CN104619999A - 工程机械的液压驱动装置 - Google Patents

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Abstract

在前作业机(130)能够通过动臂(131)的自重而转动的动臂空中下降操作时，使液压泵/马达(7)作为马达而发挥作用并使发电/电动机(10)作为发电机而动作，通过从动臂液压缸(5)的缸底侧室(5b)排出的液压油进行发电动作，由此进行势能的再生。另外，在前作业机(130)无法通过动臂(131)的自重而转动的顶升时，使发电/电动机(10)作为电动机而动作并使液压泵/马达(7)作为泵而发挥作用，从动臂液压缸(5)的缸底侧室(5b)向动臂液压缸(5)的活塞杆侧室(5a)供给液压油，而不从主泵(2)向动臂液压缸(5)的活塞杆侧室(5a)供给液压油地进行顶升。

Description

工程机械的液压驱动装置
技术领域
本发明涉及液压挖掘机等工程机械所具有的液压驱动装置，尤其涉及在使前作业机下降时将其势能再生的工程机械的液压驱动装置。
背景技术
在专利文献1中记载有如下液压驱动装置，在动臂液压缸的缸底侧室与方向控制阀(切换阀)之间的执行机构油路上设有第1保压阀，并且在从执行机构油路分支的油路上经由第2保压阀而配置再生泵马达，将再生泵马达的排出侧经由比例节流阀而与油箱连接。在该液压驱动装置中，在动臂的下降操作、即能够通过前作业机的自重使动臂液压缸收缩的空中操作时，打开第2保压阀而通过由动臂液压缸的缸底侧室排出的液压油使再生泵马达旋转，并通过该再生泵马达使发电机旋转，由此，将前作业机的势能再生。另外，在使前作业机与地面接触来进行挖掘的情况下，以从液压泵向动臂液压缸的活塞杆侧室供给液压油的方式切换方向控制阀，并且打开第1及第2保压阀而将动臂液压缸的缸底侧室的液压油排出，来确保必要的挖掘力。
在专利文献2中记载有如下液压驱动装置，该液压驱动装置设有：当动臂液压缸的缸底侧室的压力成为规定压力以上时进行切换的顶升(jack up)切换阀；和伴随着该切换阀的切换操作而对从主泵向动臂液压缸的活塞杆侧室供给液压油的油路进行开闭的流量控制阀。在该液压驱动装置中，在动臂的下降操作、即能够通过前作业机的自重使动臂液压缸收缩的空中操作时，顶升切换阀进行切换而关闭流量控制阀，由此，切断液压油从主泵向动臂液压缸的活塞杆侧室的供给，且将从动臂液压缸的缸底侧室排出的液压油向活塞杆侧室供给而再生，从而在空中的动臂下降操作中抑制泵消耗马力。另外，在进行无法基于自重而使动臂下降的顶升时，动臂液压缸的缸底侧室的压力低，因此顶升切换阀不进行切换，流量控制阀保持于开位置，从主泵向动臂液压缸的活塞杆侧室供给液压油，由此能够实现顶升动作。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-299719号公报
专利文献2：WO2004-070211号公报
发明内容
在专利文献1所记载的液压驱动装置中，在通过前作业机的自重使动臂液压缸收缩的动臂的空中下降操作中，将前作业机的势能再生为电能，能够提高能量转换效率。另外，与进行挖掘的情况同样地，考虑以从主泵向动臂液压缸的活塞杆侧室供给液压油的方式切换方向控制阀，并且打开第1及第2保压阀而将动臂液压缸的缸底侧室的液压油排出，由此也能够进行顶升操作。但是，为此需要设置第1及第2保压阀这两个保压阀，并控制它们的开闭，液压驱动装置的回路结构变得复杂，其结果为，可能在设置空间和/或成本方面产生困难。另外，在顶升操作中，需要从液压泵向动臂液压缸的活塞杆侧室供给液压油，从能量转换效率的观点来看具有改善的余地。
在专利文献2所记载的液压驱动装置中，在通过前作业机的自重使动臂液压缸收缩的动臂的空中下降操作中，将动臂液压缸的缸底侧室的液压油向活塞杆侧室供给而进行液压油的再生，但前作业机的势能无法作为电能而再生。另外，通过动臂液压缸的缸底侧室的压力对顶升切换阀和流量控制阀进行切换，而从主泵向动臂液压缸的缸底侧室供给液压油，由此能够进行顶升操作。但是，为了能够进行动臂的空中下降操作和顶升操作双方而需要设置顶升切换阀和流量控制阀，液压驱动装置的回路结构变得复杂，可能在设置空间和/或成本方面产生困难。另在，在该现有技术中，在顶升操作中，也需要从液压泵向动臂液压缸的活塞杆侧室供给液压油，从能量转换效率的观点来看具有改善的余地。
本发明的目的在于提供一种工程机械的液压驱动装置，能够以简单的结构进行空中的动臂下降操作和顶升操作双方，且与以往相比能够进一步改善能量转换效率。
为了实现上述目的，第1发明为一种工程机械的液压驱动装置，用于驱动工程机械的作业要素，其特征在于，具有：主泵；液压缸，其通过从该主泵排出的液压油而驱动，是驱动上述作业要素的复动式的液压缸，具有活塞杆侧室和缸底侧室，且上述作业要素的自重作用于上述液压缸的收缩方向；操作装置；方向控制阀，其在以使上述作业要素向举升方向动作的方式对上述操作装置进行操作时，将从上述主泵排出的液压油向上述液压缸的缸底侧室供给，并使从上述液压缸的活塞杆侧室排出的液压油返回到油箱；排出油路，其将上述液压缸的缸底侧室和油箱连接；液压泵/马达，其配置在上述排出油路上；第1可变节流阀，其配置在上述排出油路的上述液压泵/马达与上述油箱之间的油路部分上；再生回路，其将上述排出油路的上述液压泵/马达与上述第1可变节流阀之间的油路部分连接于上述液压缸的活塞杆侧室；发电/电动机，其与上述液压泵/马达以一体地旋转的方式连接；以及控制装置，在上述操作装置向上述作业要素的下降方向操作且上述液压缸处于通过上述作业要素的自重而下降的状态时，将上述发电/电动机作为发电机进行控制，且以从上述再生回路向上述液压缸的活塞杆侧室供给再生流量的方式控制上述第1可变节流阀的开口面积，在上述操作装置向上述作业要素的下降方向操作且上述液压缸处于不会通过上述作业要素的自重而下降的状态时，将上述发电/电动机作为电动机进行控制，且以从上述再生回路向上述液压缸的活塞杆侧室供给再生流量的方式控制上述第1可变节流阀的开口面积。
由此，在操作装置向作业要素的下降方向操作的情况下且能够通过作业要素的自重而转动时，使发电/电动机作为发电机而动作，由此进行势能的再生，并将该再生后的液压油的一部分经由再生回路向液压缸的活塞杆侧室供给，由此而不从主泵向液压缸的活塞杆侧室供给液压油，能够改善能量转换效率。另外，在无法通过作业要素的自重而转动时，为了使液压泵/马达作为泵而发挥作用，而使发电/电动机作为电动机而动作，由此，能够从液压缸的缸底侧室向液压缸的活塞杆侧室供给液压油，而不从主泵向液压缸的活塞杆侧室供给液压油地进行顶升。由此，回路结构不会变得复杂，另外也不存在在设置空间和/或成本方面产生困难的可能性，不需要在顶升操作时从主泵供给液压油，而成为改善了能量转换效率的工程机械的液压驱动装置。
另外，第2发明在第1发明中，还具有检测上述液压缸的缸底侧室的压力的压力检测装置，上述控制装置在上述操作装置向上述作业要素的下降方向操作且上述压力检测装置所检测到的压力为规定压力以上的情况下，判定成上述液压缸处于通过上述作业要素的自重而下降的状态，在除此以外的情况下均判定成上述液压缸处于不会通过上述作业要素的自重而下降的状态。
由此，能够以简单的结构实现能否通过作业要素的自重而转动的判定。
另外，第3发明在第1发明中，还具有：将上述方向控制阀与上述液压缸的缸底侧室连接的第1油路；将上述方向控制阀与上述液压缸的活塞杆侧室连接的第2油路；和配置在上述第1油路上的第2可变节流阀，上述方向控制阀构成为，在上述操作装置向上述作业要素的举升方向操作时，将上述主泵与上述第1油路连接且将上述第2油路与上述油箱连接，在上述操作装置向上述作业要素的下降方向操作时，将上述第1油路与上述油箱连接，且将上述第2油路封堵，上述控制装置在上述操作装置向上述作业要素的举升方向操作时，使上述第2可变节流阀成为开状态，在上述操作装置向上述作业要素的下降方向操作时，将上述第2可变节流阀向关闭方向控制且以使此时的关闭方向的动作速度随着上述操作装置的操作速度的增加而减小的方式进行控制。
由此，能够提高在液压缸的操作时、尤其下降方向操作时液压缸相对于操作装置的操作的响应速度，能够谋求操作性的提高。
另外，第4发明在第1发明中，上述控制装置在上述操作装置向上述作业要素的下降方向操作且上述液压缸处于不会通过上述作业要素的自重而下降的状态时，通过控制上述发电/电动机的转速来控制上述液压泵/马达的排出流量。
由此，能够以用于对作业要素的势能进行再生的结构，实现与操作装置的操作量、操作速度相应的作业要素的下降方向的动作速度。
另外，第5发明在第1发明中，上述控制装置在上述操作装置向上述作业要素的下降方向操作且上述液压缸处于不会通过上述作业要素的自重而下降的状态时，通过控制上述液压泵/马达的容量来控制上述液压泵/马达的排出流量。
由此，能够以简单的结构，实现与操作装置的操作量、操作速度相应的作业要素的下降方向的动作速度。
发明效果
根据本发明，能够以简单的结构进行空中的动臂下降操作和顶升操作双方，且与以往相比能够进一步改善能量转换效率。
附图说明
图1是表示本发明的工程机械的液压驱动装置的第1实施方式的概略结构图。
图2是表示具有本发明的工程机械的第1实施方式的液压驱动装置的液压挖掘机的侧视图。
图3是表示本发明的工程机械的液压驱动装置的第1实施方式中的控制器的对第2可变节流阀的开口面积控制的功能框图。
图4A是表示本发明的工程机械的液压驱动装置的第1实施方式中的控制器的对液压泵/马达的控制的功能框图。
图4B是表示本发明的工程机械的液压驱动装置的第1实施方式中的控制器的对液压泵/马达的控制的功能框图。
图5是表示本发明的工程机械的液压驱动装置的第1实施方式中的控制器的对第1可变节流阀的开口面积控制的功能框图。
图6是表示本发明的工程机械的液压驱动装置的第2实施方式的概略情况的结构图。
图7是表示本发明的工程机械的液压驱动装置的第3实施方式的概略情况的结构图。
图8A是表示本发明的工程机械的液压驱动装置的第3实施方式中的控制器的对液压泵/马达的控制的功能框图。
图8B是表示本发明的工程机械的液压驱动装置的第3实施方式中的控制器的对液压泵/马达的控制的功能框图。
具体实施方式
以下使用附图说明本发明的工程机械的液压驱动装置的实施方式。
＜工程机械＞
首先，使用图2说明具有本发明的液压驱动装置的工程机械。
图2是表示作为具有本发明的液压驱动装置的工程机械的一例的液压挖掘机的图。
在图2中，液压挖掘机100具有：行驶体110、能够旋转地设在该行驶体110上的旋转体120、和能够沿上下方向旋转地轴支承在旋转体120上的前作业机130。
行驶体110由一对履带111a、111b(在图2中仅示出一侧)及一对履带架112a、112b(在图2中仅示出一侧)、独立地驱动控制各履带111a、111b的一对左右的行驶用液压马达113、114(在图2中仅示出一侧)及其减速机构等构成。
前作业机130具有：能够旋转地轴支承在旋转体120上的动臂131；用于驱动动臂131的动臂液压缸5；能够旋转地轴支承在动臂131的前端部附近的斗杆133；用于驱动斗杆133的斗杆液压缸134；能够旋转的轴支承在斗杆133的前端的铲斗135；和用于驱动铲斗135的铲斗液压缸136。
＜第1实施方式＞
接下来，使用图1～图5说明本发明的工程机械的液压驱动装置的第1实施方式。
图1是表示本发明的工程机械的液压驱动装置的第1实施方式的图，是表示对设在液压挖掘机100上的前作业机130中的动臂131进行驱动的动臂液压缸5的液压驱动装置的概略图。
在图1中，工程机械的液压驱动装置具有：主泵2及先导泵3、和通过从主泵2排出的液压油而驱动的动臂液压缸5。主泵2及先导泵3通过发动机1而旋转驱动，并排出动作油。
动臂液压缸5是复动式的单杆液压缸，该动臂液压缸5具有活塞杆侧室5a和缸底侧室5b。动臂液压缸5以如下方式相对于动臂131安装：当动臂液压缸5伸长时动臂131向举升方向转动，当动臂液压缸5收缩时动臂131向下降方向转动，前作业机130的动臂131的自重仅作用于动臂液压缸5的收缩方向。
另外，液压驱动装置具有：控制从主泵2向动臂液压缸5供给的液压油的流动(方向和流量)而控制动臂液压缸5的驱动的方向控制阀4；将方向控制阀4与动臂液压缸5的缸底侧室5b连接的第1油路20；将方向控制阀4与动臂液压缸5的活塞杆侧室5a连接的第2油路21；以及将动臂液压缸5的缸底侧室5b和油箱T连接的排出油路22。
方向控制阀4在中立位置上将第1油路及第2油路封堵，使从主泵2排出的液压油回流到油箱T。构成为当以使动臂131向举升方向动作的方式对操作杆装置6进行操作时，将主泵2与第1油路20连接，由此，将从主泵2排出的液压油向动臂液压缸5的缸底侧室5b供给，并且将第2油路21与油箱T连接，由此使从动臂液压缸5的活塞杆侧室5a排出的液压油返回到油箱T。另外，方向控制阀4构成为，在将操作杆装置6向动臂液压缸5的下降方向操作时，将从主泵2排出的液压油直接返回到油箱T，另外将第1油路20与油箱T连接，且将第2油路21封堵。
在第1油路20上配置有其节流程度(开口面积)可变的可变节流阀12。该可变节流阀12的开口面积由电磁阀13控制。电磁阀13根据来自控制器19的控制信号(目标电流值I)来控制其开口面积。
另外，在第1油路20中，在与动臂液压缸5的缸底侧室5b接近的油路部分上，配置有保压阀9及压力传感器(压力检测装置)15。保压阀9是在以使前作业机130向下降方向动作的方式对操作杆装置6进行操作时开阀的液控单向阀。压力传感器15检测动臂液压缸5的缸底侧室5b的压力，并将该检测到的压力向控制器19输出。
在排出油路22中，在保压阀9与油箱T之间的油路部分上具有液压泵/马达7，在液压泵/马达7上以与液压泵/马达7一体地旋转的方式连接有发电/电动机10，液压泵/马达7在动臂131的自重下降时作为通过从动臂液压缸5的缸底侧室5b流出的液压油而旋转的液压马达发挥功能，由此使发电/电动机10的旋转轴旋转，而使发电/电动机10作为发电机发挥功能。另外，液压泵/马达7在顶升等中，通过作为电动机发挥功能的发电/电动机10的旋转而旋转，由此作为液压泵发挥功能，将动臂液压缸5的缸底侧室5b的液压油的一部分经由再生回路23(后述)、第2油路21而向动臂液压缸5的活塞杆侧室5a供给。
发电/电动机10将发电得到的电能经由逆变器18a、斩波器18b向蓄电池18c蓄电，另外利用蓄存在蓄电池18c中的电能进行旋转。另外，发电/电动机10以使动臂131的下降速度成为与操作杆装置6的操作杆6a的操作量相应的下降速度的方式，根据控制器19输出的控制电流，控制作为发电机或电动机发挥功能时的发电转矩及转速。
而且，在排出油路22的液压泵/马达7与油箱T之间的油路部分上，配置有其开口面积可变的可变节流阀11。该可变节流阀11的开口面积由电磁阀14控制。电磁阀14根据来自控制器19的控制信号(目标电流值I)来控制其开口面积。
另外，在排出油路22的液压泵/马达7与可变节流阀11之间的油路部分和第2油路21之间，配置有将该油路部分与动臂液压缸5的活塞杆侧室5a连接的再生回路23。该再生回路23具有仅允许液压油从排出油路22向第2油路21方向流动的单向阀8。
在液压挖掘机100的驾驶室内，设有用于操作动臂液压缸5的动作方向的操作杆装置(操作装置)6。该操作杆装置6具有操作杆6a及先导阀(减压阀)6b1、6b2。当操作杆装置6的操作杆6a向动臂举升方向A操作时，先导阀6b1将先导泵3的排出压作为一次压而生成与操作杆6a的操作量相应的先导压，并将该先导压向先导油路6c输出，而将方向控制阀4切换到a位置。另外，当操作杆6a向动臂下降方向B操作时，先导阀6b2将先导泵3的排出压作为一次压而生成与操作杆6a的操作量相应的先导压，并将该先导压向先导油路6d输出，而将方向控制阀4切换到b位置，并且经由从先导油路6d分支的先导油路6e使保压阀9开阀。在先导油路6e上，设有检测该先导油路6e的液压油的压力(先导压力)的压力传感器16，将由该压力传感器16检测到的压力信号向控制器19输出。
控制器19是控制装置，基于设在先导油路6d上的压力传感器16所检测到的压力及设在排出油路22上的压力传感器15所检测到的压力，对用于控制电磁阀13、14的开口面积的目标电流I进行运算，基于该运算结果来控制电磁阀13、14，并控制可变节流阀11、12的开口面积。另外，控制器19基于压力传感器15、16所检测到的压力，对用于发电/电动机10的转速控制的转矩指令值进行运算，并向逆变器18a输出该转矩指令值，从而控制液压泵/马达7的排出流量。
～动作～
接下来，使用图3至图5说明上述的第1实施方式的工程机械的液压驱动装置的动作。
～动臂举升～
在图2所示那样的液压挖掘机100中，当操作员将操作杆装置6的操作杆6a向动臂举升方向A操作时，从操作杆装置6的先导阀6b1向先导油路6c输出与操作杆6a的操作量相应的先导压，方向控制阀4切换到a位置。此时，可变节流阀12控制为全开，从主泵2排出的液压油经由方向控制阀4并通过第1油路20而向动臂液压缸5的缸底侧室5b流入。其结果为，动臂液压缸5伸长，动臂131向举升方向转动。从动臂液压缸5的活塞杆侧室5a排出的液压油经由第2油路21、方向控制阀4而返回到动作油油箱T。
～动臂空中下降～
接下来，说明在前作业机130处于空中的状态下、即前作业机130处于能够通过动臂131的自重向下降方向转动的姿势的状态下，操作员将操作杆装置6的操作杆6a向动臂下降方向B操作的情况下的动作。
当操作员将操作杆装置6的操作杆6a向动臂下降方向B操作时，从操作杆装置6的先导阀6b2向先导油路6d输出与操作杆6a的操作量相应的先导压，方向控制阀4切换到b位置。同时，先导压经由先导油路6e而作用于保压阀9，保压阀9开阀，液压油能够从动臂液压缸5的缸底侧室5b流出。此时，由于作用于前作业机130的重力，动臂液压缸5的缸底侧室5b侧成为高压，压力传感器15检测该压力。另外，压力传感器16检测作用于保压阀9的先导压。
当压力传感器16所检测的先导压变得比先导压的最低压力高、且压力传感器15所检测的压力成为规定压力以上时，控制器19判断成前作业机130处于能够通过动臂131的自重向下降方向转动的状态，进行如下所示的控制。
首先，控制器19进行使可变节流阀12的开口面积减小的控制，以使得从动臂液压缸5的缸底侧室5b排出的液压油不在第1油路20中流动而向排出油路22流动。图3是表示此时控制器19进行的控制内容(运算)处理的图。
如图3所示，控制器19对压力传感器16所检测的先导油路6d的液压油的压力进行微分而对先导压变化率(时间变化)ΔP进行运算(框9a)。先导压变化率ΔP与操作杆装置6的操作杆6a的操作速度对应。接着，控制器19根据运算出的先导压变化率ΔP，对可变节流阀12的开口面积的变化率ΔA进行运算(框9b)。开口面积的变化率ΔA与可变节流阀12的关闭方向的动作速度对应。关于开口面积的变化率ΔA的运算，如图3的框9b所示，预先设定随着先导压变化率ΔP增大(操作杆装置6的操作杆6a的操作速度变快)而开口面积的变化率ΔA减小(可变节流阀12的关闭方向的动作速度变慢)的ΔP与ΔA的关系，通过参照在框9a中运算出的先导压变化率ΔP和该关系而求出ΔA。接着，控制器19根据该开口面积的变化率ΔA对可变节流阀12的目标开口面积A进行运算(框9c)。该运算通过例如PID(比例-积分-微分)运算来进行。然后，控制器19将该目标开口面积A转换成电磁阀13的目标电流值I，并将对应的控制电流向电磁阀13输出(框9d)。电磁阀13根据从控制器19输出的目标电流值I而动作，将经由油路25而导入的先导泵3的排出压作为一次压，生成与该目标电流值I相应大小的先导压，并向先导油路26输出。该输出到先导油路26的先导压被导入可变节流阀12的操作孔，可变节流阀12根据该先导压来调整其开口面积。
另外，控制器19将发电/电动机10作为发电机进行控制。图4A是表示此时控制器19进行的控制内容(运算)处理的图。在控制器19中，以使动臂液压缸5的下降速度成为与操作杆装置6的操作杆6a的下降操作量相应的液压缸速度的方式，预先设定随着先导压P增大而发电/电动机10的发电转矩τg减小的P与τg的关系，通过参照压力传感器16所检测到的先导压P和该关系而对对应的τg进行运算(框9j)，并基于该发电转矩的指令值τg，经由逆变器18a来控制发电/电动机10的发电转矩。由此，对液压泵/马达7施加有与发电/电动机10的发电转矩相应的阻转矩，液压泵/马达7以与发电/电动机10的发电转矩相应的转速旋转，从而控制液压泵/马达7的排出流量。
另外，控制器19控制可变节流阀11的开口面积，以使得经由液压泵/马达7和再生回路23从动臂液压缸5的缸底侧室5b向活塞杆侧室5a供给的液压油的流量(再生流量)成为与操作杆装置6的操作杆6a的操作量所对应的动臂液压缸5的下降速度相应的流量，且活塞杆侧室5a不会成为负压。图5是表示此时控制器19进行的控制内容(运算)处理的图。
如图5所示，在控制器19中，预先设定有与动臂空中下降操作相适的目标开口面积A1和与顶升操作相适的目标开口面积A2，控制器19作为目标开口面积A而选择空中下降操作的目标开口面积A1(框9f)。接着，控制器19将所选择的目标开口面积A(A1)转换成电磁阀14的目标电流值I，并将对应的控制电流向电磁阀14输出(框9g)。电磁阀14根据从控制器19输出的目标电流值I而动作，将经由油路25、27而导入的先导泵3的排出压作为一次压，生成与该目标电流值I相应大小的先导压，并向先导油路28输出。该输出到先导油路28的先导压被导入可变节流阀11的操作孔，可变节流阀11根据该先导压以使其开口面积成为A1的方式进行调整。
通过上述那样进行控制，从动臂液压缸5的缸底侧室5b排出液压油，该排出的液压油经由保压阀9在排出油路22中流动，由此使液压泵/马达7旋转，并通过发电/电动机10的发电动作进行发电，该发电电力被蓄存到蓄电池18c中，由此，将动臂131的势能再生为电能。另外，使液压泵/马达7旋转的液压油的一部分经由再生回路23的单向阀8而向动臂液压缸5的活塞杆侧室5a流入，剩余的液压油经由可变节流阀11而返回到动作油油箱T。
像这样将从动臂液压缸5的缸底侧室5b排出的液压油的一部分作为再生流量向动臂液压缸5的活塞杆侧室5a侧供给，由此，不从主泵2向动臂液压缸5的活塞杆侧室5a供给液压油，能够节省主泵2的驱动能量。
～顶升～
接下来，说明在前作业机130与地面接触的状态下，进一步进行动臂131的下降操作而通过前作业机130按压地面，由此使行驶体110的一部分要从地面升起的情况(顶升)下的动作。
当操作员继续将操作杆装置6的操作杆6a向动臂下降方向B操作而使前作业机131的铲斗135与地面接触时，在前作业机130上作用有按压力。此时，由于在动臂液压缸5上作用有牵引力，所以动臂液压缸5的缸底侧室5b的液压油的压力降低。
当压力传感器16所检测的先导压变得比先导压的最低压力高、且压力传感器15所检测的动臂液压缸5的缸底侧室5b侧的液压油的压力成为规定压力以下时，控制器19判断成前作业机130处于无法通过动臂131的自重向下降方向转动的状态，即被指示进行顶升动作，并进行如下所示的控制。
首先，控制器19以使可变节流阀12的开口面积减小的方式，通过与动臂空中下降操作时相同的处理，向电磁阀13输出目标电流值I。
另外，如图4B所示，控制器19将发电/电动机10作为电动机而进行控制。图4B是表示此时控制器19进行的控制内容(运算)处理的图。在控制器19中，以使动臂液压缸5的下降速度成为与操作杆装置6的操作杆6a的下降操作量相应的液压缸速度的方式，预先设定有随着先导压P增大而发电/电动机10的电动转矩τd增大的P与τd的关系，通过参照压力传感器16所检测到的先导压P和该关系而对对应的τd进行运算(框9k)，并基于该电动转矩的指令值τd，经由逆变器18a来控制发电/电动机10的电动转矩。由此，对液压泵/马达7施加有与发电/电动机10的电动转矩相应的阻转矩，液压泵/马达7以与发电/电动机10的电动转矩相应的转速旋转，从而控制液压泵/马达7的排出流量。
另外，控制器19控制可变节流阀11的开口面积，以使得经由液压泵/马达7和再生回路23从动臂液压缸5的缸底侧室5b向活塞杆侧室5a供给的液压油的流量(再生流量)成为为了将所需大小的按压力经由动臂液压缸5作用于前作业机130而需要的流量，该所需大小的按压力是使行驶体110的一部分从地面升起而需要的按压力。图5是表示此时控制器19进行的控制内容(运算)处理的图。
如上所述，在控制器19中，预先设定有与动臂空中下降操作相适的目标开口面积A1和与顶升操作相适的目标开口面积A2，控制器19作为目标开口面积A而选择顶升操作的目标开口面积A2(框9f)。接着，控制器19将所选择的目标开口面积A(A2)转换成电磁阀14的目标电流值I，并将对应的控制电流向电磁阀14输出(框9g)。电磁阀14根据从控制器19输出的目标电流值I而动作，将经由油路25、27而导入的先导泵3的排出压作为一次压，生成与该目标电流值I相应大小的先导压，并向先导油路28输出。该输出到先导油路28的先导压被导入到可变节流阀11的操作孔，可变节流阀11根据该先导压以使其开口面积成为A2的方式进行调整。
通过上述那样进行控制，液压泵/马达7通过发电/电动机10的电动动作而作为泵发挥作用，从动臂液压缸5的缸底侧室5b吸入液压油，并将该液压油的一部分经由再生回路23的单向阀8向动臂液压缸5的活塞杆侧室5a供给。由此，动臂液压缸5收缩，经由动臂液压缸5而向前作业机130作用有使行驶体110的一部分从地面升起所需要大小的按压力，从而进行顶升动作。
像这样将从动臂液压缸5的缸底侧室5b排出的液压油的一部分作为再生流量而向动臂液压缸5的活塞杆侧室5a侧供给，由此，不从主泵2向动臂液压缸5的活塞杆侧室5a供给液压油，能够节省主泵2的驱动能量。
～效果～
在上述那样动作的第1实施方式的工程机械的液压驱动装置中，使对前作业机130的势能进行再生的发电/电动机10，在顶升时作为电动机而动作，使作为再生用马达的液压泵/马达7作为泵而旋转。另外，以在操作杆6a向动臂131的下降方向B操作时，从动臂液压缸5的缸底侧室5b向活塞杆侧室5a供给液压油的方式配置油路、回路。因此，在前作业机130能够通过动臂131的自重而转动的动臂空中下降操作时，使液压泵/马达7作为马达而发挥作用并使发电/电动机10作为发电机而动作，通过从动臂液压缸5的缸底侧室5b排出的液压油进行发电动作，由此进行势能的再生，从而谋求能量转换效率的改善。通过将再生后的液压油的一部分经由再生回路23向动臂液压缸5的活塞杆侧室5a供给，而不需要从主泵2向动臂液压缸5的活塞杆侧室5a供给液压油。另外，在前作业机130无法通过动臂131的自重而转动的顶升操作时，通过使发电/电动机10作为电动机而动作，使液压泵/马达7作为泵而发挥作用，并通过该液压泵/马达7的泵作用从动臂液压缸5的缸底侧室5b向活塞杆侧室5a供给液压油，而不从主泵2向动臂液压缸5的活塞杆侧室5a供给液压油地实现顶升动作。
由此，不需要如专利文献1所记载的液压驱动装置那样，设置第1及第2保压阀这两个保压阀并在顶升操作时控制它们的开闭，液压驱动装置的回路结构不会变得复杂，也不存在在设置空间和/或成本方面产生困难的可能性。另外，在顶升操作时也不需要从主泵2向动臂液压缸5的活塞杆侧室5a供给液压油，能够改善能量转换效率。
另外，也不需要如专利文献2所记载的液压驱动装置那样，为了能够进行动臂131的空中下降操作和顶升操作双方而设置顶升切换阀、流量控制阀，具有液压驱动装置的回路结构不会变得复杂、也不存在在设置空间和/或成本方面产生困难的可能性的优点。另外，在顶升操作时不需要从主泵2向动臂液压缸5的活塞杆侧室5a供给液压油，因此能够改善能量转换效率。
另外，具有检测第1油路20的动臂液压缸5的缸底侧室5b的压力的压力传感器15，控制器19在操作杆装置6的操作杆6a向前作业机130的下降方向操作、且压力传感器15所检测到的压力成为规定压力以上的情况下，判断成动臂液压缸5处于通过前作业机130的动臂131的自重而下降的状态，在除此以外的情况下均判断成动臂液压缸5处于不会通过前作业机130的动臂131的自重而下降的状态，由此，能够以简单的结构实现前作业机130的通过动臂131的自重能否转动的判定。
而且，控制器19在操作杆装置6的操作杆6a向前作业机130的举升方向A操作时，使可变节流阀12成为开状态。另外，在操作杆装置6的操作杆6a向前作业机130的下降方向B操作时，将可变节流阀12向关闭方向控制，且以使此时的关闭方向的动作速度随着操作杆装置6的操作杆6a的操作速度的增加而减小的方式进行控制，由此，能够提高在前作业机130的举升方向操作时及下降方向操作时动臂液压缸5相对于操作杆6a的操作的响应速度，能够谋求操作性的提高。尤其是，液压泵/马达7由于惯性而动作延迟，因此在前作业机130的下降操作时无法立即使液压油在排出油路22中流动，但是，由于将可变节流阀12向关闭方向控制且以使此时的关闭方向的动作速度随着操作杆装置6的操作杆6a的操作速度的增加而减小的方式进行控制，所以将液压油从动臂液压缸5的缸底侧室5b经由第1油路20而排出，能够改善响应性。
另外，通过控制发电/电动机10的转速来控制液压泵/马达7的排出流量，由此，能够以用于对前作业机130的势能进行再生的结构，实现与操作杆6a的操作量及操作速度相应的动臂液压缸5的下降方向上的动作速度。
＜第2实施方式＞
接下来，使用图6说明本发明的工程机械的液压驱动装置的第2实施方式。
图6是表示本发明的工程机械的液压驱动装置的第2实施方式的图，在第1实施方式的工程机械的液压驱动装置中，取代具有可变节流阀12的第1油路20，而具有无可变节流阀的第1油路20A。
另外，取代方向控制阀4而具有方向控制阀4A。方向控制阀4A在中立位置及动臂131的举升方向动作时的构成与第1实施方式的工程机械的液压驱动装置的方向控制阀4大致相同。在操作杆装置6向动臂131的下降方向操作时，成为中立位置，将第1油路及第2油路封堵，使从主泵2排出的液压油回流到油箱T。而且，取代先导油路6e而设有对保压阀9传递先导压的先导油路6e1。
另外，取代油路25、27而具有将先导泵3的排出压经由电磁阀14向可变节流阀11引导的油路25a。
其他结构与上述的第1实施方式的工程机械的液压驱动装置大致相同。
～动作～
说明上述的第2实施方式的工程机械的液压驱动装置的动作。
在图2所示那样的液压挖掘机100中，当操作员将操作杆装置6的操作杆6a向动臂举升方向A操作时，从操作杆装置6的先导阀6b1向先导油路6c输出与操作杆6a的操作量相应的先导压，方向控制阀4切换到a位置。此时，从主泵2排出的液压油经由方向控制阀4A，并通过第1油路20A而向动臂液压缸5的缸底侧室5b流入。其结果为，动臂液压缸5伸长，动臂131向举升方向转动。从动臂液压缸5的活塞杆侧室5a排出的液压油经由第2油路21、方向控制阀4而返回到动作油油箱T。
另外，在前作业机130处于能够通过动臂131的自重向下降方向转动的姿势的状态下，在操作员将操作杆装置6的操作杆6a向动臂下降方向B操作的情况下，首先，方向控制阀4A切换到中立位置，第1油路20A及第2油路21被封堵。因此，从动臂液压缸5的缸底侧室5b排出的液压油根据液压泵/马达7的动作而向排出油路22流动。其他动作与第1实施方式的工程机械的液压驱动装置中的动臂空中下降动作时的动作大致相同。
另外，在前作业机130与地面接触的状态下，在进一步进行动臂131的下降操作而通过前作业机130按压地面，由此要使行驶体110的一部分升起的顶升动作的情况下，方向控制阀4A切换到中立位置，第1油路20A及第2油路21被封堵，从动臂液压缸5的缸底侧室5b排出的液压油根据液压泵/马达7的动作而向排出油路22流动。其他动作与第1实施方式的工程机械的液压驱动装置中的顶升动作时的动作大致相同。
～效果～
在第2实施方式的工程机械的液压驱动装置中，与第1实施方式的工程机械的液压驱动装置相比，尽管操作性变差，但得到与第1实施方式的工程机械的液压驱动装置大致相同的效果，另外具有装置结构更加简单的优点。
＜第3实施方式＞
～结构～
使用图7及图8说明本发明的工程机械的液压驱动装置的第3实施方式。
图7是表示本发明的工程机械的液压驱动装置的第3实施方式的图，在第1实施方式的工程机械的液压驱动装置中，取代固定容量式的液压泵/马达7而具有可变容量式的液压泵/马达7A。该液压泵/马达7A具有调节器7b。构成为根据来自控制器19的控制信号使调节器7b动作，由此改变液压泵/马达7A的倾转角，使液压泵/马达7A的容量成为所期望的容量，从而使液压泵/马达7A的排出流量、转矩可变。
其他结构与上述的工程机械的液压驱动装置的第1实施方式大致相同。
～动作～
使用图8说明上述的第3实施方式的工程机械的液压驱动装置的动作。
在图2所示那样的液压挖掘机100中，操作员将操作杆装置6的操作杆6a向动臂举升方向A操作时的动作与第1实施方式的工程机械的液压驱动装置大致相同。
在前作业机130处于能够通过动臂131的自重向下降方向转动的姿势下，在操作员将操作杆装置6的操作杆6a向动臂下降方向B操作的情况下，控制器19通过与第1实施方式的动臂空中下降操作时相同的处理，以使可变节流阀12的开口面积减小的方式，向电磁阀13输出目标电流值I。
另外，控制器19将发电/电动机10作为发电机进行控制。图8A是表示此时控制器19进行的控制内容(运算)处理的图。在控制器19中，以使动臂液压缸5的下降速度成为与操作杆装置6的操作杆6a的下降操作量相应的液压缸速度的方式，预先设定有随着先导压P增大而液压泵/马达7A的倾转角θg减小的P与θg的关系，通过参照压力传感器16所检测到的先导压P和该关系而对对应的θg进行运算(框9l)，基于该倾转角的指令值θg，经由调节器7a来控制液压泵/马达7的斜盘的倾转角。由此，液压泵/马达7使与斜盘的倾转角相应的流量的液压油流动，从而控制液压泵/马达7的排出流量。
另外，控制器19通过与第1实施方式的动臂空中下降操作时相同的处理，向用于控制可变节流阀11的开口面积的电磁阀14输出目标电流值I。
另外，在前作业机130与地面接触的状态下，在进一步进行动臂131的下降操作而通过前作业机130按压地面，由此要使行驶体110的一部分升起的顶升动作的情况下，控制器19通过与第1实施方式的顶升操作时相同的处理，以使可变节流阀12的开口面积减小的方式，向电磁阀13输出目标电流值I。
另外，控制器19将发电/电动机10作为电动机而进行控制。图8B是表示此时控制器19进行的控制内容(运算)处理的图。在控制器19中，以使动臂液压缸5的下降速度成为与操作杆装置6的操作杆6a的下降操作量相应的液压缸速度的方式，预先设定有随着先导压P增大而液压泵/马达7A的倾转角θd增大的P与θd的关系，参照压力传感器16所检测到的先导压P和该关系而对对应的θd进行运算(框9m)，基于该倾转角的指令值θd，并经由调节器7a来控制液压泵/马达7的斜盘的倾转角。由此，液压泵/马达7使与斜盘的倾转角相应的流量的液压油流动，从而控制液压泵/马达7的排出流量。
而且，控制器19通过与第1实施方式的动臂空中下降操作时相同的处理，向用于控制可变节流阀11的开口面积的电磁阀14输出目标电流值I。
～效果～
在第3实施方式的工程机械的液压驱动装置中，也能够得到与上述工程机械的液压驱动装置的第1实施方式大致相同的效果。
另外，通过控制液压泵/马达7的容量来控制液压泵/马达7的排出流量，由此，也能够以简单的结构实现与操作杆6a的操作量相应的动臂液压缸5的下降速度。
＜其他＞
此外，本发明不限于上述实施方式，能够进行各种变形、应用。
附图标记说明
1…发动机，
2…主泵，
3…先导泵，
4、4A…方向控制阀，
5…动臂液压缸，
5a…活塞杆侧室，
5b…缸底侧室，
6…操作杆装置(操作装置)，
6a…操作杆，
6b1、6b2…先导阀，
6c、6d、6d1、6e…先导油路，
7、7A…液压泵/马达，
7b…调节器，
8…单向阀，
9…保压阀，
10…发电/电动机，
11…可变节流阀，
12…可变节流阀，
13、14…电磁阀，
15…压力传感器(压力检测装置)，
16…压力传感器，
18a…逆变器，
18b…斩波器，
18c…蓄电池，
19…控制器(控制装置)，
20、20A…第1油路，
21…第2油路，
22…排出油路，
23…再生回路，
25、25a、27…油路，
26、28…先导油路，
100…液压挖掘机，
110…行驶体，
111a、111b…履带，
112a、112b…履带架，
113、114…左右的行驶用液压马达，
120…旋转体，
130…前作业机，
131…动臂，
133…斗杆，
134…斗杆液压缸，
135…铲斗，
136…铲斗液压缸，
T…油箱。

Claims (5)

1.一种工程机械的液压驱动装置，用于驱动工程机械的作业要素，其特征在于，具有：
主泵；
液压缸，其通过从该主泵排出的液压油而驱动，是驱动所述作业要素的复动式的液压缸，具有活塞杆侧室和缸底侧室，且所述作业要素的自重作用于所述液压缸的收缩方向；
操作装置；
方向控制阀，其在以使所述作业要素向举升方向动作的方式对所述操作装置进行操作时，将从所述主泵排出的液压油向所述液压缸的缸底侧室供给，并使从所述液压缸的活塞杆侧室排出的液压油返回到油箱；
排出油路，其将所述液压缸的缸底侧室和油箱连接；
液压泵/马达，其配置在所述排出油路上；
第1可变节流阀，其配置在所述排出油路的所述液压泵/马达与所述油箱之间的油路部分上；
再生回路，其将所述排出油路的所述液压泵/马达与所述第1可变节流阀之间的油路部分连接于所述液压缸的活塞杆侧室；
发电/电动机，其与所述液压泵/马达以一体地旋转的方式连接；以及
控制装置，其在所述操作装置向所述作业要素的下降方向操作且所述液压缸处于通过所述作业要素的自重而下降的状态时，将所述发电/电动机作为发电机进行控制，且以从所述再生回路向所述液压缸的活塞杆侧室供给再生流量的方式控制所述第1可变节流阀的开口面积，在所述操作装置向所述作业要素的下降方向操作且所述液压缸处于不会通过所述作业要素的自重而下降的状态时，将所述发电/电动机作为电动机进行控制，且以从所述再生回路向所述液压缸的活塞杆侧室供给再生流量的方式控制所述第1可变节流阀的开口面积。
2.如权利要求1所述的工程机械的液压驱动装置，其特征在于，
还具有检测所述液压缸的缸底侧室的压力的压力检测装置，
所述控制装置在所述操作装置向所述作业要素的下降方向操作且所述压力检测装置所检测到的压力为规定压力以上的情况下，判定成所述液压缸处于通过所述作业要素的自重而下降的状态，在除此以外的情况下均判定成所述液压缸处于不会通过所述作业要素的自重而下降的状态。
3.如权利要求1所述的工程机械的液压驱动装置，其特征在于，还具有：
将所述方向控制阀与所述液压缸的缸底侧室连接的第1油路；
将所述方向控制阀与所述液压缸的活塞杆侧室连接的第2油路；和
配置在所述第1油路上的第2可变节流阀，
所述方向控制阀构成为，在所述操作装置向所述作业要素的举升方向操作时，将所述主泵与所述第1油路连接且将所述第2油路与所述油箱连接，在所述操作装置向所述作业要素的下降方向操作时，将所述第1油路与所述油箱连接，且将所述第2油路封堵，
所述控制装置在所述操作装置向所述作业要素的举升方向操作时，使所述第2可变节流阀成为开状态，在所述操作装置向所述作业要素的下降方向操作时，将所述第2可变节流阀向关闭方向控制且以使此时的关闭方向的动作速度随着所述操作装置的操作速度的增加而减小的方式进行控制。
4.如权利要求1所述的工程机械的液压驱动装置，其特征在于，
所述控制装置在所述操作装置向所述作业要素的下降方向操作且所述液压缸处于不会通过所述作业要素的自重而下降的状态时，通过控制所述发电/电动机的转速来控制所述液压泵/马达的排出流量。
5.如权利要求1所述的工程机械的液压驱动装置，其特征在于，
所述控制装置在所述操作装置向所述作业要素的下降方向操作且所述液压缸处于不会通过所述作业要素的自重而下降的状态时，通过控制所述液压泵/马达的容量来控制所述液压泵/马达的排出流量。
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