JP2009275772A - Fluid pressure control circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、位置エネルギ回収用のアキュムレータを備えた流体圧制御回路に関する。 The present invention relates to a fluid pressure control circuit including an accumulator for recovering potential energy.
ブームシリンダにより作業機を上下動する油圧式掘削機において、ブームシリンダのヘッド側を蓄圧器操作弁を介して蓄圧器(アキュムレータ)に接続するとともに、可変リリーフ弁を介してタンクに接続し、作業機の位置に応じて、蓄圧器操作弁および可変リリーフ弁を制御して、作業機の重量とバランスする油圧を蓄圧器内に発生させる油圧式掘削機の位置エネルギ回収活用装置がある(例えば、特許文献1参照)。
この従来のものは、ブームシリンダのヘッド側から流出した戻り油の一部を蓄圧器操作弁を経て蓄圧器に蓄えるが、この蓄圧器の設定圧を適切に設定することが容易でなく、設定圧が低すぎると、再利用時の圧が十分でなく、また設定圧が高すぎると、この蓄圧器内の圧が負荷圧となって、ブームシリンダの下降速度および応答性が低下する。 This conventional one stores a part of the return oil flowing out from the head side of the boom cylinder in the accumulator through the accumulator operation valve, but it is not easy to set the set pressure of this accumulator properly, If the pressure is too low, the pressure at the time of reuse is not sufficient, and if the set pressure is too high, the pressure in the accumulator becomes the load pressure, and the lowering speed and responsiveness of the boom cylinder are reduced.
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、アキュムレータへの作動流体の蓄積が容易であるとともに再利用時は高い圧が得られる流体圧制御回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a fluid pressure control circuit that can easily accumulate a working fluid in an accumulator and can obtain a high pressure during reuse.
請求項1に記載された発明は、メインポンプから吐出された作動流体を制御して位置エネルギ回収シリンダに供給するメイン回路と、位置エネルギ回収シリンダから排出された作動流体を蓄積するアキュムレータと、アキュムレータから放出された作動流体を吸込んで位置エネルギ回収シリンダに供給する専用ポンプとを具備した流体圧制御回路である。
The invention described in
請求項2に記載された発明は、請求項1記載の流体圧制御回路において、位置エネルギ回収シリンダから排出された作動流体をアキュムレータに回収する際の流れを制御する回収制御弁を具備した流体圧制御回路である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the fluid pressure control circuit according to the first aspect, wherein the fluid pressure control circuit includes a recovery control valve that controls a flow when the working fluid discharged from the potential energy recovery cylinder is recovered by the accumulator. It is a control circuit.
請求項3に記載された発明は、請求項1または2記載の流体圧制御回路において、専用ポンプから吐出された作動流体を位置エネルギ回収シリンダに再利用する際の流れを制御する再利用制御弁を具備した流体圧制御回路である。 According to a third aspect of the present invention, in the fluid pressure control circuit according to the first or second aspect, a reuse control valve for controlling a flow when the working fluid discharged from the dedicated pump is reused in the potential energy recovery cylinder. Is a fluid pressure control circuit.
請求項4に記載された発明は、請求項1乃至3のいずれか記載の流体圧制御回路における位置エネルギ回収シリンダを、油圧ショベルの作業装置を上下方向に回動するブームシリンダとした流体圧制御回路である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a fluid pressure control in which the potential energy recovery cylinder in the fluid pressure control circuit according to any one of the first to third aspects is a boom cylinder that rotates a working device of a hydraulic excavator in the vertical direction. Circuit.
請求項1に記載された発明によれば、アキュムレータに蓄積された作動流体を位置エネルギ回収シリンダに再利用するときに、専用ポンプでの加圧が可能であるから、アキュムレータ圧を高く設定する必要がなく、アキュムレータ圧の低圧設定が可能であり、アキュムレータへの作動流体の蓄積が容易であるとともに再利用時は高い圧が得られる。 According to the first aspect of the present invention, when the working fluid accumulated in the accumulator is reused in the potential energy recovery cylinder, pressurization with a dedicated pump is possible, so it is necessary to set the accumulator pressure high. Therefore, the accumulator pressure can be set to a low pressure, the working fluid can be easily accumulated in the accumulator, and a high pressure can be obtained during reuse.
請求項2に記載された発明によれば、専用ポンプによりアキュムレータ圧を低圧設定できるので、回収制御弁を開くことにより、アキュムレータ圧を負荷圧とする位置エネルギ回収シリンダを迅速に作動でき、位置エネルギ回収シリンダの作動速度および応答性を向上できる。 According to the second aspect of the present invention, since the accumulator pressure can be set to a low pressure by the dedicated pump, the potential energy recovery cylinder using the accumulator pressure as the load pressure can be quickly operated by opening the recovery control valve, and the potential energy The operating speed and responsiveness of the recovery cylinder can be improved.
請求項3に記載された発明によれば、アキュムレータに蓄積された作動流体を、再利用制御弁を開くことにより、専用ポンプを経由して位置エネルギ回収シリンダに再利用できるので、位置エネルギ回収シリンダの作動速度および応答性を一層向上できる。 According to the third aspect of the present invention, the working fluid accumulated in the accumulator can be reused for the potential energy recovery cylinder via the dedicated pump by opening the reuse control valve. The operating speed and responsiveness can be further improved.
請求項4に記載された発明によれば、油圧ショベルの作業装置をブームシリンダにより上下動する際に、アキュムレータへの作動流体の蓄積が容易であるとともに再利用時は高い圧が得られる。 According to the fourth aspect of the present invention, when the working device of the hydraulic excavator is moved up and down by the boom cylinder, the working fluid can be easily accumulated in the accumulator and a high pressure can be obtained at the time of reuse.
以下、本発明を、図1乃至図3に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to an embodiment shown in FIGS.
図3に示されるように、作業機械としての油圧ショベル10は、機体11に対し荷重体としての作業装置12が可動的に設けられ、この作業装置12は、機体11と、この機体11に対し上下方向回動自在に軸支されたブーム13とに、位置エネルギ回収シリンダとしてのブームシリンダ14の基端部およびロッド先端部が回動自在に連結され、さらに、ブーム13と、このブーム13の先端部に回動自在に軸支されたアーム15とに、アームシリンダ16の基端部およびロッド先端部が回動自在に連結され、さらに、アーム15と、このアーム15の先端部に回動自在に軸支されたバケット17とに、バケットシリンダ18の基端部およびロッド先端部のリンケージ19が回動自在に連結されている。
As shown in FIG. 3, a hydraulic excavator 10 as a work machine is provided with a work device 12 as a load body movably provided to a machine body 11, and the work device 12 is connected to the machine body 11 and the machine body 11. A base end portion and a rod end portion of a boom cylinder 14 as a potential energy recovery cylinder are rotatably connected to a
ブームシリンダ14は、作業装置12を上下方向に回動する流体圧アクチュエータであって、作業装置12の全体の荷重Wを受けて縮小動作が可能な位置エネルギ回収シリンダであり、以下、位置エネルギ回収シリンダCy1という。また、位置エネルギ回収シリンダCy1以外の他の流体圧アクチュエータ(油圧シリンダまたは油圧モータ)を他回路シリンダCy2という。 The boom cylinder 14 is a fluid pressure actuator that rotates the working device 12 in the vertical direction. The boom cylinder 14 is a potential energy recovery cylinder that can perform a reduction operation in response to the entire load W of the working device 12. It is called cylinder Cy1. Further, other fluid pressure actuators (hydraulic cylinder or hydraulic motor) other than the potential energy recovery cylinder Cy1 are referred to as other circuit cylinder Cy2.
図1は、具体的なシステム構成例を示し、位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側は、一方の回収制御弁1を経てアキュムレータAccに連通可能に設けられ、また、エンジンEにより駆動される可変容量型のメインポンプPp1の吐出通路は、他方の回収制御弁2を経てアキュムレータAccに連通可能に設けられている。位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側から排出された流体またはメインポンプPp1から吐出された流体の一部は、このアキュムレータAccに蓄積される。
FIG. 1 shows a specific system configuration example. The head side of the potential energy recovery cylinder Cy1 is provided so as to be able to communicate with an accumulator Acc via one
アキュムレータAccには、エンジンEによりメインポンプPp1と共に駆動される可変容量型の専用ポンプPp2の吸込口が接続され、この専用ポンプPp2の吐出口は、一方の再利用制御弁3を経て位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド・ロッド間再生通路に連通可能に設けられるとともに、他方の再利用制御弁4を経てメインポンプPp1の吐出通路に連通可能に設けられている。
The accumulator Acc is connected to a suction port of a variable capacity type dedicated pump Pp2 driven by the engine E together with the main pump Pp1. The discharge port of the dedicated pump Pp2 is connected to one of the
また、位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側をロッド側に連通可能な再生通路中には再生制御弁5が設けられ、その再生通路とメインポンプPp1との間には、閉止制御弁6およびポンプ流量制御弁7が設けられている。メインポンプPp1の吐出通路は、ポンプ流量制御弁7の供給ポートに接続されている。
In addition, a
回収制御弁1は、位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側から排出された作動流体をアキュムレータAccに回収する際の流量を制御する位置エネルギ回収制御用である。
The
回収制御弁2は、メインポンプPp1からの余剰流量をアキュムレータAccへ回収する流れを制御するものである。
The
再利用制御弁3は、専用ポンプPp2から吐出された位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側の作動流体を位置エネルギ回収シリンダCy1のロッド側へ再利用する際の再生流量を制御するものである。
The
再利用制御弁4は、アキュムレータAccの蓄積エネルギを専用ポンプPp2を経由して再利用する流れを制御するもので、メインポンプPp1の吐出ラインに接続する。
The
再生制御弁5は、位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側からロッド側へ流体を直接再生する場合に制御するものであるが、必須のものではなく、再生通路とともに削除しても良い。
The
閉止制御弁6は、位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側からロッド側への再生時にポンプ流量制御弁7でタンクT側への流路を閉にできないときに必要とするものであり、必須のものではない。 The closing control valve 6 is necessary and essential when the pump flow rate control valve 7 cannot close the flow path to the tank T side during regeneration from the head side to the rod side of the potential energy recovery cylinder Cy1. is not.
ポンプ流量制御弁7は、各荷重体駆動装置(ブームシリンダ14、アームシリンダ16、バケットシリンダ18等)に注入されるポンプ注入流量および各荷重体駆動装置からタンクTへ戻される戻り流量を方向制御および流量制御するコントロール弁であり、注入流量と戻り流量との関係が固定されるスプール弁でもよいが、注入流量と戻り流量との関係を複数のロジック弁で別々に制御できるようにすることが望ましい。
The pump flow rate control valve 7 controls the direction of the pump injection flow rate injected into each load body drive device (boom cylinder 14,
このポンプ流量制御弁7の一方の出力ポートは、通路Mを経て位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側に連通され、他方のポートは、閉止制御弁6を経て位置エネルギ回収シリンダCy1のロッド側に接続されている。このポンプ流量制御弁7の接続制御対象は、位置エネルギを回収するブームシリンダ等の位置エネルギ回収シリンダCy1だけでなく、バケットシリンダ等の他回路シリンダCy2も含み、複数回路をそれぞれ流量制御および方向制御するものである。 One output port of the pump flow control valve 7 is connected to the head side of the potential energy recovery cylinder Cy1 via the passage M, and the other port is connected to the rod side of the potential energy recovery cylinder Cy1 via the closing control valve 6. Has been. The connection control object of this pump flow rate control valve 7 includes not only the position energy recovery cylinder Cy1 such as a boom cylinder for recovering potential energy but also other circuit cylinders Cy2 such as a bucket cylinder, and each of the plural circuits has flow control and direction control. To do.
図1では、再利用制御弁4は、ポンプ流量制御弁7の上流側に接続されているが、再利用するサブシステム(ブームシリンダ等の回路)を限定する場合は、ポンプ流量制御弁7の下流側に接続してもよい。このとき、回収制御弁1の流れを両方向にして、回収制御弁1をヘッド側への注入にも用いる場合はこの再利用制御弁4は不要となる。
In FIG. 1, the
専用ポンプPp2は、アキュムレータAccの蓄積エネルギを再利用するときの高圧流体を流す時(再利用モード時)、アキュムレータAccから放出された作動流体を吸込んで、位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側またはメインポンプPp1の吐出通路に供給するものであり、さらに、位置エネルギ回収モード時に位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側流体を再利用制御弁3経由で位置エネルギ回収シリンダCy1のロッド側への再生流量として流す機能を持ち、斜板などの容量可変手段による流量調整機能付きとする。
The dedicated pump Pp2 sucks the working fluid released from the accumulator Acc when flowing high-pressure fluid when reusing the accumulated energy of the accumulator Acc (in the reuse mode), and the head side of the potential energy recovery cylinder Cy1 or the main Further, the fluid is supplied to the discharge passage of the pump Pp1, and the fluid on the head side of the potential energy recovery cylinder Cy1 is supplied as a regeneration flow rate to the rod side of the potential energy recovery cylinder Cy1 via the
なお、図1では、流体ポンプおよび各回路を構成するシリンダ(ブームシリンダ等)は1セットのみを例示しているが、複数セットを設置する場合もある。 In FIG. 1, only one set of cylinders (boom cylinders, etc.) constituting the fluid pump and each circuit is illustrated, but a plurality of sets may be installed.
位置エネルギ回収シリンダCy1などの作動方向および作動指令速度を操作指令Lとして入力する操作レバー(電気ジョイスティック)、位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド圧Phおよびロッド圧Prをそれぞれ検出する圧力センサSph,Spr、アキュムレータAccに蓄えられたアキュムレータ圧Paを検出する圧力センサSac、ブーム13などの荷重体の角度θを検出する角度センサSan、メインポンプPp1の吐出圧Ppoを検出する圧力センサSpp、専用ポンプPp2の吐出圧Ppp2を検出する圧力センサSpp2、ポンプ流量制御弁7のセンタバイパスラインで発生するネガティブ・フロー・コントロール圧Pnfcを検出する圧力センサSnfc、アキュムレータAccの封入ガス温度(以下、アキュムレータ温度Taという)を検出する温度センサStaが、制御装置8の入力部に接続されている。
An operation lever (electric joystick) that inputs the operation direction and operation command speed of the potential energy recovery cylinder Cy1, etc. as an operation command L, and pressure sensors Sph, Spr that detect the head pressure Ph and rod pressure Pr of the potential energy recovery cylinder Cy1, respectively. The pressure sensor Sac that detects the accumulator pressure Pa stored in the accumulator Acc, the angle sensor San that detects the angle θ of the load body such as the
この制御装置8は、内部に演算処理装置および記憶装置などを内蔵し、この制御装置8の出力部は、各制御弁1〜7の可動制御部(ソレノイドなど)およびメインポンプPp1の容量可変制御部(斜板レギュレータなど)および専用ポンプPp2の容量可変制御部(斜板レギュレータなど)に接続され、これらを電気信号により制御する。図1中の一点鎖線は制御信号ラインを表わすとともに、実線は油圧ラインを表わす。
This
制御装置8は、圧力センサSacによって検出されたアキュムレータ圧Paと、温度センサStaによって検出されたアキュムレータAccの封入ガス温度Taとを計算することで、アキュムレータAccの蓄積状態(アキュムレータ充填率)を把握できるので、この蓄積状態、操作レバーから入力された操作指令Lによる流量要求状態などから、各制御弁1〜7、メインポンプPp1および専用ポンプPp2を制御する。
The
メインポンプPp1から吐出された作動流体を操作指令Lに応じて制御して位置エネルギ回収シリンダCy1または他回路シリンダCy2に供給する流体圧回路を、アキュムレータ回路に対するメイン回路9とする。操作指令Lは、1つのみを図示しているが、シリンダごとに制御装置8に入力され、シリンダごとにポンプ流量制御弁7内のスプール(またはステム)の変位量および変位方向の目標値となる。
A fluid pressure circuit that controls the working fluid discharged from the main pump Pp1 according to the operation command L and supplies the working fluid to the potential energy recovery cylinder Cy1 or the other circuit cylinder Cy2 is referred to as a main circuit 9 for the accumulator circuit. Although only one operation command L is shown, it is input to the
このような位置エネルギ回収・再利用システムにおいて、摩擦力を無視すると、力の平衡式は以下のようになる。 In such a potential energy recovery / reuse system, if the frictional force is ignored, the force balance equation is as follows.
圧力センサSphにより検出された位置エネルギ回収シリンダCy1のピストンよりヘッド側の圧力をヘッド圧Phとし、そのピストンのヘッド側の面積をヘッダ面積Ahとし、圧力センサSprにより検出されたシリンダCyのピストンよりロッド側の圧力をロッド圧Prとし、そのピストンのロッド側の面積をロッド面積Arとし、荷重体質量をm、シリンダ位置Xの2階微分すなわち加速度をαとし、摩擦力を無視すると、力の平衡式は、次のようになる。 The pressure on the head side from the piston of the potential energy recovery cylinder Cy1 detected by the pressure sensor Sph is the head pressure Ph, the area on the head side of the piston is the header area Ah, and from the piston of the cylinder Cy detected by the pressure sensor Spr The rod side pressure is the rod pressure Pr, the rod side area of the piston is the rod area Ar, the load body mass is m, the second order differential of the cylinder position X, that is, the acceleration is α, and the friction force is ignored. The equilibrium equation is as follows.
m・α=W+(Pr・Ar−Ph・Ah)……(1) m ・ α = W + (Pr ・ Ar−Ph ・ Ah) …… (1)
シリンダ速度一定の平衡状態では、(1)式の両辺は0となる。 In an equilibrium state where the cylinder speed is constant, both sides of equation (1) are zero.
アキュムレータAccに蓄えられたアキュムレータ圧はPa、アキュムレータAccの初期圧(封入ガス圧より若干高め)はPaOとする。 The accumulator pressure stored in the accumulator Acc is Pa, and the initial pressure of the accumulator Acc (slightly higher than the enclosed gas pressure) is PaO.
図1に示された矢印Nは、既存系から位置エネルギ回収シリンダCy1のロッド側への流路であり、位置エネルギ回収モード以外のとき利用する。 An arrow N shown in FIG. 1 is a flow path from the existing system to the rod side of the potential energy recovery cylinder Cy1, and is used in a mode other than the potential energy recovery mode.
位置エネルギ回収モードとは、メインポンプPp1から吐出される流量を原則0とし、作業装置12の荷重Wにより位置エネルギ回収シリンダCy1を下降動作させながら、位置エネルギ回収シリンダCy1から排出された作動流体をアキュムレータAccに蓄積する制御モードであり、回収制御弁2、再利用制御弁4およびポンプ流量制御弁7は閉じ、回収制御弁1、再利用制御弁3および再生制御弁5を開き、専用ポンプPp2の流量を制御する。
In the potential energy recovery mode, the flow rate discharged from the main pump Pp1 is set to 0 in principle, and the working fluid discharged from the potential energy recovery cylinder Cy1 is lowered while the potential energy recovery cylinder Cy1 is lowered by the load W of the working device 12. This is a control mode that accumulates in the accumulator Acc. The
なお、制御装置8は、必要なら、位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側流体の一部を専用ポンプPp2および再利用制御弁3を経由させて位置エネルギ回収シリンダCy1のロッド側に流すことで、ロッド圧Prを高め、(1)式の右辺をより大きくして、下降加速度αをより大きくすることができる。
If necessary, the
このとき、アキュムレータAccへの蓄積流量Q1と、ロッド側への流量Q2は、
Q1=Cd・A・√(Ph−Pa)、ただしCdは定数
Q2=専用ポンプPp2の容積×回転数
であり、Aは回収制御弁1の開度で自由に制御でき、専用ポンプPp2の容積は斜板により自由に制御できるので、これらの流量Q1,Q2の比率も、自由に設定できる。
At this time, the accumulated flow rate Q1 to the accumulator Acc and the flow rate Q2 to the rod side are:
Q1 = Cd · A · √ (Ph-Pa), where Cd is a constant Q2 = volume of the dedicated pump Pp2 × number of revolutions, A can be freely controlled by the opening of the
位置エネルギ回収モードの一例として、制御装置8は、最初は再生制御弁5を全開に開くことにより位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側から流出した流体をロッド側に再生させると、(1)式右辺の値がプラスとなり、荷重Wを受けた位置エネルギ回収シリンダCy1は下降方向への加速度を生じ、そのシリンダ速度の増加によりヘッド圧Phおよびロッド圧Prが上昇して、ヘッド圧Phがアキュムレータ初期圧PaOを超えると、再生制御弁5を絞るとともに、回収制御弁1を開くことによりアキュムレータAccにヘッド側からの流量を供給して蓄積させる機能を備えている。
As an example of the potential energy recovery mode, the
次に、この実施の形態の特徴を列挙する。 Next, the features of this embodiment are listed.
アキュムレータAccと専用ポンプPp2を用いたシステムで、位置エネルギ及び余剰流量回収機能と必要な全回路に確実にアキュムレータAccを再利用(パワーアシスト)できる機能を持っている。 It is a system that uses an accumulator Acc and a dedicated pump Pp2, and has a function to recover the potential energy and surplus flow rate and to recycle (power assist) the accumulator Acc reliably in all necessary circuits.
位置エネルギ回収モード時のみでなく、他の換作時にも対応できるシステム構成としている(再利用制御弁4)。 The system configuration is adapted not only in the potential energy recovery mode but also in other modifications (reuse control valve 4).
専用ポンプPp2によるロッドへの再生機能およびアキュムレータ圧を合理的に設定することにより、位置エネルギ回収時の下降操作指令Lへの応答性をアップする。 By rationally setting the regeneration function for the rod and the accumulator pressure by the dedicated pump Pp2, the responsiveness to the lowering operation command L during the recovery of potential energy is improved.
燃費効率を改善できる。 Fuel efficiency can be improved.
アキュムレータへの回収量の増加と、アキュムレータ蓄積エネルギ再利用時の流量比率(メインポンプPp1流量との)を可変的に設定できる機能を持ち、このことで必要時の連続的な再利用を可能にする。 A function to variably set the flow rate ratio (with the main pump Pp1 flow rate) when the accumulated amount of accumulator is increased and the accumulated energy of the accumulator is reused, enabling continuous reuse when necessary. To do.
このことにより、メインポンプPp1等の機器の小形化に寄与できる。 This can contribute to miniaturization of equipment such as the main pump Pp1.
メインポンプPp1余剰流量の回収と位置エネルギ回収モード以外の再利用を実現するため、回収制御弁2および再利用制御弁4をポンプ吐出側に接続し、それらの開度制御及びメインポンプPp1・専用ポンプPp2の流量を制御できる制御機能を有する。
To recover the main pump Pp1 surplus flow and reuse other than the potential energy recovery mode, the
位置エネルギ回収モード時は制御弁1,3,5と専用ポンプPp2流量を制御する。また、メインポンプPp1からロッドへの流量は絞る制御をし効率アップを図れる。
In the potential energy recovery mode, the
次に、図2は、以上のようにアキュムレータAccと専用ポンプPp2を有した制御システムにおいて、制御装置8が有する機能をフローチャートで示す。この図中の丸数字は、ステップ番号を示す。
Next, FIG. 2 is a flowchart showing the functions of the
(ステップ1)
操作レバーから入力された操作指令Lを検出する。
(Step 1)
An operation command L input from the operation lever is detected.
(ステップ2)
操作指令Lから、ブームシリンダなどの位置エネルギ回収シリンダCy1の下降操作指令がある設定値を超えたか否かを判断する。
(Step 2)
From the operation command L, it is determined whether or not the lowering operation command for the potential energy recovery cylinder Cy1 such as the boom cylinder exceeds a set value.
(ステップ3)
位置エネルギ回収シリンダCy1の下降操作指令がある設定値を超えたら、他回路シリンダCy2の回路の操作指令の有無に拘わらず、位置エネルギ回収モードと判断し、位置エネルギ回収時の下降速度制御用に設けられた回収制御弁1の開度を、下降操作指令に応じて調整し、メインポンプ側の回収制御弁2は閉じる。
(Step 3)
If the command for lowering the potential energy recovery cylinder Cy1 exceeds a certain set value, it is determined as the potential energy recovery mode regardless of whether there is an operation command for the circuit of the other circuit cylinder Cy2, and for lowering speed control during potential energy recovery. The opening degree of the provided
位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側からロッド側への再生流量を確保するために設けた再利用制御弁3(オプションとして開度調整機能付きの再生制御弁5も設けても良い)は、開閉動作とし、下降指令を受けて開とし、再生流量の調整は、専用ポンプPp2の流量制御機能で行なう。また、再生流がポンプ流量制御弁7を経てタンクTに漏れるおそれを防ぐために、下降操作指令により閉止制御弁6を閉とする。
The
(ステップ4)
位置エネルギ回収シリンダCy1以外の他回路シリンダCy2が対象か、または位置エネルギ回収シリンダCy1を対象としていても位置エネルギ回収モードではないと判断された場合(ステップ2でNOの場合)は、操作指令Lが、ある値C1以下であるか否かが判断される。
(Step 4)
If it is determined that the circuit cylinder Cy2 other than the potential energy recovery cylinder Cy1 is the target, or if the potential energy recovery cylinder Cy1 is the target but is not in the potential energy recovery mode (NO in step 2), the operation command L Is less than or equal to a certain value C1.
(ステップ5)
操作指令Lが、ある値C1以下である場合は、メインポンプPp1からの吐出流量および回収制御弁2の開口面積をそれぞれ制御する制御指令を出力して、メインポンプPp1からの回収制御が行なわれる。
(Step 5)
When the operation command L is equal to or less than a certain value C1, a control command for controlling the discharge flow rate from the main pump Pp1 and the opening area of the
(ステップ6)
操作指令Lが、上記値C1より大きな、ある値C2以上であるか否かが判断される。
(Step 6)
It is determined whether or not the operation command L is greater than a certain value C2 that is greater than the value C1.
(ステップ7)
操作指令Lが、ある値C2以上である場合は、再利用制御弁4を開くとともに専用ポンプPp2からの注入流量を制御する制御指令を出力して、アキュムレータAccに蓄積された位置エネルギを再利用するアキュムレータからの再利用制御が行なわれる。
(Step 7)
When the operation command L is greater than a certain value C2, the
(ステップ8)
ステップ2,4,6のいずれでもNOの場合は、操作指令が、上記値C1と上記値C2との間にあるので、このときは、切離しモードとし、制御弁1〜5を閉じ、専用ポンプPp2の流量は0出力とし、メインポンプPp1の流量は通常に制御する。
(Step 8)
If any of
次に、アキュムレータ圧の低圧化によるエネルギ収支に関し説明する。 Next, the energy balance by reducing the accumulator pressure will be described.
アキュムレータ圧Paの低圧化によるエネルギ収支にはプラス(下記の(1)、(3))とマイナス(下記の(2)、(4))の効果があり、エネルギ収支は、アキュムレータ圧Paが、高すぎても、低すぎても低下する。よって、許容アキュムレータ容積を満足でき、かつメインポンプPp1からの回収上制約とならない低さで、かつエネルギ収支上も妥当な範囲にアキュムレータ圧Paを設定するのが、合理的である。 The energy balance by lowering the accumulator pressure Pa is positive (below (1), (3)) and minus (below (2), (4)), and the energy balance is the accumulator pressure Pa, Too low or too low. Therefore, it is reasonable to set the accumulator pressure Pa in a range that can satisfy the allowable accumulator volume, is low enough not to limit the recovery from the main pump Pp1, and that is reasonable in terms of energy balance.
アキュムレータ圧Paの低圧化によりヘッド圧Phも低下する。すなわち、ヘッド圧Ph=アキュムレータ圧Pa+ΔP、ΔPは主に回収制御弁1での減圧分であり、流量と回収制御弁1の開度により定まる。ヘッド圧Phが低い方が、同じ下降速度を達成するのに必要な、ロッド側への再生流量は小でよい。また、速度および応答性を確保する上で、ヘッド側から流体をタンクへ廃棄してヘッド圧Phを下げる必要性も少なくなるので、その分、アキュムレータAccに多くの流体を蓄積でき、アキュムレータ蓄積エネルギは大となる。
As the accumulator pressure Pa is reduced, the head pressure Ph also decreases. That is, the head pressure Ph = accumulator pressure Pa + ΔP, ΔP is mainly the pressure reduction in the
ただし、位置エネルギ回収初期は、アキュムレータAccとの連通時のヘッド圧Phの減圧によるロスは、アキュムレータ圧Paの低下により大きくなる。 However, at the initial stage of potential energy recovery, the loss due to the reduction in the head pressure Ph when communicating with the accumulator Acc increases due to the decrease in the accumulator pressure Pa.
メインポンプPp1からの回収と、その再利用は、ポンプ流量制御弁7からタンクTへのバイパス流が減る分、エネルギ収支上有利である。すなわち、メインポンプPp1から吐出される流量を回路必要流量に合わせて制御する場合は、回収時低い分だけ注入時のアシスト分も低いので、エネルギ収支は同等であるが、メインポンプPp1から吐出される流量をトルク等の制約内の最大流量で制御している場合は、余剰分はバイパス流となってタンクTに排出されており、この場合は、アキュムレータ圧Paの低圧化により蓄積機会が増えるので、その分、エネルギ収支上は有利となる。 The recovery from the main pump Pp1 and the reuse thereof are advantageous in terms of energy balance because the bypass flow from the pump flow rate control valve 7 to the tank T is reduced. That is, when the flow rate discharged from the main pump Pp1 is controlled in accordance with the circuit required flow rate, the energy balance is the same because the assist amount at the time of injection is low as much as the recovery time is low, but it is discharged from the main pump Pp1 If the flow rate is controlled at the maximum flow rate within the constraints such as torque, the surplus is discharged to the tank T as a bypass flow, and in this case, the accumulation opportunity increases by reducing the accumulator pressure Pa. Therefore, the energy balance is advantageous accordingly.
位置エネルギの蓄積分を再利用するときのパワーアシスト値、すなわちアキュムレータ圧Paと再利用時の専用ポンプPp2の入口流量との積)は、アキュムレータ圧Paの低下により減少する。 The power assist value when the accumulated potential energy is reused, that is, the product of the accumulator pressure Pa and the inlet flow rate of the dedicated pump Pp2 at the time of reuse, is reduced by the decrease of the accumulator pressure Pa.
次に、小型化に関し説明する。 Next, the downsizing will be described.
小型化が可能なためには、必要時に連続的にアキュムレータAccからの再利用流量を供給できる必要がある。 In order to enable downsizing, it is necessary to continuously supply the reuse flow rate from the accumulator Acc when necessary.
大きな流量が必要な時に、アキュムレータAccで例えば20%を確実にアシストできれば、メインポンプPp1の容量はその分(例えば20%)小型化できる。 If the accumulator Acc can reliably assist, for example, 20% when a large flow rate is required, the capacity of the main pump Pp1 can be reduced by that amount (for example, 20%).
エンジンEは、メインポンプPp1と専用ポンプPp2との両方を駆動するので、流量アシスト分の削減はできないが、アキュムレータ圧Paだけ、専用ポンプPp2の所要パワーは減少するので、その分、ピーク時の所要パワーは減り、専用ポンプPp2およびエンジンEを小型化できる。 The engine E drives both the main pump Pp1 and the dedicated pump Pp2, so the amount of flow assist cannot be reduced. However, the required power of the dedicated pump Pp2 is reduced by the accumulator pressure Pa. The required power is reduced, and the dedicated pump Pp2 and the engine E can be reduced in size.
次に、位置エネルギを回収して再利用するときに専用ポンプPp2で加圧できるのでアキュムレータ圧Paを高くする必要がないシステムに関し説明する。 Next, a system that does not need to increase the accumulator pressure Pa because it can be pressurized by the dedicated pump Pp2 when the potential energy is recovered and reused will be described.
再利用時に昇圧流量を流し、また、下降操作時にヘッド側からロッド側への再生流量を流せるように、容量可変式等の流量可変式の専用ポンプPp2を設ける。これにより、位置エネルギ再利用時の利用可能機会を増やすためにアキュムレータ圧Paを高く設定する必要はなくなり、合理的なアキュムレータ圧Pa値に設定できるので、それに合わせてアキュムレータ初期圧Pa0をセットする。 A variable flow type dedicated pump Pp2 such as a variable capacity type is provided so that a boosted flow rate can be flowed during reuse and a regenerative flow rate from the head side to the rod side can be flowed during the lowering operation. Thereby, it is not necessary to set the accumulator pressure Pa high in order to increase the available opportunity at the time of reusing potential energy, and the accumulator pressure Pa value can be set to a reasonable value. Therefore, the accumulator initial pressure Pa0 is set accordingly.
位置エネルギ回収時の下降速度制御用に回収制御弁1を設け、位置エネルギ回収時に用いる。
A
位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側からロッド側への再生流路を確保するために再利用制御弁3を設け、位置エネルギ回収時に用いる。オプションとして、開度調整機能付きの再生制御弁5を設けても良い。再生流量は、専用ポンプPp2の流量制御機能で行い、再利用制御弁3は開閉動作のみを基本とする。
A
また、再生流が漏れるのを防ぐために、閉止制御弁6を設け、位置エネルギ回収時に用いる。 In order to prevent the regenerative flow from leaking, a closing control valve 6 is provided and used when recovering potential energy.
次に、その他の点に関し説明する。 Next, other points will be described.
位置エネルギのみでなく余剰流量も回収する点、アキュムレータ圧Paを合理的に設定することで、エネルギ収支の改善が期待できる点、位置エネルギ回収操作時の速度および応答性を改善でき、生産性とそれに伴う燃費効率アップを図れる点、蓄積エネルギの再利用により、また、そのときメインポンプPp1をその分省エネ運転する点によって、エンジン燃費効率を向上させる。 In addition to recovering not only the potential energy but also the excess flow rate, rationally setting the accumulator pressure Pa can improve the energy balance, improve the speed and responsiveness during the potential energy recovery operation, and improve productivity. The fuel efficiency of the engine can be improved by improving the fuel efficiency associated therewith, by reusing the stored energy, and at that time by operating the main pump Pp1 correspondingly to save energy.
位置エネルギ回収モード時、位置エネルギ回収モード以外の位置エネルギ回収シリンダCy1の操作時、他回路シリンダCy2の操作時の全てに対応できるシステム構成としている。 In the potential energy recovery mode, the system configuration can handle all of the operations of the potential energy recovery cylinder Cy1 other than the potential energy recovery mode and the operation of the other circuit cylinder Cy2.
位置エネルギ回収時以外は、従来の制御と同じく、既存のポンプ流量制御弁7を経由する流路とする。 Other than during the recovery of potential energy, the flow path is set to pass through the existing pump flow rate control valve 7 as in the conventional control.
再生流量または再利用流量の流量調整は専用ポンプPp2で行えるので、そのときは、再利用制御弁3,4は開閉機能のみでよい。
Since the flow rate adjustment of the regeneration flow rate or the reuse flow rate can be performed by the dedicated pump Pp2, the
次に、この実施の形態の作用効果を列挙する。 Next, the effects of this embodiment will be listed.
アキュムレータAccに蓄積された作動流体を位置エネルギ回収シリンダCy1に再利用するときに、専用ポンプPp2での加圧が可能であるから、アキュムレータ圧Paを高く設定する必要がなく、合理的な範囲でアキュムレータ圧Paの低圧設定が可能であり、アキュムレータAccへの作動流体の蓄積が容易であるとともに再利用時は高い圧が得られる。 When the working fluid accumulated in the accumulator Acc is reused in the potential energy recovery cylinder Cy1, pressurization with the dedicated pump Pp2 is possible, so there is no need to set the accumulator pressure Pa high and within a reasonable range. The accumulator pressure Pa can be set to a low pressure, the working fluid can be easily accumulated in the accumulator Acc, and a high pressure can be obtained during reuse.
専用ポンプPp2によりアキュムレータ圧Paを低圧に設定できるので、回収制御弁1を開くことにより、アキュムレータ圧Paを負荷圧とする位置エネルギ回収シリンダCy1を迅速に作動でき、位置エネルギ回収シリンダCy1の作動速度および応答性を向上できる。特に、下降時のヘッド圧Phを低くでき、下降操作時の速度および応答性を確保する上で有利である。
Since the accumulator pressure Pa can be set to a low pressure by the dedicated pump Pp2, opening the
位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側から流出した作動流体の一部を、再利用制御弁3を開くことにより、専用ポンプPp2を経由して位置エネルギ回収シリンダCy1のロッド側に再利用できるので、ロッド圧Prをヘッド圧Phより十分高くすることが可能であり、位置エネルギ回収シリンダCy1の作動速度および応答性を一層向上できる。
Part of the working fluid that flows out from the head side of the potential energy recovery cylinder Cy1 can be recycled to the rod side of the potential energy recovery cylinder Cy1 via the dedicated pump Pp2 by opening the
油圧ショベル10の作業装置12をブームシリンダ14により上下動する際に、アキュムレータAccへの作動流体の蓄積が容易であるとともに再利用時は高い圧が得られる。 When the working device 12 of the excavator 10 is moved up and down by the boom cylinder 14, the working fluid can be easily accumulated in the accumulator Acc, and a high pressure can be obtained during reuse.
ヘッド圧Phが小のとき、ロッド圧Prとヘッド圧Phとがほぼ等しい場合でも、速度および応答性を確保しやすいので、位置エネルギ再生時の専用ポンプPp2の消費パワーを小さくできる。 When the head pressure Ph is small, even when the rod pressure Pr and the head pressure Ph are substantially equal, speed and responsiveness can be easily ensured, so that the power consumption of the dedicated pump Pp2 when regenerating the potential energy can be reduced.
アキュムレータ蓄積エネルギの再利用を、掘削または持上げ旋回などの必要なモード時に連続的に行なえる。すなわち、アキュムレータAccへの回収量の増加と、アキュムレータ蓄積エネルギ再利用時のメインポンプ流量とアキュムレータ流量との流量比率を可変的に設定できるので、必要時の連続的な再利用が可能となる。 The accumulator stored energy can be reused continuously during the required mode, such as excavation or lifting swivel. That is, an increase in the amount collected in the accumulator Acc and a flow rate ratio between the main pump flow rate and the accumulator flow rate when the accumulator stored energy is reused can be variably set, so that continuous reuse when necessary is possible.
回収エネルギの効率的な蓄積と再利用により燃費効率を向上できる。 Fuel efficiency can be improved by efficient storage and reuse of recovered energy.
アキュムレータAccによるパワーアシスト能力を生かして、メインポンプPp1およびエンジンEなどの機器を小型化できるとともに、取扱いを容易にできる。 By making use of the power assist capability of the accumulator Acc, equipment such as the main pump Pp1 and the engine E can be reduced in size and handled easily.
本発明は、油圧ショベル、ローダなどの作業機械に利用可能である。 The present invention is applicable to work machines such as hydraulic excavators and loaders.
Pp1 メインポンプ
Pp2 専用ポンプ
Cy1 位置エネルギ回収シリンダ
Acc アキュムレータ
1 回収制御弁
3 再利用制御弁
9 メイン回路
10 油圧ショベル
12 作業装置
14 位置エネルギ回収シリンダとしてのブームシリンダ
Pp1 main pump
Pp2 dedicated pump
Cy1 potential energy recovery cylinder
10 Excavator
12 Working equipment
14 Boom cylinder as potential energy recovery cylinder
Claims (4)
位置エネルギ回収シリンダから排出された作動流体を蓄積するアキュムレータと、
アキュムレータから放出された作動流体を吸込んで位置エネルギ回収シリンダに供給する専用ポンプと
を具備したことを特徴とする流体圧制御回路。 A main circuit for controlling the working fluid discharged from the main pump and supplying it to the potential energy recovery cylinder;
An accumulator for accumulating the working fluid discharged from the potential energy recovery cylinder;
A fluid pressure control circuit comprising: a dedicated pump that sucks the working fluid discharged from the accumulator and supplies it to the potential energy recovery cylinder.
を具備したことを特徴とする請求項1記載の流体圧制御回路。 The fluid pressure control circuit according to claim 1, further comprising a recovery control valve that controls a flow when the working fluid discharged from the potential energy recovery cylinder is recovered by the accumulator.
を具備したことを特徴とする請求項1または2記載の流体圧制御回路。 The fluid pressure control circuit according to claim 1, further comprising a reuse control valve that controls a flow when the working fluid discharged from the dedicated pump is reused in the potential energy recovery cylinder.
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載の流体圧制御回路。 The fluid pressure control circuit according to any one of claims 1 to 3, wherein the potential energy recovery cylinder is a boom cylinder that rotates a working device of a hydraulic excavator in a vertical direction.
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