工程机械的液压驱动装置制造方法
【专利摘要】本发明为一种工程机械的液压驱动装置。在进行负载传感控制的液压驱动装置中，发挥与具有卸载阀的情况下同等的功能，且回收从主泵向油箱排出的压力油的能量，有效利用由主泵产生的压力油的能量。在连接将来自主泵（2）的排出油向流量控制阀（26a～26h）供给的第2压力油供给油路（4a）和油箱（T）的控制油路（51）中配置液压马达（52），在该液压马达（52）的旋转轴（52a）上连结发电机（53），通过压力传感器（54）检测最高负载压力（PLmax），通过第2控制装置（55）在主泵（2）的排出压力变得比在最高负载压（PLmax）上加上预先确定的值（Pb）后的目标控制压力（Pun）高后以使液压马达（52）旋转的方式对发电机（53）进行发电控制。由发电机（53）产生的交流电力被蓄电于电池（41）。
【专利说明】工程机械的液压驱动装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及液压挖掘机等的工程机械的液压驱动装置，尤其涉及以使液压泵的排出压比多个执行机构的最高负载压仅高出目标差压的方式对液压泵的排出流量进行控制的液压驱动装置。
【背景技术】
[0002]以往的工程机械，例如在液压挖掘机的液压驱动装置中，以使液压泵(主泵)的排出压比多个执行机构的最高负载压仅高出目标差压的方式控制液压泵的排出流量，这种控制被称作负载传感控制。在进行该负载传感控制的液压驱动装置中，分别通过压力补偿阀将多个流量控制阀的前后差压保持在规定差压，在同时对多个执行机构进行驱动的复合操作时，无论各执行机构的负载压的大小，都能够以与各流量控制阀的开口面积相应的比率供给压力油。
[0003]进行这样的负载传感控制的液压驱动装置，如例如日本特开平10 - 205501号记载的那样，在该现有技术中，在引导主泵的排出油的压力油供给油路中连接有卸载阀。卸载阀主要在流量控制阀不动作的条件(中立时)下动作，将主泵的压力油供给油路的压力(主泵的排出压)限制在比主溢流阀的设定压低的压力，中立时使主泵的排出流量回到油箱。由于该目的，卸载阀设置设定目标卸载压的弹簧并使该弹簧向闭阀方向作用，分别引导主泵的排出压和最高负载压，使主泵的排出压向开阀方向作用，使最高负载压向闭阀方向作用。另外，液压驱动装置在中立时，以作为最高负载压使油箱压(大致OMPa)向卸载阀引导的方式构成。由此，卸载阀以如下方式进行控制，中立时主泵的排出压超过由弹簧设定的目标卸载压时开阀并使主泵的排出流量返回油箱，将主泵的排出压保持在目标卸载压以下。
[0004]另外，卸载阀根据上述的构成的特性，以下述方式进行控制:执行机构的驱动时，在主泵的排出压和最高负载压的差压超过由卸载阀的弹簧设定的目标卸载压时，使主泵的排出流量的一部分返回油箱，将主泵的排出压保持在在最高负载压上加上目标卸载压后的压力以下。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开平10 - 205501号公报
[0008]发明的概要
[0009]发明欲解决的课题
[0010]专利文献I记载的现有的进行负载传感控制的液压驱动装置，如上所述具有卸载阀，且分别在流量控制阀不动作的中立时和执行机构的驱动时，在主泵的排出压比最高负载压(中立时为油箱压)高由弹簧设定的目标卸载压以上时使主泵的排出流量返回油箱，以避免主泵的排出压的不必要的上升。
[0011]但是，对于使液压泵的排出流量经由卸载阀回到油箱的情况来说，没有利用由主泵产生的压力油的能量，而是浪费掉了，从而导致液压驱动装置整体的能量消耗效率降低。
【发明内容】
[0012]本发明的目的在于提供一种工程机械的液压驱动装置，在进行负载传感控制的液压驱动装置中，能够发挥与具有卸载阀的情况下同等的功能，且回收从主泵向油箱排出的压力油的能量，有效利用由主泵产生的压力油的能量。
[0013]用于解决课题的手段
[0014](I)为了解决上述课题，本发明为一种工程机械的液压驱动装置，具有:原动机、被该原动机驱动的可变容量型的主泵、通过从该主泵排出的压力油驱动的多个执行机构、分别对从所述主泵向所述多个执行机构供给的压力油的流动进行控制的多个流量控制阀、以使所述主泵的排出压比所述多个执行机构的最高负载压高目标差压的方式对所述主泵的排出流量进行负载传感控制的泵控制装置，其中，具有:液压马达，配置在将从所述主泵向所述多个流量控制阀供给压力油的压力油供给油路和油箱连接起来的控制油路中，能够通过从所述主泵排出的压力油驱动；连结于该液压马达的旋转轴的发电机；控制装置，以通过所述液压马达的旋转使所述主泵的排出压力比在所述最高负载压上加上预先确定的值后的目标控制压力高的方式对所述发电机进行发电控制；以及对由所述发电机产生的电力进行蓄电的蓄电装置。
[0015]这样配置液压马达、发电机和控制装置，以通过液压马达的旋转使主泵的排出压力比在最高负载压上加上预先确定的值后的目标控制压力高的方式对发电机进行发电控制，由此，分别在流量控制阀不动作的中立时和执行机构的驱动时，若主泵的排出压变得比最高负载压高预先确定的值以上，则通过液压马达的旋转，主泵的排出流量的至少一部分返回油箱，避免了主泵的排出压的不必要的上升。由此，能够发挥与以往的卸载阀同等的功倉泛。
[0016]另外，在主泵的排出压比最高负载压高预先确定的值以上的情况下，发电机受到发电控制，将压力油的能量转换成电能，将转换的电能蓄积于蓄电装置。由此，能回收从主泵向油箱排出的压力油的能量，并能够有效利用由主泵产生的压力油的能量。
[0017](2)上述(I)中，优选地，工程机械的液压驱动装置还具有检测所述最高负载压力的压力传感器，所述控制装置，在由所述压力传感器检测出的所述最高负载压上加上所述预先确定的值而运算出所述目标控制压力，并计算所述发电机的发电扭矩，所述发电机的发电扭矩的大小超过基于该目标控制压力的所述液压马达的旋转扭矩，并且所述控制装置以能够得到该发电扭矩的方式对所述发电机进行发电控制。
[0018]由此，控制装置以通过液压马达的旋转使主泵的排出压力变得比在最高负载压上加上预先确定的值后的目标控制压力高的方式对发电机进行发电控制。
[0019](3)另外，在上述(I)或(2)中，优选地，工程机械的液压驱动装置还具有修正装置，该修正装置以随着所述原动机的转速减低而使所述负载传感控制的目标差压降低的方式修正所述负载传感控制的目标差压，所述控制装置以随着所述原动机的转速降低而使所述预先确定的值减小的方式修正所述预先确定的值。
[0020]由此，在使原动机的转速下降时，由于与负载传感控制的目标差压降低同时地，预先确定的值减少，所以，不会扩大负载传感控制的目标差压和预先确定的值的差，即使在使原动机的转速降低时，也能够在执行机构的驱动时确保整个系统的稳定性。[0021](4)而且，在上述(I)?(3)的任一项中，优选地，所述原动机包含电动机，所述蓄电装置作为所述电动机的电源发挥功能。
[0022]由此，能够通过发电机将回收的能量用于电动机的驱动，能够谋求整个系统的节能化。
[0023]发明的效果
[0024]根据本发明，在进行负载传感控制的液压驱动装置中，能够发挥与具有卸载阀的情况下同等的功能，且回收从主泵向油箱排出的压力油的能量，有效利用由主泵产生的压力油的能量。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是表示本发明的第一实施方式的作业机械的液压驱动装置的图。
[0026]图2是表示第2控制装置的处理内容的流程图。
[0027]图3是表示液压挖掘机的外观的图。
[0028]图4是表示本发明的第2实施方式的作业机械的液压驱动装置的图。
[0029]图5是表示第2控制装置的处理内容的流程图。
[0030]图6是表示存储在存储器的表中的目标转速Ne和目标卸载压Pb的关系的图。
【具体实施方式】
[0031]<第一实施方式>
[0032]?构成?
[0033]图1是表示本发明的第一实施方式的作业机械的液压驱动装置的图。
[0034]本实施方式的液压驱动装置具有:电动机I ;通过电动机I驱动的主要的液压泵(以下称作主泵)2 ;与主泵2连动并通过电动机I驱动的先导泵3 ;通过从主泵2排出的压力油驱动的多个执行机构5、6、7、8、9、10、11、12 ;位于主泵2和多个执行机构5、6、7、8、9、
10、11、12之间的控制阀4 ;连接于供给先导泵3的排出油的压力油供给油路3a的电动机转速检测阀30 ;连接于电动机转速检测阀30的下游侧、具有将先导油路31的压力保持恒定的先导溢流阀32的先导液压源33 ;操作杆装置34&、3仙、34(:、34(1、346、341348、3411，连接于先导油路31，具有将先导液压源32的液压作为元压并生成控制先导压a、b、c、d、e、f、g、h、1、j、k、1、m、η、O、P 的遥控阀。
[0035]本实施方式的作业机械为例如小型液压挖掘机，执行机构5为液压挖掘机的旋转马达，执行机构6、8为左右的行驶马达，执行机构7为刮板缸，执行机构9为摆动缸，执行机构10、11、12分别为动臂缸、斗杆缸、铲斗缸。
[0036]控制阀4具有:经由第2压力油供给油路(区段内通路)4a连接于供给主泵2的排出油的第I压力油供给油路(配管)2a、分别控制从主泵2向各执行机构供给的压力油的方向和流量的多个阀门段13、14、15、16、17、18、19、20 ;从多个执行机构5、6、7、8、9、10、11、12的负载压中选择最高的负载压(以下，称作最高负载压)PLmax并向信号油路21输出的多个梭阀22a、22b、22c、22d、22e、22f、22g ;连接于控制阀4的第2压力油供给油路4a、限制主泵2的最高排出压(最高泵压)的主溢流阀23 ;连接于控制阀4的第2压力油供给油路4a、将主泵2的排出压Pd和最高负载压PLmax的差压PLS作为绝对压进行检测并输出的差压减压阀24。主溢流阀23的排出侧连接于控制阀4内的油箱油路29，油箱油路29连接于油箱T。
[0037]阀门段13构成为包含流量控制阀26a和压力补偿阀27a，阀门段14构成为包含流量控制阀26b和压力补偿阀27b，阀门段15构成为包含流量控制阀26c和压力补偿阀27c，阀门段16构成为包含流量控制阀26d和压力补偿阀27d，阀门段17构成为包含流量控制阀26e和压力补偿阀27e，阀门段18构成为包含流量控制阀26f和压力补偿阀27f，阀门段19构成为包含流量控制阀26g和压力补偿阀27g，阀门段20构成为包含流量控制阀26h和压力补偿阀27h。
[0038]流量控制阀26a?26h分别对从主泵2向各执行机构5?12供给的压力油的方向和流量进行控制，压力补偿阀27a?27h分别控制流量控制阀26a?26h的前后差压。流量控制阀26a?26h分别被由操作杆装置34a、34b、34c、34d、34e、34f、34g、34h的遥控阀生成的控制先导压 a、b、C、d、e、f > g、h、1、j、k、1、m、n、o、p 操作。
[0039]压力补偿阀27a?27h分别具有目标差压设定用的开阀侧受压部28a、28b、28c、28d、28e、28f、28g、28h，向该受压部28a?28h导入差压减压阀24的输出压，通过液压泵压Pd和最高负载压PLmax的差压PLS的绝对压设定目标补偿差压。由此，流量控制阀26a?26h的前后差压全部同样地被控制成与液压泵压Pd和最高负载压PLmax的差压PLS相等，在同时驱动多个执行机构的复合操作时，无论执行机构5?12的负载压的大小，根据流量控制阀26a?26h的开口面积比分配主泵2的排出流量，能够确保复合操作性。另外，在成为主泵2的排出流量不满足要求流量的饱和状态的情况下，差压PLS根据其供给不足的程度降低，所以，与之对应地压力补偿阀27a?27h所控制的流量控制阀26a?26h的前后差压以相同比例下降，从而流量控制阀26a?26h的通过流量减少，在该情况下，也根据流量控制阀26a?26h的开口面积比分配主泵2排出流量，能够确保复合操作性。
[0040]电动机转速检测阀30具有:将供给先导泵3的排出油的压力油供给油路3a连接于先导油路31的油路30e ;设在该油路30e的节流要素(固定节流装置)30f ;并排连接于油路30e及节流要素30f的流量检测阀30a ;差压减压阀30b。流量检测阀30a具有随着通过流量增大而增大开口面积的可变节流部30c，先导泵3的排出油通过油路30e的节流要素30f和流量检测阀30a的可变节流部30c的双方向先导油路31侧流动。此时，在节流要素30f和可变节流部30c中发生随着从压力油供给油路3a向先导油路31流动的压力油的流量增加而增大的前后差压，差压减压阀30b将该前后差压作为绝对压Pa进行检测并输出。先导泵3的排出流量根据电动机I的转速而变化，所以，通过检测节流要素30f及可变节流部30c的前后差压，能够检测先导泵3的排出流量，能够检测电动机I的转速。另外构成为，可变节流部30c由于随着通过流量增大(随着前后差压增高)而增大开口面积，所以，随着通过流量增大，前后差压的上升程度变得平缓。
[0041]主泵2为可变容量型的液压泵，具有用于控制其倾转角(容量)的泵控制装置35。泵控制装置35具有马力控制倾转执行机构35a、LS控制阀35b、LS控制倾转执行机构35c。
[0042]马力控制倾转执行机构35a在主泵2的排出压增高后减小主泵2的倾转角，以主泵2的输入扭矩不超过预先设定的最大扭矩的方式进行限制，由此，限制主泵2的消耗马力，防止因过负载导致的电动机I的停止。
[0043]LS控制阀35b具有相对的受压部35d、35e，经由油路38从电动机转速检测阀30的差压减压阀30b输出的绝对压Pa (第I规定值)作为负载传感控制的目标差压(目标LS差压)导向受压部35d，从差压减压阀24输出的差压PLS的绝对压作为反馈压力经由油路39导向受压部35e，差压PLS的绝对压变得比绝对压Pa高后(PLS > Pa)，将先导液压源33的压力导向LS控制倾转执行机构35c并减小主泵2的倾转角，在差压PLS的绝对压变得比绝对压Pa低后(PLS < Pa)，将LS控制倾转执行机构35c与油箱T连通并增加主泵2的倾转角。由此，以使主泵2的排出压Pd仅比最高负载压PLmax高绝对压Pa (目标LS差压)的方式控制主泵2的倾转量(排量)。LS控制阀35b及LS控制倾转执行机构35c构成以主泵2的排出压Pd比多个执行机构5、6、7、8、9、10、11、12的最高负载压PLmax仅高负载传感控制的目标差压(绝对压Pa)的方式控制主泵2的倾转的负载传感方式的泵控制装置。
[0044]这里，绝对压Pa由于是根据电动机转速变化的值，所以，将绝对压Pa作为负载传感控制的目标差压加以利用，通过主泵2的排出压Pd和最高负载压PLmax的差压PLS的绝对压设定压力补偿阀27a?27h的目标补偿差压，由此，能够控制与电动机转速相应的执行机构速度。另外，如前所述，电动机转速检测阀30的流量检测阀30a的可变节流部30c以随着通过流量增大前后差压的上升程度变得缓和的方式构成，由此谋求与电动机转速相应的饱和现象的改善，在将电动机转速设定得较低的情况下能够得到良好的微操作性。
[0045]另外，本实施方式的液压驱动装置，作为其特征的构成，具有:成为电动机I的电源的电池41 (蓄电装置);对电池41的直流电力进行升压的斩波器42 ;将由斩波器42升压的直流电力转换成交流电力并向电动机I供给的逆变器43 ;被操作者操作、指示电动机I的目标转速的旋转控制旋钮44 ;基于该目标转速以电动机I的转速成为目标转速的方式控制逆变器43的第I控制装置45 ;配置在连接将来自主泵2的排出油向多个阀门段13、14、
15、16、17、18、19、20 (流量控制阀26a?26h)供给的第2压力油供给油路4a和油箱T的控制油路51中、能够通过从主泵2排出的压力油驱动的固定容量型的液压马达52 ;连结于该液压马达52的旋转轴52a的发电机53 ;连接于信号油路21、检测最高负载压力PLmax的压力传感器54 ;在主泵2的排出压力比在最高负载压PLmax上加上预先确定的值Pb后的目标控制压力Pun高后，以使液压马达52旋转的方式对发电机53进行发电控制的第2控制装置55 ;将由发电机53产生的交流电力转换成直流电力的换流器56。电池41为充电式，由发电机53产生且通过换流器56转换的直流电力被蓄电于电池41。配置有液压马达52的控制油路51还可以连接于供给主泵2的排出油的第I压力油供给油路2a。
[0046]图2是表示第2控制装置55的处理内容的流程图。
[0047]< 步骤 SlOO >
[0048]第2控制装置55输入由压力传感器54检测的最高负载压PLmax。
[0049]<步骤 SllO >
[0050]接下来,第2控制装置55,在最高负载压PLmax上加上预先确定的值Pb而计算目标控制压力Pun。
[0051]即，Pun= PLmax + Pb
[0052]这里，预先确定的值Pb被设定为，例如与目标LS差压即从差压减压阀30b输出的绝对压Pa相等，或与其相比稍高的压力。例如，在电动机I为最高额定转速时，若从差压减压阀30b输出的绝对压Pa (目标LS差压)为2.0MPa，则预先确定的值Pb被设定为2.0?
3.0Mpa左右。本实施方式中，预先确定的值Pb被设定为与绝对压Pa (目标LS差压)相等。此外，考虑到因液压马达52和发电机53的惯性导致的旋转的延迟等，预先确定的值Pb还可以为比绝对压Pa (目标LS差压)低的值。
[0053]<步骤 SI20 >
[0054]接下来，第2控制装置55，在主泵2的排出压达到目标控制压力Pun的情况下对作用在液压马达52上的旋转扭矩Tm进行计算。该旋转扭矩Tm，在使液压马达52的容量为q时，能够通过下述数式计算。
[0055]Tm = Pun X q
[0056]本说明书中，将该旋转扭矩称作卸载旋转扭矩。
[0057]<步骤 SI30 >
[0058]接下来，第2控制装置55对大小超过液压马达52的卸载旋转扭矩Tm的发电扭矩Tg进行运算。大小超过液压马达52的卸载旋转扭矩Tm的发电扭矩Tg是指，大小与卸载旋转扭矩Tm相同或比其稍大、且旋转方向相反的旋转扭矩。
[0059]<步骤 SI40 >
[0060]接下来，第2控制装置55对发电机53用于生成发电扭矩Tg的发电电力进行运算。
[0061]〈步骤S150>
[0062]接下来，第2控制装置55将与该发电电力对应的控制指令向发电机53输出，发电机53中生成大小超过液压马达52的卸载旋转扭矩Tm的发电扭矩Tg。
[0063]通过这样控制发电机53，液压马达52、发电机53、压力传感器54及第2控制装置55,在主泵2的排出压超过在最高负载压PLmax上加上规定的压力(预先确定的值Pb)后的压力(目标控制压力Pun)后，使主泵2的排出流量返回油箱T，能够发挥以下与现有的卸载阀同等的功能，即以使主泵2的排出压不超过在最高负载压PLmax上加上规定的压力(预先确定的值Pb)即目标卸载压后的压力的方式进行控制。
[0064]?液压挖掘机?
[0065]图3表示液压挖掘机的外观。
[0066]图3中，作为作业机械而公知的液压挖掘机具有:上部旋转体300、下部行驶体301、摆动式的前作业机302，前作业机302构成为包括动臂306、斗杆307、铲斗308。上部旋转体300能够在下部行驶体301上通过图1所示的旋转马达5的旋转进行旋转。在上部旋转体300的前部安装有摆柱303，在该摆柱303上能够上下动地安装有前作业机302。摆柱303能够通过图1所示的摆动缸9的伸缩而相对于上部旋转体300在水平方向转动，前作业机302的动臂306、斗杆307、铲斗308通过图1所示的动臂缸10、斗杆缸11、铲斗缸12的伸缩而能够在上下方向转动。下部行驶体301具有中央框架304，在该中央框架304上安装有通过图1所示的刮板缸7的伸缩进行上下动作的刮板305。下部行驶体301通过图1所示的行驶马达6、8的旋转驱动左右的履带310、311并由此进行行驶。
[0067]?动作?
[0068]接下来，说明本实施方式的液压驱动装置的动作。
[0069]<全部的操作杆处于中立时>
[0070]全部的操作杆装置34a?34h的操作杆位于中立位置的情况下，全部流量控制阀26a?26h处于中立位置，不向执行机构5?12供给压力油。另外，在流量控制阀26a?26h处于中立位置时，通过梭阀22a?22g检测的最高负载压PLmax成为油箱压(大致OMPa)。[0071]差压减压阀24将主泵2的排出压Pd和最高负载压PLmax (当前的情况下为油箱压)的差压PLS作为绝对压输出。向主泵2的泵控制装置35的LS控制阀35b导入电动机转速检测阀30的输出压即绝对压Pa和差压减压阀24的输出压即差压PLS的绝对压，主泵2的排出压上升，差压PLS的绝对压比绝对压Pa大后，LS控制阀35b被切换到图示右侧的位置，向LS控制倾转执行机构35c导入先导液压源33的压力，以使主泵2的倾转角减小的方式进行控制。但是，主泵2中由于设有规定其最小倾转角的限制器(未图示)，所以，主泵2被保持在由该限制器所限定的最小倾转角qmin,排出最少流量Qmin。
[0072]另外，由于最高负载压PLmax为大致油箱压(OMPa)，所以，在第2控制装置55中计算的目标控制压力Pun与预先确定的值Pb大致相等(Pun = Pb),以生成大小超过与该目标控制压力Pun对应的卸载旋转扭矩Tm的发电扭矩Tg(大小与卸载旋转扭矩Tm相等或比其稍大，旋转方向相反的发电扭矩)的方式控制发电机53。其结果，主泵2的排出压比预先确定的值Pb高后，作用在液压马达52上的旋转扭矩比发电机53的发电扭矩大，所以，液压马达52旋转(被驱动)，主泵2的排出油经由液压马达52向油箱T流入，以主泵2的排出压不比预先确定的值Pb高的方式进行控制。另外，此时，通过主泵2的排出油驱动液压马达52，发电机53被液压马达52驱动而产生电能，该电能经由换流器56蓄积在电池41中。
[0073]<对操作杆进行操作的情况下>
[0074]以动臂缸10的操作为例，在意图进行动臂抬升动作而将动臂用操作杆装置34f的操作杆向图示左方向(动臂抬升方向)以全行程进行操作的情况下，基于先导液压源33的压力油生成用于操作流量控制阀26f的控制先导压k，并导向流量控制阀26f。由此，动臂用的流量控制阀26f被切换，向动臂缸10供给压力油，动臂缸10被驱动。
[0075]流过流量控制阀26f的流量根据流量控制阀26f的进口节流的开口面积和进口节流的前后差压决定，进口节流的前后差压通过压力补偿阀27f以与差压减压阀24的输出压即差压PLS的绝对压相等的方式受到控制，所以，流过流量控制阀26f的流量(因此，动臂缸10的驱动速度)根据操作杆的操作量受到控制。
[0076]动臂缸10开始工作后，第I及第2压力油供给油路2a、4a的压力临时降低。此时，动臂缸10的负载压通过梭阀22a?22g作为最高负载压被检测，第I及第2压力油供给油路2a、4a的压力和动臂缸10的负载压的差作为差压减压阀24的输出压被输出，所以，从差压减压阀24输出的差压PLS的绝对压降低。
[0077]向主泵2的泵控制装置35的LS控制阀35b导入从电动机转速检测阀30的差压减压阀30b输出的绝对压Pa和从差压减压阀24输出的差压PLS的绝对压，在差压PLS的绝对压下降到比绝对压Pa低后，LS控制阀35b被切换到图示左侧的位置，使LS控制倾转执行机构35c与油箱T连通并使LS控制倾转执行机构35c压力油返回油箱，以主泵2的倾转角增加的方式进行控制，主泵2的排出流量增加。该主泵2的排出流量的增加继续到差压PLS的绝对压与绝对压Pa相等。通过这些一系列的动作，以主泵2的排出压(第I及第2压力油供给油路2a、4a的压力)比最高负载压PLmax高从电动机转速检测阀30输出的绝对压Pa (目标LS差压)的量的方式进行控制，进行将动臂用的流量控制阀26f所要求的流量向动臂缸10供给的所谓负载传感控制。
[0078]另外，在该操作中，在主泵2的排出压Pd变得比在最高负载压PLmax上加上预先确定的值Pb后的目标控制压力Pun高的情况下,发电机53通过第2控制装置55,以生成大小超过通过Pun = PLmax + Pb的目标控制压力Pun而在液压马达52中发生的卸载旋转扭矩Tm的发电扭矩Tg的方式进行控制，所以，液压马达52旋转(被驱动)，使主泵2的排出油的一部分经由液压马达52向油箱T排出，以主泵2的排出压不比在最高负载压PLmax上加上预先确定的值Pb后的目标控制压力Pun高的方式进行控制。另外，此时，通过主泵2的排出油，液压马达52被驱动，发电机53通过液压马达52被驱动而产生电能，该电能经由换流器56蓄积于电池41。
[0079]在单独操作动臂以外的操作杆的情况下的动作也同样。
[0080]在对两个以上的执行机构的操作杆装置，例如动臂用的操作杆装置34f和斗杆用的操作杆装置34g的操作杆进行操作的情况下，流量控制阀26f、26g被切换，向动臂缸10及斗杆缸11供给压力油，动臂缸10及斗杆缸11被驱动。
[0081]动臂缸10及斗杆缸11的负载压中的高的一方的压力通过梭阀22a?22g作为最高负载压PLmax被检测，并向差压减压阀24传递。
[0082]另外，从电动机转速检测阀30输出的绝对压Pa和从差压减压阀24输出的差压PLS的绝对压被导向主泵2的泵控制装置35的LS控制阀35b，与单独驱动动臂缸10的情况下同样地，以主泵2的排出压(第I及第2压力油供给油路2a、4a的压力)比最高负载压PLmax高绝对压Pa (目标LS差压)的量的方式进行控制，进行将流量控制阀26f、26g所要求的流量向动臂缸10及斗杆缸11供给的所谓负载传感控制。
[0083]差压减压阀24的输出压作为目标补偿差压向压力补偿阀27a?27h导向，压力补偿阀27f、27g以使流量控制阀26f、26g的前后差压与主泵2的排出压和最高负载压PLmax的差压相等的方式进行控制。由此，无论动臂缸10和斗杆缸11的负载压的大小，能够以与流量控制阀26f、26g的进口节流部的开口面积相应的比率向动臂缸10和斗杆缸11供给压力油。
[0084]此时，在主泵2的排出流量不足流量控制阀26f、26g所要求的流量的饱和状态的情况下，根据饱和的程度，差压减压阀24的输出压(主泵2的排出压和最高负载压PLmax的差压)降低，与之相伴地，压力补偿阀27a?27h的目标补偿差压也减小，所以，能够将主泵2的排出流量以流量控制阀26f、26g所要求的流量的比进行再分配。
[0085]而且，在该操作中，即使在主泵2的排出压Pd比在最高负载压PLmax上加上预先确定的值Pb后的目标控制压力Pun高的情况下,通过基于发电机53的第2控制装置55的控制，主泵2的排出油的一部分经由液压马达52向油箱T排出，以使主泵2的排出压不比在最高负载压PLmax上加上预先确定的值Pb后的目标控制压力Pun高的方式进行控制,且发电机53通过液压马达52被驱动而产生电能，该电能经由换流器56蓄积于电池41。
[0086]同时操作动臂和斗杆以外的多个操作杆的情况下的动作也同样。
[0087]<在使操作杆恢复中立的情况下>
[0088]以动臂缸10的操作为例，在进行意图从动臂抬升动作停止并将动臂用的操作杆装置34f的操作杆从全行程向中立位置返回的操作后，先导液压源33的压力油被切断，用于操作流量控制阀26f的控制先导压k的生成停止，流量控制阀36f返回中立位置。从主泵2排出的压力油由于流量控制阀26f返回中立位置而不向动臂缸10流入。
[0089]另外，此时，主泵2的排出压Pd的压力临时上升，但在主泵2的排出压Pd变得比在最高负载压PLmax上加上预先确定的值Pb后的目标控制压力Pun高后,通过基于发电机53的第2控制装置55的控制，主泵2的排出油的一部分经由液压马达52向油箱T排出，以主泵2的排出压不比在最高负载压PLmax上加上预先确定的值Pb后的目标控制压力PunP高的方式进行控制。另外，发电机53被液压马达52驱动而产生电能，该电能经由换流器56被蓄积于电池41。
[0090]操作杆装置34f的操作杆回到中立位置后,全部的操作杆装置34a?34h的操作杆成为位于中立位置的状态，所以，如在“全部的操作杆处于中立时”中所说明的那样，主泵2以倾转角减小的方式受到控制、且被保持在最小倾转角qmin,主泵2排出最少流量Qmin。
[0091]<降低电动机转速的情况下>
[0092]以上的动作是在电动机I为最高额定转速时的动作。在将电动机I的转速降低到低速的情况下，从电动机转速检测阀30输出的绝对压Pa与之相应地降低，所以，泵控制装置35的LS控制阀35b的目标LS差压也同样降低。另外，负载传感控制的结果，压力补偿阀27a?27h的目标补偿差压也同样降低。由此，与发动机转速的降低相应地，主泵2的排出流量和流量控制阀26a?26h的要求流量减少，执行机构5?12的驱动速度不会变得过快，能够提高降低发动机转速的情况下的微操作性。
[0093]?效果?
[0094]这样，在本实施方式中，分别在全部的操作杆处于中立且流量控制阀26a?26h不动作时和操作杆被操作的执行机构5?12的驱动时，发电机53不旋转直到主泵2的排出压比最高负载压PLmax高预先确定的值Pb以上，由于液压马达52也不旋转，所以，避免主泵2的排出流量返回油箱而被浪费。另一方面，在主泵2的排出压比最高负载压PLmax高预先确定的值Pb以上后，发电机53旋转从而液压马达52也旋转，所以，主泵2的排出流量的至少一部分返回油箱，避免主泵2的排出压的不必要的上升。由此，能够发挥与以往的卸载阀同等的功能。
[0095]另外,在主泵2的排出压比最高负载压PLmax高预先确定的值Pb以上的情况下，由于发电机53旋转，所以，将压力油的能量向电能转换，将转换的电能蓄积于电池41。由此，回收从主泵2向油箱排出的压力油的能量，并能够有效利用由主泵2产生的压力油的能量。
[0096]这样根据本实施方式，在进行负载传感控制的液压驱动装置中，能够发挥与具有卸载阀的情况下同等的功能，且能够回收从主泵2向油箱排出的压力油的能量，能够有效地利用主泵2产生的压力油的能量。
[0097]另外，本实施方式中，是将驱动主泵2的原动机作为电动机1、且将电池41 (蓄电装置)作为电源驱动该电动机I的构成，所以，能够通过发电机53将回收的能量用于电动机I的驱动，能够谋求整个系统的节能化。
[0098]<第2实施方式>
[0099]利用图4及图5说明本发明的第2实施方式。本实施方式中，使目标卸载压(预先确定的值Pb)根据由旋转控制旋钮44指示的电动机的目标转速可变。
[0100]图4是表示本发明的第2实施方式的作业机械的液压驱动装置的图。
[0101]在本实施方式的作业机械的液压驱动装置中，向第2控制装置55A输入由旋转控制旋钮44所指示的电动机I的目标转速的指示信号。
[0102]图5是表示第2控制装置55A的处理内容的流程图。[0103]< 步骤 S100A >
[0104]第2控制装置55A输入由压力传感器54检测的最高负载压PLmax和由旋转控制旋钮44指示的电动机I的目标转速Ne。
[0105]< 步骤 S105>
[0106]然后，第2控制装置55A将电动机I的目标转速Ne参照存储在存储器中的表，对与该目标转速Ne对应的目标卸载压Pb进行运算。
[0107]图6是表示存储在存储器的表中的目标转速Ne和目标卸载压Pb的关系的图。在操作旋转控制旋钮44并降低电动机I的目标转速Ne时,如图6的上侧所示,从电动机转速检测阀30的差压减压阀30b输出的绝对压Pa (目标LS差压)随着目标转速Ne降低而曲线地降低。目标转速Ne和目标卸载压Pb的关系与目标转速Ne和目标LS差压Pa的关系同样，在操作旋转控制旋钮44从而降低电动机I的目标转速Ne时，如图6的下侧所示，以随着目标转速Ne降低，目标卸载压Pb曲线降低的方式设定。这里，目标转速Ne和目标卸载压Pb的关系，例如与目标转速Ne和目标LS差压Pa的关系同样地被设定。该情况下，电动机I的目标转速Ne为最高额定转速Nrated时的目标卸载压PbO与电动机I的目标转速Ne为最高额定转速Nrated时的目标LS差压PaO相等，在使目标LS差压PaO为例如2.0MPa时，目标卸载压PbO为2.0MPa0此外，如图6的下侧双点划线所示，还可以以目标卸载压Pb比目标LS差压Pa稍大的方式设定目标转速Ne和目标卸载压Pb的关系。
[0108]<步骤 SllO ?S150 >
[0109]第2控制装置55A中的之后的处理，与图2所示的第一实施方式的处理相同。
[0110]在以上那样构成的本实施方式中，在由旋转控制旋钮44指示的电动机I的目标转速Ne为最高额定转速Nrated时,计算目标卸载压PbO = PaO,目标卸载压PbO成为与第一实施方式中的预先确定的值Pb相同的值。因此，该情况下，液压马达52及发电机53与第一实施方式同样地动作，能够得到与第一实施方式相同的效果。
[0111]在操作者意图进行水平牵引等的微操作作业、且操作旋转控制旋钮44而使电动机I的目标转速Ne从最高额定转速Nrated降低的情况下,与电动机I的目标转速Ne的降低相应地，目标卸载压Pb也从绝对压PbO降低，在最高负载压PLmax上加上目标卸载压Pb后的目标控制压力Pun也同样降低。而且，分别在全部操作杆处于中立且流量控制阀26a?26h不进行动作时和操作杆被操作的执行机构5?12的驱动时，主泵2的排出压比目标控制压力Pun高后，液压马达52旋转，主泵2的排出流量的至少一部分回到油箱，避免主泵2的排出压的不必要的上升。另外，发电机53被液压马达52驱动而产生电能，该电能经由换流器56蓄积于电池41。
[0112]因此，该情况下也能够发挥与卸载阀相同的功能，且能够回收从主泵2向油箱排出的压力油的能量，有效利用由主泵2产生的压力油的能量。
[0113]另外，在操作旋转控制旋钮44使电动机I的目标转速Ne降低时，与从电动机转速检测阀30的差压减压阀30b输出的绝对压Pa (目标LS差压)降低同时地，由于在最高负载压PLmax上加上目标卸载压Pb后的目标控制压力Pun也同样降低，所以，不会扩大目标LS差压Pa和标控制压力Pun的差，即使在使电动机I的转速降低时，也能够在执行机构5?12的驱动时确保系统的稳定性。
[0114]S卩，在执行机构的驱动时，因作业负载的变动导致最高负载压PLmax发生变动的情况下，与之相应地，因LS控制阀35b的控制(负载传感控制)，主泵2的倾转角发生变化，主泵2的排出压被调整，但存在因LS控制阀35b的控制的延迟导致主泵2排出执行机构所要求的流量以上的压力油的情况。此时，在目标控制压力Pun为恒定的情况下，无论是否操作旋转控制旋钮44而使电动机I的目标转速Ne降低，因LS控制阀35b的控制的延迟导致的主泵2的排出流量的增加都会使主泵2的排出压上升，并与之相伴地从差压减压阀24输出的差压PLS的绝对压相对于目标LS差压大幅度增加，成为系统整体发振的原因。
[0115]对此，本实施方式中，在操作旋转控制旋钮44使电动机I的目标转速Ne降低时，与之相应地目标控制压力Pun降低，由于目标LS差压和目标控制压力Pun的差不会变大，所以，在主泵2的排出压变得比与目标LS差压大致相同大小的目标控制压力Pun高后，液压马达52立即旋转并将主泵2的排出流量的一部分向油箱放出。由此，因主泵2的倾转的延迟而发生的流量分的压力油被放出，整个系统的稳定性得以确保。
[0116]< 其他 >
[0117]以上的实施方式在本发明的主旨的范围内能够进行各种变更。例如，上述实施方式中，说明了原动机为电动机I的情况，但原动机还可以是柴油发动机。该情况下，蓄积于电池41的电力可以作为电装品的电源加以利用。另外，原动机也可以为柴油发动机和电动机的组合，该情况下，在执行机构负载较高时，利用电池41的电力辅助驱动电动机，在发动机的动力有余力时，使电动机作为发电机动作，将产生的电力蓄积于电池41，由此，能够谋求发动机的小型化和进一步的节能化。
[0118]另外，在上述的实施方式中，通过电动机转速检测阀30液压性地进行电动机I的转速的检测，通过LS控制阀35b液压性地进行利用了电动机I的转速信号(从差压减压阀30b输出的绝对压Pa)的目标LS差压的设定，设置检测电动机I或主泵2的转速的旋转传感器，根据该传感器信号计算目标差压，还可以通过控制电磁阀，电气性地进行负载传感控制。
[0119]而且，上述实施方式中，作为主泵2的排出压和最高负载压PLmax的差压PLS将差压减压阀24的输出压导向压力补偿阀27a?27h和LS控制阀35b，但还可以将主泵2的排出压和最高负载压PLmax分别向压力补偿阀27a?27h和LS控制阀35b导向。
[0120]另外，上述实施方式中，以液压马达52不旋转直到主泵2的排出压力变得比在最高负载压PLmax上加上预先确定的值Pb后的目标控制压力Pun高的方式对发电机53进行发电控制，但即使在主泵2的排出压力不比在最高负载压PLmax上加上预先确定的值Pb后的目标控制压力Pun高的情况下，也可以稍使液压马达52旋转。由此，在主泵2的排出压力比在最高负载压PLmax上加上预先确定的值Pb后的目标控制压力Pun高时，能够没有响应延迟地使液压马达52及发电机53旋转并进行抑制主泵2的排出压的过度上升的控制。另外，在液压马达52中常时流通压力油，由此，能够常时对液压马达52进行适当润滑，并能够得到使液压马达52耐久等的效果。
[0121]另外，上述的实施方式中，说明了工程机械为液压挖掘机的情况，但液压挖掘机以外的工程机械(例如液压起重机、轮式挖掘机等)也同样适用本发明，能够得到同样的效果。
[0122]附图标记的说明
[0123]I电动机
[0124]2 主泵[0125]2a第I压力油供给油路
[0126]3先导泵
[0127]3a压力油供给油路
[0128]4控制阀
[0129]4a第2压力油供给油路
[0130]5?12执行机构
[0131]13?20阀门段
[0132]21信号油路
[0133]22a ?22g 梭阀
[0134]23主溢流阀
[0135]24差压减压阀
[0136]26a?26h流量控制阀(主滑阀)
[0137]27a?27h压力补偿阀
[0138]30电动机转速检测阀
[0139]30a流量检测阀
[0140]30b差压减压阀
[0141]30c可变节流部
[0142]31先导油路
[0143]32先导溢流阀
[0144]33先导液压源
[0145]34a?34h操作杆装置
[0146]35泵控制装置
[0147]35a马力控制倾转执行机构
[0148]35b LS 控制阀
[0149]35c LS控制倾转执行机构
[0150]35d、35e 受压部
[0151]38、39 油路
[0152]41 电池
[0153]42斩波器
[0154]43逆变器
[0155]44旋转控制旋钮
[0156]45第I控制装置
[0157]51控制油路
[0158]52液压马达
[0159]52a旋转轴
[0160]53发电机
[0161]54压力传感器
[0162]55第2控制装置
[0163]56换流器[0164]300上部旋转体
[0165]301下部行驶体
[0166]302前作业机
[0167]303 摆柱
[0168]304中央框架
[0169]305 刮板
[0170]306 动臂
[0171]307 斗杆
[0172]308 铲斗
[0173]310、311 履带
【权利要求】
1.一种工程机械的液压驱动装置，具有:原动机(I)、被该原动机驱动的可变容量型的主泵(2)、通过从该主泵排出的压力油驱动的多个执行机构(5?12)、分别对从所述主泵向所述多个执行机构供给的压力油的流动进行控制的多个流量控制阀(26a?26h)、以使所述主泵的排出压比所述多个执行机构的最高负载压(PLmax)高目标差压(Pa)的方式对所述主泵的排出流量进行负载传感控制的泵控制装置(35)，其特征在于，具有: 液压马达(52)，配置在将从所述主泵向所述多个流量控制阀供给压力油的压力油供给油路(2a，4a)和油箱(T)连接起来的控制油路(51)中，能够通过从所述主泵排出的压力油驱动； 连结于该液压马达的旋转轴(52a)的发电机(53)； 控制装置(55)，以通过所述液压马达的旋转使所述主泵的排出压力比在所述最高负载压上加上预先确定的值(Pb)后的目标控制压力(Pun)高的方式对所述发电机进行发电控制；以及 对由所述发电机产生的电力进行蓄电的蓄电装置(41)。
2.如权利要求1所述的工程机械的液压驱动装置，其特征在于， 还具有检测所述最高负载压力(PLmax)的压力传感器(54)， 所述控制装置(55)，在由所述压力传感器检测出的所述最高负载压上加上所述预先确定的值(Pb)而运算出所述目标控制压力(Pun)，并计算所述发电机(53)的发电扭矩，所述发电机(53)的发电扭矩的大小超过基于该目标控制压力的所述液压马达(52)的旋转扭矩，并且所述控制装置(55)以能够得到该发电扭矩的方式对所述发电机进行发电控制。
3.如权利要求1或2所述的工程机械的液压驱动装置，其特征在于， 还具有修正装置(30 )，该修正装置(30 )以随着所述原动机(I)的转速减低而使所述负载传感控制的目标差压(Pa)降低的方式修正所述负载传感控制的目标差压(Pa)， 所述控制装置(35)以随着所述原动机的转速降低而使所述预先确定的值(Pb)减小的方式修正所述预先确定的值(Pb)。
4.如权利要求1?3的任一项所述的工程机械的液压驱动装置，其特征在于， 所述原动机(I)包含电动机，所述蓄电装置(41)作为所述电动机的电源发挥功能。
【文档编号】F15B11/00GK103765019SQ201280041580
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年8月28日 优先权日:2011年8月31日
【发明者】森和繁, 高桥究, 竹林圭文, 中村夏树 申请人:日立建机株式会社