KR102062193B1 - 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치 - Google Patents

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세이지 히지카타
고오지 이시카와
신야 이무라
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히다찌 겐끼 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 유압 실린더의 복귀유를 승압하여 회생하는 압유 에너지 회생 장치에 있어서, 오버로드 릴리프 설정압에 달하는 것을 방지함과 함께, 전환 쇼크를 억제하여 양호한 조작성을 확보한다.
피구동체의 자중 낙하시에 상기 유압 실린더의 배출측과 흡입측을 연통함으로써, 배출측의 압유의 압력을 승압하는 것이 가능한 연통 승압 통로와, 연통 승압 통로에 배치되어 연통 승압 통로의 압력 또는 유량 혹은 그 양쪽을 조정 가능한 연통 승압 밸브와, 피구동체의 자중 낙하시에 유압 실린더로부터 배출되는 압유를 재생 가능한 재생측 관로 및 재생 제어 밸브 또는 회생측 관로와 회생 제어 밸브와, 제어 장치를 구비한 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치에 있어서, 제어 장치는, 유압 실린더의 배출측의 압력이 미리 정한 고부하 설정압에 달한 경우, 달한 직후에는 압력의 증가에 따라 연통 승압 밸브의 개방도를 감소시키고, 시간의 경과와 함께 연통 승압 밸브의 개방도를 완만하게 감소시킨다.

Description

작업 기계의 압유 에너지 회생 장치
본 발명은, 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치에 관한 것이다.
피구동체인 붐의 자중 낙하에 의해 붐 실린더로부터 배출된 압유를 아암 실린더의 구동에 재이용(재생)하는 재생 회로를 구비한 작업 기계의 유압 구동 시스템에 있어서, 재생 빈도를 증가시켜, 한층 더 에너지 절약화를 도모하기 위해, 붐 실린더의 보텀측과 로드측을 연통 제어하여 보텀압을 승압시키는 것이 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
또한, 붐의 자중 낙하에 의해 붐 실린더로부터 배출된 압유의 에너지를 전기 에너지로서 회수하는 압유 에너지 회수 장치에 있어서, 압유 에너지 회수 장치를 대형화하지 않고, 표준형의 건설 기계(작업 기계)와 동등한 조작성을 확보하는 것을 목적으로 하여, 붐 실린더로부터의 압유에 의해 구동되는 유압 모터와, 유압 모터에 기계적으로 연결된 발전기와, 발전기에 의해 발생한 전기 에너지를 축적하는 축전 장치를 구비한 것이 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조). 이 압유 에너지 회수 장치에 있어서도, 붐 실린더의 보텀측과 로드측을 연통 제어하여 보텀압을 승압시킴으로써 회생 효율을 높여, 저압·대유량의 압유 에너지를 고압·소유량의 압유 에너지로 변환시키는 기술이 개시되어 있다.
국제 공개 제WO2016/051579호 국제 공개 제WO2014/112566호
상술한 특허문헌 1 및 2에 있어서의 붐 실린더의 보텀측과 로드측을 연통 제어하여 보텀압을 승압시키는 기술에 있어서는, 이하와 같은 공통의 과제가 있다.
붐의 자중 낙하시에 보텀측과 로드측을 연통 제어하면, 붐 실린더의 보텀압은 최대 2배까지 승압한다. 이로 인해, 붐 실린더의 보텀측과 로드측의 연통 제어를 행하지 않는 종래 기계와 비교하면, 고부하가 작용한 경우에 기기의 파손을 방지하기 위해 설치되어 있는 오버로드 릴리프 밸브의 오버로드 릴리프 설정압에 달하기 쉬워진다.
종래 기계에 있어서는, 통상 작업인 버킷에 의한 토사의 적재나 중량물의 매달음을 행하여도, 보텀압이 오버로드 릴리프 설정압에 달하지는 않는다. 그러나, 회생 효율을 높이기 위해 보텀측과 로드측을 연통한 경우, 최대 2배까지 보텀압이 승압하기 때문에 상술한 동작을 행한 경우에도 오버로드 릴리프 설정압에 달해버려, 붐이 부주의하게 낙하될 우려가 발생한다.
이에 비해, 특허문헌 2에는 실린더의 보텀압이 오버로드 릴리프 설정압에 가까워지면, 보텀측과 로드측의 연통을 차단하여 승압을 억제하는 것이 기재되어 있다. 이와 같이, 보텀측과 로드측을 급격하게 차단한 경우 압력의 급격한 변화에 따라 전환 쇼크가 발생함과 함께, 오퍼레이터에 대하여 조작에 대한 큰 위화감을 부여하는 것이 상정되지만, 특허문헌 2에는 구체적으로 어떻게 전환 쇼크를 저감할지 등에 관한 설명은 이루어져 있지 않다.
본 발명은 상술한 사항에 기초하여 이루어진 것이며, 그 목적은 유압 실린더의 복귀유를 승압하여 회생하는 압유 에너지 회생 장치에 있어서, 오버로드 릴리프 설정압에 달하는 것을 방지함과 함께, 전환 쇼크를 억제하여 양호한 조작성을 확보가능한 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 예를 들어 특허 청구 범위에 기재된 구성을 채용한다. 본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일예를 들면, 피구동체를 구동 또는 상기 피구동체의 자중 낙하시에 수축하는 유압 실린더와, 상기 피구동체의 자중 낙하시에 상기 유압 실린더의 배출측과 흡입측을 연통함으로써, 배출측의 압유의 압력을 승압하는 것이 가능한 연통 승압 통로와, 상기 연통 승압 통로에 배치되어 상기 연통 승압 통로의 압력 또는 유량 혹은 그 양쪽을 조정 가능한 연통 승압 밸브와, 상기 피구동체의 자중 낙하시에, 상기 유압 실린더로부터 배출되는 압유를 재생 가능한 재생측 관로 및 재생 제어 밸브 또는 상기 유압 실린더로부터 배출되는 압유를 전기 에너지로서 회생 가능한 회생측 관로 및 회생 제어 밸브와, 상기 유압 실린더의 배출측의 압력을 검출 가능한 제1 압력 검출기와, 상기 피구동체를 자중 낙하시키기 위한 조작 장치와, 상기 조작 장치의 조작량을 검출하는 조작량 검출기와, 상기 제1 압력 검출기가 검출한 상기 유압 실린더의 배출측의 압력 신호와, 상기 조작량 검출기가 검출한 상기 조작 장치의 조작량 신호가 입력되고, 상기 연통 승압 밸브를 제어 가능한 제어 장치를 구비한 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 제1 압력 검출기가 검출한 상기 유압 실린더의 배출측의 압력이 미리 정한 고부하 설정압에 달한 경우, 달한 직후에는 상기 압력의 증가에 따라 상기 연통 승압 밸브의 개방도를 감소시키고, 시간의 경과와 함께 상기 연통 승압 밸브의 개방도를 완만하게 감소시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 붐 실린더에 고부하가 작용한 경우에도 오버로드 릴리프 설정압에 달하는 것을 방지함과 함께, 전환 쇼크를 억제하여 양호한 조작성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 탑재한 유압 셔블을 도시하는 측면도이다.
도 2는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 도시하는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 구성하는 연통 승압 밸브의 개구 면적 특성을 도시하는 특성도이다.
도 5는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 구성하는 함수 발생기(149)의 특성을 도시하는 특성도이다.
도 6a는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 구성하는 연통 승압 밸브의 제어 특성의 일례를 도시하는 특성도이다.
도 6b는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 구성하는 연통 승압 밸브의 제어 특성의 다른 예를 도시하는 특성도이다.
도 7은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 구성하는 재생 제어 밸브의 개구 면적 특성을 도시하는 특성도이다.
도 8은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제2 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 블록도이다.
도 9는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제2 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 입력부를 설명하는 블록도이다.
도 10은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제2 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 입력 변환부의 특성을 도시하는 특성도이다.
도 11은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제3 실시 형태를 도시하는 개략도이다.
도 12는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제4 실시 형태를 도시하는 개략도이다.
도 13은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제5 실시 형태를 도시하는 개략도이다.
도 14는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제6 실시 형태를 도시하는 개략도이다.
이하, 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다.
[실시예 1]
도 1은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 탑재한 유압 셔블을 도시하는 측면도, 도 2는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 도시하는 개략도이다.
도 1에 있어서, 유압 셔블은 하부 주행체(200)와 상부 선회체(202)와 프론트 작업기(203)를 구비하고 있다. 하부 주행체(200)는 좌우의 크롤러식 주행 장치(200a, 200a)(한쪽만 도시)를 갖고, 좌우의 주행 모터(200b, 200b)(한쪽만 도시)에 의해 구동된다. 상부 선회체(202)는 하부 주행체(200) 상에 선회 가능하게 탑재되어, 선회 모터(202a)에 의해 선회 구동된다. 프론트 작업기(203)는 상부 선회체(202)의 전방부에 부앙가능하게 설치되어 있다. 상부 선회체(202)에는 캐빈(운전실)(202b)이 구비되고, 캐빈(202b) 내에는 후술하는 제1 및 제2 조작 장치(6, 10)(도 2 참조)나 도시하지 않은 주행용의 조작 페달 장치 등의 조작 장치가 배치되어 있다.
프론트 작업기(203)는 붐(205)(제1 피구동체), 아암(206)(제2 피구동체), 버킷(207)을 갖는 다관절 구조이며, 붐(205)은 붐 실린더(4)의 신축에 의해 상부 선회체(202)에 대하여 상하 방향으로 회동하고, 아암(206)은 아암 실린더(8)의 신축에 의해 붐(205)에 대하여 상하 및 전후 방향으로 회동하고, 버킷(207)은 버킷 실린더(208)의 신축에 의해 아암(206)에 대하여 상하 및 전후 방향으로 회동한다. 붐(205)과 붐 실린더(4)의 관계에 대해서는, 붐 실린더(4)가 신장함으로써 붐(205)의 상승 동작이 이루어지고, 붐 실린더(4)가 축소됨으로써 붐(205)의 하강 동작이 이루어진다. 또한, 붐(205)이 자중 낙하하는 경우, 붐 실린더(4)는 붐(205)에 의해 축소(수축)된다.
도 2에 있어서, 본 실시 형태의 압유 에너지 회생 장치는, 메인의 유압 펌프(1) 및 파일럿 펌프(3)를 포함하는 펌프 장치(50)와, 유압 펌프(1)로부터 압유가 공급되어, 붐(205)(도 1 참조)을 구동하는 붐 실린더(4)(제1 유압 액추에이터)와, 유압 펌프(1)로부터 압유가 공급되어, 아암(206)(도 1 참조)을 구동하는 아암 실린더(8)(제2 유압 액추에이터)와, 유압 펌프(1)로부터 붐 실린더(4)에 공급되는 압유의 흐름(유량과 방향)을 제어하는 제어 밸브(5)(제1 유량 조정 장치)와, 유압 펌프(1)로부터 아암 실린더(8)에 공급되는 압유의 흐름(유량과 방향)을 제어하는 제어 밸브(9)(제2 유량 조정 장치)와, 붐의 동작 지령을 출력하여 제어 밸브(5)를 전환하는 제1 조작 장치(6)와, 아암의 동작 지령을 출력하여 제어 밸브(9)를 전환하는 제2 조작 장치(10)를 구비하고 있다. 유압 펌프(1)는 도시하지 않은 다른 액추에이터에도 압유가 공급되도록 도시하지 않은 제어 밸브에도 접속되어 있지만, 이들의 회로 부분은 생략하였다.
유압 펌프(1)는 가변 용량형이며, 레귤레이터(1a)를 구비하고, 컨트롤러(27)(후술)로부터의 제어 신호에 의해 레귤레이터(1a)를 제어함으로써 유압 펌프(1)의 틸팅각(용량)이 제어되고, 토출 유량이 제어된다. 또한, 도시는 하지 않았지만, 레귤레이터(1a)는 공지된 바와 같이 유압 펌프(1)의 토출압이 유도되어, 유압 펌프(1)의 흡수 토크가 미리 정한 최대 토크를 초과하지 않도록 유압 펌프(1)의 틸팅각(용량)을 제한하는 토크 제어부를 갖고 있다. 유압 펌프(1)는 압유 공급관로(7a, 11a)를 통해 제어 밸브(5, 9)에 접속되고, 유압 펌프(1)의 토출유는 제어 밸브(5, 9)에 공급된다.
유량 조정 장치인 제어 밸브(5, 9)는, 각각 보텀측 관로(15, 20) 또는 로드측 관로(13, 21)를 통해 붐 실린더(4) 및 아암 실린더(8)의 보텀측 오일실 혹은 로드측 오일실에 접속되고, 제어 밸브(5, 9)의 전환 위치에 따라 유압 펌프(1)의 토출유는 제어 밸브(5, 9)로부터 보텀측 관로(15, 20) 또는 로드측 관로(13, 21)를 통해 붐 실린더(4) 및 아암 실린더(8)의 보텀측 오일실 혹은 로드측 오일실에 공급된다. 붐 실린더(4)로부터 배출된 압유는, 적어도 그 일부가 제어 밸브(5)로부터 탱크 관로(7b)를 통해 탱크로 환류된다. 아암 실린더(8)로부터 배출된 압유는, 그 전부가 제어 밸브(9)로부터 탱크 관로(11b)를 통해 탱크로 환류된다.
제1 및 제2 조작 장치(6, 10)는 각각 조작 레버(6a, 10a)와 파일럿 밸브(6b, 10b)를 갖고, 파일럿 밸브(6b, 10b)는 각각 파일럿 관로(6c, 6d) 및 파일럿 관로(10c, 10d)를 통해 제어 밸브(5)의 조작부(5a, 5b) 및 제어 밸브(9)의 조작부(9a, 9b)에 접속되어 있다.
조작 레버(6a)가 붐 상승 방향(도시 좌측 방향)으로 조작되면, 파일럿 밸브(6b)는 조작 레버(6a)의 조작량에 따른 조작 파일럿압 Pu를 생성하고, 이 조작 파일럿압 Pu는 파일럿 관로(6c)를 통해 제어 밸브(5)의 조작부(5a)에 전달되고, 제어 밸브(5)는 붐 상승 방향(도시 우측의 위치)으로 전환된다. 조작 레버(6a)가 붐 하강 방향(도시 우측 방향)으로 조작되면, 파일럿 밸브(6b)는 조작 레버(6a)의 조작량에 따른 조작 파일럿압 Pd를 생성하고, 이 조작 파일럿압 Pd는 파일럿 관로(6d)를 통해 제어 밸브(5)의 조작부(5b)에 전달되고, 제어 밸브(5)는 붐 하강 방향(도시 좌측의 위치)으로 전환된다.
조작 레버(10a)가 아암 크라우드 방향(도시 우측 방향)으로 조작되면, 파일럿 밸브(10b)는 조작 레버(10a)의 조작량에 따른 조작 파일럿압 Pc를 생성하고, 이 조작 파일럿압 Pc는 파일럿 관로(10c)를 통해 제어 밸브(9)의 조작부(9a)에 전달되고, 제어 밸브(9)는 아암 크라우드 방향(도시 좌측의 위치)으로 전환된다. 조작 레버(10a)가 아암 덤프 방향(도시 좌측 방향)으로 조작되면, 파일럿 밸브(10b)는 조작 레버(10a)의 조작량에 따른 조작 파일럿압 Pd를 생성하고, 이 조작 파일럿압 Pd는 파일럿 관로(10d)를 통해 제어 밸브(9)의 조작부(9b)에 전달되고, 조작 밸브(9)는 아암 덤프 방향(도시 우측의 위치)으로 전환된다.
붐 실린더(4)의 보텀측 관로(15)와 로드측 관로(13)의 사이, 아암 실린더(8)의 보텀측 관로(20)와 로드측 관로(21)의 사이에는, 각각 메이크업 부착 오버로드 릴리프 밸브(12, 19)가 접속되어 있다. 메이크업 부착 오버로드 릴리프 밸브(12, 19)는, 보텀측 관로(15, 20) 및 로드측 관로(13, 21)의 압력이 지나치게 상승함으로써 유압 회로 기기가 손상되는 것을 방지하는 기능과, 보텀측 관로(15, 20) 및 로드측 관로(13, 21)가 부압이 됨으로써 캐비테이션이 발생하는 것을 저감하는 기능을 갖고 있다.
또한, 본 실시 형태의 압유 에너지 회생 장치는, 붐 실린더(4)의 보텀측 관로(15)에 배치되어, 붐 실린더(4)의 보텀측 오일실로부터 배출되는 압유의 유량을 제어 밸브(5)측(탱크측)과 아암 실린더(8)의 압유 공급관로(11a)측(재생 관로측)으로 분배 조정 가능하게 하는 2위치 3포트의 재생 제어 밸브(17)와, 재생 제어 밸브(17)의 한쪽의 출구 포트에 일단부측이 접속되고 타단부측이 압유 공급관로(11a)에 접속되는 재생 관로(18)와, 붐 실린더(4)의 보텀측 관로(15) 및 로드측 관로(13)로부터 각각 분기되어, 보텀측 관로(15) 및 로드측 관로(13)를 접속하는 연통 관로(14)와, 연통 관로(14)에 배치되어, 전자 비례 밸브(28)를 통한 제1 조작 장치(6)의 붐 하강 방향의 조작 파일럿압 Pd(조작 신호)에 기초하여 밸브 개방하고, 붐 실린더(4)의 보텀측 오일실의 배출유의 일부를 붐 실린더(4)의 로드측 오일실에 재생하여 공급함으로써, 붐 실린더(4)의 보텀측 오일실의 압력을 최대 2배까지 승압할 수 있는 연통 승압 밸브(16)와, 전자 비례 밸브(22, 28)와, 압력 센서(23, 24, 25, 26, 29)와, 컨트롤러(27)를 구비하고 있다.
연통 승압 밸브(16)는 조작부(16a)를 갖고 있으며, 조작부(16a)에는 전자 비례 밸브(28)를 통한 제1 조작 장치(6)의 붐 하강 방향의 조작 파일럿압 Pd(조작 신호)가 공급되어 있다.
연통 승압 밸브(16)의 스트로크는 1개의 전자 비례 밸브(28)에 의해 제어된다. 전자 비례 밸브(28)는 컨트롤러(27)의 제어 신호에 의해 그 개방도를 변화시킴으로써, 제1 조작 장치(6)의 붐 하강 방향 BD의 조작 파일럿압 Pd(조작 신호)를 원하는 압력으로 변환하고 있다.
연통 승압 밸브(16)가 개방 동작함으로써, 붐 실린더(4)의 보텀측 오일실의 압력이 최대 2배까지 승압하는 원리에 대하여 이하에 설명한다.
연통 승압 밸브(16)의 개방 밸브 전과 개방 밸브 후의 각각에 있어서, 붐 실린더(4)가 붐을 지지하고 있을 때의 힘의 균형을 생각한다. 이때의 붐 실린더(4)에 관련된 파라미터를 이하와 같이 심볼로 나타낸다.
Pb: 연통 승압 밸브(16)의 개방 밸브 전의 붐 실린더(4)의 보텀측 압력
Pb': 연통 승압 밸브(16)의 개방 밸브 후의 붐 실린더(4)의 보텀측 압력
Pr: 연통 승압 밸브(16)의 개방 밸브 전의 붐 실린더(4)의 로드측 압력
Pr': 연통 승압 밸브(16)의 개방 밸브 후의 붐 실린더(4)의 로드측 압력
Ab: 붐 실린더(4)의 보텀측 수압 면적
Ar: 붐 실린더(4)의 로드측 수압 면적
M: 붐 실린더(4)의 자중 방향으로 작용하는 질량
g: 중력 가속도
연통 승압 밸브(16)의 개방 밸브 전이며 로드측에 압력이 작용하고 있지 않을 때의 힘의 균형은 이하의 식으로 표시된다.
Mg=Ab×Pb…(1)
연통 승압 밸브(16)의 개방 밸브 후의 힘의 균형은 이하의 식으로 표시된다.
Mg+Ar×Pr'=Ab×Pb'…(2)
여기서, 연통 승압 밸브(16)를 완전 개방으로 한 상태에서 압력 손실이 없다고 가정하면, 이하의 식이 유도된다.
Pb'=Pr'…(3)
식 (1)과 식 (3)을 식 (2)에 대입하고, Pb'에 대하여 풀면 이하의 식이 유도된다.
Pb'=Ab/(Ab-Ar)×Pb…(4)
통상의 붐 실린더에 있어서, 보텀측 수압 면적 Ab는 로드측 수압 면적 Ar의 약 2배라는 점에서 Ab/(Ab-Ar)은 약 2가 된다. 따라서, 식 (4)로부터 이하의 식이 유도된다.
Pb'=2×Pb…(5)
식 (5)로부터, 연통 승압 밸브(16)가 폐지되어 있을 때에 비해 밸브 개방되어 있을 때에는, 붐 실린더(4)의 보텀측 압력은 2배까지 상승한다. 단, 식 (5)는 연통 승압 밸브(16)와 붐 실린더(4)의 보텀측으로부터 로드측까지의 관로의 손실이 없는 것으로 가정한 경우에 성립되는 것이며, 연통 승압 밸브(16)를 교축함으로써 승압의 정도를 조정할 수 있다. 교축량에 대해서는, 실험 등에 의해 결정한다.
재생 제어 밸브(17)는, 붐 실린더(4)의 보텀측으로부터의 배출유를 탱크측(제어 밸브(5)측)과 재생 관로(18)측으로 흘릴 수 있도록 탱크측 통로와 재생측 통로를 갖고 있다. 재생 제어 밸브(17)는 조작부(17a)를 갖고 있고, 조작부(17a)에는 전자 비례 밸브(22)를 통한 파일럿압이 공급되고 있다. 재생 제어 밸브(17)의 스트로크는 1개의 전자 비례 밸브(22)에 의해 제어된다. 전자 비례 밸브(22)는 컨트롤러(27)의 제어 신호에 의해 그 개방도를 변화시킴으로써, 파일럿 펌프(3)로부터 공급된 압유를 원하는 파일럿압으로 변환하고 있다.
압력 센서(23)는 파일럿 관로(6d)에 접속되어, 제1 조작 장치(6)의 붐 하강 방향의 조작 파일럿압 Pd를 검출하고, 압력 센서(24)는 파일럿 관로(10d)에 접속되어, 제2 조작 장치(10)의 아암 덤프 방향의 조작 파일럿압 Pd를 검출한다. 또한, 압력 센서(25)는 붐 실린더(4)의 보텀측 관로(15)에 접속되어, 붐 실린더(4)의 보텀측 오일실의 압력을 검출하고, 압력 센서(26)는 아암 실린더(8)측의 압유 공급관로(11a)에 접속되어, 유압 펌프(1)의 토출압을 검출한다. 압력 센서(29)는 붐 실린더(4)의 로드측 관로(13)에 접속되어, 붐 실린더(4)의 로드측 오일실의 압력을 검출한다.
컨트롤러(27)는 압력 센서(23, 24, 25, 26, 29)로부터의 검출 신호(123, 124, 125, 126, 129)를 입력하고, 이들 신호에 기초하여 소정의 연산을 행하여, 전자 비례 밸브(22, 28)와 레귤레이터(1a)에 제어 지령을 출력한다.
이어서, 붐 실린더(4)의 로드측의 압력을 검출하는 압력 센서(29)를 설치함으로써, 연통 승압 밸브(16)의 교축을 제어하고 있을 때에도, 붐 실린더(4)에 작용하는 부하를 정확하게 파악할 수 있는 원리에 대하여 이하에 설명한다.
여기에서는, 붐 실린더(4)에 작용하는 부하를, 붐 실린더(4)의 보텀측 수압 면적 Ab에서만 받은 부하압으로 정의한다. 상술한 식 (1)을 변형하면 이하의 식이 유도된다.
Pb=Mg/Ab…(6)
식 (6)은, 연통 승압 밸브(16)의 개방 밸브 전이며 로드측에 압력이 작용하고 있지 않은 경우이고, 연통 승압 밸브(16)를 밸브 개방하여 교축 제어하는 경우에는, Pb'≠Pr'이 된다는 점에서 식 (2)를 변형하여 양변을 Ab로 나누어 이하의 식이 유도된다.
Mg/Ab=Pb'-Ar/Ab×Pr'…(7)
그리고, 식 (7)에 식 (6)을 대입하여 이하의 식이 유도된다.
Pb=Pb'-Ar/Ab×Pr'…(8)
식 (8)로부터, 붐 실린더(4)에 작용하는 부하압은 보텀측 압력과 로드측 압력으로부터 산출할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 압력 센서(24, 29)로부터 보텀측 압력과 로드측 압력을 검출 가능하다는 점에서, 붐 실린더(4)의 부하에 따른 미세한 제어가 가능해진다.
이어서, 붐 하강을 행하는 경우의 동작 개요에 대하여 설명한다.
도 2에 있어서, 제1 조작 장치(6)의 조작 레버(6a)가 붐 하강 방향으로 조작된 경우, 제1 조작 장치(6)의 파일럿 밸브(6b)로부터 발생한 조작 파일럿압 Pd는 제어 밸브(5)의 조작부(5b)와 전자 비례 밸브(28)를 통해 연통 제어 밸브(16)의 조작부(16a)에 입력된다. 그에 의해 제어 밸브(5)는 도시 좌측의 위치로 전환되고, 보텀 관로(15)가 탱크 관로(7b)와 연통함으로써, 붐 실린더(4)의 보텀측 오일실로부터 압유가 탱크에 배출되고, 붐 실린더(4)의 피스톤 로드가 축소 동작(붐 하강 동작)을 행한다.
또한 연통 승압 밸브(16)가 도시 하측의 연통 위치로 전환됨으로써, 붐 실린더(4)의 보텀측 관로(15)로부터 로드측 관로(13)에 압유가 재생된다. 이에 의해 붐 실린더(4)의 보텀측의 압력이 승압함과 함께, 유압 펌프(1)로부터 압유를 공급할 필요가 없어지기 때문에, 유압 펌프(1)의 출력이 억제되어 연비를 저감할 수 있다.
이어서, 붐 하강과 아암의 구동을 동시에 행하는 경우의 동작 개요에 대하여 설명한다. 또한, 원리로서는 아암 덤프를 하는 경우와 클라우드하는 경우에 마찬가지이기 때문에, 아암 덤프 동작을 예로 들어 설명한다.
제2 조작 장치(10)의 파일럿 밸브(10b)로부터 발생한 조작 파일럿압 Pd는 제어 밸브(9)의 조작부(9b)에 입력된다. 그에 의해 제어 밸브(9)는 전환되고, 보텀 관로(20)가 탱크 관로(11b)와 연통하며 또한 로드 관로(21)가 압유 공급관로(11a)와 연통함으로써, 아암 실린더(8)의 보텀측 오일실의 압유는 탱크에 배출되고, 유압 펌프(1)로부터의 토출유가 아암 실린더(8)의 로드측 오일실에 공급된다. 그 결과, 아암 실린더(8)의 피스톤 로드는 축소 동작을 행한다.
컨트롤러(27)에는 압력 센서(23, 24, 25, 26, 29)로부터의 검출 신호(123, 124, 125, 126, 129)가 입력되고, 후술하는 제어 로직에 의해 전자 비례 밸브(22, 28)와 유압 펌프(1)의 레귤레이터(1a)에 제어 지령을 출력한다.
전자 비례 밸브(22)로부터의 압력 신호에 의해 재생 제어 밸브(17)는 제어되고, 붐 실린더(4)의 보텀측 오일실로부터 배출된 압유를 재생 제어 밸브(17)를 통해 아암 실린더(8)에 재생한다.
유압 펌프(1)의 레귤레이터(1a)는 제어 지령에 기초하여 유압 펌프(1)의 틸팅각을 제어하고, 재생 제어 밸브(17)의 재생 유량에 따라 펌프 유량을 감소 제어하여, 연비 저감을 도모한다.
제1 조작 장치(6)의 파일럿 밸브(6b)로부터 발생한 조작 파일럿압 Pd는, 제어 밸브(5)의 조작부(5b)와 전자 비례 밸브(28)를 통해 연통 제어 밸브(16)의 조작부(16a)에 입력된다. 그에 의해 제어 밸브(5)와 연통 승압 밸브(16)는 전환되고, 붐 실린더(4)의 보텀측 오일실로부터 배출된 압유가 재생된다. 이에 의해, 유압 펌프(1)의 압유를 붐 실린더(4)의 로드측 관로(13)에 공급하지 않아도 되기 때문에, 유압 펌프(1)의 여분의 출력이 억제되어, 붐 실린더(4)의 보텀 유량을 유효하게 이용할 수 있다. 또한, 연통 승압 밸브(16)를 통해 붐 실린더(4)의 보텀측의 압유를 최대 2배까지 승압함으로써, 붐으로부터 아암으로의 재생을 행하기 쉽게 하고 있다.
상술한 바와 같이 붐 하강시에 연통 승압 밸브(16)를 밸브 개방함으로써, 붐 실린더(4)의 보텀측 압력을 최대 2배까지 승압할 수 있기 때문에, 붐 실린더(4)의 보텀측의 압력이 아암 실린더(8)의 압력보다도 높아지는 빈도가 증가한다. 그 결과, 재생 유량도 증가하기 때문에, 연비 저감을 도모할 수 있다.
그러나, 붐 실린더(4)에 고부하가 작용했을 때에 보텀측의 압력을 2배까지 승압하면, 오버로드 릴리프 설정압에 달해버릴 가능성이 발생한다. 즉, 압유가 오버로드 릴리프 밸브(12)로부터 배출되어 붐이 부주의하게 하강할 우려가 있다. 이것을 방지하기 위해, 오버로드 릴리프 설정압에 가까워지면 연통 승압 밸브(16)를 밸브 폐쇄할 필요가 있지만, 급격하게 밸브 폐쇄하면 붐 실린더(4)의 속도가 급변하여 쇼크가 발생한다.
이것을 방지하기 위해, 본 실시 형태에 있어서는, 보텀측의 압력에 따라 전자 비례 밸브(28)를 제어함으로써 연통 승압 밸브(16)의 개방도를 조정하여, 압력이 오버로드 릴리프 설정압에 달하는 것을 방지함과 함께 급격한 압력 변동을 억제하여, 양호한 조작성을 확보하고 있다.
이어서 컨트롤러(27)의 제어 기능에 대하여 도 3을 사용하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 블록도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 컨트롤러(27)는 함수 발생기(131), 함수 발생기(133), 함수 발생기(134), 함수 발생기(135), 적산기(136), 적산기(138), 함수 발생기(139), 적산기(140), 적산기(142), 감산기(144), 게인 발생기(148), 적산기(150), 출력 변환부(151), 출력 조정부(152), 감산기(160), 감산기(161)를 갖고 있다.
도 3에 있어서, 로드압 신호(129)는 압력 센서(29)에 의해 검출한 붐 실린더(4)의 로드압이고, 보텀압 신호(125)는 압력 센서(25)에 의해 검출한 붐 실린더(4)의 보텀압이고, 펌프압 신호(126)는 압력 센서(26)에 의해 검출한 유압 펌프(1)의 토출압이다. 또한, 레버 조작 신호(123)는 제1 조작 장치(6)의 붐 하강 방향의 조작 파일럿압을 압력 센서(23)에 의해 검출한 신호이고, 레버 조작 신호(124)는 제2 조작 장치(10)의 아암 덤프 방향의 조작 파일럿압을 압력 센서(24)에 의해 검출한 신호이다.
함수 발생기(134)에는 레버 조작 신호(123)가 입력되고, 입력 신호에 비례한 출력 신호(최대가 1이며 최소가 0)가 적산기(150, 136, 138)에 입력된다. 적산기(150)에는, 이 신호 이외에 후술하는 함수 발생기(149)로부터 출력되는 값(최대가 1이며 최소가 0)이 출력 조정부(152)를 통해 입력된다.
따라서, 함수 발생기(149)의 출력이 1인 경우에는, 적산기(150)의 출력은 함수 발생기(134)의 출력 신호와 동일한 값으로서 출력 변환부(151)에 입력되고, 출력 변환부(151)에 의해 전자 밸브 지령(128)으로서 전자 비례 밸브(28)로 출력된다. 즉, 함수 발생기(149)로부터 1이 적산기(150)에 출력된 경우에는, 연통 승압 밸브(16)는 붐 하강의 레버 조작 신호(123)에 비례한 개구 면적이 된다.
게인 발생기(148)에는 로드압 신호(129)가 입력된다. 게인 발생기(148)에서는 상술한 식 (8)의 Ar/Ab, 즉 붐 실린더(4)의 보텀측 수압 면적에 대한 로드측 수압 면적의 비율이 설정되어 있으며, 이 비율에 로드압 신호(129)를 곱한 출력 신호가 감산기(161)의 일방측에 입력된다.
감산기(161)의 타방측에는 보텀압 신호(125)가 입력되고, 감산기(161)는 식 (8)을 연산한다. 따라서, 감산기(161)의 출력 신호는 붐 실린더(4)의 부하압의 신호가 되어, 함수 발생기(149)에 입력된다.
함수 발생기(149)는, 부하압 신호에 따라 연통 승압 밸브(16)의 개방도를 조정하기 위해 0 내지 1의 연속된 신호 중 어느 것을 연산하여 출력 조정부(152)로 출력한다. 여기서, 연통 승압 밸브(16)로의 제어압과 개구 면적의 관계에 대하여 도 4 및 도 5를 사용하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 구성하는 연통 승압 밸브의 개구 면적 특성을 도시하는 특성도, 도 5는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 구성하는 함수 발생기(149)의 특성을 도시하는 특성도이다.
도 4에 있어서 횡축은 전자 비례 밸브(28)로부터 출력되는 제어압이고, 종축은 연통 승압 밸브(16)의 개구 면적을 나타낸다. 연통 승압 밸브(16)는 공급되는 제어압의 증가에 따라, 개구 면적을 증가시킨다.
도 5는 함수 발생기(149)의 특성을 나타내는 것이며, 횡축은 붐 실린더(4)의 부하압이고, 종축은 출력 신호이며 최댓값이 1을 나타낸다. 도 5에 있어서, 함수 발생기(149)는, 부하압이 Pset1 이하인 경우에는 1을 출력하고, 부하압이 Pset1을 초과하여 증가하면 서서히 출력을 감소시켜, 부하압이 Pset 2 이상이 되면 출력을 0으로 하도록 설정하고 있다. 도 5에 도시하는 Pset2는, 오버로드 릴리프 설정압보다도 조금 낮은 값으로 설정되어 있으며, Pset1은 Pset2보다도 더 낮은 값으로 설정되어 있다.
이로부터, 부하압이 낮은 경우 함수 발생기(149)는 1을 출력하기 때문에, 연통 승압 밸브(16)는 붐 하강의 레버 조작 신호(123)에 비례한 개구 면적이 된다. 부하압이 높아짐에 따라 함수 발생기(149)의 출력은 1보다도 작아지기 때문에, 연통 승압 밸브(16)의 개구 면적이 교축되고, 부하압이 오버로드 설정압에 가까워져 함수 발생기(149)가 0을 출력한 경우에는, 연통 승압 밸브(16)는 폐지된다. 이와 같이, 붐 실린더(4)의 보텀압과 로드압으로부터 부하압을 산출하여, 이 부하압을 기초로 오버로드 설정압에 대한 연통 승압 밸브(16)의 개방도 보정을 행하므로 보다 미세한 제어가 가능해진다. 또한, 붐 하강 조작량인 레버 조작 신호(123)에 따라 연통 승압 밸브(16)의 개구 면적을 조정 가능하게 되므로, 더 미세한 제어가 가능해져, 양호한 조작성을 확보할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 로드압 신호와 보텀압 신호로부터 부하압을 연산하고, 이 부하압을 함수 발생기(149)에 입력시키도록 구성했지만, 로드압 신호는 반드시 제어에 사용할 필요는 없고, 예를 들어 부하압으로 바꾸어 보텀압 신호(125)의 출력을 함수 발생기(149)에 입력하도록 구성해도 된다.
도 3으로 되돌아가, 함수 발생기(149)의 출력 신호는 출력 조정부(152)에 입력된다. 출력 조정부(152)는, 연통 승압 밸브(16)의 급격한 전환 동작을 방지하기 위해 적당한 지연을 부가한 신호를 적산기(150)에 출력한다. 출력 조정부(152)의 동작에 대하여 도 6a, 6b를 사용하여 설명한다. 도 6a는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 구성하는 연통 승압 밸브의 제어 특성의 일례를 도시하는 특성도, 도 6b는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 구성하는 연통 승압 밸브의 제어 특성의 다른 예를 도시하는 특성도이다.
도 6a는 부하압이 낮은 경우의 붐 하강 조작에 따른 거동을 나타내고 있으며, 도 6b는 붐 하강 조작 후에 부하압이 상승한 경우의 거동을 나타내고 있다. 도 6a와 도 6b에 있어서 횡축은 시간을 나타내고 있으며, 종축은 (a) 붐 하강의 레버 조작량, (b) 부하압 신호, (c) 출력 조정부(152)의 출력 신호, (d) 연통 승압 밸브(16)의 개구 면적을 각각 나타내고 있다. 또한, (c)에 있어서 실선은 출력 조정부(152)의 출력 신호를 나타내고, 일점쇄선은 출력 조정부(152)의 입력 신호인 함수 발생기(149)의 출력 신호를 나타낸다.
도 6a에 있어서는, (b)에서 도시한 부하압이 함수 발생기(149)의 Pset1보다 낮고 일정하므로, (c)에서 도시한 출력 조정부(152)의 출력은 1의 신호가 계속 출력된다. 적산기(150)의 출력은, 붐 하강의 레버 조작 신호(123)가 되므로, (d)에 도시한 바와 같이 연통 승압 밸브(16)의 개구 면적은, (a)에서 도시한 붐 하강의 레버 조작량이 증가하는 시각 t0으로부터 레버 조작량에 따라 증가하고 있다.
도 6b는 부하압이 높아지는 경우를 나타낸다. 도 6b에 있어서, (a)에서 도시한 바와 같이 붐 하강의 레버 조작량이 일정값으로 입력되어 있을 때에, 시각 t1로부터 (b)에서 도시한 부하압이 상승하여 시각 t2에서 일정값이 된 경우, (c)에서 도시한 바와 같이 함수 발생기(149)의 출력은 일점쇄선으로 도시한 바와 같이 부하압에 따라 감소하여 시각 t2에서 최소가 된다.
함수 발생기(149)의 출력이 출력 조정부(152)에 입력되면, 입력 조정부(152)에서는 적당한 지연을 부가하므로, 그 출력은 (c)의 실선으로 도시한 바와 같이 시각 t1로부터 완만하게 감소하여 시각 t3에서 최솟값이 된다. 함수 발생기(149)의 출력과 입력 조정부(152)의 기능은, 부하 압력이 미리 정한 Pset1에 달한 경우, 달한 직후에는 부하압의 증가에 따라 연통 승압 밸브(16)의 개방도를 감소시키고, 시간의 경과와 함께 연통 승압 밸브(16)의 개방도를 완만하게 감소시키도록 동작한다. 이와 같이 적산기(150)의 한쪽의 입력 신호인 출력 조정부(152) 출력이 변화되고, 다른쪽의 레버 조작량 신호는 일정한 그대로이므로, 적산기(150)의 출력은 (c)와 마찬가지로 변화된다. 이에 의해, (d)에 도시한 바와 같이 연통 승압 밸브(16)의 개구 면적은 시각 t1로부터 시각 t3에 걸쳐서 완만하게 교축되어 있다. 이에 의해, 붐 실린더(4)의 속도 변화가 억제되어 양호한 조작성을 확보할 수 있다.
또한, 출력 조정부(152)는, 로우 패스 필터나 레이트 리미터 등에 의해 실현할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 함수 발생기(149)와 출력 조정부(152)를 사용하여 연통 승압 밸브(16)의 개구 면적의 급격한 변화를 억제했지만, 이와 같이 함수 발생기(149)와 출력 조정부(152)의 양쪽을 사용하는 것으로 한정할 필요는 없다. 작업 기계의 기종이나 프론트 작업기(203)에 설치하는 어태치먼트에 따라서는, 어느 한쪽이어도 된다.
도 3으로 되돌아가, 감산기(160)에는 보텀압 신호(125) 및 펌프압 신호(126)가 입력되어, 보텀압 신호(125)와 펌프압 신호(126)의 차압이 구해지고, 이 차압 신호가 함수 발생기(131)와 함수 발생기(133)에 입력된다.
함수 발생기(131)는, 감산기(160)에서 구한 차압 신호에 따른 재생 제어 밸브(17)의 재생측 통로의 개구 면적을 산출하는 것이다. 재생 제어 밸브(17)의 개구 면적 특성을 도 7에 도시한다. 도 7은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태를 구성하는 재생 제어 밸브의 개구 면적 특성을 도시하는 특성도이다.
도 7의 횡축은 생성 제어 밸브(17)의 스풀 스트로크를 나타내고, 종축에 개구 면적을 나타낸다. 스풀 스트로크가 최소인 경우에는, 개구 면적을 탱크측이 개구하여 재생측을 폐쇄하도록 하고 있기 때문에, 재생될 일은 없다. 스트로크가 서서히 증가하면, 탱크측이 폐쇄하여 재생측의 개구가 개방되게 때문에, 붐 실린더(4)의 보텀측으로부터 배출된 압유가 재생 관로(18)에 유입된다.
도 3으로 되돌아가, 함수 발생기(131)는 감산기(160)로부터 출력되는 차압 신호에 따라 지령 신호를 출력한다. 구체적으로는, 차압이 작은 경우에는, 재생 제어 밸브(17)의 스트로크를 작게 하여 재생측의 개구 면적을 교축함과 함께, 탱크측의 개구 면적을 넓게 한다. 차압이 큰 경우에는 재생측 개구를 넓게 하고, 차압이 일정값에 달하면 재생측 개구를 최대한 개방하고, 탱크측 개구를 폐쇄하게 제어한다. 이에 의해, 재생 제어 밸브(17)의 전환 쇼크를 억제한다.
즉, 붐 하강 조작과 아암 조작을 동시에 행한 경우, 움직이기 시작할 때에는 차압이 작고, 시간이 흘러감에 따라 차압이 커진다. 이로 인해, 차압에 따라 재생측의 개구 면적을 서서히 개방함으로써 전환 쇼크를 억제할 수 있으며, 양호한 조작성을 실현할 수 있다. 또한, 차압이 작은 경우에는, 재생측 개구를 넓게 하여도 재생 유량이 적다는 점에서, 붐 실린더 속도가 느려지는 경우가 있다. 그로 인해 차압이 작은 경우에는, 탱크측의 개구 면적을 넓게 함으로써 보텀 유량을 많게 하여, 붐 실린더 속도를 오퍼레이터가 요구하는 속도로 하도록 제어하고 있다. 차압이 큰 경우에는, 재생 유량이 충분히 많아진다는 점에서, 탱크측을 폐쇄함으로써 붐 실린더 속도가 지나치게 빨라지는 것을 방지하고 있다.
함수 발생기(133)는, 감산기(160)로부터 출력되는 차압 신호에 따라 유압 펌프(1)의 저감 유량(이하 펌프 저감 유량이라고 함)을 구하는 것이다. 함수 발생기(131)의 특성에 따라 차압이 커질수록 재생측 개구 면적을 크게 한다는 점에서, 재생 유량이 많아진다. 그리고, 재생 유량이 많아짐에 따라 유압 펌프(1)의 유량을 저감함으로써, 유압 펌프(1)의 출력이 억제되고, 연비를 저감할 수 있다. 차압이 커질수록 재생 유량이 많아진다는 점에서, 펌프 저감 유량도 많아지도록 설정하고 있다.
적산기(136)는, 함수 발생기(131)에서 산출된 재생측 개구 면적과 함수 발생기(134)에서 산출된 값을 입력하고, 적산값을 개구 면적으로서 출력한다. 여기서, 제1 조작 장치(6)의 레버 조작 신호(123)가 작은 경우에는, 붐 실린더 속도를 늦게 할 필요가 있다는 점에서, 재생 유량도 저감시킬 필요가 있다. 이로 인해, 함수 발생기(134)는 0 이상 1 이하의 범위에서 작은 값을 출력하고, 적산기(136)에 보냄으로써, 함수 발생기(131)에서 산출된 재생측 개구 면적을 작게 설정한다.
펌프 저감 유량도 마찬가지로, 재생 유량이 적은 경우에는 펌프 저감 유량도 적게 설정할 필요가 있다는 점에서, 함수 발생기(134)의 출력은 적산기(138)에도 보내져, 펌프 저감 유량을 저감시키도록 설정한다. 적산기(138)는, 함수 발생기(133)에서 산출된 펌프 저감 유량과 함수 발생기(134)에서 산출된 값을 입력하고, 적산값을 펌프 저감 유량으로서 출력한다.
한편, 제1 조작 장치(6)의 레버 조작 신호(123)가 큰 경우에는, 붐 실린더 속도를 빨리할 필요가 있다는 점에서, 재생 유량도 증가할 수 있다. 이로 인해, 함수 발생기(134)는 0 이상 1 이하의 범위에서 큰 값을 출력하고, 적산기(136)에 보냄으로써, 함수 발생기(131)에서 산출된 재생측 개구 면적을 크게 설정한다.
펌프 저감 유량도 마찬가지로, 재생 유량이 큰 경우에는 펌프 저감 유량도 크게 설정할 필요가 있다는 점에서, 함수 발생기(134)의 출력은 적산기(138)에도 보내져, 펌프 저감 유량이 증가하도록 설정한다.
함수 발생기(135)는, 제2 조작 장치(10)의 레버 조작 신호(124)가 입력되고, 입력 신호에 비례한 출력 신호(최대가 1이며 최소가 0)가 적산기(140, 142)에 입력된다. 제2 조작 장치(10)의 레버 조작 신호(124)가 작은 경우에는 아암 실린더 속도를 늦게 할 필요가 있다는 점에서, 재생 유량도 저감시킬 필요가 있다. 이로 인해, 함수 발생기(135)는 0 이상 1 이하의 범위로부터 작은 값을 출력하고, 적산기(140)에 보냄으로써, 함수 발생기(131)에서 산출된 재생측 개구 면적을 작게 설정한다.
펌프 저감 유량도 마찬가지로, 재생 유량이 적은 경우에는 펌프 저감 유량도 적게 설정할 필요가 있다는 점에서, 함수 발생기(135)의 출력은 적산기(142)에도 보내져, 펌프 저감 유량을 저감시키도록 설정한다.
한편, 제2 조작 장치(10)의 레버 조작 신호(124)가 큰 경우에는, 아암 실린더 속도를 빠르게 할 필요가 있다는 점에서, 재생 유량을 증가할 수 있다. 이로 인해, 함수 발생기(135)는 0 이상 1 이하의 범위에서 큰 값을 출력하고, 적산기(140)에 보냄으로써, 함수 발생기(131)에서 산출된 재생측 개구 면적을 크게 설정한다.
펌프 저감 유량도 마찬가지로, 재생 유량이 큰 경우에는 펌프 저감 유량도 크게 설정할 필요가 있다는 점에서, 함수 발생기(135)의 출력은 적산기(142)에도 보내져, 펌프 저감 유량이 증가하도록 설정한다.
또한, 붐 실린더(4)의 보텀측의 배출유가 재생되는 경우와 재생되지 않는 경우에, 붐 실린더 속도가 크게 변함없도록 함수 발생기(131, 133, 134, 135)의 테이블 및 재생 제어 밸브의 개구 면적 특성을 조정하는 것이 바람직하다. 특히 붐 실린더(4)의 압유를 아암 실린더(8)에 재생하는 동작은, 주로 수평 당김 동작이기 때문에, 그 경우의 붐 실린더(4)의 보텀압과 아암 실린더(8)의 로드압은 어느 정도 정해진 경향이 된다. 이로 인해, 수평 당김 동작시의 압력 파형을 분석함으로써, 재생 제어 밸브(17)의 개구 면적을 어느 정도 최적의 값으로 설정할 수 있다.
함수 발생기(139)는, 제2 조작 장치(10)의 레버 조작 신호(124)에 따라 요구 펌프 유량을 산출하는 것이다. 레버 조작 신호(124)가 들어오지 않을 경우에는, 최저한의 유량을 유압 펌프(1)로부터 출력하는 것과 같은 특성이 되어 있다. 이것은, 제2 조작 장치(10)의 조작 레버를 넣었을 때의 응답성을 양호하게 하고, 또한 유압 펌프(1)의 시징을 방지하기 위함이다. 그리고, 레버 조작 신호(124)가 증가하면, 그에 따라 유압 펌프(1)의 토출 유량을 증가시키고, 아암 실린더(8)에 유입되는 압유를 증가시킨다. 이에 의해, 조작량에 따른 아암 실린더 속도를 실현한다.
감산기(144)는, 적산기(142)로부터 출력된 펌프 저감 유량과 함수 발생기(139)에서 산출된 요구 펌프 유량이 입력된다. 감산기(144)에 의해 요구 펌프 유량으로부터 펌프 저감 유량, 즉 재생 유량이 이끌림으로써 펌프 출력이 억제되고, 연비를 저감할 수 있다.
출력 변환부(151)에는, 적산기(140) 및 감산기(144)로부터의 출력이 입력되고, 각각 전자 비례 밸브(22)로의 전자 밸브 지령(222) 및 유압 펌프(1)로의 틸팅 지령(201)으로서 출력된다.
이에 의해 전자 비례 밸브(22)는 제어되고, 전자 비례 밸브(22)로부터 출력된 구동압에 의해 원하는 개구 면적으로 재생 제어 밸브(17)가 제어된다. 또한, 틸팅 지령(201)에 의해 유압 펌프(1)가 원하는 틸팅으로 제어되고, 재생 유량분을 제언한 펌프 유량을 토출한다.
이어서, 컨트롤러(27)의 조작에 대하여 설명한다.
레버 조작 신호(123)는 함수 발생기(134)에 입력되어, 레버 조작 신호(123)에 비례한 신호를 출력한다. 함수 발생기(134)의 출력은 함수 발생기(149)로부터 출력되어 출력 조정부(152)를 통한 신호와 함께 적산기(150)에 입력된다. 적산기(150)의 출력은 출력 변환부(151)를 통해 전자 밸브 지령(128)으로서 전자 비례 밸브(28)에 출력된다.
부하압이 낮은 경우, 함수 발생기(149)는 1을 출력하기 때문에, 연통 승압 밸브(16)는 레버 조작 신호(123)에 비례한 개구 면적이 된다. 부하압이 높아짐에 따라 함수 발생기(149)의 출력은 1보다 작아지기 때문에, 연통 승압 밸브(16)의 개구가 교축되고, 부하압이 오버로드 릴리프 설정압에 가까워져 함수 발생기(149)가 0을 출력했을 때에, 연통 승압 밸브(16)는 폐쇄된다.
감산기(160)로부터의 차압 신호가 입력되면, 함수 발생기(131) 및 함수 발생기(133)로부터 각각 재생 제어 밸브(17)의 재생측의 개구 면적 신호와 펌프 저감 유량 신호가 출력된다. 그리고, 레버 조작 신호(123)가 입력되면, 함수 발생기(134)는 적산기(136, 138)에 레버 조작량에 따른 값을 출력하고, 함수 발생기(131)로부터 출력되는 재생측 개구 면적 신호 및 함수 발생기(133)로부터 출력되는 펌프 저감 유량 신호를 각각 보정한다.
마찬가지로, 레버 조작 신호(124)가 입력되면 함수 발생기(135)는 적산기(140, 142)에 레버 조작량에 따른 값을 출력하고, 적산기(136)로부터 출력되는 재생측 개구 면적 신호 및 적산기(138)로부터 출력되는 펌프 저감 유량 신호를 각각 보정한다.
함수 발생기(139)는 레버 조작 신호(124)에 따른 유압 펌프(1)의 요구 펌프 유량을 출력하여, 감산기(144)에 보낸다. 감산기(144)에서는, 요구 펌프 유량으로부터 펌프 저감 유량, 즉 재생 유량을 끌어들인 신호를 출력 변환부(151)로 출력한다.
출력 변환부(151)에는 적산기(14) 및 감산기(144)로부터의 신호가 입력되어, 각각 전자 비례 밸브(22)로의 전자 밸브 지령(222) 및 유압 펌프(1)로의 틸팅 지령(201)으로서 출력된다. 이에 의해 전자 비례 밸브(22)는 제어되고, 전자 비례 밸브(22)로부터 출력된 구동압에 의해 원하는 개구 면적으로 재생 제어 밸브(17)가 제어된다. 또한, 틸팅 지령(201)에 의해 유압 펌프(1)가 원하는 틸팅으로 제어되고, 재생 유량분을 제언한 펌프 유량을 토출한다.
이상의 동작에 의해, 부하압과 붐 하강 조작량인 레버 조작 신호(123)에 따라 연통 승압 밸브(16)의 개구 면적을 조정 가능하기 때문에, 보다 미세한 제어가 가능해지고, 양호한 조작성을 확보할 수 있다. 또한, 부하압이 급격하게 상승한 경우에도, 전자 비례 밸브(28)로부터의 제어량은 적당한 지연을 가지고 출력되므로, 연통 승압 밸브(16)의 급격한 전환은 억제된다. 또한, 재생 제어 밸브(17), 유압 펌프(1)를 차압 및 레버 조작량에 따라 제어함으로써, 연비 저감이 가능함과 함께, 양호한 조작성을 확보할 수 있다.
상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태에 의하면, 붐 실린더(4)에 고부하가 작용한 경우에도 오버로드 릴리프 설정압에 달하는 것을 방지함과 함께, 전환 쇼크를 억제하여 양호한 조작성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제1 실시 형태에 의하면, 붐 실린더(4)의 보텀압과 로드압으로부터 부하압을 산출하여, 이 부하압을 기초로 오버로드 설정압에 대한 연통 승압 밸브(16)의 개방도 보정을 행하므로 보다 미세한 제어가 가능해진다. 또한, 붐 하강 조작량인 레버 조작 신호(123)에 따라 연통 승압 밸브(16)의 개구 면적을 조정 가능하게 되므로, 더 미세한 제어가 가능해지고, 양호한 조작성을 확보할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 로드압 신호와 보텀압 신호로부터 부하압을 연산하고, 이 부하압을 함수 발생기(149)에 입력시키도록 구성했지만, 로드압 신호는 반드시 제어에 사용할 필요는 없고, 예를 들어 부하압으로 바꾸어 보텀압 신호(125)의 출력을 함수 발생기(149)에 입력하도록 구성해도 된다.
[실시예 2]
이하, 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제2 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다. 도 8은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제2 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 블록도, 도 9는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제2 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 입력부를 설명하는 블록도, 도 10은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제2 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 입력 변환부의 특성을 도시하는 특성도이다. 도 8 내지 10에 있어서, 도 1 내지 도 7에 도시한 부호와 동일한 부호인 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제2 실시 형태에 있어서는, 도 8에 도시한 바와 같이 컨트롤러(27) 내에 이상 판정부(153)를 구비한 점이 제1 실시 형태와 상이하다. 구체적으로는, 함수 발생기(149)와 출력 조정부(152)의 사이에 적산기(154)를 설치하고, 적산기(154)의 일단부측에 이상 판정부의 출력 신호를 입력하고, 적산기(154)의 타단부측에 함수 발생기(149)의 출력 신호를 입력하고, 적산기(154)의 출력 신호를 출력 조정부(152)에 입력시키고 있다.
제1 실시 형태에 있어서는, 보텀압 신호(125), 로드압 신호(129), 레버 조작 신호(123)의 각 검출 신호를 기초로 연통 승압 밸브(16)의 개구 면적을 제어하고 있지만, 이들 신호를 검출하는 압력 센서(23, 25, 29) 중 어느 것이 고장난 경우에는, 연통 승압 밸브(16)를 적절하게 제어할 수 없게 될 우려가 있다.
예를 들어, 압력 센서(25)에 이상이 발생하여 붐 실린더(4)의 보텀압을 실제보다도 낮은 값으로 출력한 경우를 상정한다. 이 상태에서 부하압이 높아져 오버로드 릴리프 설정압에 가까워진 경우, 보텀압 신호(125)는 실제보다 낮은 값이 출력되기 때문에, 연통 승압 밸브(16)가 폐쇄되지 않고, 최악의 경우 오버로드 릴리프 밸브(12)로부터 압유가 흘러, 붐 실린더(4)가 부주의하게 낙하하게 된다.
본 실시 형태에 있어서는, 이러한 사상의 발생을 방지하기 위해, 각 압력 센서에 이상이 발생한 경우에 이상을 판정하고, 연통 승압 밸브(16)를 적절하게 폐쇄하는 제어를 행한다. 이상 판정부(153)가 각 압력 센서의 이상을 판정하는 방법에 대하여 이하에 설명한다.
도 9는 컨트롤러(27)의 입력부를 설명하는 블록도이다. 컨트롤러(27)는 각 압력 센서로부터의 전기 신호를 입력하고, 압력 신호로 변환하는 입력 변환부(162)를 구비하고 있다. 입력 변환부(162)가 변환한 로드압 신호(129), 보텀압 신호(125), 레버 조작 신호(123)는, 제어 로직의 연산에 사용된다. 또한, 입력 판정부(162)에는 도시하지 않은 다른 압력 신호도 입력되지만, 여기에서는 생략한다.
입력 변환부(162)의 기능에 대하여 도 10을 사용하여 설명한다. 도 10에 있어서, 횡축은 입력 변환부(162)에 입력되는 전기 신호인 전압을 나타내고, 종축은 변환한 압력 신호를 나타내고 있다. Pmin은 압력 센서의 사양으로 결정되는 계측 가능한 최소 압력을 나타내고, Pmax는 압력 센서의 사양으로 결정되는 계측 가능한 최대 압력을 나타낸다. Emin과 Emax는, 각각 Pmin과 Pmax일 때의 전압값이다. Emin은 최소 전압인 0V보다도 큰 값이며, Emax는 최대 전압인 5V보다도 작은 값으로 되어 있다. 즉, 압력 센서가 정상적으로 동작하고 있을 때에는, 각 압력 센서로부터 출력되는 전압값은 Emin으로부터 Emax의 사이가 된다.
이상 판정부(153)에는, 각 압력 신호(129, 125, 123)로부터 출력되는 전기 신호가 입력된다. 여기서, 압력 센서의 하니스가 단선 혹은 쇼트되면, 압력 센서로부터 컨트롤러(27)에 입력되는 전기 신호는, 단선인 경우에는 0V, 쇼트된 경우에는 5V 부근이 된다. 따라서, 이상 판정부(153)에서는, 각각의 압력 센서의 전기 신호를 감시하고, 어느 하나의 전기 신호가 Emin 또는 Emax를 벗어나, 0V 또는 5V에 가까운 값을 검지하면 이상으로 판정한다.
도 8로 되돌아가, 이상 판정부(153)에서는 정상이라고 판단되면 1을, 이상이라고 판단되면 0을 적산기(154)에 보낸다. 정상이라고 판단되면 1을 출력하기 때문에, 함수 발생기(149)의 출력이 그대로 적산기(154)로부터 출력된다. 이상이라고 판단되면 0이 적산기(154)에 입력되며 또한 적산기(150)로부터도 0이 출력되기 때문에, 최종적으로는 연통 승압 밸브(16)는 폐쇄하도록 제어된다.
즉, 이상 판정부(153)가 각 압력 센서 중 어느 하나가 이상인 것으로 판정하면, 0의 신호를 출력하고, 부하압, 레버 조작량에 관계없이 연통 승압 밸브(16)를 폐쇄하는 제어를 행한다.
또한, 이상 판정부(153)의 출력은 ON/OFF로 행해지기 때문에, 지연을 갖게 하는 출력 조정부(152)의 앞쪽에 접속하도록 구성하고 있다. 이로 인해, 이상 판정부(153)가 이상 상태로 판정한 경우에는, 연통 승압 밸브(16)의 개방도를 시간의 경과와 함께 완만하게 감소시키도록 동작한다. 그러나, 출력 조정부(152)의 지연만으로는 쇼크가 있는 경우에는, 신호에 지연을 더 갖게 하기 위한 제2 출력 조정부를 이상 판정부(153)와 적산기(154)의 사이에 마련해도 된다.
상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제2 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제2 실시 형태에 의하면, 각 압력 센서에 이상이 발생한 경우에도, 연통 승압 밸브(16)를 적절하게 폐쇄하여 오버로드 릴리프 설정압에 달하는 것을 방지함과 함께, 전환의 쇼크가 없는, 양호한 조작성을 확보할 수 있다.
[실시예 3]
이하, 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제3 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다. 도 11은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제3 실시 형태를 도시하는 개략도이다. 도 11에 있어서, 도 1 내지 도 10에 도시한 부호와 동일한 부호인 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제3 실시 형태에 있어서는, 도 11에 도시한 바와 같이, 연통 관로(14)와 병렬로 배치되며 보텀측 관로(15) 및 로드측 관로(13)를 접속하는 제2 연통 승압 통로로서의 제2 연통 관로(14A)가 설치된 점과, 제2 연통 관로(14A)에 배치되며 붐 하강 조작시에 보텀측 관로(15)로부터 유입된 복귀유를 로드측 관로(13)에 재생하기 위한 제2 연통 승압 밸브로서의 제어 밸브(30)가 설치된 점이 제1 실시 형태와 상이하다.
도 11에 있어서, 붐 하강 조작이 행해지면, 제어 밸브(30)에 파일럿압 Pd가 작용한다. 이에 의해, 붐 실린더(4)의 보텀측으로부터 배출된 복귀유는, 보텀측 관로(15)를 통해 제어 밸브(30)에 유입되어 교축 제어를 한 후 로드측 관로(13)를 거쳐서 연통 승압 밸브(16)의 재생 유량과 합류하여 붐 실린더(4)의 로드측에 재생된다.
이러한 구성으로 했으므로, 본 실시 형태에 의하면, 전자 비례 밸브(28)에 이상이 발생하여 연통 승압 밸브(16)를 부주의하게 폐쇄한 경우에도, 제어 밸브(30)의 통로로부터 압유가 로드측으로 흐르기 때문에 급격한 압력 변화가 억제된다. 이에 의해, 쇼크의 저감 및 부압에 의한 캐비테이션의 발생을 저감할 수 있다.
상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제3 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제3 실시 형태에 의하면, 연통 승압 밸브(16)와는 다른 재생 통로를 설치하였기 때문에, 전기적인 고장에 의해 연통 승압 밸브(16)가 부주의하게 폐쇄된 경우에도, 쇼크의 저감 및 캐비테이션의 방지를 도모할 수 있다.
[실시예 4]
이하, 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제4 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다. 도 12는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제4 실시 형태를 도시하는 개략도이다. 도 12에 있어서, 도 1 내지 도 11에 도시한 부호와 동일한 부호인 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제4 실시 형태에 있어서는, 도 12에 도시한 바와 같이 연통 관로 상에 제어 밸브(31)를 설치한 점이 제1 실시 형태와 상이하다.
도 12에 있어서, 붐 하강 조작이 행해지면, 제어 밸브(31)에 파일럿압 Pd가 작용한다. 이에 의해, 붐 실린더(4)의 보텀측으로부터 배출된 복귀유는, 보텀측 관로(15)를 통해 제어 밸브(31)에 유입되어 교축 제어된 후 연통 승압 밸브(16)에 연결되는 구성으로 되어 있다.
이러한 구성으로 했으므로, 본 실시 형태에 의하면, 연통 승압 밸브(16)가 스틱되어 개방된 상태에서 동작 불능이 되었다고 해도, 조작 레버(6)를 되돌리는 방향으로 조작함으로써 파일럿압 Pd를 저하시키면, 제어 밸브(31)의 재생 통로가 교축되기 때문에, 승압을 억제할 수 있다. 이로 인해, 붐 실린더(4)에 고부하가 작용하여 오버로드 릴리프 설정압 부근이 됨과 함께, 연통 승압 밸브(16)가 움직이지 않게 되었다고 해도, 제어 밸브(31)에 의해 재생 통로를 교축할 수 있으므로, 승압을 억제하여 부주의하게 오버로드 릴리프 설정압에 달하는 것을 방지할 수 있다.
상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제4 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제4 실시 형태에 의하면, 연통 승압 밸브(16)의 상류에 다른 재생 교축을 마련하였기 때문에, 연통 승압 밸브(16)가 부주의하게 개방된 채로 움직이지 않게 되었다고 해도, 승압을 억제하여 오버로드 릴리프 설정압에 달하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 전자 비례 밸브(28)에 입력되는 압력이 파일럿압 Pd가 아니고 예를 들어 파일럿 펌프(3)의 압력이며, 전자 비례 밸브(28)로 감압하는 것과 같은 구성인 경우에도, 본 실시 형태에 의하면, 조작 레버(6)를 되돌리는 방향으로 조작함으로써 파일럿압 Pd를 저하시키면, 제어 밸브(31)의 재생 통로가 교축되기 때문에, 승압을 억제할 수 있다. 즉, 전기적인 고장에 의해 연통 승압 밸브(16)가 개방된 채가 되었다고 해도, 승압을 억제하여 오버로드 릴리프 설정압에 달하는 것을 방지할 수 있다.
[실시예 5]
이하, 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제5 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다. 도 13은 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제5 실시 형태를 도시하는 개략도이다. 도 13에 있어서, 도 1 내지 도 12에 도시한 부호와 동일한 부호인 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제5 실시 형태에 있어서는, 도 13에 도시한 바와 같이 회생 제어 밸브(17')에 접속되어 있는 재생처가 유압 에너지를 전기 에너지로 변환하는 회생 장치가 되어 있다는 점이 제1 실시 형태와 상이하다.
도 13에 있어서, 회생 제어 밸브(17')의 한쪽의 출구 포트에 일단부측이 접속된 회생 관로(18')의 타단부측에는, 붐 실린더(4)의 압유에 의해 구동되는 회생용 유압 모터(32)가 접속되어 있다. 회생 장치는 회생용 유압 모터(32)와, 회생용 유압 모터(32)에 기계적으로 연결되어 있으며, 유압 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 전동기(33)와, 전동기(33)를 제어하기 위한 인버터(34)와, 전기 에너지를 축적하기 위한 축전 장치(35)를 구비하고 있다.
이러한 구성으로 함으로써, 붐 실린더(4)로부터 배출된 복귀유를 회생 제어 밸브(17')를 통해 회생용 유압 모터(32)에 보냄으로써, 유압 에너지를 전기 에너지로서 축전 장치(35)에 축적할 수 있다.
또한, 연통 승압 밸브(16)에 의해 붐 실린더(4)의 복귀유를 승압함으로써, 저압·대유량의 압유 에너지를 고압·소유량의 유압 에너지로 변환할 수 있으며, 그 결과 대유량을 회생할 필요가 없어진다는 점에서, 회생 장치의 대형화를 방지하고, 효율적으로 에너지를 회생할 수 있다.
또한, 붐 실린더(4)의 부하압이 상승하여, 오버로드 릴리프 설정압에 가까워진 경우에도, 부하압에 따라 연통 승압 밸브(16)의 개방도를 조정함으로써, 오버로드 릴리프 설정압에 달하는 것을 방지함과 함께, 급격한 압력 변동을 억제한 양호한 조작성을 확보할 수 있다.
상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제5 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제5 실시 형태에 의하면, 전동기를 사용한 회생 장치에 있어서 회수 효율을 높이기 위해 보텀압을 승압한 경우에도, 오버로드 릴리프 설정압에 달하는 것을 방지함과 함께, 재생 통로를 폐쇄할 때에 발생하는 급격한 압력 변동을 억제한, 양호한 조작성을 확보할 수 있다.
[실시예 6]
이하, 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제6 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다. 도 14는 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제6 실시 형태를 도시하는 개략도이다. 도 14에 있어서, 도 1 내지 도 13에 도시한 부호와 동일한 부호인 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제6 실시 형태에 있어서는, 도 14에 도시한 바와 같이 회생 제어 밸브(17')에 접속되어 있는 재생처가 유압 에너지를 축적하기 위한 어큐뮬레이터(36)가 되어 있다는 점이 제1 실시 형태와 상이하다. 도 14에 있어서, 회생 제어 밸브(17')의 한쪽의 출구 포트에 일단부측이 접속된 회생 관로(18')의 타단부측에는, 어큐뮬레이터(36)가 접속되어 있다.
이러한 구성으로 함으로써, 붐 실린더(4)로부터 배출된 복귀유를 회생 제어 밸브(17')를 통해 어큐뮬레이터(36)에 축적할 수 있다. 또한, 어큐뮬레이터(36)의 특성상, 복귀유를 축적하기 위해서는, 보텀압을 어큐뮬레이터(36)의 입구압보다도 높일 필요가 있지만, 연통 승압 밸브(16)에 의해 붐 실린더(4)의 복귀유를 승압할 수 있기 때문에, 회수 효율을 높일 수 있다.
또한, 붐 실린더(4)의 부하압이 상승하여, 오버로드 릴리프 설정압에 가까워진 경우에도, 부하압에 따라 연통 승압 밸브(16)의 개방도를 조정함으로써, 오버로드 릴리프 설정압에 달하는 것을 방지함과 함께, 급격한 압력 변동을 억제한 양호한 조작성을 확보할 수 있다.
상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제6 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
상술한 본 발명의 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치의 제6 실시 형태에 의하면, 어큐뮬레이터(36)를 사용한 회생 장치에 있어서 회수 효율을 높이기 위해 보텀압을 승압한 경우에도, 오버로드 릴리프 설정압에 달하는 것을 방지함과 함께, 재생 통로를 폐쇄할 때에 발생하는 급격한 압력 변동을 억제한, 양호한 조작성을 확보할 수 있다.
1: 유압 펌프
3: 파일럿 펌프
4: 붐 실린더
5: 제어 밸브
6: 제1 조작 장치
6a: 조작 레버
6b: 파일럿 밸브
8: 아암 실린더
9: 제어 밸브
10: 제1 조작 장치
10a: 조작 레버
10b: 파일럿 밸브
7a, 11a: 압유 공급관로
7b, 11b: 탱크 관로
12: 메이크업 부착 오버로드 릴리프 밸브
13: 로드측 관로
14: 연통 관로
14A: 제2 연통 관로(제2 연통 승압 통로)
15: 보텀측 관로
16: 연통 승압 밸브
17: 재생 제어 밸브
17': 회생 제어 밸브
18: 재생 관로
18': 회생 관로
19: 메이크업 부착 오버로드 릴리프 밸브
20: 보텀측 관로
21: 로드측 관로
22: 전자 비례 밸브
23, 24, 25, 26, 29: 압력 센서
27: 컨트롤러
28: 전자 비례 밸브
30: 제어 밸브(제2 연통 승압 밸브)
31: 제어 밸브
32: 회생용 유압 모터
33: 전동기
34: 인버터
35: 축전 장치
36: 어큐뮬레이터
123: 레버 조작 신호
124: 레버 조작 신호
125: 보텀압 신호
126: 펌프압 신호
128: 전자 밸브 지령
129: 로드압 신호
131: 함수 발생기
133: 함수 발생기
134: 함수 발생기
135: 함수 발생기
136: 적산기
138: 적산기
139: 함수 발생기
140: 적산기
142: 적산기
144: 감산기
148: 게인 발생기
149: 함수 발생기
150: 적산기
151: 출력 변환부
152: 출력 조정부
152: 이상 판정부
154: 적산기
160: 감산기
161: 감산기
162: 입력 변환부
203: 프론트 작업기
205: 붐
206: 아암
207: 버킷
201: 틸팅 지령
222: 전자 밸브 지령

Claims (8)

  1. 피구동체를 구동 또는 상기 피구동체의 자중 낙하시에 수축하는 유압 실린더와,
    상기 피구동체의 자중 낙하시에 상기 유압 실린더의 배출측과 흡입측을 연통함으로써, 배출측의 압유의 압력을 승압하는 것이 가능한 연통 승압 통로와,
    상기 연통 승압 통로에 배치되어 상기 연통 승압 통로의 압력 또는 유량 혹은 그 양쪽을 조정 가능한 연통 승압 밸브와,
    상기 피구동체의 자중 낙하시에, 상기 유압 실린더로부터 배출되는 압유를 재생 가능한 재생측 관로 및 재생 제어 밸브 또는 상기 유압 실린더로부터 배출되는 압유를 전기 에너지로서 회생 가능한 회생측 관로 및 회생 제어 밸브와,
    상기 유압 실린더의 배출측의 압력을 검출 가능한 제1 압력 검출기와,
    상기 피구동체를 자중 낙하시키기 위한 조작 장치와,
    상기 조작 장치의 조작량을 검출하는 조작량 검출기와,
    상기 제1 압력 검출기가 검출한 상기 유압 실린더의 배출측의 압력 신호와, 상기 조작량 검출기가 검출한 상기 조작 장치의 조작량 신호가 입력되고, 상기 연통 승압 밸브를 제어 가능한 제어 장치를 구비한 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 제1 압력 검출기가 검출한 상기 유압 실린더의 배출측의 압력이 미리 정한 고부하 설정압에 달한 경우, 상기 유압 실린더의 배출측의 압력에 미리 정한 지연을 부가하여, 달한 직후에는 상기 압력의 증가에 따라 상기 연통 승압 밸브의 개방도를 감소시키고, 시간의 경과와 함께 상기 연통 승압 밸브의 개방도를 완만하게 감소시키는
    것을 특징으로 하는 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유압 실린더의 흡입측의 압력을 검출 가능한 제2 압력 검출기를 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 제2 압력 검출기가 검출한 상기 유압 실린더의 흡입측의 압력 신호를 입력하여, 상기 연통 승압 밸브를 상기 유압 실린더의 흡입측의 압력 신호에 따라 제어하는
    것을 특징으로 하는 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 제1 압력 검출기와 상기 제2 압력 검출기와 상기 조작량 검출기 중 적어도 어느 하나가 고장났을 때에, 이상 상태라는 이상 판정을 행하는 이상 판정부를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 이상 판정부가 이상 상태라고 판정한 경우에 상기 연통 승압 밸브의 개방도를 시간의 경과와 함께 완만하게 감소시키는
    것을 특징으로 하는 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연통 승압 통로와 병렬로 배치되며, 상기 피구동체의 자중 낙하시에 상기 유압 실린더의 배출측과 흡입측을 연통시키는 제2 연통 승압 통로와, 상기 제2 연통 승압 통로에 배치되며, 상기 제2 연통 승압 통로의 압력 또는 유량 혹은 그 양쪽을 조정 가능한 제2 연통 승압 밸브를 더 구비하고,
    상기 조작 장치는 유압 파일럿식으로 구성되고,
    상기 제2 연통 승압 밸브는 상기 조작 장치의 조작량에 따라 개방도가 조정되는
    것을 특징으로 하는 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연통 승압 통로에 상기 연통 승압 밸브와는 직렬의 관계로 배치되며, 상기 연통 승압 통로의 압력 또는 유량 혹은 그 양쪽을 조정 가능한 제3 연통 승압 밸브를 더 구비하고,
    상기 조작 장치는 유압 파일럿식으로 구성되고,
    상기 제3 연통 승압 밸브는 상기 조작 장치의 조작량에 따라 개방도가 조정되는
    것을 특징으로 하는 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유압 실린더와는 다른 유압 액추에이터와, 상기 유압 액추에이터에 압유를 공급하는 유압 펌프를 더 구비하고,
    상기 재생측 관로와 재생 제어 밸브는, 상기 피구동체의 자중 낙하시에 배출되는 압유를 상기 유압 액추에이터와 상기 유압 펌프의 사이에 재생시키는 것인
    것을 특징으로 하는 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 피구동체의 자중 낙하시에 상기 유압 실린더로부터 배출되는 압유는, 상기 회생측 관로 및 회생 제어 밸브를 통해 유압 모터로 공급되는
    것을 특징으로 하는 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 피구동체의 자중 낙하시에 상기 유압 실린더로부터 배출되는 압유는, 상기 회생측 관로 및 회생 제어 밸브를 통해 어큐뮬레이터로 공급되는
    것을 특징으로 하는 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치.
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