作业机械的动力再生装置以及作业机械的制作方法
【专利摘要】本发明能够提供一种作业机械的动力再生装置、和具有该动力再生装置的作业机械，在动臂(111)的下降动作时，操作杆(4a)的操作量被压力传感器(16)检测并输入至控制器(9)，基于输入至控制器(9)的操作量求出从动臂液压缸(3)排出的回油的目标流量(Q0)，运算目标流量(Q0)与从由转速传感器(17)求出的电动机(12)的实际转速(N)而求出的实际流量(Q)之间的偏差(△Q)，并运算控制比例电磁阀(7)的开口面积的信号(Sm)以使压力油仅以该偏差(△Q)流向控制阀(2)，并基于该信号(Sm)控制从副泵(8)供给的控制阀(2)的操作先导压的压力，以使压力油仅以该偏差(△Q)流向控制阀(2)。由此，确保液压执行机构的起动时的应答性，并且能够增大回收的能量。
【专利说明】作业机械的动力再生装置以及作业机械
【技术领域】
[0001]本发明涉及作业机械的动力再生装置以及作业机械，特别是涉及如下的动力再生装置以及具有该动力再生装置的作业机械，该动力再生装置设在混合动力式液压挖掘机等具有驱动作业装置的液压执行机构的作业机械上，并由来自执行机构的回油而回收能量。
【背景技术】
[0002]近年，相对于以液压挖掘机为代表的作业机械，改善燃料消耗率(油耗)的要求逐渐高涨，由此提出了种种方案。
[0003]例如，在液压挖掘机中，具有如下的混合动力式液压挖掘机，其在动臂液压缸(液压执行机构)的缸底侧液压室的供动臂下降时的回油流通的油路(回油油路)上配置固定容量型液压马达，并在该液压马达上连结电动机(发电机)。在该混合动力式液压挖掘机中，由来自动臂液压缸的回油来驱动液压马达，并由该液压马达驱动电动机。将驱动该电动机所得的电能蓄积至经由逆变器、斩波器等而连接的蓄电装置中。
[0004]作为这样地将来自动臂液压缸的回油导入至固定容量型液压马达中来进行动力再生的作业机械的动力再生装置，而在专利文献I中记载一种动力再生装置，其为了提高液压执行机构的操作性，使来自动臂液压缸的回油向动力再生侧(液压马达侧)和控制阀侧分支。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献1:日本特开2007-107616号公报
[0007]在由来自液压执行机构(动臂液压缸)的回油驱动液压马达，并驱动电动机来回收能量的动力再生装置中，由于液压马达和电动机的惯性力矩大，所以具有液压执行机构的起动时的应答性会相对于操作人员的操作变差的问题。
[0008]在专利文献I所记载的动力再生装置中，为了提高操作性，使来自动臂液压缸的回油向动力再生侧和控制阀侧分支。但是，向动力再生侧和控制阀侧的流量分配是根据操作杆的操作以唯一方式进行的，由此，具有必要以上的流量流向控制阀侧，而使可由动力再生装置回收的能量减少的问题。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于，提供一种作业机械的动力再生装置和具有该动力再生装置的作业机械，该动力再生装置能够确保液压执行机构的起动时的应答性且增大回收的能量。
[0010]为了实现上述目的，方案I所述的发明提供一种作业机械的动力再生装置，该作业机械具有:驱动作业装置的液压执行机构；用于操作、控制所述液压执行机构的控制阀；和操作杆装置，其具有用于操作所述控制阀而使所述液压执行机构动作的操作杆，该作业机械的动力再生装置具有:液压马达，由所述液压执行机构的回油来驱动；电动机，与所述液压马达机械式连结，并由所述液压马达驱动而进行发电动作；逆变器，用于控制所述电动机的转速；和蓄电装置，用于储存由所述电动机发电的电力，所述动力再生装置将从所述液压执行机构排出的回油分流，并分配至所述控制阀侧和所述液压马达侧，其特征在于，该作业机械的动力再生装置还具有:转速检测器，检测所述电动机的实际转速；操作量检测器，检测所述操作杆的操作量；比例电磁阀，调整所述控制阀的开口面积；和控制装置，输入由所述转速检测器检测到的转速以及由所述操作量检测器检测到的操作量，所述控制装置基于所述操作量而求出从所述液压执行机构排出的回油的目标流量和所述电动机的目标转速，并经由所述逆变器来控制所述电动机的转速以得到所述电动机的目标转速，并且基于所述目标流量和由所述转速检测器检测到的所述电动机的实际转速，来求出所述目标流量与从所述电动机通过的压力油的实际流量之间的偏差，并基于该偏差来控制所述比例电磁阀。
[0011]在这样地构成的本发明的动力再生装置中，在液压执行机构的操作时，由控制装置基于操作杆的操作量而求出从液压执行机构排出的回油的目标流量与电动机的目标转速，并经由逆变器来控制电动机的转速以使其成为该目标转速，并且基于目标流量与由转速检测器检测到的电动机的实际转速之间的偏差来控制比例电磁阀。由此，在执行机构的起动时，因液压马达的排出容量固定而导致的来自执行机构的压力油的排出没有达到目标，而以因此产生的仅使流量不足的部分在控制阀内流动的方式经由比例电磁阀向控制阀的操作滑阀输入操作先导压，，从而控制控制阀的开口面积以使仅流量不足部分的压力油流动。由此，从液压执行机构排出的压力油的流量达到目标流量，依照操作者的操作而使液压执行机构顺畅地动作。而且，流向控制阀的压力油的量是为了提高应答性所必要的作为必要最低限的量的不足流量部分，不需要使必要以上的压力油流向控制阀，也能够将基于动力再生装置的动力再生效率保持得足够高。
[0012]另外，方案2所述的发明，在方案I所述的作业机械的动力再生装置中，所述控制装置具有:目标流量运算部，输入所述操作量，并基于该操作量求出所述目标流量；目标转速运算部，从该目标流量求出所述目标转速；电动机指令值运算部，从该目标转速求出相对于所述逆变器的逆变器控制信号；实际流量运算部，输入所述实际转速，并基于该实际转速求出所述实际流量；控制阀目标流量运算部，从该实际流量和所述目标流量求出所述偏差，并将该偏差作为所述控制阀的目标流量；和比例电磁阀指令值运算部，从该控制阀目标流量求出相对于所述比例电磁阀的控制信号。
[0013]根据具有这样的控制功能的控制装置，基于操作杆的操作量来求出电动机的目标流量，以使电动机的转速成为由该目标流量求出的目标转速的方式进行控制，并且基于目标流量与电动机的实际流量之间的偏差来控制比例电磁阀，而确保液压执行机构相对于操作者的操作的应答性，能够良好地保持起动时的动作，并且不会使必要以上的压力油流向控制阀，也能够良好地保持动力再生效率。
[0014]另外，方案3所述的发明，在方案I所述的作业机械的动力再生装置中，所述控制装置具有:目标流量运算部，输入所述操作量，并基于该操作量求出所述目标流量；目标转速运算部，从该目标流量求出所述目标转速；电动机指令值运算部，从该目标转速求出相对于所述逆变器的逆变器控制信号；控制阀目标流量运算部，输入所述实际转速，并从由所述目标转速运算部求出的所述目标转速与所述实际转速之间的偏差求出所述目标流量与所述实际流量之间的偏差，并将该偏差作为所述控制阀的目标流量；和比例电磁阀指令值运算部，从该控制阀目标流量求出相对于所述比例电磁阀的控制信号。[0015]在具有这样的控制功能的控制器中，也基于操作杆的操作量来求出电动机的目标流量，并以使电动机的转速成为由该目标流量求出的目标转速的方式进行控制，并且基于目标转速与电动机的实际转速的差来控制比例电磁阀，而确保液压执行机构相对于操作者的操作的应答性，能够良好地保持起动时的动作，并且不会使必要以上的压力油流向控制阀，也能够良好地保持动力再生效率。
[0016]另外，方案4所述的发明，在方案I至3中任一项所述的作业机械的动力再生装置中，在所述液压泵与所述液压执行机构的压力油供给侧之间还具有开关阀，该开关阀与所述控制阀并列地连接，且在所述操作杆装置的操作杆操作时切换至打开位置。
[0017]在如以上的构成的动力再生装置中，以使从液压执行机构排出的压力油的流量成为与目标相符的流量的方式进行控制，在此基础上，构成为，在液压泵与液压执行机构的压力油供给侧之间具有相对于控制阀并列连接的开关阀，由此，使来自液压泵的压力油向液压执行机构的压力油供给侧供给，而使得液压执行机构相对于操作者的操作的应答性变得更好。而且，由于不需要使必要以上的压力油流向控制阀，所以也能够良好地保持基于动力再生装置的动力再生效率。
[0018]另外，方案5所述的发明是一种作业机械，其具有如方案I至4中任一项所述的作业机械的动力再生装置。
[0019]具有本发明的动力再生装置的作业机械，确保液压执行机构相对于操作者的操作的应答性，并良好地保持液压执行机构的起动时的动作，并且也能够良好地保持动力再生效率。
[0020]发明的效果
[0021]根据本发明，由于能够确保在由动力再生装置回收来自液压执行机构的压力油的情况下的起动时的应答性，所以能够实现操作者所期望的灵敏的动作，并且与以往的装置相比能够增大回收的能量。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明的实施方式的混合动力式液压挖掘机的外观图。
[0023]图2是表示本发明的第一实施方式的液压挖掘机的驱动控制系统的局部概略图。
[0024]图3是本发明的第一实施方式的控制器9的构成图的一例。
[0025]图4是表示存储至本发明的第一实施方式的目标转速运算部32中的目标流量Qtl和目标转速Ntl的关系的图。
[0026]图5是本发明的第一实施方式的控制器9的构成图的变形例。
[0027]图6是表示在本发明的第一实施方式中，在开始操作杆4a操作时实际流量Q与目标流量Qtl相对于操作开始时间的关系的图。
[0028]图7是表示本发明的第二实施方式的液压挖掘机的驱动控制系统的局部概略图。
【具体实施方式】
[0029]<第一实施方式>
[0030]以下，使用附图来说明本发明的第一实施方式。图1是表示搭载有本发明的液压系统的液压挖掘机(作业机械)的外观的图。[0031]液压挖掘机具有下部行驶体100、上部旋转体101和前作业机102。
[0032]下部行驶体100具有左右的履带式行驶装置103a、103b，并由左右的行驶马达104a、104b来驱动。上部旋转体101旋转自如地搭载于下部行驶体100上，由旋转马达(未图示)来旋转驱动。前作业机102能够俯仰地安装在上部旋转体101的前部。上部旋转体101中具有发动机室106、舱室(驾驶室)107，在发动机室106中配置有后述的发动机E和液压泵1、副泵8 (参照图2)等的液压设备，在舱室107内配置有操作杆装置4 (参照图2)等。前作业机102是具有动臂111、斗杆112、铲斗113的多关节构造，动臂111通过动臂液压缸3的伸缩而沿上下方向转动，斗杆112通过斗杆液压缸114的伸缩而沿上下、前后方向转动，铲斗113通过铲斗液压缸115的伸缩而沿上下、前后方向转动。
[0033]图2是在本发明的实施方式的液压挖掘机的驱动控制系统之中，表示驱动动臂液压缸3的液压回路部分、和编入至该液压回路部分中的动力再生装置的图。此外，对与前图相同的部分标注相同的附图标记并省略说明(后面的图也同样)。
[0034]在图2中，驱动控制系统具有:由发动机E驱动的液压泵I以及副泵8 ;控制阀2 ；动臂液压缸3 ;操作杆装置4 ;补充阀(补给阀)22a、22b ;和动力再生装置19。
[0035]液压泵I是向动臂液压缸3供给压力油的主泵。此外，在与液压泵I连接的液压管路中设有未图示的溢流阀，溢流阀在该液压管路内的压力过度上升的情况下使压力油流至油箱18，来防止进一步的压力上升。控制阀2经由管路6a、6b与动臂液压缸3的缸底侧液压室3a以及活塞杆侧液压室3b连接，来自液压泵I的压力油经由控制阀2并通过管路6a或者6b而供给至动臂液压缸3的缸底侧液压室3a或者活塞杆侧液压室3b。而且，来自动臂液压缸3的活塞杆侧液压室3b的回油经由管路6b、控制阀2流回至油箱18，来自缸底侧液压室3a的回油的一部分经由管路6a、控制阀2流回至油箱18，而其大部分经由动力再生装置19的再生回路21而流回至油箱18。在以下的说明中，将管路6a称为缸底侧管路，将管路6b称为活塞杆侧管路。
[0036]操作杆装置4具有操作杆4a以及先导阀(减压阀)4bl、4b2，当进行使操作杆4a向图示a方向倾动的操作(动臂抬升方向操作)时，先导阀4bl将副泵8的排出压力作为基础压力而向先导油路5a输出与操作杆4a的操作量对应的先导压(压力Pa的液压信号)，当进行使操作杆4a向图示b方向倾动的操作(动臂液压缸3的下降方向动作)时，先导阀4b2将副泵8的排出压力作为基础压力而向先导油路5b输出与操作杆4a的操作量对应的先导压(压力Pb的液压信号)。
[0037]控制阀2具有操作端口 2a、2b，操作端口 2a经由先导油路5a与先导阀4bl连接，操作端口 2b经由先导油路5c与后述的比例电磁阀7连接，进行用于根据输出至先导油路5a、5c的先导压(液压信号)来切换控制阀2的滑阀位置的控制操作，而控制供给至动臂液压缸3的压力油的方向以及流量。
[0038]补充阀22a、22b用于防止管路6a、6b变为负压而发生汽蚀，当管路6a或6b的压力变得比油箱18的压力低时，打开补充阀22a或者22b而向管路6a或者6b中补给油箱18的工作油。补充阀22b还具有在动臂111下降操作时，从油箱18向动臂液压缸3的活塞杆侧液压室3b供给压力油的作用。
[0039]动力再生装置19具有:管路6d ;先导止回阀10 ;固定容量型的液压马达11 ;电动机12 ;逆变器13 ;斩波器14 ;蓄电装置(蓄电池)15 ;压力传感器16 ;转速传感器17 ;比例电磁阀7 ;和控制器(控制装置)9。
[0040]管路6d从缸底侧管路6a的分支部6c分支，并在该管路6d上经由先导止回阀10连接有液压马达11，从而构成再生回路21，在动臂111的下降操作时从动臂液压缸3的缸底侧液压室3a排出的回油经由先导止回阀10而向液压马达11被引导，在使液压马达11旋转之后，流回至油箱18。
[0041]先导止回阀10用于防止再生回路21的压力油泄漏等，防止从缸底侧管路6a向再生回路21(管路6d)的不必要的压力油流动(动臂落下)，通常截断再生回路21，并在操作者进行动臂111的下降操作时(操作杆装置4的操作杆4a向图2的b侧倾斜时)，使从先导阀4b2输出的先导压(液压Pb的液压信号)经由先导油路5b被引导，并通过该先导压使阀门打开而打开再生回路21。
[0042]电动机12与液压马达11连结，并根据电动马达11的旋转动作来发电，其发电电力经由逆变器13、斩波器14蓄积至蓄电装置(蓄电池)15中。斩波器14为升压用。
[0043]转速传感器17设在将液压马达11与电动机12连结的轴上，检测液压马达11以及电动机12的转速N(实际转速)。
[0044]压力传感器16与先导油路5b连接，并在动臂111的下降操作时检测从先导阀4b2向管路5b输出的先导压Pb。压力传感器16和转速传感器17与控制器9连接，将检测到的先导压Pb以及转速N变换为电气信号并向控制器9输入。也可以替换压力传感器16而使用检测操作杆4a的位置的位置传感器。
[0045]控制器9输入压力传感器16与转速传感器17的检测信号，并进行规定的运算，向比例电磁阀7与逆变器13输出控制信号。
[0046]比例电磁阀7通过来自控制器9的控制信号而动作，并将副泵8的排出压力作为基础压力而生成该控制信号所指示的大小的先导压，并向先导油路5c输出。向该先导油路5c输出的先导压被引导至控制阀2的操作端口 2b，控制阀2根据该先导压而调整开口面积。
[0047]接着，参照图3来说明控制器9所具有的控制功能。图3是表示控制器9的控制功能的结构图。
[0048]如图3所示，控制器9具有目标流量运算部31、目标转速运算部32、电动机指令值运算部33、实际流量运算部34、控制阀目标流量运算部以及比例电磁阀指令值运算部36的各个功能。
[0049]目标流量运算部31是基于操作杆4a的动臂下降方向(图2的图示b侧)的操作量(先导压Pb的大小)来运算从动臂液压缸3的缸底侧液压室3a排出的回油的目标流量Qtl的部分。一般来说，操作杆4a的动臂下降方向(图2的图示b侧)的操作量指示动臂111下降的目标速度，目标流量运算部31从动臂111下降的目标速度而求出从动臂液压缸3的缸底侧液压室3a排出的回油的目标流量Qm由目标流量运算部31运算的目标流量Qtl输出至目标转速运算部32以及控制阀目标流量运算部35。
[0050]目标转速运算部32是作为目标转速Ntl而求出在由目标流量运算部31运算的目标流量Qtl的全部流量从液压马达11通过的情况下的液压马达11的转速的部分。在此，Q0与Ntl为Qtl = qN0的关系。q是液压马达11的排出容量，由于液压马达11是固定容量型，所以容量q是已知的。如图4所示，Q(!与Nci的关系是目标转速Nci随着目标流量Qci增加而单纯增加的比例关系。由目标转速运算部32运算的目标转速Ntl输出至电动机指令值运算部33。
[0051 ] 电动机指令值运算部33是运算用于使电动机12旋转以得到由目标转速运算部32运算的目标转速Ntl的发电控制指令值Sg的部分，该指令值Sg输出至逆变器13。输入有指令值Sg的逆变器13基于该指令值Sg来发电控制电动机12，以使电动机12以及液压马达11的转速成为目标转速凡。
[0052]实际流量运算部34是从由转速传感器17检测到的电动机12的实际转速N来运算实际流向液压马达11的实际流量(通过流量)Q的部分。Q与N的关系与上述Qtl与Ntl的情况相同地为Q = qN的关系，由于q是已知的，所以只要知道N就能求出Q。由实际流量运算部34运算的实际流量Q输出至控制阀目标流量运算部35。
[0053]控制阀目标 流量运算部35是基于由目标流量运算部31运算的目标流量Qtl与由实际流量运算部34运算的实际流量Q、来求出目标流量Qtl与实际流量Q之间的偏差Λ Q的部分。该Λ Q是完全没有流向液压马达11侧的相对于目标流量Qtl的不足流量，是应该流向控制阀2的出口节流(meter out)流量(控制阀目标流量)。由控制阀目标流量运算部35运算的流量偏差Λ Q作为控制阀目标流量Λ Q而输出至比例电磁阀指令值运算部36。
[0054]比例电磁阀指令值运算部36是运算对比例电磁阀7的开口面积进行控制的指令值Sm的部分，该指令值Sm向比例电磁阀7输出，其中，该比例电磁阀7用于向控制阀2的操作端口 2b导入先导压，使得压力油仅以由控制阀目标流量运算部35运算的控制阀目标流量Λ Q的量流向控制阀2。
[0055]此外，能够预先通过工作表来付与上述各个运算部中的操作杆4a的操作量与目标流量Qtl的关系、目标流量Qtl与目标转速Nci的关系、目标转速Nci与发电控制指令值Sg的关系、实际转速N与实际流量Q的关系、控制阀目标流量AQ与控制阀2的开口面积的关系。
[0056]而且，在图3中，虽然由目标流量运算部31求出液压马达11的目标流量Qtl、由实际流量运算部34求出液压马达11的实际流量Q、由控制阀目标流量运算部35运算目标流量Qtl与实际流量Q之间的偏差Λ Q并求出控制阀目标流量Λ Q，但是，也可以从由目标转速运算部32求出的Ntl和由转速传感器17检测到的N，而求出控制阀目标流量Λ Q0
[0057]将该情况下的变形例如图5所示。由目标转速运算部32运算的目标转速Ntl,被输出至电动机指令值运算部33与控制阀目标流量运算部35Α。控制阀目标流量运算部35Α从目标转速Ntl和由转速传感器17检测到的电动机12的实际转速N来进行Λ Q = q (N0-N)的运算而求出流量偏差Λ Q，并将此作为控制阀目标流量而输出至比例电磁阀指令值运算部36。
[0058]接下来，说明本实施方式的动作。
[0059]首先，对于动臂111的抬升动作(动臂液压缸3的伸长)时进行说明。
[0060]当将操作杆4a操作至图2的图示a侧时，来自先导阀4bl的先导压Pa经由先导管5a而传递至控制阀2的操作端口 2a，则操作阀2进行切换操作，且来自液压泵I的压力油经由缸底侧管路6a而供给至动臂液压缸3的缸底侧液压室3a，则动臂液压缸3进行伸长动作(动臂111沿上下方向转动)。伴随着这些，从动臂液压缸3的活塞杆侧液压室3b排出的回油从活塞杆侧管路6b、控制阀2通过而流回至油箱18。这时，由于没有向先导止回阀10引导操作先导压，所以，设在缸底侧管路6a上的动力再生装置19的再生回路21为截断的状态，不会进行再生动作。
[0061]接下来，对于动臂111的下降动作(动臂液压缸3的收缩)时进行说明。
[0062]当将操作杆4a操作至图2的图示b侧时，来自先导阀4b2的先导压Pb经由先导管5b而传递至先导止回阀10，则先导止回阀10打开。
[0063]这时，由包含动臂111在内的前作业机102的自重来推压动臂液压缸3，则动臂液压缸3的缸底侧液压室3a的压力油朝向管路6a排出。在此，由于先导止回阀10是打开的，所以动力再生装置19的再生回路21是打开的，所排出的压力油经由管路6b、先导止回阀10从液压马达11通过而排出至油箱18。
[0064]而且，从油箱18经由补充阀22b向动臂液压缸3的活塞杆侧液压室3b侧补给有压力油，使得在动臂液压缸3由前作业机102的自重推压时活塞杆侧管路6b不会形成负压，并向活塞杆侧3b供给有压力油。
[0065]由此，动臂液压缸3收缩，动臂111开始下降。
[0066]而且，液压马达11通过流向该液压马达11侧的回油而旋转，则与液压马达11直接连结的电动机12进行发电动作，且发电的电能蓄积至蓄电池15中，进行再生动作。
[0067]同时,也向控制器9输入有与先导压Pb对应的电气信号,并基于该输入的操作杆4a的操作量由目标流量运算部31计算液压马达11的目标流量Qtl，并由目标转速运算部32从目标流量Qtl来运算电动机12的目标转速Ntl，并由电动机指令值运算部33从该Ntl来运算向逆变器13的发电控制指令值Sg。另外，由运算实际流量运算部34从所输入的液压马达11的实际转速N来运算实 际流向液压马达11的实际流量Q，并由控制阀目标流量运算部35从目标流量Qtl以及实际流量Q来运算不足流量Λ Q。之后，由比例电磁阀指令值运算部36从该不足流量Λ Q来运算对比例蓄电池阀7的开口面积进行控制的指令值Sm。
[0068]该控制指令值Sm输出至比例电磁阀7,输入有控制指令值Sm的比例电磁阀7基于该指令值Sm而调整其开口面积，并控制从副泵8供给的操作先导压的压力。被控制后的成为期望压力的操作先导压经由先导管路5c而被向控制阀2的操作端口 2b引导，并进行控制使得压力油仅以Λ Q向控制阀2流动。由此，与Λ Q相当的压力油从液压泵I供给至动臂液压缸3的活塞杆侧液压室3b，动臂液压缸3的缸底侧液压室3a的与Λ Q相当的压力油经由控制阀2排出至油箱18。
[0069]同时，发电控制指令值Sg输出至逆变器13，输入有发电控制指令值Sg的逆变器13基于该指令值Sg来发电控制电动机12，以使电动机12的转速成为目标转速Ntl，且电动机12以及液压马达11以目标转速Ntl旋转，流向液压马达11的压力油的流量被控制为与目标流量Qtl —致，从而进行上述的再生动作。
[0070]图6是表示在开始操作杆4a的操作时的实际流量Q和目标流量Qtl相对于操作开始时间的关系的图。
[0071]如图6所示，在时刻h时开始动臂111的下降操作的情况下，即使想要控制来自动臂液压缸3的缸底侧液压室3a的压力油的排出量以使其成为与目标转速Ntl对应的目标流量Qtl(由虚线所示的曲线)，也由于液压马达11的排出容积q是固定的，所以为了使实际转速N与目标转速Ntl —致而需要时间，且实际流向液压马达11的实际流量Q(由实线所示的曲线)在动臂液压缸3的起动时是与目标流量Qtl不一致的，而会产生目标流量(Qtl)与实际流量(Q)的流量差Λ Q(Qt)与Q之间的偏差)。例如，在从操作开始的某时刻t2时，在液压马达11中流动的目标流量为Qtl2，相对于此，实际上在液压马达11中流动的实际流量为Qm两者并不一致。而且，在理想上，液压马达11旋转以使来自缸底侧液压室3a的压力油的排出量成为目标流量Qtl所需要的时间为t3,相对于此,实际上所需要的时间为t4。
[0072]因此，为了改善动臂111的起动，而需要控制开口面积，以使压力油仅以该流量差Δ Q的量向控制阀2流动，并使压力油从缸底侧液压室3a经由控制阀2向油箱18排出。
[0073]因此，控制器9基于与所输入的操作杆4a的操作量对应的电气信号以及液压马达11的实际转速，来运算向逆变器13的发电控制指令值Sg以及向比例电磁阀7的指令值Sm。由输入了所运算的发电控制指令值Sg的逆变器13来进行发电控制，以使电动机12的转速成为目标转速Ntl，另外调整输入有指令值Sm的比例电磁阀7的开口面积，从而控制从副泵8供给的操作先导压的压力，以使压力油仅以Λ Q向控制阀2流动。
[0074]由此，以往那样地在使压力油仅流向动力再生装置19侧而欲使动臂111下降的情况下，来自缸底侧液压室3a的压力油的排出量到达至目标流量Qtl所需的时间为t4，与该时间为t4相比，在本实施方式中，动臂液压缸3的缸底侧液压室3a的与Λ Q相当的压力油经由控制阀2而排出至油箱18，由此，来自缸底侧液压室3a的压力油的排出量到达至目标流量QtI所需的时间变为t3,能够缩短。
[0075]由此，动臂液压缸3依照操作者的下降动作的操作而顺畅地进行收缩动作(动臂111向下方转动)。
[0076]通过以上的构成、动作，即使操作者进行动臂111的下降操作，由于进行控制以使来自动臂液压缸3的回油的流量成为目标的油量，所以，也能够确保动臂液压缸3相对于操作者的操作的应答性，而能够良好地保持起动时的动作。而且，由于不需要使必要以上的压力油流向控制阀2，所以也能够良好地保持基于动力再生装置19的动力再生效率。
[0077]<第二实施方式>
[0078] 对于基于本发明的第二实施方式的混合动力式液压挖掘机进行说明。图7表示在本发明的实施方式的液压挖掘机的驱动控制系统之中，驱动动臂液压缸3的液压回路部分和编入至该液压回路部分的动力再生装置的、与图2相同的图。
[0079]在图7中，驱动控制系统具有:由发动机E驱动的液压泵I以及副泵8 ;控制阀2 ；动臂液压缸3 ;操作杆装置4 ;动力再生装置19，虽然这一点与在图2所示的驱动控制系统相同，但是在本实施方式中，驱动控制系统还在液压泵I和管路6b之间具有与控制阀2并列连接的开关阀23。
[0080]开关阀23具有操作端口 23a，操作端口 23a经由先导油路5d以及5b与先导阀4b2连接。开关阀23通常位于关闭位置，根据输出至先导油路5b、5d的先导压Pb而切换至打开位置，而使压力油从液压泵I经由管路6e以及管路6b供给至动臂液压缸3的活塞杆侧液压室3b。
[0081]说明本实施方式的动作。
[0082]由于动臂111的抬升动作时与第一实施方式大致相同，所以只对动臂111的下降动作进行说明。
[0083]当将操作杆4a操作至图7的图示b侧时，先导压Pb从先导阀4b2经由先导管5b引导至先导止回阀10而使先导止回阀10打开。
[0084]这时，动臂液压缸3由包含动臂111在内的前作业机102的自重推压，动臂液压缸3的缸底侧液压室3a的压力油朝向管路6a排出。在此，由于先导止回阀10是打开的，所以动力再生装置19的再生回路21被打开，所排出的压力油经由管路6d、先导止回阀10并从液压马达11通过而排出至油箱18。与此同时，来自先导阀4b2的先导压Pb经由先导管5d引导至开关阀23的操作端口 23a，而使开关阀23切换至打开位置，来自液压泵I的压力油经由液压管路6e以及管路6b而供给至动臂液压缸3的活塞杆侧液压室3b。由此，压力油会从液压泵I经由开关阀23而主动地供给至动臂液压缸3的活塞杆侧液压室3b，由此，能够使动臂液压缸快速地收缩，而动臂111顺畅地开始下降。
[0085]而且，液压马达11由从动臂液压缸3排出的回油而旋转，与液压马达11直接连结的电动机12进行发电动作，发电的电能蓄积至蓄电池15中，进行再生动作。
[0086]由来自控制器9的控制信号来控制比例电磁阀7的开口面积且控制阀2被切换操作这一点，是与第一实施方式相同的。
[0087]在如以上构成的本实施方式中，在进行控制以使来自动臂液压缸3的回油的流量成为目标的油量的基础上，在液压泵I和管路6b之间具有开关阀23，由此，使来自液压泵I的压力油供给至动臂液压缸3的活塞杆侧液压室3b，而会使动臂液压缸3的下降动作相对于操作者的操作的应答性变得更好。而且，在本实施方式中，由于也不需要使必要以上的压力油向控制阀2流动，所以也能够良好地保持基于动力再生装置19的动力再生效率。
[0088]< 其他 >
[0089]在上述实施方式中，参照作为液压缸使用了动臂液压缸的情况进行了说明，但本发明并不限于动臂液压缸，还能够适用于斗杆液压缸等，在该情况下也能够达到同样的效果。而且，作为电动机使用了作为发电机来驱动的装置进行了列举说明，但在电动机的位置上也能够使用只纯粹进行发电动作的发电机。
[0090]并且，作为作业机械的示例，使用液压挖掘机进行了说明，但本发明的作业机械不限于液压挖掘机，本发明能够适用于具有驱动作业装置的液压执行机构的作业机械。例如对于叉车、轮式装载机等也能够适用，在该情况下也能得到同样的效果。
[0091]附图标记说明
[0092]I液压泵
[0093]2控制阀
[0094]3动臂液压缸
[0095]3a缸底侧液压室
[0096]3b活塞杆侧液压室
[0097]4操作杆装置
[0098]4a操作杆
[0099]4b先导阀
[0100]5a、5b、5c 先导油路
[0101]6a、6b、6e 液压管路
[0102]6c分支部
[0103]6d分支管路
[0104]7比例电磁阀
[0105]8 副泵[0106]9控制器
[0107]10先导止回阀
[0108]11液压马达
[0109]12电动机
[0110]13逆变器
[0111]14斩波器
[0112]15蓄电装置(蓄电池)
[0113]16压力传感器
[0114]17转速传感器
[0115]18 油箱
[0116]19动力再生装置
[0117]21再生回路
[0118]22a、22b 补充阀
[0119]23开关阀
[0120]23a 操作端口
[0121]31目标流量运算部
[0122]32目标转速运算部
[0123]33电动机指令值运算部
[0124]34实际流量运算部
[0125]35、35A控制阀目标流量运算部
[0126]36比例电磁阀指令值运算部
[0127]100下部行驶体
[0128]101上部旋转体
[0129]102前作业机
[0130]103a行驶装置
[0131]104a行驶马达
[0132]106发动机室
[0133]107驾驶室(舱室)
[0134]111 动臂
[0135]112 斗杆
[0136]113 铲斗
[0137]114斗杆液压缸
[0138]115铲斗液压缸
[0139]E发动机
[0140]N实际转速
[0141]NO目标转速
[0142]QO目标流量
[0143]Λ Q不足流量
【权利要求】
1.一种作业机械的动力再生装置，该作业机械具有:驱动作业装置(102)的液压执行机构(3、114、115);用于操作、控制所述液压执行机构的控制阀(2);和操作杆装置(4)，其具有用于操作所述控制阀而使所述液压执行机构动作的操作杆(4a)， 该作业机械的动力再生装置(19)具有: 液压马达(11)，由所述液压执行机构的回油来驱动； 电动机(12)，与所述液压马达机械式连结，并由所述液压马达驱动而进行发电动作； 逆变器(13)，用于控制所述电动机的转速；和 蓄电装置(15)，用于储存由所述电动机发电的电力， 所述动力再生装置将从所述液压执行机构排出的回油分流，并分配至所述控制阀侧和所述液压马达侧，其特征在于，该作业机械的动力再生装置还具有: 转速检测器(17)，检测所述电动机的实际转速； 操作量检测器(16)，检测所述操作杆的操作量； 比例电磁阀(7)，调整所述控制阀的开口面积；和 控制装置(9)，输入由所述转速检测器检测到的转速以及由所述操作量检测器检测到的操作量， 所述控制装置基于所述操作量而求出从所述液压执行机构排出的回油的目标流量和所述电动机的目标转速， 经由所述逆变器来控制所述电动机的转速以得到所述电动机的目标转速，并且基于所述目标流量和由所述转速检测器检测到的所述电动机的实际转速，来求出所述目标流量与从所述电动机通过的压力油的实际流量之间的偏差，并基于该偏差来控制所述比例电磁阀。
2.根据权利要求1所述的作业机械的动力再生装置，其特征在于，所述控制装置具有: 目标流量运算部(31)，输入所述操作量，并基于该操作量求出所述目标流量； 目标转速运算部(32)，从该目标流量求出所述目标转速； 电动机指令值运算部(33)，从该目标转速求出对所述逆变器的逆变器控制信号； 实际流量运算部(34)，输入所述实际转速，并基于该实际转速求出所述实际流量；控制阀目标流量运算部(35)，从该实际流量和所述目标流量求出所述偏差，并将该偏差作为所述控制阀的目标流量；和 比例电磁阀指令值运算部(36)，从该控制阀目标流量求出对所述比例电磁阀的控制信号。
3.根据权利要求1所述的作业机械的动力再生装置，其特征在于，所述控制装置具有: 目标流量运算部(31)，输入所述操作量，并基于该操作量求出所述目标流量； 目标转速运算部(32)，从该目标流量求出所述目标转速； 电动机指令值运算部(33)，从该目标转速求出对所述逆变器的逆变器控制信号； 控制阀目标流量运算部(35A)，输入所述实际转速，并根据由所述目标转速运算部求出的所述目标转速与所述实际转速之间的偏差求出所述目标流量与所述实际流量之间的偏差，并将该偏差作为所述控制阀的目标流量；和 比例电磁阀指令值运算部(36)，从该控制阀目标流量求出对所述比例电磁阀的控制信号。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的作业机械的动力再生装置，其特征在于，在所述液压泵与所述液压执行机构的压力油供给侧之间还具有开关阀(23)，该开关阀(23)与所述控制阀并列地连接，且在所述操作杆装置的操作杆操作时切换至打开位置。
5.—种作业机械，其特征在于，具有如权利要求1至4中任一项所述的作业机械的动力再生装 置。
【文档编号】E02F9/20GK104024659SQ201280064478
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年12月18日 优先权日:2011年12月28日
【发明者】土方圣二 申请人:日立建机株式会社