专利名称：具有旋转体的工程机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及液压挖掘机等的具有旋转体的工程机械。
背景技术：
液压挖掘机那样的工程机械，作为动力源使用汽油、轻油等的燃料，通过发动机驱动液压泵使其产生液压，由此对液压马达、液压缸之类的液压执行机构进行驱动。液压执行机构小型轻量而能够实现大输出，作为工程机械的执行机构广泛使用。另一方面，近年，如专利文献I中记载的那样，提出了一种工程机械，使用通过电动马达进行驱动的电动执行机构，由此，与仅使用通过液压泵的液压能量进行驱动的液压执行机构的工程机械相比，提高能源效率，谋求节能化。液压执行机构，当再生时，将运动能量蓄压于设置在液压回路上的蓄能器，或者将液压转换为电，与之相对地在电动执行机构的情况下，能够将制动时的运动能量作为电能直接再生，因此具有在能量方面比液压执行机构优秀的特征。例如，在专利文献I所示的以往技术中，公开了作为驱动旋转体的执行机构而安装有电动马达的液压挖掘机。使液压挖掘机的上部旋转体相对于下部行驶体旋转的执行机构，使用频率高，在作业中频繁地反复进行加速及减速。例如，在对砂土进行挖掘并将其装载到自卸卡车的作业中，铲斗被所挖掘的砂土填满后，朝向自卸卡车旋转加速，在自卸卡车的近前旋转减速，在自卸卡车的正上方进行放土。其后，朝向挖掘场所旋转加速，在挖掘场所的近前旋转减速，在挖掘场所停止并进行挖掘。重复进行这种作业。此时，在不进行液压性的再生的情况下，减速时，换言之在制动时，具备大惯性负荷的旋转体的动能，在液压马达的情况下，根据安全阀的设定压力，工作油返回油箱，在液压回路上作为热量而被舍弃。另一方面，在电动马达的情况下，通过具备大惯性负荷的旋转体，电动马达作为发电机发挥功能，因此能够将来自电动马达的输出作为电能再生。由于这一点，从节能的观点出发，认为取代液压马达而使用电动马达是有效的。但是，若对工程机械的旋转使用电动马达，则会产生因电动马达的特性导致的以下那样的问题。首先，为了通过电动马达保持旋转体的停止状态，需要进行速度反馈控制，即对实际的速度与速度控制的目标速度进行比较，根据求出的控制量而进行速度控制。然而速度反馈控制容易因时间延迟的影响而产生振荡。另外，在使用电动马达的情况下，由于通过控制而决定操作感，因此根据其控制性能会产生操作上的不协调。并且，在电动马达不旋转的状态下连续输出扭矩的作业，例如在沟挖掘中，在一边对旋转体进行微速操作并将铲斗的侧面按压于沟的内侧面，一边使动臂、斗杆以及铲斗摆动进行的挖掘作业中，存在电动马达及换流器过热的问题。而且，还能够举出若使用保证与液压马达相当的输出的电动马达则外形过大，或者成本显著升高的问题。
为解决以上的问题，专利文献2以及专利文献3中公开了下述工程机械:在实现节能化的基础上安装上述的液压马达和电动马达的双方，通过合计扭矩对旋转体进行驱动或者制动。在专利文献2所示的现有技术中，公开了旋转电动马达与旋转液压马达直接连结，控制器根据旋转操作杆的操作量而对电动马达指令输出扭矩的液压工程机械的能源再生装置。该以往技术，当减速时，换言之在制动时，电动马达将旋转体的动能再生，并作为电能蓄电于电池中。在专利文献3所示的以往技术中，公开了使用液压马达的进口节流与出口节流的差压，计算向电动马达的扭矩指令值，进行液压马达与电动马达的输出扭矩配比的混合动力型工程机械。上述的专利文献2以及专利文献3的以往技术，作为旋转用的执行机构均同时采用液压马达和电动马达。由此，能够确保能够驱动旋转体的充分的驱动扭矩，而且能够通过电动马达谋求电能的回收。另外，将工程机械的旋转体的驱动系统形成为简单且实用化容易的构成，能够谋求节能化。现有技术文献专利文献专利文献1:日本专利第3647319号公报专利文献2:日本专利第4024120号公报专利文献3:日本特开2008-63888号公报
发明内容
然而，在上述以往技术中存在以下的课题。例如，在专利文献2中记载的现有技术中，公开了能够根据旋转操作杆的操作量来计算向旋转电动马达的扭矩指令值的方案。但是，没有考虑由铲斗、动臂、斗杆构成的工程机械的前部部分的姿势、装载量、工程机械进行作业的路面的倾斜等的影响所导致的旋转液压马达的扭矩变化。因此，会产生根据向旋转电动马达的扭矩指令值而输出的旋转电动马达的扭矩与旋转液压马达的扭矩的合计扭矩不是根据旋转杆操作量的所希望的扭矩的情况。另外，在专利文献3中记载的现有技术中，根据设置于液压马达的油的吸入口以及排出口这两个端口所产生的差压，计算向电动马达的扭矩指令值。然而，没有考虑液压马达的扭矩根据旋转操作杆的操作量而变化的情况，而是以与旋转操作杆的操作量无关地、使液压马达与电动马达的扭矩的比例恒定的方式进行控制。由此，考虑到根据旋转操作杆的操作量而变化的液压马达的扭矩，存在无法得到根据旋转操作杆的操作量的所希望的扭矩的可能性。由此，本发明的目的在于提供一种能够确保旋转体的良好的操作性、且能源效率高的混合动力型工程机械。用于解决课题的手段为实现上述目的，例如，工程机械具有:旋转液压马达，其通过由液压泵产生的液压而被驱动，液压泵通过发动机进行驱动；旋转电动马达，其与旋转液压马达连接，通过来自蓄电设备的电力而被驱动；旋转体，其与旋转电动马达连接，根据用于对旋转体进行操作的旋转操作杆的操作量而被制动、驱动的旋转电动马达以及旋转液压马达的合计扭矩对旋转体进行制动、驱动，该工程机械的特征在于，通过对旋转液压马达的扭矩乘以根据旋转操作杆的操作量而设定的增益，来计算为了对旋转电动马达进行制动、驱动而输入至旋转电动马达的电动马达扭矩指令值。发明的效果根据本发明，在具有旋转体的混合动力型工程机械中，能提供良好的操作性，并实现高能源效率。
图1是基于本发明的液压挖掘机的侧视图。图2是基于本发明的液压挖掘机的系统构成图。图3是基于本发明的液压挖掘机的液压系统的详细图。图4是旋转滑阀的排放开口面积线图。图5是旋转滑阀的出口节流开口面积线图。图6是采用对图3的液压马达的安全压通过切换阀进行切换的液压系统的情况的系统构成图。图7是A端口侧安全阀的控制流程图。图8是B端口侧安全阀的控制流程图。图9是旋转电动马达的控制流程图。图10是表示在旋转电动马达的控制中使用的驱动增益表的例子的图。图11是表示在旋转电动马达的控制中使用的制动增益表的例子的图。图12是实施例2的液压挖掘机的系统构成图。图13是实施例2的旋转滑阀的排放开口面积线图。图14是实施例2的旋转滑阀的出口节流开口面积线图。图15是本实施例的相对于先导压的旋转液压马达扭矩以及旋转电动马达扭矩的配比图。
具体实施例方式如上述那样，当对旋转电动马达计算扭矩指令值时，存在不对前部的姿势、工程机械的作业环境、旋转杆的操作量等所导致的旋转液压马达的扭矩变化加以考虑，而导致无法相对于旋转体得到根据旋转杆操作量的所希望的扭矩的情况。由此，无法得到与旋转杆操作量相应的旋转体的制动、驱动，操作人员会感到操作性的不协调。因此本发明中公开了下述技术:以通过旋转液压马达及旋转电动马达而对旋转体给予的扭矩成为根据杆操作量的扭矩的方式，对旋转电动马达计算扭矩指令值。而且在本发明中，能够实现即使因为任何理由而无法产生旋转电动马达的扭矩，也能够通过液压系统保障挖掘机的基本性能的混合型动力工程机械。在以往技术中，旋转电动马达为了从全体的旋转扭矩中接受恒定的扭矩，例如，若发生蓄电设备的能量不足及过放电状态、换流器、马达等的电气系统的故障、异常等，导致无法得到来自旋转电动马达的扭矩，则可能产生无法得到所希望的旋转扭矩的状态。本发明中，针对这样的课题，实现即使旋转电动马达发生故障也能以液压系统保障挖掘机的基本性能的混合动力型工程机械。为此，本发明是具有旋转液压马达以及旋转电动马达的复合旋转模式和旋转液压马达单独旋转模式、且对各模式进行切换驱动的构成。对于杆位置而言，当旋转操作杆未被操作的状态之时和旋转操作杆被操作至最大操作量的状态之时，以液压马达单独旋转模式使旋转体驱动。以下，将旋转操作杆未被操作的状态称为中立状态，将旋转杆被操作至最大操作量的状态称为最大状态。另一方面，当旋转操作杆处于比中立状态大而比最大状态小的位置时，采用复合旋转模式。以下，将比中立状态大而比最大状态小的区域称为中间区域。并且，在该复合旋转模式下，例如如图15那样，以在中间区域旋转电动马达对旋转液压马达的扭矩的比例最大的方式，构成旋转液压马达与旋转电动马达的扭矩配比比例，由此能够进行节能驾驶。这样，通过采用具有液压马达单独旋转模式以及复合旋转模式、并根据旋转杆的操作量对两种模式进行切换的构成，基本上通过旋转液压马达能够保证作业机械的性能，而且通过使旋转电动马达进行制动、驱动能实现节能化。特别是，以在旋转操作杆为中立状态以及最大状态的情况下，成为液压马达单独旋转模式的方式构成，由此，能够与蓄电设备的故障无关地与正常时相同地进行起动.停止。在以下实施方式中进行本发明的详细的说明。<实施例1>图1中表示实施例1的液压挖掘机的侧视图。图1中，下部行驶体10由图1中仅表示了单侧的一对履带11以及履带架12构成。另外，具有图1中未图示的一对行驶液压马达13、14，对各履带11独立进行驱动控制。另外，减速机构等也设置于下部行驶体10。旋转体20由旋转架21、发动机22、辅助发电马达23、旋转电动马达25、电容器24、旋转机构26、旋转液压马达27以及未图示的减速机构等构成,旋转电动马达25和旋转液压马达27的旋转轴结合，通过旋转轴而结合的旋转电动马达25和旋转液压马达27，经由旋转机构26对旋转体20进行制动、驱动。发动机22设置于旋转架21。另外，电容器24和与发动机22设置于同轴上的辅助发电马达23、还有与旋转液压马达27以及旋转机构26设置于同轴上的旋转电动马达25连接，辅助发电马达23以及旋转电动马达25进行制动、驱动，由此，电容器24被充放电。旋转机构26相对于下部行驶体使旋转体20以及旋转架21旋转。减速机构使旋转电动马达25的旋转减速。另外，在旋转体20上安装有挖掘机构30，该挖掘机构30由动臂31、用于驱动动臂31的动臂液压缸32、在动臂31的前端部附近以能够自由旋转的方式被轴支承的斗杆33、用于驱动斗杆33的斗杆液压缸34、在斗杆33的前端以能够自由旋转的方式被轴支承的铲斗35以及用于驱动铲斗35的铲斗液压缸36等构成。并且，在旋转体20的旋转架21上，安装有液压系统40，该液压系统40包括:用于驱动行驶液压马达13、14(图1中不图示)；旋转液压马达27 ;动臂液压缸32、斗杆液压缸
34、铲斗液压缸36等的液压执行机构的未图示的液压泵41 ；以及用于对各执行机构进行驱动控制的控制阀42。液压泵41通过发动机22而被驱动。
图2中表示实施例1的液压挖掘机的主要电动 液压仪器的系统构成。如图2所示，发动机22的驱动力传递至液压泵41。另外，对于控制阀42而言，从液压泵41排出的工作油通过液压配管43而供给并根据来自未图示的旋转操作杆的指令(操作方向、操作量)，进行对向旋转液压马达27、动臂液压缸32、斗杆液压缸34、铲斗液压缸36以及行驶液压马达13、14的工作油的排出量以及排出方向的控制。电容器24与断续装置51连接，电容器24的直流电力经由断续装置51而升压至规定的母线电压。升压至规定的值的电压被输入用于对旋转电动马达25进行制动、驱动的旋转电动马达用换流器52以及用于对辅助发电马达23进行制动、驱动的辅助发电马达用换流器53。辅助发电马达用换流器53经由平滑电容器54与断续装置51连接，平滑电容器54是为了使母线电压稳定化而设置的。在旋转液压马达27的工作油的出入口端口，分别设有A端口侧安全阀28以及B端口侧安全阀29。如图3所示，旋转液压马达27具有作为工作油的入口及出口的两个端口，本说明书中，将进行左旋转时成为工作油的入口的端口定义为A端口，将成为出口的端口定义为B端口 ；将进行右旋转时成为工作油的入口的端口定义为B端口，将成为出口的端口定义为A端口。该A端口侧安全阀28以及B端口侧安全阀29由电磁式可变安全阀构成，分别对旋转液压马达27的A端口压力、B端口压力进行控制。此外，虽未图示，设有对A端口压力、B端口压力分别进行检测的压力传感器。控制器80使用未图示的旋转操作杆操作量、旋转液压马达压力、旋转液压马达转速等，进行液压泵41、A端口侧安全阀28以及B端口侧安全阀29的控制。并且，还进行动力控制单元55的控制。电/液压信号转换设备75将来自控制器80的电信号转换为液压先导信号，例如相当于电磁比例阀。图3中表不了实施例1的液压挖掘机的液压系统的详细构成。旋转操作杆72具有将来自未图示的压力源的压力根据操作量而减压的减压阀功能，将与旋转操作杆72的操作量相应的操作压力给予控制阀42的内部所具备的旋转滑阀44的左右某一压力室。旋转滑阀44根据作用于压力室的操作压力而对切换量(滑阀行程)进行控制并对从液压泵41向旋转液压马达27供给的工作油的流量进行控制，通过来自旋转操作杆72的操作压力，旋转滑阀44从中立位置O被连续地切换至A位置或者B位置。例如，在旋转操作杆72为中立状态的情况下，当旋转滑阀44处于中立位置O时，从液压泵41排出的工作油通过排放节流孔而向油箱返回。另一方面，例如，在旋转操作杆72以进行左旋转的方式被操作的情况下，旋转滑阀44被切换至A位置，排放节流孔的开口面积减少，进口节流孔、出口节流孔的开口面积增力口。从液压泵41排出的工作油通过该A位置的进口节流孔而被送至旋转液压马达27的A端口，来自旋转液压马达27的回油通过A位置的出口节流孔而向油箱返回。通过进行这样的工作油的控制，旋转液压马达27向左旋转。
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另外，例如，在旋转操作杆72以进行右旋转的方式被操作的情况下，旋转滑阀44被切换至B位置，排放节流孔的开口面积减少，进口节流孔、出口节流孔的开口面积增加。从液压泵41被排出的工作油通过B位置的进口节流孔而被送至旋转液压马达27的B端口，来自旋转液压马达27的回油通过B位置的出口节流孔而向油箱返回。通过进行这样的工作油的控制，旋转液压马达27向与A位置的情况相反方向的右方旋转。
此外，当旋转滑阀44位于中立位置O与A位置的中间时，液压泵41所排出的工作油被分配至排放节流孔和进口节流孔。位于中立位置O与B位置的中间的情况也相同。在旋转液压马达27的A端口与旋转滑阀44之间具备A端口侧安全阀28。另外，在旋转液压马达27的B端口与旋转滑阀44之间具备B端口侧安全阀29。这些A端口侧安全阀28以及B端口侧安全阀29是能够按照来自图3中未图示的控制器80的指令而变更各端口侧的安全压的构成。安全阀28、29为电磁式可变安全阀，但也可以采用图6所示的构成，采用对所使用的安全阀通过切换阀28c、29c向高压侧28a、29a和低压侧28b、29b切换的方式。图4中，用虚线表示排放开口面积线图，其表示本实施例中的与旋转滑阀44的滑阀行程相对的排放开口面积。这里，由于滑阀行程仅根据旋转杆操作量而变化，所以也可以认为是旋转杆操作量。另外，例如在单独通过旋转液压马达来驱动旋转体的以往的工程机械中，用实线表示能够确保良好的操作性的旋转液压马达的开口面积。本实施例中的旋转滑阀44的排放开口面积的大小，以在起点及终点、换言之在旋转操作杆72处于中立状态以及最大状态时与由实线表示的开口面积几乎相同，而在中间区域比现有设备大的方式设定。这里，若旋转滑阀44的排放节流孔的开口面积变大，则由旋转液压马达27能够获得的驱动扭矩变小。由此，在具有本实施例那样的开口面积特性的情况下，以旋转操作杆处于中间区域时的旋转液压马达27的驱动扭矩比具有由实线表示的开口面积的旋转滑阀中所产生的驱动扭矩小的方式设定。另一方面，以在旋转操作杆处于中立状态以及最大状态时开口面积与由实线表示的开口面积几乎相同的方式设定，因此，旋转液压马达的驱动扭矩成为几乎相同的大小。另外在图5中，表示出口节流开口面积线图，其表示本实施例的相对于旋转滑阀44的滑阀行程的出口节流开口面积。与图4相同地，滑阀行程仅根据旋转杆操作量而变化，因此也可以认为是旋转杆操作量。另外，例如在单独通过旋转液压马达对旋转体进行驱动的工程机械中，用实线表示能够确保良好的操作性的旋转液压马达的开口面积。本实施例中的旋转滑阀44的出口节流开口面积的大小，以在起点及终点为与由实线表示的开口面积几乎相同的面积，而在中间区域，本发明比由实线表示的开口面积大的方式设定。与上述相同地，由于制动扭矩的大小取决于出口节流孔的开口面积的大小，因此，旋转杆操作量处于中间区域时的旋转液压马达27的制动扭矩比现有设备的旋转液压马达的制动扭矩小。另外，在旋转杆操作量处于中立以及最大状态时，与实线的开口面积几乎相同，因此，以与旋转液压马达27的制动扭矩的大小几乎相同的方式设定。如上所述，根据相对于旋转操作杆的操作量而确定的旋转滑阀44的排放开口面积及出口节流开口面积，分别确定旋转液压马达的制动以及驱动扭矩的大小。图7是对A端口侧安全阀28的控制方法通过流程图进行表示的图。此外，图7的控制以控制器80的I控制周期为单位而进行。起动液压挖掘机的系统。起动时，A端口的安全压设定为通常规定的值。首先，在步骤SI中对A端口的安全压是否为通常的规定值进行判断。在为通常的规定值的情况下，进入步骤S2，对当前的旋转液压马达27的A端口压力与预先设定的阈值Pl进行比较。在A端口压力比阈值Pl小的情况下，进入步骤S3，对马达转速是否比预先设定的正值即阈值NI的-1倍小或者左旋转操作杆的操作量(以下称为左旋转操作量)是否比预先设定的阈值LI大进行判断。在判断为马达转速比预先设定的正值即阈值NI的-1倍小或者左旋转操作量比预先设定的阈值LI大的情况下，在步骤S4中进行降低A端口的安全压的处理。另一方面，在步骤S3中，在判断为马达转速不比预先设定的正值即阈值NI的-1倍小或者左旋转操作量不比预先设定的阈值LI大的情况下，返回步骤SI并再次对A端口的安全压是否为通常的规定值进行判断。另外，在步骤S2中判断为A端口压力比阈值Pl大的情况下，返回步骤SI并再次进行A端口的安全压是否为通常的规定值的判断。这里，对于马达转速，将左旋转定义为正，将右旋转定义为负，对于旋转电动马达25及旋转液压马达27的转速采用相同方式。另外，阈值Pl设定为降低安全压时的安全压以下的值，阈值NI以及阈值LI为O附近的值。此外，当马达转速比-NI小的时候，A端口成为旋转液压马达27的出口节流侧，当左旋转操作量比LI大的时候，A端口成为旋转液压马达27的进口节流侧。若在步骤SI中判断为A端口的安全压不为通常的规定值，则在步骤S5中对马达转速是否比预先设定的正值即阈值N2的-1倍大并且左旋转操作量是否比预先设定的阈值L2小进行判断。在判断为满足上述条件的情况下，进入步骤S6而将A端口的安全压恢复为通常值。在不满足上述条件的情况下，返回步骤SI并再次对A端口的安全压是否为通常的规定值进行判断。这里，N2以及阈值L2是O附近的值。阈值NI设定为N2以上的值，阈值LI设定为L2以上的值。这里，也可以将步骤S2的条件省略。换言之，图7的A端口压力的判定也可以始终为“是”。另外，步骤S3和步骤S5也可以仅使用马达转速的条件，而不使用左旋转操作量的条件，g卩，可以不进行进口节流侧的安全压的变更。该情况下，在后述的控制方法中，旋转电动马达25的驱动扭矩难以变大，难以放电。另外，步骤S3和步骤S5也可以仅使用左旋转操作量的条件，而不使用马达转速的条件，即，可以不进行出口节流侧的安全压的变更。该情况下，在后述的控制方法中，旋转电动马达25的制动扭矩难以变大，难以充电。另外，还可以当步骤S3中满足马达转速的条件时及满足左旋转操作量的条件时，改变安全压的降低方式，即，在出口节流侧和进口节流侧改变安全压的降低方式。例如，若使出口节流侧的安全压的降低方式比进口节流侧大，则在后述的控制方法中，旋转电动马达25的制动扭矩容易变得比驱动扭矩大，容易充电。图8是对B端口侧安全阀29的控制方法通过流程图进行表示的图。除了旋转方向左右相反、与之相伴地马达转速的正负相反以外，是与图7相同的控制方法。根据以上的图7、图8那样的控制流程，通过降低A端口以及B端口的安全压，能够减小旋转液压马达的制动、驱动扭矩。此外，在本实施例中，通过对旋转滑阀的开口面积进行设定，以及进行安全压控制，而使旋转液压马达扭矩减少，但也可以采用通过采用某一方的构成而使旋转液压马达扭矩减少的构成。以下，对旋转电动马达的控制方法进行说明。图9是对旋转电动马达25的控制方法通过流程图进行表示的图。此外，图9的控制以控制器80的I控制周期为单位而进行。最初，在步骤SlO中根据由未图示的压力传感器所检测的旋转液压马达27的A端口压力与B端口压力之差，计算液压马达扭矩。接下来，在步骤Sll中通过该液压马达扭矩，对旋转液压马达27是否正在产生驱动扭矩或者制动扭矩进行判定。例如，若A端口压力比B端口压力大，并且，马达旋转方向为左旋转方向，则判定为正在产生驱动扭矩。进行这样的判定，在判定为旋转液压马达27正在产生驱动扭矩的情况下，在步骤S12中使用驱动增益表，计算旋转电动马达扭矩指令值Tl。这里使用的驱动增益表，例如，由根据图10所示那样的旋转杆操作量而确定的驱动增益构成，该驱动增益根据图4所示的旋转滑阀44的排放开口面积的特性而确定。图4所示的排放开口面积，以在旋转操作杆72处于中间区域的情况下，与单独由液压马达进行旋转的驱动的情况下所使用的旋转液压马达的驱动扭矩相比，旋转液压马达的驱动扭矩小的方式设定，驱动增益，以在图10所示的旋转操作杆72处于中间区域的情况下驱动增益成为最大的方式设定。在前述的步骤S12中，将对使用该驱动增益表而确定的驱动增益乘以前述的液压马达扭矩得到的值作为电动马达扭矩指令值Tl得出。另一方面，在步骤Sll为否定，判定为旋转液压马达27正在产生制动扭矩的情况下，在步骤S13中使用制动增益表，计算旋转电动马达扭矩指令值Tl。这里使用的制动增益表，例如，由图11所示那样的根据旋转杆操作量而确定的制动增益构成，该制动增益表是根据图5所示的旋转滑阀44的出口节流开口面积线图的特性而确定的。图5所示的出口节流开口面积，以在旋转操作杆72处于中间区域的情况下，以与单独由液压马达进行旋转的驱动的情况下所使用的旋转液压马达的制动扭矩相比，旋转液压马达的制动扭矩小的方式设定，制动增益，以在如图11所示处于旋转操作杆72的中间区域的情况下制动增益成为最大的方式设定，将由该制动增益表确定的制动增益乘以旋转液压马达扭矩而得到的值作为电动马达扭矩指令值Tl。如上所述，旋转电动马达扭矩指令值Tl是考虑了旋转操作量以及液压马达扭矩后的指令值。通过根据该旋转电动马达扭矩指令值Tl对旋转电动马达进行制动、驱动，能够避免因工程机械的前部的姿势及装载、旋转杆操作量等引起的旋转液压马达扭矩的变化而导致无法获得所希望的旋转电动马达扭矩的状况。由此，在通过旋转液压马达以及旋转电动马达进行制动、驱动的复合旋转模式下，能够获得与旋转操作杆的操作量相应的扭矩，操作人员能够根据旋转操作杆的操作对旋转体以所希望的加减速度进行操作，能够获得良好的操作性。此外，在本发明中，由于仅使用制动时回收的能量进行驱动与电气设备的效率的提高相关，因此优选将制动能量设计为比驱动能量大。由此，上述的驱动增益表以及制动增益表优选以相对于相同的旋转操作杆的操作量，制动增益更大的方式设定。接着在步骤S14中，通过图7的控制而使A端口的安全压降低、并且对A端口压力是否比预先设定的阈值P2高进行判定。在满足该条件的情况下，在步骤S15中，将使旋转电动马达产生因降低A端口的安全压而导致的旋转液压马达的扭矩减少量的值TR设定为电动马达扭矩指令值T2。(扭矩指令值T2 = TR)。另一方面，在步骤S14中对上述条件A端口安全压下降、并且A端口压力是否比阈值P2高的判定中，在判断为不满足条件的情况下，在步骤S16中对通过图8的控制而使B端口的安全压降低、并且B端口压力是否比预先设定的阈值P2高进行判定。在满足这些条件的情况下，与前述相同地，将使旋转电动马达产生因降低B端口的安全压而导致的旋转液压马达的扭矩减少量的值TR设定为电动马达扭矩指令值T2 (扭矩指令值T2 = TR)。这里扭矩指令值T2 = TR，在A端口安全阀28及B端口安全阀29的控制中，成为通过从旋转液压马达的通常规定的安全压降低而对变小的旋转液压马达的扭矩进行弥补的扭矩指令值。例如，是根据安全压的降低幅度以及液压马达的容积而计算的值。另一方面，在判定为B端口的安全压下降，而且B端口压力比预先设定的阈值P2高，即判断为不满足条件的情况下，在步骤S17中令电动马达扭矩指令值T2 = O。这里，阈值P2是与比通常小地设定的安全压的值相比稍微小例如几MPa的值，当端口的安全压降低时，通过对任意的时刻的端口压力与P2进行比较能够对该时刻是否正在进行泄压进行判断。接着在步骤S18中，对如上述那样求出的旋转电动扭矩指令值的Tl与T2的大小进行比较，选择较大的那一个电动马达扭矩指令值作为旋转电动马达25的扭矩指令值。而且使用该扭矩指令值对动力控制单元55进行控制并通过旋转电动马达产生旋转液压马达扭矩的减少量的扭矩。由此能够通过旋转液压马达27与旋转电动马达25的合计扭矩而得到与旋转操作杆的操作量相应的扭矩。由此，操作人员能够相对于旋转体获得与旋转操作杆的操作量相应的所希望的扭矩，能够得到良好的操作性。另外本实施例具有:在如前述那样旋转操作杆的位置为中立状态以及最大状态的情况下，通过旋转液压马达单独对旋转体进行制动、驱动的液压单独模式；以及在旋转操作杆的位置为中间区域的情况下，通过旋转液压马达以及旋转电动马达的合计扭矩来进行制动、驱动的复合旋转模式。而且，具有对各个驾驶模式根据旋转杆操作量进行切换的构成。因此，在复合旋转模式下无法得到与旋转杆操作量相应的所希望的合计扭矩的情况下，根据各模式，能够发生根据旋转操作杆的操作量而产生的旋转体的加减速度不同的情况。由于该加减速度的不同，操作人员会感觉到操作上的不协调。因此，在本实施例中根据计算得到的旋转电动扭矩指令值对旋转电动马达进行制动、驱动，由此能够得到与旋转操作杆的操作量相应的旋转液压马达以及旋转电动马达的合计扭矩。由此，能够缓和各运转模式下的旋转体的加减速的不同，以及基于此使操作人员产生的不协调感，能够实现良好的操作性。另外，通过如本实施例那样计算旋转电动马达的扭矩指令值，对旋转电动马达进行制动、驱动，即使是习惯了由液压马达单独进行制动、驱动、如液压挖掘机等的工程机械的操作的操作人员，也能够不因旋转体的加减速度的不同而感觉不协调，并能够进行与旋转操作杆的操作量相应的操作。此外，在上述旋转电动马达的扭矩指令值计算中，还可以在步骤S18中选择了扭矩指令值Tl与T2的较大的一方后，在步骤S19中以不对旋转机构26施加过度的负荷的方式，以旋转液压马达27与旋转电动马达25的合计扭矩不会超过现有设备的液压马达的扭矩的方式对扭矩指令值加以限制。另外，还可以以不会因旋转电动马达25的扭矩急剧变化而使操作人员感到不协调的方式，对扭矩指令值的变化率加以限制。另外，在通过旋转电动马达25产生驱动扭矩时，以仅以与该功率相应的量减少液压泵41的功率的方式，进行使液压泵41的容积减少的控制，由此能够减少发动机的负荷。<实施例2>图12中表示了实施例2的液压挖掘机的主要电动.液压设备的系统构成图。在实施例1中，通过将控制阀42的排放以及出口节流的开口面积与现有设备相比增大，而使旋转液压马达27的驱动以及制动扭矩与现有设备相比变小。也可以代替这一方式，或者与之同时采用，通过控制器80对控制阀42的滑阀行程进行控制，由此使旋转液压马达27的驱动以及制动扭矩比现有设备小。例如，当驱动旋转体时，在图13所示以往的工程机械中与规定的操作量对应的滑阀行程为SI的情况下，在本发明中以滑阀行程为S2的方式进行控制。由此，排放开口面积变大，旋转液压马达27的驱动扭矩变小。另外，当对旋转体进行制动时，在图14所示以往的工程机械中与规定的操作量对应的滑阀行程为S3的情况下，在本发明中以滑阀行程为S4的方式进行控制。由此，出口节流开口面积变大，旋转液压马达27的制动扭矩变小。这样，进行如下控制，该控制通过旋转电动马达25产生旋转液压马达27的制动、驱动扭矩变小的量的扭矩，由此能够获得与实施例1相同的效果。此外，本发明能够适用于具备旋转体的所有作业.工程机械，本发明的适用不限定于液压挖掘机，也可以不采用前述那样具有液压马达与电动马达的复合旋转模式以及液压马达单独旋转模式且能够切换的构成。附图标记的说明10下部行驶体11 履带12履带架13行驶液压马达(右)14行驶液压马达(左)20旋转体21旋转架22发动机23辅助发电马达24 电容器25旋转电动马达26旋转机构27旋转液压马达28 A端口侧安全阀29 B端口侧安全阀30挖掘机构31 动臂32动臂液压缸33 斗杆34斗杆液压缸35 铲斗36铲斗液压缸40液压系统41液压泵
42控制阀43液压配管44旋转滑阀51断续装置52旋转电动马达用换流器53辅助发电马达用换流器54平滑电容器55动力控制单元72旋转操作杆75电/液压信号转换设备80控制器
权利要求
1.一种工程机械，具有: 旋转液压马达(27)，其通过由液压泵(41)产生的液压而被驱动，所述液压泵(41)通过发动机(22)进行驱动； 旋转电动马达(25)，其与所述旋转液压马达(27)连接，通过来自蓄电设备(24)的电力而被驱动； 旋转体(20)，其与所述旋转电动马达(25)连接， 根据对所述旋转体(20)进行操作的旋转操作杆(72)的操作量，对所述旋转电动马达(25)以及所述旋转液压马达(27)进行制动、驱动，通过所述旋转电动马达(25)以及所述旋转液压马达(27)的合计扭矩对所述旋转体(20)进行制动、驱动，该工程机械的特征在于， 通过对所述旋转液压马达(27)的扭矩乘以根据所述旋转操作杆(72)的操作量而设定的增益，来计算为了对所述旋转电动马达(25)进行制动、驱动而输入至所述旋转电动马达(25)的电动马达扭矩指令值。
2.如权利要求1所述的工程机械，其特征在于， 具有旋转滑阀(44)，其根据所述旋转操作杆(72)的操作量而对向所述旋转液压马达(27)的工作油的排出量以及排出方向进行控制，所述增益由根据所述旋转操作杆(72)的操作量而设定的所述旋转滑阀(44)的开口面积决定。
3.如权利要求1所述的工程机械，其特征在于， 对所述电动马达扭矩指令值与根据所述旋转液压马达(27)的安全压而计算的电动马达扭矩指令值进行比较，将较大的电动马达扭矩指令值输入所述旋转电动马达(25)。
4.一种工程机械，其特征在于，具备: 旋转液压马达(27)，其通过液压泵(41)而被驱动，所述液压泵(41)通过发动机(22)进行驱动； 旋转电动马达(25)，其与所述旋转液压马达(27)连接，通过来自蓄电设备(24)的电力而被驱动； 旋转体(20)，其与所述旋转电动马达(25)连接， 所述的工程机械具有以下模式: 通过所述旋转液压马达(27)以及所述旋转电动马达(25)的合计扭矩对所述旋转体(20)进行制动、驱动的复合旋转模式； 通过所述旋转液压马达(27)的扭矩对所述旋转体(20)进行制动、驱动的液压马达单独旋转模式， 在所述旋转操作杆(72)的操作量处于中立状态以及最大状态的情况下，采用所述单独旋转模式；在所述旋转操作杆(72)的操作量比中立状态大而比最大状态小的情况下，采用所述复合旋转模式， 在所述复合旋转模式下 当所述旋转操作杆(72)的操作量比中立状态大而比最大状态小的情况下，相对于所述旋转液压马达(27)的扭矩的、所述旋转电动马达(25)的扭矩的比例最大。
5.如权利要求4所述的工程机械，其特征在于， 所述增益，在所述旋转操作杆(72)的操作量比中立状态大而比最大状态小的情况下为最大。
6.如权利要求5所述的工程机械，其特征在于， 根据所述增益而决定的所述旋转电动马达(25)的制动、驱动扭矩，在所述旋转操作杆(72)的操作量比中立状态大而比最大状态小的情况下为最大。
7.如权利要求1所述的工程机械，其特征在于， 在所述液压泵(41)与所述旋转液压马达(27)之间，具备对安全压进行变更的安全阀(28,29), 在所述旋转电动马达(25)的转速的绝对值超过第一旋转速度，或者，所述旋转操作杆(72)的操作量超过第一操作量的情况下，降低所述旋转液压马达(27)的安全压，此后，在所述旋转电动马达(25)的转速的绝对值低于设定为所述第一旋转速度以下的第二旋转速度，或者，所述旋转操作杆(72)的操作量低于设定为所述第一操作量以下的第二操作量的情况下，使下降的所述旋转液压马达(27)的安全压上升。
8.如权利要求7所述的工程机械，其特征在于， 在降低所述旋转液压马达(27)的安全压，而所述旋转液压马达(27)的压力超过第二压力的情况下，算出使旋转电动马达(25)产生因降低所述旋转液压马达(27)的安全压所导致的所述旋转液压马达(27)的扭矩减少量的所述电动马达扭矩指令值。
9.如权利要求1所述的工程机械，其特征在于， 在由所述旋转电动马达(25)产生驱动扭矩的情况下，减小所述液压泵(41)的功率。
10.如权利要求1所 述的工程机械，其特征在于， 以作为所述旋转电动马达(25)与所述旋转液压马达(27)的合计扭矩而得到的制动、驱动扭矩处于规定的范围内的方式，进行扭矩指令值的限制。
11.如权利要求1所述的工程机械，其特征在于， 以所述旋转电动马达(25)的制动、驱动扭矩的变化率处于规定的范围内的方式,对扭矩指令值的变化率进行限制。
全文摘要
本发明提供具有旋转体的工程机械，在同时采用旋转液压马达(27)和旋转电动马达(25)以谋求节能化的工程机械中，提供能够确保旋转体(20)的良好的操作性，并且能源效率高的混合动力型工程机械。根据旋转操作杆(72)的操作量，对相对于旋转液压马达(27)的、旋转电动马达(25)的扭矩的比例进行变更。另外，根据旋转操作杆(72)的操作量、旋转液压马达(27)的压力、旋转电动马达(25)的旋转速度，对安全压及旋转电动马达(25)的扭矩进行控制。
文档编号E02F9/22GK103154387SQ201180049309
公开日2013年6月12日 申请日期2011年10月5日 优先权日2010年10月14日
发明者井村进也, 石田诚司, 石川广二, 梶田勇辅, 佐竹英敏, 大木孝利, 枝村学 申请人:日立建机株式会社