作业机械的压力油能量回收装置的制造方法
作业机械的压力油能量回收装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及作业机械的压力油能量回收装置，进一步详细的是关于具有混合动力式液压挖掘机等的液压执行机构的作业机械的压力油能量回收装置。
【背景技术】
[0002]公开了一种作业机械的动臂能量的再生装置，其以不引起操作性的急剧变化地以高水平同时实现能量再生量的增大和操作性的提高为目的，具备具有动臂的作业部，通过控制阀的切换使动臂液压缸伸长或收缩，从而能够驱动上述动臂，该作业机械的动臂能量的再生装置的特征在于，具有将降低所述动臂时的来自所述动臂液压缸的返回油油路分流成2条以上的油路的分支部、将分流的一方经由再生机构导向油箱的再生回路、以及将分流的另一方经由流量调整机构导向油箱的流量调整回路，并且将经由所述再生机构导向油箱的再生回路配置在所述控制阀的外侧(例如，参照专利文献1)。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2007-107616号公报
【发明内容】
[0006]根据上述现有技术，将来自动臂液压缸的油的流动分流成2条油路，其中一方始终与再生机构连结，在该状态下，通过控制向再生回路和流量调整回路流出的返回油的流量，能够控制动臂下降速度，以提高操作性。另外，通过将向再生回路侧流出的返回油的流量设为大量，能够增大能量的再生量。
[0007]但是，在上述现有技术中，由于至再生回路侧和流量调整回路侧的返回油的流量分配是根据操作杆的操作而唯一地实施的，从而存在以下问题，使多余的返回油向流量调整回路侧流动，利用能量再生装置能够回收的能量减少。
[0008]本发明是鉴于上述情况而研发的，其目的是提供能够确保液压执行机构的操作性，并能够高效率地回收再生能量的作业机械的压力油能量回收装置。
[0009]为实现上述的目的，第一发明是一种作业机械的压力油能量回收装置，具有:液压栗;驱动作业装置的液压执行机构;操作上述液压执行机构的操作装置；以及再生上述液压执行机构的返回油的再生装置，该作业机械的压力油能量回收装置的特征在于，具有:供来自上述液压执行机构的返回油流通的管路;将上述管路分支成多个管路的分支部;作为从上述分支部分支的一个管路且设置有上述再生装置的再生回路;作为从上述分支部分支的另一个管路且将上述返回油向油箱排出的排出回路;设置在上述排出回路上且能够调整返回油的流量的流量调整装置;检测上述操作装置的操作量的操作量检测部;取入上述操作量检测部的检测信号来算出在上述排出回路中流通的返回油的目标排出流量的排出流量运算部;取入上述操作量检测部的检测信号来算出在上述再生回路中流通的返回油的目标再生流量的再生流量运算部；以及根据上述目标排出流量来控制上述流量调整装置并根据上述目标再生流量来控制上述再生装置的控制装置，上述排出流量运算部对在上述操作装置的刚开始操作之后与上述操作量相应地增大并随着时间的经过而缓慢地减少的目标排出流量进行计算，上述再生流量运算部对在上述操作装置的刚开始操作之后将目标再生流量设定得比上述目标排出流量小并随着时间的经过而与上述操作量相应地缓慢地增大的目标再生流量进行计算。
[0010]另外，第二发明是在第一发明中，其特征在于，具有供给先导油的先导液压栗，上述流量调整装置具有:减压装置，器被供给上述先导油，并根据来自上述控制装置的指令输出已减压的2次压力油；以及控制阀，其输入从上述减压装置输出的2次压力油，并调整成与上述2次压力油的压力成正比例的开度，上述控制装置针对上述操作量检测部的检测信号的变化而对向上述减压装置的指令附加延迟要素并进行控制。
[0011]而且，第三发明是在第二发明中，其特征在于，上述控制装置的延迟要素的附加构成为向具有低通滤波器功能的运算部输入上述操作装置的操作量信号，且将上述运算部的输出作为向上述减压装置的指令。
[0012]另外，第四发明是在第二发明中，其特征在于，上述控制装置的延迟要素的附加构成为向具有变化速度制限功能的运算部输入上述操作装置的操作量信号，且将上述运算部的输出作为向上述减压装置的指令。
[0013]而且，第五发明是在第一至第四发明的任意一方中，其特征在于，上述再生装置具有:通过上述液压执行机构的返回油驱动的液压马达；以及与上述液压马达机械地连接的发电电动机，上述控制装置构成为能够控制上述发电电动机的转速。
[0014]另外，第六发明是在第一至第四发明的任意一方中，其特征在于，上述再生装置具有通过上述液压执行机构的返回油驱动的可变容量型液压马达，上述控制装置构成为能够控制上述可变容量型液压马达的容量。
[0015]而且，第七发明是在第一至第四发明的任意一方中，其特征在于，上述再生装置具有:通过上述液压执行机构的返回油驱动的可变容量型液压马达；以及与上述可变容量型液压马达机械地连接的发电电动机，上述控制装置构成为能够控制上述可变容量型液压马达的容量和上述发电电动机的转速。
[0016]发明的效果
[0017]根据本发明，在刚开始操作之后将从液压执行机构排出的返回油的全部流量向油箱侧排出，然后逐渐使向再生装置侧分流的流量增加，使油箱侧的排出流量缓慢减少，从而能够确保液压执行机构的良好的操作性，并实现高的能量再生效率。
【附图说明】
[0018]图1是表示具有本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第一实施方式的液压挖掘机的立体图。
[0019]图2是表示本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第一实施方式的控制系统的概要图。
[0020]图3是构成本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第一实施方式的控制器的框图。
[0021]图4是说明构成本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第一实施方式的控制器的控制内容的特性图。
[0022]图5是表示本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第二实施方式的控制系统的概要图。
[0023]图6是构成本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第二实施方式的控制器的框图。
[0024]图7是表示本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第三实施方式的控制系统的概要图。
【具体实施方式】
[0025]以下，使用【附图说明】本发明的作业机械的压力油能量回收装置的实施方式。
[0026]实施例1
[0027]图1是表示具有本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第一实施方式的液压挖掘机的立体图，图2是表示本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第一实施方式的控制系统的概要图。
[0028]在图1中，液压挖掘机1具有:具有动臂la、斗杆lb及铲斗lc的多关节型的作业装置1A;以及具有上部旋转体Id及下部行驶体le的车身1B。动臂la能够转动支承在上部旋转体Id上，并通过动臂液压缸(液压液压缸)3a驱动。上部旋转体Id能够旋转地设置在下部行驶体le上。
[0029]斗杆lb能够转动地支承在动臂la上，并通过斗杆液压缸(液压液压缸)3b驱动。铲斗lc能够转动地支承在斗杆lb上，并通过铲斗液压缸(液压液压缸)3c驱动。动臂液压缸3a、斗杆液压缸3b及铲斗液压缸3c的驱动通过设置在上部旋转体Id的驾驶室(操作室)内且输出液压信号的操作装置4(参照图2)控制。
[0030]在图2所示的实施方式中，仅示出了与操作动臂la的动臂液压缸3a相关的控制系统。该控制系统具有控制阀2、操作装置4、先导止回阀8、回收切换阀10、第二控制阀11、电磁切换阀15、电磁比例减压阀16、逆变器24、斩波器25和蓄电装置26，并作为控制装置而具有控制器100。
[0031]作为液压源装置具有液压栗6、供给先导压力油的先导液压栗7和油箱6A。液压栗6和先导液压栗7通过由驱动轴连结的发动机50被驱动。
[0032]在将来自液压栗6的压力油向动臂液压缸3a供给的管路30上，设置有对管路内的压力油的方向和流量进行控制的4端口 3位置型的控制阀2。控制阀2通过向其先导受压部2a、2b供给先导压力油，来切换滑阀的位置，并将来自液压栗6的压力油向动臂液压缸3a供给来驱动动臂la。
[0033]供给有来自液压栗6的压力油的控制阀2的入口端口通过管路30而与液压栗6连接。控制阀2的出口端口通过返回管路33而与油箱6A连接。
[0034]在控制阀2的一个连接端口上连接有杆侧油室管路31的一端侧，杆侧油室管路31的另一端侧与动臂液压缸3a的杆侧油室3ay连接。另外，在控制阀2的另一个连接端口上连接有底部侧油室管路32的一端侧，底部侧油室管路32的另一端侧与动臂液压缸3a的底部侧油室3ax连接。
[0035]在底部侧油室管路32上，从控制阀2侧按顺序设置有控制管路内的压力油的流量的2端口 2位置的控制阀即第二控制阀11、回收分支部32al和先导止回阀8。在回收分支部32al上连接有回收管路34。
[0036]第二控制阀11的一端侧具有弹簧11b，另一端侧具有先导受压部1 1a。第二控制阀11的滑阀与输入到先导受压部11a的先导压力油的压力相应地移动，从而控制供压力油通过的开口面积。由此，能够控制从动臂液压缸3a的底部侧油室3ax流入控制阀2的油的流量。从先导液压栗7经由后述的电磁比例减压阀16而将先导压力油供给到先导受压部11a。
[0037 ]控制阀2的滑阀的位置通过操作装置4的操作杆等的操作而被进行切换操作。在操作装置4中设置有先导阀5，先导阀5根据经由来自先导液压栗7的未图示的先导1次侧油路供给的先导1次压力油，产生与操作杆等的图上a方向的偏斜操作(动臂上升方向操作)的操作量相应的先导压Pu的先导2次压力油。该先导2次压力油经由先导2次侧油路40a被供给到控制阀2的先导受压部2a，控制阀2与先导压Pu相应地切换/控制。
[0038]同样地，先导阀5产生与操作杆等的图上b方向的偏斜操作(动臂下降方向操作)的操作量相应的先导压Pd的先导2次压力油。该先导2次压力油经由先导2次侧油路40b供给到控制阀2的先导受压部2b，控制阀2与先导压Pd相应地切换/控制。
[0039 ]因此，控制阀2的滑阀与输入至这两个先导受压部2a、2b的先导压Pu、Pd相应地移动，并切换从液压栗6供给到动臂液压缸3a的压力油的方向及流量。
[0040]先导压Pd的先导2次压力油还经由先导2次侧油路40c供给至先导止回阀8。先导止回阀8通过使先导压Pd加压而进行打开动作。由此，动臂液压缸3a的底部侧油室3ax的压力油导入至底部侧油室管路32。先导止回阀8用于防止压力油从动臂液压缸3a向底部侧油室管路32不小心地流入(动臂落下)，通常，阻断回路，通过先导压力油的加压来打开回路。
[0041]在先导2次侧油路40b上安装有压力传感器21(操作量检测机构)。由于该压力传感器21作为检测操作装置4的先导阀5的下降侧先导压Pd并将其转换成与该压力对应的电信号的信号转换机构而发挥作用，所以能够将所转换的电信号输出到控制器100。
[0042]以下，关于作为再生装置的压力油能量回收装置70进行说明。压力油能量回收装置70如图2所示地具有回收管路34、电磁切换阀15、电磁比例减压阀16、液压马达22、发电电动机23、逆变器24、斩波器25、蓄电装置26和控制器100。
[0043]回收管路34具有回收切换阀10和设置在该回收切换阀10的下游侧的液压马达22，并经由该液压马达22将来自动臂液压缸3a的底部侧油室3ax的返回油导向油箱6A。液压马达22的旋转轴与发电电动机23的旋转轴机械地连接。将动臂下降时的返回油导入回收管路34，液压马达22旋转时，发电电动机23旋转并发电。该电能经由逆变器24和具有升压功能的斩波器25而蓄积在蓄电装置26中。
[0044]回收切换阀10的一端侧具有弹簧10b，另一端侧具有先导受压部10a，根据有无向该先导受压部10a供给先导压力油，来切换滑阀位置，控制从动臂液压缸3a的底部侧油室3ax向液压马达22流入的返回油的连通/阻断。从先导液压栗7经由后述的电磁切换阀15而将先导压力油供给到先导受压部10a。
[0045]另外，动臂下降操作时的液压马达22及发电电动机23的转速由逆变器24控制。如此，利用逆变器24控制液压马达22的转速时，能够调整从液压马达22通过的油的流量，从而能够调整从底部侧油室3ax流入回收管路34的返回油的流量。即，本实施方式中的逆变器24作为控制回收管路34的返回油的流量的流量控制机构发挥作用。
[0046]本实施方式中的电磁切换阀15的输入端口输入有从先导液压栗7输出的压力油。另一方面，电磁切换阀15的操作部输入有从控制器100输出的指令信号。根据该指令信号来控制将从先导液压栗7供给的先导压力油向回收切换阀10的先导操作部10a的供给/阻断。[0047 ]本实施方式中的电磁比例减压阀16的输入端口输入有从先导液压栗7输出的压力油。另一方面，电磁比例减压阀16的操作部输入有从控制器100输出的指令信号。根据该指令信号调整电磁比例减压阀15的滑阀位置，由此，从先导液压栗7供给到第二控制阀11的先导受压部11a的先导压力油的压力被适当调整。
[0048]控制器100从压力传感器21输入操作装置4的先导阀5的下降侧先导压Pd，并进行与这些输入值相应的运算，并向电磁切换阀15、电磁比例减压阀16及逆变器24输出控制指令。
[0049]以下，关于上述本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第一实施方式的动作的概要进行说明。
[0050]首先，当将图2所示的操作装置4的操作杆向a方向(动臂上升、活塞杆伸长方向)操作时，从先导阀5将先导压Pu传递到控制阀2的先导受压部2a，从而控制阀2被进行切换操作。由此，来自液压栗6的压力油经由第二控制阀11被导向底部侧油室管路32，并经由先导止回阀8而流入动臂液压缸3a的底部侧油室3ax。其结果，动臂液压缸3a的活塞杆进行伸长动作。伴随于此，从动臂液压缸3a的杆侧油室3ay排出的返回油通过杆侧油室管路31和控制阀2而被导向油箱6A。
[0051 ]以下，关于动臂下降操作进行说明。
[0052]当将操作装置4的操作杆向b方向(动臂下降、活塞杆缩短方向)操作时，产生从先导阀5生成的先导压Pd，并作为操作压而被导向先导止回阀8，从而先导止回阀8进行打开动作。而且，先导压Pd被传递到控制阀2的操作端口 2b，从而控制阀2被进行切换操作。
[0053]另外，控制器100分别向电磁切换阀15输出切换指令和向电磁比例减压阀16输出控制指令。由此，回收切换阀10和第二控制阀11切换，动臂液压缸3a的底部侧油室3ax的油被排出到回收管路34侧(再生装置侧)，并经由第二控制阀11和控制阀2被排出到油箱6A侧。其结果，动臂液压缸3a的活塞杆进行缩短动作。
[0054]此时，排出到油箱6A侧的返回油的流量(以下称为排出流量)根据控制阀2和第二控制阀11的合成开口面积被调整，向回收管路34侧(再生装置侧)流动的返回油的流量(以下称为再生流量)使液压马达22旋转。液压马达22使与液压马达22直接连结的发电电动机23旋转来发电，发电的电能被蓄积在蓄电装置26中。
[0055]以下，关于控制器100的控制的概要使用图3及图4进行说明。图3是构成了本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第一实施方式的控制器的框图，图4是说明构成了本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第一实施方式的控制器的控制内容的特性图。在图3及图4中，与图1及图2所示的附图标记相同的附图标记是相同的部分，并省略其详细说明。
[0056]图3所示的控制器100具有第一函数发生器101、第二函数发生器102、第三函数发生器103、加法运算器104、再生流量运算部105、第一输出转换部106、排出流量运算部107、第二输出转换部108和第三输出转换部109。
[0057]第一函数发生器101、第二函数发生器102和第三函数发生器103如图3所示地输入由压力传感器21检测出的操作装置4的先导阀5的下降侧先导压Pd来作为杆操作信号121。在第一函数发生器101中，相对于杆操作信号121的目标底部流量(从动臂液压缸3a的底部侧油室3ax流出的返回油的目标流量)预先存储在表中。在第二函数发生器102中，相对于杆操作信号121的向油箱6A流动的目标流量(目标排出流量)预先存储在表中。在第三函数发生器103中，相对于杆操作信号121的开始切换点预先存储在表中。
[0058]第三函数发生器103是在杆操作信号121为开始切换点以下的情况下，将阻断(OFF)信号向第三输出转换部109输出，在超过开始切换点的情况下，将连通(0N)信号向第三输出转换部109输出。第三输出转换部109将输入信号转换成电磁切换阀15的控制信号，作为电磁阀指令115向电磁切换阀15输出。由此，电磁切换阀15动作，回收切换阀10被切换，动臂液压缸3a的底部侧油室3ax的油流入回收管路34侧(再生装置侧)。
[0059]第一函数发生器101将算出的目标底部流量向加法运算器104的一个输入端输出。第二函数发生器102将算出的目标排出流量向加法运算器104的一个输入端和排出流量运算部107输出。
[0060]加法运算器104将输入的目标底部流量与目标排出流量之间的偏差作为目标再生流量算出，并向再生流量运算部105输出。
[0061]再生流量运算部105对输入的目标再生流量的信号算出附加了延迟要素的信号(例如1次延迟的信号)，并向第一输出转换部106输出。该延迟信号能够通过例如低通滤波器电路或/和速率限制器电路实现。
[0062]排出流量运算部107对被输入的目标排出流量的信号算出附加了延迟要素的信号(例如1次延迟的信号)，并向第二输出转换部108输出。该延迟信号能够通过例如低通滤波器电路或速率限制器电路实现。
[0063]第一输出转换部106将输入的目标再生流量转换成目标发电电动机转速并作为转速指令124向逆变器24输出。由此，来控制回收管路34的返回油的流量 (再生流量)。
[0064]第二输出转换部108将输入的目标排出流量转换成电磁比例减压阀16的控制指令并作为电磁阀指令116而向电磁比例减压阀16输出。由此，来控制第二控制阀11的开度，并控制排出至油箱6A侧的返回油的流量。
[0065]以下，关于控制器100的控制逻辑的结构是将来自动臂液压缸3a的底部侧油室3ax的返回油的流量分流成再生装置侧(再生流量)和油箱侧(排出流量)来确保操作性，并能够效率好地回收再生能量的原理进行说明。
[0066]对利用再生装置确保液压执行机构的操作性来说重要的是在操作装置4的杆操作量发生变化的过渡期(开始操作当时)中，实现与以往液压挖掘机的液压执行机构的动作同等的顺畅的动作。在操作装置4的杆操作量降低到某恒定量的稳定状态下，通过再生装置的逆变器的转速控制，将再生流量保持为恒定量，从而能够实现与以往液压挖掘机的液压执行机构的动作同等的动作。
[0067]因此，在本发明的实施方式中，在操作装置4的杆刚开始操作之后，如以往液压挖掘机那样地利用控制阀控制来自底部侧油室3ax的返回油的流量(仅排出流量控制)，随着时间的经过，以增加再生流量的方式进行控制。其特征在于，为实现该功能，使构成控制器100的再生流量运算部105和排出流量运算部107具有对输入信号附加延迟要素的功能。
[0068]以下，关于该延迟要素的功能的效果，使用表示各部分的状况的图4进行说明。在图4中，横轴表示时间，纵轴的(a)?(d)从上方按顺序表示操作装置4的杆操作量、目标排出流量Qd、目标再生流量Qr、和实际的返回油流量Qt。另外，时刻tO表示开始操作装置4的杆操作的时刻，时刻11表示压力油开始向再生装置侧流动的时刻。
[0069]返回图3，当将操作装置4的操作杆向动臂下降方向操作时，从先导阀5生成先导压Pd，通过压力传感器21进行检测，并作为杆操作信号121向控制器100输入。此外，该操作杆的操作如图4的(a)杆操作量所示地从时刻t0开始并以恒定的速度操作到最大操作位置。
[0070]杆操作信号121输入至第二函数发生器102，第二函数发生器102算出向油箱6A流动的目标流量(目标排出流量)并向加法运算器104的一个输入端和排出流量运算部107输出。排出流量运算部107对输入的目标排出流量的信号算出赋予延迟要素的信号，并向第二输出转换部108输出。在图4的(b)目标排出流量中，虚线所示的Qdl表示第二函数发生器102的输出特性，实线所示的Qd2表示排出流量运算部107的输出特性。从时刻t0到时刻tl期间，Qd 1和Qd2的输出特性重叠。如此，从排出流量运算部107输出的目标排出流量信号通过被赋予了延迟，而从时刻tl平缓地减少。
[0071]另外，第一函数发生器101算出目标底部流量并向加法运算器104输出。加法运算器104根据目标底部流量和目标排出流量算出目标再生流量并向再生流量运算部105输出。再生流量运算部105对输入的目标再生流量的信号算出赋予延迟要素的信号，并向第一输出转换部106输出。在图4的(c)目标再生流量中，虚线所示的Qrl表示加法运算器104的输出特性，实线所示的Qr2表示再生流量运算部105的输出特性。由于从加法运算器104输出的目标再生流量是从第一函数发生器101的输出减去第二函数发生器102的输出量后的流量，从而从时刻tO到时刻tl期间，成为0，超过时刻tl时上升。具有延迟要素的来自再生流量运算部105的目标再生流量信号Qr2相对于加法运算器104的输出信号Qrl平缓地增加。
[0072]在图4的(d)实际的返回油流量Qt中，虚线所示的Qtl表示来自动臂液压缸3a的底部侧油室3ax的返回油的实际的整体流量，实线所示的Qt2表示实际的排出流量，Qt3表示实际的再生流量。从时刻tO到时刻11期间，Qt 1和Qt2的特性重叠。
[0073]如上所述，通过使目标排出流量信号Qd2和目标再生流量信号Qr2具有延迟要素，由此，在操作装置4的杆操作量信号刚输入之后(时刻tO至时刻tl)，排出流量Qt2大量地流动，然后(时刻11以后)排出流量Qt 2逐渐减少。另外，时刻11以后，随着排出流量Qt 2的减少，逐渐增加再生流量Qt3，其结果，得到使排出流量Qt2和再生流量Qt3合计的流量成为来自动臂液压缸3a的底部侧油室3ax的返回油的整体流量Qt 1的特性。
[0074]由此，操作员急剧地操作操作杆的情况下，由于作为液压执行机构的动臂液压缸3a的动作开始是全部的返回油大量地向油箱侧(排出流量侧)流动，然后，逐渐增加再生装置侧(再生流量侧)的流量，从而能够确保良好的操作性。另外，使向油箱侧(排出流量侧)分流的流量缓慢地减少，从而不会多余地向油箱排出。而且，在稳定时，由于返回油不向油箱侧(排出流量侧)流动，从而能够实现高的能量再生效率。
[0075]以下，使用图2及图3说明上述本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第一实施方式的控制逻辑的动作。
[0076]将操作装置4的操作杆向动臂下降方向操作时，从先导阀5生成先导压Pd，通过压力传感器21检测，并向控制器100作为杆操作信号121输入。
[0077]在控制器100中，杆操作信号121被输入至第一函数发生器101、第二函数发生器102和第三函数发生器103。第三函数发生器103是在杆操作信号121超过开始切换点的情况下输出ON信号，并经由第三输出转换部109而向电磁切换阀15输出ON信号。由此，来自先导液压栗7的压力油经由电磁切换阀15被输入至回收切换阀10的先导操作部10a。其结果，向打开侧进行切换动作，使来自动臂液压缸3a的底部侧油室3ax的返回油向再生装置流入。
[0078]第一函数发生器101和第二函数发生器102算出与杆操作信号121相应的目标底部流量和目标排出流量。加法运算器104根据目标底部流量和目标排出流量算出目标再生流量，目标再生流量和目标排出流量分别输入至再生流量运算部105和排出流量运算部107。
[0079]通过再生流量运算部105和排出流量运算部107生成使目标再生流量和目标排出流量具有延迟要素的指令信号，并经由第一输出转换部106和第二输出转换部108分别向逆变器24和电磁比例减压阀16输出控制信号124、116。
[0080]由此，由于发电电动机23的转速逐渐被加速，第二控制阀11的开度逐渐被缩小，从而在操作装置4的操作杆刚被操作之后，全部的返回油大量地向油箱侧(排出流量侧)流动，然后，逐渐增加再生装置侧(再生流量侧)的流量。另外，由于使向油箱侧(排出流量侧)分流的流量缓慢地减少，从而不会多余地向油箱排出。通过以上的动作，能够实现与杆操作相应的顺畅的液压缸动作，并能够效率良好地实现能量的再生。
[0081]根据上述本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第一实施方式，在刚开始操作之后将从作为液压执行机构的动臂液压缸3a排出的返回油的全部流量向油箱6A侧排出，然后逐渐使向再生装置70侧分流的流量增加，并使油箱6A侧的排出流量缓慢减少，从而能够确保作为液压执行机构的动臂液压缸3a的良好的操作性，并能够实现高的能量再生效率。
[0082]另外，根据上述本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第一实施方式，在操作员剧烈地操作操作杆的情况下，动臂液压缸3a的动作开始是全部的返回油向油箱6A侧大量地流动，然后，逐渐增加再生装置70侧的流量，从而能够确保良好的操作性。另外，使向油箱6A侧分流的流量缓慢地减少，从而不会多余地向油箱6A排出。而且，在稳定时，由于返回油不向油箱6A侧流动，所以能够实现高的能量再生效率。
[0083]实施例2
[0084]以下，使用【附图说明】本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第二实施方式。图5是表示本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第二实施方式的控制系统的概要图，图6是构成了本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第二实施方式的控制器的框图。在图5及图6中，与图1至图4所示的附图标记相同的附图标记是相同的部分，从而省略其详细说明。
[0085]图5及图6所示的本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第二实施方式由大致与第一实施方式同样的液压源和作业机等构成，但以下结构不同。在本实施方式中，将液压马达22替换成可变容量型液压马达222，设置使马达容量可变的马达调节器222a。马达调节器222a与来自控制器100的指令成正比例地使可变容量型液压马达222的容量变化。控制器100设置了恒定转速指令部201、除法运算器202、第四输出转换部203和容量指令运算部105A这点与第一实施方式不同。
[0086]在本实施方式中，发电电动机23以恒定的转速旋转，通过控制可变容量型液压马达222的容量来控制再生流量。在图6中，关于与第一实施方式不同的部位进行说明。
[0087]在第一实施方式中，将来自加法运算器104的输出经由再生流量运算部105和第一输出转换部106向逆变器24输出，但在本实施方式中，将来自加法运算器104的输出输入至除法运算器202 的一端。为使发电电动机23的转速始终以恒定的转速旋转，恒定转速指令部201将发电电动机的转速指令向第一输出转换部106输出。第一输出转换部106将输入的转速指令转换成目标发电电动机转速并作为转速指令124向逆变器24输出。
[0088]恒定转速指令部201还将发电电动机的转速指令向除法运算器202的另一端输出。除法运算器202输入作为加法运算器104的输出的目标再生流量指令和发电电动机的转速指令，并将再生流量指令除以转速指令，由此算出可变容量型液压马达222的目标容量，并向容量指令运算部105A输出。
[0089]容量指令运算部105A计算出对被输入的目标容量的信号附加了延迟要素的信号(例如1次延迟的信号)，并向第四输出转换部203输出。该延迟信号能够通过例如低通滤波器电路或速率限制器电路实现。
[0090]第四输出转换部203将输入的目标容量转换成例如倾转角并作为容量指令204而向马达调节器222a输出。由此，来控制回收管路34的返回油的流量(再生流量)。
[0091]根据上述本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第二实施方式，能够得到与第一实施方式同样的效果。
[0092]实施例3
[0093]以下，使用【附图说明】本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第三实施方式。图7是表示本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第二实施方式的控制系统的概要图。在图7中，与图1至图6所示的附图标记相同的附图标记是相同的部分，从而省略其详细说明。
[0094]图7所示的本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第三实施方式由大致与第一实施方式同样的液压源和作业机等构成，但以下结构不同。在本实施方式中，将液压马达22替换成可变容量型液压马达222，设置使马达容量可变的马达调节器222a。另外，在可变容量型液压马达222上连结有可变容量型液压栗223。在可变容量型液压栗223上设置有使栗容量可变的栗调节器223a。可变容量型液压栗223排出的工作油被供给到斗杆液压缸等的执行机构等。
[0095]马达调节器222a与来自控制器100的指令成正比例地使可变容量型液压马达222的容量变化。栗调节器223a与来自控制器100的指令成正比例地使可变容量型液压栗223的容量变化。
[0096]在本实施方式中，通过控制可变容量型液压马达222的容量来控制再生流量。
[0097]根据上述本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第三实施方式，能够得到与第一实施方式同样的效果。
[0098]此外，在本实施方式中，以将可变容量型液压栗223与可变容量型液压马达222连接的情况为例进行了说明，但不限于此。例如，也可以采用将飞轮与可变容量型液压栗223连接的结构，将动能作为再生能量进行蓄积。
[0099]附图标记的说明
[0100]1液压挖掘机
[0101]la 动臂
[0102]2控制阀
[0103]2a先导受压部
[0104]2b先导受压部
[0105]3a动臂液压缸
[0106]3ax底部侧油室
[0107]3ay杆侧油室
[0108]4操作装置
[0109]5控制阀
[0110]6液压栗
[0111]6A油箱
[0112]7先导液压栗
[0113]8先导止回阔
[0114]10回收切换阀
[0115]11第二控制阀
[0116]15电磁切换阀
[0117]16电磁比例减压阀
[0118]21压力传感器(操作量检测机构)
[0119]22液压马达
[0120]23发电电动机
[0121]24逆变器
[0122]25斩波器
[0123]26蓄电装置
[0124]30管路
[0125]31杆侧油室管路
[0126]32底部侧油室管路
[0127]33返回管路
[0128]34回收管路
[0129]40a先导2次侧油路
[0130]40b先导2次侧油路
[0131]40c先导2次侧油路
[0132]50发动机
[0133]100控制器(控制装置)
[0134]222可变容量型液压马达
[0135]222a马达调节器
[0136]223可变容量型液压栗
[0137]223a栗调节器
【主权项】
1.一种作业机械的压力油能量回收装置，具有:液压栗；驱动作业装置的液压执行机构;操作所述液压执行机构的操作装置；以及再生所述液压执行机构的返回油的再生装置，所述作业机械的压力油能量回收装置的特征在于，具有: 供来自所述液压执行机构的返回油流通的管路；将所述管路分支成多个管路的分支部;作为从所述分支部分支的一个管路且设置有所述再生装置的再生回路;作为从所述分支部分支的另一个管路且将所述返回油向油箱排出的排出回路;设置在所述排出回路上且能够调整返回油的流量的流量调整装置;检测所述操作装置的操作量的操作量检测部;取入所述操作量检测部的检测信号来算出在所述排出回路中流通的返回油的目标排出流量的排出流量运算部;取入所述操作量检测部的检测信号来算出在所述再生回路中流通的返回油的目标再生流量的再生流量运算部；以及根据所述目标排出流量来控制所述流量调整装置并根据所述目标再生流量来控制所述再生装置的控制装置， 所述排出流量运算部对在所述操作装置的刚开始操作之后与所述操作量相应地增大并随着时间的经过而缓慢地减少的目标排出流量进行计算， 所述再生流量运算部对在所述操作装置的刚开始操作之后将目标再生流量设定得比所述目标排出流量小并随着时间的经过而与所述操作量相应地缓慢地增大的目标再生流量进行计算。2.如权利要求1所述的作业机械的压力油能量回收装置，其特征在于， 具有供给先导油的先导液压栗， 所述流量调整装置具有:减压装置，其被供给所述先导油，并根据来自所述控制装置的指令来输出已减压的2次压力油；以及控制阀，其输入从所述减压装置输出的2次压力油，并调整成与所述2次压力油的压力成正比例的开度， 所述控制装置针对所述操作量检测部的检测信号的变化而对向所述减压装置的指令附加延迟要素并进行控制。3.如权利要求2所述的作业机械的压力油能量回收装置，其特征在于， 所述控制装置的延迟要素的附加构成为向具有低通滤波器功能的运算部输入所述操作装置的操作量信号，且将所述运算部的输出作为向所述减压装置的指令。4.如权利要求2所述的作业机械的压力油能量回收装置，其特征在于， 所述控制装置的延迟要素的附加构成为向具有变化速度制限功能的运算部输入所述操作装置的操作量信号，且将所述运算部的输出作为向所述减压装置的指令。5.如权利要求1?4中任一项所述的作业机械的压力油能量回收装置，其特征在于， 所述再生装置具有:通过所述液压执行机构的返回油驱动的液压马达；以及与所述液压马达机械地连接的发电电动机， 所述控制装置构成为能够控制所述发电电动机的转速。6.如权利要求1?4中任一项所述的作业机械的压力油能量回收装置，其特征在于， 所述再生装置具有通过所述液压执行机构的返回油驱动的可变容量型液压马达， 所述控制装置构成为能够控制所述可变容量型液压马达的容量。7.如权利要求1?4中任一项所述的作业机械的压力油能量回收装置，其特征在于， 所述再生装置具有:通过所述液压执行机构的返回油驱动的可变容量型液压马达；以及与所述可变容量型液压马达机械地连接的发电电动机， 所述控制装置构成为能够控制所述可变容量型液压马达的容量和所述发电电动机的转速。
【专利摘要】作业机械的压力油能量回收装置具有：液压泵；驱动作业装置的液压执行机构；操作液压执行机构的操作装置；以及再生液压执行机构的返回油的再生装置，该作业机械的压力油能量回收装置具有：供来自液压执行机构的返回油流通的管路；将管路分支成多个管路的分支部；作为从分支部分支的一个管路且设置有再生装置的再生回路；作为从分支部分支的另一个管路且将返回油向油箱排出的排出回路；设置在排出回路上且能够调整返回油的流量的流量调整装置；检测操作装置的操作量的操作量检测部；取入操作量检测部的检测信号来算出在排出回路中流通的返回油的目标排出流量的排出流量运算部；取入操作量检测部的检测信号来算出在再生回路中流通的返回油的目标再生流量的再生流量运算部；以及根据目标排出流量来控制流量调整装置并根据目标再生流量来控制再生装置的控制装置。
【IPC分类】E02F9/22, E02F9/20, F15B21/14
【公开号】CN105492782
【申请号】CN201480046972
【发明人】土方圣二, 石川广二, 大木孝利, 井村进也
【申请人】日立建机株式会社
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年1月28日
【公告号】WO2015114736A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及作业机械的压力油能量回收装置，进一步详细的是关于具有混合动力式液压挖掘机等的液压执行机构的作业机械的压力油能量回收装置。
【背景技术】
[0002]公开了一种作业机械的动臂能量的再生装置，其以不引起操作性的急剧变化地以高水平同时实现能量再生量的增大和操作性的提高为目的，具备具有动臂的作业部，通过控制阀的切换使动臂液压缸伸长或收缩，从而能够驱动上述动臂，该作业机械的动臂能量的再生装置的特征在于，具有将降低所述动臂时的来自所述动臂液压缸的返回油油路分流成2条以上的油路的分支部、将分流的一方经由再生机构导向油箱的再生回路、以及将分流的另一方经由流量调整机构导向油箱的流量调整回路，并且将经由所述再生机构导向油箱的再生回路配置在所述控制阀的外侧(例如，参照专利文献1)。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2007-107616号公报
【发明内容】
[0006]根据上述现有技术，将来自动臂液压缸的油的流动分流成2条油路，其中一方始终与再生机构连结，在该状态下，通过控制向再生回路和流量调整回路流出的返回油的流量，能够控制动臂下降速度，以提高操作性。另外，通过将向再生回路侧流出的返回油的流量设为大量，能够增大能量的再生量。
[0007]但是，在上述现有技术中，由于至再生回路侧和流量调整回路侧的返回油的流量分配是根据操作杆的操作而唯一地实施的，从而存在以下问题，使多余的返回油向流量调整回路侧流动，利用能量再生装置能够回收的能量减少。
[0008]本发明是鉴于上述情况而研发的，其目的是提供能够确保液压执行机构的操作性，并能够高效率地回收再生能量的作业机械的压力油能量回收装置。
[0009]为实现上述的目的，第一发明是一种作业机械的压力油能量回收装置，具有:液压栗;驱动作业装置的液压执行机构;操作上述液压执行机构的操作装置；以及再生上述液压执行机构的返回油的再生装置，该作业机械的压力油能量回收装置的特征在于，具有:供来自上述液压执行机构的返回油流通的管路;将上述管路分支成多个管路的分支部;作为从上述分支部分支的一个管路且设置有上述再生装置的再生回路;作为从上述分支部分支的另一个管路且将上述返回油向油箱排出的排出回路;设置在上述排出回路上且能够调整返回油的流量的流量调整装置;检测上述操作装置的操作量的操作量检测部;取入上述操作量检测部的检测信号来算出在上述排出回路中流通的返回油的目标排出流量的排出流量运算部;取入上述操作量检测部的检测信号来算出在上述再生回路中流通的返回油的目标再生流量的再生流量运算部；以及根据上述目标排出流量来控制上述流量调整装置并根据上述目标再生流量来控制上述再生装置的控制装置，上述排出流量运算部对在上述操作装置的刚开始操作之后与上述操作量相应地增大并随着时间的经过而缓慢地减少的目标排出流量进行计算，上述再生流量运算部对在上述操作装置的刚开始操作之后将目标再生流量设定得比上述目标排出流量小并随着时间的经过而与上述操作量相应地缓慢地增大的目标再生流量进行计算。
[0010]另外，第二发明是在第一发明中，其特征在于，具有供给先导油的先导液压栗，上述流量调整装置具有:减压装置，器被供给上述先导油，并根据来自上述控制装置的指令输出已减压的2次压力油；以及控制阀，其输入从上述减压装置输出的2次压力油，并调整成与上述2次压力油的压力成正比例的开度，上述控制装置针对上述操作量检测部的检测信号的变化而对向上述减压装置的指令附加延迟要素并进行控制。
[0011]而且，第三发明是在第二发明中，其特征在于，上述控制装置的延迟要素的附加构成为向具有低通滤波器功能的运算部输入上述操作装置的操作量信号，且将上述运算部的输出作为向上述减压装置的指令。
[0012]另外，第四发明是在第二发明中，其特征在于，上述控制装置的延迟要素的附加构成为向具有变化速度制限功能的运算部输入上述操作装置的操作量信号，且将上述运算部的输出作为向上述减压装置的指令。
[0013]而且，第五发明是在第一至第四发明的任意一方中，其特征在于，上述再生装置具有:通过上述液压执行机构的返回油驱动的液压马达；以及与上述液压马达机械地连接的发电电动机，上述控制装置构成为能够控制上述发电电动机的转速。
[0014]另外，第六发明是在第一至第四发明的任意一方中，其特征在于，上述再生装置具有通过上述液压执行机构的返回油驱动的可变容量型液压马达，上述控制装置构成为能够控制上述可变容量型液压马达的容量。
[0015]而且，第七发明是在第一至第四发明的任意一方中，其特征在于，上述再生装置具有:通过上述液压执行机构的返回油驱动的可变容量型液压马达；以及与上述可变容量型液压马达机械地连接的发电电动机，上述控制装置构成为能够控制上述可变容量型液压马达的容量和上述发电电动机的转速。
[0016]发明的效果
[0017]根据本发明，在刚开始操作之后将从液压执行机构排出的返回油的全部流量向油箱侧排出，然后逐渐使向再生装置侧分流的流量增加，使油箱侧的排出流量缓慢减少，从而能够确保液压执行机构的良好的操作性，并实现高的能量再生效率。
【附图说明】
[0018]图1是表示具有本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第一实施方式的液压挖掘机的立体图。
[0019]图2是表示本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第一实施方式的控制系统的概要图。
[0020]图3是构成本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第一实施方式的控制器的框图。
[0021]图4是说明构成本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第一实施方式的控制器的控制内容的特性图。
[0022]图5是表示本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第二实施方式的控制系统的概要图。
[0023]图6是构成本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第二实施方式的控制器的框图。
[0024]图7是表示本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第三实施方式的控制系统的概要图。
【具体实施方式】
[0025]以下，使用【附图说明】本发明的作业机械的压力油能量回收装置的实施方式。
[0026]实施例1
[0027]图1是表示具有本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第一实施方式的液压挖掘机的立体图，图2是表示本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第一实施方式的控制系统的概要图。
[0028]在图1中，液压挖掘机1具有:具有动臂la、斗杆lb及铲斗lc的多关节型的作业装置1A;以及具有上部旋转体Id及下部行驶体le的车身1B。动臂la能够转动支承在上部旋转体Id上，并通过动臂液压缸(液压液压缸)3a驱动。上部旋转体Id能够旋转地设置在下部行驶体le上。
[0029]斗杆lb能够转动地支承在动臂la上，并通过斗杆液压缸(液压液压缸)3b驱动。铲斗lc能够转动地支承在斗杆lb上，并通过铲斗液压缸(液压液压缸)3c驱动。动臂液压缸3a、斗杆液压缸3b及铲斗液压缸3c的驱动通过设置在上部旋转体Id的驾驶室(操作室)内且输出液压信号的操作装置4(参照图2)控制。
[0030]在图2所示的实施方式中，仅示出了与操作动臂la的动臂液压缸3a相关的控制系统。该控制系统具有控制阀2、操作装置4、先导止回阀8、回收切换阀10、第二控制阀11、电磁切换阀15、电磁比例减压阀16、逆变器24、斩波器25和蓄电装置26，并作为控制装置而具有控制器100。
[0031]作为液压源装置具有液压栗6、供给先导压力油的先导液压栗7和油箱6A。液压栗6和先导液压栗7通过由驱动轴连结的发动机50被驱动。
[0032]在将来自液压栗6的压力油向动臂液压缸3a供给的管路30上，设置有对管路内的压力油的方向和流量进行控制的4端口 3位置型的控制阀2。控制阀2通过向其先导受压部2a、2b供给先导压力油，来切换滑阀的位置，并将来自液压栗6的压力油向动臂液压缸3a供给来驱动动臂la。
[0033]供给有来自液压栗6的压力油的控制阀2的入口端口通过管路30而与液压栗6连接。控制阀2的出口端口通过返回管路33而与油箱6A连接。
[0034]在控制阀2的一个连接端口上连接有杆侧油室管路31的一端侧，杆侧油室管路31的另一端侧与动臂液压缸3a的杆侧油室3ay连接。另外，在控制阀2的另一个连接端口上连接有底部侧油室管路32的一端侧，底部侧油室管路32的另一端侧与动臂液压缸3a的底部侧油室3ax连接。
[0035]在底部侧油室管路32上，从控制阀2侧按顺序设置有控制管路内的压力油的流量的2端口 2位置的控制阀即第二控制阀11、回收分支部32al和先导止回阀8。在回收分支部32al上连接有回收管路34。
[0036]第二控制阀11的一端侧具有弹簧11b，另一端侧具有先导受压部1 1a。第二控制阀11的滑阀与输入到先导受压部11a的先导压力油的压力相应地移动，从而控制供压力油通过的开口面积。由此，能够控制从动臂液压缸3a的底部侧油室3ax流入控制阀2的油的流量。从先导液压栗7经由后述的电磁比例减压阀16而将先导压力油供给到先导受压部11a。
[0037 ]控制阀2的滑阀的位置通过操作装置4的操作杆等的操作而被进行切换操作。在操作装置4中设置有先导阀5，先导阀5根据经由来自先导液压栗7的未图示的先导1次侧油路供给的先导1次压力油，产生与操作杆等的图上a方向的偏斜操作(动臂上升方向操作)的操作量相应的先导压Pu的先导2次压力油。该先导2次压力油经由先导2次侧油路40a被供给到控制阀2的先导受压部2a，控制阀2与先导压Pu相应地切换/控制。
[0038]同样地，先导阀5产生与操作杆等的图上b方向的偏斜操作(动臂下降方向操作)的操作量相应的先导压Pd的先导2次压力油。该先导2次压力油经由先导2次侧油路40b供给到控制阀2的先导受压部2b，控制阀2与先导压Pd相应地切换/控制。
[0039 ]因此，控制阀2的滑阀与输入至这两个先导受压部2a、2b的先导压Pu、Pd相应地移动，并切换从液压栗6供给到动臂液压缸3a的压力油的方向及流量。
[0040]先导压Pd的先导2次压力油还经由先导2次侧油路40c供给至先导止回阀8。先导止回阀8通过使先导压Pd加压而进行打开动作。由此，动臂液压缸3a的底部侧油室3ax的压力油导入至底部侧油室管路32。先导止回阀8用于防止压力油从动臂液压缸3a向底部侧油室管路32不小心地流入(动臂落下)，通常，阻断回路，通过先导压力油的加压来打开回路。
[0041]在先导2次侧油路40b上安装有压力传感器21(操作量检测机构)。由于该压力传感器21作为检测操作装置4的先导阀5的下降侧先导压Pd并将其转换成与该压力对应的电信号的信号转换机构而发挥作用，所以能够将所转换的电信号输出到控制器100。
[0042]以下，关于作为再生装置的压力油能量回收装置70进行说明。压力油能量回收装置70如图2所示地具有回收管路34、电磁切换阀15、电磁比例减压阀16、液压马达22、发电电动机23、逆变器24、斩波器25、蓄电装置26和控制器100。
[0043]回收管路34具有回收切换阀10和设置在该回收切换阀10的下游侧的液压马达22，并经由该液压马达22将来自动臂液压缸3a的底部侧油室3ax的返回油导向油箱6A。液压马达22的旋转轴与发电电动机23的旋转轴机械地连接。将动臂下降时的返回油导入回收管路34，液压马达22旋转时，发电电动机23旋转并发电。该电能经由逆变器24和具有升压功能的斩波器25而蓄积在蓄电装置26中。
[0044]回收切换阀10的一端侧具有弹簧10b，另一端侧具有先导受压部10a，根据有无向该先导受压部10a供给先导压力油，来切换滑阀位置，控制从动臂液压缸3a的底部侧油室3ax向液压马达22流入的返回油的连通/阻断。从先导液压栗7经由后述的电磁切换阀15而将先导压力油供给到先导受压部10a。
[0045]另外，动臂下降操作时的液压马达22及发电电动机23的转速由逆变器24控制。如此，利用逆变器24控制液压马达22的转速时，能够调整从液压马达22通过的油的流量，从而能够调整从底部侧油室3ax流入回收管路34的返回油的流量。即，本实施方式中的逆变器24作为控制回收管路34的返回油的流量的流量控制机构发挥作用。
[0046]本实施方式中的电磁切换阀15的输入端口输入有从先导液压栗7输出的压力油。另一方面，电磁切换阀15的操作部输入有从控制器100输出的指令信号。根据该指令信号来控制将从先导液压栗7供给的先导压力油向回收切换阀10的先导操作部10a的供给/阻断。[0047 ]本实施方式中的电磁比例减压阀16的输入端口输入有从先导液压栗7输出的压力油。另一方面，电磁比例减压阀16的操作部输入有从控制器100输出的指令信号。根据该指令信号调整电磁比例减压阀15的滑阀位置，由此，从先导液压栗7供给到第二控制阀11的先导受压部11a的先导压力油的压力被适当调整。
[0048]控制器100从压力传感器21输入操作装置4的先导阀5的下降侧先导压Pd，并进行与这些输入值相应的运算，并向电磁切换阀15、电磁比例减压阀16及逆变器24输出控制指令。
[0049]以下，关于上述本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第一实施方式的动作的概要进行说明。
[0050]首先，当将图2所示的操作装置4的操作杆向a方向(动臂上升、活塞杆伸长方向)操作时，从先导阀5将先导压Pu传递到控制阀2的先导受压部2a，从而控制阀2被进行切换操作。由此，来自液压栗6的压力油经由第二控制阀11被导向底部侧油室管路32，并经由先导止回阀8而流入动臂液压缸3a的底部侧油室3ax。其结果，动臂液压缸3a的活塞杆进行伸长动作。伴随于此，从动臂液压缸3a的杆侧油室3ay排出的返回油通过杆侧油室管路31和控制阀2而被导向油箱6A。
[0051 ]以下，关于动臂下降操作进行说明。
[0052]当将操作装置4的操作杆向b方向(动臂下降、活塞杆缩短方向)操作时，产生从先导阀5生成的先导压Pd，并作为操作压而被导向先导止回阀8，从而先导止回阀8进行打开动作。而且，先导压Pd被传递到控制阀2的操作端口 2b，从而控制阀2被进行切换操作。
[0053]另外，控制器100分别向电磁切换阀15输出切换指令和向电磁比例减压阀16输出控制指令。由此，回收切换阀10和第二控制阀11切换，动臂液压缸3a的底部侧油室3ax的油被排出到回收管路34侧(再生装置侧)，并经由第二控制阀11和控制阀2被排出到油箱6A侧。其结果，动臂液压缸3a的活塞杆进行缩短动作。
[0054]此时，排出到油箱6A侧的返回油的流量(以下称为排出流量)根据控制阀2和第二控制阀11的合成开口面积被调整，向回收管路34侧(再生装置侧)流动的返回油的流量(以下称为再生流量)使液压马达22旋转。液压马达22使与液压马达22直接连结的发电电动机23旋转来发电，发电的电能被蓄积在蓄电装置26中。
[0055]以下，关于控制器100的控制的概要使用图3及图4进行说明。图3是构成了本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第一实施方式的控制器的框图，图4是说明构成了本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第一实施方式的控制器的控制内容的特性图。在图3及图4中，与图1及图2所示的附图标记相同的附图标记是相同的部分，并省略其详细说明。
[0056]图3所示的控制器100具有第一函数发生器101、第二函数发生器102、第三函数发生器103、加法运算器104、再生流量运算部105、第一输出转换部106、排出流量运算部107、第二输出转换部108和第三输出转换部109。
[0057]第一函数发生器101、第二函数发生器102和第三函数发生器103如图3所示地输入由压力传感器21检测出的操作装置4的先导阀5的下降侧先导压Pd来作为杆操作信号121。在第一函数发生器101中，相对于杆操作信号121的目标底部流量(从动臂液压缸3a的底部侧油室3ax流出的返回油的目标流量)预先存储在表中。在第二函数发生器102中，相对于杆操作信号121的向油箱6A流动的目标流量(目标排出流量)预先存储在表中。在第三函数发生器103中，相对于杆操作信号121的开始切换点预先存储在表中。
[0058]第三函数发生器103是在杆操作信号121为开始切换点以下的情况下，将阻断(OFF)信号向第三输出转换部109输出，在超过开始切换点的情况下，将连通(0N)信号向第三输出转换部109输出。第三输出转换部109将输入信号转换成电磁切换阀15的控制信号，作为电磁阀指令115向电磁切换阀15输出。由此，电磁切换阀15动作，回收切换阀10被切换，动臂液压缸3a的底部侧油室3ax的油流入回收管路34侧(再生装置侧)。
[0059]第一函数发生器101将算出的目标底部流量向加法运算器104的一个输入端输出。第二函数发生器102将算出的目标排出流量向加法运算器104的一个输入端和排出流量运算部107输出。
[0060]加法运算器104将输入的目标底部流量与目标排出流量之间的偏差作为目标再生流量算出，并向再生流量运算部105输出。
[0061]再生流量运算部105对输入的目标再生流量的信号算出附加了延迟要素的信号(例如1次延迟的信号)，并向第一输出转换部106输出。该延迟信号能够通过例如低通滤波器电路或/和速率限制器电路实现。
[0062]排出流量运算部107对被输入的目标排出流量的信号算出附加了延迟要素的信号(例如1次延迟的信号)，并向第二输出转换部108输出。该延迟信号能够通过例如低通滤波器电路或速率限制器电路实现。
[0063]第一输出转换部106将输入的目标再生流量转换成目标发电电动机转速并作为转速指令124向逆变器24输出。由此，来控制回收管路34的返回油的流量 (再生流量)。
[0064]第二输出转换部108将输入的目标排出流量转换成电磁比例减压阀16的控制指令并作为电磁阀指令116而向电磁比例减压阀16输出。由此，来控制第二控制阀11的开度，并控制排出至油箱6A侧的返回油的流量。
[0065]以下，关于控制器100的控制逻辑的结构是将来自动臂液压缸3a的底部侧油室3ax的返回油的流量分流成再生装置侧(再生流量)和油箱侧(排出流量)来确保操作性，并能够效率好地回收再生能量的原理进行说明。
[0066]对利用再生装置确保液压执行机构的操作性来说重要的是在操作装置4的杆操作量发生变化的过渡期(开始操作当时)中，实现与以往液压挖掘机的液压执行机构的动作同等的顺畅的动作。在操作装置4的杆操作量降低到某恒定量的稳定状态下，通过再生装置的逆变器的转速控制，将再生流量保持为恒定量，从而能够实现与以往液压挖掘机的液压执行机构的动作同等的动作。
[0067]因此，在本发明的实施方式中，在操作装置4的杆刚开始操作之后，如以往液压挖掘机那样地利用控制阀控制来自底部侧油室3ax的返回油的流量(仅排出流量控制)，随着时间的经过，以增加再生流量的方式进行控制。其特征在于，为实现该功能，使构成控制器100的再生流量运算部105和排出流量运算部107具有对输入信号附加延迟要素的功能。
[0068]以下，关于该延迟要素的功能的效果，使用表示各部分的状况的图4进行说明。在图4中，横轴表示时间，纵轴的(a)?(d)从上方按顺序表示操作装置4的杆操作量、目标排出流量Qd、目标再生流量Qr、和实际的返回油流量Qt。另外，时刻tO表示开始操作装置4的杆操作的时刻，时刻11表示压力油开始向再生装置侧流动的时刻。
[0069]返回图3，当将操作装置4的操作杆向动臂下降方向操作时，从先导阀5生成先导压Pd，通过压力传感器21进行检测，并作为杆操作信号121向控制器100输入。此外，该操作杆的操作如图4的(a)杆操作量所示地从时刻t0开始并以恒定的速度操作到最大操作位置。
[0070]杆操作信号121输入至第二函数发生器102，第二函数发生器102算出向油箱6A流动的目标流量(目标排出流量)并向加法运算器104的一个输入端和排出流量运算部107输出。排出流量运算部107对输入的目标排出流量的信号算出赋予延迟要素的信号，并向第二输出转换部108输出。在图4的(b)目标排出流量中，虚线所示的Qdl表示第二函数发生器102的输出特性，实线所示的Qd2表示排出流量运算部107的输出特性。从时刻t0到时刻tl期间，Qd 1和Qd2的输出特性重叠。如此，从排出流量运算部107输出的目标排出流量信号通过被赋予了延迟，而从时刻tl平缓地减少。
[0071]另外，第一函数发生器101算出目标底部流量并向加法运算器104输出。加法运算器104根据目标底部流量和目标排出流量算出目标再生流量并向再生流量运算部105输出。再生流量运算部105对输入的目标再生流量的信号算出赋予延迟要素的信号，并向第一输出转换部106输出。在图4的(c)目标再生流量中，虚线所示的Qrl表示加法运算器104的输出特性，实线所示的Qr2表示再生流量运算部105的输出特性。由于从加法运算器104输出的目标再生流量是从第一函数发生器101的输出减去第二函数发生器102的输出量后的流量，从而从时刻tO到时刻tl期间，成为0，超过时刻tl时上升。具有延迟要素的来自再生流量运算部105的目标再生流量信号Qr2相对于加法运算器104的输出信号Qrl平缓地增加。
[0072]在图4的(d)实际的返回油流量Qt中，虚线所示的Qtl表示来自动臂液压缸3a的底部侧油室3ax的返回油的实际的整体流量，实线所示的Qt2表示实际的排出流量，Qt3表示实际的再生流量。从时刻tO到时刻11期间，Qt 1和Qt2的特性重叠。
[0073]如上所述，通过使目标排出流量信号Qd2和目标再生流量信号Qr2具有延迟要素，由此，在操作装置4的杆操作量信号刚输入之后(时刻tO至时刻tl)，排出流量Qt2大量地流动，然后(时刻11以后)排出流量Qt 2逐渐减少。另外，时刻11以后，随着排出流量Qt 2的减少，逐渐增加再生流量Qt3，其结果，得到使排出流量Qt2和再生流量Qt3合计的流量成为来自动臂液压缸3a的底部侧油室3ax的返回油的整体流量Qt 1的特性。
[0074]由此，操作员急剧地操作操作杆的情况下，由于作为液压执行机构的动臂液压缸3a的动作开始是全部的返回油大量地向油箱侧(排出流量侧)流动，然后，逐渐增加再生装置侧(再生流量侧)的流量，从而能够确保良好的操作性。另外，使向油箱侧(排出流量侧)分流的流量缓慢地减少，从而不会多余地向油箱排出。而且，在稳定时，由于返回油不向油箱侧(排出流量侧)流动，从而能够实现高的能量再生效率。
[0075]以下，使用图2及图3说明上述本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第一实施方式的控制逻辑的动作。
[0076]将操作装置4的操作杆向动臂下降方向操作时，从先导阀5生成先导压Pd，通过压力传感器21检测，并向控制器100作为杆操作信号121输入。
[0077]在控制器100中，杆操作信号121被输入至第一函数发生器101、第二函数发生器102和第三函数发生器103。第三函数发生器103是在杆操作信号121超过开始切换点的情况下输出ON信号，并经由第三输出转换部109而向电磁切换阀15输出ON信号。由此，来自先导液压栗7的压力油经由电磁切换阀15被输入至回收切换阀10的先导操作部10a。其结果，向打开侧进行切换动作，使来自动臂液压缸3a的底部侧油室3ax的返回油向再生装置流入。
[0078]第一函数发生器101和第二函数发生器102算出与杆操作信号121相应的目标底部流量和目标排出流量。加法运算器104根据目标底部流量和目标排出流量算出目标再生流量，目标再生流量和目标排出流量分别输入至再生流量运算部105和排出流量运算部107。
[0079]通过再生流量运算部105和排出流量运算部107生成使目标再生流量和目标排出流量具有延迟要素的指令信号，并经由第一输出转换部106和第二输出转换部108分别向逆变器24和电磁比例减压阀16输出控制信号124、116。
[0080]由此，由于发电电动机23的转速逐渐被加速，第二控制阀11的开度逐渐被缩小，从而在操作装置4的操作杆刚被操作之后，全部的返回油大量地向油箱侧(排出流量侧)流动，然后，逐渐增加再生装置侧(再生流量侧)的流量。另外，由于使向油箱侧(排出流量侧)分流的流量缓慢地减少，从而不会多余地向油箱排出。通过以上的动作，能够实现与杆操作相应的顺畅的液压缸动作，并能够效率良好地实现能量的再生。
[0081]根据上述本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第一实施方式，在刚开始操作之后将从作为液压执行机构的动臂液压缸3a排出的返回油的全部流量向油箱6A侧排出，然后逐渐使向再生装置70侧分流的流量增加，并使油箱6A侧的排出流量缓慢减少，从而能够确保作为液压执行机构的动臂液压缸3a的良好的操作性，并能够实现高的能量再生效率。
[0082]另外，根据上述本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第一实施方式，在操作员剧烈地操作操作杆的情况下，动臂液压缸3a的动作开始是全部的返回油向油箱6A侧大量地流动，然后，逐渐增加再生装置70侧的流量，从而能够确保良好的操作性。另外，使向油箱6A侧分流的流量缓慢地减少，从而不会多余地向油箱6A排出。而且，在稳定时，由于返回油不向油箱6A侧流动，所以能够实现高的能量再生效率。
[0083]实施例2
[0084]以下，使用【附图说明】本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第二实施方式。图5是表示本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第二实施方式的控制系统的概要图，图6是构成了本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第二实施方式的控制器的框图。在图5及图6中，与图1至图4所示的附图标记相同的附图标记是相同的部分，从而省略其详细说明。
[0085]图5及图6所示的本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第二实施方式由大致与第一实施方式同样的液压源和作业机等构成，但以下结构不同。在本实施方式中，将液压马达22替换成可变容量型液压马达222，设置使马达容量可变的马达调节器222a。马达调节器222a与来自控制器100的指令成正比例地使可变容量型液压马达222的容量变化。控制器100设置了恒定转速指令部201、除法运算器202、第四输出转换部203和容量指令运算部105A这点与第一实施方式不同。
[0086]在本实施方式中，发电电动机23以恒定的转速旋转，通过控制可变容量型液压马达222的容量来控制再生流量。在图6中，关于与第一实施方式不同的部位进行说明。
[0087]在第一实施方式中，将来自加法运算器104的输出经由再生流量运算部105和第一输出转换部106向逆变器24输出，但在本实施方式中，将来自加法运算器104的输出输入至除法运算器202 的一端。为使发电电动机23的转速始终以恒定的转速旋转，恒定转速指令部201将发电电动机的转速指令向第一输出转换部106输出。第一输出转换部106将输入的转速指令转换成目标发电电动机转速并作为转速指令124向逆变器24输出。
[0088]恒定转速指令部201还将发电电动机的转速指令向除法运算器202的另一端输出。除法运算器202输入作为加法运算器104的输出的目标再生流量指令和发电电动机的转速指令，并将再生流量指令除以转速指令，由此算出可变容量型液压马达222的目标容量，并向容量指令运算部105A输出。
[0089]容量指令运算部105A计算出对被输入的目标容量的信号附加了延迟要素的信号(例如1次延迟的信号)，并向第四输出转换部203输出。该延迟信号能够通过例如低通滤波器电路或速率限制器电路实现。
[0090]第四输出转换部203将输入的目标容量转换成例如倾转角并作为容量指令204而向马达调节器222a输出。由此，来控制回收管路34的返回油的流量(再生流量)。
[0091]根据上述本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第二实施方式，能够得到与第一实施方式同样的效果。
[0092]实施例3
[0093]以下，使用【附图说明】本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第三实施方式。图7是表示本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第二实施方式的控制系统的概要图。在图7中，与图1至图6所示的附图标记相同的附图标记是相同的部分，从而省略其详细说明。
[0094]图7所示的本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第三实施方式由大致与第一实施方式同样的液压源和作业机等构成，但以下结构不同。在本实施方式中，将液压马达22替换成可变容量型液压马达222，设置使马达容量可变的马达调节器222a。另外，在可变容量型液压马达222上连结有可变容量型液压栗223。在可变容量型液压栗223上设置有使栗容量可变的栗调节器223a。可变容量型液压栗223排出的工作油被供给到斗杆液压缸等的执行机构等。
[0095]马达调节器222a与来自控制器100的指令成正比例地使可变容量型液压马达222的容量变化。栗调节器223a与来自控制器100的指令成正比例地使可变容量型液压栗223的容量变化。
[0096]在本实施方式中，通过控制可变容量型液压马达222的容量来控制再生流量。
[0097]根据上述本发明的作业机械的压力油能量回收装置的第三实施方式，能够得到与第一实施方式同样的效果。
[0098]此外，在本实施方式中，以将可变容量型液压栗223与可变容量型液压马达222连接的情况为例进行了说明，但不限于此。例如，也可以采用将飞轮与可变容量型液压栗223连接的结构，将动能作为再生能量进行蓄积。
[0099]附图标记的说明
[0100]1液压挖掘机
[0101]la 动臂
[0102]2控制阀
[0103]2a先导受压部
[0104]2b先导受压部
[0105]3a动臂液压缸
[0106]3ax底部侧油室
[0107]3ay杆侧油室
[0108]4操作装置
[0109]5控制阀
[0110]6液压栗
[0111]6A油箱
[0112]7先导液压栗
[0113]8先导止回阔
[0114]10回收切换阀
[0115]11第二控制阀
[0116]15电磁切换阀
[0117]16电磁比例减压阀
[0118]21压力传感器(操作量检测机构)
[0119]22液压马达
[0120]23发电电动机
[0121]24逆变器
[0122]25斩波器
[0123]26蓄电装置
[0124]30管路
[0125]31杆侧油室管路
[0126]32底部侧油室管路
[0127]33返回管路
[0128]34回收管路
[0129]40a先导2次侧油路
[0130]40b先导2次侧油路
[0131]40c先导2次侧油路
[0132]50发动机
[0133]100控制器(控制装置)
[0134]222可变容量型液压马达
[0135]222a马达调节器
[0136]223可变容量型液压栗
[0137]223a栗调节器
【主权项】
1.一种作业机械的压力油能量回收装置，具有:液压栗；驱动作业装置的液压执行机构;操作所述液压执行机构的操作装置；以及再生所述液压执行机构的返回油的再生装置，所述作业机械的压力油能量回收装置的特征在于，具有: 供来自所述液压执行机构的返回油流通的管路；将所述管路分支成多个管路的分支部;作为从所述分支部分支的一个管路且设置有所述再生装置的再生回路;作为从所述分支部分支的另一个管路且将所述返回油向油箱排出的排出回路;设置在所述排出回路上且能够调整返回油的流量的流量调整装置;检测所述操作装置的操作量的操作量检测部;取入所述操作量检测部的检测信号来算出在所述排出回路中流通的返回油的目标排出流量的排出流量运算部;取入所述操作量检测部的检测信号来算出在所述再生回路中流通的返回油的目标再生流量的再生流量运算部；以及根据所述目标排出流量来控制所述流量调整装置并根据所述目标再生流量来控制所述再生装置的控制装置， 所述排出流量运算部对在所述操作装置的刚开始操作之后与所述操作量相应地增大并随着时间的经过而缓慢地减少的目标排出流量进行计算， 所述再生流量运算部对在所述操作装置的刚开始操作之后将目标再生流量设定得比所述目标排出流量小并随着时间的经过而与所述操作量相应地缓慢地增大的目标再生流量进行计算。2.如权利要求1所述的作业机械的压力油能量回收装置，其特征在于， 具有供给先导油的先导液压栗， 所述流量调整装置具有:减压装置，其被供给所述先导油，并根据来自所述控制装置的指令来输出已减压的2次压力油；以及控制阀，其输入从所述减压装置输出的2次压力油，并调整成与所述2次压力油的压力成正比例的开度， 所述控制装置针对所述操作量检测部的检测信号的变化而对向所述减压装置的指令附加延迟要素并进行控制。3.如权利要求2所述的作业机械的压力油能量回收装置，其特征在于， 所述控制装置的延迟要素的附加构成为向具有低通滤波器功能的运算部输入所述操作装置的操作量信号，且将所述运算部的输出作为向所述减压装置的指令。4.如权利要求2所述的作业机械的压力油能量回收装置，其特征在于， 所述控制装置的延迟要素的附加构成为向具有变化速度制限功能的运算部输入所述操作装置的操作量信号，且将所述运算部的输出作为向所述减压装置的指令。5.如权利要求1?4中任一项所述的作业机械的压力油能量回收装置，其特征在于， 所述再生装置具有:通过所述液压执行机构的返回油驱动的液压马达；以及与所述液压马达机械地连接的发电电动机， 所述控制装置构成为能够控制所述发电电动机的转速。6.如权利要求1?4中任一项所述的作业机械的压力油能量回收装置，其特征在于， 所述再生装置具有通过所述液压执行机构的返回油驱动的可变容量型液压马达， 所述控制装置构成为能够控制所述可变容量型液压马达的容量。7.如权利要求1?4中任一项所述的作业机械的压力油能量回收装置，其特征在于， 所述再生装置具有:通过所述液压执行机构的返回油驱动的可变容量型液压马达；以及与所述可变容量型液压马达机械地连接的发电电动机， 所述控制装置构成为能够控制所述可变容量型液压马达的容量和所述发电电动机的转速。
【专利摘要】作业机械的压力油能量回收装置具有：液压泵；驱动作业装置的液压执行机构；操作液压执行机构的操作装置；以及再生液压执行机构的返回油的再生装置，该作业机械的压力油能量回收装置具有：供来自液压执行机构的返回油流通的管路；将管路分支成多个管路的分支部；作为从分支部分支的一个管路且设置有再生装置的再生回路；作为从分支部分支的另一个管路且将返回油向油箱排出的排出回路；设置在排出回路上且能够调整返回油的流量的流量调整装置；检测操作装置的操作量的操作量检测部；取入操作量检测部的检测信号来算出在排出回路中流通的返回油的目标排出流量的排出流量运算部；取入操作量检测部的检测信号来算出在再生回路中流通的返回油的目标再生流量的再生流量运算部；以及根据目标排出流量来控制流量调整装置并根据目标再生流量来控制再生装置的控制装置。
【IPC分类】E02F9/22, E02F9/20, F15B21/14
【公开号】CN105492782
【申请号】CN201480046972
【发明人】土方圣二, 石川广二, 大木孝利, 井村进也
【申请人】日立建机株式会社
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年1月28日
【公告号】WO2015114736A1
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