KR20170102348A - 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치 - Google Patents

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다카토시 오오키
신야 이무라
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히다찌 겐끼 가부시키가이샤
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Abstract

복귀 오일에 의해 구동되는 회생용 유압 모터와, 회생용 유압 모터와 기계적으로 연결된 제1 유압 펌프와, 유압 액추에이터를 구동하는 압유를 토출하는 제2 유압 펌프와, 제1 유압 펌프가 토출한 압유를 제2 유압 펌프가 토출한 압유에 합류시키는 합류관로와, 제1 유압 펌프의 압유의 유량을 조정 가능하게 하는 제1 조정기와, 제2 유압 펌프의 토출 유량을 조정 가능하게 하는 제2 조정기를 구비한 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치에 있어서, 제어 장치는, 제2 유압 펌프만으로, 유압 액추에이터를 구동하는 경우의 비합류 시 펌프 유량을 산출하고, 제1 유압 펌프로부터의 압유의 유량이 비합류 시 펌프 유량 이하로 되도록 제1 조정기에 출력하는 제어 지령을 연산하는 제1 연산부와, 비합류 시 펌프 유량으로부터 제1 유압 펌프로부터의 압유의 유량을 감산하여 목표 펌프 유량을 산출하고, 목표 펌프 유량이 되도록 제2 조정기에 출력하는 제어 지령을 연산하는 제2 연산부를 구비하였다.

Description

작업 기계의 압유 에너지 회생 장치
본 발명은, 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 유압 셔블 등의 유압 액추에이터를 구비한 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치에 관한 것이다.
작업 기계에 있어서, 공간을 차지하지 않고 제한된 스페이스에 배치할 수 있도록 하고 회수한 에너지의 이용 용도를 넓힐 수 있는 압유의 에너지 회수 장치 및 압유의 에너지 회수·재생 장치를 제공하는 것을 과제로 하여, 유압 액추에이터로부터의 복귀 압유에 의해 구동되는 유압 펌프 모터와, 유압 펌프 모터의 구동력에 의해 발전하는 전동 모터와, 전동 모터가 발전한 전력을 저축하는 배터리를 구비한 것이 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2000-136806호 공보
상술한 종래 기술에 의하면, 압유의 에너지를 배터리에 전기 에너지로서 저축하기 때문에, 어큐뮬레이터 등에서 압유의 에너지를 저축하는 경우에 비해, 큰 공간을 필요로 하지 않는다고 하는 이점이 있다.
그러나, 종래 기술의 작업 기계의 경우, 압유의 에너지를 한 번 전기 에너지로 변환하여 배터리에 축적하기 때문에, 회수 시와 이용 시의 손실이 커져, 에너지를 유효하게 이용할 수 없다고 하는 과제가 있다.
즉, 유압 액추에이터의 복귀 오일의 에너지를 배터리에 축적할 때에는, 유압 펌프 모터의 손실, 전동 모터의 손실, 배터리의 충방전 손실이 발생하므로, 이들 손실의 합계분을 뺀 에너지가 배터리에 축적된다. 또한, 배터리에 축적된 에너지를 이용할 때에도, 배터리, 전동 모터, 유압 펌프 모터의 손실이 발생한다. 이 때문에, 종래 기술을 적용한 작업 기계에 있어서는, 회수부터 이용까지의 사이의 손실을 고려하면, 회수 이용 가능한 에너지의 약 절반을 손실로서 잃게 되는 경우도 있다고 생각된다.
본 발명은, 상술한 사항에 기초하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 유압 액추에이터로부터의 복귀 압유를 효율적으로 이용할 수 있는 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 제1 발명은, 제1 유압 액추에이터와, 상기 제1 유압 액추에이터로부터 배출된 복귀 오일에 의해 구동되는 회생용 유압 모터와, 상기 회생용 유압 모터와 기계적으로 연결된 제1 유압 펌프와, 상기 제1 유압 액추에이터 및 제2 유압 액추에이터 중 적어도 한쪽을 구동하는 압유를 토출하는 제2 유압 펌프와, 상기 제1 유압 펌프가 토출한 압유를 상기 제2 유압 펌프가 토출한 압유에 합류시키는 합류관로와, 상기 합류관로를 유통하는 상기 제1 유압 펌프로부터의 압유의 유량을 조정 가능하게 하는 제1 조정기와, 상기 제2 유압 펌프의 토출 유량을 조정 가능하게 하는 제2 조정기와, 상기 제1 조정기와 상기 제2 조정기에 제어 지령을 출력하는 제어 장치를 구비한 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 제1 유압 펌프가 토출한 압유의 합류가 없이 상기 제2 유압 펌프만으로, 상기 제1 유압 액추에이터 및 상기 제2 유압 액추에이터 중 적어도 한쪽을 구동하는 경우의 비합류 시 펌프 유량을 산출하고, 상기 합류관로를 유통하는 상기 제1 유압 펌프로부터의 압유의 유량이 상기 비합류 시 펌프 유량보다 작아지도록 상기 제1 조정기에 출력하는 제어 지령을 연산하는 제1 연산부와, 상기 비합류 시 펌프 유량으로부터 상기 합류관로를 유통하는 상기 제1 유압 펌프로부터의 압유의 유량을 감산하여 목표 펌프 유량을 산출하고, 상기 목표 펌프 유량이 되도록 상기 제2 조정기에 출력하는 제어 지령을 연산하는 제2 연산부를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 회생용 유압 모터에 기계적으로 연결된 유압 펌프를 회수한 에너지에 의해 직접 구동할 수 있으므로, 에너지를 일단 축적할 때의 손실이 발생하지 않는다. 이 결과, 에너지 변환 손실을 감소시킬 수 있으므로 효율적으로 에너지를 이용하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 구비한 유압 셔블을 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 나타내는 구동 제어 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 제2 함수 발생기의 내용을 설명하는 특성도이다.
도 5는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 유압 펌프 유량 연산의 내용을 설명하는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제2 실시 형태를 나타내는 구동 제어 시스템의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제2 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 블록도이다.
도 8은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제2 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 유압 펌프 유량 연산의 내용을 설명하는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제3 실시 형태를 나타내는 구동 제어 시스템의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제3 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 유압 펌프 유량 연산의 내용을 설명하는 블록도이다.
도 11은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제4 실시 형태를 나타내는 구동 제어 시스템의 개략도이다.
도 12는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제4 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 블록도이다.
도 13은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제5 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 블록도이다.
도 14는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제5 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 가변 동력 제한 연산부의 내용을 설명하는 특성도이다.
도 15는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제6 실시 형태를 나타내는 구동 제어 시스템의 개략도이다.
도 16은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제6 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 블록도이다.
이하, 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다.
실시예 1
도 1은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 구비한 유압 셔블을 도시하는 사시도, 도 2는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 나타내는 구동 제어 시스템의 개략도이다.
도 1에 있어서, 유압 셔블(1)은, 붐(1a), 아암(1b) 및 버킷(1c)을 갖는 다관절형 작업 장치(1A)와, 상부 선회체(1d) 및 하부 주행체(1e)를 갖는 차체(1B)를 구비하고 있다. 붐(1a)은, 상부 선회체(1d)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 제1 유압 액추에이터인 붐 실린더(유압 실린더)(3a)에 의해 구동된다. 상부 선회체(1d)는 하부 주행체(1e) 상에 선회 가능하게 설치되어 있다.
아암(1b)은, 붐(1a)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 아암 실린더(유압 실린더)(3b)에 의해 구동된다. 버킷(1c)은, 아암(1b)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 버킷 실린더(유압 실린더)(3c)에 의해 구동된다. 하부 주행체(1e)는, 좌우의 주행 모터(3d, 3e)에 의해 구동된다. 붐 실린더(3a), 아암 실린더(3b) 및 버킷 실린더(3c)의 구동은, 상부 선회체(1d)의 운전실(캡) 내에 설치되어 유압 신호를 출력하는 조작 장치(4, 24)(도 2 참조)에 의해 제어되고 있다.
도 2에 나타낸 구동 제어 시스템은, 동력 회생 장치(70)와, 조작 장치(4, 24)와, 복수의 스풀형 방향 전환 밸브로 이루어지는 제어 밸브(5)와, 체크 밸브(6)와, 전환 밸브(7)와, 전자 전환 밸브(8)와, 제3 조정기로서의 인버터(9A)와, 초퍼(9B)와, 축전 장치(9C)를 구비하고 있고, 제어 장치로서 컨트롤러(100)를 구비하고 있다.
유압원 장치로서는, 제2 유압 펌프로서의 가변 용량형 유압 펌프(10)와 파일럿 압유를 공급하는 파일럿 유압 펌프(11)와 탱크(12)를 구비하고 있다. 유압 펌프(10)와 파일럿 유압 펌프(11)는 구동축에 의해 연결된 엔진(50)에 의해 구동된다. 유압 펌프(10)는, 제2 조정기로서의 레귤레이터(10A)를 갖고 있고, 레귤레이터(10A)는 후술하는 전자 비례 밸브(74)를 통해 공급되는 파일럿 압유에 의해 유압 펌프(10)의 경사판 틸팅각을 제어함으로써, 유압 펌프(10)의 토출 유량을 조정한다.
유압 펌프(10)로부터의 압유를 붐 실린더(3a)∼주행 모터(3d)에 공급하는 유로(30)에는, 후술하는 체크 밸브(6)를 통해 연결되는 합류관로로서의 보조 유로(31)와 각 액추에이터에 공급하는 압유의 방향과 유량을 제어하는 복수의 스풀형 방향 전환 밸브로 이루어지는 제어 밸브(5)와 유압 펌프(10)의 토출압을 검출하는 압력 센서(40)가 설치되어 있다. 제어 밸브(5)는, 그 파일럿 수압부에의 파일럿 압유의 공급에 의해, 각 방향 전환 밸브의 스풀 위치를 전환하여, 유압 펌프(10)로부터의 압유를 각 유압 액추에이터에 공급하여, 아암(1b) 등을 구동하고 있다. 압력 센서(40)는, 검출한 유압 펌프(10)의 토출압을 후술하는 컨트롤러(100)에 출력한다.
제어 밸브(5)의 각 방향 전환 밸브의 스풀 위치는, 조작 장치(4, 24)의 조작 레버 등의 조작에 의해 전환된다. 조작 장치(4, 24)는, 조작 레버 등의 조작에 의해, 파일럿 오일 펌프(11)로부터 도시하지 않은 파일럿 1차측 유로를 통해 공급되는 파일럿 1차 압유를, 파일럿 2차측 유로를 통해 제어 밸브(5)의 파일럿 수압부에 공급하고 있다. 여기서, 조작 장치(4)는, 제1 유압 액추에이터인 붐 실린더(3a)를 조작하는 것이며, 조작 장치(24)는 제2 유압 액추에이터인 붐 실린더(3a) 이외의 유압 액추에이터를 조작하는 것을 하나로 통합한 형태로 나타내고 있다.
조작 장치(4)는, 내부에 파일럿 밸브(4A)가 설치되어 있고, 제어 밸브(5)의 붐 실린더(3a)의 구동을 제어하는 스풀형 방향 전환 밸브의 수압부에 파일럿 배관을 통해 접속되어 있다. 파일럿 밸브(4A)는, 조작 장치(4)의 조작 레버의 경도 방향과 조작량에 따라서 제어 밸브(5)의 파일럿 수압부에 유압 신호를 출력한다. 붐 실린더(3a)의 구동을 제어하는 스풀형 방향 전환 밸브는, 조작 장치로부터 입력되는 유압 신호에 따라서 위치가 전환되고, 유압 펌프(10)로부터 토출되는 압유의 흐름을 그 전환 위치에 따라서 제어함으로써 붐 실린더(3a)의 구동을 제어한다. 여기서, 붐(1a)이 상승 방향으로 동작하도록 붐 실린더(3a)를 구동하기 위한 유압 신호(붐 상승 조작 신호 Pu)가 통과하는 파일럿 배관에는 조작량 검출기로서의 압력 센서(75)가 설치되어 있다. 압력 센서(75)는, 검출한 붐 상승 조작 신호 Pu를 후술하는 컨트롤러(100)에 출력한다. 또한, 붐(1a)이 하강 방향으로 동작하도록 붐 실린더(3a)를 구동하기 위한 유압 신호(붐 하강 조작 신호 Pd)가 통과하는 파일럿 배관에는 조작량 검출기로서의 압력 센서(41)가 설치되어 있다. 압력 센서(41)는, 검출한 붐 하강 조작 신호 Pd를 후술하는 컨트롤러(100)에 출력한다.
조작 장치(24)는, 내부에 파일럿 밸브(24A)가 설치되어 있고, 제어 밸브(5)의 붐 실린더(3a) 이외의 유압 액추에이터의 구동을 제어하는 스풀형 방향 전환 밸브의 수압부에 파일럿 배관을 통해 접속되어 있다. 파일럿 밸브(24A)는, 조작 장치(24)의 조작 레버의 경도 방향과 조작량에 따라서 제어 밸브(5)의 파일럿 수압부에 유압 신호를 출력한다. 해당되는 유압 액추에이터의 구동을 제어하는 스풀형 방향 전환 밸브는, 조작 장치로부터 입력되는 유압 신호에 따라서 위치가 전환되고, 유압 펌프(10)로부터 토출되는 압유의 흐름을 그 전환 위치에 따라서 제어함으로써 해당되는 유압 액추에이터의 구동을 제어한다.
조작 장치(24)의 파일럿 밸브(24A)와 제어 밸브(5)의 수압부를 접속하는 2계통의 파일럿 배관에는, 각각의 파일럿 압력을 검출하는 압력 센서(42, 43)가 설치되어 있다. 압력 센서(42, 43)는, 검출한 조작 장치(24)의 조작량 신호를 후술하는 컨트롤러(100)에 출력한다.
조작 장치(4)의 파일럿 밸브(4A)와 제어 밸브(5)의 수압부를 접속하는 2계통의 파일럿 배관 각각으로부터 분기된 유로에는, 이들 라인 중 높은 값의 압유를 선택하는 제1 고압 선택 밸브(71)의 입력 포트가 접속되어 있다. 또한, 조작 장치(24)의 파일럿 밸브(24A)와 제어 밸브(5)의 수압부를 접속하는 2계통의 파일럿 배관 각각으로부터 분기된 유로에는, 이들 라인 중 높은 값의 압유를 선택하는 제2 고압 선택 밸브(73)의 입력 포트가 접속되어 있다. 제1 고압 선택 밸브(71)의 출력 포트와 제2 고압 선택 밸브(73)의 출력 포트는, 이들 출력 중 높은 값의 압유를 선택하는 제3 고압 선택 밸브(72)의 입력 포트가 접속되어 있다. 제3 고압 선택 밸브(72)의 출력 포트는, 전자 비례 밸브(74)의 입력 포트에 접속되어 있다.
전자 비례 밸브(74)의 입력 포트에는, 제3 고압 선택 밸브(72)로부터 출력되는 압유가 입력되어 있다. 한편, 전자 비례 밸브(74)의 조작부에는, 컨트롤러(100)로부터 출력되는 지령 신호가 입력되어 있다. 전자 비례 밸브(74)는, 입력되는 가장 높은 파일럿압을, 이 지령 신호에 따라서 조정 감압하여 레귤레이터(10A)에 공급한다.
즉, 제1 고압 선택 밸브(71), 제2 고압 선택 밸브(73) 및 제3 고압 선택 밸브(72)에 의해, 파일럿 밸브(24A)와 파일럿 밸브(4A)로부터 출력되는 가장 높은 파일럿압이 선택되어, 전자 비례 밸브(74)에 입력된다. 전자 비례 밸브(74)는, 입력된 파일럿압을 컨트롤러(100)로부터의 지령 신호에 따라서 원하는 압력으로 감압하고, 유압 펌프(10)의 레귤레이터(10A)에 출력한다. 레귤레이터(10A)는, 입력된 압력에 비례한 배기 용적이 되도록 유압 펌프(10)의 경사판 틸팅각을 제어한다.
환언하면, 제2 조정기인 레귤레이터(10A)는, 펌프 제어 신호부와 펌프 제어 신호 보정부를 구비하고 있어, 펌프 제어 신호부에서 생성한 파일럿압(펌프 제어 신호)을 펌프 제어 신호 보정부에서 조정하여 레귤레이터(10A)에 공급한다. 펌프 제어 신호부는, 유압 펌프(10)의 용량을 제어하기 위한 파일럿압을 생성하는 조작 장치(4)의 파일럿 밸브(4A)와, 조작 장치(24)의 파일럿 밸브(24A)와, 제1 고압 선택 밸브(71)와, 제2 고압 선택 밸브(73)와, 제3 고압 선택 밸브(72)를 구비하고 있다. 펌프 제어 신호 보정부는, 컨트롤러(100)로부터의 지령 신호에 따라서 입력된 파일럿압을 감압하는 전자 비례 밸브(74)를 구비하고 있다.
다음으로, 회생 장치인 동력 회생 장치(70)에 대해 설명한다. 동력 회생 장치(70)는, 보텀측 유로(32)와, 회생 회로(33)와, 전환 밸브(7)와, 전자 전환 밸브(8)와, 인버터(9A)와, 초퍼(9B)와, 축전 장치(9c)와, 회생용 유압 모터로서의 유압 모터(13)와, 전동기(14)와, 보조 유압 펌프(15)와, 컨트롤러(100)를 구비하고 있다.
보텀측 유로(32)는, 붐 실린더(3a)의 단축 시에 탱크(12)로 되돌아가는 오일(복귀 오일)이 유통하는 유로이며, 일단부측이 붐 실린더(3a)의 보텀측 오일실(3a1)에 접속되어 있고 타단부측이 제어 밸브(5)의 접속 포트에 접속되어 있다. 보텀측 유로(32)에는, 붐 실린더(3a)의 보텀측 오일실(3a1)의 압력을 검출하는 압력 센서(44)와, 붐 실린더(3a)의 보텀측 오일실(3a1)로부터의 복귀 오일을 제어 밸브(5)를 통해 탱크(12)로 배출할지 여부를 전환하는 전환 밸브(7)가 설치되어 있다. 압력 센서(44)는, 검출한 보텀측 오일실(3a1)의 압력을 후술하는 컨트롤러(100)에 출력한다.
전환 밸브(7)는, 일단부측에 스프링(7b)을, 타단부측에 파일럿 수압부(7a)를 갖고, 그 파일럿 수압부(7a)에의 파일럿 압유의 공급의 유무에 의해, 스풀 위치를 전환하여, 붐 실린더(3a)의 보텀측 오일실(3a1)로부터 제어 밸브(5)로 유입되는 복귀 오일의 연통/차단을 제어하고 있다. 파일럿 수압부(7a)에는, 파일럿 유압 펌프(11)로부터 후술하는 전자 전환 밸브(8)를 통해 파일럿 압유가 공급된다.
전자 전환 밸브(8)의 입력 포트에는, 파일럿 유압 펌프(11)로부터 출력되는 압유가 입력되고 있다. 한편, 전자 전환 밸브(8)의 조작부에는, 컨트롤러(100)로부터 출력되는 지령 신호가 입력되어 있다. 이 지령 신호에 따라서, 파일럿 유압 펌프(11)로부터 공급된 파일럿 압유의 전환 밸브(7)의 파일럿 조작부(7a)에의 공급/차단을 제어한다.
회생 회로(33)는, 그 일단부를 보텀측 유로(32)의 전환 밸브(7)와 붐 실린더(3a)의 보텀측 오일실(3a1) 사이에 접속하고, 그 타단부를 유압 모터(13)의 입구에 접속하고 있다. 이에 의해, 당해 유압 모터(13)를 통해 보텀측 오일실(3a1)로부터의 복귀 오일을 탱크(12)로 유도하고 있다.
회생용 유압 모터로서의 유압 모터(13)는, 보조 유압 펌프(15)와 기계적으로 연결되어 있다. 유압 모터(13)의 구동력에 의해 보조 유압 펌프(15)는 회전한다.
제1 유압 펌프로서의 보조 유압 펌프(15)의 토출구에는, 보조 유로(31)의 일단부측이 접속되어 있고, 타단부측은 유로(30)에 접속되어 있다. 보조 유로(31)에는, 보조 유압 펌프(15)로부터 유로(30)에의 압유의 유입을 허용하고, 유로(30)로부터 보조 유압 펌프(15)측으로의 압유의 유입을 금지하는 체크 밸브(6)가 설치되어 있다.
보조 유압 펌프(15)는, 제1 조정기로서의 레귤레이터(15A)를 갖고 있고, 레귤레이터(15A)는 후술하는 컨트롤러(100)로부터의 지령에 의해 보조 유압 펌프(15)의 경사판 틸팅각을 제어함으로써, 보조 유압 펌프(15)의 토출 유량을 조정한다.
유압 모터(13)는 또한, 전동기(14)와 기계적으로 연결되어 있고, 유압 모터(13)의 구동력에 의해 발전을 행한다. 전동기(14)에는, 회전수를 제어하기 위한 인버터(9A), 승압하기 위한 초퍼(9B), 발전한 전기 에너지를 축적하기 위한 축전 장치(9C)가 전기적으로 접속되어 있다.
컨트롤러(100)는, 압력 센서(75)가 검출한 조작 장치(4)의 파일럿 밸브(4A)의 상승측 파일럿압 신호 Pu와, 압력 센서(41)가 검출한 조작 장치(4)의 파일럿 밸브(4A)의 하강측 파일럿압 신호 Pd와, 압력 센서(42, 43)가 검출한 조작 장치(24)의 파일럿 밸브(24A)의 파일럿압 신호와, 압력 센서(44)가 검출한 붐 실린더(3a)의 보텀측 오일실(3a1)의 압력 신호를 입력하고, 이들 입력값에 따른 연산을 행하여, 전자 전환 밸브(8), 인버터(9A), 전자 비례 밸브(74) 및 보조 유압 펌프용 레귤레이터(15A)에 제어 지령을 출력한다.
전자 전환 밸브(8)는, 컨트롤러(100)로부터의 지령 신호에 의해 전환되고, 전환 밸브(7)에 파일럿 오일 펌프(11)로부터의 압유를 보낸다. 인버터(9A)는 컨트롤러(100)로부터의 신호에 의해 원하는 회전수로 제어되고, 전자 비례 밸브(74)는 컨트롤러(100)의 지령 신호에 따른 압력을 출력하여 유압 펌프(10)의 용량을 제어한다. 보조 유압 펌프(15)는, 컨트롤러(100)로부터의 신호에 의해 원하는 용량으로 제어된다.
다음으로, 상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태의 동작 개요를 설명한다.
먼저, 도 2에 나타낸 조작 장치(4)의 조작 레버를 붐 하강 방향으로 조작하면, 파일럿 밸브(4A)로부터 파일럿압 Pd가 제어 밸브(5)의 파일럿 수압부에 전달되고, 제어 밸브(5)의 붐 실린더(3a)의 구동을 제어하는 스풀형 방향 전환 밸브가 전환 조작된다. 이에 의해, 유압 펌프(10)로부터의 압유가 제어 밸브(5)를 통해 붐 실린더(3a)의 로드측 오일실(3a2)로 유입된다. 이 결과, 붐 실린더(3a)의 피스톤 로드는 축소 동작한다. 이것에 수반하여, 붐 실린더(3a)의 보텀측 오일실(3a1)로부터 배출되는 복귀 오일은, 보텀측 유로(32)와 연통 상태의 전환 밸브(7)와 제어 밸브(5)를 통해 탱크(12)로 유도된다.
이때, 컨트롤러(100)에는, 압력 센서(40)가 검출한 유압 펌프(10)의 토출압 신호와, 압력 센서(44)가 검출한 붐 실린더(3a)의 보텀측 오일실(3a1)의 압력 신호와, 압력 센서(75)가 검출한 파일럿 밸브(4A)의 상승측 파일럿압 신호 Pu와, 압력 센서(41)가 검출한 파일럿 밸브(4A)의 하강측 파일럿압 신호 Pd가 입력되어 있다.
이러한 상태에 있어서, 작업자가 조작 장치(4)의 조작 레버를 붐 하강 방향으로, 규정값 이상으로 조작하면, 컨트롤러(100)는, 전자 전환 밸브(8)에 전환 지령을, 인버터(9A)에 회전수 지령을, 보조 유압 펌프(15)의 레귤레이터(15A)에 용량 지령을, 전자 비례 밸브(74)에 제어 지령을 각각 출력한다.
이 결과, 전환 밸브(7)가 차단 위치로 전환되어, 붐 실린더(3a)의 보텀측 오일실(3a1)로부터의 복귀 오일은, 제어 밸브(5)에의 유로가 차단되기 때문에, 회생 회로(33)로 흐르고, 유압 모터(13)를 구동하여 그 후 탱크(12)에 배출된다.
유압 모터(13)의 구동력에 의해 보조 유압 펌프(15)는 회전한다. 보조 유압 펌프(15)가 토출한 압유는, 보조 유로(31)와 체크 밸브(6)를 통해 유압 펌프(10)가 토출한 압유와 합류한다. 컨트롤러(100)는, 유압 펌프(10)의 동력을 어시스트하도록 보조 유압 펌프(15)의 레귤레이터(15A)에 용량 지령을 출력한다. 컨트롤러(100)는, 보조 유압 펌프(15)로부터 공급된 압유의 유량만큼, 유압 펌프(10)의 용량을 저감하도록 전자 비례 밸브(74)에 제어 지령을 출력한다.
유압 모터(13)에 입력된 유압 에너지 중, 보조 유압 펌프(15)에서 다 소비되지 않은 잉여 에너지는, 전동기(14)를 구동시켜 발전함으로써 소비된다. 전동기(14)가 발전한 전기 에너지는 축전 장치(9C)에 축적된다.
본 실시 형태에 있어서는, 붐 실린더(3a)로부터 배출된 압유의 에너지는, 유압 모터(13)에 의해 회수되고, 보조 유압 펌프(15)의 구동력으로서 유압 펌프(10)의 동력을 어시스트한다. 또한, 여분의 동력은, 전동기(14)를 통해 축전 장치(9C)에 축적한다. 이에 의해, 에너지의 효용과 연비의 저감을 도모하고 있다.
다음으로, 컨트롤러(100)의 제어의 개요에 대해 도 3 내지 도 5를 사용하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 블록도, 도 4는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 제2 함수 발생기의 내용을 설명하는 특성도, 도 5는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 유압 펌프 유량 연산의 내용을 설명하는 블록도이다. 도 3 내지 도 5에 있어서, 도 1 및 도 2에 나타낸 부호와 동일 부호인 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3에 나타낸 컨트롤러(100)는, 제1 함수 발생기(101)와, 제2 함수 발생기(102)와, 제1 감산 연산기(103)와, 제1 승산 연산기(104)와, 제2 승산 연산기(105)와, 제1 출력 변환부(106)와, 제2 출력 변환부(107)와, 최솟값 선택 연산부(108)와, 제1 제산 연산기(109)와, 제2 제산 연산기(110)와, 제3 출력 변환부(111)와, 제2 감산 연산기(112)와, 제4 출력 변환부(113)와, 최소 유량 신호 지령부(114)와, 요구 펌프 유량 신호부(120)를 구비하고 있다.
제1 함수 발생기(101)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 압력 센서(41)에 의해 검출한 조작 장치(4)의 파일럿 밸브(4A)의 하강측 파일럿압 Pd를 레버 조작 신호(141)로서 입력한다. 제1 함수 발생기(101)에는, 레버 조작 신호(141)에 대한 전환 개시점이 미리 테이블에 기억되어 있다.
제1 함수 발생기(101)는, 레버 조작 신호(141)가 전환 개시점 이하인 경우에는 OFF 신호를, 전환 개시점 초과인 경우에는 ON 신호를, 제1 출력 변환부(106)에 출력한다. 제1 출력 변환부(106)는, 입력 신호를 전자 전환 밸브(8)의 제어 신호로 변환하고, 전자 밸브 지령(208)으로서 전자 전환 밸브(8)에 출력한다. 이에 의해, 전자 전환 밸브(8)가 동작하여, 전환 밸브(7)가 전환되고, 붐 실린더(3a)의 보텀측 오일실(3a1)의 오일은, 회생 회로(33)측으로 유입된다.
제2 함수 발생기(102)는, 하강측 파일럿압 Pd를 레버 조작 신호(141)로서 하나의 입력단에 입력하고, 압력 센서(44)에 의해 검출된 붐 실린더(3a)의 보텀측 오일실(3a1)의 압력을 압력 신호(144)로서 다른 입력단에 입력한다. 이들 입력 신호를 기초로 붐 실린더(3a)의 목표 보텀 유량을 산출한다.
제2 함수 발생기(102)의 연산의 상세를 도 4를 사용하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 제2 함수 발생기의 내용을 설명하는 특성도이다.
도 4에 있어서, 횡축은 레버 조작 신호(141)의 조작량을 나타내고, 종축은 목표 보텀 유량(붐 실린더(3a)의 보텀측 오일실(3a1)로부터 유출되는 복귀 오일의 목표 유량)을 나타내고 있다. 도 4에 있어서, 실선의 기본 특성선 a는, 종래의 제어 밸브(5)에 의한 복귀 오일 제어와 동등한 특성을 얻기 위해 설정되어 있다. 상측의 파선으로 나타내는 특성선 b와 하측의 파선으로 나타내는 특성선 c는, 보텀측 오일실(3a1)의 압력 신호(144)에 의해 특성선 a를 보정한 경우를 나타내고 있다.
구체적으로는, 보텀측 오일실(3a1)의 압력 신호(144)가 증가하면, 기본 특성선 a의 기울기가 증가하여 특성선 b의 방향으로 보정되어, 연속적으로 특성이 변화된다. 반대로, 압력 신호(144)가 감소하면, 기본 특성선 a의 기울기가 감소하여 특성선 c의 방향으로 보정되어, 연속적으로 특성이 변화된다. 이와 같이, 제2 함수 발생기는, 레버 조작 신호(141)에 따라서 기본이 되는 목표 보텀 유량을 산출하고, 보텀측 오일실(3a1)의 압력 신호(144)의 변화에 따라서 기본이 되는 목표 보텀 유량을 보정하여, 최종 목표 보텀 유량을 산출하고 있다.
도 3으로 되돌아가, 제2 함수 발생기(102)는 최종 목표 보텀 유량 신호(102A)를 제2 출력 변환부(107)와 제1 승산 연산기(104)에 출력한다. 제2 출력 변환부(107)는, 입력된 최종 목표 보텀 유량 신호(102A)를 목표 전동기 회전수로 변환하여 회전수 지령 신호(209A)로서 인버터(9A)에 출력한다. 이에 의해, 유압 모터(13)의 배기 용량에 해당되는 전동기(14)의 회전수가 제어된다. 또한, 회전수 지령 신호(209A)는, 제2 제산 연산기(110)에 입력된다.
제1 감산 연산기(103)는, 후술하는 요구 펌프 유량 신호부(120)에서 산출한 요구 펌프 연산 신호(120A)와 최소 유량 신호 지령부(114)로부터의 최소 유량 신호를 입력하고, 그 편차를 요구 펌프 유량 신호(103A)로서 산출하여, 제2 승산 연산기(105)와 제2 감산 연산기(112)에 출력한다. 여기서, 요구 펌프 연산 신호(120A)의 산출 방법에 대해 도 5를 사용하여 설명한다.
요구 펌프 유량 신호부(120)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 제1 함수 발생기(145)와, 제2 함수 발생기(146)와, 제3 함수 발생기(147)와, 제4 함수 발생기(148)와, 제1 가산 연산기(149)와, 제2 가산 연산기(150)와, 제3 가산 연산기(151)와, 제5 함수 발생기를 구비하고 있다.
제1 함수 발생기(145)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 압력 센서(41)에 의해 검출한 조작 장치(4)의 파일럿 밸브(4A)의 하강측 파일럿압 Pd를 레버 조작 신호(141)로서 입력한다. 제1 함수 발생기(145)에는, 레버 조작 신호(141)에 대한 요구 펌프 유량이 미리 테이블에 기억되어 있다. 마찬가지로, 제2 함수 발생기(146)는, 압력 센서(75)에 의해 검출한 조작 장치(4)의 파일럿 밸브(4A)의 상승측 파일럿압 Pu를 레버 조작 신호(175)로서 입력한다. 제2 함수 발생기(146)에는, 레버 조작 신호(141)에 대한 요구 펌프 유량이 미리 테이블에 기억되어 있다.
제1 함수 발생기(145)의 출력과 제2 함수 발생기(146)의 출력은, 제1 가산 연산기(149)에 입력되고, 제1 가산 연산기(149)는 이들 가산값을 조작 장치(4)에 의한 요구 펌프 유량으로서 제3 가산 연산기(151)에 출력한다.
제3 함수 발생기(147)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 압력 센서(42)에 의해 검출한 조작 장치(24)의 파일럿 밸브(24A)의 일방측 파일럿압을 레버 조작 신호(142)로서 입력한다. 제3 함수 발생기(147)에는, 레버 조작 신호(142)에 대한 요구 펌프 유량이 미리 테이블에 기억되어 있다. 마찬가지로, 제4 함수 발생기(148)는, 압력 센서(43)에 의해 검출한 조작 장치(24)의 파일럿 밸브(24A)의 타방측 파일럿압을 레버 조작 신호(143)로서 입력한다. 제4 함수 발생기(148)에는, 레버 조작 신호(143)에 대한 요구 펌프 유량이 미리 테이블에 기억되어 있다.
제3 함수 발생기(147)의 출력과 제4 함수 발생기(148)의 출력은, 제2 가산 연산기(150)에 입력되고, 제2 가산 연산기(150)는 이들 가산값을 조작 장치(24)에 의한 요구 펌프 유량으로서 제3 가산 연산기(151)에 출력한다.
제3 가산 연산기(151)는, 조작 장치(4)와 조작 장치(24)에 의한 복합 조작을 행한 경우에 필요한 유압 펌프 유량을 산출하여, 제5 함수 발생기(152)에 출력한다. 제5 함수 발생기(152)는, 제3 가산 연산기(151)로부터의 요구 펌프 유량을 입력하고, 상한을 제한한 값을 요구 펌프 연산 신호(120A)로서 출력한다. 이것은, 유압 펌프(10)를 토출할 수 있는 유량에는 상한이 있기 때문이며, 제5 함수 발생기(152)의 상한값은, 유압 펌프(10)의 최대 용량으로부터 결정되는 값이다.
환언하면, 산출된 요구 펌프 연산 신호(120A)는, 보조 유압 펌프(15)가 토출한 압유의 합류가 없이 유압 펌프(10)만으로, 제1 유압 액추에이터인 붐 실린더(3a)와 제2 유압 액추에이터인 붐 실린더(3a) 이외의 유압 액추에이터 중 적어도 한쪽을 구동하는 경우의 비합류 시 펌프 유량인 요구 펌프 유량이다.
이상에 나타낸 요구 펌프 유량 신호부(120)의 제어 로직에 의해, 각 조작 장치의 레버 조작 신호에 따른 유량이 과부족 없이 산출되고, 복합 조작 시에는 필요한 만큼의 유량이 계산됨과 함께, 유압 펌프(10)가 토출 가능한 유량의 상한을 초과하지 않는 범위에서 요구 펌프 연산 신호(120A)가 산출된다.
도 3으로 되돌아가, 제1 승산 연산기(104)는, 제2 함수 발생기(102)로부터의 최종 목표 보텀 유량 신호(102A)와 보텀측 오일실(3a1)의 압력 신호(144)를 입력하고, 그 승산값을 회수 동력 신호(104A)로서 산출하여, 최솟값 선택 연산부(108)에 출력한다.
제2 승산 연산기(105)는, 압력 센서(40)가 검출한 유압 펌프(10)의 토출압을 압력 신호(140)로서 하나의 입력단에 입력하고, 제1 감산 연산기(103)가 산출한 요구 펌프 유량 신호(103A)를 다른 입력단에 입력하고, 그 승산값을 요구 펌프 동력 신호(105A)로서 산출하여, 최솟값 선택 연산부(108)에 출력한다.
최솟값 선택 연산부(108)는, 제1 승산 연산기(104)로부터의 회수 동력 신호(104A)와, 제2 승산 연산기(105)로부터의 요구 펌프 동력 신호(105A)를 입력하고, 어느 작은 쪽을 보조 유압 펌프(15)의 목표 어시스트 동력 신호(108A)로서 선택 산출하여, 제1 제산 연산기(109)에 출력한다.
여기서, 기기의 효율을 고려한 경우, 회수한 동력을 전동기(14)에 의해 전기 에너지로 변환하고 축전 장치(9C)에 축적하여 재이용하는 것보다, 가능한 한 보조 유압 펌프(15)에서 사용하는 쪽이 손실을 적게 할 수 있기 때문에 효율이 좋다. 이 때문에, 최솟값 선택 연산부(108)에서 회수 동력 신호(104A)와 요구 펌프 동력 신호(105A) 중 어느 작은 쪽을 선택함으로써, 요구 펌프 동력 신호(105A)를 초과하지 않는 범위에서, 회수 동력을 최대한 보조 유압 펌프(15)에 공급하는 것이 가능해진다.
제1 제산 연산기(109)는, 최솟값 선택 연산부(108)로부터의 목표 어시스트 동력 신호(108A)와 유압 펌프(10)의 토출압 압력 신호(140)를 입력하고, 목표 어시스트 동력 신호(108A)를 압력 신호(140)로 제산한 값을 목표 어시스트 유량 신호(109A)로서 산출하여, 제2 제산 연산기(110)와 제2 감산 연산기(112)에 출력한다.
제2 제산 연산기(110)는, 제1 제산 연산기(109)로부터의 목표 어시스트 유량 신호(109A)와 제2 출력 변환부(107)로부터의 회전수 지령 신호(209A)를 입력하고, 목표 어시스트 유량 신호(109A)를 회전수 지령 신호(209A)로 제산한 값을 보조 유압 펌프(15)의 목표 용량 신호(110A)로서 산출하여, 제3 출력 변환부(111)에 출력한다.
제3 출력 변환부(111)는, 입력된 목표 용량 신호(110A)를 예를 들어 틸팅각으로 변환하여 용량 지령 신호(215A)로서 레귤레이터(15A)에 출력한다. 이에 의해, 보조 유압 펌프(15)의 용량이 제어된다.
제2 감산 연산기(112)는, 제1 감산 연산기(103)로부터의 요구 펌프 유량 신호(103A)와, 제1 제산 연산기(109)로부터의 목표 어시스트 유량 신호(109A)와, 최소 유량 신호 지령부(114)로부터의 최소 유량 신호를 입력한다. 제2 감산 연산기(112)는, 요구 펌프 유량 신호(103A)와 최소 유량 신호를 가산하여 요구 펌프 유량 신호부(120)의 요구 펌프 연산 신호(120A)를 산출하고, 이 요구 펌프 연산 신호(120A)와 목표 어시스트 유량 신호(109A)의 편차를 목표 펌프 유량 신호(112A)로서 산출하여, 제4 출력 변환부(113)에 출력한다.
제4 출력 변환부(113)는, 입력된 목표 펌프 유량 신호(112A)를 예를 들어 유압 펌프(10)의 용량으로 변환하여, 용량에 따른 제어압이 되는 제어압 지령 신호(210A)를 전자 비례 밸브(74)에 출력한다. 전자 비례 밸브(74)는, 컨트롤러(100)로부터의 지령에 따른 제어압이 되도록 제3 고압 선택 밸브(72)로부터 출력된 압력을 감압하여 레귤레이터(10A)에 출력한다. 레귤레이터(10A)는, 입력된 압력에 따라서 유압 펌프(10)의 용량을 제어한다.
여기서, 제2 함수 발생기(102)와, 제1 감산 연산기(103)와, 제1 승산 연산기(104)와, 제2 승산 연산기(105)와, 최솟값 선택 연산부(108)와, 제1 제산 연산기(109)와, 제2 제산 연산기(110)와, 요구 펌프 유량 신호부(120)는, 합류관로를 유통하는 보조 유압 펌프(15)로부터의 압유의 유량이, 비합류 시 펌프 유량인 요구 펌프 유량 신호(120A)보다 작아지도록, 레귤레이터(15A)에 출력하는 제어 지령인 목표 용량 신호(110A)를 연산하는 제1 연산부를 구성한다.
또한, 제1 감산 연산기(103)와, 제2 감산 연산기(112)와, 최소 유량 신호 지령부(114)와, 요구 펌프 유량 신호부(120)는, 비합류 시 펌프 유량인 요구 펌프 유량 신호(120A)로부터 합류관로를 유통하는 보조 유압 펌프(15)로부터의 압유의 유량인 목표 어시스트 유량 신호(109A)를 감산하여 목표 펌프 유량(112A)을 산출하고, 이 목표 펌프 유량(112A)이 되도록, 전자 비례 밸브(74)에 출력하는 제어 지령인 목표 펌프 유량 신호(112A)를 연산하는 제2 연산부를 구성한다.
또한, 제2 함수 발생기(102)와, 제1 감산 연산기(103)와, 제1 승산 연산기(104)와, 제2 승산 연산기(105)와, 최솟값 선택 연산부(108)와, 제1 제산 연산기(109)와, 제2 제산 연산기(110)와, 제2 감산 연산기(112)와, 최소 유량 신호 지령부(114)와, 요구 펌프 유량 신호부(120)는, 조작 장치(4)의 조작량을 도입하고, 이 조작량에 따라서 붐 실린더(3a)로부터 배출된 복귀 오일에 의해 유압 모터(13)에 입력되는 회수 동력 신호(104A)를 산출하고, 합류관로를 유통하는 보조 유압 펌프(15)로부터의 압유의 유량을 공급하는 데 필요한 요구 어시스트 동력을 산출하고, 회수 동력 신호(104A)와 요구 어시스트 동력을 초과하지 않도록 목표 어시스트 동력 신호(108A)를 설정하고, 이 목표 어시스트 동력 신호(108A)가 되도록 레귤레이터(15A)와 전자 비례 밸브(74)에 출력하는 제어 지령인 목표 용량 신호(110A), 목표 펌프 유량 신호(112A)를 연산하는 제3 연산부를 구성한다.
또한, 제1 함수 발생기(101)는 조작 장치(4)의 조작량을 도입하고, 이 조작량에 따라서 전환 밸브(7)에 출력하는 차단 지령을 연산하는 제4 연산부를 구성한다.
다음으로, 상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태의 제어 로직에 의한 동작을 도 2, 도 3 및 도 5를 사용하여 설명한다.
조작 장치(4)의 조작 레버를 붐 하강 방향으로 조작하면, 파일럿 밸브(4A)로부터 파일럿압 Pd가 생성되고, 압력 센서(41)에 의해 검출되어, 컨트롤러(100)에 레버 조작 신호(141)로서 입력된다. 이때, 유압 펌프(10)의 토출압은 압력 센서(40)에 의해 검출되어 압력 신호(140)로서 컨트롤러(100)에 입력된다. 또한, 붐 실린더(3a)의 보텀측 오일실(3a1)의 압력은 압력 센서(44)에 의해 검출되어 압력 신호(144)로서 컨트롤러(100)에 입력된다.
컨트롤러(100)에 있어서, 레버 조작 신호(141)는, 제1 함수 발생기(101)와 제2 함수 발생기(102)에 입력된다. 제1 함수 발생기(101)는, 레버 조작 신호(141)가 전환 개시점 초과인 경우에 ON 신호를 출력하고, 제1 출력 변환부(106)를 통해 전자 전환 밸브(8)에 ON 신호가 출력된다. 이에 의해, 파일럿 유압 펌프(11)로부터의 압유는 전자 전환 밸브(8)를 통해 전환 밸브(7)의 파일럿 수압부(7a)에 입력된다. 이 결과, 보텀측 유로(32)가 차단하는 방향(전환 밸브(7)의 폐지측)으로 전환 동작이 행해지고, 붐 실린더(3a)의 보텀측 오일실(3a1)로부터의 복귀 오일은, 제어 밸브(5)를 통해 탱크(12)에 유입되는 유로가 블록되어, 유압 모터(13) 유입하는 회생 회로(33)에 유입된다.
또한, 레버 조작 신호(141)와 보텀측 오일실(3a1)의 압력 신호(144)는 컨트롤러(100)에 있어서 제2 함수 발생기(102)에 입력되고, 제2 함수 발생기(102)는 레버 조작 신호(141)와 보텀측 오일실(3a1)의 압력 신호(144)에 따른 최종 목표 보텀 유량 신호(102A)를 산출한다. 최종 목표 보텀 유량 신호(102A)는, 제2 출력 변환부(107)에 있어서 목표 전동기 회전수로 변환되어, 회전수 지령 신호(209A)로서 인버터(9A)에 출력된다.
이에 의해, 전동기(14)의 회전수는 원하는 회전수로 제어된다. 이 결과, 붐 실린더(3a)의 보텀측 오일실(3a1)로부터 배출되는 복귀 오일의 유량이 조정되어, 조작 장치(4)의 레버 조작에 따른 원활한 실린더 동작을 실현할 수 있다.
한편, 도 5에 나타낸 바와 같이, 컨트롤러(100)의 요구 펌프 유량 신호부(120)에서는, 압력 센서(41, 75, 42, 43)에 의해 검출된 레버 조작 신호(141, 175, 142, 143)로부터 요구 펌프 연산 신호(120A)를 산출하고, 요구 펌프 연산 신호(120A)는, 도 3에 나타낸 최소 유량 신호 지령부(114)로부터의 최소 유량 신호와 함께, 제1 감산 연산기(103)에 입력되고, 제1 감산 연산기(103)는 요구 펌프 유량 신호(103A)를 산출한다.
제2 함수 발생기(102)에서 산출된 최종 목표 보텀 유량 신호(102A)와 보텀측 오일실(3a1)의 압력 신호(144)는 제1 승산 연산기(104)에 입력되고, 제1 승산 연산기(104)는 회수 동력 신호(104A)를 산출한다. 또한, 제1 감산 연산기(103)에서 산출된 요구 펌프 유량 신호(103A)와 유압 펌프(10)의 압력 신호(140)는 제2 승산 연산기(105)에 입력되고, 제2 승산 연산기(105)는 요구 펌프 동력 신호(105A)를 산출한다. 회수 동력 신호(104A)와 요구 펌프 동력 신호(105A)는 최솟값 선택 연산부(108)에 입력한다.
최솟값 선택 연산부(108)는, 2 입력 중 작은 쪽을 목표 어시스트 동력 신호(108A)로서 출력한다. 이것은, 회수 동력 신호(104A)에 대해, 요구 펌프 동력 신호(105A)를 초과하지 않는 범위에서 우선적으로 보조 유압 펌프(15)에 사용할 수 있는 동력(에너지량)을 산출하는 것이다. 이에 의해, 전기 에너지로 변환하는 손실을 최소한으로 억제하여, 효율이 좋은 회생 동작이 행해진다.
최솟값 선택 연산부(108)에서 산출된 목표 어시스트 동력 신호(108A)와 유압 펌프(10)의 토출압 압력 신호(140)는 제1 제산 연산기(109)에 입력되고, 제1 제산 연산기(109)는 목표 어시스트 유량 신호(109A)를 산출한다.
제1 제산 연산기(109)에서 산출된 목표 어시스트 유량 신호(109A)와 제2 출력 변환부(107)에서 산출된 회전수 지령 신호(209A)는 제2 제산 연산기(110)에 입력되고, 제2 제산 연산기(110)는 목표 용량 신호(110A)를 산출한다. 목표 용량 신호(110A)는, 제3 출력 변환부(111)에 있어서 예를 들어 틸팅각으로 변환되고, 용량 지령 신호(215A)로서 레귤레이터(15A)에 출력된다.
이에 의해, 보조 유압 펌프(15)는, 요구 펌프 동력 신호(105A)를 초과하지 않는 범위에서, 가능한 한 다량의 유량을 유압 펌프(10)에 공급하는 제어가 이루어진다. 이 결과, 효율적으로 회수 동력을 이용할 수 있다.
제1 감산 연산기(103)에서 산출된 요구 펌프 유량 신호(103A)와 제1 제산 연산기(109)에서 산출된 목표 어시스트 유량 신호(109A)와 최소 유량 신호 지령부(114)로부터의 최소 유량 신호는 제2 감산 연산기(112)에 입력되고, 제2 감산 연산기(112)는 목표 펌프 유량 신호(112A)를 산출한다. 목표 펌프 유량 신호(112A)는, 제4 출력 변환부(113)에 있어서 유압 펌프(10)의 용량으로 변환되고, 유압 펌프(10)의 용량에 따른 제어압 지령 신호(210A)로서 전자 비례 밸브(74)에 출력된다. 전자 비례 밸브(74)에서 감압된 제어압이 레귤레이터(10A)에 출력된다.
이에 의해, 유압 펌프(10)는 보조 유압 펌프(15)로부터 공급된 유량만큼 용량을 저감시킬 수 있으므로, 유압 펌프(10)의 출력을 저감시킬 수 있다. 또한, 제어 밸브(5)에 공급되는 압유의 유량은, 보조 유압 펌프(15)로부터의 공급이 없는 경우와, 있는 경우에서 변함없으므로, 조작 장치(24)의 조작 레버에 따른 양호한 조작성을 확보할 수 있다.
상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태에 의하면, 회생용 유압 모터(13)에 기계적으로 연결된 유압 펌프인 보조 유압 펌프(15)를 회수한 에너지로 직접 구동할 수 있으므로, 에너지를 일단 축적할 때의 손실이 발생하지 않는다. 이 결과, 에너지 변환 손실을 감소시킬 수 있으므로 효율적으로 에너지를 이용하는 것이 가능해진다.
또한, 상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태에 의하면, 보조 유압 펌프(15)로부터 공급된 만큼, 유압 펌프(10)의 용량을 저감하도록 제어하기 때문에, 제어 밸브(5)에 공급되는 압유의 유량은 변동되지 않는다. 이에 의해, 양호한 조작성을 확보할 수 있다.
실시예 2
이하, 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제2 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제2 실시 형태를 나타내는 구동 제어 시스템의 개략도, 도 7은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제2 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 블록도, 도 8은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제2 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 유압 펌프 유량 연산의 내용을 설명하는 블록도이다. 도 6 내지 도 8에 있어서, 도 1 내지 도 5에 나타낸 부호와 동일 부호의 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 6 내지 도 8에 나타낸 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제2 실시 형태는, 대략 제1 실시 형태와 마찬가지의 유압원과 작업기 등으로 구성되지만, 이하의 구성이 상이하다. 본 실시 형태에 있어서는, 엔진(50)의 회전축의 회전수를 검출하는 회전수 센서(76)를 설치한 점이 상이하다. 회전수 센서(76)가 검출한 회전수 신호는, 컨트롤러(100)에 입력되어, 제어 로직의 연산에 사용된다. 또한, 컨트롤러(100)는, 요구 펌프 유량 신호부(120) 대신에 추정 펌프 유량 신호부(153)를 설치한 점이 제1 실시 형태와 상이하다.
제1 실시 형태에 있어서는, 컨트롤러(100)에서 각 레버 조작 신호에 따라서 요구 펌프 연산 신호(120A)를 산출하여, 그 요구 펌프 연산 신호(120A)로 되도록 전자 비례 밸브(74)에 지령 신호를 출력하고, 전자 비례 밸브(74)는, 지령 신호에 따라서 레귤레이터(10A)에 공급하는 압유의 압력을 감압 조정하도록 구성되어 있었다.
본 실시 형태에 있어서는, 각 레버 조작 신호(파일럿 압력)에 의해 정해지는 유압 펌프(10)의 용량을 추정하여, 보조 유압 펌프(15)로 유량을 어시스트할 때만, 전자 비례 밸브(74)에 의해 유압 펌프(10)의 용량을 저감하도록 제어하는 점이 상이하다. 즉, 보조 유압 펌프(15)로 유량을 어시스트하지 않을 때에는, 각 레버 조작량에 따른 파일럿압이 직접 레귤레이터(10A)에 공급되므로, 유압적으로 유압 펌프(10)의 유량이 제어되고, 보조 유압 펌프(15)로 유량을 어시스트할 때만, 전자 비례 밸브(74)에 제어 지령이 출력되어 전기적으로 감압되어, 유압 펌프(10)의 유량이 제어된다. 이 결과, 유압적으로 유압 펌프(10)의 용량을 제어하는 시간이 발생하므로, 상시, 전자 비례 밸브(74)에 의해 유압 펌프(10)의 용량을 제어하는 경우보다, 응답성을 향상시킬 수 있다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 추정 펌프 유량 신호부(153)는, 후술하는 연산에 의해 추정 펌프 유량 신호(153A)를 산출하여, 제1 감산 연산기(103)에 출력한다. 즉, 본 실시 형태에 있어서는, 추정 펌프 유량 신호(153A)가, 비합류 시 펌프 유량인 추정 펌프 유량이다. 추정 펌프 유량 신호부(153)에 있어서의 추정 펌프 유량 신호(153A)의 산출 방법에 대해 도 8을 사용하여 설명한다.
추정 펌프 유량 신호부(153)는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 최댓값 선택기(154)와, 함수 발생기(155)와, 승산 연산기(156)를 구비하고 있다.
최댓값 선택기(154)는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 압력 센서(41)에 의해 검출한 조작 장치(4)의 파일럿 밸브(4A)의 하강측 파일럿압 Pd를 레버 조작 신호(141)로서, 마찬가지로 압력 센서(75)에 의해 검출한 상승측 파일럿압 Pu를 레버 조작 신호(175)로서 각각 입력한다. 또한, 압력 센서(42)에 의해 검출한 조작 장치(24)의 파일럿 밸브(24A)의 일방측 파일럿압을 레버 조작 신호(142)로서, 마찬가지로 압력 센서(43)에 의해 검출한 타방측 파일럿압을 레버 조작 신호(143)로서 각각 입력한다. 최댓값 선택기(154)는, 입력 신호 중 최댓값을 선택 산출하여, 함수 발생기(155)에 출력한다. 이것은, 제1∼제3 고압 선택 밸브(71, 73, 72)의 동작을 모의한 연산이다.
함수 발생기(155)에는, 레귤레이터(10A)의 특성이 미리 테이블에 기억되어 있다. 즉, 레귤레이터(10A)에 입력된 압유의 압력 신호에 대한 유압 펌프(10)의 용량의 특성이 기억되어 있다. 이에 의해, 입력된 레버 조작 신호의 최댓값으로부터, 유압 펌프(10)의 용량을 추정 산출하여, 승산 연산기(156)에 출력한다.
승산 연산기(156)는, 함수 발생기(155)로부터의 유압 펌프 추정 용량 신호와 회전수 센서(76)에 의해 검출한 회전수 신호(176)를 입력하고, 그 승산값을 유압 펌프(10)가 토출하는 유량인 추정 펌프 유량 신호(153A)로서 산출하여, 출력한다.
도 7로 되돌아가, 추정 펌프 유량 신호부(153)가 산출한 추정 펌프 유량 신호(153A)는, 목표 어시스트 유량 신호(109A)가 0일 때, 즉, 보조 유압 펌프(15)로부터의 유량 어시스트가 없는 경우는, 그대로의 값이 목표 펌프 유량 신호(112A)로서 출력된다. 컨트롤러(100)는, 추정한 펌프 유량을 그대로 출력하도록 전자 비례 밸브(74)에 지령 신호를 출력한다. 이 결과, 전자 비례 밸브(74)에서는 입력된 파일럿압에 대해 스로틀 제어를 행하지 않고, 입력된 압력 신호를 그대로 레귤레이터(10A)에 출력하게 된다. 이에 의해, 유압 펌프(10)는, 각 조작 레버의 파일럿 밸브의 최댓값에 따른 용량으로 제어된다. 이와 같이, 유압 펌프(10)의 용량이 유압적으로 제어됨으로써, 유압 펌프(10)의 응답성을 향상시킬 수 있다.
한편, 목표 어시스트 유량 신호(109A)가 0 이외일 때, 즉, 보조 유압 펌프(15)로부터의 유량 어시스트가 있는 경우는, 유량 어시스트만큼을 저감시킨 유량 상당의 지령이 전자 비례 밸브(74)에 출력된다. 이 결과, 전자 비례 밸브(74)에서는 입력된 파일럿 압력에 대해 스로틀(감압) 제어를 행하여, 레귤레이터(10A)에 출력하고, 유압 펌프(10)의 용량을 낮추도록 제어한다. 이에 의해, 유압 펌프(10)는 보조 유압 펌프(15)로부터 공급된 유량만큼 용량을 저감시킬 수 있으므로, 유압 펌프(10)의 출력을 저감시킬 수 있다. 또한, 제어 밸브(5)에 공급되는 압유의 유량은, 보조 유압 펌프(15)로부터의 공급이 없는 경우와 있는 경우에서 변함없으므로, 조작 장치(24)의 조작 레버에 따른 양호한 조작성을 확보할 수 있다.
상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제2 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제2 실시 형태에 의하면, 각 레버 조작 신호(파일럿 압력)에 의해 정해지는 유압 펌프(10)의 용량을 추정하고, 보조 유압 펌프(15)로 유량을 어시스트할 때만, 전자 비례 밸브(74)에 의해 유압 펌프(10)의 용량을 저감하도록 제어하므로, 유압적으로 유압 펌프(10)의 용량을 제어하는 시간이 발생하여, 제어의 응답성을 향상시킬 수 있다.
실시예 3
이하, 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제3 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다. 도 9는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제3 실시 형태를 나타내는 구동 제어 시스템의 개략도, 도 10은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제3 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 유압 펌프 유량 연산의 내용을 설명하는 블록도이다. 도 9 및 도 10에 있어서, 도 1 내지 도 8에 나타낸 부호와 동일 부호의 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 9 및 도 10에 나타낸 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제3 실시 형태는, 대략 제2 실시 형태와 마찬가지의 유압원과 작업기 등으로 구성되지만, 이하의 구성이 상이하다. 본 실시 형태에 있어서는, 제3 고압 선택 밸브(72)의 출력 포트와 전자 비례 밸브(74)의 입력 포트를 접속하는 배관에 압력 센서(77)를 설치한 점이 상이하다. 압력 센서(77)가 검출한 전자 비례 밸브(74)의 입력 압력 신호(펌프 제어 신호)는 컨트롤러(100)에 입력되어, 제어 로직의 연산에 사용된다. 또한, 컨트롤러(100)의 추정 펌프 유량 신호부(153)에 있어서, 펌프 유량을 추정하는 데 레버 조작 신호를 사용하지 않고, 전자 비례 밸브(74)의 입력 압력 신호(펌프 제어 신호)를 사용한 점이 제2 실시 형태와 상이하다.
도 9에 나타낸 제2 조정기인 레귤레이터(10A)는, 펌프 제어 신호부와 펌프 제어 신호 보정부를 구비하고 있고, 펌프 제어 신호부에서 생성된 파일럿압(펌프 제어 신호)을 펌프 제어 신호 보정부에서 조정하여 레귤레이터(10A)에 공급한다. 펌프 제어 신호부는, 제2 유압 펌프(10)의 용량을 제어하기 위한 파일럿압을 생성하는 조작 장치(4)의 파일럿 밸브(4A)와, 조작 장치(24)의 파일럿 밸브(24A)와, 제1 고압 선택 밸브(71)와, 제2 고압 선택 밸브(73)와, 제3 고압 선택 밸브(72)를 구비하고 있다. 펌프 제어 신호 보정부는, 컨트롤러(100)로부터의 지령 신호에 따라서 입력된 파일럿압을 감압하는 전자 비례 밸브(74)를 구비하고 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 상술한 펌프 제어 신호로부터 유압 펌프(10)의 용량을 추정 산출하고, 회전수 신호와 연산함으로써 비합류 시 펌프 유량인 추정 펌프 유량을 산출하고 있다.
도 10에 나타낸 본 실시 형태에 있어서의 추정 펌프 유량 신호부(153)는, 도 8에 나타낸 제2 실시 형태에 있어서의 추정 펌프 유량 신호부(153)와 이하의 점이 상이하다. 본 실시 형태에 있어서는, 함수 발생기(155)의 입력 신호를, 각 압력 센서가 검출한 각 레버 조작 신호 대신에, 압력 센서(77)가 검출한 전자 비례 밸브(74)에 입력되는 압력 신호(177)(펌프 제어 신호)로 하고 있다. 이에 의해, 최댓값 선택기(154)는 생략하고 있다. 함수 발생기(155)에는, 레귤레이터(10A)에 입력된 압유의 압력 신호에 대한 유압 펌프(10)의 용량의 특성이 기억되어 있다. 이에 의해, 입력된 펌프 제어 신호로부터, 유압 펌프(10)의 용량을 추정 산출하여, 승산 연산기(156)에 출력한다.
승산 연산기(156)는, 함수 발생기(155)로부터의 유압 펌프 추정 용량 신호와 회전수 센서(76)에 의해 검출한 회전수 신호(176)를 입력하고, 그 승산값을 유압 펌프(10)가 토출하는 유량인 추정 펌프 유량 신호(153A)로서 산출하고 있다.
제2 실시 형태에 있어서는, 제3 고압 선택 밸브(72)에서 선택된 압력을 각 레버 조작 신호와 최댓값 선택기(154)의 연산에 의해 산출하고 있었지만, 본 실시 형태에 있어서는, 직접 제3 고압 선택 밸브(72)에서 선택된 압력을 압력 센서(77)에 의해 검출하고 있다. 이에 의해, 상술한 연산이 불필요해져, 간략화가 가능해진다.
상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제3 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
실시예 4
이하, 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제4 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다. 도 11은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제4 실시 형태를 나타내는 구동 제어 시스템의 개략도, 도 12는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제4 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 블록도이다.
도 11 및 도 12에 있어서, 도 1 내지 도 10에 나타낸 부호와 동일 부호의 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 11 및 도 12에 나타낸 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제4 실시 형태는, 대략 제1 실시 형태와 마찬가지의 유압원과 작업기 등으로 구성되지만, 이하의 구성이 상이하다. 본 실시 형태에 있어서는, 전자 전환 밸브(8)를 전자 비례 감압 밸브(60)로 하고, 전환 밸브(7)를 제어 밸브(61)로 변경한 점과, 유압 모터(13)를 가변 용량형 유압 모터(62)로 바꾸고, 모터 용량을 가변하는 모터 레귤레이터(62A)를 설치한 점이 상이하다. 모터 레귤레이터(62A)는, 컨트롤러(100)로부터의 지령에 의해 가변 용량형 유압 모터(62)의 용량을 변화시킨다. 또한, 컨트롤러(100)는 유량 제한 연산부(130)와 동력 제한 연산부(131)와 제3 제산 연산기(132)와 제3 감산 연산기(133)와 제3 함수 발생기(134)와 제5 출력 변환부(135)와 일정 회전수 지령부(136)와 제4 제산 연산기(137)와 제6 출력 변환부(138)를 설치한 점이 제1 실시 형태와 상이하다.
본 실시 형태에 있어서는, 붐 실린더(3a)의 보텀측 오일실(3a1)로부터의 복귀 오일을 제어 밸브(61)에서 분류 가능하게 함과 함께, 전동기(14)를 일정한 회전수로 회전시켜, 가변 용량형 유압 모터(62)의 용량을 제어함으로써 회생 유량을 제어하고 있다. 이에 의해, 전동기(14)의 최대 동력 또는 가변 용량형 유압 모터(62)의 최대 회수 유량을 상회하는 에너지/유량이 붐 실린더(3a)로부터 배출된 경우라도, 기기의 파손을 방지할 수 있음과 함께, 붐의 조작성을 확보할 수 있다. 도 11에 있어서, 제1 실시 형태와 상이한 부위에 대해 설명한다.
보텀측 유로(32)에는 전환 밸브(7) 대신에, 제어 밸브(61)가 설치되어 있다. 제어 밸브(61)는, 붐 실린더(3a)의 보텀측 오일실(3a1)로부터의 복귀 오일 중, 제어 밸브(5)를 통해 탱크(12)에 배출하는 유량을 분류 제어한다.
제어 밸브(61)는, 일단부측에 스프링(61b)을, 타단부측에 파일럿 수압부(61a)를 갖고 있다. 제어 밸브(61)의 스풀은, 파일럿 수압부(61a)에 입력되는 파일럿 압유의 압력에 따라서 이동하므로, 압유가 통과하는 개구 면적이 제어되고, 파일럿 압유의 압력이 어느 일정값 이상일 때에는 완전히 폐지된다. 이에 의해, 붐 실린더(3a)의 보텀측 오일실(3a1)로부터의 복귀 오일 중, 제어 밸브(5)를 통해 탱크(12)에 배출하는 유량을 제어할 수 있다. 파일럿 수압부(61a)에는, 파일럿 유압 펌프(11)로부터 후술하는 전자 비례 감압 밸브(60)를 통해 파일럿 압유가 공급되고 있다.
본 실시 형태에 있어서의 전자 비례 감압 밸브(60)의 입력 포트에는, 파일럿 유압 펌프(11)로부터 출력되는 압유가 입력되고 있다. 한편, 전자 비례 감압 밸브(60)의 조작부에는, 컨트롤러(100)로부터 출력되는 지령 신호가 입력되고 있다. 이 지령 신호에 따라서 전자 비례 감압 밸브(60)의 스풀 위치가 조정되고, 이에 의해 파일럿 유압 펌프(11)로부터 제어 밸브(61)의 파일럿 수압부(61a)에 공급되는 파일럿 압유의 압력이 적절하게 조정되고 있다.
컨트롤러(100)는, 컨트롤러 내부에서 연산한 제어 밸브(61)에 분류해야 할 목표 배출 유량이 되도록 전자 비례 감압 밸브(60)에 제어 지령을 출력하여, 제어 밸브(61)의 개구 면적을 조정한다.
다음으로, 본 실시 형태에 있어서의 컨트롤러(100)의 제어 개요에 대해 도 12를 사용하여 설명한다. 도 12에 있어서, 제1 실시 형태와 상이한 부위에 대해 설명한다.
본 실시 형태에 있어서는, 제3 함수 발생기(134)로부터의 목표 개구 면적 신호(134A)를 제5 출력 변환부(135)에 출력하고, 제5 출력 변환부(135)는 입력된 목표 개구 면적 신호(134A)를 전자 비례 감압 밸브(60)의 제어 지령으로 변환하여 전자 밸브 지령 신호(260A)로서 전자 비례 감압 밸브(60)에 출력한다. 이에 의해, 제어 밸브(61)의 개방도가 제어되어, 붐 실린더(3a)의 보텀측 오일실(3a1)로부터의 복귀 오일 중, 제어 밸브(5)를 통해 탱크(12)에 배출하는 유량을 제어할 수 있다. 또한, 제4 제산 연산기(137)로부터의 목표 용량 신호(137A)를 제6 출력 변환부(138)에 출력하고, 제6 출력 변환부(138)는 입력된 목표 용량 신호(137A)를 예를 들어 틸팅각으로 변환하여 용량 지령 신호(262A)로서 모터 레귤레이터(62A)에 출력한다. 이에 의해, 가변 용량형 유압 모터(62)의 용량이 제어된다.
본 실시 형태에 있어서의 컨트롤러(100)는, 제1 실시 형태에 있어서의 제1 함수 발생기(101)와 제1 출력 변환부(106)를 생략하고, 나머지 연산기 외에도, 유량 제한 연산부(130)와 동력 제한 연산부(131)와 제3 제산 연산기(132)와 제3 감산 연산기(133)와 제3 함수 발생기(134)와 제5 출력 변환부(135)와 일정 회전수 지령부(136)와 제4 제산 연산기(137)와 제6 출력 변환부(138)를 구비하고 있다.
유량 제한 연산부(130)는, 도 6에 나타낸 바와 같이 제2 함수 발생기(102)가 산출한 최종 목표 보텀 유량 신호(102A)를 입력하고, 가변 용량형 유압 모터(62)의 최대 회수 유량의 상한으로 제한한 제한 유량 신호(130A)를 출력한다. 유압 모터는 일반적으로 최대 유량이 정해져 있으므로, 기기의 사양에 맞춘 특성이 설정된다. 제한 유량 신호(130A)는, 제1 승산 연산기(104)에 출력된다.
제1 승산 연산기(104)는, 유량 제한 연산부(130)로부터의 제한 유량 신호(130A)와 보텀측 오일실(3a1)의 압력 신호(144)를 입력하고, 그 승산값을 회수 동력 신호(104A)로서 산출하여, 동력 제한 연산부(131)에 출력한다.
동력 제한 연산부(131)는, 제1 승산 연산기(104)가 산출한 회수 동력 신호(104A)를 입력하여, 전동기(14)의 최대 동력의 상한으로 제한한 제한 회수 동력 신호(131A)를 출력한다. 전동기(14)에 대해서도, 일반적으로 최대 동력이 정해져 있으므로, 기기의 사양에 맞춘 특성이 설정된다. 제한 회수 동력 신호(131A)는, 제3 제산 연산기(132)와 최솟값 선택 연산부(108)에 출력된다. 유량 제한 연산부(130)와 동력 제한 연산부(131)에서, 제한을 행함으로써, 기기의 파손을 방지할 수 있다.
제3 제산 연산기(132)는, 동력 제한 연산부(131)로부터의 제한 회수 동력 신호(131A)와 보텀측 오일실(3a1)의 압력 신호(144)를 입력하고, 제한 회수 동력 신호(131A)를 압력 신호(144)로 제산한 값을 목표 회수 유량 신호(132A)로서 산출하여, 제3 감산 연산기(133)와 제4 제산 연산기(137)에 출력한다.
제3 감산 연산기(133)는, 제2 함수 발생기(102)로부터의 최종 목표 보텀 유량 신호(102A)와 제3 제산 연산기(132)로부터의 목표 회수 유량 신호(132A)를 입력하고, 그 편차를 제어 밸브(61)에 분류해야 할 목표 배출 유량 신호(133A)로서 산출하여, 제3 함수 발생기(134)에 출력한다.
제3 함수 발생기(134)는, 압력 센서(44)에 의해 검출한 붐 실린더(3a)의 보텀측 오일실(3a1)의 압력을 압력 신호(144)로서 하나의 입력단에 입력하고, 제3 감산 연산부(133)로부터의 제어 밸브(61)에 분류해야 할 목표 배출 유량 신호(133A)를 다른 입력단에 입력한다. 이들 입력 신호로부터 오리피스의 수식에 기초하여 제어 밸브(61)의 목표 개구 면적을 산출하고, 목표 개구 면적 신호(134A)를 제5 출력 변환부(135)에 출력한다.
여기서, 제어 밸브(61)의 목표 개구 면적 A는 이하의 식(1)과 (2)에서 산출된다. 목표 배출 유량을 Qt, 유량 계수를 C, 붐 실린더(3a)의 보텀측 오일실(3a1)의 압력을 Pb, 제어 밸브(61)의 개구 면적을 A, 탱크압을 0㎫라고 하면,
Figure pct00001
이 되고, A에 대해 풀면,
Figure pct00002
이 된다. 따라서, 식(2)로부터 제어 밸브(61)의 개구 면적을 산출할 수 있다.
제5 출력 변환부(135)는, 입력된 목표 개구 면적 신호(134A)를 전자 비례 감압 밸브(60)의 제어 지령으로 변환하여 전자 밸브 지령 신호(260A)로서 전자 비례 감압 밸브(60)에 출력한다. 이에 의해, 제어 밸브(61)의 개방도가 제어되어, 제어 밸브(61)에 분류해야 할 유량이 제어된다.
일정 회전수 지령부(136)는, 전동기(14)의 회전수를 최대 회전수의 일정 회전수로 회전시키기 위해, 전동기의 회전수 지령 신호를 제2 출력 변환부(107)에 출력한다. 제2 출력 변환부(107)는, 입력된 회전수 지령 신호를 목표 전동기 회전수로 변환하여 회전수 지령 신호(209A)로서 인버터(9A)에 출력한다.
일정 회전수 지령부(136)는, 전동기의 회전수 지령 신호를 제2 제산 연산기(110)의 타단부와 제4 제산 연산기(137)의 타단부에도 출력한다.
제2 제산 연산기(110)는, 제1 제산 연산기(109)로부터의 목표 어시스트 유량 신호(109A)와 일정 회전수 지령부(136)로부터의 전동기의 회전수 지령 신호를 입력하고, 목표 어시스트 유량 신호(109A)를 전동기의 회전수 지령 신호로 제산한 값을 보조 유압 펌프(15)의 목표 용량 신호(110A)로서 산출하여, 제3 출력 변환부(111)에 출력한다.
제4 제산 연산기(137)는, 제3 제산 연산기(132)로부터의 목표 회수 유량 신호(132A)와 일정 회전수 지령부(136)로부터의 전동기의 회전수 지령 신호를 입력하고, 목표 회수 유량 신호(132A)를 전동기의 회전수 지령 신호로 제산한 값을 가변 용량형 유압 모터(62)의 목표 용량 신호(137A)로서 산출하여, 제6 출력 변환부(138)에 출력한다.
제6 출력 변환부(138)는, 입력된 목표 용량 신호(137A)를 예를 들어 틸팅각으로 변환하여 용량 지령 신호(262A)로서 모터 레귤레이터(62A)에 출력한다. 이에 의해, 가변 용량형 유압 모터(62)의 용량이 제어된다.
여기서, 제2 함수 발생기(102)와, 제1 승산 연산기(104)와, 유량 제한 연산부(130)와, 동력 제한 연산부(131)와, 제3 제산 연산기(132)와, 제3 감산 연산기(133)와, 제3 함수 발생기(134)와, 일정 회전수 지령부(136)와, 제4 제산 연산기(137)는, 회수 동력 신호(104A)가 전동기(14)의 최대 동력을 상회하지 않도록, 붐 실린더(3a)로부터 배출되는 동력을 배출 회로에 분배하도록 제어 밸브(61)의 개방도를 제어하는 전자 비례 감압 밸브(60)에 출력하는 제어 지령인 목표 개구 면적 신호(134A)를 연산하는 제5 연산부를 구성한다.
또한, 제2 함수 발생기(102)와, 제1 승산 연산기(104)와, 유량 제한 연산부(130)와, 동력 제한 연산부(131)와, 제3 제산 연산기(132)와, 제3 감산 연산기(133)와, 제3 함수 발생기(134)와, 일정 회전수 지령부(136)와, 제4 제산 연산기(137)는, 가변 용량형 유압 모터(62)에 입력 가능한 최대 유량인 제한 유량 신호(130A)를 상회하지 않도록, 붐 실린더(3a)로부터 배출되는 동력을 배출 회로에 분배하도록 제어 밸브(61)의 개방도를 제어하는 전자 비례 감압 밸브(60)에 출력하는 제어 지령인 목표 개구 면적 신호(134A)를 연산하는 제7 연산부를 구성한다.
다음으로, 상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제5 실시 형태의 제어 로직에 의한 동작을 도 11 및 도 12를 사용하여 설명한다.
도 12에 나타낸 제2 함수 발생기(102)로부터 출력된 최종 목표 보텀 유량 신호(102A)는, 유량 제한 연산부(130)에 의해 가변 용량형 유압 모터(62)의 최대 유량의 제한 유량 신호(130A)로 제한된다. 이에 의해, 가변 용량형 유압 모터(62)에 사양 이상의 유량이 흐르지 않도록 제한되어, 가변 용량형 유압 모터(62)의 파손을 방지할 수 있다.
또한, 이 제한된 최종 목표 보텀 유량 신호(102A)는 제1 승산 연산기(104)에 보텀측 오일실(3a1)의 압력 신호(144)와 함께 입력되어, 회수 동력 신호(104A)가 산출된다.
산출된 회수 동력 신호(104A)는, 동력 제한 연산부(131)에 의해 전동기(14)의 최대 동력의 상한으로 제한한 제한 회수 동력 신호(131A)로 제한된다. 이에 의해, 과대한 에너지가 전동기 축에 입력되는 것을 방지하여, 기기의 파손 또는 과속도를 회피할 수 있다.
동력 제한 연산부(131)로부터 출력된 제한 회수 동력 신호(131A)는, 제3 제산 연산기(132)에 보텀측 오일실(3a1)의 압력 신호(144)와 함께 입력되어, 목표 회수 유량 신호(132A)가 산출된다.
또한, 목표 회수 유량 신호(132A)는, 최종 목표 보텀 유량 신호(102A)와 함께 제3 감산 연산기(133)에 입력되고, 작업자가 원하는 희망 붐 실린더 속도를 실현하기 위해 제어 밸브(61)에 분류해야 할 목표 배출 유량 신호(133A)를 산출한다.
목표 배출 유량 신호(133A)는, 제3 함수 발생기(134)에 보텀측 오일실(3a1)의 압력 신호(144)와 함께 입력되어 제어 밸브(61)의 목표 개구 면적이 산출된다. 이 목표 개구 면적의 신호는, 제5 출력 변환부(135)를 통해 전자 밸브 지령 신호(260A)로서 전자 비례 감압 밸브(60)에 출력된다.
이에 의해, 도 11에 나타낸 붐 실린더(3a)로부터의 배출 오일은 제어 밸브(61)에도 분류되고, 가변 용량형 유압 모터(62)로 회수할 수 없는 유량을 흐르게 하여, 작업자가 원하는 붐 실린더 속도를 확보하는 것이 가능해진다.
도 12로 되돌아가, 제3 제산 연산기(132)로부터 출력된 목표 회수 유량 신호(132A)는, 일정 회전수 지령부(136)로부터의 전동기의 회전수 지령 신호와 함께 제4 제산 연산기(137)에 입력되어, 가변 용량형 유압 모터(62)의 목표 용량이 산출된다. 이 목표 용량의 신호는, 제6 출력 변환부(138)를 통해 용량 지령 신호(262A)로서 모터 레귤레이터(62A)에 출력한다.
이에 의해, 가변 용량형 유압 모터(62)에는, 회전축에 연결된 기기의 사양에 따라, 유량 제한 및 동력 제한이 이루어진 유량의 작동유가 유입된다. 이 결과, 과대한 동력이 입력되는 일이 없으므로, 기기의 파손 또는 과속도의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 회수 동력의 유량 제한과, 동력의 제한을 동시에 행하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 이것에 한정할 필요는 없고, 기기의 사양에 맞추어, 적절하게 선택하여 설계하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 전동기의 토크가 충분하여, 동력 제한을 행할 필요가 없으면, 유량 제한만을 행하는 제어 로직을 작성해도 된다.
상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제4 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제4 실시 형태에 의하면, 회생용 가변 용량형 유압 모터(62)에는, 기기의 사양에 따른 유량 제한 및 동력 제한이 이루어진 유량의 작동유가 유입되므로, 과대한 동력이 입력되는 일이 없다. 이 결과, 기기의 파손 또는 과속도의 발생을 방지할 수 있어, 신뢰성이 향상된다.
실시예 5
이하, 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제5 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다. 도 13은, 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제5 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 블록도, 도 14는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제5 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 가변 동력 제한 연산부의 내용을 설명하는 특성도이다. 도 13 및 도 14에 있어서, 도 1 내지 도 12에 나타낸 부호와 동일 부호의 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 13 및 도 14에 나타낸 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제5 실시 형태는, 제4 실시 형태와 마찬가지의 유압원과 작업기 등으로 구성되지만, 제어 로직의 구성이 상이하다. 본 실시 형태에 있어서는, 제4 실시 형태에 있어서의 동력 제한 연산부(131) 대신에, 가변 동력 제한 연산부(139)를 설치한 점이 제4 실시 형태와 상이하다. 제4 실시 형태에 있어서는, 전동기(14)의 최대 동력만으로, 가변 용량형 유압 모터(62)에의 작동유의 유입 유량 등을 제한하고 있었지만, 본 실시 형태에 있어서는, 전동기(14)의 최대 동력과 보조 유압 펌프(15)의 요구 펌프 동력의 합계로 제한을 행해도 된다. 이에 의해, 동력 제한의 상한이 높아지기 때문에, 회수하는 에너지를 더욱 증가시킬 수 있어, 연비 저감 효과가 향상된다.
도 13에 나타낸 바와 같이, 가변 동력 제한 연산부(139)는, 제1 승산 연산기(104)가 산출한 회수 동력 신호(104A)와, 제2 승산 연산기(105)가 산출한 요구 펌프 동력 신호(105A)를 입력하고, 전동기(14)의 최대 동력의 상한과 보조 유압 펌프(15)의 요구 동력에 따른 제한부 회수 동력 신호(139A)를 출력한다. 제한부 회수 동력 신호(139A)는, 제3 제산 연산기(132)와 최솟값 선택 연산부(108)에 출력된다.
가변 동력 제한 연산부(139)의 연산의 상세를 도 14를 사용하여 설명한다. 도 14에 있어서, 횡축은 제1 승산 연산기(104)가 산출한 회수 동력 신호(104A)인 목표 회수 동력을 나타내고, 종축은 가변 동력 제한 연산부(139)가 산출한 제한부 회수 동력을 나타내고 있다. 도 14에 있어서, 실선의 특성선 x는, 횡축과 평행한 상한 제한선을 전동기(14)의 최대 동력으로 규정하고 있다. 이때, 제2 승산 연산기(105)로부터 입력되는 요구 펌프 동력 신호(105A)는 0이 된다.
가변 동력 제한 연산부(139)에 입력되는 요구 펌프 동력 신호(105A)가 0으로부터 증가한 경우, 특성선 x의 상한 제한선은, 그 증가분만큼 y 방향으로 상방으로 이동한다. 환언하면, 가변 동력 제한 연산부(139)는, 요구 펌프 동력의 입력분만큼 제한부 회수 동력의 상한을 증가시킨다.
이에 의해, 목표 회수 동력의 상한이 높아지고, 회수 동력이 증가하여 연비 저감 효과가 상승함과 함께, 전동기(14)의 동력을 초과한 에너지가 가변 용량형 유압 모터(62)에 입력되어도, 보조 유압 펌프(15)에서 사용됨으로써, 전동기(14)에는, 사양을 초과하는 동력이 들어가는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 제2 함수 발생기(102)와, 제1 감산 연산기(103)와, 제1 승산 연산기(104)와, 유량 제한 연산부(130)와, 가변 동력 제한 연산부(139)와, 제3 제산 연산기(132)와, 제3 감산 연산기(133)와, 제3 함수 발생기(134)와, 일정 회전수 지령부(136)와, 제4 제산 연산기(137)는, 회수 동력 신호(104A)가 전동기(14)의 최대 동력과 요구 어시스트 동력의 합계값인 회수 동력 신호(139A)를 상회하지 않도록, 붐 실린더(3a)로부터 배출되는 동력을 배출 회로에 분배하도록 제어 밸브(61)의 개방도를 제어하는 전자 비례 감압 밸브(60)에 출력하는 제어 지령인 목표 개구 면적 신호(134A)를 연산하는 제6 연산부를 구성한다.
상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제5 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제5 실시 형태에 의하면, 목표 회수 동력의 상한이 높아지고, 회수 동력이 증가하여 연비 저감 효과가 상승한다. 이 결과, 기기의 파손, 또는 과속도의 발생을 방지할 수 있어, 신뢰성이 향상된다.
실시예 6
이하, 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제6 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다. 도 15는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제6 실시 형태를 나타내는 구동 제어 시스템의 개략도, 도 16은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제6 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 블록도이다. 도 15 및 도 16에 있어서, 도 1 내지 도 14에 나타낸 부호와 동일 부호의 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 15 및 도 16에 나타낸 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제6 실시 형태는, 대략 제1 실시 형태와 마찬가지의 유압원과 작업기 등으로 구성되지만, 이하의 구성이 상이하다. 본 실시 형태에 있어서는, 유압 펌프(10)의 유로(30)에 공급하는 보조 유압 펌프(15)의 압유 유량 제어를, 보조 유압 펌프(15)의 용량 제어가 아닌, 보조 유로(31)에 연결된 배출 회로로서의 배출 유로(34)에 설치한 블리드 밸브(16)의 개구 면적을 조정함으로써 행하는 점이 상이하다. 따라서, 보조 유압 펌프(15)는 고정 용량형 유압 펌프로 구성하는 점도 상이하다. 또한, 컨트롤러(100)는 제4 함수 발생기(122)와 제4 감산 연산기(123)와 개구 면적 연산부(124)와 제7 출력 변환부(125)를 설치한 점이 제1 실시 형태와 상이하다.
도 15에 있어서, 제1 실시 형태와 상이한 부위에 대해 설명한다.
보조 유로(31)에 있어서의 보조 유압 펌프(15)와 체크 밸브(6) 사이의 부위에 탱크(12)와 연통하는 배출 유로(34)가 연결되어 있다. 배출 유로(34)에는, 보조 유로(31)로부터 탱크(12)에 배출되는 오일의 유량을 제어하는 블리드 밸브(16)가 설치되어 있다.
블리드 밸브(16)는, 일단부측에 스프링(16b)을, 타단부측에 파일럿 수압부(16a)를 갖고 있다. 블리드 밸브(16)의 스풀은, 파일럿 수압부(16a)에 입력되는 파일럿 압유의 압력에 따라서 이동하므로, 압유가 통과하는 개구 면적이 제어되고, 파일럿 압유의 압력이 어느 일정값 이상일 때에는 완전히 폐지된다. 이에 의해, 보조 유로(31)로부터 탱크(12)에 배출되는 배출 유로(34)를 흐르는 오일의 유량을 제어할 수 있다. 파일럿 수압부(16a)에는, 파일럿 유압 펌프(11)로부터 후술하는 전자 비례 감압 밸브(17)를 통해 파일럿 압유가 공급되고 있다.
본 실시 형태에 있어서의 전자 비례 감압 밸브(17)의 입력 포트에는, 파일럿 유압 펌프(11)로부터 출력되는 압유가 입력되고 있다. 한편, 전자 비례 감압 밸브(17)의 조작부에는, 컨트롤러(100)로부터 출력되는 지령 신호가 입력되고 있다. 이 지령 신호에 따라서 전자 비례 감압 밸브(17)의 스풀 위치가 조정되고, 이에 의해 파일럿 유압 펌프(11)로부터 블리드 밸브(16)의 파일럿 수압부(16a)에 공급되는 파일럿 압유의 압력이 적절하게 조정되고 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 합류관로인 보조 유로(31)를 유통하는 보조 유압 펌프(15)로부터의 압유의 유량을 조정 가능하게 하는 제1 조정기는, 블리드 밸브(16)와 블리드 밸브(16)의 개구 면적을 조정 가능하게 하는 전자 비례 감압 밸브(17)로 구성되어 있다.
컨트롤러(100)는, 컨트롤러 내부에서 연산한 목표 어시스트 유량이 되도록 보조 유압 펌프(15)의 토출 유량과 목표 어시스트 유량의 차를 블리드 밸브(16)를 통해 탱크(12)에 흐르게 하도록, 전자 비례 감압 밸브(17)에 제어 지령을 출력하여, 블리드 밸브(16)의 개구 면적을 조정한다.
다음으로, 상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제6 실시 형태의 동작 개요를 설명한다. 조작 장치(4)의 조작 레버를 붐 하강 방향으로 규정값 이하로 조작한 경우의 동작은, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로 생략한다.
작업자가 조작 장치(4)의 조작 레버를 붐 하강 방향으로, 규정값 이상으로 조작하면, 컨트롤러(100)는 전자 전환 밸브(8)에 전환 지령을, 인버터(9A)에 회전수 지령을, 블리드 밸브(16)를 제어하는 전자 비례 감압 밸브(17)에 제어 지령을, 전자 비례 밸브(74)에 제어 지령을 각각 출력한다.
이 결과, 전환 밸브(7)가 차단 위치로 전환되고, 붐 실린더(3a)의 보텀측 오일실(3a1)로부터의 복귀 오일은, 제어 밸브(5)에의 유로가 차단되기 때문에, 회생 회로(33)로 흐르고, 유압 모터(13)를 구동하여 그 후 탱크(12)에 배출된다.
유압 모터(13)의 구동력에 의해 보조 유압 펌프(15)는 회전한다. 보조 유압 펌프(15)가 토출한 압유는, 보조 유로(31)와 체크 밸브(6)를 통해 유압 펌프(10)가 토출한 압유와 합류하여, 유압 펌프(10)의 동력을 어시스트하도록 동작한다.
컨트롤러(100)는, 전자 비례 감압 밸브(17)에 제어 지령을 출력하고, 블리드 밸브(16)의 개구 면적을 제어함으로써 유압 펌프(10)와 합류하는 보조 유압 펌프(15)로부터의 압유 유량을 조정한다. 이에 의해, 유압 펌프(10)에의 합류 유량이 원하는 유량으로 제어된다. 또한, 컨트롤러(100)는, 보조 유압 펌프(15)로부터 공급된 압유의 유량만큼, 유압 펌프(10)의 용량을 저감하도록 전자 비례 밸브(74)에 제어 지령을 출력한다.
유압 모터(13)에 입력된 유압 에너지 중, 보조 유압 펌프(15)에서 다 소비되지 않은 잉여 에너지는, 전동기(14)를 구동시켜 발전함으로써 소비된다. 전동기(14)가 발전한 전기 에너지는 축전 장치(9C)에 축적된다.
본 실시 형태에 있어서는, 붐 실린더(3a)로부터 배출된 압유의 에너지는, 유압 모터(13)에 의해 회수하고, 보조 유압 펌프(15)의 구동력으로서 유압 펌프(10)의 동력을 어시스트한다. 또한, 여분의 동력은, 전동기(14)를 통해 축전 장치(9C)에 축적된다. 이에 의해, 에너지의 효용과 연비의 저감을 도모하고 있다. 또한, 합류 유량의 조정을 블리드 밸브(16)의 개구 면적의 조정으로 행하는 점에서, 보조 유압 펌프(15)는 고정 용량형 유압 펌프이면 된다. 이 결과, 동력 회생 장치(70)의 구성이 단순해진다.
다음으로, 본 실시 형태에 있어서의 컨트롤러(100)의 제어 개요에 대해 도 16을 사용하여 설명한다. 도 16에 있어서, 제1 실시 형태와 상이한 부위에 대해 설명한다.
제1 실시 형태에 있어서는, 목표 어시스트 유량 신호(109A)를 최종 목표 보텀 유량 신호(102A)로 제산하여 산출한 목표 용량 신호(110A)를 제3 출력 변환부(111)로부터 레귤레이터(15A)에 출력하고 있었지만, 본 실시 형태에 있어서는, 개구 면적 연산부(124)로부터의 목표 개구 면적 신호(124A)를 제7 출력 변환부(125)에 출력하고, 제7 출력 변환부(125)는 입력된 목표 개구 면적 신호(124A)를 전자 비례 감압 밸브(17)의 제어 지령으로 변환하여 전자 밸브 지령(217)으로서 전자 비례 감압 밸브(17)에 출력한다. 이에 의해, 블리드 밸브(16)의 개방도가 제어되어, 탱크(12)측에 배출되는 보조 유압 펌프(15)의 유량이 제어된다. 이 결과, 보조 유압 펌프(15)로부터 토출되는 압유의 유압 펌프(10)에의 합류 유량이 원하는 유량으로 제어된다.
본 실시 형태에 있어서의 컨트롤러(100)는, 제1 실시 형태에 있어서의 제2 제산 연산기(110)와 제3 출력 변환부(111)를 생략하고, 나머지 연산기 외에도, 제4 함수 발생기(122)와 제4 감산 연산기(123)와 개구 면적 연산부(124)와 제7 출력 변환부(125)를 구비하고 있다.
제4 함수 발생기(122)는, 도 16에 나타낸 바와 같이 제2 함수 발생기(102)가 산출한 최종 목표 보텀 유량 신호(102A)를 입력하고, 최종 보텀 유량 신호(102A)를 기초로 보조 유압 펌프(15)의 토출 유량 신호(122A)를 산출한다. 토출 유량 신호(122A)는, 제4 감산 연산기(123)에 출력된다.
제4 감산 연산기(123)는, 제4 함수 발생기(122)로부터의 보조 유압 펌프(15)의 토출 유량 신호(122A)와, 제1 제산 연산기(109)로부터의 목표 어시스트 유량 신호(109A)를 입력하고, 그 편차를 목표 블리드 유량 신호(123A)로서 산출하여, 개구 면적 연산부(124)의 하나의 입력단에 출력한다.
개구 면적 연산부(124)는, 제4 감산 연산기(123)로부터의 목표 블리드 유량 신호(123A)를 하나의 입력단에 입력하고, 압력 센서(40)가 검출한 유압 펌프(10)의 토출압을 압력 신호(140)로서 다른 입력단에 입력한다. 이들 입력 신호로부터 오리피스의 수식에 기초하여 블리드 밸브(16)의 목표 개구 면적을 산출하여, 목표 개구 면적 신호(124A)를 제7 출력 변환부(125)에 출력한다.
여기서, 블리드 밸브(16)의 목표 개구 면적 A0은 이하의 식(3)에 의해 산출된다.
Figure pct00003
여기서, Q0은 목표 블리드 유량, PP는 유압 펌프 압력, C는 유량 계수이다.
제7 출력 변환부(125)는, 입력된 목표 개구 면적 신호(124A)를 전자 비례 감압 밸브(17)의 제어 지령으로 변환하여 전자 밸브 지령(217)으로서 전자 비례 감압 밸브(17)에 출력한다. 이에 의해, 블리드 밸브(16)의 개방도가 제어되어, 탱크(12)측에 배출되는 보조 유압 펌프(15)의 유량이 제어된다.
다음으로, 상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제6 실시 형태의 제어 로직에 의한 동작을 도 15 및 도 16을 사용하여 설명한다. 제1 실시 형태에 추가된 연산기에 관한 부분에 대해 설명한다.
컨트롤러(100)에 있어서, 제2 함수 발생기(102)에서 산출된 최종 목표 보텀 유량 신호(102A)는, 제4 함수 발생기(122)에 입력되고, 제4 함수 발생기(122)는 보조 유압 펌프(15)의 토출 유량 신호(122A)를 산출한다.
제4 함수 발생기(122)에서 산출된 토출 유량 신호(122A)와 제1 제산 연산기(109)에서 산출된 목표 어시스트 유량 신호(109A)는 제4 감산 연산기(123)에 입력되고, 제4 감산 연산기(123)는 목표 블리드 유량 신호(123A)를 산출한다. 목표 블리드 유량 신호(123A)는, 개구 면적 연산부(124)에 입력된다.
개구 면적 연산부(124)에서는, 입력된 목표 블리드 유량 신호(123A)와 유압 펌프(10)의 압력 신호(140)로부터 블리드 밸브(16)의 목표 개구 면적 신호(124A)를 산출하여, 제7 출력 변환부(125)에 출력한다.
제7 출력 변환부(125)는, 블리드 밸브(16)가 산출한 개구 면적이 되도록 전자 비례 감압 밸브(17)에 제어 지령을 출력한다. 이에 의해, 보조 유압 펌프(15)로부터 토출된 압유의 잉여 유량은 블리드 밸브(16)를 통해 탱크(12)에 배출된다. 이 결과, 유압 펌프(10)의 압유와 보조 유압 펌프(15)의 압유의 합류 유량이 원하는 유량으로 조정된다.
상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제6 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제6 실시 형태에 의하면, 유압 펌프(10)의 동력을 어시스트하는 보조 유압 펌프(15)로부터의 압유의 유량 조정을 블리드 밸브(16)의 개구 면적의 조정으로 행한다. 이에 의해, 동력 회생 장치(70)의 구성이 단순해져, 생산 비용의 저감과 보수성의 향상이 도모된다.
또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기한 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다.
1 : 유압 셔블
1a : 붐
3a : 붐 실린더
3a1 : 보텀측 오일실
3a2 : 로드측 오일실
4 : 조작 장치(제1 조작 장치)
4A : 파일럿 밸브
5 : 제어 밸브
6 : 체크 밸브
7 : 전환 밸브
8 : 전자 전환 밸브
9A : 인버터
9B : 초퍼
9C : 축전 장치
10 : 유압 펌프
10A : 레귤레이터
11 : 파일럿 유압 펌프
12 : 탱크
13 : 유압 모터
14 : 전동기
15 : 보조 유압 펌프
15A : 레귤레이터
16 : 블리드 밸브
17 : 전자 비례 감압 밸브
24 : 조작 장치(제2 조작 장치)
24A : 파일럿 밸브
25 : 초퍼
30 : 유로
31 : 보조 유로
32 : 보텀측 유로
33 : 회생 회로
34 : 배출 유로
40 : 압력 센서
41 : 압력 센서(제1 조작량 검출기)
42 : 압력 센서(제2 조작량 검출기)
43 : 압력 센서(제2 조작량 검출기)
44 : 압력 센서
50 : 엔진
60 : 전자 비례 감압 밸브
61 : 제어 밸브
62 : 가변 용량형 유압 모터
62A : 모터 레귤레이터
70 : 동력 회생 장치
71 : 제1 고압 선택 밸브
72 : 제3 고압 선택 밸브
73 : 제2 고압 선택 밸브
74 : 전자 비례 밸브
75 : 압력 센서(제1 조작량 검출기)
76 : 회전수 센서
77 : 압력 센서
100 : 컨트롤러(제어 장치)

Claims (11)

  1. 제1 유압 액추에이터와, 상기 제1 유압 액추에이터로부터 배출된 복귀 오일에 의해 구동되는 회생용 유압 모터와, 상기 회생용 유압 모터와 기계적으로 연결된 제1 유압 펌프와, 상기 제1 유압 액추에이터 및 제2 유압 액추에이터 중 적어도 한쪽을 구동하는 압유를 토출하는 제2 유압 펌프와, 상기 제1 유압 펌프가 토출한 압유를 상기 제2 유압 펌프가 토출한 압유에 합류시키는 합류관로와, 상기 합류관로를 유통하는 상기 제1 유압 펌프로부터의 압유의 유량을 조정 가능하게 하는 제1 조정기와, 상기 제2 유압 펌프의 토출 유량을 조정 가능하게 하는 제2 조정기와, 상기 제1 조정기와 상기 제2 조정기에 제어 지령을 출력하는 제어 장치를 구비한 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 제1 유압 펌프가 토출한 압유의 합류가 없이 상기 제2 유압 펌프만으로, 상기 제1 유압 액추에이터 및 상기 제2 유압 액추에이터 중 적어도 한쪽을 구동하는 경우의 비합류 시 펌프 유량을 산출하고, 상기 합류관로를 유통하는 상기 제1 유압 펌프로부터의 압유의 유량이 상기 비합류 시 펌프 유량보다 작아지도록 상기 제1 조정기에 출력하는 제어 지령을 연산하는 제1 연산부와,
    상기 비합류 시 펌프 유량으로부터 상기 합류관로를 유통하는 상기 제1 유압 펌프로부터의 압유의 유량을 감산하여 목표 펌프 유량을 산출하고, 상기 목표 펌프 유량으로 되도록 상기 제2 조정기에 출력하는 제어 지령을 연산하는 제2 연산부를 구비한
    것을 특징으로 하는, 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유압 액추에이터를 조작하기 위한 제1 조작 장치와, 상기 제2 유압 액추에이터를 조작하기 위한 제2 조작 장치와, 상기 제1 조작 장치의 조작량을 검출하는 제1 조작량 검출기와, 상기 제2 조작 장치의 조작량을 검출하는 제2 조작량 검출기를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 제1 조작량 검출기가 검출한 상기 제1 조작 장치의 조작량과 상기 제2 조작량 검출기가 검출한 상기 제2 조작 장치의 조작량을 도입하고,
    상기 제어 장치에 의해 산출되는 상기 비합류 시 펌프 유량이, 상기 제1 조작 장치의 조작량과 상기 제2 조작 장치의 조작량으로부터 연산되는 요구 펌프 유량인
    것을 특징으로 하는, 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유압 액추에이터를 조작하기 위한 제1 조작 장치와, 상기 제2 유압 액추에이터를 조작하기 위한 제2 조작 장치와, 상기 제1 조작 장치의 조작량을 검출하는 제1 조작량 검출기와, 상기 제2 조작 장치의 조작량을 검출하는 제2 조작량 검출기와, 상기 제2 유압 펌프의 회전수를 검출하는 회전수 센서를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 제1 조작량 검출기가 검출한 상기 제1 조작 장치의 조작량과 상기 제2 조작량 검출기가 검출한 상기 제2 조작 장치의 조작량과 상기 회전수 센서가 검출한 상기 제2 유압 펌프의 회전수를 도입하고,
    상기 제어 장치에 의해 산출되는 상기 비합류 시 펌프 유량이, 상기 제1 조작 장치의 조작량과 상기 제2 조작 장치의 조작량으로부터 추정된 상기 제2 유압 펌프의 추정 용량과, 상기 제2 유압 펌프의 회전수로부터 연산되는 추정 펌프 유량인
    것을 특징으로 하는, 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 유압 펌프의 회전수를 검출하는 회전수 센서를 더 구비하고,
    상기 제2 조정기는, 상기 제2 유압 펌프의 용량을 제어하기 위한 펌프 제어 신호를 생성하는 펌프 제어 신호부와, 상기 펌프 제어 신호를 보정하는 펌프 제어 신호 보정부를 갖고,
    상기 제어 장치는, 상기 회전수 센서가 검출한 상기 제2 유압 펌프의 회전수와, 상기 펌프 제어 신호를 도입하고,
    상기 제어 장치에 의해 산출되는 상기 비합류 시 펌프 유량이, 상기 펌프 제어 신호로부터 추정된 상기 제2 유압 펌프의 추정 용량과, 상기 제2 유압 펌프의 회전수로부터 연산되는 추정 펌프 유량인
    것을 특징으로 하는, 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유압 펌프 및 상기 회생용 유압 모터와 기계적으로 연결된 전동기와, 상기 전동기의 회전수를 조정 가능하게 하는 제3 조정기와,
    상기 제1 유압 액추에이터를 조작하기 위한 제1 조작 장치와,
    상기 제1 조작 장치의 조작량을 검출하는 제1 조작량 검출기를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 제1 조작량 검출기가 검출한 상기 제1 조작 장치의 조작량을 도입하고, 상기 조작량에 따라서 상기 제1 유압 액추에이터로부터 배출된 복귀 오일에 의해 상기 회생용 유압 모터에 입력되는 회수 동력을 산출하고, 상기 합류관로를 유통하는 상기 제1 유압 펌프로부터의 압유의 유량을 공급하는 데 필요한 요구 어시스트 동력을 산출하고, 상기 회수 동력과 상기 요구 어시스트 동력을 초과하지 않도록 목표 어시스트 동력을 설정하고, 상기 목표 어시스트 동력이 되도록 상기 제1 조정기와 상기 제2 조정기에 출력하는 제어 지령을 연산하는 제3 연산부를 구비한
    것을 특징으로 하는, 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유압 액추에이터와 상기 회생용 유압 모터를 접속하는 관로에 설치한 분기부로부터 분기되어 상기 제1 유압 액추에이터로부터의 복귀 오일을 탱크에 배출하기 위한 배출 회로와,
    상기 배출 회로에 설치되고, 상기 배출 회로를 연통 또는 차단으로 전환하는 전환 밸브와,
    상기 제1 유압 액추에이터를 조작하기 위한 제1 조작 장치와,
    상기 제1 조작 장치의 조작량을 검출하는 제1 조작량 검출기를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 제1 조작량 검출기가 검출한 상기 제1 조작 장치의 조작량을 도입하고, 상기 조작량에 따라서 상기 전환 밸브에 출력하는 차단 지령을 연산하는 제4 연산부를 구비한
    것을 특징으로 하는, 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 유압 액추에이터와 상기 회생용 유압 모터를 접속하는 관로에 설치한 분기부로부터 분기되어 상기 제1 유압 액추에이터로부터의 복귀 오일을 탱크에 배출하기 위한 배출 회로와,
    상기 배출 회로에 설치되고, 상기 배출 회로의 유량을 조정하는 유량 조정 장치를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 회수 동력이 상기 전동기의 최대 동력을 상회하지 않도록, 상기 제1 유압 액추에이터로부터 배출되는 동력을 상기 배출 회로에 분배하도록 상기 유량 조정 장치에 출력하는 제어 지령을 연산하는 제5 연산부를 구비한
    것을 특징으로 하는, 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 유압 액추에이터와 상기 회생용 유압 모터를 접속하는 관로에 설치한 분기부로부터 분기되어 상기 제1 유압 액추에이터로부터의 복귀 오일을 탱크에 배출하기 위한 배출 회로와,
    상기 배출 회로에 설치되고, 상기 배출 회로의 유량을 조정하는 유량 조정 장치를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 회수 동력이 상기 전동기의 최대 동력과 상기 요구 어시스트 동력의 합계값을 상회하지 않도록 상기 제1 유압 액추에이터로부터 배출되는 동력을 상기 배출 회로에 분배하도록 상기 유량 조정 장치에 출력하는 제어 지령을 연산하는 제6 연산부를 구비한
    것을 특징으로 하는, 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제1 유압 액추에이터와 상기 회생용 유압 모터를 접속하는 관로에 설치한 분기부로부터 분기되어 상기 제1 유압 액추에이터로부터의 복귀 오일을 탱크에 배출하기 위한 배출 회로와,
    상기 배출 회로에 설치되고, 상기 배출 회로의 유량을 조정하는 유량 조정 장치를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 회생용 유압 모터에 입력 가능한 최대 유량을 상회하지 않도록, 상기 제1 유압 액추에이터로부터 배출되는 동력을 상기 배출 회로에 분배하도록 상기 유량 조정 장치에 출력하는 제어 지령을 연산하는 제7 연산부를 구비한
    것을 특징으로 하는, 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 합류관로로부터 분기되어 탱크와 연통하는 배출관로와,
    상기 배출관로에 설치되어 상기 제1 유압 펌프로부터의 압유의 일부 또는 전부를 탱크에 블리드 오프 가능하게 하는 블리드 밸브를 구비하고,
    상기 제1 조정기는, 상기 블리드 밸브와 상기 블리드 밸브의 개구 면적을 조정 가능하게 하는 전자 비례 감압 밸브로 구성한
    것을 특징으로 하는, 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유압 펌프는 가변 용량형 유압 펌프이며,
    상기 제1 조정기는, 상기 가변 용량형 유압 펌프의 용량을 제어 가능한 레귤레이터인
    것을 특징으로 하는, 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치.
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