JP4455297B2 - 建設機械の駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は油圧ショベル等の建設機械の駆動装置に関するものであり、特に、一つのエンジンの駆動力で建設機械の走行と電動アクチュエータ及び少なくとも２つ以上の油圧アクチュエータを駆動する建設機械の駆動装置に関するものである。

油圧ショベル等の建設機械に於いては、エンジンによって発電機と油圧ポンプを駆動し、電力と油圧の双方で油圧アクチュエータを駆動する、所謂、ハイブリッド方式の油圧ショベルが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載される油圧ショベルは、エンジンと、該エンジンにより駆動される電動機兼用発電機とを備えている。又、下部走行体の走行を駆動する左走行モータ及び右走行モータと、アームを駆動するアーム用シリンダ、バケットを駆動するバケット用シリンダ、ブームを駆動するブーム用シリンダ、アーム用シリンダ及び左走行モータを複合駆動する第１の油圧ポンプ、バケット用シリンダ及び右走行用モータを複合駆動する第２の油圧ポンプ、ブーム用シリンダを駆動する第３の油圧ポンプとを備えている。そして、第１の油圧ポンプと第２の油圧ポンプはエンジンの駆動力で直接駆動され、第３の油圧ポンプは電動機兼用発電機の回転力で駆動される構成となっている。

特開２００２−３２２６８２号公報

上述したように、特許文献１記載の発明は、第１の油圧ポンプがアーム用シリンダと左走行モータを複合駆動し、第２の油圧ポンプがバケット用シリンダと右走行用モータを複合駆動する構成となっている。又、アーム用シリンダと左走行モータとの間と、バケット用シリンダと右走行用モータとの間は、互いに独立性は有していない。

このため、例えば第１の油圧ポンプによってアーム用シリンダと左走行モータが同時に複合駆動されている時に、第２の油圧ポンプ側ではバケット用シリンダが休み、右走行用モータだけが走行駆動されている場合や、反対に、第２の油圧ポンプによってバケット用シリンダと右走行用モータが同時に複合駆動されている時に、第１の油圧ポンプ側ではアーム用シリンダが休み、左走行モータだけが走行駆動されている場合、独立性を有していない駆動構造では、左右の走行モータへの油圧吐出量が異なる場合が起きる。このような場合、左右の走行モータのパワーバランスが崩れ、走行に対する直進性が確保しづらくなる。これは運転操作を難しくする問題があった。

又、掘削のみで、走行をしない場合には、低負荷側の油圧を絞る等の操作も必要となり、圧損によるエネルギー損失が生じることになる。

そこで、走行に対する直進性が確保できるとともに、省エネを実現することができる構造と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。

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、下部走行体と、該下部走行体に搭載された上部旋回体と、該上部旋回体に設けられた電動アクチュエータ及び少なくとも２つ以上の油圧アクチュエータと、前記下部走行体を走行させる左右一対の走行モータとを備え、且つ、エンジンと、該エンジンの駆動力により駆動される第１と第２の２つの油圧ポンプとを備えた建設機械の駆動装置において、前記走行モータが駆動されない時には、前記２つの油圧ポンプを互いに異なる前記油圧アクチュエータに作動力をそれぞれ付与する独立した油圧ポンプとして動作させ、走行モータが駆動される時には、一方の油圧ポンプを走行モータ用の油圧ポンプとして使用し、他方の油圧ポンプを前記油圧アクチュエータ用の油圧ポンプとして使用するように切り換える油圧回路コントローラを設けたことを特徴とする建設機械の駆動装置を提供する。

この構成によれば、２つの油圧ポンプは、走行モータが駆動されない時には、それぞれが互いに異なる油圧アクチュエータに作動力を付与する独立した油圧ポンプとして使用され、走行モータを駆動する時には、一方の油圧ポンプを走行モータ用の油圧ポンプとして独立した状態で使用し、他方の油圧ポンプを油圧アクチュエータ用の油圧ポンプとして独立した状態で使用する。従って、２つの油圧ポンプは、走行モータが駆動されない時には、油圧アクチュエータ間で独立性が持たされ、走行モータが駆動される時には、油圧アクチュエータと走行モータとの間で独立性が持たされる。

請求項２記載の発明は請求項１記載の発明において、電動アクチュエータはブーム及び旋回駆動アクチュエータであり、油圧アクチュエータはアーム及びバケット駆動アクチュエータである建設機械の駆動装置を提供する。

この構成によれば、具体的に２つの油圧ポンプは、走行モータが駆動されない時には、アーム駆動アクチュエータとバケット駆動アクチュエータに夫々作動力を付与する独立した油圧ポンプとして使用され、走行モータを駆動する時には、一方の油圧ポンプを走行モータ用の油圧ポンプとして独立した状態で使用し、他方の油圧ポンプをアーム駆動アクチュエータ及びバケット駆動アクチュエータ用の油圧ポンプとして独立した状態で使用する。従って、２つの油圧ポンプは、走行モータが駆動されない時には、アーム駆動アクチュエータとバケット駆動アクチュエータ間で独立性が持たされ、走行モータが駆動される時には、アーム駆動アクチュエータ及びバケット駆動アクチュエータと走行モータとの間で独立性が持たされる。

請求項１記載の発明は、走行モータが駆動されない時、油圧アクチュエータと油圧ポンプは１対１の関係で動作し、油圧アクチュエータ間及び油圧ポンプ間で互いに独立性が確保されるから、動作途中に於いて低負荷側を絞る等の動作は無くなる。これにより、圧損が発生しないから、省エネ化に寄与する。又、走行モータが駆動される時には、油圧アクチュエータと走行モータの間に於ける独立性が確保されるので、複合操作時に於いても、左右の走行モータのパワーバランスが保たれる。これにより、直進走行を行う場合の走行直進性が常に確保され、走行操作を簡単にすることができる。

請求項２記載の発明は、具体的に走行モータが駆動されない時、アーム及びバケット駆動アクチュエータと油圧ポンプは１対１の関係で動作し、アーム駆動アクチュエータとバケット駆動アクチュエータ間及び油圧ポンプ間で互いに独立性が確保されるから、動作途中に於いて低負荷側を絞る等の動作は無くなる。これにより、圧損が発生しないから、省エネ化に寄与する。又、走行モータが駆動される時には、アーム及びバケット駆動アクチュエータと走行モータの間に於ける独立性が確保されるので、複合操作時に於いても、左右の走行モータのパワーバランスが保たれる。これにより、直進走行を行う場合の走行直進性が常に確保され、走行操作を簡単にすることができる。

走行に対する直進性が確保できるとともに、省エネ化を実現することができる構造にするという目的を達成するために、下部走行体と、該下部走行体上に搭載された上部旋回体と、該上部旋回体に設けられた電動アクチュエータ及び少なくとも２つ以上の油圧アクチュエータと、前記下部走行体を走行させる左右一対の走行モータとを備える建設機械の駆動装置に於いて、エンジンと、該エンジンの駆動力により駆動される第１と第２の２つの油圧ポンプと、前記走行モータが駆動されない時には、前記２つの油圧ポンプを互いに異なる前記油圧アクチュエータに作動力をそれぞれ付与する独立した油圧ポンプとして動作させ、走行モータが駆動される時には、一方の油圧ポンプを走行モータ用の油圧ポンプとして使用し、他方の油圧ポンプを前記油圧アクチュエータ用の油圧ポンプとして使用するように切り換える油圧回路コントローラを設けた建設機械の駆動装置を提供する。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。図１は本発明を適用した建設機械としての油圧ショベルの外観側面図である。図１に於いて、油圧ショベル１０は、クローラ式の下部走行体１１の上に、旋回機構１２を介して、上部旋回体１３を縦軸まわりに旋回自在に搭載している。又、上部旋回体１３には、その前方側部にキャブ１４が設けられていると共に、前方中央部にブーム１５とアーム１６とバケット１７、及び、これらを駆動するアクチュエータとしてのブームシリンダ１８，アームシリンダ１９，バケットシリンダ２０からなる掘削アタッチメント２１を取り付けている。

図２は、キャブ１４内の概略構成を示す。キャブ１４内のほぼ中央には、オペレータが座る着座シート部２２が設置されている。該着座シート部２２の横側には操作パネル２３が設けられ、更に着座シート部２２の前及び左右両側を囲むようにして、複数の手動操作レバーを配置してなる手動操作部２４が設けられている。

図３は、図１及び図２に示した油圧ショベル１０に搭載した駆動装置の回路図である。図３に於いて、エンジン（本例ではディーゼルエンジン）２５には、その出力軸に、電動機兼用発電機（以下「電動発電機」という）２６と第１の油圧ポンプ２７と第２の油圧ポンプ２８がそれぞれ連結されている。

電動発電機２６は、エンジン２５により駆動されて発電機動作を行う一方、外部から電力を供給されて電動機動作を行うもので、電動機機能と発電機機能とを兼ね、発電機動作により生じた余剰電力をバッテリ２９に蓄える。そして、該バッテリ２９に蓄えられた電力はブームシリンダ１８へ圧油を導出するブーム用電動ポンプ３０を駆動するブーム用電動機兼用発電機（以下「ブーム用電動発電機」という）４６に供給される。尚、前記電動発電機２６及びブーム用電動発電機４６の発電機動作及び電動機動作の切り換えは、モータコントローラ３１及びモータコントローラ３２の動作によりそれぞれ制御される。

又、バッテリ２９には、モータコントローラ３３を介して旋回用電動機３４が接続されており、この旋回用電動機３４の回転力を図１の旋回機構１２に供給し、該旋回用電動機３４の回転力で上部旋回体１３が旋回する構造となっている。

前記ブーム用電動ポンプ３０の圧油をブームシリンダ１８へ給排制御する切換弁３５は、図示せぬコントローラの制御で、図３の位置ａ，位置ｂ，位置ｃとの間で切り換わり動作し、図３中に示している位置ａに切り換えられている時にはブームシリンダ１８は停止し、位置ｂ又は位置ｃに切り換わると作動する。

第１の油圧ポンプ２７及び第２の油圧ポンプ２８は、下部走行体１１を走行駆動するための左走行モータ３６及び右走行モータ３７と、アームシリンダ１９及びバケットシリンダ２０を駆動するものである。その第１の油圧ポンプ２７及び第２の油圧ポンプ２８と、左走行モータ３６及び右走行モータ３７、アームシリンダ１９及びバケットシリンダ２０との間には、油圧回路コントローラ３８が設けられている。

油圧回路コントローラ３８は、左走行モータ３６の作動方向と速度を制御するための切換弁３９と、右走行モータ３７の作動方向と速度を制御するための切換弁４０と、アームシリンダ１９の動作を切り換え制御するための切換弁４１と、バケットシリンダ２０の動作を切り換え制御するための切換弁４２と、第１の油圧ポンプ２７と第２の油圧ポンプ２８の連結切り換えを制御するための走行直進弁４３と、チェック弁４４，４５とで構成されている。

切換弁３９は、図示せぬコントローラの制御で、図３の位置ａ，位置ｂ，位置ｃとの間で切り換わり動作し、図３中に示している位置ａに切り換えられている時には左走行モータ３６は停止し、位置ｂ又は位置ｃに切り換わると正方向又は逆方向に回転する。

切換弁４０は、図示せぬコントローラの制御で、図３の位置ａ，位置ｂ，位置ｃとの間で切り換わり動作し、図３中に示している位置ａに切り換えられている時には右走行モータ３７は停止し、位置ｂ又は位置ｃに切り換わると正方向又は逆方向に回転する。

切換弁４１は、図示せぬコントローラの制御で、図３の位置ａ，位置ｂ，位置ｃとの間で切り換わり動作し、図３中に示している位置ａに切り換えられている時にはアームシリンダ１９は停止し、位置ｂ又は位置ｃに切り換わると作動する。

切換弁４２は、図示せぬコントローラの制御で、図３の位置ａ，位置ｂ，位置ｃとの間で切り換わり動作し、図３中に示している位置ａに切り換えられている時にはバケットシリンダ２０は停止し、位置ｂ又は位置ｃに切り換わると作動する。

走行直進弁４３は、図示せぬコントローラの制御で、図３の位置ａ，位置ｂとの間で切り換わり動作される。ここの切り換えでは、左右の走行モータ３６，３７の何れも駆動されない時には、図３中に示している位置ａに切り換えられ、左右の走行モータ３６，３７の何れか一つでも駆動される時には、位置ｂに切り換えられる。

次に作用を説明する。下部走行体１１が走行されずに、走行モータ３６，３７が駆動されない時、走行直進弁４３は位置ａに切り換えられる。走行直進弁４３が位置ａに切り換えられている時には、第１の油圧ポンプ２７は、切換弁４１を介してアームシリンダ１９と連結されてアームシリンダ１９に作動力を付与し、第２の油圧ポンプ２８は、切換弁４２を介してバケットシリンダ２０と連結されてバケットシリンダ２０に作動力を付与する。即ち、２つの油圧ポンプ２７，２８は、走行モータ３６，３７が駆動されない時には、互いに異なる油圧アクチュエータ（アームシリンダ１９とバケットシリンダ２０）に作動力をそれぞれ付与する独立した油圧ポンプとして使用される。

反対に、下部走行体１１の走行が行われる時には、走行モータ３６，３７が駆動される時で、走行直進弁４３は位置ｂに切り換えられる。走行直進弁４３が位置ｂに切り換えられている時には、第１の油圧ポンプ２７は、アームシリンダ１９と分離され、左右の走行モータ３６，３７と連結され、独立した状態で左右の走行モータ３６，３７にそれぞれ駆動力を付与する。一方、第２の油圧ポンプ２８は、アームシリンダ１９及びバケットシリンダ２０と連結され、アームシリンダ１９及びバケットシリンダ２０にそれぞれ駆動力を付与する。

従って、本実施の形態に於ける構成では、２つの油圧ポンプ２７，２８は、走行モータ３６，３７が駆動されない時には、各油圧アクチュエータ（アームシリンダ１９とバケットシリンダ２０）間で互いに独立性が確保されるので、複合動作に於いて低負荷側を絞る等の動作は無くなる。これにより、圧損が発生しないから省エネ化に寄与できると共に、操作が簡単になり、操作性の改善が図れる。

一方、走行モータ３６，３７が駆動される時には、油圧アクチュエータ（アームシリンダ１９とバケットシリンダ２０）と走行モータ３６，３７間で独立性が持たされることになり、複合操作時に於いても左右の走行モータのパワーバランスが保たれる。これにより、直進走行を行う場合に於ける走行直進性が常に確保され、走行操作が簡単になる。

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。

本発明の一実施の形態として示す油圧ショベルの外観側面図。 同上油圧ショベルに於けるキャブ内構造を示す斜視図。 同上油圧ショベルに於ける駆動装置の回路図。

符号の説明

１０ 油圧ショベル
１１ 下部走行体
１２ 旋回機構
１３ 上部旋回体
１４ キャブ
１５ ブーム
１６ アーム
１７ バケット
１８ ブームシリンダ
１９ アームシリンダ
２０ バケットシリンダ
２１ 掘削アタッチメント
２５ エンジン
２６ 電動発電機
２７ 第１の油圧ポンプ
２８ 第２の油圧ポンプ
２９ バッテリ
３０ ブーム用電動ポンプ
３４ 旋回電動機
３５ 切換弁
３６ 左走行モータ
３７ 右走行モータ
３８ 油圧回路コントローラ
３９ 切換弁
４０ 切換弁
４１ 切換弁
４２ 切換弁
４３ 走行直進弁
４６ ブーム用電動発電機

Claims (2)

1. 下部走行体と、該下部走行体に搭載された上部旋回体と、該上部旋回体に設けられた電動アクチュエータ及び少なくとも２つ以上の油圧アクチュエータと、前記下部走行体を走行させる左右一対の走行モータとを備え、且つ、エンジンと、
   該エンジンの駆動力により駆動される第１と第２の２つの油圧ポンプとを備えた建設機械の駆動装置において、
   前記走行モータが駆動されない時には、前記２つの油圧ポンプを互いに異なる前記油圧アクチュエータに作動力をそれぞれ付与する独立した油圧ポンプとして動作させ、走行モータが駆動される時には、一方の油圧ポンプを走行モータ用の油圧ポンプとして使用し、
   他方の油圧ポンプを前記油圧アクチュエータ用の油圧ポンプとして使用するように切り換える油圧回路コントローラを設けたことを特徴とする建設機械の駆動装置。
2. 上記電動アクチュエータはブーム及び旋回駆動アクチュエータであり、上記油圧アクチュエータはアーム及びバケット駆動アクチュエータであることを特徴とする請求項１記載の建設機械の駆動装置。

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