JP4812655B2 - 建設機械の油圧駆動装置 - Google Patents
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Description
このように構成した本実施形態は、エンジン10を駆動させると、油圧ポンプ11から圧油が吐出され、この圧油が吐出管路30を通り、ブーム用制御弁12、アーム用制御弁13、バケット用制御弁14に供給される。この状態において、ブーム用操作レバー37をブーム5が上昇する方向に操作すると、パイロット弁37aでは、ブーム用操作レバー37の操作量に応じたブームパイロット圧が発生し、このブームパイロット圧がブーム用制御弁12の受圧部12aに導かれる。この受圧部12aが受けるブームパイロット圧によって、ブーム用制御弁12は、(a)位置に切換わる。これにより、油圧ポンプ11からブーム制御弁12に供給された圧油が、開位置に保たれている切換弁32、管路21を介してブームシリンダ5aのボトム室に導かれるとともに、ブームシリンダ5aのロッド室側の管路20が、タンク44に接続されるので、ブームシリンダ5aは延びる方向へ動作し、ブーム5が上昇する。
さらに、アーム用操作レバー38をアーム6がクラウドするように操作すると、パイロット弁38aで発生したアームパイロット圧がアーム用制御弁13の受圧部13aに導かれ、アーム用制御弁13は、(a)位置に切換わる。これにより、油圧ポンプ11からアーム制御弁13に供給された圧油が、管路23からアームシリンダ6aのボトム室側に導かれるとともに、アームシリンダ6aのロッド室側の管路22が、タンク44に接続されるので、アームシリンダ6aは延びる方向へ動作し、アーム6がクラウド動作をする。
さらに、バケット用操作レバー39をバケット7がクラウドするように操作すると、パイロット弁39aで発生したバケットパイロット圧がバケット用制御弁14の受圧部14aに導かれ、バケット用制御弁14は、(a)位置に切換わる。これにより、油圧ポンプ11からバケット用制御弁14に供給された圧油が、管路25からバケットシリンダ7aのボトム室に導かれるとともに、バケットシリンダ7aのロッド室側の管路24が、タンク44に接続されるので、バケットシリンダ7aは延びる方向へ動作し、バケット7がクラウドする。
さらに、旋回用操作レバー40を操作すると、パイロット弁40aで旋回用操作レバー40の操作量に応じた旋回パイロット圧が発生し、この旋回パイロット圧は、圧力センサ42g、圧力センサ42hで検出され、この検出信号を受けた車体コントローラ8の操作量算出部8aにより、旋回操作量が算出される。そして、この算出された旋回操作量により、旋回速度が速度算出部8bによって算出され、この算出された旋回速度は、旋回用電動機制御部8cに送られる。旋回用電動機制御部8cは、算出された旋回速度から図2に示す旋回用電動機17の目標回転数を算出し、この算出した目標回転数をインバータ18へ出力する。これにより、旋回用電動機17は、インバータ18により、旋回用操作レバー40の操作量に応じた目標回転数で駆動される。
次に、前述したブーム6の下げ操作によって得られる位置エネルギ、すなわちブームシリンダ5aからの戻り油のエネルギを電気エネルギとして蓄電装置9に充電するまでの動作について説明する。まず、ブーム用操作レバー37をブーム5が下降する方向に操作すると、前述のように、ブーム用制御弁12が(b)位置に切換わり、車体コントローラ8の出力信号によって切換弁32が閉状態、開閉弁33が開状態となる。これにより、油圧ポンプ11からブーム用制御弁12に供給された圧油が、管路20からブームシリンダ5aのロッド室側に導かれ、ブームシリンダ5aのボトム室から戻り油として、管路21、管路26、開閉弁33、管路31を順に流れ、この戻り油によって油圧ポンプ・モータ15が駆動される。これによって、油圧ポンプ・モータ15と連結された電動機16は、油圧ポンプ・モータ15の回転駆動により、発電機として駆動され、ここで発電された電気エネルギは、インバータ19を介して蓄電装置9に充電される。
さらに、この算出された戻り油の流量と、予め記憶されたあるいは別途算出された油圧ポンプ・モータ15の吐出容量データによって、電動機16の所要回転数が計算される。
また、算出された電動機16の所要回転数は、インバータ19へ出力される。これにより、インバータ19は、ブームシリンダ5aのボトム室からの戻り油の流量がブーム速度に応じた流量となるように、電動機16の回転数を制御する。したがって、ブーム5の動作速度は、ブーム用操作レバー37の操作量に応じた速度に制御される。
次に、車体コントローラ8によって蓄電装置9の蓄電量が不足していると判断された場合に、蓄電装置9に充電する動作について説明する。図3に示す車体コントローラ8の発電電力算出部8eでは、蓄電装置9と接続されたインバータ18、インバータ19から送信されるバッテリ電圧の信号を常に受信し、蓄電装置9の蓄電量が必要量であるかが判断されている。この車体コントローラ8の発電電力算出部8eで、蓄電装置9の蓄電量が少ないと判断された場合には、発電電力算出部8eにより目標発電電力が算出され、この目標発電電力は、回生・支援電動機制御部8fに送られる。目標発電電力を受信した回生・支援電動機制御部8fは、切換弁36へ開信号を出力するとともに、目標発電電力を発電するために必要な電動機16の目標回転数をインバータ19へ出力する。これにより、切換弁36は開状態となり、油圧ポンプ11から吐出される圧油が誘導管路、すなわち吐出管路30、管路29、31を順に流れ、その圧油により油圧ポンプ・モータ15が駆動される。したがって、電動機16は、油圧ポンプ・モータ15の回転駆動により、発電機として駆動されるとともに、インバータ19により発電電力目標に応じた目標回転数に制御される。これにより、不足分の電気エネルギが電動機16によって発電され、この電気エネルギは、インバータ19を介して蓄電装置9に充電される。
次に、ブーム5の下げ操作による戻り油を利用して、アーム6の操作をする動作について説明する。まず、ブーム用操作レバー37によりブーム5の下げ操作を行うと同時に、アーム操作レバー38をアーム6がクラウドするように操作すると、前述したように、ブーム5側の油圧回路では、ブーム用制御弁12が(b)位置に切換わり、ブーム用制御弁12に供給された圧油は、管路20からブームシリンダ5aのロッド室に流れ込む。一方、アーム6側の油圧回路では、前述したように、アーム用制御弁13が(a)位置に切換わり、アーム用制御弁13に供給された圧油は、管路23からアームシリンダ6aのボトム室に流れ込む。
次に、各シリンダ(5a,6a,7a)の複合操作などによって、油圧ポンプ11だけでは、各シリンダ(5a,6a,7a)に供給する圧油の流量が不足する場合に、油圧ポンプ・モータ15による流量支援を行う動作について説明する。例えば、ブーム用操作レバー37をブーム5が上昇する方向に操作すると同時に、アーム用操作レバー38をアーム6がダンプする方向に操作すると、車体コントローラ8では、圧力センサ42a、圧力センサ42bからのブームパイロット圧、及び圧力センサ42c、42dからのアームパイロット圧の検知信号に基づき、操作量算出部8aでブーム操作量、アーム操作量が算出され、速度算出部8bでブーム速度、アーム速度が算出される。そして、このブーム速度、アーム速度、及び予め記憶されたブームシリンダ5a、アームシリンダ6aのピストンの受圧面積データを利用して、回生・支援電動機制御部8fでは、ブーム5を上昇させる操作に必要な流量と、アーム6をダンプさせる操作に必要な流量が算出される。また、回生・支援電動機制御部8fでは、算出されたブーム5を上昇させる操作に必要な流量と、アーム6をダンプさせる操作に必要な流量の合計流量が算出された後、この合計流量と流量算出部8dによって算出された油圧ポンプ11のポンプ流量とが比較される。
充され、これにより、アーム6は、アーム操作レバー38の操作量に応じた速度でクラウドする。
このように構成した本実施形態によれば、蓄電装置9からの電気エネルギにより駆動される電動機16をエンジン10から離隔させて設けたことにより、電動機16のエンジン10との連結駆動によって生ずるエンジンロスを無くすことができるとともに、ブームシリンダ5aの操作に伴って回収した蓄電装置9の電気エネルギを利用して、電動機16を駆動させ、この電動機16の駆動によって吐出する油圧ポンプ・モータ15からの圧油を、管路26、管路27、管路28、管路31を通して、油圧ポンプ11からの圧油に合流させて、ブームシリンダ5a、アームシリンダ6aに導くようにしたので、ブームシリンダ5aの操作に伴って回収したエネルギによって発生させた圧油をブーム用制御弁12、アーム用制御弁13を経由させずに、ブームシリンダ5a、アームシリンダ6aに導くことができる。つまり、ブームシリンダ5aの操作に伴って回収したエネルギによって発生させた圧油のブーム用制御弁12、アーム用制御弁13の経由に伴う絞り損失を無くすことができる。すなわち、ブームシリンダ5aの操作に伴って回収したエネルギをブームシリンダ5a、アームシリンダ6aの駆動に有効活用することができ、これによって、エネルギ効率を向上させることができる。
5a ブームシリンダ
6 アーム
6a アームシリンダ
8 車体コントローラ
8a 操作量算出部
8b 速度算出部
8c 旋回用電動機制御部
8d 流量算出部
8e 発電電力算出部
8f 回生・支援電動機制御部
9 蓄電装置
10 エンジン
11 油圧ポンプ
12 ブーム用制御弁
13 アーム用制御弁
15 油圧ポンプ・モータ(補助ポンプ)
16 電動機
17 旋回用電動機
18 インバータ
19 インバータ
26 管路(補助管路)
27 管路(補助管路)
28 管路(補助管路)
29 管路(誘導管路)
30 吐出管路(誘導管路)
31 吐出管路(補助管路)(誘導管路)
32 切換弁
33 開閉弁
34 開閉弁
35 開閉弁
36 切換弁(切換手段)
37 ブーム用操作レバー
38 アーム用操作レバー
40 旋回用操作レバー
42b 圧力センサ
42c 圧力センサ
42d 圧力センサ
42e 圧力センサ
42f 圧力センサ
Claims (3)
- エンジンによって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプの圧油が供給されるコントロールバルブと、このコントロールバルブによって制御される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータの戻り圧油によって駆動される油圧モータと、この油圧モータによって駆動される発電機と、この発電機によって生じた電気エネルギを蓄える蓄電装置とを備える建設機械の油圧駆動装置において、
前記蓄電装置からの電気エネルギにより駆動され、前記エンジンから離隔させて設けた電動機と、この電動機により駆動される補助ポンプと、この補助ポンプからの圧油を前記油圧ポンプからの圧油に合流させて前記コントロールバルブを経由させずに、前記油圧アクチュエータに導く補助管路と、この補助管路を開閉する開閉弁とを設け、
前記油圧ポンプからの圧油を前記油圧モータに導く誘導管路を有するとともに、前記誘導管路の開閉を切替える切換手段を備えたことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。 - 請求項1に記載の発明において、
前記油圧モータが前記補助ポンプを兼ねる油圧ポンプ・モータから成り、前記発電機が前記油圧ポンプ・モータを前記蓄電装置からの電気エネルギにより駆動する電動機を兼ねることを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。 - 請求項1または2に記載の発明において、
前記蓄電装置からの電気エネルギによって駆動される旋回用電動機を設けたことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
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