WO2018097029A1 - 建設機械 - Google Patents

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WO2018097029A1
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closed circuit
hydraulic
assist
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PCT/JP2017/041304
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哲平 齋藤
平工 賢二
自由理 清水
宏政 高橋
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日立建機株式会社
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    • F15B7/00Systems in which the movement produced is definitely related to the output of a volumetric pump; Telemotors
    • F15B7/005With rotary or crank input
    • F15B7/006Rotary pump input

Definitions

  • the present invention relates to a construction machine such as a hydraulic excavator.
  • Patent Document 1 is configured by connecting any one of a plurality of variable displacement hydraulic pumps and any one of a plurality of hydraulic actuators.
  • a configuration of a hydraulic closed circuit system including a plurality of closed circuits in which pressure oil circulates between a variable displacement hydraulic pump and a hydraulic actuator is described.
  • the present invention provides a construction machine in which a plurality of hydraulic pumps are driven by at least two prime movers to operate a plurality of hydraulic actuators while one of the prime movers operates while achieving energy saving and downsizing of the hydraulic system. Even if it becomes impossible, it makes it a subject to ensure operation
  • the present application includes a plurality of means for solving the above-described problems.
  • the first prime mover, the plurality of first closed circuit pumps driven by the first prime mover, and the plurality of first open circuits are adopted.
  • a first hydraulic drive device having a pump; a plurality of first hydraulic actuators operating with pressure oil supplied from at least one of the plurality of first closed circuit pumps and the plurality of first open circuit pumps; 2 prime movers, a second hydraulic drive device having a plurality of second closed circuit pumps and a plurality of second open circuit pumps driven by the second prime mover, the plurality of second closed circuit pumps and the plurality of second
  • the first hydraulic drive device includes the plurality of first hydraulic pressures.
  • one of the prime movers operates while achieving energy saving and miniaturization of the hydraulic system. Even if it becomes impossible, the minimum operation of the hydraulic actuator can be secured.
  • 1 is a side view of a hydraulic excavator according to a first embodiment of the present invention.
  • 1 is a hydraulic circuit diagram showing a hydraulic drive device and a control device for driving a hydraulic excavator according to a first embodiment of the present invention. It is the schematic which shows the flow of the pressure oil at the time of normal operation
  • a hydraulic excavator 100 swivels on a lower traveling body (traveling body) 103 provided with crawler-type traveling devices 8 a and 8 b on both sides in the left-right direction, and on the lower traveling body 103.
  • the upper revolving body 102 attached so that it was possible was provided.
  • a cab 101 on which an operator gets on is provided on the upper swing body 102.
  • a front work machine (work machine) 104 for performing excavation work or the like is attached to the front side of the upper swing body 102 so as to move up and down.
  • the front work machine 104 drives the boom 2, the single rod type boom cylinder 1 that drives the boom 2, the arm 4, the single rod type arm cylinder 3 that drives the arm 4, the bucket 6, and the bucket 6.
  • a single rod type bucket cylinder 5 In the boom cylinder 1, the tip of the boom rod 1 b is connected to the upper swing body 102, and the base end of the boom head 1 a is connected to the boom 2.
  • the tip of the arm rod 3 b is connected to the arm 4, and the arm head 3 a of the arm cylinder 3 is connected to the boom 2.
  • the tip end of the bucket rod 5 b is connected to the bucket 6, and the base end of the bucket head 5 a of the bucket cylinder 5 is connected to the arm 4.
  • the cab 101 is provided with an operation device 19 (see FIG. 2) for running / turning operation and operating the boom 2, arm 4, and bucket 6.
  • the operating device 19 includes a plurality of operating levers 19a to 19d.
  • the operating lever 19a is advancing / retracting the left traveling device 8a
  • the operating lever 19b is advancing / retreating the right traveling device 8b
  • the operating lever 19c is a revolving of the upper revolving body 102 and an arm extending / bending operation of the arm 4.
  • the operation lever 19d is used by the operator to instruct the boom 2 boom-up / boom-down operation and the bucket 6 bucket excavation / bucket release operation.
  • FIG. 2 is a hydraulic circuit diagram showing a hydraulic drive device and a control device for driving the hydraulic excavator.
  • a closed circuit connecting ⁇ and ⁇ is indicated as a closed circuit ⁇ - ⁇ .
  • the closed circuit 11-1 is a closed circuit that connects the closed circuit pump 11 and the boom cylinder 1.
  • an engine (first prime mover) 9a a first hydraulic drive device HD1 driven by power transmitted from the engine 9a via a transmission device 10a, and a first hydraulic drive A boom cylinder (first hydraulic actuator) 1 and an arm cylinder (first hydraulic actuator) 3 that operate with pressure oil supplied from the apparatus HD1, an engine (second prime mover) 9b, and an engine 9b through a transmission device 10b.
  • the second hydraulic drive device HD2 driven by the transmitted power, the bucket cylinder (second hydraulic actuator) 5 and the hydraulic motor (second hydraulic actuator) 7 that operate with the pressure oil supplied from the second hydraulic drive device HD2. And comprising.
  • FIG. 2 only one hydraulic motor 7 is shown, but in actuality, one for driving the upper turning body 102 and one for driving the left and right traveling devices 8a and 8b, respectively, a total of three.
  • Two hydraulic motors (hydraulic actuators) 7 are provided.
  • the first hydraulic drive device HD1 includes two closed circuit pumps (first closed circuit pump) 11, 12 connected to the engine 9a, two open circuit pumps (first open circuit pump) 15, 16, and a closed circuit pump. 11 and four closed circuits configured by connecting the boom cylinder 1, the arm cylinder 3, the bucket cylinder 5 and the hydraulic motor 7 via a flow path switching valve (first closed circuit switching device) 21a.
  • the closed circuit pump 12 and the four closed circuits configured by connecting the boom cylinder 1, the arm cylinder 3, the bucket cylinder 5 and the hydraulic motor 7 via the flow path switching valve 21a.
  • Assist valves 40a and 41 are provided with assist valves 23a and 24a, respectively, and emergency flow paths 50 and 51 are provided with auxiliary control valves 26a and 27a, respectively.
  • auxiliary control valves 26a and 27a By closing the assist valves 23a and 24a and opening the auxiliary control valves 26a and 27a, the pressure oil from the open circuit pumps 15 and 16 can be supplied to the arm cylinder 3 and the bucket cylinder 5, respectively.
  • These assist valves 23a, 24a and auxiliary control valves 26a, 27a are controlled in their opening / closing or flow path connection direction in accordance with a control command value from the control device 20.
  • the assist valves 23a and 24a and the auxiliary control valves 26a and 27a correspond to the “first assist switching device” of the present invention.
  • the pressure oil from the arm cylinder 3 returns from the hydraulic oil return channel 61 to the tank (hydraulic oil tank) 25 via the auxiliary control valve 26a.
  • the pressure oil from the bucket cylinder 5 returns from the hydraulic oil return flow path (first hydraulic oil return flow path) 62 to the tank 25 via the auxiliary control valve 27a.
  • the four circuits configured by connecting the closed circuit pump 13 to each of the boom cylinder 1, the arm cylinder 3, the bucket cylinder 5, and the hydraulic motor 7 via a flow path switching valve (second closed circuit switching device) 21b.
  • Four closed circuits configured by connecting a closed circuit, a closed circuit pump 14, and each of the boom cylinder 1, the arm cylinder 3, the bucket cylinder 5, and the hydraulic motor 7 via a flow path switching valve 21b;
  • the second hydraulic drive device HD2 includes a closed circuit 13-1 (second emergency circuit) in addition to the closed circuit 13-5 and the closed circuit 14-7 corresponding to the “second closed circuit” of the present invention.
  • the operation of the flow path switching valve 21b is controlled by a control signal from the control device 20.
  • the second hydraulic drive device HD2 is connected to a closed circuit (for example, a closed circuit 13-5) including the closed circuit pump 13, and supplies an assist flow path (first flow) for supplying pressure oil from the open circuit pump 17.
  • (2 assist flow path) 42 and an emergency flow path (second emergency flow path) 52 that branches from the assist flow path 42 and supplies the pressure oil from the open circuit pump 17 to the arm cylinder 3.
  • the second hydraulic drive device HD2 is connected to a closed circuit (for example, a closed circuit 14-7) including the closed circuit pump 14, and an assist passage (first flow) for supplying pressure oil from the open circuit pump 18.
  • 2 assist flow path) 43 and an emergency flow path (second emergency flow path) 53 that branches from the assist flow path 43 and supplies pressure oil from the open circuit pump 18 to the bucket cylinder 5.
  • Assist valves 23b and 24b are provided in the assist flow paths 42 and 43, respectively, and auxiliary control valves 26b and 27b are provided in the emergency flow paths 52 and 53, respectively.
  • auxiliary control valves 26b and 27b are provided in the emergency flow paths 52 and 53, respectively.
  • These assist valves 23b, 24b and auxiliary control valves 26b, 27b are controlled in their opening / closing or flow path connection direction in accordance with a control command value from the control device 20.
  • the assist valves 23b and 24b and the auxiliary control valves 26b and 27b correspond to the “second assist switching device” of the present invention.
  • the pressure oil from the arm cylinder 3 returns from the hydraulic oil return flow path (second hydraulic oil return flow path) 63 to the tank 25 via the auxiliary control valve 26b.
  • the pressure oil from the bucket cylinder 5 returns from the hydraulic oil return flow path 64 to the tank 25 via the auxiliary control valve 27b.
  • the closed circuit pumps 11 to 14 and the open circuit pumps 15 to 18 are each a tilting swash plate mechanism having a pair of input and output ports, and regulators 11a to 11a for adjusting the displacement of the pump by adjusting the tilt angle of the swash plate. 18a.
  • the regulators 11a to 18a control the discharge flow rate and the discharge direction of the closed circuit pumps 11 to 14 and the discharge flow rate of the open circuit pumps 15 to 18 according to the pump discharge flow rate command value received from the control device 20 via the signal line. To do.
  • the suction ports of the open circuit pumps 15 to 18 are connected to the tank 25.
  • FIG. 5 is a block diagram showing details of the control device 20.
  • the control device 20 includes an operation amount detector 20a, an engine failure detector 20b, a flow rate calculator 20c, a pump / valve controller 20d, and an emergency circuit controller 20e.
  • the operation levers 19a to 19d are connected to the control device 20 via signal lines.
  • the operation amount detector 20a detects the operation amounts of the operation levers 19a to 19d.
  • the engine failure detection unit 20b has a function of detecting a failure of the engines 9a and 9b. For example, when the engine failure detection unit 20b measures the engine speed of the engines 9a and 9b input from an engine speed detector (not shown) and the speed is lower than a preset target engine speed, Judge as failure.
  • the flow rate calculation unit 20c is based on the operation amount from the operation amount detection unit 20a and the information from the engine failure detection unit 20b, and each hydraulic actuator (that is, the boom cylinder 1, the arm cylinder 3, the bucket cylinder 5, and the hydraulic motor 7). Determine the control flow rate. Details of the flow rate calculation unit 20c will be described later.
  • the pump / valve control unit 20d applies to each device according to the discharge flow rate command values of the closed circuit pumps 11 to 14 and the open circuit pumps 15 to 18 and the control command values of the flow path switching valves 21a and 21b received from the flow rate calculation unit 20c.
  • a control command signal is output.
  • the emergency circuit control unit 20e applies to each device according to the control command values of the assist valves 23a, 23b, 24a, 24b and the control command values of the auxiliary control valves 26a, 26b, 27a, 27b received from the flow rate calculation unit 20c.
  • a control command signal is output.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the processing contents of the flow path calculation unit.
  • the process proceeds to step S2.
  • the discharge flow rate command values of the closed circuit pumps 11 to 14 and the open circuit pumps 15 to 18 are set to 0, and the flow control valves 21a and 21b are controlled.
  • the control command values of the assist valves 23a to 24b are set to open, and the control command values of the auxiliary control valves 26a to 27b are set to closed.
  • step S2 If it is determined in step S2 that the engines 9a and 9b are normal based on information from the engine failure detection unit 20b, the process proceeds to step S3. On the other hand, if it is determined that one of the engine 9a and the engine 9b has failed, the process proceeds to step S5, and the engine operates normally among the closed circuit pumps 11 to 14 and the open circuit pumps 15 to 18 proportional to the operation amount.
  • the discharge flow rate command value is set based on the operation amount of the operation levers 19a to 19d.
  • the control command values of the flow path switching valves 21a and 21b on the side where the engine is operating normally are set to open / close so as to connect the pump and the actuator in accordance with the operation commands of the operation levers 19a to 19d.
  • control command values of the assist valves 23a, 23b, 24a, 24b are set to be closed, and the control command values of the auxiliary control valves 26a to 27b are set to be open in response to the operation commands of the operation levers 19a to 19d. For example, if any engine fails, the information about the engine failure may be displayed on the monitor once on the monitor and the operator's approval may be obtained, and then step S5 may be executed.
  • step S3 the discharge flow rate command values of the closed circuit pumps 11 to 14 and the open circuit pumps 15 to 18 proportional to the operation amount are set, and the actuator and the closed circuit pump corresponding to the operation commands of the operation levers 19a to 19d are set.
  • the control command values of the flow path switching valves 21a and 21b are set to open / close so that 11 to 14 and the open circuit pumps 15 to 18 are connected.
  • the control command values of the assist valves 23a, 23b, 24a, and 24b are set to open, and the control command values of the auxiliary control valves 26a to 27b are set to closed.
  • the operation of the hydraulic drive device in the first embodiment will be described.
  • the state of the hydraulic circuit when both the engines 9a and 9b are operating normally will be described.
  • the operation amount detection unit 20a in the control device 20 is operated by the operation lever 19a.
  • An operation amount of ⁇ 19d is received through the signal line.
  • the engine failure detection unit 20b acquires operation information of the engines 9a and 9b via the signal line, and determines whether the engines 9a and 9b are operating normally.
  • the flow rate calculation unit 20c proceeds to step S3, where the operation amount multiplied by, for example, a preset proportional gain is set in the closed circuit pumps 11 to 11. 14 and the discharge flow rate command values of the open circuit pumps 15 to 18, the closed circuit pump 11 and the boom cylinder 1, the closed circuit pump 12 and the arm cylinder 3, the closed circuit pump 13 and the bucket cylinder 5, and the closed circuit pump 14 And the control command value of the flow path switching valves 21a and 21b are set so that the hydraulic motor 7 is connected to the flow path.
  • the flow rate calculation unit 20c sets the control command values of the assist valves 23a, 23b, 24a, and 24b to open, and sets the control command values of the auxiliary control valves 26a to 27b to closed.
  • the pump / valve control unit 20d outputs control signals to the closed circuit pumps 11 to 14, the open circuit pumps 15 to 18, and the flow path switching valves 21a and 21b according to the control command value from the flow rate calculation unit 20c.
  • the emergency circuit control unit 20e outputs an open control signal to the assist valves 23a, 23b, 24a, and 24b and a close control signal to the auxiliary control valves 26a to 27b in accordance with the control command value from the flow rate calculation unit 20c.
  • Fig. 3 shows the flow of pressure oil in the hydraulic circuit during normal operation.
  • the thick line in a figure has shown that it is a circuit through which pressure oil flows.
  • Each of the regulators 11a to 18a receives a control signal from the pump / valve control unit 20d via a signal line, and controls the discharge flow rates of the closed circuit pumps 11 to 14 and the open circuit pumps 15 to 18.
  • the closed circuit pump 11 discharges hydraulic oil to the boom head 1a of the boom cylinder 1 through the flow path switching valve 21a to extend the boom cylinder 1 (closed circuit 11-1).
  • the hydraulic oil discharged from the open circuit pump 15 merges into the hydraulic oil discharged from the closed circuit pump 11 via the assist valve 23a, and flows into the boom head 1a via the flow path switching valve 21a ( Assist flow path 40).
  • the closed circuit pump 12 discharges the hydraulic oil to the arm head 3a of the arm cylinder 3 through the flow path switching valve 21a to extend the arm cylinder 3 (closed circuit 12-3).
  • the hydraulic oil discharged from the open circuit pump 16 merges into the hydraulic oil discharged from the closed circuit pump 12 via the assist valve 24a, and flows into the arm head 3a via the flow path switching valve 21a ( Assist flow path 41).
  • the closed circuit pump 13 discharges hydraulic oil to the bucket head 5a of the bucket cylinder 5 through the flow path switching valve 21b, and extends the bucket cylinder 5 (closed circuit 13-5). At this time, the hydraulic oil discharged from the open circuit pump 17 merges into the hydraulic oil discharged from the closed circuit pump 13 via the assist valve 23b, and flows into the bucket head 5a via the flow path switching valve 21b ( Assist flow path 42).
  • the closed circuit pump 14 discharges hydraulic oil to the hydraulic motor 7 via the flow path switching valve 21b, and rotates the hydraulic motor 7 (closed circuit 14-7).
  • the hydraulic oil discharged from the open circuit pump 18 merges into the hydraulic oil discharged from the closed circuit pump 14 via the assist valve 24b, and flows into the hydraulic motor 7 via the flow path switching valve 21b ( Assist flow path 43).
  • all the actuators of the boom cylinder 1, the arm cylinder 3, the bucket cylinder 5, and the hydraulic motor 7 are simultaneously driven by the two engines 9a and 9b.
  • the flow rate calculation unit 20c proceeds to step S5 in FIG. 6 and opens the closed circuit pumps 11 and 12 by multiplying the manipulated variable by, for example, a preset proportional gain.
  • the discharge flow rate command values of the circuit pumps 15 and 16 are set, and the discharge flow rate command values of the closed circuit pumps 13 and 14 and the open circuit pumps 17 and 18 are set to 0.
  • the flow rate calculation unit 20c sets the control command values of the assist valves 23a, 23b, 24a, and 24b to be closed, and opens the auxiliary control valves 26a and 27a according to the operation direction and the operation amount instructed by the operation levers 19c and 19d. Set the command value. Further, the control command values for the auxiliary control valves 26b and 27b are set to be closed.
  • the pump / valve control unit 20d outputs control signals to the closed circuit pumps 11 to 14, the open circuit pumps 15 to 18, and the flow path switching valves 21a and 21b according to the control command value from the flow rate calculation unit 20c. Further, the emergency circuit control unit 20e outputs a close control signal to the assist valves 23a, 23b, 24a, and 24b and an open control signal to the auxiliary control valves 26a to 27b according to the control command value from the flow rate calculation unit 20c.
  • FIG. 4 shows the flow of pressure oil in the hydraulic circuit when the engine 9b cannot operate.
  • the thick line in a figure has shown that it is a circuit through which pressure oil flows.
  • the regulators 11a to 18a receive control signals from the pump / valve control unit 20d through signal lines, respectively, and control the discharge flow rates of the closed circuit pumps 11 to 14 and the open circuit pumps 15 to 18, respectively.
  • the closed circuit pump 11 discharges hydraulic oil to the boom head 1a of the boom cylinder 1 through the flow path switching valve 21a to extend the boom cylinder 1 (closed circuit 11-1).
  • the closed circuit pump 12 discharges hydraulic oil to the hydraulic motor 7 via the flow path switching valve 21a, and rotates the hydraulic motor 7 (closed circuit 12-7: first emergency closed circuit).
  • the hydraulic oil discharged from the open circuit pump 15 flows into the arm head 3a via the auxiliary control valve 26a and extends the arm cylinder 3 (emergency flow path 50).
  • the hydraulic oil discharged from the open circuit pump 16 flows into the bucket head 5a via the auxiliary control valve 27a, and extends the bucket cylinder 5 (emergency flow path 51).
  • the remaining one unit can perform the minimum combined operation of the four hydraulic actuators. Even if it occurs, the excavator can be contracted, the front working machine 104 can be returned to a stable posture, and the minimum emergency operation can be performed. Moreover, since the number of closed circuit pumps can be reduced, the arrangement of hydraulic piping can be simplified. In the present embodiment, when the engine 9b is not operable, the closed circuit pumps 11 and 12 drive the boom cylinder 1 and the hydraulic motor 7, and the open circuit pumps 15 and 16 drive the arm cylinder 3 and the bucket cylinder 5. Since the configuration is adopted, there is an advantage that the behavior of the four composite operations at the time of abnormality is stabilized.
  • FIG. 7 is a hydraulic circuit diagram showing a hydraulic drive device and a control device for driving a hydraulic excavator according to the second embodiment.

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Abstract

省エネ化と油圧システムの小型化とを図りつつ、一方の原動機が動作不能となった場合であっても最低限の油圧アクチュエータの動作を確保する。 本発明の建設機械は、第1原動機によって駆動される第1油圧駆動装置と、第2原動機によって駆動される第2油圧駆動装置と、を備える。第1油圧駆動装置は、第1油圧アクチュエータと第1閉回路ポンプとが接続された第1閉回路と、第1閉回路と第1開回路ポンプとを接続し、第1開回路ポンプから第1閉回路に圧油を供給する第1アシスト流路と、を有し、第2油圧駆動装置は、第2油圧アクチュエータと第2閉回路ポンプとが接続された第2閉回路を備える。さらに、本発明は、第1アシスト流路から分岐して、第2閉回路と接続し、第1開回路ポンプから第2閉回路に圧油を供給する第1非常用流路を備える。

Description

建設機械
 本発明は、油圧ショベルなどの建設機械に関する。
 近年、油圧ショベルやホイールローダなどの建設機械において、省エネ化が重要な開発項目になっている。建設機械の省エネ化には油圧システム自体の省エネ化が重要であり、油圧ポンプと油圧アクチュエータとを接続して閉回路を構成する油圧閉回路システムの適用が検討されている。この油圧閉回路システムは、油圧ポンプと油圧アクチュエータとの間に制御弁が設けられていないため、制御弁による圧損がなく、必要な流量のみを油圧ポンプが吐出するため流量損失もない。
 この種の油圧閉回路システムを搭載した建設機械の背景技術として、特許文献1には、複数の可変容量油圧ポンプのうち何れか1つと複数の油圧アクチュエータのうち何れか1つとを接続して構成され、可変容量油圧ポンプと油圧アクチュエータとの間で圧油が循環する複数の閉回路を備えた油圧閉回路システムの構成が記載されている。
 また一方で、大型の油圧ショベルの背景技術として、特許文献2には、油圧システムを2台の原動機で駆動する油圧ショベルの構成が記載されている。
米国特許出願公開第2016/0032565号明細書 特開平11-124879号公報
 特許文献2のように2台の原動機を搭載している大型の油圧ショベルでは、1台の原動機に接続される複数の油圧ポンプで全ての油圧アクチュエータを動作させる構成にすれば、仮に2台の原動機のうち一方が故障等により動作不能となった場合であっても、他方で油圧ショベルの最低限の動作を維持できる。その一方で、原動機を2台搭載した大型の油圧ショベルであっても、省エネ化のため、特許文献1のような油圧閉回路システムを適用したいとの要請がある。
 しかしながら、1台の原動機で全ての油圧アクチュエータを駆動させる油圧システムに特許文献1のような油圧閉回路システムを適用すると、油圧ポンプと電磁切換弁の数が多くなるため、油圧システムが複雑で大型化するという新たな課題が生じてしまう。
 そこで、本発明は、少なくとも2台の原動機で複数の油圧ポンプを駆動して、複数の油圧アクチュエータを動作させる建設機械において、省エネ化と油圧システムの小型化とを図りつつ、一方の原動機が動作不能となった場合であっても最低限の油圧アクチュエータの動作を確保することを課題とする。
 上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、第1原動機と、前記第1原動機によって駆動される複数の第1閉回路ポンプおよび複数の第1開回路ポンプを有する第1油圧駆動装置と、前記複数の第1閉回路ポンプおよび前記複数の第1開回路ポンプのうち少なくとも1つから供給される圧油で動作する複数の第1油圧アクチュエータと、第2原動機と、前記第2原動機によって駆動される複数の第2閉回路ポンプおよび複数の第2開回路ポンプを有する第2油圧駆動装置と、前記複数の第2閉回路ポンプおよび前記複数の第2開回路ポンプのうち少なくとも1つから供給される圧油で動作する複数の第2油圧アクチュエータと、を備えた建設機械において、前記第1油圧駆動装置は、前記複数の第1油圧アクチュエータのうち何れか1つと前記複数の第1閉回路ポンプのうち何れか1つとが接続された複数の第1閉回路と、前記複数の第1閉回路のうち何れか1つと前記複数の第1開回路ポンプのうち何れか1つとを接続し、前記第1開回路ポンプから前記第1閉回路に圧油を供給する複数の第1アシスト流路と、を有し、前記第2油圧駆動装置は、前記複数の第2油圧アクチュエータのうち何れか1つと前記複数の第2閉回路ポンプのうち何れか1つとが接続された、複数の第2閉回路を備え、前記建設機械は、前記複数の第1アシスト流路のうち何れか1つから分岐して、前記複数の第2閉回路のうち何れか1つと接続し、前記第1開回路ポンプから前記第2閉回路に圧油を供給する少なくとも1つの第1非常用流路と、前記第1アシスト流路を流れる圧油を前記第1非常用流路へ導くための第1アシスト切換装置と、前記第1アシスト切換装置の動作を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする。
 本発明によれば、少なくとも2台の原動機で複数の油圧ポンプを駆動して、複数の油圧アクチュエータを動作させる建設機械において、省エネ化と油圧システムの小型化とを図りつつ、一方の原動機が動作不能となった場合であっても最低限の油圧アクチュエータの動作を確保できる。なお、上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の第1実施形態に係る油圧ショベルの側面図である。 本発明の第1実施形態に係る油圧ショベルを駆動する油圧駆動装置と制御装置を示す油圧回路図である。 本発明の建設機械の第1実施形態における油圧回路の正常動作時における圧油の流れを示す概略図である。 本発明の建設機械の第1実施形態における油圧回路の片側エンジン失陥時(動作不能時)における圧油の流れを示す概略図である。 本発明の建設機械の第1実施形態を構成する制御装置の構成を示す概念図である。 本発明の建設機械の第1実施形態を構成する制御装置の流路演算部の処理内容を示すフローチャート図である。 本発明の建設機械の第2実施形態を構成する油圧駆動装置を示す概略図である。 本発明の建設機械の第2実施形態における油圧回路の正常動作時における圧油の流れを示す概略図である。 本発明の建設機械の第2実施形態における油圧回路の片側エンジン失陥時(動作不能時)における圧油の流れを示す概略図である。 本発明の建設機械の第2実施形態を構成する制御装置の構成を示す概念図である。 本発明の建設機械の第2実施形態を構成する制御装置の流路演算部の処理内容を示すフローチャート図である。
 以下、建設機械として大型の油圧ショベルを例にとって、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。なお、本発明は、原動機を2台以上搭載し、閉回路ポンプと油圧シリンダとを接続して閉回路を構成し、当該閉回路に開回路ポンプを接続して、開回路ポンプから油圧シリンダのヘッド側油室に作動油を供給可能な油圧閉回路システムを備えた建設機械全般に適用が可能であり、本発明の適用は油圧ショベルに限定されるものではない。
<第1実施形態>
 図1は本発明の第1実施形態に係る油圧ショベルの側面図である。なお、以下の説明では、油圧ショベルを操作するオペレータから見て、前後左右の方向を定めるものとする。よって、例えば、図1の左右方向は、油圧ショベルの前後方向である。
 図1に示すように、本実施形態に係る油圧ショベル100は、左右方向の両側にクローラ式の走行装置8a、8bを備えた下部走行体(走行体)103と、下部走行体103上に旋回可能に取り付けられた上部旋回体102とを備えている。上部旋回体102上には、オペレータが搭乗するキャブ101が設けられている。
 上部旋回体102の前側には、例えば掘削作業等を行うためのフロント作業機(作業機)104が俯仰動可能に取り付けられている。フロント作業機104は、ブーム2と、ブーム2を駆動する片ロッド式のブームシリンダ1と、アーム4と、アーム4を駆動する片ロッド式のアームシリンダ3と、バケット6と、バケット6を駆動する片ロッド式のバケットシリンダ5と、を備えている。ブームシリンダ1は、ブームロッド1bの先端部が上部旋回体102に連結され、ブームヘッド1aの基端部がブーム2に連結されている。アームシリンダ3は、アームロッド3bの先端部がアーム4に連結され、アームシリンダ3のアームヘッド3aがブーム2に連結されている。バケットシリンダ5は、バケットロッド5bの先端部がバケット6に連結され,バケットシリンダ5のバケットヘッド5aの基端がアーム4に連結されている。
 キャブ101には、走行・旋回操作と、ブーム2、アーム4、バケット6を操作するための操作装置19(図2参照)が配置されている。この操作装置19は、複数の操作レバー19a~19dを備える。操作レバー19aは左側の走行装置8aの前進/後退、操作レバー19bは右側の走行装置8bの前進/後退、操作レバー19cは、上部旋回体102の旋回とアーム4のアーム伸ばし/アーム曲げ動作、操作レバー19dは、ブーム2のブーム上げ/ブーム下げ動作とバケット6のバケット掘削/バケット開放動作を、オペレータが指示するためのものである。
 次に、油圧ショベル100を駆動するための油圧駆動装置のシステム構成を、図2を用いて説明する。図2は油圧ショベルを駆動する油圧駆動装置と制御装置を示す油圧回路図である。なお、以下の説明において、〇と□とを接続する閉回路のことを、閉回路〇-□と示す。例えば、閉回路11-1は、閉回路ポンプ11とブームシリンダ1とを接続する閉回路のことである。
 図2に示すように、本実施形態では、エンジン(第1原動機)9aと、エンジン9aから伝達装置10aを介して伝達された動力によって駆動される第1油圧駆動装置HD1と、第1油圧駆動装置HD1から供給される圧油で動作するブームシリンダ(第1油圧アクチュエータ)1およびアームシリンダ(第1油圧アクチュエータ)3と、エンジン(第2原動機)9bと、エンジン9bから伝達装置10bを介して伝達された動力によって駆動される第2油圧駆動装置HD2と、第2油圧駆動装置HD2から供給される圧油で動作するバケットシリンダ(第2油圧アクチュエータ)5および油圧モータ(第2油圧アクチュエータ)7と、を備える。
 なお、図2では油圧モータ7を1つしか図示していないが、実際には上部旋回体102の駆動用に1つ、左右の走行装置8a、8bの駆動用にそれぞれ1つずつ、合計3つの油圧モータ(油圧アクチュエータ)7が設けられている。
 第1油圧駆動装置HD1は、エンジン9aと接続される2つの閉回路ポンプ(第1閉回路ポンプ)11、12および2つの開回路ポンプ(第1開回路ポンプ)15、16と、閉回路ポンプ11と、ブームシリンダ1、アームシリンダ3、バケットシリンダ5、および油圧モータ7のそれぞれとを流路切換弁(第1閉回路切換装置)21aを介して接続して構成される4つの閉回路と、閉回路ポンプ12と、ブームシリンダ1、アームシリンダ3、バケットシリンダ5、および油圧モータ7のそれぞれとを流路切換弁21aを介して接続して構成される4つの閉回路と、を有する。
 より具体的には、第1油圧駆動装置HD1は、本発明の「第1閉回路」に相当する閉回路11-1と閉回路12-3の他に、閉回路11-3、閉回路11-5、閉回路11-7、閉回路12-1、閉回路12-5、閉回路12-7(第1非常用閉回路)を有している。そして、何れの閉回路に圧油を流すかは、流路切換弁21aの動作によって決まる。なお、流路切換弁21aの動作は制御装置20からの制御信号によって制御される。
 また、第1油圧駆動装置HD1は、閉回路ポンプ11を含んで構成される閉回路(例えば閉回路11-1)に接続され、開回路ポンプ15からの圧油を供給するアシスト流路(第1アシスト流路)40と、アシスト流路40から分岐してアームシリンダ3に開回路ポンプ15からの圧油を供給する非常用流路(第1非常用流路)50とを有する。また、第1油圧駆動装置HD1は、閉回路ポンプ12を含んで構成される閉回路(例えば閉回路12-3)に接続され、開回路ポンプ16からの圧油を供給するアシスト流路(第1アシスト流路)41と、アシスト流路41から分岐してバケットシリンダ5に開回路ポンプ16からの圧油を供給する非常用流路(第1非常用流路)51とを有する。
 アシスト流路40、41にはそれぞれアシスト弁23a、24aが設けられ、非常用流路50、51にはそれぞれ補助制御弁26a、27aが設けられている。これらアシスト弁23a、24aを閉じ、補助制御弁26a、27aを開けることにより、開回路ポンプ15、16からの圧油をアームシリンダ3、バケットシリンダ5にそれぞれ供給することができる。これらアシスト弁23a、24aおよび補助制御弁26a,27aは、制御装置20からの制御指令値に従い、それらの開閉あるいは流路接続方向が制御される。なお、アシスト弁23a、24aおよび補助制御弁26a、27aが、本発明の「第1アシスト切換装置」に相当する。
 また、アームシリンダ3からの圧油は、補助制御弁26aを介して作動油戻り流路61からタンク(作動油タンク)25へと戻る。同様に、バケットシリンダ5からの圧油は、補助制御弁27aを介して作動油戻り流路(第1作動油戻り流路)62からタンク25へ戻る。
 第2油圧駆動装置HD2についても同様に、エンジン9bと接続される2つの閉回路ポンプ(第2閉回路ポンプ)13、14および2つの開回路ポンプ(第2開回路ポンプ)17、18と、閉回路ポンプ13と、ブームシリンダ1、アームシリンダ3、バケットシリンダ5、および油圧モータ7のそれぞれとを流路切換弁(第2閉回路切換装置)21bを介して接続して構成される4つの閉回路と、閉回路ポンプ14と、ブームシリンダ1、アームシリンダ3、バケットシリンダ5、および油圧モータ7のそれぞれとを流路切換弁21bを介して接続して構成される4つの閉回路と、を有する。
 より具体的には、第2油圧駆動装置HD2は、本発明の「第2閉回路」に相当する閉回路13-5と閉回路14-7の他に、閉回路13-1(第2非常用閉回路)、閉回路13-3、閉回路13-7、閉回路14-1、閉回路14-3、閉回路14-5を有している。そして、何れの閉回路に圧油を流すかは、流路切換弁21bの動作によって決まる。なお、流路切換弁21bの動作は制御装置20からの制御信号によって制御される。
 また、第2油圧駆動装置HD2は、閉回路ポンプ13を含んで構成される閉回路(例えば閉回路13-5)に接続され、開回路ポンプ17からの圧油を供給するアシスト流路(第2アシスト流路)42と、アシスト流路42から分岐してアームシリンダ3に開回路ポンプ17からの圧油を供給する非常用流路(第2非常用流路)52とを有する。また、第2油圧駆動装置HD2は、閉回路ポンプ14を含んで構成される閉回路(例えば閉回路14-7)に接続され、開回路ポンプ18からの圧油を供給するアシスト流路(第2アシスト流路)43と、アシスト流路43から分岐してバケットシリンダ5に開回路ポンプ18からの圧油を供給する非常用流路(第2非常用流路)53とを有する。
 アシスト流路42、43にはそれぞれアシスト弁23b、24bが設けられ、非常用流路52、53にはそれぞれ補助制御弁26b、27bが設けられている。これらアシスト弁23b、24bを閉じ、補助制御弁26b、27bを開けることにより、開回路ポンプ17、18からの圧油をアームシリンダ3、バケットシリンダ5にそれぞれ供給することができる。これらアシスト弁23b、24bおよび補助制御弁26b,27bは、制御装置20からの制御指令値に従い、それらの開閉あるいは流路接続方向が制御される。なお、アシスト弁23b、24bおよび補助制御弁26b、27bが、本発明の「第2アシスト切換装置」に相当する。
 また、アームシリンダ3からの圧油は、補助制御弁26bを介して作動油戻り流路(第2作動油戻り流路)63からタンク25へと戻る。同様に、バケットシリンダ5からの圧油は、補助制御弁27bを介して作動油戻り流路64からタンク25へ戻る。
 なお、閉回路ポンプ11~14および開回路ポンプ15~18は、それぞれ一対の入出力ポートを持つ傾転斜板機構、および斜板の傾斜角を調整してポンプ押しのけ容積を調整するレギュレータ11a~18aを備えている。レギュレータ11a~18aは、制御装置20から信号線を介して受信したポンプ吐出流量指令値に従い、閉回路ポンプ11~14の吐出流量と吐出方向、また、開回路ポンプ15~18の吐出流量を制御する。開回路ポンプ15~18の吸入ポートはタンク25に接続されている。
 次に、制御装置20の詳細について図5を用いて説明する。図5は、制御装置20の詳細を示すブロック図である。図5に示すように、制御装置20は、操作量検知部20a、エンジン故障検知部20b、流量演算部20c、ポンプ・バルブ制御部20d、非常用回路制御部20eを備える。操作レバー19a~19dは、信号線を介して制御装置20に接続されている。操作量検知部20aは操作レバー19a~19dの操作量を検知する。
 エンジン故障検知部20bはエンジン9a、9bの故障を検出する機能を備える。例えば、エンジン故障検知部20bがエンジン回転数検出器(図示せず)から入力されたエンジン9a、9bのエンジン回転数を計測し、回転数が予め設定した目標エンジン回転数より下がっていた場合、故障と判定する。
 流量演算部20cは、操作量検知部20aからの操作量およびエンジン故障検知部20bからの情報を元に、各油圧アクチュエータ(すなわち、ブームシリンダ1、アームシリンダ3、バケットシリンダ5、油圧モータ7)の制御流量を決定する。なお、流量演算部20cの詳細は後述する。
 ポンプ・バルブ制御部20dは、流量演算部20cより受け取った閉回路ポンプ11~14と開回路ポンプ15~18の吐出流量指令値および流路切換弁21a、21bの制御指令値に従い、各機器に対し制御指令信号を出力する。
 非常用回路制御部20eは、流量演算部20cより受け取った、アシスト弁23a、23b、24a、24bの制御指令値および補助制御弁26a、26b、27a、27bの制御指令値に従い、各機器に対し制御指令信号を出力する。
 次に、図6を用いて、流量演算部20cの詳細について説明する。図6は流路演算部の処理内容を示すフローチャート図である。図6に示すように、ステップS1において、操作量検知部20aからの操作量が0より大きければステップS2に進む。一方、操作量が0の場合、ステップS4へと進み、閉回路ポンプ11~14と開回路ポンプ15~18の吐出流量指令値を0に設定し、また、流路切換弁21a、21bの制御指令値を閉に設定する。また、アシスト弁23a~24bの制御指令値を開に設定し、補助制御弁26a~27bの制御指令値を閉に設定する。
 ステップS2において、エンジン故障検知部20bからの情報でエンジン9a、9bが正常と判定された場合、ステップS3に進む。一方、エンジン9aとエンジン9bの一方が故障と判断された場合、ステップS5へと進み、操作量に例えば比例した閉回路ポンプ11~14と開回路ポンプ15~18の内、エンジンが正常稼働している側の吐出流量を操作レバー19a~19dの操作量に基づき吐出流量指令値を設定する。エンジンが正常稼働している側の流路切換弁21a、21bの制御指令値を操作レバー19a~19dの操作指令に対応して、ポンプとアクチュエータを接続するよう開/閉に設定する。また、アシスト弁23a、23b、24a、24bの制御指令値を閉に設定し、操作レバー19a~19dの操作指令に対応して、補助制御弁26a~27bの制御指令値を開に設定する。なお、例えば、いずれかのエンジンが故障した場合、一度、オペレータにエンジンが故障した情報をモニタなどで表示し、オペレータの了承を得たのち、ステップS5を実行しても良い。
 ステップS3において、操作量に例えば比例した閉回路ポンプ11~14と開回路ポンプ15~18の吐出流量指令値を設定し、また、操作レバー19a~19dの操作指令に対応したアクチュエータと閉回路ポンプ11~14と開回路ポンプ15~18を接続するよう、流路切換弁21a、21bの制御指令値を開/閉を設定する。この時、アシスト弁23a、23b、24a、24bの制御指令値を開に設定、補助制御弁26a~27bの制御指令値を閉に設定する。
 次に、第1実施形態における油圧駆動装置の動作について説明する。まず、両方のエンジン9a、9bが正常稼働している場合の油圧回路の状態を説明する。オペレータが操作レバー19a~19d全てを操作し、ブームシリンダ1、アームシリンダ3、バケットシリンダ5、油圧モータ7を駆動する入力を与えると、制御装置20内の操作量検知部20aは、操作レバー19a~19dの操作量を、信号線を介して受け取る。エンジン故障検知部20bは信号線を介してエンジン9a、9bの稼働情報を取得し、エンジン9a、9bが正常に稼働しているかを判定する。
 流量演算部20cは、図6に示す通り、エンジン9a、9bが正常に稼働している場合、ステップS3へと進み、操作量に例えば予め設定した比例ゲインを乗じたものを閉回路ポンプ11~14と開回路ポンプ15~18の吐出流量指令値として設定し、また、閉回路ポンプ11とブームシリンダ1、閉回路ポンプ12とアームシリンダ3、閉回路ポンプ13とバケットシリンダ5、閉回路ポンプ14と油圧モータ7を流路で接続するように流路切換弁21a、21bの制御指令値を設定する。また、流量演算部20cは、アシスト弁23a、23b、24a、24bの制御指令値を開に設定し、補助制御弁26a~27bの制御指令値を閉に設定する。
 ポンプ・バルブ制御部20dは、流量演算部20cからの制御指令値に従い、閉回路ポンプ11~14と開回路ポンプ15~18、流路切換弁21a、21bへと制御信号を出力する。また、非常用回路制御部20eは、流量演算部20cからの制御指令値に従い、アシスト弁23a、23b、24a、24bに開制御信号と補助制御弁26a~27bへ閉制御信号を出力する。
 図3に正常動作時における油圧回路の圧油の流れを示す。なお、図中の太線は圧油が流れる回路であることを示している。レギュレータ11a~18aはそれぞれポンプ・バルブ制御部20dからの制御信号を、信号線を介して受け取り、閉回路ポンプ11~14と開回路ポンプ15~18の吐出流量を制御する。閉回路ポンプ11は流路切換弁21aを介してブームシリンダ1のブームヘッド1aへと作動油を吐出し、ブームシリンダ1を伸展させる(閉回路11-1)。この時、開回路ポンプ15が吐出した作動油はアシスト弁23aを介して、閉回路ポンプ11が吐出した作動油へと合流し、流路切換弁21aを介してブームヘッド1aへと流入する(アシスト流路40)。
 閉回路ポンプ12は流路切換弁21aを介してアームシリンダ3のアームヘッド3aへと作動油を吐出し、アームシリンダ3を伸展させる(閉回路12-3)。この時、開回路ポンプ16が吐出した作動油はアシスト弁24aを介して、閉回路ポンプ12が吐出した作動油へと合流し、流路切換弁21aを介してアームヘッド3aへと流入する(アシスト流路41)。
 閉回路ポンプ13は流路切換弁21bを介してバケットシリンダ5のバケットヘッド5aへと作動油を吐出し、バケットシリンダ5を伸展させる(閉回路13-5)。この時、開回路ポンプ17が吐出した作動油はアシスト弁23bを介して、閉回路ポンプ13が吐出した作動油へと合流し、流路切換弁21bを介してバケットヘッド5aへと流入する(アシスト流路42)。
 閉回路ポンプ14は流路切換弁21bを介して油圧モータ7へと作動油を吐出し、油圧モータ7を回転させる(閉回路14-7)。この時、開回路ポンプ18が吐出した作動油はアシスト弁24bを介して、閉回路ポンプ14が吐出した作動油へと合流し、流路切換弁21bを介して油圧モータ7へと流入する(アシスト流路43)。これにより、ブームシリンダ1、アームシリンダ3、バケットシリンダ5、油圧モータ7の全てのアクチュエータは2台のエンジン9a、9bで同時に駆動される。
 次に、片側のエンジンの動作不能時の油圧回路の状態を説明する。ここでは、エンジン9bに異常が発生した場合を想定して説明する。エンジン9bが故障していると判定された場合、流量演算部20cは、図6のステップS5に進んで、操作量に例えば予め設定した比例ゲインを乗じたものを閉回路ポンプ11、12と開回路ポンプ15、16の吐出流量指令値として設定し、閉回路ポンプ13、14と開回路ポンプ17、18の吐出流量指令値を0に設定する。
 さらに、閉回路ポンプ11とブームシリンダ1、閉回路ポンプ12と油圧モータ7を流路で接続するように流路切換弁21aの制御指令値を設定する。この時、流路切換弁21bには閉指令値を設定する。
 流量演算部20cは、アシスト弁23a、23b、24a、24bの制御指令値を閉に設定し、補助制御弁26a、27aを操作レバー19c、19dによって指示された操作方向と操作量に応じた開指令値を設定する。また、補助制御弁26b、27bの制御指令値を閉に設定する。
 ポンプ・バルブ制御部20dは、流量演算部20cからの制御指令値に従い、閉回路ポンプ11~14と開回路ポンプ15~18、流路切換弁21a、21bへと制御信号を出力する。また、非常用回路制御部20eは、流量演算部20cからの制御指令値に従い、アシスト弁23a、23b、24a、24bに閉制御信号と補助制御弁26a~27bへ開制御信号を出力する。
 図4にエンジン9bの動作不能時における油圧回路の圧油の流れを示す。なお、図中の太線は圧油が流れる回路であることを示している。レギュレータ11a~18aは、それぞれポンプ・バルブ制御部20dからの制御信号を信号線を介して受け取り、閉回路ポンプ11~14と開回路ポンプ15~18の吐出流量を制御する。閉回路ポンプ11は流路切換弁21aを介してブームシリンダ1のブームヘッド1aへと作動油を吐出し、ブームシリンダ1を伸展させる(閉回路11-1)。閉回路ポンプ12は流路切換弁21aを介して油圧モータ7へと作動油を吐出し、油圧モータ7を回転させる(閉回路12-7:第1非常用閉回路)。
 一方、開回路ポンプ15が吐出した作動油は補助制御弁26aを介して、アームヘッド3aへと流入し、アームシリンダ3を伸展させる(非常用流路50)。開回路ポンプ16が吐出した作動油は補助制御弁27aを介して、バケットヘッド5aへと流入し、バケットシリンダ5を伸展させる(非常用流路51)。これにより、ブームシリンダ1、アームシリンダ3、バケットシリンダ5、油圧モータ7の全ての油圧アクチュエータは1台のエンジン9aで同時に駆動される。
 次に、本実施形態に係る油圧ショベルの作用効果について説明する。2台のエンジンを搭載した大型の油圧ショベルの油圧回路装置に、従来の油圧閉回路システムを適用して、1台のエンジンが動作不能となったときでも4つの油圧アクチュエータを駆動させたい場合、1つのエンジンに対して4つ全てのアクチュエータを駆動するために4つの閉回路ポンプが必要であった。しかし、本実施形態では、エンジンの動作不能時には、閉回路に接続されている開回路ポンプを、動作不能となったエンジンと接続されている閉回路に接続して、開回路ポンプにより別の油圧アクチュエータを動作させるように構成したので、閉回路ポンプの数を半分にすることができる。また、閉回路ポンプの数を減らすことにより、油圧配管の配索も簡素化される。
 つまり、本実施形態では、2台のエンジンのうち1台が動作不能に陥っても、残りの1台で、4つの油圧アクチュエータの最低限の複合動作が可能となるため、例えばエンジンのトラブルが発生しても、油圧ショベルを縮退させたり、フロント作業機104の安定した姿勢に戻したり、最低限の非常時動作が可能である。しかも、閉回路ポンプの数を低減させることができるため、油圧配管の配索が簡素化できる。また、本実施形態では、エンジン9bの動作不能時において、閉回路ポンプ11、12でブームシリンダ1と油圧モータ7を駆動し、開回路ポンプ15、16でアームシリンダ3、バケットシリンダ5を駆動する構成としたので、異常時の4複合動作の挙動が安定するといった利点もある。
<第2実施形態>
 次に、本発明の第2実施形態について図7~11を用いて説明する。なお、以下の説明において、第1実施形態と同一構成については同一符号を付して説明を省略する。
 第2実施形態では、図3に示す第1実施形態のアシスト弁23a~24bを用いない構成とした点が第1実施形態と主に相違する。図7は、第2実施形態に係る油圧ショベルを駆動する油圧駆動装置と制御装置を示す油圧回路図である。
 図7に示すように、第2実施形態では、開回路ポンプ15、16の吐出側流路は流路切換弁(第1閉回路切換装置)21cに接続され、また、開回路ポンプ17、18の吐出側は流路切換弁(第2閉回路切換装置)21dに接続されている。流路切換弁21c、21dは制御装置20から信号線を介して受信した制御指令値により、閉回路ポンプ11~14と、ブームシリンダ1、アームシリンダ3、バケットシリンダ5、油圧モータ7のいずれかと接続し、また、開回路ポンプ15~18と、ブームヘッド1a、アームヘッド3a、バケットヘッド5aのいずれかと接続し、開回路ポンプ15~18が吐出した作動油を、閉回路ポンプ11~14が吐出した作動油に合流させる機能を備える。
 さらに、開回路ポンプ15~18の吐出側流路から分岐した流路は、ロッドアシスト弁(第1アシスト切換装置、第2アシスト切換装置)28a、29a、28b、29bをそれぞれ介して、アームロッド3b、バケットロッド5bへと接続される。ロッドアシスト弁28a、29a、28b、29bは、制御装置20から信号線を介して受信した制御指令値により開閉を制御される。
 アームヘッド3aおよびアームロッド3bに接続された流路から分岐して、フラッシング弁30aが接続されており、フラッシング弁30aは、フラッシング弁30aに接続された流路の内、低圧側の流路とタンク25とを作動油戻り流路(第2作動油戻り流路)65を介して接続する。また、バケットヘッド5aおよびバケットロッド5bに接続された流路から分岐して、フラッシング弁30bが接続されており、フラッシング弁30bは、フラッシング弁30bに接続された流路の内、低圧側の流路とタンク25とを作動油戻り流路(第1作動油戻り流路)66を介して接続する。
 次に、第2実施形態における油圧駆動装置の動作について説明する。まず、両方のエンジン9a、9bが正常稼働している場合の油圧回路の状態を、図7を用いて説明する。オペレータが操作レバー19a~19d全てを操作し、ブームシリンダ1、アームシリンダ3、バケットシリンダ5を伸展方向、油圧モータ7を右回転駆動する入力を与えると、制御装置20内の操作量検知部20aは、操作レバー19a~19dの操作量を、信号線を介して受け取る。エンジン故障検知部20bは信号線を介してエンジン9a、9bの稼働情報を取得し、エンジン9a、9bが正常に稼働しているかを判定する。流量演算部20cは、操作量検知部20aからの操作量およびエンジン故障検知部20bからの情報を元に、各アクチュエータの制御流量を決定する。
 次に流量演算部20cの詳細について、図11を用いて説明する。図11は、第2実施形態における制御処理の手順を示すフローチャートである。エンジン9a、9bが正常に稼働している場合、ステップS3へと進み、操作量に例えば予め設定した比例ゲインを乗じたものを閉回路ポンプ11~14と開回路ポンプ15~18の吐出流量指令値として設定し、また、閉回路ポンプ11とブームシリンダ1、閉回路ポンプ12とアームシリンダ3、閉回路ポンプ13とバケットシリンダ5、閉回路ポンプ14と油圧モータ7を流路で接続するように流路切換弁21c、21dの制御指令値を設定する。
 さらに、開回路ポンプ15とブームヘッド1a、開回路ポンプ16とアームヘッド3a、開回路ポンプ17とバケットヘッド5a、開回路ポンプ18と油圧モータ7とを流路で接続するように、流路切換弁21c、21dの制御指令値を設定する。流量演算部20cは、ロッドアシスト弁28a、29a、28b、29bの制御指令値を閉に設定する。
 ポンプ・バルブ制御部20dは、流量演算部20cからの制御指令値に従い、閉回路ポンプ11~14と開回路ポンプ15~18、流路切換弁21c、21dへと制御信号を出力する。また、非常用回路制御部20eは、流量演算部20cからの制御指令値に従い、ロッドアシスト弁28a、29a、28b、29bへ閉制御信号を出力する。
 図8に油圧回路の圧油の流れを示す。なお、図中の太線は圧油が流れる回路であることを示している。レギュレータ11a~18aはそれぞれポンプ・バルブ制御部20dからの制御信号を、信号線を介して受け取り、閉回路ポンプ11~14と開回路ポンプ15~18の吐出流量を制御する。閉回路ポンプ11は流路切換弁21cを介してブームシリンダ1のブームヘッド1aへと作動油を吐出し、ブームシリンダ1を伸展させる(閉回路11-1)。この時、開回路ポンプ15が吐出した作動油は流路切換弁21cを介して、閉回路ポンプ11が吐出した作動油へと合流し、ブームヘッド1aへと流入する(アシスト流路40)。
 閉回路ポンプ12は流路切換弁21cを介してアームシリンダ3のアームヘッド3aへと作動油を吐出し、アームシリンダ3を伸展させる(閉回路12-3)。この時、開回路ポンプ16が吐出した作動油は流路切換弁21cを介して、アームヘッド3aへと流入する(アシスト流路41)。
 閉回路ポンプ13は流路切換弁21dを介してバケットシリンダ5のバケットヘッド5aへと作動油を吐出し、バケットシリンダ5を伸展させる(閉回路13-5)。この時、開回路ポンプ17が吐出した作動油は流路切換弁21dを介して、バケットヘッド5aへと流入する(アシスト流路42)。
 閉回路ポンプ14は流路切換弁21dを介して油圧モータ7へと作動油を吐出し、油圧モータ7を回転させる(閉回路14-7)。この時、開回路ポンプ18が吐出した作動油は流路切換弁21dを介して油圧モータ7へと流入する。(アシスト流路43)これにより、ブームシリンダ1、アームシリンダ3、バケットシリンダ5、油圧モータ7の全てのアクチュエータは2台のエンジン9a、9bで同時に駆動される。
 次に、第2実施形態における片側のエンジン9bの失陥時(動作不能時)に最低限の作業可能状態を維持する場合について図9~図11を用いて説明する。
 オペレータが操作レバー19a~19d全てを操作し、ブームシリンダ1、アームシリンダ3、バケットシリンダ5を伸展方向、油圧モータ7を右回転駆動する入力を与えると、図10に示す制御装置20内の操作量検知部20aは、は操作レバー19a~19dの操作量を、信号線を介して受け取る。
 エンジン故障検知部20bは信号線を介してエンジン9a、9bの稼働情報を取得し、エンジン9a、9bが正常に稼働しているかを判定する。流量演算部20cは、図11に示す通り、エンジン9bが故障していると判断された場合、ステップS5へと進み、操作量に例えば予め設定した比例ゲインを乗じたものを閉回路ポンプ11、12と開回路ポンプ15、16の吐出流量指令値として設定、また、閉回路ポンプ13、14と開回路ポンプ17、18の吐出流量指令値を0に設定する。また、閉回路ポンプ11とブームシリンダ1、閉回路ポンプ12と油圧モータ7、また、開回路ポンプ15とアームヘッド3a、開回路ポンプ16とバケットヘッド5aとを流路で接続するように、流路切換弁21cの制御指令値を設定する。この時、流路切換弁21dの制御指令値は閉を設定する。また、流量演算部20cは、ロッドアシスト弁28a、29a、28b、29bの制御指令値を開に設定する。
 ポンプ・バルブ制御部20dは、流量演算部20cからの制御指令値に従い、閉回路ポンプ11~14と開回路ポンプ15~18、流路切換弁21c、21dへと制御信号を出力する。また、非常用回路制御部20eは、流量演算部20cからの制御指令値に従い、ロッドアシスト弁28a、29a、28b、29bへ制御信号を出力する。
 図9に油圧回路の圧油の流れを示す。なお、図中の太線は圧油が流れる回路であることを示している。レギュレータ11a~18aはそれぞれポンプ・バルブ制御部20dからの制御信号を、信号線を介して受け取り、閉回路ポンプ11~14と開回路ポンプ15~18の吐出流量を制御する。閉回路ポンプ11は流路切換弁21cを介してブームシリンダ1のブームヘッド1aへと作動油を吐出し、ブームシリンダ1を伸展させる(閉回路11-1)。閉回路ポンプ12は流路切換弁21cを介して油圧モータ7へと作動油を吐出し、油圧モータ7を回転させる(閉回路12-7:第1非常用閉回路)。
 開回路ポンプ15が吐出した作動油はロッドアシスト弁28aを介して、アームヘッド3aへと流入し、アームシリンダ3を伸展させる(非常用流路50)。この時、アームロッド3bから流出した作動油は、フラッシング弁30aを介して作動油戻り流路65を流れてタンク25へ流出する。
 開回路ポンプ16が吐出した作動油はロッドアシスト弁29aを介して、バケットヘッド5aへと流入し、バケットシリンダ5を伸展させる(非常用流路51)。この時、バケットロッド5bから流出した作動油は、フラッシング弁30bを介して作動油戻り流路65を流れてタンク25へ流出する。これにより、ブームシリンダ1、アームシリンダ3、バケットシリンダ5、油圧モータ7の全てのアクチュエータは1台のエンジン9aで同時に駆動される。
 一方、エンジン9bが動作不能時において、オペレータが操作レバー19a~19d全てを操作し、ブームシリンダ1、アームシリンダ3、バケットシリンダ5を収縮方向、油圧モータ7を左回転駆動する入力を与えると、図10に示す制御装置20内の流量演算部20cは、閉回路ポンプ11とブームシリンダ1、閉回路ポンプ12と油圧モータ7とが接続されるように流路切換弁21cの制御指令値を設定する。また、開回路ポンプ15とアームロッド3b、開回路ポンプ16とバケットロッド5bとを流路で接続するように、ロッドアシスト弁28aおよび29aの制御指令値を開に設定する。
 ポンプ・バルブ制御部20dは、流量演算部20cからの制御指令値に従い、閉回路ポンプ11~14と開回路ポンプ15~18、流路切換弁21c、21dへと制御信号を出力する。また、非常用回路制御部20eは、流量演算部20cからの制御指令値に従い、ロッドアシスト弁28a、29a、28b、29bへ制御信号を出力する。図7に示す、レギュレータ11a~18aはそれぞれポンプ・バルブ制御部20dからの制御信号を、信号線を介して受け取り、閉回路ポンプ11~14と開回路ポンプ15~18の吐出流量を制御する。
 図9において、閉回路ポンプ11は流路切換弁21cを介してブームシリンダ1のブームヘッド1aへと作動油を吐出し、ブームシリンダ1を収縮させる。閉回路ポンプ12は流路切換弁21cを介して油圧モータ7へと作動油を吐出し、油圧モータ7を回転させる。開回路ポンプ15が吐出した作動油はロッドアシスト弁28aを介して、アームロッド3bへと流入し、アームシリンダ3を収縮させる。この時、アームヘッド3aから流出した作動油は、フラッシング弁30aを介してタンク25へ流出する。開回路ポンプ16が吐出した作動油はロッドアシスト弁29aを介して、バケットロッド5bへと流入し、バケットシリンダ5を収縮させる。この時、バケットヘッド5aから流出した作動油は、フラッシング弁30bを介してタンク25へ流出する。これにより、ブームシリンダ1、アームシリンダ3、バケットシリンダ5、油圧モータ7の全てのアクチュエータは同時に駆動される。
 次に、第2実施形態における作用効果について説明する。例えば第1実施形態においては、片側エンジンが故障した際に必要な油圧機器とその制御が多く、例えば、開回路ポンプ15~18と閉回路ポンプ11~14との作動油の合流するアシスト流路を遮断するために、アシスト弁23a~24bを設けて閉にし、また、補助制御弁の接続方向を制御する必要があった。
 一方、第2実施形態では、流路切換弁21c、21dに開回路ポンプ15~18のシリンダヘッド側への合流回路を加える事で、第1実施形態で必要だったアシスト弁23a~24bが不要となる。また補助制御弁26a~27bの方向切換機能が不要となることで、ロッドアシスト弁28a、28b、29a、29bのように、単純な切換弁にできることで、片側エンジン失陥時の作業効率の低下を抑制できる機能を維持しながら油圧回路構成を簡素化でき、搭載コスト等を低減できる。
 以上の実施形態では、油圧ショベルに本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明は油圧ショベル以外の建設機械にも適用可能である。例えば、エンジンを2台以上搭載した油圧式クレーン等の作業装置で、複数の油圧シリンダを閉回路によって駆動する油圧装置を備えた建設機械の全般に本発明は適用可能である。また、閉回路ポンプ11~14に替えて両傾転ポンプ・モータを用いても良い。この場合、エネルギの回生も可能となる。
 1 ブームシリンダ(第1油圧アクチュエータ)
 2 ブーム
 3 アームシリンダ(第1油圧アクチュエータ)
 4 アーム
 5 バケットシリンダ(第2油圧アクチュエータ)
 6 バケット
 7 油圧モータ(第2油圧アクチュエータ)
 9a、9b エンジン(原動機)
 11、12 閉回路ポンプ(第1開回路ポンプ)
 13、14 開回路ポンプ(第2開回路ポンプ)
 15、16 開回路ポンプ(第1開回路ポンプ)
 17、18 開回路ポンプ(第2開回路ポンプ)
 19 操作装置
 20 制御装置
 20b エンジン故障検知部
 21a 流路切換弁(第1閉回路切換装置)
 21b 流路切換弁(第2閉回路切換装置)
 21c 流路切換弁(第1閉回路切換装置)
 21d 流路切換弁(第2閉回路切換装置)
 23a、24a アシスト弁(第1アシスト切換装置)
 23b、24b アシスト弁(第2アシスト切換装置)
 25 タンク(作動油タンク)
 26a、27a 補助制御弁(第1アシスト切換装置)
 26b、27b 補助制御弁(第2アシスト切換装置)
 28a、29a ロッドアシスト弁(第1アシスト切換装置)
 28b、29b ロッドアシスト弁(第2アシスト切換装置)
 30a、30b フラッシング弁
 40、41 アシスト流路(第1アシスト流路)
 42、43 アシスト流路(第2アシスト流路)
 50、51 非常用流路(第1非常用流路)
 52、53 非常用流路(第2非常用流路)
 62、66 作動油戻り流路(第1作動油戻り流路)
 63、65 作動油戻り流路(第2作動油戻り流路)
 100 油圧ショベル(建設機械)
 102 上部旋回体
 103 下部走行体(走行体)
 104 フロント作業機(作業機)
 HD1 第1油圧駆動装置
 HD2 第2油圧駆動装置

Claims (7)

  1.  第1原動機と、
     前記第1原動機によって駆動される複数の第1閉回路ポンプおよび複数の第1開回路ポンプを有する第1油圧駆動装置と、
     前記複数の第1閉回路ポンプおよび前記複数の第1開回路ポンプのうち少なくとも1つから供給される圧油で動作する複数の第1油圧アクチュエータと、
     第2原動機と、
     前記第2原動機によって駆動される複数の第2閉回路ポンプおよび複数の第2開回路ポンプを有する第2油圧駆動装置と、
     前記複数の第2閉回路ポンプおよび前記複数の第2開回路ポンプのうち少なくとも1つから供給される圧油で動作する複数の第2油圧アクチュエータと、を備えた建設機械において、
     前記第1油圧駆動装置は、
     前記複数の第1油圧アクチュエータのうち何れか1つと前記複数の第1閉回路ポンプのうち何れか1つとが接続された複数の第1閉回路と、
     前記複数の第1閉回路のうち何れか1つと前記複数の第1開回路ポンプのうち何れか1つとを接続し、前記第1開回路ポンプから前記第1閉回路に圧油を供給する複数の第1アシスト流路と、を有し、
     前記第2油圧駆動装置は、
     前記複数の第2油圧アクチュエータのうち何れか1つと前記複数の第2閉回路ポンプのうち何れか1つとが接続された、複数の第2閉回路を備え、
     前記建設機械は、
     前記複数の第1アシスト流路のうち何れか1つから分岐して、前記複数の第2閉回路のうち何れか1つと接続し、前記第1開回路ポンプから前記第2閉回路に圧油を供給する少なくとも1つの第1非常用流路と、
     前記第1アシスト流路を流れる圧油を前記第1非常用流路へ導くための第1アシスト切換装置と、
     前記第1アシスト切換装置の動作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において、
     前記第2油圧駆動装置は、
     前記複数の第2閉回路のうち何れか1つと前記複数の第2開回路ポンプのうち何れか1つとを接続し、前記第2開回路ポンプから前記第2閉回路に圧油を供給する複数の第2アシスト流路を有し、
     前記建設機械は、
     前記複数の第2アシスト流路のうち何れか1つから分岐して、前記複数の第1閉回路のうち何れか1つと接続し、前記第2アシスト流路と繋がっている前記第2開回路ポンプから前記第1閉回路に圧油を供給する少なくとも1つの第2非常用流路と、
     前記第2アシスト流路を流れる圧油を前記第2非常用流路へ導くための第2アシスト切換装置と、を備え、
     前記制御装置は、前記第2アシスト切換装置の動作を制御することを特徴とする建設機械。
  3.  請求項2において、
     前記複数の第2油圧アクチュエータのうち何れか1つと前記複数の第1閉回路ポンプのうち何れか1つとを接続し、前記第2油圧アクチュエータと前記第1閉回路ポンプとの間で圧油が循環する少なくとも1つの第1非常用閉回路と、
     前記第1閉回路ポンプから供給されて前記第1閉回路を流れる圧油を、前記第1非常用閉回路へと導くための第1閉回路切換装置と、
     前記複数の第1油圧アクチュエータのうち何れか1つと前記複数の第2閉回路ポンプのうち何れか1つとを接続し、前記第1油圧アクチュエータと前記第2閉回路ポンプとの間で圧油が循環する少なくとも1つの第2非常用閉回路と、
     前記第2閉回路ポンプから供給されて前記第2閉回路を流れる圧油を、前記第2非常用閉回路へと導くための第2閉回路切換装置と、をさらに備え、
     前記制御装置は、前記第1閉回路切換装置および前記第2閉回路切換装置の動作を制御することを特徴とする建設機械。
  4.  請求項3において、
     前記制御装置は、前記第1原動機および前記第2原動機の故障を検出するエンジン故障検知部を含み、
     前記制御装置は、
     前記エンジン故障検知部により前記第2原動機が動作不能であると判断した場合には、
     前記第1アシスト切換装置の動作を制御して、前記第1アシスト流路を流れる圧油を前記第1非常用流路へ導くよう切り換えると共に、前記第1閉回路切換装置の動作を制御して、前記第1閉回路ポンプから供給されて前記第1閉回路を流れる圧油を、前記第1非常用閉回路へと導くよう切り換えて、前記複数の第1閉回路ポンプおよび前記複数の第1開回路ポンプにより、前記複数の第1油圧アクチュエータおよび前記複数の第2油圧アクチュエータの全てに対して圧油を供給し、前記各油圧アクチュエータの動作が可能となるようにすると共に、
     前記エンジン故障検知部により前記第1原動機が動作不能であると判断した場合には、
     前記第2アシスト切換装置の動作を制御して、前記第2アシスト流路を流れる圧油を前記第2非常用流路へ導くよう切り換えると共に、前記第2閉回路切換装置の動作を制御して、前記第2閉回路ポンプから供給されて前記第2閉回路を流れる圧油を、前記第2非常用閉回路へと導くよう切り換えて、前記複数の第2閉回路ポンプおよび前記複数の第2開回路ポンプにより、前記複数の第1油圧アクチュエータおよび前記複数の第2油圧アクチュエータの全てに対して圧油を供給し、前記各油圧アクチュエータの動作が可能となるようにしたことを特徴とする建設機械。
  5.  請求項4において、
     作動油を貯留する作動油タンクと、
     前記第1開回路ポンプから前記第1非常用流路を流れて前記第2油圧アクチュエータに供給された圧油を前記作動油タンクに戻す第1作動油戻り流路と、
     前記第2開回路ポンプから前記第2非常用流路を流れて前記第1油圧アクチュエータに供給された圧油を前記作動油タンクに戻す第2作動油戻り流路と、をさらに備えたことを特徴とする建設機械。
  6.  請求項5において、
     走行体と、前記走行体を駆動する油圧モータと、前記走行体に旋回可能に設けられた上部旋回体と、前記上部旋回体に俯仰動可能に設けられ、ブーム、前記ブームを駆動するブームシリンダ、アーム、前記アームを駆動するアームシリンダ、バケット、および前記バケットを駆動するバケットシリンダを有する作業機と、をさらに備え、
     前記複数の第1油圧アクチュエータは、前記ブームシリンダと前記アームシリンダとを含み、
     前記複数の第2油圧アクチュエータは、前記バケットシリンダと前記油圧モータとを含み、
     前記制御装置は、
     前記エンジン故障検知部により前記第2原動機が動作不能であると判断した場合には、前記第1アシスト切換装置および前記第1閉回路切換装置の動作を制御して、前記複数の第1閉回路ポンプで前記ブームシリンダと前記油圧モータとをそれぞれ動作させ、かつ、前記複数の第1開回路ポンプで前記アームシリンダと前記バケットシリンダとをそれぞれ動作させるようにしたことを特徴とする建設機械。
  7.  請求項6において、
     前記作業機を操作する操作装置をさらに備え、
     前記制御装置は、前記操作装置の操作量に応じて、前記第1アシスト切換装置、前記第2アシスト切換装置、前記第1閉回路切換装置、および前記第2閉回路切換装置の動作を制御することを特徴とする建設機械。
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