JP5626712B2 - Energy recovery and reuse technology for hydraulic systems - Google Patents

Energy recovery and reuse technology for hydraulic systems Download PDF

Info

Publication number
JP5626712B2
JP5626712B2 JP2007295005A JP2007295005A JP5626712B2 JP 5626712 B2 JP5626712 B2 JP 5626712B2 JP 2007295005 A JP2007295005 A JP 2007295005A JP 2007295005 A JP2007295005 A JP 2007295005A JP 5626712 B2 JP5626712 B2 JP 5626712B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
control valve
cylinder
chamber
accumulator
fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2007295005A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008267595A (en
Inventor
ドワイト ビー. スティーブンソン,
ドワイト ビー. スティーブンソン,
エリック ピー. ハンキンス,
エリック ピー. ハンキンス,
ジョセフ エル. プファフ,
ジョセフ エル. プファフ,
キース エー. テイバー,
キース エー. テイバー,
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Husco International Inc
Original Assignee
Husco International Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Husco International Inc filed Critical Husco International Inc
Publication of JP2008267595A publication Critical patent/JP2008267595A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5626712B2 publication Critical patent/JP5626712B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/14Energy-recuperation means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/006Hydraulic "Wheatstone bridge" circuits, i.e. with four nodes, P-A-T-B, and on-off or proportional valves in each link
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/21Systems with pressure sources other than pumps, e.g. with a pyrotechnical charge
    • F15B2211/212Systems with pressure sources other than pumps, e.g. with a pyrotechnical charge the pressure sources being accumulators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/30Directional control
    • F15B2211/305Directional control characterised by the type of valves
    • F15B2211/3056Assemblies of multiple valves
    • F15B2211/30565Assemblies of multiple valves having multiple valves for a single output member, e.g. for creating higher valve function by use of multiple valves like two 2/2-valves replacing a 5/3-valve
    • F15B2211/30575Assemblies of multiple valves having multiple valves for a single output member, e.g. for creating higher valve function by use of multiple valves like two 2/2-valves replacing a 5/3-valve in a Wheatstone Bridge arrangement (also half bridges)
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60Circuit components or control therefor
    • F15B2211/625Accumulators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60Circuit components or control therefor
    • F15B2211/63Electronic controllers
    • F15B2211/6303Electronic controllers using input signals
    • F15B2211/6306Electronic controllers using input signals representing a pressure
    • F15B2211/6313Electronic controllers using input signals representing a pressure the pressure being a load pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60Circuit components or control therefor
    • F15B2211/63Electronic controllers
    • F15B2211/6303Electronic controllers using input signals
    • F15B2211/6346Electronic controllers using input signals representing a state of input means, e.g. joystick position
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/70Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/71Multiple output members, e.g. multiple hydraulic motors or cylinders
    • F15B2211/7114Multiple output members, e.g. multiple hydraulic motors or cylinders with direct connection between the chambers of different actuators
    • F15B2211/7128Multiple output members, e.g. multiple hydraulic motors or cylinders with direct connection between the chambers of different actuators the chambers being connected in parallel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/80Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/88Control measures for saving energy

Description

関連出願の相互参照
本出願は2006年11月14日に出願された米国仮特許出願第60/865,710号及び2007年4月23日に出願された米国仮特許出願第60/913,457号の利益を請求する。
連邦政府委託研究開発に関する申立て
該当なし
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is a US Provisional Patent Application No. 60 / 865,710 filed on November 14, 2006 and a US Provisional Patent Application No. 60 / 913,457 filed on April 23, 2007. Claim the profit of the issue.
Federally commissioned research and development claims Not applicable

本発明は機械上のコンポーネントを動かす油圧アクチュエータに対する流量を制御する油圧システムに関し、特に、油圧アクチュエータからのエネルギーを回収し且つその後油圧アクチュエータを駆動するために回収エネルギーを利用することに関する。   The present invention relates to a hydraulic system that controls the flow rate to a hydraulic actuator that moves components on a machine, and more particularly to recovering energy from the hydraulic actuator and then utilizing the recovered energy to drive the hydraulic actuator.

建設農業機材は異なる機械素子を動作させるために油圧システムを採用している。例えば、掘削機は一端でトラクタに枢軸的に結合され且つ他端で土壌や他の材料をすくい取るためのバケットを有する普通の建設機械である。シリンダアセンブリはブームを昇降させるために使用され、シリンダ内に2つのチャンバーを形成するピストンを有するシリンダを含んでいる。ピストンに接続されたロッドは典型的にはブームに取付けられ、シリンダは掘削機の本体に取付けられる。ブームはロッドをシリンダ内から伸ばし且つ内に後退させることにより昇降させる。   Construction agricultural equipment employs a hydraulic system to operate different mechanical elements. For example, an excavator is an ordinary construction machine that is pivotally coupled at one end to a tractor and has a bucket at the other end for skimming soil and other materials. The cylinder assembly is used to raise and lower the boom and includes a cylinder having a piston that forms two chambers within the cylinder. The rod connected to the piston is typically attached to the boom and the cylinder is attached to the body of the excavator. The boom is raised and lowered by extending and retracting the rod from within the cylinder.

他の機械類は機械素子を動かすために異なる型の油圧アクチュエータを使用している。ここで使用される用語「油圧アクチュエータ」は一般的にシリンダピストン構成、例えば、作動液を機械動作に変換する回転モータのような装置を総称的に示す。   Other machinery uses different types of hydraulic actuators to move the mechanical elements. As used herein, the term “hydraulic actuator” generally refers to a cylinder-piston configuration, for example, a device such as a rotary motor that converts hydraulic fluid into mechanical motion.

シリンダアセンブリの駆動伸張及び後退中に、ポンプからの加圧流体は通常バルブアセンブリにより一方のシリンダチャンバーに加えられ、他方のシリンダチャンバーから排出される全ての流体はバルブアセンブリを通じてシステムタンクに導く戻り導管に流入する。ある条件下で、機械に作用する外部負荷又は他の力はポンプからの充分な流体圧力無しでのシリンダアセンブリの伸張又は後退を可能にする。これはしばしば超過(オーバーラン)負荷と称される。例えば、掘削機において、バケットが重量材料で満たされると、ブームは重力のみで下降する。この外力は流体をバルブアセンブリを通じてブームの油圧シリンダの一方のチャンバーからタンクに排出する。同時に、流量はバルブアセンブリを通じてポンプから伸張している他方のシリンダチャンバーに引き出されるが、到来する流体はピストンを駆動しないので、このブームの動きを生ずるための充分な圧力に維持する必要がない。この状況で、流体は比較的高い圧力でシリンダから排出され、圧力がバルブアセンブリを通じて計量されると正常に失われるエネルギーを含んでいる。   During the driving extension and retraction of the cylinder assembly, the pressurized fluid from the pump is usually added to one cylinder chamber by the valve assembly and all the fluid discharged from the other cylinder chamber leads to the system tank through the valve assembly Flow into. Under certain conditions, an external load or other force acting on the machine allows the cylinder assembly to extend or retract without sufficient fluid pressure from the pump. This is often referred to as overrun loading. For example, in an excavator, when a bucket is filled with heavy material, the boom is lowered only by gravity. This external force expels fluid through the valve assembly from one chamber of the boom hydraulic cylinder to the tank. At the same time, the flow rate is withdrawn from the pump through the valve assembly to the other cylinder chamber, but the incoming fluid does not drive the piston, so there is no need to maintain sufficient pressure to cause this boom movement. In this situation, the fluid is discharged from the cylinder at a relatively high pressure and contains energy that is normally lost when the pressure is metered through the valve assembly.

機械の効率と経済的な動作を最適化するため、バルブアセンブリ内の流体を放出する代わりに、排出流体のエネルギーを回収することが望ましい。ある従来の油圧システムではアキュムレータに排出流体を送り、流体は後で機械駆動に使用するために圧力下で蓄積される。しかしながら、有効エネルギー回収及び再利用に対する課題は蓄積された作動液がアクチュエータを駆動するための適切な圧力と体積でなければならないことである。排出流体の圧力と体積とアキュムレータのこれらのパラメータ間の関係は瞬時に変化し且つ流体が蓄積可能かどうかを決定する。例えば、もしシリンダアセンブリに作用する外力がアキュムレータ内の圧力レベル以上の排出流体を加圧するのに不十分であると、流体は蓄積できない。   In order to optimize the efficiency and economic operation of the machine, it is desirable to recover the energy of the exhaust fluid instead of releasing the fluid in the valve assembly. One conventional hydraulic system delivers discharged fluid to an accumulator that is stored under pressure for later use in mechanical drive. However, the challenge for effective energy recovery and reuse is that the accumulated hydraulic fluid must be at the proper pressure and volume to drive the actuator. The relationship between the pressure and volume of the discharged fluid and these parameters of the accumulator changes instantaneously and determines whether the fluid can accumulate. For example, if the external force acting on the cylinder assembly is insufficient to pressurize the exhaust fluid above the pressure level in the accumulator, the fluid cannot accumulate.

別の時点で、アキュムレータ内の流体を利用したい場合、アキュムレータの圧力と体積及び流体アクチュエータを駆動するために要求される流量間の瞬時の関係がアキュムレータ流体を使用できるかどうかを決定する。例えば、もし油圧アクチュエータの負荷がアキュムレータより高い圧力を要求すると、回収流体を採用できない。もし油圧アクチュエータがアキュムレータに蓄積されるより大きな流体容量を要求するほど動く必要があれば、有効動作の達成が困難になる。他の制限要因は油圧アクチュエータがアキュムレータからの流体を消費するにつれて、アキュムレータ圧力が減少し、アクチュエータを駆動するための残量流体の能力を減ずる。   At other times, if one wishes to utilize the fluid in the accumulator, the instantaneous relationship between the pressure and volume of the accumulator and the flow rate required to drive the fluid actuator determines whether the accumulator fluid can be used. For example, if the load of the hydraulic actuator requires a higher pressure than the accumulator, the recovered fluid cannot be employed. If the hydraulic actuator needs to move so as to require a larger fluid volume stored in the accumulator, it will be difficult to achieve effective operation. Another limiting factor is that as the hydraulic actuator consumes fluid from the accumulator, the accumulator pressure decreases, reducing the ability of the remaining fluid to drive the actuator.

したがって、油圧システム内のエネルギーを回収し且つ再利用するための有効技術提供するニーズが存在する。   Accordingly, there is a need to provide effective technology for recovering and reusing energy in a hydraulic system.

油圧システムは機械のコンポーネントを動作させるため機械的に平行に接続された第1及び第2油圧シリンダを有し、各シリンダは第1及び第2チャンバーを有する。例えば、4個の電気油圧比例バルブのホイートストンブリッジ構成のような制御バルブアセンブリは第1ワークポートと第2ワークポートを有する。第1ワークポートは第1シリンダの第1チャンバーに接続され、第2シリンダの第1チャンバーから分離している。第2作用ポートは第1及び第2油圧シリンダの第2チャンバーに接続される。制御バルブアセンブリは第1及び第2ワークポートの各々を供給導管と戻り導管に選択的に接続するように動作する。   The hydraulic system has first and second hydraulic cylinders that are mechanically connected in parallel to operate the components of the machine, each cylinder having first and second chambers. For example, a control valve assembly such as a Wheatstone bridge configuration of four electrohydraulic proportional valves has a first workport and a second workport. The first work port is connected to the first chamber of the first cylinder and is separated from the first chamber of the second cylinder. The second working port is connected to the second chambers of the first and second hydraulic cylinders. The control valve assembly operates to selectively connect each of the first and second workports to the supply conduit and the return conduit.

油圧システムのエネルギー回収装置は第1シリンダの第1チャンバーと第2シリンダの第1チャンバー間の流量を制御するシリンダ分離制御バルブを具備している。アキュムレータは第2シリンダの第1チャンバーに出入りする流量を制御する回収制御バルブに接続される。これにより外部負荷により第1チャンバーから強制的に排出される流体が圧力下で蓄積されるアキュムレータに転送されるのを可能にする。その後、蓄積流体は油圧シリンダの一方又は両方を駆動するために利用される。   The energy recovery device of the hydraulic system includes a cylinder separation control valve that controls the flow rate between the first chamber of the first cylinder and the first chamber of the second cylinder. The accumulator is connected to a recovery control valve that controls the flow rate entering and exiting the first chamber of the second cylinder. This allows fluid that is forced out of the first chamber by an external load to be transferred to an accumulator that accumulates under pressure. The storage fluid is then utilized to drive one or both of the hydraulic cylinders.

他の態様において、本発明は供給導管に接続された第1ポンプを提供する。供給バルブは第2ポンプから第2シリンダの第1チャンバーに流れる流体を制御する。供給バルブを閉じ、シリンダ分離制御バルブを開くことにより、第1及び第2油圧シリンダは制御バルブアセンブリにより協調して制御される。代案として、シリンダ分離制御バルブを閉じることにより、第1油圧シリンダは制御バルブアセンブリにより制御され、同時に、第2油圧シリンダは供給バルブを開くことにより制御される。   In another aspect, the present invention provides a first pump connected to a supply conduit. The supply valve controls the fluid flowing from the second pump to the first chamber of the second cylinder. By closing the supply valve and opening the cylinder separation control valve, the first and second hydraulic cylinders are controlled in concert by the control valve assembly. Alternatively, the first hydraulic cylinder is controlled by the control valve assembly by closing the cylinder separation control valve, while the second hydraulic cylinder is controlled by opening the supply valve.

油圧システムの好ましい実施例において、ワークポートシャント制御バルブは第1及び第2ワークポートに接続され、その間に流体が直接流れるのを可能にする。 In the preferred embodiment of the hydraulic system, work port shunt control valves are connected to the first and second work ports, allowing fluid to flow directly therebetween.

本発明の他の態様において、機械のコンポーネントを動作させるため油圧シリンダを有するエネルギー回収装置が提供される。このエネルギー回収装置は第1チャンバーと第2チャンバーを有する。第1ワークポートと第2ワークポートを有する制御バルブアセンブリは第1及び第2チャンバーに接続され、第1ワークポートは油圧シリンダの第1チャンバーと流体で連通し、第2ワークポートは油圧シリンダの第2チャンバーと流体で連通し、制御バルブアセンブリの動作で第1及び第2ワークポートの各々を供給導管と戻り導管に選択的に接続する。ワークポートシャント制御バルブは第1ワークポート及び第2ワークポートと流体で連通し、その間に流れる流体を制御する。本システムはアキュムレータとシリンダの第1チャンバーからアキュムレータへの流量を制御する回収制御バルブを含んでいる。   In another aspect of the invention, an energy recovery device is provided having a hydraulic cylinder for operating machine components. This energy recovery apparatus has a first chamber and a second chamber. A control valve assembly having a first work port and a second work port is connected to the first and second chambers, the first work port is in fluid communication with the first chamber of the hydraulic cylinder, and the second work port is connected to the second chamber of the hydraulic cylinder. In fluid communication, operation of the control valve assembly selectively connects each of the first and second workports to a supply conduit and a return conduit. The work port shunt control valve is in fluid communication with the first work port and the second work port and controls the fluid flowing therebetween. The system includes an accumulator and a recovery control valve that controls the flow rate from the first chamber of the cylinder to the accumulator.

本発明は掘削機での使用に関連して記載されているが、他の型の油圧動作型装置にも実施可能である。   Although the present invention has been described in connection with use in an excavator, it can be implemented in other types of hydraulically operated devices.

まず図1を参照すると、掘削機10はクローラー(無限軌道車)上に支持された運転席11と上下運動のため運転席に取付けられたブームアセンブリ12から構成される。ブームアセンブリ12はブーム13、アーム14、及び各々に枢軸的に取付けられたバケット15に細分される。運転席11に結合されたブーム13は運転席とブーム間に平行に機械的に接続された一対の油圧シリンダアセンブリ16及び17により駆動されると上下に枢動できる。典型的な掘削機において、これらのアセンブリ16及び17のシリンダは運転席11に取付けられ、ピストンロッドがブーム13に取付けられると、ブームに作用する重力がピストンロッドをシリンダ内に後退させる傾向になる。それでも、シリンダアセンブリの接続は重力がピストンロッドをシリンダから伸長させるようになっており、記載されるべき多くのエネルギー回収技術をこの構成にも使用できる。ブーム13の遠端部で支持されたアーム14は前方及び後方に旋回でき、バケット15はアームの先端に枢軸的に結合される。他の対のシリンダアセンブリ18及び19は独立してアーム14及びバケット15を動作する。バケット15は他のワークヘッドと交換できる。   Referring first to FIG. 1, an excavator 10 includes a driver's seat 11 supported on a crawler (an endless track vehicle) and a boom assembly 12 attached to the driver's seat for vertical movement. The boom assembly 12 is subdivided into a boom 13, an arm 14, and a bucket 15 pivotally attached to each. The boom 13 coupled to the driver's seat 11 can pivot up and down when driven by a pair of hydraulic cylinder assemblies 16 and 17 mechanically connected in parallel between the driver's seat and the boom. In a typical excavator, the cylinders of these assemblies 16 and 17 are attached to the driver's seat 11, and when the piston rod is attached to the boom 13, the gravity acting on the boom tends to retract the piston rod into the cylinder. . Nevertheless, the cylinder assembly connection allows gravity to extend the piston rod from the cylinder, and many energy recovery techniques to be described can be used in this configuration. The arm 14 supported at the far end of the boom 13 can pivot forward and backward, and the bucket 15 is pivotally coupled to the tip of the arm. The other pair of cylinder assemblies 18 and 19 operate the arm 14 and bucket 15 independently. The bucket 15 can be replaced with another work head.

図2を参照すると、掘削機10上のシリンダアセンブリ16、17、18及び19は第1ポンプ22とタンク23からなる作動液源21を有する第1油圧システム20の一部である。第1ポンプ22はタンク23から流体を引き出し、逆止バルブを通して流体を掘削機上の全ての油圧機能部に加圧流体を供給する供給導管25に強制的に圧送する。ブーム13の昇降のための機能部のような油圧機能部を駆動するために使用された後、流体はバネ負荷タンクチェックバルブ24により流体が加圧される戻り導管26を介してタンク23に還流する。油圧システム10は掘削機10上のいくつかの油圧機能部を駆動するが、本発明のエネルギー回収再利用技術の説明を簡単にするためブーム機能部30に着目する。   Referring to FIG. 2, the cylinder assemblies 16, 17, 18 and 19 on the excavator 10 are part of a first hydraulic system 20 having a hydraulic fluid source 21 consisting of a first pump 22 and a tank 23. The first pump 22 draws fluid from the tank 23 and forcibly pumps the fluid through a check valve to a supply conduit 25 that supplies pressurized fluid to all hydraulic functions on the excavator. After being used to drive a hydraulic function, such as a function for raising and lowering the boom 13, the fluid returns to the tank 23 via a return conduit 26 where the fluid is pressurized by a spring loaded tank check valve 24. To do. The hydraulic system 10 drives several hydraulic function units on the excavator 10, but attention is paid to the boom function unit 30 in order to simplify the description of the energy recovery and reuse technique of the present invention.

ブーム機能部30は各々がシリンダとロッド付のピストンを有するブームシリンダアセンブリ16及び17に出入りする流量を制御することによりブーム13を昇降させる。第1ブームシリンダアセンブリ16はシリンダ内部をロッドチャンバー33とピストンの反対側のヘッドチャンバー34に分割する滑動的に受けられる第1ピストン27を有する第1ブームシリンダ31を有する。第2ブームシリンダアセンブリ17はシリンダ内部を他のロッドチャンバー36とピストンの反対側のヘッドチャンバー38に分割する滑動的に受けられる第2ピストン29を有する第2ブームシリンダ32を有する。ロッド及びヘッドチャンバーの体積は付随のピストンがシリンダ内で滑動するにつれて変化する。図1の例示の掘削機10において、各ブームシリンダ31又は32は運転席11に取付けられ、各ピストン27又は29はそれぞれピストンロッド35又は37によりブーム13に取付けられる。   The boom function unit 30 raises and lowers the boom 13 by controlling the flow rate of the boom cylinder assemblies 16 and 17 each having a cylinder and a piston with a rod. The first boom cylinder assembly 16 has a first boom cylinder 31 having a slidingly received first piston 27 that divides the interior of the cylinder into a rod chamber 33 and a head chamber 34 opposite the piston. The second boom cylinder assembly 17 has a second boom cylinder 32 having a second piston 29 slidably received that divides the interior of the cylinder into another rod chamber 36 and a head chamber 38 opposite the piston. The volume of the rod and head chamber changes as the associated piston slides within the cylinder. In the example excavator 10 of FIG. 1, each boom cylinder 31 or 32 is attached to the driver's seat 11, and each piston 27 or 29 is attached to the boom 13 by a piston rod 35 or 37, respectively.

ロッドチャンバー33及び36は油圧的に直接共に接続される。双方向EHPシリンダ分離制御バルブ39はヘッドチャンバー34及び38と直接接続し、好ましくは各ヘッドチャンバーに直接接続される。シリンダ分離制御バルブ39を閉じるとヘッドチャンバーを互いに分離し、シリンダ分離制御バルブを開くと2つのヘッドチャンバー間に直接経路を提供する。ここで「制御バルブ」は手動作又は電気動作されるバルブを意味するものとして定義される。ここで使用される用語「直接接続」は関連するコンポーネントが導管の固有の限度を超えた流量を制限又は制御する、バルブ、オリフィス、又は他の装置のような、介在素子を使用することなく導管により共に接続されることを意味する。ここで使用されるように、油圧コンポーネントが2つの他の素子を「直接接続する」との記載は油圧コンポーネントが制御バルブアセンブリを通じて又は流体が他の油圧機能部に出入りする供給又は戻り導管を通じて流れることなくこれらの2つの他の素子間に流すため流体用の経路を設けることを意味する。制御バルブが油圧システムの2個のコンポーネント又は素子間の「直接経路」を提供するとの記載は経路が他の制御バルブを含まないことを意味する。   The rod chambers 33 and 36 are directly connected together hydraulically. The bidirectional EHP cylinder separation control valve 39 is directly connected to the head chambers 34 and 38, preferably directly connected to each head chamber. Closing the cylinder separation control valve 39 separates the head chambers from each other, and opening the cylinder separation control valve provides a direct path between the two head chambers. Here, “control valve” is defined to mean a valve that is manually or electrically operated. As used herein, the term “direct connection” refers to a conduit without the use of intervening elements, such as valves, orifices, or other devices, where the associated component limits or controls the flow rate beyond the inherent limits of the conduit. Means that they are connected together. As used herein, a statement that a hydraulic component “directly connects” two other elements refers to the hydraulic component flowing through a control valve assembly or through a supply or return conduit through which fluid enters and exits other hydraulic functions. Without providing a path for fluid to flow between these two other elements. The statement that the control valve provides a “direct path” between two components or elements of the hydraulic system means that the path does not include other control valves.

制御バルブアセンブリ40はブームシリンダアセンブリ16及び17を供給及び戻り導管25及び26に結合し、その間の流量を制御する。制御バルブアセンブリ40が加圧流体をブームシリンダ31及び32内のヘッドチャンバー34及び38に供給し、ロッドチャンバー33及び36から流体を排出すると、各ピストンロッド35及び37はそのシリンダから伸張され、ブーム13を上昇させる。同様に、加圧作動液を供給導管25からロッドチャンバー33及び36に供給し且つ流体をヘッドチャンバー34及び38から排出するとピストンロッド35及び37をブームシリンダ31及び32に後退させ、ブーム13を降下させる。一般的に駆動伸張及び駆動後退と称される時に、シリンダ分離制御バルブ39は開口し、2つのブームシリンダアセンブリ16及び17を協働して動作させる。   Control valve assembly 40 couples boom cylinder assemblies 16 and 17 to supply and return conduits 25 and 26 and controls the flow rate therebetween. As the control valve assembly 40 supplies pressurized fluid to the head chambers 34 and 38 in the boom cylinders 31 and 32 and drains fluid from the rod chambers 33 and 36, each piston rod 35 and 37 is extended from that cylinder, 13 is raised. Similarly, when pressurized hydraulic fluid is supplied from the supply conduit 25 to the rod chambers 33 and 36 and the fluid is discharged from the head chambers 34 and 38, the piston rods 35 and 37 are retracted to the boom cylinders 31 and 32 and the boom 13 is lowered. Let When commonly referred to as drive extension and drive retraction, the cylinder isolation control valve 39 opens and operates the two boom cylinder assemblies 16 and 17 in concert.

制御バルブアセンブリ40はホイートストンブリッジ構成に接続された4つの電気油圧比例(EHP)制御バルブ41、42、43及び44からなる。代案として、ソレノイド動作型スプールバルブが4個のEHP制御バルブ41−44の代わりに使用できる。好ましくは、各EHP制御バルブ41−44は必要であればキャビテーション防止バルブを内蔵する米国特許第6,745,992号に記載されたバルブのようなパイロット動作型双方向制御バルブである。第1EHP制御バルブ41は作動液の流量を供給導管25から第1アクチュエータ導管47により第1シリンダ31のヘッドチャンバー34とシリンダ分離制御バルブ39間のノード51に接続された第1ワークポート46に向ける。第2ブームシリンダ32のヘッドチャンバー38がシリンダ分離制御バルブ39により第1アクチュエータ導管47及び第1シリンダ31のヘッドチャンバー34に接続され、第1ワークポート46をヘッドチャンバー38と2つのヘッドチャンバーから互いに分離する。第2EHP制御バルブ42は第1ワークポート46と戻り導管26間の流量を管理する。第3EHP制御バルブ43は供給導管25と第2アクチュエータ導管49により第2ワークポート48に接続されたシリンダロッドチャンバー33と36間に流れる流体経路を制御する。第4EHP 制御バルブ44はロッドチャンバー33及び36と戻り導管26間に接続される。   The control valve assembly 40 consists of four electrohydraulic proportional (EHP) control valves 41, 42, 43 and 44 connected in a Wheatstone bridge configuration. As an alternative, solenoid operated spool valves can be used in place of the four EHP control valves 41-44. Preferably, each EHP control valve 41-44 is a pilot operated bi-directional control valve, such as the valve described in US Pat. No. 6,745,992, incorporating an anti-cavitation valve if necessary. The first EHP control valve 41 directs the flow rate of the hydraulic fluid from the supply conduit 25 to the first work port 46 connected to the node 51 between the head chamber 34 of the first cylinder 31 and the cylinder separation control valve 39 by the first actuator conduit 47. The head chamber 38 of the second boom cylinder 32 is connected to the first actuator conduit 47 and the head chamber 34 of the first cylinder 31 by the cylinder separation control valve 39, and the first work port 46 is separated from the head chamber 38 and the two head chambers. To do. The second EHP control valve 42 manages the flow rate between the first work port 46 and the return conduit 26. The third EHP control valve 43 controls the fluid path flowing between the cylinder rod chambers 33 and 36 connected to the second work port 48 by the supply conduit 25 and the second actuator conduit 49. A fourth EHP control valve 44 is connected between the rod chambers 33 and 36 and the return conduit 26.

シリンダ分離制御バルブ39と同様に4個のEHP制御バルブ41−44はシステム制御装置50からの電気信号により独立してソレノイド動作される。シリンダ分離制御バルブ39と共に第1と第4EHP制御バルブ41と44を開くことにより、加圧流体がヘッドチャンバー34と38に加えられ、流体がロッドチャンバー33と36から排出されピストンロッド35と37を伸張させブーム13を上昇させる。同様に、シリンダ分離制御バルブ39と同様に第2及び第3EHP制御バルブ42及び43を開くと加圧流体をロッドチャンバー33と36に送り、ピストンロッド35と37を後退させるため流体をヘッドチャンバー34と38から排出し、ブーム13を下降させる。   Similar to the cylinder separation control valve 39, the four EHP control valves 41-44 are solenoid operated independently by an electric signal from the system controller 50. By opening the first and fourth EHP control valves 41 and 44 together with the cylinder separation control valve 39, the pressurized fluid is added to the head chambers 34 and 38, the fluid is discharged from the rod chambers 33 and 36, and the piston rods 35 and 37 are moved. Extend and raise the boom 13. Similarly, when the second and third EHP control valves 42 and 43 are opened as in the cylinder separation control valve 39, the pressurized fluid is sent to the rod chambers 33 and 36, and the fluid is supplied to the head chamber 34 to retract the piston rods 35 and 37. 38, and the boom 13 is lowered.

システム制御装置50は人によるオペレータが掘削機上の油圧アクチュエータの所望の動作を指定するいくつかのジョイスティック52からの制御信号を受信するマイクロコンピュータに基く装置である。システム制御装置50は供給導管圧力センサー54と戻り導管圧力センサー55からの信号を受信する。分離した圧力センサー56と57はシリンダヘッドチャンバー34及び38のために設けられ、他の圧力センサー58はブームシリンダアセンブリ16及び17のロッドチャンバー33及び36内の圧力を計測する。電気配線を簡単にするため、圧力測定が第2アクチュエータ導管49での圧力損失により影響されることを了解の下で、ロッドチャンバー圧力センサー58は好ましくは第2ワークポート48の近傍に配置される。シリンダチャンバーのための圧力センサー56、57及び58はブーム13に作用する力Fの量を示す信号を発生する。システム制御装置50は供給導管25内の圧力を制限するため可変容量型第1ポンプ22を動作させることにより圧力測定値に応答し、掘削機上の異なる油圧アクチュエータの圧力要求を満足させる。   The system controller 50 is a microcomputer-based device in which a human operator receives control signals from several joysticks 52 that specify the desired operation of the hydraulic actuator on the excavator. System controller 50 receives signals from supply conduit pressure sensor 54 and return conduit pressure sensor 55. Separate pressure sensors 56 and 57 are provided for the cylinder head chambers 34 and 38 and another pressure sensor 58 measures the pressure in the rod chambers 33 and 36 of the boom cylinder assemblies 16 and 17. The rod chamber pressure sensor 58 is preferably located in the vicinity of the second workport 48 with the understanding that pressure measurements are affected by pressure loss in the second actuator conduit 49 to simplify electrical wiring. Pressure sensors 56, 57 and 58 for the cylinder chamber generate signals indicating the amount of force F acting on the boom 13. The system controller 50 responds to pressure measurements by operating the variable displacement first pump 22 to limit the pressure in the supply conduit 25 to satisfy the pressure requirements of different hydraulic actuators on the excavator.

第1油圧システム20はブーム機能部30のためのエネルギー回収と再利用を可能にする装置を形成するいくつかの追加バルブと他のコンポーネントを含む。具体的には、アキュムレータ60がブームシリンダアセンブリ16及び17から回収された流体を蓄積するために設けられる。追加の圧力センサー59はアキュムレータ60のポート61に配置され、アキュムレータ内の圧力を示すシステム制御装置50に対する信号を発生する。アキュムレータ60は双方向EHP回収制御バルブ62により第2ブームシリンダアセンブリ17のヘッドチャンバー38に結合され、第1ブームシリンダアセンブリ16のヘッドチャンバー34から分離される。電気油圧アキュムレータ注入再利用制御バルブ66は供給導管25とアキュムレータ60のポート61間の直接経路を提供する。電気油圧ポンプ戻り制御バルブ68はアキュムレータ60のポートを第1ポンプ22の流入部に直接に接続し、リリーフ制御バルブ70は第ノード64を第2シリンダヘッドチャンバー38でタンク戻り導管26に直接的に接続する。ノード64はシリンダ分離制御バルブ39により第1シリンダ31のヘッドチャンバー34から分離される。EHPワークポートシャント制御バルブ65は第1及び第2ワークポート46及び48間の直接経路を提供し、好ましくは、各ワークポートに直接的に接続される。全てのこれらの追加制御バルブ39、62、65、66、68及び70はシステム制御装置50からの信号により動作される。   The first hydraulic system 20 includes several additional valves and other components that form a device that enables energy recovery and reuse for the boom function 30. Specifically, an accumulator 60 is provided for accumulating fluid collected from the boom cylinder assemblies 16 and 17. An additional pressure sensor 59 is located at the port 61 of the accumulator 60 and generates a signal to the system controller 50 indicating the pressure in the accumulator. The accumulator 60 is coupled to the head chamber 38 of the second boom cylinder assembly 17 by the bidirectional EHP recovery control valve 62 and is separated from the head chamber 34 of the first boom cylinder assembly 16. The electrohydraulic accumulator injection reuse control valve 66 provides a direct path between the supply conduit 25 and the port 61 of the accumulator 60. The electrohydraulic pump return control valve 68 connects the port of the accumulator 60 directly to the inlet of the first pump 22, and the relief control valve 70 connects the first node 64 directly to the tank return conduit 26 in the second cylinder head chamber 38. Connecting. The node 64 is separated from the head chamber 34 of the first cylinder 31 by the cylinder separation control valve 39. An EHP workport shunt control valve 65 provides a direct path between the first and second workports 46 and 48 and is preferably connected directly to each workport. All these additional control valves 39, 62, 65, 66, 68 and 70 are actuated by signals from the system controller 50.

これらのバルブの種々の組合せを選択的に動作させることにより、流体はブームシリンダアセンブリ16及び17及び第1ポンプ22及びタンク23及びアキュムレータ60に出入りするように送られる。ブーム13の重力による降下中に、ブームシリンダアセンブリから排出される流体は圧力下でアキュムレータ内に蓄積でき、その後、第1ポンプからの流体の代わりに使用され、ポンプを駆動するために要求されるエネルギーを蓄積する。種々のバルブの組合せの動作から起因する異なるエネルギー回収モードは後述される。   By selectively operating various combinations of these valves, fluid is routed to and from the boom cylinder assemblies 16 and 17, the first pump 22, the tank 23 and the accumulator 60. During the drop of the boom 13 due to gravity, the fluid discharged from the boom cylinder assembly can accumulate in the accumulator under pressure and is then used in place of the fluid from the first pump and is required to drive the pump. Accumulate energy. Different energy recovery modes resulting from the operation of the various valve combinations are described below.

本発明の回収システムは機械上の油圧機能部が使用されていない場合又は動作中の油圧機能部が比較的少量のポンプ流体のみを要求する場合に第1ポンプ22から直接流体をアキュムレータ60に注入できる。そのようなときに、アキュムレータ注入再利用制御バルブ66は開口し、供給導管25をアキュムレータ60のポート61に直接接続する。圧力センサー54及び59は供給導管の圧力がアキュムレータ60内の既存圧力以上である場合を示し、注入が生じる。   The recovery system of the present invention injects fluid directly from the first pump 22 into the accumulator 60 when the hydraulic function on the machine is not used or when the active hydraulic function requires only a relatively small amount of pump fluid. it can. At such times, the accumulator injection reuse control valve 66 opens and connects the supply conduit 25 directly to the port 61 of the accumulator 60. Pressure sensors 54 and 59 indicate when the pressure in the supply conduit is above the existing pressure in the accumulator 60 and an injection occurs.

蓄積されたエネルギーを再利用する他のモードではポンプ戻り制御バルブ68を開き、蓄積された加圧流体をアキュムレータ60から第1ポンプ22の流入部に転送する。これは特にポンプの流入部が高圧力流入能力を有する場合に有益である、このエネルギー回収はアキュムレータ圧力がシリンダアセンブリ16及び17の負荷圧力以下でシリンダアセンブリを直接駆動するために使用できなくても第1ポンプ22を駆動しているエンジンのトルクを除去する。この場合、第1ポンプのみがアキュムレータ60とシリンダアセンブリの負荷圧力間の圧力差を得るためエンジンからのトルクを使用しなければならない。   In another mode of reusing the accumulated energy, the pump return control valve 68 is opened, and the accumulated pressurized fluid is transferred from the accumulator 60 to the inlet of the first pump 22. This is particularly beneficial when the pump inlet has a high pressure inlet capability, this energy recovery even if the accumulator pressure is below the load pressure of the cylinder assemblies 16 and 17 and cannot be used to directly drive the cylinder assembly. The torque of the engine driving the first pump 22 is removed. In this case, only the first pump must use the torque from the engine to obtain a pressure difference between the load pressure of the accumulator 60 and the cylinder assembly.

さらに図2を参照すると、第1油圧システム20もクローラーに対して掘削機運転席11とブームアセンブリ12を双方向に回転させる旋回機能部80を含む。可変定量型第2ポンプ82は第2供給導管83を介して加圧流体を旋回機能部80に供給する。制御バルブアセンブリ40と同様な制御バルブアセンブリ84は第2ポンプ82からモーター86へ且つモーターからタンク23に流れる作動液流量を制御する。モーター86は2つのポートを有し、バルブアセンブリ84は第2ポンプ82を一方のポートに選択的に接続し、他方のポートをタンクに接続し、流体がモーターを還流する方向と運転席11がクローラー9の周囲を旋回する方向を決定する。   Still referring to FIG. 2, the first hydraulic system 20 also includes a swivel function 80 that bi-directionally rotates the excavator operator seat 11 and the boom assembly 12 relative to the crawler. The variable quantitative second pump 82 supplies the pressurized fluid to the swivel function unit 80 via the second supply conduit 83. A control valve assembly 84 similar to the control valve assembly 40 controls the flow rate of hydraulic fluid flowing from the second pump 82 to the motor 86 and from the motor to the tank 23. The motor 86 has two ports, and the valve assembly 84 selectively connects the second pump 82 to one port, and connects the other port to the tank. The direction of turning around the crawler 9 is determined.

モーター86の2つのポートは圧力動作型バルブ90によりアキュムレータ60の流出部61に結合された流出部を有するシャトルバルブ88の流入部に接続される。圧力動作型バルブ90はシャトルバルブ88の流出部の圧力が運転席11の回転が停止するときに生じる所定レベルを超えると開く。そのとき、加圧流体はバルブアセンブリ84を介してタンク23に送る代わりにアキュムレータ60に送られる。したがって、そうした時期にモータ86から排出された流体のエネルギーはアキュムレータ60に蓄積される。   The two ports of the motor 86 are connected to the inlet of a shuttle valve 88 having an outlet connected to the outlet 61 of the accumulator 60 by a pressure operated valve 90. The pressure operated valve 90 opens when the pressure at the outflow portion of the shuttle valve 88 exceeds a predetermined level generated when the rotation of the driver's seat 11 stops. The pressurized fluid is then sent to the accumulator 60 instead of being sent to the tank 23 via the valve assembly 84. Therefore, the energy of the fluid discharged from the motor 86 at such time is stored in the accumulator 60.

蓄積された流体は前述のようにブーム機能部30により利用でき又は旋回機能モータ86を駆動するために利用できる。後者の動作を達成するために、双方向電気油圧供給制御バルブ92は流体をアキュムレータ60からバルブアセンブリ84の流入部に送るために開く。このアキュムレータ流体は第2ポンプ82からの流体の代わりにまたはその捕捉として使用される。   The accumulated fluid can be used by the boom function unit 30 as described above or can be used to drive the swing function motor 86. In order to accomplish the latter operation, the bi-directional electrohydraulic supply control valve 92 opens to deliver fluid from the accumulator 60 to the inlet of the valve assembly 84. This accumulator fluid is used in place of or as a trap for fluid from the second pump 82.

第1及び第2ブームシリンダアセンブリ16及び17を共に結合することにより、これらのシリンダの負荷は生産システムで等分にされるが、制御自由度は失われる。より大きい効率は機械油圧システムの圧力補償損失を最小にするため2つのブームシリンダアセンブリ16及び17のヘッドチャンバー34及び38を分離することにより達成される。   By coupling the first and second boom cylinder assemblies 16 and 17 together, the load on these cylinders is evenly divided in the production system, but the degree of control freedom is lost. Greater efficiency is achieved by separating the head chambers 34 and 38 of the two boom cylinder assemblies 16 and 17 to minimize pressure compensation losses in the mechanical hydraulic system.

図3はより大きい自由度を達成する変形第2油圧システム96を示す。この第2油圧システム96は図2の第1油圧システム20と類似し、同一コンポーネントは同一参照番号で指定される。その差は前述のシステム20の供給制御バルブ92が第2ポンプからの第2供給導管83と第2ブームシリンダ32のヘッドチャンバー38間の直接経路を提供する双方向電気油圧供給バルブ98により置換されたことである。好ましくは、供給制御バルブ98は第2供給導管とヘッドチャンバー38間に直接接続される。これによりブームが制御バルブアセンブリ40の制御下で第1ブームシリンダアセンブリ16を駆動するため第1ポンプ22からの流体を使用して上昇させ、供給制御バルブ98が第2ポンプ82から第2ブームシリンダアセンブリ17への流体の流入を制御するのを可能にする。   FIG. 3 shows a modified second hydraulic system 96 that achieves greater degrees of freedom. The second hydraulic system 96 is similar to the first hydraulic system 20 of FIG. 2, and the same components are designated with the same reference numerals. The difference is replaced by a bi-directional electrohydraulic supply valve 98 in which the supply control valve 92 of the aforementioned system 20 provides a direct path between the second supply conduit 83 from the second pump and the head chamber 38 of the second boom cylinder 32. That is. Preferably, the supply control valve 98 is connected directly between the second supply conduit and the head chamber 38. This causes the boom to be raised using fluid from the first pump 22 to drive the first boom cylinder assembly 16 under the control of the control valve assembly 40, and the supply control valve 98 is moved from the second pump 82 to the second boom cylinder. Allows the flow of fluid into the assembly 17 to be controlled.

例1
第1ポンプ22が流体を機械の他の油圧機能部に供給し、これらの機能部の最大要求を満足させるため300バー圧力で作動していると仮定している。さらに、更に他の油圧機能部が最大流量要求を満足させるために200バー圧力で作動している第2ポンプ82に接続されることを仮定する。更に250バー圧力がブーム13の負荷を上昇させるために要求されることを仮定している。
Example 1
It is assumed that the first pump 22 supplies fluid to the other hydraulic functions of the machine and is operating at 300 bar pressure to satisfy the maximum requirements of these functions. It is further assumed that yet another hydraulic function is connected to the second pump 82 operating at 200 bar pressure to satisfy the maximum flow requirement. It is further assumed that 250 bar pressure is required to increase the boom 13 load.

従来のシステムで、第1ポンプ22は300バーに留まり、余分の50バーが圧力補償損失として“消耗”される。この従来のシステムにおいて、第2ポンプ82の圧力は250バーに上昇し、その他の油圧機能部はこれらの機能部で要求されるより大きい圧力のため圧力補償損失を発生する。   In a conventional system, the first pump 22 remains at 300 bars and the extra 50 bars are “consumed” as pressure compensation losses. In this conventional system, the pressure of the second pump 82 rises to 250 bar, and the other hydraulic functions generate pressure compensation losses due to the greater pressure required by these functions.

図3に示されるシステムにおいて、第1ポンプ22は300バーでの動作を継続し、第2ポンプ82は200バーでの、したがって、250バーの組合せ平均圧力での動作を継続する。これらのポンプの各々は流体をブームシリンダアセンブリ16及び17に供給し、第1ポンプは制御バルブアセンブリ40を介して、第2ポンプは供給制御バルブ98を介して供給する。結果として、各シリンダアセンブリは異なる圧力量、従って、異なる圧力で動作する。それにもかかわらず、ブーム13に作用する正味の力は従来システムと同様である。   In the system shown in FIG. 3, the first pump 22 continues to operate at 300 bar and the second pump 82 continues to operate at 200 bar and thus at a combined average pressure of 250 bar. Each of these pumps supplies fluid to the boom cylinder assemblies 16 and 17, the first pump through the control valve assembly 40 and the second pump through the supply control valve 98. As a result, each cylinder assembly operates with a different amount of pressure, and thus a different pressure. Nevertheless, the net force acting on the boom 13 is similar to the conventional system.

例2
全てのポンプ出力流量をすでに消費した第1ポンプに接続された他の油圧機能部があることを仮定する。もしブーム13の上昇が命令されると、第2ポンプ82は全てのパワーを供給制御バルブ98と第2シリンダアセンブリ17を通じてブームに供給し、第1シリンダ31のヘッドチャンバー34の流体が第2EHP制御バルブ42内のキャビテーション防止チェックバルブを介して戻り導管26から排出される。
Example 2
Assume that there is another hydraulic function connected to the first pump that has already consumed all the pump output flow. If raising of the boom 13 is commanded, the second pump 82 supplies all power to the boom through the supply control valve 98 and the second cylinder assembly 17, and the fluid in the head chamber 34 of the first cylinder 31 is controlled by the second EHP. It is discharged from the return conduit 26 via an anti-cavitation check valve in the valve 42.

例1及び例2の機能性は図4に示されるソレノイド動作型スプールバルブを使用する第3油圧システム100により得られる。油圧システム100は前述のシステムと同一のコンポーネントは同一参照番号で特定されるブーム機能部102を含んでいる。第1及び第2シリンダ31及び32のヘッドチャンバー34及び38は双方向電気油圧シリンダ分離制御バルブ39により油圧的に結合されている。電気油圧シャント制御バルブ65は第1シリンダ31のロッド及びヘッドチャンバーのポート間に接続される。   The functionality of Examples 1 and 2 is obtained by a third hydraulic system 100 that uses the solenoid operated spool valve shown in FIG. The hydraulic system 100 includes a boom function unit 102 in which the same components as those described above are identified with the same reference numerals. The head chambers 34 and 38 of the first and second cylinders 31 and 32 are hydraulically coupled by a bidirectional electrohydraulic cylinder separation control valve 39. The electrohydraulic shunt control valve 65 is connected between the rod of the first cylinder 31 and the port of the head chamber.

第3油圧システム100は流体をタンク23から引き出す第1及び第2ポンプ22及び82により形成された作動液源21を有し、ブーム機能部102、旋回機能部80及び図示されていない機械上の他の機能部を動作させる。第1ポンプ22の出力部はブーム機能部の制御バルブアセンブリを構成する3位置4方向ソレノイド動作型第1スプールバルブ104の流入部に接続された第1供給導管25を供給する。第1スプールバルブ104の流出部はタンク23に導く戻り導管26に接続される。第1スプールバルブ104は2つのワークポートを有する、即ち、一方のワークポート48は2個の油圧シリンダのロッドチャンバー33及び36に直接接続され、他方のワークポート46は第1油圧シリンダ31のヘッドチャンバー34に直接接続される。第1リリーフバルブ106は第1ワークポート46及び戻り導管26間に接続される。   The third hydraulic system 100 has a hydraulic fluid source 21 formed by first and second pumps 22 and 82 that draws fluid from the tank 23, and includes a boom function unit 102, a swivel function unit 80, and a machine not shown. Operate other functional units. The output of the first pump 22 supplies a first supply conduit 25 connected to the inlet of the three-position, four-way solenoid operated first spool valve 104 that constitutes the control valve assembly of the boom function unit. The outflow portion of the first spool valve 104 is connected to a return conduit 26 that leads to the tank 23. The first spool valve 104 has two work ports, that is, one work port 48 is directly connected to the rod chambers 33 and 36 of the two hydraulic cylinders, and the other work port 46 is connected to the head chamber 34 of the first hydraulic cylinder 31. Connected directly. The first relief valve 106 is connected between the first work port 46 and the return conduit 26.

第2ポンプ82の流出部は供給制御バルブを形成する3位置4方向ソレノイド動作型第2スプールバルブ108に接続される第2供給導管83を供給する。第2スプールバルブ108の流出部は戻り導管26に接続される。第2スプールバルブ108は一方が油圧シリンダのロッドチャンバー33及び36に直接接続され、他方のワークポートは第2油圧シリンダ32のヘッドチャンバー38に直接接続された一対のワークポートを有する。第2リリーフバルブ110はヘッドチャンバー38と戻り導管26間に結合される。2個のスプールバルブ104及び108は図3の第2油圧システム96で機能する制御バルブ41−44及び98とほぼ同じ方法で流体を2つのポンプ22及び82の各々から2つの第1及び第2シリンダ31及び32に供給するため独立して動作する。   The outflow section of the second pump 82 supplies a second supply conduit 83 connected to a three-position four-way solenoid operated second spool valve 108 that forms a supply control valve. The outflow portion of the second spool valve 108 is connected to the return conduit 26. One of the second spool valves 108 is directly connected to the rod chambers 33 and 36 of the hydraulic cylinder, and the other work port has a pair of work ports directly connected to the head chamber 38 of the second hydraulic cylinder 32. A second relief valve 110 is coupled between the head chamber 38 and the return conduit 26. Two spool valves 104 and 108 deliver fluid from each of the two pumps 22 and 82 in approximately the same manner as the control valves 41-44 and 98 that function in the second hydraulic system 96 of FIG. Operates independently to supply cylinders 31 and 32.

第3油圧システム100も双方向電気油圧バルブ114により第2シリンダ32のヘッドチャンバー38に接続されたアキュムレータ112を有する。このアキュムレータ112は、図2及び図3の油圧システム内のアキュムレータに関して記載されたものとほぼ同様に、第1及び第2油圧シリンダ31及び32に対してエネルギーを蓄積し再利用するために使用できる。   The third hydraulic system 100 also has an accumulator 112 connected to the head chamber 38 of the second cylinder 32 by a bidirectional electrohydraulic valve 114. This accumulator 112 can be used to store and reuse energy for the first and second hydraulic cylinders 31 and 32 in much the same manner as described for the accumulators in the hydraulic system of FIGS. .

エネルギー回収
ブーム機能部はいくつかのモードで動作し、あるモードではエネルギーは超過負荷から回収される。超過負荷状態はブームアセンブリ12の負荷と重さがピストンロッド35及び37をブームシリンダ31及び32に後退させる傾向にある力に影響を及ぼす場合に例示の掘削機10に生じ、ロッドチャンバー33及び36に圧力をかけることなく流体をヘッドチャンバー34及び38から強制的に排出する。その時点で、排出流体をタンク23に送る代わりに、流体は流体を圧力下で蓄積するアキュムレータ60内に向けられる。本発明のエネルギー回収再使用技術は掘削機ブーム13を降下させるように異なるエネルギー回収モードのいくつかで油圧回路を動作させる工程を含む。特有なエネルギー回収モードの選択はブームシリンダ31及び32のヘッド及びロッドチャンバー内の圧力とアキュムレータ60内の既存圧力に基いている。圧力関係は後述するように各特有なエネルギー回収モードのために記載された適切な方向に流体が流れるようにしなければならない。アキュムレータ圧力は圧力センサー59により示され、ヘッドチャンバー34及び38内の圧力はセンサー56及び57によりそれぞれ計測され、ロッドチャンバー33及び36内の圧力はセンサー58により計測される。
Energy recovery The boom function operates in several modes, and in some modes energy is recovered from overload. An overload condition occurs in the exemplary excavator 10 when the load and weight of the boom assembly 12 affects the forces that tend to retract the piston rods 35 and 37 back into the boom cylinders 31 and 32, and the rod chambers 33 and 36. The fluid is forcibly discharged from the head chambers 34 and 38 without applying pressure to the head chamber 34. At that point, instead of sending the discharged fluid to tank 23, the fluid is directed into an accumulator 60 that accumulates the fluid under pressure. The energy recovery and reuse technique of the present invention includes operating the hydraulic circuit in several different energy recovery modes to lower the excavator boom 13. The selection of the specific energy recovery mode is based on the pressure in the head and rod chambers of the boom cylinders 31 and 32 and the existing pressure in the accumulator 60. The pressure relationship must allow the fluid to flow in the proper direction as described for each specific energy recovery mode, as described below. The accumulator pressure is indicated by pressure sensor 59, the pressure in head chambers 34 and 38 is measured by sensors 56 and 57, respectively, and the pressure in rod chambers 33 and 36 is measured by sensor 58.

エネルギー回収モードのいくつかは図3の第2油圧システム96の簡略概略図である図5−図9に示される。これらの記載において、主流体経路は幅広実線で示され、特定の動作条件に依存して生じる部分的又は選択流路は太破線で示される。細い実線は流体が図示されたモードで流れない経路を示す。変換を示すこの流れは後述される図10−図15に示されるエネルギー再利用モードのために利用される。   Some of the energy recovery modes are shown in FIGS. 5-9, which are simplified schematic diagrams of the second hydraulic system 96 of FIG. In these descriptions, the main fluid path is shown as a wide solid line, and the partial or selective flow path that occurs depending on the particular operating condition is shown as a bold dashed line. A thin solid line indicates a path through which fluid does not flow in the illustrated mode. This flow of conversion is utilized for the energy reuse mode shown in FIGS.

ブームアセンブリ12の初期位置は比較的高く、比較的大きい位置エネルギー量を有すると仮定する。結果として、ブームは図5のデュアルシリンダエネルギー回収モードで示されるアキュムレータ60を注入するためヘッドチャンバー34及び38に充分な圧力を発生させる各シリンダアセンブリ16及び17に作用する力に影響を及ばす。ここで、アキュムレータの圧力は以下の不等式で与えられるしきい値以下である。

Figure 0005626712
ここで、P59はセンサー59から出力されたアキュムレータの圧力であり、P56はセンサー56から出力された第1シリンダアセンブリ16のヘッドチャンバー34の圧力であり、P57はセンサー57の圧力から第2シリンダアセンブリ17のヘッドチャンバー38の圧力であり、P58はセンサー58から出力されたブームシリンダアセンブリ16及び17のロッドチャンバー33及び36内の圧力である(図3を参照)。Rはヘッドチャンバー34及び38とロッドチャンバー33及び36の面積比率である。シリンダ比率は下記方程式で与えられる。
Figure 0005626712
ここで、rはヘッドチャンバー34及び38の半径であり、rRODはピストンロッド35及び37の半径であり、Rは油圧回路のために選択された選択シリンダアセンブリ16及び17の定数である。項(P56+P57)/2P58/Rはデュアルシリンダエネルギー回収モード差分圧力と称される。さらに、上記不等式は摩擦及び他の要因による損失を含めるように変換できる。 Assume that the initial position of the boom assembly 12 is relatively high and has a relatively large amount of potential energy. As a result, the boom affects the forces acting on each cylinder assembly 16 and 17 that generate sufficient pressure in the head chambers 34 and 38 to inject the accumulator 60 shown in the dual cylinder energy recovery mode of FIG. Here, the pressure of the accumulator is below a threshold value given by the following inequality.
Figure 0005626712
Here, P 59 is the accumulator pressure output from the sensor 59, P 56 is the pressure of the head chamber 34 of the first cylinder assembly 16 output from the sensor 56, and P 57 is the first pressure from the pressure of the sensor 57. 2 is the pressure of the head chamber 38 of the cylinder assembly 17, P 58 is the pressure in the rod chamber 33 and 36 of the boom cylinder assemblies 16 and 17 which are output from the sensor 58 (see Figure 3). R is an area ratio between the head chambers 34 and 38 and the rod chambers 33 and 36. The cylinder ratio is given by the following equation.
Figure 0005626712
Where r A is the radius of the head chambers 34 and 38, r ROD is the radius of the piston rods 35 and 37, and R is the constant of the selected cylinder assembly 16 and 17 selected for the hydraulic circuit. The term (P 56 + P 57 ) / 2P 58 / R is referred to as dual cylinder energy recovery mode differential pressure. In addition, the above inequality can be transformed to include losses due to friction and other factors.

デュアルシリンダエネルギー回収モード121において、ヘッドチャンバー34及び38から排出される流体は開口シリンダ分離制御バルブ39により混合され、開口回収制御バルブ62を流れてアキュムレータ60に注入する。回収制御バルブ62はブームの速度を比例制御するために調節される。ブームの降下につれて伸長するロッドチャンバー33及び36を満たすために要求される流体は制御バルブアセンブリ40と通じて引き出される。具体的には、機械の他の機能部からの流体は戻り導管26からキャビテーション防止チェックバルブを介して第4EHP制御バルブ44に引き出される。重力がブームを降下中に、戻り導管26から引き出される流体は高圧である必要はない。もしこのキャビテーション防止流量が不十分であると、第3EHP制御バルブ43は流体を第1ポンプ22からロッドチャンバー33及び36に供給するために開口できる。ブーム13の降下により2つのシリンダアセンブリ16及び17に作用する力がアキュムレータ60を注入し続けるために2つのヘッドチャンバーに充分な圧力を発生しない位置に到達する。アキュムレータの圧力が以下の不等式により与えられるしきい値以下であると、図6に示されるスプリットシリンダエネルギー回収モード122へのエネルギー回収変化はアキュムレータを注入するための一方のシリンダヘッドチャンバー内の圧力を増強する。

Figure 0005626712
この不等式の右辺はスプリットシリンダエネルギー回収モード差分圧力と称される。上記不等式は摩擦と他の要因による損失を含むように変更可能であることに留意すべきである。回収制御バルブ62が開口しアキュムレータ30を注入し続けると、第2EHP制御バルブ42はシリンダ分離制御バルブ39が閉鎖するにつれて徐々に開く。この動作により、加圧流体は第2EHP制御バルブ42と第4EHP制御バルブ44内のキャビテーション防止バルブを介して第1ブームアセンブリ31のヘッドチャンバー34から両ブームアセンブリのロッドチャンバー33及び36に送られる。シリンダ分離制御バルブ39を閉じることにより、2つのブームシリンダ31及び32が互いに分離し、2つのヘッドチャンバー34及び38を初期均等圧力状態からこれらのチャンバーが異なる圧力を有し異なる力を及ぼす状態に移行する。スプリットシリンダエネルギー回収モード122において、ブームからの力は第2シリンダアセンブリ17のみにより支持され、第2シリンダ32のヘッドチャンバー38の圧力はブームの力が図5に示されるデュアルシリンダエネルギー回収モード121でのシリンダアセンブリ16及び17により支持された場合に較べてアキュムレータを注入するためのより高い圧力を有する。 In the dual cylinder energy recovery mode 121, the fluid discharged from the head chambers 34 and 38 is mixed by the opening cylinder separation control valve 39, flows through the opening recovery control valve 62, and is injected into the accumulator 60. The collection control valve 62 is adjusted to proportionally control the boom speed. The fluid required to fill the rod chambers 33 and 36 that extend as the boom descends is withdrawn through the control valve assembly 40. Specifically, fluid from other functional parts of the machine is drawn from the return conduit 26 to the fourth EHP control valve 44 via an anti-cavitation check valve. While gravity is descending the boom, the fluid drawn from the return conduit 26 need not be at high pressure. If this anti-cavitation flow is insufficient, the third EHP control valve 43 can be opened to supply fluid from the first pump 22 to the rod chambers 33 and 36. The force acting on the two cylinder assemblies 16 and 17 due to the lowering of the boom 13 reaches a position where sufficient pressure is not generated in the two head chambers to continue injecting the accumulator 60. If the accumulator pressure is below the threshold given by the following inequality, the energy recovery change to split cylinder energy recovery mode 122 shown in FIG. 6 will cause the pressure in one cylinder head chamber to inject the accumulator. Strengthen.
Figure 0005626712
The right side of this inequality is called the split cylinder energy recovery mode differential pressure. It should be noted that the above inequality can be modified to include losses due to friction and other factors. As the collection control valve 62 opens and continues to inject the accumulator 30, the second EHP control valve 42 gradually opens as the cylinder separation control valve 39 closes. By this operation, the pressurized fluid is sent from the head chamber 34 of the first boom assembly 31 to the rod chambers 33 and 36 of both boom assemblies via the cavitation prevention valve in the second EHP control valve 42 and the fourth EHP control valve 44. By closing the cylinder separation control valve 39, the two boom cylinders 31 and 32 are separated from each other, and the two head chambers 34 and 38 are moved from the initial equal pressure state to a state where these chambers have different pressures and different forces. Transition. In the split cylinder energy recovery mode 122, the force from the boom is supported only by the second cylinder assembly 17, and the pressure in the head chamber 38 of the second cylinder 32 is the dual cylinder energy recovery mode 121 shown in FIG. Having a higher pressure for injecting the accumulator compared to that supported by the cylinder assemblies 16 and 17 of the present invention.

第2シリンダ32のヘッドチャンバー38はアキュムレータ60の注入を続行するために充分に高い圧力を発生する。ヘッドチャンバー38からの流体は回収制御バルブ62を介してアキュムレータ60に向けられる。このスプリットシリンダエネルギー回収モード122中に、回収制御バルブ62と第2EHP制御バルブ42はブーム13が降下を続行する速度を制御するために調節される。   The head chamber 38 of the second cylinder 32 generates a sufficiently high pressure to continue the accumulator 60 injection. The fluid from the head chamber 38 is directed to the accumulator 60 via the recovery control valve 62. During the split cylinder energy recovery mode 122, the recovery control valve 62 and the second EHP control valve 42 are adjusted to control the speed at which the boom 13 continues to descend.

スプリットシリンダエネルギー回収モード122において、もしヘッドチャンバー流体量がロッドチャンバー33及び36を満たすために不十分であると、第3EHP制御バルブ43は開口し、第1ポンプ22から補完流体を供給することができる。補完流体はシリンダアセンブリ16及び17を駆動するために使用されず伸張するロッドチャンバーを満たすためのみに使用されるような特有の圧力である必要はない。他方では、第1シリンダ31のヘッドチャンバー34が、大直径のピストンロッドで生ずるように、ロッドチャンバー33及び36を満たすために必要とされるより多くの流体を含む場合、過剰流体は第2EHP制御バルブ42を選択的に開くことにより戻り導管26に送ることが可能である。   In the split cylinder energy recovery mode 122, if the head chamber fluid amount is insufficient to fill the rod chambers 33 and 36, the third EHP control valve 43 opens and can supply supplementary fluid from the first pump 22. it can. The supplemental fluid need not be a unique pressure as used to fill the expanding rod chamber, not to drive the cylinder assemblies 16 and 17. On the other hand, if the head chamber 34 of the first cylinder 31 contains more fluid than is needed to fill the rod chambers 33 and 36, as occurs with a large diameter piston rod, the excess fluid is subject to the second EHP control. It is possible to route the return conduit 26 by selectively opening the valve 42.

各ヘッドチャンバー34及び38からの流量はスプリットシリンダエネルギー回収モード122で別々に制御されるので、ブーム13の各側面の力はねじり作用を不均一に発生させる可能性がある。この状態を回避するため、図7に示される疑似スプリットシリンダエネルギー回収モード123が採用できる。このモードはアキュムレータの圧力が以下の方程式により与えられるしきい値以下になるとデュアルシリンダエネルギー回収モード(図5)から直接選択できる。

Figure 0005626712
この不等式の右辺は疑似スプリットシリンダエネルギー回収差分圧力と称される。上記不等式は摩擦及び他の要因による損失を含むように変更できることに留意すべきである。 Since the flow rate from each head chamber 34 and 38 is controlled separately in the split cylinder energy recovery mode 122, the force on each side of the boom 13 may cause the torsional action to be uneven. In order to avoid this state, the pseudo split cylinder energy recovery mode 123 shown in FIG. 7 can be adopted. This mode can be selected directly from the dual cylinder energy recovery mode (FIG. 5) when the accumulator pressure falls below a threshold given by the following equation:
Figure 0005626712
The right side of this inequality is referred to as the pseudo split cylinder energy recovery differential pressure. It should be noted that the above inequality can be modified to include losses due to friction and other factors.

このモードにおいて、シリンダ分離制御バルブ39は2つのヘッドチャンバー34及び38間の圧力を連通させるために開かれたままである。EHPワークポートシャント制御バルブ65は第1ブームシリンダ31のヘッドチャンバー34からロッドチャンバー33及び36へ加圧流体を送るために開口する。   In this mode, the cylinder separation control valve 39 remains open to allow the pressure between the two head chambers 34 and 38 to communicate. The EHP workport shunt control valve 65 opens to send pressurized fluid from the head chamber 34 of the first boom cylinder 31 to the rod chambers 33 and 36.

典型的な掘削機において、ブームシリンダアセンブリ16及び17は大直径ピストンロッド35及び37を有するので、ピストンの移動につれて、各ロッドチャンバー33及び36の容積は例えば各ヘッドチャンバーの容積の変化量の半分に変化する。つまり、疑似スプリットシリンダエネルギーモード123において、第1シリンダヘッドチャンバー34から排出する流量は拡張するロッドチャンバー33及び36を満たすために充分である。従って、流体は開口したシリンダ分離制御バルブ39に流れないが、もし1つ又は2つの体積関係が存在しなければ、ロッドチャンバー33及び36を満たすために必要な追加の流体は第2シリンダヘッドチャンバー38からシリンダ分離制御バルブを介して流れる。それにもかかわらず、第2シリンダ32のヘッドチャンバー38の流体の(全部でない)ほとんどがアキュムレータ60に流れる。   In a typical excavator, the boom cylinder assemblies 16 and 17 have large diameter piston rods 35 and 37 so that as the piston moves, the volume of each rod chamber 33 and 36 is, for example, half the change in volume of each head chamber. To change. That is, in the pseudo split cylinder energy mode 123, the flow rate discharged from the first cylinder head chamber 34 is sufficient to fill the expanding rod chambers 33 and 36. Thus, no fluid will flow to the open cylinder isolation control valve 39, but if one or two volume relationships do not exist, the additional fluid needed to fill the rod chambers 33 and 36 will be in the second cylinder head chamber. Flows from 38 through a cylinder separation control valve. Nevertheless, most (not all) of the fluid in the head chamber 38 of the second cylinder 32 flows to the accumulator 60.

スプリットシリンダエネルギー回収モード122又は123の動作がアキュムレータを注入するため第2シリンダ32のヘッドチャンバー38から得られる充分な圧力がすでにない時点に達するが、以下の方程式で与えられるようにゼロ以上になると、

Figure 0005626712
ブーム動作は図8に示されるクロスチャンバーエネルギー回収モード124に変化する。この不等式の左辺はクロスチャンバーエネルギー回収モード差分圧力と称される。上記不等式を摩擦及び他の要因による損失を含むように変更できることを留意すべきである。クロスチャンバーエネルギー回収モード124において、回収制御バルブ62は典型的にはアキュムレータ60内の比較的高い圧力を保存するために閉じられる。それにもかかわらず、第2ブームシリンダ32のヘッドチャンバー38内に充分な残留圧力があり、圧力センサー57及び59(図3)により示されるようにアキュムレータを注入し続け、回収制御バルブ62はこのモードで部分的に開く。どちらの場合でも、シリンダ分離制御バルブ39はワークポートシャント制御バルブ65と共に開くので、両ヘッドチャンバー34及び38からのいくらかの流体が送られ、伸張するロッドチャンバー33及び36を満たす。ヘッドチャンバーから排出する流体の総量はロッドチャンバーを満たすのに必要以上であるので、第2EHP制御バルブ42が開き、過剰流体を戻り導管26に且つタンク23に送る。 When the operation of split cylinder energy recovery mode 122 or 123 reaches the point where there is no sufficient pressure available from the head chamber 38 of the second cylinder 32 to inject the accumulator, but when it is above zero as given by the following equation: ,
Figure 0005626712
The boom operation changes to the cross chamber energy recovery mode 124 shown in FIG. The left side of this inequality is referred to as the cross chamber energy recovery mode differential pressure. It should be noted that the above inequality can be modified to include losses due to friction and other factors. In the cross chamber energy recovery mode 124, the recovery control valve 62 is typically closed to store a relatively high pressure in the accumulator 60. Nevertheless, there is sufficient residual pressure in the head chamber 38 of the second boom cylinder 32 and it continues to inject the accumulator as indicated by pressure sensors 57 and 59 (FIG. 3) and the recovery control valve 62 is in this mode. Partially open with. In either case, the cylinder isolation control valve 39 opens with the workport shunt control valve 65 so that some fluid from both head chambers 34 and 38 is sent to fill the expanding rod chambers 33 and 36. Since the total amount of fluid draining from the head chamber is more than necessary to fill the rod chamber, the second EHP control valve 42 opens and sends excess fluid to the return conduit 26 and to the tank 23.

エネルギー回収モード121、122、123及び124が上記の手順に従う必要がないことを留意すべきである。エネルギー回収モード121、122、123及び124の1つは各モードが所定の時点で提供する回収効率利益に基いて選択されるべきである。従って、どのエネルギー回収モードも他のエネルギー回収モードに何れかに変移し、適切な選択はここに提供された方程式に基いてシステム制御装置50により実施される。   It should be noted that the energy recovery modes 121, 122, 123 and 124 need not follow the above procedure. One of the energy recovery modes 121, 122, 123, and 124 should be selected based on the recovery efficiency benefits that each mode provides at a given time. Accordingly, any energy recovery mode is shifted to any other energy recovery mode, and an appropriate selection is made by the system controller 50 based on the equations provided herein.

クロスチャンバーエネルギー回収モード124において、アキュムレータは最高蓄積能力に到達する。更に、シリンダ分離制御バルブ39が開くにつれて、2つのヘッドチャンバー34及び38内の圧力が再び均等化し始める。好ましい実施例ではワークポートシャント制御バルブ65を内蔵しているが、このバルブはスプリットシリンダエネルギー回収モード123が使用されないとコスト削減対策として除去される。その場合、ワークポートシャント制御バルブが開く時点で、制御バルブアセンブリ40は第2及び第4EHP制御バルブ42及び44を開くことにより動作し、分離バルブ39の開口と共に2つのワークポート46及び48間のバルブ対の一方を介して流体を運ぶ。   In the cross chamber energy recovery mode 124, the accumulator reaches its maximum storage capacity. Furthermore, as the cylinder separation control valve 39 opens, the pressure in the two head chambers 34 and 38 begins to equalize again. Although the preferred embodiment incorporates a workport shunt control valve 65, this valve is eliminated as a cost reduction measure if the split cylinder energy recovery mode 123 is not used. In that case, when the workport shunt control valve is opened, the control valve assembly 40 operates by opening the second and fourth EHP control valves 42 and 44, together with the opening of the isolation valve 39, the valve pair between the two workports 46 and 48. Carry fluid through one of the sides.

最終的に、ブーム13は重力自身による力が不十分で掘削機の有効動作のために十分に速くブーム降下を継続できない低位置に達する。ポンプからの圧力はブームを更に降下させるために必要である。この時点で、動作は図9に示される駆動エネルギーモード125に変移する。第3EHP制御バルブ43が開き、第1ポンプ22から両ブームシリンダ31及び32のロッドチャンバー33及び36へ加圧流体を加える。この加圧流体はピストンをピストンロッドを更に後退させるために前進させ、ブーム13を下方向に駆動する。この時点でヘッドチャンバー34及び38から排出する流体は開口したシリンダ分離制御バルブ39と第2EHP制御バルブ42により戻り導管26内に搬送される。第2及び第3EHP制御バルブ42及び43はブームの速度を制御するために調節される。   Eventually, the boom 13 reaches a low position where the force due to gravity itself is insufficient and the boom lowering cannot be continued fast enough for the effective operation of the excavator. The pressure from the pump is necessary to further lower the boom. At this point, the operation transitions to the drive energy mode 125 shown in FIG. The third EHP control valve 43 is opened to apply pressurized fluid from the first pump 22 to the rod chambers 33 and 36 of both boom cylinders 31 and 32. The pressurized fluid advances the piston to further retract the piston rod and drives the boom 13 downward. At this time, the fluid discharged from the head chambers 34 and 38 is conveyed into the return conduit 26 by the opened cylinder separation control valve 39 and the second EHP control valve 42. Second and third EHP control valves 42 and 43 are adjusted to control the speed of the boom.

掘削機10のブーム13とアーム14の位置はブームがシリンダアセンブリ16及び17に従って回収可能なエネルギー量に作用する力の量に影響を与える。力の量はセンサー56、57及び58により計測されたシリンダチャンバー圧力に相当する。従って、アキュムレータ圧力センサー59と共にこれらのセンサーからの信号はシステム制御装置50がエネルギー回収モードの何れかが実施可能であるか且つどのエネルギー回収モードが最も多くのエネルギーを回収できるかを決定するのを可能にする。   The position of the boom 13 and arm 14 of the excavator 10 affects the amount of force that acts on the amount of energy that the boom can recover according to the cylinder assemblies 16 and 17. The amount of force corresponds to the cylinder chamber pressure measured by sensors 56, 57 and 58. Thus, the signal from these sensors along with the accumulator pressure sensor 59 determines that the system controller 50 can implement any of the energy recovery modes and which energy recovery mode can recover the most energy. to enable.

エネルギー再利用
ピストンロッドをブームシリンダ31から伸長させ且つブーム13を下方向に作用する負荷力Fに抗して上昇させる時点になると、流体は第1ポンプ22からの加圧流体を使用する代わりに又はを追加してアキュムレータ60から再利用できる。図10に示される第1エネルギー再利用モード131において、アキュムレータ60に蓄積された流体は開口回収制御バルブ62及びシリンダ分離制御バルブ39を介してシリンダヘッドチャンバー34及び38に供給される。ロッドチャンバー33及び36から排出される流体は開口した第4EHP制御バルブ44を介して戻り導管26に流入する。
Energy reuse When the piston rod is extended from the boom cylinder 31 and the boom 13 is raised against the load force F acting downward, the fluid is used instead of using the pressurized fluid from the first pump 22. Or can be reused from the accumulator 60. In the first energy reuse mode 131 shown in FIG. 10, the fluid accumulated in the accumulator 60 is supplied to the cylinder head chambers 34 and 38 via the opening recovery control valve 62 and the cylinder separation control valve 39. The fluid discharged from the rod chambers 33 and 36 flows into the return conduit 26 through the open fourth EHP control valve 44.

アキュムレータ60はしばしばシリンダアセンブリ16及び17を駆動するために十分な圧力レベルに注入されないことを理解すべきである。さらに、アキュムレータに蓄積された流量もヘッドチャンバー34及び38を満たすために充分でない。このような例において、回収制御バルブ62が開じられ、同時に、シリンダ分離制御バルブ39も閉じられた図11に記載された第2エネルギー再利用モード132が実施される。これによりアキュムレータ60からの流体を第2シリンダ32のヘッドチャンバー38のみに向ける。回収制御バルブ62は典型的にはアキュムレータからの流量の計測損失を解消するために完全に開口している。第1シリンダ31のヘッドチャンバー34は第1EHP制御バルブ41を介して第1ポンプ22からの加圧流体を受ける。このようにして、第1シリンダ31はポンプ流体により駆動され、第2シリンダ32はアキュムレータからの流体により駆動される。第1EHP制御バルブ41と回収制御バルブ62はブーム上昇速度を制御するために調節される。調整中に、2つのロッドチャンバー33及び36から排出する流体は開口した第4EHP制御バルブ44を介して戻り導管26に還流される。   It should be understood that the accumulator 60 is often not injected at a pressure level sufficient to drive the cylinder assemblies 16 and 17. Further, the flow rate accumulated in the accumulator is not sufficient to fill the head chambers 34 and 38. In such an example, the second energy reuse mode 132 shown in FIG. 11 in which the recovery control valve 62 is opened and at the same time the cylinder separation control valve 39 is closed is performed. As a result, the fluid from the accumulator 60 is directed only to the head chamber 38 of the second cylinder 32. The recovery control valve 62 is typically fully open to eliminate flow measurement loss from the accumulator. The head chamber 34 of the first cylinder 31 receives pressurized fluid from the first pump 22 via the first EHP control valve 41. In this way, the first cylinder 31 is driven by the pump fluid, and the second cylinder 32 is driven by the fluid from the accumulator. The first EHP control valve 41 and the recovery control valve 62 are adjusted to control the boom raising speed. During adjustment, the fluid discharged from the two rod chambers 33 and 36 is returned to the return conduit 26 via the open fourth EHP control valve 44.

第2ポンプ82は第2供給バルブ99により第1ブームシリンダ31のためのヘッドチャンバー34のポートに接続され、どちらの場合でも、第2ポンプからの加圧流体はヘッドチャンバーに供給され、第1ポンプ22からの流体を増大させることができる。この動作を達成するため、第2供給バルブ99は第1ブームシリンダ31のためのヘッドチャンバー34に対する流量を計測し、同時に、第1EHP制御バルブ41が流量を計測するために使用される。   The second pump 82 is connected to the port of the head chamber 34 for the first boom cylinder 31 by a second supply valve 99, and in either case, pressurized fluid from the second pump is supplied to the head chamber, The fluid from the pump 22 can be increased. In order to achieve this operation, the second supply valve 99 measures the flow rate to the head chamber 34 for the first boom cylinder 31, and at the same time, the first EHP control valve 41 is used to measure the flow rate.

最終的に、アキュムレータ60からの流体は激減され、もはや第2シリンダ32を駆動するために使用できない。その時点で、油圧システム動作は図12に示される第3エネルギー再利用モード133に入り、第2ポンプ82からの流体がアキュムレータ60からの流体に対する補填の代わりに又はとして使用される。この動作は流体を第2ポンプ82から第2シリンダ32のヘッドチャンバー38に向けるために供給制御バルブ98を開くことにより達成される。第1シリンダ31のヘッドチャンバー34は制御バルブアセンブリ40を介して第1ポンプ22からの流体を受けるのを継続し、ロッドチャンバー33及び36から排出される流体も制御バルブアセンブリを介して戻り導管26に供給される。第3エネルギー再利用モード133において、第1EHP制御バルブ41と供給制御バルブ98はブーム13の上昇速度を制御するために調節される。   Eventually, the fluid from the accumulator 60 is drastically reduced and can no longer be used to drive the second cylinder 32. At that point, the hydraulic system operation enters a third energy reuse mode 133 shown in FIG. 12, where the fluid from the second pump 82 is used instead of or as a supplement to the fluid from the accumulator 60. This action is accomplished by opening the supply control valve 98 to direct fluid from the second pump 82 to the head chamber 38 of the second cylinder 32. The head chamber 34 of the first cylinder 31 continues to receive fluid from the first pump 22 via the control valve assembly 40 and the fluid discharged from the rod chambers 33 and 36 is also returned to the return conduit 26 via the control valve assembly. To be supplied. In the third energy reuse mode 133, the first EHP control valve 41 and the supply control valve 98 are adjusted to control the ascending speed of the boom 13.

図13は第1及び第2ポンプ22及び82の出力部がシリンダ分離制御バルブ39により結合され且つヘッドチャンバー34及び38に流入される第4エネルギー再利用モード134を示している。第4エネルギー再利用モード134において、第1ポンプ22からの流体は第1EHP制御バルブ41によりヘッドチャンバー34及び38に送られ、同時に、供給制御バルブ98は流体を第2ポンプ82からこれらの同チャンバーに送る。いくらかの流体は内部圧力レベルに依存してアキュムレータ60から流れる。ロッドチャンバー33及び36から排出する流体は開口する第4EHP制御バルブ44を介して戻り導管26に流れ込む。   FIG. 13 shows a fourth energy reuse mode 134 in which the outputs of the first and second pumps 22 and 82 are coupled by a cylinder separation control valve 39 and flow into the head chambers 34 and 38. In the fourth energy reuse mode 134, fluid from the first pump 22 is sent by the first EHP control valve 41 to the head chambers 34 and 38, while the supply control valve 98 simultaneously delivers fluid from the second pump 82 to these same chambers. Send to. Some fluid flows from the accumulator 60 depending on the internal pressure level. The fluid discharged from the rod chambers 33 and 36 flows into the return conduit 26 through the open fourth EHP control valve 44.

図14は第1ポンプのみからの流体が油圧シリンダアセンブリ16及び17のヘッドチャンバー34及び38を駆動する第5エネルギー再利用モード135を示している。第2ポンプ82はこのモードにおいてブーム機能部30に供給しない。第1EHP制御バルブ41は第1ポンプ22からヘッドチャンバー34及び38への流量及びブーム上昇速度を制御する。第4EHP制御バルブ44はロッドチャンバー33及び36から戻り導管26への流量を制御する。   FIG. 14 illustrates a fifth energy reuse mode 135 in which fluid from only the first pump drives the head chambers 34 and 38 of the hydraulic cylinder assemblies 16 and 17. The second pump 82 does not supply the boom function unit 30 in this mode. The first EHP control valve 41 controls the flow rate from the first pump 22 to the head chambers 34 and 38 and the boom raising speed. The fourth EHP control valve 44 controls the flow rate from the rod chambers 33 and 36 to the return conduit 26.

第1−第5エネルギー再利用モード131−135において、ブーム13に作用する力はブームを下降させる傾向にある。掘削機10の他の動作状態において、外力はブーム13を上昇させる傾向にある。例えば、図1を参照して、ブームアセンブリ12が掘削機運転席11から最遠到達点にいっぱいに伸ばされ、アームシリンダアセンブリ18が地面を掘るためにバケットを運転席方向に引き込むために駆動されていると仮定する。この掘削動作に対する抵抗は、加圧流体をポンプ22又は28からブームシリンダアセンブリ16及び17に加えることなく、ブームを上昇させる上方向力を作用させる。   In the first to fifth energy reuse modes 131 to 135, the force acting on the boom 13 tends to lower the boom. In other operating states of the excavator 10, external forces tend to raise the boom 13. For example, referring to FIG. 1, the boom assembly 12 is fully extended from the excavator driver's seat 11 to the farthest reaching point, and the arm cylinder assembly 18 is driven to retract the bucket toward the driver's seat to dig the ground. Assuming that This resistance to excavation action applies an upward force that raises the boom without applying pressurized fluid from the pump 22 or 28 to the boom cylinder assemblies 16 and 17.

この上方向力をブーム13に作用中に、ブームシリンダアセンブリ16及び17のための油圧システムの一部は図15のように構成できる。この第6再利用モード136において、ブーム13に作用する力は流体をロッドチャンバー33及び36から制御バルブアセンブリ40の第2ワークポート48へ強制的に送るシリンダ31及び32からのピストンロッドを更に伸張させる。第4EHP制御バルブ44はブームを所望の速度に制御する程度に開き、排出流体を戻り導管26に送り込む。しかしながら、伸張するヘッドチャンバー34及び38は第2EHP制御バルブ42内のキャビテーション防止バルブを開口させる第1ワークポート46で低圧力を発生させ、加圧流体を戻りノードから第1ワークポート46に送る。この流体は現在開口しているシリンダ分離制御バルブ39を介して第1ワークポート46からヘッドチャンバー34及び38に流し続ける。ヘッドチャンバー34及び38の合成容量は2つのロッドチャンバー33及び36より大きいので、ヘッドチャンバーを満たすために追加の流体が要求される。この追加流体は戻り導管26から制御バルブアセンブリ40に引き込まれ、又はもし不十分な圧力が圧力センサー55に示されるようにその導管内に存在しなければ、第1EHP制御バルブ41が開口して第1ポンプ22から流体を供給する。第1ポンプからの流体はシリンダを駆動していないので特定の圧力で送る必要なく、単に、伸張するチャンバーを満たすのみである。   While this upward force is acting on the boom 13, a portion of the hydraulic system for the boom cylinder assemblies 16 and 17 can be configured as shown in FIG. In this sixth reuse mode 136, the force acting on the boom 13 further extends the piston rod from the cylinders 31 and 32 that forces fluid from the rod chambers 33 and 36 to the second workport 48 of the control valve assembly 40. . The fourth EHP control valve 44 opens to control the boom to the desired speed and feeds the exhaust fluid into the return conduit 26. However, the expanding head chambers 34 and 38 generate a low pressure at the first work port 46 that opens the anti-cavitation valve in the second EHP control valve 42 and sends pressurized fluid from the return node to the first work port 46. This fluid continues to flow from the first work port 46 to the head chambers 34 and 38 via the currently open cylinder isolation control valve 39. Since the combined capacity of the head chambers 34 and 38 is larger than the two rod chambers 33 and 36, additional fluid is required to fill the head chamber. This additional fluid is drawn from the return conduit 26 into the control valve assembly 40, or if insufficient pressure is not present in that conduit as indicated by the pressure sensor 55, the first EHP control valve 41 opens and the second conduit is opened. A fluid is supplied from one pump 22. Since the fluid from the first pump does not drive the cylinder, it does not need to be delivered at a specific pressure, it simply fills the expanding chamber.

油圧システムはシリンダ分離制御バルブ39を含むように叙述されたが、上述のようにアキュムレータ内のエネルギーの回収及び再利用に関する本発明の利点はこのバルブを用いなくても達成することもできる。ここで、第1シリンダアセンブリ16のヘッドチャンバー34と第2シリンダアセンブリ17のヘッドチャンバー38はシリンダ分離制御バルブ39に結合されずに流体で連通するように共に結合される。回収動作中において、過大圧力がアキュムレータに加えられる場合に、このように構成された回路は図5、図7、図8及び図9に関連して上述されたように動作し、上述のように図5、図7、図8及び図9のモードを介して動作する。再利用中において、図2を参照すると、流体はポート61を介してアキュムレータ60から供給導管25に対して開く注入再利用制御バルブ66に流れる。第1ポンプ22はこの再利用モードにおいて追加の流体を供給導管25に与える。2つのシリンダ16及び17が示されているが、シリンダ分離バルブ39が除去される場合、単一のシリンダが使用できる。1つ又は2つのシリンダが使用されるかどうかに関係なく、単一の圧力センサー56又は57が使用できる。   Although the hydraulic system has been described as including a cylinder isolation control valve 39, as described above, the advantages of the present invention regarding the recovery and reuse of energy in the accumulator can also be achieved without the use of this valve. Here, the head chamber 34 of the first cylinder assembly 16 and the head chamber 38 of the second cylinder assembly 17 are coupled together so as to be in fluid communication without being coupled to the cylinder separation control valve 39. When overpressure is applied to the accumulator during the recovery operation, the circuit thus configured operates as described above in connection with FIGS. 5, 7, 8 and 9, and as described above. It operates through the modes of FIG. 5, FIG. 7, FIG. 8 and FIG. During reuse, referring to FIG. 2, fluid flows through the port 61 from the accumulator 60 to an injection reuse control valve 66 that opens to the supply conduit 25. The first pump 22 provides additional fluid to the supply conduit 25 in this reuse mode. Although two cylinders 16 and 17 are shown, a single cylinder can be used if the cylinder isolation valve 39 is removed. A single pressure sensor 56 or 57 can be used regardless of whether one or two cylinders are used.

上記説明は主として本発明の好ましい実施例に向けられた。本発明の範囲内で種々の変形例が注目されるが、当業者が本発明の実施例の開示から明らかである追加の変形例を実現するであろうことが予期される。   The above description has been primarily directed to a preferred embodiment of the present invention. While various variations are noted within the scope of the present invention, it is anticipated that those skilled in the art will realize additional variations that will be apparent from the disclosure of the embodiments of the present invention.

図1は本発明による油圧システムを内蔵する掘削機を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an excavator incorporating a hydraulic system according to the present invention. 図2は掘削機のブームを昇降させるアクチュエータを動作させるための油圧システムの部分を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic view showing a portion of a hydraulic system for operating an actuator for raising and lowering a boom of an excavator. 図3はブーム用の油圧システムの代案部を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing an alternative part of a boom hydraulic system. 図4はブーム用の油圧システムの他の代案部を示す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing another alternative part of the boom hydraulic system. 図5は異なるエネルギー回収モードにおける図3の油圧システムの代案部を示す簡略概略図である。FIG. 5 is a simplified schematic diagram illustrating an alternative portion of the hydraulic system of FIG. 3 in different energy recovery modes. 図6は異なるエネルギー回収モードにおける図3の油圧システムの代案部を示す簡略概略図である。FIG. 6 is a simplified schematic diagram illustrating an alternative portion of the hydraulic system of FIG. 3 in different energy recovery modes. 図7は異なるエネルギー回収モードにおける図3の油圧システムの代案部を示す簡略概略図である。FIG. 7 is a simplified schematic diagram illustrating an alternative portion of the hydraulic system of FIG. 3 in different energy recovery modes. 図8は異なるエネルギー回収モードにおける図3の油圧システムの代案部を示す簡略概略図である。FIG. 8 is a simplified schematic diagram illustrating an alternative portion of the hydraulic system of FIG. 3 in different energy recovery modes. 図9は異なるエネルギー回収モードにおける図3の油圧システムの代案部を示す簡略概略図である。FIG. 9 is a simplified schematic diagram illustrating an alternative portion of the hydraulic system of FIG. 3 in different energy recovery modes. 図10は種々の回収エネルギー再利用モードにおける図3の油圧システムの代案部の簡略概略図である。FIG. 10 is a simplified schematic diagram of an alternative portion of the hydraulic system of FIG. 3 in various recovered energy reuse modes. 図11は種々の回収エネルギー再利用モードにおける図3の油圧システムの代案部の簡略概略図である。FIG. 11 is a simplified schematic diagram of an alternative portion of the hydraulic system of FIG. 3 in various recovered energy reuse modes. 図12は種々の回収エネルギー再利用モードにおける図3の油圧システムの代案部の簡略概略図である。FIG. 12 is a simplified schematic diagram of an alternative portion of the hydraulic system of FIG. 3 in various recovered energy reuse modes. 図13は種々の回収エネルギー再利用モードにおける図3の油圧システムの代案部の簡略概略図である。FIG. 13 is a simplified schematic diagram of an alternative portion of the hydraulic system of FIG. 3 in various recovered energy reuse modes. 図14は種々の回収エネルギー再利用モードにおける図3の油圧システムの代案部の簡略概略図である。14 is a simplified schematic diagram of an alternative portion of the hydraulic system of FIG. 3 in various recovered energy reuse modes. 図15は種々の回収エネルギー再利用モードにおける図3の油圧システムの代案部の簡略概略図である。FIG. 15 is a simplified schematic diagram of an alternative portion of the hydraulic system of FIG. 3 in various recovered energy reuse modes.

符号の説明Explanation of symbols

10 掘削機
11 運転席
12 ブームアセンブリ
13 ブーム
14 アーム
15 バケット
16、17、18、19 油圧シリンダアセンブリ
20 油圧システム
21 作動液源
22 ポンプ
23 タンク
25 供給導管
26 戻り導管
29 ピストン
30 機能部
31、32 ブームシリンダ
33、36 ロッドチャンバー
34、38 ヘッドチャンバー
35、37 ピストンロッド
39 EHPシリンダ分離制御バルブ
40 制御バルブアセンブリ
41、42、43、44 電気油圧比例(EHP)制御バルブ
46 ワークポート
49 アクチュエータ導管
50 システム制御装置
52 ジョイスティック
54、55、56、57、58、59 圧力センサー
60 アキュムレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Excavator 11 Driver's seat 12 Boom assembly 13 Boom 14 Arm 15 Buckets 16, 17, 18, 19 Hydraulic cylinder assembly 20 Hydraulic system 21 Hydraulic fluid source 22 Pump 23 Tank 25 Supply conduit 26 Return conduit 29 Piston 30 Functional parts 31, 32 Boom cylinder 33, 36 Rod chamber 34, 38 Head chamber 35, 37 Piston rod 39 EHP cylinder separation control valve 40 Control valve assembly 41, 42, 43, 44 Electrohydraulic proportional (EHP) control valve 46 Workport 49 Actuator conduit 50 System control Device 52 Joystick 54, 55, 56, 57, 58, 59 Pressure sensor 60 Accumulator

Claims (34)

機械用に使用され、且つエネルギー回収装置を有する油圧システムにおいて、
加圧流体を運ぶ供給導管と;
流体をタンクに運ぶ戻り導管と;
前記機械上のコンポーネントを動作させるために平行に機械的に接続され、各々が第1チャンバーと第2チャンバーを有する第1及び第2シリンダと;
前記第1シリンダの第1チャンバーと前記第2シリンダの第1チャンバー間と流体で連通し、且つその間の流量を制御するシリンダ分離制御バルブであり、ノードが前記第1シリンダの前記第1チャンバーとシリンダ分離制御バルブ間に形成されているシリンダ分離制御バルブと;
第1ワークポートと第2ワークポートを有する制御バルブアセンブリであり、前記第1ワークポートが前記ノードに接続され、前記第2ワークポートが前記第1及び第2油圧シリンダの前記第2チャンバーに接続され、前記制御バルブアセンブリの動作が前記第1及び第2ワークポートの各々を前記供給導管と前記戻り導管に選択的に接続する制御バルブアセンブリと;
アキュムレータと;
前記アキュムレータ及び前記第2シリンダの前記第1チャンバーに直接接続される双方向バルブである回収制御バルブと;
を具備することを特徴とする油圧システム。
In a hydraulic system used for a machine and having an energy recovery device,
A supply conduit carrying a pressurized fluid;
A return conduit that carries fluid to the tank;
First and second cylinders mechanically connected in parallel to operate components on the machine, each having a first chamber and a second chamber;
A cylinder separation control valve that fluidly communicates between the first chamber of the first cylinder and the first chamber of the second cylinder and controls a flow rate therebetween, and a node is connected to the first chamber of the first cylinder; A cylinder separation control valve formed between the cylinder separation control valves;
A control valve assembly having a first workport and a second workport, wherein the first workport is connected to the node, the second workport is connected to the second chamber of the first and second hydraulic cylinders, and the control A control valve assembly wherein operation of the valve assembly selectively connects each of the first and second workports to the supply conduit and the return conduit;
With an accumulator;
A recovery control valve which is a bidirectional valve directly connected to the first chamber of the accumulator and the second cylinder;
A hydraulic system comprising:
前記回収制御バルブが更に前記アキュムレータから前記第2シリンダの前記第1チャンバーに流れる流量を制御することを特徴とする請求項1記載の油圧システム。   2. The hydraulic system according to claim 1, wherein the recovery control valve further controls a flow rate flowing from the accumulator to the first chamber of the second cylinder. 前記アキュムレータから前記供給導管に流れる流量を制御するため前記アキュムレータと流体で連通する注入再利用制御バルブを更に具備することを特徴とする請求項1記載の油圧システム。   The hydraulic system of claim 1, further comprising an injection reuse control valve in fluid communication with the accumulator to control the flow rate from the accumulator to the supply conduit. 前記シリンダ分離制御バルブが前記第1シリンダの前記第1チャンバーと前記第2シリンダの前記第1チャンバー間に直接接続されていることを特徴とする請求項1記載の油圧システム。   The hydraulic system according to claim 1, wherein the cylinder separation control valve is directly connected between the first chamber of the first cylinder and the first chamber of the second cylinder. 前記第1及び第2ワークポート間の流量を制御するワークポートシャント制御バルブを更に具備することを特徴とする請求項1記載の油圧システム。   2. The hydraulic system according to claim 1, further comprising a work port shunt control valve that controls a flow rate between the first and second work ports. 前記ワークポートシャント制御バルブが前記第1及び第2ワークポート間に直接接続されていることを特徴とする請求項5記載の油圧システム。   6. The hydraulic system according to claim 5, wherein the workport shunt control valve is directly connected between the first and second workports. 前記油圧システムが前記供給導管に接続された流出部を有し且つ流入部を有する第1ポンプを含み、更に前記アキュムレータから前記ポンプの前記流入部に流れる流量を制御するポンプ戻り制御バルブを具備することを特徴とする請求項1記載の油圧システム。   The hydraulic system includes a first pump having an outflow portion connected to the supply conduit and having an inflow portion, and further includes a pump return control valve for controlling a flow rate flowing from the accumulator to the inflow portion of the pump. The hydraulic system according to claim 1. 前記油圧システムが前記供給導管に接続された第1流出部を有する第1ポンプと第2流出部を有する第2ポンプを含み、更に第2流出部から前記第1及び第2シリンダの一方の前記第1チャンバーに流れる流量を流体で連通し且つ流量を制御する供給制御バルブを具備していることを特徴とする請求項1記載の油圧システム。   The hydraulic system includes a first pump having a first outlet connected to the supply conduit and a second pump having a second outlet, and further from one of the first and second cylinders from a second outlet. The hydraulic system according to claim 1, further comprising a supply control valve that communicates a flow rate flowing through the first chamber with a fluid and controls the flow rate. 前記第1シリンダの前記第1チャンバー内の圧力を計測するために動作可能に接続された第1センサーと、前記第2シリンダの前記第1チャンバー内の圧力を計測するために動作可能に接続された第2センサーと、及び前記アキュムレータ内の圧力を計測するために動作可能に接続された第3センサーとを更に具備することを特徴とする請求項1記載の油圧システム。   A first sensor operatively connected to measure the pressure in the first chamber of the first cylinder and operably connected to measure the pressure in the first chamber of the second cylinder; The hydraulic system of claim 1, further comprising: a second sensor; and a third sensor operably connected to measure pressure in the accumulator. 前記第1及び第2シリンダの前記第2チャンバー内の圧力を計測するために動作可能に接続された第4センサーを更に具備することを特徴とする請求項9記載の油圧システム。   The hydraulic system of claim 9, further comprising a fourth sensor operably connected to measure the pressure in the second chamber of the first and second cylinders. 前記第1ポンプと前記アキュムレータ間の流量と流体で連通し且つ制御するアキュムレータ注入再利用制御バルブを更に具備することを特徴とする請求項1記載の油圧システム。   2. The hydraulic system according to claim 1, further comprising an accumulator injection reuse control valve that communicates and controls with a flow rate and fluid between the first pump and the accumulator. 前記制御バルブアセンブリが前記第1ワークポートを前記供給導管に接続する第1制御バルブと、前記第2ワークポートを前記供給導管に接続する第2制御バルブと、前記第1ワークポートをタンクに接続された前記戻り導管に接続する第3制御バルブと、前記第2ワークポートを前記戻り導管に接続する第4制御バルブを具備することを特徴とする請求項1記載の油圧システム。   The control valve assembly includes a first control valve that connects the first work port to the supply conduit, a second control valve that connects the second work port to the supply conduit, and the first work port connected to a tank. The hydraulic system of claim 1, further comprising a third control valve connected to a return conduit and a fourth control valve connecting the second work port to the return conduit. 前記第1、第2、第3及び第4制御バルブが電気油圧比例バルブであることを特徴とする請求項12記載の油圧システム。   13. The hydraulic system according to claim 12, wherein the first, second, third and fourth control valves are electrohydraulic proportional valves. コンポーネントを動作させるため平行に機械的に接続され、各々が第1ワークポートと第2ワークポートを有する第1シリンダアセンブリと第2シリンダアセンブリと、前記第1及び第2ワークポートの各々を供給導管と戻り導管に選択的に接続する制御バルブアセンブリとを有し、前記第1ワークポートが前記第1シリンダアセンブリの前記第1チャンバーに接続され且つ前記第2シリンダの前記第1チャンバーから分離され、前記第2ワークポートが前記第1及び第2油圧アセンブリの前記2チャンバーに接続された油圧システムにおいて、
前記第1シリンダアセンブリの前記第1チャンバーと前記第2シリンダアセンブリの前記第1チャンバー間の流量と流体で連通し且つ流体を制御するシリンダ分離制御バルブと;
ワークポート間の流量を制御するため前記第1及び第2ワークポートと流体で連通するワークポートシャント制御バルブと;
アキュムレータと;
前記第2シリンダの前記第1チャンバーから前記アキュムレータへの流量が前記供給導管または前記戻り導管に入ることなく、前記第2シリンダの前記第1チャンバーから前記アキュムレータへの前記流量を制御する双方向バルブである回収制御バルブと;
を具備することを特徴とするエネルギー回収装置。
A first cylinder assembly and a second cylinder assembly, mechanically connected in parallel for operating the components, each having a first work port and a second work port, each of the first and second work ports being connected to a supply conduit and a return conduit A control valve assembly selectively connected to the first workport, wherein the first workport is connected to the first chamber of the first cylinder assembly and is separated from the first chamber of the second cylinder; In a hydraulic system connected to the two chambers of the first and second hydraulic assemblies;
A cylinder separation control valve in fluid communication with and controlling the flow rate between the first chamber of the first cylinder assembly and the first chamber of the second cylinder assembly;
A work port shunt control valve in fluid communication with the first and second work ports to control the flow rate between the work ports;
With an accumulator;
A bi-directional valve for controlling the flow rate from the first chamber of the second cylinder to the accumulator without the flow rate from the first chamber of the second cylinder to the accumulator entering the supply conduit or the return conduit. A recovery control valve that is;
An energy recovery device comprising:
前記回収制御バルブが更に前記アキュムレータから前記第2シリンダの前記第1チャンバーへの流量を制御することを特徴とする請求項14記載のエネルギー回収装置。   The energy recovery apparatus according to claim 14, wherein the recovery control valve further controls a flow rate from the accumulator to the first chamber of the second cylinder. 前記アキュムレータから前記供給導管への流量を制御するため前記アキュムレータと流体で連通する注入再利用制御バルブを更に具備することを特徴とする請求項14記載のエネルギー回収装置。   15. The energy recovery device of claim 14, further comprising an injection reuse control valve in fluid communication with the accumulator to control the flow rate from the accumulator to the supply conduit. 前記シリンダ分離制御バルブが閉鎖され、流体が前記第1シリンダアセンブリの前記第1及び第2チャンバー間を制御バルブアセンブリを通じて送られ、他の流体が前記第2シリンダアセンブリの前記第1チャンバーから前記アキュムレータへ送られるエネルギー回収モードで、前記エネルギー回収装置を動作させるシステム制御装置を更に具備することを特徴とする請求項14記載のエネルギー回収装置。   The cylinder isolation control valve is closed, fluid is routed through the control valve assembly between the first and second chambers of the first cylinder assembly, and other fluid is transferred from the first chamber of the second cylinder assembly to the accumulator. The energy recovery device according to claim 14, further comprising a system control device that operates the energy recovery device in an energy recovery mode sent to the power source. 前記シリンダ分離制御バルブ、前記回収制御バルブ、及び、前記ワークポートシャント制御バルブが開口されて、流体が前記第1シリンダアセンブリの前記第1及び第2チャンバー間をワークポートシャント制御バルブを通じて送られると共に、前記第2シリンダアセンブリの前記第1チャンバーから前記アキュムレータへ送られるエネルギー回収モードで、前記エネルギー回収装置を動作させるシステム制御装置を更に具備することを特徴とする請求項14記載のエネルギー回収装置。   The cylinder separation control valve, the recovery control valve, and the workport shunt control valve are opened, and fluid is sent between the first and second chambers of the first cylinder assembly through the workport shunt control valve. 15. The energy recovery device according to claim 14, further comprising a system control device that operates the energy recovery device in an energy recovery mode sent from the first chamber of the second cylinder assembly to the accumulator. 流体が前記シリンダ分離制御バルブと前記回収制御バルブを介して前記アキュムレータに転送される前記第1エネルギー回収モードと、前記シリンダ分離制御バルブ、前記回収制御バルブ、及び、前記ワークポートシャント制御バルブが開口されて、流体が前記第1シリンダアセンブリの前記第1及び第2チャンバー間をワークポートシャント制御バルブを通じて送られると共に、前記第2シリンダアセンブリの前記第1チャンバーから前記アキュムレータへ送られる第2エネルギー回収モードで、前記エネルギー回収装置を動作させるシステム制御装置を更に具備することを特徴とする請求項14記載のエネルギー回収装置。   The first energy recovery mode in which fluid is transferred to the accumulator through the cylinder separation control valve and the recovery control valve, the cylinder separation control valve, the recovery control valve, and the work port shunt control valve are opened. In a second energy recovery mode, fluid is routed between the first and second chambers of the first cylinder assembly through a work port shunt control valve and from the first chamber of the second cylinder assembly to the accumulator. The energy recovery device according to claim 14, further comprising a system control device that operates the energy recovery device. 前記シリンダ分離制御バルブが閉鎖し、その間、流体が前記回収制御バルブを介して前記アキュムレータから前記第2シリンダアセンブリの前記第1シリンダに転送され他の流体が前記供給導管から前記第1シリンダアセンブリの前記第1チャンバーへ転送されるエネルギー再利用モードで、前記油圧システムを動作させるシステム制御装置を更に具備することを特徴とする請求項14記載のエネルギー回収装置。   The cylinder isolation control valve is closed, during which fluid is transferred from the accumulator to the first cylinder of the second cylinder assembly via the recovery control valve, and other fluid is transferred from the supply conduit to the first cylinder assembly. The energy recovery apparatus according to claim 14, further comprising a system controller that operates the hydraulic system in an energy reuse mode transferred to the first chamber. 前記油圧システムが前記供給導管に接続された流入部を有し且つ流入部を有するポンプを含み、さらに前記アキュムレータから前記ポンプの流入部への流量を制御するポンプ戻り制御バルブを具備することを特徴とする請求項14記載のエネルギー回収装置。   The hydraulic system includes an inflow connected to the supply conduit and includes a pump having an inflow, and further includes a pump return control valve for controlling a flow rate from the accumulator to the inflow of the pump. The energy recovery device according to claim 14. 流体が前記ポンプ戻り制御バルブを介して前記アキュムレータから前記ポンプの流入部へ転送され、且つ流体が前記供給導管から前記第1及び第2シリンダアセンブリに転送されるモードで、前記油圧システムを動作させるシステム制御装置を更に具備することを特徴とする請求項21記載のエネルギー回収装置。   Operating the hydraulic system in a mode in which fluid is transferred from the accumulator to the inlet of the pump via the pump return control valve and fluid is transferred from the supply conduit to the first and second cylinder assemblies. The energy recovery device according to claim 21, further comprising a system control device. 前記チャンバー分離制御バルブが開口され、流体が前記第1及び第2油圧シリンダの前記第1チャンバーから前記第1及び第2油圧シリンダの前記第2チャンバーに転送され、且つ前記回収制御バルブが前記アキュムレータと前記戻り導管の一方に過剰流体を転送するために開口されるクロスチャンバー回収モードで、前記エネルギー回収システムを動作させるシステム制御装置を更に具備することを特徴とする請求項14記載のエネルギー回収装置。   The chamber separation control valve is opened, fluid is transferred from the first chamber of the first and second hydraulic cylinders to the second chamber of the first and second hydraulic cylinders, and the recovery control valve is the accumulator. 15. The energy recovery device of claim 14, further comprising a system controller that operates the energy recovery system in a cross chamber recovery mode that is opened to transfer excess fluid to one of the return conduits. . 機械用であり且つエネルギー回収装置を有する油圧システムにおいて、
加圧流体を送る供給導管と;
流体をタンクに送る戻り導管と;
前記機械のコンポーネントを動作させ、且つ第1及び第2チャンバーを有する油圧シリンダと;
第1ワークポートと第2ワークポートを有する制御バルブアセンブリであり、前記第1ワークポートは前記油圧シリンダの前記第1チャンバーと流体で連通し、前記第2ワークポートは前記油圧シリンダの前記第2チャンバーと流体で連通し、前記制御バルブアセンブリの動作で前記第1及び第2ワークポートの各々を前記供給導管と前記戻り導管に選択的に接続するバルブアセンブリと;
ワークポート間の流量を制御するため前記第1ワークポートと前記第2ワークポートとの間を直接接続するワークポートシャント制御バルブと;
アキュムレータと;
前記油圧シリンダの前記第1チャンバーから前記アキュムレータへの流量が前記供給導管または前記戻り導管に入ることなく、前記油圧シリンダの前記第1チャンバーから前記アキュムレータへの前記流量を制御する双方向バルブである回収制御バルブと;
を具備することを特徴とする油圧システム。
In a hydraulic system for machinery and having an energy recovery device,
A supply conduit for sending pressurized fluid;
A return conduit for sending fluid to the tank;
A hydraulic cylinder for operating the components of the machine and having first and second chambers;
A control valve assembly having a first work port and a second work port, wherein the first work port is in fluid communication with the first chamber of the hydraulic cylinder, and the second work port is in fluid communication with the second chamber of the hydraulic cylinder. A valve assembly in communication and selectively connecting each of the first and second workports to the supply conduit and the return conduit in operation of the control valve assembly;
A work port shunt control valve that directly connects between the first work port and the second work port to control the flow rate between the work ports;
With an accumulator;
A bidirectional valve for controlling the flow rate from the first chamber of the hydraulic cylinder to the accumulator without the flow rate from the first chamber of the hydraulic cylinder to the accumulator entering the supply conduit or the return conduit. A recovery control valve;
A hydraulic system comprising:
前記回収制御バルブが前記アキュムレータから前記油圧シリンダの前記第1チャンバーへの流量を更に制御することを特徴とする請求項24記載の油圧システム。   25. The hydraulic system according to claim 24, wherein the recovery control valve further controls a flow rate from the accumulator to the first chamber of the hydraulic cylinder. 第1チャンバーと第2チャンバーを有する第2油圧シリンダと、前記第1シリンダの前記第1チャンバーと前記第2シリンダの前記第1チャンバー間に接続されたシリンダ分離制御バルブを更に具備することを特徴とする請求項24記載の油圧システム。   And a second hydraulic cylinder having a first chamber and a second chamber, and a cylinder separation control valve connected between the first chamber of the first cylinder and the first chamber of the second cylinder. The hydraulic system according to claim 24. 前記油圧システムは前記供給導管に接続された流出部及び流入部を有する第1ポンプを含み、更に前記アキュムレータから前記ポンプの前記流入部への流量を制御するポンプ戻り制御バルブを具備することを特徴とする請求項24記載の油圧システム。   The hydraulic system includes a first pump having an outflow portion and an inflow portion connected to the supply conduit, and further includes a pump return control valve for controlling a flow rate from the accumulator to the inflow portion of the pump. The hydraulic system according to claim 24. 前記油圧システムは前記供給導管に接続された第1流出部を有する第1ポンプと第2流出部を有する第2ポンプを含み、更に前記第2流出部から前記油圧シリンダの前記第1チャンバーへの流量と流体で連通し、且つ流体を制御する供給制御バルブを具備することを特徴とする請求項24記載の油圧システム。   The hydraulic system includes a first pump having a first outlet connected to the supply conduit and a second pump having a second outlet, and further from the second outlet to the first chamber of the hydraulic cylinder. 25. The hydraulic system according to claim 24, further comprising a supply control valve that is in fluid communication with the flow rate and that controls the fluid. 前記油圧シリンダの前記第1チャンバー内の圧力を計測するために動作可能に接続された第1センサーと、前記アキュムレータ内の圧力を計測するために動作可能に接続された第2センサーを更に具備することを特徴とする請求項24記載の油圧システム。   A first sensor operably connected to measure the pressure in the first chamber of the hydraulic cylinder; and a second sensor operably connected to measure the pressure in the accumulator. 25. The hydraulic system according to claim 24. 前記油圧シリンダの前記第2チャンバー内の圧力を計測するために動作可能に接続された第3センサーを更に具備することを特徴とする請求項29記載の油圧システム。   30. The hydraulic system of claim 29, further comprising a third sensor operably connected to measure pressure in the second chamber of the hydraulic cylinder. 前記供給導管と前記アキュムレータ間の流体と連通し且つ流体を制御する注入再利用制御バルブを更に具備することを特徴とする請求項24記載の油圧システム。   25. The hydraulic system of claim 24, further comprising an injection reuse control valve in communication with and controlling fluid between the supply conduit and the accumulator. 前記制御バルブが前記第1ワークポートを前記供給導管に接続する第1制御バルブと、前記第2ワークポートを前記供給導管に接続する第2制御バルブと、前記第1ワークポートをタンクに接続された前記戻り導管に接続する第3制御バルブと、前記第2ワークポートを前記戻り導管に接続する第4制御バルブを具備することを特徴とする請求項24記載の油圧システム。   The control valve has a first control valve that connects the first work port to the supply conduit, a second control valve that connects the second work port to the supply conduit, and the return that has the first work port connected to a tank. 25. The hydraulic system of claim 24, comprising a third control valve connected to a conduit and a fourth control valve connecting the second work port to the return conduit. 前記第1、第2、第3及び第4制御バルブが電気油圧比例バルブであることを特徴とする請求項32記載の油圧システム。   The hydraulic system according to claim 32, wherein the first, second, third and fourth control valves are electrohydraulic proportional valves. 前記第1シリンダの前記第1チャンバーと前記第2シリンダの前記第1チャンバー間の流量と流体で連通し且つ流量を制御するシリンダ分離制御バルブを更に制御し、前記シリンダ分離制御バルブの動作で前記第2シリンダの前記第1チャンバーを前記第1ワークポートに選択的に接続したり、分離したりすることを特徴とする請求項24記載の油圧システム。   Further controlling a cylinder separation control valve communicating with the flow rate and fluid between the first chamber of the first cylinder and the first chamber of the second cylinder and controlling the flow rate, and operating the cylinder separation control valve to 25. The hydraulic system according to claim 24, wherein the first chamber of a second cylinder is selectively connected to or separated from the first work port.
JP2007295005A 2007-04-23 2007-11-14 Energy recovery and reuse technology for hydraulic systems Expired - Fee Related JP5626712B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US91345707P 2007-04-23 2007-04-23
US60/913,457 2007-04-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008267595A JP2008267595A (en) 2008-11-06
JP5626712B2 true JP5626712B2 (en) 2014-11-19

Family

ID=40047344

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007295005A Expired - Fee Related JP5626712B2 (en) 2007-04-23 2007-11-14 Energy recovery and reuse technology for hydraulic systems

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5626712B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5246759B2 (en) * 2008-09-04 2013-07-24 キャタピラー エス エー アール エル Hydraulic control system for work machines
US9777749B2 (en) 2012-01-05 2017-10-03 Parker-Hannifin Corporation Electro-hydraulic system with float function
US9290911B2 (en) * 2013-02-19 2016-03-22 Caterpillar Inc. Energy recovery system for hydraulic machine
JP2015090192A (en) * 2013-11-06 2015-05-11 キャタピラー エス エー アール エル Fluid pressure circuit and working machine
JP6601835B2 (en) * 2015-04-21 2019-11-06 キャタピラー エス エー アール エル Fluid pressure circuit and work machine

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0266867U (en) * 1988-11-09 1990-05-21
JPH112212A (en) * 1997-06-13 1999-01-06 Tokimec Inc Lift driving device for heavy object
US6748738B2 (en) * 2002-05-17 2004-06-15 Caterpillar Inc. Hydraulic regeneration system
US7124576B2 (en) * 2004-10-11 2006-10-24 Deere & Company Hydraulic energy intensifier

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008267595A (en) 2008-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5257807B2 (en) Energy recovery and reuse technology for hydraulic systems
US7823379B2 (en) Energy recovery and reuse methods for a hydraulic system
US7905088B2 (en) Energy recovery and reuse techniques for a hydraulic system
US10941542B2 (en) Boom potential energy recovery of hydraulic excavator
US7269944B2 (en) Hydraulic system for recovering potential energy
US7124576B2 (en) Hydraulic energy intensifier
US9279236B2 (en) Electro-hydraulic system for recovering and reusing potential energy
US7634911B2 (en) Energy recovery system
US9086061B2 (en) Energy recovery hydraulic system
US8726645B2 (en) Hydraulic control system having energy recovery
CN103403362B (en) There is the hydraulic control system of cylinder stall strategy
US20130098019A1 (en) Meterless Hydraulic System Having Flow Sharing and Combining Functionality
US20140325972A1 (en) Hydraulic Hybrid Boom System Hydraulic Transformer
JP5626712B2 (en) Energy recovery and reuse technology for hydraulic systems
US20130081382A1 (en) Regeneration configuration for closed-loop hydraulic systems
KR102482814B1 (en) Hydraulic systems for construction machinery
US20140033697A1 (en) Meterless hydraulic system having force modulation
KR102482817B1 (en) Hydraulic systems for construction machinery
US9845814B2 (en) Hydraulic drive system
US8997479B2 (en) Hydraulic control system having energy recovery
US9644649B2 (en) Void protection system
CN105839690B (en) System and method for selectively engaged regeneration of a hydraulic system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100810

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130122

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130422

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131126

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140207

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140902

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140922

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5626712

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees