧シリンダの伸長操作信号でタンクポートへ連通され、一方、油圧シリンダの収縮操作信号で前記油圧ポンプへ接続され、更に、前記切換弁中立位置で油圧シリンダがブロックされるように構成した建設機械の油圧シリンダ駆動装置。
In a hydraulic circuit of a construction machine including a hydraulic cylinder that drives a work machine, a hydraulic pump that supplies pressure oil to the hydraulic cylinder, and a switching valve that switches a direction of the pressure oil from the hydraulic pump,
The switching valve is connected to a bidirectional pump motor driven by an electric motor generator at an input port different from the hydraulic pump,
When the switching valve is operated, the bottom side of the hydraulic cylinder is always connected to the bidirectional pump motor, and the top side of the hydraulic cylinder is communicated to the tank port by an extension operation signal of the hydraulic cylinder, while the contraction operation signal of the hydraulic cylinder A hydraulic cylinder drive device for a construction machine, which is connected to a hydraulic pump and further configured to block the hydraulic cylinder at the neutral position of the switching valve.
上記切換弁の操作量が小さいときは切換弁の開口面積を微小とし、切換弁の操作量の増加に伴い急速に最大開口面積となるように構成すると共に、
上記切換弁の油圧シリンダ伸長操作量が微小であるときは、上記両方向ポンプモータの吐出圧を上記油圧シリンダの保持圧以上にする制御部を備え、
且つ、上記油圧シリンダの保持圧または上記切換弁の開口前後の差圧を入力圧とし、この入力圧に基づき上記両方向ポンプモータの吐出圧を一定の差圧となるように流量制御する制御部を備えた請求項1記載の油圧シリンダ駆動装置。
When the operation amount of the switching valve is small, the opening area of the switching valve is made minute, and the maximum opening area is rapidly increased as the operation amount of the switching valve increases .
When the hydraulic cylinder extending operation amount of the switching valve is very small, a control unit is provided that makes the discharge pressure of the bidirectional pump motor equal to or higher than the holding pressure of the hydraulic cylinder,
And a control unit for controlling the flow rate so that the discharge pressure of the bidirectional pump motor becomes a constant differential pressure based on the input pressure based on the holding pressure of the hydraulic cylinder or the differential pressure before and after the opening of the switching valve. The hydraulic cylinder drive device of Claim 1 provided.
上記切換弁と油圧シリンダのボトム側との間には保持弁を設け、油圧シリンダの収縮操作信号により切換弁が開口する前に前記保持弁が開口するように構成し、A holding valve is provided between the switching valve and the bottom side of the hydraulic cylinder, and the holding valve is opened before the switching valve is opened by a contraction operation signal of the hydraulic cylinder.
更に、上記切換弁の中立位置では上記両方向ポンプモータとタンクとを連通したことを特徴とする請求項1または2記載の建設機械の油圧シリンダ駆動装置。3. The hydraulic cylinder driving device for a construction machine according to claim 1, wherein the bidirectional pump motor and the tank are communicated with each other at a neutral position of the switching valve.
上記切換弁は、油圧シリンダの収縮操作信号で油圧シリンダのトップ側とボトム側からの流れを阻止するチェック弁を介して接続されるとともに、油圧シリンダのボトム側とタンクポートが絞りを介して接続され、一方、油圧シリンダの伸長操作信号で上記油圧シリンダのボトム側と油圧ポンプ並びに両方向ポンプモータを接続するように構成した請求項1,2または3記載の建設機械の油圧シリンダ動装置。 The switching valve is connected via a check valve that blocks the flow from the top side and bottom side of the hydraulic cylinder with a contraction operation signal of the hydraulic cylinder, and the bottom side of the hydraulic cylinder and tank port are connected via a throttle. is, on the other hand, the hydraulic cylinders of the extension operation signal by the hydraulic cylinder bottom side and the hydraulic pump as well as a construction machine of the hydraulic cylinder drive braking system according to claim 1, wherein the configuration so that connecting a bidirectional pump motor. 上記両方向ポンプモータと電動モータジェネレータとの間に変速機を介装した請求項1,2,3または4記載の建設機械の油圧シリンダ動装置。 Construction machine hydraulic cylinder drive braking system according to claim 1, 2, 3 or 4 wherein the interposed transmission between said bidirectional pump motor and the electric motor-generator. 上記両方向ポンプモータは可変容量式である請求項1,2、3,4または5記載の建設機械の油圧シリンダ動装置。 Said bidirectional pump motor construction machine hydraulic cylinder drive braking system according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein the variable capacity type. 上記切換弁の操作量に対して上記両方向ポンプモータの流量制御特性に遅れが生じるように流量制御する制御部を備えた請求項1,2,3、4,5または6記載の建設機械の油圧シリンダ動装置。 The hydraulic pressure of the construction machine according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, further comprising a control unit for controlling a flow rate so that a flow rate control characteristic of the bidirectional pump motor is delayed with respect to an operation amount of the switching valve. cylinder drive operated device.
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