KR101990177B1

KR101990177B1 - 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치

Info

Publication number: KR101990177B1
Application number: KR1020157018767A
Authority: KR
Inventors: 세이지 히지카타; 히데토시 사타케; 신야 이무라; 신지 니시카와
Original assignee: 히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2019-06-17
Also published as: JP6077015B2; CN104919190A; US20150354172A1; WO2014112566A1; KR20150108826A; EP2947332B1; EP2947332A4; JPWO2014112566A1; US10066368B2; CN104919190B; EP2947332A1

Abstract

에너지 회수 장치를 대형화하지 않고, 표준형 건설 기계와 동등한 조작성을 확보하고, 또한 효율적으로 에너지를 회수할 수 있는 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치를 제공한다. 액체압 실린더의 보텀측 유실측과 로드측 유실측을 연통시키기 위한 연통 관로와, 연통 관로에 설치되고, 그 개방도를 조정함으로써 연통 관로를 통과하는 압유의 압력 및/또는 유량을 조정 가능한 연통 밸브와, 액체압 실린더의 보텀측 유실측의 압력 신호를 검출하는 제1 압력 검출 수단과, 조작 수단의 조작량을 검출하는 조작량 검출 수단과, 제1 압력 검출 수단이 검출한 액체압 실린더의 보텀측 유실의 압력 신호와, 조작량 검출 수단이 검출한 조작 수단의 조작량을 도입하여, 액체압 실린더의 피스톤 로드 속도를 산출하고, 피스톤 로드 속도에 따라서 연통 밸브를 제어하는 제어 장치를 구비하였다.

Description

작업 기계의 압유 에너지 회수 장치 {HYDRAULIC FLUID ENERGY RECOVERY APPARATUS FOR WORK MACHINE}

본 발명은, 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 액체압 실린더를 갖는 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치에 관한 것이다.

유압 셔블 등의 건설 기계에 탑재되고, 액체압 실린더의 유압 액추에이터로부터 유출된 복귀 압유가 유입됨으로써 구동되는 유압 모터와, 유압 모터의 구동력이 입력됨으로써 전기 에너지를 발생시키는 발전기와, 발전기에 의해 발생된 전기 에너지를 저축하는 배터리를 구비한 압유의 에너지 회수 장치가 개시되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

일본 특허 공개 제2000-136806호 공보

상술한 종래 기술에 있어서, 예를 들어 액체압 실린더를 작업 기계의 붐을 구동시키는 붐 실린더에 적용한 경우, 붐의 자중 낙하에 의해 붐 실린더의 보텀측 유실로부터 배출되는 복귀 압유는 대유량으로 된다. 이로 인해, 예를 들어 복귀 압유의 회수 효율을 향상시키려고 하면, 대유량의 압유에 대응하는 대용량/대용적의 유압 모터, 발전기가 필요해져, 에너지 회수 장치가 대형화되어 버린다. 이 결과, 제조 비용의 상승을 초래함과 함께, 건설 기계에 있어서의 설치 공간의 문제가 발생한다.

설치 공간의 문제에 대해, 에너지 회수 장치의 용량을 단순히 소형화시키는 것도 고려되지만, 이 경우, 유입되는 복귀 압유의 시간당 유량을 제한할 필요가 발생하므로, 붐 하강 속도가 느려진다. 이 결과, 에너지 회수 장치를 탑재하지 않는 표준형 건설 기계와 비교하여, 조작성을 저하시킬 우려가 있다.

한편, 붐 실린더의 보텀측 유실로부터 배출되는 복귀 압유의 일부만을 에너지 회수 장치로 회수하도록 하면, 조작성을 확보할 수 있지만, 이 경우, 에너지 회수 장치로 완전히 회수되지 않는 복귀 압유는 탱크에 블리드 오프시킬 필요가 발생하여, 에너지의 회수 효율이 감소한다고 하는 문제가 발생한다.

본 발명은, 상술한 사항에 기초하여 이루어진 것으로, 에너지 회수 장치를 대형화하지 않고, 표준형 건설 기계와 동등한 조작성을 확보하고, 또한 에너지를 효율적으로 회수할 수 있는 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 제1 발명은, 유압 펌프와, 작업 장치를 구동시키는 액체압 실린더와, 상기 액체압 실린더를 조작하는 조작 수단과, 상기 액체압 실린더의 복귀 압유를 회수하는 유압 모터를 구비한 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치에 있어서, 상기 액체압 실린더의 보텀측 유실과 로드측 유실을 연통시키기 위한 연통 관로와, 상기 연통 관로에 설치되고, 그 개방도를 조정함으로써 상기 연통 관로를 통과하는 압유의 압력 및/또는 유량을 조정 가능한 연통 밸브와, 상기 액체압 실린더의 보텀측 유실의 압력 신호를 검출하는 제1 압력 검출 수단과, 상기 조작 수단의 조작량을 검출하는 조작량 검출 수단과, 상기 제1 압력 검출 수단이 검출한 상기 액체압 실린더의 보텀측 유실의 압력 신호와, 상기 조작량 검출 수단이 검출한 상기 조작 수단의 조작량을 도입하여, 상기 액체압 실린더의 피스톤 로드 속도를 산출하고, 상기 피스톤 로드 속도에 따라서 상기 연통 밸브를 제어하는 제어 장치를 구비한 것으로 한다.

또한, 제2 발명은, 제1 발명에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 피스톤 로드 속도로부터 산출되는 상기 로드측 유실의 체적 증가에 수반되는 압유의 흡입 유량보다 상기 액체압 실린더의 보텀측 유실로부터 로드측 유실에 유입되는 압유의 유량이 많아지도록, 상기 연통 밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제3 발명은, 제1 발명에 있어서, 상기 액체압 실린더의 로드측 유실의 압력 신호를 검출하는 제2 압력 검출 수단을 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 제1 및 제2 압력 검출 수단이 검출한 상기 액체압 실린더의 보텀측 유실의 압력과 상기 액체압 실린더의 로드측 유실의 압력의 차압이 미리 정한 설정 압력을 초과하는 경우에, 상기 연통 밸브의 개방도를 교축 제어하고, 상기 액체압 실린더의 보텀측 유실의 압력과 상기 액체압 실린더의 로드측 유실의 압력의 차압이 미리 정한 설정 압력 이하인 경우에, 상기 연통 밸브의 개방도를 완전 개방 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제4 발명은, 제1 발명에 있어서, 상기 액체압 실린더의 압유의 압력이 그 릴리프 압력 이상까지 상승된 경우에, 개방 동작하여 상기 압유를 탱크로 배출하는 압력 제어 밸브를 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 연통 밸브가 폐지되어 있는 상태에 있어서, 상기 제1 압력 검출 수단이 검출한 상기 액체압 실린더의 보텀측 유실의 압력과 상기 압력 제어 밸브의 릴리프 압력의 차압이, 미리 정한 설정압을 초과한 경우는, 상기 연통 밸브의 폐지 제어를 계속하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제5 발명은, 제1 발명에 있어서, 상기 액체압 실린더의 압유 압력이 그 릴리프 압력 이상까지 상승한 경우에, 개방 동작하여 상기 압유를 탱크로 배출하는 압력 제어 밸브를 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 연통 밸브의 개방 제어 중에 있어서, 상기 제1 압력 검출 수단이 검출한 상기 액체압 실린더의 보텀측 유실의 압력과 상기 압력 제어 밸브의 릴리프 압력의 차압이, 미리 정한 설정압을 초과한 경우는, 상기 연통 밸브를 폐지 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제6 발명은, 제1 내지 제5 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 조작 수단에 의해 제어되고, 상기 유압 펌프로부터의 압유를 상기 액체압 실린더에 전환 공급하는 제어 밸브와, 상기 액체압 실린더와 상기 제어 밸브 사이에 설치되고, 상기 액체압 실린더의 로드측 유실의 압유를 탱크에 연통시키는 배출 밸브를 더 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 액체압 실린더의 피스톤 로드 속도를 제어하면서, 액체압 실린더로부터 배출되는 유실에 있어서의 복귀 압유를 승압시켜, 압유 에너지 회수 장치에 유입되는 복귀 압유의 유량을 감소시키고 있으므로, 회수 에너지를 감소시키는 일 없이, 압유 에너지 회수 장치를 소형화할 수 있다. 이 결과, 표준형 건설 기계와 동등한 조작성을 확보할 수 있어, 에너지의 회수 효율의 향상이 도모된다.

도 1은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치의 제1 실시 형태를 구비한 유압 셔블을 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치의 제1 실시 형태를 나타내는 제어 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치의 제1 실시 형태의 마력 곡선을 나타내는 특성도이다.
도 4는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치의 제1 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치의 제1 실시 형태에 있어서의 컨트롤러의 처리 내용을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치의 제1 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 제어 내용을 설명하는 특성도이다.
도 7은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치의 제2 실시 형태를 나타내는 제어 시스템의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치의 제2 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 블록도이다.

이하, 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치의 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다.

실시예 1

도 1은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치의 제1 실시 형태를 구비한 유압 셔블을 도시하는 사시도, 도 2는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치의 제1 실시 형태를 나타내는 제어 시스템의 개략도이다.

도 1에 있어서, 유압 셔블(1)은, 붐(1a), 아암(1b) 및 버킷(1c)을 갖는 다관절형 작업 장치(1A)와, 상부 선회체(1d) 및 하부 주행체(1e)를 갖는 차체(1B)를 구비하고 있다. 붐(1a)은, 상부 선회체(1d)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 붐 실린더(액체압 실린더)(3a)에 의해 구동된다. 상부 선회체(1d)는 하부 주행체(1e) 상에 선회 가능하게 설치되어 있다.

아암(1b)은, 붐(1a)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 아암 실린더(액체압 실린더)(3b)에 의해 구동된다. 버킷(1c)은, 아암(1b)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 버킷 실린더(액체압 실린더)(3c)에 의해 구동된다. 붐 실린더(3a), 아암 실린더(3b) 및 버킷 실린더(3c)의 구동은, 상부 선회체(1d)의 운전실(캡) 내에 설치되어 유압 신호를 출력하는 조작 장치(4)(도 2 참조)에 의해 제어되고 있다.

도 2에 나타내는 실시 형태에 있어서는, 붐(1a)을 조작하는 붐 실린더(3a)에 관한 제어 시스템만을 나타내고 있다. 이 제어 시스템은, 제어 밸브(2)와, 조작 장치(4)와, 파일럿 체크 밸브(8)와, 연통 제어 밸브(9)와, 회수 전환 밸브(10)와, 보텀측 유실측 관로 전환 밸브(11)와, 로드측 유실측 관로 전환 밸브(12)와, 배출 전환 밸브(배출 밸브)(13)와, 전자 비례 밸브(14)와, 제1∼제4 전자 전환 밸브(15∼18)와, 인버터(22)와, 초퍼(23)와, 축전 장치(24)와, 압력 센서(34∼36)를 구비하고 있고, 제어 장치로서 컨트롤러(100)를 구비하고 있다.

유압원 장치로서는, 유압 펌프(6)와 파일럿 압유를 공급하는 파일럿 유압 펌프(7)와 탱크(6A)를 구비하고 있다. 유압 펌프(6)와 파일럿 유압 펌프(7)는 구동축에 의해 연결되고, 이 구동축과 접속된 엔진(60)에 의해 구동된다.

유압 펌프(6)로부터의 압유를 붐 실린더(3a)로 공급하는 관로(40)에는, 관로 내의 압유의 방향과 유량을 제어하는 4포트 3위치형 제어 밸브(2)가 설치되어 있다. 제어 밸브(2)는, 그 파일럿 수압부(2a, 2b)에의 파일럿 압유의 공급에 의해, 스풀 위치를 전환하여, 유압 펌프(6)로부터의 압유를 붐 실린더(3a)에 공급하여, 붐(1a)을 구동시키고 있다.

유압 펌프(6)로부터의 압유가 공급되는 제어 밸브(2)의 입구 포트는, 관로(40)에 의해 유압 펌프(6)와 접속되어 있다. 제어 밸브(2)의 출구 포트는, 복귀 관로(43)에 의해 탱크(6A)와 접속되어 있다.

제어 밸브(2)의 한쪽 접속 포트에는, 보텀측 유실(3ax)의 관로(40a)의 일단부측이 접속되어 있고, 보텀측 유실 관로(40a)의 타단부측은 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)에 접속되어 있다. 또한, 제어 밸브(2)의 다른 쪽 접속 포트에는, 로드측 유실(3ay)의 관로(40b)의 일단부측이 접속되어 있고, 로드측 유실 관로(40b)의 타단부측은 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3ay)에 접속되어 있다.

보텀측 유실측 관로(40a)에는, 제어 밸브(2)측으로부터 차례로, 2포트 2위치의 전환 밸브인 보텀측 유실 관로 전환 밸브(11)와, 회수 분기부(40a1)와, 연통 분기부(40a2)와, 릴리프 분기부(40a3)와, 파일럿 체크 밸브(8)와, 제1 압력 검출 수단인 압력 센서(34)가 설치되어 있다. 회수 분기부(40a1)에는 회수 관로(42)가, 연통 분기부(40a2)에는 보텀측 유실 연통 관로(41a)가 각각 접속되어 있다.

또한, 릴리프 분기부(40a3)에는, 흡입만을 허가하는 제1 메이크업 밸브(31)의 출구측과, 보텀측 유실 관로(40a)의 압력이 설정압 이상의 고압으로 되면 작동유를 탱크(6A)에 릴리프하는 제1 오버로드 릴리프 밸브(30)의 입구측이 접속되어 있고, 제1 메이크업 밸브(31)의 입구측과 제1 오버로드 릴리프 밸브(30)의 출구측은 탱크(6A)에 연통되는 관로에 접속되어 있다. 제1 메이크업 밸브(31)는, 보텀측 유실 관로(40a)의 부압에 의한 캐비테이션의 발생을 방지하는 것이다. 제1 오버로드 릴리프 밸브(30)는, 보텀측 유실 관로(40a)에 있어서의 압유의 압력 상승에 의한 배관이나 기기의 손상을 방지하는 것이다.

보텀측 유실 관로 전환 밸브(11)는, 일단부측에 스프링(11b)을, 타단부측에 파일럿 수압부(11a)를 갖고, 그 파일럿 수압부(11a)에의 파일럿 압유의 공급의 유무에 의해, 스풀 위치를 전환하여, 제어 밸브(2)와 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax) 사이에 있어서의 압유의 연통/차단을 제어하고 있다. 파일럿 수압부(11a)에는, 파일럿 유압 펌프(7)로부터 후술하는 제2 전자 전환 밸브(16)를 통해 파일럿 압유가 공급된다.

압력 센서(34)(제1 압력 검출 수단)는, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실의 압유 압력을 검출하여 그 압력에 대응하는 전기 신호로 변환하는 신호 변환 수단으로서 기능하는 것으로, 변환된 전기 신호를 컨트롤러(100)에 출력 가능하게 구성되어 있다.

로드측 유실 관로(40b)에는, 제어 밸브(2)측으로부터 차례로, 3포트 2위치의 전환 밸브인 로드측 유실 관로 전환 밸브(12)와, 복귀 분기부(40b1)와, 연통 분기부(40b2)와, 릴리프 분기부(40b3)와, 제2 압력 검출 수단인 압력 센서(35)가 설치되어 있다. 복귀 분기부(40b1)에는 2포트 2위치의 전환 밸브인 배출 전환 밸브(배출 밸브)(13)를 통해 탱크(6A)에 연통되는 관로가, 연통 분기부(40b2)에는, 로드측 유실 연통 관로(41b)가 각각 접속되어 있다.

또한, 릴리프 분기부(40b3)에는, 흡입만을 허가하는 제2 메이크업 밸브(33)의 출구측과, 보텀측 유실 관로(40b)의 압력이 설정압 이상의 고압으로 되면 작동유를 탱크(6A)에 릴리프하는 제2 오버로드 릴리프 밸브(32)의 입구측이 접속되어 있고, 제2 메이크업 밸브(33)의 입구측과 제2 오버로드 릴리프 밸브(32)의 출구측은 탱크(6A)에 연통되는 관로에 접속되어 있다. 제2 메이크업 밸브(33)는, 로드측 유실 관로(40b)의 부압에 의한 캐비테이션의 발생을 방지하는 것이다. 제2 오버로드 릴리프 밸브(32)는 로드측 유실 관로(40b)에 있어서의 압유의 압력 상승에 의한 배관이나 기기의 손상을 방지하는 것이다.

로드측 유실 관로 전환 밸브(12)는, 일단부측에 스프링(12b)을, 타단부측에 파일럿 수압부(12a)를 갖고, 그 파일럿 수압부(12a)에의 파일럿 압유의 공급의 유무에 의해, 스풀 위치를 전환한다. 파일럿 수압부(12a)가 파일럿 압유의 가압을 받지 않는 경우에는, 유압 펌프(6)가 토출한 압유를 제어 밸브(2)를 통해 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3ay)에 공급하는 스풀 위치로 되고, 파일럿 수압부(12a)가 파일럿 압유의 가압을 받은 경우에는, 유압 펌프(6)가 토출한 압유를 탱크(6A)로 배출하여, 로드측 유실 관로(40b)의 압유의 탱크(6A)에의 배출을 차단하는 스풀 위치로 된다. 파일럿 수압부(12a)에는, 파일럿 유압 펌프(7)로부터 후술하는 제4 전자 전환 밸브(18)를 통해 파일럿 압유가 공급된다.

배출 전환 밸브(13)는, 일단부측에 스프링(13b)을, 타단부측에 파일럿 수압부(13a)를 갖고, 그 파일럿 수압부(13a)에의 파일럿 압유의 공급의 유무에 의해, 스풀 위치를 전환하여, 로드측 유실 관로(40b)에 있어서의 압유의 탱크(6A)에의 배출/차단을 제어하고 있다. 파일럿 수압부(13a)에는, 파일럿 유압 펌프(7)로부터 후술하는 제3 전자 전환 밸브(17)를 통해 파일럿 압유가 공급된다.

압력 센서(35)(제2 압력 검출 수단)는, 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3ay)의 압유의 압력을 검출하여 그 압력에 대응하는 전기 신호로 변환하는 신호 변환 수단으로서 기능하는 것으로, 변환된 전기 신호를 컨트롤러(100)에 출력 가능하게 구성되어 있다.

로드측 유실 관로(40b)의 로드측 유실 연통 관로(41b)는, 일단부측을 연통 분기부(40b2)에 접속하고, 타단부측을 2포트 2위치의 전환 제어 밸브인 연통 제어 밸브(9)의 출구 포트에 접속하고 있다. 연통 제어 밸브(9)의 입구 포트는, 일단부측을 보텀측 유실 관로(40a)의 연통 분기부(40a2)에 접속한 보텀측 유실 연통 관로(41a)의 타단부측에 접속하고 있다. 보텀측 유실 연통 관로(41a)와 연통 제어 밸브(9)와 로드측 유실 연통 관로(41b)에 의해, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)로부터의 복귀 압유를 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3ay)로 유량 제어하면서 도입 가능하게 하는 연통 관로(41)가 구성되어 있다.

연통 제어 밸브(9)는, 일단부측에 스프링(9b)을, 타단부측에 파일럿 수압부(9a)를 갖고, 그 파일럿 수압부(9a)에의 파일럿 압유의 공급압의 값에 의해, 압유가 통과하는 개구 면적을 제어한다. 이것에 의해, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)로부터 로드측 유실(3ay)로 유입되는 복귀 압유의 유량을 제어할 수 있다.

제어 밸브(2)의 스풀 위치는, 조작 장치(4)의 조작 레버 등의 조작에 의해 전환 조작된다. 조작 장치(4)에는, 파일럿 밸브(5)가 설치되어 있고, 파일럿 밸브(5)는 파일럿 유압 펌프(7)로부터의 도시하지 않은 파일럿 1차측 유로를 통해 공급되는 파일럿 1차 압유로부터, 조작 레버 등의 도면 상 a방향의 틸팅 조작(붐 상승 방향 조작)의 조작량에 따른 파일럿압 Pu의 파일럿 2차 압유를 발생시킨다. 이 파일럿 2차 압유는, 파일럿 2차측 유로(50a)를 통해 제어 밸브(2)의 파일럿 수압부(2a)에 공급되고, 제어 밸브(2)는 파일럿압 Pu에 따라서 전환/제어된다.

마찬가지로, 파일럿 밸브(5)는, 조작 레버 등의 도면 상 b방향의 틸팅 조작(붐 하강 방향 조작)의 조작량에 따른 파일럿압 Pd의 파일럿 2차 압유를 발생시킨다. 이 파일럿 2차 압유는, 파일럿 2차측 유로(50b)를 통해 제어 밸브(2)의 파일럿 수압부(2b)에 공급되고, 제어 밸브(2)는 파일럿압 Pd에 따라서 전환/제어된다.

따라서, 제어 밸브(2)의 스풀은, 이들 2개의 파일럿 수압부(2a, 2b)에 입력되는 파일럿압 Pu, Pd에 따라서 이동하여, 유압 펌프(6)로부터 붐 실린더(3a)에 공급되는 압유의 방향 및 유량을 전환한다.

파일럿압 Pd의 파일럿 2차 압유는, 파일럿 2차측 유로(50b)를 통해 파일럿 체크 밸브(8)에도 공급된다. 파일럿 체크 밸브(8)는, 파일럿압 Pd가 가압됨으로써, 개방 동작된다. 이것에 의해, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 압유가, 보텀측 유실 관로(40a)로 유도된다. 파일럿 체크 밸브(8)는, 붐 실린더(3a)로부터 보텀측 유실 관로(40a)에의 부주의한 압유 유입(붐 낙하)을 방지하기 위한 것이며, 통상은, 회로를 차단하고 있고, 파일럿 압유의 가압에 의해 회로를 개방하는 것이다.

파일럿 2차측 유로(50b)에는, 압력 센서(36)(파일럿압 검출 수단)가 장착되어 있다. 이 압력 센서(36)는, 조작 장치(4)의 파일럿 밸브(5)의 하강측 파일럿압 Pd를 검출하여 그 압력에 대응하는 전기 신호로 변환하는 신호 변환 수단으로서 기능하는 것으로, 변환된 전기 신호를 컨트롤러(100)에 출력 가능하게 구성되어 있다.

다음으로, 동력 회수 장치(70)에 대해 설명한다. 동력 회수 장치(70)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 회수 관로(42)와, 연통 관로(41)와, 전자 비례 밸브(14)와, 제1∼제4 전자 전환 밸브(15∼18)와, 유압 모터(20)와, 발전기(21)와, 인버터(22)와, 초퍼(23)와, 축전 장치(24)와, 컨트롤러(100)를 구비하고 있다.

회수 관로(42)는, 회수 전환 밸브(10)와, 이 회수 전환 밸브(10)의 하류측에 설치되고 발전기(21)가 기계적으로 접속된 유압 모터(20)를 구비하고 있고, 당해 유압 모터(20)를 통해 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)로부터의 복귀 압유를 탱크(6A)로 유도하고 있다. 붐 하강시에 있어서의 복귀 압유를 회수 관로(42)에 도입하여 유압 모터(20)를 회전시키면, 발전기(21)가 회전하여 발전하고, 그 전기 에너지는 인버터(22), 승압을 하기 위한 초퍼(23)를 통해 축전 장치(24)에 축전된다.

회수 전환 밸브(10)는, 일단부측에 스프링(10b)을, 타단부측에 파일럿 수압부(10a)를 갖고, 그 파일럿 수압부(10a)에의 파일럿 압유의 공급의 유무에 의해, 스풀 위치를 전환하여, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 복귀 압유의 유압 모터(20)에의 유입/차단을 제어하고 있다. 파일럿 수압부(10a)에는, 파일럿 유압 펌프(7)로부터 후술하는 제1 전자 전환 밸브(15)를 통해 파일럿 압유가 공급된다.

또한, 붐 하강 조작시에 있어서의 유압 모터(20) 및 발전기(21)의 회전수는 인버터(22)에 의해 제어되고 있다. 이와 같이 유압 모터(20)의 회전수를 인버터(22)로 제어하면 유압 모터(20)를 통과하는 압유의 유량을 조정할 수 있으므로, 보텀측 유실(3ax)로부터 회수 관로(42)로 유입되는 복귀 압유의 유량을 조정할 수 있다. 즉, 본 실시 형태에 있어서의 인버터(22)는, 회수 관로(42)의 압유의 유량을 제어하는 유량 제어 수단으로서 기능하고 있다.

연통 관로(41)는, 연통 제어 밸브(9)를 통해, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)로부터의 복귀 압유를 유량 제어하면서 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3ay)로 유도하고 있다. 연통 제어 밸브(9)에 있어서의 파일럿 수압부(9a)에는, 파일럿 유압 펌프(7)로부터 전자 비례 밸브(14)를 통해 출력되는 파일럿 압유가 입력되고 있다. 연통 제어 밸브(9)의 스풀은, 파일럿 수압부(9a)에 입력되는 파일럿 압유의 압력에 따라서 이동하므로, 압유가 통과하는 개구 면적이 제어된다. 이것에 의해, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)로부터 로드측 유실(3ay)로 유입되는 복귀 압유의 유량을 제어할 수 있다.

전자 비례 밸브(14)는, 컨트롤러(100)로부터의 지령 신호에 따라서, 파일럿 유압 펌프(7)로부터 공급된 파일럿 1차 압유를, 원하는 압력의 파일럿 2차 압유로 변환하여 연통 제어 밸브(9)의 파일럿 수압부(9a)에 출력하는 것이다. 이에 의해, 보텀측 유실(3ax)로부터 연통 제어 밸브(9)를 통과하는 복귀유의 유량[즉, 연통 관로(41)를 흐르는 복귀 압유의 유량]을 조정하고 있다. 즉, 본 실시 형태에 있어서의 전자 비례 밸브(14)는, 연통 관로(41)의 유량을 제어하는 유량 제어 수단으로서 기능하고 있다.

본 실시 형태에 있어서의 전자 비례 밸브(14)의 입력 포트에는, 파일럿 유압 펌프(7)로부터 출력되는 압유가 입력되고 있다. 한편, 전자 비례 밸브(14)의 조작부에는, 컨트롤러(100)의 후술하는 전자 비례 밸브 출력값 연산부(104)(도 4 참조)로부터 출력되는 지령값이 입력되어 있다. 이 지령값에 따라서 전자 비례 밸브(14)의 스풀 위치가 조정되고, 이에 의해, 파일럿 유압 펌프(7)로부터 연통 제어 밸브(9)의 파일럿 수압부(9a)에 공급되는 파일럿 압유의 압력이 적절하게 조정되고 있다.

제1 전자 전환 밸브(15)는, 컨트롤러(100)로부터의 지령 신호에 따라서, 파일럿 유압 펌프(7)로부터 공급된 파일럿 압유의 회수 전환 밸브(10)의 파일럿 조작부(10a)에의 공급/차단을 제어하는 것이다.

제2 전자 전환 밸브(16)는, 컨트롤러(100)로부터의 지령 신호에 따라서, 파일럿 유압 펌프(7)로부터 공급된 파일럿 압유의 보텀측 유실 관로 전환 밸브(11)의 파일럿 조작부(11a)에의 공급/차단을 제어하는 것이다.

제3 전자 전환 밸브(17)는, 컨트롤러(100)로부터의 지령 신호에 따라서, 파일럿 유압 펌프(7)로부터 공급된 파일럿 압유의 배출 전환 밸브(13)의 파일럿 조작부(13a)에의 공급/차단을 제어하는 것이다.

제4 전자 전환 밸브(18)는, 컨트롤러(100)로부터의 지령 신호에 따라서, 파일럿 유압 펌프(7)로부터 공급된 파일럿 압유의 로드측 유실측 관로 전환 밸브(12)의 파일럿 조작부(12a)에의 공급/차단을 제어하는 것이다.

제1∼제4 전자 전환 밸브(15∼18)의 각 입력 포트에는, 파일럿 유압 펌프(7)로부터 출력되는 압유가 입력되고, 제1∼제4 전자 전환 밸브(15∼18)의 조작부에는, 컨트롤러(100)의 후술하는 전환 밸브 시퀀스 제어 연산부(102)(도 4 참조)로부터 출력되는 지령 신호가 각각 입력되어 있다.

컨트롤러(100)는, 압력 센서(34)로부터 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 압력을, 압력 센서(35)로부터 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3ay)의 압력을, 압력 센서(36)로부터 조작 장치(4)의 파일럿 밸브(5)의 하강측 파일럿압 Pd를 각각 입력하고, 이들 입력값에 따른 연산을 행하여, 복귀 압유의 에너지 회수 실행의 유무를 판단함과 함께, 에너지 회수 실행시에는, 전자 비례 밸브(14), 제1∼제4 전자 전환 밸브(15∼18) 및 인버터(22)에 제어 지령을 출력함으로써, 연통 관로(41)를 통과하는 붐 실린더(3a)로부터의 복귀 압유의 유량을 제어하여, 회수 관로(42)로 유입되는 복귀 압유의 압력을 증가시키고, 유량을 감소시키는 제어를 행한다. 이것에 의해, 붐 실린더(3a)의 피스톤 로드 속도를 제어하면서, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)로부터 배출되는 복귀 압유를 승압시키고, 유압 모터(20)로 유입되는 복귀 압유의 유량을 감소시키고 있으므로, 회수 에너지를 감소시키는 일 없이, 압유 에너지 회수 장치를 소형화할 수 있다.

다음으로, 조작 장치(4)의 조작에 의한 각 부 동작의 개요를 도 2를 사용하여 설명한다.

우선, 조작 장치(4)의 조작 레버를 a방향(붐 상승 방향)으로 틸팅 조작하면, 파일럿 밸브(5)로부터 생성되는 파일럿압 Pu가 제어 밸브(2)의 파일럿 수압부(2a)에 가해져, 제어 밸브(2)가 전환 조작된다. 이에 의해, 유압 펌프(6)로부터의 압유가 보텀측 유실측 관로 전환 밸브(11)를 통해 보텀측 유실측 관로(40a)로 유도되고, 파일럿 체크 밸브(8)를 통해 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)로 유입된다. 이 결과, 붐 실린더(3a)는 신장 동작된다.

이것에 수반하여, 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3ay)로부터 배출되는 복귀 압유는, 로드측 유실 관로(40b), 로드측 유실 관로 전환 밸브(12), 제어 밸브(2)를 통해 탱크(6A)로 유도된다. 이때, 연통 제어 밸브(9)는 폐지되어 있으므로, 연통 관로(41)에 압유는 흐르지 않고, 회수 전환 밸브(10)도 폐지되어 있으므로, 회수 관로(42)에도 압유는 유입되지 않는다.

다음으로, 조작 장치(4)의 조작 레버를 b방향(붐 하강 방향)으로 틸팅 조작하면, 파일럿 밸브(5)로부터 생성되는 파일럿압 Pd가 압력 센서(36)에 의해 검출되어 컨트롤러(100)에 입력된다. 또한, 컨트롤러(100)는 압력 센서(34)에 의해 검출된 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 압력을 기초로, 복귀 압유의 에너지 회수 실행의 유무를 판단한다.

복귀 압유의 에너지 회수를 실행하지 않는다고 판단된 경우에는, 파일럿 밸브(5)로부터 생성되는 파일럿압 Pd가 제어 밸브(2)의 파일럿 수압부(2b)와 파일럿 체크 밸브(8)에 가해져, 제어 밸브(2)가 전환 조작되어, 파일럿 체크 밸브(8)가 개방 동작한다. 이에 의해, 유압 펌프(6)로부터의 압유가 로드측 유실 관로 전환 밸브(11)를 통해 로드측 유실 관로(40b)로 유도되어, 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3ay)에 유입된다. 이 결과, 붐 실린더(3a)는 축소 동작한다. 이에 수반하여, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)로부터 배출되는 복귀 압유는, 파일럿 체크 밸브(8), 보텀측 유실 관로(40a), 보텀측 유실 관로 전환 밸브(11), 제어 밸브(2)를 통해 탱크(6A)로 유도된다. 이때, 연통 제어 밸브(9)는 폐지되어 있으므로, 연통 관로(41)에 압유는 흐르지 않고, 회수 전환 밸브(10)도 폐지되어 있으므로, 회수 관로(42)에도 압유는 유입되지 않는다.

한편, 복귀 압유의 에너지 회수를 실행한다고 판단된 경우에는, 컨트롤러(100)는 압력 센서(35)에 의해 검출된 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3ay)의 압력을 더 도입하여, 연산하고, 회수 전환 밸브(10)를 개방 상태, 보텀측 유실 관로 전환 밸브(11)를 폐지 상태, 로드측 유실 관로 전환 밸브(12)를 폐지 상태로 각각 전환하는 지령을 제1, 제2, 제4 전자 전환 밸브에 출력한다. 이에 의해, 유압 펌프(6)로부터의 압유는, 탱크(6A)로 배출되어, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)로부터의 복귀 압유의 제어 밸브(2)측으로의 유출은 차단된다.

컨트롤러(100)는, 입력된 각 압력에 따라서 전자 비례 밸브(14)에 제어 지령을 출력한다. 이 결과, 연통 제어 밸브(9)의 파일럿 수압부(9a)에 파일럿압이 가해져, 연통 제어 밸브(9)의 개구 면적이 제어된다. 이에 의해, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)로부터의 복귀 압유가, 연통 관로(41)와 로드측 유실 관로(40b)를 통해 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3ay)로 유도되어, 붐 실린더(3a)는 축소 동작된다. 이에 수반하여, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)로부터 배출되는 복귀 압유는 증압된다.

이때, 파일럿 밸브(5)로부터 파일럿압 Pd가 파일럿 2차측 유로(50b)를 통해 파일럿 체크 밸브(8)에 조작압으로서 유도되므로, 파일럿 체크 밸브(8)가 개방 동작한다. 이에 의해, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)로부터 배출되는 복귀 압유의 일부가 회수 전환 밸브(10)를 통해 유압 모터(20)로 유도되어, 유압 모터(20)에 접속된 발전기(21)가 발전 동작을 행한다. 발전된 전기 에너지는 축전 장치(24)에 축전된다. 이때, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)로부터 배출되는 복귀 압유의 유량은, 연통 관로(41)에 유입되는 것과 회수 관로(42)에 유입되는 것으로 나뉘므로, 회수 관로(42)로 유입되는 복귀 압유의 유량을 감소시킬 수 있다.

한편, 컨트롤러(100)는 입력된 파일럿압 Pd의 신호, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 압력 신호 및 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3ay)의 압력 신호로부터 상태를 판단하여, 제1∼제4 전자 전환 밸브(15∼18)에의 지령값, 전자 비례 밸브(14)에의 지령값 및 발전기(21)의 제어 장치인 인버터(22)에의 제어 지령값을 산출·출력한다. 이 결과, 붐 하강 동작에 있어서 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)로부터 배출되는 복귀 압유의 유량이, 연통 제어 밸브(9)측(연통 관로 유량)과 회수용 유압 모터(20)측(회수 유량)으로 유도되므로, 조작성을 확보하면서 적절한 회수 동작이 행해진다.

다음으로, 컨트롤러(100)의 제어의 개요에 대해 도 3 및 도 4를 사용하여 설명한다. 도 3은, 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치의 제1 실시 형태의 마력 곡선을 나타내는 특성도, 도 4는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치의 제1 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 블록도이다. 도 3 및 도 4에 있어서, 도 1 및 도 2에 나타내는 부호와 동일한 부호의 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 3에 있어서, 횡축은 회수 장치에 유입되는 복귀 압유의 압력 P, 종축은 회수 장치에 유입되는 복귀 압유의 유량 Q로서, 회수 장치의 마력 곡선의 특성을 특성선 a의 실선으로 나타내고 있다. 여기서, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)로부터 유출되는 복귀 압유의 압력과 유량이, <1>의 상태(P1, Q1)인 경우, 유량 Q1이 회수 장치의 최대 유량 Qmax를 초과하고 있으므로, 최대 유량 Qmax를 초과하는 부분의 복귀 압유의 에너지(사선으로 나타내는 부분)를 회수할 수는 없다.

한편, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)로부터 연통 관로(41)를 통해 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3ay)로 복귀 압유를 일부 공급하면, <2>의 상태(P2, Q2)로 이행할 수 있다. 이것에 의해, 예를 들어 <1>의 복귀 압유의 압력 P1을 대략 2배의 압력 P2로 하고, 마찬가지로 유량 Q1을 대략 절반의 유량 Q2로 할 수 있다. <2>의 상태에 있어서는, 회수 장치가 복귀 압유의 에너지를 모두 회수 가능하므로, <1>의 상태와 비교하여 에너지 회수량을 증가시킬 수 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 컨트롤러(100)가, 연통 관로(41)를 통해 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3ay)로 공급되는 압유의 유량과 압력을 연통 제어 밸브(9)의 개구 면적을 제어하고, 회수 관로(42)로부터 유압 모터(20)에 유입되는 압유의 유량을 발전기(21)와 인버터(22)로 제어하고 있다.

도 4에 도시하는 컨트롤러(100)는, 압력 비교 연산부(101)와, 전환 밸브 시퀀스 제어 연산부(102)와, 연통 제어 밸브 개구 면적 연산부(103)와, 전자 비례 밸브 출력값 연산부(104)와, 회수 목표 유량 연산부(105)와, 발전기 지령값 연산부(106)를 구비하고 있다.

압력 비교 연산부(101)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 압력 센서(34)에 의해 검출된 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 압력과, 압력 센서(35)에 의해 검출된 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3ay)의 압력과, 압력 센서(36)에 의해 검출된 조작 장치(4)의 파일럿 밸브(5)의 하강측 파일럿압 Pd를 입력하여, 연통 제어 밸브(9)의 개방 동작의 가부를 판단하는 제1 연산과, 후술하는 연통 제어 밸브(9)의 제어 형태를 전환하는 제2 연산과, 배출 전환 밸브(13)의 전환 신호를 생성하는 제3 연산을 행한다.

우선, 제1 연산에 대해 설명한다. 붐 실린더(3a)에 있어서의 로드측 유실(3ay)의 피스톤의 면적을 Ar, 붐 실린더(3a)에 있어서의 보텀측 유실(3ax)의 피스톤의 면적을 Ab라 하면, 붐이 하강 동작하여, 연통 제어 밸브(9)가 개방 동작되면, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 압력은, 최대, Ab/Ar배까지 승압된다. 통상의 유압 셔블에서는, 보텀측 유실(3ax)의 피스톤의 면적 Ab는, 로드측 유실(3ay)의 피스톤의 면적 Ar의 약 2배이므로, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 압력은 약 2배까지 승압되게 된다. 이로 인해, 원래의 보텀측 유실(3ax)의 압력이 높은 상태에서, 연통 제어 밸브(9)를 개방 동작시키면, 배관이나 기기를 손상시킬 우려가 있다.

따라서, 제1 연산에 있어서, 이하의 식(1)의 연산을 행한다.

여기서, Pb1은, 연통 제어 밸브(9) 개방 동작 전의 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 압력, Polr은, 제1 오버로드 릴리프 밸브(30)의 설정 압력, Pset1은, 회수 허용 설정 차압이다.

식(1)에 의해, 연통 제어 밸브(9)를 개방 동작시켜, 승압시킨 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 압력과, 제1 오버로드 릴리프 밸브(30)의 설정 압력의 차압이, 회수 허용 설정 차압 Pset1 초과라고 판단되면, 승압시켜 에너지 회수를 행하지 않기 위한 지령을 전환 밸브 시퀀스 제어 연산부(102)에 출력한다. 한편, 이 차압이, 회수 허용 설정 차압 Pset1 이하라고 판단되면, 회수를 행하기 위한 지령을 전환 밸브 시퀀스 제어 연산부(102)에 출력한다.

제2 연산은, 연통 제어 밸브(9)를 개방 동작시키는 경우에 있어서의 제어 형태의 선택에 사용되는 것이다. 연통 제어 밸브(9)의 개방 동작에 의해, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)로부터 로드측 유실(3ay)로 압유가 유입되고, 보텀측 유실(3ax)의 압력과 함께 로드측 유실(3ay)의 압력은 상승한다. 이때, 보텀측 유실(3ax)의 압력과 로드측 유실(3ay)의 압력의 차압을 감시하고, 제어 형태를 선택하기 위해, 이하의 식(2)의 연산을 행한다.

여기서, Pb2는, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 압력, Pr2는, 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3ay)의 압력, Pset2는, 조정 설정 차압이다.

식(2)에 의해, 연통 제어 밸브(9)를 개방 동작시켜, 승압시키는 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 압력과, 로드측 유실(3ay)의 압력의 차압이, 조정 설정 차압 Pset2 초과라고 판단되면, 개구 면적 조정 제어를 행하기 위한 지령을 연통 제어 밸브 개구 면적 연산부(103)에 출력한다. 한편, 이 차압이, 조정 설정 차압 Pset2 이하라고 판단되면, 개구 완전 개방 제어를 행하기 위한 지령을 연통 제어 밸브 개구 면적 연산부(103)에 출력한다. 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 압력이 승압 완료되어, 로드측 유실(3ay)로 유입되는 연통 관로(41)의 압유의 유량이 일정해졌는지 여부를 판단하여, 압유의 유량이 일정해진 경우에는, 압력 손실을 최소로 하기 위해, 개구 완전 개방 제어를 행한다.

제3 연산은, 배출 전환 밸브(13)의 전환 신호를 생성하는 것이다. 연통 제어 밸브(9) 개방 동작에 의해, 보텀측 유실(3ax)의 압력과 함께 로드측 유실(3ay)의 압력은 상승한다. 이후, 예를 들어 조작 장치(4)의 조작 레버가 중립으로 복귀되면, 연통 제어 밸브(9)는 개방 상태로부터 폐지 상태로 이행하지만, 로드측 유실 관로(40b)에 승압된 압유가 잔류하는 경우가 상정된다. 따라서, 보텀측 유실(3ax)의 압력과 로드측 유실(3ay)의 압력의 차압을 감시하고, 잔류 압유를 배출 제어하기 위해, 이하의 식(3)의 연산을 행한다.

여기서, Pb2는, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 압력, Pr2는, 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3ay)의 압력, Pset3은, 전환 설정 차압이다.

식(3)에 의해, 압유의 에너지 회수를 행한 후에, 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3ay)의 압력과, 보텀측 유실(3ax)의 압력의 차압이, 전환 설정 차압 Pset3 초과라고 판단되면, 로드측 유실 관로(40b)와 탱크(6A)를 연통시키기 위해, 배출 전환 밸브(13)를 전환하는 지령을 전환 밸브 시퀀스 제어 연산부(102)에 출력한다.

전환 밸브 시퀀스 제어 연산부(102)는, 압력 비교 연산부(101)로부터 출력된 지령에 기초하여, 제1∼제4 전환 전자 밸브(15∼18)의 제어 지령을 연산하는 부분이다.

압력 비교 연산부(101)로부터 에너지 회수를 행하기 위한 지령을 입력하면, 회수 전환 밸브(10)를 개방 상태, 보텀측 유실 관로 전환 밸브(11)를 폐지 상태, 로드측 유실 관로 전환 밸브(12)를 폐지 상태, 배출 전환 밸브(13)를 폐지 상태로 각각 전환하는 지령을 제1, 제2, 제4, 제3 전자 전환 밸브에 출력한다. 이에 의해, 유압 펌프(6)로부터의 압유는, 탱크(6A)로 배출되고, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)로부터의 복귀 압유의 제어 밸브(2)측으로의 유출은 차단된다.

한편, 압력 비교 연산부(101)로부터 회수를 행하지 않는 지령을 입력하면, 회수 전환 밸브(10)를 폐지 상태, 보텀측 유실 관로 전환 밸브(11)를 개방 상태, 로드측 유실 관로 전환 밸브(12)를 개방 상태, 배출 전환 밸브(13)를 폐지 상태로 각각 전환하는 지령을 제1, 제2, 제4, 제3 전자 전환 밸브에 출력한다. 이에 의해, 붐 하강 동작에 의한 에너지 회수는 행하지 않고, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)로부터의 복귀 압유는, 제어 밸브(2)에서 유량 조정되어 탱크(6A)로 배출된다.

연통 제어 밸브 개구 면적 연산부(103)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 압력 센서(34)에 의해 검출된 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 압력과, 압력 센서(35)에 의해 검출된 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3ay)의 압력과, 압력 센서(36)에 의해 검출된 조작 장치(4)의 파일럿 밸브(5)의 하강측 파일럿압 Pd와, 압력 비교 연산부(101)로부터의 제어 형태 선택 지령을 입력하고, 연통 제어 밸브(9)의 개구 면적 제어 지령을 연산한다.

우선, 압력 비교 연산부(101)로부터 개구 면적 조정 제어 지령이 입력된 경우에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 있어서는, 붐 실린더(3a)의 피스톤 로드가 수축되는 경우에, 보텀측 유실(3ax)의 압력을 승압시키기 위해, 피스톤 로드의 이동에 의해 변화되는 로드측 유실(3ay)의 체적에 따라서 흡입되는 압유의 유량을 Qr0이라 하였을 때, k×Qr0의 유량의 압유를 보텀측 유실(3ax)로부터 로드측 유실(3ay)로 연통시킬 수 있도록, 연통 제어 밸브(9)의 개구 면적 A를 제어한다. 여기서, 상수 k는, 식(4)로 나타내는 바와 같이, 로드측 유실(3ay)의 피스톤의 면적 Ar과, 보텀측 유실(3ax)의 피스톤의 면적 Ab로 이루어지는 면적비 Ar/Ab보다 큰 값으로 된다.

즉, 붐 실린더(3a)의 피스톤 로드가 수축 방향으로 동작되어, 로드측 유실(3ay)의 체적의 변화량보다, 다량의 압유의 유량을 로드측 유실(3ay)로 공급함으로써, 보텀측 유실(3ax)의 압유를 압축하여 승압시키는 것이 가능해진다. 상수 k의 값은, 지나치게 높으면 압유를 로드측 유실(3ay)로 지나치게 송입하게 되어, 과도적으로는 필요 이상으로 보텀측 유실(3ax)의 유압이 상승한다. 이로 인해, 피스톤 로드의 속도를 목표대로 제어하는 것이 곤란해져, 피스톤 로드의 거동이 흐트러지게 된다. 피스톤 로드 속도를 목표대로 제어하여, 양호한 거동을 유지하면서 로드측 유실(3ay)의 유압, 보텀측 유실(3ax)의 유압을 승압시키기 위해서는, 계수 k의 값을 적절하게 설정하는 것이 필요해진다.

다음으로, 연통 제어 밸브(9)의 개구 면적 A의 구체적인 산출 방법에 대해 설명한다. 압력 센서(36)에 의해 검출된 조작 장치(4)의 파일럿 밸브(5)의 하강측 파일럿압 Pd로부터 정해지는, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)로부터의 압유의 유량을 목표 보텀 유량 Qb0, 피스톤 로드의 이동에 의해 변화되는 로드측 유실(3ay)의 체적에 따라서 흡입되는 압유의 유량을 Qr0, 연통 제어 밸브(9)를 통과하는 압유의 유량을 Q, 피스톤 로드의 속도를 V, 보텀측 유실(3ax)의 압력을 Pb, 로드측 유실(3ay)의 압력을 Pr, 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3ay)의 피스톤의 면적을 Ar, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 피스톤의 면적을 Ab라 하면, 이하와 같이 산출할 수 있다.

식(5)을 식(6)에 대입하고 정리하여 식(7)을 산출한다.

여기서, 연통 제어 밸브(9)의 유량 Q에 대해, 일반적인 오리피스의 식을 적용하여 식(8)을 산출한다.

여기서, C는 유량 계수이다. 로드측 유실(3ay)에는, 체적이 변화된 것에 의한 흡입 유량 Qr0의 k배의 압유의 유량을, 연통 제어 밸브(9)를 통해 송입하므로 이하와 같이 식(9)로 나타낼 수 있다.

식(9)에 식(8), 식(7)을 대입하고, A에 대해 정리하여 식(10)을 산출한다.

이상으로부터, 식(10)에 기초하여 연통 제어 밸브(9)의 개구 면적 A를 제어함으로써, 피스톤 로드 속도를 목표대로 제어하여, 양호한 거동을 유지하면서 로드측 유실(3ay)의 유압, 보텀측 유실(3ax)의 유압을 승압시키는 것이 가능해진다.

다음으로, 압력 비교 연산부(101)로부터 개구 완전 개방 제어 지령이 입력된 경우에 대해 설명한다. 상술한 개구 면적 조정 제어에 의해, 연통 제어 밸브(9)의 개구 면적을 조정하여 보텀측 유실(3ax)과 로드측 유실(3ay)의 압력을 승압시켜 가면, 연통 제어 밸브(9)의 개구가 충분히 큰 경우, 보텀측 유실(3ax)의 유압과 로드측 유실(3ay)의 유압이 거의 동일 압력으로 되어 승압이 완료된다. 이 상태에 있어서는, 그 이상 승압되는 일도 없고, 또한 로드측 유실(3ay)로 유입되는 연통 제어 밸브(9)의 유량 Q는, 목표 보텀 유량 Qb0에 보텀측 유실과 로드측 유실의 면적비(Ar/Ab)를 곱한 값으로 일정하게 유지되게 된다.

즉, 보텀측 유실(3ax)의 유압이 승압 완료되어, 로드측 유실(3ay)에의 연통 회로의 유량이 일정해진 경우를, 보텀측 유실(3ax)의 유압과 로드측 유실(3ay)의 유압의 차압에 의해 판단하여 출력된 것이, 압력 비교 연산부(101)로부터 출력된 개구 완전 개방 제어 지령으로 된다. 따라서, 연통 제어 밸브 개구 면적 연산부(103)는, 상술한 연통 제어 밸브(9)의 개구 면적 지령 대신에, 완전 개방 지령을 출력한다.

연통 제어 밸브 개구 면적 연산부(103)는, 상술한 연통 제어 밸브(9)의 개구 면적 지령 또는, 완전 개방 지령을 전자 비례 밸브 출력값 연산부(104) 및 회수 목표 유량 연산부(105)로 출력한다.

전자 비례 밸브 출력값 연산부(104)는, 연통 제어 밸브 개구 면적 연산부(103)에서 연산된 연통 제어 밸브(9)의 개구 면적 A를 실현하기 위해 필요한 전자 비례 밸브(14)의 출력값[즉, 전자 비례 밸브(14)로부터 연통 제어 밸브(9)의 파일럿 수압부(9a)에 출력되는 유압 신호의 압력(파일럿압)]을 연산하고, 당해 연산한 출력값을 전자 비례 밸브(14)로부터 출력시키기 위한 지령값을 전자 비례 밸브(14)에 출력하는 부분이다. 전자 비례 밸브 출력값 연산부(104)에서 연산된 출력값을 입력한 전자 비례 밸브(14)는 당해 출력값에 기초하여 조작 신호를 연통 제어 밸브(9)에 출력하고, 이에 의해 연통 관로(41)에는 연통 제어 밸브 개구 면적 연산부(103)에서 연산된 유량의 복귀유가 흐른다.

회수 목표 유량 연산부(105)는, 연통 제어 밸브 개구 면적 연산부(103)에서 연산된 연통 제어 밸브(9)의 개구 면적 지령 등을 기초로, 회수 장치의 목표 회수 유량을 연산한다. 여기서, 개구 면적 지령이 출력된 경우, 회수측 목표 유량을 Qk0이라 하면, 이하와 같이 식(11) 및 식(12)로 산출할 수 있다.

식(11)에 식(8)을 대입하여 식(12)를 산출한다.

한편, 완전 개방 지령이 출력된 경우는, 이하의 식(13)으로 산출할 수 있다.

회수 목표 유량 연산부(105)는, 상술한 회수측 목표 유량 Qk0을 발전기 지령값 연산부(106)로 출력한다.

발전기 지령값 연산부(106)는, 회수 목표 유량 연산부(105)에서 연산된 회수측 목표 유량 Qk0을 회수 관로(42)의 유압 모터(20)로 흡입하기 위해 필요한 유압 모터(20)의 회전수를 연산하고, 유압 모터(20)를 당해 연산된 회전수로 회전시키기 위한 회전수 지령값을 인버터(22)에 출력하는 부분이다. 발전기 지령값 연산부(106)에서 연산된 회전수 지령값을 입력한 인버터(22)는, 당해 회전수 지령값에 기초하여 유압 모터(20) 및 발전기(21)를 회전시키고, 이에 의해 회수 관로(42)에는 회수 목표 유량 연산부(105)에서 연산된 유량의 복귀유가 흐른다. 여기서, 발전기(21)의 목표 회전수를 N0, 유압 모터(20)의 용적을 q라 하면, 이하와 같이 식(14)로 산출할 수 있다.

발전기 지령값 연산부(106)는, 식(14)로 구한 목표 회전수로 되도록 인버터(22)에 속도 지령을 출력한다.

다음으로, 본 실시 형태에 있어서의 컨트롤러(100)의 처리 내용의 순서와 각 부 특성에 대해 도 5와 도 6을 사용하여 설명한다. 도 5는, 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치의 제1 실시 형태에 있어서의 컨트롤러의 처리 내용을 나타내는 흐름도, 도 6은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치의 제1 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 제어 내용을 설명하는 특성도이다. 도 5 및 도 6에 있어서, 도 1 내지 도 4에 나타내는 부호와 동일한 부호의 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

우선, 컨트롤러(100)는 붐 하강 조작 중인지 여부를 판단한다(스텝 S1). 구체적으로는, 압력 센서(36)에 의해 검출된 파일럿압 Pd가 미리 정한 설정압보다 높은지 여부의 판단을 행한다. 파일럿압 Pd가 설정압보다 높은 경우는, 붐 하강 조작 중이라고 판단하여, (스텝 S2)로 진행하고, 그 이외의 경우는, (스텝 S1)로 되돌아간다.

컨트롤러(100)는, 압유 에너지의 회수의 가부를 결정하기 위해, 연통 제어 밸브(9) 개방 동작 전의 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 압력과 제1 오버로드 릴리프 밸브(30)의 설정 압력의 차압이 미리 정한 회수 허용 설정 차압 Pset1보다 높은지 여부의 판단을 행한다(스텝 S2). 산출한 차압이 회수 허용 설정 차압 Pset1보다 높은 경우는, 회수 동작하지 않고 통상의 붐 하강 제어를 위해 (스텝 S15)로 진행하고, 그 이외의 경우는, 회수 동작 제어를 위해 (스텝 S3)으로 진행한다.

우선, (스텝 S15) 이후의 통상의 붐 하강 제어를 설명한다. 컨트롤러(100)는, 연통 제어 밸브(9)의 폐지 제어를 계속하고, 회수 전환 밸브(10)를 폐지 상태, 보텀측 유실 관로 전환 밸브(11)를 개방 상태, 로드측 유실 관로 전환 밸브(12)를 개방 상태, 배출 전환 밸브(13)를 폐지 상태로 각각 전환하는 지령을 제1, 제2, 제4, 제3 전자 전환 밸브(15, 16, 18, 17)에 출력한다(스텝 S15).

컨트롤러(100)는, 통상 붐 하강 제어를 행한다(스텝 S16). 조작 장치(4)의 파일럿 밸브(5)로부터 생성되는 파일럿압 Pd가 제어 밸브(2)의 파일럿 수압부(2b)와 파일럿 체크 밸브(8)에 작용하여, 제어 밸브(2)가 전환 조작되어, 파일럿 체크 밸브(8)가 개방 동작된다. 이에 의해, 유압 펌프(6)로부터의 압유가 로드측 유실 관로 전환 밸브(11)를 통해 로드측 유실 관로(40b)로 유도되어, 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3ay)로 유입된다. 이 결과, 붐 실린더(3a)는 수축 동작된다. 이에 수반하여, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)로부터 배출되는 복귀 압유는, 파일럿 체크 밸브(8), 보텀측 유실 관로(40a), 보텀측 유실 관로 전환 밸브(11), 제어 밸브(2)를 통해 탱크(6A)로 유도된다. 이때, 연통 제어 밸브(9)는 폐지되어 있으므로, 연통 관로(41)에 압유는 흐르지 않고, 회수 전환 밸브(10)도 폐지되어 있으므로, 회수 관로(42)에도 압유는 유입되지 않는다. 본 스텝을 실행 후 복귀한다.

(스텝 S2)에 있어서, 산출된 차압이 회수 허용 설정 차압 Pset1 이하인 경우, 컨트롤러(100)는 회수 동작 제어를 행한다(스텝 S3). 구체적으로는, 컨트롤러(100)가 회수 전환 밸브(10)를 개방 상태, 보텀측 유실 관로 전환 밸브(11)를 폐지 상태, 로드측 유실 관로 전환 밸브(12)를 폐지 상태, 배출 전환 밸브(13)를 폐지 상태로 각각 전환하는 지령을 제1, 제2, 제4, 제3 전자 전환 밸브에 출력한다. 이에 의해, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)로부터의 복귀 압유는, 제어 밸브(2)측으로 유출되지 않고, 회수 관로(42)에 유입 개시된다. 또한, 유압 펌프(6)로부터의 압유는, 제어 밸브(2)와 로드측 유실 관로 전환 밸브(12)를 통해 탱크(6A)로 배출된다. 이로 인해, 펌프 동력을 삭감할 수 있다.

컨트롤러(100)는, 연통 제어 밸브(9)의 제어 형태를 결정하기 위해, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 압력과 로드측 유실(3ay)의 압력의 차압이 미리 정한 조정 설정 차압 Pset2보다 높은지 여부의 판단을 행한다(스텝 S4). 이것은, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 압력이 승압 완료되어, 로드측 유실(3ay)로 유입되는 연통 관로(41)의 압유의 유량이 일정해졌는지 여부를 판단하는 것으로 된다. 압유의 유량이 일정해진 경우에는, 압력 손실을 최소로 하기 위해, 연통 제어 밸브(9)를 완전 개방으로 하는 제어(스텝 S9)로 이행시킨다. 산출된 차압이 조정 설정 차압 Pset2보다 높은 경우는, 개구 면적 조정 제어를 위해 (스텝 S5)로 진행하고, 그 이외의 경우는, 개구 완전 개방 제어를 위해 (스텝 S9)로 진행한다.

컨트롤러(100)는, 연통 제어 밸브(9)의 개구 면적 조정 제어를 행한다(스텝 S5). 구체적으로는, 붐의 하강 동작에 수반되는 로드측 유실(3ay)의 체적 변화에 의한 압유의 흡입 유량을 k배 한 압유의 유량이, 로드측 유실(3ay)로 유입될 수 있도록, 조작 장치(4)의 레버 조작량으로부터 구해지는 목표 보텀 유량, 보텀측 유실(3ax)의 유압, 로드측 유실(3ay)의 유압에 기초하여 연통 제어 밸브(9)의 개구 면적을 산출한다. 또한, 컨트롤러(100)는, 이 산출된 개구 면적으로 되도록, 전자 비례 밸브(14)에 지령 신호를 출력한다. 전자 비례 밸브(14)에 의해 생성된 파일럿압에 의해, 연통 제어 밸브(9)의 개구 면적이 제어되고, 이것에 의해, 연통 관로(41)를 통해 보텀측 유실(3ax)로부터 로드측 유실(3ay)로 압유가 유입된다. 이 결과, 상기 동작에 의해, 피스톤 로드 속도를 목표대로 제어하여, 양호한 거동을 유지하면서 로드측 유실(3ay)의 유압, 보텀측 유실(3ax)의 유압을 승압시키는 것이 가능해진다.

개구 면적 조정 제어에 있어서의 각 부의 거동을 도 6을 이용하여 설명한다. 도 6에 있어서, 횡축은 시간을 나타내고 있고, 종축의 (a)∼(d)는 상부로부터 차례로 조작 장치(4)의 하강측 파일럿압 Pd, 압유의 유량 Qb0, Qr0, 붐 실린더 압력 Pb, Pr, 연통 제어 밸브(9)의 개구 면적 A를 나타내고 있다. 또한, 시각 t1로부터 시각 t3까지는, 개구 면적 조정 제어시의 각 특성을 나타내고, 시각 t3으로부터 시각 t4까지는, 개구 완전 개방 제어시의 각 특성을 나타내고 있다.

시각 t1에 있어서, 작업자가 붐 조작 장치(4)의 조작 레버를 하강 방향으로 조작하면, 컨트롤러(100)에는, (a)에 나타내는 파일럿압 Pd가 입력되고, (b)에 나타내는 목표 보텀측 유실 유량 Qb0이 정해져, 파선의 체적 변화분의 로드측 유실 유량 Qr0을 산출할 수 있다. 이 체적 변화분의 로드측 유실 유량 Qr0을 k배함으로써, 연통 제어 밸브(9)를 통과하는 압유의 목표 유량이 정해져, k를 최적으로 설정함으로써, 연통 제어 밸브(9)를 적절하게 교축하면서 개방 동작시킬 수 있다. 이 결과, 보텀측 유실 유량 Qb0을 목표값에 합치시키면서, 보텀측 유실압 Pb를 승압시킬 수 있다. 시각 t2는, 이와 같이 연통 제어 밸브(9)의 개구 면적을 제어하고 있는 경우에 로드측 유실(3ay)의 압력 Pr이 발생한 시각을 나타낸다.

시각 t3은, (스텝 S4)에서 판단한 산출된 차압이 조정 설정 차압 Pset2 이하로 되는 시각을 나타내고, 시각 t3까지, 개구 면적 조정 제어가 실행된다.

도 5로 되돌아가, 컨트롤러(100)는, 회수 목표 유량을 산출한다(스텝 S6). 구체적으로는, 목표 보텀측 유실 유량 Qr0과, 연통 제어 밸브(9)를 통과하는 압유의 목표 유량으로부터, 회수 목표 유량을 산출한다.

컨트롤러(100)는, 발전기(21)의 목표 회전수 제어를 행한다(스텝 S7). 구체적으로는, (스텝 S6)에서 산출된 회수 목표 유량으로부터 발전기 목표 회전수를 산출한다. 또한, 컨트롤러(100)는, 발전기 목표 회전수 지령을 인버터(22)에 출력한다. 이에 의해 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 압유가, 유량 제어되면서, 유압 모터(20)를 회전시킨다. 유압 모터(20)와 연결된 발전기(21)는 발전 동작을 행하므로, 압유의 에너지가 전기 에너지로서, 인버터(22), 초퍼(23)를 통해 축전 장치(24)에 축적된다.

컨트롤러(100)는, 붐 하강 조작 중인지 여부를 판단한다(스텝 S8). 구체적으로는, 압력 센서(36)에 의해 검출된 파일럿압 Pd가 미리 정한 설정압보다 높은지 여부의 판단을 행한다. 파일럿압 Pd가 설정압보다 높은 경우는, 붐 하강 조작 중이라고 판단하여, (스텝 S2)로 진행하고, 그 이외의 경우는, (스텝 S12)와 (스텝 13)으로 진행한다.

(스텝 8)로부터 (스텝 2)로 진행하는 경우, 여기서, 다시 압유 에너지의 회수의 가부를 결정한다. 승압시키면서 에너지 회수를 하고 있는 경우에 있어서도 컨트롤러(100)는 끊임없이 보텀측 유실(3ax)의 압력을 계측하여, 제1 오버로드 릴리프 밸브(30)의 설정 압력에 도달하는지 여부를 체크하기 위함이다. 그리고 보텀측 유실(3ax)의 압력과 제1 오버로드 릴리프 밸브(30)의 설정압의 차압이, 회수 허용 설정 차압 Pset1에 도달한 경우는, (스텝 S15)로 이행하여, 붐 하강 동작 중이라도 연통 제어 밸브(9)를 폐지하여, 에너지 회수 동작을 중지하는 제어를 행한다.

이러한 제어를 행함으로써, 제1 오버로드 릴리프 밸브(30)가 부주의하게 동작되어, 실린더(3a)의 거동이 멈추지 않게 되는 등의 위험을 피할 수 있다.

다음으로, 다시 (스텝 S4)에 있어서, 컨트롤러(100)는 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 압력과 로드측 유실(3ay)의 압력의 차압이 미리 정한 조정 설정 차압 Pset2보다 높은지 여부의 판단을 행한다. 이 (스텝 S4)에 있어서, 보텀측 유실(3ax)의 유압이 승압 완료되어, 로드측 유실(3ay)에의 연통 관로(41)를 통과하는 압유의 유량이 일정해졌다고 판단되면, (스텝 S9)로 진행한다.

컨트롤러(100)는, 연통 제어 밸브(9)의 개구 완전 개방 제어를 행한다(스텝 S9). 구체적으로는, 연통 관로(41)를 통과하는 압유의 압력 손실을 최소로 억제하기 위해, 연통 제어 밸브(9)를 완전 개방으로 하도록 전자 비례 밸브(14)에 지령 신호를 출력한다.

개구 완전 개방 제어에 있어서의 각 부의 거동을 도 6을 사용하여 설명한다.

시각 t3에 있어서는, (스텝 S4)에서 판단한 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 압력과 로드측 유실(3ay)의 압력의 차압이 조정 설정 차압 Pset 이하로 되어 있다. 따라서, 보텀측 유실(3ax)의 압력은 최대한까지 승압되었다고 판정하고, 압력 손실에 의한 에너지 손실을 저감시키기 위해, 연통 제어 밸브(9)의 개구를 완전 개방으로 한다. 이것에 의해, (b)에 나타내는 바와 같이, 연통 관로(41)를 통과하는 압유의 유량은, 체적 변화분의 로드측 유실 유량 Qr0을 향해 감소하여, 시각 t4에 있어서 수렴된다.

도 5로 되돌아가, 컨트롤러(100)는 회수 목표 유량을 산출한다(스텝 S10). 구체적으로는, 목표 보텀측 유실 유량 Qr0과, 연통 제어 밸브(9)를 통과하는 압유의 목표 유량으로부터, 회수 목표 유량을 산출한다.

컨트롤러(100)는, 발전기(21)의 목표 회전수 제어를 행한다(스텝 S11). 구체적으로는, (스텝 S10)에서 산출된 회수 목표 유량으로부터 발전기 목표 회전수를 산출한다. 또한, 컨트롤러(100)는 발전기 목표 회전수 지령을 인버터(22)에 출력한다. 이에 의해 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 압유가, 유량 제어되면서, 유압 모터(20)를 회전시킨다. 유압 모터(20)와 연결된 발전기(21)는, 발전 동작을 행하므로, 압유의 에너지가 전기 에너지로서, 인버터(22), 초퍼(23)를 통해 축전 장치(24)에 축적된다.

컨트롤러(100)는, 붐 하강 조작 중인지 여부를 판단한다(스텝 S8). 붐 하강 조작 중인 경우는, (스텝 S2)로 진행하고, 그 이외의 경우는, (스텝 S12)와 (스텝 13)으로 진행한다.

여기서, 붐 하강 조작 중이 아닌 경우, 컨트롤러(100)는, 연통 제어 밸브(9)를 폐지하여, 에너지 회수 동작을 중지한다(스텝 S12). 구체적으로는, 회수 전환 밸브(10)를 폐지 상태, 보텀측 유실 관로 전환 밸브(11)를 개방 상태, 로드측 유실 관로 전환 밸브(12)를 개방 상태, 배출 전환 밸브(13)를 폐지 상태로 각각 전환하는 지령을 제1, 제2, 제4, 제3 전자 전환 밸브(15, 16, 18, 17)에 출력한다. 또한, 전자 비례 밸브(14)에의 제어 신호와 인버터(22)에의 발전기 목표 회전수 지령을 정지 상태로 한다. 본 스텝을 실행 후 복귀한다.

컨트롤러(100)는, 로드측 유실 관로(40b)에 승압된 압유가 잔류하고 있는지 여부를 판단하기 위해, 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3ay)의 압력과 보텀측 유실(3ax)의 압력의 차압이 미리 정한 전환 설정 차압 Pset3보다 높은지 여부의 판단을 행한다(스텝 S13). 이것은, 회수 조작 후의 잔류 압유를 배출 제어하기 위해 행해진다. 차압이 설정압보다 높은 경우는, 잔류 압유를 배출하기 위해, 스텝 S14로 진행하고, 그 이외의 경우는, (스텝 S13)으로 되돌아간다.

컨트롤러(100)는, 배출 전환 밸브(13)를 전환한다(스텝 S14). 구체적으로는, 제3 전자 전환 밸브(17)에 전환 지령을 출력한다. 이것에 의해, 로드측 유실 관로(40b)와 탱크(6A)가 연통되고, 잔류 압유는 탱크(6A)로 배출된다.

본 스텝을 실행 후 복귀한다.

상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치의 제1 실시 형태에 의하면, 액체압 실린더(3a)의 피스톤 로드 속도를 제어하면서, 액체압 실린더(3a)로부터 배출되는 유실에 있어서의 복귀 압유를 승압시키고, 압유 에너지 회수 장치로 유입되는 복귀 압유의 유량을 감소시키고 있으므로, 회수 에너지를 감소시키는 일 없이, 압유 에너지 회수 장치를 소형화할 수 있다. 이 결과, 표준형 건설 기계와 동등한 조작성을 확보할 수 있어, 에너지의 회수 효율의 향상이 도모된다.

또한, 상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치의 제1 실시 형태에 의하면, 회수 동작시의 과도 상태에 있어서, 필요 이상으로 보텀측 유실(3ax)의 압력이 상승하는 것을 방지할 수 있음과 함께, 피스톤 로드 속도를 목표대로 제어할 수 있으므로, 양호한 거동을 유지하면서 로드측 유실(3ay)의 유압과 보텀측 유실(3ax)의 유압을 승압시킬 수 있다. 이 결과, 표준형 건설 기계와 동등한 조작성을 확보할 수 있어, 에너지의 회수 효율의 향상이 도모된다.

실시예 2

이하, 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치의 제2 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치의 제2 실시 형태를 나타내는 제어 시스템의 개략도, 도 8은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치의 제2 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 블록도이다. 도 7 및 도 8에 있어서, 도 1 내지 도 6에 도시하는 부호와 동일한 부호인 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 7 및 도 8에 도시하는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치의 제2 실시 형태는, 대략 제1 실시 형태와 마찬가지의 유압원과 작업기 등으로 구성되지만, 이하의 구성이 다르다. 본 실시 형태에 있어서는, 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3ay)의 압유를 압력하는 압력 센서(35)를 생략하고, 컨트롤러(100)에서, 보텀측 유실(3ax)의 압력으로부터, 로드측 유실(3ay)의 압력을 산출하는 로드측 유실 압력 연산부(107)를 설치하고 있다.

도 8에 있어서, 로드측 유실 압력 연산부(107)는, 압력 센서(34)에 의해 검출된 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 압력을 입력하고, 로드측 유실 압력을 산출하는 연산을 행한다. 구체적으로는, 피스톤 로드가 정상 속도로 동작하고 있는 경우에 보텀측 유실(3ax)의 압력으로부터 산출 추정하는 것이며, 이하의 식(15)∼식(17)의 연산을 행한다.

여기서, M은, 프론트 작업 장치를 포함한 붐 실린더(3a)의 하중을, Pb'는, 연통 제어 밸브(9)를 폐지하고 있을 때의 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 압력을, Ab는 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실의 피스톤 면적을 각각 나타내고, 연통 제어 밸브(9)를 폐지하고 있을 때의 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3ay)의 압력을 0으로 한다.

연통 제어 밸브(9)를 개방하고 있을 때의 로드측 유실의 압력 Pr은, 식(16)으로 산출된다.

여기서, Pb는, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3ax)의 압력을, Ar은, 붐 실린더(3a)의 로드측 유실의 피스톤 면적을 나타낸다.

식(15)를 식(16)에 대입하고, 정리하여 식(17)을 산출한다.

식(17)로부터 보텀측 유실(3ax)의 압력으로부터 로드측 유실(3ay)의 압력을 산출 추정하는 것이 가능해진다.

로드측 유실 압력 연산부(107)는, 상술한 로드측 유실(3ay)의 압력을 붐 실린더 압력 비교 연산부(101) 및 연통 제어 밸브 개구 면적 연산부(103)에 출력한다.

상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치의 제2 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 의하면, 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3ay)의 압력을 검출하는 압력 센서(35)를 생략할 수 있으므로, 비용 저감이 도모된다.

1 : 유압 셔블
1a : 붐
2 : 제어 밸브
2a : 파일럿 수압부
2b : 파일럿 수압부
3a : 붐 실린더
3ax : 보텀측 유실
3ay : 로드측 유실
4 : 조작 장치
5 : 컨트롤 밸브
6 : 유압 펌프
6A : 탱크
7 : 파일럿 유압 펌프
8 : 파일럿 체크 밸브
9 : 연통 제어 밸브
10 : 회수 전환 밸브
11 : 보텀측 유실 관로 전환 밸브
12 : 로드측 유실 관로 전환 밸브
13 : 배출 전환 밸브(배출 밸브)
14 : 전자 비례 밸브
15 : 제1 전자 전환 밸브
16 : 제2 전자 전환 밸브
17 : 제3 전자 전환 밸브
18 : 제4 전자 전환 밸브
20 : 유압 모터
21 : 발전기
22 : 인버터
23 : 초퍼
24 : 축전 장치
30 : 제1 오버로드 릴리프 밸브
31 : 제1 메이크업 밸브
32 : 제2 오버로드 릴리프 밸브
33 : 제2 메이크업 밸브
34 : 압력 센서(제1 압력 검출 수단)
35 : 압력 센서(제2 압력 검출 수단)
36 : 압력 센서(파일럿압 검출 수단)
40 : 관로
40a : 보텀측 유실 관로
40b : 로드측 유실 관로
41 : 연통 관로
41a : 보텀측 유실 연통 관로
41b : 로드측 유실 연통 관로
42 : 회수 관로
43 : 복귀 관로
50a : 파일럿 유로
50b : 파일럿 유로
60 : 엔진
100 : 컨트롤러

Claims

유압 펌프와, 작업 장치를 구동시키는 액체압 실린더와, 상기 액체압 실린더를 조작하는 조작 수단과, 상기 액체압 실린더의 복귀 압유를 회수하는 유압 모터를 구비한 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치에 있어서,
상기 액체압 실린더의 보텀측 유실과 로드측 유실을 연통시키기 위한 연통 관로와, 상기 연통 관로에 설치되고, 그 개방도를 조정함으로써 상기 연통 관로를 통과하는 압유의 압력 또는 유량을 조정 가능한 연통 밸브와, 상기 액체압 실린더의 보텀측 유실의 압력 신호를 검출하는 제1 압력 검출 수단과, 상기 조작 수단의 조작량을 검출하는 조작량 검출 수단과, 상기 제1 압력 검출 수단이 검출한 상기 액체압 실린더의 보텀측 유실의 압력 신호와, 상기 조작량 검출 수단이 검출한 상기 조작 수단의 조작량을 도입하여, 상기 액체압 실린더의 피스톤 로드 속도를 산출하고, 상기 피스톤 로드 속도에 따라서 상기 연통 밸브를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 피스톤 로드 속도로부터 산출되는 상기 로드측 유실의 체적 증가에 수반되는 압유의 흡입 유량보다 상기 액체압 실린더의 보텀측 유실로부터 로드측 유실에 유입되는 압유의 유량이 많아지도록 상기 연통 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 액체압 실린더의 로드측 유실의 압력 신호를 검출하는 제2 압력 검출 수단을 더 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 제1 및 제2 압력 검출 수단이 검출한 상기 액체압 실린더의 보텀측 유실의 압력과 상기 액체압 실린더의 로드측 유실의 압력의 차압이 미리 정한 설정 압력을 초과하는 경우에, 상기 연통 밸브의 개방도를 교축 제어하고,
상기 액체압 실린더의 보텀측 유실의 압력과 상기 액체압 실린더의 로드측 유실의 압력의 차압이 미리 정한 설정 압력 이하인 경우에, 상기 연통 밸브의 개방도를 완전 개방 제어하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치.
제1항에 있어서,
상기 액체압 실린더의 압유의 압력이 그 릴리프 압력 이상까지 상승한 경우에, 개방 동작하여 상기 압유를 탱크로 배출하는 압력 제어 밸브를 더 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 연통 밸브가 폐지되어 있는 상태에 있어서, 상기 제1 압력 검출 수단이 검출한 상기 액체압 실린더의 보텀측 유실의 압력과 상기 압력 제어 밸브의 릴리프 압력의 차압이, 미리 정한 설정압을 초과한 경우는, 상기 연통 밸브의 폐지 제어를 계속하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치.
제1항에 있어서,
상기 액체압 실린더의 압유의 압력이 그 릴리프 압력 이상까지 상승한 경우에, 개방 동작하여 상기 압유를 탱크로 배출하는 압력 제어 밸브를 더 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 연통 밸브의 개방 제어 중에 있어서, 상기 제1 압력 검출 수단이 검출한 상기 액체압 실린더의 보텀측 유실의 압력과 상기 압력 제어 밸브의 릴리프 압력의 차압이, 미리 정한 설정압을 초과한 경우는, 상기 연통 밸브를 폐지 제어하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치.
제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조작 수단에 의해 제어되고, 상기 유압 펌프로부터의 압유를 상기 액체압 실린더에 전환 공급하는 제어 밸브와, 상기 액체압 실린더와 상기 제어 밸브의 사이에 설치되고, 상기 액체압 실린더의 로드측 유실의 압유를 탱크에 연통시키는 배출 밸브를 더 구비한 것을 특징으로 하는, 작업 기계의 압유 에너지 회수 장치.