CN1685161A - 作业机械的驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一种油压挖掘机等的作业机械的驱动装置。具有:由发动机(31)驱动的发电机(32)和储存由发电机(32)发出的电力的蓄电装置(33)。依靠从发电机(32)和蓄电装置(33)的至少一方供给的电力而工作的电动机(45)和马达·发电机(54)使泵(46)和泵·马达(52)工作。在依靠从泵(46)和泵·马达(52)产生的工作油压来驱动多个作业装置用的油压致动器的多个驱动回路(41)、(42)、(43)之间设置相互补充工作油流量的辅助回路(61)、(63)、(65)。由此,通过能够在多个驱动回路间有效利用剩余能量,可使作业机械的驱动装置小型化。

Description

作业机械的驱动装置
技术领域
本发明涉及具有把发动机和发电装置并用的动力源的油压挖掘机等的作业机械的驱动装置。
背景技术
图9和图10表示了现有技术的结构,图9是表示油压挖掘机的结构的图,图10是表示该油压***构成的回路图。
在图9中,上部转动体2与下部行驶体1构成可转动的结合,在该上部转动体2上装载有作业装置6,该作业装置6具有:升降臂3,由摆动自如地安装在上部转动体2上的升降臂油缸3a驱动;操作臂4,由摆动自如地安装在升降臂3的前端的操作臂油缸4a驱动;以及挖斗5,由安装在操作臂4的前端的挖斗油缸5a驱动。
如图10所示,现有的油压***具有:发动机7,装载在上部转动体2上;可变容量型油压泵8、9,具有由发动机7驱动的斜板控制装置8a、9a;引导泵10,用于供给引导压;引导操作式的阀装置11,用于把油压泵8、9的压油分配给各致动器;操作阀(以下把操作阀称为“遥控阀”)12,用于对阀装置11进行引导控制;发动机旋转设定器13,用于设定发动机7的旋转速度;控制器14,控制发动机7和油压泵8、9的输出;油压马达15,用于使驱动作业装置6的升降臂油缸3a、操作臂油缸4a和挖斗油缸5a以及上部转动体2转动;以及行驶用的油压马达16a、16b,使下部行驶体1驱动。
在图10中,通过操作遥控阀12来切换阀装置11,把由发动机7驱动的油压泵8、9的压油分配给各致动器并使作业机械工作。
这样,在使用发动机7直接驱动油压泵8、9的驱动***中,为了能适应从轻负荷到重负荷的各种作业,装载了预料最大负荷的大输出的发动机7,然而重负荷的作业仅是作业时间整体的一部分。
在装载了这种大输出的发动机7的现有建设机械中,在进行轻负荷或占有大半使用率的中负荷的作业时,由于使用阀装置11把油压泵8、9的排出压油节流,并将其分配给升降臂油缸3a、操作臂油缸4a、挖斗油缸5a等的各致动器,因而在燃料消耗量、噪声、生成成本等方面是不利的。
并且,轻负荷的作业是在把发动机输出进行节流,在发动机旋转速度低的状态下进行,然而根据发动机7的特性,发动机旋转速度越低,转矩越小且不稳定,容易发生发动机停车和旋转不均匀,在操作性上不令人满意。
对此,具有一种油压挖掘机,该油压挖掘机使用作为油压挖掘机的动力源的发动机来驱动发电装置,把从该发电装置供给的电力储存在电池内,依靠电力使一个电动装置旋转,使用该电动装置驱动油压泵,使用共用的阀装置来控制从该油压泵供给的工作油,使下部行驶体的左右行驶用油压马达、上部转动体的转动用油压马达和作业装置的升降臂油缸、臂油缸、挖斗油缸等的各油压致动器工作(例如,参照特开2001-11888号公报)。
该公报所记载的油压挖掘机,在与图10所示的现有技术比较起来,虽然也能效率更佳地运转发动机,然而由于驱动各油压致动器的回路各自独立,因而在这些各油压致动器的驱动回路间,剩余能量得不到有效利用。
发明内容
本发明是鉴于这点而提出的,本发明的目的是提供通过可在多个驱动回路间有效利用剩余能量来实现小型化的作业机械的驱动装置。
本发明的作业机械的驱动装置,该作业机械的驱动装置使用多个流体压致动器来使作业装置工作,具有:发动机;发电装置,由发动机驱动;蓄电装置,储存由发电装置发出的电力;多个驱动回路,对应多个流体压致动器而分别设置,依靠从发电装置和蓄电装置的至少一方供给的电力来工作,并依靠所发生的工作流体压来驱动流体压致动器;以及辅助回路,从一驱动回路向另一驱动回路补充工作流体。而且,使用辅助回路,可在多个驱动回路间有效利用工作流体具有的剩余能量,可使依靠从由发动机驱动的发电装置和蓄电装置供给的电力来工作并发生工作流体压的各驱动回路的各个能力减少,实现构成各驱动回路的部件的小型化,同时实现成本降低。
本发明的作业机械的驱动装置,驱动回路具有:旋转速度可控制的电动装置,依靠从发电装置和蓄电装置的至少一方供给的电力来工作;泵,由电动装置驱动;阀装置,对从泵排出的工作流体进行方向控制,并把该工作流体供给流体压致动器;以及油箱,回收从泵供给流体压致动器的工作流体,并使该工作流体循环到泵。而且,通过使用旋转速度可控制的电动装置来控制泵流量,消除阀装置为了流量控制而将回路节流的情况,因而可减少阀装置的压力损失,由现有的进行流量控制的阀装置和配管引起的节流损失消除,可抑制无用发热等,提高能量效率。
本发明的作业机械的驱动装置,驱动回路与流体压致动器一体设置。而且,通过把驱动回路与流体压致动器一体设置,可减少驱动回路的配管损失,同时可省略驱动回路的机械主体侧的设置空间。
本发明的作业机械的驱动装置,多个驱动回路的至少1个具有:闭合回路;双向排出型泵·马达,设置在闭合回路中,兼备供给工作流体的泵功能和接受工作流体的供给来工作的流体压马达功能;以及马达·发电机,依靠从发电装置和蓄电装置的至少一方供给的电力来工作,并兼备驱动泵·马达的电动机功能和由泵·马达驱动来发电的发电机功能。而且,通过使用作为电动装置行使功能的马达·发电机,使闭合回路内的泵·马达作为泵来工作,可使流体压致动器工作,此时,双向排出型泵·马达可根据马达·发电机的旋转方向来选择排出方向,并可控制流体压致动器的工作方向,并且,在流体压致动器依靠外部负荷来工作时,流体压致动器作为泵行使功能,从而使泵·马达依靠在闭合回路中产生的工作流体而作为流体压马达来工作,因而通过使用该泵·马达把马达·发电机作为发电装置来驱动,并用所发出的电力给蓄电装置充电,可减轻发动机的负担,实现剩余能量的有效利用。
本发明的作业机械的驱动装置,该作业机械的驱动装置使用多个流体压致动器来使作业装置工作,具有:发动机;动力传递装置,与发动机连接;马达·发电机,与动力传递装置连接,作为电动装置和发电装置行使功能;蓄电装置,储存由马达·发电机发出的电力,同时把电力供给马达·发电机;泵·马达,与动力传递装置连接,作为由发动机和马达·发电机的至少一方驱动的泵行使功能,同时作为驱动马达·发电机的流体压马达行使功能;泵,与动力传递装置连接,由发动机和马达·发电机的至少一方驱动;多个驱动回路,对应多个流体压致动器而分别设置,依靠从泵·马达和泵的至少一方排出的工作流体来驱动流体压致动器,同时把从流体压致动器回流的工作流体回收到油箱内,并使该工作流体循环到泵·马达和泵的至少一方;以及辅助回路,从一驱动回路向另一驱动回路补充工作流体。而且,发动机在恒定负荷状态下运转,当流体压致动器所需要的动力少时,把发动机动力的剩余部分用马达·发电机进行发电并转换成电能,给蓄电装置充电,另一方面,当流体压致动器所需要的动力比发动机的输出大时,把给蓄电装置充电的电力供给马达·发电机,使该马达·发电机作为电动装置行使功能。并且,使用辅助回路,可在多个驱动回路间有效利用工作流体具有的剩余能量,并可减少泵·马达和泵的各个能力,实现由小型化带来的成本降低,同时使用发动机和马达·发电机的至少一方通过动力传递装置来驱动泵·马达和泵的至少一方,因而可削减泵驱动用的高价电动装置,实现成本降低。
本发明的作业机械的驱动装置,多个流体压致动器与共用的驱动回路并联连接。而且,对应流体压致动器的个数,可削减驱动回路的个数,实现成本降低。
本发明的作业机械的驱动装置,蓄电装置具有电容器和电池。而且,使用电池,可应对瞬时的充放电,同时,使用电池,可应对较长时间的充放电。
本发明的作业机械的驱动装置,油箱由蓄压器加压。而且,通过使用蓄压器给油箱加压,可提高泵的吸入侧压力,可防止发生泵的空洞现象,也能使小型泵高速旋转。
本发明的作业机械的驱动装置,流体压致动器具有:使油压挖掘机的升降臂工作的升降臂油缸,使操作臂工作的操作臂油缸,以及使挖斗工作的挖斗油缸;驱动回路具有:使升降臂油缸驱动的驱动回路,使操作臂油缸驱动的驱动回路,以及使挖斗油缸驱动的驱动回路;对应从升降臂油缸的驱动回路到操作臂油缸的驱动回路以及从挖斗油缸的驱动回路到升降臂油缸的驱动回路和操作臂油缸的驱动回路而分别设置辅助回路。而且,在油压挖掘机的挖掘作业的挖掘时,可从必要流量少的升降臂油缸的驱动回路向操作臂油缸的驱动回路补充工作流体,并且,在转动上升时,可从必要流量少的挖斗油缸的驱动回路向需要流量的升降臂油缸的驱动回路补充工作流体,而且,在转动下降时,可从必要流量少的挖斗油缸的驱动回路向需要流量的操作臂油缸的驱动回路补充工作流体。
附图说明
图1是表示本发明的作业机械的驱动装置的第1实施方式的回路图。
图2是详细表示上述驱动装置的油压回路的回路图。
图3是表示上述驱动装置的致动器驱动单元的一例的侧视图。
图4是表示本发明的作业机械的驱动装置的第2实施方式的回路图。
图5是表示本发明的作业机械的驱动装置的第3实施方式的回路图。
图6是表示本发明的作业机械的驱动装置的第4实施方式的回路图。
图7是详细表示上述驱动装置的油压回路的回路图。
图8是表示本发明的作业机械的驱动装置的第5实施方式的回路图。
图9是油压挖掘机的侧视图。
图10是表示现有的油压挖掘机的油压***构成的回路图。
具体实施方式
以下,结合图1至图3所示的第1实施方式、图4所示的第2实施方式、图5所示的第3实施方式、图6和图7所示的第4实施方式、以及图8所示的第5实施方式对本发明进行详细说明。另外,关于图9所示的油压挖掘机的说明,也在本发明的说明中利用。
图1表示作业机械的驱动装置的第1实施方式,如图9所示,作业机械是作为具有依次将升降臂3、操作臂4和挖斗5连结的作业装置6的建设机械的油压挖掘机,图1表示具有该油压挖掘机的升降臂-操作臂-挖斗-复合回路的复合驱动装置的回路图,图2表示使图1所示的回路图更具体化的回路图。
如图1所示,使油压挖掘机的作业装置6工作的多个致动器是作为依靠作为被加压的工作流体的工作油即油压来工作的流体压致动器的油压缸,并具有:升降臂工作用的升降臂油缸3a,操作臂工作用的操作臂油缸4a,以及挖斗工作用的挖斗油缸5a。
另一方面,使油压挖掘机的下部行驶体1的左右履带回转工作的左右行驶用致动器分别是电动机21、22,使用这些电动机21、22通过减速装置23、24使左右履带分别动作。
同样,使上部转动体2相对下部行驶体1转动的转动用致动器是电动机25,使用该电动机25通过减速装置26使上部转动体2动作。
这些电动机21、22、25的旋转方向和旋转速度由倒相器27、28、29控制。
另外,在上部转动体2上分别装载有:发动机31,由该发动机31驱动的作为发电装置的发电机32,以及储存由该发电机32发出的电力的蓄电装置33。
蓄电装置33具有:与瞬时的充放电对应的电容器34,和与较长时间的充放电对应的电池35。
发电机32与用于控制该发电机32的电压的转换器36连接,并且,电容器34和电池35与用于控制充放电的转换器37、38连接。这些转换器36、37、38与控制器39连接,该控制器39根据负荷来控制发电机32、电容器34和电池35的各输出。
使用发动机31、发电机32、电容器34、电池35、以及转换器36、37、38来构成电源单元40。
并且,对应升降臂油缸3a,设置有依靠从发电机32和蓄电装置33的至少一方供给的电力来工作并依靠所发生的工作油压来驱动升降臂油缸3a的驱动回路41。
同样,对应操作臂油缸4a,设置有依靠从发电机32和蓄电装置33的至少一方供给的电力来工作并依靠所发生的工作油压来驱动操作臂油缸4a的驱动回路42。
同样,对应挖斗油缸5a,设置有依靠从发电机32和蓄电装置33的至少一方供给的电力来工作并依靠所发生的工作油压来驱动挖斗油缸5a的驱动回路43。
操作臂油缸4a和挖斗油缸5a的各驱动回路42、43各自具有:作为电动装置的电动机45,依靠从发电机32和蓄电装置33的至少一方供给的电力,按照由倒相器44控制的旋转速度来工作;泵46,由这些电动机45驱动;阀装置47,对从这些泵46排出的工作油进行方向控制,并把该工作油供给操作臂油缸4a或挖斗油缸5a;以及油箱48,回收从泵46供给操作臂油缸4a或挖斗油缸5a的工作油,并使该工作油循环到泵46。
另一方面,升降臂油缸3a的驱动回路41具有:闭合回路51;双向排出型泵·马达52,设置在该闭合回路51中,兼备供给工作油的泵功能和接受工作油的供给来工作的作为流体压马达功能的油压马达功能;以及马达·发电机54,依靠从发电机32和蓄电装置33的至少一方供给的电力,按照由倒相器53控制的旋转方向和旋转速度来工作,并兼备驱动泵·马达52的电动机功能和由泵·马达52驱动来发电的发电机功能。
在闭合回路51中设置有下述的阀装置55。另外,在闭合回路51中,在升降臂下降时,与流入到升降臂油缸3a的杆侧的工作油流量比起来,从盖侧流出的回油流量多,有必要把其剩余部分从闭合回路51中排出,因而设置有用于回收该剩余部分的、并且在升降臂上升时由于在泵·马达52的吸入侧工作油流量不足而用于补给该不足的油箱56。
上述行驶***的电动机21、22、转动***的电动机25、操作臂***和挖斗***的电动机45以及升降臂***的马达·发电机54既可以使用交流型,也可以使用直流型。
并且,设置有从一驱动回路向另一驱动回路补充工作流体的辅助回路。
例如,设置有从升降臂油缸3a的驱动回路41的闭合回路51向操作臂油缸4a的驱动回路42的泵排出侧补充工作油的辅助回路61,同时设置有反方向的辅助回流侧回路61r,在这些辅助回路61和辅助回流侧回路61r中设置有回路开闭用的辅助阀62。
同样,设置有从挖斗油缸5a的驱动回路43的泵排出侧向升降臂油缸3a的驱动回路41的闭合回路51补充工作油的辅助回路63,同时设置有反方向的辅助回流侧回路63r,在这些辅助回路63和辅助回流侧回路63r中设置有回路开闭用的辅助阀64。
同样,设置有从挖斗油缸5a的驱动回路43的泵排出侧向操作臂油缸4a的驱动回路42的泵排出侧补充工作油的辅助回路65,同时设置有反方向的辅助回流侧回路65r,在这些辅助回路65和辅助回流侧回路65r中设置有回路开闭用的辅助阀66。
而且,通过把由辅助回路61、63、65从一驱动回路向另一驱动回路供给的辅助油量用辅助回流侧回路61r、63r、65r回收,防止在多个油箱48、48、56间发生工作油量的不均衡。
在该图1中,上述控制器39与操纵杆式、踏板式的电气式操作器67、68连接,从这些电气式操作器67、68输入到控制器39的操作信号由控制器39进行运算处理,该处理后的控制信号从控制器39被输出到倒相器44、53、阀装置47、阀装置55、辅助阀62、64、66等。
如图2所示,上述油箱48、56由蓄压器71加压。即,这些油箱48、56是一种使用密闭的压力容器,在压力容器内通过具有伸缩性的隔膜部件72划分形成油室73和气体室74,利用在气体室74内封入的压缩气体的压力,给与泵46或泵·马达52的吸入口连通的油室73内的工作油加压的储蓄器结构。
之所以设置这种蓄压器71,是由于随着电动机45和泵46、或者泵·马达52和马达·发电机54的小型化,一旦提高它们的使用旋转速度,就在泵46或泵·马达52的吸入侧容易发生空洞现象,为了防止发生这种空洞现象,用于提高泵46或泵·马达52的吸入侧压力的蓄压器71是必要的。
并且,来自操作臂***和挖斗***的各泵46的工作油排出流量根据电动机45的旋转速度来调节。当不使操作臂油缸4a或挖斗油缸5a工作时,把各电动机45的旋转速度设定为0rpm,把来自各泵46的工作油排出流量设定为0。
同样,来自双向排出型泵·马达52的泵排出流量根据马达·发电机54的电动机旋转速度来调节。而且,来自泵·马达52的泵排出方向根据马达·发电机54的马达旋转方向来控制,在改变泵排出方向时,改变马达·发电机54的马达旋转方向。
并且,各辅助回路61、63、65的辅助阀62、64、66是把来自上述控制器39的接通/断开信号接收到各自的螺线管内并进行开闭动作的阀,一旦根据接通信号进行开动作,从一驱动回路向另一驱动回路补充工作流体的辅助功能就起作用。
并且,在操作臂***的驱动回路42和挖斗***的驱动回路43内分别设置的阀装置47在它们的阀主体内分别具有:用于切换油缸伸缩用的回路的方向切换阀76,在该方向切换阀76的工作油供给侧设置的负荷保持单向阀77和泵排出压设定用的减压阀78,以及在方向切换阀76的工作油输出侧设置的回路压设定用的减压阀79。
此处,方向切换阀76,通常是,为了减少压力损失而在全开状态下使用,由接收来自上述控制器39的接通/断开信号的螺线管,使其进行从中间位置到一侧全开位置或另一侧全开位置的切换动作,而当辅助阀64、66的辅助功能起作用时,在辅助对方的压力高的情况下,根据线性信号减少方向切换阀76的流量,从而发生比辅助对方的压力高的差压。
另一方面,在升降臂***的驱动回路41内,在闭合回路51的盖侧通路51a中和杆侧通路51b中分别设置有电磁式控制阀81、82,从这些控制阀81、81到升降臂油缸3a侧,设置有用于把盖侧通路51a和杆侧通路51b的设定压以上的过剩压***到油箱通路83的减压阀84,反之,设置有用于从油箱通路83向盖侧通路51a和杆侧通路51b补充油的单向阀85。
控制阀81、82,通常,为了减少压力损失而在使升降臂油缸3a工作时在全开状态使用,由接收来自上述控制器39的接通信号的螺线管的驱动,进行从全闭位置到全开位置的切换动作,而当辅助阀62的辅助功能起作用时,在辅助对方的压力高的情况下,根据线性信号减少控制阀81、82的流量,从而发生比辅助对方的压力高的差压。
并且,从各控制阀81、82到泵·马达52侧设置有使盖侧通路51a和杆侧通路51b之间连通并使来自升降臂油缸3a的盖侧的回油的一部分再生到杆侧的电磁式再生阀86,而且,设置有用于从杆侧通路51b向油箱通路83排出剩余油的电磁式排出阀87和减压阀88,而且,设置有从油箱通路83向盖侧通路51a和杆侧通路51b补给油的单向阀89。
而且,该升降臂***的驱动回路41,在升降臂下降时,与流入到升降臂油缸3a的杆侧的工作油流量相比,从盖侧流出的回油流量多,有必要将其剩余部分从闭合回路51排出,因而使在升降臂油缸3a的杆侧所必要的流量以外的油如图2的实线箭头所示,从杆侧通路51b经过排出阀87和减压阀88回流到油箱56,并且,在升降臂上升时,由于在泵·马达52的吸入侧工作油流量不足,因而通过把该不足的工作油如图2的虚线箭头所示,从油箱56经过油箱通路83和单向阀89吸入到杆侧通路51b进行补给。
然后,升降臂油缸3a、操作臂油缸4a和挖斗油缸5a以及与这些各油缸对应的各驱动回路41、42、43分别进行一体化并构成致动器驱动单元。
例如,图3表示使操作臂油缸4a和驱动回路42一体化的致动器驱动单元的一例,操作臂油缸4a通过歧管板90,与电动机45、泵46、阀装置47和油箱48等的驱动回路42一体设置。
泵46、阀装置47、油箱48和操作臂油缸4a通过设置在歧管板90内的通路连通。
另外,不仅驱动回路41、42、43,而且辅助回路61、64、66也可以与各油缸一体化。
下面,对该图1至图3所示的升降臂-操作臂-挖斗-复合回路的作用效果进行说明。
(1)动作概要
发动机31在恒定负荷状态下运转,当由各电动机21、22、25、45和马达·发电机54消耗的总电动机动力比发动机31的输出少时,用从发电机32输出的电能给电容器34或电池35充电。
另一方面,当由各电动机21、22、25、45和马达·发电机54消耗的总电动机动力比发动机31的输出多时,除了从发电机32输出的电力以外,还供给储存在电容器34或电池35内的电力,作为各电动机21、22、25、45和马达·发电机54的电动机动力源。
并且,本驱动装置把各致动器的驱动回路41、42、43作为独立驱动的构成,设置从升降臂***的驱动回路41向操作臂***的驱动回路42,或者从挖斗***的驱动回路43向升降臂***的驱动回路41和操作臂***的驱动回路42补充工作油流量进行辅助的辅助回路61、63、65,仅在流量的补充辅助是必要时才开启辅助阀62、64、66,把流量供给辅助对方。
把升降臂***和操作臂***的驱动回路41、42的能力限制为它们的必要动力和流量的大致1/2以实现小型化,在有超过其能力的要求时,从另一***的驱动回路41、43接受辅助。
即,尽管指令值是来自电气式操作器67、68的操作信号,然而对应它们的操作量0~100%,把升降臂***和操作臂***的驱动回路41、42限制为大致50%的能力,当有其以上的操作量时,从另一***的驱动回路41、43接受辅助。
例如,在倾卸装载作业中,具有区分为挖掘、转动上升、倾卸、转动下降的4项的操作形式。此处,各操作形式的必要平均动力如下表1所示。另外,这是一例,可以改变。把100%作为最大驱动动力。
(表1)
升降臂   操作臂 挖斗   摆幅
挖掘 0~10%(辅助A→)   0~60%(↑) 0~30%   -
转动上升 0~70%(↑)   0~5%(←) 0~5%(←辅助B)   0~20%
倾卸 0~5%   0~10% 0~20%   -
转动下降 大致0%(再生)   0~20%(↑) 大致0%(←辅助C)   0~20%
(注)由于是速度***,所以是辅助流量。
如该表1所示,
在挖掘时,操作臂***需要动力和速度,挖斗***也需要相当大的动力和速度。另一方面,由于升降臂***不需要那样的动力,因而开启辅助阀62,从升降臂***向操作臂***补充工作油流量进行辅助。
在转动上升时,升降臂***需要动力和速度。另一方面,由于操作臂***和挖斗***不需要那样的动力,因而开启辅助阀64,从挖斗***向升降臂***补充工作油流量进行辅助。
在倾卸时,不需要辅助。
在转动下降时,由于升降臂3自重落下,因而开启再生阀86,可通过再生作用来驱动升降臂油缸3a,因而动力为大致0。此时,由于挖斗5几乎不动,因而开启辅助阀66,从挖斗***向操作臂***补充工作油流量进行辅助。
(2)效果
这样,在油压挖掘机的挖掘作业的挖掘时,可从必要流量少的升降臂油缸3a的驱动回路41通过辅助回路61向操作臂油缸4a的驱动回路42补充工作油,并且,在转动上升时,可从必要流量少的挖斗油缸5a的驱动回路43通过辅助回路63向需要流量的升降臂油缸3a的驱动回路41补充工作油,而且,在转动下降时,可从必要流量少的挖斗油缸5a的驱动回路43通过辅助回路65向需要流量的操作臂油缸4a的驱动回路42补充流体。
然后,如果把各驱动回路41、42、43作为独立驱动回路,则升降臂油缸3a的驱动回路41和操作臂油缸4a的驱动回路42需要可提供大致100%的动力和速度的能力,然而通过设置辅助回路61、63、65,各驱动回路41、42的能力为大致1/2即可。
因此,即使补偿辅助回路用的辅助阀62、64、66等的成本升高,也能实现***整体的低成本,同时可实现驱动回路内机器的小型化。
通过该小型化,如图3所示,也能使操作臂油缸4a和挖斗油缸5a同与它们对应的各驱动回路42、43的电动机45、泵46、阀装置47和油箱48分别设置成一体,并且,也能使升降臂油缸3a与对应的驱动回路41的泵·马达52、马达·发电机54、阀装置55和油箱56设置成一体。
这样,通过使各流体压致动器与它们的驱动回路41、42、43分别设置成一体,可减少它们的驱动回路41、42、43的配管损失,同时可省略机械主体侧即上部转动体2上的驱动回路用的设置空间。
假设,如果是100%动力的装置,则马达、泵等的各机器的尺寸大型化,重量也变重,对应各油缸的设置变得困难。
总之,使用辅助回路61、63、65,可在多个驱动回路41、42、43之间有效利用工作油具有的剩余能量,可使依靠从由发动机31驱动的发电机32和蓄电装置33供给的电力来工作并发生工作油压的各驱动回路41、42、43的各个能力减少,实现构成各驱动回路41、42、43的部件的小型化,同时实现成本降低。
然后,通过使用控制器39经过倒相器44、53来控制电动机45或马达·发电机54的旋转速度,可控制从泵46或泵·马达52排出的泵流量,这样,由于阀装置47、55因流量控制而不使回路节流,因而可减少阀装置47、55的压力损失,不会发生由现有的进行流量控制的控制阀和配管引起的节流损失,可改善使无用发热得到抑制等的能量效率。
并且,通过由作为电动装置发挥功能的马达·发电机使闭合回路51内的泵·马达53作为泵来动作,在使升降臂油缸3a动作时,根据马达·发电机54的旋转方向,可选择双向排出型泵·马达52的排出方向,并可控制升降臂油缸3a的动作方向。
而且,当升降臂油缸3a依靠作业装置6的自重等的外部负荷而工作时,通过使升降臂油缸3a作为泵行使功能,依靠在闭合回路51中产生的工作油压使泵·马达52作为油压马达来工作,因而通过使用该泵·马达52使马达·发电机54作为发电机来驱动,并用所发出的电力给蓄电装置33的电容器34和电池35充电,可减轻发动机31的负担,实现剩余能量的有效利用。
并且,电动机45或马达·发电机54等的电动装置使用交流电机或直流电机。例如,使用作了小型化的交流电机,可把电动机45或马达·发电机54紧凑地装入到油压缸内。这些电动机45或马达·发电机54,即使直流电机也能适用。
并且,蓄电装置33具有电容器34和电池35,使用电容器34,可应对瞬时的充放电,同时,使用电池35,可应对较长时间的充放电,获得高性能的储电能力。
并且,通过使用蓄压器71给油箱48、56加压,可提高泵46或泵·马达52的吸入侧压力,可防止发生泵46或泵·马达52的空洞现象,还能使小型的泵46或泵·马达52高速旋转。
下面,图4是表示作业机械的驱动装置的第2实施方式的回路图,与图1所示的实施方式相比,采用以下构成:消除了从升降臂油缸3a的驱动回路41到操作臂油缸4a的驱动回路42的辅助回路61,并设置有:从挖斗油缸5a的驱动回路43的泵排出侧向升降臂油缸3a的驱动回路41补充工作油的辅助回路63,和向操作臂油缸4a的驱动回路42补充工作油的辅助回路65。另外,与图1同样的部分,标记同一符号,并省略对其的说明。并省略了图1所示的辅助回流侧回路63r、65r的图示。
该图4所示的实施方式具有以下效果:仅从挖斗油缸5a的驱动回路43向升降臂油缸3a的驱动回路41和操作臂油缸4a的驱动回路42补充工作油,在挖掘时,例如在从挖斗***仅向操作臂***补充工作油进行辅助的情况下,升降臂油缸3a和挖斗油缸5a的速度延迟少,而对挖掘作业的作业效率没有影响,并且,由于仅从挖斗***进行辅助,因而回路得到简化,同时辅助阀64、66的控制也变得容易。
下面,图5是表示作业机械的驱动装置的第3实施方式的回路图,与图1所示的实施方式相比,采用以下构成:消除了从升降臂油缸3a的驱动回路41到操作臂油缸4a的驱动回路42的辅助回路61,同时消除了从挖斗油缸5a的驱动回路43到升降臂油缸3a的驱动回路41的辅助回路63,并仅设置有从挖斗油缸5a的驱动回路43的泵排出侧向操作臂油缸4a的驱动回路42补充工作油的辅助回路65。另外,与图1同样的部分,标记同一符号,并省略了对其的说明。并且,省略了图1所示的辅助回流侧回路65r的图示。
该图5所示的实施方式具有以下效果:仅从挖斗油缸5a的驱动回路43仅向操作臂油缸4a的驱动回路42补充工作油,在该情况下,与图4所示的实施方式相比,各油缸的速度延迟少,而能确保操作臂油缸4a的必要工作速度,因而对挖掘作业的作业效率没有影响,并且,由于仅从挖斗***仅向操作臂***进行辅助,因而回路得到简化,辅助阀66的控制也变得更容易。
下面,图6是表示作业机械的驱动装置的第4实施方式的回路图,与图1和图2所示的实施方式同样的部分,标记同一符号,并省略了对其的说明。
该图6所示的驱动装置是具有升降臂-操作臂-挖斗-行驶-复合回路的第1例的油压挖掘机的复合驱动装置,多个流体压致动器与共用的驱动回路并联连接。
即,本驱动装置把升降臂油缸3a的驱动回路41、和使上部转动体2转动工作的电动机25等的转动***的驱动回路分别作为独立驱动回路,另一方面,驱动回路42是使操作臂油缸4a和作为右行驶用的流体压致动器的油压马达的右行驶马达91R并联连接的共用回路,并且,驱动回路43是使挖斗油缸5a和作为左行驶用的流体压致动器的油压马达的左行驶马达91L并联连接的共用回路。
而且,在行驶时,使作业装置6连动操作的情况,即,使左右的行驶马达91L、91R、升降臂油缸3a、操作臂油缸4a和挖斗油缸5a连动操作的情况并不太多,并且,即使在连动操作的情况下,由于其时间不长,因而即使是本回路构成,为了保持操作臂油缸4a和右行驶用的右行驶马达91R之间的驱动压力差,或者为了保持挖斗油缸5a和左行驶用的左行驶马达91L之间的驱动压力差,也有必要使低压侧致动器用的方向切换阀节流,然而由此产生的损失因连动操作的时间短而少,不会发生效率的大幅低下。
并且,在需要大动力的挖掘装载等的作业时,由于不进行行驶,因而完全不会发生上述连动操作时的问题。
另外,由于升降臂油缸3a、操作臂油缸4a和挖斗油缸5a的工作与图1所示的升降臂-操作臂-挖斗-复合回路相同,因而省略其说明。
这样,由于多个流体压致动器与共用的驱动回路42、43分别并联连接,因而可对应流体压致动器的个数,削减驱动回路的个数,实现成本降低。
例如,在图1所示的独立驱动回路中,虽然驱动***需要6个***,而在图6所示的实施方式中,通过把左右的行驶***分别作为操作臂***和挖斗***的共用回路,可减少到4个***,实现成本降低。
并且,通过设置辅助回路61、63、65,升降臂***和操作臂***的各驱动回路41、42的能力为大致1/2即可,获得与图1所示同样的效果。
下面,图7是详细表示具有图6所示的升降臂-操作臂-挖斗-行驶-复合回路的建设机械的复合驱动装置的油压回路图,以下,仅对图6未表示的部分进行说明。另外,与图1和图2所示的实施方式同样的部分,标记同一符号,并省略了对其的说明。
油箱92,使1个大型化,在上部转动体2侧分离设置。这是由于,为了确保下述的行驶直行功能,在驱动回路42、42间有工作油行驶。在该油箱92上也设置有蓄压器93,通过使用蓄压器93给油箱92加压,提高泵46和泵·马达52的吸入侧压力,防止发生空洞现象,可使小型泵46等高速旋转,这些是相同的。
并且,随着把左右行驶***从电气回路变更为油压回路,驱动回路42的阀装置47使操作臂用的方向切换阀76和右行驶用的方向切换阀94R与共用的泵46并联连接,通过这些方向切换阀76、94R使操作臂油缸4a和右行驶用的右行驶马达91R并联连接。
同样,驱动回路43的阀装置47使挖斗用的方向切换阀76和左行驶用的方向切换阀94L与共用的泵46并联连接,通过这些方向切换阀76、94L使挖斗油缸5a和左行驶用的左行驶马达91L并联连接。
这样,由于右行驶***的回路和操作臂***的回路、左行驶***的回路和挖斗***的回路分别是与共用的泵46并联连接的回路,因而原则上,方向切换阀76、94R和方向切换阀76、94L进行从中间位置到一侧全开位置或另一侧全开位置的切换控制,假设,在这些回路间发生了压力差时,在低压回路侧的方向切换阀产生节流差压,提供各致动器所需要的流量。
在左右两行驶***的回路中,分别设置有用于防止车体失去控制而飞跑的反平衡阀95L、95R。
并且,在一个驱动回路43中设置有行驶直行阀96,如果在行驶时接通该行驶直行阀96,则仅从右侧的泵46排出的工作油被分配给左右行驶用的方向切换阀94L、94R,因而可防止来自2个泵46的不同排出压作用于左右两行驶***,并可使左右两行驶***的回路压相等,这样,可使左右两行驶***的行驶马达91L、91R保持在同一旋转速度,并可确保行驶直行性。
而且,在从含有挖斗***的方向切换阀76的驱动回路43通过单向阀97引出的通路上设置有切换阀式的辅助阀98。由于该辅助阀98相当于图1和图2所示的实施方式的2个辅助阀64、66,因而如果把该辅助阀98切换到B位置,则可从含有挖斗***的驱动回路43向升降臂***的驱动回路41提供工作油流量进行辅助,并且,如果把辅助阀98切换到C位置,则可从含有挖斗***的驱动回路43向含有操作臂***的驱动回路42提供工作油流量进行辅助。
然后,发动机31在恒定负荷状态下运转,当由各电动机25、45和马达·发电机54消耗的总电动机动力比发动机31的输出少时,用从发电机32输出的电能给电容器34或电池35充电,另一方面,当由各电动机25、45和马达·发电机54消耗的总电动机动力比发动机31的输出多时,除了从发电机32输出的电力以外,还提供储存在电容器34或电池35内的电力作为各电动机25、45和马达·发电机54的电动机动力源,这与图1和图2所示的实施方式相同。
下面,图8是表示作业机械的驱动装置的第5实施方式的回路图,与图2和图7所示的实施方式同样的部分,标记同一符号,并省略其说明。
该图8所示的驱动装置是具有升降臂-操作臂-挖斗-行驶-复合回路的第2例的油压挖掘机的复合驱动装置,作为动力传递装置的减速机99与发动机31的输出轴连接,作为电动装置和发电装置行使功能的马达·发电机54与该减速机99连接,设置有储存由该马达·发电机54发出的电力,同时把该电力供给马达·发电机54的蓄电装置33。
而且,减速机99与由发动机31和马达·发电机54的至少一方驱动的泵行使功能,同时作为驱动马达·发电机54的流体压马达即油压马达行使功能的泵·马达52连接,同时与由发动机31和马达·发电机54的至少一方驱动的多个泵46连接。
在减速机99中,内装有用于在泵·马达52作为油压马达来驱动马达·发电机54时,使该泵·马达52与马达·发电机54直接连结,同时与发动机31和泵46分离的离合器机构,并且,内装有用于切换泵·马达52的旋转方向的机构。
从泵·马达52排出的泵流量被供给升降臂油缸3a的驱动回路41,从一个泵46排出的泵流量被供给操作臂油缸4a和右行驶用的右行驶马达91R的驱动回路42,从另一个泵46排出的泵流量被供给挖斗油缸5a和左行驶用的左行驶马达91L的驱动回路43,这与图7所示的实施方式相同,然而这些泵46和泵·马达52连同发动机31和减速机99一起被装载在油压挖掘机的上部转动体2侧,这点与图7所示的实施方式不同。
下面,对该图8所示的实施方式的作用效果进行说明。另外,根据与已说明的另一实施方式同样的构成而产生的作用效果,省略说明。
发动机31在恒定负荷状态下运转,当由升降臂油缸3a、操作臂油缸4a、挖斗油缸51a、转动***的电动机25等的致动器消耗的动力少时,根据发动机动力的剩余部分,使马达·发电机54作为发电装置行使功能,并用从马达·发电机54输出的电力给电容器34或电池35充电。
另一方面,当由致动器所要求的动力比发动机输出大时,把给电容器34或电池35充电的电力作为马达·发电机54的电动机动力源来供给,使该马达·发电机54作为电动装置行使功能。
并且,使用辅助回路61、63、65,在油压挖掘机的挖掘作业的挖掘时,可从必要流量少的升降臂油缸3a的驱动回路41向操作臂油缸4a的驱动回路42补充工作油,并且,在转动上升时,可从必要流量少的挖斗油缸5a的驱动回路43向需要流量的升降臂油缸3a的驱动回路41补充工作油,而且,在转动下降时,可从必要流量少的挖斗油缸5a的驱动回路43向需要流量的操作臂油缸4a的驱动回路42补充工作油。
这样,使用辅助回路61、63、65,可在多个驱动回路41、42、43间有效利用工作油具有的剩余能量,可使构成各驱动回路41、42、43的泵·马达52和泵46等的各个能力减少,实现它们的小型化,并实现由小型化带来的成本降低,同时由于该图8所示的回路使用发动机31和马达·发电机54的至少一方通过减速机99来驱动泵·马达52和泵46的至少一方,因而与图2和图7的回路相比,可废除转动***的电动机25以外的泵驱动用的电动机,并且由于与油压机器相比,可削减高价电动机的数量,因而在这点上也实现成本降低。
本发明不限于应用在油压挖掘机中,只要是使用多个流体压致动器来使作业装置工作的作业机械,例如,也可以使用在装载机等中。

Claims (9)

1.一种作业机械的驱动装置,该作业机械的驱动装置通过多个流体压致动器使作业装置工作,其特征在于,具有:
发动机;
发电装置,由发动机驱动;
蓄电装置,储存由发电装置发出的电力;
多个驱动回路,对应多个流体压致动器而分别设置,依靠从发电装置和蓄电装置的至少一方供给的电力而工作,并依靠所产生的工作流体压来驱动流体压致动器;以及
辅助回路,从一驱动回路向另一驱动回路补充工作流体。
2.根据权利要求1所述的作业机械的驱动装置,其特征在于,驱动回路具有:
旋转速度可控制的电动装置,依靠从发电装置和蓄电装置的至少一方供给的电力来工作;
泵,由电动装置驱动;
阀装置,对从泵排出的工作流体进行方向控制,并把该工作流体供给流体压致动器;以及
油箱,回收从泵供给流体压致动器的工作流体,并使该工作流体循环到泵。
3.根据权利要求1或2所述的作业机械的驱动装置,其特征在于,
驱动回路与流体压致动器一体设置。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的作业机械的驱动装置,其特征在于,多个驱动回路的至少1个具有:
闭合回路;
双向排出型泵·马达,设置在闭合回路中,兼备供给工作流体的泵功能和接受工作流体的供给而工作的流体压马达功能;以及
马达·发电机,依靠从发电装置和蓄电装置的至少一方供给的电力来工作,兼备驱动泵·马达的电动机功能和由泵·马达驱动来发电的发电机功能。
5.一种作业机械的驱动装置,该作业机械的驱动装置通过多个流体压致动器来使作业装置工作,其特征在于,具有:
发动机;
动力传递装置,与发动机连接;
马达·发电机,与动力传递装置连接,具有作为电动装置和发电装置的功能;
蓄电装置,储存由马达·发电机发出的电力,并且把电力供给马达·发电机;
泵·马达,与动力传递装置连接,具有由发动机和马达·发电机的至少一方驱动的泵的功能,并且具有作为驱动马达·发电机的流体压马达的功能;
泵,与动力传递装置连接,由发动机和马达·发电机的至少一方驱动;
多个驱动回路,对应多个流体压致动器而分别设置,依靠从泵·马达和泵的至少一方排出的工作流体来驱动流体压致动器,并且把从流体压致动器回流的工作流体回收到油箱内,并使该工作流体循环到泵·马达和泵的至少一方;以及
辅助回路,从一驱动回路向另一驱动回路补充工作流体。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的作业机械的驱动装置,其特征在于,多个流体压致动器与共用的驱动回路并联连接。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的作业机械的驱动装置,其特征在于,蓄电装置具有电容器和电池。
8.根据权利要求2或5所述的作业机械的驱动装置,其特征在于,油箱由蓄压器加压。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的作业机械的驱动装置,其特征在于,
流体压致动器具有:使油压挖掘机的升降臂工作的升降臂油缸、使操作臂工作的操作臂油缸以及使挖斗工作的挖斗油缸,
驱动回路具有:驱动升降臂油缸的驱动回路,驱动操作臂油缸的驱动回路以及驱动挖斗油缸的驱动回路,
对应从升降臂油缸的驱动回路到操作臂油缸的驱动回路、从挖斗油缸的驱动回路到升降臂油缸的驱动回路及操作臂油缸的驱动回路而分别设置辅助回路。
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