WO2012150653A1

WO2012150653A1 - 旋回式作業機械

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Publication number: WO2012150653A1
Application number: PCT/JP2012/002724
Authority: WO
Inventors: 浩司上田; 耕治山下; 昌之小見山; 洋一郎山▼崎▲; 佑介上村
Original assignee: コベルコ建機株式会社
Priority date: 2011-05-02
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2012-11-08
Also published as: US8826656B2; EP2706152A4; US20140013753A1; EP2706152A1; EP2706152B1; CN103534419A; CN103534419B

Abstract

　旋回式作業機械は、第１及び第２ポート１１ａ，１１ｂを有して上部旋回体を旋回駆動する油圧モータ１１と、油圧ポンプ１０と、操作部材１２ａを含む旋回操作装置１２と、その操作信号に基づいて油圧モータ１１を制御するコントロールバルブ１３と、油圧モータ１１の第１及び第２ポート１１ａ，１１ｂとコントロールバルブとをつなぐ第１及び第２管路１４，１５と、両管路１４，１５とタンクＴとの間の連通及び遮断の切換が可能な連通切換装置２６，２７と、旋回電動機３０と、蓄電器３１と、コントローラ２８と、を備える。コントローラ２８は、旋回動作中、連通切換装置２６，２７を連通状態にするとともに、これによる背圧の低減分に相当する回生量を旋回電動機３０に指令する回生制御を行う。

Description

旋回式作業機械

　本発明は、ショベル等の旋回式作業機械に関するものである。

　本発明の背景技術を、ショベルを例にとって説明する。

　一般的なショベルは、例えば図５に示すように、クローラ式の下部走行体１と、その上に地面に対して鉛直な軸Ｘまわりに旋回自在に搭載される上部旋回体２と、この上部旋回体２に装着される掘削アタッチメント３と、を備える。掘削アタッチメント３は、起伏自在なブーム４と、このブーム４の先端に取付けられたアーム５と、このアーム５の先端に取付けられたバケット６と、前記ブーム４、アーム５及びバケット６をそれぞれ動かすためのシリンダ（油圧シリンダ）であるブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９と、を有する。

　特開２０１０－６５５１０号公報（特許文献１）は、前記のようなショベルにおいて、上部旋回体を旋回させるための油圧モータと、この油圧モータに接続される旋回電動機と、前記油圧モータの一対のポートにそれぞれ接続されるモータ両側管路同士を短絡可能な短絡切換弁と、蓄電器と、を備え、前記旋回の減速時に前記短絡切換弁がモータ吐出油をモータ入口側に戻すとともに前記旋回電動機が発電機作用を行って回生発電をし、その発生した回生電力を前記蓄電器が蓄えるものを、開示する。この技術では、前記短絡切換弁が旋回減速時にモータ出口側に作用する背圧を低くして油圧モータの連れ回り負荷を低減し、これによって慣性運動エネルギーの回収（すなわち回生）の効率を高めることができる。ここで、前記モータ両側管路同士の間には一対のリリーフ弁を含む油圧ブレーキ装置が設けられるが、この油圧ブレーキ装置は旋回減速時には働かず、旋回停止直後の停止保持機能のみを果たす。

　この技術では、旋回減速時の回生効率は向上するが、旋回駆動時、つまり起動を含む加速時及び定常運転時には回生作用がないため、旋回エネルギーの回生効率においてなお不十分であるという課題がある。また、短絡切換弁は旋回駆動時には開通位置にあり、回生時すなわち減速時には短絡位置に切換わるため、この切換わる瞬間に大きな圧力変動を生じさせて操作性を悪くするという問題点もある。

特開２０１０－６５５１０号公報

　本発明の目的は、旋回減速時だけでなく旋回駆動時にも回生作用を働かせて旋回エネルギーの回生効率を向上させることができ、しかも大きな圧力変動を無くして操作性を改善することができる旋回式作業機械を提供することである。本発明により提供される旋回式作業機械は、下部走行体と、この下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体と、第１及び第２ポートを有してその一方のポートから作動油の供給を受けて他方のポートから作動油を吐出し、これにより上部旋回体を旋回駆動するように作動する油圧モータと、この油圧モータに供給される作動油を吐出する油圧ポンプと、前記油圧モータにより回転駆動される旋回電動機と、この旋回電動機の回生電力を蓄える蓄電器と、前記旋回駆動についての指令を入力するために操作される操作部材を含み、この操作部材の操作に対応した操作信号を出力する旋回操作装置と、この旋回操作装置の操作信号に基づいて前記油圧モータへの作動油の供給及び前記油圧モータからの作動油の吐出を制御するように作動するコントロールバルブと、前記油圧モータの第１ポートと前記コントロールバルブとをつなぐ第１管路と、前記油圧モータの第２ポートと前記コントロールバルブとをつなぐ第２管路と、前記両管路のうちの前記油圧モータの出口側の管路を前記コントロールバルブを介さずにタンクまたは前記両管路のうちの前記油圧モータの入口側の管路に連通する連通状態と、この連通を遮断する連通遮断状態とに切換えられることが可能な連通切換装置と、前記旋回操作装置の操作部材の操作を検出する操作検出器と、この操作検出器からの検出信号に基づいて前記旋回電動機の回生動作及び前記連通切換装置の切換を制御するコントローラと、を備える。このコントローラは、前記上部旋回体の旋回動作時に、前記連通切換装置を連通状態にするとともに、この連通切換装置による背圧の低減分に相当する回生量を前記旋回電動機に指令する回生制御を行う。

本発明の第１実施形態に係る油圧回路を示す図である。前記第１実施形態に係るコントローラの制御動作を示すフローチャートである。連通切換装置を有しない従来の旋回駆動システムにおける旋回操作量とコントロールバルブのメータアウト開口面積との関係を示す図である。本発明の第２実施形態に係るコントローラの制御動作を示すフローチャートである。一般的なショベルを示す側面図である。

　本発明の第１及び第２実施形態を図１～図４によって説明する。これらの実施形態はいずれも、前記の背景技術と同じく、図５に示すショベルを適用対象としている。

　図１は、第１実施形態に係る油圧回路を示す。この回路は、図示しないエンジンによって駆動される油圧源としての油圧ポンプ１０と、この油圧ポンプ１０から吐出された作動油の供給により回転して上部旋回体２を旋回駆動する旋回用の油圧モータ１１と、その旋回駆動の指令を入力するために操作されるレバー１２ａを含む、旋回操作装置としてのリモコン弁１２と、油圧ポンプ１０及びタンクＴと油圧モータ１１との間に設けられ、前記リモコン弁１２により操作されることが可能な油圧パイロット式の切換弁であるコントロールバルブ１３と、を含む。

　前記油圧モータ１１は、それぞれ第１ポート及び第２ポートである左ポート１１ａ及び右ポート１１ｂを有し、左ポート１１ａから作動油が供給されるときはこれを右ポート１１ｂから吐出して図５に示す上部旋回体２を左旋回させ、逆に右ポート１１ｂから作動油が供給されるときはこれを左ポート１１ａから吐出して前記上部旋回体２を右旋回させる。

　前記リモコン弁１２のレバー１２ａは、中立位置と左右の旋回位置との間で操作され、リモコン弁１２はその操作方向に対応するポートから操作量に対応した大きさのパイロット圧を出力する。このパイロット圧によりコントロールバルブ１３が図示の中立位置１３ａから左旋回位置１３ｂまたは右旋回位置１３ｃに切換えられ、これにより、油圧モータ１１への作動油の供給方向及び油圧モータ１１からの左右の吐出方向と、その作動油の流量とが制御される。換言すれば、旋回状態の切換、すなわち（起動を含む）加速、速度一定での定常運転、減速、停止の各状態への切換と、旋回方向および旋回速度の制御と、が行われる。

　この回路は、それぞれ第１管路及び第２管路である左旋回管路１４及び右旋回管路１５と、油圧ブレーキ装置２０と、連通路２３と、メイクアップライン２４と、を含む。

　左旋回管路１４は前記コントロールバルブ１３と油圧モータ１１の左ポート１１ａとを接続し、右旋回管路１５は前記コントロールバルブ１３と前記油圧モータ１１の右ポート１１ｂとを接続する。前記リリーフ弁回路２１、チェック弁回路２２、及び連通路２３は、両旋回管路１４，１５同士の間に設けられている。

　前記油圧ブレーキ装置２０は、リリーフ弁回路２１及びチェック弁回路２２を含む。リリーフ弁回路２１は、両旋回管路１４，１５同士を接続するように設けられ、一対のリリーフ弁１６，１７を含み、これらのリリーフ弁１６，１７がその出口同士が互いに対向し且つ接続されるように配置されている。チェック弁回路２２は、両旋回管路１４，１５同士を接続するように当該リリーフ弁回路２１と並列状態で設けられ、一対のチェック弁１８，１９を含み、これらのチェック弁１８，１９がその入口同士が互いに対向しかつ接続されるように配置されている。

　前記連通路２３は、前記リリーフ弁回路２１のうち両リリーフ弁１６，１７同士の間に位置する部位と、前記チェック弁回路２２のうち両チェック弁１８，１９同士の間に位置する部位とを接続する。前記メイクアップライン２４は、作動油を吸い上げるために前記連通路２３をタンクＴに接続する。このメイクアップライン２４には背圧弁２５が設けられている。

　この装置において、リモコン弁１２が操作されないとき、すなわちそのレバー１２ａが中立位置にあるときはコントロールバルブ１３が図１に示される中立位置１３ａに保持される。この状態からレバー１２ａが操作されると、コントロールバルブ１３は中立位置１３ａから図左側の位置（左旋回位置）１３ｂまたは右側の位置（右旋回位置）１３ｃにその操作量に応じたストロークで作動する。

　コントロールバルブ１３は、前記中立位置１３ａでは、両旋回管路１４，１５をポンプ１０からブロックし、油圧モータ１１を回転させない。この状態からリモコン弁１２のレバー１２ａが左または右旋回側に操作されると、コントロールバルブ１３は左旋回位置１３ｂまたは右旋回位置１３ｃに切換えられて油圧ポンプ１０から左旋回管路１４または右旋回管路１５への圧油の供給を許容する。これにより、油圧モータ１１が左または右に回転して上部旋回体２を旋回駆動する状態、すなわち加速または定常運転状態となる。このとき、油圧モータ１１から吐出された油はコントロールバルブ１３を経由してタンクＴに戻る。

　たとえば右旋回駆動中にリモコン弁１２が減速操作されると、すなわち、そのレバー１２ａが中立位置に戻され、または中立位置に戻る方向に操作されると、油圧モータ１１への圧油の供給及び油圧モータ１１からタンクＴへの油の戻りが停止し、あるいはその供給される作動油の流量及び戻り油の流量が減少する。その一方、油圧モータ１１は上部旋回体２の慣性によって右旋回を続けるため、そのメータアウト側である左旋回管路１４に圧力が立ち、これが一定値に達すると図左側のリリーフ弁１６が開いて油圧ブレーキ装置２０が機能して上部旋回体２の旋回を減速させ、停止させる。具体的には、左旋回管路１４の油が前記リリーフ弁１６、連通路２３、図右側のチェック弁１９、及び右旋回管路（メータイン側管路）１５を順に通って油圧モータ１１に流入する。これにより、油圧モータ１１が慣性回転しながら前記リリーフ作用による油圧ブレーキ力を受けて減速し停止する。左旋回からの減速／停止時もこれと同じである。また、この減速中、旋回管路１４または１５が負圧傾向になると、メイクアップライン２４、連通路２３、チェック弁回路２２のルートで旋回管路１４または１５にタンク油が吸い上げられ、これによりキャビテーションが防止される。

　さらに、この実施形態に係る回路は、連通切換装置を構成する第１連通弁及び第２連通弁である左連通弁２６及び右連通弁２７と、コントローラ２８と、油圧モータ１１により回転駆動されることが可能な旋回電動機３０と、蓄電器３１と、操作検出器である圧力センサ３２，３３と、速度検出器である速度センサ３４と、圧力センサ３５，３６と、メインリリーフ弁３７と、を備える。

　前記各連通弁２６，２７は、電磁切換弁により構成され、前記コントローラ２８から入力される指令信号によって開き位置ａと閉じ位置ｂとの間で切換わる。各連通弁２６，２７は、前記旋回管路１４，１５にそれぞれ接続される入口側ポートと、通路２９を介してリリーフ弁回路２１のうち両リリーフ弁１６，１７同士の間の部位にそれぞれ接続される出口側ポートと、を有する。このリリーフ弁回路２１の部位は、前記のように連通路２３及びメイクアップライン２４を介してタンクＴに接続されているため、各連通弁２６，２７は開き位置ａにセットされると各旋回管路１４，１５をそれぞれコントロールバルブ１３を介さずに直接タンクＴに連通する。

　前記各圧力センサ３２，３３は、前記リモコン弁１２から出力されるパイロット圧を通じてリモコン弁１２の操作を検出する。すなわち、そのレバー１２ａが中立位置にあるかあるいは左または右旋回操作されているか、を検出する。具体的には、前記リモコン弁１２から出力される各パイロット圧に対応した操作検出信号を出力する。前記速度センサ３４は、前記旋回電動機３０の回転速度、すなわち上部旋回体２の旋回速度に対応する速度、を検出して旋回速度検出信号を出力する。前記圧力センサ３５，３６は、前記油圧モータ１１の両ポート１１ａ，１１ｂでの圧力、すなわち旋回動作時のモータ出口側圧力に相当する圧力、を検出して圧力検出信号を出力する。

　前記コントローラ２８は、前記圧力センサ３２，３３から入力される操作検出信号と、前記速度センサ３４から入力される旋回速度検出信号と、前記圧力センサ３５，３６から入力される圧力検出信号と、に基づいて、上部旋回体２について旋回駆動時（起動時を含む加速時または定常運転時）か、減速時か、あるいは停止状態かを判断し、旋回動作時は、すなわち、起動を含む旋回加速時、定常運転時、および減速時を全て含む旋回動作中は、前記両連通弁２６，２７のうち操作された側と反対側のもの、すなわち、両旋回管路１４，１５のうち油圧モータ１１から作動油が吐出される出口側管路に相当する管路につながる連通弁（右旋回時では左旋回管路１４につながる左連通弁２６、左旋回時では右旋回管路１５につながる右連通弁２７：以下、「出口側連通弁」という）のみを開き位置ａに切換える。

　従って、旋回駆動時に油圧モータ１１から左旋回管路１４または右旋回管路１５に吐出された作動油は、コントロールバルブ１３を通らずに、その出口側管路につながる連通弁２６または２７を通じてタンクＴに直接戻される。たとえば右旋回時には、油圧モータ１１から吐出された作動油は左旋回管路１４、左側連通弁２６、通路２９、連通路２３、及びメイクアップライン２４を順に通ってタンクＴに戻る。このため、戻り油はコントロールバルブ１３での絞り作用を受けない。このことは、旋回動作時のメータアウト側に作用する背圧を低減してメータイン側の圧力を落とし、ポンプ圧を低下させることを可能にし、油圧ポンプ１０の動力損失の抑制を可能にする。

　この旋回動作中、旋回電動機３０は油圧モータ１１に所謂連れ回りするように回転する。換言すれば、当該油圧モータ１１により駆動される。この間、旋回電動機３０はコントローラ２８からの回生指令に基づいて発電機（回生）作用を行い、これにより、旋回動作中常に蓄電器３１を充電するとともに、減速時には回生ブレーキにより油圧モータ１１を制動して上部旋回体２を減速および停止させる。旋回停止状態では、コントローラ２８からの指令信号によって連通弁２６，２７が閉じ位置ｂに切換えられるとともに、油圧ブレーキ装置２０のブレーキ作用によって油圧モータ１１及び上部旋回体２が停止状態に保持される。

　次に、この第１実施形態に係る前記コントローラ２８が行う具体的な制御動作を、図２のフローチャートを参照しながら説明する。

　コントローラ２８は、まず、ステップＳ１で旋回操作信号の有無すなわち旋回操作の有無を判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ２で旋回速度信号の有無、すなわち旋回動作中か否か、の判断をする。コントローラ２８は、ステップＳ１でＮＯの場合、すなわち旋回操作されていないと判断した場合は、ステップＳ３で旋回速度信号の有無を判断し、ここでＹＥＳのときは、旋回減速のために旋回リモコン弁１２が中立復帰操作されているが上部旋回体２はなお慣性で旋回しているとしてステップＳ２に移行する。このステップＳ２では旋回速度信号の有無を判断し、ＹＥＳのときにステップＳ４で反対側連通弁２６または２７を開く。

　コントローラ２８は、続くステップＳ５～Ｓ７では、旋回操作量と旋回速度とに基づいて、従来回路と同じく連通弁２６，２７が無い回路を想定したときの油圧モータ１１の出口側圧力を算出するとともに、この出口側圧力の算出値ΔＰからモータ出口側圧力の検出値Ｐ１を引くことにより背圧の低減分を求め、この背圧低減分に相当する回生量（回生トルク）を決定して旋回電動機３０に指令する。詳述すると、コントローラ２８は、図３に示す、旋回操作量とコントロールバルブ１３のメータアウト開口面積の関係を表す開口特性を予め記憶しており、この開口特性と、検出された旋回操作量からメータアウト開口面積Ａを算出する。また、検出された旋回速度に基づいて油圧モータ１１に流れる流量（旋回流量）Ｑを算出するとともに、この旋回流量Ｑと、前記算出されたメータアウト開口面積Ａを用いて、下記式により出口側圧力ΔＰを算出する（ステップＳ５）。

　　　Ｑ＝Ｃｄ・Ａ√（２ΔＰ／ρ）
　　　　　　　　Ｃｄ：流量係数
　　　　　　　　ρ　：流体密度

　そして、出口側圧力の算出値ΔＰと検出値Ｐ１の差（＝ΔＰ－Ｐ１）、すなわち連通弁２６，２７による背圧の低減分を求め、この背圧低減分に相当する回生量を決定し（ステップＳ６）、ステップＳ７でこの回生量を旋回電動機３０に指令してステップＳ１に戻る。

　コントローラ２８は、ステップＳ３でＮＯの場合すなわち旋回操作されていないし旋回速度も出ていない場合は、旋回停止状態であるとしてステップＳ８で連通弁２６，２７を閉じた後にステップＳ９に移行する。また、ステップＳ２でＮＯの場合すなわち旋回操作されているが旋回速度は出ていない場合も、押し付け作業等によって実際の旋回動作が行われていないとしてステップＳ９に移行する。すなわち、旋回電動機３０への回生指令は行わずにステップＳ１に戻る。

　このように、旋回駆動時、減速時を問わず、旋回動作中を通じて、連通弁２６，２７のうちの出口側連通弁を開いて油圧モータ１１の吐出油をコントロールバルブ１３を介さずにタンクＴに戻すことが、背圧の低減を可能にし、さらに、旋回電動機３０にこの背圧低減分に相当するだけの回生電力を生成させることが、旋回駆動時のポンプ動力を上げることなく回生効率を向上させることを可能にする。総じて、省エネ効果が高まる。

　また、旋回動作中、終始、前記出口側連通弁を開いておくことは、特許文献１記載の技術のような切換弁の切換えによる圧力変動をなくして良好な操作性を確保することを可能にする。

　また、前記コントローラ２８は、旋回操作量によって決まるコントロールバルブ１３のメータアウト開口面積Ａと、旋回速度によって決まるモータ流量Ｑとから、連通弁２６，２７が無いものとしたときのモータ出口側圧力ΔＰを算出し、この算出値ΔＰからモータ出口側圧力の検出値Ｐ１を引いて背圧の低減分を求めることにより、背圧低減分を正確に割り出して回生電力の過不足のない適正な回生制御を行うことができる。

　次に、図４を参照しながら第２実施形態を説明する。

　通常のショベルでは、旋回用油圧モータ１１を含めた複数の油圧アクチュエータが一つの油圧ポンプで駆動される。この場合、旋回単独操作時には、元々、旋回駆動中のポンプ圧がさほど高くならず、背圧も低い半面、この状態で旋回電動機３０に回生作用を行わせるとポンプ圧が上昇するため、全旋回動作を通じたトータルでの省エネ効果が下がる可能性がある。一方、複合操作時には、旋回用油圧モータ１１以外の油圧アクチュエータの作動圧によってポンプ圧が上昇し、背圧低減のメリットも回生効率の向上効果も大きくなるため、トータルでの省エネ効果が高い。

　第２実施形態は、このような事情を考慮したものである。具体的に、この実施形態は、油圧ポンプ１０が旋回用の油圧モータ１１を含む複数の油圧アクチュエータに共用されることを前提とする。また、第２実施形態に係るコントローラは、基本的には前記第１実施形態に係るコントローラ２８と同様の制御を行うが、旋回用油圧モータ１１のみが作動する旋回単独操作時には回生制御を行わず、旋回用油圧モータ１１と他の油圧アクチュエータとが同時に作動する複合操作時のみに前記回生制御を行う。

　その詳細を、図４を参照しながら説明する。図４のステップＳ１１～Ｓ１３は図２（第１実施形態）のステップＳ１～Ｓ３と同じである。ステップＳ１２でＹＥＳの場合、すなわち旋回速度信号がある場合、コントローラは、ステップＳ１４で他のアクチュエータ操作の有無すなわち複合操作の有無を判断し、ＹＥＳの場合は、ステップＳ１５～Ｓ１８で、図２のステップＳ４～Ｓ７と同様に出口側連通弁を開き、モータ出口側圧力の算出すなわち算出値ΔＰの取得、旋回電動機３０の回生量の決定、旋回電動機３０への回生指令の各処理を行う。ステップＳ１３でＮＯの場合、すなわち旋回操作も旋回速度も無い場合、コントローラは、旋回停止状態であるとしてステップＳ１９で連通弁２６，２７を閉じた後にステップＳ２０に移り、ステップＳ１２及びステップＳ１４でＮＯの場合もそれぞれステップＳ２０に移り、旋回電動機３０に対する回生指令を行わずにステップＳ１１に戻る。

　このように、旋回単独操作時ではなく複合操作時にのみ回生制御を行うことが、省エネ効果を最大限に高めることを可能にする。

　本発明は以上の実施の形態に限定されず、例えば次のような態様も含む。

　（１）前記実施形態では、連通弁２６，２７の出口側が通路２９を介して油圧ブレーキ装置２０の通路２３に接続される、すなわち、メイクアップライン２４が連通弁２６，２７の出口側をタンクＴにつなぐラインとして共用されるが、連通弁２６，２７の出口側が専用のタンク接続ラインでタンクＴに接続されてもよい。

　（２）前記実施形態に係る連通切換装置は、モータ両側管路１４，１５とタンクＴとの間にそれぞれ設けられる第１及び第２連通弁である連通弁２６，２７を含み、それぞれの連通弁がモータ出口側管路をタンクＴに連通させる開き位置ａとこの連通を遮断する閉じ位置ｂとの間で切換わるものであるが、本発明に係る連通切換装置は、両側管路１４，１５に共用される単一の共用連通弁を有していて、この共用連通弁が両管路１４，１５とタンクＴとを遮断する閉じ位置と、左旋回管路１４とタンクＴとを遮断して右旋回管路１５とタンクＴとを連通する第１開き位置と、右旋回管路１５とタンクＴとを遮断して左旋回管路１５とタンクＴとを連通する第２開き位置の間で切換えられるものでもよい。

　（３）本発明に係る旋回式作業機械は、ショベルに限られない。例えばショベルの母体を利用して構成される解体機や破砕機等の他の旋回式作業機械にも適用され得る。

　以上のように、本発明によれば、旋回減速時だけでなく旋回駆動時にも回生作用を働かせて旋回エネルギーの回生効率を向上させることができ、しかも大きな圧力変動を無くして操作性を改善することができる旋回式作業機械が提供される。この旋回式作業機械は、下部走行体と、この下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体と、第１及び第２ポートを有してその一方のポートから作動油の供給を受けて他方のポートから作動油を吐出し、これにより上部旋回体を旋回駆動するように作動する油圧モータと、この油圧モータに供給される作動油を吐出する油圧ポンプと、前記油圧モータにより回転駆動される旋回電動機と、この旋回電動機の回生電力を蓄える蓄電器と、前記旋回駆動についての指令を入力するために操作される操作部材を含み、この操作部材の操作に対応した操作信号を出力する旋回操作装置と、この旋回操作装置の操作信号に基づいて前記油圧モータへの作動油の供給及び前記油圧モータからの作動油の吐出を制御するように作動するコントロールバルブと、前記油圧モータの第１ポートと前記コントロールバルブとをつなぐ第１管路と、前記油圧モータの第２ポートと前記コントロールバルブとをつなぐ第２管路と、前記両管路のうちの前記油圧モータの出口側の管路を前記コントロールバルブを介さずにタンクまたは前記両管路のうちの前記油圧モータの入口側の管路に連通する連通状態と、この連通を遮断する連通遮断状態とに切換えられることが可能な連通切換装置と、前記旋回操作装置の操作部材の操作を検出する操作検出器と、この操作検出器からの検出信号に基づいて前記旋回電動機の回生動作及び前記連通切換装置の切換を制御するコントローラと、を備える。このコントローラは、前記上部旋回体の旋回動作時に、前記連通切換装置を連通状態にするとともに、この連通切換装置による背圧の低減分に相当する回生量を前記旋回電動機に指令する回生制御を行う。

　このように、旋回駆動時及び減速時を問わず、旋回動作中を通じて、油圧モータの出口側の管路に吐出される作動油をタンクに戻すことは、背圧の低減を可能にし、さらに、この背圧低減分に相当するだけの回生電力を発生させることが、旋回駆動時のポンプ動力を上げずに回生効率を向上させることを可能にする。総じて、省エネ効果が高まる。また、旋回動作中は、終始、油圧モータの出口側管路がタンクに連通されるから、特許文献１に記載されるような切換弁の切換えによる圧力変動がなく、良好な操作性を確保することができる。

　本発明では、さらに、旋回速度を検出する旋回速度検出器と、前記油圧モータの出口側圧力を検出する圧力検出器とを備え、前記コントローラが、前記旋回操作手段の操作量によって決まる前記コントロールバルブのメータアウト開口面積と、旋回速度によって決まる油圧モータのモータ流量とに基づいて、前記連通弁が無いものとしたときのモータ出口側圧力を算出し、この算出値からモータ出口側圧力の検出値を引いて背圧の低減分を求めるのが、望ましい。当該コントローラは、背圧低減分を正確に割り出して回生電力の過不足のない適正な回生制御を行うことができる。

　本発明では、油圧ポンプが旋回用の油圧モータを含む複数の油圧アクチュエータに共用されてもよい。この場合、前記コントローラは、前記旋回用の油圧モータのみが作動する旋回単独操作時には前記回生制御を行わず、前記旋回用の油圧モータと他の油圧アクチュエータとが同時に作動する複合操作時のみに前記回生制御を行うものが、好ましい。このように回生制御を複合操作時のみに行うことは、省エネ効果をさらに高めることを可能にする。前記のように油圧ポンプが旋回用の油圧モータを含む複数のアクチュエータに共用される場合、旋回単独操作時には、元々、旋回力行中のポンプ圧がさほど高くならず、背圧も低い半面、この状態で回生作用を行わせるとポンプ圧が上昇するため、全旋回動作を通じたトータルでの省エネ効果が下がる可能性がある一方、複合操作時には、他の油圧アクチュエータの作動圧によってポンプ圧が上昇し、背圧低減のメリットも回生効率の向上効果も大きくなるため、トータルでの省エネ効果が高くなる。

　前記連通切換装置としては、前記第１及び第２管路と前記タンクとの間に設けられ、両管路とタンクとを遮断する状態と、第１管路とタンクとを連通して第２管路とタンクとの間を遮断する状態と、第２管路とタンクとを連通して第１管路とタンクとの間を遮断する状態とに切換えられることが可能なものが、好適である。この場合、前記コントローラは、前記上部旋回体の旋回動作時に前記第１及び第２管路のうち前記油圧モータの出口側の管路である出口側管路に該当する管路とタンクとを連通して他方の管路とタンクとの間を遮断するように前記連通切換装置を作動させるのが、よい。

　より具体的に、前記連通切換装置は、例えば、前記第１管路と前記タンクとの間に設けられ、両者を連通する開き位置と両者の間を遮断する閉じ位置とに切換えられる第１連通弁と、前記第２管路と前記タンクとの間に設けられ、両者を連通する開き位置と両者の間を遮断する閉じ位置とに切換えられる第２連通弁と、を含むものが、好適である。この場合、前記コントローラは、前記上部旋回体の旋回動作時に前記第１及び第２連通弁のうち前記油圧モータの出口側管路につながる連通弁を開き位置にして他方の連通弁を閉じ位置にするのが、よい。

Claims

　旋回式作業機械であって、
　下部走行体と、
　この下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体と、
　第１及び第２ポートを有してその一方のポートから作動油の供給を受けて他方のポートから作動油を吐出し、これにより上部旋回体を旋回駆動するように作動する油圧モータと、
　この油圧モータに供給される作動油を吐出する油圧ポンプと、
　前記油圧モータにより回転駆動されて回生作用を行うことが可能な旋回電動機と、
　この旋回電動機の回生電力を蓄える蓄電器と、
　前記旋回駆動についての指令を入力するために操作される操作部材を含み、この操作部材の操作に対応した操作信号を出力する旋回操作装置と、
　この旋回操作装置の操作信号に基づいて前記油圧モータへの作動油の供給及び前記油圧モータからの作動油の吐出を制御するように作動するコントロールバルブと、
　前記油圧モータの第１ポートと前記コントロールバルブとをつなぐ第１管路と、
　前記油圧モータの第２ポートと前記コントロールバルブとをつなぐ第２管路と、
　前記両管路のうちの前記油圧モータの出口側の管路を前記コントロールバルブを介さずにタンクまたは前記両管路のうちの前記油圧モータの入口側の管路に連通する連通状態と、この連通を遮断する連通遮断状態とに切換えられることが可能な連通切換装置と、
　前記旋回操作装置の操作部材の操作を検出する操作検出器と、
　この操作検出器からの検出信号に基づいて前記旋回電動機の回生作用及び前記連通切換装置の切換を制御するコントローラと、を具備し、このコントローラは、前記上部旋回体の旋回動作時に、前記連通切換装置を連通状態にするとともに、この連通切換装置による背圧の低減分に相当する回生量を前記旋回電動機に指令する回生制御を行う、旋回式作業機械。
　請求項１記載の旋回式作業機械であって、旋回速度を検出する旋回速度検出器と、前記油圧モータの出口側圧力を検出する圧力検出器と、をさらに備え、前記コントローラは、前記旋回操作手段の操作量によって決まる前記コントロールバルブのメータアウト開口面積と、旋回速度によって決まる油圧モータのモータ流量とに基づいて、前記連通弁が無いものとしたときのモータ出口側圧力を算出し、この算出値からモータ出口側圧力の検出値を引いて背圧の低減分を求める、旋回式作業機械。
　請求項１または２記載の旋回式作業機械であって、前記油圧ポンプが旋回用の油圧モータを含む複数の油圧アクチュエータに共用され、前記コントローラは、前記旋回用の油圧モータのみが作動する旋回単独操作時には前記回生制御を行わず、前記旋回用の油圧モータと他の油圧アクチュエータとが同時に作動する複合操作時のみに前記回生制御を行う、旋回式作業機械。
　請求項１～３のいずれかに記載の旋回式作業機械であって、前記連通切換装置は、前記第１及び第２管路と前記タンクとの間に設けられ、両管路とタンクとを遮断する状態と、第１管路とタンクとを連通して第２管路とタンクとの間を遮断する状態と、第２管路とタンクとを連通して第１管路とタンクとの間を遮断する状態とに切換えられることが可能であり、前記コントローラは、前記上部旋回体の旋回動作時に前記第１及び第２管路のうち前記油圧モータの出口側管路に該当する管路とタンクとを連通して他方の管路とタンクとの間を遮断するように前記連通切換装置を作動させる、旋回式作業機械。
　請求項４記載の旋回式作業機械であって、前記連通切換装置は、前記第１管路と前記タンクとの間に設けられ、両者を連通する開き位置と両者の間を遮断する閉じ位置とに切換えられる第１連通弁と、前記第２管路と前記タンクとの間に設けられ、両者を連通する開き位置と両者の間を遮断する閉じ位置とに切換えられる第２連通弁と、を含み、前記コントローラは、前記コントローラは、前記上部旋回体の旋回動作時に前記第１及び第２連通弁のうち前記油圧モータの出口側管路につながる連通弁を開き位置にして他方の連通弁の閉じ位置にする、旋回式作業機械。