JPS59190566A - 油圧閉回路駆動装置における動力回生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は可変容量形可逆油圧ポンプと可逆油圧モータと
が閉回路を形成するように接続されるクレーン等の産業
機械の油圧閉回路１駆動装置において、巻下げ時ておけ
るエネルギを回４１Ｅする装置に関する。

前記油圧閉回路を形成するクレーン等の産業機械の油圧
回路は一般に第１図のように構成されている。この従来
回路は、エンジン４３によって１駆動される可変容量油
圧ポンプ４１と吊荷を巻上げ巻下げするウィンチのドラ
ム４６を、駆動する油圧モータ４２とか閉回路を形成す
るように接続され、原動機としてのエンジン４３に補機
系回路の負荷ポンプ４４が連結され、その吐出側回路に
リリーフ弁４５が設けられている。この従来の油圧回路
において、巻下げ時には、吊荷荷Ｍｗにより油圧モータ
４２がポンプ作用をし、油圧ポンプ４１は逆にモータ作
用をして回生制動が行われる。ところがこの動力回生時
に油圧ポンプ４１　Ｋより駆動される形となるエンジン
４３自体の回生能力は３０係以下と低く、さらにブース
ト系、補機系に接続される負荷ポンプ４４の回生能力も
、負荷ポンプの吐出圧が＋）＋Ｊ−フ弁４５により補機
系等の作動する定常圧に維持されているので期待できな
い。

もし補機系回路で動力回生を行なうとすると、リリーフ
弁４５を高圧にセットしなければならず、このセット圧
に応じて吊荷Ｗの巻上げ時の負荷圧が犬きくなシ、補機
系回路にエンジン出力を余計にとられることになり、主
、駆動回路の動力不足を生じる。

このような欠点を解決するものとして、第２図または第
３図の回路が提案されている（特公昭５７−２９１８号
公報）。この公知の回路は、前記負荷ポンプ４４の吐出
側に、高圧リリーフ弁５４と低圧リリーフ弁５５とを、
低圧リリーフ弁５５の一次側に高圧リリーフ弁５４のベ
ント管５８を接続して設け、ベント管５８には切換弁５
６を設けてなるものであり、巻上げ運転時には切換弁５
６をａ位置として負荷ポンプ４４の吐出油を低圧リリー
フ弁５５から油タンク５７に戻してセット圧を低圧に保
ち、巻下げ時には切換弁５６を１〕位置に切換えて負荷
ポンプ４４の吐出圧を高圧ＩＪ　ＩＪ−フ弁５４による
高セント圧に保つことにより、吊荷の自由降下を抑制す
る制動力としての回生動力を得るものである。第３図は
その変形例であり、前記高圧リリーフ弁５４のセントス
プリングにセット圧制御用単動シリンダ５９を設け、該
シリンダ５９は巻下げ時に圧力が発生する管路５３に分
岐管６０により接続することにより、巻下げ時における
セント圧、すなわち制動力が吊荷Ｗの荷重に比例して変
化するようにしたものである。

第２図、第３図に示しだ回路によれば、第１図の回路の
持つ欠点は解決できるものの、非回生時には負荷ポンプ
４４はエンジン４３の負荷となシ、エネルギ的に無駄が
多く、また回生時には回生エネルギの一部を負荷ポンプ
４４の駆動エネルギとして消費してしまい、エネルギの
無駄となる。寸だ、負荷ポンプ４４、リリーフ弁５４．
５５、切換弁５６等、追加すべき構成部品が増加し、原
価の上昇と信頼性の低下を招くという欠点がある。

本発明は、上述の欠点を無くして省エネルギ化および構
成の簡略化が達成されると共に、原動機の過回転を防止
しうる油圧閉回路駆動装置における動力回生装置を提供
することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明における油圧閉回路駆
動装置における動力回生装置は、前記原動機の回転数を
検出する回転センサーと、動力回生時に該回転センサー
により検出される原動機回転数が許容回転数を越えない
ように前記油圧ポンプまだは油圧モータの少なくともい
ずれか一方の容量調節手段全制御する制御装置とを備え
たことを特徴とする。

以下本発明の一実施例を第４図ないし第６図により説明
する。第４図はクレーン等の建設機様に搭載される本発
明の油圧システム、第５図１はその制御装置を示し、第
６図は建設機械に搭載されるオールスピードガバナ付ｈ
−ゼルエンジンの出力特性を示す。

第４図において、１はクレーンの巻上ウィンチのドラム
４６を駆動する可逆モータ、９は該可逆モータと閉回路
を形成するように出入口が管路３０．３１により接続さ
れる可変容量形可逆油圧ポンプ、２は管路３０，３１の
最高圧を設定する高圧リリーフ弁、３は回路内の油のフ
ラッシングを行うために設けられたシャトル弁で、その
下流側は低圧リリーフ弁４を介して油タンク５に接続さ
れている。８は回路内に圧油を供給するチャージポンプ
、７は該チャージポンプ８の吐出圧設定用リリーフ弁、
６はチャージポンプ８からの圧油が管路３０，３１に供
給される時に高圧側管路の圧油がバイパスすることを防
ぐ逆止弁である。

前記油圧ポンプ９は本実施例においては斜板ポンプでな
シ、該油圧ポンプ９の斜板の傾転角を制御するサーボ装
置は、ポンプ斜板に連結される可動体３３と、該可動体
３３を移動可能に収容した収容体３４と、該収容体３４
内の可動体３３の両側に収容されて可動体３３を油圧ポ
ンプ９が油を吐出しない位置に保持するばね３５，３６
と、操作用油圧源１４と油タンク５との間に挿入され、
それぞればね３５，３６の各側の室への圧油の給排を制
御する４個の電磁弁１０．］、’１．１２．１３とから
なシ、制御装置１６からのこれらの電磁弁１０〜１３へ
の制御信号によってこれらの電イ１弁１０〜１３を切換
えて可動体３３の位置を移動、保持することにより、傾
転角の制御がなされるようになっている。１５はポンプ
斜板の傾転角を検出する変位センサーであって、ポテン
ショメータからなり、傾転角に応じた電圧値を出力する
ものである。１７は同様に斜板操作用の操作レバー３７
の操作量を電圧値として出力するポテンショメータから
なる操作量センサーである。２０は油圧ポンプ９を駆動
するディーゼルエンジンでなる原動機３８の回転数を周
波数として検出する回転センサー、２１ばその周波数を
電圧に変換するＦ／Ｖコンバータであり、その出力は制
御装置１６に入力される。

制御装置１６は、第５図に示すように、前記各センサー
１５．１７およびＦ／Ｖコンバータ２１の出力のレベル
変換等を行う前処理回路２２と、各センサーの前処理後
の信号を順次入力するマルチプレクサ２３と、入力され
た信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２４と
、演算装置（マイクロコンピュータ）２５と、演算装置
２５による演算結果により前記電磁弁１０〜１３に対す
る駆動信号を作るドライバ回路２６とからなる。

該演算装置２５は、入出力インターフェイス２５ａと、
処理プログラムや固定値を記憶しておくＲＯＭ２５ｂと
、プログラムによる演算処理を行うＣＰ　Ｕ　２５　ｃ
と、データ記憶用のＲＡＭ２５　ｄとからなる。

次にこの実施例装置の作用を第６図を参照しながら説明
する。第４図において、今、油圧ポンプ９の斜板を中立
状態から吊荷Ｗの巻下げ方向に傾転すると、油圧モータ
１は吊荷Ｗによって回転させられ、すなわちポンプ作用
をし、油圧ポンプ９を駆動する。この時、油圧ポンプ９
はモータ作用をし、油圧ポンプ９はディーゼルエンジン
でなる原動機３８を５１駆動する。ディーゼルエンジン
は油圧ポンプ９により駆動される（エネルギ回生する）
と、その出力を制御しているオールスピートカバナの特
性により燃料噴射量が極端に少なくなり、エンジンの摩
擦トルクおよび慣性トルクと、エンジンに供給される回
生トルクがつり合うことになるＱ この様に、吊荷Ｗのエネルギーは、油圧モータＪおよび
油圧ポンプ９を介し７て原動機３８に回生されると共に
、原動機３８は通常、複数の油圧ポンプを１駆動してい
るので、回生エネルギによって他の油圧ポンプが駆動さ
れることになり、省エネルギ効果が太きい。しかし、吊
荷Ｗを巻下げる時に油圧ポンプ９が原動機３８を駆動す
るトルク（回生トルク）Ｔば、（１）式で表わされる。

ただし、ｐ：＋、ｉｘ動圧力（油圧ポンプ９の出入口圧
力差）ｌ？：油圧ポンプ９の理論容量 ？Ｔ：油圧ポンプ９がモータ作用する時のトルク効率 ここで、吊荷Ｗの重量が大きいと（１）式における駆動
圧力ｐは大きくなり、巻下げ速度■が大きいと（１）式
の理論容量Ｚ・が大きくなるから、吊荷Ｗの重量と巻下
げ速度■が共に大きいと回生トルクＴが大きくなり、あ
る一定値（ディーゼルエンジンの場合、一般的には（約
０．３〜０５）×最大トルク）に達すると、原動機であ
るエンジンは許容回転数の上限〜に達することになる。

本発明においては、原動機３８の回転−数が許容回転数
の上限ｎｈｆ達しないように以下の−ように制御する。

吊荷Ｗの巻下げ時に、第６図に示すように、原動機の出
力トルクが負となり、原動機の回転数ｎが許容回転数の
上限ｎＭよりもΔ翰（この△ωｌの値は各々の原動機で
あるエンジンにより異なる）だけ小さい回転数ル１（−
〜　−Δωｌ）に達すると、それまで、操作レバー３７
の操作量センサ−１，７による操作量に見合うポンプ斜
板傾転角となるような制御を行っていた演算装置は、制
御の態様を変え、操作量センサー１７の出力を無視した
制御を行う。すなわち、油圧ポンプ９の斜板の傾転ち電
磁弁１０　ヘ１３をオンとすることによシ止め、吊荷Ｗ
の慣性力によって原動機回転数が恥より大きいル２（−
’Ｍ　△ω２）に達すると、逆に変位センサー１５によ
って検出されるポンプ斜板の傾転角が小さくなるように
電磁弁１０〜１３を制御することにより、（１）式に示
した回生トルクＴを小さくし、原動機の回転数が許容回
転数の一ヒ限〜を越えることを防止する。具体的には、
巻下げ時にははね３６側の室に圧油を供給して斜板を傾
転させているとすれば、変位センサー１５によって検出
される傾転角が小さくなるように、電磁弁１０．１１を
オン、電磁弁１２．１３をオフとしてはね３５側の室に
圧油を供給し、ばね３６側の室の油を損出する。なお、
ポンプ傾転角を小さくするとき、これを急激に行うと、
吊荷にショックを馬え、荷振れを起こすおそれがあるの
で、油圧ポンプ９の傾転な止めたり、傾転角を小さくす
る時には傾転速度を小さくする。このような制御は、電
磁弁１０〜１３の切換えを一定時間をおいて卸欠的に行
うことにより可能となる。傾転角を小さくする制御によ
って原動機の回転数が７Ｌｌよりも小さくなると、ポン
プ斜板が操作レバー３７の操作量に見合う様に電磁弁１
０〜１３を制御する。

上記実施例は油圧モータ］が定容量形のものである場合
について示したが、可変容量形である場合には、油圧モ
ータの理論容量を単独で、寸たは油圧ポンプ９の理論容
量と共に制御することにより、動力回生を行うことがで
きる。油圧モータと油圧ポンプの理論容量を共に制御す
る場合には、油圧モータと油圧ポンプのいずれか一方の
理論容量を制御する場合に比べて制御範囲を広げること
ができる。

第７図および第８図は油圧モーター′が＠１板制御によ
って理論容量が変えられるものであって、該油圧モータ
ー′の理論容量の制御を前記油圧ポンプ９の理論容量の
制御と共に行うようにした実施例である。第７図におい
て、油圧モーター′の斜板の傾転角を制御するザーボ装
置は、収容体３４′に可＼ 動体３３′を移動可能に装着し、可動体３３′と斜板と
を連結し、収容体３４′の一方に他方の室ａに供給され
る圧油に対抗して可動体３３′を押圧するばね３６′を
収容し、電磁弁１０’、　　１３−／を介して操作用油
圧源１４および油タンク５に対して室ａＫ給排される圧
油に応じて可動体３３′が移動し、斜板の傾転角が変化
するように構成されている。１５′は油圧モーフ１′の
斜板の傾転角を検出する変位センサーであり、その出力
は制御装置１６′に入力される。

制御装置１６′においては、第８図のように、演算装置
２５に対し、前記油圧ポンプ９の斜板の傾転角を検出す
る変位センサー１５と、操作量センサー１７と、原動機
回転センサー２０の出力のＦ／Ｖコンバータ２１の各出
力以外に、新たに油圧モータ１′のが１板の傾転角を検
出する変位センサー１５′の出力が、前処理回路２２と
、マルチプレクサ２３とＡ／Ｄ変換器２４を介して入力
される。

また、ドライバ回路２６は、前記油圧モータ１′の斜板
の傾転角制御用電磁弁１．０’、　１１’対応の回路を
含む。

本実施例のように油圧モータ１′の斜板傾転角を制御す
るものにおいては、動力回生時における油圧モータ１′
の斜板の傾転角の制御は、油圧ポンプ９の傾転角の制御
と逆の方法でなされる。すなわち、油圧ポンプ９の場合
は回生動力量を太きぐするには傾転角を小さくしたが、
油圧モータ１′の場合は傾転角を太きぐする。このよう
な油圧モータ１′の斜板の傾転角の制御を行う理由は下
記の理由による。

い捷、油圧ポンプ９と油圧モータ１′の効率を無視し、
両者間の管路３０，３１の圧力損失を無視すれば（２）
　、　（３）式が成立する。

たたし、Ｍｗ・・・吊荷Ｗにより油圧モータ１′にかか
る負荷モーメント Ｐ　・・油圧モータ１′がポンプ作用をして油圧ポンプ
９を、協動する圧力 Ｍｐ・・前記圧力ｐＫより油圧モータの作用をしている
油圧ポンプ９が原動機３ ８を、駆動するモーメント ＰＭ・・油圧モータ１′の理論容量 り・・・油圧ポンプ９の理論容量 （２）　、　（３）式より（４）式が成立する。

Δ／ｋｇ−ヶ （４）式において、油圧ポンプ９の理論容量？、を一定
にしておいて、油圧モータ１′の斜板の傾転角を大きく
することにより理論容量？ッ　を犬とすると、負荷モー
メントｏｗ　　は一定であるから、原動機３８を駆動す
るモーメントＭｐ　　は小と々す、回生動力量が小とな
って原動機３８の過回転を防ぐことが可能となる。また
、（４）式は、油圧ポンプ９の理論界１Ｎ　、、　　を
小とすることによって前記モーメン１−　Ｍｐ　　を小
さくすることができることも表しているＯ 本実施例の具体的々制御例を説明すると、第６図におい
て、回転センサー２０により検出される原動機の回転数
が例えば燃料噴射０点ｒＬｏ　に達すると、制御装置１
６′は変位センサー１５′の出力信号を監視しつつ、電
磁弁１０′、１１′を作動させ、油圧モータ１′の斜板
の傾転量を増大させる。このような傾転角増大により、
変位センサー１５′によって検出される傾転角が最大値
に達し、かつ回転センサー２０によって検出される回転
数が第６図の回転数ｎ、以上になっていれば油圧ポンプ
９の斜板の傾転角も増大させて原動機の過回転を防ぐ。

なお、油圧モータ１′と油圧ポンプ９の容量調節は、前
記のように油圧モータ１′を先行させる方法に限らず、
油圧ポンプ９を先行させたり、同時調節も可能である。

また、斜板制御用サーボ装置や、油圧ポンプ９および油
圧モーフ］′の容量可変構造は実施例のものに限定され
ない。

以上述べたように、本発明は、油圧ポンプまたは油圧モ
ータの少なくともいずれか一方の理論容量を制御するこ
とにより、動力回生中に原動機が過回転することを防ぐ
ことができ、安全であり、かつ油圧システム上のロスが
少なく、吊荷等の負荷のエネルギを最大限に回生ずる事
ができ、省エネルギ効果も大きい。また、従来技術のよ
うに他に油圧ポンプ等を設ける必要がなく、原価低減と
信頼性向上に寄与し、またこの点からも省エネルギに寄
与しうる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は従来の動力回生装置を例示する回
路図、第４図は本発明の一実施例の油圧システムを示す
回路図、第５図はその制御装置のブロック図、第６図は
該実施例の動作説明に供するオールスピードカバナ付デ
ィーゼルエンジンの出力トルク特性図、第７図は本発明
の他の実施例の油圧システムを示す回路図、第８図にそ
の制御装置のブロック図である。 １．１′・・油圧モータ、９　・油圧ポンプ、１５゜１
５′・・・変位センサー、１６・・・制御装置、２０・
・・回転センサー。 特許出願人　日立建機株式会社 代理人　弁理士　秋　本　正　実 代理人　弁理士　若　１）勝　− 第１図　　第２図 げっ 第５図 ］ ６

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原動機により駆動される可変容量形可逆ポンプと可逆油
   圧モータとの間を閉回路が形成されるように接続し、力
   ・つ負イ：〃によシ前記油圧モークが油圧ポンプとして
   作動させられ、前記油圧ポンプが油圧モータとして作動
   させられて動力回生を行うことのある建設機械の油圧閉
   回路駆動装置において、前記原動機の回転数を検出する
   回転センサーと、動力回生時に該回転センサーにより検
   出される原動機回転数が許容回転数を越えないように前
   記油圧ポンプ捷だは油圧モータの少なくともいずれか一
   方の容量調節手段を制御する制御装置とを備えたことを
   特徴とする油圧閉回路、駆動装置における動力回生装置
   。