JP2005315312A - 建設機械の油圧シリンダ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機によって油圧ポンプを駆動し、この油圧ポンプの吐出油を油圧シリンダのヘッド側に供給するとともに、前記油圧シリンダのヘッド側から排出される作動油を前記油圧ポンプに吸収させてエネルギー回生を効率よく行えるようにする。
【解決手段】ブーム上げ操作時は、電動機２１によって駆動される油圧ポンプ２２の吐出油をブームシリンダ１８のヘッド側油室１８ａに供給し、ブーム下げ操作時は、該ヘッド側油室１８ａから排出される作動油を油圧ポンプ２２に吸収させて電動機２１を逆回転させることによりエネルギー回生を行うように構成する。ブームシリンダ１８のロッド側油室１８ｂは切換弁２３を介して油圧源２４とタンク２５の何れかに切り換え可能に接続し、ブームシリンダ１８のヘッド側油室１８ａに圧力検出器２７を設ける。該圧力検出器２７が検出するブームシリンダ１８の保持圧が所定圧以下のときは、コントローラ３０の制御信号により切換弁２３をオフセット位置（イ）に切り換えて、油圧源２４の作動油をブームシリンダ１８のロッド側油室１８ｂに供給する。
【選択図】図４

Description

本発明は建設機械の油圧シリンダ駆動装置に関するものであり、特に、電動機で油圧ポンプを駆動し、該油圧ポンプにより伸縮駆動される建設機械の油圧シリンダ駆動装置に関するものである。

従来、電動機により油圧ポンプを駆動し、該油圧ポンプの吐出油を方向制御弁を介して片ロッド式の油圧シリンダのヘッド側油室またはロッド側油室に供給するように構成し、前記油圧シリンダに作用する外力の方向を検出し、前記油圧シリンダをこの外力と同方向に作動させるときに、外力が作用する側のシリンダ油室の油を前記油圧ポンプに流入させてエネルギー回生を行うようにし、一方、前記油圧シリンダをこの外力と反対方向に作動させるときに、通常運転モードとして前記油圧ポンプを電動機で駆動して、外力による圧力が作用する側のシリンダ油室に油を供給するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１記載の油圧シリンダ回路は、通常作業時に於けるブームシリンダにはブームをはじめとするアタッチメント重量と負荷の合計重量による外力がシリンダ収縮方向の力として作用し、ヘッド側油室に保持圧が発生している。シリンダを伸縮させるときはコントローラからの制御信号により方向制御弁が第１の位置に切り換わり、電磁弁も通電されてオン位置に切り換わる。これによって、ブームシリンダのヘッド側油室が油圧ポンプに接続され、ロッド側油室がタンクに接続される。そして、ブームシリンダの収縮動作時には、電動機が逆転して油圧ポンプがヘッド側油室の作動油を吸い込んでモータ作用を行う方向に回転する。このとき、ロッド側油室にはタンクラインを通じてタンクの作動油が吸い上げられ、ブームシリンダの収縮時にエネルギー回生が行われる。
特開２００３−７４５１７号公報

特許文献１記載の発明は、油圧ポンプと油圧シリンダとの間に方向制御弁が介在しているため、作動油が該方向制御弁を通過する際の圧力損失や、ブーム上げ動作時のブリードオフが多い。

そこで、電動機によって油圧ポンプを駆動し、この油圧ポンプの吐出油を油圧シリンダのヘッド側に供給するとともに、前記油圧シリンダのヘッド側から排出される作動油を前記油圧ポンプに吸収させてエネルギー回生を行うように構成された建設機械の油圧シリンダ駆動装置に於いて、エネルギー回生を効率よく行えるようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、電動機によって油圧ポンプを駆動し、この油圧ポンプの吐出油を油圧シリンダのヘッド側油室に供給するとともに、該ヘッド側油室から排出される作動油を前記油圧ポンプに吸収させてエネルギー回生を行うように構成された建設機械の油圧シリンダ駆動装置に於いて、
前記油圧シリンダのロッド側油室は切換弁を介して油圧源とタンクの何れかに切り換え可能に接続した建設機械の油圧シリンダ駆動装置を提供する。

この構成によれば、上記切換弁をタンク側に切り換えることにより、油圧シリンダをロッド側へ駆動する際は、ロッド側油室の圧力が開放されて油圧シリンダがロッド側へ作動する。また、油圧シリンダをヘッド側へ駆動する際も、前記切換弁をタンク側に切り換えたままの状態で油圧シリンダがヘッド側へ作動する。これに対して、油圧シリンダをヘッド側へ駆動する際に、前記切換弁を油圧源側に切り換えることにより、油圧源の作動油が油圧シリンダのロッド側油室に導入して、該ロッド側油室の圧力が上昇し、ブーム下げ動作での掘削及び本体ジャッキアップが可能となる。

請求項２記載の発明は、上記油圧シリンダのヘッド側油室に圧力検出器を設け、該圧力検出器が検出する油圧シリンダの保持圧が所定圧以下のときは、上記切換弁を油圧源側に切り換えて油圧シリンダのロッド側油室に作動油を供給するように構成した建設機械の油圧シリンダ駆動装置を提供する。

この構成に寄れば、上記油圧シリンダのヘッド側油室に設けた圧力検出器が油圧シリンダの保持圧を検出し、この保持圧の大きさによって上記切換弁の制御を行う。該保持圧が所定圧以下のときは、前記切換弁を油圧源側に切り換えて油圧源の作動油を油圧シリンダのロッド側油室に導入し、ブーム下げによる掘削を行う。このとき、前記油圧ポンプの電動機は無負荷回転により作動油の排出を容易にする。

請求項１記載の発明は、油圧シリンダのロッド側油室に切換弁を設けて油圧源とタンクの何れかに切り換え可能にしたことにより、通常時はロッド側油室をタンクに連通させ、必要時は前記切換弁を油圧源側に切り換えて油圧源の作動油をロッド側油室に導入し、ブーム下げによる掘削を行うことができる。

請求項２記載の発明は、圧力検出器が検出する油圧シリンダの保持圧が所定圧以下のときは、切換弁を油圧源側に切り換えて油圧シリンダのロッド側油室に作動油を供給するので、作業条件、例えば掘削可否、ジャッキアップ可否の判断ができる。

以下、本発明に係る建設機械の油圧シリンダ駆動装置について、好適な実施例をあげて説明する。電動機によって油圧ポンプを駆動し、この油圧ポンプの吐出油を油圧シリンダのヘッド側油室に供給するとともに、前記油圧シリンダのヘッド側油室から排出される作動油を前記油圧ポンプに吸収させてエネルギー回生を効率よく行えるようにするという目的を、前記油圧シリンダのロッド側油室は切換弁を介して油圧源とタンクの何れかに切り換え可能に接続し、更に、油圧シリンダのヘッド側油室に圧力検出器を設け、該圧力検出器が検出する油圧シリンダの保持圧が所定圧以下のときは、上記切換弁を油圧源側に切り換えて油圧シリンダのロッド側油室に作動油を供給するように構成したことにより実現した。

図１は建設機械の一例として油圧ショベル１０を示し、下部走行体１１の上に旋回機構１２を介して上部旋回体１３が旋回自在に載置されている。上部旋回体１３にはその前方一側部にキャブ１４が設けられ、且つ、前方中央部にブーム１５が俯仰可能に取り付けられている。更に、ブーム１５の先端にアーム１６が上下回動自在に取り付けられ、該アーム１６の先端にバケット１７が取り付けられている。前記ブーム１５はブームシリンダ１８の伸縮駆動により回動し、アーム１６はアームシリンダ１９の伸縮駆動により回動する。また、バケット１７はバケットシリンダ２０の伸縮駆動により回動する。

図２は油圧シリンダ駆動装置の一例として、ブームシリンダ１８の駆動回路を示し、電動機２１によって両方向形の油圧ポンプ２２を駆動し、この油圧ポンプ２２の吐出油をブームシリンダ１８のヘッド側油室１８ａに供給する。前記ブームシリンダ１８のロッド側油室１８ｂは切換弁２３を介して油圧源２４とタンク２５の何れかに切り換え可能に接続されている。この切換弁２３は、ノーマル位置（イ）ではブームシリンダ１８のロッド側油室１８ｂとタンク２５とを接続し、コントローラ３０の制御信号によりソレノイド２６が励磁されてオフセット位置（ロ）に切り換わったときは、ブームシリンダ１８のロッド側油室１８ｂと油圧源２４とを接続するように形成されている。

更に、前記ブームシリンダ１８のヘッド側油室１８ａに圧力検出器２７を設け、該圧力検出器２７にて前記ヘッド側油室１８ａの圧力即ちブームシリンダ１８の保持圧を検出する。該圧力検出器２７が検出した保持圧はコントローラ３０に入力される。ブームシリンダ１８の保持圧が予め設定された所定圧よりも高いときは、コントローラ３０から前記切換弁２３のソレノイド２６へ制御信号は出力されず、該保持圧が所定圧以下のときは、コントローラ３０から前記切換弁２３のソレノイド２６へ制御信号が出力される。

また、前記電動機２１はインバータ３１を介してコントローラ３０に接続されており、インバータ３１にはバッテリ３２が接続されている。操作部３３を操作すれば操作信号が前記コントローラ３０に入力され、この操作信号に応じてコントローラ３０からインバータ３１に制御信号が送られて、前記電動機２１の回転・停止や回転数等が制御される。尚、後述するように、前記電動機２１が油圧ポンプ２２により逆回転駆動されたときは、該電動機２１が発電機として作動し、エネルギー回生による電力がバッテリ３２に蓄電される。

図２に示したように、前記操作部３３が操作されない状態では、コントローラ３０から前記切換弁２３のソレノイド２６に制御信号が出力されず、前記切換弁２３はノーマル位置（イ）を保持してブームシリンダ１８のロッド側油室１８ｂとタンク２５とを接続する。また、コントローラ３０からインバータ３１に制御信号が送られないため、前記電動機２１に電力が印加されずに油圧ポンプ２２は駆動されない。従って、ブームシリンダ１８には作動油が供給されず、ブームシリンダ１８は伸縮作動しない。

図３に示すように、前記操作部３３をブーム上げ側へ操作したときは、この操作信号が前記コントローラ３０に入力され、コントローラ３０からインバータ３１にブーム上げの制御信号が送られて、前記電動機２１が正回転方向（図中時計方向）に回転制御される。該電動機２１の正回転により油圧ポンプ２２が正回転方向（図中時計方向）に駆動して油圧ポンプ２２からの吐出油がブームシリンダ１８のヘッド側油室１８ａに供給され、ブームシリンダ１８が伸長作動してブーム１５が上げ方向へ回動する。

ブーム１５を所望の高さ位置で停止すべく、前記操作部３３を中立位置に戻せば、コントローラ３０からインバータ３１への制御信号が遮断されて前記電動機２１の回転が停止する。従って、前記油圧ポンプ２２からブームシリンダ１８のヘッド側油室１８ａへの作動油の供給が止まり、ブームシリンダ１８の伸長作動が停止してブーム１５が所望の高さ位置に保持される。

この状態では、図１に示したように、ブーム１５をはじめとする各アタッチメントの重量と負荷の合計重量による外力がブームシリンダ１８に収縮方向の力として作用し、ヘッド側油室１８ａに保持圧が発生している。この保持圧は前記圧力検出器２７により検出されてコントローラ３０に入力される。該保持圧が予め設定された所定圧よりも高いときは、コントローラ３０から前記切換弁２３のソレノイド２６に制御信号が出力されず、該切換弁２３はノーマル位置（イ）を保持して、ブームシリンダ１８のロッド側油室１８ｂとタンク２５とを接続する。

図４に示すように、前記操作部３３をブーム下げ側へ操作したときは、この操作信号が前記コントローラ３０に入力され、コントローラ３０からインバータ３１にブーム下げの制御信号が送られて、前記電動機２１が逆回転方向（図中反時計方向）に回転制御される。該電動機２１の逆回転により油圧ポンプ２２が逆回転方向（図中反時計方向）に駆動してブームシリンダ１８のヘッド側油室１８ａの作動油が油圧ポンプ２２に吸い込まれ、ブームシリンダ１８が収縮作動してブーム１５が下げ方向へ回動する。

そして、ブーム１５が地面等に接地（接触）し、外力により保持されると、ブームシリンダ１８の保持圧が低下し、該保持圧が所定圧以下になったときは、コントローラ３０から前記切換弁２３のソレノイド２６へ制御信号が出力される。然るときは、前記切換弁２３がオフセット位置（ロ）に切り換わり、ブームシリンダ１８のロッド側油室１８ｂと油圧源２４とが接続される。

従って、油圧源２４からの作動油が前記ロッド側油室１８ｂに導入してブームシリンダ１８により掘削ができる。

このように、両方向形の油圧ポンプ２２を使用してブームシリンダ１８を駆動するに際して、ロッド側油室１８ｂに切換弁２３を介して油圧源２４とタンク２５とを切り換え可能に接続したので、ブーム下げ時に前記切換弁２３を切り換えて油圧源２４からの作動油をロッド側油室１８ｂに導入して掘削を行うことができる。また、油圧ポンプ２２とブームシリンダ１８との間に方向制御弁を介在させていないため、作動油が方向制御弁を通過する際の圧力損失がなく、ブーム上げ動作時のブリードオフが減少する。更に、ジャッキアップ等の排出側（ロッド側）に圧力を掛ける必要がない機械では、排出側をタンクに接続するだけでよく、より一層簡単な構成となる。

尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

図は本発明の一実施の形態を示すものである。
油圧ショベルの側面図。 ブームシリンダの駆動回路図。 ブーム上げ操作時のブームシリンダの駆動回路図。 ブーム下げ操作時のブームシリンダの駆動回路図。

符号の説明

１０ 油圧ショベル
１８ ブームシリンダ
１８ａ ヘッド側油室
１８ｂ ロッド側油室
２１ 電動機
２２ 油圧ポンプ
２３ 切換弁
２４ 油圧源
２５ タンク
２６ ソレノイド
２７ 圧力検出器
３０ コントローラ

Claims (2)

1. 電動機によって油圧ポンプを駆動し、この油圧ポンプの吐出油を油圧シリンダのヘッド側油室に供給するとともに、該ヘッド側油室から排出される作動油を前記油圧ポンプに吸収させてエネルギー回生を行うように構成された建設機械の油圧シリンダ駆動装置に於いて、
   前記油圧シリンダのロッド側油室は切換弁を介して油圧源とタンクの何れかに切り換え可能に接続したことを特徴とする建設機械の油圧シリンダ駆動装置。
2. 上記油圧シリンダのヘッド側油室に圧力検出器を設け、該圧力検出器が検出する油圧シリンダの保持圧が所定圧以下のときは、上記切換弁を油圧源側に切り換えて油圧シリンダのロッド側油室に作動油を供給するように構成した請求項１記載の建設機械の油圧シリンダ駆動装置。

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