JP2002105985A - ショベル - Google Patents
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Abstract
を確保する。 【解決手段】 ブームシリンダ6については、ブーム用
電動機13(ブーム用ポンプ17)の回転方向によって
伸縮作動方向を制御し、同電動機13(同ポンプ17)
の回転数によって作動速度を制御する。一方、右走行モ
ータ21、アームシリンダ7、バケットシリンダ8、左
走行モータ22については、それぞれのコントロールバ
ルブ32,33,34,35の作動方向によって作動方
向を制御し、同バルブ32〜35の開度と電動機14,
15,16の回転数によって作動速度を制御する構成と
した。
Description
て走行、旋回、掘削(ブーム、アーム、バケット)の各
動作を行う掘削機械としてのショベルに関するものであ
る。
ショベルは、下部走行体(通常はクローラ)に上部旋回
体を搭載し、この上部旋回体に、ブームとアームとバケ
ットを備えた作業(掘削)アタッチメントを取付けて構
成し、上部旋回体に設置されたエンジンを動力源として
油圧ポンプを回転させ、その吐出油を油圧アクチュエー
タ(油圧モータまたは油圧シリンダ)に供給してブー
ム、アーム、バケット、走行、旋回の各動作を行わせる
ように構成している。
ジンでポンプを駆動し、このポンプからの圧油をコント
ロールバルブ経由で油圧アクチュエータに供給する構成
をとっているため、油圧制御のための損失が大きくな
り、エンジンにかかる負担が大きくて燃費が悪く、排ガ
ス、騒音の問題を抱えている。
て電動機を回転させ、この電動機で油圧ポンプを回転さ
せる所謂ハイブリッド方式のショベルが提案されている
(たとえば特願2000−151423号参照)。
術によると、次のような問題があった。
バケットによって掘削しながらブームを上げまたは下げ
る複合動作が行われる。このとき、相対的に、主たる掘
削動作を行うアーム及びバケット両シリンダは高圧とな
るが、アタッチメントの昇降を行うブームシリンダは、
アタッチメントの自重の影響が大きいためアーム、バケ
ット両シリンダほど高圧にならない。
とバケットシリンダが同一のポンプによって駆動される
ため、バケットシリンダの圧力まで上がったポンプ吐出
油をコントロールバルブで降圧してブームシリンダに供
給しなければならず、ここに圧力(エネルギー)損失が
生じる。
のすべてについてコントロールバルブの開度制御(開回
路制御)によって作動速度を制御する構成をとっている
ため、これらに作用するアタッチメント自重による大き
な重力を制動する際に動力として回生できない。とく
に、作業アタッチメント全体の重量が作用するブームに
は、大きな重力が作用するが、ブーム下降時に動力回生
できず、この点でもエネルギーの無駄となる。
てコントロールバルブを廃し、電動機の回転方向と回転
速度によって作動方向と作動速度を制御する構成をとる
ことが考えられる。しかし、こうするとシリンダ伸縮切
換時の応答性が悪くなるため、とくにアーム、バケット
両シリンダの小刻みな伸縮切換を要する作業(泥落とし
作業や土砂のばらまき作業)ができなくなる。
しかも必要な応答性を確保することができるショベルを
提供するものである。
走行体上に上部旋回体が縦軸まわりに旋回自在に搭載さ
れ、この上部旋回体に、ブームと、このブームの先端に
取付けられたアームと、このアームの先端に取付けられ
たバケットを備えた作業アタッチメントが起伏自在に取
付けられたショベルにおいて、上記ブーム、アーム、バ
ケットを個別に駆動するブームシリンダ、アームシリン
ダ、バケットシリンダと、上記ブームシリンダの油圧源
としての第1ポンプと、上記アームシリンダ及びバケッ
トシリンダの油圧源としての第2ポンプと、この第2ポ
ンプと上記アームシリンダ及びバケットシリンダとの間
に設けられたコントロールバルブと、上記第1ポンプを
駆動する第1電動機と、上記第2ポンプを駆動する第2
電動機とを具備し、上記ブームシリンダは、上記第1電
動機の回転方向と回転速度によって作動方向と作動速度
が制御され、上記アームシリンダ及びバケットシリンダ
は、上記第2電動機の回転速度と上記コントロールバル
ブによって作動速度が制御されるとともに、コントロー
ルバルブによって作動方向が制御されるように構成され
たものである。
て、第2ポンプとして、アームシリンダを駆動するアー
ム用ポンプとバケットシリンダを駆動するバケット用ポ
ンプが別々に設けられたものである。
て、第2電動機として、アーム用ポンプを駆動するアー
ム用電動機と、バケット用ポンプを駆動するバケット用
電動機が設けられたものである。
成において、下部走行体として、油圧モータを駆動源と
する左右のクローラを備え、この左右両クローラを個別
に駆動する走行モータのうち一方の走行モータがアーム
用ポンプに、他方の走行モータがバケット用ポンプに、
それぞれ回転方向を制御するコントロールバルブを介し
て接続されたものである。
れかの構成において、上部旋回体の駆動源として電動機
が用いられ、この電動機の回転力が減速機により減速さ
れて旋回機構に伝えられるように構成されたものであ
る。
れかの構成において、各電動機の電源としてバッテリが
用いられたものである。
れかの構成において、各電動機の電源として、原動機に
よって駆動される発電機と、この発電機からの余剰電力
及び電動機からの回生電力を蓄えるバッテリが用いられ
たものである。
と、高圧側となるアームシリンダ及びバケットシリンダ
を別々のポンプ(前者は第1ポンプ、後者は第2ポン
プ)で駆動するため、これらの複合操作時に、高圧のポ
ンプ吐出油を降圧してブームシリンダに供給するといっ
た圧力損失がなくなる。
シリンダとバケットシリンダをも別ポンプで駆動するた
め、両者の流量制御をそれぞれ独立して行い得ることで
より省エネルギーとなる。
力が作用するブームシリンダは、コントロールバルブ無
しでポンプに直結しているため、ブーム下げ時のアタッ
チメントの位置エネルギーをポンプ、電動機を通じて動
力として回生することができる。
ダについては、コントロールバルブで作動方向を制御す
るため、泥落としやばらまき作業といった小刻みな動き
を要する作業時に高い応答性を確保することができる。
ポンプとバケット用ポンプを別々の電動機で駆動するた
め、アームシリンダとバケットシリンダの流量制御を行
う場合に、それぞれの電動機の回転速度制御でそれぞれ
のポンプの吐出量を制御できるため、アームシリンダと
バケットシリンダの速度が異なっても損失が少なくな
る。
タをアーム用、バケット用ポンプによって駆動できるた
め、走行専用のポンプ及び電動機を装備する必要がな
く、さらに省エネルギーとなる。
油圧設備が一切不要となるため、エネルギーの伝達効率
が良くなるとともに、旋回減速時の慣性力を動力として
回生することができる。
機の電源とするため、エンジンが不要となり、燃費、騒
音の問題がなくなる。また、請求項1〜5の構成によっ
て上記のようにショベル全体として省エネルギーとなる
ため、バッテリの持ちが良くなる(一回の充電で連続使
用できる時間長くなる)。
源として、原動機(従来通りエンジンでもよいし、ガス
タービン等の他の原動機でもよい)で駆動される発電機
とバッテリを併備しているため、基本的に充電の必要が
なく、長期連続使用が可能となる。
ベル全体を示している。
体で、この下部走行体1上に上部旋回体2が縦軸まわり
に旋回自在に搭載され、この上部旋回体2の前部に、ブ
ーム3と、このブーム3の先端に設けられたアーム4
と、このアーム4の先端に設けられたバケット5を備
え、かつ、ブーム起伏用のブームシリンダ6、アーム作
動用のアームシリンダ7、バケット作動用のバケットシ
リンダ8が設けられた作業アタッチメント9が装着され
ている。
ン10と、このエンジン10によって駆動される発電機
11と、バッテリ12と、ブーム用、アーム・右走行
用、バケット・左走行用の各電動機13,14,15、
それに旋回用の電動機16と、この旋回用電動機16を
除く各電動機13,14,15によって駆動されるブー
ム用、アーム・右走行用、バケット・左走行用の各ポン
プ17,18,19が設置されている。
機20により減速されて図示しない旋回機構(旋回歯
車)に直接、旋回力として伝えられる。
ての右走行用及び左走行用両油圧モータ(走行モータ)
21,22が設けられている。
構成を示している。
発電機11に伝えられ、この発電機11で作られた電力
が、発電機用制御器23及び電動機制御用の制御器24
a,24b,24c,24dを介して各電動機13,1
4,15,16に加えられてこれらが回転し、これによ
って各ポンプ17,18,19,20が駆動される。
作業時に必要な動力との関係で余った分はバッテリ12
に蓄えられ、必要に応じてこのバッテリ12の蓄電力が
電動機電源として用いられる。
補充する構成をとることにより、エンジンで油圧ポンプ
を駆動する純油圧式をとる場合と比較して、エンジンを
小形化できるとともに、エンジン負荷を平滑化し、騒音
及び排ガスを削減することができる。
アーム、バケット、左走行、旋回各レバー25,26,
27,28,29,30が設けられ、この各レバー25
〜30の操作により、図示しない信号変換器(たとえば
ポテンショメータ)からレバー操作量及び操作方向に応
じた操作信号a1,a2,a3,a4,a5,a6がコ
ントローラ31に向けて出力される。
基づき、右走行モータ用、アームシリンダ用、バケット
シリンダ用、左走行用各コントロールバルブ32,3
3,34,35にバルブ作動信号b1,b2,b3,b
4を出力するとともに、各電動機13〜16(制御器2
4…)に回転数指令信号c1,c2,c3,c4を出力
する。
5がレバー操作方向に応じた方向に、レバー操作量に応
じたストロークで切換作動すると同時に、電動機13〜
16がレバー操作量に応じた回転数で回転する。
バケット左走行用ポンプ19(第2ポンプ)を駆動する
アーム・右走行用電動機14及びバケット・左走行用両
電動機15(第2電動機)は、レバー操作方向に関係な
く常に一定方向に回転する。これに対し、ブーム用ポン
プ17(第1ポンプ)を駆動するブーム用電動機13
(第1電動機)は、レバー操作方向に応じて回転方向が
変化するように構成されている。
示すように、油の吐出方向が電動機13の回転方向によ
って変化する双方向吐出ポンプが用いられ、このポンプ
17の回転方向(油吐出方向)と回転数(油吐出量)に
よってブームシリンダ6の伸縮作動方向と作動速度が変
化するように、ブーム用ポンプ17の片側ポートがブー
ムシリンダ6のヘッド側管路37に、他方のポートが同
ロッド側管路38にそれぞれ接続されてブームシリンダ
回路が構成されている。
にタンデムに接続された副ブーム用ポンプで、この副ブ
ーム用ポンプ36の片側ポートはブームシリンダ6のヘ
ッド側管路37に、他方のポートはタンクTにそれぞれ
接続されている。
両油室6a,6bはピストンロッドの分の断面積差があ
る(ロッド側油室6bの方がヘッド側油室6aよりも小
さい)ため、シリンダ6の伸縮に対してヘッド側とロッ
ド側で流量差が生じる。
ては、シリンダ伸長時に副ブーム用ポンプ36からの圧
油がブーム用ポンプ17からの圧油に合流してヘッド側
油室6aに供給されることにより上記流量差が解消され
る。
パイロットチェック弁等の停止保持弁である(パイロッ
ト回路については記載を省略する)。
向が一定の一方向吐出ポンプが用いられ、同ポンプ1
8,19で駆動される各アクチュエータ(右走行モータ
21、アームシリンダ7、バケットシリンダ8、左走行
モータ22)については、電動機14,15の回転数と
コントロールバルブ32,33,34,35の開度によ
って作動速度が変化し、コントロールバルブ32〜35
の切換方向によって作動方向が変化するように回路が構
成されている。
ータ回路の具体例を図3に示している。
示すようにアーム・右走行用ポンプ18からの油によっ
て図右側の右走行モータ21とアームシリンダ7が駆動
され、バケット・左走行用ポンプ19からの油によって
図左側の左走行モータ22とバケットシリンダ8が駆動
される。
系においては、それぞれ走行用コントロールバルブ3
2,35とアーム用、バケット用コントロールバルブ3
3,34がタンデムに接続され、かつ、それぞれのバイ
パス通路を貫いてバイパスライン41,42が設けられ
るとともに、このバイパスライン41,42における走
行用コントロールバルブ32,35の下流側に油供給ラ
イン43,44が接続されている。
トロールバルブ32,35との間に走行直進弁45が設
けられ、たとえば走行しながらアームを押し・引きする
等の複合操作が行われたときに、この走行直進弁45が
図示の通常位置イから直進位置ロに切換わる。これによ
り、バケット・左走行用ポンプ19からの油が油供給ラ
イン43,44を介してアーム、バケット両シリンダ
7,8に向かって流れる一方で、アーム・右走行用ポン
プ18からの油が両走行用コントロールバルブ32,3
5を介して両走行モータ21,22にパラレルに流れる
ため、走行直進性が保たれる。
は、旋回用電動機16の回転方向によって旋回方向が制
御され、同電動機16の回転数によって旋回速度が制御
される。このため、旋回系について油圧設備が一切不要
となり、エネルギーの伝達効率が良くなるとともに、旋
回減速時の慣性力を制御器24、発電機用制御器23経
由でバッテリ12に電力として回収することができる。
(イ)ブームシリンダ6については、ブーム用電動機1
3(ブーム用ポンプ17)の回転方向によって伸縮作動
方向、同電動機13(同ポンプ17)の回転数によって
作動速度をそれぞれ制御し、(ロ)右走行モータ21、
アームシリンダ7,バケットシリンダ8、左走行モータ
22については、それぞれのコントロールバルブ32,
33,34,35の作動方向によって作動方向、同バル
ブ32〜35の開度と電動機14,15,16の回転数
によって作動速度をそれぞれ制御する構成としている。
と、高圧側となるバケットシリンダ8、あるいはアーム
シリンダ7を別々のポンプ17,18,19で駆動する
ため、これらの複合操作時に、高圧のポンプ吐出油を降
圧してブームシリンダ6に供給するといった圧力損失が
なくなり、省エネルギーとなる。
ンダ8をも別ポンプ18,19で駆動するため、これら
の間の圧力干渉もなくなることで、より省エネルギーと
なる。
が作用するブームシリンダ6は、他のアクチュエータと
異なり、コントロールバルブ無しでポンプ17に直結し
ているため、ブーム下げ時のアタッチメントの位置エネ
ルギーをポンプ17、電機13、制御器24,発電機用
制御器23を通じてバッテリ12に回生電力として回収
することができる。
ダ8については、コントロールバルブ33,34で作動
方向を制御するため、泥落としやばらまき作業といった
小刻みな動きを要する作業時に高い応答性を確保するこ
とができる。
ト・左走行用ポンプ19を別々の電動機14,15で駆
動するため、アームシリンダ7とバケットシリンダ8を
完全に独立して操作することができる。このため、複合
操作時の操作性が良くなるとともに、速度制御を独立し
て行い得ることでエネルギーロスがなくなる。
流にアーム合流用コントロールバルブをタンデム回路で
接続し、バケットシリンダ8を使用していないときにア
ームシリンダ7の流量を増やして速度を増加させ得るよ
うにしてもよい。なお、タンデム回路であるため、バケ
ットシリンダ用コントロールバルブ34を切換えると、
アーム合流用コントロールバルブには油が流れず、バケ
ットシリンダ8とアームシリンダ7はほぼ独立して使用
可能となる。
ルブ34とパラレル回路でアーム合流用コントロールバ
ルブを接続し、バケットシリンダ用コントロールバルブ
34の操作信号でアーム合流用コントロールバルブの切
換信号を低下させることにより、上記同様の作用を行わ
せることができる。
ダ8を一つのポンプで駆動する構成としてもよい。
プを駆動して旋回用油圧モータを回転させる構成をとっ
てもよい。
ジン10で駆動される発電機11とバッテリ12を用い
る構成をとったが、バッテリのみを電源としてもよい。
こうすれば、エンジン10が不要となることでエンジン
騒音、燃費の問題がなくなる。また、上記のようにショ
ベル全体として省エネルギー構成をとっているため、バ
ッテリの持ちが良く、一回の充電で連続使用できる時間
が長くなる。
る代わりに、油圧リモコン弁としてリモコン圧力をセン
サで検出し電気信号に変換することも可能であるし、電
気出力の操作レバーと油圧リモコン弁を併用することも
可能である。
時に相対的に低圧側となるブームシリンダと、高圧側と
なるアームシリンダ及びバケットシリンダを別々のポン
プで駆動する構成としたから、これらの複合操作時に、
高圧のポンプ吐出油を降圧してブームシリンダに供給す
るといった圧力損失がなくなり、省エネルギーとなる。
リンダとバケットシリンダをも別ポンプで駆動するた
め、これらの間の圧力干渉もなくなることで、より省エ
ネルギーとなる。
力が作用するブームシリンダは、コントロールバルブ無
しでポンプに直結しているため、ブーム下げ時のアタッ
チメントの位置エネルギーをポンプ、電動機を通じて動
力として回生することができる。
ダについては、コントロールバルブで作動方向を制御す
るため、泥落としやばらまき作業といった小刻みな動き
を要する作業時に高い応答性を確保することができる。
系及び制御系の構成を示す図である。
図である。
ダ及び走行モータの油圧回路図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 下部走行体上に上部旋回体が縦軸まわり
に旋回自在に搭載され、この上部旋回体に、ブームと、
このブームの先端に取付けられたアームと、このアーム
の先端に取付けられたバケットを備えた作業アタッチメ
ントが起伏自在に取付けられたショベルにおいて、上記
ブーム、アーム、バケットを個別に駆動するブームシリ
ンダ、アームシリンダ、バケットシリンダと、上記ブー
ムシリンダの油圧源としての第1ポンプと、上記アーム
シリンダ及びバケットシリンダの油圧源としての第2ポ
ンプと、この第2ポンプと上記アームシリンダ及びバケ
ットシリンダとの間に設けられたコントロールバルブ
と、上記第1ポンプを駆動する第1電動機と、上記第2
ポンプを駆動する第2電動機とを具備し、上記ブームシ
リンダは、上記第1電動機の回転方向と回転速度によっ
て作動方向と作動速度が制御され、上記アームシリンダ
及びバケットシリンダは、上記第2電動機の回転速度と
上記コントロールバルブによって作動速度が制御される
とともに、コントロールバルブによって作動方向が制御
されるように構成されたことを特徴とするショベル。 - 【請求項2】 第2ポンプとして、アームシリンダを駆
動するアーム用ポンプとバケットシリンダを駆動するバ
ケット用ポンプが別々に設けられたことを特徴とする請
求項1記載のショベル。 - 【請求項3】 第2電動機として、アーム用ポンプを駆
動するアーム用電動機と、バケット用ポンプを駆動する
バケット用電動機が設けられたことを特徴とする請求項
2記載のショベル。 - 【請求項4】 下部走行体として、油圧モータを駆動源
とする左右のクローラを備え、この左右両クローラを個
別に駆動する走行モータのうち一方の走行モータがアー
ム用ポンプに、他方の走行モータがバケット用ポンプ
に、それぞれ回転方向を制御するコントロールバルブを
介して接続されたことを特徴とする請求項2または3記
載のショベル。 - 【請求項5】 上部旋回体の駆動源として電動機が用い
られ、この電動機の回転力が減速機により減速されて旋
回機構に伝えられるように構成されたことを特徴とする
請求項1乃至4のいずれかに記載のショベル。 - 【請求項6】 各電動機の電源としてバッテリが用いら
れたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載
のショベル。 - 【請求項7】 各電動機の電源として、原動機によって
駆動される発電機と、この発電機からの余剰電力及び電
動機からの回生電力を蓄えるバッテリが用いられたこと
を特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のショベ
ル。
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