JPH0663264B2 - 旋回式建設機械の旋回エネルギ回収再利用装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は旋回機構を有する建設機械の減速時の旋回エネ
ルギを回収して有効に再利用する装置に関するものであ
る。

従来の技術 この種の装置の従来例としては実開昭59−14530号公報
に示されたものがある。

この従来の旋回エネルギ回収再利用装置にあつては、旋
回体用の油圧回路における油圧ポンプ及び旋回モータは
定容量形のものが用いられ、また旋回モータの切換制御
をON,OFF形の切換弁にて行なうようになつていると共
に、この切換弁と油圧モータとの間にカウンタバランス
弁を介装する構成となつていた。

発明が解決しようとする問題点 上記従来の装置にあつては、切換弁を操作して旋回モー
タを制御する際に、この切換弁がON,OFF形の切換弁であ
ることにより、オペレータの感覚にあつた旋回制御がで
きないと共に、起動時と停止時にシヨツクが生じて滑ら
かな作動ができなかつた。

また上記従来にあつては蓄圧器に圧力が蓄圧された場合
での起動時には、蓄圧器の圧力にてカウンタバランス弁
を押し開けて旋回モータへこの蓄圧器の圧油が旋回モー
タに供給されるため、蓄圧器に蓄圧された圧油がロスし
てしまい、エネルギ回収効率が低下してしまうという問
題があつた。

問題点を解決するための手段及び作用 本発明は上記のことにかんがみなされたもので、サーボ
レギユレータにて制御する可変形の旋回用の油圧ポンプ
と、サーボレギユレータにて制御する両振可変形の旋回
モータとをポンプ回路で接続し、このポンプ回路に蓄圧
器を接続し、また蓄圧器の接続部と旋回モータとの間の
ポンプ回路内に旋回モータをフリー回転させるフリー回
転位置と、ポンプ回路を連通する作動位置とを有し、か
つ作動圧作用部に作用するパイロツト圧にて作動位置に
切換るようにした切換弁を介装し、上記両レギユレータ
のサーボ制御部と切換弁の作動圧作用部に、レバー操作
角比例制御弁形の操作弁からなる旋回操作装置を介して
制御用の油圧ポンプを接続し、また上記両サーボレギユ
レータに制御用の油圧ポンプを接続し、旋回用の油圧ポ
ンプ側のサーボレギユレータと制御用の油圧ポンプとの
間に旋回用の油圧ポンプの吐出圧にて切換操作されるリ
リーフカツト弁を介装し、旋回用の油圧ポンプと旋回モ
ータとをレバー操作角比例制御弁形の操作弁にてサーボ
レギユレータを介して制御し、また旋回モータの起動及
び減速時のリリーフロス圧を蓄圧器に蓄圧し、この蓄圧
器に蓄圧された圧力を旋回用の油圧ポンプからの吐出油
に代えていることができるようになつている。

実施例 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は旋回機構を有する建設機械を概略的に示すもの
で、図中１は走行体、２はこの走行体１に旋回自在に搭
載された旋回体で、この旋回体２は減速機2aを含む旋回
装置３にて旋回されるようになつている。

第１図は上記建設機械の旋回装置の油圧回路を示すもの
で、４は旋回用の油圧ポンプ、５は制御用の油圧ポン
プ、6,7は建設機械の他のブームシリンダ、アームシリ
ンダ等の他のアクチエータへそれぞれ図示しない切換弁
を介して接続した油圧ポンプであり、これらの各油圧ポ
ンプ4,5,6,7は旋回体２に搭載されたエンジン８に連結
されている。

上記旋回用の油圧ポンプ４は可変形になつており、その
制御部を作動する制御シリンダ９はサーボレギユレータ
10を介して制御用の油圧ポンプ５に接続されている。そ
してこの回路内にリリーフカツト弁11が介装してある。

上記サーボレギユレータ10はドレン位置10aと作動位置1
9bとを有し、ばね12とパイロツト回路13の圧力にてドレ
ン位置10aに、また操作圧作用部14に作用する操作圧に
て作動位置10bに切換るようになつている。

またリリーフカツト弁11はサーボレギユレータ10へ制御
油を送る制御位置11aと、上記制御油を遮断すると共
に、サーボレギユレータ10の圧油をドレンするドレン位
置11bとを有しており、これはばね15にてドレン位置11b
にパイロツト圧にて制御位置11aになるようになつてい
る。パイロツト圧は旋回用の油圧ポンプ４よりとられて
いる。

16は旋回装置３の旋回モータであり、この旋回モータ16
は両振可変形となつており、17はこれを制御するサーボ
レギユレータである。旋回モータ16は旋回用の油圧ポン
プ４にポンプ回路を介して接続されているが、このポン
プ回路に上流側から順に蓄圧器18、切換弁19が介装され
ている。切換弁19は旋回モータ16をフリー回転させるフ
リー回転位置19aと、旋回モータ16へ油圧ポンプ４から
の油圧を送る作動位置19bとを有している。この切換弁1
9はばねにてドレン位置19a側へ付勢され、また作動圧作
用部20に絞り20aを介して作用する圧力にて作動位置19b
に切換るようになつている。

21は旋回操作装置であり、この旋回操作装置21は２個の
レバー操作角比例制御弁形の操作弁22,23と、この両操
作弁22,23を操作する切換レバー24とからなり、この切
換レバー24を一方へ傾動することにより、これらの傾動
角に比例した量だけ一方の操作弁22が開けられるように
なつており、同様に他方へ傾動することにより他方の操
作弁23がその傾動角に比例した量だけ開けられるように
なつている。上記各操作弁22,23の出口側は上記旋回モ
ータ16のサーボレギユレータ17の両側のそれぞれの作動
圧作用部に接続されており、入口側は制御用の油圧ポン
プ５に接続されている。

上記ポンプ回路はリリーフ弁24、オイルクーラ24aを介
してタンク側に接続されている。

上記構成における作用を説明する。

（１）最初の旋回起動時（蓄圧器18に蓄圧されていない
場合） 旋回操作装置21の切換レバー24を一方へ、例えば左旋回
側へ傾動すると、左旋回側の操作弁22が上記切換レバー
24の傾角に比例した分だけ開けられ、サーボレギユレー
タ17の一方の作動圧作用部にはレバー角に比例したパイ
ロツト圧が作用し、旋回モータ16の制御部が制御され
る。またこれと同時にポンプ回路の切換弁19の作動圧作
用部21へ上記操作弁22からのパイロツト圧が作用してこ
れが作動位置19bに切換り、旋回用の油圧ポンプ４から
の圧油が旋回モータ16へ供給され、旋回モータ16は上記
操作弁22によるサーボレギユレータ17にて制御された回
転数と回転トルクで回転される。

このとき、旋回用の油圧ポンプ４のサーボレギユレータ
10は旋回操作装置21からの制御圧により作動位置10bに
切換えられており、この油圧ポンプ４は増速方向に制御
される。そしてポンプ回路の圧力が所定以上の圧力にな
り、余分な圧油が蓄圧器18に蓄圧された状態でリリーフ
カツト弁11がOFF作動されると共に、サーボレギユレー
タ10がドレン位置10aに切換り、旋回用の油圧ポンプ４
からの吐出油がなくなり、上記旋回モータ16へは蓄圧器
18より圧油が供給される。そしてこの蓄圧器18の圧力が
低下すると再びリリーフカツト弁11がONとなると共にサ
ーボレギユレータ10が作動位置19bとなつてポンプ回路
へ油圧ポンプ４から圧油が供給される。

上記作動における旋回モータ16の出力軸トルクは次式で
表わされる。

P:油圧kg／cm^２ q:モータの空量c.c／re よつて旋回体２はトルク制御される。

旋回体２の加速度は T:旋回慣性駆動トルク I:旋回慣性モーメント で表わされる。よつて旋回操作装置21の切換レバー24の
作動角により旋回モータ16の容量が制御され、駆動トル
ク制御されるので、旋回体２の加速度が制御されること
となり、オペレータは旋回操作装置21により任意の加速
度制御が可能であり、しかも起動、停止時のシヨツクを
なくすることができる。

（２）旋回ブレーキ時（旋回体２を急停止するとき） 旋回体２の旋回中において、旋回操作装置21の切換レバ
ー24を中立に戻すと、旋回モータ16のサーボレギユレー
タ17が中立位置に戻り、旋回モータ16の制御部が中立に
戻されて旋回モータ16は停止制御される。このとき、旋
回モータ16は停止制御される。このとき、旋回モータ16
のポンプ回路内の切換弁19はこれの作動圧作用部の回路
路に介装した絞り20aによつて戻るのが遅れてしばらく
作動位置19bのままいるから、上記旋回モータ16の停止
作動によりポンプ回路内の圧力が上昇すると、この圧力
はポンプ回路内に接続した蓄圧器18内に蓄圧される。そ
の後切換弁19がドレン位置19aに切換つて上記蓄圧器18
内の蓄圧力は回路内に封入された状態を保つ。

（３）蓄圧器18に蓄圧されている場合の再起動時 旋回操作装置21の切換レバー24を動かすと、操作弁22あ
るいは23により、切換レバー24の傾角に比例したパイロ
ツト圧が切換弁19の作動圧作用部に作用して、これに作
用したパイロツト圧に応じてこの切換弁19が作動位置19
bに切換る。このとき、上記旋回操作装置21からのパイ
ロツト圧は旋回用の油圧ポンプ４のサーボレギユレータ
10の作動圧作用部に作用してこれを作動位置19bに切換
えようとするが、このとき蓄圧器18からのパイロツト圧
が高いのでサーボレギユレータ10はドレン位置10aにと
どまり、旋回用の油圧ポンプ４の作動部は中立状態を続
け、この油圧ポンプ４は圧油を吐出しない。

従つてこのときの旋回モータ16へは蓄圧器18からの圧油
が供給され、この旋回モータ16は上記サーボレギユレー
タ17によつて制御された斜板等の作動部の傾角に比例し
たトルクで回転される。

蓄圧器18の蓄圧による放出エネルギがなくなると、旋回
慣性は最大となり、その後は旋回モータ16、減速機、配
管ロスにより徐々に減速される。

このとき、旋回操作装置21の切換レバー24をそのまま倒
していると、旋回用の油圧ポンプ４のサーボレギユレー
タ10が作動し、これの作動部が作動されてこれの作動量
に比例してポンプ吐出量が増加し、旋回モータ16の制御
と合わせて定速回転数を確保し、旋回体２は等速で回転
しつづける。つまり、旋回用の油圧ポンプ４の応援によ
り旋回モータ16は蓄圧器18の圧力が放出され終つた後の
減速が防止される。

第３図は上記作動時における旋回操作装置21の切換レバ
ー24の操作角度α、旋回体２の旋回速度ω、蓄圧器18の
蓄圧力Ｐの変化を示すもので、切換レバー24を一方のα
だけ傾動したとき、旋回体２は蓄圧器18による蓄圧量Ａ
と旋回用の油圧ポンプ４からの応援圧油量Ｂとによつて
一定の旋回速度ωが維持される。

切換レバー24を逆方向にαだけ傾動して元に戻すことに
より旋回体２は停止される。

すなわち、レバー24を−αだけ傾動すると、旋回モータ
16のサーボレギユレータ17が逆方向に作動し、旋回モー
タ16の作動部が逆方向に振られる。一方旋回慣性は当切
回転方向へ回り続けようとするため、旋回モータ16は逆
にポンプ作動され、圧油が蓄圧器18に押し戻され、蓄圧
器18に蓄圧される。これにより旋回体２は減速され、停
止される。

またこのときの蓄圧器18の圧力は安全弁のセツト圧ｐか
らＮ_２ガス封入圧p_Nに低下し、停止時に再び安全弁のセ
ツト圧ｐまで上昇する。なおこの再上昇時において、曲
線Ｃは蓄圧器18だけの場合で、これの回収時の油圧は効
率ロス分だけ当初のセツト圧より低く、旋回用の油圧ポ
ンプ４からの応援で曲線Ｄで示すようにセツト圧まで上
昇する。

上記作動における減速時は加速時と同様に切換レバー24
の傾動角に比例してモータ16の作動部を逆に振ることに
より減速度を制御できるので、オペレータの思いのまま
の減速度調整ができ、滑らかな停止性能を得ることがで
きる。

旋回式積込機の場合、90度旋回の積込作業の割合が多い
が、このような場合、第３図の点線で示すような作動を
し、旋回用の油圧ポンプ４による応援をほとんど必要な
く蓄圧器18の作動だけで旋回、停止が可能である。

第４図以下は本発明の他の実施例を示すもので、第４図
に示す第２の実施例では旋回用の油圧ポンプ４の吐出側
のポンプ回路に旋回優先切換弁25を介装し、旋回しない
ときの旋回用の油圧ポンプ４からの吐出油を他の作業機
用の操作弁に供給して他の油圧ポンプと合流させるよう
になつている。

第５図は本発明の第３の実施例を示すもので、この実施
例は上記の第２の実施例を改良したものである。

すなわち、上記第２の実施例では、旋回優先切換弁25は
旋回時の旋回操作装置21からのパイロツト圧だけで制御
されるため、旋回操作装置21の切換レバー24を操作して
いる間は旋回パイロツト圧により旋回位置に切換つてい
る。このため旋回駆動が行なわれている間は旋回用の油
圧ポンプ４の吐出圧は他のアクチエータへ供給すること
ができない。

90度旋回積込作業等通常の作業状態では蓄圧器18による
旋回作動を行なわせるように蓄圧器18の容量を決定する
のが有利であるので、このようにすると、旋回用の油圧
ポンプ４はほとんど遊んでいる状態となつている。

この実施例は上記不具合点を改良したもので、旋回操作
装置21と旋回用の油圧ポンプ４側のサーボレギユレータ
10のパイロツト圧作用部14を接続する回路内に、上記パ
イロツト圧作用部へ旋回操作装置21からのパイロツト圧
を供給する第１位置27aと、制御用ポンプ５からの圧油
を供給する第２位置27bとを有する旋回優先パイロツト
圧切換弁27を介装する。そして蓄圧器18の回路圧をこの
旋回優先パイロツト圧切換弁27のパイロツト圧作用部を
導き、蓄圧器18にある一定圧以上蓄圧された状態では、
この切換弁27は旋回操作装置21よりのパイロツト圧が旋
回用の油圧ポンプ４のサーボレギユレータ10に導かれ、
また一方旋回用の油圧ポンプ４の吐出圧をサーボレギユ
レータ10の反対側に導く。このことによりポンプのサー
ボレギユレータ10は旋回用の油圧ポンプ４の吐出圧に従
つて作動し、この油圧ポンプ４の吐出圧が高くなると作
動部の傾斜角が小さくなるように制御され、低くなると
大きくなるように制御されるようになつている。

また旋回優先切換弁25の旋回操作装置21からのパイロツ
ト圧作用部と反対側に蓄圧器18の回路圧を導き、蓄圧器
18の回路圧にある一定以上蓄圧された状態では旋回優先
切換弁25は上記パイロツト圧が作用しても旋回優先切換
弁25は旋回用の油圧ポンプ４の吐出圧が他のアクチエー
タへ導かれている状態の位置になつたままであり、蓄圧
器18の回路圧がある一定圧以上になつたとき、旋回優先
切換弁25は旋回操作装置21からのパイロツト圧に従つて
作動するようになつている。

この第３の実施例では上記のように構成により、旋回用
の油圧ポンプ４の圧油は常に有効に利用することができ
る。また通常作業では他のアクチエータの作動速度をい
つも旋回用の油圧ポンプ４からの応援分だけ速くするこ
とができる。また旋回優先パイロツト圧切換弁27によ
り、旋回用の油圧ポンプ４の圧力が他のアクチエータへ
利用されている間は、ポンプ４のサーボレギユレータ10
は他のアクチエータの負荷圧によつて制御される。そし
て蓄圧器18の圧力がなくなつて旋回用の油圧ポンプ４の
圧力が旋回駆動に供されるときは旋回操作装置21からの
パイロツト圧に従つて制御される。

第６図は本発明の第４の実施例を示すもので、この実施
例は旋回用の油圧ポンプ４と旋回モータ16とが閉回路で
接続した場合におけるものであり、28は旋回方向切換
弁、29は旋回用の油圧ポンプの応援切換弁である。また
５′はチヤージポンプである。

発明の効果 本発明によれば、オペレータの感覚にあつた旋回制御が
でき、また起動時及び停止時にシヨツクがなく滑らかな
作動ができる。さらに微操作性と複合操作性が大幅に向
上することができる。そしてさらに、起動時のエネルギ
回収は、油圧リリーフロスの90％以上回収可能であり、
また減速時のエネルギの回収は油圧リリーフロスの80％
以上回収でき、エネルギ回収時のモータ効率と減速機効
率、配管効率等を除いたエネルギのほとんどを回収でき
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は旋回式建
設機械の旋回装置の油圧回路図、第２図は旋回式建設機
械の説明図、第３図は旋回操作装置の切換レバーの傾角
に対する旋回モータの旋回速度、蓄圧器の蓄圧力の変化
を示す線図、第４図、第５図、第６図は他の実施例を示
す油圧回路図である。 4,5は油圧ポンプ、10,17はサーボレギユレータ、11はリ
リーフカツト弁、16は旋回モータ、18は蓄圧器、19は切
換弁、19aはフリー回転位置、19bは作動位置、20は作動
圧作用部、21は旋回操作装置、22,23は操作弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】サーボレギユレータ10にて制御する可変形
   の旋回用の油圧ポンプ４と、サーボレギユレータ17にて
   制御する両振可変形の旋回モータ16とをポンプ回路で接
   続し、このポンプ回路に蓄圧器18を接続し、また蓄圧器
   18の接続部と旋回モータ16との間のポンプ回路内に旋回
   モータ16をフリー回転させるフリー回転位置19aと、ポ
   ンプ回路を連通する作動位置19bとを有し、かつ作動圧
   作用部20に作用するパイロツト圧にて作動位置19bに切
   換るようにした切換弁19を介装し、上記両レギユレータ
   10,17のサーボ制御部と切換弁19の作動圧作用部20に、
   レバー操作角比例制御弁形の操作弁22,23からなる旋回
   操作装置21を介して制御用の油圧ポンプ５を接続し、ま
   た上記両サーボレギユレータ10,17に制御用の油圧ポン
   プ５を接続し、旋回用の油圧ポンプ４側のサーボレギユ
   レータ10と制御用の油圧ポンプ５との間に旋回用の油圧
   ポンプ４の吐出圧にて切換操作されるリリーフカツト弁
   11を介装したことを特徴とする旋回式建設機械の旋回エ
   ネルギ回収再利用装置。