(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
上記第1,2回路系統のいずれか一方に、上記アクチュエータであるブームシリンダの2速制御をする2速切換制御弁を設け、この2速切換制御弁に上記回生切換手段を付加するとともに、この2速切換制御弁を切り換えて回生切換手段を開位置に保つ構成にし、ブームシリンダの非作業時に、上記2速切換制御弁を切り換えて上記回生切換手段を介してメインポンプの吐出量を発電用油圧モータに導く構成にした請求項1に記載した建設機械の制御装置。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記従来の装置は、いずれか一方の回路系統に回生切換弁を個別に設けなければならないので、この回生切換弁の分だけ当該制御装置が大型化してしまうとともに、それを設置する際には、大きなスペースを必要とするという問題があった。
この発明の目的は、回生切換手段を特定の制御弁に付加してそれらを一体化することによって、当該装置の小型化及び省スペース化という課題を解決した装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
第1の発明は、一対の可変容量型の第1,2メインポンプと、これら第1,2メインポンプに接続した第1,2回路系統と、
上記第1,2回路系統とは別に設けられ、上記第1,2メインポンプの吐出油が供給されたときに回転する発電用油圧モータと、この発電用油圧モータに連係した電動・発電機と、この電動・発電機が発電した電力を蓄電するバッテリーとを備え、さらに、上記第1,2回路系統には、
上記第1,2回路系統に接続されるアクチュエータを制御する複数の切換制御弁を設けるとともに、いずれか一方のメインポンプを上記発電用油圧モータに連通したりその連通を遮断したりする回生切換手段を設けている。
【0007】
そして、上記いずれかの回路系統に
は、上記第1,2回路系統のいずれかに接続されるアクチュエータを制御するとともに、上記切換制御弁よりも切換ポジション数を少なくした切換制御弁を設け
、この切換ポジション数を少なくした切換制御弁に上記回生切換手段を付加してそれらを一体化している。
【0008】
なお、上記
第1,2回路系統のいずれかに接続されるアクチュエータを制御するとともに、上記切換制御弁よりも切換ポジション数を少なくした切換制御弁とは、例えば、
上記切換制御弁の切換ポジションが3位置であるとき、回生切換手段を付加するのは切換ポジションが2位置の切換制御弁となることを意味している。
例えば、建設機械の切換制御弁は、それらのバルブ本体を他の制御弁と一体に組み付けてブロック化するので、切換ポジション数が多い切換制御弁で当該制御装置の全体の大きさが決められることになる。
【0009】
したがって、例えば切換ポジション数が少ない切換制御弁に、この発明の回生切換手段を付加したとしても、当該制御装置の全体の大きさに影響を及ぼさない。
なお、上記回生切換手段を付加する切換制御弁は
、切換ポジション数が少なければ、当該切換制御弁の制御対象であるアクチュエータの種類は問わない。
【0010】
第2の発明は、上記第1,2回路系統のいずれか一方に、上記アクチュエータであるブームシリンダの2速制御をする2速切換制御弁を設け、この2速切換制御弁に上記回生切換手段を付加するとともに、この2速切換制御弁を切り換えて回生切換手段を開位置に保つ構成にし、ブームシリンダの非作業時に、上記2速切換制御弁を切り換えて上記回生切換手段を介してメインポンプの吐出量を発電用油圧モータに導く構成にしている。
【発明の効果】
【0011】
第1の発明によれば、従来のように回生切換弁を
、上記第1,2回路系統のいずれかに接続されるアクチュエータを制御する切換制御弁とは別に設けなくてもよいので、装置全体を小型化できるとともに、その設置スペースを小さくできる。
【0012】
第2の発明によれば、ブームシリンダを制御する切換制御弁に回生切換手段を付加したので、大容量制御に最適である。つまり、ブームシリンダはその制御流量が大きいので、このブームシリンダを制御する切換制御弁も大流量を制御するのに適している。したがって、大流量制御が可能な切換制御弁に回生切換手段を付加すれば、発電用油圧モータに供給する流量も多くでき、その分、発電量を多くすることができる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
図示した実施形態は、パワーショベルの制御装置で、エンジンEで駆動する可変容量型の第1,2メインポンプMP1,MP2を設けているが、これら第1,2メインポンプMP1、MP2は同軸回転する構成にしている。
なお、図中符号1はエンジンEに設けたジェネレータで、エンジンEの余力を利用して発電機能を発揮する。
【0015】
上記第1メインポンプMP1は第1回路系統に接続しているが、この第1回路系統は、その上流側から順に、左走行用のモータを制御する切換制御弁2、旋回モータを制御する切換制御弁3、ブームシリンダBCを2速制御する2速切換制御弁4、アームシリンダを制御する切換制御弁5、予備用アタッチメントを制御する切換制御弁6を接続しているが、これら切換制御弁2〜6はスプール弁からなる。
【0016】
上記各切換制御弁2〜6のそれぞれは、中立流路7およびパラレル通路8を介して第1メインポンプMP1に接続している。
上記中立流路7であって、切換制御弁6の下流にはパイロット圧を生成するためのパイロット圧制御用の絞り9を設けている。この絞り9はそこを流れる流量が多ければ、その上流側に高いパイロット圧を生成し、その流量が少なければ低いパイロット圧を生成するものである。
【0017】
また、上記中立流路7は、上記切換制御弁2〜6のすべてが中立位置もしくは中立位置近傍にあるとき、第1メインポンプMP1から吐出された油の全部または一部を、絞り9を介してタンクTに導くが、このときには絞り9を通過する流量も多くなるので、上記したように高いパイロット圧が生成される。
【0018】
一方、上記切換制御弁2〜6がフルストロークの状態で切り換えられると、中立流路7が閉ざされて流体の流通がなくなる。したがって、この場合には、絞り9を流れる流量がなくなり、パイロット圧はゼロを保つことになる。
【0019】
ただし、切換制御弁2〜6の操作量によっては、ポンプ吐出量の一部がアクチュエータに導かれ、一部が中立流路7からタンクTに導かれることになるので、絞り9は、中立流路7に流れる流量に応じたパイロット圧を生成する。言い換えると、絞り9は、切換制御弁2〜6の操作量に応じたパイロット圧を生成することになる。
【0020】
また、上記中立流路7であって、切換制御弁6と絞り9との間にはパイロット流路10を接続しているが、このパイロット流路10は、第1メインポンプMP1の傾転角を制御するレギュレータ11に接続している。
【0021】
上記レギュレータ11は、パイロット流路10のパイロット圧と逆比例して第1メインポンプMP1の傾転角を制御し、その1回転当たりの押し除け量を制御する。したがって、切換制御弁2〜6をフルストロークして中立流路7の流れがなくなり、パイロット圧がゼロになれば、第1メインポンプMP1の傾転角が最大になり、その1回転当たりの押し除け量も最大になる。
【0022】
さらに、上記ブームシリンダBCを制御する2速切換制御弁4は、中立位置aと図面左側位置であるブーム上げ位置b以外に、図面右側位置において回生切換手段cを付加している。
ブーム2速切換制御弁4が上記中立位置aにあるときは中立流路7を開くとともに、ブームシリンダBCのピストン側室12とロッド側室13との連通を遮断する。
【0023】
また、ブーム2速切換制御弁4がブーム上げ位置bにあるときには、上記中立流路7との連通を遮断して、上記パラレル通路8から流入した第1メインポンプMP1の吐出油を、ブームシリンダBCのピストン側室12に導く。
さらに、ブーム2速切換制御弁4が図面右側位置に切り換わると、回生切換手段cがパラレル通路8に対して開状態を維持するとともに、上記パラレル通路8から流入した第1メインポンプMP1からの圧油を、通路14を介して発電用油圧モータMに導き、この発電油圧用モータMを回転させる。
【0024】
上記のようにしたブーム2速切換制御弁4は、そのスプールの両端をパイロット圧室15,16に臨ませている。そして、一方のパイロット圧室15はオペレータが制御する図示していないパイロット操作機構に接続され、このパイロット操作機構を操作することによってパイロット圧が導かれ、ブーム2速切換制御弁4はブーム上げ位置bに切り換わる。
【0025】
また、他方のパイロット圧室16は、パイロット制御電磁弁17を介してパイロットポンプPPに接続している。このパイロット制御電磁弁17は、そのソレノイドをコントローラCに接続し、コントローラCからの出力信号に応じて開閉動作するようにしている。
そして、パイロット制御電磁弁17が、図示のノーマル位置にあるとき、パイロットポンプPPと上記パイロット圧室16との連通が遮断され、ソレノイドが励磁されてパイロット制御電磁弁17が開位置に切り換わったとき、パイロットポンプPPと上記パイロット圧室16とがパイロットポンプPPに連通し、回生切換手段cを開状態に保つ。
【0026】
一方、上記第2メインポンプMP2は第2回路系統に接続しているが、この第2回路系統は、その上流側から順に、右走行用モータを制御する切換制御弁18、バケットシリンダを制御する切換制御弁19、ブームシリンダBCを制御する切換制御弁20およびアームシリンダを2速制御する2速切換制御弁21を接続しているが、これら切換制御弁18〜21はスプール弁からなる。
【0027】
上記各切換制御弁18〜21は、第2メインポンプMP2に連通する中立流路22を介して互いに連通するとともに、切換制御弁19,20はパラレル通路23を介して第2メインポンプMP2に接続している。
そして、上記中立流路22であって切換制御弁21の下流側にはパイロット圧制御用の絞り24を設けているが、この絞り24は、第1回路系統の絞り9と全く同様に機能するものである。
【0028】
また、上記中立流路22であって、上記切換制御弁21と上記絞り24との間には、パイロット流路25を接続しているが、このパイロット流路25は第2メインポンプMP2の傾転角を制御するレギュレータ27に接続している。
なお、上記レギュレータ27は、そこに導かれるパイロット圧と逆比例して第2メインポンプMP2の傾転角を制御し、その1回転当たりの押し除け量を制御する。
【0029】
さらに、上記ブームシリンダBCを制御する切換制御弁20は、図示の中立位置にあるとき、中立流路22と連通して、この中立流路22に供給された圧油をタンクTに導く。そして、切換制御弁20の一方のパイロット圧室20aにパイロット圧が導かれたとき、当該切換制御弁20が図面左側であるブーム上げ位置に切り換わり、他方のパイロット圧室20bにパイロット圧が導かれたとき、図面右側位置であるブーム下げ位置に切り換わる。
【0030】
そして、この上記一方の側のパイロット圧室20aは、上記した2速切換制御弁4の一方のパイロット圧室15と連通している。したがって、ブームシリンダBCを上昇させるために、上記したパイロット操作機構を操作すると、パイロット圧室15,20aに同時にパイロット圧が導かれる。言い換えると、ブームシリンダBCの上昇モードでは、切換制御弁4,20が切り換わって、第1,2メインポンプMP1,MP2の吐出油が通路28で合流して、ブームシリンダBCのピストン側室12に供給される。
【0031】
上記のようにした通路28には分配制御弁29を設けているが、この分配制御弁29は、ノーマル位置である上昇モード位置aと、切換位置である分配モード位置bとに切り換え可能にしている。つまり、この分配制御弁29は、その一方に設けたスプリング30の作用で通常は上記上昇モード位置aを保ち、他方に設けたパイロット圧室31にパイロット圧が作用したとき、上記分配モード位置bに切り換わる構成にしている。
【0032】
そして、上記上昇モード位置aにおいては、通路28を全開状態に保つ一方、分配モード位置bにおいては、通路14あるいは28に対する開度を、一方の通路に対する開度を大きくすれば、他方の通路に対する開度を小さくするように制御する。
【0033】
上記のようにした分配制御弁29は、そのパイロット圧室31をパイロット制御電磁弁32に接続しているが、このパイロット制御電磁弁32は、コントローラCから出力される信号に応じてその切換量が制御される。言い換えると、コントローラCからの信号に応じてパイロット制御電磁弁32の開度が制御されるとともに、その制御された開度に応じて分配制御弁29のパイロット圧室31に導かれるパイロット圧が制御される。
したがって、上記分配制御弁29は、コントローラCの出力信号に応じて、通路14,28に対する開度が制御されることになる。
【0034】
また、コントローラCは、上記パイロット操作機構を介して、ブームシリンダBCに接続した切換制御弁20の切換方向と切換量とを判定する図示していない判定手段を備えている。そして、コントローラCは、上記判定手段によって、切換制御弁20の切換方向と切換量を判定するとともに、その切換方向及び切換量に応じてパイロット制御電磁弁32に対する信号を制御する。
なお、コントローラCの上記判定手段は、すべての切換制御弁2〜6及び18〜21が中立位置にあるかあるいは切換位置にあるかを判定する機能も備えている。
【0035】
さらに、通路14に接続した上記発電用油圧モータMは電動・発電機33に連係し、発電用油圧モータMが回転すれば電動・発電機33が回って発電するとともに、インバータ34を介して発電電力をバッテリー35に充電する。そして、コントローラCはこのバッテリー35の充電量を監視する機能を備えている。
そして、上記発電用油圧モータMは傾角制御器36によってその傾転角が制御されるようにしているが、この傾角制御器36はコントローラCの出力信号で制御されるようにしている。
【0036】
なお、図中符号37はバッテリーチャージャーで、ジェネレータ1で発電された電力をバッテリー35に充電するためのものであるが、この実施形態では、バッテリーチャージャー37を、家庭用の電源などの別系統の電源38にも接続している。
【0037】
さらに、上記発電用油圧モータMと連携して回転するアシストポンプAPを設けているが、このアシストポンプAPには、コントローラCによって制御される傾角制御器39を設けている。
【0038】
このようにしたアシストポンプAPは、第1,2合流制御弁40,41を介して、第1,2メインポンプMP1,MP2と第1,2回路系統との間における合流点42,43に接続しているが、これら第1,2合流制御弁40,41は、その一方にパイロット圧室を設け、このパイロット圧室に対向する側にスプリングを設けている。そして、第1,2合流制御弁40,41は、図示のノーマル状態で開位置を保ち、パイロット圧室にパイロット圧が作用したときにスプリングに抗して閉位置に切り換わる構成にしている。
【0039】
さらに、上記第1,2合流制御弁40,41のパイロット圧室は、第1,2電磁制御弁44,45を介して上記パイロットポンプPPに接続しているが、これら第1,2電磁制御弁44,45は、コントローラCの出力信号で制御されるもので、図示のノーマル状態では、閉位置を保ち、パイロットポンプPPと第1,2合流制御弁40,41のパイロット圧室との連通を遮断する。
【0040】
また、コントローラCの出力信号によって、第1,2電磁制御弁44,45が開位置に切り換わると、パイロットポンプPPの吐出圧を第1,2合流制御弁40,41のパイロット圧室に導く。したがって、このときに第1,2合流制御弁40,41は閉位置に切り換わって、アシストポンプAPと合流点42,43との間の流通を遮断する。
なお、図中符号46,47はチェック弁で、アシストポンプAPから上記合流点42,43への流れのみを許容するものである。
【0041】
次にこの実施形態の作用を説明する。
第1,2回路系統のすべての切換制御弁2〜6及び18〜21が中立位置に保持されているときには、上記絞り9,24の上流側の圧力が最高になるので、レギュレータ11,27が動作して第1,2メインポンプMP1,MP2の1回転当たりの押し除け量が最少に保たれる。
【0042】
上記の状態から、例えば、上記パイロット操作機構を操作して、切換制御弁20のパイロット圧室20aにパイロット圧を導き、切換制御弁20を図面左側位置であるブーム上げ位置に切り換えると、このときのパイロット圧が2速切換制御弁4の一方のパイロット圧室15にも作用するので、2速切換制御弁4もブーム上げ位置bに切り換わる。
なお、コントローラCの判定手段は、上記パイロット操作機構の操作方向に応じてブームシリンダBCを上昇させるモードにあると判定して、パイロット制御電磁弁17及びパイロット制御電磁弁32を図示のノーマル位置に保持する。
【0043】
上記のように切換制御弁20及び2速切換制御弁4が、ブーム上げ位置に切り換えられれば、その切換量に応じて絞り9及び24の上流側の圧力が制御されるとともに、その制御された圧力に応じて第1,2メインポンプMP1,MP2の吐出量が増大する。
また、このときには上記したようにパイロット制御電磁弁32がノーマル位置である閉位置を保つので、分配制御弁29は上昇モード位置aを保持する。
【0044】
したがって、第1メインポンプMP1の吐出油は、パラレル通路8及び2速切換制御弁4を経由して通路28に流入する。また、第2メインポンプMP2の吐出油は、パラレル通路23および切換制御弁20を経由して通路28に流入する。つまり、第1,2メインポンプMP1,MP2の吐出油が通路28で合流することになる。
このようにして通路28で合流した第1,2メインポンプMP1,MP2の吐出油は、上昇モード位置aにある分配制御弁29を経由してブームシリンダBCのピストン側室12に供給されるので、ブームシリンダBCは伸長する。
【0045】
一方、上記パイロット操作機構を操作して、切換制御弁20の他方のパイロット圧室20bにパイロット圧を導くと、切換制御弁20は図面右側位置であるブーム下げ位置に切り換わる。このとき、コントローラCの判定手段は、上記パイロット操作機構の操作方向に応じて、ブームシリンダBCが下げモードにあると判定するとともに、コントローラCは、上記パイロット操作機構の操作量に応じて、オペレータが望む下降速度を演算する。
【0046】
コントローラCは、上記判定結果に基づいて、パイロット制御電磁弁32を切り換えるとともに、このパイロット制御電磁弁32は、切換制御弁20の切換量に応じてその開度が制御される。したがって、上記分配制御弁29のパイロット圧室31に導かれるパイロット圧は、切換制御弁20の切換量すなわちオペレータが望むブームシリンダBCの下降速度に応じて制御される。
【0047】
つまり、分配制御弁29は、ブームシリンダBCの全戻り流量をQtとし、当該分配制御弁29の絞りを介してタンクTに戻される流量をQa、そのチェック弁を介して通路14に供給される流量をQbとした場合、Qt=Qa+Qbとなる関係を保つように制御する。
このように分配制御弁29が、タンクTに戻る流量Qaと、通路14に導かれる流量Qbとの合計流量が全戻り流量Qtと常に等しくなるように制御するので、発電用モータMを動作させているときにも、オペレータの操作感が狂ったりしない。
【0048】
一方、作業用アクチュエータを制御する切換制御弁が中立位置にある時、あるいはブームシリンダBCが非作業時の時、コントローラCからの信号で、パイロット制御電磁弁17を切り換えると、2速切換制御弁4のパイロット圧室16にパイロット圧が導かれるが、このようにパイロット圧室16にパイロット圧が導かれると、2速切換制御弁4は回生切換手段cを開く。回生切換手段cが開けば、パラレル通路8からの圧油がこの回生切換手段cを経由して通路14に導かれ、そこから発電用油圧モータMに導かれる。
【0049】
いずれにしても、通路14から圧油が供給されて発電用油圧モータMが回転するが、この発電用油圧モータMが回転すれば、電動・発電機33が発電するとともに、その発電量はインバータ34を介してバッテリー35に充電される。
【0050】
なお、上記発電用油圧モータMは、上記したようにアシストポンプAPにも連係しているので、バッテリー35の電源を利用してアシストポンプAPの動力源とすることもできる。
このときには、コントローラCによって、アシストポンプAPのレギュレータ39によってその1回転当たりの押し除け量が制御される。
【0051】
このとき、オペレータが第1,2回路系統の両方に対してアシスト力を必要としたときには、コントローラCは第1,2電磁制御弁44,45をノーマル状態である閉位置に保ち、いずれか一方の回路系統にアシスト力を必要とするときには、コントローラCは、第1,2電磁制御弁44,45のいずれか一方を開位置に切り換えて、第1,2合流制御弁40,41のいずれか一方を閉位置に切り換える。さらに、第1,2回路系統のいずれにもアシストポンプAPのアシスト力が必要とされていないときには、コントローラCは、第1,2電磁制御弁44,45の両方のソレノイドを励磁して、第1,2合流制御弁40,41を閉位置に切り換える。
【0052】
なお、上記実施形態では、ブームシリンダBCの2速切換制御弁4に回生切換手段cを付加したが、
上記第1,2回路系統のいずれかに接続されるアクチュエータを制御するとともに、上記切換制御弁よりも切換ポジション数を少なくした切換制御弁であれば、いずれの切換制御弁に回生切換手段を付加してもよい。例えば、アタッチメント用の切換制御弁に回生切換手段cを付加してもよい。