JPWO2015198644A1 - 作業機械 - Google Patents

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Abstract

旋回減速時に作動油が有するエネルギーを効率良く回生できる作業機械の提供。本発明は、旋回減速検出部57aにて上部旋回体102が減速している状態を検出し、操作判定部57cにて両傾転ポンプモータ14がブームシリンダ1およびアームシリンダ3のいずれにも作動油を供給していない状態と判定し、旋回減速検出部57aにて旋回体102が減速している状態を検出する前の状態で旋回用油圧モータ7へ作動油を供給していた両傾転ポンプモータ14,18の個数が1以上の場合に、ポンプバルブ制御部57dにて切換弁43a,45b,45d,49dを開制御し、かつ両傾転ポンプモータ14,18の押しのけ容積を、両傾転ポンプモータ14,18の吐出圧よりも吸入圧が高くなる側にそれぞれ増加させてモータとして機能させる。

Description

本発明は、例えば旋回体を有する油圧ショベル等の作業機械に関し、特に、油圧モータ等の油圧アクチュエータと油圧ポンプモータとを作動油が流れる流路で閉回路状に接続した油圧回路を備えた作業機械に関する。
油圧ショベル等の建設機械においては、油圧ポンプから、コントロールバルブによる絞りを介して油圧シリンダへ作動油を送り、この油圧シリンダから流出する作動油(戻り作動油)を作動油タンクへ排出する、いわゆる開回路と呼ばれる油圧回路を用いた作業機械が主流である。開回路と呼ばれる油圧回路は、コントロールバルブによる絞りを用いているため、絞りによる圧力損失が大きい。
近年、油圧ポンプモータが吐出する作動油を、油圧シリンダまたは油圧モータ等の油圧アクチュエータへ直接送り、当該油圧アクチュエータを駆動して所定の仕事を行った後の作動油を当該油圧ポンプモータへ直接戻すように環状(閉回路状)に接続した、いわゆる閉回路と呼ばれる油圧回路を用いた作業機械が開発されている。閉回路と呼ばれる油圧回路は、絞りによる圧力損失が少なく、油圧アクチュエータからの戻り作動油が有するエネルギを油圧ポンプモータにて回生することができるため、燃費性能に優れている。また、これら閉回路および開回路を組み合わせた油圧回路についても、提案されている。
この種の閉回路と呼ばれる油圧回路の制御技術の一つとして、旋回減速回生制御が知られている。旋回減速回生制御は、作業機械の上部旋回体の旋回減速時に慣性エネルギ(以下、「旋回減速回生エネルギ」という。)に抗する油圧力(ブレーキ力)により、当該油圧ポンプに対して閉回路状に接続した油圧ポンプモータを油圧モータとして機能させて、エンジン等の駆動をアシストし燃費低減を図るものである。すなわち、この油圧ポンプモータの駆動により生じた力が、ギヤ等の動力伝達装置を介してエンジン等の駆動源に送られ、この駆動源の駆動として本来必要となるエネルギを低減することができる。特に、駆動源がエンジンの場合には、エンジンの駆動に必要となる軽油等の燃料の消費を低減することができる。このように、旋回減速回生制御を用いることによって、燃費の低減が可能となる。
また、この種の閉回路を組み合わせた従来技術が、特許文献1に開示されている。特許文献1は、油圧シリンダや油圧モータ等の複数の油圧アクチュエータのそれぞれに対し1台の油圧ポンプモータを独立して接続した複数の閉回路を備え、これら各油圧ポンプモータによる作動油の吐出流量を制御して、各油圧アクチュエータの作動速度を制御している。また、複数、例えば2つの閉回路に接続された計2台の油圧ポンプモータが吐出した作動油を合流するための流路を油圧回路内に設け、この流路に合流弁を設け、油圧アクチュエータを高速駆動させる際に、合流弁を開動作させ、これら2台の油圧ポンプモータが吐出する作動油を合流させて油圧アクチュエータへ供給させている。
米国特許出願公開第2013/0098016号明細書
上述した特許文献1に開示された従来技術においては、油圧アクチュエータを高速駆動させる構成について記載されているに過ぎない。また、複数の閉回路に接続された各油圧ポンプモータが、特定の油圧アクチュエータを高速駆動させるために、複数の油圧ポンプモータが吐出する作動油を合流して供給しても、前述の旋回減速回生制御を行うに際しては、旋回用油圧モータから排出される作動油を、この旋回用の油圧モータに接続された1台の油圧ポンプモータのみに供給することになる。このため、複数の油圧ポンプモータが吐出する作動油を旋回用の油圧モータに供給して旋回駆動させている状態で、旋回減速回生制御を行ったとしても、それほど多くの旋回減速回生エネルギを回生することはできない。
また、例えば上部旋回体を旋回駆動するための操作レバーの操作により、上部旋回体の旋回減速を指示した場合に、この操作レバーの操作量に対応させて油圧ポンプモータの押しのけ容積を制御した場合には、この油圧ポンプの押しのけ容積が小さく制御されてしまう。このため、上部旋回体が減速している状態における旋回減速回生エネルギの油圧ポンプモータによる回生量が少なくなってしまい、この油圧ポンプモータによる旋回減速回生エネルギの回生率が低下してしまう。
本発明は、上述した従来技術における実状からなされたもので、その目的は、旋回減速時に作動油が有するエネルギを効率良く回生することができる作業機械を提供することにある。
この目的を達成するために、本発明は、旋回体を旋回駆動するための、第1アクチュエータとしての油圧モータと、両方向に作動油の流出入が可能かつ押しのけ容積が制御可能な第1ポンプモータとを、作動油が流れる流路で閉回路状に接続し、前記油圧モータと前記第1ポンプモータとの間の流路を開閉する第1開閉装置を設けた第1油圧回路と、前記油圧モータとは異なる第2油圧アクチュエータと、両方向に作動油の流出入が可能かつ押しのけ容積が制御可能な第2ポンプモータとを、作動油が流れる流路で閉回路状に接続し、前記第2油圧アクチュエータと前記第2ポンプモータとの間の流路を開閉する前記第2開閉装置を設けた第2油圧回路と、前記第1油圧回路と前記第2油圧回路との間に接続した合流流路と、前記第1合流流路を開閉する第1合流流路用開閉装置と、前記第1、第2ポンプモータと前記第1、第2開閉装置および第1合流流路用開閉装置とを制御する制御装置と、を具備し、前記制御装置は、前記旋回体が減速している状態を検出する旋回減速検出部と、前記第2ポンプモータの動作状態を判定するポンプ動作判定部と、前記第1および第2ポンプモータの押しのけ容積と前記第1、第2開閉装置および第1合流流路用開閉装置の開閉とを制御する制御部と、を備え、記旋回減速検出部にて前記旋回体が減速している状態を検出し、前記ポンプ動作判定部にて前記第2ポンプモータが前記第2油圧アクチュエータへ作動油を供給していない状態と判定し、旋回動作に伴う慣性エネルギを前記第1ポンプモータだけで回生できない場合に、前記制御部にて前記第1開閉装置に対し開信号を出力し、前記第2開閉装置に対し閉信号を出力し、当該第2油圧閉回路と前記第1油圧閉回路とを合流させる前記第1合流流路用開閉装置に対し開信号を出力し、さらに前記第1ポンプモータの押しのけ容積と、前記第2ポンプモータの押しのけ容積を、それぞれ吐出圧よりも吸入圧が高くなるように制御してモータとして機能させることを特徴としている。
このように構成した本発明は、ポンプ動作判定部にて第2ポンプモータが油圧アクチュエータへ作動油を供給していない状態と判定し、旋回減速検出部にて旋回体が減速している状態を検出する前の状態で油圧モータへ供給していた作動油を第1ポンプモータにて回収できない場合に、制御部にて第1および第2開閉装置を開制御して、油圧モータから第1ポンプモータへ流れる第1油圧回路内の作動油を第2油圧回路へ分流させることにより、旋回体が減速している状態で油圧モータから排出される作動油が第1および第2ポンプモータのそれぞれへ供給される。この場合に、第1および第2ポンプモータの押しのけ容積を、第1および第2ポンプモータの吐出圧よりも吸入圧が高くなる側にそれぞれ増加させてモータとして機能させることにより、旋回体が減速している状態で油圧モータから排出される作動油が有するエネルギのうちの、第1ポンプモータでは回生し切れないエネルギを、第2ポンプモータにて回生することができる。よって、旋回体が減速している状態で油圧モータから排出される作動油が有するエネルギを第1ポンプモータのみで回生する場合に比べ、旋回体が減速している状態で作動油が有するエネルギを効率良く回生することができる。すなわち、油圧シリンダへ作動油を供給していない第2ポンプモータを有効利用して、旋回減速時のエネルギ回生率を高めることができる。
本発明は、旋回減速検出部にて旋回体が減速している状態を検出する前の状態で油圧モータへ供給していた作動油を第1ポンプモータにて回収できない場合に、油圧モータから第1ポンプモータへ流れる第1油圧回路内の作動油を第2油圧回路へ分流させるとともに、第1および第2ポンプモータの押しのけ容積を、第1および第2ポンプモータの吐出圧よりも吸入圧が高くなる側にそれぞれ増加させてモータとして機能させる。この結果、旋回体が減速している状態で第1ポンプモータでは回生し切れないエネルギを、第2ポンプモータで回生でき、旋回体が減速している状態で油圧モータから排出される作動油が有するエネルギを効率良く回生することができる。また、この回生したエネルギを、例えばエンジン等の駆動源へ供給し、駆動源の駆動に用いることにより、駆動源の駆動に必要な燃料の消費を低減でき、燃費低減が可能となる。そして、前述した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明より明らかにされる。
本発明の第1実施形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルを示す概略図である。 上記作業機械に搭載される油圧駆動装置のシステム構成を示す油圧回路図である。 上記油圧駆動装置の要部構成を示す概略図である。 上記油圧駆動装置にて旋回減速回生制御しない場合を示すタイムチャートで、(a)は操作レバー56dの操作量、(b)は両傾転ポンプモータ14,18の押しのけ容積、(c)は流路209,210内の作動油圧、(d)は旋回用油圧モータ7の回転速度、(e)はリリーフ弁51a,51bを通過する作動油流量である。 上記油圧駆動装置による旋回減速回生制御を示すタイムチャートで、(a)は操作レバー56dの操作量、(b)は両傾転ポンプモータ14,18の押しのけ容積、(c)は流路209,210内の作動油圧、(d)は旋回用油圧モータ7の回転速度、(e)はリリーフ弁51a,51bを通過する作動油流量である。 本発明の第3実施形態に係る作業機械に搭載される油圧駆動装置の要部構成を示す概略図である。 本発明の第4実施形態に係る作業機械に搭載される油圧駆動装置の要部構成を示す概略図である。
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルを示す概略図である。図2は、作業機械に搭載される油圧駆動装置のシステム構成を示す油圧回路図である。本第1実施形態は、油圧ショベルの、いわゆる旋回減速時に油圧モータから排出される作動油が有するエネルギを、複数の油圧ポンプモータで回生可能としている。
<全体構成>
図2に示す、本発明の第1実施形態に係る油圧駆動装置105を搭載する作業機械として、油圧ショベル100を例として説明する。油圧ショベル100は、図1に示すように、左右方向の両側に設けたクローラ式の走行装置を駆動させるための走行用油圧モータ8a,8bを備えた下部走行体103と、下部走行体103上に旋回可能に取り付けた上部旋回体102とを備える。上部旋回体102上には、オペレータが搭乗するキャブ101を設けている。上部旋回体102は、下部走行体103に対し、旋回用油圧モータ7にて旋回可能である。
上部旋回体102の前側には、例えば掘削作業等を行うための作業機械であるフロント作業機104の基端部を回動可能に取り付けている。ここで、前側とは、キャブ101の正面方向(図1中の左方向)をいう。フロント作業機104は、上部旋回体102の前側に基端部を俯仰動可能に連結したブーム2を備える。ブーム2は、作動油(圧油)の供給にて伸縮駆動するブームシリンダ1を介して動作する。ブームシリンダ1は、ロッド1cの先端部を上部旋回体102に連結し、シリンダチューブ1dの基端部をブーム2に連結している。
ブームシリンダ1は、図2に示すように、シリンダチューブ1dの基端側に位置し作動油を供給することによりロッド1cの基端部に取り付けたピストン1eを押圧して作動油圧による荷重を与えて、ロッド1cを伸長移動するヘッド室1aを備える。また、ブームシリンダ1は、シリンダチューブ1dの先端側に位置し作動油を供給することによりピストン1eを押圧して作動油圧による荷重を与えて、ロッド1cを縮退移動するロッド室1bを備える。
ブーム2の先端部には、アーム4の基端部を俯仰動可能に連結している。アーム4は、アームシリンダ3を介して動作する。アームシリンダ3は、ロッド3cの先端部をアーム4に連結し、シリンダチューブ3dをブーム2に連結している。アームシリンダ3は、図2に示すように、シリンダチューブ3dの基端側に位置し作動油を供給することによりロッド3cの基端部に取り付けたピストン3eを押圧して、ロッド3cを伸長移動するヘッド室3aを備える。また、アームシリンダ3は、シリンダチューブ3dの先端側に位置し作動油を供給することによりピストン3eを押圧して、ロッド3cを縮退移動するロッド室3bを備える。
アーム4の先端部には、バケット6の基端部を俯仰動可能に連結している。バケット6は、バケットシリンダ5を介して動作する。バケットシリンダ5は、ロッド5cの先端部をバケット6に連結し、シリンダチューブ5dの基端をアーム4に連結している。バケットシリンダ5は、アームシリンダ3と同様に、ピストン5eを押圧してロッド5cを伸長移動するヘッド室5aと、ピストン5eを押圧してロッド5cを縮退移動するロッド室5bとを備える。
なお、ブームシリンダ1、アームシリンダ3およびバケットシリンダ5のそれぞれは、供給する作動油によって伸縮動作し、この供給する作動油の供給方向に依存して伸縮駆動する片ロッド式油圧シリンダである。油圧駆動装置105は、フロント作業機104を構成するブームシリンダ1、アームシリンダ3およびバケットシリンダ5に加え、旋回用油圧モータ7および走行用油圧モータ8a,8bの駆動に用いる。旋回用油圧モータ7および走行用油圧モータ8a,8bは、作動油の供給を受けて回転方向および回転速度が制御される。
油圧駆動装置105は、図2に示すように、キャブ101内に設置した操作装置としての操作レバー装置56の操作に応じて、油圧アクチュエータであるブームシリンダ1、アームシリンダ3、バケットシリンダ5、旋回用油圧モータ7および走行用油圧モータ8a,8bを駆動する。ブームシリンダ1、アームシリンダ3およびバケットシリンダ5の伸縮動作と、旋回用油圧モータ7の旋回動作、すなわち動作方向および動作速度とは、操作レバー装置56の各操作レバー56a〜56dの操作方向および操作量にて指示する。
油圧駆動装置105は、駆動源であるエンジン9を備える。エンジン9は、例えば所定のギヤ等で構成し動力を配分するための動力伝達装置10に接続している。動力伝達装置10には、両傾転ポンプモータ12,14,16,18と、片傾転ポンプ13,15,17,19と、後述する各閉回路A〜Dの作動油圧が低下した場合に作動油を補充してこれら閉回路A〜Dの作動油圧を確保するチャージポンプ11とをそれぞれ接続している。
両傾転ポンプモータ12,14,16,18は、後述する閉回路A〜Dに用いられ、作動油の吐出方向を変更させて該当する油圧アクチュエータの駆動を制御する必要性から、両方向に作動油が吐出可能な可変容量式の両傾転斜板機構(図示せず)を備える。このため、各両傾転ポンプモータ12,14,16,18は、両方向への作動油の流出入を可能とする一対の流出入ポートを備える。
また、各両傾転ポンプモータ12,14,16,18は、両傾転斜板機構を構成する両傾転式の斜板の傾転角(傾斜角度)を調整して、これら両傾転ポンプモータ12,14,16,18の押しのけ容積(斜板一回転当たりの作動油を押しのける容積)を調整するための流量調整部としてのレギュレータ12a,14a,16a,18aを備える。これら両傾転ポンプモータ12,14,16,18は、いずれかの流出入ポートに高圧の作動油が供給された場合に駆動し、この作動油が有するエネルギを回生する回生用油圧モータとして機能する。さらに、これら両傾転ポンプモータ12,14,16,18は、それぞれの最大吐出容量が等しく、これら両傾転ポンプモータ12,14,16,18に対して閉回路状に接続された所定の油圧アクチュエータの最大操作量の約半分程度の操作量に相当する作動油圧および作動油流量を吐出できる程度の比較的小型な油圧ポンプモータとされている。
両傾転ポンプモータ12は、ブームシリンダ1に対し作動油が流れる流路200,201にて閉回路状に接続した第1ポンプモータである。両傾転ポンプモータ14は、アームシリンダ3に対し作動油が流れる流路203,204にて閉回路状に接続した第1ポンプモータである。両傾転ポンプモータ16は、バケットシリンダ5に対し作動油が流れる流路206,207にて閉回路状に接続した第1ポンプモータである。さらに、両傾転ポンプモータ18は、旋回用油圧モータ7に対し作動油が流れる流路209,210にて閉回路状に接続した第2ポンプモータである。
片傾転ポンプ13,15,17,19は、切換弁44a〜44d,46a〜46d,48a〜48d,50a〜50dにて作動油の供給方向を制御する開回路E〜Hに用いられるため、一方向に作動油を吐出させればよい。このため、片傾転ポンプ13,15,17,19は、片方向にのみ作動油が吐出可能な可変容量式の片傾転斜板機構を備える。よって、各片傾転ポンプ13,15,17,19は、作動油の流出側である出力ポートと、作動油の流入側である入力ポートとを備える。
また、片傾転ポンプ13,15,17,19は、片傾転斜板機構を構成する片傾転式の斜板の傾転角(傾斜角度)を調整して、これら片傾転ポンプ13,15,17,19の押しのけ容積を調整するための流量調整部としてのレギュレータ13a,15a,17a,19aを備える。
さらに、片傾転ポンプ13,15,17,19は、開回路E〜H内の作動油圧を予め定めた所定圧に保持する必要性から、常に所定量(最小吐出流量)以上の流量の作動油を吐出する。各レギュレータ12a〜19aは、コントローラである制御装置57が出力する操作信号に応じて、対応する両傾転ポンプモータおよび片傾転ポンプ12〜19の斜板の傾転角を調整して、これら両傾転ポンプモータ12,14,16,18の吐出方向および吐出流量と、片傾転ポンプ13,15,17,19の吐出流量とを制御する。なお、両傾転ポンプモータおよび片傾転ポンプ12〜19は、斜軸機構など可変傾転機構であればよく、斜板機構に拘るものではない。
具体的に、両傾転ポンプモータ12の一方の流出入ポートを流路200に接続し、他方の流出入ポートを流路201に接続している。流路200,201には、複数、例えば4つの切換弁43a〜43dを接続している。切換弁43a〜43cは、両傾転ポンプモータ12に対して閉回路状に接続したブームシリンダ1、アームシリンダ3、バケットシリンダ5への作動油の供給を切り換えて、これらブームシリンダ1、アームシリンダ3、バケットシリンダ5のうちの必要とする油圧アクチュエータを伸縮駆動させるための開閉装置である。切換弁43dは、両傾転ポンプモータ12に対して閉回路状に接続した旋回用油圧モータ7への作動油の供給を切り換えて、旋回用油圧モータ7の旋回方向を切り換える。切換弁43a〜43dは、制御装置57が出力する操作信号に応じて、流路200,201の導通と遮断とを切り換え、制御装置57からの操作信号の出力が無い場合は遮断状態となる。制御装置57は、切換弁43a〜43dが同時に導通状態にならないように制御する。
切換弁43aは、流路212,213を介してブームシリンダ1に接続している。両傾転ポンプモータ12は、制御装置57が出力する操作信号に応じて切換弁43aが導通状態になった場合に、流路200,201、切換弁43aおよび流路212,213を介してブームシリンダ1に閉回路状に接続する第2油圧回路としての閉回路Aを構成する。切換弁43bは、流路214,215を介してアームシリンダ3に接続している。両傾転ポンプモータ12は、制御装置57が出力する操作信号に応じて切換弁43bが導通状態になった場合に、流路200,201、切換弁43bおよび流路214,215を介してアームシリンダ3に閉回路状に接続する第2油圧回路としての閉回路Bを構成する。
切換弁43cは、流路216,217を介してバケットシリンダ5に接続している。両傾転ポンプモータ12は、制御装置57が出力する操作信号に応じて切換弁43cが導通状態になった場合に、流路200,201、切換弁43cおよび流路216,217を介してバケットシリンダ5に閉回路状に接続する第2油圧回路としての閉回路Cを構成する。切換弁43dは、流路218,219を介して旋回用油圧モータ7に接続している。両傾転ポンプモータ12は、制御装置57が出力する操作信号に応じて切換弁43dが導通状態になった場合に、流路200,201、切換弁43dおよび流路218,219を介して旋回用油圧モータ7に閉回路状に接続する第1油圧回路としての閉回路Dを構成する。
流路212は、ブームシリンダ1を後述する開回路E〜Hの複数の切換弁44a,46a,48a,50aに独立して接続するためのものである。流路214は、アームシリンダ3を開回路E〜Hの複数の切換弁44b,46b,48b,50bに独立して接続するためのものである。流路216は、バケットシリンダ5を開回路E〜Hの複数の切換弁44c,46c,48c,50cに独立して接続するためのものである。
また、両傾転ポンプモータ14の一方の流出入ポートに流路203を接続し、他方の流出入ポートに流路204を接続している。流路203,204には、複数、例えば4つの切換弁45a〜45dを接続している。切換弁45a〜45cは、両傾転ポンプモータ14に対して閉回路状に接続したブームシリンダ1、アームシリンダ3およびバケットシリンダ5への作動油の供給を切り換えて、これらブームシリンダ1、アームシリンダ3、バケットシリンダ5のうちの必要とする油圧アクチュエータを伸縮駆動させる。切換弁45dは、両傾転ポンプモータ14に対して閉回路状に接続した旋回用油圧モータ7への作動油の供給を切り換えて、旋回用油圧モータ7の旋回方向を切り換える。切換弁45a〜45dは、制御装置57が出力する操作信号に応じて、流路203,204の導通と遮断とを切り換え、制御装置57からの操作信号の出力が無い場合に遮断状態となる。制御装置57は、切換弁45a〜45dが同時に導通状態にならないように制御する。
切換弁45aは、流路212,213を介してブームシリンダ1に接続している。両傾転ポンプモータ14は、制御装置57が出力する操作信号に応じて切換弁45aが導通状態になった場合に、流路203,204、切換弁45aおよび流路212,213を介してブームシリンダ1に環状、すなわち閉回路状に接続する。切換弁45bは、流路214,215を介してアームシリンダ3に接続している。両傾転ポンプモータ14は、制御装置57が出力する操作信号に応じて切換弁45bが導通状態になった場合に、流路203,204、切換弁45bおよび流路214,215を介してアームシリンダ3に閉回路状に接続する。
切換弁45cは、流路216,217を介してバケットシリンダ5に接続している。両傾転ポンプモータ14は、制御装置57が出力する操作信号に応じて切換弁45cが導通状態になった場合に、流路203,204、切換弁45cおよび流路216,217を介してバケットシリンダ5に閉回路状に接続する。切換弁45dは、流路218,219を介して旋回用油圧モータ7に接続している。両傾転ポンプモータ14は、制御装置57が出力する操作信号に応じて切換弁45dが導通状態になった場合に、流路203,204、切換弁45dおよび流路218,219を介して旋回用油圧モータ7に閉回路状に接続する。
両傾転ポンプモータ16の一方の流出入ポートに流路206を接続し、他方の流出入ポートに流路207を接続している。流路206,207には、複数、例えば4つの切換弁47a〜47dを接続している。切換弁47a〜47cは、両傾転ポンプモータ16に対して閉回路状に接続したブームシリンダ1、アームシリンダ3およびバケットシリンダ5への作動油の供給を切り換えて、これらブームシリンダ1、アームシリンダ3、バケットシリンダ5のうちの必要とする油圧アクチュエータを伸縮駆動させる。切換弁47dは、両傾転ポンプモータ16に対して閉回路状に接続した旋回用油圧モータ7への作動油の供給を切り換えて、旋回用油圧モータ7の旋回方向を切り換える。切換弁47a〜47dは、制御装置57が出力する操作信号に応じて、流路の導通と遮断とを切り換え、制御装置57からの操作信号の出力が無い場合に遮断状態となる。制御装置57は、切換弁47a〜47dが同時に導通状態にならないように制御する。
切換弁47aは、流路212,213を介してブームシリンダ1に接続している。両傾転ポンプモータ16は、制御装置57が出力する操作信号に応じて切換弁47aが導通状態になった場合に、流路206,207、切換弁47aおよび流路212,213を介してブームシリンダ1に閉回路状に接続する。切換弁47bは、流路214,215を介してアームシリンダ3に接続している。両傾転ポンプモータ16は、制御装置57が出力する操作信号に応じて切換弁47bが導通状態になった場合に、流路206,207、切換弁47bおよび流路214,215を介してアームシリンダ3に閉回路状に接続する。
切換弁47cは、流路216,217を介してバケットシリンダ5に接続している。両傾転ポンプモータ16は、制御装置57が出力する操作信号に応じて切換弁47cが導通状態になった場合に、流路206,207、切換弁47cおよび流路216,217を介してバケットシリンダ5に閉回路状に接続する。切換弁47dは、流路218,219を介して旋回用油圧モータ7に接続している。両傾転ポンプモータ16は、制御装置57が出力する操作信号に応じて切換弁47dが導通状態になった場合に、流路206,207、切換弁47dおよび流路218,219を介して旋回用油圧モータ7と閉回路状に接続する。
両傾転ポンプモータ18の一方の流出入ポートに流路209を接続し、他方の流出入ポートに流路210を接続している。流路209,210には、複数、例えば4つの切換弁49a〜49dを接続している。切換弁49a〜49cは、両傾転ポンプモータ18に対して閉回路状に接続したブームシリンダ1、アームシリンダ3およびバケットシリンダ5への作動油の供給を切り換えて、これらブームシリンダ1、アームシリンダ3、バケットシリンダ5のうちの必要とする油圧アクチュエータを伸縮駆動させる。切換弁49dは、両傾転ポンプモータ18に対して閉回路状に接続した旋回用油圧モータ7への作動油の供給を切り換えて、旋回用油圧モータ7の旋回方向を切り換える。切換弁49a〜49dは、制御装置57が出力する操作信号に応じて、流路の導通と遮断とを切り換え、制御装置57からの操作信号の出力が無い場合は遮断状態となる。制御装置57は、切換弁49a〜49dが同時に導通状態にならないように制御する。
切換弁49aは、流路212,213を介してブームシリンダ1に接続している。両傾転ポンプモータ18は、制御装置57が出力する操作信号に応じて切換弁49aが導通状態になった場合に、流路209,210、切換弁49aおよび流路212,213を介してブームシリンダ1と閉回路状に接続する。切換弁49bは、流路214,215を介してアームシリンダ3に接続している。両傾転ポンプモータ18は、制御装置57が出力する操作信号に応じて切換弁49bが導通状態になった場合に、流路209,210、切換弁49bおよび流路214,215を介してアームシリンダ3に閉回路状に接続する。
切換弁49cは、流路216,217を介してバケットシリンダ5に接続している。両傾転ポンプモータ18は、制御装置57が出力する操作信号に応じて切換弁49cが導通状態になった場合に、流路209,210、切換弁49cおよび流路216,217を介してバケットシリンダ5に閉回路状に接続する。切換弁49dは、流路218,219を介して旋回用油圧モータ7に接続している。両傾転ポンプモータ18は、制御装置57が出力する操作信号に応じて切換弁49dが導通状態になった場合に、流路209,210、切換弁49dおよび流路218,219を介して旋回用油圧モータ7に閉回路状に接続する。
片傾転ポンプ13の出力ポートには、流路202を介して複数、例えば4つの切換弁44a〜44dと、リリーフ弁21とを接続している。片傾転ポンプ13の入力ポートは、作動油タンク25に接続して開回路Eとしている。切換弁44a〜44dは、制御装置57が出力する操作信号に応じて流路202の導通と遮断とを切り換え、片傾転ポンプ13から流出する作動油の供給先を、後述する連結流路301〜304に切り換え、制御装置57からの操作信号の出力が無い場合に遮断状態となる。制御装置57は、切換弁44a〜44dが同時に導通状態にならないように制御する。
切換弁44aは、連結流路301と流路212とを介してブームシリンダ1に接続している。連結流路301は、流路212から分岐して設けている。切換弁44bは、連結流路302と流路214とを介してアームシリンダ3に接続している。連結流路302は、流路214から分岐して設けている。切換弁44cは、連結流路303と流路216とを介してバケットシリンダ5に接続している。連結流路303は、流路216から分岐して設けている。切換弁44dは、連結流路304と流路220と介して、走行用油圧モータ8a,8bへの作動油の給排出を制御するコントロールバルブとしての比例切換弁54,55に接続している。リリーフ弁21は、流路202内の作動油圧が所定の圧力以上になった場合に、この流路202内の作動油を作動油タンク25へ逃がして流路202、ひいては油圧駆動装置105(油圧回路)を保護する。
流路202と作動油タンク25との間には、ブリードオフ弁64を接続している。ブリードオフ弁64は、切換弁44a〜44dと片傾転ポンプ13とを繋ぐ流路202から分岐して作動油タンク25へ繋がる流路上に接続している。ブリードオフ弁64は、制御装置57が出力する操作信号に応じて、流路202から作動油タンク25に流す作動油の流量を制御する。ブリードオフ弁64は、制御装置57からの操作信号の出力が無い場合は遮断状態となる。
片傾転ポンプ15の出力ポートには、流路205を介して複数、例えば4つの切換弁46a〜46dと、リリーフ弁22とを接続している。片傾転ポンプ15の入力ポートは、作動油タンク25に接続して開回路Fとしている。切換弁46a〜46dは、制御装置57が出力する操作信号に応じて流路205の導通と遮断とを切り換え、片傾転ポンプ15から流出する作動油の供給先を、連結流路301〜304に切り換え、制御装置57からの操作信号の出力が無い場合に遮断状態となる。制御装置57は、切換弁46a〜46dが同時に導通状態にならないように制御する。
切換弁46aは、連結流路301および流路212を介してブームシリンダ1に接続している。切換弁46bは、連結流路302および流路214を介してアームシリンダ3に接続している。切換弁46cは、連結流路303および流路216を介してバケットシリンダ5に接続している。切換弁46dは、連結流路304および流路220を介して比例切換弁54,55に接続している。リリーフ弁22は、流路205内の作動油圧が所定の圧力以上になった場合に、この流路205内の作動油を作動油タンク25へ逃がして流路205を保護する。
流路205と作動油タンク25との間には、ブリードオフ弁65を接続している。ブリードオフ弁65は、切換弁46a〜46dと片傾転ポンプ15とを繋ぐ流路205から分岐して作動油タンク25へ繋がる流路上に接続している。ブリードオフ弁65は、制御装置57が出力する操作信号に応じて、流路205から作動油タンク25に流す作動油の流量を制御する。ブリードオフ弁65は、制御装置57からの操作信号の出力が無い場合は遮断状態となる。
片傾転ポンプ17の出力ポートには、流路208を介して複数、例えば4つの切換弁48a〜48dと、リリーフ弁23とを接続している。片傾転ポンプ17の入力ポートは、作動油タンク25に接続して開回路Gとしている。切換弁48a〜48dは、制御装置57が出力する操作信号に応じて流路208の導通と遮断とを切り換え、片傾転ポンプ17から流出する作動油の供給先を、連結流路301〜304に切り換え、制御装置57からの操作信号の出力が無い場合に遮断状態となる。制御装置57は、切換弁48a〜48dが同時に導通状態にならないように制御する。
切換弁48aは、連結流路301および流路212を介してブームシリンダ1に接続している。切換弁48bは、連結流路302および流路214を介してアームシリンダ3に接続している。切換弁48cは、連結流路303および流路216を介してバケットシリンダ5に接続している。切換弁48dは、連結流路304および流路220を介して比例切換弁54,55に接続している。リリーフ弁23は、流路208内の作動油圧が所定の圧力以上になった場合に、この流路208内の作動油を作動油タンク25へ逃がして流路208を保護する。
流路208と作動油タンク25との間には、ブリードオフ弁66を接続している。ブリードオフ弁66は、切換弁48a〜48dと片傾転ポンプ17とを繋ぐ流路208から分岐して作動油タンク25へ繋がる流路上に接続している。ブリードオフ弁66は、制御装置57が出力する操作信号に応じて、流路208から作動油タンク25に流す流量を制御する。ブリードオフ弁66は、制御装置57からの操作信号の出力が無い場合は遮断状態となる。
片傾転ポンプ19の出力ポートには、流路211を介して複数、例えば4つの切換弁50a〜50dと、リリーフ弁24とを接続している。片傾転ポンプ19の入力ポートは、作動油タンク25に接続して開回路Hとしている。切換弁50a〜50dは、制御装置57が出力する操作信号に応じて流路211の導通と遮断とを切り換え、片傾転ポンプ19から流出する作動油の供給先を、連結流路301〜304に切り換え、制御装置57からの操作信号の出力がない場合は遮断状態となる。制御装置57は、切換弁50a〜50dが同時に導通状態にならないように制御する。
切換弁50aは、連結流路301および流路212を介してブームシリンダ1に接続している。切換弁50bは、連結流路302および流路214を介してアームシリンダ3に接続している。切換弁50cは、連結流路303および流路216を介してバケットシリンダ5に接続している。切換弁50dは、連結流路304および流路220を介して比例切換弁54,55に接続している。リリーフ弁24は、流路211内の作動油圧が所定の圧力以上になった場合に、この流路211内の作動油を作動油タンク25へ逃がして流路211を保護する。
切換弁44a〜44d,46a〜46d,48a〜48d,50a〜50dは、開回路E〜Hから閉回路A〜Dへの作動油の供給、および閉回路A〜Dから開回路E〜Hへの作動油の分流を制御する機能を有している。
流路211と作動油タンク25との間には、ブリードオフ弁67を接続している。ブリードオフ弁67は、切換弁50a〜50dと片傾転ポンプ19とを繋ぐ流路211から分岐して作動油タンク25へ繋がる流路上に接続している。ブリードオフ弁67は、制御装置57が出力する操作信号に応じて、流路211から作動油タンク25に流す作動油の流量を制御する。ブリードオフ弁67は、制御装置57からの操作信号の出力が無い場合は遮断状態となる。
連結流路301は、複数の開回路E〜Hのうちの少なくとも1つの切換弁44a,46a,48a,50aの作動油の排出側に接続した開回路用接続流路305a〜308aと、流路212に接続した閉回路用接続流路309aとで構成している。連結流路302は、複数の開回路E〜Hのうちの少なくとも1つの切換弁44b,46b,48b,50bの作動油の排出側に接続した開回路用接続流路305b〜308bと、流路214に接続した閉回路用接続流路309bとで構成している。連結流路303は、複数の開回路E〜Hのうちの少なくとも1つの切換弁44c,46c,48c,50cの作動油の排出側に接続した開回路用接続流路305c〜308cと、流路216に接続した閉回路用接続流路309cとで構成している。流路304は、複数の開回路E〜Hのうちの少なくとも1つの切換弁44d,46d,48d,50dの作動油の排出側に接続した開回路用接続流路305d〜308dと、接続流路309dとで構成している。
油圧駆動装置105は、両傾転ポンプモータ12,14,16,18とブームシリンダ1、アームシリンダ3、バケットシリンダ5および旋回用油圧モータ7とが、これら両傾転ポンプモータ12,14,16,18の一方の流出入ポートから油圧アクチュエータを介して他方の流出入ポートへ閉回路状に接続した閉回路A〜D、および片傾転ポンプ13,15,17,19と、切換弁44a〜44d,46a〜46d,48a〜48d,50a〜50dとが、これら片傾転ポンプ13,15,17,19の出力ポートに切換弁44a〜44d,46a〜46d,48a〜48d,50a〜50dを接続し、これら片傾転ポンプ13,15,17,19の入力ポートに作動油タンク25を接続した開回路E〜Hを備えている。これら閉回路A〜Dおよび開回路E〜Hは、閉回路Aおよび開回路E、閉回路Bおよび開回路F、閉回路Cおよび開回路G、閉回路Dおよび開回路Hが組み合わされ、これら閉回路と開回路とが例えば4回路ずつ、対をなして設けている。
チャージポンプ11の吐出口は、流路229を介してチャージ用リリーフ弁20、およびチャージ用チェック弁26〜29,40a,40b,41a,41b,42a,42bに接続している。チャージポンプ11の吸込口は、作動油タンク25に接続している。チャージ用リリーフ弁20は、チャージ用チェック弁26〜29,40a,40b,41a,41b,42a,42bのチャージ圧力を調整する。
チャージ用チェック弁26は、流路200,201内の作動油圧が、チャージ用リリーフ弁20で設定した圧力を下回った場合に、流路200,201にチャージポンプ11から作動油を供給する。チャージ用チェック弁27は、流路203,204内の作動油圧が、チャージ用リリーフ弁20で設定した圧力を下回った場合に、流路203,204にチャージポンプ11から作動油を供給する。チャージ用チェック弁28は、流路206,207内の作動油圧が、チャージ用リリーフ弁20で設定した圧力を下回った場合に、流路206,207にチャージポンプ11から作動油を供給する。チャージ用チェック弁29は、流路209,210内の作動油圧が、チャージ用リリーフ弁20で設定した圧力を下回った場合に、流路209,210にチャージポンプ11から作動油を供給する。
チャージ用チェック弁40a,40bは、流路212,213内の作動油圧が、チャージ用リリーフ弁20で設定した圧力を下回った場合に、流路212,213にチャージポンプ11から作動油を供給する。チャージ用チェック弁41a,41bは、流路214,215内の作動油圧が、チャージ用リリーフ弁20で設定した圧力を下回った場合に、流路214,215にチャージポンプ11から作動油を供給する。チャージ用チェック弁42a,42bは、流路216,217内の作動油圧が、チャージ用リリーフ弁20で設定した圧力を下回った場合に、流路216,217にチャージポンプ11から作動油を供給する。
流路200,201間には、一対のリリーフ弁30a,30bを接続している。リリーフ弁30a,30bは、流路200,201内の作動油圧が所定の圧力以上になった場合に、流路200,201内の作動油を、チャージ用リリーフ弁20を介して作動油タンク25へ逃がして流路200,201を保護する。同様に、流路203,204間には、一対のリリーフ弁31a,31bを接続している。リリーフ弁31a,31bは、流路203,204内の作動油圧が所定の圧力以上になった場合に、流路203,204内の作動油を、チャージ用リリーフ弁20を介して作動油タンク25へ逃がして流路203,204を保護する。
流路206,207間にもまた、リリーフ弁32a,32bを接続している。リリーフ弁32a,32bは、流路206,207内の作動油圧が所定の圧力以上になった場合に、流路206,207内の作動油を、チャージ用リリーフ弁20を介して作動油タンク25へ逃がして流路206,207を保護する。流路209,210間にもまた、リリーフ弁33a,33bを接続している。リリーフ弁33a,33bは、流路209,210内の作動油圧が所定の圧力以上になった場合に、流路209,210内の作動油を、チャージ用リリーフ弁20を介して作動油タンク25へ逃がして流路209,210を保護する。
流路212は、ブームシリンダ1のヘッド室1aに接続している。流路213は、ブームシリンダ1のロッド室1bに接続している。流路212,213間には、リリーフ弁37a,37bを接続している。リリーフ弁37a,37bは、流路212,213内の作動油圧が所定の圧力以上になった場合に、流路212,213内の作動油を、チャージ用リリーフ弁20を介して作動油タンク25に逃がして流路212,213を保護する。流路212,213間には、フラッシング弁34を接続している。フラッシング弁34は、流路212,213内の余剰分の作動油(余剰油)を、チャージ用リリーフ弁20を介して作動油タンク25に排出する。
流路214は、アームシリンダ3のヘッド室3aに接続している。流路215は、アームシリンダ3のロッド室3bに接続している。流路214,215間には、リリーフ弁38a,38bを接続している。リリーフ弁38a,38bは、流路214,215内の作動油圧が所定の圧力以上になった場合に、流路214,215内の作動油を、チャージ用リリーフ弁20を介して作動油タンク25へ逃がして流路214,215を保護する。流路214,215間には、フラッシング弁35を接続している。フラッシング弁35は、流路214,215内の余剰分の作動油を、チャージ用リリーフ弁20を介して作動油タンク25に排出する。
流路216は、バケットシリンダ5のヘッド室5aに接続している。流路217は、バケットシリンダ5のロッド室5bに接続している。流路216,217間には、リリーフ弁39a,39bを接続している。リリーフ弁39a,39bは、流路216,217内の作動油圧が所定の圧力以上になった場合に、流路216,217内の作動油を、チャージ用リリーフ弁20を介して作動油タンク25へ逃がして流路216,217を保護する。流路216,217間には、フラッシング弁36を接続している。フラッシング弁36は、流路216,217内の余剰分の作動油を、チャージ用リリーフ弁20を介して作動油タンク25に排出する。
流路218,219は、旋回用油圧モータ7にそれぞれ接続している。流路218,219間には、リリーフ弁51a,51bを接続している。リリーフ弁51a,51bは、流路218,219間の作動油の圧力差(流路圧力差)が所定の圧力(以下、「設定リリーフ圧」という。)以上になった場合に、高圧側の流路218,219内の作動油を低圧側の流路219,218へ逃がして流路218,219を保護する。
比例制御弁54と走行用油圧モータ8aとは、流路221,222にて接続している。流路221,222間には、リリーフ弁52a,52bを接続している。リリーフ弁52a,52bは、流路221,222間の作動油の圧力差が、予め定めた設定リリーフ圧以上になった場合に、高圧側の流路221,222内の作動油を低圧側の流路222,221へ逃がして流路221,222を保護する。比例切換弁54は、制御装置57が出力する操作信号に応じて、流路220と作動油タンク25との接続先を、流路221および流路222のいずれかに切り換える。
比例切換弁55と走行用油圧モータ8bとは、流路223,224にて接続している。流路223,224間には、リリーフ弁53a,53bを接続している。リリーフ弁53a,53bは、流路223,224間の作動油の圧力差が予め定めた設定リリーフ圧以上になった場合に、高圧側の流路223,224内の作動油を低圧側の流路224,223へ逃がして流路223,224を保護する。比例切換弁55は、制御装置57が出力する操作信号に応じて、流路220と作動油タンク25との接続先を、流路223および流路224のいずれかに切り換える。
制御装置57は、操作レバー装置56からのブームシリンダ1、アームシリンダ3およびバケットシリンダ5の伸縮方向および伸縮速度の指令値と、旋回用油圧モータ7および走行用油圧モータ8a,8bの回転方向および回転速度の指令値と、油圧駆動装置105内の種々のセンサ情報に基づいて、各レギュレータ12a〜19a、切換弁43a〜50a,43b〜50b,43c〜50c,43d〜50d、および比例切換弁54,55を制御する。
具体的に、制御装置57は、例えば、ブームシリンダ1のヘッド室1aおよびロッド室1bに接続した流路212側の両傾転ポンプモータ12の流量である第1流量と、連結流路301に切換弁44aを介して接続した片傾転ポンプ13の流量である第2流量との比が、ブームシリンダ1のヘッド室1aとロッド室1bとの受圧面積に応じて予め設定した所定値となるように、これら第1流量および第2流量を制御する受圧面積比制御を行う。同様に、制御装置57は、ブームシリンダ1以外のアームシリンダ3およびバケットシリンダ5についても、上記受圧面積比制御を行う。
制御装置57は、ブームシリンダ1、アームシリンダ3およびバケットシリンダ5のうちの少なくとも1つ以上を動作した際に、切換弁43a〜50a,43b〜50b,43c〜50c,43d〜50dを適宜制御して、対応する片傾転ポンプ13,15,17,19と同じ台数の両傾転ポンプモータ12,14,16,18が吐出する作動油を、動作するブームシリンダ1、アームシリンダ3およびバケットシリンダ5のうちの少なくとも1つ以上に供給する。
操作レバー装置56の操作レバー56aは、ブームシリンダ1の伸縮方向および伸縮速度の指令値を制御装置57に与える。操作レバー56bは、アームシリンダ3の伸縮方向および伸縮速度の指令値を制御装置57に与え、操作レバー56cは、バケットシリンダ5の伸縮方向および伸縮速度の指令値を制御装置57に与える。操作レバー56dは、旋回用油圧モータ7の回転方向および回転速度の指令値を制御装置57に与える。なお、走行用油圧モータ8a,8bの回転方向および回転速度の指令値を制御装置57に与える操作レバー(図示せず)も備えている。
<要部構成>
図3は、油圧駆動装置105の要部構成を示す概略図である。すなわち、図3は、上記第1実施形態に係る油圧回路の要部を図2から抽出した油圧回路図である。なお、図3では、ブームシリンダ1、アームシリンダ3の回路を図2中から抽出して図示しているが、その他のバケットシリンダ5の回路も同様の構成としている。図3において、細かな点で図2とは配置等が異なるものの各機能が同一であるため、すでに説明した構成は同一符号を付して、その説明を省略する。
油圧駆動装置105は、ブームシリンダ1と両傾転ポンプモータ12とを閉回路状に接続した閉回路Aと、アームシリンダ3と両傾転ポンプモータ14とを閉回路状に接続した閉回路Bと、旋回用油圧モータ7と両傾転ポンプモータ18とを閉回路状に接続した閉回路Dと、閉回路Bの流路203と閉回路Dの流路218とを接続する合流流路230と、閉回路Bの流路204と閉回路Dの流路219とを接続する合流流路231と、これら合流流路230,231に接続した切換弁45dと、両傾転ポンプモータ12,14,18、旋回用油圧モータ7および切換弁43a,45b,45d,49dを制御する制御装置57とにて構成している。尚、閉回路Aの流路200と閉回路Dの流路218とを接続する合流流路(第2合流流路)、及び閉回路Aの流路201と閉回路Dの流路219とを接続する合流流路(第2合流流路)、及び、これらの合流流路に設けられる切換弁(第2合流流路用開閉装置)については、説明を容易にする為に省略している。
(操作レバー装置)
操作レバー装置56は、操作レバー56a,56b,56dを操作した場合に、ブームシリンダ1,アームシリンダ3および旋回用油圧モータ7の駆動指令を制御装置57に与える。制御装置57は、操作レバー装置56から駆動指令を受けた場合に、各制御信号線を介して両傾転ポンプモータ12,14,18へ制御信号を出力する。両傾転ポンプモータ12,14,18は、制御信号を受けた場合にレギュレータ12a,14a,18aが制御され、両傾転ポンプモータ12,14,18の吐出方向および吐出流量を制御してブームシリンダ1、アームシリンダ3の伸縮動作、あるいは旋回用油圧モータ7の旋回動作を制御する。両傾転ポンプモータ14,18が吐出した作動油は、合流流路230,231を介して合流してから、旋回用油圧モータ7へ供給可能であり、旋回用油圧モータ7を、2台の両傾転ポンプモータ14,18で高速駆動できる油圧回路となっている。
(閉回路構造)
閉回路Aにおいて、両傾転ポンプモータ12の押しのけ容積は、レギュレータ12aにて制御する。レギュレータ12aは、制御信号線を介して制御装置57に接続している。レギュレータ12aは、吐出方向を含んだ押しのけ容積指令値に応じた指令信号を制御装置57から受け、この指令信号に従い両傾転ポンプモータ12の押しのけ容積を制御する。具体的に、レギュレータ12aは、例えば制御装置57から押しのけ容積の値を正負の符号付きの情報で受け取り、この押しのけ容積の符号で吐出方向が決まる。
ブームシリンダ1の伸縮(伸長/縮退)方向は、両傾転ポンプモータ12の作動油の吐出方向に依存する。ブームシリンダ1のヘッド室1aおよびロッド室1bの作動油圧は、ブームシリンダ1のピストン1eのヘッド室1a側の受圧面とロッド室1b側の受圧面とに作用する。ピストン1eは、ヘッド室1aおよびロッド室1bから荷重を受ける。ピストン1eに作用する荷重差がピストン1eを駆動する駆動力となる。ブームシリンダ1の伸縮速度は、両傾転ポンプモータ12の押しのけ容積と、エンジン9から動力伝達装置10を介して伝達する両傾転ポンプモータ12の回転数で決まる。
流路200,201に第3開閉装置としての切換弁43aを接続している。切換弁43aは、制御信号線を介して制御装置57に接続し、制御装置57から制御信号を受け、この制御信号に従い流路200,201の導通および遮断を制御する。また、流路200,201に圧力検出部としての圧力センサ60a,60bを接続している。圧力センサ60a,60bは、制御信号線を介して制御装置57に接続している。圧力センサ60aは、レギュレータ12aへ押しのけ容積が正の値で入力した場合に両傾転ポンプモータ12から作動油を吐出する方向の流路、すなわち流路200に設置している。圧力センサ60bは、レギュレータ12aへ押しのけ容積が負の値で入力した場合に両傾転ポンプモータ12から作動油を吐出する方向の流路、すなわち流路201に設置している。
なお、アームシリンダ3および旋回用油圧モータ7においても、閉回路B,Dを構成する要素は同様であるため、これら閉回路B,Dについての説明は省略する。閉回路Bの流路203,204、および閉回路Dの流路209,210にもまた、両傾転ポンプモータ14,18の各流出入ポートにおける作動油圧(吐出吸入圧)を検出するための圧力検出部としての圧力センサ61a、61b,62a,62bを接続している。閉回路Dの流路209と流路218との間、および閉回路Dの流路210と流路219との間には、切換弁49dを接続している。
旋回用油圧モータ7の回転方向は、両傾転ポンプモータ18の作動油の吐出方向に依存する。旋回用油圧モータ7の回転速度は、両傾転ポンプモータ18の押しのけ容積と、エンジン9から動力伝達装置10を介して伝達する両傾転ポンプモータ18の回転数で決まる。
(制御装置)
制御装置57は、操作レバー56a,56b,56dの操作に応じて両傾転ポンプモータ12,14,18および切換弁43a,45b,45d,49dを制御する。制御装置57は、旋回減速検出部57a,回生可能量演算部57b,操作判定部57c,およびポンプバルブ制御部57dを備える。そして、制御装置57は、旋回減速検出部57aにて上部旋回体102が減速している状態かを検出し、回生可能量演算部57bにて回生に用いるポンプモータの個数を演算するとともに、操作判定部57cにて両傾転ポンプモータ12,14のうちの旋回駆動以外の駆動に用いられていないポンプモータの存在を判定する。
具体的に、旋回減速検出部57aは、操作レバー56dの操作量に応じて出力される駆動指令を、制御信号線を介して受け、操作レバー56dの操作量に応じ、旋回用油圧モータ7の回転数が減速している状態を検出する。すなわち、旋回減速検出部57aは、操作レバー56dにて上部旋回体102の旋回駆動を減速または停止する操作をした場合に、上部旋回体102が旋回減速している状態と検出する。
回生可能量演算部57bは、旋回用油圧モータ7の回転数が減速している状態で、旋回減速回生エネルギを回生する時、すなわち旋回減速回生制御時に、両傾転ポンプモータ12,14,18にて回生可能な最大回生量を算出する。具体的に、回生可能量演算部57bは、回生に使用可能なポンプを求めるようになっており、上部旋回体102が減速している状態を旋回減速検出部57aが検出する直前の状態における上部旋回体102駆動時の操作レバー56a,56b,56dの操作量に基づいて、旋回用油圧モータ7へ圧油を供給していたポンプ又はポンプ数を定め、この結果から、両傾転ポンプモータ12,14,18のうち旋回用油圧モータ7への圧油の供給に使用されていないポンプ数を旋回減速回生エネルギの回生に用いる両傾転ポンプモータの個数とする。例えば、回生可能量演算部57bは、2台の両傾転ポンプモータ14,18からの圧油が旋回用油圧モータ7へ供給されていた場合、両傾転ポンプモータ18の1台では、ポンプ容量が足らず旋回減速回生エネルギを回収しきれないため、旋回減速回生エネルギの回生に用いる両傾転ポンプモータの個数を「2」と演算する。また、回生可能量演算部57bは、例えば、1台の両傾転ポンプモータ18を用いて旋回用油圧モータ7を駆動していた場合、両傾転ポンプモータ18の1台で旋回減速回生エネルギを回収できるため、この旋回減速回生エネルギの回生に用いる両傾転ポンプモータの個数を「1」と演算する。
操作判定部57cは、操作レバー56a,56b,56dの操作量にて応じて出力される駆動指令を、制御信号線を介して受け、これら各操作レバー56a,56b,56dの操作量に基づいて、旋回用油圧モータ7を除いたブームシリンダ1またはアームシリンダ3へ作動油を供給していない、すなわちブームシリンダ1およびアームシリンダ3のいずれの駆動にも用いられていない両傾転ポンプモータ12,14を検出する。すなわち操作判定部57cは、両傾転ポンプモータ12,14の動作状態を判定するためのポンプ動作判定部として機能する。
ポンプバルブ制御部57dは、各操作レバー56a、56b、56dの操作量及び旋回減速検出部57a、回生可能量演算部57b、操作判定部57cの演算結果に基づき、両傾転ポンプモータ12,14,18の吐出方向を含んだ押しのけ容積を決定し、この決定した押しのけ容積に制御するための指令信号を、制御信号線を介してレギュレータ12a,14a,18aに送る。さらに、ポンプバルブ制御部57dは、切換弁43a,45b,45d,49dでの作動油の導通および遮断を決定し、この決定した導通または遮断状態に制御するための制御信号を、制御信号線を介して切換弁43a,45b,45d,49dへ送り、これら切換弁43a,45b,45d,49dを開閉制御する。
以上のこのような機能を有する制御装置57では、旋回減速検出部57aにて上部旋回体102が減速している状態を検出すると、回生可能量演算部57b及び操作判定部57cでの演算により旋回減速回生エネルギを回生する際に用いる両傾転ポンプモータを決定する。そして、ポンプバルブ制御部57では、旋回減速回生エネルギを回生するために用いる、少なくとも両傾転ポンプモータ18を含む両傾転ポンプモータの押しのけ容積を、旋回減速回生エネルギの回生側、すなわち両傾転ポンプモータの吐出圧よりも吸入圧が高くなる側に増加させ油圧モータとして機能させ、これにより旋回減速回生制御を実行させる。
(合流流路)
合流流路230,231は、両傾転ポンプモータ14に接続された流路203,204から分岐し、第1開閉装置としての切換弁45dを介し、両傾転ポンプモータ18に接続した流路218,219に接続している。両傾転ポンプモータ14が吐出した作動油は、流路203または流路204から合流流路230または合流流路231を介し、両傾転ポンプモータ18が吐出した作動油と流路218または流路219で合流してから、旋回用油圧モータ7へ供給される。旋回用油圧モータ7が排出する作動油は、合流流路230,231により、流路218または流路219から分流し、流路203または流路204を介して両傾転ポンプモータ14へ送られ、かつ流路218,209または流路219,210を介して両傾転ポンプモータ18へ送られる。
<作用>
次に、上記第1実施形態に係る油圧駆動装置105の作用につき、停止状態からブームシリンダ1を動作し上部旋回体102を旋回してから停止するまでの動作について説明する。
(停止状態)
まず、旋回用油圧モータ7の停止状態における油圧駆動装置の作用について説明する。
制御装置57は、操作レバー56a,56b,56dの各操作量に応じた駆動指令を、制御信号線を介して受け取る。操作判定部57cは、受け取った駆動指令に基づく操作量に応じて両傾転ポンプモータ12,14,18の操作状態である押しのけ容積指令値D1〜D3を求める。これら押しのけ容積指令値D1〜D3は、操作判定部57cによって、例えば各操作レバー56a,56b,56dの操作量に比例して定められ、非操作の場合を0、最大操作量の場合を1もしくは−1と設定される。押しのけ容積指令値D1〜D3の符号(正または負)は、操作レバー56a,56b,56dの操作方向に応じて設定される。
旋回減速検出部57aは、操作レバー56dの操作速度Dtを、次の式(1)から演算する。
式(1) Dt=d|D3|/dt
すなわち、旋回減速検出部57aは、操作速度Dtが負の値である場合に、上部旋回体102が減速している状態であると判断する。ただし、停止状態では、操作レバー56dが非操作であり、押しのけ容積指令値D3が0で、操作速度Dtが0以上となるため、旋回減速検出部57aは、上部旋回体102が減速している状態であると検出しない。
回生可能量演算部57bは、回生可能量Eを演算する。具体的に、回生可能量演算部57bは、旋回減速検出部57aが、上部旋回体102が減速している状態であると検知しないため、回生可能量Eを0に設定する。
ポンプバルブ制御部57dは、両傾転ポンプモータ12,14,18の押しのけ容積指令値D1〜D3に基づく指令信号を、制御信号線を介して各レギュレータ12a,14a,18aに出力する。同時に、ポンプバルブ制御部57dは、遮断動作させる制御信号を、制御信号線を介して切換弁43a,45b,45d,49dに出力する。切換弁43a,45b,45d,49dは、ポンプバルブ制御部57dからの制御信号を受けて、各流路200,201,203,204,209,210および合流流路230,231のそれぞれを遮断する。
レギュレータ12a,14a,18aは、ポンプバルブ制御部57dからの押しのけ容積指令値D1〜D3に基づく指令信号を受け、この押しのけ容積指令値D1〜D3に従って、両傾転ポンプモータ12,14,18の押しのけ容積を制御する。このとき、操作レバー56a,56b,56dのそれぞれが非操作であり、押しのけ容積指令値D1〜D3が0であるため、両傾転ポンプモータ12,14,18が作動油を吐出しない。
(ブーム駆動+半操作量旋回)
次に、旋回用油圧モータ7を停止状態から旋回駆動するまでの動作について説明する。
アーム用の操作レバー56bが非操作で、ブーム用の操作レバー56aを操作し、旋回用の操作レバー56dを最大操作量の半分以下の操作量に操作すると、制御装置57は、各操作レバー56a,56b,56dの操作量に応じた駆動指令を、制御信号線を介して受け取る。操作判定部57cは、受け取った駆動指令に基づく操作量に応じて両傾転ポンプモータ12,14,18の押しのけ容積指令値D1〜D3を演算する。このとき、操作レバー56aを操作しているため、押しのけ容積指令値D1が0から1もしくは−1の間の値に設定される。操作レバー56bは非操作であるため、押しのけ容積指令値D2が0に設定される。また、操作レバー56dを最大操作量の半分以下に操作して旋回駆動開始を指示しているため、両傾転ポンプモータ18の押しのけ容積指令値D3が0から1もしくは−1の間の値に設定される。
旋回減速検出部57aは、操作レバー56dの操作速度Dtを、式(1)にて算出する。操作速度Dtは、操作レバー56dを操作して旋回駆動開始を指示した場合に、0以上の値となるため、旋回減速検出部57aは、上部旋回体102が減速している状態かを検知しない。回生可能量演算部57bは、旋回減速検出部57aが、上部旋回体102が減速している状態であることを検知しないため、回生可能量Eを0に設定する。
ポンプバルブ制御部57dは、操作判定部57cにて設定した押しのけ容積指令値D1〜D3に基づく指令信号を各レギュレータ12a,14a,18aに出力する。同時に、ポンプバルブ制御部57dは、開放動作させる制御信号を切換弁43a,49dに出力し、遮断動作させる制御信号を切換弁45b,45dに出力する。切換弁45b,45dは、ポンプバルブ制御部57dからの制御信号を受けて遮断動作し、流路203,204および合流流路230,231を遮断する。切換弁43a,49dは、ポンプバルブ制御部57dからの制御信号を受けて開放動作し、流路200,201,209,201を導通状態にする。
レギュレータ12a,14a,18aは、ポンプバルブ制御部57dからの押しのけ容積指令値D1〜D3に基づく指令信号を受け、この押しのけ容積指令値D1〜D3に応じて、両傾転ポンプモータ12,14,18の押しのけ容積を制御する。ここで、両傾転ポンプモータ14は、押しのけ容積指令値D2が0であるため、作動油を吐出しないように制御される。両傾転ポンプモータ12,18は、押しのけ容積指令値D1,D3がそれぞれ0から1もしくは−1の値に設定されているため、これら押しのけ容積指令値D1,D3に応じた流量の作動油を吐出するように制御される。
両傾転ポンプモータ14が作動油を吐出せず、切換弁45b,45dが流路203,204および合流流路230,231を遮断しているため、アームシリンダ3は静止状態となる。切換弁43aが流路200,201を開放し導通状態であるため、両傾転ポンプモータ12とブームシリンダ1とが流路200,201および流路212,213を介して作動油が導通可能となる。このため、両傾転ポンプモータ12が吐出した作動油は、流路200,201および流路212,213を介してブームシリンダ1のヘッド室1aまたはロッド室1bへ供給され、ブームシリンダ1が伸縮駆動する。
また、切換弁49dが流路209,210を開放し導通状態であるため、両傾転ポンプモータ18と旋回用油圧モータ7とが流路209,210,218,219を介して作動油が導通可能となる。このため、両傾転ポンプモータ18が吐出した作動油は、流路209,210および流路218,219を介して旋回用油圧モータ7へ供給され、旋回用油圧モータ7が旋回駆動する。このとき、旋回用油圧モータ7の回転速度θは、両傾転ポンプモータ18から供給される単位時間当たりの作動油の供給量に比例するため、両傾転ポンプモータ18の押しのけ容積指令値D3に比例する。
(半操作量旋回から最大操作量旋回)
次に、ブーム1用の操作レバー56aを操作し、アーム3用の操作レバー56bが非操作で、旋回用の操作レバー56dを最大操作量の半分以上に操作した場合の動作について説明する。
操作判定部57cは、操作レバー56a,56b,56dから受け取った駆動指令に基づく操作量に応じて押しのけ容積指令値D1〜D3を演算する。このとき、操作レバー56aを操作しているため、押しのけ容積指令値D1が0から1もしくは−1の間の値に設定される。また、操作レバー56dを最大操作量の半分以上に操作した場合には、押しのけ容積指令値D3が1もしくは−1に設定される。一方、押しのけ容積指令値D2は、操作レバー56bが非操作であるものの、旋回用油圧モータ7の旋回駆動を高速化させるために、旋回用油圧モータ7へ作動油を供給するように操作レバー56dの最大操作量の半分を超えた分の操作量に応じて0から1もしくは−1の間に設定される。
旋回減速検出部57aは、操作レバー56bが非操作で、操作レバー56dを最大操作量の半分以上に操作した場合に、操作速度Dtを、次の式(2)を用いて演算する。
式(2) Dt=d|D2+D3|/dt
すなわち、旋回減速検出部57aは、操作量が増えるように操作レバー56dを操作した場合に、操作速度Dtを0以上の値に設定し、上部旋回体102が減速状態であることを検知しない。回生可能量演算部57bは、旋回減速検出部57aが、上部旋回体102が減速していないため、回生可能量Eを0に算出する。
ポンプバルブ制御部57dは、操作判定部57cにて設定された押しのけ容積指令値D1〜D3に基づく指令信号を各レギュレータ12a,14a,18aに出力する。同時に、ポンプバルブ制御部57dは、開放動作させる制御信号を切換弁43a,45d,49dのそれぞれに出力し、遮断動作させる制御信号を切換弁45bに出力する。切換弁45bは、ポンプバルブ制御部57dからの制御信号を受けて遮断動作し、流路203,204を遮断する。切換弁43a,45d,49dは、ポンプバルブ制御部57dからの制御信号を受けて開放動作し、流路200,201,209,210および合流流路230,231のそれぞれを導通状態にする。
レギュレータ12a,14a,18aは、ポンプバルブ制御部57dからの押しのけ容積指令値D1〜D3に基づく指令信号を受け、この押しのけ容積指令値D1〜D3に応じて、両傾転ポンプモータ12,14,18の押しのけ容積を制御する。両傾転ポンプモータ12は、押しのけ容積指令値D1が、操作レバー56aの操作量に応じた0から1もしくは−1の間の値であるため、この押しのけ容積指令値D1に応じた流量の作動油を吐出するように制御される。両傾転ポンプモータ14は、押しのけ容積指令値D2が、操作レバー56dの最大操作量の半分を超えた分の操作量に応じた0から1もしくは−1の間の値であるため、この押しのけ容積指令値D2に応じた流量の作動油を吐出するように制御される。両傾転ポンプモータ18は、押しのけ容積指令値D3が1もしくは−1の値であるため、この押しのけ容積指令値D3に応じた最大吐出流量の作動油を吐出するように制御される。
切換弁43aが流路200,201を開放し導通状態であるため、両傾転ポンプモータ12とブームシリンダ1とが流路200,201および流路212,213を介して作動油が導通可能となる。このため、両傾転ポンプモータ12が吐出した作動油は、流路200,201および流路212,213を介してブームシリンダ1のヘッド室1aまたはロッド室1bへ供給され、ブームシリンダ1が伸縮駆動する。
また、切換弁45d,49dが合流流路230,231および流路209,210のそれぞれを開放し導通状態であるため、両傾転ポンプモータ14と旋回用油圧モータ7とが流路203,204、合流流路230,231および流路218,219を介して作動油が導通可能となる。また、両傾転ポンプモータ18と旋回用油圧モータ7とは、流路209,210および218,219を介して作動油が導通可能となる。これら両傾転ポンプモータ14,18は、押しのけ容積指令値D2,D3に応じた流量の作動油を吐出する。
両傾転ポンプモータ14が吐出した作動油は、流路203,204および合流流路230,231を介し、流路218,219において、両傾転ポンプモータ18が吐出した作動油に合流してから、これら流路218,219を介して旋回用油圧モータ7へ供給され、旋回用油圧モータ7が旋回駆動する。このとき、旋回用油圧モータ7の回転速度θは、これら両傾転ポンプモータ14,18それぞれが吐出する作動油が旋回用油圧モータ7へ供給されるため、両傾転ポンプモータ14,18の押しのけ容積指令値D2とD3との和(D2+D3)に比例する。
(最大操作量旋回から旋回減速回生)
次に、旋回用油圧モータ7を旋回状態から減速停止させるまでの動作について説明する。
旋回減速検出部57aは、操作レバー56aが操作され、操作レバー56bが非操作で、操作レバー56dが最大操作量から非操作に操作された場合に、操作速度Dtを、式(2)を用いて設定する。すなわち、旋回減速検出部57aは、操作レバー56dを操作量が減る方向に操作した場合に、操作速度Dtを0以上の負の値に設定し、上部旋回体102が減速している状態かを検知する。回生可能量演算部57bは、旋回減速検出部57aが、上部旋回体102が減速している状態と検知していることから、圧力センサ60a,60b,61a,61b,62a,62bを介して両傾転ポンプモータ12,14,18それぞれの各流出入ポートの作動油圧を検出し、次の式(3)から回生可能量Eを演算する。
式(3) E=(Pa−Pb)×D1/(2π)
式(3)中のPa,Pbは、圧力センサ60a,60bにて計測した圧力値である。回生可能量Eは、エンジン9に作用する負荷トルク(Nm)を示す。なお、回生可能量Eとしては、各流路200,201に接続した圧力センサ60a,60bによる計測値に基づいて式(3)を用いて演算せず、例えば、エンジン9の駆動を制御するエンジンコントローラ(図示せず)にて設定される燃料噴射量に基づいて演算してもよい。
ポンプバルブ制御部57は、旋回減速回生制御を行うために次のような演算処理を実行する。
最初に、圧力センサ62a、62bによって検出された圧力値より旋回減速回生トルクEsを次式(4)により算出する。
式(4) Es=(Pe−Pf)×Dm/2π
この旋回減速回生トルクEsは旋回による慣性エネルギ、すなわち回生の対象となる旋回減速回生エネルギに相当し、便宜上以下、旋回回生エネルギEsと記す。なお、Dmは旋回用油圧モータ7の押しのけ容積である。
次に、旋回回生エネルギEsと回生可能量Eとの大小比較を行う。この比較により、回生可能量Eが旋回回生エネルギEs以上であれば、旋回回生エネルギEsを全て回生し、この回生したエネルギ全量をブームシリンダ1の駆動エネルギとしてエンジン9の駆動に用いることができるため、旋回回生原則制御を実行する。一方、回生可能量Eよりも旋回回生エネルギEsの方が大きい場合には、旋回回生エネルギEsを回生しても回生可能両Eを上回る分のエネルギをブームシリンダ1の駆動エネルギとして吸収できず、エンジン9の過回転等の不具合につながるため、旋回回生減速制御は実行しない。
次に、上述した旋回回生エネルギEsと旋回用の両傾転ポンプモータ18が回生可能なエネルギEsmaxとの大小比較を行う。この比較によりEs≦Esmaxであれば、両傾転ポンプモータ18だけで旋回回生エネルギEsを回生でき、逆にEs>Esmaxであれば後述するように両傾転ポンプモータ18に加え両傾転ポンプモータ14を使用して旋回回生エネルギEsを回生することになる。従って、Es≦Esmaxの場合には合流用の切換弁45dに対して閉信号を出力し、旋回用油圧モータ7からの戻り油が両傾転ポンプモータ18にのみ戻される。一方、Es>Esmaxの場合には合流用の切換弁45dに対し開信号を出力し、旋回用油圧モータ7からの戻り油が2つの両傾転ポンプモータ14、18に流れる。
なお、ブーム用操作レバー56aが操作され、アーム用操作レバー56bは操作されていないため、切換弁43aに対しては開信号が出力され、切換弁45bに対しては閉信号が出力される。両傾転ポンプモータ18は回生に使用されるため切換弁49dに対しては開信号が出力される。
次に、回生時に用いる両傾転ポンプモータ14、18に対する押しのけ容積指令値D2、D3を算出する。まず、回生時に旋回系流路209、210、218、219の圧力Pe、Pfを極力変化させることなく等減速度で旋回油圧モータ7を減速させるために、両傾転ポンプモータ14、18の押しのけ容積の戻り速度を次式(5)により算出する。
式(5) dDe=(Pe−Pf)×Dm×G/2π/J
この式(5)において、Dmは旋回油圧モータ7の押しのけ容積であり、Gは動力伝達装置10のギヤ比であり、Jは上部旋回対102及びフロント作業機104の慣性モーメントである。Jは上部旋回体102及びフロント作業機104の慣性モーメントである。Jの値は、フロント作業機104の姿勢によって変化するが、例えば慣性モーメントが最大となる最大リーチ姿勢時の値や、様々な姿勢における実験によって求めた平均的な値などを用いても良い。
したがって、旋回減速回生制御開始直前の両傾転ポンプモータ18への押しのけ容積指令値をD3fとすると、旋回減速回生制御時の両傾転ポンプモータ18に対する押しのけ容積指令値は次の式(6)となり、この指令値D3がレギュレータ18aに対し出力される。
式(6) D3=D3f−dDe×t
この式(6)においてtは旋回減速回生制御開始からの時間である。なお、ブームシリンダ1用の両傾転ポンプモータ12に対する押しのけ容積指令値D1は、上述したように操作判定部57cによりブーム用操作レバー56aの操作量に応じた値が算出され、レギュレータ12aに出力される。
また、上述したように回生エネルギEsを両傾転ポンプモータ18だけで回生できない場合には、両傾転ポンプモータ14も回生に用いるため、両傾転ポンプモータ18の押しのけ容積指令値D3が0になった後、旋回減速回生制御開始直前の両傾転ポンプモータ14の押しのけ容積指令値をD2fとすると、旋回減速回生制御時の両傾転ポンプモータ14に対する押しのけ容積指令値は次の式(7)となり、この指令値D2がレギュレータ14aに対し出力される。
式(7) D2=D2f−dDe×(t―t0)
式(7)において、t0はD3の押しのけ容積が0となった時間であり、この時間まではD2fが指令値として出力される。式(6)及び式(7)からも明らかなように、両傾転ポンプモータ14、18への押しのけ容積指令値D2、D3はdDeに応じて徐々に減少されていく。両傾転ポンプモータ14、18のレギュレータ14a、18aは、ポンプバルブ制御部57dからの押しのけ容積指令値D2、D3を入力し、入力した指令値D2、D3に応じて徐々に押しのけ容積を減少させていく。一方、上部旋回対102は慣性力によって旋回動作を継続するため、この押しのけ容積の減少に伴い旋回油圧モータ7の吐出側流路の圧力が上昇していく。両傾転ポンプモータ14、18は、高圧化した旋回油圧モータ7の吐出側流路の圧油によって回転力を得てモータとして機能する。
旋回減速回生制御では、両傾転ポンプモータ14、18に付与された回転力を動力伝達装置10側へ伝達する。このように、上部旋回体102の旋回減速時の慣性エネルギ、すなわち旋回回生エネルギEsが、両傾転ポンプモータ14、18を介し動力伝達装置10に供給されるため、その分エンジン9の出力を減少させてもブーム用の両傾転ポンプモータ12を駆動することができる。
また、上述したように旋回回生エネルギEsが両傾転ポンプモータ18のみで回生できる最大値Esmax以上であっても、合流用の切換弁45dに対し開信号を出力し、連通状態とすることにより、旋回用油圧モータ7から吐出された圧油を両傾転ポンプモータ14に対しても流通させることができ、より多くのエネルギを回生することができる。
次に、操作レバー56a,56bのそれぞれが非操作で、操作レバー56dを最大操作量から非操作に操作した場合の動作について説明する。
操作判定部57cは、操作レバー56aが非操作であるため、押しのけ容積指令値D1を0に設定する。旋回減速検出部57aは、操作レバー56dの操作速度Dtを、式(2)を用いて設定する。このとき、旋回減速検出部57aは、操作レバー56dの操作量を減少方向に操作した場合に、操作速度Dtを負の値に設定するため、上部旋回体102が減速している状態であることを検知する。
一方、操作レバー56a、56bのそれぞれが非操作であり、回生したエネルギを用いて駆動可能な油圧アクチュエータが存在しないため、押しのけ容積指令値D1、D2は0となる。そして、式(3)によって回生可能量Eが0に設定される。ポンプバルブ制御部57dは、回生可能量Eが0であるため、旋回減速回生制御は実行されない。なお、ポンプバルブ制御部57dは、各閉回路ポンプモータ12、14、18に対し押しのけ容積指令値D2,D3をそれぞれ0、レギュレータ12a,14a,18aに出力する。同時に、ポンプバルブ制御部57dは、遮断動作させる制御信号を切換弁43a,45b,45d,49dのそれぞれに出力する。
この場合、両傾転ポンプモータ12,14,18が作動油を吐出せず、切換弁43a,45b,45d,49dが遮断状態にあるため、ブームシリンダ1およびアームシリンダ3は駆動せず静止状態となる。一方、流路209,210および流路218,219間が切換弁49dにて遮断されているため、旋回用油圧モータ7から排出される作動油が両傾転ポンプモータ18へ供給されない。このとき、旋回用油圧モータ7は、上部旋回体102およびフロント作業機104の慣性力によって回転し、この慣性力による回転によって、流路218または流路219へ作動油を排出し、この作動油の圧力はリリーフ弁51a,51bの設定リリーフ圧まで上昇する。旋回用油圧モータ7から排出された作動油の圧力が、設定リリーフ圧まで上昇すると、リリーフ弁51a,51bが開動作して導通状態になる。例えば、上部旋回体102およびフロント作業機104の慣性力にて回転する旋回用油圧モータ7から流路218に作動油が排出された場合は、流路218内の作動油が設定リリーフ圧まで上昇していき、リリーフ弁51aが開動作すると、流路218内の作動油がリリーフ弁51aを介して流路219に流れていく。流路219に流れた作動油は、旋回用油圧モータ7に供給される。この結果、旋回用油圧モータ7は、リリーフ弁51aの設定リリーフ圧による減速トルクの発生によって、回転速度が徐々に低下していき、最終的に停止状態となる。この動作においては回生は行われていない。
(半操作量旋回から非操作)
また、操作レバー56bが非操作で、操作レバー56aを操作している状態で、操作レバー56dを最大操作量の半分に相当する操作量から非操作とし旋回減速を指示した場合の動作について説明する。
この状況においては、両傾転ポンプモータ12が駆動しており、切換弁43aが流路200,201を導通状態にしているため、ブームシリンダ1が駆動している。一方、両傾転ポンプモータ14は駆動しておらず、切換弁45bが流路203,204を遮断しているため、アームシリンダ3は停止している。
この場合も、制御装置57にて式(2)〜式(5)の演算を行う。ポンプバルブ制御部57dは、式(2)の値が負で、回生可能量Eが旋回回生エネルギEsよりも大きい場合に、式(5)を用いて押しのけ容積戻り速度dDeを設定し、この設定した押しのけ容積戻り速度dDeに基づき、両傾転ポンプモータ18の押しのけ容積指令値D3を再設定する。同時に、ポンプバルブ制御部57dは、開放動作させる制御信号を切換弁49dに出力し、流路209,210を導通状態にする。
この結果、上部旋回体102が減速している状態で旋回用油圧モータ7から排出される作動油が有する旋回減速回生エネルギが小さく、両傾転ポンプモータ18のみで回生できる場合には、旋回用油圧モータ7から排出された作動油を、流路218,219から流路209,210を介して両傾転ポンプモータ18のみに送り、この両傾転ポンプモータ18のみにて回生動作を行う。旋回用油圧モータ7は、リリーフ弁51aまたはリリーフ弁51bの設定リリーフ圧による減速トルクの発生によって、回転速度が徐々に低下していき、最終的に停止状態となる。
(3複合動作から回生)
また、操作レバー56a,56bのそれぞれを操作している状態で、操作レバー56dを操作状態から非操作として旋回減速を指示した場合の動作について説明する。
この状況においては、両傾転ポンプモータ12が駆動しており、切換弁43aが流路200,201を導通状態にしているため、ブームシリンダ1が駆動している。また、両傾転ポンプモータ14も駆動しており、切換弁45bが流路203,204を導通状態にしているため、アームシリンダ3が駆動している。
この場合は、制御装置57にて式(1),(3)〜(6)の演算を行う。ポンプバルブ制御部57dは、式(1)の値が負で、回生可能量Eが旋回回生エネルギEsよりも大きい場合に、式(5)を用いて押しのけ容積戻り速度dDeを設定し、この設定した押しのけ容積戻り速度dDeに基づき、両傾転ポンプモータ18の押しのけ容積指令値D3を設定する。同時に、ポンプバルブ制御部57dは、開放動作させる制御信号を切換弁49dに出力し、流路209,210を導通状態にする。
このとき、両傾転ポンプモータ12からブームシリンダ1へ作動油を供給してブームシリンダを駆動させ、両傾転ポンプモータ14からアームシリンダ3へ作動油を供給してアームシリンダ3を駆動させている。すなわち、これら両傾転ポンプモータ12,14のそれぞれを旋回用油圧モータ7以外の駆動に用いている。このため、両傾転ポンプモータ12,14を用いて旋回減速回生エネルギを回生すると、これら両傾転ポンプモータ12,14によるブームシリンダ1またはアームシリンダ3の駆動動作に影響を与えてしまうため、各両傾転ポンプモータ12,14による回生を行わない。すなわち、旋回用油圧モータ7から排出された作動油を、流路218,219から流路209,210を介して両傾転ポンプモータ18のみに送り、両傾転ポンプモータ18のみにて旋回減速回生エネルギEsを回生する。旋回用油圧モータ7は、リリーフ弁51aまたはリリーフ弁51bの設定リリーフ圧による減速トルクの発生によって、回転速度が徐々に低下していき、最終的に停止状態となる。
<作用効果>
上記第1実施形態に係る油圧ショベル100のブーム上げ動作時における効果について説明する。図4および図5は、本第1実施形態に係る油圧回路と旋回回生制御の1次元の数値解析を実施した結果の一例を示している。
図4は、油圧駆動装置105にて旋回減速回生制御しない場合を示すタイムチャートで、(a)は上部旋回体102を停止状態から旋回駆動させて停止させた場合の操作レバー56dの操作量、(b)はポンプバルブ制御部57dが出力する両傾転ポンプモータ14,18の押しのけ容積、(c)は流路209,210内の作動油圧、(d)は旋回用油圧モータ7の回転速度、(e)はリリーフ弁51a,51bを通過する作動油流量である。
図3に示す油圧駆動装置105において、操作レバー56aを操作し、操作レバー56bが非操作で、図4(a)に示すように操作レバー56dを最大操作量から非操作に操作して旋回減速を指示した場合は、操作レバー56aを操作しているため、両傾転ポンプモータ12にてブームシリンダ1が駆動している。両傾転ポンプモータ14,18は、図4(b)に示すように、押しのけ容積指令値D2,D3に応じた流量の作動油を吐出しており、これら両傾転ポンプモータ14,18が吐出した作動油が流路218,219にて合流してから旋回用油圧モータ7に供給される。旋回用油圧モータ7は、図4(d)に示す回転速度であり、操作レバー56dの最大操作量に応じた旋回駆動状態から減速して停止する動作となる。
このような動作の中で、上部旋回体102が減速している状態では、図4(c)に示すように、上部旋回体102およびフロント作業機104の慣性力にて回転する旋回用油圧モータ7から、切換弁49dにて遮断された流路218,219へ作動油が排出されると、これら流路218,219内の作動油圧が上昇していき、リリーフ弁51a,51bの設定リリーフ圧となる。旋回用油圧モータ7の作動油を排出する側に、設定リリーフ圧が発生し、減速トルクが発生するため、図4(d)に示すように、旋回用油圧モータ7が減速していき停止する。このとき、図4(e)に示すように、旋回用油圧モータ7から排出される作動油のすべての流量がリリーフ弁51aまたはリリーフ弁51bを通過するため、この作動油が有する旋回減速回生エネルギを捨ててしまうこととなる。
さらに、回生可能量Eが旋回減速回生トルクEsよりも小さい場合であって、エンジン9に作用する負荷よりも両傾転ポンプモータ14,18で回生する旋回減速回生エネルギが大きい場合には、両傾転ポンプモータ14,18による旋回減速回生エネルギの回生によってエンジン9を増速させるおそれがあり、エンジン9の回転数が増速し過ぎて破損等してしまうおそれがある。
そこで、上記第1実施形態に係る油圧駆動装置105においては、回生可能量Eが旋回減速回生トルクEsよりも小さい場合に、操作レバー56dの操作量に応じて押しのけ容積指令値D2,D3のそれぞれを0に設定し,旋回減速回生エネルギを回生しないようにし、両傾転ポンプモータ14,18による旋回減速回生エネルギの回生によってエンジン9を増速させるおそれをなくし、エンジン9の回転数の増速に伴う破損等を防止する構成としている。
図5は、油圧駆動装置105による旋回減速回生制御を示すタイムチャートで、(a)は操作レバー56dの操作量、(b)は両傾転ポンプモータ14,18の押しのけ容積、(c)は流路209,210内の作動油圧、(d)は旋回用油圧モータ7の回転速度、(e)はリリーフ弁51a,51bを通過する作動油流量である。
図5(a)のように、操作レバー56aを操作し、操作レバー56dを最大操作量から非操作に操作して旋回減速を指示した場合であって、回生可能量Eが旋回減速回生トルクEsよりも大きい場合は、エンジン9に作用する負荷が、両傾転ポンプモータ14,18で回生する旋回減速回生エネルギより大きいため、この旋回減速回生エネルギのすべてを両傾転ポンプモータ14,18にて回生することができる。
そこで、ポンプバルブ制御部57dは、式(5)を用いて押しのけ容積戻り速度dDeを設定する。そして、この設定した押しのけ容積戻り速度dDeに基づき両傾転ポンプモータ14,18の押しのけ容積指令値D3を再設定する。このとき、式(5)中の慣性モーメントJの設定値により、旋回用油圧モータ7の減速時に流路218または流路219内の作動油圧が、リリーフ弁51aまたはリリーフ弁51bの設定リリーフ圧まで上昇するか、リリーフ弁51aまたはリリーフ弁51bの設定リリーフ圧以下になるかが決まる。
実際の油圧ショベル100の上部旋回体102および旋回動作時のフロント作業機104の姿勢にて決まる慣性モーメントに等しい値が、ポンプバルブ制御部57dでの慣性モーメントJとして設定している場合は、図5(c)に示すように、上部旋回体102が減速している状態で旋回用油圧モータ7から排出される作動油は、設定リリーフ圧まで圧力が上昇し、旋回用油圧モータ7に減速トルクを発生させる。したがって、旋回用油圧モータ7の回転速度は、図5(d)に示すように減速していく。このとき、旋回用油圧モータ7から排出された作動油のほとんどが両傾転ポンプモータ14,18に供給されるため、図5(e)に示すように、リリーフ弁51bを通過する作動油の流量が、図4(e)に示す作動油の流量に比べ減少する。
一方、旋回動作時の慣性モーメントよりも、ポンプバルブ制御部57dでの慣性モーメントJを大きく設定している場合は、上部旋回体102が減速している状態で旋回用油圧モータ7から排出される作動油の流量よりも、両傾転ポンプモータ14,18に吸入可能な作動油の流量が多くなる。このため、上部旋回体102が減速している状態で旋回用油圧モータ7から排出される作動油が有する旋回減速回生エネルギのすべてを回生することができる。ところが、流路218または流路219内の作動油の圧力が、設定リリーフ圧以下になるため、旋回用油圧モータ7に作用する減速トルクが低下する。したがって、旋回停止までの時間が延びてしまう。
また、旋回動作時の慣性モーメントよりも、ポンプバルブ制御部57dでの慣性モーメントJを小さく設定している場合は、上部旋回体102が減速している状態で旋回用油圧モータ7から排出される作動油の流量よりも、両傾転ポンプモータ14,18に吸入される作動油の流量が少なくなる。この場合には、上部旋回体102が減速している状態で旋回用油圧モータ7から排出される作動油が有する旋回減速回生エネルギを回生できるものの、流路218または流路219内の圧力がリリーフ圧まで低下していき、旋回用油圧モータ7から排出される作動油の多くはリリーフ弁51aまたはリリーフ弁51bを通過してしまう。したがって、旋回減速回生エネルギの回生量が少なく、旋回減速回生エネルギの多くがリリーフ弁51aまたはリリーフ弁51bから捨てられてしまう。
また、両傾転ポンプモータ14,18にて旋回減速回生エネルギを回生することにより、これら両傾転ポンプモータ14,18が油圧モータとして動作し、トルクが発生する。このトルクは、動力伝達装置10を介してエンジン9に作用する。そして、両傾転ポンプモータ14,18に発生するトルクを、エンジン9を回転駆動させる方向に作用させることにより、エンジン9の負荷トルクを低減することができる。よって、上部旋回体102が減速している状態における、エンジン9の回転数を維持するために必要な燃料噴射量を低減でき、燃料消費量を低減することができる。
さらに、上部旋回体102が減速している状態で旋回用油圧モータ7から排出される作動油が有する旋回減速回生エネルギのうちの、両傾転ポンプモータ18では回生し切れないエネルギを、旋回用油圧モータ7以外の油圧アクチュエータの駆動に用いていない他の両傾転ポンプモータ14で回生している。よって、上部旋回体102が減速している状態で旋回用油圧モータ7から排出される作動油が有する旋回減速回生エネルギを1台の両傾転ポンプモータ18のみで回生する場合に比べ、旋回減速回生エネルギを、効率良く適切に回生することができる。すなわち、ブームシリンダ1およびアームシリンダ3のいずれの駆動にも用いていない両傾転ポンプモータ14を有効活用して、回生減速回生エネルギの回生率を高めることができる。
[第2実施形態]
本第2実施形態は、旋回減速回生時の両傾転ポンプモータ14,18の押しのけ容積指令値D2,D3を流路209,210内の圧力情報を用いて決定する機能をポンプバルブ制御部57dに設けている。すなわち、本第2実施形態が前述した第1実施形態と異なるのは、旋回減速検出部57aが、上部旋回体102が減速している状態を検知し、回生可能量演算部57bにて回生可能量Eを設定した場合に、両傾転ポンプモータ14,18の押しのけ容積指令値D2,D3を流路209,210内の圧力情報を用いて決定する点である。なお、本第2実施形態において、第1実施形態と同一又は対応する部分には同一符号を付している。
<構成>
本第2実施形態においては、回生可能量演算部57bにて回生可能量Eを設定した場合に、上記第1実施形態に係る式(5)の代わりに、ポンプバルブ制御部57dが次の式(8)を用いて両傾転ポンプモータ14,18の押しのけ容積指令値D2,D3を再設定する。
式(8) D2=Kp(Pe−Pf)+D2,D3=Kp(Pe−Pf)+D3
ここで、Kpは、正の定数であり、両傾転ポンプモータ14,18に作用する圧力差(Pe−Pf)に対する比例ゲインである。このKpとしては、例えば実験から上部旋回体102が減速している状態でリリーフ弁51aもしくはリリーフ弁51bを通過する作動油の流量を減少できる値を探索して設定している。また、D2およびD3を正の値として設定した場合に両傾転ポンプモータ14,18が作動油を吐出する方向の流路の圧力をPfとし、これら両傾転ポンプモータ14,18が作動油を吸込む方向の流路の圧力をPeとする。ポンプバルブ制御部57dによる切換弁43a,45b,45d,49dの制御は、上記第1実施形態におけるポンプバルブ制御部57dの動作と同様である。
<作用効果>
上記第1実施形態においては、式(5)による上部旋回体102およびフロント作業機104の慣性モーメントJの設定値によって、旋回用油圧モータ7の上部旋回体102が減速している状態で流路218,219内の作動油の圧力が設定リリーフ圧まで上昇するか、または設定リリーフ圧以下になるかが決まる。このため、旋回減速回生エネルギの多くをリリーフ弁51a,51bにて捨ててしまうか、流路218または流路219内の作動油の圧力が設定リリーフ圧以下になり、旋回用油圧モータ7に作用する減速トルクが低下してしまうため、旋回停止までの時間が延びてしまう。ところが、油圧ショベル100の旋回動作時毎に慣性モーメントJを算出することは容易ではない。
本第2実施形態は、旋回減速検出部57aが、上部旋回体102が減速している状態かを検知し、回生可能量演算部57bにて回生可能量Eを設定した場合に、圧力センサ62a,62bにて検出した流路209,210内の作動油圧情報に基づき流路209,210間の圧力差および吐出方向を算出し、この算出した圧力差および吐出方向に基づき、ポンプバルブ制御部57dにて両傾転ポンプモータ14,18の押しのけ容積指令値D2,D3を設定する。すなわち、本第2実施形態に係る制御装置57は、例えば、上部旋回体102が減速している状態で両傾転ポンプモータ14,18の吸入圧Peが上昇して設定リリーフ圧まで上昇した場合に、吐出圧Pfが吸入圧Peより低圧であることから、ポンプバルブ制御部57dが、式(8)を用い、吐出圧Pfと吸入圧Peとの圧力差に応じて、押しのけ容積指令値D2,D3を増加させる。
よって、両傾転ポンプモータ14,18の押しのけ容積指令値D2,D3のそれぞれを増加させ、これら両傾転ポンプモータ14,18による作動油の吸込流量を増加させるため、上部旋回体102が減速している状態でリリーフ弁51a,51bを通過する作動油流量を減少させることができる。この結果、上部旋回体102が減速している状態で旋回用油圧モータ7から排出される作動油が有する旋回減速回生エネルギの回生量を増加させることができる。また、圧力センサ62a,62bによる流路209,210の圧力情報に基づき両傾転ポンプモータ14,18の押しのけ容積指令値D2,D3を設定しているため、上部旋回体102が減速している状態で旋回用油圧モータ7から排出される作動油が有する旋回減速回生エネルギのうち、両傾転ポンプモータ18にて回生可能なエネルギが算出可能となり、油圧ショベル100の旋回動作毎に、適切な押しのけ容積指令値D2,D3を設定することが可能となる。また、両傾転ポンプモータ18では回生し切れない旋回減速回生エネルギを、少なくとも1つ以上の必要最小限の個数の両傾転ポンプモータ14にて効率良く回生することができるから、旋回減速時に旋回用油圧モータ7から排出される作動油を、他の合流流路(図示せず)を介して他の両傾転ポンプモータ12等に供給する際に生じる作動油が有するエネルギのメカニカルロス(配管抵抗、ポンプ駆動圧損等)を少なくでき、旋回減速回生エネルギをより効率良く適切に回生することが可能となる。
[第3実施形態]
図6は、本発明の第3実施形態に係る油圧ショベル100に搭載される油圧駆動装置105Aの要部構成を示す概略図である。本第3実施形態は、旋回減速回生時の両傾転ポンプモータ14,18の押しのけ容積指令値D2,D3を、旋回用油圧モータ7の回転速度情報を用いて決定する機能をポンプバルブ制御部57dに設けている。すなわち、本第3実施形態が前述した第1実施形態と異なるのは、旋回用油圧モータ7に回転速度センサ63を取り付け、ポンプバルブ制御部57dが制御信号線を介して回転速度センサ63にて油圧モータ7の回転速度を検出する点と、ポンプバルブ制御部57dにて検出した回転速度情報を用いて旋回減速回生時の両傾転ポンプモータ14,18の押しのけ容積指令値D2,D3を決定する点である。なお、本第3実施形態において、第1実施形態と同一又は対応する部分には同一符号を付している。
<構成>
本第3実施形態においては、回生可能量演算部57bにて回生可能量Eを設定した場合に、ポンプバルブ制御部57dが、回転速度検出部としての回転速度センサ63にて旋回用油圧モータ7の回転速度Rmを検出する。ポンプバルブ制御部57dは、上記第1実施形態に係る式(5)の代わりに、次の式(9)を用いて、両傾転ポンプモータ14,18の押しのけ容積指令値D2,D3を再設定する。
式(9) D2=Dm×Rm/Re/2,D3=Dm×Rm/Re/2
ここで、Reは、両傾転ポンプモータ14,18の回転数である。このReとしては、例えばエンジン9の指令回転数と動力伝達装置10のギヤ比とに基づいて事前に設定した所定の定数としてもよい。ポンプバルブ制御部57dによる切換弁43a,45b,45d,49dの制御は、上記第1実施形態におけるポンプバルブ制御部57dの動作と同様である。
さらに、回生可能量演算部57bは、回転速度センサ63にて検出した旋回用油圧モータ7の回転速度Rmから算出される旋回用油圧モータ7の吐出流量を演算し、この演算した旋回用油圧モータ7の吐出流量に基づいて、旋回減速回生エネルギの回生に用いる両傾転ポンプモータ12,14,18の個数を演算する。具体的に、回生可能量演算部57bは、(両傾転ポンプモータ18の吐出流量)×(ポンプ個数)>(旋回用油圧モータ7の吐出流量)の関係を満たす最小のポンプ個数を算出し、このポンプ個数を、旋回減速回生エネルギの回生に用いる両傾転ポンプモータ12,14,18の個数として演算する。
<作用効果>
本第3実施形態は、旋回減速検出部57aが、上部旋回体102が減速している状態かを検知し、回生可能量演算部57bにて回生可能量Eを設定した場合に、ポンプバルブ制御部57dが回転速度センサ63にて旋回用油圧モータ7の回転速度Rmを検出し、この検出した回転速度Rmに基づき、式(9)を用いて両傾転ポンプモータ14,18の押しのけ容積指令値D2,D3を設定する構成としている。
この結果、旋回用油圧モータ7の回転速度Rmに基づき、上部旋回体102が減速している状態で旋回用油圧モータ7から排出される作動油のすべてを吸込むことができるように、両傾転ポンプモータ14,18の押しのけ容積指令値D2,D3を設定することにより、上部旋回体102が減速している状態で旋回用油圧モータ7から排出される作動油の流量に等しい流量の作動油を両傾転ポンプモータ14,18に吸入させることができる。また、回転速度センサ63にて検出した旋回用油圧モータ7の回転速度Rmに基づき押しのけ容積指令値D2,D3を設定するため、上部旋回体102が減速している状態で旋回用油圧モータ7から排出される作動油が有する旋回減速回生エネルギを正確に把握でき、油圧ショベル100の旋回動作毎に、適切な押しのけ容積指令値D2,D3を設定することが可能となる。
よって、上部旋回体102が減速している状態でリリーフ弁51a,51bを通過する作動油の流量を減少でき、上部旋回体102が減速している状態で旋回用油圧モータ7から排出される作動油が有する旋回減速回生エネルギの回生量を増加できる。また同時に、閉回路D内の作動油を、合流流路230,231を介して閉回路Bへ供給する際に生じる作動油の圧損を少なくでき、旋回減速回生エネルギをより効率良く適切に回生することが可能となる。
[第4実施形態]
図7は、本発明の第4実施形態に係る油圧ショベル100に搭載される油圧駆動装置105Bの要部構成を示す概略図である。本第4実施形態は、上述した第1実施形態に係る油圧駆動装置105中のリリーフ弁51a,51bを、設定リリーフ圧が変更可能な可変リリーフ弁51c,51dとし、可変リリーフ弁51c,51dの設定リリーフ圧を、制御信号線を介して変更可能とする機能をポンプバルブ制御部57dに設けている。すなわち、本第4実施形態が前述した第1実施形態と異なるのは、旋回減速検出部57aが、上部旋回体102が減速している状態かを検知し、回生可能量演算部57bにて回生可能量Eを設定した場合に、ポンプバルブ制御部57dが可変リリーフ弁51c,51dの設定リリーフ圧を上げる制御信号を出力する点である。なお、本第4実施形態において、第2実施形態と同一又は対応する部分には同一符号を付している。
<構成>
本第4実施形態においては、回生可能量演算部57bにて回生可能量Eを設定した場合に、ポンプバルブ制御部57dが、式(8)を用いて、両傾転ポンプモータ14,18の押しのけ容積指令値D2,D3を設定する。同時に、ポンプバルブ制御部57dは、可変リリーフ弁51c,51dに対し、これら可変リリーフ51c,51dの設定リリーフ圧を上げる制御信号を出力し、これら可変リリーフ弁51c,51dの設定リリーフ圧を上昇させる。なお、ポンプバルブ制御部57dによる切換弁43a,45b,45d,49dの制御は、上記第1実施形態におけるポンプバルブ制御部57dの動作と同様である。
<作用効果>
上記第2実施形態においては、上部旋回体102が減速している状態でポンプバルブ制御部57dにて、式(8)を用いて押しのけ容積指令値D2,D3を増加させ、両傾転ポンプモータ14,18の吸い込み流量を増加させて、上部旋回体102が減速している状態でリリーフ弁51a,51bを通過する作動油流量を減少させている。この結果、上部旋回体102が減速している状態で旋回用油圧モータ7から排出される作動油が有する旋回減速回生エネルギの回生量を増加させることが可能となる。ところが、流路218,219内の作動油圧がリリーフ弁51a,51bの設定リリーフ圧まで上昇した場合には、式(8)中の吐出圧Pfおよび吸入圧Peがそれぞれ変化しなくなるため、設定リリーフ圧まで作動油圧が上昇した際のリリーフ弁51a,51bの開閉動作に伴い、設定リリーフ圧前後でハンチングを引き起こしやすい。
したがって、流路218,219内の作動油圧、すなわち吐出圧Pfおよび吸入圧Peが変化している段階で、式(8)を用いて押しのけ容積指令値D2,D3を設定することが望ましいものの、これら吐出圧Pfまたは吸入圧peは、設定リリーフ圧より低い圧力になるように押しのけ容積指令値D2,D3を制御する必要がある。また、吐出圧Pfと吸入圧Peとの圧力差(差圧)で決まる旋回用油圧モータ7の減速トルクは、設定リリーフ圧で減速している場合よりも低くなってしまうため、旋回停止までの時間が長くなり、良好な旋回停止性能が得られないおそれがある。
これに対し、本第4実施形態は、旋回減速検出部57aが、上部旋回体102が減速している状態かを検知し、回生可能量演算部57bにて回生可能量Eを設定した場合に、ポンプバルブ制御部57dが可変リリーフ弁51c,51dの設定リリーフ圧を上げる制御信号を出力し、これら可変リリーフ弁51c,51dの設定リリーフ圧を上昇させる構成としている。また、式(8)を用い、流路218,219における吐出圧Pfまたは吸入圧Peが、上記第1実施形態におけるリリーフ弁51a,51bの設定リリーフ圧に等しい圧力になるように押しのけ容積指令値D2,D3を設定する。
この結果、吐出圧Pfと吸入圧Peとの圧力差で決まる旋回用油圧モータ7の減速トルクが、上記第1実施形態におけるリリーフ弁51a,51bの設定リリーフ圧で減速させている場合に等しくなるため、上部旋回体102が減速している状態における旋回停止までの時間を短縮することができ、良好な旋回停止性能を得ることができる。また同時に、上部旋回体102が減速している状態で可変リリーフ弁51c,51dから排出される作動油流量を減少でき、上部旋回体102が減速している状態で旋回用油圧モータ7から排出される作動油が有する旋回減速回生エネルギの回生量を増加させることができる。
[その他]
なお、本発明は前述した実施形態に限定するものではなく、様々な変形態様が含まれる。例えば、前述した実施形態は、本発明を分りやすく説明するために説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定するものではない。
また、上記各実施形態では、上部旋回体102の旋回駆動と同時にブームシリンダ1を伸縮駆動させた場合の旋回回生制御について説明しているが、上部旋回体102の旋回駆動と同時にアームシリンダ3やバケットシリンダ5を伸縮駆動させた場合や、走行用油圧モータ8a,8bを駆動した場合も適用可能である。例えば、バケットシリンダ5の伸縮駆動の際においても、回生可能量Eが旋回減速回生トルクEsよりも大きい場合には、旋回用油圧モータ7から排出される作動油が有する旋回減速回生エネルギを両傾転ポンプモータ14,18にて回生することができる。よって、上部旋回体102の旋回駆動と同時にバケットシリンダ5を伸縮駆動させる場合においても、本発明は適用可能である。
さらに、操作レバー56dの操作量に応じて出力される駆動指令に基づいて、旋回用油圧モータ7の回転数が減速している状態、すなわち上部旋回体102が減速している状態を旋回減速検出部57aにて検出しているが、例えば旋回用油圧モータ7の回転速度の変化量等から上部旋回体102が減速している状態を検出したり、流路218,219または流路209,210内の作動油の圧力変化等から上部旋回体102が減速している状態を検出したりしてもよい。
また、ポンプバルブ制御部57dにて両傾転ポンプモータ14,18の押しのけ容積指令値D2〜D3の減少量を制御し、これら押しのけ容積指令値D2,D3が、押しのけ容積戻り速度dDeに応じて徐々に0となるように減少させているが、旋回減速検出部57aが、上部旋回体102が減速している状態を検出してから、予め定めた所定時間が経過した場合に、ポンプバルブ制御部57dにて押しのけ容積指令値D2〜D3を0に設定する構成としてもよい。
さらに、油圧ショベル100に本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明は油圧ショベル100以外の作業機械にも適用可能である。例えば、油圧式クレーン等の作業装置で旋回駆動し得る油圧モータを備えた作業機械であれば本発明は適用可能である。
また、片傾転ポンプ13,15,17,19として、流量のみ制御可能な片傾転斜板機構を備えた液圧ポンプとしたが、吐出方向および流量が制御可能な傾転斜板機構を備えた液圧ポンプを用いても良い。
さらに、切換弁44a〜44d,46a〜46d,48a〜48d,50a〜50dや、比例切換弁54,55、ブリードオフ弁64〜67は、制御装置57が出力する制御信号にて直接制御する場合のみならず、制御装置57が出力する制御信号を、電磁減圧弁などを用いて変換した油圧信号にて制御してもよい。
また、上部旋回体102が旋回している状態で、油旋回用油圧モータ7から排出される作動油が有する旋回減速回生エネルギを回生する両傾転ポンプモータ12,14,16が駆動する油圧アクチュエータは、ブームシリンダ1、アームシリンダ3、バケットシリンダ5等の油圧シリンダに限らず、油圧モータであってもよい。
1 ブームシリンダ(第3油圧アクチュエータ)
3 アームシリンダ(第2油圧アクチュエータ)
5 バケットシリンダ(油圧アクチュエータ)
7 旋回用油圧モータ(第1油圧モータ)
9 エンジン
12 第3ポンプモータ
14 第2ポンプモータ
16 両傾転ポンプモータ
18 両傾転ポンプモータ(第1ポンプモータ)
43a 切換弁(第3開閉装置)
45b 切換弁(第2開閉装置)
47c 切換弁
45d 切換弁(第1合流流路用開閉装置)
49d 切換弁(第1開閉装置)
51c,51d 可変リリーフ弁
56d 操作レバー(操作装置)
57 制御装置
57a 旋回減速検出部
57b 回生可能量演算部(回生使用ポンプ数演算部)
57c 操作判定部(ポンプ動作判定部)
57d ポンプバルブ制御部(制御部)
60a,60b 圧力センサ(圧力検出部)
63 回転速度センサ(回転速度検出部)
100 油圧ショベル(作業機械)
102 上部旋回体
104 フロント作業機
105,105A,105B 油圧駆動装置
230 合流流路(第1合流流路用開閉装置)
231 合流流路(第1合流流路用開閉装置)
A 閉回路(第3油圧閉回路)
B 閉回路(第2油圧閉回路)
C 閉回路
D 閉回路(第1油圧閉回路)

Claims (6)

  1. 旋回体を旋回駆動するための、第1アクチュエータとしての油圧モータと、両方向に作動油の流出入が可能かつ押しのけ容積が制御可能な第1ポンプモータとを、作動油が流れる流路で閉回路状に接続し、前記油圧モータと前記第1ポンプモータとの間の流路を開閉する第1開閉装置を設けた第1油圧回路と、
    前記油圧モータとは異なる第2油圧アクチュエータと、両方向に作動油の流出入が可能かつ押しのけ容積が制御可能な第2ポンプモータとを、作動油が流れる流路で閉回路状に接続し、前記第2油圧アクチュエータと前記第2ポンプモータとの間の流路を開閉する前記第2開閉装置を設けた第2油圧回路と、
    前記第1油圧回路と前記第2油圧回路との間に接続した合流流路と、
    前記第1合流流路を開閉する第1合流流路用開閉装置と、
    前記第1、第2ポンプモータと前記第1、第2開閉装置および第1合流流路用開閉装置とを制御する制御装置と、を具備し、
    前記制御装置は、前記旋回体が減速している状態を検出する旋回減速検出部と、前記第2ポンプモータの動作状態を判定するポンプ動作判定部と、前記第1および第2ポンプモータの押しのけ容積と前記第1、第2開閉装置および第1合流流路用開閉装置の開閉とを制御する制御部と、を備え、
    前記旋回減速検出部にて前記旋回体が減速している状態を検出し、前記ポンプ動作判定部にて前記第2ポンプモータが前記第2油圧アクチュエータへ作動油を供給していない状態と判定し、旋回動作に伴う慣性エネルギを前記第1ポンプモータだけで回生できない場合に、前記制御部にて前記第1開閉装置に対し開信号を出力し、前記第2開閉装置に対し閉信号を出力し、当該第2油圧閉回路と前記第1油圧閉回路とを合流させる前記第1合流流路用開閉装置に対し開信号を出力し、さらに前記第1ポンプモータの押しのけ容積と、前記第2ポンプモータの押しのけ容積を、それぞれ吐出圧よりも吸入圧が高くなるように制御してモータとして機能させることを特徴とする作業機械。
  2. 請求項1の作業機械において、
    前記第1及び第2油圧アクチュエータとは異なる第3油圧アクチュエータと、
    両方向に作動油の流出入が可能で、かつ押しのけ容積が制御可能な第3ポンプモータとを、作動油が流れる流路で閉回路状に接続し、前記第3油圧アクチュエータと前記第3ポンプモータとの間の流路を開閉する前記第3開閉装置を設けた第3油圧回路と、
    前記第1油圧閉回路と前記第2油圧閉回路との間に接続した第2合流流路と、
    前記第2合流流路を開閉する第2合流流路用開閉装置と、
    を更に有し、
    前記旋回減速検出部にて前記旋回体が減速している状態を検出し、前記ポンプ動作判定部にて前記第3ポンプモータが前記第3油圧アクチュエータへ作動油を供給していない状態と判断し、旋回動作に伴う慣性エネルギを前記第1及び第2ポンプモータだけで回生できない場合に、前記制御部にて更に前記第3開閉装置に対し閉信号を出力し、当該第3当油圧閉回路と前記第1油圧閉回路とを合流させる前記第2合流流路用開閉装置に対し開信号を出力し、第3ポンプモータの押しのけ容積を、吐出圧よりも吸入圧が高くなるように制御してモータとして機能させることを特徴とする作業機械。
  3. 請求項1記載の作業機械において、
    前記旋回体の旋回駆動を操作するための操作装置をさらに具備し、
    前記旋回減速検出部は、前記操作装置にて前記旋回体を減速または停止する操作をした場合に、前記旋回体が減速している状態と検出する
    ことを特徴とする作業機械。
  4. 請求項1記載の作業機械において、
    前記第1ポンプモータは、一対の流出入ポートを備え、
    前記制御装置は、前記第1ポンプモータの流出入ポート間の圧力差を検出するための圧力検出部をさらに備え、前記制御部は、前記旋回減速検出部にて前記旋回体が減速している状態を検出した場合に、前記第2及び第3ポンプモータのうち前記油圧アクチュエータへ作動油を供給していないポンプモータおよび前記第1ポンプモータそれぞれの押しのけ容積を、前記圧力検出部にて検出した圧力差に基づいて、前記各ポンプモータの吐出圧よりも吸入圧が高くなるように制御することを特徴とする作業機械。
  5. 請求項1記載の作業機械において、
    前記制御装置は、前記油圧モータの回転速度を検出する回転速度検出部をさらに備え、前記制御部は、前記旋回減速検出部にて前記旋回体が減速している状態を検出した場合に、前記第2及び第3ポンプモータのうち前記油圧アクチュエータへ作動油を供給していないポンプモータおよび前記第1ポンプモータそれぞれの押しのけ容積を、前記回転速度検出部にて検出した前記油圧モータの回転速度に基づいて、前記第1および第2ポンプモータの吐出圧よりも吸入圧が高くなるように制御することを特徴とする作業機械。
  6. 請求項1記載の作業機械において、
    前記第1油圧閉回路は、前記第1油圧閉回路内の作動油のリリーフ圧が制御可能な可変リリーフ弁をさらに備え、
    前記制御部は、前記旋回減速検出部にて前記旋回体が減速している状態を検出した場合に、前記可変リリーフ弁のリリーフ圧を上昇させてから、前記第2及び第3ポンプモータのうち前記油圧アクチュエータへ作動油を供給していないポンプモータおよび前記第1ポンプモータそれぞれの押しのけ容積を、前記圧力検出部にて検出した圧力差に基づいて、前記第1および第2ポンプモータの吐出圧よりも吸入圧が高くなるように制御することを特徴とする作業機械。
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