JP7063835B2

JP7063835B2 - Work machine

Info

Publication number: JP7063835B2
Application number: JP2019052706A
Authority: JP
Inventors: 正樹山田
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2019-03-20
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2022-05-09
Anticipated expiration: 2039-03-20
Also published as: JP2020153444A

Description

本発明は、油圧ショベルなどの作業機械に関する。 The present invention relates to a working machine such as a hydraulic excavator.

特許文献１には、作業機械の一種である油圧ショベルが記載されている。この油圧ショベルは、ブーム、アーム及びバケット（アタッチメントの一例）などの作業要素と、それらの各々を駆動する油圧アクチュエータと、その油圧アクチュエータの各々に作動油を供給する油圧ポンプと、油圧アクチュエータの各々に供給される作動油の油圧を調節するコントロールバルブとを備える。コントロールバルブは、作動油の油路において、油圧ポンプと各油圧アクチュエータとの間に設けられる。 Patent Document 1 describes a hydraulic excavator which is a kind of working machine. This hydraulic excavator is a working element such as a boom, an arm and a bucket (an example of an attachment), a hydraulic actuator that drives each of them, a hydraulic pump that supplies hydraulic oil to each of the hydraulic actuators, and each of the hydraulic actuators. It is equipped with a control valve that regulates the hydraulic pressure of the hydraulic oil supplied to. A control valve is provided between the hydraulic pump and each hydraulic actuator in the hydraulic oil passage.

かかる油圧ショベルでは、一部の作業要素（例えば、アーム）において負荷が増大すると、その作業要素を駆動する油圧アクチュエータに必要な油圧を与えるために、油圧ポンプが吐出圧を上昇させる。その際、高い油圧を必要としない他の油圧アクチュエータでは、圧力が過剰にならないよう、コントロールバルブの絞りを調節して減圧が行われる。このため、コントロールバルブで油圧ロスが発生し、作業に寄与しないエネルギーが無駄に消費されていた。 In such a hydraulic excavator, when the load is increased in some working elements (for example, an arm), the hydraulic pump raises the discharge pressure in order to apply the necessary hydraulic pressure to the hydraulic actuator that drives the working elements. At that time, in other hydraulic actuators that do not require high hydraulic pressure, the pressure is reduced by adjusting the throttle of the control valve so that the pressure does not become excessive. For this reason, hydraulic pressure loss occurs in the control valve, and energy that does not contribute to work is wasted.

特許文献２に記載の電動ショベルは、そのようなコントロールバルブでの油圧ロスを低減するために、油圧駆動方式を採用せず、作業機を構成する作業要素の各々を電動シリンダで駆動するように構成されている。しかし、この電動ショベルでは、作業要素の駆動が専ら電気に依存しているため、電気系統に異常が発生した場合に作業機の機能が失われてしまうという問題がある。 The electric excavator described in Patent Document 2 does not adopt a hydraulic drive system in order to reduce hydraulic loss in such a control valve, and drives each of the working elements constituting the work machine with an electric cylinder. It is configured. However, in this electric excavator, since the driving of the working element depends exclusively on electricity, there is a problem that the function of the working machine is lost when an abnormality occurs in the electric system.

特許文献３に記載の油圧ショベルは、作業機を構成する作業要素のうち、ブームについては電動モータだけで駆動し、アームとバケットについては油圧ポンプで駆動するように構成されている。しかし、この油圧ショベルでは、ブームを駆動するための電動モータが高出力でなければならないため、大型で重量の大きい電動モータが必要となる。そのため、車体への搭載性に関して大きな制約があり、実用的ではない。 The hydraulic excavator described in Patent Document 3 is configured such that the boom is driven only by an electric motor and the arm and the bucket are driven by a hydraulic pump among the working elements constituting the working machine. However, in this hydraulic excavator, since the electric motor for driving the boom must have a high output, a large and heavy electric motor is required. Therefore, there is a big restriction on the mountability on the vehicle body, which is not practical.

特開２０１８－８１０４５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-81045 特開２００３－８２７０７号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-82707 特開平１１－３４３６４２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-343642

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、コントロールバルブでの油圧ロスを低減でき、電気系統の異常発生時にも作業を中断することなく継続可能で、しかも搭載性に優れる作業機械を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to reduce hydraulic loss in a control valve, to be able to continue work without interruption even when an abnormality occurs in an electric system, and to improve mountability. It is to provide excellent working machines.

本発明に係る作業機械は、車体に対して回動可能に設けられたブームと、前記ブームに対して回動可能に設けられたアームと、前記アームに対して回動可能に設けられたアタッチメントと、前記ブーム、前記アーム及び前記アタッチメントの各々を駆動する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータの各々に作動油を供給する油圧ポンプと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータの各々に供給される作動油の油圧を調節するコントロールバルブと、前記ブーム、前記アーム及び前記アタッチメントのうち少なくとも一つの作業要素に設けられた電動アシスト部材と、前記油圧アクチュエータの油圧を検知した結果に基づき、油圧が最も大きい前記油圧アクチュエータによる前記作業要素の駆動を補助するように前記電動アシスト部材を作動させる制御装置とを備える。 The work machine according to the present invention has a boom rotatably provided with respect to the vehicle body, an arm rotatably provided with respect to the boom, and an attachment rotatably provided with respect to the arm. , The hydraulic actuator that drives each of the boom, the arm, and the attachment, the hydraulic pump that supplies hydraulic oil to each of the hydraulic actuators, and the hydraulic oil that is supplied from the hydraulic pump to each of the hydraulic actuators. The hydraulic pressure having the highest hydraulic pressure based on the result of detecting the hydraulic pressure of the control valve for adjusting the hydraulic pressure, the electric assist member provided on at least one of the boom, the arm and the attachment, and the hydraulic pressure of the hydraulic actuator. It includes a control device that operates the electric assist member so as to assist the driving of the work element by the actuator.

かかる構成によれば、油圧が最も大きい油圧アクチュエータによる作業要素の駆動を電動アシスト部材で補助することにより、その油圧アクチュエータに必要な油圧を下げて、コントロールバルブでの油圧ロスを低減することができる。また、作業要素の各々は油圧アクチュエータで駆動されるので、電気系統に異常が発生しても機能が失われない。電動アシスト部材は、それ単独で作業要素を駆動するものではなく、高出力である必要がないため、小型で軽量に構成することが可能であり、それ故に搭載性に優れたものとなる。 According to such a configuration, by assisting the driving of the work element by the hydraulic actuator having the largest hydraulic pressure with the electric assist member, the hydraulic pressure required for the hydraulic actuator can be lowered and the hydraulic pressure loss in the control valve can be reduced. .. Further, since each of the working elements is driven by a hydraulic actuator, the function is not lost even if an abnormality occurs in the electric system. Since the electric assist member does not drive the work element by itself and does not need to have a high output, it can be configured to be small and lightweight, and therefore has excellent mountability.

前記電動アシスト部材が、前記ブーム、前記アーム及び前記アタッチメントの各々に設けられていることが好ましい。この場合、ブーム、アーム及びアタッチメントのいずれにおいて負荷が増大した場合であっても、それらの駆動を電動アシスト部材によって補助できる。その結果、コントロールバルブでの油圧ロスを効果的に低減して、燃費の低下を抑制できる。 It is preferable that the electric assist member is provided on each of the boom, the arm, and the attachment. In this case, even if the load is increased in any of the boom, the arm and the attachment, the drive thereof can be assisted by the electric assist member. As a result, the hydraulic loss in the control valve can be effectively reduced, and the decrease in fuel consumption can be suppressed.

本発明に係る別の作業機械は、作業要素の各々を駆動する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータの各々に作動油を供給する油圧ポンプと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータの各々に供給される作動油の油圧を調節するコントロールバルブと、少なくとも一つ前記作業要素に設けられた電動アシスト部材と、前記油圧アクチュエータの油圧を検知した結果に基づき、油圧が最も大きい前記油圧アクチュエータによる前記作業要素の駆動を補助するように前記電動アシスト部材を作動させる制御装置とを備える。 Another working machine according to the present invention includes a hydraulic actuator that drives each of the working elements, a hydraulic pump that supplies hydraulic oil to each of the hydraulic actuators, and an operation that is supplied from the hydraulic pump to each of the hydraulic actuators. Based on the result of detecting the oil pressure of the oil pressure, the control valve for adjusting the oil pressure, at least one electric assist member provided on the work element, and the oil pressure of the hydraulic actuator, the work element is driven by the hydraulic actuator having the largest oil pressure. A control device for operating the electric assist member is provided so as to assist the hydraulic pressure.

前記制御装置は、前記油圧アクチュエータの各々の油圧の圧力差から算出したトルク指令値に基づいて前記電動アシスト部材の作動を制御することが好ましい。かかる構成によれば、油圧アクチュエータの各々の油圧の平準化を図って、コントロールバルブでの油圧ロスを効率的に低減できる。 It is preferable that the control device controls the operation of the electric assist member based on the torque command value calculated from the pressure difference of each hydraulic pressure of the hydraulic actuator. According to such a configuration, the hydraulic pressure of each hydraulic actuator can be leveled, and the hydraulic pressure loss in the control valve can be efficiently reduced.

前記電動アシスト部材が、電動モータと、前記電動モータに接続された太陽歯車と、前記太陽歯車の外周側に設けられて前記作業要素に接続された内歯車と、前記太陽歯車と前記内歯車との間で各々に噛合する遊星歯車と、を有し、前記電動モータの駆動に伴う前記太陽歯車の回転力を前記内歯車に伝達して、前記油圧アクチュエータによる前記作業要素の駆動を補助できるように構成されていることが好ましい。これにより、電動アシスト部材を簡単且つ低コストに構成できる。 The electric assist member includes an electric motor, a sun gear connected to the electric motor, an internal gear provided on the outer peripheral side of the sun gear and connected to the working element, the sun gear, and the internal gear. It has a planetary gear that meshes with each other, and can transmit the rotational force of the sun gear accompanying the driving of the electric motor to the internal gear to assist the driving of the working element by the hydraulic actuator. It is preferable that it is configured in. As a result, the electric assist member can be easily and inexpensively configured.

前記電動アシスト部材は、前記遊星歯車の回転を規制した状態で、前記作業要素の運動に伴う前記内歯車の回転力を前記太陽歯車に伝達して、前記電動モータにより電気エネルギーに変換できるように構成されていることが好ましい。これにより、作業要素の運動、例えば自重落下動作などを利用してエネルギー回生を行うことができる。 The electric assist member transmits the rotational force of the internal gear accompanying the movement of the working element to the sun gear in a state where the rotation of the planetary gear is restricted, so that the electric motor can convert the rotational force into electric energy. It is preferably configured. As a result, energy regeneration can be performed by utilizing the movement of the working element, for example, the self-weight falling motion.

本発明に係る作業機械の一例を示す左側面図Left side view showing an example of a working machine according to the present invention 油圧ショベルの作業機に関する駆動制御系を示すブロック図Block diagram showing the drive control system for a hydraulic excavator work machine 電動アシスト部材が有する歯車機構を模式的に示した図The figure which schematically showed the gear mechanism which the electric assist member has.

本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る作業機械の一例である油圧ショベル１を示す。油圧ショベル１は、土砂の掘削作業などを行う建設機械である。油圧ショベル１は、下部走行体２と、上部旋回体３と、作業機４とを備える。油圧ショベル１は、下部走行体２の上方で上部旋回体３及び作業機４が旋回可能に設けられた旋回作業車として構成されている。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a hydraulic excavator 1 which is an example of a working machine according to the present invention. The hydraulic excavator 1 is a construction machine for excavating earth and sand. The hydraulic excavator 1 includes a lower traveling body 2, an upper swivel body 3, and a working machine 4. The hydraulic excavator 1 is configured as a turning work vehicle in which the upper turning body 3 and the working machine 4 are provided so as to be able to turn above the lower traveling body 2.

下部走行体２は、エンジン３０からの動力を受けて駆動し、油圧ショベル１を走行させたり旋回させたりする。下部走行体２は、左右一対のクローラ２１と、それらを駆動させる走行モータ２２とを備える。一対のクローラ２１の間には、上部旋回体３を旋回自在に支持する旋回台２３が設けられている。下部走行体２には、一対のブレードアーム２４と、それらの先端部の間で左右方向に延びた排土板としてのブレード２５とが設けられている。 The lower traveling body 2 is driven by receiving power from the engine 30 to drive or turn the hydraulic excavator 1. The lower traveling body 2 includes a pair of left and right crawlers 21 and a traveling motor 22 for driving them. A swivel table 23 that rotatably supports the upper swivel body 3 is provided between the pair of crawlers 21. The lower traveling body 2 is provided with a pair of blade arms 24 and a blade 25 as a soil discharge plate extending in the left-right direction between the tip portions thereof.

上部旋回体３には、エンジン３０、カウンターウェイト３１、キャビン３２などが設置されている。キャビン３２の内部には、オペレータが着座するための運転席３３や、オペレータが操作するための操作装置３４などが設置されている。操作装置３４には、操作レバーや操作スイッチ、操作ペダル、操作パネルなどが含まれる。オペレータは、運転席３３に着座しながら操作装置３４を操作することにより、走行や旋回、作業機４の操作などを行うことができる。 An engine 30, a counterweight 31, a cabin 32, and the like are installed in the upper swing body 3. Inside the cabin 32, a driver's seat 33 for the operator to sit on, an operation device 34 for the operator to operate, and the like are installed. The operation device 34 includes an operation lever, an operation switch, an operation pedal, an operation panel, and the like. By operating the operation device 34 while sitting on the driver's seat 33, the operator can run, turn, operate the work machine 4, and the like.

作業機４は、オペレータの操作に応じて土砂の掘削作業などを行う。本実施形態では、作業要素としてのブーム４１、アーム４２及びバケット４３が作業機４を構成している。バケット４３は、掘削用のアタッチメントである。油圧ショベル１は、ブーム４１、アーム４２及びバケット４３の各々を駆動する油圧アクチュエータとしての油圧シリンダを有する。この油圧アクチュエータは、後述するブームシリンダ４１ｃ、アームシリンダ４２ｃ及びバケットシリンダ４３ｃであり、以降の説明では、これらを一括してシリンダ４１ｃ～４３ｃと呼ぶ場合がある。 The work machine 4 performs excavation work of earth and sand according to the operation of the operator. In the present embodiment, the boom 41, the arm 42, and the bucket 43 as working elements constitute the working machine 4. The bucket 43 is an attachment for excavation. The hydraulic excavator 1 has a hydraulic cylinder as a hydraulic actuator for driving each of the boom 41, the arm 42, and the bucket 43. The hydraulic actuators are a boom cylinder 41c, an arm cylinder 42c, and a bucket cylinder 43c, which will be described later, and these may be collectively referred to as cylinders 41c to 43c in the following description.

ブーム４１は、下部走行体２と上部旋回体３とからなる車体に対して回動可能に設けられている。ブーム４１は、ブームブラケット４１ｂに支持された基端部から上下方向に延在し、側面視ブーメラン形状に屈曲している。ブーム４１の基端部は、軸線を水平方向に向けた枢軸ピン４１ａを中心にして上下回動自在に支持されている。ブームブラケット４１ｂとブーム４１の中途部との間には、伸縮自在に可動するブームシリンダ４１ｃが設けられている。ブームシリンダ４１ｃは、ブーム４１を駆動する油圧アクチュエータである。車体に対するブーム４１の回動は、ブームシリンダ４１ｃの伸縮に応じて作動する。 The boom 41 is rotatably provided with respect to a vehicle body including a lower traveling body 2 and an upper turning body 3. The boom 41 extends in the vertical direction from the base end portion supported by the boom bracket 41b, and is bent in a side view boomerang shape. The base end portion of the boom 41 is supported so as to be vertically rotatable about a pivot pin 41a whose axis is directed in the horizontal direction. A boom cylinder 41c that can be expanded and contracted is provided between the boom bracket 41b and the middle portion of the boom 41. The boom cylinder 41c is a hydraulic actuator that drives the boom 41. The rotation of the boom 41 with respect to the vehicle body operates according to the expansion and contraction of the boom cylinder 41c.

アーム４２は、ブーム４１に対して回動可能に設けられている。アーム４２の基端部は、ブーム４１の先端部に連結されている。アーム４２の基端部は、軸線を水平方向に向けた枢軸ピン４２ａを中心にして上下回動自在に支持されている。ブーム４１の中途部とアーム４２の基端部との間には、伸縮自在に可動するアームシリンダ４２ｃが設けられている。アームシリンダ４２ｃは、アーム４２を駆動する油圧アクチュエータである。ブーム４１に対するアーム４２の回動は、アームシリンダ４２ｃの伸縮に応じて作動する。 The arm 42 is rotatably provided with respect to the boom 41. The base end portion of the arm 42 is connected to the tip end portion of the boom 41. The base end portion of the arm 42 is supported so as to be vertically rotatable about a pivot pin 42a whose axis is directed in the horizontal direction. An arm cylinder 42c that can be expanded and contracted is provided between the middle portion of the boom 41 and the base end portion of the arm 42. The arm cylinder 42c is a hydraulic actuator that drives the arm 42. The rotation of the arm 42 with respect to the boom 41 operates according to the expansion and contraction of the arm cylinder 42c.

バケット４３は、アーム４２に対して回動可能に設けられている。バケット４３の基端部は、アーム４２の先端部に連結されている。バケット４３の基端部は、軸線を水平方向に向けた枢軸ピン４３ａを中心にして上下回動自在に支持されている。アーム４２の先端部とバケット４３との間には、バケット４３に駆動力を伝達するバケットリンク４４が介在している。バケットリンク４４とアーム４２の基端部との間には、伸縮自在に可動するバケットシリンダ４３ｃが設けられている。バケットシリンダ４３ｃは、バケット４３を駆動する油圧アクチュエータである。アーム４２に対するバケット４３の回動は、バケットシリンダ４３ｃの伸縮に応じて作動する。 The bucket 43 is rotatably provided with respect to the arm 42. The base end portion of the bucket 43 is connected to the tip end portion of the arm 42. The base end portion of the bucket 43 is supported so as to be vertically rotatable about a pivot pin 43a whose axis is directed in the horizontal direction. A bucket link 44 that transmits a driving force to the bucket 43 is interposed between the tip of the arm 42 and the bucket 43. A bucket cylinder 43c that can be expanded and contracted is provided between the bucket link 44 and the base end portion of the arm 42. The bucket cylinder 43c is a hydraulic actuator that drives the bucket 43. The rotation of the bucket 43 with respect to the arm 42 operates according to the expansion and contraction of the bucket cylinder 43c.

図２は、作業機４に関する駆動制御系を示すブロック図である。既述の通り、油圧ショベル１は、車体に対して回動可能に設けられたブーム４１と、そのブーム４１に対して回動可能に設けられたアーム４２と、そのアーム４２に対して回動可能に設けられたバケット４３（アタッチメントの一例）と、それらの各々を駆動するシリンダ４１ｃ～４３ｃとを備える。油圧ショベル１は、更に、シリンダ４１ｃ～４３ｃの各々に作動油を供給する油圧ポンプ５と、その油圧ポンプ５からシリンダ４１ｃ～４３ｃの各々に供給される作動油の油圧を調節するコントロールバルブ６とを備える。 FIG. 2 is a block diagram showing a drive control system for the working machine 4. As described above, the hydraulic excavator 1 rotates with respect to the boom 41 rotatably provided with respect to the vehicle body, the arm 42 rotatably provided with respect to the boom 41, and the arm 42. A bucket 43 (an example of an attachment) provided as possible and cylinders 41c to 43c for driving each of them are provided. The hydraulic excavator 1 further includes a hydraulic pump 5 that supplies hydraulic oil to each of the cylinders 41c to 43c, and a control valve 6 that adjusts the hydraulic pressure of the hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 5 to each of the cylinders 41c to 43c. To prepare for.

油圧ポンプ５は、固定容量式又は可変容量式のポンプで構成される。油圧ポンプ５は、駆動源であるエンジン３０からの動力を受けて駆動し、タンク５１から作動油を吸い込んで吐出する。駆動源は、電動モータでもよく、或いはハイブリッドエンジンでもよい。油圧ポンプ５から吐出された作動油は、分岐油路を介してシリンダ４１ｃ～４３ｃの各々に供給される。即ち、一つの油圧ポンプ５から複数の油圧アクチュエータ（シリンダ４１ｃ～４３ｃ）の各々に向けて作動油が供給される。コントロールバルブ６は、作動油の油路における油圧ポンプ５と各シリンダ４１ｃ～４３ｃとの間に設けられている。 The hydraulic pump 5 is composed of a fixed-capacity pump or a variable-capacity pump. The hydraulic pump 5 is driven by receiving power from the engine 30 which is a drive source, and sucks hydraulic oil from the tank 51 and discharges it. The drive source may be an electric motor or a hybrid engine. The hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 5 is supplied to each of the cylinders 41c to 43c via the branch oil passage. That is, hydraulic oil is supplied from one hydraulic pump 5 to each of the plurality of hydraulic actuators (cylinders 41c to 43c). The control valve 6 is provided between the hydraulic pump 5 and the cylinders 41c to 43c in the hydraulic oil passage.

コントロールバルブ６は、複数の油圧切替弁６１～６３の集合体である。コントロールバルブ６は、操作装置３４によって操作され、シリンダ４１ｃ～４３ｃの各々に対する作動油の供給と排出を切り換えることにより、それらの動作を制御する。図示しないが、コントロールバルブ６には、油圧切替弁６１～６３のみならず、シリンダ４１ｃ～４３ｃ以外の油圧アクチュエータ（例えば、走行モータ２２）の動作を制御するための油圧切替弁も含まれる。圧力検知器Ｐ１～Ｐ３は、それぞれシリンダ４１ｃ～４３ｃの各々の油圧を検知し、その検知結果は制御装置８に送られる。 The control valve 6 is an aggregate of a plurality of hydraulic pressure switching valves 61 to 63. The control valve 6 is operated by the operating device 34 and controls the operation of the hydraulic oil by switching between the supply and discharge of the hydraulic oil to each of the cylinders 41c to 43c. Although not shown, the control valve 6 includes not only the hydraulic pressure switching valves 61 to 63 but also the hydraulic pressure switching valve for controlling the operation of the hydraulic actuator (for example, the traveling motor 22) other than the cylinders 41c to 43c. The pressure detectors P1 to P3 detect the hydraulic pressure of each of the cylinders 41c to 43c, respectively, and the detection result is sent to the control device 8.

本実施形態では、油圧ショベル１が、更に、シリンダ４１ｃ～４３ｃによる作業要素の駆動を補助する電動アシスト部材７と、その電動アシスト部材７の作動を制御する制御装置８とを備える。本実施形態では、電動アシスト部材７が、ブーム４１、アーム４２及びバケット４３の各々に設けられている。電動アシスト部材７は、それぞれ作業要素の回動支軸となる枢軸ピン４１ａ～４３ａに接続されている。制御装置８は、シリンダ４１ｃ～４３ｃの各々の油圧を検知した結果に基づき、油圧が最も大きい油圧アクチュエータによる作業要素の駆動を補助するように電動アシスト部材７を作動させる。 In the present embodiment, the hydraulic excavator 1 further includes an electric assist member 7 that assists the driving of work elements by the cylinders 41c to 43c, and a control device 8 that controls the operation of the electric assist member 7. In the present embodiment, the electric assist member 7 is provided on each of the boom 41, the arm 42, and the bucket 43. The electric assist member 7 is connected to the pivot pins 41a to 43a, which are the rotation support shafts of the working elements, respectively. Based on the result of detecting the hydraulic pressure of each of the cylinders 41c to 43c, the control device 8 operates the electric assist member 7 so as to assist the driving of the working element by the hydraulic actuator having the largest hydraulic pressure.

したがって、例えば、圧力検知器Ｐ１～Ｐ３による油圧検知の結果、シリンダ４１ｃ～４３ｃのうちアームシリンダ４２ｃの油圧が最も大きい場合には、そのアームシリンダ４２ｃによるアーム４２の駆動を補助するよう、アーム４２に設けられた電動アシスト部材７を作動させる。これにより、アーム４２の負荷を軽減して、アームシリンダ４２ｃに必要な油圧を下げることができ、延いてはコントロールバルブ６での油圧ロスを低減できる。その際、アームシリンダ４２ｃだけでなく、それに次いで油圧の大きい他の油圧アクチュエータ（例えば、ブームシリンダ４１ｃ）による作業要素の駆動を補助するよう、複数の電動アシスト部材７を作動させることも有効である。 Therefore, for example, when the oil pressure of the arm cylinder 42c is the largest among the cylinders 41c to 43c as a result of the oil pressure detection by the pressure detectors P1 to P3, the arm 42 assists the driving of the arm 42 by the arm cylinder 42c. The electric assist member 7 provided in the above is operated. As a result, the load on the arm 42 can be reduced, the hydraulic pressure required for the arm cylinder 42c can be lowered, and the hydraulic pressure loss on the control valve 6 can be reduced. At that time, it is also effective to operate a plurality of electric assist members 7 so as to assist the driving of the working element not only by the arm cylinder 42c but also by another hydraulic actuator (for example, the boom cylinder 41c) having the next highest hydraulic pressure. ..

この油圧ショベル１は、油圧アクチュエータであるシリンダ４１ｃ～４３ｃによってブーム４１、アーム４２及びバケット４３の各々を駆動するため、仮に電気系統に異常が発生したとしても油圧系統のみで作業を継続でき、作業機４の機能は失われない。また、電動アシスト部材７は、シリンダ４１ｃ～４３ｃ間の油圧のアンバランスを補償するために用いられ、それ単独で作業要素を駆動するわけではないので、高出力である必要がない。それ故、電動アシスト部材７を小型で軽量に構成することができ、搭載性に優れたものとなる。 Since the hydraulic excavator 1 drives each of the boom 41, the arm 42, and the bucket 43 by the cylinders 41c to 43c which are hydraulic actuators, even if an abnormality occurs in the electric system, the work can be continued only by the hydraulic system, and the work can be continued. The function of the machine 4 is not lost. Further, since the electric assist member 7 is used to compensate for the hydraulic pressure imbalance between the cylinders 41c and 43c and does not drive the working element by itself, it does not need to have a high output. Therefore, the electric assist member 7 can be configured to be small and lightweight, and has excellent mountability.

制御装置８は、シリンダ４１ｃ～４３ｃの各々の油圧の圧力差から算出したトルク指令値に基づいて電動アシスト部材７の作動を制御するように構成されている。本実施形態では、制御装置８が、そのトルク指令値に基づき、インバータ８１を介して各電動アシスト部材７が有する電動モータ７１の軸トルクを制御する。トルク指令値は、かかる圧力差をゼロに近付けるうえで、即ち油圧のアンバランス分を補償するうえで、電動アシスト部材７の各々に必要とされる出力トルクに関する指令値である。このトルク指令値に基づいて制御を行うことにより、シリンダ４１ｃ～４３ｃ間の油圧の平準化を図り、コントロールバルブ６での油圧ロスを効率的に低減できる。電動モータ７１は、交流電動機と直流電動機のいずれでもよく、直流電動機で構成されている場合は、インバータ８１に代えて、ＤＣ／ＤＣコンバータなどを含む電力変換器が用いられる。 The control device 8 is configured to control the operation of the electric assist member 7 based on the torque command value calculated from the pressure difference of the hydraulic pressures of the cylinders 41c to 43c. In the present embodiment, the control device 8 controls the shaft torque of the electric motor 71 of each electric assist member 7 via the inverter 81 based on the torque command value. The torque command value is a command value related to the output torque required for each of the electric assist members 7 in order to bring the pressure difference close to zero, that is, to compensate for the hydraulic pressure imbalance. By performing control based on this torque command value, the hydraulic pressure between the cylinders 41c and 43c can be leveled, and the hydraulic pressure loss in the control valve 6 can be efficiently reduced. The electric motor 71 may be either an AC motor or a DC motor, and when it is composed of a DC motor, a power converter including a DC / DC converter or the like is used instead of the inverter 81.

電動アシスト部材７は、電動モータ７１と、歯車機構７２と、機械ブレーキ７３とを有する。電動モータ７１は、蓄電装置８２によって駆動される。蓄電装置８２は、例えば鉛蓄電池、リチウムイオン電池、キャパシタなどにより構成される。歯車機構７２は、電動モータ７１の動力を作業要素に伝達する。歯車機構７２は、３端子２自由度（３入力２自由度）で減速機能を有するため、高回転低トルク型の電動モータ７１でも大きなトルクを出力できる。そのため、電動モータ７１として、ロータ径がより小さい高回転型モータを使用することが可能となるので、モータ自体の形状が小さくなり、搭載設計の自由度が高い。機械ブレーキ７３は、歯車機構７２の遊星歯車７２ｐ（図３参照）に接続されている。機械ブレーキ７３は、操作装置３４の操作に応じて、遊星歯車７２ｐの回転を規制可能に構成されている。 The electric assist member 7 includes an electric motor 71, a gear mechanism 72, and a mechanical brake 73. The electric motor 71 is driven by the power storage device 82. The power storage device 82 is composed of, for example, a lead storage battery, a lithium ion battery, a capacitor, or the like. The gear mechanism 72 transmits the power of the electric motor 71 to the working element. Since the gear mechanism 72 has a deceleration function with 3 terminals and 2 degrees of freedom (3 inputs and 2 degrees of freedom), a large torque can be output even with a high-speed, low-torque electric motor 71. Therefore, as the electric motor 71, a high-speed motor having a smaller rotor diameter can be used, so that the shape of the motor itself becomes smaller and the degree of freedom in mounting design is high. The mechanical brake 73 is connected to the planetary gear 72p (see FIG. 3) of the gear mechanism 72. The mechanical brake 73 is configured to be able to regulate the rotation of the planetary gear 72p according to the operation of the operating device 34.

歯車機構７２は、図３に示すような遊星歯車機構として構成されている。歯車機構７２は、太陽歯車７２ｓと、太陽歯車７２ｓの外周側に設けられた内歯車７２ｏと、太陽歯車７２ｓと内歯車７２ｏとの間で各々に噛合する遊星歯車７２ｐとを有する。遊星歯車７２ｐは周方向の四箇所に配置されているが、これに限られない。図３では、各歯車のピッチ円を破線で示している。太陽歯車７２ｓは、電動モータ７１に接続されており、電動モータ７１の駆動によって回転する。内歯車７２ｏは、作業要素に接続され、具体的には作業要素の回動支軸（即ち、枢軸ピン４１ａ～４３ａ）に接続されている。 The gear mechanism 72 is configured as a planetary gear mechanism as shown in FIG. The gear mechanism 72 has a sun gear 72s, an internal gear 72o provided on the outer peripheral side of the sun gear 72s, and a planetary gear 72p that meshes with each other between the sun gear 72s and the internal gear 72o. The planetary gears 72p are arranged at four locations in the circumferential direction, but the present invention is not limited to this. In FIG. 3, the pitch circle of each gear is shown by a broken line. The sun gear 72s is connected to the electric motor 71 and is rotated by the drive of the electric motor 71. The internal gear 72o is connected to a working element, and specifically, is connected to a rotation support shaft (that is, pivot pins 41a to 43a) of the working element.

通常の作業時では、機械ブレーキ７３によって遊星歯車７２ｐの回転が規制された状態にしておく。制御装置８が電動アシスト部材７を作動させると、電動モータ７１によって太陽歯車７２ｓが回転し、その回転力が減速されて内歯車７２ｏから作業要素に伝達される。これにより、負荷の大きい作業要素の駆動を電動アシスト部材７で補助し、作業機４による掘削作業をアシストできる。このように、油圧ショベル１は、電動モータ７１の駆動に伴う太陽歯車７２ｓの回転力を内歯車７２ｏに伝達して、シリンダ４１ｃ～４３ｃによる作業要素の駆動を補助できるように構成されている。 During normal work, the rotation of the planetary gear 72p is restricted by the mechanical brake 73. When the control device 8 operates the electric assist member 7, the electric motor 71 rotates the sun gear 72s, and the rotational force thereof is decelerated and transmitted from the internal gear 72o to the work element. As a result, the driving of the work element having a large load can be assisted by the electric assist member 7, and the excavation work by the work machine 4 can be assisted. As described above, the hydraulic excavator 1 is configured to transmit the rotational force of the sun gear 72s accompanying the driving of the electric motor 71 to the internal gear 72o to assist the driving of the working element by the cylinders 41c to 43c.

例えば、アーム４２の負荷が最も大きく、次いでバケット４３の負荷が大きい場合、制御装置８は、アーム４２に設けられた電動アシスト部材７を作動させて、アームシリンダ４２ｃによるアーム４２の駆動を補助する。同時に、バケット４３に設けられた電動アシスト部材７を作動させて、バケットシリンダ４３ｃによるバケット４３の駆動を補助する。その際、シリンダ４１ｃ～４３ｃの各々の油圧の圧力差から算出したトルク指令値に基づき、インバータ８１を介して各電動モータ７１の軸トルクを制御する。その結果、シリンダ４１ｃ～４３ｃの油圧のアンバランス分が補償され、コントロールバルブ６での油圧ロスが低減する。 For example, when the load on the arm 42 is the largest and then the load on the bucket 43 is the largest, the control device 8 operates the electric assist member 7 provided on the arm 42 to assist the driving of the arm 42 by the arm cylinder 42c. .. At the same time, the electric assist member 7 provided in the bucket 43 is operated to assist the driving of the bucket 43 by the bucket cylinder 43c. At that time, the shaft torque of each electric motor 71 is controlled via the inverter 81 based on the torque command value calculated from the pressure difference of the hydraulic pressures of the cylinders 41c to 43c. As a result, the unbalanced hydraulic pressure of the cylinders 41c to 43c is compensated, and the hydraulic pressure loss in the control valve 6 is reduced.

電動アシスト部材７は、遊星歯車７２ｐの回転を規制した状態で、作業要素の運動に伴う内歯車７２ｏの回転力を太陽歯車７２ｓに伝達して、電動モータ７１により電気エネルギーに変換できるように構成されている。したがって、機械ブレーキ７３により遊星歯車７２ｐを固定した状態で作業要素（例えば、ブーム４１）が自重で落下すると、それに伴う内歯車７２ｏの回転力が太陽歯車７２ｓに伝達され、電動モータ７１が発電動作を行い、運動エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電装置８２に回収できる。このように、作業要素の自重落下動作などを利用してエネルギー回生を行うことができる。 The electric assist member 7 is configured so that the rotational force of the internal gear 72o accompanying the movement of the working element is transmitted to the sun gear 72s and converted into electric energy by the electric motor 71 in a state where the rotation of the planetary gear 72p is restricted. Has been done. Therefore, when the working element (for example, the boom 41) falls by its own weight while the planetary gear 72p is fixed by the mechanical brake 73, the rotational force of the internal gear 72o is transmitted to the sun gear 72s, and the electric motor 71 operates to generate power. , And the kinetic energy can be converted into electrical energy and recovered in the power storage device 82. In this way, energy regeneration can be performed by utilizing the self-weight falling motion of the working element.

電動モータ７１の故障など電気系統に異常が発生したときは、機械ブレーキ７３による遊星歯車７２ｐの固定を解除する。これにより、遊星歯車７２ｐがフリーラン状態となり、電動モータ７１と作業要素との間での動力伝達が遮断されるので、電動モータ７１の状態に関係なく、油圧系統のみで作業要素を駆動できる。その間、太陽歯車７２ｓは電動モータ７１に追従してブレーキ状態又はフリーラン状態となり、内歯車７２ｏは作業要素の動作に合わせて回転する。電気系統の異常に限らず、電動モータ７１のコギングトルクなどが作業に影響を及ぼす場合などに、このような電動モータ７１に依存しない動作モードをオペレータが自発的に採用することもあり得る。 When an abnormality occurs in the electric system such as a failure of the electric motor 71, the planetary gear 72p is released from the fixing by the mechanical brake 73. As a result, the planetary gear 72p is in a free-run state, and the power transmission between the electric motor 71 and the working element is cut off. Therefore, the working element can be driven only by the hydraulic system regardless of the state of the electric motor 71. During that time, the sun gear 72s follows the electric motor 71 and enters a braking state or a free-run state, and the internal gear 72o rotates according to the operation of the working element. The operator may voluntarily adopt such an operation mode that does not depend on the electric motor 71 when the cogging torque of the electric motor 71 affects the work, not limited to the abnormality of the electric system.

本実施形態では、電動アシスト部材７が、ブーム４１、アーム４２及びバケット４３の各々に設けられているため、コントロールバルブ６での油圧ロスを効果的に低減できる。但し、これに限られず、それらのうち少なくとも一つの作業要素に設けられていればよい。したがって、いずれかの作業要素に電動アシスト部材７を設けず、構成を簡略化することも可能である。アーム４２は掘削作業時に負荷が大きくなりやすので、掘削動作を効率的にアシストするうえでは、電動アシスト部材７を設ける作業要素にアーム４２が含まれることが好ましい。また、重量物であるブーム４１の自重落下による運動エネルギーは相対的に大きいため、エネルギー回生を効率的に行ううえでは、電動アシスト部材７を設ける作業要素にブーム４１が含まれることが好ましい。 In the present embodiment, since the electric assist member 7 is provided on each of the boom 41, the arm 42, and the bucket 43, the hydraulic loss in the control valve 6 can be effectively reduced. However, the present invention is not limited to this, and it may be provided in at least one working element among them. Therefore, it is possible to simplify the configuration by not providing the electric assist member 7 on any of the working elements. Since the load of the arm 42 tends to be large during the excavation work, it is preferable that the arm 42 is included in the work element for which the electric assist member 7 is provided in order to efficiently assist the excavation operation. Further, since the kinetic energy of the boom 41, which is a heavy object, due to its own weight drop is relatively large, it is preferable that the boom 41 is included in the working element for providing the electric assist member 7 in order to efficiently regenerate the energy.

ブーム４１、アーム４２及びバケット４３のうちいずれかに電動アシスト部材７を設けない場合であっても、シリンダ４１ｃ～４３ｃの各々の油圧を圧力検知器Ｐ１～Ｐ３で検知した結果に基づき、油圧が最も大きい油圧アクチュエータが判定される。但し、これに限られず、他の方式により油圧が最も大きい油圧アクチュエータを判定してもよい。例えば、アーム４２のみに電動アシスト部材７が設けられている場合には、アームシリンダ４２ｃに供給する作動油の切替えを行う油圧切替弁６２の前後で油圧を検知し、それらが同等であるときにアームシリンダ４２ｃの油圧が最も大きいと判定してもよい。 Even if the electric assist member 7 is not provided in any of the boom 41, the arm 42, and the bucket 43, the hydraulic pressure is based on the result of detecting the hydraulic pressure of each of the cylinders 41c to 43c by the pressure detectors P1 to P3. The largest hydraulic actuator is determined. However, the present invention is not limited to this, and the hydraulic actuator having the largest hydraulic pressure may be determined by another method. For example, when the electric assist member 7 is provided only on the arm 42, the hydraulic pressure is detected before and after the hydraulic pressure switching valve 62 that switches the hydraulic oil supplied to the arm cylinder 42c, and when they are equivalent. It may be determined that the oil pressure of the arm cylinder 42c is the largest.

本実施形態では、作業要素としてのアタッチメントがバケット４３である例を示したが、これに限定されない。したがって、バケット４３に代えて、フォークや、グラップル、カッタ、ブレーカ、クラッシャー、パクラー、レーキ、クラムシェルなど、他の作業アタッチメントを備えていてもよい。 In the present embodiment, an example in which the attachment as a working element is the bucket 43 is shown, but the present invention is not limited to this. Therefore, instead of the bucket 43, other work attachments such as a fork, a grapple, a cutter, a breaker, a crusher, a packer, a rake, and a clamshell may be provided.

本実施形態では、作業要素の上下回動に対する駆動を補助するように電動アシスト部材を作動させる例を示したが、作業要素の動作の向きは特に限定されない。例えば、油圧式のスイングシリンダの伸縮に応じてブームブラケットが車体に対して水平回動する、いわゆるブームスイング機能を有する作業機械において、そのスイングシリンダによるブームの水平回動に対する駆動を補助してもよい。或いは、油圧式のオフセットシリンダの伸縮に応じてブーム又はアームが車体の幅方向に平行移動（スライド）する、いわゆるオフセット機能を有する作業機械において、そのオフセットシリンダによるブーム又はアームの平行移動に対する駆動を補助してもよい。 In the present embodiment, an example of operating the electric assist member to assist the driving of the work element with respect to the vertical rotation is shown, but the direction of operation of the work element is not particularly limited. For example, in a work machine having a so-called boom swing function in which the boom bracket rotates horizontally with respect to the vehicle body in response to the expansion and contraction of the hydraulic swing cylinder, even if the swing cylinder assists the drive for the horizontal rotation of the boom. good. Alternatively, in a work machine having a so-called offset function in which the boom or arm slides in parallel in the width direction of the vehicle body in response to expansion and contraction of the hydraulic offset cylinder, the offset cylinder drives the boom or arm in parallel movement. You may assist.

本発明に係る作業機械は、ブーム、アーム及びアタッチメントを備えたものに限定されない。よって、電動アシスト部材が設けられる作業要素は、ブーム、アーム及びアタッチメントのいずれかに限られず、これら以外の作業要素であってもよい。 The working machine according to the present invention is not limited to the one provided with a boom, an arm and an attachment. Therefore, the work element provided with the electric assist member is not limited to any one of the boom, the arm and the attachment, and may be a work element other than these.

本発明は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and changes can be made without departing from the spirit of the present invention.

１油圧ショベル（作業機械の一例）
４作業機
５油圧ポンプ
６コントロールバルブ
７電動アシスト部材
８制御装置
４１ブーム（作業要素）
４１ｃブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
４２アーム（作業要素）
４２ｃアームシリンダ（油圧アクチュエータ）
４３バケット（作業要素）
４３ｃバケットシリンダ（油圧アクチュエータ）
７１電動モータ
７２歯車機構
７２ｏ内歯車
７２ｐ遊星歯車
７２ｓ太陽歯車
７３機械ブレーキ

1 Hydraulic excavator (an example of work machine)
4 Work equipment 5 Hydraulic pump 6 Control valve 7 Electric assist member 8 Control device 41 Boom (work element)
41c boom cylinder (hydraulic actuator)
42 arm (working element)
42c arm cylinder (hydraulic actuator)
43 bucket (working element)
43c bucket cylinder (hydraulic actuator)
71 Electric motor 72 Gear mechanism 72o Internal gear 72p Planetary gear 72s Sun gear 73 Mechanical brake

Claims

A boom that is rotatably provided with respect to the vehicle body,
An arm rotatably provided with respect to the boom,
An attachment provided so as to be rotatable with respect to the arm,
A hydraulic actuator that drives each of the boom, the arm, and the attachment,
A hydraulic pump that supplies hydraulic oil to each of the hydraulic actuators,
A control valve that regulates the hydraulic pressure of the hydraulic oil supplied from the hydraulic pump to each of the hydraulic actuators.
An electric assist member provided on at least one working element of the boom, the arm, and the attachment.
A work machine provided with a control device for operating the electric assist member so as to assist the driving of the work element by the hydraulic actuator having the largest hydraulic pressure based on the result of detecting the hydraulic pressure of the hydraulic actuator.

The work machine according to claim 1, wherein the electric assist member is provided on each of the boom, the arm, and the attachment.

A hydraulic actuator that drives each of the work elements,
A hydraulic pump that supplies hydraulic oil to each of the hydraulic actuators,
A control valve that regulates the hydraulic pressure of the hydraulic oil supplied from the hydraulic pump to each of the hydraulic actuators.
At least one electric assist member provided on the work element,
A work machine provided with a control device for operating the electric assist member so as to assist the driving of the work element by the hydraulic actuator having the largest hydraulic pressure based on the result of detecting the hydraulic pressure of the hydraulic actuator.

The work machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the electric assist member is connected to a rotation support shaft of the work element.

The work machine according to any one of claims 1 to 4 , wherein the control device controls the operation of the electric assist member based on a torque command value calculated from the pressure difference of each hydraulic pressure of the hydraulic actuator.

The electric assist member includes an electric motor, a sun gear connected to the electric motor, an internal gear provided on the outer peripheral side of the sun gear and connected to the working element, the sun gear, and the internal gear. Have planetary gears that mesh with each other,
6 . The work machine described.

The electric assist member transmits the rotational force of the internal gear accompanying the movement of the working element to the sun gear in a state where the rotation of the planetary gear is restricted, so that the electric motor can convert the rotational force into electric energy. The working machine according to claim 6 , which is configured.