JP4907231B2 - Energy regenerative power unit - Google Patents

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Description

この発明は、パワーショベル等の建設機械であって、エネルギーの回生を可能にした動力装置に関する。   The present invention relates to a power machine that is a construction machine such as a power shovel and can regenerate energy.
建設機械の動力装置として、例えばパワーショベルがあるが、このパワーショベルに用いる回路構成には、特許文献1に示すものが一般的に用いられている。以下に、このパワーショベルの主要な構造および作用について説明する。
図4に示すように、このパワーショベルにおいては、第1ポンプP1と第2ポンプP2とを駆動源であるエンジンに連係するとともに、エンジンの回転によって上記両ポンプP1,P2から作動油を吐出するようにしている。
As a power device for a construction machine, for example, there is a power shovel. As a circuit configuration used for this power shovel, the one shown in Patent Document 1 is generally used. The main structure and operation of this power shovel will be described below.
As shown in FIG. 4, in this power shovel, the first pump P1 and the second pump P2 are linked to an engine that is a drive source, and hydraulic oil is discharged from both the pumps P1 and P2 by the rotation of the engine. I am doing so.
上記第1ポンプP1は、第1ポンプ通路1および第1タンデム通路1aを介して左走行用バルブ2に接続しているが、第1タンデム通路1aにおいて、旋回用バルブ3、アームI速用バルブ4、ブームII速用バルブ5、予備用バルブ6を接続している。ただし、第1ポンプ通路1には第1パラレル通路7を接続するとともに、各バルブ3〜6を、この第1パラレル通路7を介してパラレルに接続している。
また、第2ポンプP2は、第2ポンプ通路8および第2タンデム通路8aに接続するとともに、この第2タンデム通路8aには、右走行用バルブ9、バケット用バルブ10、ブームI速用バルブ11、アームII速用バルブ12を接続している。ただし、第2ポンプ通路8には第2パラレル通路13を接続するとともに、上記バケット用バルブ10およびブームI速用バルブ11を、この第2パラレル通路13に対してパラレルに接続している。
なお、上記左走行用バルブ2および右走行用バルブ9が走行系のアクチュエータを制御するバルブであり、その他のバルブが作業機系のアクチュエータを制御するバルブである。
The first pump P1 is connected to the left travel valve 2 via the first pump passage 1 and the first tandem passage 1a. In the first tandem passage 1a, the turning valve 3 and the arm I speed valve are connected. 4. Boom II speed valve 5 and spare valve 6 are connected. However, the first parallel passage 7 is connected to the first pump passage 1, and the valves 3 to 6 are connected in parallel via the first parallel passage 7.
The second pump P2 is connected to the second pump passage 8 and the second tandem passage 8a, and the second tandem passage 8a includes a right travel valve 9, a bucket valve 10, and a boom I speed valve 11. The valve for arm II speed 12 is connected. However, the second pump passage 8 is connected to the second parallel passage 13, and the bucket valve 10 and the boom I speed valve 11 are connected in parallel to the second parallel passage 13.
The left travel valve 2 and the right travel valve 9 are valves that control the travel system actuator, and the other valves are valves that control the work machine system actuator.
また、上記第2ポンプ通路8には分配通路14を接続するとともに、この分配通路14を上記左走行用バルブ2に導いている。そして、分配通路14には切換弁15を設け、第2ポンプP2と左走行用バルブ2とを連通したり遮断したりするようにしている。
なお、図中符号16はメインリリーフの切換弁、17〜19はリリーフ弁、20はパイロットポンプである。このパイロットポンプ20は、各バルブや切換弁15、切換弁16を切り換えるためのパイロット圧を吐出するものであり、リリーフ弁19によってパイロットラインの最高圧が設定されている。
また、リリーフ弁17はリリーフ弁18よりも設定圧を高くしている。したがって、切換弁16が図示の連通位置にある場合には、リリーフ弁18の設定圧が回路の最高圧となり、切換弁16が図面左側の遮断位置にある場合には、リリーフ弁17の設定圧が回路の最高圧となる。
A distribution passage 14 is connected to the second pump passage 8, and the distribution passage 14 is led to the left travel valve 2. A switching valve 15 is provided in the distribution passage 14 so as to communicate or block the second pump P2 and the left travel valve 2.
In the figure, reference numeral 16 is a main relief switching valve, 17 to 19 are relief valves, and 20 is a pilot pump. The pilot pump 20 discharges pilot pressure for switching each valve, the switching valve 15 and the switching valve 16, and the maximum pressure of the pilot line is set by the relief valve 19.
The relief valve 17 has a higher set pressure than the relief valve 18. Therefore, when the switching valve 16 is at the illustrated communication position, the set pressure of the relief valve 18 is the maximum pressure of the circuit, and when the switching valve 16 is at the shut-off position on the left side of the drawing, the set pressure of the relief valve 17 is set. Is the maximum pressure of the circuit.
また、図中符号Aは、作業機系のアクチュエータの一例であるブーム用アクチュエータである。このブーム用アクチュエータAは、シリンダ内にピストンを収容するとともに、このピストンによってシリンダ内をロッド側室A1と、ピストン側室A2とに区画している。そして、ピストンにはロッド側室A1側に突出するようにロッドを固定するとともに、このロッドにブームの負荷を作用させるようにしている。また、上記ロッド側室A1には接続通路21を接続するとともに、ピストン側室A2には接続通路22を接続している。なお、図示していないが、この接続通路21,22は、ブームII速用バルブ5およびブームI速用バルブ11を一方の側に切り換えたとき、第1パラレル通路7および第2パラレル通路13に連通し、上記バルブ5,11を他方の側に切り換えたとき、タンクに連通する。   Reference symbol A in the figure denotes a boom actuator which is an example of an actuator for a work implement system. The boom actuator A accommodates a piston in a cylinder, and the piston partitions the cylinder into a rod side chamber A1 and a piston side chamber A2. A piston is fixed to the piston so as to protrude toward the rod side chamber A1, and a boom load is applied to the rod. A connecting passage 21 is connected to the rod side chamber A1, and a connecting passage 22 is connected to the piston side chamber A2. Although not shown, the connection passages 21 and 22 are connected to the first parallel passage 7 and the second parallel passage 13 when the boom II speed valve 5 and the boom I speed valve 11 are switched to one side. When the valves 5 and 11 are switched to the other side, they communicate with the tank.
次に、このパワーショベルの作用について説明する。
パワーショベルが停止した状態で作業機系のアクチュエータを作動する場合には、第1ポンプP1を回転させるとともに、旋回用バルブ3、アームI速用バルブ4、ブームII速用バルブ5のいずれかを切り換える。いま、アーム用アクチュエータを制御するために、アームI速用バルブ4を切り換えたとすると、第1ポンプP1から吐出した作動油は、第1パラレル通路7およびアームI速用バルブ4を介してアーム用アクチュエータに導かれるとともに、当該作動油によってアーム用アクチュエータを作動することができる。なお、このときアームI速用バルブ4が切り換わったことによって、第1ポンプ通路1が遮断されて第1ポンプP1と左走行用バルブ2とが遮断される。
Next, the operation of this power shovel will be described.
When operating the actuator of the work machine system with the excavator stopped, the first pump P1 is rotated and any one of the turning valve 3, the arm I speed valve 4, and the boom II speed valve 5 is turned on. Switch. Now, assuming that the arm I speed valve 4 is switched to control the arm actuator, the hydraulic oil discharged from the first pump P1 passes through the first parallel passage 7 and the arm I speed valve 4 for the arm. While being guided to the actuator, the arm actuator can be operated by the hydraulic oil. At this time, when the arm I speed valve 4 is switched, the first pump passage 1 is shut off, and the first pump P1 and the left travel valve 2 are shut off.
上記の状態において、切換弁15を図示の遮断位置に保ったまま、第2ポンプP2を回転させるとともに、バケット用バルブ10を切り換える。すると、第2ポンプP2から吐出した作動油は、第2ポンプ通路8、第2パラレル通路13およびバケット用バルブ10を介して、図示しないバケット用アクチュエータに導かれるとともに、当該作動油によってバケット用アクチュエータを作動することができる。
なお、第1、第2ポンプP1,P2から作動油を吐出させた状態で、アームI速用バルブ4およびアームII速用バルブ12を切り換えれば、アーム用アクチュエータを2速制御することができる。
このように、第1、第2ポンプP1,P2を回転させるとともに、作業機系のアクチュエータを制御するバルブを切り換えれば、アームやブームを2速制御したり、あるいは、ブーム、アーム、バケットを同時に制御したりすることができる。
In the above state, the second pump P2 is rotated and the bucket valve 10 is switched while keeping the switching valve 15 in the illustrated cutoff position. Then, the hydraulic oil discharged from the second pump P2 is guided to a bucket actuator (not shown) via the second pump passage 8, the second parallel passage 13, and the bucket valve 10, and the bucket oil is used by the hydraulic oil. Can be activated.
If the arm I speed valve 4 and the arm II speed valve 12 are switched in a state where the hydraulic oil is discharged from the first and second pumps P1 and P2, the arm actuator can be controlled at the second speed. .
Thus, by rotating the first and second pumps P1 and P2 and switching the valve for controlling the actuator of the work implement system, the arm and boom can be controlled at the second speed, or the boom, arm and bucket can be controlled. Can be controlled at the same time.
一方、パワーショベルの走行中に、作業機系のアクチュエータを制御する場合、言い換えれば、走行系と作業機系とを同時制御する場合には、切換弁15を図中左側の連通位置に切り換える。そして、第2ポンプP2を回転させるとともに、左走行用バルブ2および右走行用バルブ9を切り換えれば、第2ポンプP2から吐出した作動油が、第2ポンプ通路8および右走行用バルブ9を介して右走行用アクチュエータに、また、分配通路14および左走行用バルブ2を介して左走行用アクチュエータに導かれる。このように、第2ポンプP2から吐出した作動油が、走行系の両アクチュエータに導かれるので、パワーショベルを走行させることができる。
この状態において、第1ポンプP1を回転させるとともに、旋回用バルブ3、アームI速用バルブ4、ブームII速用バルブ5のいずれかを切り換えれば、第1ポンプP1から吐出する作動油によって作業機系のアクチュエータを作動することができる。
On the other hand, when the actuator of the work machine system is controlled during traveling of the power shovel, in other words, when the traveling system and the work machine system are simultaneously controlled, the switching valve 15 is switched to the communication position on the left side in the drawing. When the second pump P2 is rotated and the left travel valve 2 and the right travel valve 9 are switched, the hydraulic oil discharged from the second pump P2 causes the second pump passage 8 and the right travel valve 9 to be switched. To the right traveling actuator via the distribution passage 14 and the left traveling valve 2. Thus, since the hydraulic oil discharged from the second pump P2 is guided to both actuators of the traveling system, the power shovel can travel.
In this state, if the first pump P1 is rotated and any one of the turning valve 3, the arm I speed valve 4, and the boom II speed valve 5 is switched, the operation is performed by the hydraulic oil discharged from the first pump P1. Mechanical actuators can be activated.
そして、作業機系のアクチュエータを作動せずに、パワーショベルを走行させる場合には、切換弁15を図示の遮断位置に保ったまま、第1、第2ポンプP1,P2を回転させるとともに、左走行用バルブ2と右走行用バルブ9とを切り換える。すると、第1ポンプP1から吐出した作動油が左走行用アクチュエータに導かれるとともに、第2ポンプP2から吐出した作動油が右走行用アクチュエータに導かれ、パワーショベルを走行させることができる。
油空圧便覧((社)日本油空圧学会編)油圧ショベル応用事例P638、639
When the excavator is driven without operating the work machine system actuator, the first and second pumps P1 and P2 are rotated while the switching valve 15 is kept at the cut-off position shown in the drawing. The travel valve 2 and the right travel valve 9 are switched. Then, the hydraulic oil discharged from the first pump P1 is guided to the left travel actuator, and the hydraulic oil discharged from the second pump P2 is guided to the right travel actuator, so that the power shovel can travel.
Hydraulic Pneumatic Handbook (Edited by Japan Society of Hydraulic and Pneumatics) Hydraulic Excavator Application Examples P638 and 639
上記のパワーショベルにおいては、第1ポンプP1が吐出する作動油を左走行用アクチュエータに導くとともに、第2ポンプP2が吐出する作動油を右走行用アクチュエータに導いて、パワーショベルが走行するようにしている。
ところが、パワーショベルを用いる建設現場には、泥濘や凸凹が散見され、路面状況が非常に劣悪な場合が多い。このような泥濘や凸凹の地面をパワーショベルが走行すると、クローラが泥濘や凸凹にはまってしまい、そこから抜け出せなくなってしまうおそれがある。
In the power shovel, the hydraulic oil discharged from the first pump P1 is guided to the left travel actuator, and the hydraulic oil discharged from the second pump P2 is guided to the right travel actuator so that the power shovel travels. ing.
However, in construction sites that use power shovels, mud and bumps are scattered, and the road surface condition is often very poor. When a power shovel runs on such mud or uneven ground, the crawler may be trapped in mud or uneven and may not be able to escape from there.
そのため、両ポンプP1,P2の最大吐出容量を大きくして、走行系のアクチュエータに大きな作動力を付与できるようにするとともに、クローラが泥濘や凸凹にはまった場合にも、そこから容易に抜け出すことができるようにしている。
ところが、劣悪な路面状況でも走行できるように両ポンプP1,P2の最大吐出容量を大きくしてしまうと、負荷の小さい作業をする場合や、平坦な路面を走行する場合に、駆動源の負荷が必要以上に大きくなってしまう。そのため、通常作業時におけるエネルギー効率が非常に悪くなってしまうという問題があった。
Therefore, the maximum discharge capacity of both pumps P1 and P2 can be increased so that a large operating force can be applied to the traveling system actuator, and even when the crawler gets stuck in mud or uneven, it can easily come out from there. To be able to.
However, if the maximum discharge capacity of both pumps P1 and P2 is increased so that the vehicle can run even in poor road surface conditions, the load of the drive source is reduced when working with a light load or when traveling on a flat road surface. It becomes bigger than necessary. For this reason, there has been a problem that the energy efficiency during normal work is very poor.
この発明の目的は、エネルギー効率の高い建設機械の動力装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a power device for a construction machine with high energy efficiency.
この発明は、作業機系のアクチュエータと、走行系のアクチュエータと、上記作業機系または走行系のアクチュエータに作動油を選択的に供給する第1ポンプおよび第2ポンプとを備えた建設機械の動力装置を前提とする。
上記の構成を前提として、第1の発明は、作業機系のアクチュエータに慣性エネルギーや位置エネルギーが作用したときに戻り側となる通路に接続する可変容量形の回生モータと、この回生モータと一体に回転するとともに、上記第1ポンプまたは第2ポンプのいずれか一方または双方に作動油を合流する可変容量形の補助ポンプと、上記回生モータおよび補助ポンプと一体に回転する発電電動機と、この発電電動機が発電した電力を蓄電する蓄電ユニットとを備えた点に特徴を有する。
The present invention provides a power for a construction machine including an actuator for a work machine system, a travel system actuator, and a first pump and a second pump that selectively supply hydraulic oil to the work machine system or the travel system actuator. Assume equipment.
Based on the above configuration, the first invention is a variable capacity regenerative motor that is connected to a return path when inertial energy or potential energy is applied to an actuator of a work machine system, and this regenerative motor is integrated with the regenerative motor. A variable displacement auxiliary pump that combines hydraulic oil with one or both of the first pump and the second pump, a generator motor that rotates integrally with the regenerative motor and the auxiliary pump, It has a feature in that it includes a power storage unit that stores power generated by the electric motor.
第2の発明は、回生モータの傾角、補助ポンプの傾角、および発電電動機の回転を制御するコントローラを設けるとともに、このコントローラは、作業機系のアクチュエータに作用する慣性エネルギーや位置エネルギーを電気エネルギーに変換するとき、補助ポンプを制御して傾角を最小にする一方、補助ポンプから吐出する作動油を上記第1、第2ポンプから吐出する作動油に合流させるとき、発電電動機を回転させるとともに、補助ポンプの傾角を大きくし、かつ、回生モータの傾角を最小に制御する点に特徴を有する。   The second invention is provided with a controller for controlling the tilt angle of the regenerative motor, the tilt angle of the auxiliary pump, and the rotation of the generator motor, and this controller converts the inertial energy and potential energy acting on the actuator of the work machine system into electrical energy. When converting, the auxiliary pump is controlled to minimize the tilt angle, and when the hydraulic oil discharged from the auxiliary pump is merged with the hydraulic oil discharged from the first and second pumps, the generator motor is rotated and the auxiliary oil is rotated. It is characterized in that the tilt angle of the pump is increased and the tilt angle of the regenerative motor is controlled to the minimum.
第3の発明は、補助ポンプと第1、第2ポンプとの接続過程には合流制御機構を設け、この合流制御機構によって、補助ポンプから第1ポンプに接続した第1ポンプ通路もしくは第2ポンプに接続した第2ポンプ通路のいずれか一方または双方に供給する作動油を制御する点に特徴を有する。 According to a third aspect of the present invention, a confluence control mechanism is provided in the connection process between the auxiliary pump and the first and second pumps, and the first pump passage or the second pump connected from the auxiliary pump to the first pump by the confluence control mechanism. It is characterized in that the hydraulic oil supplied to either one or both of the second pump passages connected to is controlled.
第1の発明によれば、必要に応じて補助ポンプから吐出する作動油を合流することができるので、第1、第2ポンプの容量を小さくすることができる。したがって、駆動源の負荷を小さくすることができ、エネルギー効率を高めることができる。
また、作業機系のアクチュエータに作用する慣性エネルギーあるいは位置エネルギーによって、補助ポンプを回転させることができるので、補助ポンプによって補助力を付与する場合でも、エネルギー効率を高めることができる。
According to the first invention, the hydraulic oil discharged from the auxiliary pump can be merged as necessary, so that the capacities of the first and second pumps can be reduced. Therefore, the load of the drive source can be reduced and the energy efficiency can be increased.
Further, since the auxiliary pump can be rotated by inertial energy or potential energy acting on the actuator of the work machine system, energy efficiency can be increased even when auxiliary force is applied by the auxiliary pump.
第2の発明によれば、慣性エネルギーや位置エネルギーを電気エネルギーに変換する場合に、コントローラが補助ポンプを制御して傾角を最小にするので、補助ポンプが負荷にならない。したがって、慣性エネルギーや位置エネルギーを、効率よく電気エネルギーに変換することができる。
また、発電電動機によって補助ポンプを回転する場合に、コントローラが回生モータを制御して傾角を最小にするので、回生モータが負荷にならない。したがって、効率よく補助ポンプによって補助力を付与することができる。
According to the second invention, when the inertial energy or the potential energy is converted into electric energy, the controller controls the auxiliary pump to minimize the tilt angle, so the auxiliary pump does not become a load. Therefore, inertial energy and potential energy can be efficiently converted into electric energy.
Further, when the auxiliary pump is rotated by the generator motor, the controller controls the regenerative motor to minimize the tilt angle, so that the regenerative motor does not become a load. Therefore, the auxiliary force can be efficiently applied by the auxiliary pump.
第3の発明によれば、合流制御機構によって、補助ポンプから走行系または作業機系のアクチュエータに供給する作動油を制御するようにしたので、路面状況や作業機系のアクチュエータに作用する負荷に応じて、最適な制御が可能となる。   According to the third aspect of the invention, since the hydraulic fluid supplied from the auxiliary pump to the travel system or work machine system actuator is controlled by the merging control mechanism, the road surface condition and the load acting on the work machine system actuator are affected. Accordingly, optimal control is possible.
図1を用いて、この発明の第1実施形態について説明する。
なお、この第1実施形態においては、上記従来の回路構成と同様、作業機系のアクチュエータと、走行系のアクチュエータと、上記作業機系または走行系のアクチュエータに作動油を選択的に供給する第1、第2ポンプとを備えた建設機械の動力装置を前提とする。そして、この第1実施形態は、従来の回路構成において、合流制御機構および回生機構を接続した点に特徴を有する。したがって、上記従来の回路構成については同様の符号を付するとともに、ここでは、合流制御機構および回生機構の構成および作用を中心に説明することとする。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the first embodiment, as in the conventional circuit configuration, the working machine actuator, the traveling actuator, and the working oil or the traveling actuator are selectively supplied with hydraulic oil. 1. Assume a power device for a construction machine including a second pump. And this 1st Embodiment has the characteristics in the point which connected the confluence | merging control mechanism and the regeneration mechanism in the conventional circuit structure. Therefore, the conventional circuit configuration is denoted by the same reference numeral, and here, the configuration and operation of the merging control mechanism and the regeneration mechanism will be mainly described.
図1は、動力装置の一つであるパワーショベルの回路構成であるが、このパワーショベルにおいては、発電電動機Mと一体に回転する可変容量形の補助ポンプP3を通路23に接続するとともに、合流制御弁24によって、上記通路23を第1合流通路25および第2合流通路26に分岐させている。そして、第1合流通路25を第1ポンプ通路1に接続するとともに、第2合流通路26を第2ポンプ通路8に接続している。   FIG. 1 shows a circuit configuration of a power shovel that is one of the power units. In this power shovel, a variable displacement auxiliary pump P3 that rotates integrally with the generator motor M is connected to the passage 23 and joined together. The passage 23 is branched into a first joining passage 25 and a second joining passage 26 by a control valve 24. The first junction passage 25 is connected to the first pump passage 1 and the second junction passage 26 is connected to the second pump passage 8.
上記合流制御弁24は、3位置に切り換え可能なバルブであって、センター位置において、通路23を第1合流通路25と第2合流通路26とに連通させる。また、合流制御弁24が図面上側位置に切り換わると、通路23と第1合流通路25とを連通させるとともに、通路23と第2合流通路26とを遮断し、図面下側位置に切り換わると、通路23と第2合流通路26とを連通させるとともに、通路23と第1合流通路25とを遮断する。   The merging control valve 24 is a valve that can be switched to three positions, and communicates the passage 23 with the first merging passage 25 and the second merging passage 26 at the center position. Further, when the merging control valve 24 is switched to the upper position in the drawing, the passage 23 and the first merging passage 25 are communicated, and the passage 23 and the second merging passage 26 are blocked and switched to the lower position in the drawing. The passage 23 and the second joining passage 26 are communicated with each other, and the passage 23 and the first joining passage 25 are blocked.
上記の合流制御弁24は、両端にパイロット圧が作用することによって切り換わるが、このパイロット圧を制御するのがコントローラCである。すなわち、コントローラCは、各操作レバー27と電気的に接続しており、各操作レバー27の操作信号に基づいてパイロット電磁弁28,29を制御するとともに、合流制御弁24に作用するパイロット圧を制御する。なお、この第1実施形態においては、合流制御弁24、パイロット電磁弁28,29で、この発明の合流制御機構を構成している。   The merging control valve 24 is switched by the pilot pressure acting on both ends. The controller C controls the pilot pressure. That is, the controller C is electrically connected to each operation lever 27, controls the pilot electromagnetic valves 28 and 29 based on the operation signal of each operation lever 27, and controls the pilot pressure acting on the merging control valve 24. Control. In the first embodiment, the merge control valve 24 and the pilot solenoid valves 28 and 29 constitute the merge control mechanism of the present invention.
一方、ブーム用アクチュエータAのピストン側室A2と接続した接続通路22には、戻り流路30を介して回生モータM1を接続している。この回生モータM1は、可変容量形であって、上記補助ポンプP3および発電電動機Mと一体となって回転する。なお、戻り流路30には2位置切換弁31を設け、通常時において、ピストン側室A2と回生モータM1とを遮断するようにしている。ただし、この2位置切換弁31は、パイロット電磁弁32によって制御されるパイロット圧を作用させることによって、ピストン側室A2と回生モータM1とが連通する位置に切り換わる。   On the other hand, the regenerative motor M1 is connected to the connection passage 22 connected to the piston side chamber A2 of the boom actuator A via the return flow path 30. The regenerative motor M1 is of a variable displacement type and rotates integrally with the auxiliary pump P3 and the generator motor M. Note that a two-position switching valve 31 is provided in the return flow path 30 to shut off the piston side chamber A2 and the regenerative motor M1 in a normal state. However, the two-position switching valve 31 is switched to a position where the piston side chamber A2 and the regenerative motor M1 communicate with each other by applying a pilot pressure controlled by the pilot solenoid valve 32.
また、上記発電電動機Mは、回生モータM1の回転によって発電するとともに、発電電動機Mが発電した電気エネルギーは、インバータやコンバータ等の機能を有する電力変換装置Gを介して蓄電ユニットUに蓄電される。そして、発電電動機Mを駆動する際には、蓄電ユニットUに蓄電された電気エネルギーによって、発電電動機Mが駆動するようにしている。
なお、上記コントローラCは、各操作レバー27から入力される操作信号に基づいて、発電電動機Mの回転数や、第1ポンプP1,第2ポンプP2、補助ポンプP3および回生モータM1の傾角を制御するとともに、パイロット電磁弁28,29,32を制御している。また、2位置切換弁31、パイロット電磁弁32、発電電動機M、回生モータM1、補助ポンプP3、電力変換装置G、および蓄電ユニットUによって回生機構を構成している。
The generator motor M generates power by the rotation of the regenerative motor M1, and the electric energy generated by the generator motor M is stored in the power storage unit U via the power converter G having functions of an inverter, a converter, and the like. . When the generator motor M is driven, the generator motor M is driven by the electric energy stored in the power storage unit U.
The controller C controls the rotation speed of the generator motor M and the inclination angles of the first pump P1, the second pump P2, the auxiliary pump P3, and the regenerative motor M1 based on the operation signals input from the operation levers 27. At the same time, the pilot solenoid valves 28, 29 and 32 are controlled. The two-position switching valve 31, the pilot electromagnetic valve 32, the generator motor M, the regenerative motor M1, the auxiliary pump P3, the power converter G, and the power storage unit U constitute a regenerative mechanism.
次に、この第1実施形態の作用について説明する。
ブーム用アクチュエータAに負荷が作用している状態において、このブーム用アクチュエータAに作用する負荷を下降させて、慣性エネルギーや位置エネルギーを電気エネルギーに変換する場合には次の操作を行う。
すなわち、接続通路21と、第1パラレル通路7および第2パラレル通路13とが連通するようにブーム用操作レバー27を下げ側に操作し、ブームII速用バルブ5およびブームI速用バルブ11を切り換える。
すると、操作レバー27からの操作信号を受信したコントローラCは、第1ポンプP1または第2ポンプP2、補助ポンプP3、回生モータM1、およびパイロット電磁弁32を制御する。
Next, the operation of the first embodiment will be described.
In a state where a load is applied to the boom actuator A, the following operation is performed when the load acting on the boom actuator A is lowered to convert inertial energy or potential energy into electric energy.
That is, the boom operation lever 27 is operated to the lower side so that the connection passage 21 and the first parallel passage 7 and the second parallel passage 13 communicate with each other, and the boom II speed valve 5 and the boom I speed valve 11 are operated. Switch.
Then, the controller C that has received the operation signal from the operation lever 27 controls the first pump P1 or the second pump P2, the auxiliary pump P3, the regenerative motor M1, and the pilot electromagnetic valve 32.
そして、第1ポンプP1または第2ポンプP2から作動油を吐出させて、ロッド側室A1に作動油を供給するとともに、回生モータM1の傾角を所定の角度に、また補助ポンプP3の傾角をゼロに制御する。このとき、2位置切換弁31は、パイロット電磁弁32から導かれたパイロット圧によって連通位置に切り換わっているため、ピストン側室A2からの戻り油は、戻り側の通路となる接続通路22→戻り流路30→2位置切換弁31を介して回生モータM1に導かれる。   Then, the hydraulic oil is discharged from the first pump P1 or the second pump P2, the hydraulic oil is supplied to the rod side chamber A1, the inclination angle of the regenerative motor M1 is set to a predetermined angle, and the inclination angle of the auxiliary pump P3 is set to zero. Control. At this time, since the two-position switching valve 31 is switched to the communication position by the pilot pressure introduced from the pilot solenoid valve 32, the return oil from the piston side chamber A2 is connected to the connection passage 22 as a return side passage → The flow path 30 is guided to the regenerative motor M1 through the two-position switching valve 31.
すると、ピストン側室A2からの戻り油によって、回生モータM1が回転するとともに、この回生モータM1の回転に伴って補助ポンプP3および発電電動機Mが回転する。このように、回生モータM1が回転すると、発電電動機Mが発電するとともに、この発電電動機Mが発電した電気エネルギーを蓄電ユニットUが蓄電することになる。
ただし、補助ポンプP3は、コントローラCによって、その傾角がゼロに制御されているため、油を吐出することなく空回転する。したがって、ブーム用アクチュエータAに作用する慣性エネルギーや位置エネルギーを電気エネルギーに変換する場合に、補助ポンプP3が負荷とならずに、効率よく発電することができる。
Then, the regenerative motor M1 is rotated by the return oil from the piston side chamber A2, and the auxiliary pump P3 and the generator motor M are rotated along with the rotation of the regenerative motor M1. As described above, when the regenerative motor M1 rotates, the generator motor M generates power, and the power storage unit U stores the electric energy generated by the generator motor M.
However, since the tilt angle of the auxiliary pump P3 is controlled to zero by the controller C, the auxiliary pump P3 rotates idly without discharging oil. Therefore, when the inertial energy and the potential energy acting on the boom actuator A are converted into electric energy, the auxiliary pump P3 can efficiently generate power without being a load.
一方、補助ポンプP3から吐出する作動油を、第1ポンプP1または第2ポンプP2から吐出する作動油に合流させて、走行系または作業機系のアクチュエータに補助力を付与する場合には、各操作レバー27の操作信号に基づいて、コントローラCが次のような制御を行う。
すなわち、第1、第2ポンプP1,P2の傾角を制御して、走行系または作業機系のアクチュエータに作動油を供給するとともに、蓄電ユニットUに蓄電した電気エネルギーによって発電電動機Mを駆動する。さらに、このとき回生モータM1を制御して、その傾角をゼロにするとともに、補助ポンプP3を制御して、その傾角を各操作レバー27の操作量に応じて変化させる。
On the other hand, when the hydraulic oil discharged from the auxiliary pump P3 is merged with the hydraulic oil discharged from the first pump P1 or the second pump P2, the auxiliary force is applied to the actuator of the traveling system or the work machine system. Based on the operation signal of the operation lever 27, the controller C performs the following control.
In other words, the tilt angle of the first and second pumps P1 and P2 is controlled to supply hydraulic oil to the traveling system or working machine system actuator, and the generator motor M is driven by the electrical energy stored in the power storage unit U. Further, at this time, the regenerative motor M1 is controlled to make the tilt angle zero, and the auxiliary pump P3 is controlled to change the tilt angle according to the operation amount of each operation lever 27.
すると、発電電動機Mの回転に伴って補助ポンプP3が回転するとともに、その傾角に応じた作動油を通路23に吐出する。このとき、回生モータM1は、その傾角をゼロにしているため、発電電動機Mや補助ポンプP3の回転に対して、回生モータM1が負荷になることがなく、効率よく補助力を付与することができる。
なお、上記のようにして補助ポンプP3から吐出した作動油を、走行系のアクチュエータに導いたり、作業機系のアクチュエータに導いたりするのが合流制御機構である。
Then, the auxiliary pump P3 rotates with the rotation of the generator motor M, and hydraulic oil corresponding to the inclination angle is discharged to the passage 23. At this time, since the regenerative motor M1 has an inclination angle of zero, the regenerative motor M1 does not become a load with respect to the rotation of the generator motor M and the auxiliary pump P3, and the auxiliary force can be efficiently applied. it can.
The merging control mechanism guides the hydraulic oil discharged from the auxiliary pump P3 as described above to the traveling system actuator or to the working machine system actuator.
例えば、第1ポンプP1から吐出した作動油を左走行用アクチュエータに導くとともに、第2ポンプP2から吐出した作動油を右走行用アクチュエータに導いて、パワーショベルを走行しているとする。この状態からパワーショベルを高速走行させる場合には、上記のようにして補助ポンプP3から作動油を吐出させればよい。合流制御弁24は、両端に設けたスプリングによってセンター位置を保持しているので、補助ポンプP3から吐出した作動油は、第1合流通路25と第2合流通路26とに等量分配されて、補助ポンプP3の補助力を両走行用アクチュエータに導くことができる。   For example, it is assumed that the hydraulic oil discharged from the first pump P1 is guided to the left traveling actuator, and the hydraulic oil discharged from the second pump P2 is guided to the right traveling actuator, and the power shovel is traveling. When the power shovel is run at a high speed from this state, the hydraulic oil may be discharged from the auxiliary pump P3 as described above. Since the merging control valve 24 holds the center position by springs provided at both ends, the hydraulic oil discharged from the auxiliary pump P3 is equally distributed to the first merging passage 25 and the second merging passage 26, The auxiliary force of the auxiliary pump P3 can be guided to both travel actuators.
また、走行系と作業機系とを同時制御している場合に、走行系のアクチュエータに補助力を付与する場合には、上記と同様に、コントローラCが、発電電動機Mを駆動するとともに、回生モータM1、補助ポンプP3の傾角を制御し、しかも、これと同時にパイロット電磁弁29を制御する。すると、パイロット電磁弁29によって制御されたパイロット圧によって、合流制御弁24が、図中下側位置に切り換わる。したがって、補助ポンプP3から吐出する作動油が、第2合流通路26を介して第2ポンプ通路8において、第2ポンプP2から吐出した作動油と合流して、走行系のアクチュエータに補助力を付与することができる。   Further, when the traveling system and the work machine system are simultaneously controlled, in the case where the assisting force is applied to the traveling system actuator, the controller C drives the generator motor M and regenerates in the same manner as described above. The tilt angle of the motor M1 and the auxiliary pump P3 is controlled, and at the same time, the pilot solenoid valve 29 is controlled. Then, the merge control valve 24 is switched to the lower position in the figure by the pilot pressure controlled by the pilot solenoid valve 29. Therefore, the hydraulic oil discharged from the auxiliary pump P3 merges with the hydraulic oil discharged from the second pump P2 in the second pump passage 8 via the second merging passage 26, and gives auxiliary force to the travel system actuator. can do.
また、走行系と作業機系とを同時制御している場合に、作業機系のアクチュエータに補助力を付与する場合には、上記と同様に、コントローラCが、発電電動機Mを駆動するとともに、回生モータM1、補助ポンプP3の傾角を制御し、しかも、これと同時にパイロット電磁弁28を制御する。すると、パイロット電磁弁28によって制御されたパイロット圧によって、合流制御弁24が、図中上側位置に切り換わる。したがって、補助ポンプP3から吐出する作動油が、第1合流通路25を介して第1ポンプ通路1において、第1ポンプP1から吐出した作動油と合流して、作業機系のアクチュエータに補助力を付与することができる。   In the case where the traveling system and the work machine system are simultaneously controlled, when the auxiliary force is applied to the actuator of the work machine system, the controller C drives the generator motor M as described above, The tilt angle of the regenerative motor M1 and the auxiliary pump P3 is controlled, and at the same time, the pilot solenoid valve 28 is controlled. Then, the confluence control valve 24 is switched to the upper position in the figure by the pilot pressure controlled by the pilot solenoid valve 28. Therefore, the hydraulic oil discharged from the auxiliary pump P3 merges with the hydraulic oil discharged from the first pump P1 in the first pump passage 1 via the first merging passage 25, and gives auxiliary force to the actuator of the work machine system. Can be granted.
なお、上記の説明では、発電電動機Mを駆動することによって、補助ポンプP3から補助力を付与するようにしたが、この第1実施形態によれば、作業機系のアクチュエータに作用する慣性エネルギーや位置エネルギーによって、直接補助ポンプP3から補助力を付与することができる。
例えば、第1ポンプP1から吐出する作動油をロッド側室A1に導いて、ブーム用アクチュエータAを作動し、第2ポンプP2から吐出する作動油によって、両走行系のアクチュエータを作動する場合には、コントローラCが次のように制御すればよい。
In the above description, the driving force is applied from the auxiliary pump P3 by driving the generator motor M. However, according to the first embodiment, the inertia energy acting on the actuator of the work machine system, The auxiliary force can be directly applied from the auxiliary pump P3 by the potential energy.
For example, when the hydraulic oil discharged from the first pump P1 is guided to the rod side chamber A1, the boom actuator A is operated, and the hydraulic oil discharged from the second pump P2 is used to operate both travel system actuators. The controller C may control as follows.
すなわち、コントローラCは、パイロット電磁弁29,32、および補助ポンプP3の傾角を制御する。すると、ピストン側室A2からの戻り油によって、回生モータM1が回転するとともに、この回生モータM1の回転に伴って、補助ポンプP3が回転する。補助ポンプP3は、コントローラCによって、各操作レバー27の操作量に応じた傾角に制御されているため、補助ポンプP3が回転することによって通路23に作動油を吐出する。
このとき、コントローラCがパイロット電磁弁29を制御しているので、合流制御弁24が図中下側位置に切り換わって、通路23と第2合流通路26とが連通する。したがって、補助ポンプP3から吐出した作動油が、第2ポンプP2から吐出する作動油と合流して、両走行用のアクチュエータに補助力を付与することができる。
That is, the controller C controls the tilt angles of the pilot solenoid valves 29 and 32 and the auxiliary pump P3. Then, the regenerative motor M1 is rotated by the return oil from the piston side chamber A2, and the auxiliary pump P3 is rotated along with the rotation of the regenerative motor M1. Since the auxiliary pump P3 is controlled by the controller C at an inclination angle corresponding to the operation amount of each operation lever 27, the auxiliary pump P3 rotates to discharge hydraulic oil to the passage 23.
At this time, since the controller C controls the pilot electromagnetic valve 29, the merging control valve 24 is switched to the lower position in the figure, and the passage 23 and the second merging passage 26 communicate with each other. Therefore, the hydraulic oil discharged from the auxiliary pump P3 can merge with the hydraulic oil discharged from the second pump P2, and an auxiliary force can be applied to both the traveling actuators.
上記第1実施形態によれば、必要に応じて補助ポンプP3から吐出する作動油を合流することができるので、第1、第2ポンプP1,P2の容量を必要以上に大きくする必要がない。したがって、駆動源の負荷を小さくすることができ、エネルギー効率を高めることができる。
また、作業機系のアクチュエータに作用する慣性エネルギーあるいは位置エネルギーによって、補助ポンプP3を回転させることができるので、補助ポンプP3によって補助力を付与する場合でも、エネルギー効率を高めることができる。
さらに、合流制御機構を制御して、補助ポンプP3から走行系または作業機系のアクチュエータに供給する作動油を制御するようにしたので、路面状況や作業機系のアクチュエータに作用する負荷に応じて、最適な制御が可能となる。
According to the first embodiment, since the hydraulic oil discharged from the auxiliary pump P3 can be merged as necessary, it is not necessary to increase the capacities of the first and second pumps P1 and P2 more than necessary. Therefore, the load of the drive source can be reduced and the energy efficiency can be increased.
Moreover, since the auxiliary pump P3 can be rotated by inertial energy or potential energy acting on the actuator of the work machine system, energy efficiency can be improved even when an auxiliary force is applied by the auxiliary pump P3.
Furthermore, since the merging control mechanism is controlled to control the hydraulic fluid supplied from the auxiliary pump P3 to the traveling system or working machine system actuator, depending on the road surface condition and the load acting on the working machine system actuator Optimum control is possible.
なお、上記第1実施形態では、ブーム用アクチュエータに作用する慣性エネルギーや位置エネルギーを電気エネルギーに変換する構成としたが、作業機系のアクチュエータであって、慣性エネルギーあるいは位置エネルギーが作用するものであれば、いずれのアクチュエータでも構わない。したがって、作業機系のアクチュエータは、シリンダに限られずモータを利用するものでもよい。
また、上記第1実施形態においては、第1、第2ポンプの傾角を制御して吐出量を可変にすることができるが、定吐出ポンプを用いても構わない。
さらに、合流制御弁は、各操作レバーの操作量に比例して、その切換量を制御するようにしてもよいし、オンオフ的に切り換わるようにしてもよい。
また、第1実施形態においては、パワーショベルの回路構成について説明したが、この発明はパワーショベルに限らず、走行系と作業機系のアクチュエータに、二台のポンプによって作動油を導く動力装置において、広く利用することができる。
In the first embodiment, the inertia energy or potential energy acting on the boom actuator is converted into electric energy. However, the actuator is a work machine system actuator, and the inertia energy or potential energy acts on it. Any actuator may be used as long as it is present. Therefore, the actuator of the work machine system is not limited to the cylinder but may use a motor.
In the first embodiment, the discharge amount can be varied by controlling the tilt angles of the first and second pumps, but a constant discharge pump may be used.
Further, the merging control valve may control the switching amount in proportion to the operation amount of each operation lever, or may be switched on and off.
Moreover, in 1st Embodiment, although the circuit structure of the power shovel was demonstrated, this invention is not limited to a power shovel, In the power plant which guides hydraulic oil to the actuator of a running system and a working machine system with two pumps Can be widely used.
図2を用いて、この発明の第2実施形態について説明する。
なお、この第2実施形態においては、上記第1実施形態における合流制御機構の構成のみ異なり、他の回路構成、および電気エネルギーの変換方法、および補助ポンプの駆動方法は上記第1実施形態と同じである。
したがって、上記第1実施形態と同じ回路構成については同様の符号を付するとともに、ここでは、上記第1実施形態と異なる点である合流制御機構の構成および作用を中心に説明することとする。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the second embodiment, only the configuration of the merging control mechanism in the first embodiment is different, and the other circuit configuration, the method for converting electric energy, and the method for driving the auxiliary pump are the same as those in the first embodiment. It is.
Therefore, the same circuit configuration as that of the first embodiment is denoted by the same reference numeral, and here, the configuration and operation of the merging control mechanism that is different from the first embodiment will be mainly described.
図2に示すように、補助ポンプP3を接続する通路23は、この発明の合流制御機構を構成する合流制御弁33によって、第1合流通路25および第2合流通路26に分岐するとともに、第1合流通路25は第1ポンプ通路1に、第2合流通路26は第2ポンプ通路8にそれぞれ接続している。
上記合流制御弁33は、3位置に切り換え可能なバルブであって、両端に設けたスプリングのバネ力によってセンター位置を保持する。合流制御弁33は、このセンター位置において、通路23を第1合流通路25と第2合流通路26とに連通させ、補助ポンプP3から吐出する作動油を両合流通路25,26に等分配する。
As shown in FIG. 2, the passage 23 connected to the auxiliary pump P3 is branched into the first joining passage 25 and the second joining passage 26 by the joining control valve 33 constituting the joining control mechanism of the present invention, and the first The merge passage 25 is connected to the first pump passage 1, and the second merge passage 26 is connected to the second pump passage 8.
The merging control valve 33 is a valve that can be switched to three positions, and holds the center position by the spring force of springs provided at both ends. At this center position, the merging control valve 33 causes the passage 23 to communicate with the first merging passage 25 and the second merging passage 26, and equally distributes the hydraulic oil discharged from the auxiliary pump P3 to the merging passages 25, 26.
また、第1合流通路25の圧力が第2合流通路26の圧力よりも高くなると、合流制御弁33が図中上側位置に切り換わるとともに、通路23と第2合流通路26との連通開度が徐々に絞られるので、補助ポンプP3の吐出流量が低圧側である第2合流通路26側へ多く流れてしまうことがない。一方、第2合流通路26の圧力が第1合流通路25の圧力よりも高くなると、合流制御弁33が図中下側位置に切り換わるとともに、通路23と第1合流通路25との連通開度が徐々に絞られるので、補助ポンプP3の吐出流量が低圧側である第1合流通路25側へ多く流れてしまうことがない。
上記の合流制御弁33は、第1合流通路25側からバルブの一端(図中上側)にパイロット圧を導くとともに、第2合流通路26側からバルブの他端(図中下側)にパイロット圧を導いている。
したがって、第1合流通路25側の圧力が、第2合流通路26側の圧力よりも高くなると、パイロット圧によって合流制御弁33が図中上側位置に切り換わり、反対に第2合流通路26側の圧力が、第1合流通路25側の圧力よりも高くなると、パイロット圧によって合流制御弁33が図中下側位置に切り換わる。
Further, when the pressure of the first merging passage 25 becomes higher than the pressure of the second merging passage 26, the merging control valve 33 is switched to the upper position in the figure, and the communication opening degree between the passage 23 and the second merging passage 26 is increased. Since the throttle pump is gradually throttled, the discharge flow rate of the auxiliary pump P3 does not flow much toward the second merging passage 26, which is the low pressure side. On the other hand, when the pressure of the second merging passage 26 becomes higher than the pressure of the first merging passage 25, the merging control valve 33 is switched to the lower position in the figure, and the communication opening degree between the passage 23 and the first merging passage 25 is increased. Is gradually reduced, so that the discharge flow rate of the auxiliary pump P3 does not flow much toward the first merging passage 25 which is the low pressure side.
The merging control valve 33 guides pilot pressure from the first merging passage 25 side to one end (upper side in the figure) of the valve, and pilot pressure from the second merging passage 26 side to the other end (lower side in the figure). Is leading.
Therefore, when the pressure on the first merging passage 25 side becomes higher than the pressure on the second merging passage 26 side, the merging control valve 33 is switched to the upper position in the figure by the pilot pressure, and conversely on the second merging passage 26 side. When the pressure becomes higher than the pressure on the first merging passage 25 side, the merging control valve 33 is switched to the lower position in the figure by the pilot pressure.
上記の構成からなる合流制御弁33は、補助ポンプP3から作動油を吐出したとき、次のような制御を行う。
例えば、第1ポンプP1によって左走行用アクチュエータを作動させるとともに、第2ポンプP2によって右走行用アクチュエータを作動させてパワーショベルが走行している状態で、補助ポンプP3から作動油を吐出して、両走行用アクチュエータに補助力を付与したとする。
The merging control valve 33 having the above configuration performs the following control when hydraulic oil is discharged from the auxiliary pump P3.
For example, the hydraulic pump is discharged from the auxiliary pump P3 while the left excavator is running while the left pump actuator is operated by the first pump P1 and the right pump actuator is operated by the second pump P2. Assume that an auxiliary force is applied to both travel actuators.
このとき、合流制御弁33は、両端に設けたスプリングによってセンター位置を保持しているため、補助ポンプP3から吐出した作動油が、合流制御弁33によって第1合流通路25と第2合流通路26とに等分配される。したがって、第1ポンプP1および補助ポンプP3から吐出した作動油が、第1ポンプ通路1で合流して左走行用アクチュエータに導かれるとともに、第2ポンプP2および補助ポンプP3から吐出した作動油が、第2ポンプ通路8で合流して右走行用アクチュエータに導かれる。
このように、第1、第2ポンプP1,P2から吐出する作動油に、補助ポンプP3から吐出する作動油を合流することによって、走行系のアクチュエータに大きな作動力を付与することができる。したがって、必要に応じてパワーショベルを高速走行させたり、クローラが泥濘にはまった場合にも、そこから容易に脱出したりすることができる。
At this time, since the merging control valve 33 holds the center position by springs provided at both ends, the hydraulic oil discharged from the auxiliary pump P3 is fed by the merging control valve 33 to the first merging passage 25 and the second merging passage 26. Equally distributed. Therefore, the hydraulic oil discharged from the first pump P1 and the auxiliary pump P3 merges in the first pump passage 1 and is guided to the left travel actuator, and the hydraulic oil discharged from the second pump P2 and the auxiliary pump P3 is They merge in the second pump passage 8 and are guided to the right traveling actuator.
Thus, a large operating force can be applied to the travel system actuator by joining the hydraulic oil discharged from the auxiliary pump P3 to the hydraulic oil discharged from the first and second pumps P1, P2. Therefore, the excavator can be run at a high speed as necessary, and even when the crawler gets stuck in the mud, it can be easily escaped from there.
そして、補助ポンプP3から吐出する作動油を合流させて走行している場合において、例えば、左側のクローラが泥濘にはまったとする。すると、左走行用アクチュエータの圧力が、右走行用アクチュエータの圧力よりも高くなるとともに、第1ポンプ通路1および第1合流通路25の圧力が、第2ポンプ通路8および第2合流通路26の圧力よりも高くなる。第1合流通路25の圧力が、第2合流通路26の圧力よりも高くなると、パイロット圧によって、合流制御弁33が図中上側位置に徐々に切り換わる。   In the case where the hydraulic oil discharged from the auxiliary pump P3 is joined and traveling, for example, it is assumed that the left crawler gets stuck in mud. Then, the pressure of the left traveling actuator becomes higher than the pressure of the right traveling actuator, and the pressures of the first pump passage 1 and the first joining passage 25 are the pressures of the second pump passage 8 and the second joining passage 26. Higher than. When the pressure of the first joining passage 25 becomes higher than the pressure of the second joining passage 26, the joining control valve 33 is gradually switched to the upper position in the figure by the pilot pressure.
合流制御弁33が図中上側位置に切り換わると、第2合流通路26側への連通開度が徐々に絞られるとともに、第1合流通路25側への連通開度が徐々に大きくなる。したがって、補助ポンプP3から吐出する作動油が、第1合流通路25側により多く導かれ、走行系のアクチュエータのうち、圧力の高い方のアクチュエータ、すなわち、左走行用アクチュエータにより多くの作動油を導くことができる。このように、走行系のアクチュエータのうち圧力の低い方のアクチュエータに導く作動油を絞るので、圧力の低い方へ多くの流量が流れてしまうことがなくなり、パワーショベルが曲走せずに確実に走行することができる。   When the merging control valve 33 is switched to the upper position in the figure, the communication opening degree toward the second merging passage 26 is gradually reduced, and the communication opening degree toward the first merging passage 25 is gradually increased. Therefore, more hydraulic oil discharged from the auxiliary pump P3 is guided to the first merging passage 25 side, and more hydraulic oil is guided to the higher pressure actuator among the traveling system actuators, that is, the left traveling actuator. be able to. In this way, the hydraulic oil that is guided to the lower pressure actuator of the traveling system actuator is throttled, so that a large flow rate does not flow to the lower pressure side, and the power shovel does not bend reliably. You can travel.
なお、この第2実施形態においては、パワーショベルが走行している場合について説明したが、作業機系のアクチュエータを制御している場合や、走行系と作業機系とを同時制御している場合に、補助ポンプP3から吐出する作動油を合流させてもよい。
例えば、走行系と作業機系とを同時制御している場合に、補助ポンプP3から吐出する作動油を合流させれば、同時制御時であっても、高負荷作業を行ったり、高速走行したりすることができる。
なお、合流制御弁33は、補助ポンプP3を発電電動機Mによって回転させた場合であっても、回生モータM1の回転に伴って回転させた場合であっても、同じ制御を行うこと当然である。
In addition, in this 2nd Embodiment, although the case where the power shovel was drive | working was demonstrated, the case where the actuator of a working machine system is controlled, or the case where the traveling system and the work machine system are controlled simultaneously Alternatively, the hydraulic oil discharged from the auxiliary pump P3 may be merged.
For example, when the traveling system and the work machine system are simultaneously controlled, if the hydraulic oil discharged from the auxiliary pump P3 is merged, even during simultaneous control, high-load work or high-speed traveling is performed. Can be.
It is natural that the merging control valve 33 performs the same control even when the auxiliary pump P3 is rotated by the generator motor M or when the auxiliary pump P3 is rotated along with the rotation of the regenerative motor M1. .
上記第2実施形態においても、上記第1実施形態と同様、必要に応じて補助ポンプP3から吐出する作動油を合流することができるので、第1、第2ポンプP1,P2の容量を必要以上に大きくする必要がない。したがって、駆動源の負荷を小さくすることができ、エネルギー効率を高めることができる。
また、作業機系のアクチュエータに作用する慣性エネルギーあるいは位置エネルギーによって、補助ポンプP3を回転させることができるので、補助ポンプP3によって補助力を付与する場合でも、エネルギー効率を高めることができる。
ただし、上記第1実施形態においては、第1ポンプP1および第2ポンプP2のいずれか一方または双方に対して、補助ポンプP3を選択的に合流させることができたが、この第2実施形態では合流先を選択することはできない。
Also in the second embodiment, as in the first embodiment, the hydraulic oil discharged from the auxiliary pump P3 can be merged as necessary, so that the capacity of the first and second pumps P1, P2 is more than necessary. There is no need to make it bigger. Therefore, the load of the drive source can be reduced and the energy efficiency can be increased.
Moreover, since the auxiliary pump P3 can be rotated by inertial energy or potential energy acting on the actuator of the work machine system, energy efficiency can be improved even when an auxiliary force is applied by the auxiliary pump P3.
However, in the first embodiment, the auxiliary pump P3 can be selectively joined to one or both of the first pump P1 and the second pump P2, but in this second embodiment, You cannot select a destination.
図3を用いて、この発明の第3実施形態について説明する。
なお、この第3実施形態においては、上記第2実施形態における合流制御機構の構成のみ異なり、他の回路構成、および電気エネルギーの変換方法、および補助ポンプの駆動方法は上記第2実施形態と同じである。
したがって、上記第2実施形態と同じ回路構成については同様の符号を付するとともに、ここでは、上記第2実施形態と異なる点である合流制御機構の構成および作用を中心に説明することとする。
図3に示すように、補助ポンプP3に接続した通路23は、第1合流通路25および第2合流通路26に分岐して接続するとともに、第1合流通路25は、第1ポンプ通路1に、第2合流通路26は、第2ポンプ通路8にそれぞれ接続している。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the third embodiment, only the configuration of the merging control mechanism in the second embodiment is different, and the other circuit configuration, the conversion method of electric energy, and the driving method of the auxiliary pump are the same as those in the second embodiment. It is.
Therefore, the same circuit configuration as that of the second embodiment is denoted by the same reference numeral, and here, the configuration and operation of the merging control mechanism that is different from the second embodiment will be mainly described.
As shown in FIG. 3, the passage 23 connected to the auxiliary pump P <b> 3 is branched and connected to the first joining passage 25 and the second joining passage 26, and the first joining passage 25 is connected to the first pump passage 1. The second junction passage 26 is connected to the second pump passage 8.
そして、第1、第2ポンプP1,P2と補助ポンプP3との接続過程である第1、第2合流通路25,26には、一対の圧力補償弁34,35を設けている。また、第1、第2合流通路25,26であって、一対の圧力補償弁34,35よりも第1、第2ポンプP1,P2側には、高圧選択弁36を接続している。そして、これら一対の圧力補償弁34,35と高圧選択弁36とで、この発明の合流制御機構を構成しているが、この合流制御機構の構成は次の通りである。   A pair of pressure compensation valves 34 and 35 are provided in the first and second junction passages 25 and 26, which are the connection process between the first and second pumps P1 and P2 and the auxiliary pump P3. In addition, a high pressure selection valve 36 is connected to the first and second pump passages 25 and 26 and closer to the first and second pumps P1 and P2 than the pair of pressure compensation valves 34 and 35. The pair of pressure compensating valves 34 and 35 and the high pressure selection valve 36 constitute a merging control mechanism of the present invention. The merging control mechanism has the following configuration.
すなわち、高圧選択弁36は、第1合流通路25および第2合流通路26のいずれか高い方の圧力を選択するとともに、この選択した圧力をパイロット圧として上記一対の圧力補償弁34,35に導いている。
圧力補償弁34は、第1合流通路25であって、補助ポンプP3側(通路23側)の圧力と、高圧選択弁36から導かれた上記パイロット圧とによってバランスする。一方、圧力補償弁35は、第2合流通路26であって、補助ポンプP3側(通路23側)の圧力と、高圧選択弁36から導かれた上記パイロット圧とによってバランスする。また、圧力補償弁34,35の上流側には、それぞれ同一面積の固定絞りを設けているので、補助ポンプP3から第1合流通路25に導かれる作動油と、補助ポンプP3から第2合流通路26に導かれる作動油とは、常に等しくなる。
In other words, the high pressure selection valve 36 selects the higher pressure of the first merging passage 25 and the second merging passage 26 and guides the selected pressure to the pair of pressure compensating valves 34 and 35 as a pilot pressure. ing.
The pressure compensation valve 34 is the first merging passage 25 and balances with the pressure on the auxiliary pump P3 side (passage 23 side) and the pilot pressure guided from the high pressure selection valve 36. On the other hand, the pressure compensation valve 35 is the second merging passage 26 and balances with the pressure on the auxiliary pump P3 side (passage 23 side) and the pilot pressure introduced from the high pressure selection valve 36. In addition, since fixed throttles having the same area are provided on the upstream side of the pressure compensation valves 34 and 35, the hydraulic oil guided from the auxiliary pump P3 to the first merging passage 25 and the second merging passage from the auxiliary pump P3. The hydraulic fluid led to 26 is always equal.
上記の構成からなる合流制御機構は、補助ポンプP3から作動油を吐出したとき次のような制御を行う。
例えば、第1ポンプP1によって左走行用アクチュエータを作動させるとともに、第2ポンプP2によって右走行用アクチュエータを作動させてパワーショベルが走行している状態で、補助ポンプP3から作動油を吐出して、両走行用アクチュエータに補助力を付与したとする。
The merging control mechanism configured as described above performs the following control when hydraulic oil is discharged from the auxiliary pump P3.
For example, the hydraulic pump is discharged from the auxiliary pump P3 while the left excavator is running while the left pump actuator is operated by the first pump P1 and the right pump actuator is operated by the second pump P2. Assume that an auxiliary force is applied to both travel actuators.
このとき、両走行用アクチュエータの圧力がパイロット圧として、高圧選択弁36を介して一対の圧力補償弁34,35に導かれている。したがって、このパイロット圧と補助ポンプP3の吐出圧とによって圧力補償弁34,35がバランスして、両合流通路25,26の圧力を補償するとともに、補助ポンプP3から吐出した作動油は、通路23から第1合流通路25と第2合流通路26とに等分配される。
そして、第1ポンプP1および補助ポンプP3から吐出した作動油が、第1ポンプ通路1で合流して左走行用アクチュエータに導かれるとともに、第2ポンプP2および補助ポンプP3から吐出した作動油が、第2ポンプ通路8で合流して右走行用アクチュエータに導かれる。
At this time, the pressures of both the traveling actuators are led as a pilot pressure to the pair of pressure compensating valves 34 and 35 via the high pressure selection valve 36. Therefore, the pressure compensation valves 34 and 35 are balanced by the pilot pressure and the discharge pressure of the auxiliary pump P3 to compensate for the pressures in the combined passages 25 and 26, and the hydraulic oil discharged from the auxiliary pump P3 is passed through the passage 23. To the first merging passage 25 and the second merging passage 26.
The hydraulic oil discharged from the first pump P1 and the auxiliary pump P3 merges in the first pump passage 1 and is guided to the left travel actuator, and the hydraulic oil discharged from the second pump P2 and the auxiliary pump P3 is They merge in the second pump passage 8 and are guided to the right traveling actuator.
上記のように、第1、第2ポンプP1,P2から吐出する作動油に、補助ポンプP3から吐出する作動油を合流することによって、走行系のアクチュエータに大きな作動力を付与することができる。したがって、必要に応じてパワーショベルを高速走行させたり、クローラが泥濘にはまった場合にも、そこから容易に脱出したりすることができる。   As described above, by combining the hydraulic oil discharged from the auxiliary pump P3 with the hydraulic oil discharged from the first and second pumps P1 and P2, a large operating force can be applied to the travel system actuator. Therefore, the excavator can be run at a high speed as necessary, and even when the crawler gets stuck in the mud, it can be easily escaped from there.
そして、補助ポンプP3から吐出する作動油を合流させて走行している場合において、例えば、左側のクローラが泥濘にはまったとする。すると、左走行用アクチュエータの圧力が、右走行用アクチュエータの圧力よりも高くなるとともに、第1ポンプ通路1および第1合流通路25の圧力が、第2ポンプ通路8および第2合流通路26の圧力よりも高くなる。第1合流通路25の圧力が、第2合流通路26の圧力よりも高くなると、高圧選択弁36が第1合流通路25の圧力を選択して、第1合流通路25の圧力をパイロット圧として、一対の圧力補償弁34,35に導く。したがって、両圧力補償弁34,35が、どちらも左走行用アクチュエータの圧力によって制御され、しかも、圧力補償弁34,35の上流側に同一面積の固定絞りを設けているので、補助ポンプP3から両合流通路25,26に、等量の作動油が導かれることになる。   In the case where the hydraulic oil discharged from the auxiliary pump P3 is joined and traveling, for example, it is assumed that the left crawler gets stuck in mud. Then, the pressure of the left traveling actuator becomes higher than the pressure of the right traveling actuator, and the pressures of the first pump passage 1 and the first joining passage 25 are the pressures of the second pump passage 8 and the second joining passage 26. Higher than. When the pressure of the first merging passage 25 becomes higher than the pressure of the second merging passage 26, the high pressure selection valve 36 selects the pressure of the first merging passage 25, and the pressure of the first merging passage 25 is used as the pilot pressure. It leads to a pair of pressure compensation valves 34 and 35. Therefore, both pressure compensation valves 34 and 35 are both controlled by the pressure of the left travel actuator, and a fixed throttle having the same area is provided upstream of the pressure compensation valves 34 and 35. An equal amount of hydraulic fluid is guided to both merge passages 25 and 26.
このように、走行系のアクチュエータのうちいずれか高い方の圧力によって一対の圧力補償弁34,35を制御すれば、走行系の両アクチュエータに圧力差が生じても、圧力の低い方のアクチュエータに多くの作動油が流れてしまうことがない。したがって、第1ポンプP1に合流する作動油と第2ポンプP2に合流する作動油とを、走行系のアクチュエータに生じる圧力と関係なく、常に等しくすることができ、路面状況に影響を受けずに直進走行することができる。   In this way, if the pair of pressure compensating valves 34 and 35 is controlled by the higher pressure of the traveling system actuators, even if a pressure difference occurs between both of the traveling system actuators, the lower pressure actuator is controlled. A lot of hydraulic oil does not flow. Therefore, the hydraulic oil that merges with the first pump P1 and the hydraulic oil that merges with the second pump P2 can always be made equal regardless of the pressure generated in the actuator of the traveling system, without being affected by the road surface condition. You can go straight ahead.
なお、この第3実施形態においては、パワーショベルが走行している場合について説明したが、作業機系のアクチュエータを制御している場合や、走行系と作業機系とを同時制御している場合に、補助ポンプP3から吐出する作動油を合流させてもよい。
例えば、走行系と作業機系とを同時制御している場合に、補助ポンプP3から吐出する作動油を合流させれば、同時制御時であっても、高負荷作業を行ったり、高速走行したりすることができる。
なお、合流制御機構は、補助ポンプP3を発電電動機Mによって回転させた場合であっても、回生モータM1の回転に伴って回転させた場合であっても、同じ制御を行うこと当然である。
In addition, in this 3rd Embodiment, although the case where the power shovel was drive | working was demonstrated, the case where the actuator of a working machine system is controlled, or the case where the traveling system and the work machine system are controlled simultaneously Alternatively, the hydraulic oil discharged from the auxiliary pump P3 may be merged.
For example, when the traveling system and the work machine system are simultaneously controlled, if the hydraulic oil discharged from the auxiliary pump P3 is merged, even during simultaneous control, high-load work or high-speed traveling is performed. Can be.
It is natural that the merging control mechanism performs the same control whether the auxiliary pump P3 is rotated by the generator motor M or is rotated in accordance with the rotation of the regenerative motor M1.
上記第3実施形態においても、上記第2実施形態と同様、必要に応じて補助ポンプP3から吐出する作動油を合流することができるので、第1、第2ポンプP1,P2の容量を必要以上に大きくする必要がない。したがって、駆動源の負荷を小さくすることができ、エネルギー効率を高めることができる。
また、作業機系のアクチュエータに作用する慣性エネルギーあるいは位置エネルギーによって、補助ポンプP3を回転させることができるので、補助ポンプP3によって補助力を付与する場合でも、エネルギー効率を高めることができる。
Also in the third embodiment, the hydraulic oil discharged from the auxiliary pump P3 can be merged as necessary, as in the second embodiment, so that the capacity of the first and second pumps P1, P2 is more than necessary. There is no need to make it bigger. Therefore, the load of the drive source can be reduced and the energy efficiency can be increased.
Moreover, since the auxiliary pump P3 can be rotated by inertial energy or potential energy acting on the actuator of the work machine system, energy efficiency can be improved even when an auxiliary force is applied by the auxiliary pump P3.
第1実施形態の回路図である。It is a circuit diagram of a 1st embodiment. 第2実施形態の回路図である。It is a circuit diagram of a 2nd embodiment. 第3実施形態の回路図である。It is a circuit diagram of a 3rd embodiment. 従来の建設機械の動力装置に用いられる回路図である。It is a circuit diagram used for the power unit of the conventional construction machine.
符号の説明Explanation of symbols
24,33 合流制御弁
28,29 パイロット電磁弁
30 戻り流路
34,35 圧力補償弁
36 高圧選択弁
A ブーム用アクチュエータ
C コントローラ
G 電力変換装置
M 発電電動機
M1 回生モータ
P1 第1ポンプ
P2 第2ポンプ
P3 補助ポンプ
U 蓄電ユニット
24, 33 Junction control valves 28, 29 Pilot solenoid valve 30 Return flow path 34, 35 Pressure compensation valve 36 High pressure selection valve A Boom actuator C Controller G Power converter M Generator motor M1 Regenerative motor P1 First pump P2 Second pump P3 Auxiliary pump U Power storage unit

Claims (3)

  1. 作業機系のアクチュエータと、走行系のアクチュエータと、上記作業機系または走行系のアクチュエータに作動油を選択的に供給する第1ポンプおよび第2ポンプとを備えた建設機械の動力装置において、上記作業機系のアクチュエータに慣性エネルギーや位置エネルギーが作用したときに戻り側となる通路に接続する可変容量形の回生モータと、この回生モータと一体に回転するとともに、上記第1ポンプまたは第2ポンプのいずれか一方または双方に作動油を合流する可変容量形の補助ポンプと、上記回生モータおよび補助ポンプと一体に回転する発電電動機と、この発電電動機が発電した電力を蓄電する蓄電ユニットとを備えたエネルギー回生型動力装置。   In a construction machine power device comprising: a work machine actuator; a travel system actuator; and a first pump and a second pump that selectively supply hydraulic oil to the work machine system or the travel system actuator. A variable capacity regenerative motor connected to a return path when inertial energy or potential energy is applied to an actuator of a work machine system, and the first pump or the second pump while rotating integrally with the regenerative motor A variable displacement auxiliary pump that joins hydraulic oil to one or both of the above, a regenerative motor and a generator motor that rotates together with the auxiliary pump, and a power storage unit that stores electric power generated by the generator motor. Regenerative power unit.
  2. 回生モータの傾角、補助ポンプの傾角、および発電電動機の回転を制御するコントローラを設けるとともに、このコントローラは、作業機系のアクチュエータに作用する慣性エネルギーや位置エネルギーを電気エネルギーに変換するとき、補助ポンプを制御して傾角を最小にする一方、補助ポンプから吐出する作動油を上記第1、第2ポンプから吐出する作動油に合流させるとき、発電電動機を回転させるとともに、補助ポンプの傾角を大きくし、かつ、回生モータの傾角を最小に制御する構成にした請求項1記載のエネルギー回生型動力装置。   A controller for controlling the tilt angle of the regenerative motor, the tilt angle of the auxiliary pump, and the rotation of the generator motor is provided, and this controller converts the inertial energy and potential energy acting on the actuator of the work machine system into electric energy. In order to minimize the tilt angle by controlling the hydraulic oil discharged from the auxiliary pump, the generator motor is rotated and the tilt angle of the auxiliary pump is increased when the hydraulic fluid discharged from the first and second pumps is merged. The energy regenerative power unit according to claim 1, wherein the tilt angle of the regenerative motor is controlled to a minimum.
  3. 上記補助ポンプと第1、第2ポンプとの接続過程には合流制御機構を設け、この合流制御機構によって、補助ポンプから第1ポンプに接続した第1ポンプ通路もしくは第2ポンプに接続した第2ポンプ通路のいずれか一方または双方に供給する作動油を制御する構成にした上記請求項1または2記載のエネルギー回生型動力装置。 In the connection process between the auxiliary pump and the first and second pumps, a confluence control mechanism is provided, and by this confluence control mechanism, the first pump passage connected from the auxiliary pump to the first pump or the second pump connected to the second pump. The energy regenerative power unit according to claim 1 or 2, wherein the hydraulic oil supplied to one or both of the pump passages is controlled.
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