JP2017119975A - Shovel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、旋回用油圧モータ及びアキュムレータを備えるショベルに関する。 The present invention relates to a shovel including a turning hydraulic motor and an accumulator.
旋回用油圧モータを備えるショベルが知られている（特許文献１参照。）。このショベルは、旋回減速時に旋回用油圧モータの吐出側から流出する作動油（戻り油）を、旋回操作レバーの動きに連動するスプール弁を通じて作動油タンクに排出する。 An excavator including a turning hydraulic motor is known (see Patent Document 1). This excavator discharges hydraulic oil (return oil) flowing out from the discharge side of the turning hydraulic motor during turning deceleration to a working oil tank through a spool valve linked to the movement of the turning operation lever.
しかしながら、上述のショベルは、スプール弁の移動量に応じ、旋回用油圧モータの吐出側と作動油タンクとを繋ぐ管路の開口面積を変化させることで作動油タンクに排出される戻り油の流量を調整するのみであり、高圧の戻り油が有する油圧エネルギを有効利用できていない。 However, the above-described excavator changes the flow area of the return oil discharged to the hydraulic oil tank by changing the opening area of the pipe line connecting the discharge side of the hydraulic hydraulic motor for rotation and the hydraulic oil tank according to the movement amount of the spool valve. The hydraulic energy of the high-pressure return oil cannot be effectively used.
そこで、回生可能なエネルギをより有効に利用するショベルを提供することが望まれる。 Therefore, it is desired to provide an excavator that makes more effective use of regenerative energy.
本発明の実施例に係るショベルは、可変容量型の旋回用油圧モータと、旋回減速の際に前記旋回用油圧モータの吐出側から流出する作動油を蓄積するアキュムレータと、前記旋回用油圧モータに作動油を供給する油圧ポンプと、旋回操作装置の操作量に応じて動作し、且つ、前記油圧ポンプから前記旋回用油圧モータに流れる作動油の流路の開口面積を調整可能な制御弁と、前記制御弁を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、旋回減速の際に、前記制御弁を動かして前記油圧ポンプから前記旋回用油圧モータに流れる作動油の流路を遮断し、且つ、前記旋回用油圧モータの押し退け容積を小さくする。 An excavator according to an embodiment of the present invention includes a variable displacement swing hydraulic motor, an accumulator that accumulates hydraulic fluid that flows out from the discharge side of the swing hydraulic motor when the swing is decelerated, and the swing hydraulic motor. A hydraulic pump that supplies hydraulic oil; a control valve that operates according to an operation amount of the turning operation device; and that can adjust an opening area of a flow path of the hydraulic oil that flows from the hydraulic pump to the turning hydraulic motor; A control device that controls the control valve, and the control device moves the control valve to shut off a flow path of hydraulic fluid that flows from the hydraulic pump to the hydraulic hydraulic motor for turning during the deceleration of the turning, In addition, the displacement volume of the turning hydraulic motor is reduced.
上述の手段により、回生可能なエネルギをより有効に利用するショベルを提供できる。 By the above-described means, it is possible to provide a shovel that makes more effective use of energy that can be regenerated.
図１は、本発明が適用される建設機械としてのショベル（掘削機）を示す側面図である。ショベルの下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはバケット６が取り付けられている。作業要素としてのブーム４、アーム５、及びバケット６は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントを構成し、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３にはキャビン１０が設けられ且つエンジン１１等の動力源及びコントローラ３０等が搭載される。
FIG. 1 is a side view showing an excavator (excavator) as a construction machine to which the present invention is applied. An
コントローラ３０はショベルの駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。本実施例では、コントローラ３０はＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵに実行させて各種機能を実現する。
The
図２は、図１のショベルに搭載される油圧回路の構成例を示す概略図である。本実施例では、油圧回路は、主に、第１ポンプ１４Ｌ、第２ポンプ１４Ｒ、回生用油圧モータ１４Ａ、コントロールバルブ１７、アキュムレータ８５、及び油圧アクチュエータを含む。油圧アクチュエータは、主に、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、及び旋回用油圧モータ２１を含む。また、油圧アクチュエータは、左側走行用油圧モータ及び右側走行用油圧モータを含んでいてもよい。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a hydraulic circuit mounted on the shovel of FIG. In the present embodiment, the hydraulic circuit mainly includes a
ブームシリンダ７は、ブーム４を昇降させる油圧シリンダであり、ボトム側油室とロッド側油室との間には再生弁７ａが接続され、ボトム側油室側には保持弁７ｂが設置される。また、アームシリンダ８は、アーム５を開閉させる油圧シリンダであり、ボトム側油室とロッド側油室との間には再生弁８ａが接続され、ロッド側油室側には保持弁８ｂが設置される。また、バケットシリンダ９は、バケット６を開閉させる油圧シリンダであり、ボトム側油室とロッド側油室との間には再生弁９ａが接続される。再生弁７ａ、８ａ、９ａは何れもコントロールバルブ１７の外部に設置され、例えば、関連する油圧シリンダに隣接して設置される。
The boom cylinder 7 is a hydraulic cylinder that raises and lowers the boom 4. A regeneration valve 7 a is connected between the bottom side oil chamber and the rod side oil chamber, and a holding valve 7 b is installed on the bottom side oil chamber side. . The arm cylinder 8 is a hydraulic cylinder that opens and closes the arm 5. A regeneration valve 8a is connected between the bottom side oil chamber and the rod side oil chamber, and a holding valve 8b is installed on the rod side oil chamber side. Is done. The bucket cylinder 9 is a hydraulic cylinder that opens and closes the
旋回用油圧モータ２１は、上部旋回体３を旋回させる可変容量型油圧モータであり、ポート２１Ｌ、２１Ｒがそれぞれリリーフ弁２２Ｌ、２２Ｒを介して作動油タンクＴに接続され、シャトル弁２２Ｓを介して開閉弁２２Ｇに接続され、且つ、チェック弁２３Ｌ、２３Ｒを介して作動油タンクＴに接続される。
The turning
また、旋回用油圧モータ２１はレギュレータ２１ａに接続される。レギュレータ２１ａはコントローラ３０からの指令に応じて旋回用油圧モータ２１の斜板傾転角を変更して旋回用油圧モータ２１の押し退け容積（１回転当たりの吐出量）を制御する。
The turning
リリーフ弁２２Ｌは、ポート２１Ｌ側の圧力が所定のリリーフ圧に達した場合に開き、ポート２１Ｌ側の作動油を作動油タンクＴに排出する。また、リリーフ弁２２Ｒは、ポート２１Ｒ側の圧力が所定のリリーフ圧に達した場合に開き、ポート２１Ｒ側の作動油を作動油タンクＴに排出する。
The
シャトル弁２２Ｓは、ポート２１Ｌ側及びポート２１Ｒ側のうちの圧力が高い方の作動油を開閉弁２２Ｇに供給する。
The
開閉弁２２Ｇは、コントローラ３０からの指令に応じて動作する弁であり、旋回用油圧モータ２１（シャトル弁２２Ｓ）からアキュムレータ８５に流れる作動油の流路の開口面積を調整可能な電磁弁である。本実施例では、開閉弁２２Ｇは、その流路を連通させることで旋回用油圧モータ２１の吐出側から流出する作動油がアキュムレータ８５内に流入できるようにする。また、その流路を遮断することで旋回用油圧モータ２１の吐出側から流出する作動油がアキュムレータ８５内に流入できないようにする。また、旋回用油圧モータ２１の吐出側の作動油の圧力がアキュムレータ８５内の作動油の圧力より低い場合に開口面積を調整して吐出側の作動油の圧力を高めてその作動油がアキュムレータ８５内に流入できるようにする。
The on-off
チェック弁２３Ｌは、ポート２１Ｌ側の圧力が反対側の圧力より低くなった場合に開き、作動油タンクＴ又は回生用油圧モータ１４Ａからポート２１Ｌ側に作動油を補給する。チェック弁２３Ｒは、ポート２１Ｒ側の圧力が反対側の圧力より低くなった場合に開き、作動油タンクＴ又は回生用油圧モータ１４Ａからポート２１Ｒ側に作動油を補給する。このように、チェック弁２３Ｌ、２３Ｒは、旋回用油圧モータ２１の制動時に吸い込み側ポートに作動油を補給する補給機構を構成する。
The
第１ポンプ１４Ｌは、作動油タンクＴから作動油を吸い込んで吐出する油圧ポンプである。本実施例では斜板式可変容量型油圧ポンプである。また、第１ポンプ１４Ｌはレギュレータ１４Ｌａに接続される。レギュレータ１４Ｌａはコントローラ３０からの指令に応じて第１ポンプ１４Ｌの斜板傾転角を変更して第１ポンプ１４Ｌの押し退け容積（１回転当たりの吐出量）を制御する。但し、レギュレータ１４Ｌａは、第１ポンプ１４Ｌの吐出圧、第２ポンプ１４Ｒの吐出圧等に応じて油圧的に第１ポンプ１４Ｌの吐出量を変化させる構成であってもよい。第２ポンプ１４Ｒについても同様である。
The
回生用油圧モータ１４Ａは、油圧アクチュエータから流出する作動油が有するエネルギを回生してエンジンをアシストする油圧モータであり、本実施例では斜板式可変容量型油圧モータである。なお、回生用油圧モータ１４Ａは、油圧ポンプ（第３ポンプ）としても機能し得る。
The regeneration
回生用油圧モータ１４Ａは、第１ポンプ１４Ｌ及び第２ポンプ１４Ｒと同様にレギュレータ１４Ａａに接続される。レギュレータ１４Ａａは、コントローラ３０からの指令に応じて回生用油圧モータ１４Ａの斜板傾転角を変更して回生用油圧モータ１４Ａの押し退け容積を制御する。また、レギュレータ１４Ａａは、回生用油圧モータ１４Ａの押し退け容積（斜板傾転角）をゼロに設定可能であってもよい。作動油を消費（吸い込み及び吐出）することなく回転できるようにするためであり、また、回生用油圧モータ１４Ａを通過する作動油の流れを遮断できるようにするためである。
The regenerative
回生用油圧モータ１４Ａの下流（吐出側）にはチェック弁８８を介して切替弁８６及びリリーフ弁９０が配置される。
A switching
切替弁８６はコントローラ３０からの指令に応じて動作する弁である。本実施例では、切替弁８６は、回生用油圧モータ１４Ａと旋回用油圧モータ２１との間の連通・遮断を切り替え可能な２ポート２位置の電磁弁である。具体的には、切替弁８６は、第１位置にある場合に回生用油圧モータ１４Ａと旋回用油圧モータ２１との間を連通させ、第２位置にある場合にその連通を遮断する。
The switching
チェック弁８８は回生用油圧モータ１４Ａの吐出側ポートに流入する作動油の流れを遮断する。本実施例では、チェック弁８８は旋回用油圧モータ２１から回生用油圧モータ１４Ａへの作動油の流れを遮断する。
The
リリーフ弁９０は、回生用油圧モータ１４Ａの吐出側の圧力が所定のリリーフ圧に達した場合に開き、その吐出側の作動油を作動油タンクに排出する。
The
回生用油圧モータ１４Ａの上流（吸い込み側）には切替弁８７を介してアキュムレータ８５が配置される。また、回生用油圧モータ１４Ａの上流（吸い込み側）はチェック弁８９を介して作動油タンクＴにも接続される。
An
アキュムレータ８５は、旋回用油圧モータ２１から流出する作動油を蓄積する油圧装置である。本実施例では、アキュムレータ８５は、開閉弁２２Ｇにより作動油の蓄積が制御され、且つ、切替弁８７により作動油の放出が制御される。アキュムレータ８５の使用圧力は、例えば、１５〜３０ＭＰａの範囲内とされる。アキュムレータ８５の使用圧力はリリーフ弁２２Ｌ、２２Ｒのリリーフ圧より低い。
The
切替弁８７はコントローラ３０からの指令に応じて動作する弁である。本実施例では、切替弁８７は、アキュムレータ８５と回生用油圧モータ１４Ａとの間の連通・遮断を切り替え可能な２ポート２位置の電磁弁である。具体的には、切替弁８７は、第１位置にある場合にアキュムレータ８５と回生用油圧モータ１４Ａとの間を連通させ、第２位置にある場合にその連通を遮断する。
The switching valve 87 is a valve that operates in response to a command from the
チェック弁８９は作動油タンクＴに流出する作動油の流れを遮断する。本実施例では、チェック弁８９はアキュムレータ８５から回生用油圧モータ１４Ａへ流れる作動油の一部が作動油タンクＴに流出するのを防止する。なお、チェック弁８９は、回生用油圧モータ１４Ａが第３ポンプとして機能する場合には、作動油タンクＴから第３ポンプへの作動油の流れを遮断しない。
The check valve 89 blocks the flow of the hydraulic oil flowing out to the hydraulic oil tank T. In this embodiment, the check valve 89 prevents a part of the hydraulic oil flowing from the
以上の構成により、旋回用油圧モータ２１の吐出側ポート、シャトル弁２２Ｓ、開閉弁２２Ｇ、アキュムレータ８５、切替弁８７、回生用油圧モータ１４Ａ、チェック弁８８、切替弁８６、チェック弁２３Ｌ、２３Ｒ、及び、旋回用油圧モータ２１の吸い込み側ポートを繋ぐ旋回回生回路は一方向流れの閉ループを形成する。
With the above configuration, the discharge side port of the turning
また、本実施例では、第１ポンプ１４Ｌ、第２ポンプ１４Ｒ、及び回生用油圧モータ１４Ａは、それぞれの駆動軸が機械的に連結される。具体的には、それぞれの駆動軸は、変速機１３を介して所定の変速比でエンジン１１の出力軸に連結される。そのため、エンジン回転数が一定であれば、それぞれの回転数も一定となる。但し、第１ポンプ１４Ｌ、第２ポンプ１４Ｒ、及び回生用油圧モータ１４Ａは、エンジン回転数が一定であっても回転数を変更できるよう、無段変速機等を介してエンジン１１に接続されてもよい。
In the present embodiment, the drive shafts of the
コントロールバルブ１７は、ショベルにおける油圧駆動系の制御を行う油圧制御装置である。また、コントロールバルブ１７は、主に、可変ロードチェック弁５１〜５３、合流弁５５、統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒ、及び流量制御弁１７０〜１７３を含む。
The
流量制御弁１７０〜１７３は、油圧アクチュエータに流出入する作動油の向き及び流量を制御する弁である。本実施例では、流量制御弁１７０〜１７３のそれぞれは、対応する操作レバー等の操作装置が生成するパイロット圧を左右何れかのパイロットポートで受けて動作する４ポート３位置のスプール弁である。操作装置は、操作量（操作角度）に応じて生成したパイロット圧を、操作方向に対応する側のパイロットポートに作用させる。
The
具体的には、流量制御弁１７０は、旋回用油圧モータ２１に流出入する作動油の向き及び流量を制御するスプール弁であり、流量制御弁１７１は、アームシリンダ８に流出入する作動油の向き及び流量を制御するスプール弁である。
Specifically, the
また、流量制御弁１７２は、ブームシリンダ７に流出入する作動油の向き及び流量を制御するスプール弁であり、流量制御弁１７３は、バケットシリンダ９に流出入する作動油の向き及び流量を制御するスプール弁である。
The
可変ロードチェック弁５１〜５３は、コントローラ３０からの指令に応じて動作する弁である。本実施例では、可変ロードチェック弁５１〜５３は、流量制御弁１７１〜１７３のそれぞれと第１ポンプ１４Ｌ及び第２ポンプ１４Ｒのうちの少なくとも一方との間の連通・遮断を切り替え可能な２ポート２位置の電磁弁である。なお、可変ロードチェック弁５１〜５３は、第１位置において、ポンプ側に戻る作動油の流れを遮断するチェック弁を有する。具体的には、可変ロードチェック弁５１は、第１位置にある場合に流量制御弁１７１と第１ポンプ１４Ｌ及び第２ポンプ１４Ｒのうちの少なくとも一方との間を連通させ、第２位置にある場合にその連通を遮断する。可変ロードチェック弁５２及び可変ロードチェック弁５３についても同様である。
The variable
合流弁５５は、合流切替部の一例であり、コントローラ３０からの指令に応じて動作する弁である。本実施例では、合流弁５５は、第１ポンプ１４Ｌが吐出する作動油（以下、「第１作動油」とする。）と第２ポンプ１４Ｒが吐出する作動油（以下、「第２作動油」とする。）とを合流させるか否かを切り替え可能な２ポート２位置の電磁弁である。具体的には、合流弁５５は、第１位置にある場合に第１作動油と第２作動油とを合流させ、第２位置にある場合に第１作動油と第２作動油とを合流させない。
The
統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒは、コントローラ３０からの指令に応じて動作する弁である。本実施例では、統一ブリードオフ弁５６Ｌは、第１作動油の作動油タンクＴへの排出量を制御可能な２ポート２位置の電磁弁である。統一ブリードオフ弁５６Ｒについても同様である。この構成により、統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒは、流量制御弁１７０〜１７３のうちの関連する流量制御弁の合成開口を実現できる。具体的には、合流弁５５が第２位置にある場合に、統一ブリードオフ弁５６Ｌは流量制御弁１７０及び流量制御弁１７１の合成開口を実現でき、統一ブリードオフ弁５６Ｒは流量制御弁１７２及び流量制御弁１７３の合成開口を実現できる。また、統一ブリードオフ弁５６Ｌは、第１位置にある場合にコントローラ３０からの指令に応じてその合成開口の開口面積を調整する可変絞りとして機能し、第２位置にある場合にその合成開口を遮断する。統一ブリードオフ弁５６Ｒについても同様である。
The unified bleed-off valves 56 </ b> L and 56 </ b> R are valves that operate in response to a command from the
なお、可変ロードチェック弁５１〜５３、合流弁５５、統一ブリードオフ弁５６Ｌ、及び５６Ｒのそれぞれは、パイロット圧駆動のスプール弁であってもよい。
Note that each of the variable
圧力センサＳ１はアキュムレータ８５内の作動油の圧力を検出する。圧力センサＳ２Ｌは旋回用油圧モータ２１のポート２１Ｌ側の作動油の圧力を検出する。圧力センサＳ２Ｒは旋回用油圧モータ２１のポート２１Ｒ側の作動油の圧力を検出する。圧力センサＳ１、Ｓ２Ｌ、Ｓ２Ｒのそれぞれは検出値をコントローラ３０に対して出力する。
The pressure sensor S1 detects the pressure of the hydraulic oil in the
次に図３を参照し、流量制御弁１７０の構成例について説明する。図１のショベルは、流量制御弁１７０の制御弁オーバーライド機構を備える。図３は制御弁オーバーライド機構の構成例を示す。
Next, a configuration example of the
制御弁オーバーライド機構は、操作装置の操作量に応じて動作する制御弁を、操作装置の操作量とは無関係に動作させる機構である。本実施例では、制御弁オーバーライド機構は、原則的に旋回操作装置としての旋回操作レバー２６の操作量に応じて動作する流量制御弁１７０を、例外的に旋回操作レバー２６の操作量とは無関係に動作させる。
The control valve override mechanism is a mechanism that operates a control valve that operates according to the operation amount of the operation device regardless of the operation amount of the operation device. In this embodiment, the control valve override mechanism operates the
制御弁オーバーライド機構は、主に、流量制御弁１７０の左パイロットポート１７０Ｌに関連する電磁弁８１Ｌ及びシャトル弁８２Ｌと、流量制御弁１７０の右パイロットポート１７０Ｒに関連する電磁弁８１Ｒ及びシャトル弁８２Ｒとを含む。
The control valve override mechanism mainly includes an
電磁弁８１Ｌ、８１Ｒはコントローラ３０からの指令に応じて動作する弁である。本実施例では、電磁弁８１Ｌは、コントロールポンプ１５とシャトル弁８２Ｌとの間を遮断する第１位置とそれらの間を連通させる第２位置とを切り替え可能な２ポート２位置の電磁弁である。電磁弁８１Ｒについても同様である。コントロールポンプ１５は、例えば、固定容量型油圧ポンプである。
The
シャトル弁８２Ｌ、８２Ｒは、２つの入力と１つの出力を有する弁であり、２つの入力のそれぞれで受ける作動油の圧力のうち高い方の圧力を１つの出力に供給する。具体的には、シャトル弁８２Ｌは、旋回操作レバー２６に接続される側（図３のシャトル弁８２Ｌの下側）の作動油の圧力と電磁弁８１Ｌに接続される側（上側）の作動油の圧力のうちの高い方の圧力を左パイロットポート１７０Ｌに供給する。シャトル弁８２Ｒについても同様である。
旋回操作レバー２６は、コントロールポンプ１５が吐出する作動油の圧力である一次圧を用いてパイロット圧としての二次圧（＜一次圧）を生成する。例えば、旋回操作レバー２６は、図３の右方向に傾けられると、流量制御弁１７０の右パイロットポート１７０Ｒに作用するパイロット圧を生成する。本実施例では、旋回操作レバー２６の右方向への傾斜角が大きいほど大きいパイロット圧が生成され、流量制御弁１７０の左方向へのストローク量も大きくなる。旋回操作レバー２６が左方向に傾けられた場合も同様である。
The turning
流量制御弁１７０の左パイロットポート１７０Ｌに作用するパイロット圧は圧力センサＳ３Ｌで検出され、流量制御弁１７０の右パイロットポート１７０Ｒに作用するパイロット圧は圧力センサＳ３Ｒで検出される。
The pilot pressure acting on the
一方、電磁弁８１Ｒが第２位置に切り替えられると、シャトル弁８２Ｒの上側の作動油の圧力が一次圧（＞二次圧）まで増大する。そのため、シャトル弁８２Ｒは、旋回操作レバー２６の操作量及び操作方向にかかわらず、流量制御弁１７０の右パイロットポート１７０Ｒに一次圧を作用させる。一次圧は、旋回操作レバー２６が生成する二次圧よりも高いためである。その結果、流量制御弁１７０は左方向へ移動して右弁位置に切り替えられ、第１ポンプ１４Ｌ及び第２ポンプ１４Ｒの少なくとも一方から旋回用油圧モータ２１に流れる作動油の流路（ＰＣポート）の開口面積が最大となる。また、旋回用油圧モータ２１から作動油タンクＴに流れる作動油の流路（ＣＴポート）の開口面積も最大となる。電磁弁８１Ｌが第２位置に切り替えられた場合も同様である。その場合、流量制御弁１７０は右方向へ移動して左弁位置に切り替えられる。
On the other hand, when the
また、電磁弁８１Ｌ及び電磁弁８１Ｒが第２位置に切り替えられた場合、流量制御弁１７０は、旋回操作レバー２６が操作されているか否かにかかわらず、中立弁位置に戻される。左パイロットポート１７０Ｌ及び右パイロットポート１７０Ｒのそれぞれに同じ一次圧が作用するためである。
When the
以上の構成により、制御弁オーバーライド機構は、旋回操作レバー２６が操作されているか否かにかかわらず、流量制御弁１７０を３つの弁位置のうちの何れかに強制的に切り替えることができる。
With the above configuration, the control valve override mechanism can forcibly switch the
例えば、コントローラ３０は、旋回減速状態が検出された場合等、所定の開始条件が満たされた場合に、上述のように電磁弁８１Ｌ又は電磁弁８１Ｒを第１位置に切り替えて流量制御弁１７０を強制的に左弁位置又は右弁位置に移動させてもよい。旋回減速状態に適した所望の油圧回路の状態を実現するためである。この場合、コントローラ３０は、旋回減速状態が検出されなくなった場合等、所定の解除条件が満たされた場合に、第２位置に切り替えられた電磁弁８１Ｌ又は電磁弁８１Ｒを第１位置に戻してもよい。流量制御弁１７０による作動油の流路の開口面積の拡大を解除することで油圧回路を元の状態に戻すためである。
For example, the
或いは、コントローラ３０は、旋回減速状態が検出された場合等、所定の開始条件が満たされた場合に、上述のように電磁弁８１Ｌ及び電磁弁８１Ｒを第１位置に切り替えて流量制御弁１７０を強制的に中立弁位置に移動させてもよい。旋回減速状態に適した所望の油圧回路の状態を実現するためである。この場合、コントローラ３０は、旋回減速状態が検出されなくなった場合等、所定の解除条件が満たされた場合に、第２位置に切り替えられた電磁弁８１Ｌ及び電磁弁８１Ｒを第１位置に戻してもよい。流量制御弁１７０による作動油の流路の遮断を解除することで油圧回路を元の状態に戻すためである。
Alternatively, the
旋回減速状態が検出された場合は、例えば、旋回操作レバー２６が中立位置方向に戻された場合等である。旋回減速状態が検出されなくなった場合は、例えば、旋回用油圧モータ２１の吸い込み側の作動油の圧力が旋回用油圧モータ２１の吐出側の作動油の圧力を上回った場合、旋回操作レバー２６が保持状態になった場合等である。旋回操作レバー２６の保持状態は、例えば、所定時間に亘って旋回操作レバー２６のレバー操作量の変化がない状態である。
The turning deceleration state is detected, for example, when the turning
次に、図４を参照し、旋回加速時における図２の油圧回路の状態を説明する。なお、図４の太実線は回生用油圧モータ１４Ａ及び旋回用油圧モータ２１のそれぞれの吸い込み側に流入する作動油の流れを示す。また、太点線は回生用油圧モータ１４Ａ及び旋回用油圧モータ２１のそれぞれの吐出側から流出する作動油の流れを示す。
Next, the state of the hydraulic circuit in FIG. 2 during turning acceleration will be described with reference to FIG. The thick solid lines in FIG. 4 indicate the flow of hydraulic oil that flows into the suction sides of the regenerative
コントローラ３０は、操作装置が生成するパイロット圧を検出する圧力センサ等の操作検出部の出力に基づいてショベルに対する操作者の操作内容を判断する。例えば、コントローラ３０は、圧力センサＳ３Ｌ、Ｓ３Ｒの出力に基づいて旋回操作レバー２６の操作内容を判断する。
The
そして、コントローラ３０は、旋回操作が行われたと判断すると、旋回操作レバー２６の操作量に応じて第１作動油を流量制御弁１７０に供給する。流量制御弁１７０は、旋回操作レバー２６の操作量に応じたパイロット圧を受けて右弁位置に移動し、第１作動油を旋回用油圧モータ２１の吸い込み側ポート２１Ｒに流入させる。また、旋回用油圧モータ２１の吐出側ポート２１Ｌから流出する作動油を作動油タンクＴに排出する。
When the
また、コントローラ３０は、ネガティブコントロール制御、ポジティブコントロール制御、ロードセンシング制御、馬力制御等のポンプ吐出量制御に基づき、旋回操作レバー２６の操作量に対応する第１ポンプ１４Ｌの吐出量指令値を決定する。そして、コントローラ３０は、対応するレギュレータ１４Ｌａを制御して第１ポンプ１４Ｌの吐出量が指令値通りとなるように制御する。
Further, the
また、コントローラ３０は、切替弁８７に対して指令を出力し、切替弁８７を第１位置に切り替える。また、回生用油圧モータ１４Ａに対して指令を出力し、回生用油圧モータ１４Ａの回転速度がエンジン１１のアシストに適した回転速度となるように回生用油圧モータ１４Ａの斜板傾転角を調整する。切替弁８７が第１位置に切り替えられると、アキュムレータ８５は、回生用油圧モータ１４Ａに向けて作動油を放出する。回生用油圧モータ１４Ａは、アキュムレータ８５から放出された作動油を受けて回転する。このように、コントローラ３０は、アキュムレータ８５に蓄積された作動油を回生用油圧モータ１４Ａの回転動力に用いることでエンジン１１をアシストでき、エンジン負荷を低減できる。
Moreover, the
なお、コントローラ３０は、アキュムレータ８５に作動油が十分に蓄積されていない場合、切替弁８７を第２位置で維持したまま、回生用油圧モータ１４Ａを第３ポンプとして機能させてもよい。この場合、第３ポンプとしての回生用油圧モータ１４Ａは、エンジン１１によって回転駆動され、作動油タンクＴから吸い込んだ作動油を旋回用油圧モータ２１に向けて吐出してもよい。
Note that when the hydraulic oil is not sufficiently accumulated in the
また、コントローラ３０は、エンジン負荷が大きい旋回加速時ばかりでなく、旋回加速時以外の任意のタイミングで切替弁８７を第１位置に切り替えて回生用油圧モータ１４Ａを回転させることでエンジン１１をアシストしてもよい。
Further, the
次に、図５を参照し、旋回減速時に旋回用油圧モータ２１から流出する作動油をアキュムレータ８５に蓄積する処理（以下、「蓄積処理」とする。）について説明する。図５は蓄積処理の流れを示すフローチャートである。コントローラ３０は、所定の制御周期で繰り返しこの蓄積処理を実行する。
Next, with reference to FIG. 5, a process (hereinafter referred to as “accumulation process”) for accumulating the hydraulic oil flowing out from the turning
最初に、コントローラ３０はショベルが旋回減速状態にあるか否かを判定する（ステップＳＴ１）。本実施例では、コントローラ３０は、旋回操作レバー２６が中立位置方向に戻されたと判断した場合にショベルが旋回減速状態にあると判定する。コントローラ３０は、圧力センサＳ３Ｌ、Ｓ３Ｒの出力に基づいて旋回操作レバー２６のレバー操作量及びレバー操作方向を検出して旋回操作レバー２６が中立位置方向に戻されたか否かを判断する。但し、コントローラ３０は、レゾルバ、ロータリエンコーダ等の旋回速度検出装置の出力に基づいてショベルが旋回減速状態にあるか否かを判定してもよい。
First, the
ショベルが旋回減速状態にあると判定した場合（ステップＳＴ１のＹＥＳ）、コントローラ３０は、旋回用油圧モータ２１の吐出側の作動油の圧力（吐出側圧）とアキュムレータ８５内の作動油の圧力（アキュムレータ圧）とを比較する（ステップＳＴ２）。本実施例では、コントローラ３０は、圧力センサＳ１、Ｓ２Ｌ、Ｓ２Ｒの出力に基づいて吐出側圧がアキュムレータ圧以下であるか否かを判定する。吐出側圧は、ショベルが旋回減速状態にある場合に大きくなる。上部旋回体３の慣性によって旋回用油圧モータ２１の回転（吐出側ポート２１Ｌからの作動油の吐出）が継続される一方で、ＣＴポートの開口面積の縮小により作動油タンクＴへの流出が抑制或いは遮断されて吐出側ポートの作動油が圧縮されるためである。また、旋回操作レバー２６が中立位置方向に戻る速度が大きいほど吐出側圧は大きい。旋回操作レバー２６が中立位置方向に戻る速度が大きいほどＣＴポートの開口面積の縮小度合いが大きいためである。
When it is determined that the excavator is in the turning deceleration state (YES in step ST1), the
吐出側圧がアキュムレータ圧以下であると判定した場合（ステップＳＴ２のＹＥＳ）、コントローラ３０は押し退け容積制御を実行する（ステップＳＴ３）。例えば、旋回操作レバー２６が中立位置方向に戻るときの操作角速度が小さい場合に吐出側圧はアキュムレータ圧以下となる。
When it is determined that the discharge side pressure is equal to or lower than the accumulator pressure (YES in step ST2), the
押し退け容積制御は、旋回用油圧モータ２１の押し退け容積を調整して旋回用油圧モータ２１の制動トルクを調整する制御である。制動トルクは、吐出側圧と吸い込み側圧との間の差圧と旋回用油圧モータ２１の押し退け容積との積として導き出される。そのため、コントローラ３０は、例えば、差圧の変化に応じて旋回用油圧モータ２１の押し退け容積を調整することで旋回用油圧モータ２１の制動トルクを調整できる。実現すべき制動トルク、すなわち実現すべき押し退け容積は、例えば、旋回操作レバー２６のレバー操作量に応じて決定される。例えば、コントローラ３０は、レバー操作量と押し退け容積との対応関係を記憶するルックアップテーブルを参照し、現在のレバー操作量に対応する押し退け容積を導き出す。ルックアップテーブルは、例えば、内部メモリ等に予め記憶されている。或いは、コントローラ３０は、所定の計算式を用いて現在のレバー操作量、旋回速度、吐出側圧、吸い込み側圧、アキュムレータ圧等から実現すべき押し退け容積を動的に導き出してもよい。
The displacement displacement control is a control for adjusting the braking torque of the turning
押し退け容積制御を実行する場合、コントローラ３０は、制御弁オーバーライド機構の電磁弁８１Ｌ、８１Ｒを第２位置にする。例えば、図３の右方向に傾けてられていた旋回操作レバー２６が中立位置方向に戻された場合、コントローラ３０は、電磁弁８１Ｌを第２位置にしてコントロールポンプ１５とシャトル弁８２Ｌとの間の流路を連通させ、且つ、電磁弁８１Ｒを第２位置にしてコントロールポンプ１５とシャトル弁８２Ｒとの間の流路を連通させる。その結果、流量制御弁１７０は、旋回操作レバー２６のレバー操作量とは無関係に右方向にストロークして中立弁位置に切り替わる。そして、第１ポンプ１４Ｌ及び第２ポンプ１４Ｒの少なくとも一方から旋回用油圧モータ２１に流れる作動油の流路（ＰＣポート）が遮断される。また、旋回用油圧モータ２１から作動油タンクＴに流れる作動油の流路（ＣＴポート）も遮断される。
When executing the displacement displacement control, the
その上で、コントローラ３０は、開閉弁２２Ｇに制御指令を出力して旋回用油圧モータ２１の吐出側とアキュムレータ８５との間の流路を連通させる。旋回用油圧モータ２１から流出する作動油を作動油タンクＴではなくアキュムレータ８５に流入させるためである。このとき、コントローラ３０は、開閉弁２２Ｇが形成する開口面積を調整して排出側圧を調整する。また、コントローラ３０は、レギュレータ２１ａに制御指令を出力して旋回用油圧モータ２１の押し退け容積を調整する。旋回用油圧モータ２１の制動トルクを旋回操作レバー２６のレバー操作量に応じた値にするためである。また、排出側圧をアキュムレータ圧以上に調整するためである。なお、開閉弁２２Ｇの開口面積の調整は省略されてもよい。この場合、開閉弁２２Ｇの開口面積は最大とされ、旋回用油圧モータ２１の制動トルクは旋回用油圧モータ２１の押し退け容積の調整のみによって実現される。
In addition, the
一方、ショベルが旋回減速状態にないと判定した場合（ステップＳＴ１のＮＯ）、或いは、吐出側圧がアキュムレータ圧より大きいと判定した場合（ステップＳＴ２のＮＯ）、コントローラ３０は通常制御を実行する（ステップＳＴ４）。例えば、旋回操作レバー２６が中立位置方向に戻るときの操作角速度が大きい場合に吐出側圧はアキュムレータ圧より大きくなる。
On the other hand, when it is determined that the excavator is not in the turning deceleration state (NO in step ST1), or when it is determined that the discharge side pressure is higher than the accumulator pressure (NO in step ST2), the
通常制御は、旋回操作レバー２６のレバー操作量に応じて流量制御弁１７０を動かす制御である。
The normal control is control for moving the
通常制御を実行する場合、コントローラ３０は、制御弁オーバーライド機構の電磁弁８１Ｌ、８１Ｒを第１位置にしてコントロールポンプ１５とシャトル弁８２Ｌ、８２Ｒとの間の流路を遮断する。その結果、流量制御弁１７０は、旋回操作レバー２６のレバー操作量に応じてストロークする。例えば、図３の右方向に旋回操作レバー２６が傾けられた場合、流量制御弁１７０は左方向にストロークする。ストローク量は旋回操作レバー２６の傾斜角が大きいほど大きい。また、図３の右方向に傾けてられていた旋回操作レバー２６が中立位置に戻された場合、流量制御弁１７０は中立弁位置に戻る。
When the normal control is executed, the
次に、図６を参照し、傾斜位置にある旋回操作レバー２６を急激に中立位置に戻した場合等、旋回減速時に通常制御を実行する場合における図２の油圧回路の状態を説明する。なお、図６の太実線は旋回用油圧モータ２１の吸い込み側に流入する作動油の流れを示す。また、太点線は旋回用油圧モータ２１の吐出側から流出する作動油の流れを示す。通常制御を実行する場合、コントローラ３０は、旋回用油圧モータ２１の押し退け容積を調整しない。そのため、旋回減速開始後の旋回用油圧モータ２１の押し退け容積は、旋回減速開始前の旋回用油圧モータ２１の押し退け容積と同じである。
Next, referring to FIG. 6, the state of the hydraulic circuit in FIG. 2 when normal control is executed at the time of turning deceleration, such as when the turning
旋回操作レバー２６が中立位置に戻されると、流量制御弁１７０は中立弁位置に切り替わる。中立弁位置に戻った流量制御弁１７０は、旋回用油圧モータ２１と第１ポンプ１４Ｌとの間の連通、及び、旋回用油圧モータ２１と作動油タンクＴとの間の連通を遮断する。そのため、旋回用油圧モータ２１の吐出側ポート２１Ｌの作動油の圧力は増大する。上部旋回体３の慣性によって旋回用油圧モータ２１の回転（吐出側ポート２１Ｌからの作動油の吐出）が継続され且つ作動油タンクＴへの流出が遮断されて吐出側ポート２１Ｌの作動油が圧縮されるためである。
When the turning
このとき、コントローラ３０は、開閉弁２２Ｇに対して指令を出力し、開閉弁２２Ｇを第１位置に切り替える。開閉弁２２Ｇが第１位置に切り替えられると、吐出側ポート２１Ｌの作動油はアキュムレータ８５に向かって流出する。そして、アキュムレータ８５は旋回用油圧モータ２１から流出する作動油を蓄積する。
At this time, the
一方、旋回用油圧モータ２１の吸い込み側ポート２１Ｒの作動油の圧力は低下する。上部旋回体３の慣性によって旋回用油圧モータ２１の回転（吸い込み側ポート２１Ｒへの作動油の吸い込み）が継続され且つ第１ポンプ１４Ｌからの流入が遮断されて吸い込み側ポート２１Ｒの作動油が不足するためである。
On the other hand, the pressure of the hydraulic oil in the suction side port 21R of the turning
旋回用油圧モータ２１の吸い込み側ポート２１Ｒの作動油の圧力が低下すると、チェック弁９１及びチェック弁２３Ｒを通じて作動油タンクＴからの作動油が補給される。
When the hydraulic oil pressure in the suction side port 21R of the turning
このとき、コントローラ３０は、切替弁８６に対して指令を出力し、切替弁８６を第１位置に切り替えてもよい。切替弁８６が第１位置に切り替えられると、回生用油圧モータ１４Ａは旋回用油圧モータ２１の吸い込み側ポート２１Ｒに向けて作動油を吐出できる。そのため、回生用油圧モータ１４Ａは、吸い込み側ポート２１Ｒでのキャビテーションの発生を防止できる。チェック弁９１は回生用油圧モータ１４Ａから作動油タンクＴへの作動油の流れを遮断する。
At this time, the
以上の構成により、図２の油圧回路は、旋回操作レバー２６を急激に中立位置に戻した場合等、旋回減速時に通常制御を実行する場合に旋回用油圧モータ２１から流出する作動油をアキュムレータ８５に蓄積できる。また、任意のタイミングでその蓄積した作動油を回生用油圧モータ１４Ａに向けて放出できる。そのため、回生用油圧モータ１４Ａは、エンジン負荷が大きい場合等、任意のタイミングで回生エネルギを再使用してエンジン１１をアシストでき、ショベルの運動性能を向上させることができる。
With the above configuration, the hydraulic circuit in FIG. 2 accumulates hydraulic oil that flows out of the turning
また、旋回回生回路が一方向流れの閉ループを形成しているため、リーク等によってその閉ループから出た分の作動油を補うだけで旋回回生回路を機能させることができ、エンジン出力をほとんど使わずに旋回回生回路を継続的に機能させることができる。 In addition, since the swivel regeneration circuit forms a closed loop with a one-way flow, the swivel regeneration circuit can be made to function simply by supplementing the hydraulic oil that has exited the closed loop due to leakage, etc., and uses little engine output. The swivel regeneration circuit can be made to function continuously.
次に、図６を続けて参照し、傾斜位置にある旋回操作レバー２６を緩やかに中立位置方向に戻した場合等、旋回減速時に押し退け容積制御を実行する場合における図２の油圧回路の状態を説明する。
Next, referring to FIG. 6 continuously, the state of the hydraulic circuit in FIG. 2 in the case where the displacement control is executed at the time of turning deceleration, such as when the turning
旋回操作レバー２６が中立位置方向に戻されると、コントローラ３０は圧力センサＳ３Ｌ、Ｓ３Ｒ（図３参照。）の出力に基づいてショベルが旋回減速状態にあると判定する。ショベルが旋回減速状態にあると判定すると、コントローラ３０は圧力センサＳ１、Ｓ２Ｌ、Ｓ２Ｒの出力に基づいて吐出側圧がアキュムレータ圧以下であるか否かを判定する。
When the turning
そして、吐出側圧がアキュムレータ圧以下であると判定すると、コントローラ３０は押し退け容積制御を実行する。
When it is determined that the discharge side pressure is equal to or lower than the accumulator pressure, the
具体的には、コントローラ３０は、制御弁オーバーライド機構の電磁弁８１Ｌ（図３参照。）を第２位置にしてコントロールポンプ１５とシャトル弁８２Ｌとの間の流路を連通させる。また、電磁弁８１Ｒ（図３参照。）を第２位置にしてコントロールポンプ１５とシャトル弁８２Ｒとの間の流路を連通させる。その結果、流量制御弁１７０は、旋回操作レバー２６のレバー操作量とは無関係にストロークして中立弁位置に切り替わる。そして、第１ポンプ１４Ｌから旋回用油圧モータ２１に流れる作動油の流路（ＰＣポート）及び旋回用油圧モータ２１から作動油タンクＴに流れる作動油の流路（ＣＴポート）が遮断される。
Specifically, the
また、コントローラ３０は、開閉弁２２Ｇに制御指令を出力して旋回用油圧モータ２１の吐出側とアキュムレータ８５との間の流路を連通させる。
Further, the
その上で、コントローラ３０は、レバー操作量に見合う制動トルクを発生させるべく、レギュレータ２１ａに制御指令を出力して旋回用油圧モータ２１の押し退け容積を調整する。
After that, the
したがって、油圧回路の状態は、旋回用油圧モータ２１の押し退け容積を除き、旋回操作レバー２６を急激に中立位置に戻した場合等、旋回減速時に通常制御を実行する場合と同じ状態となる。
Therefore, the state of the hydraulic circuit is the same as the case where normal control is executed at the time of turning deceleration, such as when the turning
その結果、旋回用油圧モータ２１から流出する作動油は作動油タンクＴではなくアキュムレータ８５に流入する。このとき、コントローラ３０は、開閉弁２２Ｇが形成する開口面積を調整して排出側圧を調整する。排出側圧をアキュムレータ圧以上に調整するためである。
As a result, the hydraulic oil flowing out from the turning
以上の構成により、図２の油圧回路は、比較的大きな制動トルクで上部旋回体３の旋回を急停止させる場合ばかりでなく、比較的小さな制動トルクで旋回速度を徐々に低減させる場合にも、旋回用油圧モータ２１から流出する作動油をアキュムレータ８５に蓄積できる。そして、特に操作者が旋回操作レバー２６を最大傾斜位置と中立位置との間の中間位置で維持するときに良好な旋回操作性を実現できる。
With the above configuration, the hydraulic circuit of FIG. 2 not only suddenly stops turning of the
次に図７を参照し、蓄積処理を実行する際の各種物理量の時間的推移について説明する。図７は蓄積処理を実行する際のレバー操作量、吐出側圧、吸い込み側圧、吐出側圧と吸い込み側圧との差圧、旋回用油圧モータ２１の押し退け容積、及び旋回速度の時間的推移を示すタイムチャートである。実線及び一点鎖線は押し退け容積制御を実行する場合の各種物理量の時間的推移を示し、破線は押し退け容積制御の代わりに通常制御を実行する場合の各種物理量の時間的推移を示す。
Next, with reference to FIG. 7, the temporal transition of various physical quantities when executing the accumulation process will be described. FIG. 7 is a time chart showing the lever operation amount, the discharge side pressure, the suction side pressure, the differential pressure between the discharge side pressure and the suction side pressure, the displacement volume of the turning
図７（Ａ）は旋回操作レバー２６のレバー操作量の時間的推移を示す。本実施例では、旋回操作レバー２６は既に最大操作量まで操作されており、時刻ｔ１に至るまで最大操作量が維持される。そして、時刻ｔ１において中立位置に戻す操作が開始され、実線又は破線の推移では時刻ｔ２において中立位置（レバー操作量ゼロ）に至り、一点鎖線の推移では時刻ｔ３において中立位置に至る。
FIG. 7A shows a temporal transition of the lever operation amount of the turning
図７（Ｂ）は吐出側圧の時間的推移を示し、図７（Ｃ）は吸い込み側圧の時間的推移を示し、図７（Ｄ）は吐出側圧と吸い込み側圧との差圧の時間的推移を示す。また、図７（Ｅ）は制御対象としての旋回用油圧モータ２１の押し退け容積の時間的推移を示し、図７（Ｆ）は旋回速度の時間的推移を示す。
FIG. 7B shows the temporal transition of the discharge side pressure, FIG. 7C shows the temporal transition of the suction side pressure, and FIG. 7D shows the temporal transition of the differential pressure between the discharge side pressure and the suction side pressure. Show. FIG. 7E shows a temporal transition of the displacement volume of the turning
最初に破線の推移を参照して押し退け容積制御を実行せずに通常制御を実行する場合の各種物理量の時間的推移について説明する。時刻ｔ１において旋回操作レバー２６を中立位置に戻す操作が開始されると、流量制御弁１７０は旋回操作レバー２６のレバー操作量の減少に伴い中立弁位置に向かって移動する。コントローラ３０は流量制御弁１７０を強制的に移動させることはない。油圧回路の状態は、例えば、図４に示すように旋回加速時と同様の状態になる。
First, a temporal transition of various physical quantities in the case where normal control is executed without executing push-away volume control will be described with reference to the broken line transition. When the operation of returning the turning
旋回操作レバー２６が中立位置になるまでは流量制御弁１７０は右弁位置又は左弁位置と中立弁位置との間の中間位置にある。すなわち、第１ポンプ１４Ｌと旋回用油圧モータ２１との間の流路（ＰＣポート）の開口面積、及び、旋回用油圧モータ２１と作動油タンクＴとの間の流路（ＣＴポート）の開口面積を、レバー操作量に応じた大きさに調整している。
Until the turning
そのため、図４に示すように、第１ポンプ１４Ｌが吐出する作動油が旋回用油圧モータ２１の吸い込み側に流入し、且つ、旋回用油圧モータ２１の吐出側から流出する作動油が作動油タンクＴに排出されている。
Therefore, as shown in FIG. 4, the hydraulic oil discharged from the
その結果、レバー操作量に見合う制動トルクを発生させるべく、吐出側圧は図７（Ｂ）の破線で示すように増加し、吸い込み側圧は図７（Ｃ）の破線で示すように低下し、その差圧は図７（Ｄ）の破線で示すように減速側に増加する。減速側は、吐出側圧が吸い込み側圧よりも高い側を意味し、加速側は吐出側圧が吸い込み側圧よりも低い側を意味する。 As a result, in order to generate a braking torque commensurate with the lever operation amount, the discharge side pressure increases as shown by the broken line in FIG. 7B, and the suction side pressure decreases as shown by the broken line in FIG. The differential pressure increases toward the deceleration side as indicated by the broken line in FIG. The deceleration side means the side where the discharge side pressure is higher than the suction side pressure, and the acceleration side means the side where the discharge side pressure is lower than the suction side pressure.
押し退け容積は図７（Ｅ）の破線で示すように変化しない。旋回速度は図７（Ｆ）の破線で示すようにレバー操作量の減少に従って減少する。 The displacement volume does not change as indicated by the broken line in FIG. The turning speed decreases as the lever operation amount decreases as shown by the broken line in FIG.
このように、押し退け容積制御を実行せずに通常制御を実行する場合、ショベルに搭載された油圧回路は旋回用油圧モータ２１から流出する作動油をアキュムレータ８５に流入させることができない。旋回用油圧モータ２１から流出する作動油が作動油タンクＴに排出されてしまうためである。
As described above, when the normal control is executed without executing the displacement displacement control, the hydraulic circuit mounted on the excavator cannot flow the hydraulic oil flowing out from the turning
そこで、本発明の実施例に係るショベルでは、コントローラ３０が押し退け容積制御を実行し、上部旋回体３の旋回を比較的緩やかに減速・停止させる場合にも旋回用油圧モータ２１から流出する作動油をアキュムレータ８５に流入させる。
Therefore, in the excavator according to the embodiment of the present invention, the hydraulic fluid that flows out from the turning
ここで実線の推移を参照して押し退け容積制御を実行する場合の各種物理量の時間的推移の１例について説明する。この例では、レバー操作量、吸い込み側圧、及び旋回速度の時間的推移は通常制御を実行する場合と同じである。すなわち、押し退け容積制御を実行する場合のショベルの挙動は通常制御を実行する場合と同じである。 Here, an example of temporal transition of various physical quantities in the case where the displacement volume control is executed with reference to the transition of the solid line will be described. In this example, the lever operation amount, the suction side pressure, and the temporal transition of the turning speed are the same as when the normal control is executed. That is, the behavior of the shovel when executing the displacement displacement control is the same as that when executing the normal control.
時刻ｔ１において旋回操作レバー２６を中立位置に戻す操作が開始されると、コントローラ３０は、通常制御の場合と異なり、制御弁オーバーライド機構（図３参照。）を用いて流量制御弁１７０を中立弁位置に移動させる。また、開閉弁２２Ｇに制御指令を出力して旋回用油圧モータ２１の吐出側とアキュムレータ８５との間の流路を連通させる。油圧回路の状態は、例えば、図６に示す状態になる。
When the operation of returning the turning
その結果、吐出側圧は、図７（Ｂ）の実線で示すように、通常制御の場合よりも高い圧力まで増加する。作動油タンクＴへの流出が遮断されるためである。その圧力は、例えば、リリーフ弁２２Ｌ、２２Ｒのリリーフ圧Ｐｒより僅かに低い圧力である。差圧も同様に、図７（Ｃ）の実線で示すように通常制御の場合よりも高い圧力まで増加する。吸い込み側圧に差がないためである。
As a result, as shown by the solid line in FIG. 7B, the discharge side pressure increases to a pressure higher than that in the case of normal control. This is because the outflow to the hydraulic oil tank T is blocked. For example, the pressure is slightly lower than the relief pressure Pr of the
また、コントローラ３０は、通常制御のときの制動トルクと同じ制動トルクを実現すべく、差圧が増大した分だけ押し退け容積を低減させる。その結果、押し退け容積は、図７（Ｅ）の実線で示すように、通常制御の場合よりも低いレベルで推移する。
Further, the
このように、押し退け容積制御を実行する場合、ショベルに搭載された油圧回路は、通常制御の場合と同じ減速トルク及び旋回速度を実現しながら、旋回用油圧モータ２１から流出する作動油をアキュムレータ８５に流入させることができる。
In this way, when the displacement displacement control is executed, the hydraulic circuit mounted on the excavator achieves the same deceleration torque and turning speed as in the normal control, while accumulating the hydraulic oil flowing out from the turning
次に一点鎖線の推移を参照して押し退け容積制御を実行する場合の各種物理量の時間的推移の別の１例について説明する。 Next, another example of the temporal transition of various physical quantities when the displacement volume control is executed with reference to the transition of the alternate long and short dash line will be described.
この例では、レバー操作量は前述の２つの例に比べて緩やかに中立位置に戻され、時刻ｔ２よりも遅い時刻ｔ３で中立位置に至る。そのため、吐出側圧は、図７（Ｂ）の一点鎖線で示すように、時刻ｔ３まで実線の推移と同じレベルを維持する。また、差圧も同様に、図７（Ｄ）の一点鎖線で示すように、時刻ｔ３まで実線の推移と同じレベルを維持する。 In this example, the lever operation amount is gradually returned to the neutral position as compared with the above two examples, and reaches the neutral position at time t3 later than time t2. Therefore, the discharge side pressure maintains the same level as the transition of the solid line until time t3, as shown by the one-dot chain line in FIG. 7B. Similarly, the differential pressure is maintained at the same level as the transition of the solid line until time t3, as indicated by the one-dot chain line in FIG.
そこで、コントローラ３０は、図７（Ｅ）に示すように、時刻ｔ１においてレバー操作量が減少し始めたあたりで旋回用油圧モータ２１の押し退け容積を低減させ、レバー操作量の減少率が変化したあたりで押し退け容積をさらに低減させる。
Therefore, as shown in FIG. 7E, the
その結果、旋回速度は、図７（Ｆ）の一点鎖線で示すように、時刻ｔ１においてレバー操作量が減少し始めたあたりで実線の推移と同じ低下率で低下し始め、レバー操作量の減少率が変化したあたりで実線の推移よりも低下率が小さくなる。すなわち、より緩やかに減速する。 As a result, as shown by the alternate long and short dash line in FIG. 7 (F), the turning speed starts to decrease at the same rate as the transition of the solid line when the lever operation amount starts to decrease at time t1, and the lever operation amount decreases. When the rate changes, the rate of decrease is smaller than the transition of the solid line. That is, the vehicle decelerates more slowly.
このように、コントローラ３０は、操作者が旋回操作レバー２６を緩やかに中立位置に戻す場合であっても、レバー操作量に見合う減速トルク及び旋回速度を実現しながら、旋回用油圧モータ２１から流出する作動油をアキュムレータ８５に流入させることができる。
Thus, even when the operator gently returns the turning
次に、図８を参照し、図１のショベルに搭載される油圧回路の別の構成例について説明する。図８の油圧回路は、主に、アームシリンダ８に流出入する作動油の向き及び流量が２つの流量制御弁１７１Ａ、１７１Ｂによって制御される点、ブームシリンダ７のボトム側油室に流出入する作動油の流量が２つの流量制御弁１７２Ａ、１７２Ｂによって制御される点、合流切替部が合流弁ではなく可変ロードチェック弁によって構成される点（合流弁が省略される点）で、図２の油圧回路と異なるがその他の点で共通する。そのため、共通点の説明を省略しながら、相違点を詳細に説明する。共通の構成要素は同じ参照符号で参照される。
Next, another configuration example of the hydraulic circuit mounted on the shovel of FIG. 1 will be described with reference to FIG. The hydraulic circuit in FIG. 8 mainly flows into and out of the bottom side oil chamber of the boom cylinder 7 in that the direction and flow rate of the hydraulic oil flowing into and out of the arm cylinder 8 are controlled by the two
流量制御弁１７１Ａ、１７１Ｂは、アームシリンダ８に流出入する作動油の向き及び流量を制御する弁であり、図２の流量制御弁１７１に対応する。具体的には、流量制御弁１７１Ａは、第１作動油をアームシリンダ８に供給し、流量制御弁１７１Ｂは、第２作動油をアームシリンダ８に供給する。したがって、アームシリンダ８には、第１作動油と第２作動油とが同時に流入し得る。
The
流量制御弁１７２Ａは、ブームシリンダ７に流出入する作動油の向き及び流量を制御する弁であり、図２の流量制御弁１７２に対応する。
The
流量制御弁１７２Ｂは、ブーム上げ操作が行われた場合に、ブームシリンダ７のボトム側油室に第１作動油を流入させる弁であり、ブーム下げ操作が行われた場合には、ブームシリンダ７のボトム側油室から流出する作動油を第１作動油に合流させることができる。 The flow control valve 172B is a valve that allows the first hydraulic oil to flow into the bottom side oil chamber of the boom cylinder 7 when the boom raising operation is performed. When the boom lowering operation is performed, the boom cylinder 7 The hydraulic oil flowing out from the bottom side oil chamber can be merged with the first hydraulic oil.
流量制御弁１７３は、バケットシリンダ９に流出入する作動油の向き及び流量を制御する弁であり、図２の流量制御弁１７３に対応する。
The
可変ロードチェック弁５０、５１Ａ、５１Ｂ、５２Ａ、５２Ｂ、５３は、流量制御弁１７０、１７１Ａ、１７１Ｂ、１７２Ａ、１７２Ｂ、１７３のそれぞれと第１ポンプ１４Ｌ及び第２ポンプ１４Ｒのうちの少なくとも一方との間の連通・遮断を切り替え可能な２ポート２位置の弁である。これら６つの可変ロードチェック弁は、それぞれが連動して動作することで合流切替部としての機能を果たし、図２の合流弁５５の機能を実現できる。そのため、図８の油圧回路では図２の合流弁５５が省略される。
The variable
統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒは、第１作動油の作動油タンクＴへの排出量を制御可能な２ポート２位置の弁であり、図２の統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒに対応する。 The unified bleed-off valves 56L and 56R are 2-port 2-position valves capable of controlling the discharge amount of the first hydraulic oil to the hydraulic oil tank T, and correspond to the unified bleed-off valves 56L and 56R in FIG.
なお、図８の６つの流量制御弁は何れも６ポート３位置のスプール弁であり、図２の流量制御弁と違い、センターバイパスポートを有する。そのため、図８の統一ブリードオフ弁５６Ｌは流量制御弁１７１Ａの下流に配置され、統一ブリードオフ弁５６Ｒは流量制御弁１７１Ｂの下流に配置される。
Each of the six flow control valves in FIG. 8 is a 6-port 3-position spool valve, and has a center bypass port unlike the flow control valve in FIG. Therefore, the unified bleed-off valve 56L in FIG. 8 is arranged downstream of the
切替弁６２Ａは、ブームシリンダ７から排出される作動油を回生用油圧モータ１４Ａの吸い込み側に流入させるか否かを切り替え可能な３ポート３位置の弁である。具体的には、切替弁６２Ａは、第１位置（左弁位置）にある場合にブームシリンダ７のボトム側油室と回生用油圧モータ１４Ａの吸い込み側との間を連通させ、第２位置（右弁位置）にある場合にブームシリンダ７のロッド側油室と回生用油圧モータ１４Ａの吸い込み側との間を連通させ、第３位置（中立弁位置）にある場合にそれらの間の連通を遮断する。
The switching valve 62A is a three-port three-position valve that can switch whether or not to let the hydraulic oil discharged from the boom cylinder 7 flow into the suction side of the regenerative
切替弁６２Ｂは、ブームシリンダ７のロッド側油室から排出される作動油を作動油タンクＴに排出するか否かを切り替え可能な２ポート２位置の可変リリーフ弁である。具体的には、切替弁６２Ｂは、第１位置にある場合にブームシリンダ７のロッド側油室と作動油タンクＴとの間を連通し、第２位置にある場合にその連通を遮断する。なお、切替弁６２Ｂは、第１位置において、作動油タンクＴからの作動油の流れを遮断するチェック弁を有する。 The switching valve 62 </ b> B is a 2-port 2-position variable relief valve capable of switching whether to discharge the hydraulic oil discharged from the rod side oil chamber of the boom cylinder 7 to the hydraulic oil tank T. Specifically, the switching valve 62B communicates between the rod-side oil chamber of the boom cylinder 7 and the hydraulic oil tank T when in the first position, and blocks communication when in the second position. The switching valve 62B has a check valve that blocks the flow of hydraulic oil from the hydraulic oil tank T in the first position.
切替弁６２Ｃは、ブームシリンダ７のボトム側油室から排出される作動油を作動油タンクＴに排出するか否かを切り替え可能な２ポート２位置の可変リリーフ弁である。具体的には、切替弁６２Ｃは、第１位置にある場合にブームシリンダ７のボトム側油室と作動油タンクＴとの間を連通し、第２位置にある場合にその連通を遮断する。なお、切替弁６２Ｃは、第１位置において、作動油タンクＴからの作動油の流れを遮断するチェック弁を有する。
The switching
次に、図９を参照し、ブーム下げ操作時における図８の油圧回路の状態を説明する。なお、図９の太実線はブームシリンダ７のロッド側油室に流入する作動油の流れを示す。また、太点線はブームシリンダ７のボトム側油室から流出する作動油の流れを示す。 Next, the state of the hydraulic circuit in FIG. 8 during the boom lowering operation will be described with reference to FIG. 9 indicates the flow of the hydraulic oil flowing into the rod side oil chamber of the boom cylinder 7. The thick dotted line indicates the flow of hydraulic oil flowing out from the bottom side oil chamber of the boom cylinder 7.
コントローラ３０は、例えば、ブーム下げ操作が行われたと判断すると、可変ロードチェック弁５２Ａ及び切替弁６２Ａを第１位置に切り替える。流量制御弁１７２Ａは、ブーム操作レバーの操作量に応じたパイロット圧を受けて右弁位置に移動し、第２作動油をブームシリンダ７のロッド側油室に流入させる。また、ブームシリンダ７のボトム側油室から流出する作動油を切替弁６２Ａ経由でアキュムレータ８５又は回生用油圧モータ１４Ａの吸い込み側に流入させる。なお、ブームシリンダ７のボトム側油室から流出する作動油を再生弁７ａ経由でロッド側油室に再生してもよい。
For example, when the
また、図８の油圧回路は、アームシリンダ８、バケットシリンダ９等のブームシリンダ７以外の他の油圧アクチュエータから流出する作動油をアキュムレータ８５又は回生用油圧モータ１４Ａの吸い込み側に流入させる構成であってもよい。
The hydraulic circuit in FIG. 8 has a configuration in which hydraulic fluid that flows out from hydraulic actuators other than the boom cylinder 7 such as the arm cylinder 8 and the bucket cylinder 9 flows into the suction side of the
次に図１０を参照し、傾斜位置にある旋回操作レバー２６を中立位置方向に戻した場合等、旋回減速時に押し退け容積制御を実行する場合における図８の油圧回路の状態を説明する。なお、図１０の太実線は旋回用油圧モータ２１の吸い込み側に流入する作動油の流れを示す。また、太点線は旋回用油圧モータ２１の吐出側から流出する作動油の流れを示す。
Next, with reference to FIG. 10, the state of the hydraulic circuit in FIG. 8 when the displacement control is executed during deceleration of turning, such as when the turning
旋回操作レバー２６が中立位置方向に戻されると、コントローラ３０は圧力センサＳ３Ｌ、Ｓ３Ｒ（図３参照。）の出力に基づいてショベルが旋回減速状態にあると判定する。ショベルが旋回減速状態にあると判定すると、コントローラ３０は圧力センサＳ１、Ｓ２Ｌ、Ｓ２Ｒの出力に基づいて吐出側圧がアキュムレータ圧以下であるか否かを判定する。
When the turning
そして、吐出側圧がアキュムレータ圧以下であると判定すると、コントローラ３０は押し退け容積制御を実行する。
When it is determined that the discharge side pressure is equal to or lower than the accumulator pressure, the
具体的には、コントローラ３０は、制御弁オーバーライド機構の電磁弁８１Ｌ（図３参照。）を第２位置にしてコントロールポンプ１５とシャトル弁８２Ｌとの間の流路を連通させ、且つ、電磁弁８１Ｒ（図３参照。）を第２位置にしてコントロールポンプ１５とシャトル弁８２Ｒとの間の流路を連通させる。その結果、流量制御弁１７０は、旋回操作レバー２６のレバー操作量とは無関係にストロークして中立弁位置に切り替わる。そして、第１ポンプ１４Ｌ及び第２ポンプ１４Ｒの少なくとも一方から旋回用油圧モータ２１に流れる作動油の流路（ＰＣポート）が遮断される。また、旋回用油圧モータ２１から作動油タンクＴに流れる作動油の流路（ＣＴポート）も遮断される。
Specifically, the
その上で、コントローラ３０は、開閉弁２２Ｇに制御指令を出力して旋回用油圧モータ２１の吐出側とアキュムレータ８５との間の流路を連通させる。その結果、旋回用油圧モータ２１から流出する作動油は作動油タンクＴではなくアキュムレータ８５に流入する。このとき、コントローラ３０は、開閉弁２２Ｇが形成する開口面積を調整して排出側圧を調整する。また、コントローラ３０は、レギュレータ２１ａに制御指令を出力して旋回用油圧モータ２１の押し込み容積を調整する。旋回用油圧モータ２１の制動トルクを旋回操作レバー２６のレバー操作量に応じた値にするためである。また、排出側圧をアキュムレータ圧以上に調整するためである。
In addition, the
以上の構成により、図８の油圧回路は、図２の油圧回路と同様に、比較的大きな制動トルクで上部旋回体３の旋回を急停止させる場合ばかりでなく、比較的小さな制動トルクで旋回速度を徐々に低減させる場合にも、旋回用油圧モータ２１から流出する作動油をアキュムレータ８５に蓄積できる。
With the above-described configuration, the hydraulic circuit of FIG. 8 is not only for suddenly stopping the turning of the
また、図８の油圧回路は、図２の油圧回路による効果に加え、ブーム下げ操作時にブームシリンダ７のボトム側油室から流出する作動油をアキュムレータ８５又は回生用油圧モータ１４Ａの吸い込み側に供給できるという追加的な効果を有する。
In addition to the effects of the hydraulic circuit of FIG. 2, the hydraulic circuit of FIG. 8 supplies hydraulic oil flowing out from the bottom side oil chamber of the boom cylinder 7 to the suction side of the
また、図８の油圧回路は、旋回回生回路が一方向流れの閉ループを形成しているため、リーク等によってその閉ループから出た分の作動油をブームシリンダ７からの作動油で補うだけで旋回回生回路を機能させることができ、エンジン出力を使わずに旋回回生回路を継続的に機能させることができる。 Further, in the hydraulic circuit of FIG. 8, since the swing regeneration circuit forms a closed loop with a one-way flow, the hydraulic oil from the closed loop is compensated with hydraulic oil from the boom cylinder 7 due to leakage or the like. The regenerative circuit can be made to function, and the turning regenerative circuit can be made to function continuously without using the engine output.
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.
１・・・下部走行体 ２・・・旋回機構 ３・・・上部旋回体 ４・・・ブーム ５・・・アーム ６・・・バケット ７・・・ブームシリンダ ８・・・アームシリンダ ９・・・バケットシリンダ ７ａ、８ａ、９ａ・・・再生弁 ７ｂ、８ｂ・・・保持弁 １０・・・キャビン １１・・・エンジン １３・・・変速機 １４Ｌ・・・第１ポンプ １４Ｒ・・・第２ポンプ １４Ａ・・・回生用油圧モータ １４Ａａ、１４Ｌａ、１４Ｒａ・・・レギュレータ １５・・・コントロールポンプ １７・・・コントロールバルブ ２１・・・旋回用油圧モータ ２１ａ・・・レギュレータ ２１Ｌ、２１Ｒ・・・ポート ２２Ｇ・・・開閉弁 ２２Ｌ、２２Ｒ・・・リリーフ弁 ２２Ｓ・・・シャトル弁 ２３Ｌ、２３Ｒ・・・チェック弁 ３０・・・コントローラ ５０、５１、５１Ａ、５１Ｂ、５２、５２Ａ、５２Ｂ、５３・・・可変ロードチェック弁 ５５・・・合流弁 ５６Ｌ、５６Ｒ・・・統一ブリードオフ弁 ６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ・・・切替弁 ８１Ｌ、８１Ｒ・・・電磁弁 ８２Ｌ、８２Ｒ・・・シャトル弁 ８５・・・アキュムレータ ８６、８７・・・切替弁 ８８、８９・・・チェック弁 ９０・・・リリーフ弁 ９１・・・チェック弁 １７０、１７１、１７１Ａ、１７１Ｂ、１７２、１７２Ａ、１７２Ｂ、１７３・・・流量制御弁 １７０Ｌ・・・左パイロットポート １７０Ｒ・・・右パイロットポート Ｓ１、Ｓ２Ｌ、Ｓ２Ｒ、Ｓ３Ｌ、Ｓ３Ｒ・・・圧力センサ Ｔ・・・作動油タンク
DESCRIPTION OF
Claims (8)
旋回減速の際に前記旋回用油圧モータの吐出側から流出する作動油を蓄積するアキュムレータと、
前記旋回用油圧モータに作動油を供給する油圧ポンプと、
旋回操作装置の操作量に応じて動作し、且つ、前記油圧ポンプから前記旋回用油圧モータに流れる作動油の流路の開口面積を調整可能な制御弁と、
前記制御弁を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、旋回減速の際に、前記制御弁を動かして前記油圧ポンプから前記旋回用油圧モータに流れる作動油の流路を遮断し、且つ、前記旋回用油圧モータの押し退け容積を小さくする、
ショベル。 A variable displacement hydraulic motor for turning;
An accumulator for accumulating hydraulic fluid flowing out from the discharge side of the turning hydraulic motor during turning deceleration;
A hydraulic pump for supplying hydraulic oil to the turning hydraulic motor;
A control valve that operates according to an operation amount of the turning operation device and that can adjust an opening area of a flow path of hydraulic oil flowing from the hydraulic pump to the turning hydraulic motor;
A control device for controlling the control valve,
The control device moves the control valve to shut off a flow path of hydraulic fluid flowing from the hydraulic pump to the turning hydraulic motor and reduce a displacement volume of the turning hydraulic motor at the time of turning deceleration. ,
Excavator.
前記制御装置は、前記機構を用いて前記制御弁を動かして前記油圧ポンプから前記旋回用油圧モータに流れる作動油を遮断る、
請求項１に記載のショベル。 A mechanism for operating the control valve regardless of the operation amount of the turning operation device;
The control device uses the mechanism to move the control valve to cut off hydraulic fluid flowing from the hydraulic pump to the turning hydraulic motor.
The excavator according to claim 1.
請求項１又は２に記載のショベル。 The control device shuts off the hydraulic fluid flow path by the control valve when the hydraulic oil pressure on the suction side of the turning hydraulic motor exceeds the hydraulic oil pressure on the discharge side of the turning hydraulic motor. To release,
The shovel according to claim 1 or 2.
請求項１乃至３の何れかに記載のショベル。 The control device releases the blocking of the flow path of the hydraulic oil by the control valve when the turning operation device is in a holding state;
The excavator according to any one of claims 1 to 3.
請求項１乃至４の何れかに記載のショベル。 The control device adjusts a displacement volume of the turning hydraulic motor to a value determined according to an operation amount of the turning operation device;
The excavator according to any one of claims 1 to 4.
請求項１乃至５の何れかに記載のショベル。 The control device moves the control valve from the hydraulic pump to turn the hydraulic pressure for turning when the pressure of hydraulic oil on the discharge side of the turning hydraulic motor during turning deceleration is equal to or lower than the pressure of hydraulic oil in the accumulator. Shut off the flow path of hydraulic oil flowing to the motor and reduce the displacement volume of the turning hydraulic motor;
The excavator according to any one of claims 1 to 5.
前記開閉弁は、前記旋回用油圧モータの吐出側から前記アキュムレータに流れる作動油の流路の開口面積を調整可能である、
請求項１乃至６の何れかに記載のショベル。 An open / close valve capable of opening and closing a flow path of hydraulic oil flowing from the discharge side of the turning hydraulic motor to the accumulator;
The on-off valve is capable of adjusting an opening area of a flow path of hydraulic oil flowing from the discharge side of the turning hydraulic motor to the accumulator.
The excavator according to any one of claims 1 to 6.
請求項１乃至７の何れかに記載のショベル。 When the hydraulic oil pressure on the discharge side of the turning hydraulic motor at the time of turning deceleration is larger than the pressure of the working oil in the accumulator, the opening area of the flow path of the working oil flowing from the hydraulic pump to the turning hydraulic motor Is determined according to the operation amount of the turning operation device without being adjusted by the control device,
The excavator according to any one of claims 1 to 7.
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