JP6532081B2 - 流体圧回路および作業機械 - Google Patents

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Description

本発明は、アキュムレータを備えた流体圧回路およびその流体圧回路を搭載した作業機械に関する。
作業機械において、ブーム下げ時にブーム用油圧シリンダから吐出される圧油をアキュムレータに蓄圧するとともに、旋回の加減速時に旋回用油圧モータからリリーフされる圧油も上記アキュムレータに蓄圧するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１０−８４８８８号公報
ブーム用油圧シリンダから吐出される圧油をアキュムレータに蓄圧している間は、ブーム用油圧シリンダから吐出される圧油をブーム用油圧シリンダに再生することはできないため、必要なポンプ流量を確保できず、ブーム用油圧シリンダの作動速度が遅くなる場合がある。したがって、より簡素な構成で、ブーム用油圧シリンダから吐出される圧油を再生して、必要なポンプ流量を確保することが望まれている。
一方で、ブーム用油圧シリンダの作動速度を向上するに当たり、例えばブーム先端のアタッチメントの重量、あるいはバケットの積荷重量などによって、ブーム下げ速度が必要以上に上昇しないようにすることが望まれている。
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、より簡素な構成で作動流体をアキュムレータに蓄圧させているときも必要なポンプ流量を確保できるとともに、流体圧シリンダの作動速度を適切に設定できる流体圧回路および作業機械を提供することを目的とする。
請求項１に記載された発明は、操作体の操作量に応じた加圧量でポンプから供給された作動流体により同一動作を同時作動する複数の流体圧シリンダと、作動流体により蓄圧されるアキュムレータと、複数の流体圧シリンダのうち一の流体圧シリンダのヘッド側とアキュムレータとの連通量を変化させる一のバルブを備え、この一のバルブを介して一の流体圧シリンダのヘッド側から押し出された作動流体をアキュムレータに蓄圧させる蓄圧回路と、蓄圧回路によりアキュムレータに蓄圧させるときに複数の流体圧シリンダのヘッド側間の連通を遮断するとともに複数の流体圧シリンダのうち他の流体圧シリンダのヘッド側と一および他の流体圧シリンダのそれぞれのロッド側とを連通する他のバルブを備え、この他のバルブを介して、他の流体圧シリンダのヘッド側から押し出された作動流体を一および他の流体圧シリンダに再生する再生回路とを具備し、一のバルブが、操作体の操作量、一のバルブの前後差圧およびアキュムレータ圧に応じて一の流体圧シリンダのヘッド側とアキュムレータとの連通量を変化させる流体圧回路である。
請求項２に記載された発明は、請求項１記載の流体圧回路における一のバルブが、一のバルブの前後差圧が大きいときと、アキュムレータ圧が所定圧よりも低いときとの少なくともいずれかのときに、操作体の操作量、一のバルブの前後差圧およびアキュムレータ圧に応じて一の流体圧シリンダのヘッド側とアキュムレータとの連通量を相対的に低減させる流体圧回路である。
請求項３に記載された発明は、請求項１または２記載の流体圧回路において、ポンプに接続され、アキュムレータから吐出される蓄圧流体により動作してポンプ動作をアシストするアシストモータを具備した流体圧回路である。
請求項４に記載された発明は、機体と、機体に搭載された作業装置と、作業装置を上下動する複数の流体圧シリンダに対して設けられた請求項１乃至３いずれか記載の流体圧回路とを具備した作業機械である。
請求項１記載の発明によれば、蓄圧回路と再生回路とを切離して、一の流体圧シリンダのヘッド側から押し出された作動流体を一のバルブによりアキュムレータに蓄圧すると同時に、他の流体圧シリンダのヘッド側から押し出された作動流体を他のバルブにより一および他の流体圧シリンダのロッド側に再生するので、アキュムレータに蓄圧しているときも再生流量分のポンプ流量を節約でき、一および他のバルブを用いる簡素な構成で必要なポンプ流量を容易に確保できる。また、一のバルブが、操作体の操作量、一のバルブの前後差圧およびアキュムレータ圧に応じて一の流体圧シリンダのヘッド側とアキュムレータとの連通量を変化させるので、流体圧シリンダの作動速度を適切に設定できる。
請求項２記載の発明によれば、流体圧シリンダに対して荷重が加わったときや低温時などアキュムレータ圧が低いときに流体圧シリンダの作動速度が急加速しないようにできる。
請求項３記載の発明によれば、アキュムレータから吐出される蓄圧流体を有効に利用して、ポンプを動作させるエンジンの負荷をより軽減できる。
請求項４記載の発明によれば、作業機械の作業装置を下降させる際にアキュムレータが蓄圧作用しているときも再生流量分のポンプ流量を節約でき、必要なポンプ流量を容易に確保できる。また、一のバルブが、操作体の操作量、一のバルブの前後差圧およびアキュムレータ圧に応じて一の流体圧シリンダのヘッド側とアキュムレータとの連通量を変化させるので、例えば作業装置の積荷が重い場合に作業装置を下降させる際などでも流体圧シリンダの作動速度を適切に設定でき、作業装置の急落下を防止できる。
本発明に係る流体圧回路の一実施の形態の切替状態を示す回路図である。 同上回路の他の切替状態を示す回路図である。 （ａ）は同上回路の一のバルブの制御アルゴリズムを模式的に示す説明図、（ｂ）は同上回路の他のバルブの制御アルゴリズムを模式的に示す説明図である。 同上回路のポンプの流量制御アルゴリズムの一部を模式的に示す説明図である。 同上回路のポンプの流量制御アルゴリズムの他の一部を模式的に示す説明図である。 同上回路のエンジンパワーアシスト機能の制御アルゴリズムを模式的に示す説明図である。 同上流体圧回路を備えた作業機械を示す斜視図である。
以下、本発明を、図１乃至図７に示された一実施の形態に基いて詳細に説明する。
図７に示されるように、作業機械としての油圧ショベルHEは、機体１が下部走行体２とその上に旋回モータ3mにより旋回可能に設けられた上部旋回体３とにより形成され、この上部旋回体３上にエンジンおよびポンプなどが搭載された機械室４と、オペレータを保護するキャブ５と、作業装置６とが搭載されている。
この作業装置６は、２本並列された流体圧シリンダとしてのブームシリンダ7c1，7c2により上下方向に回動されるブーム７の基端が上部旋回体３に軸支され、ブーム７の先端にスティックシリンダ8cにより前後方向に回動されるスティック８が軸支され、このスティック８の先端にバケットシリンダ9cにより回動されるバケット９が軸支されている。２本のブームシリンダ7c1，7c2は、共通のブーム７に対して並設され、同一動作を同時作動する。
図１は、作業装置６が有する位置エネルギを、ブームシリンダ7c1を介してアキュムレータに蓄えるとともに上部旋回体３が有する運動エネルギを、旋回モータ3mを介してアキュムレータに蓄えてエンジンパワーのアシストに利用するエンジンパワーアシストシステムを示す。
次に、このシステムの回路構成を説明する。
機械室４内の搭載エンジン11により駆動されるポンプとしてのメインポンプ12，13のメインポンプシャフト14にアシストモータ15を直結またはギヤなどを介して連結し、メインポンプ12，13およびアシストモータ15は、ポンプ／モータ容量（ピストンストローク）を角度により可変調整することが可能な斜板を備え、その斜板角（傾転角）はレギュレータ16，17，18により制御するとともに斜板角センサ16φ，17φ，18φにより検出し、レギュレータ16，17，18は、電磁弁により制御する。例えば、メインポンプ12，13のレギュレータ16，17は、ネガティブフローコントロール通路19ncで導かれたネガティブフローコントロール圧（いわゆるネガコン圧）によって自動的に制御可能であるとともに、ネガティブフローコントロール弁19の電磁式切替弁19a，19bによってネガコン圧以外の信号でも制御可能である。
メインポンプ12，13は、タンク21から吸い上げた作動流体としての作動油を通路22，23に吐出し、それらのポンプ吐出圧は圧力センサ24，25により検出する。メインポンプ12，13に接続した方向制御および流量制御用のパイロット式制御弁のうち、ブームシリンダ7c1，7c2を制御するメインバルブであるブーム用制御弁26から引き出した一方の出力通路27およびサブのブーム用制御弁28から引き出した出力通路29を、通路30によって複合弁としてのブームエネルギ・リカバリ弁31に接続する。
このブームエネルギ・リカバリ弁31は、図１に示される蓄圧回路Ａおよび再生回路Ｂと、図２に示されるブーム上げ操作時にメインポンプ12，13から加圧供給された作動油を２つのブームシリンダ7c1，7c2のヘッド側に導く回路とを切替える複数の回路機能を、単一ブロック内に組み込んだ複合弁である。
このブームエネルギ・リカバリ弁31に一方のブームシリンダ7c1のヘッド側端から引き出した通路32をドリフト低減弁33を経て通路34により接続し、他方のブームシリンダ7c2のヘッド側端から引き出した通路35をドリフト低減弁36を経て通路37により接続する。メインのブーム用制御弁26から引き出した他方の出力通路38は、ブームエネルギ・リカバリ弁31の再生回路Ｂに接続する。ブームシリンダ7c1，7c2の各ロッド側は、通路39，40によりブームエネルギ・リカバリ弁31に接続する。ドリフト低減弁33，36は、それぞれ図示しないパイロット弁によりスプリング室内のパイロット圧を制御することで、ポート間の開閉および開度を制御する。
メインのブーム用制御弁26から引き出した一方の出力通路27は、電磁式切替弁42および逆止弁43を介して他方の出力通路38に連通可能とする。
また、アシストモータ15の吐出側は、吐出通路44を介してタンク21に接続する。さらに、アシストモータ15の吸込側には、複数のアキュムレータである第１のアキュムレータ46を設けたアキュムレータ通路47から、リリーフ弁48および逆止弁49を経てタンク通路50と、電磁式切替弁51を経て吸込側通路52とを接続する。アキュムレータ通路47には、第１のアキュムレータ46に蓄圧された圧力を検出する圧力センサ55を接続する。また、タンク通路50は、タンク通路56からスプリング付き逆止弁57を経て、さらにオイルクーラ58またはスプリング付き逆止弁59を経てタンク21に接続する。そして、これら第１のアキュムレータ46、アキュムレータ通路47、リリーフ弁48、電磁式切替弁51および圧力センサ55は、単一ブロック内に組み込まれてアキュムレータブロック60を構成している。
ブームエネルギ・リカバリ弁31は、蓄圧回路Ａの一部を構成する一のバルブとしての制御弁61と、再生回路Ｂの一部を構成する他のバルブとしてのブーム回路切替弁であるメイン制御弁62とを備えている。これら制御弁61およびメイン制御弁62は、例えばキャブ５（図７）内などのオペレータによって操作される図示しない操作体であるレバーの操作により動作される電磁式切替弁によってパイロット圧の給排を制御することで切替わるパイロット操作式のものが用いられるが、図面上は説明をより明確にするために電磁比例方向制御弁として図示する。
制御弁61は、逆止弁67を経て第１のアキュムレータ46（アキュムレータブロック60）に接続する通路68と、通路34との連通および遮断を切替えることで、ブームシリンダ7c1からの第１のアキュムレータ46の蓄圧を許容する流量制御弁である。この制御弁61は、通常のシリンダ（ブームシリンダ7c1，7c2など）からタンク21へと戻すよりも作動油を大きく流せるバルブであり、第１のアキュムレータ46に圧油を溜めることを優先したものとなっている。この制御弁61の前後には、それぞれ圧力センサ69，70が接続されている。
メイン制御弁62は、通路71と通路72との関係、通路73と通路74との関係、および、通路75および通路76との関係をそれぞれ切替えることで、ブームシリンダ7c1とブームシリンダ7c2とを蓄圧用シリンダと自己再生用シリンダとに分離するものである。すなわち、このメイン制御弁62は、制御弁61の切替えによって第１のアキュムレータ46に蓄圧するときに、ブームシリンダ7c1，7c2のヘッド側間の連通を遮断するとともにブームシリンダ7c2のヘッド側とブームシリンダ7c1，7c2のそれぞれのロッド側とを連通するように構成されている。
通路71には、通路30が逆止弁78を経て接続し、通路72は、通路37および通路30から分岐する通路79と接続し、通路73は、通路72から分岐され、通路74は、逆止弁80を経て通路40と接続し、通路75は、出力通路38および通路39と接続し、通路76は、通路40から分岐される。そして、通路75には、ブームシリンダ7c1のヘッド側の圧力を検出する圧力センサ81を接続する。
図１に示されるように、蓄圧回路Ａは、一方のブームシリンダ7c1のヘッド側端より引き出された通路32からドリフト低減弁33および通路34を経て、ブームエネルギ・リカバリ弁31内の制御弁61、逆止弁67を経て、通路68から第１のアキュムレータ46に至る回路であり、ブームシリンダ7c1のヘッド側から押し出された油を第１のアキュムレータ46に蓄圧させる機能を有する。
また、再生回路Ｂは、他方のブームシリンダ7c2のヘッド側端より引き出された通路35からドリフト低減弁36および通路37を経て、ブームエネルギ・リカバリ弁31内の通路73、メイン制御弁62、通路74、逆止弁80および通路40を経て他方のブームシリンダ7c2のロッド側端に至るとともに、通路35からドリフト低減弁36および通路37を介して、ブームエネルギ・リカバリ弁31内の通路73、メイン制御弁62、通路74、逆止弁80、通路76、メイン制御弁62、通路75および通路39を経て一方のブームシリンダ7c1のロッド側端に至る回路であり、ブームシリンダ7c2のヘッド側から押し出された油をブームシリンダ7c1，7c2のそれぞれのロッド側に再生する機能を有する。
また、前記旋回モータ3mの旋回方向および速度を制御する旋回用制御弁91と旋回モータ3mとを接続するモータ駆動回路Ｃの通路92，93間に、相互に逆向きのリリーフ弁94，95および逆止弁97，98を設け、これらのリリーフ弁94，95間および逆止弁97，98間に、モータ駆動回路Ｃから排出された油をタンク21に戻すタンク通路機能と、モータ駆動回路Ｃに作動油を補充することが可能なメイクアップ機能とを有するメイクアップ通路99を接続し、このメイクアップ通路99は、圧油を供給する第２のアキュムレータ100に接続する。そして、このメイクアップ通路99から、スプリング付き逆止弁57のスプリング付勢圧を超えない圧力で、逆止弁97，98を経て通路92，93のバキューム発生のおそれのある側に作動油を補充する。
さらに、モータ駆動回路Ｃの通路92，93を、逆止弁102，103を経て旋回エネルギ回収用の通路104に連通し、この通路104を、出口側の背圧によって入口側の元圧が変化しにくいシーケンス弁105を経て通路106に接続し、この通路106が第１のアキュムレータ46および通路68に接続する。
以上のような回路構成において、各々の斜板角センサ16φ，17φ，18φ、圧力センサ24，25，55は、検出した斜板角信号および圧力信号を車載コントローラ（図示せず）に入力し、また、各弁42，51は、車載コントローラ（図示せず）から出力された駆動信号によりオン・オフ動作または駆動信号に応じた比例動作で切替わる。また、ブーム用制御弁26，28、旋回用制御弁91および図示しない他の油圧アクチュエータ用制御弁（走行モータ用、スティックシリンダ用、バケットシリンダ用など）は、キャブ５（図７）内などのオペレータによりレバー操作またはペダル操作される手動操作弁いわゆるリモコン弁によってパイロット操作され、ドリフト低減弁33，36の図示しないパイロット弁も連動してパイロット操作される。
以下に、上記車載コントローラによって制御される内容を機能的に説明する。
図１は、ブーム７（図７）を下降させるブーム下げ操作時の回路状態を示し、作業装置６（図７）の荷重などにより一方のブームシリンダ7c1のヘッド側から押し出された作動油は、通路32およびドリフト低減弁33を経て通路34からブームエネルギ・リカバリ弁31の連通位置に切替えた制御弁61で逆止弁67を経て通路68と連通され、この通路68から第１のアキュムレータ46に蓄圧させる。
このとき、制御弁61は、レバーの操作量、すなわちこの操作量により設定されるパイロット圧と、この制御弁61の前後差圧、すなわち圧力センサ69により検出したブームシリンダ7c1のヘッド側に作用するヘッド圧と圧力センサ70により検出した制御弁61の出力圧との差圧と、圧力センサ55により検出した第１のアキュムレータ46のアキュムレータ圧とに応じて一方のブームシリンダ7c1のヘッド側と第１のアキュムレータ46側との連通量を切替える。具体的に、レバーの操作量により設定されるパイロット圧に対して所定のテーブル（変換器）T1により補正を行うとともに、アキュムレータ圧に対して所定のテーブル（変換器）T2により補正を行い、これらを積算した結果と、レバーの操作量により設定されるパイロット圧に対応する必要流量とブームシリンダ7c1のヘッド側に作用するヘッド圧と制御弁61の出力圧との差圧とから算出した制御弁61の絞り断面積に基づき算出した必要圧との小さい方を、制御弁61を動作させる出力とする。さらに具体的に、本実施の形態では、図３（ａ）に示されるように、テーブルT1では、レバーの操作量により設定されるパイロット圧が相対的に小さいときにはその入力圧の増加量に対して出力圧の増加量が相対的に大きくなり、レバーの操作量により設定されるパイロット圧が所定の閾値TH1を超えた領域では入力圧の増加量に対する出力圧の増加量が閾値TH1以下のときよりも抑制され、さらに所定の閾値TH1より大きい所定の閾値TH2を超えた領域では出力圧が一定に設定される。また、ブームシリンダ7c1のヘッド圧と制御弁61の出力圧との差圧をΔＰ、レバーの操作量により設定されるパイロット圧に対応する必要流量をＱ、所定の定数をｃとしたとき、絞り断面積Ａは、Ａ＝Ｑ／{ｃ・ｓｑｒｔΔＰ}により設定され、この絞り断面積Ａに基づいて上記の必要圧が算出される。さらに、テーブルT2では、アキュムレータ圧が所定の閾値TH3以下の領域では、アキュムレータ圧の増加量に対してゲインが増加し、アキュムレータ圧が所定の閾値TH3を超えた領域ではゲインが一定（例えば１）に設定される。テーブルT2から出力されるパイロット圧にテーブルT1で設定されるゲインを乗じるので、アキュムレータ圧が低いときは制御弁パイロット圧が低く、アキュムレータ圧が高くなるとパイロット圧を上げるように設定される。このとき、逆止弁78により、この作動油がブーム用制御弁26側に戻ることはない。
同時に、他方のブームシリンダ7c2のヘッド側から押し出された作動油は、通路35およびドリフト低減弁36を経て通路37からブームエネルギ・リカバリ弁31のメイン制御弁62で通路73から通路74へと方向制御し、さらに逆止弁80および通路40を経て他方のブームシリンダ7c2のロッド側に再生させるとともに、逆止弁80を経て通路76へと分岐した作動油をメイン制御弁62内の逆止弁を経て通路75へと方向制御し、通路39を経て一方のブームシリンダ7c1のロッド側にも再生させる。
このとき、メイン制御弁62は、レバーの操作量、すなわちこの操作量により設定されるパイロット圧に応じて動作量が変化する。具体的に、レバーの操作量により設定されるパイロット圧に対して所定のテーブル（変換器）T3によりパイロット圧を設定し、メイン制御弁62を動作させる出力とする。さらに具体的に、本実施の形態では、図３（ｂ）に示されるように、図３（ａ）のテーブルT2と同様のテーブルT3により、レバーの操作量により設定されるパイロット圧の入力圧と出力圧が設定され、基本的にはブーム下げ操作を検知すると即座に切替わる。なお、他方のブームシリンダ7c2のヘッド側から押し出された作動油の余剰流量は、通路37から通路79および通路30を経て、ブーム用制御弁26からタンク21へと戻す。また、例えば圧力センサ69により検出したブームシリンダ7c1のヘッド圧と圧力センサ81により検出したブームシリンダ7c1のロッド圧とに基づいて作業装置６（図７）の接地を検知することなどによりブーム下げにより機体１を持ち上げていることを検知した場合（機体持ち上げフラグオン時）には、所定の設定値に応じてブームシリンダ7c1，7c2の蓄圧用シリンダと自己再生用シリンダとの分離を解除する。
このように、ブームエネルギ・リカバリ弁31は、制御弁61とメイン制御弁62とにより、ブーム下げ時の第１のアキュムレータ46への蓄圧と、ブームシリンダ7c1，7c2のロッド側への再生とを同時に行なう。
なお、ブーム下げ操作時にメインポンプ12から吐出された作動油の一部は、ブーム用制御弁26を経て、出力通路38から通路39を介してブームシリンダ7c1のロッド側へと供給する。このとき、ブーム用制御弁26は、ブーム下げ操作の開始時にのみ流量を最大としてブームシリンダ7c1のロッド側に作動油を供給させるとともに、ブーム７の下降が開始して再生回路Ｂにてメイン制御弁62が作動するとブームシリンダ7c2のヘッド側から作動油をブームシリンダ7c1，7c2のロッド側へと再生するので、流量を絞る。
また、ブーム用制御弁26により制御されるメインポンプ12からブームシリンダ7c1へのポンプ流量は、レバーの操作量、すなわちこの操作量により設定されるパイロット圧と、第１のアキュムレータ46のアキュムレータ圧とに応じて設定される。具体的に、本実施の形態では、図４に示されるように、このポンプ流量は、レバーの操作量により設定されるパイロット圧に応じて所定のテーブル（変換器）T4により設定される流量と、タイマカウンタTCによりカウントされるブーム下げ操作の開始時の所定の短時間、例えば１０ｍｓの間の経過時間に応じて所定のテーブル（変換器）T5により設定される流量との最小値と、タイマカウンタTCによりカウントされるブーム下げ操作の開始時の所定の短時間、例えば１０ｍｓの間の経過時間に応じて所定のテーブル（変換器）T6により設定される加速流量とレバーの操作量により設定されるパイロット圧に応じて所定のテーブル（変換器）T7により設定されるゲインとの積算値との大きい方をベース流量として設定する。テーブルT4では、レバーの操作量により設定されるパイロット圧が所定の閾値TH4以下の領域では流量が一定に設定され、パイロット圧が所定の閾値TH4を超えこの所定の閾値TH4より大きい所定の閾値TH5以下の領域ではその増加に比例して流量が減少し、所定の閾値TH5を超えた領域では流量が一定に設定される。テーブルT5では、タイマカウンタTCによりカウントされる時間の経過に比例して流量が増加し、所定の閾値TH6を超えた時間では流量が一定に設定される。テーブルT6では、タイマカウンタTCによりカウントされる時間の経過に比例して流量が増加し、所定の閾値TH7を超えこの所定の閾値TH7より大きい所定の閾値TH8以下の時間では流量が一定に設定され、所定の閾値TH8を超えた時間では時間の経過に比例して流量が減少する。テーブルT7では、レバーの操作量により設定されるパイロット圧が相対的に小さいときにはその増加に比例してゲインが増加し、所定の閾値TH9を超えた領域では一定（例えば１）に設定される。
そして、図５に示されるように、上記のベース流量に対して、アキュムレータ圧に応じて所定のテーブル（変換器）T8により設定されるゲインを積算した流量がブーム下げ単独操作時の上記のポンプ流量として設定されるとともに、スティックイン、スティックアウト、バケットインおよびバケットアウトのそれぞれのレバー操作がブーム下げ操作と同時に行われたときには、これらの操作により設定されるパイロット圧に応じて所定のテーブル（変換器）T9〜T12により設定される流量を加算する。テーブルT8では、アキュムレータ圧が所定の閾値TH10以下ではゲインが一定（例えば１）に設定され、この所定の閾値TH10を超えた領域では、アキュムレータ圧が相対的に小さいときにはその増加量に対してゲインの増加量が相対的に大きく、アキュムレータ圧が所定の閾値TH10を超えこの所定の閾値TH10より大きい所定の閾値TH11以下の領域ではアキュムレータ圧の増加量に対するゲインの増加量が閾値TH10以下のときよりも抑制され、さらに所定の閾値TH11より大きい所定の閾値TH12を超えた領域ではゲインが一定（１より大）に設定される。また、テーブルT9〜T12では、レバーの操作量により設定されるパイロット圧が所定の閾値TH13以下の領域ではその増加量に対して流量の増加量が相対的に大きくなり、パイロット圧が所定の閾値TH13を超えこの所定の閾値TH13よりも大きい所定の閾値TH14以下の領域ではパイロット圧の増加量に対する流量の増加量が閾値TH13以下のときよりも抑制され、さらに所定の閾値TH14を超えた領域では流量が一定に設定される。これらテーブルT9〜T12は同一のテーブルでもよいし、閾値TH13および閾値TH14の数値などが互いに異なるテーブルでもよい。
また、図２は、ブーム７（図７）を上昇させるブーム上げ操作時の回路状態を示し、このブーム上げ操作時のブームエネルギ・リカバリ弁31は、制御弁61を遮断位置へと切替えるとともにメイン制御弁62を切替えて、第１のアキュムレータ46への蓄圧と、ブームシリンダ7c1，7c2のロッド側への再生とを停止し、メインポンプ12，13からブーム用制御弁26，28を経て通路30に供給された作動油を、通路79から通路37、ドリフト低減弁36および通路35を経て他方のブームシリンダ7c2のヘッド側に導くとともに、逆止弁78から通路34、ドリフト低減弁33および通路32を経て一方のブームシリンダ7c1のヘッド側に導く。また、ブームシリンダ7c1のロッド側から押し出された作動油は、通路39および出力通路38からブーム用制御弁26を経てタンク21へと戻し、ブームシリンダ7c2のロッド側から押し出された作動油は、通路40および通路76を経てメイン制御弁62で通路75へと方向制御され、出力通路38からブーム用制御弁26を経てタンク21へと戻す。
また、上記のブーム下げ操作およびブーム上げ操作時などには、それぞれメインポンプシャフト14に直結またはギヤを介して連結したモータ機能を有するアシストモータ15を、図２に示されるように油圧モータとして機能させてエンジン負荷を低減する、エンジンパワーアシストを行うことができる。例えばブーム下げ操作時には、制御弁61を介して蓄圧された第１のアキュムレータ46のアキュムレータ圧が所定の第１の閾値圧以上であることを圧力センサ55により検出した場合にエンジンパワーアシストを行い、ブーム下げ操作時以外、例えばブーム上げ操作時などには、第１のアキュムレータ46のアキュムレータ圧が上記の所定の第１の閾値圧と異なる所定の第２の閾値圧以上であることを圧力センサ55により検出した場合にエンジンパワーアシストを行う。このエンジンパワーアシストの際には、電磁式切替弁51をフラグに応じて連通位置に切替えて、第１のアキュムレータ46に蓄圧されたエネルギでアシストモータ15を回転させ、メインポンプ12，13の油圧出力をアシストしてエンジン負荷を低減する。なお、機体１を持ち上げている場合には、アシストモータ15によるエンジンパワーアシストをしない。
具体的に、図６に示されるように、ブーム下げ単独操作時（ブーム下げ単独状態）と、ブーム下げ操作以外の操作時（ブーム下げ以外の状態）とに応じて０と１とに設定されるフラグと、ブーム下げ操作以外の操作時に対応する所定のテーブル（変換器）T13によりアキュムレータ圧に応じて設定されるフラグとの論理積と、ブーム下げ操作時に対応する所定のテーブル（変換器）T14によりアキュムレータ圧に応じて設定されるフラグとの論理和がアシストフラグとして出力され、このアシストフラグがオンすなわち１のときに電磁式切替弁51が連通位置となり、オフすなわち０のときに電磁式切替弁51が遮断位置となる。テーブルT13では、所定の閾値TH15とこの所定の閾値TH15より大きい所定の閾値TH16が設定され、アキュムレータ圧が増加するときには閾値TH16以上となったときにフラグが０から１に切替わり、アキュムレータ圧が減少するときには閾値TH15以下となったときにフラグが１から０に切替わる。また、テーブルT14では、所定の閾値TH16よりも大きい所定の閾値TH17とこの所定の閾値TH17より大きい所定の閾値TH18が設定され、アキュムレータ圧が増加するときには閾値T18以上となったときにフラグが０から１に切替わり、アキュムレータ圧が減少するときには閾値TH17以下となったときにフラグが１から０に切替わる。したがって、これらテーブルT13，T14は、アキュムレータ圧の増減に対して閾値が異なる、いわゆるヒステリシスを有して設定されている。
このように、エンジンパワーアシスト機能は、一方のブームシリンダ7c1のヘッド側から第１のアキュムレータ46に蓄圧されたエネルギによってアシストモータ15を回転させることで、このアシストモータ15によりメインポンプシャフト14を介して連結された搭載エンジン11の負荷を低減させる。
そして、上記のように、蓄圧回路Ａと再生回路Ｂとを切離して、油圧ショベルHEの作業装置６を下降させる際に、ブームシリンダ7c1のヘッド側から押し出された作動油を制御弁61により第１のアキュムレータ46に蓄圧すると同時に、ブームシリンダ7c2のヘッド側から押し出された作動油をメイン制御弁62によりブームシリンダ7c1，7c2のロッド側に再生するので、第１のアキュムレータ46を蓄圧作用させているときも再生流量分のポンプ流量を節約でき、制御弁61，62を用いる簡素な構成で他の油圧アクチュエータで必要とするメインポンプ流量を含む必要なポンプ流量を容易に確保できるとともにメインポンプ12，13を小型化できる。
また、片側のブームシリンダ7c1のヘッド側油を第１のアキュムレータ46への蓄圧に回すことで、すなわち作業装置６の荷重を２本のブームシリンダ7c1，7c2に分散させるのではなく、１本のブームシリンダ7c1に集中させることで、エネルギ密度を増すことができ、ブームシリンダ7c1から発生する圧力を高めて、第１のアキュムレータ46への蓄圧エネルギを増すことができ、言い換えれば、第１のアキュムレータ46やアシストモータ15などのコンポーネントを小型化でき、コストを抑えられ、レイアウトが容易になる。
さらに、制御弁61は、レバーの操作量と、この制御弁61の前後差圧と、第１のアキュムレータ46のアキュムレータ圧とに応じてブームシリンダ7c1のヘッド側と第１のアキュムレータ46との連通量を変化させるので、ブーム下げ操作の操作性を犠牲にすることなくより適切に第１のアキュムレータ46に蓄圧でき、操作性とエネルギ蓄圧とを同時に満たすことができるとともに、ブームシリンダ7c1，7c2の作動速度を適切に設定できる。具体的に、制御弁61は、レバーの操作量が相対的に小さいときにその操作量により設定されるパイロット圧の増加量に対して出力圧の増加量が相対的に大きいテーブルT1（図３（ａ））が設定されているので、制御弁61の前後差圧が大きいときと、アキュムレータ圧が所定圧よりも低いときとの少なくともいずれかのときに、制御弁61がブームシリンダ7c1のヘッド側と第１のアキュムレータ46との連通量を相対的に低減させることで、例えばバケット９（図７）やこのバケット９に代えて装着されるアタッチメントなどの重量が大きい場合、あるいはバケット９（作業装置６）の積荷が重い場合など、ブームシリンダ7c1，7c2に対して荷重が加わったとき、あるいは外気温が低い環境下などの低温時や、第１のアキュムレータ46がガスリークしていたときなど、アキュムレータ圧が低いときに、作業装置６（図７）を下降させる際などでも、ブームシリンダ7c1，7c2の作動速度が動き始めのときに急加速しないようにブームシリンダ7c1，7c2の作動速度を適切に設定でき、作業装置６（図７）の急落下を防止できる。
また、ブームシリンダ7c1，7c2と他の油圧アクチュエータ（旋回モータ3m、スティックシリンダ8c、バケットシリンダ9cなど）との連動操作時に、片側のブームシリンダ7c2のヘッド側から押し出された作動油をブームシリンダ7c1，7c2のロッド側に再生するので、その再生分の油量をメインポンプ12，13から他の油圧アクチュエータに回すことができ、連動操作時の速度低下を防止でき、連動操作性を向上させることができる。
さらに、複数の回路機能を単一ブロックに集約させたブームエネルギ・リカバリ弁31により、レイアウトが容易となり、組立工数の低減によるコスト低減が可能となる。
また、一方のブームシリンダ7c1に荷重を集中させることで、第１のアキュムレータ46の蓄圧エネルギを増すことができ、小型のアキュムレータで大きなアシストができるため、コストを抑え、機体レイアウトをコンパクトにまとめることができる。
しかも、第１のアキュムレータ46から吐出される蓄圧作動油をアシストモータ15に供給してポンプ12，13の動作をアシストするので、この蓄圧作動油を有効に利用して、ポンプ12，13を動作させる搭載エンジン11の負荷をより軽減できる。
本発明は、流体圧回路または作業機械を製造、販売などする事業者にとって産業上の利用可能性がある。
Ａ 蓄圧回路
Ｂ 再生回路
HE 作業機械としての油圧ショベル
１ 機体
６ 作業装置
7c1，7c2 流体圧シリンダとしてのブームシリンダ
12，13 ポンプとしてのメインポンプ
15 アシストモータ
46 アキュムレータである第１のアキュムレータ
61 一のバルブとしての制御弁
62 他のバルブとしてのメイン制御弁

Claims (4)

  1. 操作体の操作量に応じた加圧量でポンプから供給された作動流体により同一動作を同時作動する複数の流体圧シリンダと、
    作動流体により蓄圧されるアキュムレータと、
    複数の流体圧シリンダのうち一の流体圧シリンダのヘッド側とアキュムレータとの連通量を変化させる一のバルブを備え、この一のバルブを介して一の流体圧シリンダのヘッド側から押し出された作動流体をアキュムレータに蓄圧させる蓄圧回路と、
    蓄圧回路によりアキュムレータに蓄圧させるときに複数の流体圧シリンダのヘッド側間の連通を遮断するとともに複数の流体圧シリンダのうち他の流体圧シリンダのヘッド側と一および他の流体圧シリンダのそれぞれのロッド側とを連通する他のバルブを備え、この他のバルブを介して、他の流体圧シリンダのヘッド側から押し出された作動流体を一および他の流体圧シリンダに再生する再生回路とを具備し、
    一のバルブは、操作体の操作量、一のバルブの前後差圧およびアキュムレータ圧に応じて一の流体圧シリンダのヘッド側とアキュムレータとの連通量を変化させる
    ことを特徴とする流体圧回路。
  2. 一のバルブは、一のバルブの前後差圧が大きいときと、アキュムレータ圧が所定圧よりも低いときとの少なくともいずれかのときに、操作体の操作量、一のバルブの前後差圧およびアキュムレータ圧に応じて一の流体圧シリンダのヘッド側とアキュムレータとの連通量を相対的に低減させる
    ことを特徴とする請求項１記載の流体圧回路。
  3. ポンプに接続され、アキュムレータから吐出される蓄圧流体により動作してポンプ動作をアシストするアシストモータ
    を具備したことを特徴とする請求項１または２記載の流体圧回路。
  4. 機体と、
    機体に搭載された作業装置と、
    作業装置を上下動する複数の流体圧シリンダに対して設けられた請求項１乃至３いずれか記載の流体圧回路と
    を具備したことを特徴とする作業機械。
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