JPH0368241B2 - - Google Patents

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JPH0368241B2
JPH0368241B2 JP59035271A JP3527184A JPH0368241B2 JP H0368241 B2 JPH0368241 B2 JP H0368241B2 JP 59035271 A JP59035271 A JP 59035271A JP 3527184 A JP3527184 A JP 3527184A JP H0368241 B2 JPH0368241 B2 JP H0368241B2
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JP
Japan
Prior art keywords
hydraulic
cylinder
side chamber
pressure oil
hydraulic actuator
Prior art date
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JP59035271A
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English (en)
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JPS60179504A (ja
Inventor
Masatoshi Miki
Katsuaki Toda
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Caterpillar Mitsubishi Ltd
Original Assignee
Caterpillar Mitsubishi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS60179504A publication Critical patent/JPS60179504A/ja
Publication of JPH0368241B2 publication Critical patent/JPH0368241B2/ja
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2217Hydraulic or pneumatic drives with energy recovery arrangements, e.g. using accumulators, flywheels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はエネルギ再生回路、特に油圧シヨベル
に好適なエネルギ再生回路に関する。
(従来の技術) 第1図に従来の油圧シヤベルの油圧系統図の1
例が示され、第1図において、1は油圧シヨベル
本体、2は本体1に枢着されたブーム、3はブー
ム2の先端に枢着されたアーム、4はアーム3の
先端に枢着されたバケツト、5はブーム2を俯仰
動させるブームシリンダ、6はアーム3を揺動さ
せるアームシリンダ、7はバケツト4を回動する
バケツトシリンダ、8,9,10は油圧ポンプ、
11はブームシリンダ5を制御するスプール弁、
12はアームシリンダ6を制御するスプール弁、
13はバケツトシリンダ7を制御するスプール弁
である。
上記従来の油圧シヨベルにおいて、土砂を掬う
ためにバケツト4を水平に前方へ押し出す場合、
スプール弁12のスプールを図において右行させ
て、油圧ポンプ9からの圧油をアームシリンダ6
のヘツド側室に供給してアームシリンダ6を伸長
すると同時に、スプール弁11のスプールを左行
させてブームシリンダ5のロツド側室に油圧ポン
プ8からの圧油を供給し、さらにヘツド側室から
の戻り油をスプール弁11で絞りながら流過させ
てタンクTへ排出している。
(発明が解決しようとする課題) 前述の従来技術には、次のような問題点があ
る。バケツト4を水平に前方に押出す場合、ヘツ
ド側室からの戻り油をスプール弁11で絞りなが
ら流過させてタンクTに排出するため、ブーム2
の重力による自由落下に基くブームシリンダ5か
らの戻り油のエネルギは何ら利用されることなく
捨てられ、ブームシリンダ5を押し下げるため
と、アームシリンダ6を押し上げるためとに、油
圧ポンプ8,9の動力が浪費される。更に、ブー
ムシリンダ5のヘツド側室から排出された高エネ
ルギを有する戻り油は、スプール弁11を流過す
る際に絞られるので、熱を発生し油温を上昇させ
ることになる。
上記の問題点を解消したエネルギ再生回路を提
供することを目的とするものである。
(問題点を解決するための手段) ブームシリンダ、アームシリンダ、バケツトシ
リンダに対する圧油の供給又は排出を制御するロ
ジツク弁を各シリンダ毎に設ける。各シリンダに
圧油を供給する油圧ポンプの配管を再生ライで接
続し、同再生ラインに電磁弁を介装するアーム、
ブーム、バケツトの各枢着部に姿勢検出器の取付
け、同検出器よりの信号を入力する制御装置によ
り、前記各ジツク弁及び各電磁弁を開閉する。
(作用) バケツトの刃先を水平軌跡上に動かして作業さ
せるため、ブームシリンダ又はアームシリンダの
一方を上昇させ他方を自由落下させる場合に、一
方のシリンダの上昇速度及び他方のシリンダに作
用する自由落下荷重に応じて、制御装置を介して
ロジツク弁及び電磁弁が開閉され、自由落下荷重
を受けて降下するシリンダのヘツド側室から排出
される圧油の一部が再生ラインを経て他方のシリ
ンダのヘツド側室に供給され、同圧油の他の一部
が自由落下荷重を受けて降下するシリンダのロジ
ツク弁を介してロツド側室に供給され、一部はタ
ンクに供給される。従つて、自由落下荷重を受け
て降下するシリンダの押側室から排出される高エ
ネルギの戻り油を、他方の上昇シリンダの押室側
に供給することができる。
(実施例) 本発明の実施例を第2図及び第3図を参照しな
がら具体的に説明する。第2図において、1は油
圧シヨベル本体、2はブーム、3はアーム、4は
バケツト、5はブームシリンダ、6はアームシリ
ンダ、7はバケツトシリンダ、8,9,10は油
圧ポンプで、以上は第1図に示す従来のものと同
様である。20,21,22はそれぞれロジツク
弁で、制御装置23から電気信号によつて開閉さ
れる4つのポペツト弁のエレメント20a〜20
d,21a〜21d,22a〜22dと、供給ポ
ート20e,21e,22e、タンクポート20
f,21f,22fの、各シリンダ5〜7のヘツ
ド側室に連結されるシリンダポート20g,21
g,22g、及び各シリンダ5〜7のロツド側室
に連結されるシリンダポート20h,21h,2
2hを具えている。
供給ポート20e,21e,22eはメレメン
ト20cと20dの各ヘツド側室、21cと2
1dの各ヘツド側室、22cと22dの各ヘツド
側室に連通し、タンクポート20f,21f,2
2fはエレメント20aと20bの各ヘツド側
室、21aと21bの各ヘツド側室、22aと2
2bの各ヘツド側室に連通し、シリンダポート2
0g,21g,22gはエレメント20aと20
cの各肩室、21aと21cの各肩室、22aと
20cの各肩室に連通し、シリンダポート20
h,21h,22hはエレメント20bと20d
の各肩室、21bと21dの各肩室、22bと2
2dの各肩室にそれぞれ連通せしめられている。
24,25,26は制御装置23からの電気的信
号により開閉されるバイパス弁、38,39,4
0はブーム2、アーム3、バケツト4の枢着点に
配設された姿勢検知器である。油圧ポンプ8,
9,10とロジツク弁20,21,22の供給ポ
ート20e,21e,22eとを連結する配管2
7,28,29にはそれぞれ供給ポートへの流れ
のみを許容する逆止弁30,31,32が介装さ
れ、各逆止弁の後流側において、配管27は配管
28と電磁弁33を介装した再生ライン34で連
結され、配管29と配管28も電気弁35を介装
した再生ライン36で連結されている。
しかして、例えばブーム2を上昇させる場合に
は、制御装置23からの電気信号をロジツク弁2
0のエレメント20b及び20cに送つてこれを
開くことにより、ポンプ8からの圧油を配管2
7、逆止弁30、ロジツク弁20の供給ポート2
0e、エレメント20c、シリンダポート20g
を経てブームシリンダ5のヘツド側室に供給し、
そのロツド側室からの戻り油はロジツク弁20の
シリンダポート20h、エレメント20b、タン
クポート20fを経てタンクTに排出される。ブ
ーム2を強制的に下降させる場合は制御装置23
からの電気信号をエレメント20a,20dに送
つてこれを開く。
今、アーム3を上昇させると同時にブーム2が
重力で自由落下する場合について、説明の便宜の
ため、この場合に関与する部品のみを第2図より
抽出して描いた第3図を参照しながら説明する。
第3図において第2図と対応する部品には同じ符
号が付されている。この場合、ロジツク弁20の
エレメント20cは全開、20cは全閉とされ、
ロジツク弁21のエレメント21bは全開、21
a,21dは全閉とされているので図には省略さ
れている。
バイパス弁24によりポンプ8をアンロードす
るか又はポンプ8を停止した後、アーム操作レバ
ー37を操作して、バケツト4の刃先が水平軌跡
を描くよう、ブーム2のブームシリンダ5を下げ
方向に制御するとき、アームシリンダ6を所定速
度で伸長するように所定量傾倒すると、これから
の信号によりエレメント21cが所定の開度開
き、バイパス弁25が閉じ、ポンプ9からの圧油
をアームシリンダ6に供給する。そして、アーム
操作レバー37からの信号を入力した制御装置2
3は、電磁弁33を出力してこれを開くととも
に、バケツト4の刃先が水平軌跡を描くよう、ア
ーム3の動きに対し必要となるブーム2の姿勢検
出器38,39より制御装置23で演算により求
め、これに対応した指令値をエレメント20b,
20dに出力して、これを所定の開度に開くよう
に指令する。かくして、ブームシリンダ5のヘツ
ド側室から排出された高エネルギを有する油の1
部はエレメント20dによつて絞られてロツド側
室内に流入するとともにエレメント20bを経て
タンクTに排出される。一般に、前述のようにバ
ケツト4の刃先を水平軌跡上に動かし作業させる
場合、ブームシリンダ5のヘツド側室圧力はアー
ムシリンダ6のヘツド側室圧力よりも高いので、
他の一部は電磁弁33、再生ライン34を通り配
管28に流入してポンプ9から吐出された圧油を
合流してエレメント21cを経てアームシリンダ
6のヘツド側室内に供給される。アームシリンダ
6のヘツド側室への供給量即ちエレメント21c
の開度によつて決まる油量が再生ライン34を通
る油量より大きい場合には、その差の分だけポン
プ9が吐出すれば良い。逆にエレメント21の開
度によつて決まる油量が少いときは、エレメント
20bを経てタンクTに排出する量を増加するこ
とにより、再生ライン34を通る油量を減じれば
良い。そして、ブームシリンダ5の下降速度はエ
レメント20b,20dの開度比で定まり、ま
た、ブームシリンダ5のヘツド押側室内とロツド
側室内の圧力比はエレメント20b,20dの開
度比で定まるので、ブーム2の重量Wの信号を荷
重検出等の手段を用い、制御装置23に入力し
て、これに対応してエレメント20b,20dの
開度比を定めることにより、再生ライン34内圧
力をアームシリンダ6を上昇させるに必要な圧力
に設定できる。
以上のブーム2が下降する場合について説明し
たが、アーム3を上昇させると同時にバケツト4
が重力で自由落下する場合も上記と同様である。
なお、本発明によると、高エネルギの戻り油が
従来のように絞り捨てにされることがないから、
系内油温の上昇が抑えられるので、その理由を以
下に説明する。
第4図は従来方式の油圧回路であり、荷重Wが
作用しているときのポンプ圧油をシリンダヘツド
側に供給し、シリンダピストン側圧油を排出し、
シリンダが下降する状態を示している。このとき
の回路圧損により発生する動力ロス(=圧力×流
量)が熱に変換され、この熱により系内の油の温
度が上昇する。この場合の回路に発生する熱
(E1)は下記により計算することができる。
E1∝p1q1+(pp−p2)q2 ここで q1=A1V q2=A2V E1∝p1A1V+(pp−p2)A2V =ppA2V+p1A1V−p2A2V 次に、本発明による油圧回路を、説明を簡単に
するため、第5図の回路について説明する。ポン
プからの圧油の供給なしにシリンダピストン側の
圧油を、一部はシリンダロツド側へ、残りを排出
する。従来の回路の場合と同様に、シリンダの速
度をVとすると、シリンダピストン側からの流出
油量はq1=A1Vとなる。
発生する熱量(E2)は、 E2∝(p1-p′)q1+(p′-p2)q2+p′q3 ここで q3=q1−q2(A1−A2)V よつて E2∝(p1-p′)A1V+(p′-p2)A2V +p′(A1-A2)V=p1A1V−p2A2V E1、E2を比較するとE1>E2となり、第4図に
示した従来回路に比して、本発明による回路の発
熱は少ない。
この差は、ポンプからの圧油供給に発生する発
熱に相当する。
ただし、上記の計算では、シリンダロツド及び
ピストン側圧力が両ケースで同じと仮定してい
る。
(発明の効果) 本発明によるエネルギ再生回路は、少くとも2
つの油圧アクチユエータと、上記各油圧アクチユ
エータに圧油を供給する油圧ポンプと、上記各油
圧ポンプから各油圧アクチユエータに至る配管に
設けられ同油圧アクチユエータへの圧油の給排を
司掌するロジツク弁と、上記各ロジツク弁に電気
的信号を出力してその開閉及び開度を制御する制
御装置と、上記各ロジツク弁に圧油を供給する配
管を相互に連絡する再生ラインと、上記各再生ラ
インに介挿された電磁弁とを具え、上昇せしめら
れる一方の油圧アクチユエータの上昇速度及び他
方の油圧アクチユエータに作用する自由落下荷重
に応じて上記制御装置からの電気的信号により上
記ロジツク弁の開度を制御することにより自由落
下荷重を受けて降下する他方の油圧アクチユエー
タの押側室から排出された圧油の一部を上記再生
ラインを経て上記一方の油圧アクチユエータのヘ
ツド側室に供給するとともに、他の一部を荷重を
受けて降下する他の油圧アクチユエータのロジツ
ク弁によりロツド側室へ供給するとともに、一部
をタンクへ排出するようにしたので、次のような
効果が得られる。
自由落下荷重を受けて降下する他方の油圧アク
チユエータの押側室から排出される高エネルギの
戻り油を、上昇せしめられる一方の油圧アクチユ
エータの押側室に供給することができるので、戻
り油のエネルギを有効に利用することができる。
また、一方の油圧アクチユエータを上昇させるた
めのポンプ動力を節減できる。しかも高エネルギ
の戻り油は、従来のように絞り捨てにされること
はないので、系内油温を上昇させることもない。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の油圧シヨベルの油圧系統図、第
2図は本発明の1実施例を示す油圧系統図、第3
図は説明の便宜のために第2図を簡略化して示す
油圧系統図、第4図は従来方式の油圧回路のモデ
ル図、第5図は本発明による油圧回路のモデル図
である。 油圧アクチユエータ……5,6,7、ロジツク
弁……20,21,22、制御装置……23、再
生ライン……34,36。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 少くとも2つの油圧アクチユエータと、上記
    各油圧アクチユエータに圧油を供給する油圧ポン
    プと、上記各油圧ポンプから各油圧アクチユエー
    タに至る配管に設けられ同油圧アクチユエータへ
    の圧油の給排を司掌するロジツク弁と、上記各ロ
    ジツク弁に電気的信号を出力してその開閉及び開
    度を制御する制御装置と、上記各ロジツク弁に圧
    油を供給する配管を相互に連絡する再生ライン
    と、上記各再生ラインに介挿された電磁弁とを具
    え、上昇せしめられる一方の油圧アクチユエータ
    の上昇速度及び他方の油圧アクチユエータに作用
    する自由落下荷重に応じて上記制御装置からの電
    気的信号により、上記ロジツク弁の開度を制御す
    ることにより自由落下荷重を受けて降下する他方
    の油圧アクチユエータのヘツド側室から排出され
    た圧油の一部を上記再生ラインを経て上記一方の
    油圧アクチユエータのヘツド側室に供給するとと
    もに、他の一部を荷重を受けて降下する他方の油
    圧アクチユエータのロジツク弁によりロツド側室
    へ供給するとともに一部をタンク室へ排出するこ
    とを特徴とするエネルギ再生回路。
JP59035271A 1984-02-28 1984-02-28 エネルギ再生回路 Granted JPS60179504A (ja)

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