JP2007170485A - Energy recovery/regeneration device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体圧シリンダからアキュームレータにエネルギを回収し再生するエネルギ回収・再生装置に関する。 The present invention relates to an energy recovery / regeneration device that recovers and recovers energy from a fluid pressure cylinder to an accumulator.
油圧ショベルなどの作業アームの位置エネルギをアキュームレータに蓄圧して、作業アームを上げる時に再生する従来のエネルギ再生技術として、アキュームレータをエネルギ回収・再生専用のアシストシリンダに接続して、このアシストシリンダを介してアキュームレータの蓄圧、放圧をする作業機械の位置エネルギ回収・再生装置がある（例えば、特許文献１参照）。
従来の位置エネルギ回収・再生装置は、エネルギ回収・再生専用のアシストシリンダを設けるため、作業機械の構造が複雑になる。また、アシストシリンダのボトム圧を直接アキュームレータに蓄圧するため、アキュームレータに流れる油量が多く、アキュームレータが大きくなる問題がある。さらに、アキュームレータに蓄圧した圧油は、アシストシリンダに再生するので、他のアクチュエータに再生することができない問題がある。 Since the conventional potential energy recovery / regeneration device is provided with an assist cylinder dedicated to energy recovery / regeneration, the structure of the work machine becomes complicated. Further, since the bottom pressure of the assist cylinder is directly accumulated in the accumulator, there is a problem that the amount of oil flowing through the accumulator is large and the accumulator becomes large. Furthermore, since the pressure oil accumulated in the accumulator is regenerated to the assist cylinder, there is a problem that it cannot be regenerated to other actuators.
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、従来のアシストシリンダや大型のアキュームレータを用いなくてもエネルギの回収と再生をすることができるエネルギ回収・再生装置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 thereof is to provide an energy recovery / regeneration device capable of recovering and recovering energy without using a conventional assist cylinder or a large accumulator. To do.
請求項１記載の発明は、流体圧ポンプから流体圧シリンダに供給される作動流体を制御するメインコントロールバルブと、このメインコントロールバルブの流体圧シリンダ側に接続されたエネルギ回収・再生用の回収・再生バルブと、この回収・再生バルブに接続された流体圧を蓄圧するアキュームレータとを具備し、回収・再生バルブは、負荷による流体圧シリンダの縮み時に流体圧シリンダのボトム室とロッド室とを短絡することでボトム室の圧力を上昇させるとともにアキュームレータに昇圧流体を供給する回収流量制御バルブと、負荷に抗した流体圧シリンダの伸び時はアキュームレータに蓄圧された流体を流体圧ポンプに再生する再生流量制御バルブとを具備したエネルギ回収・再生装置である。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a main control valve for controlling a working fluid supplied from a fluid pressure pump to a fluid pressure cylinder, and a recovery / regeneration for energy recovery / regeneration connected to the fluid pressure cylinder side of the main control valve. It has a regeneration valve and an accumulator that accumulates the fluid pressure connected to the recovery / regeneration valve. The recovery / regeneration valve short-circuits the bottom chamber and rod chamber of the fluid pressure cylinder when the fluid pressure cylinder contracts due to a load. The recovery flow rate control valve that raises the pressure in the bottom chamber and supplies pressurized fluid to the accumulator, and the regeneration flow rate that regenerates the fluid accumulated in the accumulator to the fluid pressure pump when the hydraulic cylinder resists the load An energy recovery / regeneration device including a control valve.
請求項２記載の発明は、請求項１記載のエネルギ回収・再生装置におけるメインコントロールバルブが、流体圧ポンプから流体圧シリンダに供給される作動流体を方向制御および流量制御するメイン流量制御バルブと、このメイン流量制御バルブを圧力補償するメイン用圧力補償バルブとを備え、回収・再生バルブは、回収流量制御バルブおよび再生流量制御バルブをそれぞれ圧力補償する回収用圧力補償バルブおよび再生用圧力補償バルブを備えたものである。 The invention according to claim 2 is a main flow control valve in which the main control valve in the energy recovery / regeneration device according to claim 1 controls the direction and flow of the working fluid supplied from the fluid pressure pump to the fluid pressure cylinder; A main pressure compensation valve that compensates the pressure of the main flow control valve, and the recovery / regeneration valve includes a recovery pressure compensation valve and a regeneration pressure compensation valve that compensate the pressure of the recovery flow control valve and the regeneration flow control valve, respectively. It is provided.
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のエネルギ回収・再生装置において、メインコントロールバルブは、流体圧シリンダのボトム側に接続されベント回路により設定圧力を変更可能なオーバロードリリーフバルブと、このオーバロードリリーフバルブのベント回路に設けられ回収流量制御バルブの作動時にオーバロードリリーフバルブを高圧設定に切換えるリリーフ圧切換バルブとを具備したものである。
The invention according to
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか記載のエネルギ回収・再生装置において、流体圧シリンダのボトム室の圧力が低下した場合に切換わってアキュームレータに蓄圧流体を供給する回路を作動流体のタンクに開放するバイパスバルブを具備したものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the energy recovery / regeneration device according to any one of the first to third aspects, wherein a circuit that switches the accumulator to supply the accumulator fluid when the pressure in the bottom chamber of the fluid pressure cylinder decreases is provided. It is equipped with a bypass valve that opens to the working fluid tank.
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか記載のエネルギ回収・再生装置における流体圧ポンプが、容量可変装置を備えた可変容量型ポンプであり、容量可変装置に負荷回路のロードセンシング圧を導くロードセンシング回路と、このロードセンシング回路中に配置されてアキュームレータ蓄圧時は容量可変装置に導かれたロードセンシング圧をタンクに開放して流体圧ポンプの吐出流量を最少流量に制御するとともに、流体圧シリンダのロッド室に作動流体を加圧供給する場合は流体圧ポンプの容量可変装置にロードセンシング圧を復帰させるロードセンシング圧切換バルブとを具備したものである。 According to a fifth aspect of the present invention, the fluid pressure pump in the energy recovery / regeneration device according to any one of the first to fourth aspects is a variable displacement pump including a variable displacement device, and a load circuit is loaded on the variable displacement device. A load sensing circuit that guides the sensing pressure, and when accumulator pressure is stored in the load sensing circuit, the load sensing pressure led to the variable capacity device is released to the tank to control the discharge flow rate of the fluid pressure pump to the minimum flow rate. At the same time, when pressurizing and supplying the working fluid to the rod chamber of the fluid pressure cylinder, the variable capacity device of the fluid pressure pump includes a load sensing pressure switching valve for returning the load sensing pressure.
請求項１記載の発明によれば、回収・再生バルブの回収流量制御バルブにより、負荷による流体圧シリンダの縮み時に流体圧シリンダのボトム室とロッド室とを短絡することでボトム室の圧力を上昇させるとともにアキュームレータに昇圧流体を供給し、再生流量制御バルブにより、負荷に抗した流体圧シリンダの伸び時はアキュームレータに蓄圧された流体を流体圧ポンプに再生するので、例えばアシストシリンダや大型のアキュームレータを用いなくてもエネルギの回収と再生をすることができる。 According to the first aspect of the present invention, the recovery flow control valve of the recovery / regeneration valve increases the pressure of the bottom chamber by short-circuiting the bottom chamber and the rod chamber of the fluid pressure cylinder when the fluid pressure cylinder contracts due to a load. The pressurized fluid is supplied to the accumulator and the regenerative flow control valve regenerates the fluid accumulated in the accumulator to the fluid pressure pump when the fluid pressure cylinder resists the load.For example, an assist cylinder or a large accumulator can be used. Even if it is not used, energy can be recovered and regenerated.
請求項２記載の発明によれば、メイン用圧力補償バルブにより圧力補償されたメイン流量制御バルブによって、流体圧シリンダの作動速度を指示通りに正確に制御できるとともに、回収用圧力補償バルブおよび再生用圧力補償バルブによりそれぞれ圧力補償された回収流量制御バルブおよび再生流量制御バルブによって、アキュームレータに蓄圧される回収流量およびアキュームレータから放出される再生流量を圧力変動の影響を受けることなく制御でき、蓄圧速度および再生速度を指示通りに正確に制御できる。 According to the second aspect of the invention, the main flow rate control valve pressure-compensated by the main pressure compensation valve can accurately control the operating speed of the fluid pressure cylinder as instructed. The recovery flow rate control valve and the regenerative flow rate control valve, each of which is pressure compensated by the pressure compensation valve, can control the recovery flow rate accumulated in the accumulator and the regenerative flow rate released from the accumulator without being affected by pressure fluctuations. The playback speed can be accurately controlled as instructed.
請求項３記載の発明によれば、オーバロードリリーフバルブにより流体圧シリンダの作動回路を異常な高圧から保護できるとともに、回収流量制御バルブが作動してアキュームレータに蓄圧をするときは、リリーフ圧切換バルブを介しオーバロードリリーフバルブを高圧設定に切換えることで、アキュームレータの蓄圧に充分なボトム圧を確保できる。
According to the invention described in
請求項４記載の発明によれば、流体圧シリンダのボトム室の圧力が低下したときは、バイパスバルブにより、アキュームレータ蓄圧に伴う負荷を解除でき、流体圧シリンダのボトム室に負荷をかけることなく、流体圧シリンダのロッド室に圧力を作用させる作業を効率よく行なうことができる。 According to the invention of claim 4, when the pressure in the bottom chamber of the fluid pressure cylinder is reduced, the bypass valve can release the load accompanying accumulator pressure accumulation without applying a load to the bottom chamber of the fluid pressure cylinder. The operation of applying pressure to the rod chamber of the fluid pressure cylinder can be performed efficiently.
請求項５記載の発明によれば、アキュームレータ蓄圧時は、ロードセンシング圧切換バルブにより流体圧ポンプの容量可変装置へのロードセンシング圧をタンクに開放することで、流体圧ポンプからの無駄な流量吐出を防止できるとともに、流体圧シリンダのロッド室に作動流体を加圧供給して流体圧シリンダを負荷に抗して縮めるときは、ロードセンシング圧切換バルブを切換えて、流体圧ポンプの容量可変装置にロードセンシング圧を復帰させるので、流体圧ポンプから負荷に対応する適切な作動流体を流体圧シリンダのロッド室に加圧供給できる。 According to the fifth aspect of the present invention, when accumulator pressure is accumulated, the load sensing pressure to the variable capacity device of the fluid pressure pump is released to the tank by the load sensing pressure switching valve, thereby discharging wasteful flow rate from the fluid pressure pump. When the hydraulic fluid is pressurized and supplied to the rod chamber of the fluid pressure cylinder and the fluid pressure cylinder is contracted against the load, the load sensing pressure switching valve is switched to provide a variable capacity device for the fluid pressure pump. Since the load sensing pressure is restored, an appropriate working fluid corresponding to the load can be pressurized and supplied from the fluid pressure pump to the rod chamber of the fluid pressure cylinder.
以下、本発明を図１および図２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 one embodiment shown in FIGS.
図２は作業機械としての油圧ショベルＡを示し、この油圧ショベルＡは、機体ＢにキャブＣとともに作業アームＤが搭載され、作業アームＤは、機体Ｂに対しブームシリンダ３により上下方向に回動されるブームBmの基端が軸支され、このブームBmの先端に、スティックシリンダ3stにより回動されるスティックStが軸支され、このスティックStの先端に、バケットシリンダ3bkにより回動されるバケットBkが軸支されている。
FIG. 2 shows a hydraulic excavator A as a work machine. This hydraulic excavator A is equipped with a cab C and a work arm D mounted on a machine body B, and the work arm D is rotated up and down by a
図１は、この油圧ショベルＡに搭載されたエネルギ回収・再生装置を示し、機体Ｂに搭載されたエンジン１に、ロードセンシング式の可変容量型の流体圧ポンプとしての油圧ポンプ２が直結され、この油圧ポンプ２は、容量可変装置としての斜板制御装置2aにより吐出流量を制御される。 FIG. 1 shows an energy recovery / regeneration device mounted on this hydraulic excavator A, and a hydraulic pump 2 as a load sensing type variable displacement fluid pressure pump is directly connected to an engine 1 mounted on an airframe B. The discharge flow rate of the hydraulic pump 2 is controlled by a swash plate control device 2a as a variable capacity device.
油圧ポンプ２と、流体圧シリンダとしてのブームシリンダ３との間には、ブームシリンダ３に供給される作動流体としての作動油を制御することでブームシリンダ３の動作を制御するメインコントロールバルブ４が設けられ、このメインコントロールバルブ４のブームシリンダ３側には、エネルギ回収・再生用の回収・再生バルブ５が接続され、ブームシリンダ３との間のメインラインに対し回収・再生バルブ５を介して、油圧を蓄圧するアキュームレータ６が接続されている。
Between the hydraulic pump 2 and the
前記メインコントロールバルブ４は、メインリリーフバルブ７と、メイン流量制御バルブ８と、このメイン流量制御バルブ８の差圧を制御するメイン用圧力補償バルブ９と、オーバロードリリーフバルブ10，11と、ボトム側のオーバロードリリーフバルブ11のベント回路を切換えて設定圧力を変更するためのリリーフ圧切換バルブ12と、ベント回路に設けられたパイロットリリーフバルブ13と、バキューム防止のチェックバルブ14，15と、メイン流量制御バルブ８から導かれる負荷圧とパイロット圧との高圧選択をするシャトルバルブ16と、このシャトルバルブ16の出力圧により回路圧を制御するブリードオフバルブ17と、パイロット圧を得るための減圧バルブ18と、フィルタ19とを備えている。
The main control valve 4 includes a main relief valve 7, a main flow control valve 8, a main pressure compensation valve 9 for controlling the differential pressure of the main flow control valve 8,
前記回収・再生バルブ５は、ブームシリンダ３の戻り油をアキュームレータ６に導くための回収流量制御バルブ20と、この回収流量制御バルブ20の差圧を制御する回収用圧力補償バルブ21と、チェックバルブ22と、回収流量制御バルブ20から出力される流量をバイパスするためのバイパスバルブ23と、アキュームレータ６の圧油をブームシリンダ３に供給するための再生流量制御バルブ24と、この再生流量制御バルブ24の差圧を制御する再生用圧力補償バルブ25と、チェックバルブ26と、リリーフバルブ27とを備えている。
The recovery / regeneration valve 5 includes a recovery flow rate control valve 20 for guiding the return oil of the
油圧ポンプ２の斜板制御装置2aに接続されたロードセンシング回路L1，L2中には、斜板制御装置2aに導かれるロードセンシング圧を制御するロードセンシング圧切換バルブ28が設けられ、また、回収・再生バルブ５からの戻りライン中およびポンプ吐出ライン中にはチェックバルブ30，31がそれぞれ設けられている。作動油は、共通のタンク32から供給され、このタンク32に回収される。
In the load sensing circuits L1 and L2 connected to the swash plate control device 2a of the hydraulic pump 2, a load sensing pressure switching valve 28 for controlling the load sensing pressure led to the swash plate control device 2a is provided and recovered.
そして、前記回収・再生バルブ５の回収流量制御バルブ20は、負荷によるブームシリンダ３の縮み時にブームシリンダ３のボトム室3boとロッド室3roとを短絡することでボトム室3boの圧力を上昇させるとともに、アキュームレータ６に昇圧油を供給する機能を具備し、また、再生流量制御バルブ24は、負荷に抗したブームシリンダ３の伸び時にアキュームレータ６に蓄圧された流体を油圧ポンプ２に再生する機能を具備している。
The recovery flow control valve 20 of the recovery / regeneration valve 5 raises the pressure of the bottom chamber 3bo by short-circuiting the bottom chamber 3bo and the rod chamber 3ro of the
前記メインコントロールバルブ４のメイン流量制御バルブ８は、油圧ポンプ２からブームシリンダ３に供給される作動油を方向制御および流量制御し、また、メイン用圧力補償バルブ９は、このメイン流量制御バルブ８を圧力補償して圧力変動の影響を受けない流量制御をする機能を備えている。同様に、回収・再生バルブ５の回収用圧力補償バルブ21および再生用圧力補償バルブ25は、回収流量制御バルブ20および再生流量制御バルブ24をそれぞれ圧力補償して圧力変動の影響を受けない流量制御をする機能を備えている。
The main flow control valve 8 of the main control valve 4 controls the direction and flow of hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 2 to the
前記メインコントロールバルブ４内に内蔵されたオーバロードリリーフバルブ11は、ブームシリンダ３のボトム側に接続されたもので、ベント回路により設定圧力を変更可能である。このオーバロードリリーフバルブ11のベント回路には、回収流量制御バルブ20の作動時にオーバロードリリーフバルブ11を高圧設定に切換えるリリーフ圧切換バルブ12が設けられている。
The overload relief valve 11 built in the main control valve 4 is connected to the bottom side of the
前記バイパスバルブ23は、回収流量制御バルブ20の切換時でも、ブームシリンダ３のボトム室3boの圧力が低下した場合に図示位置に切換わって、アキュームレータ６に蓄圧油を供給する回路を作動油のタンク32に開放する機能を備えている。
Even when the recovery flow rate control valve 20 is switched, the
可変容量型ポンプである油圧ポンプ２の斜板制御装置2aに接続されたロードセンシング回路L1，L2は、斜板制御装置2aに負荷回路のロードセンシング圧を導く回路であり、このロードセンシング回路L1，L2中に配置されたロードセンシング圧切換バルブ28は、アキュームレータ６の蓄圧時は斜板制御装置2aに導かれたロードセンシング圧をタンク32に開放して油圧ポンプ２の吐出流量を最少流量に制御するとともに、ブームシリンダ３のロッド室3roに作動油を加圧供給する場合は油圧ポンプ２の斜板制御装置2aにロードセンシング圧を復帰させるように切換わるものである。
The load sensing circuits L1 and L2 connected to the swash plate control device 2a of the hydraulic pump 2 that is a variable displacement pump are circuits that guide the load sensing pressure of the load circuit to the swash plate control device 2a. , L2 is a load sensing pressure switching valve 28 that releases the load sensing pressure led to the swash plate control device 2a to the
次に、図示された実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of the illustrated embodiment will be described.
（１）中立時
図１において、中立時はメイン流量制御バルブ８は室ｎにあるので、油圧ポンプ２のロードセンシング回路L1は、メイン流量制御バルブ８の室ｎを経てタンク32に導かれ、ロードセンシング圧は最低圧であり、斜板制御装置2aにより油圧ポンプ２は最低流量に制御される。このとき、減圧バルブ18およびフィルタ19を経てパイロット回路L4に発生したパイロット圧は、シャトルバルブ16を経てブリードオフバルブ17に導かれているので、メイン流量制御バルブ８、回収流量制御バルブ20、再生流量制御バルブ24を駆動するパイロット圧を確保することができる。
(1) Neutral time In FIG. 1, since the main flow control valve 8 is in the chamber n at the neutral time, the load sensing circuit L1 of the hydraulic pump 2 is led to the
（２）ブーム上げ操作
ブーム上げ操作では、メイン流量制御バルブ８および再生流量制御バルブ24は室ａに切換わる。再生流量制御バルブ24は室ａに切換わると、アキュームレータ６の圧油がチェックバルブ30を介して油圧ポンプ２の吐出ポートに供給される。
(2) Boom raising operation In the boom raising operation, the main flow rate control valve 8 and the regeneration flow rate control valve 24 are switched to the chamber a. When the regeneration flow control valve 24 is switched to the chamber a, the pressure oil in the accumulator 6 is supplied to the discharge port of the hydraulic pump 2 through the
一方、油圧ポンプ２はロードセンシング回路L1，L2から導かれるロードセンシング圧により斜板制御装置2aで流量が制御され、かつメイン用圧力補償バルブ９によりメイン流量制御バルブ８の入口と出口の差圧が一定になるように制御される。 On the other hand, the flow rate of the hydraulic pump 2 is controlled by the swash plate control device 2a by the load sensing pressure derived from the load sensing circuits L1 and L2, and the pressure difference between the inlet and the outlet of the main flow control valve 8 is controlled by the main pressure compensation valve 9. Is controlled to be constant.
したがって、アキュームレータ６から供給される流量が変化してもメイン流量制御バルブ８からブームシリンダ３に供給される流量が変動しないので、メイン流量制御バルブ８のストロークに対応したブームシリンダ３の速度を得ることができる。
Therefore, even if the flow rate supplied from the accumulator 6 changes, the flow rate supplied from the main flow rate control valve 8 to the
要するに、ブーム上げ時は、アキュームレータ６の圧油を、再生用圧力補償バルブ25で圧力補償された再生流量制御バルブ24により流量を制御しながら油圧ポンプ２側に再生し、油圧ポンプ２の吐出流量と合流した流量をメイン用圧力補償バルブ９で圧力補償されたメイン流量制御バルブ８により制御して、ブームシリンダ３の速度を制御する。
In short, when the boom is raised, the pressure oil in the accumulator 6 is regenerated to the hydraulic pump 2 side while controlling the flow rate by the regenerative flow control valve 24 pressure-compensated by the regenerative
（３）ブーム下げ操作
(3-1)ブームシリンダ３に負荷がかからない場合
ブーム下げ操作を行なうと、メイン流量制御バルブ８は室ｂに切換わる。同時に回収流量制御バルブ20が室ｎから室ａに切換わり、この回収流量制御バルブ20の室ａによりブームシリンダ３のボトム室3boとロッド室3roが繋がり、ボトム室3boの圧油がロッド室3roに導かれるのでボトム室3boの圧が上昇する。
(3) Boom lowering operation
(3-1) When the
一方、回収流量制御バルブ20からパイロット回路L3にブームシリンダ３のボトム室3boの圧が導かれ、リリーフ圧切換バルブ12は室ｎから室ａに切換わり、オーバロードリリーフバルブ11のベントポートが塞がれ昇圧される。
On the other hand, the pressure in the bottom chamber 3bo of the
また、ロードセンシング圧切換バルブ28は室ｎから室ａを経て室ｂに切換わり、ロードセンシング回路L1から導かれるロードセンシング圧はブロックされ、一方、油圧ポンプ２のロードセンシング圧回路L2はタンク32に導かれる。バイパスバルブ23は室ｎから室ａに切換わり、タンク32に導かれた回路が閉じる。
The load sensing pressure switching valve 28 is switched from the chamber n to the chamber b through the chamber a, the load sensing pressure led from the load sensing circuit L1 is blocked, while the load sensing pressure circuit L2 of the hydraulic pump 2 is a
上記の作用により、昇圧されたブームシリンダ３のボトム室3boの圧油は、回収流量制御バルブ20の室ａからチェックバルブ26を介してアキュームレータ６に導かれ蓄圧される。このとき、回収用圧力補償バルブ21で回収流量制御バルブ20の入口と出口の差圧が一定になるように調整するので、回収流量制御バルブ20のストロークに応じたシリンダ速度を制御しながらアキュームレータ６に蓄圧することができる。また、オーバロードリリーフバルブ11のベント回路がリリーフ圧切換バルブ12により昇圧されているので、このオーバロードリリーフバルブ11から圧油が逃げない。
As a result of the above action, the pressurized pressure oil in the bottom chamber 3bo of the
一方、ロードセンシング圧切換バルブ28により油圧ポンプ２のロードセンシング回路L2がタンク32に導かれているので、吐出流量は最小流量になり、かつブリードオフバルブ17は最低圧に設定され、油圧ポンプ２から無駄な流量が吐出されない。
On the other hand, since the load sensing circuit L2 of the hydraulic pump 2 is led to the
要するに、ブームシリンダ３の縮み時に、回収流量制御バルブ20により、ブームシリンダ３のボトム室3boとロッド室3roを短絡することで、ボトム室3boの圧力を上昇させて、高圧になったブームシリンダ３の圧油を、回収用圧力補償バルブ21で圧力補償された回収流量制御バルブ20により流量調整しながら、アキュームレータ６に蓄圧をする。
In short, when the
このとき、リリーフ圧切換バルブ12によりボトム側のオーバロードリリーフバルブ11を昇圧設定することで、ブームシリンダ３のボトム室3boの圧力上昇を確保する。また、このアキュームレータ６の蓄圧時（ブーム下げ時）は、回収流量制御バルブ20からパイロット回路L3を経て供給したパイロット圧により切換わったロードセンシング圧切換バルブ28により、油圧ポンプ２のロードセンシング圧をタンク32に開放して、油圧ポンプ２の吐出流量を最少流量にする。
At this time, the pressure increase in the bottom chamber 3bo of the
(3-2)ブームシリンダ３に負荷がかかる場合
バケットBkを接地させて機体を上げる場合は、ブームシリンダ３のボトム圧が低下するので、パイロット回路L3の圧が下がり、バイパスバルブ23は室ｎに戻り開口する。同時にロードセンシング圧切換バルブ28も室ｎに戻り、ロードセンシング回路L1，L2が繋がってメイン流量制御バルブ８から出力されるロードセンシング圧が油圧ポンプ２の斜板制御装置2aおよびシャトルバルブ16を介してブリードオフバルブ17に導かれる。従って、油圧ポンプ２の圧力が上昇し、メイン流量制御バルブ８の開度に応じた流量を吐出してブームシリンダ３のロッド室3roに供給し、ブームシリンダ３を縮めて油圧ショベルの機体を持上げることができる。
(3-2) When a load is applied to the
要するに、バケットBkを接地させた状態でブームシリンダ３を縮めた場合は、バイパスバルブ23がｎ位置に切り換わるので、アキュームレータ６に蓄圧する回路をタンク32に開放し、かつ油圧ポンプ２のロードセンシング圧を復帰させて、油圧ポンプ２からメイン用圧力補償バルブ９で圧力補償されたメイン流量制御バルブ８を経てブームシリンダ３のロッド室3roに圧油を供給する。
In short, when the
次に、上記の作用により得られる効果を説明する。 Next, the effect obtained by the above action will be described.
（軽負荷でのシリンダ縮み時）
ブーム下げ時（シリンダ縮み時）は、ブームシリンダ３のボトム室3boとロッド室3roを短絡して、ボトム室3boの圧力を上昇させ、かつオーバロードリリーフバルブ11を昇圧するので、高圧になった圧油を、回収用圧力補償バルブ21で圧力補償された回収流量制御バルブ20により流量調整しながら、アキュームレータ６に蓄圧することができる。一方、油圧ポンプ２のロードセンシング圧をタンク32に開放するので、油圧ポンプ２からの無駄な流量吐出を防止できる。
(When the cylinder is retracted at light load)
When the boom is lowered (when the cylinder is retracted), the bottom chamber 3bo and the rod chamber 3ro of the
同様に、ブーム下げ時は、ブームシリンダ３のボトム室3boとロッド室3roを短絡してボトム室3boの圧力を上昇させてアキュームレータ６に蓄圧するので、アキュームレータ６を小型化でき、かつ高圧で蓄圧するので、ブーム上げ時は、アキュームレータ６で蓄圧された圧油を直接油圧ポンプ２の吐出ポートに再生できる。
Similarly, when the boom is lowered, the bottom chamber 3bo and the rod chamber 3ro of the
（重負荷でのシリンダ縮み時）
バケットBkが接地した状態でブームシリンダ３を縮めた場合は、ブームシリンダ３のボトム圧の低下によりアキュームレータ６に蓄圧する回路をタンク32に開放し、かつ油圧ポンプ２のロードセンシング圧を復帰させるので、油圧ポンプ２からメイン用圧力補償バルブ９で圧力補償されたメイン流量制御バルブ８を経てブームシリンダ３のロッド室3roに圧油を供給して機体Ｂを持上げることができる。
(When the cylinder shrinks under heavy load)
When the
（シリンダ伸び時）
ブーム上げ時は、アキュームレータ６の圧油を圧力補償された再生流量制御バルブ24で流量を制御しながら油圧ポンプ２側に再生し、油圧ポンプ２の吐出流量と合流した流量を圧力補償されたメイン流量制御バルブ８で制御するので、アキュームレータ６から供給される流量が変動しても、ブームシリンダ３の速度変動を防止できる。
(When the cylinder is extended)
When the boom is raised, the pressure oil in the accumulator 6 is regenerated to the hydraulic pump 2 side while controlling the flow rate by the regenerative flow rate control valve 24 compensated for pressure, and the flow rate combined with the discharge flow rate of the hydraulic pump 2 is pressure compensated. Since control is performed by the flow rate control valve 8, even if the flow rate supplied from the accumulator 6 varies, the speed variation of the
次に、各々の構成部品の作用効果を説明する。 Next, the effect of each component will be described.
回収・再生バルブ５の回収流量制御バルブ20により、負荷によるブームシリンダ３の縮み時にブームシリンダ３のボトム室3boとロッド室3roとを短絡することでボトム室3boの圧力を上昇させるとともにアキュームレータ６に昇圧油を供給し、また、再生流量制御バルブ24により、負荷に抗したブームシリンダ３の伸び時はアキュームレータ６に蓄圧された作動油を油圧ポンプ２に再生するので、従来のアシストシリンダや大型のアキュームレータ６を用いなくてもエネルギの回収と再生とをすることができる。
The recovery flow control valve 20 of the recovery / regeneration valve 5 raises the pressure in the bottom chamber 3bo and shorts the accumulator 6 by short-circuiting the bottom chamber 3bo and the rod chamber 3ro of the
メイン用圧力補償バルブ９により圧力補償されたメイン流量制御バルブ８によって、ブームシリンダ３の作動速度を指示通りに正確に制御できるとともに、回収用圧力補償バルブ21および再生用圧力補償バルブ25によりそれぞれ圧力補償された回収流量制御バルブ20および再生流量制御バルブ24によって、アキュームレータ６に蓄圧される回収流量およびアキュームレータ６から放出される再生流量を圧力変動の影響を受けることなく制御でき、蓄圧速度および再生速度を指示通りに正確に制御できる。
The main flow rate control valve 8 compensated by the main pressure compensation valve 9 can accurately control the operating speed of the
オーバロードリリーフバルブ11によりブームシリンダ３の作動回路を異常な高圧から保護できるとともに、回収流量制御バルブ20が作動してアキュームレータ６に蓄圧をするときは、リリーフ圧切換バルブ12を介しオーバロードリリーフバルブ11を高圧設定に切換えることで、アキュームレータ６の蓄圧に充分なボトム圧を確保できる。
The overload relief valve 11 can protect the operation circuit of the
ブームシリンダ３のボトム室3boの圧力が低下したときは、バイパスバルブ23により、アキュームレータ６の蓄圧に伴う負荷を解除でき、ブームシリンダ３のボトム室3boに負荷をかけることなく、ブームシリンダ３のロッド室3roに圧力を作用させる作業を効率よく行なうことができる。
When the pressure in the bottom chamber 3bo of the
アキュームレータ６の蓄圧時は、ロードセンシング圧切換バルブ28により油圧ポンプ２の斜板制御装置2aへのロードセンシング圧をタンク32に開放することで、油圧ポンプ２からの無駄な流量吐出を防止できるとともに、ブームシリンダ３のロッド室3roに作動油を加圧供給してブームシリンダ３を負荷に抗して縮めるときは、ロードセンシング圧切換バルブ28を切換えて、油圧ポンプ２の斜板制御装置2aにロードセンシング圧を復帰させるので、油圧ポンプ２から負荷に対応する適切な作動油をブームシリンダ３のロッド室3roに加圧供給できる。
When accumulator 6 is accumulating, the load sensing pressure switching valve 28 releases the load sensing pressure to the swash plate control device 2a of the hydraulic pump 2 to the
なお、本実施の形態では、アキュームレータ６に蓄圧した圧油を、ブームシリンダ伸び時（ブーム上げ操作時）に再生しているが、図１の同様の回路を構成して他のアクチュエータに再生することもできる。いずれにしても、従来のアシストシリンダを用いなくても、エネルギの回収および再生をすることができる。 In this embodiment, the pressure oil accumulated in the accumulator 6 is regenerated when the boom cylinder is extended (when the boom is raised). However, the same circuit shown in FIG. 1 is configured and regenerated to other actuators. You can also. In any case, energy can be recovered and regenerated without using a conventional assist cylinder.
２ 流体圧ポンプとしての油圧ポンプ
2a 容量可変装置としての斜板制御装置
３ 流体圧シリンダとしてのブームシリンダ
3bo ボトム室
3ro ロッド室
４ メインコントロールバルブ
５ 回収・再生バルブ
６ アキュームレータ
８ メイン流量制御バルブ
９ メイン用圧力補償バルブ
11 オーバロードリリーフバルブ
12 リリーフ圧切換バルブ
20 回収流量制御バルブ
21 回収用圧力補償バルブ
23 バイパスバルブ
24 再生流量制御バルブ
25 再生用圧力補償バルブ
28 ロードセンシング圧切換バルブ
32 タンク
L1，L2 ロードセンシング回路
2 Hydraulic pump as fluid pressure pump
2a Swash plate control device as
3bo bottom room
3ro Rod chamber 4 Main control valve 5 Recovery / regeneration valve 6 Accumulator 8 Main flow control valve 9 Main pressure compensation valve
11 Overload relief valve
12 Relief pressure switching valve
20 Recovery flow rate control valve
21 Pressure compensation valve for recovery
23 Bypass valve
24 Regenerative flow control valve
25 Pressure compensation valve for regeneration
28 Load sensing pressure switching valve
32 tanks
L1, L2 Load sensing circuit
Claims (5)
このメインコントロールバルブの流体圧シリンダ側に接続されたエネルギ回収・再生用の回収・再生バルブと、
この回収・再生バルブに接続された流体圧を蓄圧するアキュームレータとを具備し、
回収・再生バルブは、
負荷による流体圧シリンダの縮み時に流体圧シリンダのボトム室とロッド室とを短絡することでボトム室の圧力を上昇させるとともにアキュームレータに昇圧流体を供給する回収流量制御バルブと、
負荷に抗した流体圧シリンダの伸び時はアキュームレータに蓄圧された流体を流体圧ポンプに再生する再生流量制御バルブと
を具備したことを特徴とするエネルギ回収・再生装置。 A main control valve for controlling the working fluid supplied from the fluid pressure pump to the fluid pressure cylinder;
A recovery / regeneration valve for energy recovery / regeneration connected to the fluid pressure cylinder side of the main control valve;
An accumulator for accumulating fluid pressure connected to the recovery / regeneration valve;
The recovery / regeneration valve
A recovery flow rate control valve that raises the pressure of the bottom chamber by short-circuiting the bottom chamber and the rod chamber of the fluid pressure cylinder when the fluid pressure cylinder contracts due to a load, and supplies pressurized fluid to the accumulator;
An energy recovery / regeneration device comprising: a regenerative flow rate control valve that regenerates the fluid accumulated in the accumulator to a fluid pressure pump when the fluid pressure cylinder extends against a load.
流体圧ポンプから流体圧シリンダに供給される作動流体を方向制御および流量制御するメイン流量制御バルブと、
このメイン流量制御バルブを圧力補償するメイン用圧力補償バルブとを備え、
回収・再生バルブは、
回収流量制御バルブおよび再生流量制御バルブをそれぞれ圧力補償する回収用圧力補償バルブおよび再生用圧力補償バルブを備えた
ことを特徴とする請求項１記載のエネルギ回収・再生装置。 The main control valve
A main flow rate control valve for directional control and flow rate control of the working fluid supplied from the fluid pressure pump to the fluid pressure cylinder;
A main pressure compensation valve for pressure compensating the main flow control valve,
The recovery / regeneration valve
The energy recovery / regeneration device according to claim 1, further comprising a recovery pressure compensation valve and a regeneration pressure compensation valve for compensating pressure of the recovery flow rate control valve and the regeneration flow rate control valve, respectively.
流体圧シリンダのボトム側に接続されベント回路により設定圧力を変更可能なオーバロードリリーフバルブと、
このオーバロードリリーフバルブのベント回路に設けられ回収流量制御バルブの作動時にオーバロードリリーフバルブを高圧設定に切換えるリリーフ圧切換バルブと
を具備したことを特徴とする請求項１または２記載のエネルギ回収・再生装置。 The main control valve
An overload relief valve connected to the bottom side of the fluid pressure cylinder and capable of changing the set pressure by a vent circuit;
The energy recovery / recovery valve according to claim 1 or 2, further comprising a relief pressure switching valve provided in a vent circuit of the overload relief valve for switching the overload relief valve to a high pressure setting when the recovery flow rate control valve is operated. Playback device.
を具備したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載のエネルギ回収・再生装置。 4. A bypass valve that opens a circuit for supplying a pressure-accumulating fluid to an accumulator to open a working fluid tank when the pressure in the bottom chamber of the fluid pressure cylinder decreases. The energy recovery / regeneration device described.
容量可変装置に負荷回路のロードセンシング圧を導くロードセンシング回路と、
このロードセンシング回路中に配置されてアキュームレータ蓄圧時は容量可変装置に導かれたロードセンシング圧をタンクに開放して流体圧ポンプの吐出流量を最少流量に制御するとともに、流体圧シリンダのロッド室に作動流体を加圧供給する場合は流体圧ポンプの容量可変装置にロードセンシング圧を復帰させるロードセンシング圧切換バルブと
を具備したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載のエネルギ回収・再生装置。 The fluid pressure pump is a variable displacement pump with a variable displacement device,
A load sensing circuit for guiding the load sensing pressure of the load circuit to the variable capacity device;
When accumulator pressure is stored in this load sensing circuit, the load sensing pressure led to the variable capacity device is released to the tank to control the discharge flow rate of the fluid pressure pump to the minimum flow rate, and to the rod chamber of the fluid pressure cylinder. The energy recovery / acceleration according to any one of claims 1 to 4, further comprising: a load sensing pressure switching valve for returning the load sensing pressure to the displacement device of the fluid pressure pump when the working fluid is supplied under pressure. Playback device.
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