KR102249953B1 - 작업 기계 - Google Patents

작업 기계 Download PDF

Info

Publication number
KR102249953B1
KR102249953B1 KR1020197025454A KR20197025454A KR102249953B1 KR 102249953 B1 KR102249953 B1 KR 102249953B1 KR 1020197025454 A KR1020197025454 A KR 1020197025454A KR 20197025454 A KR20197025454 A KR 20197025454A KR 102249953 B1 KR102249953 B1 KR 102249953B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hydraulic
regenerative
hydraulic pump
motor
pressure
Prior art date
Application number
KR1020197025454A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190112782A (ko
Inventor
세이지 히지카타
고지 이시카와
신야 이무라
Original Assignee
히다치 겡키 가부시키 가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 히다치 겡키 가부시키 가이샤 filed Critical 히다치 겡키 가부시키 가이샤
Publication of KR20190112782A publication Critical patent/KR20190112782A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102249953B1 publication Critical patent/KR102249953B1/ko

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/16Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with two or more servomotors
    • F15B11/17Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with two or more servomotors using two or more pumps
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2221Control of flow rate; Load sensing arrangements
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/2058Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2095Control of electric, electro-mechanical or mechanical equipment not otherwise provided for, e.g. ventilators, electro-driven fans
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2217Hydraulic or pneumatic drives with energy recovery arrangements, e.g. using accumulators, flywheels
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2221Control of flow rate; Load sensing arrangements
    • E02F9/2239Control of flow rate; Load sensing arrangements using two or more pumps with cross-assistance
    • E02F9/2242Control of flow rate; Load sensing arrangements using two or more pumps with cross-assistance including an electronic controller
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2264Arrangements or adaptations of elements for hydraulic drives
    • E02F9/2271Actuators and supports therefor and protection therefor
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2278Hydraulic circuits
    • E02F9/2292Systems with two or more pumps
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2278Hydraulic circuits
    • E02F9/2296Systems with a variable displacement pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/14Energy-recuperation means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/08Servomotor systems incorporating electrically operated control means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/205Systems with pumps
    • F15B2211/20507Type of prime mover
    • F15B2211/20515Electric motor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/205Systems with pumps
    • F15B2211/2053Type of pump
    • F15B2211/20546Type of pump variable capacity
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/205Systems with pumps
    • F15B2211/20576Systems with pumps with multiple pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60Circuit components or control therefor
    • F15B2211/63Electronic controllers
    • F15B2211/6303Electronic controllers using input signals
    • F15B2211/6306Electronic controllers using input signals representing a pressure
    • F15B2211/6309Electronic controllers using input signals representing a pressure the pressure being a pressure source supply pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60Circuit components or control therefor
    • F15B2211/63Electronic controllers
    • F15B2211/6303Electronic controllers using input signals
    • F15B2211/6306Electronic controllers using input signals representing a pressure
    • F15B2211/6313Electronic controllers using input signals representing a pressure the pressure being a load pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60Circuit components or control therefor
    • F15B2211/63Electronic controllers
    • F15B2211/6303Electronic controllers using input signals
    • F15B2211/6306Electronic controllers using input signals representing a pressure
    • F15B2211/6316Electronic controllers using input signals representing a pressure the pressure being a pilot pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60Circuit components or control therefor
    • F15B2211/665Methods of control using electronic components
    • F15B2211/6651Control of the prime mover, e.g. control of the output torque or rotational speed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60Circuit components or control therefor
    • F15B2211/665Methods of control using electronic components
    • F15B2211/6652Control of the pressure source, e.g. control of the swash plate angle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60Circuit components or control therefor
    • F15B2211/665Methods of control using electronic components
    • F15B2211/6654Flow rate control
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/70Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/705Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor characterised by the type of output members or actuators
    • F15B2211/7058Rotary output members
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/70Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/71Multiple output members, e.g. multiple hydraulic motors or cylinders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/70Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/75Control of speed of the output member
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/80Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/88Control measures for saving energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Abstract

유압 액추에이터로부터의 복귀 압유를 회생할 수 있음과 함께, 회생용 유압 모터 및 유압 펌프의 드래그 손실의 증대, 및 회생용 유압 모터의 회생 효율의 저하를 방지할 수 있는 작업 기계를 제공한다.
컨트롤러(100)는, 회생용 유압 모터(13)의 용적과 상기 회생용 유압 모터의 회생 유량으로부터 회생용 유압 모터 요구 회전수를 산출하고, 제 1 유압 펌프(15)의 용적과 상기 제 1 유압 펌프의 목표 어시스트 유량으로부터 제 1 유압 펌프 요구 회전수를 산출하며, 상기 회생용 유압 모터 요구 회전수와 상기 제 1 유압 펌프 요구 회전수 중 큰 쪽을 전동기(14)의 목표 회전수로 한다.

Description

작업 기계
본 발명은, 유압 셔블 등의 작업 기계에 관련된 것이며, 더 상세하게는, 유압 액추에이터로부터의 복귀 압유를 회생할 수 있는 작업 기계에 관한 것이다.
유압 액추에이터로부터의 복귀 압유를 회생할 수 있는 작업 기계의 종래 기술을 개시하는 것으로서, 예를 들면 특허 문헌 1이 있다.
특허 문헌 1에는, 유압 액추에이터로부터 배출된 복귀 오일에 의해 구동되는 회생용 유압 모터와, 상기 회생용 유압 모터와 기계적으로 연결된 유압 펌프 및 전동기를 구비한 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치가 기재되어 있다. 이 압유 에너지 회생 장치에 의하면, 회생용 유압 모터에 기계적으로 연결된 유압 펌프를 회수한 에너지에 의해 직접 구동할 수 있으므로, 에너지를 잠시 축적할 때의 손실이 발생하지 않는다. 이 결과, 에너지 변환 손실을 감소시킬 수 있으므로 효율적으로 에너지를 이용하는 것이 가능해진다.
WO2015/173963
그러나, 특허 문헌 1에 기재된 작업 기계의 압유 에너지 회생 장치에서는, 복귀 오일의 목표 유량 또는 일정 회전수 지령에 따라 전동기의 회전수가 제어되기 때문에, 전동기의 회전수가 회생용 유압 모터에 의해 회생되는 동력(회생 동력) 또는 유압 펌프의 동력(펌프 동력)에 대하여 과대(過大)가 된 경우에, 회생용 유압 펌프 및 유압 펌프의 드래그 손실이 커지고, 전동기의 회전수가 회생 동력 또는 펌프 동력에 대하여 과소(過小)가 된 경우에, 회생용 유압 모터의 회생 효율이 저하된다고 하는 과제가 있다.
본 발명은, 상기의 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 유압 액추에이터로부터의 복귀 압유를 회생할 수 있음과 함께, 회생용 유압 모터 및 유압 펌프의 드래그 손실의 증대, 및 회생용 유압 모터의 회생 효율의 저하를 방지할 수 있는 작업 기계를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 제 1 유압 액추에이터와, 제 2 유압 액추에이터와, 상기 제 1 유압 액추에이터로부터 배출된 복귀 오일에 의해 구동되는 회생용 유압 모터와, 상기 회생용 유압 모터와 기계적으로 연결된 제 1 유압 펌프와, 상기 회생용 유압 모터에 기계적으로 연결된 전동기와, 상기 제 1 유압 액추에이터 또는 상기 제 2 유압 액추에이터를 구동하는 압유를 토출하는 제 2 유압 펌프와, 상기 제 1 유압 펌프가 토출한 압유를 상기 제 2 유압 펌프가 토출한 압유에 합류시키는 합류 관로와, 상기 제 1 유압 액추에이터의 조작을 지시하는 제 1 조작 장치와, 상기 제 1 조작 장치의 조작량을 검출하는 제 1 조작량 검출 장치와, 상기 제 2 유압 액추에이터의 조작을 지시하는 제 2 조작 장치와, 상기 제 2 조작 장치의 조작량을 검출하는 제 2 조작량 검출 장치와, 상기 제 1 유압 액추에이터의 압력을 검출하는 제 1 압력 검출 장치와, 상기 제 2 유압 펌프의 압력을 검출하는 제 2 압력 검출 장치와, 상기 제 1 조작량 검출 장치, 상기 제 2 조작량 검출 장치, 상기 제 1 압력 검출 장치, 및 상기 제 2 압력 검출 장치의 신호가 입력되어, 상기 전동기에 제어 지령을 출력하는 컨트롤러를 구비하고, 상기 컨트롤러는, 상기 제 1 조작 장치의 조작량과 상기 제 1 유압 액추에이터의 압력으로부터 상기 회생용 유압 모터의 회생 유량 및 회생 동력을 산출하며, 상기 제 2 조작 장치의 조작량과 상기 제 2 유압 펌프의 압력으로부터 상기 제 2 유압 펌프의 펌프 동력을 산출하고, 상기 회생 동력과 상기 펌프 동력 중 작은 쪽을 상기 제 1 유압 펌프의 어시스트 동력으로서 설정하며, 상기 어시스트 동력과 상기 제 2 유압 펌프의 압력으로부터 목표 어시스트 유량을 산출하는 작업 기계에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 회생용 유압 모터의 용적인 회생용 유압 모터 용적과 상기 회생 유량으로부터 상기 회생용 유압 모터의 요구 회전수인 회생용 유압 모터 요구 회전수를 산출하고, 상기 제 1 유압 펌프의 용적인 제 1 유압 펌프 용적과 상기 목표 어시스트 유량으로부터 상기 제 1 유압 펌프의 요구 회전수인 제 1 유압 펌프 요구 회전수를 산출하며, 상기 회생용 유압 모터 요구 회전수와 상기 제 1 유압 펌프 요구 회전수 중 큰 쪽을 상기 전동기의 목표 회전수인 목표 전동기 회전수로 하는 것으로 한다.
이상과 같이 구성한 본 발명에 의하면, 회생용 유압 모터의 요구 회전수와 제 1 유압 펌프의 요구 회전수 중 큰 쪽을 전동기의 목표 회전수로 함으로써, 전동기의 회전수가 과대가 되는 것에 의한 회생용 유압 모터 및 제 1 유압 펌프의 드래그 손실의 증대, 및 전동기의 회전수가 과소가 되는 것에 의한 회생용 유압 모터의 회생 효율의 저하를 방지하는 것이 가능해진다.
본 발명에 의하면, 유압 액추에이터로부터의 복귀 압유를 회생할 수 있는 작업 기계에 있어서, 회생용 유압 모터 및 보조 유압 펌프의 드래그 손실의 증대, 및 회생용 유압 모터의 회생 효율의 저하를 방지하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시 형태와 관련된 작업 기계의 일례로서의 유압 셔블의 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 유압 셔블에 탑재된 구동 제어 시스템의 개략도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 컨트롤러의 블록도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 컨트롤러의 제 2 함수 발생부를 설명하는 특성도이다.
도 5는 컨트롤러에 의한 유압 펌프의 유량 제어를 설명하는 블록도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태와 관련된 작업 기계로서 유압 셔블을 예로 들어, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 각 도면 중, 동등한 부재에는 동일한 부호를 부여하고, 중복된 설명은 적절히 생략한다.
도 1은 본 실시 형태와 관련된 유압 셔블을 나타내는 사시도, 도 2는 도 1에 나타내는 유압 셔블에 탑재된 구동 제어 시스템의 개략도이다.
도 1에 있어서, 유압 셔블(1)은, 붐(1a), 아암(1b) 및 버킷(1c)을 가지는 다관절형의 작업 장치(1A)와, 상부 선회체(1d) 및 하부 주행체(1e)를 가지는 차체(1B)를 구비하고 있다. 붐(1a)은, 상부 선회체(1d)에 회전 운동 가능하게 지지되어 있으며, 제 1 유압 액추에이터로서의 붐 실린더(유압 실린더)(3a)에 의해 구동된다. 상부 선회체(1d)는 하부 주행체(1e) 상에 선회 가능하게 마련되어 있다. 상부 선회체(1d)는 선회 모터(3d)(도 2에 나타낸다)에 의해 선회 구동된다.
아암(1b)은, 붐(1a)에 회전 운동 가능하게 지지되어 있으며, 아암 실린더(유압 실린더)(3b)에 의해 구동된다. 버킷(1c)은, 아암(1b)에 회전 운동 가능하게 지지되어 있으며, 버킷 실린더(유압 실린더)(3c)에 의해 구동된다. 하부 주행체(1e)는, 좌우의 주행 모터(도시 생략)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, 24)(도 2 참조)에 의해 제어된다.
도 2에 나타내는 구동 제어 시스템은, 동력 회생 장치(70)와, 조작 장치(4, 24)와, 복수의 스풀형 방향 전환 밸브로 이루어지는 제어 밸브(5)와, 체크 밸브(6)와, 전환 밸브(7)와, 전자 전환 밸브(8)와, 인버터(9A)와, 초퍼(9B)와, 축전 장치(9C)와, 제어 장치로서의 컨트롤러(100)를 구비하고 있다.
유압원 장치로서는, 제 2 유압 펌프로서의 가변 용량형의 유압 펌프(10)와 파일럿 압유를 공급하는 파일럿 유압 펌프(11)와 탱크(12)를 구비하고 있다. 유압 펌프(10)와 파일럿 유압 펌프(11)는 구동축으로 연결된 엔진(50)에 의해 구동된다. 유압 펌프(10)는 레귤레이터(10A)를 가지고 있으며, 레귤레이터(10A)는 후술하는 전자 비례 밸브(74)로부터 출력되는 제어압에 의해 유압 펌프(10)의 경사판 틸팅각을 제어함으로써, 유압 펌프(10)의 토출 유량을 조정한다.
유압 펌프(10)로부터의 압유를 붐 실린더(3a)~선회 모터(3d)로 공급하는 유로(30)에는, 후술하는 체크 밸브(6)를 개재하여 연결되는 합류 관로로서의 보조 유로(31)와 각 액추에이터로 공급하는 압유의 방향과 유량을 제어하는 복수의 스풀형 방향 전환 밸브로 이루어지는 제어 밸브(5)와 유압 펌프(10)의 토출압을 검출하는 제 2 압력 검출 장치로서의 압력 센서(40)가 마련되어 있다. 제어 밸브(5)는, 그 파일럿 수압부로의 파일럿 압유의 공급에 의해, 각 방향 전환 밸브의 스풀 위치를 전환하여, 유압 펌프(10)로부터의 압유를 각 유압 액추에이터에 공급하여, 아암(1b) 등을 구동한다. 압력 센서(40)는 검출한 유압 펌프(10)의 토출압을 후술하는 컨트롤러(100)에 출력한다.
제어 밸브(5)의 각 방향 전환 밸브의 스풀 위치는, 조작 장치(4, 24)의 조작 레버 등의 조작에 의해 전환된다. 조작 장치(4, 24)는, 조작 레버 등의 조작에 의해, 파일럿 유압 펌프(11)로부터 도면에 나타내지 않은 파일럿 1차측 유로를 통하여 공급되는 파일럿 1차 압유를, 파일럿 2차측 유로를 통하여 제어 밸브(5)의 파일럿 수압부에 공급한다. 여기서, 조작 장치(4)는 붐 실린더(3a)(제 1 유압 액추에이터)의 조작을 지시하는 제 1 조작 장치이며, 조작 장치(24)는 붐 실린더(3a) 이외의 액추에이터(제 2 유압 액추에이터)의 조작을 지시하는 제 2 조작 장치를 하나로 통합한 형태로 나타내고 있다.
조작 장치(4)는, 내부에 파일럿 밸브(4A)가 마련되어 있으며, 제어 밸브(5)의 붐 실린더(3a)의 구동을 제어하는 스풀형 방향 전환 밸브의 수압부에 파일럿 배관을 개재하여 접속되어 있다. 파일럿 밸브(4A)는, 조작 장치(4)의 조작 레버의 경도(傾倒) 방향과 조작량에 따라 제어 밸브(5)의 파일럿 수압부에 유압 신호를 출력한다. 붐 실린더(3a)의 구동을 제어하는 스풀형 방향 전환 밸브는, 조작 장치로부터 입력되는 유압 신호에 따라 위치를 전환할 수 있으며, 유압 펌프(10)로부터 토출되는 압유의 흐름을 그 전환 위치에 따라 제어함으로써 붐 실린더(3a)의 구동을 제어한다. 여기서, 붐(1a)이 인상 방향으로 동작하도록 붐 실린더(3a)를 구동하기 위한 유압 신호(붐 인상 조작 신호 Pu)가 통과하는 파일럿 배관에는 압력 센서(75)가 장착되어 있다. 압력 센서(75)는 검출한 붐 인상 조작 신호 Pu를 후술하는 컨트롤러(100)에 출력한다. 또한, 붐(1a)이 인하 방향으로 동작하도록 붐 실린더(3a)를 구동하기 위한 유압 신호(붐 인하 조작 신호 Pd)가 통과하는 파일럿 배관에는 제 1 조작량 검출 장치로서의 압력 센서(41)가 장착되어 있다. 압력 센서(41)는 검출한 붐 인하 조작 신호 Pd를 후술하는 컨트롤러(100)에 출력한다.
조작 장치(24)는, 내부에 파일럿 밸브(24A)가 마련되어 있으며, 제어 밸브(5)의 붐 실린더(3a) 이외의 액추에이터의 구동을 제어하는 스풀형 방향 전환 밸브의 수압부에 파일럿 배관을 개재하여 접속되어 있다. 파일럿 밸브(24A)는, 조작 장치(24)의 조작 레버의 경도 방향과 조작량에 따라 제어 밸브(5)의 파일럿 수압부에 유압 신호를 출력한다. 해당하는 액추에이터의 구동을 제어하는 스풀형 방향 전환 밸브는, 조작 장치로부터 입력되는 유압 신호에 따라 위치를 전환할 수 있으며, 유압 펌프(10)로부터 토출되는 압유의 흐름을 그 전환 위치에 따라 제어함으로써 해당하는 액추에이터의 구동을 제어한다.
조작 장치(24)의 파일럿 밸브(24A)와 제어 밸브(5)의 수압부를 접속하는 2계통의 파일럿 배관에는, 각각의 파일럿 압력을 검출하는 제 2 조작량 검출 장치로서의 압력 센서(42, 43)가 마련되어 있다. 압력 센서(42, 43)는 검출한 조작 장치(24)의 조작량 신호를 후술하는 컨트롤러(100)에 출력한다.
조작 장치(4)의 내부에 있는 파일럿 밸브(4A)로부터 출력되는 인상측 파일럿압 Pu와 인하측 파일럿압 Pd는, 각각 고압 선택 밸브(71)에 입력되며 높은 쪽의 압력이 선택된다. 조작 장치(24)의 내부에 있는 파일럿 밸브(24A)로부터 출력되는 각각 파일럿압은 고압 선택 밸브(73)에 입력되며 높은 쪽의 압력이 선택된다. 고압 선택 밸브(72)에는 고압 선택 밸브(71, 73)에서 선택된 압력이 입력되고, 입력된 압력 중 높은 쪽이 선택된다. 즉 고압 선택 밸브(71, 72, 73)에 의해, 파일럿 밸브(4A와 24A)로부터 출력되는 가장 높은 압력이 선택되어, 전자 비례 밸브(74)에 입력된다.
전자 비례 밸브(74)는, 입력된 압력을 컨트롤러(100)로부터의 지령에 따라 원하는 압력으로 감압하고, 유압 펌프(10)의 레귤레이터(10A)에 출력한다. 레귤레이터(10A)는, 입력된 압력에 비례한 변위 용적이 되도록 유압 펌프(10)를 제어한다.
이어서, 동력 회생 장치(70)에 대하여 설명한다. 동력 회생 장치(70)는, 보텀측 유로(32)와, 회생 회로(33)와, 전환 밸브(7)와, 전자 전환 밸브(8)와, 인버터(9A)와, 초퍼(9B)와, 축전 장치(9C)와, 회생용 유압 모터로서의 가변 용량형의 유압 모터(13)와, 전동기(14)와, 보조 유압 펌프(제 1 유압 펌프)로서의 가변 용량형의 유압 펌프(15)와, 컨트롤러(100)를 구비하고 있다. 회생용 유압 모터(13)는 레귤레이터(13A)를 가지고 있으며, 레귤레이터(13A)는 후술하는 컨트롤러(100)로부터의 지령에 의해 유압 모터(13)의 경사판 틸팅각을 제어한다.
보텀측 유로(32)는, 붐 실린더(3a)의 축소 시에 탱크(12)로 복귀하는 오일(복귀 오일)이 유통되는 유로이며, 일단측이 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3a1)에 접속되어 있으며 타단측이 제어 밸브(5)의 접속 포트에 접속되어 있다. 보텀측 유로(32)에는, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3a1)의 압력을 검출하는 제 1 압력 검출 장치로서의 압력 센서(44)와, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3a1)로부터의 복귀 오일을 제어 밸브(5)를 통하여 탱크(12)에 배출할지 여부를 전환하는 전환 밸브(7)가 마련되어 있다. 압력 센서(44)는, 검출한 보텀측 유실(3a1)의 압력을 후술하는 컨트롤러(100)에 출력한다.
전환 밸브(7)는, 일단측에 스프링(7b)을, 타단측에 파일럿 수압부(7a)를 가지고, 그 파일럿 수압부(7a)로의 파일럿 압유의 공급의 유무에 따라, 스풀 위치를 전환하여, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3a1)로부터 제어 밸브(5)로 유입되는 복귀 오일의 연통/차단을 제어한다. 파일럿 수압부(7a)에는, 파일럿 유압 펌프(11)로부터 후술하는 전자 전환 밸브(8)를 통하여 파일럿 압유가 공급된다.
전자 전환 밸브(8)의 입력 포트에는, 파일럿 유압 펌프(11)로부터 출력되는 압유가 입력된다. 한편, 전자 전환 밸브(8)의 조작부에는, 컨트롤러(100)로부터 출력되는 지령 신호가 입력된다. 이 지령 신호에 따라, 파일럿 유압 펌프(11)로부터 공급된 파일럿 압유의 전환 밸브(7)의 파일럿 수압부(7a)로의 공급/차단이 제어된다.
회생 회로(33)는, 그 일단을 보텀측 유로(32)의 전환 밸브(7)와 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3a1)과의 사이에 접속하고, 그 타단을 유압 모터(13)의 입구에 접속하고 있다. 이에 따라, 회생용 유압 모터(13)를 통하여 보텀측 유실(3a1)로부터의 복귀 오일이 탱크(12)에 유도된다.
회생용 유압 모터(13)는, 보조 유압 펌프(15)와 기계적으로 연결되어 있다. 유압 모터(13)의 구동력에 의해 보조 유압 펌프(15)는 회전한다.
제 1 유압 펌프로서의 보조 유압 펌프(15)의 토출구에는, 보조 유로(31)의 일단측이 접속되어 있으며, 타단측은 유로(30)에 접속되어 있다. 보조 유로(31)에는, 보조 유압 펌프(15)로부터 유로(30)로의 압유의 유입을 허용하고, 유로(30)로부터 보조 유압 펌프(15)측으로의 압유의 유입을 금지하는 체크 밸브(6)가 마련되어 있다.
보조 유압 펌프(15)는 레귤레이터(15A)를 가지고 있으며, 레귤레이터(15A)는 후술하는 컨트롤러(100)로부터의 지령에 의해 보조 유압 펌프(15)의 경사판 틸팅각을 제어함으로써, 보조 유압 펌프(15)의 토출 유량을 조정한다.
유압 모터(13)는, 또한 전동기(14)와 기계적으로 연결되어 있으며, 유압 모터(13)의 구동력에 의해 발전을 행한다. 전동기(14)에는, 회전수를 제어하기 위한 인버터(9A), 승압하기 위한 초퍼(9B), 발전된 전기 에너지를 축적하기 위한 축전 장치(9C)가 전기적으로 접속되어 있다.
컨트롤러(100)는, 압력 센서(75)가 검출한 조작 장치(4)의 파일럿 밸브(4A)의 인상측 파일럿압 신호 Pu와, 압력 센서(41)가 검출한 조작 장치(4)의 파일럿 밸브(4A)의 인하측 파일럿압 신호 Pd와, 압력 센서(42, 43)가 검출한 조작 장치(24)의 파일럿 밸브(24A)의 파일럿압 신호와, 압력 센서(44)가 검출한 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3a1)의 압력 신호를 입력하고, 이들 입력값에 따른 연산을 행하여, 전자 전환 밸브(8), 인버터(9A), 전자 비례 밸브(74), 및 회생용 유압 모터(13)의 레귤레이터(13A), 보조 유압 펌프(15)의 레귤레이터(15A)로 제어 지령을 출력한다.
전자 전환 밸브(8)는 컨트롤러(100)로부터의 지령 신호에 의해 전환되며, 전환 밸브(7)에 파일럿 유압 펌프(11)로부터의 압유를 보낸다. 인버터(9A)는 컨트롤러(100)로부터의 신호에 의해 원하는 회전수로 제어되고, 전자 비례 밸브(74)는 컨트롤러(100)의 지령에 따른 압력을 출력하여 유압 펌프(10)의 용량을 제어한다. 회생용 유압 모터(13)는 컨트롤러로부터의 지령에 의해 원하는 용량으로 제어된다. 보조 유압 펌프(15)는 컨트롤러(100)로부터의 신호에 의해 원하는 용량으로 제어된다.
이어서, 상기 서술한 본 실시 형태와 관련된 유압 셔블(1)의 동작을 설명한다.
우선, 도 2에 나타내는 조작 장치(4)의 조작 레버를 붐 인하 방향으로 조작하면, 파일럿 밸브(4A)로부터 파일럿압 Pd가 제어 밸브(5)의 파일럿 수압부에 전달되며, 제어 밸브(5)의 붐 실린더(3a)의 구동을 제어하는 스풀형 방향 전환 밸브가 전환 조작된다. 이에 따라, 유압 펌프(10)로부터의 압유가 제어 밸브(5)를 통하여 붐 실린더(3a)의 로드측 유실(3a2)에 유입된다. 이 결과, 붐 실린더(3a)의 피스톤 로드는 축소 동작한다. 이에 따라, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3a1)로부터 배출되는 복귀 오일은, 보텀측 유로(32)와 연통 상태의 전환 밸브(7)와 제어 밸브(5)를 지나 탱크(12)에 유도된다.
이 때, 컨트롤러(100)에는, 압력 센서(40)가 검출한 유압 펌프(10)의 토출압 신호와, 압력 센서(44)가 검출한 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3a1)의 압력 신호와, 압력 센서(75)가 검출한 파일럿 밸브(4A)의 인상측 파일럿압 신호 Pu와, 압력 센서(41)가 검출한 파일럿 밸브(4A)의 인하측 파일럿압 신호 Pd가 입력된다.
이와 같은 상태에 있어서, 오퍼레이터가 조작 장치(4)의 조작 레버를 붐 인하 방향으로, 규정값 이상으로 조작하면, 컨트롤러(100)는, 전자 전환 밸브(8)로 전환 지령을, 인버터(9A)로 회전수 지령을, 회생용 유압 모터(13)의 레귤레이터(13A) 및 보조 유압 펌프(15)의 레귤레이터(15A)로 용량 지령을, 전자 비례 밸브(74)에 제어 지령을 각각 출력한다.
이 결과, 전환 밸브(7)가 차단 위치로 전환되고, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3a1)로부터의 복귀 오일은, 제어 밸브(5)로의 유로가 차단되기 때문에, 회생 회로(33)로 흐르며, 유압 모터(13)를 구동하여 그 후 탱크(12)로 배출된다. 이 때, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3a1)로부터 배출되는 유량(보텀측 유량)이 회생용 유압 모터(13)에 의해 회생되는 유량(회생 유량)이 된다.
회생용 유압 모터(13)의 구동력에 의해 보조 유압 펌프(15)는 회전한다. 보조 유압 펌프(15)가 토출한 압유는, 보조 유로(31)와 체크 밸브(6)를 통하여 유압 펌프(10)가 토출한 압유와 합류한다. 컨트롤러(100)는, 유압 펌프(10)의 동력을 어시스트하도록 보조 유압 펌프(15)의 레귤레이터(15A)로 용량 지령을 출력한다. 컨트롤러(100)는, 보조 유압 펌프(15)로부터 공급된 압유의 유량분, 유압 펌프(10)의 용량을 저감하도록 전자 비례 밸브(74)로 제어 지령을 출력한다.
회생용 유압 모터(13)에 입력된 유압 에너지 중, 보조 유압 펌프(15)에서 전부 소비할 수 없었던 잉여 에너지는, 전동기(14)를 구동하여 발전함으로써 소비된다. 전동기(14)가 발전한 전기 에너지는 축전 장치(9C)에 축적된다.
본 실시 형태에 있어서는, 붐 실린더(3a)로부터 배출된 압유의 에너지는, 회생용 유압 모터(13)에 의해 회수하고, 보조 유압 펌프(15)의 구동력으로서 유압 펌프(10)의 동력을 어시스트한다. 또한, 여분인 동력은, 전동기(14)를 통하여 축전 장치(9C)에 축적한다. 이에 따라, 에너지의 유효용과 연비의 저감을 도모하고 있다.
이어서, 컨트롤러(100)의 제어에 대하여 도 3, 도 4 및 도 5를 이용하여 설명한다. 도 3은 컨트롤러(100)의 블록도이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 컨트롤러(100)는, 제 1 함수 발생부(101)와, 제 2 함수 발생부(102)와, 제 1 감산부(103)와, 제 1 승산부(104)와, 제 2 승산부(105)와, 제 1 출력 변환부(106)와, 제 3 함수 발생부(107)와, 최소값 선택부(108)와, 제 1 제산부(109)와, 제 4 함수 발생부(111)와, 제 2 감산부(112)와, 제 2 출력 변환부(113)와, 최소 유량 지령부(114), 제 2 제산부(121), 제 3 제산부(122), 최대값 선택부(123), 제 4 제산부(124), 제 5 제산부(125)와, 제 3 출력 변환부(126)와, 제 4 출력 변환부(127)와, 제 5 출력 변환부(128)를 구비하고 있다.
제 1 함수 발생부(101)는, 압력 센서(41)에 의해 검출한 조작 장치(4)의 파일럿 밸브(4A)의 인하측 파일럿압 Pd를 레버 조작 신호(141)로서 입력한다. 제 1 함수 발생부(101)에는, 레버 조작 신호(141)에 대한 전환 개시점이 미리 테이블에 기억되어 있다.
제 1 함수 발생부(101)는, 레버 조작 신호(141)가 전환 개시점 이하인 경우에는 OFF 신호를, 전환 개시점 초과인 경우에는 ON 신호를, 제 1 출력 변환부(106)에 출력한다. 제 1 출력 변환부(106)는, 입력 신호를 전자 전환 밸브(8)의 제어 신호로 변환하고, 전자 밸브 지령 신호(208)로서 전자 전환 밸브(8)에 출력한다. 이에 따라, 전자 전환 밸브(8)가 동작하고, 전환 밸브(7)가 전환되어, 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3a1)의 오일은, 회생 회로(33)측으로 유입된다.
제 2 함수 발생부(102)는, 인하측 파일럿압 Pd를 레버 조작 신호(141)로서 하나의 입력단에 입력하고, 압력 센서(44)에 의해 검출한 붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3a1)의 압력을 압력 신호(144)로서 다른 입력단에 입력한다. 이들 입력 신호를 기초로 붐 실린더(3a)의 목표 보텀 유량 신호(102A)를 산출한다.
제 2 함수 발생부(102)의 연산의 상세를 도 4를 이용하여 설명한다. 도 4는 제 2 함수 발생부(102)를 설명하는 특성도이다.
도 4에 있어서, 가로축은 레버 조작 신호(141)의 조작량을 나타내고, 세로축은 목표 보텀 유량(붐 실린더(3a)의 보텀측 유실(3a1)로부터 유출되는 복귀 오일의 목표 유량)을 나타내고 있다. 도 4에 있어서, 실선의 기본 특성선 a는, 종래의 제어 밸브(5)에 의한 복귀 오일 제어와 동등한 특성을 얻기 위해 설정되어 있다. 상측의 파선으로 나타내는 특성선 b와 하측의 파선으로 나타내는 특성선 c는, 보텀측 유실(3a1)의 압력 신호(144)에 의해 특성선 a를 보정한 경우를 나타내고 있다.
구체적으로는, 보텀측 유실(3a1)의 압력 신호(144)가 증가하면, 기본 특성선 a의 기울기가 증가하여 특성선 b의 방향으로 보정되어, 연속적으로 특성이 변화된다. 반대로, 압력 신호(144)가 감소하면, 기본 특성선 a의 기울기가 감소하여 특성선 c의 방향으로 보정되어, 연속적으로 특성이 변화된다. 이와 같이, 제 2 함수 발생부(102)는, 레버 조작 신호(141)에 따라 기본이 되는 목표 보텀 유량 신호를 산출하고, 보텀측 유실(3a1)의 압력 신호(144)의 변화에 따라 기본이 되는 목표 보텀 유량 신호를 보정하여, 최종적인 목표 보텀 유량 신호(102A)를 산출한다.
도 3으로 되돌아가, 제 2 함수 발생부(102)는, 목표 보텀 유량 신호(102A)를 제 4 제산부(124)와 제 1 승산부(104)에 출력한다.
압력 신호(144)는 제 3 함수 발생부(107)에 입력된다. 제 3 함수 발생부(107)는, 압력 신호(144)에 따라 회생용 유압 모터(13)의 요구 용량을 산출한다. 제 3 함수 발생부(107)의 특성은, 보텀 압력이 커짐에 따라 용량을 낮추는 특성으로 되어 있다. 이 이유로서는, 전동기(14)는 최대 토크가 설정되어 있기 때문에 고압에서 대용량으로 제어해버리면 전동기(14)의 최대 토크를 초과하여 과회전이 될 가능성이 있다. 이 때문에 고압 시에는 용량을 낮춰 전동기(14)에서 부담하는 토크를 낮추도록 회생용 유압 모터(13)의 용량을 제어한다. 또한, 유압 모터는 대용량으로 제어하는 것이 일반적으로 효율이 좋은 점에서, 고압이 아닌 경우에는 가능한 한 대용량으로 하기 때문이다.
제 3 함수 발생부(107)의 요구 용량 및 목표 보텀 유량 신호(102A)는 제 2 제산부(121)에 입력된다. 제 2 제산부(121)는, 목표 보텀 유량 신호(102A)를 요구 유량으로 나누어 요구 회생용 유압 모터 회전수를 산출하고, 최대값 선택부(123)에 출력한다.
제 1 감산부(103)는, 요구 펌프 유량 신호(120)와 최소 유량 지령부(114)로부터의 최소 유량 신호를 입력하고, 그 편차를 요구 펌프 유량 신호(103A)로서 산출하여, 제 2 승산부(105)와 제 2 감산부(112)에 출력한다. 여기서, 요구 펌프 유량 신호(120)의 산출 방법에 대하여 도 5를 이용하여 설명한다. 도 5는 컨트롤러(100)에 의한 유압 펌프의 유량 제어를 설명하는 블록도이다.
도 5로부터, 각 파일럿 밸브의 압력이 압력 센서(41, 75, 42, 43)에 의해 검출되어 각각, 레버 조작 신호(141, 175, 142, 143)로서 컨트롤러(100)에 출력된다.
컨트롤러(100)에서는, 각 레버 조작 신호에 따른 요구 펌프 유량 신호(120)가 되도록, 각 레버 조작 신호에 대응한 함수 발생부(145, 146, 147, 148)에 의해 요구 펌프 유량을 산출한다. 각각의 함수 발생부에서 산출된 요구 펌프 유량은, 가산부(149, 150, 151)에서 합계된다. 이것은, 복합 조작을 행한 경우에, 필요한 유압 펌프 유량을 확보하기 위한 연산이다. 그리고, 가산부(151)로부터 출력된 요구 펌프 유량의 합계값은 함수 발생부(152)에서 상한이 커트된다. 이것은 유압 펌프(10)가 토출할 수 있는 유량에는 상한이 있기 때문에, 함수 발생부(152)의 상한은 유압 펌프(10)의 최대 용량으로부터 구해지는 값이다.
이상, 본 제어 로직에 의해, 각 레버 조작 신호에 따른 유량이 과부족 없이 산출되며, 복합 시에는 필요한 만큼의 유량이 계산됨과 함께, 유압 펌프(10)가 토출 가능한 유량의 상한을 초과하지 않는 범위에서 요구 펌프 유량 신호(120)가 산출된다.
도 3으로 되돌아가, 제 1 승산부(104)는, 제 2 함수 발생부(102)로부터의 목표 보텀 유량 신호(102A)와 보텀측 유실(3a1)의 압력 신호(144)를 입력하고, 그 승산값을 회생 동력 신호(104A)로서 산출하며, 최소값 선택부(108)에 출력한다.
제 2 승산부(105)는, 압력 센서(40)가 검출한 유압 펌프(10)의 토출압을 압력 신호(140)로서 하나의 입력단에 입력하고, 제 1 감산부(103)가 산출한 요구 펌프 유량 신호(103A)를 다른 입력단에 입력하며, 그 승산값을 요구 펌프 동력 신호(105A)로서 산출하여, 최소값 선택부(108)에 출력한다.
최소값 선택부(108)는, 제 1 승산부(104)로부터의 회생 동력 신호(104A)와, 제 2 승산부(105)로부터의 요구 펌프 동력 신호(105A)를 입력하고, 그 중에서 작은 쪽을 보조 유압 펌프(15)의 목표 어시스트 동력 신호(108A)로서 선택하여, 제 1 제산부(109)에 출력한다.
여기서, 기기의 효율을 생각한 경우, 회수한 동력을 전동기(14)에 의해 전기 에너지로 변환하여 축전 장치(9C)에 축적해 재이용하는 것보다, 가능한 한 보조 유압 펌프(15)에서 이용하는 것이 손실을 적게 할 수 있으므로 효율이 좋다. 이 때문에, 최소값 선택부(108)에서 회생 동력 신호(104A)와 요구 펌프 동력 신호(105A) 중에서 작은 쪽을 선택함으로써, 요구 펌프 동력 신호(105A)를 초과하지 않는 범위에서, 회생 동력을 최대한 보조 유압 펌프(15)에 공급하는 것이 가능해진다.
제 1 제산부(109)는, 최소값 선택부(108)로부터의 목표 어시스트 동력 신호(108A)와 유압 펌프(10)의 토출압의 압력 신호(140)를 입력하고, 목표 어시스트 동력 신호(108A)를 압력 신호(140)로 나눈 값을 목표 어시스트 유량 신호(109A)로서 산출하며, 제 3 제산부(122)와 제 2 감산부(112)와 제 5 제산부(125)에 출력한다.
압력 신호(140)는 제 4 함수 발생부(111)에 입력된다. 제 4 함수 발생부(111)는, 압력 신호(140)에 따라 보조 유압 펌프(15)의 요구 용량을 산출한다. 제 4 함수 발생부(111)의 특성은, 펌프 압력이 커짐에 따라 용량을 낮추는 특성으로 되어 있다. 이 이유로서는, 전동기(14)는 최대 토크가 설정되어 있기 때문에 고압에서 대용량으로 제어해버리면 전동기(14)의 최대 토크를 초과하여 과회전이 될 가능성이 있다. 이 때문에 고압 시에는 용량을 낮춰 전동기(14)에서 부담하는 토크를 낮추도록 보조 유압 펌프(15)의 용량을 제어한다. 또한, 유압 펌프는 대용량으로 제어하는 것이 일반적으로 효율이 좋은 점에서, 고압이 아닌 경우에는 가능한 한 대용량으로 하기 때문이다.
제 4 함수 발생부(111)의 요구 용량 및 목표 어시스트 유량 신호(109A)는 제 3 제산부(122)에 입력된다. 제 3 제산부(122)는, 목표 어시스트 유량 신호(109A)를 요구 용량으로 나누어 요구 보조 유압 펌프 회전수를 산출하고, 최대값 선택부(123)에 출력한다.
최대값 선택부(123)에서는 입력된 신호 중, 큰 쪽이 목표 전동기 회전수로서 선택되며, 제 3 출력 변환부(126), 제 4 제산부(124), 및 제 5 제산부(125)에 입력된다. 제 3 출력 변환부(126)는, 입력된 목표 전동기 회전수를 인버터(9A)의 지령 신호로 변환하여, 인버터(9A)에 출력한다.
제 4 제산부(124)는, 제 2 함수 발생부(102)로부터의 목표 보텀 유량 신호(102A)를 최대값 선택부(123)로부터의 목표 전동기 회전수로 나누어, 회생용 유압 모터(13)의 목표 용량 신호를 산출한다. 회생용 유압 모터(13)의 목표 용량 신호는 제 4 출력 변환부(127)에 입력된다. 제 4 출력 변환부(127)는, 입력된 회생용 유압 모터(13)의 목표 용량 신호를 레귤레이터(13A)의 지령 신호로 변환하여, 레귤레이터(13A)에 출력한다.
제 5 제산부(125)는, 제 1 제산부(109)로부터의 목표 어시스트 유량 신호(109A)를 최대값 선택부(123)로부터의 목표 전동기 회전수로 나누어, 보조 유압 펌프(15)의 목표 용량 신호를 산출한다. 보조 유압 펌프(15)의 목표 용량 신호는 제 5 출력 변환부(128)에 입력된다. 제 5 출력 변환부(128)는, 입력된 보조 유압 펌프(15)의 목표 용량 신호를 레귤레이터(15A)의 지령 신호로 변환하여, 레귤레이터(15A)에 출력한다.
상기의 연산에 의해, 회생용 유압 모터(13)의 요구 회전수와 보조 유압 펌프(15)의 요구 회전수 중 큰 쪽이 목표 전동기 회전수로서 선택되기 때문에, 요구 회전수가 작은 쪽의 회생용 유압 모터(13) 또는 보조 유압 펌프(15)의 회전수가 요구 회전수보다 커지지만, 요구 회전수가 작은 쪽의 회생용 유압 모터(13) 또는 보조 유압 펌프(15)의 용량을 저감함으로써 목표의 유량을 회생 또는 토출할 수 있다.
또한 이와 같이 제어함으로써, 회생 동력이 없는 경우에는, 예를 들면 요구 펌프 유량 신호가 입력되었다고 해도 전동기(14)는 회전하지 않기 때문에, 불필요한 회생용 유압 모터(13) 또는 보조 유압 펌프(15)의 드래그 손실을 억제할 수 있다. 한편, 회생 동력이 있고 또한 요구 펌프 유량 신호가 입력되었을 때(유압 펌프(10)의 동력을 어시스트 할 때)에 적극적으로 전동기(14)를 회전시키기 때문에, 유압 에너지를 전기 에너지로 변환하지 않고 보조 유압 펌프(15)의 구동력으로서 재이용할 수 있다. 당연한 것이지만, 회생 동력이 있고 또한 요구 펌프 유량 신호가 입력되고 있지 않을 때(유압 펌프(10)의 동력을 어시스트하지 않을 때)에는, 전동기를 회전시켜 얻어지는 회생 에너지를 전기 에너지로서 축적할 수 있다.
제 2 감산부(112)는, 제 1 감산부(103)로부터의 요구 펌프 유량 신호(103A)와, 제 1 제산부(109)로부터의 목표 어시스트 유량 신호(109A)와, 최소 유량 지령부(114)로부터의 최소 유량 신호를 입력한다. 제 2 감산부(112)는, 요구 펌프 유량 신호(103A)와 최소 유량 신호를 가산하여 차체 제어 컨트롤러(200)로부터 입력된 요구 펌프 유량 신호(120)를 산출하고, 이 요구 펌프 유량 신호(120)와 목표 어시스트 유량 신호(109A)와의 편차를 목표 펌프 유량 신호(112A)로서 산출하여, 제 2 출력 변환부(113)에 출력한다.
제 2 출력 변환부(113)는, 입력된 목표 펌프 유량 신호(112A)를 예를 들면 유압 펌프(10)의 용량으로 변환하고, 용량에 따른 제어압이 되도록 제어압 지령 신호(210A)로서 전자 비례 밸브(74)에 출력한다. 전자 비례 밸브(74)는, 고압 선택 밸브(72)로부터 출력되는 압력을 감압하여 컨트롤러(100)로부터의 지령에 따른 제어압으로 하여, 레귤레이터(10A)에 출력한다. 레귤레이터(10A)는, 입력된 제어압에 따라 유압 펌프(10)의 용량을 제어한다.
상기 서술한 본 실시 형태와 관련된 유압 셔블(1)에 의하면, 회생용 유압 모터(13)에 기계적으로 연결된 보조 유압 펌프(15)를 회생 에너지에 의해 직접 구동할 수 있으므로, 에너지를 일단 축적할 때의 손실이 발생하지 않는다. 이 결과, 에너지 변환 손실을 감소할 수 있으므로 효율적으로 에너지를 이용하는 것이 가능해진다.
또한, 회생용 유압 모터(13)의 요구 회전수와 보조 유압 펌프(15)의 요구 회전수 중 큰 쪽을 전동기(14)의 목표 회전수로 함으로써, 전동기(14)의 회전수가 과대가 되는 것에 의한 회생용 유압 모터(13) 및 보조 유압 펌프(15)의 드래그 손실의 증대, 및 전동기(14)의 회전수가 과소가 되는 것에 의한 회생용 유압 모터(13)의 회생 효율의 저하를 방지하는 것이 가능해진다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은, 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들면, 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다.
1…유압 셔블, 1a…붐, 3a…붐 실린더(제 1 유압 액추에이터), 3a1…보텀측 유실, 3a2…로드측 유실, 3b…아암 실린더(제 2 유압 액추에이터), 3c…버킷 실린더(제 2 유압 액추에이터), 3d…선회 모터(제 2 유압 액추에이터), 4…조작 장치(제 1 조작 장치), 4A…파일럿 밸브, 5…제어 밸브, 6…체크 밸브, 7…전환 밸브, 8…전자 전환 밸브, 9A…인버터, 9B…초퍼, 9C…축전 장치, 10…유압 펌프(제 2 유압 펌프), 10A…레귤레이터, 11…파일럿 유압 펌프, 12…탱크, 13…회생용 유압 모터, 14…전동기, 15…보조 유압 펌프(제 1 유압 펌프), 15A…레귤레이터, 16…블리드 밸브, 17…전자 비례 감압 밸브, 24…조작 장치(제 2 조작 장치), 24A…파일럿 밸브, 25…초퍼, 30…유로, 31…보조 유로(합류 관로), 32…보텀측 유로, 33…회생 회로, 34…배출 유로, 40…압력 센서(제 2 압력 검출 장치), 41…압력 센서(제 1 조작량 검출 장치), 42…압력 센서(제 2 조작량 검출 장치), 43…압력 센서(제 2 조작량 검출 장치), 44…압력 센서(제 1 압력 검출 장치), 50…엔진, 70…동력 회생 장치, 71…고압 선택 밸브, 72…고압 선택 밸브, 73…고압 선택 밸브, 74…전자 비례 밸브, 75…압력 센서, 76…회전수 센서, 77…압력 센서, 100…컨트롤러, 101…제 1 함수 발생부, 102…제 2 함수 발생부, 102A…목표 보텀 유량 신호, 103…제 1 감산부, 103A…요구 펌프 유량 신호, 104…제 1 승산부, 104A…회생 동력 신호, 105…제 2 승산부, 105A…요구 펌프 동력 신호, 106…제 1 출력 변환부, 107…제 3 함수 발생부, 108…최소값 선택부, 108A…목표 어시스트 동력 신호, 109…제 1 제산부, 109A…목표 어시스트 유량 신호, 111…제 4 함수 발생부, 112…제 2 감산부, 112A…목표 펌프 유량 신호, 113…제 2 출력 변환부, 114…최소 유량 지령부, 120…요구 펌프 유량 신호, 121…제 2 제산부, 122…제 3 제산부, 123…최대값 선택부, 124…제 4 제산부, 125…제 5 제산부, 126…제 3 출력 변환부, 127…제 4 출력 변환부, 128…제 5 출력 변환부, 141…레버 조작 신호, 142…레버 조작 신호, 143…레버 조작 신호, 145…함수 발생부, 146…함수 발생부, 147…함수 발생부, 148…함수 발생부, 149…가산부, 150…가산부, 151…가산부, 152…함수 발생부, 175…레버 조작 신호, 208…전자 밸브 지령 신호, 210A …제어압 지령 신호.

Claims (5)

  1. 제 1 유압 액추에이터와,
    제 2 유압 액추에이터와,
    상기 제 1 유압 액추에이터로부터 배출된 복귀 오일에 의해 구동되는 회생용 유압 모터와,
    상기 회생용 유압 모터와 기계적으로 연결된 제 1 유압 펌프와,
    상기 회생용 유압 모터에 기계적으로 연결된 전동기와,
    상기 제 1 유압 액추에이터 또는 상기 제 2 유압 액추에이터를 구동하는 압유를 토출하는 제 2 유압 펌프와,
    상기 제 1 유압 펌프가 토출한 압유를 상기 제 2 유압 펌프가 토출한 압유에 합류시키는 합류 관로와,
    상기 제 1 유압 액추에이터의 조작을 지시하는 제 1 조작 장치와,
    상기 제 1 조작 장치의 조작량을 검출하는 제 1 조작량 검출 장치와,
    상기 제 2 유압 액추에이터의 조작을 지시하는 제 2 조작 장치와,
    상기 제 2 조작 장치의 조작량을 검출하는 제 2 조작량 검출 장치와,
    상기 제 1 유압 액추에이터의 압력을 검출하는 제 1 압력 검출 장치와,
    상기 제 2 유압 펌프의 압력을 검출하는 제 2 압력 검출 장치와,
    상기 제 1 조작량 검출 장치, 상기 제 2 조작량 검출 장치, 상기 제 1 압력 검출 장치, 및 상기 제 2 압력 검출 장치의 신호가 입력되어, 상기 전동기에 제어 지령을 출력하는 컨트롤러를 구비하고,
    상기 회생용 유압 모터는 가변 용량형의 유압 모터이며, 상기 제 1 유압 펌프는 가변 용량형의 유압 펌프이고,
    상기 컨트롤러는, 상기 제 1 조작 장치의 조작량과 상기 제 1 유압 액추에이터의 압력으로부터 상기 회생용 유압 모터의 회생 유량 및 회생 동력을 산출하며, 상기 제 2 조작 장치의 조작량과 상기 제 2 유압 펌프의 압력으로부터 상기 제 2 유압 펌프의 펌프 동력을 산출하고, 상기 회생 동력과 상기 펌프 동력 중 작은 쪽을 상기 제 1 유압 펌프의 어시스트 동력으로서 설정하며, 상기 어시스트 동력과 상기 제 2 유압 펌프의 압력으로부터 목표 어시스트 유량을 산출하는 작업 기계에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 회생용 유압 모터의 용적인 회생용 유압 모터 용적과 상기 회생 유량으로부터 상기 회생용 유압 모터의 요구 회전수인 회생용 유압 모터 요구 회전수를 산출하고, 상기 제 1 유압 펌프의 용적인 제 1 유압 펌프 용적과 상기 목표 어시스트 유량으로부터 상기 제 1 유압 펌프의 요구 회전수인 제 1 유압 펌프 요구 회전수를 산출하며, 상기 회생용 유압 모터 요구 회전수와 상기 제 1 유압 펌프 요구 회전수 중 큰 쪽을 상기 전동기의 목표 회전수인 목표 전동기 회전수로 하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 제 1 유압 액추에이터의 압력에 따라 상기 회생용 유압 모터 용적을 제어하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 제 2 유압 펌프의 압력에 따라 상기 제 1 유압 펌프 용적을 제어하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 목표 전동기 회전수와 상기 회생 유량에 따라 상기 회생용 유압 모터 용적을 제어하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 목표 전동기 회전수와 상기 목표 어시스트 유량에 따라 상기 제 1 유압 펌프 용적을 제어하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
KR1020197025454A 2018-03-08 2018-03-08 작업 기계 KR102249953B1 (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2018/009049 WO2019171547A1 (ja) 2018-03-08 2018-03-08 作業機械

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190112782A KR20190112782A (ko) 2019-10-07
KR102249953B1 true KR102249953B1 (ko) 2021-05-11

Family

ID=67846559

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197025454A KR102249953B1 (ko) 2018-03-08 2018-03-08 작업 기계

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10760246B2 (ko)
EP (1) EP3591241B1 (ko)
JP (1) JP6782853B2 (ko)
KR (1) KR102249953B1 (ko)
CN (1) CN110462225B (ko)
WO (1) WO2019171547A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6360824B2 (ja) * 2015-12-22 2018-07-18 日立建機株式会社 作業機械
CN111535394B (zh) * 2020-05-27 2022-04-01 上海三一重机股份有限公司 一种液压控制***、液压油流量控制方法、装置及设备
CN112302814B (zh) * 2020-10-30 2022-10-11 三一石油智能装备有限公司 一种压裂车及其控制方法
KR20230114531A (ko) * 2022-01-25 2023-08-01 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비 유압기계
CN114506799B (zh) * 2022-04-20 2022-07-08 杭叉集团股份有限公司 一种叉车门架联合动作控制方法及控制***
CN114652245A (zh) * 2022-04-25 2022-06-24 徐州徐工环境技术有限公司 一种墙面清洗车作业功率监控***

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014037861A (ja) * 2012-08-15 2014-02-27 Kayaba Ind Co Ltd ハイブリッド建設機械の制御装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3957061B2 (ja) * 2002-07-08 2007-08-08 株式会社小松製作所 複数の圧油エネルギー選択回収装置及びその選択回収方法
JP5378061B2 (ja) * 2009-05-08 2013-12-25 カヤバ工業株式会社 ハイブリッド建設機械の制御装置
JP5323753B2 (ja) * 2010-03-26 2013-10-23 カヤバ工業株式会社 建設機械の制御装置
CN102182730A (zh) * 2011-05-05 2011-09-14 四川省成都普什机电技术研究有限公司 带势能回收装置的挖掘机动臂流量再生***
JP5785846B2 (ja) * 2011-10-17 2015-09-30 株式会社神戸製鋼所 油圧制御装置及びこれを備えた作業機械
ITMI20121495A1 (it) * 2012-09-07 2014-03-08 Versalis Spa Procedimento per la preparazione di polimeri dienici o di copolimeri statistici vinilarene-diene
JP6152473B2 (ja) 2014-05-16 2017-06-21 日立建機株式会社 作業機械の圧油エネルギ回生装置
WO2016137041A1 (ko) * 2015-02-27 2016-09-01 두산인프라코어 주식회사 건설기계의 시동 보조장치
JP6356634B2 (ja) * 2015-06-02 2018-07-11 日立建機株式会社 作業機械の油圧駆動装置
EP3358201B1 (en) * 2015-09-29 2023-02-15 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Pressure oil energy regeneration device of work machine

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014037861A (ja) * 2012-08-15 2014-02-27 Kayaba Ind Co Ltd ハイブリッド建設機械の制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3591241A1 (en) 2020-01-08
JPWO2019171547A1 (ja) 2020-04-16
US10760246B2 (en) 2020-09-01
EP3591241A4 (en) 2020-12-02
KR20190112782A (ko) 2019-10-07
EP3591241B1 (en) 2023-07-05
CN110462225B (zh) 2020-09-22
JP6782853B2 (ja) 2020-11-11
WO2019171547A1 (ja) 2019-09-12
CN110462225A (zh) 2019-11-15
US20200056349A1 (en) 2020-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102249953B1 (ko) 작업 기계
JP6152473B2 (ja) 作業機械の圧油エネルギ回生装置
JP6383879B2 (ja) 作業機械の圧油エネルギ回生装置
KR101834589B1 (ko) 선회체를 갖는 건설 기계
KR101992510B1 (ko) 건설 기계
US8812202B2 (en) Drive controller of operating machine
CN103597220B (zh) 作业机械的动力再生装置
JP5973979B2 (ja) 作業機械の駆動装置
KR20130004328A (ko) 작업 기계의 구동 제어 방법
KR20130004324A (ko) 작업 기계의 구동 제어 방법
JP6453898B2 (ja) 作業機械の油圧駆動システム
KR20100137421A (ko) 하이브리드 건설기계의 제어장치
US9777463B2 (en) Construction machine
JP2010261537A (ja) ハイブリッド建設機械
US20180291935A1 (en) Hydraulic drive system of construction machine
JP5873456B2 (ja) 作業機械の駆動制御システム、それを備える作業機械、及びその駆動制御方法
JP5642620B2 (ja) 作業機械のエネルギ回生装置
JPWO2019180798A1 (ja) 建設機械

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant