WO2015151263A1 - 建設機械 - Google Patents

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WO2015151263A1
WO2015151263A1 PCT/JP2014/059886 JP2014059886W WO2015151263A1 WO 2015151263 A1 WO2015151263 A1 WO 2015151263A1 JP 2014059886 W JP2014059886 W JP 2014059886W WO 2015151263 A1 WO2015151263 A1 WO 2015151263A1
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regenerative
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聖二 土方
石川　広二
大木　孝利
井村　進也
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日立建機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a construction machine, and more particularly, to a construction machine having a hydraulic actuator such as a hydraulic excavator and regenerating energy of pressure oil discharged from the hydraulic actuator.
  • a hydraulic actuator such as a hydraulic excavator and regenerating energy of pressure oil discharged from the hydraulic actuator.
  • An energy recovery device that regenerates the pressure oil energy by driving the hydraulic motor with the return pressure oil from the swing hydraulic motor, generating electric power by the electric motor directly connected to the hydraulic motor, and storing the generated electric energy in the battery
  • Patent Documents 1 and 2 there are those described in Patent Documents 1 and 2.
  • Patent Document 2 describes a method for controlling the tilt angle of the regenerative hydraulic motor so that the pressure necessary for braking the swing hydraulic motor is maintained during pressure oil regeneration as a control method of the energy recovery device. Yes.
  • Patent Document 1 does not disclose a specific control method for the flow rate of return pressure oil recovered by the energy recovery device (hereinafter referred to as recovery flow rate). Therefore, for example, when the flow rate of the regenerative hydraulic motor is adjusted to be excessively large and exceeds the discharge flow rate from the swing hydraulic motor, there is a possibility that the swing braking pressure is lowered and the operability is deteriorated.
  • the energy recovery device described in Patent Document 2 controls the recovery flow rate by tilt angle control, but the tilt angle control has poor responsiveness. Therefore, for example, at the time of turning deceleration where the discharge flow rate from the swing hydraulic motor gradually decreases, there may be a case where the recovered flow rate exceeds the discharge flow rate from the swing hydraulic motor due to a response delay. In this case as well, there is a possibility that the turning braking pressure is lowered and the turning operability is deteriorated.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is a construction machine that regenerates the energy of pressure oil supplied to and discharged from a swing hydraulic motor, and can ensure good operability equivalent to that of the conventional art. Is to provide things.
  • the present invention is connected to a revolving body, a revolving hydraulic motor for revolving the revolving body, and a pair of actuator oil passages for supplying and discharging pressure oil from the revolving hydraulic motor.
  • a regenerative device having a regenerative oil path, a regenerative hydraulic motor connected to the regenerative oil path, a regenerative device having a generator / motor rotating together with the regenerative hydraulic motor, and a pressure on at least the high pressure side of the pair of actuator oil paths
  • a pressure detecting device capable of overloading, an overload relief valve connected to each of the pair of actuator oil passages, and a detected pressure on the high pressure side of the pair of actuator oil passages detected by the pressure detecting device.
  • the target flow rate of the previous regenerative hydraulic motor is set to a value corresponding to the detected pressure, and the regenerative hydraulic motor flow rate is set to the target flow rate.
  • a control device for controlling the number of rotations of the generator / motor.
  • the flow rate of the regenerative hydraulic motor when the pressure of the actuator oil passage is less than the first set value preset by the overload relief valve, the flow rate of the regenerative hydraulic motor is zero or the oil pressure of the regenerative oil passage is negative.
  • the flow rate of the regenerative hydraulic motor is controlled so as to match the target flow rate by high-responsiveness generator / motor speed control when the pressure in the actuator oil passage is equal to or higher than the first set value. Therefore, the pressure in the actuator oil passage is maintained in the same manner as in conventional construction machines, and good operability equivalent to that in the conventional case can be ensured.
  • control device sets a target flow rate when the detected pressure is equal to or higher than the first set value by simulating an override characteristic of the overload relief valve.
  • the control device keeps the target flow rate of the regenerative hydraulic motor constant when the detected pressure is equal to or higher than a second set value set higher than the first set value. Set to value.
  • the pressure on the high pressure side of the pair of actuator oil passages is equal to or equal to the first set value.
  • Switching that connects the regenerative oil passage when the set value is lower than the third set value that is set low, and shuts off the regenerative oil passage when the pressure on the high pressure side of the pair of actuator oil passages is less than the third set value A valve is further provided.
  • FIG. 1 is an external view of a hydraulic excavator as an example of a construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • the hydraulic excavator includes a lower traveling body 100, an upper swing body 200, and an excavator mechanism 300.
  • the lower traveling body 100 includes a pair of crawlers 101, a crawler frame 102, and a pair of traveling hydraulic motors 34 (all shown on one side only) that independently drive each crawler.
  • the upper swing body 200 has a swing frame 201. On the swing frame 201, the upper swing body 200 (the swing frame) with respect to the engine 1 as a prime mover, the hydraulic pump 2 driven by the engine 1, and the lower traveling body 100 is provided. 201) and a control valve 4 for controlling the flow rate of pressure oil supplied from the hydraulic pump 2 to each hydraulic actuator.
  • the excavator mechanism 300 is attached to the upper swing body 200 so as to be pivotable in the vertical direction, an arm 302 pivotally attached to the tip of the boom 301, and pivotally attached to the tip of the arm 302.
  • Bucket 303 The boom 301 rotates in the vertical direction due to the expansion and contraction of the boom cylinder 31, the arm 302 rotates in the vertical and longitudinal directions due to the expansion and contraction of the arm cylinder 32, and the bucket 303 rotates in the vertical and longitudinal directions due to the expansion and contraction of the bucket cylinder 33. To do.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a hydraulic control system (only a portion related to driving of the revolving structure 200) mounted on the construction machine shown in FIG.
  • the hydraulic control system includes an engine 1, a hydraulic pump 2, a swing hydraulic motor 3, a spool valve 5 provided in a control valve 4 (shown in FIG. 1), a swing operation device 6, and a regenerative operation.
  • a device 7 and a controller 8 as a control device are provided.
  • the hydraulic pump 2 is connected to the swing hydraulic motor 3 via a spool valve 5 and a pair of actuator oil passages 9a and 9b.
  • the spool valve 5 When the spool valve 5 is operated from the neutral position shown in the figure to the position C side, the pressure oil discharged from the hydraulic pump 2 passes through the meter-in oil passage Ca and the actuator oil passage 9a formed at the position C of the spool valve 5.
  • the pressure oil supplied to the port A of the swing hydraulic motor 3 is discharged from the port B and returned to the tank via the actuator oil passage 9 b and the meter-out oil passage Cb formed at the position C of the spool valve 5.
  • the turning hydraulic motor 3 is rotationally driven in the right turning direction, and the turning body 200 performs the right turning operation.
  • the pressure oil discharged from the hydraulic pump 2 passes through the meter-in oil path Db and the actuator oil path 9b formed at the position D of the spool valve 5.
  • the pressure oil supplied to the port B of the swing hydraulic motor 3 is discharged from the port A and returned to the tank via the actuator oil passage 9 a and the meter-out oil passage Da formed at the position D of the spool valve 5.
  • the turning hydraulic motor 3 is rotationally driven in the left turning direction, and the turning body 200 performs the left turning operation.
  • the actuator oil passage 9a includes an overload relief valve 10 that discharges pressure oil when the internal pressure exceeds the relief start pressure P0, and a makeup valve that replenishes oil from the tank when the internal pressure becomes negative. 11 is connected.
  • the actuator oil passage 9b includes an overload relief valve 12 that discharges pressure oil when the internal pressure exceeds the relief start pressure P0, and a makeup valve that replenishes oil from the tank when the internal pressure becomes negative. 13 is connected.
  • the turning operation device 6 includes a pilot valve 61 and an operation lever 62 attached to the pilot valve 61.
  • the pilot valve 61 generates a pilot corresponding to the operation amount of the operation lever 62.
  • the output ports E and F of the pilot valve 61 are connected to the pilot pressure receiving portions 5a and 5b of the spool valve 5 through the pilot oil passages 10a and 10b, respectively.
  • the pilot pressure Pr generated by operating the operation lever 62 to the right turning side is guided to the pilot pressure receiving portion 5a of the spool valve 5 through the pilot oil passage 10a, and operates the spool valve 5 to the position C side.
  • the pilot pressure Pl generated by operating the operation lever 62 to the left side is guided to the pilot pressure receiving portion 5b of the spool valve 5 through the pilot oil passage 10b, and operates the spool valve 5 to the position D side.
  • the regenerative device 7 includes a regenerative oil passage 16, a regenerative hydraulic motor 71, a generator / motor 72, an inverter 73, a chopper 74, and a power storage device 75.
  • the regenerative oil passage 16 is connected to actuator oil passages 9a and 9b via check valves 14 and 15, respectively.
  • a regenerative hydraulic motor 71 is connected to the regenerative oil passage 16.
  • the check valves 14 and 15 are arranged to allow only the flow of pressure oil from the actuator oil passages 9a and 9b to the regenerative oil passage 16, and the regenerative hydraulic motor 71 is selected via the check valves 14 and 15. Is driven by pressure oil on the high pressure side of the actuator oil passages 9a, 9b.
  • the generator / motor 72 is directly connected to the regenerative hydraulic motor 71 and generates power by rotating together with the regenerative hydraulic motor 71.
  • the rotational speed of the generator / motor 72 is controlled via an inverter 73. Thereby, the rotation speed of the regenerative hydraulic motor 71 is controlled, and the flow rate of the pressure oil recovered through the regenerative oil passage 16 is adjusted.
  • the electric power generated by the generator / motor 72 is boosted via the chopper 74 and stored in the power storage device 75.
  • the regenerative oil passage 16 is provided with a switching valve 17 that can be switched between a communication position G and a shut-off position H.
  • the switching valve 17 When the pressure on the upstream side of the switching valve 17 (the pressure on the high pressure side of the pair of actuator oil passages 9a and 9b) becomes equal to or higher than the set value P2 (third set value), the switching valve 17 is switched to the communication position G and regenerative. The oil passage 16 is communicated.
  • the switching valve 17 is switched to the cutoff position H and the regenerative oil passage 16 is shut off.
  • the set value P2 is set to a value equal to or slightly lower than a set value P1 (described later) of the regenerative hydraulic motor 71.
  • the regenerative hydraulic motor 71 is disconnected from the actuator oil passages 9a and 9b. Even in this case, the pressure in the actuator oil passages 9a and 9b is maintained in the same manner as in the conventional construction machine, and good operability equivalent to that in the conventional case can be secured.
  • a pressure sensor 18 as a pressure detection device is provided upstream of the switching valve 17 in the regenerative oil passage 16.
  • the pressure sensor 18 detects the pressure on the high pressure side of the pair of actuator oil passages 9 a and 9 b and outputs a pressure detection signal PS to the controller 8.
  • the pressure detection device may be configured to be able to detect at least the pressure on the high pressure side of the actuator oil passages 9a and 9b.
  • the pressure detection device provided on each of the actuator oil passages 9a and 9b may be used for the high pressure side and the low pressure side. Both pressures may be detected and the controller 8 may select the high pressure side.
  • the controller 8 performs predetermined calculation processing (described later) based on the pressure detection signal PS input from the pressure sensor 18, and outputs an engine speed control signal CS for controlling the generator / motor 72 to a predetermined engine speed. Output to.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the arithmetic logic of the controller 8.
  • the control logic of the controller 8 includes a target flow rate setting unit 81, a division unit 83, and an output conversion unit 84.
  • the target flow rate setting unit 81 sets a target flow rate according to the pressure detection signal PS with reference to a preset conversion table 82 and outputs the target flow rate to the division unit 83.
  • FIG. 4 shows details of the conversion table 82 shown in FIG.
  • the conversion table 82 is a pressure flow characteristic (indicated by a solid line a) that associates the pressure of the regenerative oil passage 16 (the pressure on the high pressure side of the pair of actuator oil passages 9a and 9b) with the target flow rate of the regenerative hydraulic motor 71. And is stored in advance in a memory or the like in the controller 8.
  • the broken line b in the figure indicates the override characteristics of the overload relief valves 10 and 12.
  • the set value P1 (first set value) at which the regenerative hydraulic motor 71 starts collecting pressure oil is set to a value that is equal to or slightly lower than the relief start pressure P0 of the overload relief valves 10 and 12.
  • the set value P2 of the switching valve 17 (shown in FIG. 2) is set to a value equal to or slightly lower than the set value P1 as described above.
  • the rate of change of the target flow rate when the pressure of the regenerative oil passage 16 exceeds the set value P1 is the override characteristic of the overload relief valves 10 and 11 (indicated by the broken line b). (Slope) is set to simulate. Thereby, since the target flow rate is always set to a value equal to or larger than the relief flow rate, the regeneration efficiency of the regeneration device 7 can be improved.
  • the target flow rate change rate (slope of the solid line a) when the pressure of the regenerative oil passage 16 is equal to or higher than the set value P1 is necessarily set by simulating the override characteristic (slope of the solid line b). It is not necessary and may be set more gently than the slope of the solid line b. Further, the target flow rate when the pressure of the regenerative oil passage 16 is equal to or less than the set value P1 is not limited to zero, and may be set to a small flow rate such that the oil pressure of the regenerative oil passage 16 does not become negative pressure. Thereby, even when the oil pressure of the regenerative oil passage 16 is equal to or lower than the set pressure P1, regeneration can be performed while ensuring good operability, and the regeneration efficiency of pressure oil energy can be improved.
  • the division unit 83 divides the target flow rate input from the target flow rate setting unit 81 by the motor capacity (flow rate per rotation of the regenerative hydraulic motor 71) to thereby calculate the target rotation speed of the generator / motor 72. Calculate and output to the output converter 84.
  • the output conversion unit 84 converts the target rotation speed input from the division unit 83 into a rotation speed control signal CS for the generator / motor 72 and outputs the converted signal to the inverter 73. Thereby, the rotation speed of the generator / motor 72 is controlled to the target rotation speed, and the flow rate of the regenerative hydraulic motor 71 is adjusted to the target flow rate.
  • the operation lever 62 When the operation lever 62 is operated from the neutral position to the right turning side, the pilot pressure Pr output from the pilot valve 61 is guided to the pilot pressure receiving portion 5a of the spool valve 5, and the spool valve 5 is switched to the position C side. .
  • the pressure oil discharged from the hydraulic pump 2 is supplied to the port A of the swing hydraulic motor 3 via the meter-in oil path Ca and the actuator oil path 9a.
  • the pressure oil supplied to the port A is discharged from the port B, and returned to the tank via the actuator oil passage 9b and the meter-out oil passage Cb.
  • the turning hydraulic motor 3 is rotationally driven in the right turning direction, and the turning body 200 starts the right turning operation.
  • the swing body 200 since the swing body 200 has a large inertia, the flow rate of the pressure oil supplied from the hydraulic pump 2 to the actuator oil passage 9a is not completely absorbed by the port A of the swing hydraulic motor 3 when the swing is started, and the actuator oil passage The pressure Pa of 9a increases rapidly.
  • the switching valve 17 When the pressure Pa becomes equal to or higher than the set value P3 of the switching valve 17, the switching valve 17 is switched to the position G and communicates with the regenerative oil passage 16.
  • the regenerative hydraulic motor 71 starts collecting the pressure oil.
  • the pressure flow characteristic a see FIG.
  • the pressure in the regenerative oil passage 16 that is maintained at a set value P1 that is equal to or slightly lower than the relief start pressure P0 causes the actuator oil passage 9a.
  • the swing body 200 acts as a driving pressure on the swing hydraulic motor 3, and the swing body 200 is accelerated.
  • the flow rate that cannot be absorbed by the port A of the swing hydraulic motor 3 is recovered by the regenerative hydraulic motor 71. It is discharged from the overload relief valve 10. At this time, the flow rate of the regenerative hydraulic motor 71 is set to the target flow rate corresponding to the pressure flow rate characteristic a (equal to or greater than the relief flow rate by the overload relief valve 10) by controlling the rotational speed of the highly responsive generator / motor. It will be adjusted promptly.
  • the flow rate absorbed by the port A of the swing hydraulic motor 3 increases and the pressure Pa of the actuator oil passage 9a decreases.
  • the regenerative hydraulic motor 72 stops collecting the pressure oil, and all the flow supplied from the hydraulic pump 2 to the actuator oil passage 9a is absorbed by the port A of the swing hydraulic motor 3.
  • the pressure oil in the actuator oil passage 9b is recovered by the regenerative hydraulic motor 71 and discharged from the overload relief valve 12. Is done.
  • the flow rate of the regenerative hydraulic motor 71 is a target flow rate corresponding to the pressure flow rate characteristic a (equal to or greater than the relief flow rate of the overload relief valve 12) by controlling the rotational speed of the highly responsive generator / motor 72. Will be adjusted promptly.
  • the set value P1 is set so that the pressure in the actuator oil passages 9a, 9b is equal to or slightly lower than the relief start pressure P0 of the overload relief valves 10, 12. Is less than the target flow rate of the regenerative hydraulic motor 71 according to the pressure flow rate characteristic a or set to a small flow rate so that the oil pressure of the regenerative oil passage does not become negative pressure, and pressure oil is supplied from the actuator oil passages 9a and 9b. Since the pressure is not recovered, the pressure in the actuator oil passages 9a and 9b does not decrease, and good operability equivalent to the conventional one can be ensured.
  • the flow rate of the regenerative hydraulic motor 71 is controlled by the high-speed side of the actuator oil passages 9a, 9b by controlling the rotational speed of the generator / motor with high responsiveness. Therefore, the pressure on the high pressure side of the actuator oil passages 9a and 9b is maintained at the set value P1 or more when turning is started and when the turning is decelerated. Can be secured.
  • the target flow rate of the regenerative hydraulic motor 71 is set by setting the flow rate change rate when the pressure in the regenerative oil passage 16 exceeds the set value P1 to be equal to the flow rate change rate in the override characteristics of the overload relief valves 10 and 12. Is always set to a value equal to or greater than the relief flow rate by the overload relief valves 10 and 12, so that the regeneration efficiency of the pressure oil energy can be improved.
  • ⁇ Modification ⁇ 3 may refer to the conversion table 82A shown in FIG. 5 instead of the conversion table 82 shown in FIG.
  • the difference between the conversion table 82A and the conversion table 82 is that the target flow rate when the detected pressure is equal to or higher than the set value P3 (second set value) set higher than the set value P1 is a constant value.
  • the flow rate of the regenerative hydraulic motor 71 is controlled to be constant. Pressure fluctuations in the actuator oil passages 9a and 9b due to flow rate fluctuations can be suppressed.

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Abstract

　コントローラ８は、圧力センサ１８の検出圧力ＰＳがオーバロードリリーフ弁１０，１２により予め設定された第１設定値Ｐ１未満のときは、回生油圧モータ７１の目標流量をゼロまたは回生油路１６の油圧が負圧にならない程度の小流量に設定し、前記検出圧力が前記第１設定値以上のときは、前記回生油圧モータの目標流量を前記検出圧力に応じた値に設定し、前記回生油圧モータの流量がこの目標流量となるように発電・電動機７２の回転数を制御する。これにより従来と同等の良好な操作性を確保できる。

Description

建設機械
　本発明は、建設機械に係わり、特に油圧ショベルなどの油圧アクチュエータを有する建設機械であって、油圧アクチュエータから排出される圧油のエネルギを回生する建設機械に関する。
　旋回油圧モータからの戻り圧油で油圧モータを駆動し、この油圧モータに直結された電動モータにより発電を行い、この発電した電気エネルギをバッテリに蓄電することにより圧油エネルギを回生するエネルギ回収装置として、例えば特許文献１及び２に記載のものがある。
　また、特許文献２には、エネルギ回収装置の制御方法として、圧油回生時に旋回油圧モータの制動に必要な圧力が保たれるように回生油圧モータの傾転角を制御する方法が記載されている。
特開２０００－１３６８０６号公報 特開２００９－２８１５２５号公報
　しかしながら、特許文献１には、エネルギ回収装置で回収する戻り圧油の流量（以下、回収流量という）の具体的な制御方法が開示されていない。従って、例えば回生油圧モータの流量が過度に大きく調整されて旋回油圧モータからの排出流量を上回った場合、旋回の制動圧が低下して操作性が悪化する可能性がある。
　一方、特許文献２に記載のエネルギ回収装置は傾転角制御によって回収流量を制御しているが、傾転角制御は応答性が悪い。そのため、例えば旋回油圧モータからの排出流量が徐々に減少していく旋回減速時において、応答遅れにより回収流量が旋回油圧モータからの排出流量を上回ってしまう場合が考えられる。この場合も同様に、旋回の制動圧が低下して旋回操作性が悪化する可能性がある。
　本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、旋回油圧モータに給排する圧油のエネルギを回生する建設機械であって、従来と同等の良好な操作性を確保できるものを提供することである。
　（１）上記目的を達成するために、本発明は、旋回体と、前記旋回体を旋回駆動する旋回油圧モータと、前記旋回油圧モータの圧油を給排する１対のアクチュエータ油路に接続された回生油路、この回生油路に接続された回生油圧モータ及び前記回生油圧モータと共に回転する発電・電動機を有する回生装置と、前記１対のアクチュエータ油路のうち少なくとも高圧側の圧力を検出できる圧力検出装置と、前記１対のアクチュエータ油路のそれぞれに接続されたオーバロードリリーフ弁と、前記圧力検出装置によって検出された前記１対のアクチュエータ油路の高圧側の検出圧力が前記オーバロードリリーフ弁により予め設定された第１設定値未満のときは、前記回生油圧モータの目標流量をゼロまたは回生油路の油圧が負圧にならない程度の小流量に設定し、前記検出圧力が前記第１設定値以上のときは、前回生油圧モータの目標流量を前記検出圧力に応じた値に設定し、前記回生油圧モータの流量がこの目標流量となるように前記発電・電動機の回転数を制御する制御装置とを備えるものとする。
　このように構成した本発明においては、アクチュエータ油路の圧力がオーバロードリリーフ弁により予め設定された第１設定値未満のときは、回生油圧モータの流量がゼロまたは回生油路の油圧が負圧にならない程度の小流量となり、アクチュエータ油路の圧力が第１設定値以上のときは、応答性の高い発電・電動機の回転数制御によって回生油圧モータの流量が目標流量と一致するよう制御されるため、アクチュエータ油路の圧力が従来の建設機械と同様に保持され、従来と同等の良好な操作性を確保できる。
　（２）上記（１）において、好ましくは、前記制御装置は、前記検出圧力が前記第１設定値以上のときの目標流量を、前記オーバロードリリーフ弁のオーバライド特性を模擬して設定する。
　これにより、回生油圧モータの流量がオーバロードリリーフ弁のリリーフ流量と同等あるいはより大きくなるよう制御されるため、圧油エネルギの回生効率を向上できる。
　（３）上記（２）において、好ましくは、前記制御装置は、前記検出圧力が前記第１設定値よりも高く設定された第２設定値以上のときは、前記回生油圧モータの目標流量を一定値に設定する。
　これにより、アクチュエータ油路の圧力が第１設定値よりも高く設定された第２設定値以上のときは、回生油圧モータの流量が一定となるよう制御されるため、回生油圧モータの流量変動によるアクチュエータ油路の圧力変動を抑えることができる。
　（４）上記（１）～（３）のいずれかにおいて、好ましくは、前記回生油路に設けられ、前記１対のアクチュエータ油路の高圧側の圧力が前記第１設定値と同等かそれより低く設定された第３設定値以上のときは前記回生油路を連通し、前記１対のアクチュエータ油路の高圧側の圧力が前記第３設定値未満のときは前記回生油路を遮断する切換弁を更に備える。
　これにより、回生装置が故障して回生油圧モータが圧力を保持できなくなったときは、回生油圧モータがアクチュエータ油路から切り離されるため、回生装置が故障した場合でもアクチュエータ油路の圧力が従来の建設機械と同様に保持され、従来と同等の良好な操作性を確保できる。
　本発明によれば、旋回油圧モータに給排する圧油のエネルギを回生する建設機械において、従来と同等の良好な操作性を確保できる。
本発明の実施の形態における油圧ショベルの外観を示す図である。 本発明の実施の形態における油圧制御システムを示す図である。 本発明の実施の形態におけるコントローラの演算ロジックを示す図である。 本発明の実施の形態における圧力センサの検出圧力と回生油圧モータの目標流量との関係を示す図である。 本発明の実施の形態の変形例における圧力センサの検出圧力と回生油圧モータの目標流量との関係を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
　～構成～
　図１は、本発明の実施の形態に係る建設機械の一例としての油圧ショベルの外観を示す図である。図１において、油圧ショベルは、下部走行体１００と、上部旋回体２００と、ショベル機構３００とを備えている。
　下部走行体１００は、一対のクローラ１０１と、クローラフレーム１０２と、各クローラを独立に駆動する一対の走行油圧モータ３４（全て片側のみ図示）とを備えている。
　上部旋回体２００は、旋回フレーム２０１を有し、旋回フレーム２０１上には、原動機としてのエンジン１、エンジン１により駆動される油圧ポンプ２、下部走行体１００に対して上部旋回体２００（旋回フレーム２０１）を旋回駆動する旋回油圧モータ３、油圧ポンプ２から各油圧アクチュエータへの圧油供給流量を制御するコントロールバルブ４等が搭載されている。
　ショベル機構３００は、上部旋回体２００に上下方向に回動可能に取り付けられたブーム３０１と、ブーム３０１の先端に回動可能に取り付けられたアーム３０２と、アーム３０２の先端に回動可能に取り付けられたバケット３０３とを有している。ブーム３０１はブームシリンダ３１の伸縮により上下方向に回動し、アーム３０２はアームシリンダ３２の伸縮により上下・前後方向に回動し、バケット３０３はバケットシリンダ３３の伸縮により上下・前後方向に回動する。
　図２は、図１に示した建設機械に搭載される油圧制御システム（旋回体２００の駆動に係る部分のみ）の構成を示す図である。図２において、油圧制御システムは、エンジン１と、油圧ポンプ２と、旋回油圧モータ３と、コントロールバルブ４（図１に示す）内に設けられたスプールバルブ５と、旋回操作装置６と、回生装置７と、制御装置としてのコントローラ８とを備えている。
　油圧ポンプ２は、スプールバルブ５及び１対のアクチュエータ油路９ａ，９ｂを介して旋回油圧モータ３に接続されている。スプールバルブ５が図示中立位置から位置Ｃ側に操作されると、油圧ポンプ２から吐出された圧油は、スプールバルブ５の位置Ｃに形成されたメータイン油路Ｃａ及びアクチュエータ油路９ａを介して旋回油圧モータ３のポートＡに供給される。旋回油圧モータ３のポートＡに供給された圧油はポートＢから排出され、アクチュエータ油路９ｂ及びスプールバルブ５の位置Ｃに形成されたメータアウト油路Ｃｂを介してタンクに戻される。これにより、旋回油圧モータ３は右旋回方向に回転駆動され、旋回体２００は右旋回動作を行う。
　一方、スプールバルブ５が図示中立位置から位置Ｄ側に操作されると、油圧ポンプ２から吐出された圧油は、スプールバルブ５の位置Ｄに形成されたメータイン油路Ｄｂ及びアクチュエータ油路９ｂを介して旋回油圧モータ３のポートＢに供給される。旋回油圧モータ３のポートＢに供給された圧油はポートＡから排出され、アクチュエータ油路９ａ及びスプールバルブ５の位置Ｄに形成されたメータアウト油路Ｄａを介してタンクに戻される。これにより、旋回油圧モータ３は左旋回方向に回転駆動され、旋回体２００は左旋回動作を行う。
　アクチュエータ油路９ａには、内部圧力がリリーフ開始圧Ｐ０を超えたときに圧油を排出するオーバロードリリーフ弁１０と、内部圧力が負圧になったときにタンクから油を補充するメイクアップバルブ１１とが接続されている。アクチュエータ油路９ｂには、内部圧力がリリーフ開始圧Ｐ０を超えたときに圧油を排出するオーバロードリリーフ弁１２と、内部圧力が負圧になったときにタンクから油を補充するメイクアップバルブ１３とが接続されている。
　旋回操作装置６は、パイロット弁６１と、パイロット弁６１に取り付けられた操作レバー６２とを備えている。パイロット弁６１は、操作レバー６２の操作量に応じたパイロットを発生する。パイロット弁６１の出力ポートＥ，Ｆは、それぞれパイロット油路１０ａ，１０ｂを介してスプールバルブ５のパイロット受圧部５ａ，５ｂに接続されている。操作レバー６２が右旋回側に操作されることにより発生したパイロット圧Ｐｒは、パイロット油路１０ａを介してスプールバルブ５のパイロット受圧部５ａに導かれ、スプールバルブ５を位置Ｃ側に操作する。操作レバー６２が左旋回側に操作されることにより発生したパイロット圧Ｐｌは、パイロット油路１０ｂを介してスプールバルブ５のパイロット受圧部５ｂに導かれ、スプールバルブ５を位置Ｄ側に操作する。
　回生装置７は、回生油路１６と、回生油圧モータ７１と、発電・電動機７２と、インバータ７３と、チョッパ７４と、蓄電装置７５とを有している。
　回生油路１６は、アクチュエータ油路９ａ，９ｂにそれぞれチェック弁１４，１５を介して接続されており、回生油路１６には回生油圧モータ７１が接続されている。チェック弁１４，１５は、アクチュエータ油路９ａ，９ｂから回生油路１６へ向かう圧油の流れのみを許容するように配置されており、回生油圧モータ７１は、チェック弁１４，１５を介して選択的に供給されるアクチュエータ油路９ａ，９ｂの高圧側の圧油によって回転駆動される。
　発電・電動機７２は、回生油圧モータ７１に直結されており、回生油圧モータ７１と共に回転することにより発電する。発電・電動機７２の回転数は、インバータ７３を介して制御される。これにより回生油圧モータ７１の回転数が制御され、回生油路１６介して回収される圧油の流量が調整される。発電・電動機７２によって発電された電力は、チョッパ７４を介して昇圧され、蓄電装置７５に蓄電される。
　回生油路１６には、連通位置Ｇと遮断位置Ｈとの間で切換可能な切換弁１７が配置されている。切換弁１７の上流側の圧力（１対のアクチュエータ油路９ａ，９ｂの高圧側の圧力）が設定値Ｐ２（第３設定値）以上になると、切換弁１７は連通位置Ｇに切り換わり、回生油路１６を連通する。一方、切換弁１７の上流側の圧力が設定値Ｐ２未満になると、切換弁１７は遮断位置Ｈに切り換わり、回生油路１６を遮断する。ここで設定値Ｐ２は、回生油圧モータ７１の設定値Ｐ１（後述）と同等かそれより僅かに低い値に設定されている。これにより、回生装置７が故障して回生油圧モータ７１が設定圧Ｐ２以上の圧力を保持できなくなったときは、回生油圧モータ７１がアクチュエータ油路９ａ，９ｂから切り離されるため、回生装置７が故障した場合でもアクチュエータ油路９ａ，９ｂの圧力が従来の建設機械と同様に保持され、従来と同等の良好な操作性を確保できる。
　回生油路１６の切換弁１７より上流側には、圧力検出装置としての圧力センサ１８が設けられている。圧力センサ１８は、１対のアクチュエータ油路９ａ，９ｂの高圧側の圧力を検出し、圧力検出信号ＰＳをコントローラ８に出力する。なお、圧力検出装置は、アクチュエータ油路９ａ，９ｂのち少なくとも高圧側の圧力を検出できる構成であれば良く、例えばアクチュエータ油路９ａ，９ｂのそれぞれに設けられた圧力センサによって高圧側と低圧側の双方の圧力を検出する構成とし、コントローラ８によって高圧側を選択しても良い。
　コントローラ８は、圧力センサ１８から入力された圧力検出信号ＰＳに基づいて所定の演算処理（後述）を行い、発電・電動機７２を所定の回転数に制御するための回転数制御信号ＣＳをインバータ７３に出力する。
　～制御～
　次に、コントローラ８の演算処理について図３を用いて説明する。図３は、コントローラ８の演算ロジックを示す図である。図３において、コントローラ８の制御ロジックは、目標流量設定部８１と、除算部８３と、出力変換部８４とで構成されている。
　目標流量設定部８１は、予め設定された変換テーブル８２を参照して圧力検出信号ＰＳに応じた目標流量を設定し、除算部８３に出力する。
　ここで、図３に示した変換テーブル８２の詳細を図４に示す。図４において、変換テーブル８２は、回生油路１６の圧力（１対のアクチュエータ油路９ａ，９ｂの高圧側の圧力）と回生油圧モータ７１の目標流量とを対応づける圧力流量特性（実線ａで示す）で構成され、予めコントローラ８内のメモリ等に記憶されている。図中の破線ｂは、オーバロードリリーフ弁１０，１２のオーバライド特性を示している。回生油圧モータ７１が圧油の回収を開始する設定値Ｐ１（第１設定値）は、オーバロードリリーフ弁１０，１２のリリーフ開始圧Ｐ０と同等かそれより僅かに低い値に設定されている。また、切換弁１７（図２に示す）の設定値Ｐ２は、前述のとおり設定値Ｐ１と同等かそれより僅かに低い値に設定されている。さらに、圧力流量特性ａにおいて、回生油路１６の圧力が設定値Ｐ１を超えたときの目標流量の変化率（実線ａの傾き）は、オーバロードリリーフ弁１０，１１のオーバライド特性（破線ｂの傾き）を模擬して設定されている。これにより、目標流量が常にリリーフ流量と同等かそれより大きい値に設定されるため、回生装置７の回生効率を向上できる。なお、圧力流量特性ａにおいて、回生油路１６の圧力が設定値Ｐ１以上のときの目標流量の変化率（実線ａの傾き）は、必ずしもオーバライド特性（実線ｂの傾き）を模擬して設定する必要は無く、実線ｂの傾きより緩やかに設定しても良い。また、回生油路１６の圧力が設定値Ｐ１以下のときの目標流量はゼロに限定されず、回生油路１６の油圧が負圧にならない程度の小流量に設定しても良い。これにより、回生油路１６の油圧が設定圧Ｐ１以下のときも良好な操作性を確保しつつ回生を行うことができ、圧油エネルギの回生効率を向上できる。
　図３に戻り、除算部８３は、目標流量設定部８１から入力された目標流量をモータ容量（回生油圧モータ７１の１回転当たりの流量）で除算することにより発電・電動機７２の目標回転数を算出し、出力変換部８４に出力する。出力変換部８４は、除算部８３から入力された目標回転数を発電・電動機７２の回転数制御信号ＣＳに変換し、インバータ７３に出力する。これにより、発電・電動機７２の回転数が目標回転数に制御され、回生油圧モータ７１の流量が目標流量に調整される。
　～動作～
　本実施の形態に係る油圧制御システムの動作について、図２を用いて説明する。
　まず、旋回体２００の起動時の動作について説明する。尚、操作レバー６２を右旋回側に操作した場合の動作と左旋回側に操作した場合の動作は、左右が逆になる点を除き同一であるため、ここでは右旋回側に操作した場合についてのみ説明する。
　操作レバー６２が中立位置から右旋回側に操作されると、パイロット弁６１から出力されたパイロット圧Ｐｒがスプールバルブ５のパイロット受圧部５ａに導かれ、スプールバルブ５は位置Ｃ側に切り換えられる。これにより、油圧ポンプ２から吐出された圧油はメータイン油路Ｃａ及びアクチュエータ油路９ａを介して旋回油圧モータ３のポートＡに供給される。ポートＡに供給された圧油はポートＢから排出され、アクチュエータ油路９ｂ及びメータアウト油路Ｃｂを介してタンクに戻される。これにより、旋回油圧モータ３は右旋回方向に回転駆動され、旋回体２００は右旋回動作を開始する。
　ここで、旋回体２００は慣性が大きいため、旋回起動時は、油圧ポンプ２からアクチュエータ油路９ａに供給される圧油の流量を旋回油圧モータ３のポートＡで吸収し切れず、アクチュエータ油路９ａの圧力Ｐａが急激に上昇する。圧力Ｐａが切換弁１７の設定値Ｐ３以上になると、切換弁１７は位置Ｇに切り換わり回生油路１６を連通する。圧力Ｐａが更に上昇して設定値Ｐ１以上になると、回生油圧モータ７１は圧油の回収を開始する。このとき、圧力流量特性ａ（図４参照）に応じて、リリーフ開始圧Ｐ０と同等かそれよりは僅かに低い設定値Ｐ１以上に保持された回生油路１６の圧力が、アクチュエータ油路９ａを介して旋回油圧モータ３に駆動圧として作用し、旋回体２００は加速する。
　アクチュエータ油路９ａの圧力Ｐａが更に上昇し、オーバロードリリーフ弁１０のリリーフ開始圧Ｐ０以上になると、旋回油圧モータ３のポートＡで吸収し切れない流量は、回生油圧モータ７１によって回収されるとともにオーバロードリリーフ弁１０から排出される。このとき、回生油圧モータ７１の流量は、応答性の高い発電・電動機の回転数制御によって、圧力流量特性ａに応じた（オーバロードリリーフ弁１０によるリリーフ流量と同等かそれより大きい）目標流量に速やかに調整される。
　旋回体２００の右旋回速度が上昇するにつれて、旋回油圧モータ３のポートＡで吸収される流量は増加し、アクチュエータ油路９ａの圧力Ｐａは低下する。圧力Ｐａが設定値Ｐ１未満になると、回生油圧モータ７２は圧油の回収を停止し、油圧ポンプ２からアクチュエータ油路９ａに供給される流量は全て旋回油圧モータ３のポートＡで吸収される。
　次に、旋回体２００の減速時の動作について説明する。
　旋回体２００が右旋回動作を行っている状態で操作レバー６２を中立に戻すと、スプールバルブ５は中立位置に切り換えられ、スプールバルブ５を介したアクチュエータ油路９ａ，９ｂの圧油の給排が不能となり、油圧ポンプ２からの圧油による旋回油圧モータ３の駆動は停止する。一方、大きな慣性を有する旋回体２００は、旋回油圧モータ３による駆動が停止した後も右旋回動作を継続する。そのため、旋回油圧モータ３は、旋回体２００の慣性力によって回転駆動される。
　このとき、スプールバルブ５を介したアクチュエータ油路９ａ，９ｂの圧油の給排が不能となっているため、旋回油圧モータ３のポートＡ側（アクチュエータ油路９ａ）の圧力Ｐａは急激に下がり、ポートＢ側（アクチュエータ油路９ｂ）の圧力Ｐｂは急激に上昇する。アクチュエータ油路９ａの圧力Ｐａが負圧になろうとすると、メイクアップバルブ１１を介してアクチュエータ油路９ａに油が補充される。アクチュエータ油路９ｂの圧力Ｐｂが設定値Ｐ２以上になると、切換弁１７は位置Ｇに切り換わり、回生油路１６を連通する。
　アクチュエータ油路９ｂの圧力Ｐｂが更に上昇し、設定値Ｐ１以上になると、図４に示す圧力流量特性ａに応じた流量が回生油圧モータ７１によって回収される。このとき、圧力流量特性ａに応じて、リリーフ開始圧Ｐ０と同等かそれより僅かに低い設定値Ｐ１以上に保持された回生油路１６の圧力が、アクチュエータ油路９ｂを介して旋回油圧モータ３に制動圧として作用し、旋回体２００は減速を開始する。
　アクチュエータ油路９ｂの圧力Ｐｂが更に上昇し、オーバロードリリーフ弁１２の設定値Ｐ１以上になると、アクチュエータ油路９ｂの圧油は、回生油圧モータ７１によって回収されるとともにオーバロードリリーフ弁１２から排出される。このとき、回生油圧モータ７１の流量は、応答性の高い発電・電動機７２の回転数制御によって、圧力流量特性ａに応じた（オーバロードリリーフ弁１２のリリーフ流量と同等かそれより大きい）目標流量に速やかに調整される。
　その後、旋回体２００が減速するに従って、旋回油圧モータ３からの排出流量が低下するとともにアクチュエータ油路９ｂの圧力Ｐｂも低下する。このとき、応答性の高い発電・電動機７２の回転数制御によって、回生油圧モータ７１の流量がこの圧力Ｐｂに対応する目標流量に速やかに調整されるため、旋回減速中にアクチュエータ油路９ｂの圧力Ｐｂが設定値Ｐ１未満になることがなく、良好な操作性を確保することができる。
　～効果～
　上記のように構成した本実施の形態においては、アクチュエータ油路９ａ，９ｂの圧力がオーバロードリリーフ弁１０，１２のリリーフ開始圧Ｐ０と同等かそれより僅かに低い値に設定された設定値Ｐ１未満のときは、圧力流量特性ａに応じて回生油圧モータ７１の目標流量がゼロまたは回生油路の油圧が負圧にならない程度の小流量に設定され、アクチュエータ油路９ａ，９ｂから圧油が回収されないため、アクチュエータ油路９ａ，９ｂの圧力は低下せず、従来と同等の良好な操作性を確保できる。
　一方、アクチュエータ油路９ａ，９ｂの圧力が設定値Ｐ１を超えたときは、回生油圧モータ７１の流量が、応答性の高い発電・電動機の回転数制御によって、アクチュエータ油路９ａ，９ｂの高圧側の圧力に対応する目標流量に速やかに調整されるため、旋回起動時及び旋回減速時にアクチュエータ油路９ａ，９ｂの高圧側の圧力が設定値Ｐ１以上に保たれ、従来と同様の良好な操作性を確保できる。
　さらに、回生油路１６の圧力が設定値Ｐ１を超えたときの流量変化率をオーバロードリリーフ弁１０，１２のオーバライド特性における流量変化率と同等に設定することで、回生油圧モータ７１の目標流量が常にオーバロードリリーフ弁１０，１２によるリリーフ流量と同等かそれより大きい値に設定されため、圧油エネルギの回生効率を向上できる。
　～変形例～
　なお、図３に示した目標流量設定部８１は、図４に示した変換テーブル８２に代えて図５に示す変換テーブル８２Ａを参照しても良い。変換テーブル８２Ａの変換テーブル８２との違いは、検出圧力が設定値Ｐ１よりも高く設定された設定値Ｐ３（第２設定値）以上のときの目標流量が一定値となる点である。
　これにより、アクチュエータ油路９ａ，９ｂの圧力が設定値Ｐ１よりも高く設定された設定値Ｐ３以上のときは、回生油圧モータ７１の流量が一定となるよう制御されるため、回生油圧モータ７１の流量変動に起因するアクチュエータ油路９ａ，９ｂの圧力変動を抑えることができる。
１　エンジン（原動機）
２　油圧ポンプ
３　旋回油圧モータ
４　コントロールバルブ
５　スプールバルブ
５ａ，５ｂ　パイロット受圧部
６　旋回操作装置
７　回生装置
８　コントローラ（制御装置）
９ａ，９ｂ　アクチュエータ油路
１０ａ，１０ｂ　パイロット油路
１０，１２　オーバロードリリーフ弁
１１，１３　メイクアップバルブ
１４，１５　チェック弁
１６　回生油路
１７　切換弁
１８　圧力センサ
３１　ブームシリンダ
３２　アームシリンダ
３３　バケットシリンダ
３４　走行油圧モータ
６１　パイロット弁
６２　操作レバー
７１　回生油圧モータ
７２　発電・電動機
７３　インバータ
７４　チョッパ
７５　蓄電装置
８１　目標回収流量設定部
８２　変換テーブル
８３　除算部
８４　出力変換部
１００　下部走行体
１０１　クローラ
１０２　クローラフレーム
２００　上部旋回体
２０１　旋回フレーム
３００　ショベル機構
３０１　ブーム
３０２　アーム
３０３　バケット

Claims (4)

  1. 　旋回体と、
    　前記旋回体を旋回駆動する旋回油圧モータと、
    　前記旋回油圧モータの圧油を給排する１対のアクチュエータ油路に接続された回生油路、この回生油路に接続された回生油圧モータ及び前記回生油圧モータと共に回転する発電・電動機を有する回生装置と、
    　前記１対のアクチュエータ油路のうち少なくとも高圧側の圧力を検出できる圧力検出装置と、
    　前記１対のアクチュエータ油路のそれぞれに接続されたオーバロードリリーフ弁と、
    　前記圧力検出装置によって検出された前記１対のアクチュエータ油路の高圧側の検出圧力が前記オーバロードリリーフ弁により予め設定された第１設定値未満のときは、前記回生油圧モータの目標流量をゼロまたは回生油路の油圧が負圧にならない程度の小流量に設定し、前記検出圧力が前記第１設定値以上のときは、前回生油圧モータの目標流量を前記検出圧力に応じた値に設定し、前記回生油圧モータの流量がこの目標流量となるように前記発電・電動機の回転数を制御する制御装置と
    　を備えたことを特徴とする建設機械。
  2. 　請求項１に記載の建設機械において、
    　前記制御装置は、前記検出圧力が前記第１設定値以上のときの目標流量を、前記オーバロードリリーフ弁のオーバライド特性を模擬して設定することを特徴とする建設機械。
  3. 　請求項１に記載の建設機械において、
    　前記制御装置は、前記検出圧力が前記第１設定値よりも高く設定された第２設定値以上のときは、前記回生油圧モータの目標流量を一定値に設定することを特徴とする建設機械。
  4. 　請求項１～３のいずれかに記載の建設機械において、
    　前記回生油路に設けられ、前記１対のアクチュエータ油路の高圧側の圧力が前記第１設定値と同等かそれより低く設定された第３設定値以上のときは前記回生油路を連通し、前記１対のアクチュエータ油路の高圧側の圧力が前記第３設定値未満のときは前記回生油路を遮断する切換弁を更に備えたことを特徴とする建設機械。
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