KR20140022020A

KR20140022020A - 유압 작업기의 유압 시스템

Info

Publication number: KR20140022020A
Application number: KR1020137027416A
Authority: KR
Inventors: 다케시 히구치
Original assignee: 히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2014-02-21
Also published as: DE112012001450T5; JP2012202490A; CN103443478B; JP5496135B2; WO2012133104A1; US20140033695A1; CN103443478A; KR101926889B1; US9488195B2

Abstract

액추에이터의 속도 제어에 대한 응답성 악화의 영향을 최소한으로 억제, 스풀식 유량 제어 밸브에 준하는 양호한 조작성을 확보할 수 있는 유압 작업기의 유압 시스템을 제공한다.
본 발명은 회전 이동력 생성 수단(11)으로부터 유압 펌프(12)에 회전 이동력을 투입하여 유압 동력을 생성하고, 그 유압 동력에 의해 액추에이터(14)를 동작시키는 유압 셔블의 유압 시스템에 있어서, 액추에이터(14)로부터의 작동유 배출 유로(20)를 레버 조작에 의해 제어되는 유량 제어 밸브(19)의 스풀에 접속하는 유로인 유량 제어 유로(21)와, 배출 작동유의 유압 동력을 재이용 가능한 에너지로 변환하는 가변 용량 모터(23)에 접속하는 유로인 동력 회생 유로(22)로 분기하고, 레버 조작에 의해 유량 제어 유로(21)에 발생한 유량에 대하여 동력 회생 유로(22)의 유량이 미리 설정한 고정 비율 α가 되도록 가변 용량 모터(23)를 제어하는 회생 비율 제어 수단을 설치한 구성으로 하고 있다.

Description

유압 작업기의 유압 시스템{HYDRAULIC SYSTEM FOR HYDRAULIC WORKING MACHINE}

본 발명은 유압 셔블 등의 유압 작업기에 구비되고, 유압 회로에 있어서의 잉여 에너지를 동력으로서 회생하는 기능을 갖는 유압 작업기의 유압 시스템에 관한 것이다.

유압 작업기의 유압 시스템의 효율을 향상시키기 위하여 동력 회생 기술이 사용되고 있다.

이러한 유압 작업기의 유압 시스템에 대해서, 특허문헌 1에 개시되어 있는 유압 셔블의 예를 사용하여 설명한다.

특허문헌 1에는, 전동기로 구동되는 2개의 유압 펌프 모터를, 복동식 유압 실린더의 2개의 포트에 각각 접속하는 구성을 취하고 있다. 복동식 유압 실린더는 편측 로드식이며, 신장측과 수축측의 피스톤 수압 면적차가 상이하기 때문에, 2개의 유압 펌프 모터의 용량은 피스톤 수압 면적에 따른 비율이 되고 있다. 또한, 유압 실린더의 속도 및 방향의 제어는, 조작 레버의 조작량에 기초하여, 컨트롤러가 유압 펌프 모터를 구동하는 전동기의 회전 속도와 회전 방향을 제어함으로써 행한다. 또한, 유압 실린더의 보텀측과 유압 펌프 모터를 접속하는 유로 사이에는, 컨트롤러에 의해 제어되는 스풀식의 유량 제어 밸브를 통과하는 유로가 병렬로 설치되어 있다. 그리고, 조작 레버의 조작량이 소정값보다 작은 미세 조작 영역의 경우, 유압 실린더로부터 배출되는 작동유가 이 유량 제어 밸브를 통과하도록 제어되고, 조작 레버의 조작량이 상기 소정값을 초과하는 경우, 유압 실린더로부터 배출되는 작동유가 유량 제어 밸브를 통과하지 않고, 직접 유압 펌프 모터에 유입하도록 제어된다. 이렇게 구성함으로써, 미세 조작 영역에서는 유량 제어 밸브에 의해 유압 실린더가 양호한 속도 제어성을 확보하고, 미세 조작 영역을 초과하는 경우에는, 직접 유압 펌프 모터에 접속함으로써 양호한 동력 회생 효율을 확보하도록 하고 있다.

일본 특허 공개 제2002-349505호 공보

상술한 특허문헌 1에 개시되는 종래 기술에서는, 미세 조작 영역을 초과하는 경우, 유압 펌프 모터의 회전수 제어만으로 유압 실린더의 속도를 제어하기 위해서, 양호한 회생 효율을 확보할 수 있지만, 레버 조작에 대한 응답성을 확보하는 것이 어렵다는 과제가 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술에 있어서의 실상으로부터 이루어진 것으로, 그 목적은, 액추에이터의 속도 제어에 대한 응답성 악화의 영향을 최소한으로 억제, 스풀식 유량 제어 밸브에 준하는 양호한 조작성을 확보할 수 있는 유압 작업기의 유압 시스템을 제공하는 데에 있다.

이 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 회전 이동력 생성 수단으로부터 유압 펌프에 회전 이동력을 투입하여 유압 동력을 생성하고, 그 유압 동력에 의해 액추에이터를 동작시키는 유압 작업기의 유압 시스템에 있어서, 상기 액추에이터로부터의 작동유 배출 유로를, 레버 조작에 의해 제어되는 유량 제어 스풀에 접속하는 유로인 유량 제어 유로와, 배출 작동유의 유압 동력을 재이용 가능한 에너지로 변환하는 동력 회생 수단에 접속하는 유로인 동력 회생 유로로 분기하고, 레버 조작에 의해 상기 유량 제어 유로에 발생한 유량에 대하여 상기 동력 회생 유로의 유량이 미리 설정한 고정 비율이 되도록 상기 동력 회생 수단을 제어하는 회생 비율 제어 수단을 설치한 것을 특징으로 하고 있다.

이렇게 구성한 본 발명은 유량 제어 유로와 동력 회생 유로의 유량을 고정 비율로 함으로써, 액추에이터가 동작하고 있을 때는 유량 제어 유로에 반드시 유량이 발생한다. 따라서, 레버 조작에 의해 유량 제어 밸브를 조정하여 유량 제어 유로의 유량 변화를 변화시킨 경우, 그 유량의 변화가 반드시 액추에이터의 속도에 영향을 미치므로, 스풀식 유량 제어 밸브의 응답성이 좋은 점이 반영된다. 또한, 유량 제어 유로와 동력 회생 유로의 유량비가 항상 일정하기 때문에, 레버 조작에 의한 유량 제어 유로의 유량 변화량에 대하여 액추에이터의 속도 변화량이 항상 일정해지고, 레버 조작량에 대한 액추에이터의 속도 변화량이 일정해지고, 양호한 조작성을 얻을 수 있다.

또한 본 발명은 상기 발명에 있어서, 상기 동력 회생 수단을 가변 용량 모터로 하고, 상기 회생 비율 제어 수단이, 상기 조작 레버에 의해 생성한 조작 파일럿압과 상기 액추에이터로부터의 상기 작동유 배출 유로의 압력 및 상기 가변 용량 모터의 회전 속도로부터, 상기 유량 제어 유로와 상기 동력 회생 유로의 유량이 고정 비율이 되도록 상기 가변 용량 모터의 목표 용량을 계산하는 컨트롤러와, 이 컨트롤러로부터의 전기 명령에 의해 상기 가변 용량 모터의 용량을 제어하는 모터 용량 제어 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

이렇게 구성한 본 발명은 레버 조작에 의해 발생하는 파일럿압과 액추에이터로부터의 작동유 배출 유로의 압력으로부터 유량 제어 유로의 유량을 추정하고, 거기에 소정 비율을 곱한 유량을 목표로 하여 동력 회생 유로의 유량을 피드 포워드 제어하므로, 동력 회생 유로의 유량 제어의 응답성을 보다 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명은 상기 발명에 있어서, 상기 동력 회생 수단을 가변 용량 모터로 하고, 상기 회생 비율 제어 수단이, 상기 유량 제어 유로에 설치한 제1 압력 검출 수단과 상기 동력 회생 유로에 설치한 제2 압력 검출 수단 및, 상기 제1 압력 검출 수단의 압력이 상기 제2 압력 검출 수단의 압력보다 큰 경우에 상기 가변 용량 모터의 용량을 작게 하고, 상기 제1 압력 검출 수단의 압력이 상기 제2 압력 검출 수단의 압력보다 작은 경우에 상기 가변 용량 모터의 용량을 크게 하고, 상기 제1 압력 검출 수단과 상기 제2 압력 검출 수단의 압력이 동일한 경우에 상기 가변 용량 모터의 용량을 고정하는 모터 용량 제어 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

이렇게 구성한 본 발명은 동력 회생 유로의 유량 제어를, 비교적 검출이 용이한 압력 정보만을 사용하여 행하기 때문에, 심플한 시스템 구성으로 할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 발명에 있어서, 상기 제1 압력 검출 수단이 상기 유량 제어 유로로부터 분기하는 제1 압력 검출 유로로 이루어지고, 상기 제2 압력 검출 수단이 상기 동력 회생 유로로부터 분기하는 제2 압력 검출 유로로 이루어지고, 모터 용량 제어 수단이 모터 용량 제어 스풀과 모터 용량 제어 실린더로 이루어지고, 상기 모터 용량 제어 스풀 양단에 설치한 동일한 면적을 가지는 수압부에, 상기 제1 압력 검출 유로와 상기 제2 압력 검출 유로를 대항시켜서 접속함으로써, 상기 제1 압력 검출 유로와 상기 제2 압력 검출 유로의 압력 관계에 의해 상기 모터 용량 제어 스풀이 이동하고, 또한, 상기 모터 용량 제어 스풀이 이동함으로써, 상기 모터 용량 제어 실린더에의 압유의 급배를 전환하고, 상기 가변 용량 모터의 용량을 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.

이렇게 구성한 본 발명은 동력 회생 유로의 유량 제어를, 유압 기기만으로 행하는 것이 가능하기 때문에, 전파 노이즈가 많은 환경에 있어서, 전자 제어를 사용하는 경우와 비교하여 안정된 제어를 실현시킬 수 있다.

또한 본 발명은 상기 발명에 있어서, 상기 동력 회생 수단을 가변 용량 모터로 하고, 상기 회생 비율 제어 수단이, 상기 유량 제어 유로에 설치한 제1 압력 검출 수단, 상기 동력 회생 유로에 설치한 제2 압력 검출 수단 및, 상기 작동유 배출 유로에 설치한 제3 압력 검출 수단과, 상기 제3 압력 검출 수단의 압력으로부터 상기 제2 압력 검출 수단의 압력을 뺀 차압을, 상기 제3 압력 검출 수단의 압력으로부터 상기 제1 압력 검출 수단의 압력을 뺀 차압으로 제산한 값이, 미리 설정한 고정 비율보다 큰 경우에 상기 가변 용량 모터의 용량을 작게 하고, 상기 제3 압력 검출 수단의 압력으로부터 상기 제2 압력 검출 수단의 압력을 뺀 차압을, 상기 제3 압력 검출 수단의 압력으로부터 상기 제1 압력 검출 수단의 압력을 뺀 차압으로 제산한 값이, 미리 설정한 상기 고정 비율보다 작은 경우에 상기 가변 용량 모터의 용량을 크게 하고, 상기 제3 압력 검출 수단의 압력으로부터 상기 제2 압력 검출 수단의 압력을 뺀 차압을, 상기 제3 압력 검출 수단의 압력으로부터 상기 제1 압력 검출 수단의 압력을 뺀 차압으로 제산한 값이 미리 설정한 상기 고정 비율과 동일한 경우에 상기 가변 용량 모터의 용량을 고정하는 모터 용량 제어 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

이렇게 구성한 본 발명은 유량 제어 유로와 동력 회생 유로의 분기부와 제2 압력 검출 수단의 분기부 사이의 관로 저항의 크기에 의하지 않고, 유량 제어 유로와 동력 회생 유로의 유량비를 임의의 고정 비율로 설정할 수 있으므로, 시스템 구성의 자유도를 높일 수 있다.

또한 본 발명은 상기 발명에 있어서, 상기 제1 압력 검출 수단이 상기 유량 제어 유로로부터 분기하는 제1 압력 검출 유로로 이루어지고, 상기 제2 압력 검출 수단이 상기 동력 회생 유로로부터 분기하는 제2 압력 검출 유로로 이루어지고, 상기 제3 압력 검출 수단이 상기 작동유 배출 유로로부터 분기하는 제3 압력 검출 유로로 이루어지고, 상기 모터 용량 제어 수단이 모터 용량 제어 스풀과 모터 용량 제어 실린더로 이루어지고, 상기 모터 용량 제어 스풀 양단에 수압 면적(A)과 수압 면적(B)의 2조의 수압부를 각각 대항하게 설치하고, 대항하는 면적(A)의 수압부에 상기 제1 압력 검출 유로와 상기 제3 압력 검출 유로를 접속하고, 면적(B)의 수압부에 상기 제2 압력 검출 유로와 상기 제3 압력 검출 유로를 접속하고, 상기 제3 압력 검출 유로의 상기 면적(A)에 접속한 부분이 상기 제3 압력 검출 유로의 상기 면적(B)에 접속한 부분에 대하여 반대측이 되도록 접속함으로써, 상기 제1 압력 검출 유로와 상기 제3 압력 검출 유로의 차압과, 상기 제2 압력 검출 유로와 상기 제3 압력 검출 유로의 차압의 대소 관계에 의해 상기 모터 용량 제어 스풀이 이동하고, 또한, 상기 모터 용량 제어 스풀이 이동함으로써, 상기 모터 용량 제어 실린더에의 압유의 급배를 전환하고, 상기 가변 용량 모터의 용량을 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.

이렇게 구성한 본 발명은 유압 기기만으로, 유량 제어 유로와 동력 회생 유로의 분기부와 제2 압력 검출 수단의 분기부 사이의 관로 저항의 크기에 의하지 않고, 유량 제어 유로와 동력 회생 유로의 유량비를 임의의 고정 비율로 설정할 수 있기 때문에, 전파 노이즈가 많은 환경에 있어서, 전자 제어를 사용하는 경우와 비교하여 안정된 제어를 실현시킬 수 있다.

또한 본 발명은 상기 발명에 있어서, 상기 동력 회생 수단을 상기 유압 펌프와 기계적으로 접속한 것을 특징으로 하고 있다.

이렇게 구성한 본 발명은 동력 회생 수단으로 회수한 유압 동력을, 유압 펌프로 유압 동력인채로 재생할 수 있기 때문에, 전기 등의 다른 종류의 동력을 개재하여 재생을 행하는 경우에 비하여, 동력의 손실을 최소한으로 억제할 수 있고, 보다 높은 에너지 회생 효율을 얻을 수 있다.

본 발명에 있어서는, 유량 제어 유로와 동력 회생 유로의 유량을 고정 비율로 함으로써, 액추에이터가 동작하고 있을 때는 유량 제어 유로에 반드시 유량이 발생한다. 따라서, 레버 조작에 의해 유량 제어 밸브를 조정하여 유량 제어 유로의 유량 변화를 변화시킨 경우, 그 유량의 변화가 반드시 액추에이터의 속도에 영향을 미치므로, 본 발명에 따르면 스풀식 유량 제어 밸브의 응답성이 좋은 점이 반영된다. 또한 본 발명은 유량 제어 유로와 동력 회생 유로의 유량비가 항상 일정하기 때문에, 레버 조작에 의한 유량 제어 유로의 유량 변화량에 대하여 액추에이터의 속도 변화량이 항상 일정해지고, 레버 조작량에 대한 액추에이터의 속도 변화량이 일정해져, 양호한 조작성을 얻을 수 있다. 즉, 본 발명은 액추에이터의 속도 제어에 대한 응답성 악화의 영향을 최소한으로 억제하여, 스풀식 유량 제어 밸브에 준하는 양호한 조작성을 확보할 수 있고, 종래보다 정밀도가 높은 작업성을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유압 시스템이 구비되는 유압 작업기의 일례로서 든 유압 셔블을 도시하는 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 유압 셔블에 구비되는 본 발명에 따른 유압 시스템의 제1 실시 형태를 나타내는 유압 회로도이다.
도 3은 제1 실시 형태의 동작의 보충 설명을 위한 흐름도이고, (a)도는 주 처리를 나타내는 흐름도, (b)도는 주 처리에 포함되는 처리 A를 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태를 나타내는 유압 회로도이다.
도 5는 제2 실시 형태의 동작의 보충 설명을 위한 도면이고, (a)도는 유량 제어 밸브 부분을 확대하여 도시한 도면, (b)도는 컨트롤러에 포함되는 유량 제어 밸브의 스풀의 개구 면적 선도, (c)도는 설명에 사용하는 식을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태를 나타내는 유압 회로도이다.
도 7은 제3 실시 형태의 동작의 보충 설명을 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시 형태를 나타내는 유압 회로도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시 형태를 나타내는 유압 회로도이다.
도 10은 본 발명의 제6 실시 형태를 나타내는 유압 회로도이다.

이하, 본 발명에 따른 유압 작업기의 유압 시스템의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 유압 시스템이 구비되는 유압 작업기의 일례로서 든 유압 셔블을 도시하는 측면도이다.

이 도 1에 도시한 바와 같이, 유압 셔블은, 주행체(1)와, 이 주행체(1) 상에 배치되는 선회체(2)와, 이 선회체(2)에 회동 가능하게 설치되는 작업 장치(3)를 구비하고 있다. 작업 장치(3)는 선회체(2)에 상하 방향의 회동 가능하게 접속되는 붐(4)과, 이 붐(4)의 선단에 상하 방향의 회동 가능하게 접속되는 아암(5)과, 이 아암(5)의 선단에 상하 방향의 회동 가능하게 접속되는 버킷(6)을 포함하고 있다. 또한, 이 작업 장치(3)는 붐(4)을 작동시키는 붐 실린더(4a)와, 아암(5)을 작동시키는 아암 실린더(5a)와, 버킷(6)을 작동시키는 버킷 실린더(6a)를 포함하고 있다. 선회체(2) 상에는 운전실(7)이 설치되어 있고, 운전실(7)의 후방에는 유압 펌프 등이 수용되는 기계실(8)이 설치되어 있다.

도 2는 도 1에 도시하는 유압 셔블에 구비되는 본 발명에 따른 유압 시스템의 제1 실시 형태를 나타내는 유압 회로도이다.

이 도 2에 도시하는 회전 이동력 생성 수단(11)은 전동기, 엔진 등의 전기나 화석 연료의 에너지를 회전 이동력으로 변환하는 장치이며, 회전 이동력 생성 수단(11)의 출력축이 유압 펌프(12), 파일럿 펌프(13)의 입력축과 기계적으로 접속되고, 회전 이동력 생성 수단(11)에 의해 유압 펌프(12), 파일럿 펌프(13)가 구동된다. 또한, 회전 이동력 생성 수단(11)은 출력축의 회전 속도를 거의 일정하게 유지하는 제어를 행하고 있다.

유압 펌프(12)는 후술하는 액추에이터(14)를 구동하는 유압 동력을 생성하는 장치로, 1회전당 토출하는 작동유의 유량을 조정할 수 있게 되어 있기 때문에, 입력축의 회전수가 일정해도, 작동유의 토출 유량을 변화시키는 것이 가능하다. 유압 펌프(12)의 용량은, 후술하는 레버(15)의 조작량(후술하는 파일럿 밸브(16)에서 발생하는 파일럿압)이나, 유압 펌프(12)의 토출압, 회전 이동력 생성 수단(11)의 부하 여유율 등으로부터, 도시하지 않은 레귤레이터에 의해 제어된다.

파일럿 펌프(13)는 후술하는 유압 기기의 제어에 사용되는 파일럿압을 생성하는 장치이며, 1회전당 토출하는 작동유의 유량이 고정되어 있다. 파일럿 펌프(13)가 토출한 작동유는, 파일럿 릴리프 밸브(17)를 개재하여 작동유 탱크(18)에 복귀되고, 파일럿 회로의 압력은 파일럿 릴리프 밸브(17)의 설정압으로 유지된다.

액추에이터(14)는 예를 들어 전술한 붐 실린더(4a), 즉 복동편 로드식의 유압 실린더이며, 동력원의 유압 펌프(12)와는 유량 제어 밸브(19)를 개재하여 접속되어 있다. 유량 제어 밸브(19)는 3위치 4포트의 유압 파일럿 절환 밸브이고, 파일럿 밸브(16)로 조정된 파일럿압에 의해 동작한다. 레버(15)에 의해 파일럿 밸브(16)를 A측으로 조작했을 때는, 본 도면에 있어서의 유량 제어 밸브(19)의 우측이 고압이 되고, 유량 제어 밸브(19)의 스풀이 좌측으로 이동한다. 그러면, 유압 펌프(12)와 액추에이터(14)의 A포트가 접속하고, 액추에이터(14)는 수축 동작을 행하고, 액추에이터(14)의 B포트로부터 배출된 작동유는 작동유 배출 유로(20)를 통하고, 유량 제어 유로(21)와 동력 회생 유로(22)로 분기하고, 유량 제어 유로(21)의 작동유는 유량 제어 밸브(19)를 통과하여 작동유 탱크(18)에 복귀되고, 동력 회생 유로(22)의 작동유는 후술하는 동작 회생 수단, 예를 들어 가변 용량 모터(23)를 통과하여 작동유 탱크(18)에 복귀된다. 또한, 액추에이터(14)가 수축 동작을 하고 있을 때(파일럿 밸브(16)가 A측으로 조작되고 있을 때)는 동력 회생 유로(22)에 설치된 전환 밸브(24)가 개방 위치가 되고, 액추에이터(14)의 B포트로부터 배출된 작동유의 일부가 가변 용량 모터(23)를 통과할 수 있게 되어 있다. 반대로, 파일럿 밸브(16)를 B측으로 조작했을 때는, 동도 2에 있어서의 유량 제어 밸브(19)의 좌측이 고압이 되고, 유량 제어 밸브(19)의 스풀이 우측으로 이동한다. 그러면, 유압 펌프(12)와 액추에이터(14)의 B포트가 접속하고, 액추에이터(14)는 신장 동작을 행하고, 액추에이터(14)의 A포트로부터 배출된 작동유는 유량 제어 밸브(19)를 통과하여 작동유 탱크(18)에 복귀된다. 또한, 액추에이터(14)가 신장 동작을 하고 있을 때(파일럿 밸브(16)가 B측으로 조작되고 있을 때)는 동력 회생 유로(22)에 설치된 전환 밸브(24)가 폐쇄 위치가 되고, 유압 펌프(12)로부터 공급되는 작동유가 가변 용량 모터(23)에 유입하지 않고, 전량이 액추에이터(14)에 공급된다.

가변 용량 모터(23)는 그 출력축이 유압 펌프(12)(회전 동력 생성 수단(11)과 파일럿 펌프(13)도 마찬가지)에 기계적으로 접속되어 있다. 가변 용량 모터(23)는 1회전당 작동유 흡입 유량을 변화시킬 수 있기 때문에, 출력축의 회전수가 일정해도, 흡입 유량을 변화시킬 수 있다. 그리고, 가변 용량 모터(23)의 용량은, 후술하는 컨트롤러(25)로부터의 목표 용량 명령을 받아서 동작하는 모터 용량 제어 수단, 예를 들어 전자 제어 레귤레이터(26)로 조정된다. 또한, 가변 용량 모터(23)와 유압 펌프(12)는 기계적으로 접속되어 있기 때문에, 가변 용량 모터(23)도 항상 회전하고 있다. 따라서, 가변 용량 모터(23)의 입력 포트에 압유가 유입하고 있을 경우에는 모터 작용을 행해 유압 펌프(12)의 구동 토크를 발생하고, 회전 이동력 생성 수단(11)을 어시스트하지만, 충분한 작동유의 유입이 없을 경우에는, 메이크업 유로(29)로부터 작동유를 빨아 올려서 펌프 작용을 하므로, 반대로 토크를 흡수(손실)하게 된다. 이 제1 실시 형태에서는, 이 경우의 손실을 최저한으로 억제하기 때문에, 가변 용량 모터(23)가 최소 용량 제로(모터가 회전해도 작동유의 흡입, 토출을 행하지 않는다)의 가변 용량 모터로 이루어진다.

이 제1 실시 형태에 구비되는 레버(15)의 조작에 의해 유량 제어 유로(21)에 발생한 유량에 대하여 동력 회생 유로(22)의 유량이 미리 설정한 고정 비율이 되도록 동력 회생 수단, 즉 가변 용량 모터(23)를 제어하는 이 제1 실시 형태에 구비되는 회생 비율 제어 수단은, 유량 제어 유로(21)와 동력 회생 유로(22)에 각각 설치된 유량계(27), 유량계(28), 컨트롤러(25), 전자 제어 레귤레이터(26)로 구성된다. 유량계(27), 유량계(28)에 의해, 유량 제어 유로(21)와 동력 회생 유로(22) 각각의 유로를 통과하는 작동유의 유량을 전기 신호로서 검출할 수 있게 되어 있다. 또한, 유량계(27)에 대해서는, 유량 제어 유로(21)의 작동유의 흐름이 쌍방향이기 때문에, 액추에이터(14)로부터 배출되는 흐름의 경우만 유량계(27)를 통과하도록 되어 있다. 그리고, 유량계(27), 유량계(28)의 출력은 컨트롤러(25)에 접속되어 있다.

컨트롤러(25)에서는, 유량계(27)의 전기 신호를 유량 제어 유로(21)의 유량(Q1)으로 환산하고, 미리 설정되어 있는 유량 제어 유로(21)와 동력 회생 유로(22)의 유량비(α)를 곱하여, 동력 회생 유로(22)의 목표 유량(Qt2)(=αQ1)을 계산한다. 이렇게 하여 계산된 동력 회생 유로(22)의 목표 유량(Qt2)과, 유량계(28)의 전기 신호를 환산하여 얻은 동력 회생 유로(22)의 실 유량(Q2)을 비교하여, Q2>Qt2+β이면 가변 용량 모터(23)의 용량을 작게 하도록, Q2<Qt2-β이면 용량을 크게 하도록, Qt2-β≤Q2≤Qt2+β이면 그 시점에서의 용량을 유지하도록 전자 제어 레귤레이터(26)에 명령을 내린다. 또한, Q1<γ의 경우에는, 강제적으로 최소 용량으로 하는 제어도 포함되어 있다. 또한, β는 제어를 안정시키기 위한 불감대, γ는 동력 회생을 유효로 하는 Q1의 최소 유량을 의미한다. β의 값은 Q2 최대 유량의 수％ 정도, γ의 값은 Q1 최대 유량의 수％ 정도이고, 모두, 설치되는 유량계의 측정 오차에 대하여 오동작을 충분히 방지할 수 있는 범위를 상정하여 결정하고 있다.

제1 실시 형태의 구성과 동작의 개요는 상술한 바와 같지만, 액추에이터(14)에 수축을 행하게 하는 경우(동력 회생을 행하는 경우)의 일련의 동작에 있어서의 과도적인 상태에 대해서 보충 설명한다.

우선, 레버(15)가 조작되어 있지 않은 상태에 있어서는, 파일럿 밸브(16)로부터 유량 제어 밸브(19), 동력 회생 유로(22)의 전환 밸브(24)에 작용하는 파일럿압은 탱크압(거의 제로)이 된다. 이 상태에서는, 유량 제어 밸브(19)는 스풀 양단에 있는 스프링력에 의해 중앙 위치에 있고, 액추에이터(14)는 정지하고 있기 때문에, 유량계(27)의 검출 유량(Q1)은 제로가 된다. 또한, 전환 밸브(24)는 스프링력에 의해 유로를 폐쇄하는 위치에 있기 때문에, 유량계(28)의 검출 유량(Q2)도 제로이다. 이때, 컨트롤러(25)에서는 Q1<γ의 판정이 내려지고, 전자 제어 레귤레이터(26)에 대하여 가변 용량 모터(23)의 목표 용량을 최소 용량으로 하는 명령을 내려, 가변 용량 모터(23)는 용량 제로가 된다.

이어서, 도 2의 (a)도의 수순 S1에 도시한 바와 같이, 모드(응답성 우선, 동력 회생 효율 우선)에 따른 α의 값이 컨트롤러(25)에 설정되고, 수순 S2에 도시한 바와 같이, 레버(15)가 조작되어 있지 않은 상태로부터 파일럿 밸브(16)를 A측으로 조작하면, 조작 직후, 유량 제어 밸브(19)의 스풀이 왼쪽으로 이동을 시작하여, 유압 펌프(12)와 액추에이터(14)의 A포트를 접속하는 유로와, 작동유 탱크(18)와 액추에이터(14)의 B포트를 접속하는 유로가 개방하기 시작한다. 또한, 동력 회생 유로(22)의 전환 밸브(24)에도 파일럿압이 작용하여 스프링을 누르고, 유로가 개방하기 시작한다. 이때, 유량 제어 유로(21)에는 서서히 유량이 발생하기 시작하고, 수순 S3의 처리 A가 개시된다. 이 처리 A에서는, 컨트롤러(25)에 있어서 동 도 2의 (b)도의 수순 S11에 도시한 바와 같이, 유량계(27, 28)로부터의 전기 신호에 따라서 유량(Q1, Q2)이 연산되고, 또한 수순 S12에 도시한 바와 같이, Qt2=Q1이 연산된다. 수순 S13의 판정에서, 0<Q1<γ 범위에 있는 값의 상태에서는, 가변 용량 모터(23)는 아직 용량 제로의 제어 상태에 있고, Q2=0인채이다. 또한, 시간이 지나 ≥γ이 된 시점에서는, 여전히 Q2=0이기 때문에, 수순 S14의 판정 Q2<Qt2-β이 YES로 판정되어, 컨트롤러(25) 내의 가변 용량 모터(23)의 목표 용량의 값이 증가하기 시작한다. 그리고, 시간이 더 지나면, 컨트롤러(25)로부터 전자 제어 레귤레이터(26)에의 목표 용량 명령값도 적절하게 커지고, 가변 용량 모터(23)의 용량에 따른 Q2가 발생한다. 이 상태가 계속되면, 어차피 수순 S15의 판정 Qt2-β≤Q2≤Qt2+β이 YES가 되고, 그 시점의 가변 용량 모터(23)의 용량이 유지된다. 이렇게 해서, 유량 제어 유로(21)의 유량(Q1)에 대하여 동력 회생 유로(22)의 유량(Q2)가 미리 설정된 고정 비율(Q2≒Qt2=αQ1)이 되게 조정된다.

이어서, 파일럿 밸브(16)가 A측으로 조작되고, 동력 회생 유로(22)의 유량(Q2)이 미리 설정된 고정 비율이 되도록 조정되어 있는 상태로부터, 레버(15)를 복귀시키는 경우에 대하여 설명한다. 레버(15)를 복귀시키기 시작하면, 유량 제어 밸브(19)의 스풀이 오른쪽 이동을 시작하여, 유압 펌프(12)와 액추에이터(14)의 A포트를 접속하는 유로와, 작동유 탱크(18)와 액추에이터(14)의 B포트를 접속하는 유로가 폐쇄하기 시작한다. 이때, 유량 제어 유로(21)의 유량(Q1)은 서서히 감소하기 시작한다. 그리고, 시간이 지나 도 3의 (b)도의 수순 S15의 판정이 NO의 상태, 즉 Q2>Qt2+β의 상태가 되면, 컨트롤러(25) 내의 가변 용량 모터(23)의 목표 용량의 값이 감소하기 시작하고, 그에 따라 가변 용량 모터(23)의 용량도 작아져, 동력 회생 유로(22)의 유량(Q2)이 미리 설정된 고정 비율(Q2≒Qt2=αQ1)이 되게 재조정된다. 도 3의 (a)도에 도시한 바와 같이, 작업이 종료하면 가변 용량 모터(23)의 제어는 종료한다.

그런데, 레버(15)를 복귀시키는 조작이 천천히 행해진 경우에는, 동력 회생 유로(22)의 유량(Q2)은, 미리 설정된 고정 비율(Q2≒Qt2=αQ1)을 유지하면서 감소해 가지만, 레버(15)를 갑자기 복귀시켰을 경우에는, 유량 제어 유로(21)의 유량 감소로, 동력 회생 유로(22)의 유량 감소의 재조정이 따라잡지 못하는 상황이 발생한다. 이러한 상황에서 레버(15)가 중립(무조작) 상태로 복귀되면, 동력 회생 유로(22)의 전환 밸브(24)도 유로를 폐쇄하는 위치로 이동하고, 동력 회생 유로(22)의 작동유의 흐름이 강제적으로 차단된다. 이 순간은, 가변 용량 모터(23)는 제로가 아닌 어떤 용량을 갖고 있으므로, 도 1에 도시하는 메이크업 유로(29)로부터 작동유를 빨아 올림으로써, 흡입 포트에의 공급 유량이 부족한 것에 의한 캐비테이션을 방지하고, 가변 용량 모터(23)의 펌프 작용에 의한 흡수 토크(동력 손실)의 증대를 억제함과 동시에, 가변 용량 모터(23)의 대미지를 최소한으로 억제한다. 또한, 유량 제어 밸브(19), 전환 밸브(24)가 함께 폐쇄됨으로써, Q1=Q2=0이 되기 때문에, 컨트롤러에서는 Q1<γ의 판정이 내려져, 전자 제어 레귤레이터(26)에 대하여 가변 용량 모터(23)의 목표 용량을 최소 용량으로 하는 명령을 내리고, 최종적으로 가변 용량 모터(23)의 용량은 제로로 복귀된다. 이와 같이, 급한 레버 복귀 조작을 행한 경우에는, 가변 용량 모터(23)의 용량 상태에 의하지 않고 액추에이터(14)를 급정지시킬 수 있으므로, 긴급 시에 액추에이터(14)의 정지가 지연되는 것에 의한 위험을 방지할 수 있다.

상술한 제1 실시 형태에 있어서는, 액추에이터(14)가 동작하는 때는 항상 유량 제어 밸브(19)에 유량이 발생하고 있기 때문에, 레버 조작량의 변화에 대하여 발생하는 유량 제어 밸브(19)에서의 유량 조정 작용이 액추에이터(14)의 작동 속도에 반드시 반영된다. 당연히, 유량 제어 밸브(19)와 비교하여 응답성이 떨어진 가변 용량 모터(23)에 의한 유량 제어가 포함되기 때문에, 본 실시 형태의 레버 조작에 대한 응답성은, 액추에이터(14)에 급배되는 작동유의 전 유량이 유량 제어 밸브(19)에 흐르는 종래의 일반적인 유압 작업기의 유압 시스템과 비교하면 떨어진다. 그러나, 가변 용량 모터(23)의 유량 제어의 응답성에 맞춰, 응답성의 불량이 문제되지 않는 레벨로 수용되도록, 유량 제어 유로(21)와 동력 회생 유로(22)의 유량 비율을 설정함으로써, 실용성을 확보할 수 있다. 또한, 유량 제어 유로(21)와 동력 회생 유로(22)의 유량 비율을 컨트롤러(25)에 설정되어 있는 상수 α로 결정하고 있으므로, 모드 전환 수단 등을 설치하여 상수 α를 외부로부터 전환되도록 하면, 응답성을 중시하는 모드, 동력 회생 효율을 중시하는 모드를 전환하여 운전하는 것도 가능하다.

이어서, 본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 도 4, 도 5에 기초하여 설명한다. 또한, 제1 실시 형태와 공통되는 부분은 생략하고, 차이가 있는 회생 비율 제어 수단의 부분만 설명한다.

이 제2 실시 형태에 따른 회생 비율 제어 수단은, 도 4에 도시하는 작동유 배출 유로(20)에 설치된 압력계(30), 액추에이터(14)를 수축시키는 동작을 행하는 경우(파일럿 밸브(16)가 A측으로 조작되었을 때)에 승압되는 파일럿 라인(35)에 설치된 압력계(31), 컨트롤러(25), 전자 제어 레귤레이터(26)로 구성된다. 압력계(30) 및 압력계(31)는 작동유 배출 유로(20)와 파일럿 라인(35) 각각의 압력을 전기 신호로서 검출하는 것이며, 압력계(30), 압력계(31)의 출력은 컨트롤러(25)에 부여되고, 각각, 액추에이터 배출 압력(Pa), 파일럿 압력(Pp)으로 환산된다. 또한, 컨트롤러(25)에는 압력계(30, 31)로부터의 전기 신호 이외에, 회전 이동력 생성 수단(11)의 회전에 동기한 전기 신호가 입력되고, 컨트롤러(25) 내에서 그 전기 신호로부터 회전 이동력 생성 수단(11)의 단위 시간당 회전수가 계산된다. 이 제2 실시 형태의 경우, 회전 이동력 생성 수단(11)과 동력 회생 수단, 즉 가변 용량 모터(23)의 회전 속도는 동일하다. 또한, 컨트롤러(25)에는, 액추에이터(14)의 수축 시에, 액추에이터(14)의 B포트로부터 배출된 작동유가 작동유 탱크(18)로 복귀될 때 통과하는 유량 제어 밸브(19)의 스풀의 개구 면적 선도가 기록되어 있다.

컨트롤러(25)는 파일럿압(Pp)이 Pp<δ인 경우, 가변 용량 모터(23)에 용량을 최소로 하는 명령을 내린다. δ은 파일럿압(Pp)의 플랜지에 대하여 몇％ 정도로 설정하고 있고, 파일럿압(Pp) 자체가 미소한 변동이나 압력계의 전기적인 노이즈에 의해, 파일럿 밸브(16)가 A측으로 조작되어 있지 않은 경우, 즉, 액추에이터(14)가 축소 동작을 하고 있지 않을 때 가변 용량 모터(23)에 불필요한 제어 명령을 내리지 않도록 하기 위한 임계값이다. 이때, 동력 회생 유로(22)에 설치된 전환 밸브(24)는 스프링력에 의해 유로를 차단하는 위치에 있고, 동력 회생 유로(22)에 유량은 발생하지 않는다.

파일럿 밸브(16)가 A측으로 조작되어 파일럿압(Pp)이 승압해서 δ≤Pp이 되면, 컨트롤러(25)에서는 가변 용량 모터(23)의 목표 용량 연산이 행해진다. 우선, 컨트롤러(25) 내에 기록되어 있는 파일럿압에 대한 도 5의 (a)도에 나타내는 유량 제어 밸브(19)의 스풀의 도 5의 (b)도의 개구 면적 선도에 도시한 바와 같이, 현재의 파일럿압(Pp)에 대응하는 유량 제어 밸브(19)의 스풀의 개구 면적(As)을 얻는다. 또한, 액추에이터(14)의 배출 압력(Pa)과 스풀 개구 면적(As)으로부터, 도 5의 (c)도의 식(1)을 사용하여 유량 제어 유로(21)의 유량(Q1)을 추정한다. 그리고, 추정한 Q1에 대하여 미리 설정되어 있는 고정 비율(α)을 곱하여, 동력 회생 유로(23)의 목표 유량(Qt2)이 결정된다. 가변 용량 모터(23)의 목표 용량(q)(모터 1회전당 토출·흡입 유량)은 동력 회생 유로(22)의 목표 유량(Qt2)과 가변 용량 모터(23)의 단위시간당 회전수로부터, 도 5의 (c)도에 나타내는 식(2)를 사용하여 계산된다. 컨트롤러(25)는 전자 제어 레귤레이터(26)에 대하여 이렇게 하여 결정된 가변 용량 모터(23)의 목표 용량(q)에 따른 명령을 내린다. 파일럿압이 δ≤Pp의 상태에 있을 때는, 항상 이 가변 용량 모터(23)의 용량 제어가 행해진다.

파일럿 밸브(16)가 B측으로 조작되었을 경우에는, 파일럿압(Pp)은 Pp<δ이 되기 때문에, 가변 용량 모터(23)는 항상 최소 용량으로 제어된다. 또한, 전환 밸브(24)도 항상 유로를 차단하는 위치에 있다. 따라서, 동력 회생 유로(22)에 유량은 발생하지 않고, 유압 펌프(12)로부터 토출된 압유는 전량 액추에이터(14)의 B포트에 유입하고, 액추에이터(14)의 A포트로부터 배출된 작동유는 전량 유량 제어 밸브(19)를 통과하여 작동유 탱크(18)에 복귀된다.

이상과 같이 구성된 제2 실시 형태에 있어서는, 가변 용량 모터(23)의 제어를 레버 조작량(파일럿압(Pp))에 의해 피드 포워드 제어(예측 제어)하기 때문에, 가변 용량 모터(23)의 제어 지연이 발생하기 어렵고, 레버 조작에 대한 응답성이 우수하다.

이어서, 본 발명의 제3 실시 형태에 대하여 도 6, 도 7에 기초하여 설명한다. 또한, 제1 실시 형태와 공통되는 부분은 생략하고, 차이가 있는 회생 비율 제어 수단 부분만 설명한다.

이 제3 실시 형태에 따른 회생 비율 제어 수단은, 도 6에 나타내는 유량 제어 유로(21)와 동력 회생 유로(22)에 설치된 압력계(30) 및 압력계(40), 액추에이터(14)를 수축시키는 동작을 행하는 경우(파일럿 밸브(16)가 A측으로 조작되었을 때)에 승압되는 파일럿 라인(35)에 설치된 압력계(31), 컨트롤러(25), 전자 제어 레귤레이터(26)에 의해 구성된다. 압력계(30), 압력계(40) 및 압력계(31)는 유량 제어 유로(21), 동력 회생 유로(22) 및 파일럿 라인(35) 각각의 압력을 전기 신호로서 검출하는 것이며, 압력계(30), 압력계(31) 및 압력계(40)의 출력은 컨트롤러(25)에 부여되고, 각각, 유량 제어 유로 압력(P1), 동력 회생 유로 압력(P2), 파일럿압(Pp)으로 환산된다.

컨트롤러(25)는 파일럿압(Pp)이 Pp<δ인 경우, 가변 용량 모터(23)에 용량을 최소로 하는 명령을 내린다. δ은 파일럿압(Pp)의 플랜지에 대하여 몇％ 정도로 설정하고, 파일럿압(Pp) 자체가 미소한 변동이나 압력계의 전기적인 노이즈에 의해, 파일럿 밸브(16)가 A측으로 조작되어 있지 않은 경우, 즉, 액추에이터(14)가 축소 동작을 하고 있지 않을 때 가변 용량 모터(23)에 불필요한 제어 명령을 내리지 않도록 하기 위한 임계값이다. 이때, 동력 회생 유로(22)에 설치된 전환 밸브(24)는 스프링력에 의해 유로를 차단하는 위치에 있고, 동력 회생 유로(22)에 유량은 발생하지 않는다. 그리고, 도 7에 도시한 바와 같이 압력계(30, 40)의 검출부(41, 42)는 연통하고 있기 때문에, 이때의 압력계(30)의 검출부(41)의 압력(P1)과 압력계(40)의 검출부(42)의 압력(P2)은 거의 동등하게 P1=P2이다(높이 방향의 차에 의한 압력차는 미소하여 무시할 수 있음).

파일럿 밸브(16)가 A측으로 조작되어 파일럿압(Pp)이 승압해서 δ≤Pp이 되면, 컨트롤러(25)에서는 가변 용량 모터(23)의 목표 용량 연산이 행해진다. 컨트롤러(25)는 기본적으로 P2를 P1에 거의 동등하게 하도록, 전자 제어 레귤레이터(26)에 명령을 내린다. 구체적으로는, P2<P1-ε의 경우, 가변 용량 모터(23)의 용량을 보다 작게 하는 방향으로 변화시켜, P1-ε≤P2≤P1+ε의 경우, 현재의 용량을 유지하고, P1+ε<P2의 경우, 가변 용량 모터(23)의 용량을 보다 크게 하는 방향으로 변화시킨다. 또한, ε은 제어를 안정시키기 위한 불감대이며 P2 최대 압력의 수％ 정도라고 하고 있지만, 이것은 설치되는 압력계의 측정 오차에 대하여 오동작을 충분히 방지할 수 있는 범위를 상정하여 결정하고 있다.

여기서, P1과 P2를 거의 동등해지도록 제어하는 것과, 유량 제어 유로(21)와 동력 회생 유로(22)의 유량의 관계를 설명한다. 유로에 유량이 발생하면, 관로 저항에 의해 하류측의 압력이 강하한다. 유량 제어 유로(21)와 동력 회생 유로(22)의 분기부(43)와 압력계(30)의 검출부(41) 사이의 관로 저항을 가상적으로 등가 조리개(44), 분기부(43)와 압력계(40)의 검출부(42) 사이의 관로 저항을 가상적으로 등가 조리개(45)로 하고, 각각의 등가 개구 면적(오리피스 단면적)을 A01, A02로 한다. 또한, 분기부(43)의 압력을 Pa, 유량 제어 유로(21)의 유량, 동력 회생 유로(22)의 유량을 각각 Q1, Q2로 한다. 또한, 등가 조리개(44, 45)는, 유압 회로 위에 압력 손실을 부여할 목적으로 의도하여 설치되어 있는 것일 필요는 없고, 호스나 조인트 등의 압력 손실 등을 이 제3 실시 형태의 기능을 설명하기 위해서, 유압 회로 위에 명시적으로 나타낸 것이다. 오리피스 조리개에 있어서의 압력 손실의 일반적인 식에 적용시키면,

Q1=C·A01√{2(Pa-P1)/ρ}

Q2=C·A02√{2(Pa-P2)/ρ}

(C: 유량계수, ρ: 작동 밀도)

으로 나타낼 수 있고, Q1, Q2의 관계는,

Q2=Q1·(A02/A01)·√{(Pa-P2)/(Pa-P1)}

이 된다. 여기서, P1과 P2가 같은 압력일 경우,

√{(Pa-P2)/(Pa-P1)}=1

이므로,

Q2=Q1·(A02/A01)

이 되고, Q1, Q2의 유량비가, 등가 조리개(44), 등가 조리개(45)의 등가 개구 면적비로 결정되는 것을 알 수 있다. 여기서, 등가 조리개(44), 등가 조리개(45)는 관로 저항이며, 이들의 등가 개구 면적은 고정적인 수치가 되므로, Q1, Q2의 유량비는 고정 비율로 제어되게 된다.

제3 실시 형태의 구성과 동작의 개요는 상술한 바와 같지만, 액추에이터(14)에 수축을 행하게 하는 경우(회생을 행하는 경우)의 일련의 동작에 있어서의 과도적인 상태에 대하여 보충 설명한다.

우선, 레버(15)가 조작되어 있지 않은 상태에 있어서는, 파일럿 밸브(16)로부터 유량 제어 밸브(19), 동력 회생 유로(22)의 전환 밸브(24)에 작용하는 파일럿압은 탱크압(거의 제로)이 된다. 이 상태에서는, 유량 제어 밸브(21)는 스풀 양단에 있는 스프링력에 의해 중앙 위치에 있고, 전환 밸브(24)는 스프링력에 의해 유로를 폐쇄하는 위치에 있기 때문에, 유량 제어 유로(21) 및 동력 회생 유로(22)의 유량은 제로가 된다. 이때, 컨트롤러(25)에서는 Pp<δ의 판정이 내려져, 전자 제어 레귤레이터(26)에 대하여 가변 용량 모터(23)의 목표 용량을 최소 용량으로 하는 명령을 내리고, 가변 용량 모터(23)는 용량 제로가 된다.

이어서, 레버(15)가 조작되지 않은 상태로부터 파일럿 밸브(16)를 A측으로 조작하면, 조작 직후, 유량 제어 밸브(19)의 스풀이 왼쪽으로 이동을 시작하여, 유압 펌프(12)와 액추에이터(14)의 A포트를 접속하는 유로와, 작동유 탱크(18)와 액추에이터(14)의 B포트를 접속하는 유로가 개방하기 시작한다. 또한, 동력 회생 유로(22)의 전환 밸브(24)에도 파일럿압이 작용하여 스프링을 누르고, 유로가 개방하기 시작함과 동시에, 유량 제어 유로(21)에는 서서히 유량이 발생하기 시작한다. 유량이 발생하면 압력 손실이 발생하기 때문에, 하류로 갈수록 압력이 저하하고, 분기부(43)의 압력(Pa)에 대하여 유량 제어 유로(21)의 압력(P1)은 작아진다. 한편, 동력 회생 유로(22)에는 아직 유량이 발생하고 있지 않기 때문에, 압력 손실이 발생하지 않고, Pa=P2이다. 여기서, P2≤P1+ε의 범위에 있는 상태에서는, 가변 용량 모터(23)는 아직 용량 제로의 제어 상태에 있고, 동력 회생 유로(22)에 유량은 발생하지 않는다. 또한, 시간이 지나 P1+ε<P2가 되면, 컨트롤러(25) 내의 가변 용량 모터(23)의 목표 용량의 값이 증가하기 시작한다. 그리고, 시간이 더 지나면, 컨트롤러(25)로부터 전자 제어 레귤레이터(26)에의 목표 용량 명령값도 적절하게 커지고, 가변 용량 모터(23)의 용량에 따른 유량이 동력 회생 유로(22)에 발생한다. 동력 회생 유로(22)에 유량이 발생하면, 압력 손실에 의해 P2는 Pa보다 작아진다. 이 상태가 계속되면, 모두 P1-ε≤P2≤P1+ε의 상태가 되어, 그 시점의 가변 용량 모터(23)의 용량이 유지된다. 이렇게 해서, P2가 P1에 거의 동등하게 제어되고, 상술한 바와 같이, 유량 제어 유로(21)의 유량(Q1)에 대하여 동력 회생 유로(22)의 유량(Q2)이 고정 비율이 되도록 조정된다.

이어서, 파일럿 밸브(16)가 A측으로 조작되고, 동력 회생 유로(22)의 유량(Q2)이 Q1에 대하여 고정 비율이 되도록 조정되어 있는 상태로부터, 레버(16)를 복귀시킬 경우에 대하여 설명한다. 레버(16)를 복귀시키기 시작하면, 유량 제어 밸브(19)의 스풀이 오른쪽 이동을 시작하여, 유압 펌프(12)와 액추에이터(14)의 A포트를 접속하는 유로와, 작동유 탱크(18)와 액추에이터(14)의 B포트를 접속하는 유로가 폐쇄하기 시작한다. 이때, 유량 제어 유로(21)의 유량(Q1)은 서서히 감소하기 시작한다. 유량(Q1)이 감소하면 등가 조리개(44)에 있어서의 압력 손실이 작아지므로, 압력(P1)은 커진다. 그리고, 시간이 지나 P2<P1-ε의 상태가 되면, 컨트롤러(25) 내의 가변 용량 모터(23)의 목표 용량의 값이 감소하기 시작하고, 그에 따라 가변 용량 모터(23)의 용량도 작아져, 동력 회생 유로(22)의 유량(Q2)이 감소한다. 유량(Q2)이 감소하면 등가 조리개(45)에 있어서의 압력 손실이 작아지므로, 압력(P2)은 커진다. 이렇게 하여 P2가 P1에 추종하도록 제어가 행해지고, Q1과 Q2가 고정 비율이 되도록 재조정된다. 그런데, 레버(15)를 복귀시키는 조작이 천천히 행해진 경우에는, 유량(Q2)은 Q1에 대하여 고정 비율을 유지하면서 감소해 가지만, 레버(15)를 갑자기 복귀시켰을 경우에는, 유량 제어 유로(21)의 유량 감소에, 동력 회생 유로(22)의 유량 감소의 재조정이 따라잡지 못하는 상황이 발생한다. 이러한 상황에서 레버(15)가 중립(무조작) 상태로 복귀되면, 동력 회생 유로(22)의 전환 밸브(24)도 유로를 폐쇄하는 위치로 이동하고, 동력 회생 유로(22)의 작동유의 흐름이 강제적으로 차단된다. 이 순간은, 가변 용량 모터(23)는 제로가 아닌 어떤 용량을 갖고 있으므로, 메이크업 유로(29)로부터 작동유를 빨아 올림으로써, 흡입 포트에의 공급 유량이 부족한 것에 의한 캐비테이션을 방지하고, 가변 용량 모터(23)의 펌프 작용에 의한 흡수 토크(동력 손실)의 증대를 억제함과 동시에, 가변 용량 모터(23)의 대미지를 최소한으로 억제한다. 또한, 레버(15)가 중립 위치로 복귀됨으로써, 파일럿압(Pp)이 제로가 되므로, 컨트롤러(25)에서는 Pp<δ의 판정이 내려져, 전자 제어 레귤레이터(26)에 대하여 가변 용량 모터(23)의 목표 용량을 최소 용량으로 하는 명령을 내리고, 최종적으로 가변 용량 모터(23)의 용량은 제로로 복귀된다. 이와 같이, 급한 레버 복귀 조작을 행한 경우에는, 가변 용량 모터(23)의 용량 상태에 의하지 않고 액추에이터(14)를 급정지시킬 수 있으므로, 긴급 시에 액추에이터(14)의 정지가 지연되는 것에 의한 위험을 방지할 수 있다.

이어서, 본 발명의 제4 실시 형태에 대하여 도 8을 기초하여 설명한다. 또한, 제1 실시 형태와 공통되는 부분은 생략하고, 차이가 있는 회생 비율 제어 수단의 부분만 설명한다.

이 제4 실시 형태에 따른 회생 비율 제어 수단은, 도 8에 나타내는 가변 용량 모터(23)의 용량을 제어하는 모터 용량 제어 실린더(50), 모터 용량 제어 실린더(50)에의 압유의 공급을 제어하는 모터 용량 제어 스풀(51), 유량 제어 유로(21)로부터 분기하여 모터 용량 제어 스풀(51)에 유도되는 제1 압력 검출 유로(52), 동력 회생 유로(22)로부터 분기하여 모터 용량 제어 스풀(51)에 유도되는 제2 압력 검출 유로(53), 제1 압력 검출 유로(52)에 설치된 전환 밸브(54), 모터 용량 제어 스풀(51)과 모터 용량 제어 실린더(50)를 접속하는 유로에 설치된 전환 밸브(55)로 구성된다.

모터 용량 제어 실린더(50)는 2포트의 단동 실린더이며, 한쪽의 포트(파일럿 포트)에 파일럿압이 작용하면 모터 용량을 작게 하는 방향으로 스트로크한다. 또한, 파일럿압이 작용하지 않고 있을 때는, 내장 스프링에 의해 제로 용량으로 복귀되는 구조로 되고, 다른 한쪽의 포트(탱크 포트)는 항상, 작동유 탱크(18)에 접속되어 있다. 또한, 가변 용량 모터(23)는 그 기구상, 입구 포트에 유량이 발생하면, 그 압력을 내리는 방향, 즉 용량을 크게 하는 방향으로 자동으로 변화하려는 특성을 가지고 있기 때문에, 모터 용량 제어 실린더(50)는 모터의 용량 자동 조정 작용에 거역하고, 용량을 작게 하는 방향으로 추력을 발생하는 구성으로 되어 있다. 또한, 레버(15)가 조작되어 있지 않을 때(중립 시)에는, 전환 밸브(55)가 파일럿 포트를 작동유 탱크(18)와 연통하는 위치에 있기 때문에, 가변 용량 모터(23)의 용량은 제로가 된다.

모터 용량 제어 실린더(50)의 파일럿 포트에는, 모터 용량 제어 스풀(51)이 접속되어 있고, 모터 용량 제어 스풀(51)에는 파일럿 펌프(13)가 접속되어 있다. 또한, 모터 용량 제어 스풀(51)의 양단에는, 제1 압력 검출 유로(52), 제2 압력 검출 유로(53)가 접속되고, 양쪽 압력 검출 유로(52, 53)의 압력차에 따라, 스풀이 이동하도록 되어 있다. 제1 압력 검출 유로(52)의 압력(P1)이 높을 때, 스풀은 우측으로 이동하고, 모터 용량 제어 실린더(50)의 파일럿 포트에 파일럿 펌프(13)가 접속되고, 모터 용량이 감소한다. 제2 압력 검출 유로(53)의 압력(P2)이 높을 때, 스풀은 좌측으로 이동하고, 모터 용량 제어 실린더(50)의 파일럿 포트가 작동유 탱크(18)에 접속되고, 모터 용량 제어 실린더(50)의 추력이 없어지고, 모터의 용량 자동 조정 작용에 의해 모터 용량이 증가한다. 또한, 본 실시 형태에서는 P1과 P2가 동일한 압력 시에 모터 용량 제어 스풀(51)이 중앙 위치가 되도록 모터 용량 제어 스풀(51)의 양단의 스프링이 세트되어 있다. 또한, 레버(15)가 조작되어 있지 않을 때(중립 시)에는, 전환 밸브(54)가 제1 압력 검출 유로(52)와 제2 압력 검출 유로(53)를 접속하는 위치에 있고, P1과 P2가 동일한 압력이 되기 때문에, 모터 용량 제어 스풀(51)은 중앙 위치가 된다.

레버(15)를 조작하고, 액추에이터(14)를 축소하는 동작을 시킬 때, 유량 제어 밸브(19)의 스풀은 좌측으로 이동함과 함께, 전환 밸브(55)가 폐쇄 위치, 전환 밸브(24)가 개방 위치, 전환 밸브(54)가 제1 압력 검출 유로(52)와 스풀 유로를 연통시키는 위치로 전환된다. 그러면, 액추에이터(14)로부터 배출된 작동유는, 유량 제어 유로(21)를 통하여 유량 제어 밸브(19)의 스풀로부터 작동유 탱크(18)로 복귀되고, 등가 조리개(44)에서 압력 손실이 발생한다. 레버 조작 개시 직후는 동력 회생 유로(22)에도 작동유가 흐르려고 하는데, 가변 용량 모터(23)가 제로 용량 위치에 있어 유량이 발생하고 있지 않기 때문에, 등가 조리개(45)에 있어서 압력 손실은 발생하지 않는다. 따라서, 모터 용량 제어 스풀(51)은 좌측으로 이동하고, 모터 용량 제어 실린더(50)의 파일럿 포트가 작동유 탱크(18)와 연통한다. 동시에, 동력 회생 유로(22)에 발생한 압력에서, 가변 용량 모터(23)의 용량이 자동으로 커지기 시작하고, 동력 회생 유로(22)에 유량이 발생한다. 동력 회생 유로(22)에 유량이 발생하면, 등가 조리개(45)에 있어서 압력 손실이 발생하고, 제2 압력 검출 유로(53)에서 검출되는 압력(P2)이 떨어지기 시작한다. 그리고, 동력 회생 유로(22)의 유량이 증가하고, P2가 제1 압력 검출 유로(52)의 압력(P1)에 대하여 소정의 압력 이하로 되면, 모터 용량 제어 스풀(51)이 우측으로 이동하고, 모터 용량 제어 실린더(50)의 파일럿 포트에 파일럿압이 작용하여, 모터 용량을 작게 한다. 이와 같이 하여, P2가 P1과 동일한 압력이 되도록, 가변 용량 모터(23)의 용량이 자동으로 조정된다. 또한, 제3 실시 형태에서 설명한 대로, P2가 P1과 동일한 압력이 되게 제어하는 것은, Q1, Q2의 유량비를 고정 비율로 제어하는 것과 같다.

이어서, 본 발명의 제5 실시 형태에 대하여 도 9에 기초하여 설명한다. 이 제5 실시 형태는, 제3 실시 형태의 구성 외에, 작동유 배출 유로(20)와 동력 회생 유로(22)의 분기부(46)의 압력을 검출하는 압력계(70)를 설치하고 있다. 이렇게 구성함으로써, 유량 제어 유로(21)와 동력 회생 유로(22)의 유량비를, 등가 조리개(44), 등가 조리개(45)에 의하지 않고, 임의의 비율로 설정할 수 있다. 이하, 임의의 유량 비율로 설정하기 위한 방법을 설명한다.

유량 제어 유로(21)의 유량(Q1)에 대한 동력 회생 유로(22)의 목표 유량(Q2)은, 설정 유량비를 α로 하면,

Q2=α·Q1

이다. 또한, 각 압력과의 관계는,

Q2=Q1·(A02/A01)·√{(Pa-P2)/(Pa-P1)}

이므로,

α=(A02/A01)·√{(Pa-P2)/(Pa-P1)}

이 되고, 식을 변형되면,

P2=Pa-(α²·A01²/A02²)·(Pa-P1)·… ·(식3)

이 된다.

즉, 유량비가 α가 되도록 제어하기 위해서는, 압력(P2)의 제어 목표값(Pt2)을 식3 대로 설정하면 되고, 컨트롤러(25)는 기본적으로 P2를 Pt2에 거의 동등하게 하도록, 전자 제어 레귤레이터(26)에 명령을 내린다. 구체적으로는, P2<Pt2-ε의 경우, 가변 용량 모터(23)의 용량을 보다 작게 하는 방향으로 변화시키고, Pt2-ε≤P2≤Pt2+ε의 경우, 현재의 용량을 유지하고, Pt2+ε<P2의 경우, 가변 용량 모터(23)의 용량을 보다 크게 하는 방향으로 변화시킨다. 또한, ε은 제어를 안정시키기 위한 불감대이며 P2는 최대 압력의 수％ 정도로 하고 있지만, 이것은 사용하는 압력계의 측정 오차에 대하여 오동작을 충분히 방지할 수 있는 범위를 상정하여 결정하고 있다.

이어서, 본 발명의 제6 실시 형태에 대하여 도 10에 기초하여 설명한다. 본 실시 형태는, 제4 실시 형태의 구성 외에, 작동유 배출 유로(20)와 동력 회생 유로(22)의 분기부(46)의 압력을 검출하는 제3 압력 검출 유로(80)를 설치하고, 모터 용량 제어 스풀(51)의 양단에 접속하고 있다. 모터 용량 제어 스풀(51)의 양단에는 2대의 수압부가 설치되어 있고, 각각의 수압 면적은 AP1, AP2가 되어 있다. 도면 중, 모터 용량 제어 스풀(51)의 좌측의 수압 면적(AP1)을 갖는 수압부와 모터 용량 제어 스풀(51)의 우측의 수압 면적(AP2)을 갖는 수압부에 제3 압력 검출 유로(80)를 접속하고, 모터 용량 제어 스풀(51)의 좌측의 수압 면적(AP2)을 갖는 수압부에 제1 압력 검출 유로(52)를 접속하고, 모터 용량 제어 스풀(51)의 우측의 수압 면적(AP1)을 갖는 수압부에 제2 압력 검출 유로(53)를 접속하고 있다.

이 제6 실시 형태의 모터 용량 제어 스풀(51)은 Pa, P1, P2가 모두 제로 시에 모터 용량 제어 스풀(51)이 중앙 위치가 되게 스풀 양단의 스프링이 세트시키고 있고, 그 스프링 상수를 k(스풀 양단의 스프링 합계값)로 하면, 스풀 스트로크(S)는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

S={AP1(Pa-P1)-AP2(Pa-P2)}/k

따라서, 스풀 스트로크가 제로(중앙 위치)가 되기 위한 조건은,

AP1(Pa-P1)-AP2(Pa-P2)=0

이고, 식을 변형하면,

(Pa-P2)/(Pa-P1)=AP1/AP2

이 된다. 또한, Q1과 Q2의 관계는,

Q2=Q1·(A02/A01)·√{(Pa-P2)/(Pa-P1)}

이므로,

Q2=Q1·(A02/A01)·√(AP1/AP2)

이 된다. 이와 같이, Q1과 Q2의 유량비는, 등가 조리개(44, 45)의 등가 개구 면적비와, 모터 용량 제어 스풀(51)의 양단의 수압 면적비로 결정된다. 이것은, 즉, Q1과 Q2의 유량비를, 등가 조리개(44, 45)의 등가 개구 면적비에 한정되지 않고, 모터 용량 제어 스풀(51)의 양단의 수압 면적비로 임의로 설정 가능한 것을 의미하고 있다.

또한, 상술한 각 실시 형태에 있어서는, 가변 용량 모터(23)를 유압 펌프(12)를 개재하여 회전 이동력 생성 수단(11)에 기계적으로 접속하고 있지만, 본 발명은 그러한 구성에 한정되지 않고, 예를 들어, 가변 용량 모터(23)를 회전 이동력 생성 수단(11)과는 별도로 설치된 발전기 등에 접속한 구성으로 해도 된다.

1 주행체
2 선회체
3 작업 장치
4 붐
4a 붐 실린더
11 회전 동력 생성 수단
12 유압 펌프
13 파일럿 펌프
14 액추에이터
15 레버
16 파일럿 밸브
17 파일럿 릴리프 밸브
18 작동유 탱크
19 유량 제어 밸브
20 작동유 배출 유로
21 유량 제어 유로
22 동력 회생 유로
23 가변 용량 모터(동력 회생 수단)
24 전환 밸브
25 컨트롤러
26 전자 제어 레귤레이터
27 유량계
28 유량계
29 메이크 업 유로
30 압력계
31 압력계
35 파일럿 라인
40 압력계
41 검출부
43 분기부
44 등가 조리개
45 등가 조리개
46 분기부
50 모터 용량 제어 실린더
51 모터 용량 제어 스풀
52 제1 압력 검출 유로
53 제2 압력 검출 유로
54 전환 밸브
55 전환 밸브
70 압력계
80 제3 압력 검출 유로

Claims

회전 이동력 생성 수단으로부터 유압 펌프에 회전 이동력을 투입하여 유압 동력을 생성하고, 그 유압 동력에 의해 액추에이터를 동작시키는 유압 작업기의 유압 시스템에 있어서,
상기 액추에이터로부터의 작동유 배출 유로를, 레버 조작에 의해 제어되는 유량 제어 스풀에 접속하는 유로인 유량 제어 유로와, 배출 작동유의 유압 동력을 재이용 가능한 에너지로 변환하는 동력 회생 수단에 접속하는 유로인 동력 회생 유로로 분기하고, 레버 조작에 의해 상기 유량 제어 유로에 발생한 유량에 대하여 상기 동력 회생 유로의 유량이 미리 설정한 고정 비율이 되도록 상기 동력 회생 수단을 제어하는 회생 비율 제어 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 유압 작업기의 유압 시스템.
제1항에 있어서,
상기 동력 회생 수단을 가변 용량 모터로 하고,
상기 회생 비율 제어 수단이, 상기 조작 레버에 의해 생성한 조작 파일럿압과 상기 액추에이터로부터의 상기 작동유 배출 유로의 압력 및 상기 가변 용량 모터의 회전 속도로부터, 상기 유량 제어 유로와 상기 동력 회생 유로의 유량이 고정 비율이 되도록 상기 가변 용량 모터의 목표 용량을 계산하는 컨트롤러와, 이 컨트롤러로부터의 전기 명령에 의해 상기 가변 용량 모터의 용량을 제어하는 모터 용량 제어 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유압 작업기의 유압 시스템.
제1항에 있어서,
상기 동력 회생 수단을 가변 용량 모터로 하고,
상기 회생 비율 제어 수단이, 상기 유량 제어 유로에 설치한 제1 압력 검출 수단과 상기 동력 회생 유로에 설치한 제2 압력 검출 수단 및, 상기 제1 압력 검출 수단의 압력이 상기 제2 압력 검출 수단의 압력보다 큰 경우에 상기 가변 용량 모터의 용량을 작게 하고, 상기 제1 압력 검출 수단의 압력이 상기 제2 압력 검출 수단의 압력보다 작은 경우에 상기 가변 용량 모터의 용량을 크게 하고, 상기 제1 압력 검출 수단과 상기 제2 압력 검출 수단의 압력이 동일한 경우에 상기 가변 용량 모터의 용량을 고정하는 모터 용량 제어 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유압 작업기의 유압 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제1 압력 검출 수단이 상기 유량 제어 유로로부터 분기하는 제1 압력 검출 유로로 이루어지고, 상기 제2 압력 검출 수단이 상기 동력 회생 유로로부터 분기하는 제2 압력 검출 유로로 이루어지고, 모터 용량 제어 수단이 모터 용량 제어 스풀과 모터 용량 제어 실린더로 이루어지고, 상기 모터 용량 제어 스풀 양단에 설치한 동일한 면적을 가지는 수압부에, 상기 제1 압력 검출 유로와 상기 제2 압력 검출 유로를 대항시켜서 접속함으로써, 상기 제1 압력 검출 유로와 상기 제2 압력 검출 유로의 압력 관계에 의해 상기 모터 용량 제어 스풀이 이동하고, 또한, 상기 모터 용량 제어 스풀이 이동함으로써, 상기 모터 용량 제어 실린더에의 압유의 급배를 전환하고, 상기 가변 용량 모터의 용량을 제어하는 것을 특징으로 하는 유압 작업기의 유압 시스템.
제1항에 있어서,
상기 동력 회생 수단을 가변 용량 모터로 하고,
상기 회생 비율 제어 수단이, 상기 유량 제어 유로에 설치한 제1 압력 검출 수단, 상기 동력 회생 유로에 설치한 제2 압력 검출 수단 및, 상기 작동유 배출 유로에 설치한 제3 압력 검출 수단과, 상기 제3 압력 검출 수단의 압력으로부터 상기 제2 압력 검출 수단의 압력을 뺀 차압을, 상기 제3 압력 검출 수단의 압력으로부터 상기 제1 압력 검출 수단의 압력을 뺀 차압으로 제산한 값이, 미리 설정한 고정 비율보다 큰 경우에 상기 가변 용량 모터의 용량을 작게 하고, 상기 제3 압력 검출 수단의 압력으로부터 상기 제2 압력 검출 수단의 압력을 뺀 차압을, 상기 제3 압력 검출 수단의 압력으로부터 상기 제1 압력 검출 수단의 압력을 뺀 차압으로 제산한 값이, 미리 설정한 상기 고정 비율보다 작은 경우에 상기 가변 용량 모터의 용량을 크게 하고, 상기 제3 압력 검출 수단의 압력으로부터 상기 제2 압력 검출 수단의 압력을 뺀 차압을, 상기 제3 압력 검출 수단의 압력으로부터 상기 제1 압력 검출 수단의 압력을 뺀 차압으로 제산한 값이 미리 설정한 상기 고정 비율과 동일한 경우에 상기 가변 용량 모터의 용량을 고정하는 모터 용량 제어 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유압 작업기의 유압 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 압력 검출 수단이 상기 유량 제어 유로로부터 분기하는 제1 압력 검출 유로로 이루어지고, 상기 제2 압력 검출 수단이 상기 동력 회생 유로로부터 분기하는 제2 압력 검출 유로로 이루어지고, 상기 제3 압력 검출 수단이 상기 작동유 배출 유로로부터 분기하는 제3 압력 검출 유로로 이루어지고, 상기 모터 용량 제어 수단이 모터 용량 제어 스풀과 모터 용량 제어 실린더로 이루어지고, 상기 모터 용량 제어 스풀 양단에 수압 면적(A)과 수압 면적(B)의 2조의 수압부를 각각 대항하게 설치하고, 대항하는 면적(A)의 수압부에 상기 제1 압력 검출 유로와 상기 제3 압력 검출 유로를 접속하고, 면적(B)의 수압부에 상기 제2 압력 검출 유로와 상기 제3 압력 검출 유로를 접속하고, 상기 제3 압력 검출 유로의 상기 면적(A)에 접속한 부분이 상기 제3 압력 검출 유로의 상기 면적(B)에 접속한 부분에 대하여 반대측이 되도록 접속함으로써, 상기 제1 압력 검출 유로와 상기 제3 압력 검출 유로의 차압과, 상기 제2 압력 검출 유로와 상기 제3 압력 검출 유로의 차압의 대소 관계에 의해 상기 모터 용량 제어 스풀이 이동하고, 또한, 상기 모터 용량 제어 스풀이 이동함으로써, 상기 모터 용량 제어 실린더에의 압유의 급배를 전환하고, 상기 가변 용량 모터의 용량을 제어하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 유압 작업기의 유압 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 동력 회생 수단을 상기 유압 펌프와 기계적으로 접속한 것을 특징으로 하는 유압 작업기의 유압 시스템.