WO2011105436A1 - 建設機械の制御システム - Google Patents

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WO2011105436A1
WO2011105436A1 PCT/JP2011/054003 JP2011054003W WO2011105436A1 WO 2011105436 A1 WO2011105436 A1 WO 2011105436A1 JP 2011054003 W JP2011054003 W JP 2011054003W WO 2011105436 A1 WO2011105436 A1 WO 2011105436A1
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boom cylinder
valve
side chamber
hydraulic motor
passage
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PCT/JP2011/054003
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治彦 川崎
祐弘 江川
Original Assignee
カヤバ工業株式会社
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    • F15B2211/88—Control measures for saving energy

Definitions

  • the present invention relates to a construction machine control system in which the return oil of the boom cylinder is used as a regenerative flow rate and a regenerative flow rate.
  • JP 2009-236190A discloses a hybrid construction machine that rotates a hydraulic motor using the return oil of a boom cylinder and rotates a generator by the rotational force of the hydraulic motor.
  • the regenerative flow rate control valve is provided in the passage process connecting the piston side chamber of the boom cylinder and the operation valve, and the regenerative flow rate control valve is connected to the hydraulic motor.
  • the boom cylinder descending speed is controlled, and the flow rate other than the regenerative flow rate is returned to the rod side chamber of the boom cylinder via the operation valve.
  • the parts are regenerated and returned to the tank.
  • An object of the present invention is to provide a construction machine control system capable of ensuring a sufficient regenerative flow rate while controlling the lowering speed of the boom cylinder.
  • a control system for a construction machine the main pump, a circuit system including a plurality of operation valves connected to the main pump, and a connection to a specific operation valve among the plurality of operation valves.
  • the boom cylinder one passage communicating the specific operation valve and the piston side chamber of the boom cylinder, the other passage communicating the specific operation valve and the rod side chamber of the boom cylinder, and from the piston side chamber of the boom cylinder.
  • a hydraulic motor that rotates by the action of return oil, a generator that generates electric power using the rotational force of the hydraulic motor, a battery that stores the generated power of the generator, and a passage that communicates with the piston side chamber of the boom cylinder
  • the return oil in the piston side chamber of the boom cylinder is guided to the hydraulic motor as a regenerative flow rate, and the return oil is returned to the other passage as a regeneration flow rate as necessary
  • Control system comprising a valve mechanism, a guiding rod side chamber of the flow caused by the boom cylinder is provided.
  • the return oil can be supplied to the hydraulic motor while controlling the lowering speed of the boom cylinder, and can also be supplied to the rod side chamber as necessary, so that no negative pressure is generated when the boom cylinder is lowered.
  • a hydraulic motor can be activated.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a control system for a hybrid construction machine according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of a control system for a hybrid construction machine according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a control system for a hybrid construction machine according to a third embodiment of the present invention.
  • the first embodiment will be described.
  • the first embodiment shown in FIG. 1 includes first and second main pumps MP1 and MP2 which are variable displacement pumps.
  • the first main pump MP1 is connected to the first circuit system via the first switching valve V1
  • the second main pump MP2 is connected to the second circuit system via the second switching valve V2.
  • the first switching valve V1 is a four-port two-position switching valve.
  • a pilot chamber is provided on one side of the first switching valve V1, and the spring force of the spring is applied to the side facing the pilot chamber. Hold.
  • the supply passage and the merge passage are opened, and the discharge oil of the first main pump MP1 is guided to the first circuit system through the supply passage, and the merge passage and the check valve Then, the discharge oil of the assist pump AP, which is a variable displacement pump, is merged with the discharge oil of the first main pump MP1.
  • the second switching valve V2 is a 6-port 3-position switching valve, which is provided with a pilot chamber and a centering spring on both sides thereof, and normally maintains the normal position shown in the figure by the spring force of the centering spring. In the normal position, the supply passage and the merge passage are opened similarly to the first switching valve V1, and the regenerative flow path provided between the supply passage and the merge passage is closed. The regenerative flow path connects the oil discharged from the second main pump MP2 to the variable displacement hydraulic motor M.
  • the discharge oil of the assist pump AP merges with the discharge oil of the second main pump MP2 through the merge passage and the check valve, and is guided to the second circuit system.
  • the electromagnetic valve 1 is an electromagnetic valve that communicates the pilot chamber of the first switching valve V1 with the pilot hydraulic power source PP or blocks the communication.
  • the electromagnetic valve 1 When the electromagnetic valve 1 is in the illustrated normal position, the communication between the pilot hydraulic pressure source PP and the pilot chamber of the first switching valve V1 is cut off, and the solenoid of the electromagnetic valve 1 is excited to be switched to the switching position.
  • the pilot pressure of the pilot hydraulic power source PP is guided to the pilot chamber.
  • the electromagnetic valve 2a is an electromagnetic valve that allows one pilot chamber of the second switching valve V2 and the pilot hydraulic power source PP to communicate with each other, and the electromagnetic valve 2b is the other pilot chamber of the second switching valve V2. And a pilot hydraulic power source PP, and a solenoid valve that cuts off the communication.
  • the electromagnetic valves 2a and 2b block the communication between the pilot chamber and the pilot hydraulic power source PP at the illustrated normal position, and connect the pilot chamber and the pilot hydraulic power source PP when switched to the switching position.
  • the solenoids of the solenoid valves 1, 2a, 2b are connected to the controller C, and the controller C excites or de-energizes the solenoids of the solenoid valves 1, 2a, 2b according to a signal input by the operator.
  • the first and second main pumps MP1 and MP2 connected to the first and second switching valves V1 and V2 rotate coaxially with an engine E having a rotation speed sensor as a drive source.
  • the generator 3 is provided in the engine E, and exhibits the power generation function using the remaining power of the engine E.
  • the first main pump MP1 is connected to the first circuit system via the first switching valve V1.
  • the first circuit system sequentially controls the operation valve 4 for controlling the swing motor, the operation valve 5 for controlling the arm cylinder, the operation valve 6 for the second speed of the boom for controlling the boom cylinder BC, and the spare attachment.
  • An operating valve 7 for controlling the left driving motor and an operating valve 8 for controlling the left traveling motor are connected.
  • Each of the operation valves 4 to 8 is connected to the first main pump MP1 via the neutral flow path 9, the parallel path 10, and the first switching valve V1.
  • a throttle 11 for pilot pressure control for generating a pilot pressure is provided in the neutral flow path 9 and downstream of the operation valve 8 for the left traveling motor.
  • the throttle 11 generates a high pilot pressure upstream if the flow rate flowing therethrough is high, and generates a low pilot pressure if the flow rate is low.
  • the neutral flow path 9 restricts all or part of the oil supplied from the first main pump MP1 to the first circuit system when the operation valves 4 to 8 are all in the neutral position or in the vicinity of the neutral position.
  • the tank T Through the tank T. In this case, since the flow rate passing through the throttle 11 increases, a high pilot pressure is generated.
  • a part of the pump discharge amount is led to the actuator and a part is led to the tank T from the neutral flow path 9.
  • a pilot pressure corresponding to the flowing flow rate is generated.
  • the throttle 11 generates a pilot pressure corresponding to the operation amount of the operation valves 4 to 8.
  • the neutral flow path 9 is connected between the operation valve 8 and the throttle 11 with a pilot flow path 12.
  • the pilot flow path 12 is connected via an electromagnetic switching valve 13 to a regulator 14 that controls the tilt angle of the first main pump MP1.
  • the regulator 14 controls the tilt angle of the first main pump MP1 in inverse proportion to the pilot pressure in the pilot flow path 12, and controls the amount of displacement per one rotation. If the flow of the neutral flow path 9 is eliminated by full stroke of the operation valves 4 to 8 and the pilot pressure becomes zero, the tilt angle of the first main pump MP1 becomes the maximum, and the amount of displacement per one rotation is increased. Become the maximum.
  • the electromagnetic switching valve 13 is connected to the pilot hydraulic power source PP.
  • the regulator 14 communicates with the pilot flow path 12, and when the solenoid of the electromagnetic switching valve 13 is excited and switched to the switching position, the regulator 14 switches to the pilot hydraulic power source PP. Communicate with.
  • the solenoid of the electromagnetic switching valve 13 is connected to the controller C. When a signal is input from the operator, the controller C excites the solenoid of the electromagnetic switching valve 13 to switch to the switching position, and deenergizes the solenoid unless a signal is input. Thus, the electromagnetic switching valve 13 is held at the normal control position.
  • the electromagnetic switching valve 13 makes the discharge amount of the first main pump MP1 smaller than in the normal neutral state when all the operation valves 4 to 8 are kept in the neutral position. For example, switch to warm-up operation to reduce loss.
  • the second main pump MP2 is connected to the second circuit system.
  • the second circuit system in order from the upstream side thereof, is an operation valve 15 that controls the right traveling motor, an operation valve 16 that controls the bucket cylinder, an operation valve 17 that controls the boom cylinder BC, and an arm second speed that controls the arm cylinder.
  • the operation valve 18 is connected.
  • the operation valves 15 to 18 are connected to the second main pump MP2 via the neutral flow path 19 and the second switching valve V2.
  • the operation valves 16 and 17 are connected to the second main pump MP2 via the parallel passage 20 and the second switching valve V2.
  • a throttle 21 for pilot pressure control is provided on the downstream side of the operation valve 18 in the neutral flow path 19.
  • the diaphragm 21 functions in the same manner as the diaphragm 11 of the first circuit system.
  • the pilot flow path 22 is connected between the operation valve 18 and the throttle 21 that are the neutral flow path 19.
  • the pilot flow path 22 is connected to a regulator 23 that controls the tilt angle of the second main pump MP2.
  • the regulator 23 controls the tilt angle of the second main pump MP2 in inverse proportion to the pilot pressure in the pilot flow path 22, and controls the amount of displacement per one rotation. If the flow of the neutral flow path 19 is eliminated by full stroke of the operation valves 15 to 18 and the pilot pressure becomes zero, the tilt angle of the second main pump MP2 becomes maximum, and the amount of displacement per one rotation is increased. Become the maximum.
  • the operation valve 17 that controls the boom cylinder BC communicates one actuator port thereof with the piston side chamber 25 through one passage 24.
  • a regenerative flow control valve 26 constituting a valve mechanism is provided in the passage 24 in the communication process.
  • the regenerative flow rate control valve 26 is provided with a pilot chamber 26a on one side thereof and a spring 26b on the side facing the pilot chamber 26a.
  • the regenerative flow control valve 26 maintains the illustrated normal position by the spring force of the spring 26b, but when the pilot pressure acts on the pilot chamber 26a, it switches to the switching position on the right side of the drawing.
  • the regenerative flow control valve 26 When the regenerative flow control valve 26 is at the normal position shown in the figure, the main flow path 26c for communicating one actuator port of the operation valve 17 and the piston side chamber 25 is fully opened, and the piston side chamber 25 and the hydraulic motor M are communicated.
  • the regenerative flow path 26d to be closed is closed.
  • the passage 27 connects the regenerative flow path 26d and the hydraulic motor M, and a check valve 28 that allows only the flow from the regenerative flow path 26d to the hydraulic motor M is provided in the passage process.
  • the other actuator port of the operation valve 17 that controls the boom cylinder BC communicates with the rod side chamber 30 of the boom cylinder BC through the other passage 29. Further, the other passage 29 and the piston side chamber 25 are connected via a regeneration passage 31.
  • the regeneration passage 31 is provided with a regeneration flow rate control valve 32 constituting a valve mechanism.
  • the regeneration flow rate control valve 32 is provided with a pilot chamber 32a on one side and a spring 32b on the side facing the pilot chamber 32a.
  • the regeneration flow rate control valve 32 maintains the illustrated normal position by the spring force of the spring 32b, and closes the regeneration flow path 32c at the normal position, but when the pilot pressure is applied to the pilot chamber 32a, the regeneration flow rate control valve 32 switches to the switching position on the right side of the drawing. Instead, the regeneration flow path 32c is maintained at the throttle opening corresponding to the switching amount.
  • the check valve 33 is provided in the regeneration passage 31 and allows only the flow from the piston side chamber 25 to the other passage 29.
  • the pilot chambers 26 a and 32 a of the regenerative flow control valve 26 and the regeneration flow control valve 32 are connected to a pilot hydraulic power source PP via a proportional solenoid valve 34.
  • One of the proportional solenoid valves 34 is provided with a solenoid 34a connected to the controller C, and a spring 34b is provided on the opposite side of the solenoid 34a.
  • the proportional solenoid valve 34 maintains the normal position shown in the figure by the spring force of the spring 34b, and switches when the controller C excites the solenoid 34a in accordance with an operator input signal, and the opening degree is controlled in accordance with the excitation current.
  • pilot pressure acting on the pilot chambers 26a and 32a of the regenerative flow control valve 26 and the regeneration flow control valve 32 can be controlled by the controller C.
  • the spring force of the spring 32b of the regenerative flow control valve 32 is made larger than the spring 26b of the regenerative flow control valve 26 so that the opening timing of the regenerative flow control valve 32 is delayed even with the same pilot pressure. .
  • the hydraulic motor M communicated with the regenerative flow path 26d of the regenerative flow control valve 26 rotates coaxially with the assist pump AP and is linked with the electric motor / generator 35.
  • the electric motor / generator 35 exhibits a power generation function by the rotation of the hydraulic motor M, and the electric power generated by the electric motor / generator 35 is charged to the battery 37 via the inverter 36.
  • the battery 37 is connected to the controller C, and the controller C can grasp the amount of power stored in the battery 37.
  • the battery charger 38 charges the battery 37 with the electric power generated by the generator 3.
  • the battery charger 38 is also connected to a separate power source 39 such as a household power source.
  • the tilt angle of the hydraulic motor M is controlled by the regulator 40.
  • the regulator 40 is connected to the controller C, and the tilt angle is controlled in accordance with a signal from the controller C.
  • the assist pump AP is also a variable displacement pump, and the tilt angle is controlled by the regulator 41.
  • the regulator 41 is connected to the controller C.
  • the tilt angle of the assist pump AP is minimized, and the load is set so that the load hardly acts on the hydraulic motor M. Further, when the electric motor / generator 35 is caused to function as an electric motor, the assist pump AP is rotated by the driving force to exhibit the pump function.
  • hydraulic oil is supplied from the first and second main pumps MP1 and MP2 in a state where the solenoid valves 1, 2a and 2b are de-energized and the first and second switching valves V1 and V2 are maintained at the normal positions shown in the drawing. If discharged, the discharged oil is supplied to the first and second circuit systems.
  • the discharged oil merges with the discharged oil of the first and second main pumps MP1 and MP2, and is supplied to the first and second circuit systems.
  • the electric motor / generator 35 can be rotated as an electric motor by the electric power stored in the battery 37, and the rotational force can be used as a drive source of the assist pump AP.
  • the tilt angle of the hydraulic motor M is minimized to reduce its load, and the output loss of the electric motor / generator 35 functioning as an electric motor is minimized.
  • the assist pump AP can be rotated by the rotational force of the hydraulic motor M.
  • the case where the hydraulic motor M is used as a drive source will be described later.
  • Pressure sensors 42 and 43 for detecting the pressure guided to the regulators 14 and 23 of the first and second main pumps MP1 and MP2 are provided, and the pressure signals are input to the controller C.
  • the controller C maintains the tilt angle of the assist pump AP at a preset angle according to the pressure signals of the pressure sensors 42 and 43. The angle is set so as to obtain the most efficient assist output according to the pressure signal.
  • the oil discharged from the second main pump MP2 is supplied to the hydraulic motor M.
  • the actuator connected to the second circuit system is not operated, the operator switches the second switching valve V2 to the second switching position so that the hydraulic motor M is rotated and the electric motor / generator 35 generates power. Can be demonstrated. The electric power generated by the electric motor / generator 35 is charged to the battery 37 via the inverter 36.
  • the tilt angle of the assist pump AP can be kept to a minimum and the power generation efficiency can be increased.
  • controller C has a function of detecting the charged amount of the battery 37 and controlling the rotational speed of the hydraulic motor M in accordance with the charged amount.
  • the hydraulic motor M can also be rotated by return oil discharged from the piston side chamber 25 when the boom cylinder BC is lowered. That is, the controller C determines whether the boom cylinder BC is raised or lowered according to the operation direction of the operation lever that operates the boom cylinder BC. When the boom cylinder BC is lowered, the controller C controls the excitation current of the solenoid 34a of the proportional solenoid valve 34 according to the operation amount of the operation lever, in other words, according to the descending speed of the boom cylinder BC intended by the operator. To do. Accordingly, the opening degree of the proportional solenoid valve 34 increases as the descending speed intended by the operator increases.
  • the regenerative flow control valve 26 is switched to the switching position first.
  • the switching amount of the regenerative flow control valve 26 is a switching amount proportional to the pilot pressure.
  • the controller C controls the load of the motor M and the assist pump AP by controlling the tilt angle of the hydraulic motor M and the assist pump AP in order to maintain the desired lowering speed of the boom cylinder BC.
  • the opening degree of the proportional solenoid valve 34 is also increased, and accordingly, the pilot pressure acting on the pilot chambers 26a and 32a is also increased.
  • the regeneration flow rate control valve 32 switches to the switching position, and the regeneration flow path 32c is opened by an amount proportional to the pilot pressure.
  • the reason why the return oil in the piston side chamber 25 is regenerated in the rod side chamber 30 when the lowering speed of the boom cylinder BC is increased is to prevent the rod side chamber 30 from becoming negative pressure and generating abnormal noise. .
  • the timing at which the regeneration flow control valve 32 opens and its opening are determined by the opening of the proportional solenoid valve 34 and the spring force of the spring 32b, and are set in advance according to the characteristics required for the boom cylinder BC.
  • the rotational force of the assist pump AP can be assisted by the rotational force of the hydraulic motor M.
  • the pressure flowing into the hydraulic motor M is lower than the discharge pressure of the second main pump MP2
  • the hydraulic motor The pressure increasing function is exhibited by M and the assist pump AP.
  • the output of the hydraulic motor M is determined by the product of the displacement volume Q1 per rotation and the pressure P1 at that time.
  • the output of the assist pump AP is determined by the product of the displacement volume Q2 per revolution and the discharge pressure P2.
  • the assist pump AP can maintain a predetermined discharge pressure by the output of the hydraulic motor M.
  • the hydraulic pressure from the boom cylinder BC can be increased and discharged from the assist pump AP.
  • the regenerative flow rate control valve 26 and the regeneration flow rate control valve 32 are two-position 4-port valves, and substantially only the regeneration flow rate control valve 32 is the first embodiment. Is different.
  • the regeneration flow control valve 32 in the first embodiment is a two-position two-port valve, but the regeneration flow control valve 32 in the present embodiment is a two-position four-port valve.
  • the function of the regeneration flow control valve 32 of the present embodiment is the same as that of the regeneration flow control valve of the first embodiment. That is, the regeneration channel 32c is closed at the normal position, and the regeneration channel 32c is opened at the switching position.
  • the regeneration flow rate control valve 32 is a 2-position 4-port valve. If the number of ports of the regenerative flow rate control valve 26 and the regeneration flow rate control valve 32 is the same, the valve bodies can be shared. This is because there are advantages.
  • the third embodiment will be described.
  • the third embodiment shown in FIG. 3 is different from the first and second embodiments in the following points.
  • the valve mechanism is constituted by two valves, that is, the regenerative flow control valve 26 and the regeneration flow control valve 32, but in the present embodiment, they are made one synthetic valve 44.
  • the synthesizing valve 44 is a 2-position 6-port valve.
  • a pilot chamber 44a connected to the pilot hydraulic pressure source PP is provided on one side via the same proportional solenoid valve 34 as in the first embodiment, and a spring is provided on the side facing the pilot chamber 44a. 44b is provided.
  • the synthesis valve 44 is provided with a main flow path 44c, a regeneration flow path 44d, and a regeneration flow path 44e. When the synthesis valve 44 is in the illustrated normal position, only the main flow path 44c is maintained in a fully open state.
  • the regenerative flow path 44d and the regeneration flow path 44e are switched at the switching position of the synthesis valve 44, and the opening timing differs depending on the amount of movement of the spool.
  • the present invention can be used for construction machines such as power shovels.

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Abstract

　建設機械の制御システムは、メインポンプと、メインポンプに接続した複数の操作弁を備えた回路系統と、複数の操作弁のうち特定の操作弁に接続したブームシリンダと、特定の操作弁とブームシリンダのピストン側室とを連通する一方の通路と、特定の操作弁とブームシリンダのロッド側室とを連通する他方の通路と、ブームシリンダのピストン側室からの戻り油の作用で回転する油圧モータと、油圧モータの回転力で発電する発電機と、発電機の発電電力を蓄電するバッテリと、ブームシリンダのピストン側室に連通する一方の通路に設けられ、下降時におけるブームシリンダのピストン側室の戻り油を回生流量として油圧モータに導くとともに、必要に応じて戻り油を再生流量として他方の通路に合流させてブームシリンダのロッド側室に導くバルブ機構と、を備える。

Description

建設機械の制御システム
　本発明は、ブームシリンダの戻り油を回生流量および再生流量とする建設機械の制御システムに関する。
　ＪＰ２００９－２３６１９０Ａは、ブームシリンダの戻り油を利用して油圧モータを回転させ、油圧モータの回転力で発電機を回すハイブリッド建設機械を開示している。この構成では、ブームシリンダのピストン側室と操作弁とを接続する通路過程に回生流量制御弁を設けるとともに、回生流量制御弁を油圧モータに接続している。
　さらに、回生流量制御弁で回生流量を制御しながら、ブームシリンダの下降速度を制御し、ブームシリンダの戻り油のうち回生流量以外の流量は、操作弁を経由してブームシリンダのロッド側室に一部再生させるとともにタンクに戻している。
　従来のハイブリッド建設機械では、ブームシリンダの戻り油である回生流量及び再生流量のうち、回生流量は操作弁へと流れないので、十分な再生流量を確保できない。これにより、ブームシリンダのロッド側室が負圧になって、スムーズな作動が損なわれるとともに、作動中に音を発生する。
　本発明の目的は、ブームシリンダの下降速度を制御しながら十分な再生流量を確保できる建設機械の制御システムを提供することである。
　本発明のある態様によれば、建設機械の制御システムであって、メインポンプと、メインポンプに接続した複数の操作弁を備えた回路系統と、複数の操作弁のうち特定の操作弁に接続したブームシリンダと、特定の操作弁とブームシリンダのピストン側室とを連通する一方の通路と、特定の操作弁とブームシリンダのロッド側室とを連通する他方の通路と、ブームシリンダのピストン側室からの戻り油の作用で回転する油圧モータと、油圧モータの回転力で発電する発電機と、発電機の発電電力を蓄電するバッテリと、ブームシリンダのピストン側室に連通する一方の通路に設けられ、下降時におけるブームシリンダのピストン側室の戻り油を回生流量として油圧モータに導くとともに、必要に応じて戻り油を再生流量として他方の通路に合流させてブームシリンダのロッド側室に導くバルブ機構と、を備えた制御システムが提供される。
　上記態様によれば、ブームシリンダの下降速度を制御しながらその戻り油を油圧モータに供給するとともに、必要に応じてロッド側室にも供給できるので、ブームシリンダの下降時に負圧を発生させることなく油圧モータを作動させることができる。
　本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係るハイブリッド建設機械の制御システムの回路図である。 図２は本発明の第２実施形態に係るハイブリッド建設機械の制御システムの回路図である。 図３は本発明の第３実施形態に係るハイブリッド建設機械の制御システムの回路図である。
　第１実施形態について説明する。
　図１に示した第１実施形態は、可変容量ポンプである第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２を備える。第１メインポンプＭＰ１は第１切換弁Ｖ１を介して第１回路系統に接続し、第２メインポンプＭＰ２は第２切換弁Ｖ２を介して第２回路系統に接続している。
　第１切換弁Ｖ１は、４ポート２位置の切換弁で、その一方にパイロット室を設け、パイロット室と対向する側にスプリングのばね力を作用させ、通常はばね力の作用で図示のノーマル位置を保持する。
　第１切換弁Ｖ１が、図示のノーマル位置にある場合、供給通路および合流通路が開き、供給通路を介して第１メインポンプＭＰ１の吐出油を第１回路系統に導くとともに、合流通路およびチェック弁を介して、可変容量ポンプであるアシストポンプＡＰの吐出油を第１メインポンプＭＰ１の吐出油と合流させる。
　パイロット室にパイロット圧が作用して第１切換弁Ｖ１が図面右側である切換位置に切り換わると、合流通路が閉ざされるので、第１メインポンプＭＰ１の吐出油のみが第１回路系統に供給される。
　第２切換弁Ｖ２は、６ポート３位置の切換弁で、その両側にパイロット室及びセンタリングスプリングを備え、センタリングスプリングのばね力で通常は図示のノーマル位置を保つ。ノーマル位置においては、第１切換弁Ｖ１と同様に供給通路および合流通路が開き、これら供給通路と合流通路との間に設けた回生流路が閉じられる。回生流路は第２メインポンプＭＰ２の吐出油を可変容量油圧モータＭに接続している。
　第２切換弁Ｖ２がノーマル位置にあれば、アシストポンプＡＰの吐出油は合流通路およびチェック弁を介して第２メインポンプＭＰ２の吐出油と合流して、第２回路系統に導かれる。
　第２切換弁Ｖ２が図面右側である第１切換位置に切り換わると、供給通路のみが開き、第２メインポンプＭＰ２の吐出油のみが第２回路系統に供給される。
　第２切換弁Ｖ２が図面左側位置である第２切換位置に切り換わると、回生流路のみが開くので、第２メインポンプＭＰ２の吐出油全量が油圧モータＭに供給される。
　電磁弁１は、第１切換弁Ｖ１のパイロット室をパイロット油圧源ＰＰに連通したり、その連通を遮断したりする電磁弁である。電磁弁１は、図示のノーマル位置にある場合、パイロット油圧源ＰＰと第１切換弁Ｖ１のパイロット室との連通を遮断し、電磁弁１のソレノイドを励磁して切換位置に切り換えられた場合、パイロット油圧源ＰＰのパイロット圧をパイロット室に導く。
　また、電磁弁２ａは第２切換弁Ｖ２の一方のパイロット室とパイロット油圧源ＰＰとを連通させたりその連通を遮断したりする電磁弁、電磁弁２ｂは第２切換弁Ｖ２の他方のパイロット室とパイロット油圧源ＰＰとを連通させたりその連通を遮断したりする電磁弁である。電磁弁２ａ、２ｂは、図示のノーマル位置で、パイロット室とパイロット油圧源ＰＰとの連通を遮断し、切換位置に切り換えられた場合、パイロット室とパイロット油圧源ＰＰとを連通させる。
　電磁弁１，２ａ，２ｂのソレノイドはコントローラＣに接続され、コントローラＣはオペレータが入力する信号に応じて、電磁弁１，２ａ，２ｂのソレノイドを励磁したり非励磁にしたりする。
　第１，２切換弁Ｖ１，Ｖ２に接続した第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２は、回転速度センサーを備えたエンジンＥを駆動源として同軸回転する。
　ジェネレータ３はエンジンＥに設けられ、エンジンＥの余力を利用して発電機能を発揮する。
　第１メインポンプＭＰ１は第１切換弁Ｖ１を介して第１回路系統に接続している。第１回路系統は、その上流側から順に、旋回モータを制御する操作弁４、アームシリンダを制御する操作弁５、ブームシリンダＢＣを制御するブーム２速用の操作弁６、予備用アタッチメントを制御する操作弁７および左走行用のモータを制御する操作弁８を接続している。
　各操作弁４～８のそれぞれは、中立流路９およびパラレル通路１０及び第１切換弁Ｖ１を介して第１メインポンプＭＰ１に接続している。
　中立流路９であって、左走行モータ用の操作弁８の下流にはパイロット圧を生成するためのパイロット圧制御用の絞り１１を設けている。絞り１１はそこを流れる流量が多ければ、その上流側に高いパイロット圧を生成し、その流量が少なければ低いパイロット圧を生成する。
　また、中立流路９は、操作弁４～８のすべてが中立位置もしくは中立位置近傍にある場合、第１メインポンプＭＰ１から第１回路系統に供給された油の全部または一部を、絞り１１を介してタンクＴに導く。この場合、絞り１１を通過する流量が多くなるので、高いパイロット圧が生成される。
　一方、操作弁４～８がフルストロークの状態で切り換えられると、中立流路９が閉ざされて流体の流通がなくなる。したがって、絞り１１を流れる流量がなくなり、パイロット圧はゼロを保つことになる。
　操作弁４～８の操作量によっては、ポンプ吐出量の一部がアクチュエータに導かれ、一部が中立流路９からタンクＴに導かれることになるので、絞り１１は、中立流路９に流れる流量に応じたパイロット圧を生成する。言い換えると、絞り１１は、操作弁４～８の操作量に応じたパイロット圧を生成する。
　また、中立流路９であって、操作弁８と絞り１１との間にはパイロット流路１２を接続している。パイロット流路１２は、電磁切換弁１３を介して、第１メインポンプＭＰ１の傾転角を制御するレギュレータ１４に接続している。
　レギュレータ１４は、パイロット流路１２のパイロット圧と逆比例して第１メインポンプＭＰ１の傾転角を制御し、その１回転当たりの押し除け量を制御する。操作弁４～８をフルストロークして中立流路９の流れがなくなり、パイロット圧がゼロになれば、第１メインポンプＭＰ１の傾転角が最大になり、その１回転当たりの押し除け量が最大になる。
　また、電磁切換弁１３はパイロット油圧源ＰＰに接続している。電磁切換弁１３が図示のノーマル位置である通常制御位置では、レギュレータ１４がパイロット流路１２に連通し、電磁切換弁１３のソレノイドが励磁して切換位置に切り換わるとレギュレータ１４がパイロット油圧源ＰＰに連通する。電磁切換弁１３のソレノイドはコントローラＣに接続し、コントローラＣは、オペレータから信号が入力された場合、電磁切換弁１３のソレノイドを励磁して切換位置に切り換え、信号が入力されない限りソレノイドを非励磁にして、当該電磁切換弁１３を通常制御位置に保持する。
　電磁切換弁１３は、すべての操作弁４～８を中立位置に保っている場合、第１メインポンプＭＰ１の吐出量を通常の中立時よりも少なくする。例えばロスを少なくしたい暖機運転時などに切り換える。
　一方、第２メインポンプＭＰ２は第２回路系統に接続している。第２回路系統は、その上流側から順に、右走行用モータを制御する操作弁１５、バケットシリンダを制御する操作弁１６、ブームシリンダＢＣを制御する操作弁１７およびアームシリンダを制御するアーム２速用の操作弁１８を接続している。
　各操作弁１５～１８は、中立流路１９および第２切換弁Ｖ２を介して第２メインポンプＭＰ２に接続している。操作弁１６，１７はパラレル通路２０および第２切換弁Ｖ２を介して第２メインポンプＭＰ２に接続している。
　中立流路１９であって、操作弁１８の下流側にはパイロット圧制御用の絞り２１を設けている。絞り２１は、第１回路系統の絞り１１と全く同様に機能するものである。
　中立流路１９であって、最下流の操作弁１８と絞り２１との間には、パイロット流路２２を接続している。パイロット流路２２は、第２メインポンプＭＰ２の傾転角を制御するレギュレータ２３に接続している。
　レギュレータ２３は、パイロット流路２２のパイロット圧と逆比例して第２メインポンプＭＰ２の傾転角を制御し、その１回転当たりの押し除け量を制御する。操作弁１５～１８をフルストロークして中立流路１９の流れがなくなり、パイロット圧がゼロになれば、第２メインポンプＭＰ２の傾転角が最大になり、その１回転当たりの押し除け量が最大になる。
　ブームシリンダＢＣを制御する操作弁１７は、その一方のアクチュエータポートを一方の通路２４を介してピストン側室２５に連通している。連通過程における通路２４には、バルブ機構を構成する回生流量制御弁２６を設けている。回生流量制御弁２６は、その一方の側にパイロット室２６ａを設け、パイロット室２６ａに対向する側にスプリング２６ｂを設けている。
　回生流量制御弁２６は、スプリング２６ｂのばね力で図示のノーマル位置を保つが、パイロット室２６ａにパイロット圧が作用すると、図面右側である切換位置に切り換わる。
　回生流量制御弁２６が図示のノーマル位置にある場合には、操作弁１７の一方のアクチュエータポートとピストン側室２５とを連通させる主流路２６ｃを全開させるとともに、ピストン側室２５と油圧モータＭとを連通させる回生流路２６ｄを閉じる。
　通路２７は、回生流路２６ｄと油圧モータＭとを連通させ、その通路過程には、回生流路２６ｄから油圧モータＭへの流通のみを許容するチェック弁２８を設けている。
　ブームシリンダＢＣを制御する操作弁１７の他方のアクチュエータポートは、他方の通路２９を介してブームシリンダＢＣのロッド側室３０に連通している。さらに、他方の通路２９とピストン側室２５とを再生通路３１を介して接続する。再生通路３１には、バルブ機構を構成する再生流量制御弁３２を設けている。再生流量制御弁３２は、その一方の側にパイロット室３２ａを設け、パイロット室３２ａに対向する側にスプリング３２ｂを設けている。
　再生流量制御弁３２は、スプリング３２ｂのばね力で図示のノーマル位置を保ち、ノーマル位置においては再生流路３２ｃを閉じる一方、パイロット室３２ａにパイロット圧が作用すると、図面右側である切換位置に切り換わって、再生流路３２ｃを切り換え量に応じた絞り開度に維持する。
　チェック弁３３は再生通路３１に設けられ、ピストン側室２５から他方の通路２９への流通のみを許容する。
　回生流量制御弁２６および再生流量制御弁３２のそれぞれのパイロット室２６ａ，３２ａは、比例電磁弁３４を介してパイロット油圧源ＰＰに接続している。比例電磁弁３４は、その一方にコントローラＣに接続したソレノイド３４ａを設け、ソレノイド３４ａとは反対側にスプリング３４ｂを設けている。
　比例電磁弁３４は、スプリング３４ｂのばね力で図示のノーマル位置を保ち、オペレータの入力信号に応じてコントローラＣがソレノイド３４ａを励磁すると切り換わり、励磁電流に応じて開度が制御される。
　したがって、回生流量制御弁２６および再生流量制御弁３２のパイロット室２６ａ，３２ａに作用するパイロット圧は、コントローラＣによって制御できる。
　ただし、回生流量制御弁２６のスプリング２６ｂに対して、再生流量制御弁３２のスプリング３２ｂのばね力の方を大きくし、同じパイロット圧でも再生流量制御弁３２の開くタイミングが遅くなる設定にしている。
　また、回生流量制御弁２６の回生流路２６ｄに連通した油圧モータＭは、アシストポンプＡＰと同軸回転するとともに、電動モータ兼発電機３５に連係している。電動モータ兼発電機３５は、油圧モータＭが回転することによって発電機能を発揮し、電動モータ兼発電機３５で発電された電力は、インバータ３６を介してバッテリ３７に充電される。バッテリ３７はコントローラＣに接続し、バッテリ３７の蓄電量をコントローラＣが把握可能である。
　バッテリーチャージャー３８は、ジェネレータ３で発電された電力をバッテリ３７に充電する。本実施形態では、バッテリーチャージャー３８を、家庭用の電源などの別系統の電源３９にも接続している。
　また、油圧モータＭはレギュレータ４０でその傾転角が制御される。レギュレータ４０はコントローラＣに接続され、コントローラＣからの信号に応じて傾転角が制御される。
　アシストポンプＡＰも可変容量ポンプであって、そのレギュレータ４１で傾転角が制御される。レギュレータ４１はコントローラＣに接続されている。
　したがって、油圧モータＭが電動モータ兼発電機３５を回している場合には、アシストポンプＡＰの傾転角を最小にして、その負荷が油圧モータＭにほとんど作用しない状態に設定される。また、電動モータ兼発電機３５を電動モータとして機能させる場合には、その駆動力でアシストポンプＡＰが回転してポンプ機能を発揮する。
　本実施形態において、電磁弁１，２ａ，２ｂを非励磁にし、第１，２切換弁Ｖ１，Ｖ２を図示のノーマル位置に保った状態で、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２から作動油を吐出させれば、吐出油は第１，２回路系統に供給される。
　アシストポンプＡＰからも作動油を吐出させれば、その吐出油は、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出油と合流して第１，２回路系統に供給される。
　アシストポンプＡＰを回転させるためには、電動モータ兼発電機３５をバッテリ３７に蓄電した電力で電動モータとして回転させ、その回転力をアシストポンプＡＰの駆動源とすることができる。この場合、油圧モータＭの傾転角を最少にしてその負荷を小さくし、電動モータとして機能する電動モータ兼発電機３５の出力損失を最小にする。
　また、油圧モータＭの回転力でアシストポンプＡＰを回すこともできる。油圧モータＭを駆動源にする場合については後で説明する。
　第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２のレギュレータ１４，２３に導かれる圧力を検出する圧力センサー４２，４３を設け、その圧力信号がコントローラＣに入力される。コントローラＣは、圧力センサー４２，４３の圧力信号に応じてアシストポンプＡＰの傾転角をあらかじめ設定された角度に維持する。当該角度は、圧力信号に応じて、最も効率的なアシスト出力が得られるように設定されている。
　また、第１切換弁Ｖ１を図面右側の切換位置に切りかえ、第２切換弁Ｖ２を図面右側の第１切換位置に切りかえると、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出油のみが第１，２回路系統に供給される。
　さらに、第２切換弁Ｖ２を図面左側の第２切換位置に切りかえると、第２メインポンプＭＰ２の吐出油が油圧モータＭに供給される。第２回路系統に接続したアクチュエータを作動させていない場合には、オペレータが第２切換弁Ｖ２を第２切換位置に切り換えることで、油圧モータＭを回転して電動モータ兼発電機３５に発電機能を発揮させることができる。電動モータ兼発電機３５で発電された電力はインバータ３６を介してバッテリ３７に充電される。
　油圧モータＭで電動モータ兼発電機３５を回している場合には、アシストポンプＡＰの傾転角を最小に保って発電効率を上げることができる。
　また、コントローラＣはバッテリ３７の蓄電量を検出し、その蓄電量に応じて油圧モータＭの回転速度を制御する機能を備えている。
　一方、油圧モータＭは、ブームシリンダＢＣの下降時にピストン側室２５から排出される戻り油によっても回転させることができる。すなわち、コントローラＣはブームシリンダＢＣを操作する操作レバーの操作方向に応じて、ブームシリンダＢＣが上昇するのか下降するのかを判定する。ブームシリンダＢＣが下降する場合には、操作レバーの操作量に応じて、言い換えるとオペレータが意図したブームシリンダＢＣの下降速度に応じて、コントローラＣは比例電磁弁３４のソレノイド３４ａの励磁電流を制御する。したがって、比例電磁弁３４は、オペレータが意図した下降速度が大きければ大きいほどその開度が大きくなる。
　比例電磁弁３４が開くと、パイロット油圧源ＰＰからのパイロット圧が回生流量制御弁２６のパイロット室２６ａと再生流量制御弁３２のパイロット室３２ａとに導かれる。
　ただし、回生流量制御弁２６のスプリング２６ｂの方が、再生流量制御弁３２のスプリング３２ｂのばね力よりも小さいので、回生流量制御弁２６が先に切換位置に切り換わる。回生流量制御弁２６の切り換え量はパイロット圧に比例した切り換え量となる。
　回生流量制御弁２６が切換位置に切り換われば、ブームシリンダＢＣのピストン側室２５からの戻り油は、回生流量制御弁２６の切り換え量に応じて、一方の通路２４に戻る流量と油圧モータＭに供給される流量とに配分される。
　コントローラＣは、ブームシリンダＢＣが目的の下降速度を維持するために、油圧モータＭやアシストポンプＡＰの傾転角を制御して、モータＭおよびアシストポンプＡＰの負荷を制御する。
　オペレータが意図する下降速度が大きくなれば、比例電磁弁３４の開度も大きくなるので、その分、パイロット室２６ａ、３２ａに作用するパイロット圧も大きくなる。パイロット圧が大きくなれば、再生流量制御弁３２が切換位置に切り換わり、パイロット圧に比例した分だけ再生流路３２ｃを開く。
　再生流路３２ｃが開けば、ブームシリンダＢＣのピストン側室２５からの戻り油の一部が再生通路３１および他方の通路２９を経由してブームシリンダＢＣのロッド側室３０に供給される。
　ブームシリンダＢＣの下降速度が大きくなった場合に、ピストン側室２５の戻り油をロッド側室３０に再生させたのは、ロッド側室３０が負圧になって異音が発生しないようにするためである。
　再生流量制御弁３２が開くタイミングとその開度は、比例電磁弁３４の開度とスプリング３２ｂのばね力などによって決まり、ブームシリンダＢＣに求められる特性などによってあらかじめ設定される。
　また、油圧モータＭの回転力でアシストポンプＡＰの回転力をアシストすることもできる。油圧モータＭに流入する圧力は第２メインポンプＭＰ２の吐出圧よりも低いことが考えられるが、本実施形態では、圧力が低くてもアシストポンプＡＰに高い吐出圧を維持させるために、油圧モータＭおよびアシストポンプＡＰによって増圧機能を発揮させる。
　すなわち、油圧モータＭの出力は、１回転当たりの押しのけ容積Ｑ１とそのときの圧力Ｐ１との積で決まる。また、アシストポンプＡＰの出力は１回転当たりの押しのけ容積Ｑ２と吐出圧Ｐ２との積で決まる。本実施形態では、油圧モータＭとアシストポンプＡＰとが同軸回転するので、Ｑ１×Ｐ１＝Ｑ２×Ｐ２が成立する。例えば、油圧モータＭの押しのけ容積Ｑ１をアシストポンプＡＰの押しのけ容積Ｑ２の３倍、すなわちＱ１＝３Ｑ２にしたとすれば、上記等式が３Ｑ２×Ｐ１＝Ｑ２×Ｐ２となる。この式から両辺をＱ２で割れば、３Ｐ１＝Ｐ２が成り立つ。
　したがって、アシストポンプＡＰの傾転角を変えて、押しのけ容積Ｑ２を制御すれば、油圧モータＭの出力で、アシストポンプＡＰに所定の吐出圧を維持させることができる。言い換えると、ブームシリンダＢＣからの油圧を増圧してアシストポンプＡＰから吐出させることができる。
　第２実施形態について説明する。
　図２に示した第２実施形態は、回生流量制御弁２６と再生流量制御弁３２とを２位置４ポート弁としたものであり、実質的には再生流量制御弁３２のみが第１実施形態と相違する。第１実施形態における再生流量制御弁３２は、２位置２ポート弁であるが、本実施形態の再生流量制御弁３２は２位置４ポート弁である。本実施形態の再生流量制御弁３２の機能は第１実施形態の再生流量制御弁と同じである。すなわち、ノーマル位置において、再生流路３２ｃを閉じるとともに、切換位置において再生流路３２ｃを開く。
　第２実施形態において再生流量制御弁３２を２位置４ポート弁にしたのは、回生流量制御弁２６と再生流量制御弁３２とのポート数を同じにすれば、それらのバルブ本体を共通化できるメリットがあるからである。
　第３実施形態について説明する。
　図３に示した第３実施形態は、第１，２実施形態とは次の点で相違する。第１，２実施形態は、バルブ機構を回生流量制御弁２６と再生流量制御弁３２との２つのバルブで構成したが、本実施形態はそれらを１つの合成弁４４にした。
　合成弁４４は、２位置６ポート弁であり、一方に第１実施形態と同じ比例電磁弁３４を介してパイロット油圧源ＰＰに接続したパイロット室４４ａを設け、パイロット室４４ａに対向する側にスプリング４４ｂを設けている。また、合成弁４４には、主流路４４ｃ，回生流路４４ｄおよび再生流路４４ｅを設け、合成弁４４が図示のノーマル位置にある場合には、主流路４４ｃのみを全開状態に維持する。
　また、回生流路４４ｄおよび再生流路４４ｅは、合成弁４４の切換位置において切り換わり、スプールの移動量に応じて、開くタイミングが異なる。
　以上の点以外は、第１，２実施形態と全く同じなので、その詳細な説明は省略する。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　本願は２０１０年２月２６日に日本国特許庁に出願された特願２０１０－４２２３３に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。
　本発明は、パワーショベル等の建設機械に用いることができる。

Claims (5)

  1. 　建設機械の制御システムであって、
    　メインポンプと、
    　前記メインポンプに接続した複数の操作弁を備えた回路系統と、
    　前記複数の操作弁のうち特定の操作弁に接続したブームシリンダと、
    　前記特定の操作弁と前記ブームシリンダのピストン側室とを連通する一方の通路と、
    　前記特定の操作弁と前記ブームシリンダのロッド側室とを連通する他方の通路と、
    　前記ブームシリンダの前記ピストン側室からの戻り油の作用で回転する油圧モータと、
    　前記油圧モータの回転力で発電する発電機と、
    　前記発電機の発電電力を蓄電するバッテリと、
    　前記ブームシリンダの前記ピストン側室に連通する前記一方の通路に設けられ、下降時における前記ブームシリンダの前記ピストン側室の戻り油を回生流量として前記油圧モータに導くとともに、必要に応じて戻り油を再生流量として前記他方の通路に合流させて前記ブームシリンダの前記ロッド側室に導くバルブ機構と、
    を備えた制御システム。
  2. 　請求項１に記載の制御システムであって、
    　前記バルブ機構は、前記特定の操作弁を操作して前記ブームシリンダを下降させる下降制御時において、前記操作弁の操作量に応じて前記油圧モータへの供給流量を制御する制御機能を備えた制御システム。
  3. 　請求項１に記載の制御システムであって、
    　前記バルブ機構は、前記特定の操作弁を操作して前記ブームシリンダを下降させる下降制御時において、前記ブームシリンダの下降速度指令が設定速度以上になった場合、前記ブームシリンダの戻り油を再生流量として前記ブームシリンダの前記ロッド側室に供給する制御システム。
  4. 　請求項１に記載の制御システムであって、
    　前記バルブ機構は、パイロット室に比例電磁弁を介してパイロット圧源を接続するとともに、前記パイロット室と対向する側にスプリングのばね力を作用させ、前記比例電磁弁の開度がコントローラで制御される制御システム。
  5. 　請求項１に記載の制御システムであって、
    　前記バルブ機構は、
    　前記一方の通路を開放して前記油圧モータとの連通を遮断するノーマル位置、および前記一方の通路を絞り制御しつつ前記油圧モータへの連通を開放する切換位置、に切換可能にした回生流量制御弁と、
    　前記ブームシリンダの前記ピストン側室と前記ロッド側室とを連通させる再生通路過程に設けられ、前記ノーマル位置で閉状態を保ち、前記切換位置で開状態を保つ再生流量制御弁と、
    を備える制御システム。
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