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JP2023181948A - energy regeneration system - Google Patents

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JP2023181948A
JP2023181948A JP2022105126A JP2022105126A JP2023181948A JP 2023181948 A JP2023181948 A JP 2023181948A JP 2022105126 A JP2022105126 A JP 2022105126A JP 2022105126 A JP2022105126 A JP 2022105126A JP 2023181948 A JP2023181948 A JP 2023181948A
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JP
Japan
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variable displacement
hydraulic pump
pump motor
displacement hydraulic
hydraulic
Prior art date
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Pending
Application number
JP2022105126A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
直樹 石崎
Naoki Ishizaki
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Original Assignee
Individual
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Priority to JP2022105126A priority Critical patent/JP2023181948A/en
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  • Operation Control Of Excavators (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)

Abstract

To suppress an increase of a cost of a system and an increase of a necessary on-vehicle space, in the energy regeneration system of a hydraulic shovel.SOLUTION: Common drive shafts for driving working machine cylinders 12, 13 and 14, double-series variable displacement hydraulic pump motors 20, 21 and 22 having bi-directionally-tiltable swash plates, and a variable displacement hydraulic pump motor 23 connected to the variable displacement hydraulic pump motors 20, 21 and 22 having swirling/traveling bi-directionally-tiltable swash plates, and having a bi-directionally-tiltable swash plate are driven by a prime motor 18 via a gear device 19. A variable displacement hydraulic motor 24 connected to the gear device 19, and increased in a capacity accompanied by drive pressure is provided, a hydraulic accumulator 25 is provided at a hydraulic circuit located between and among the variable displacement hydraulic pump motor 23, the variable displacement hydraulic motor 24, and swirling/traveling variable displacement hydraulic pump motors 15, 16 and 17, thus pressure-accumulating regeneration energy at the hydraulic accumulator 25 by controlling a capacity of the variable displacement hydraulic pump motor 23 so that the input torque of the gear device 19 from the prime motor 18 does not become negative.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は油圧ショベルにおけるエネルギー回生システムの改善に関する。 The present invention relates to improvements in energy regeneration systems in hydraulic excavators.

油圧ショベルは、図1に示す様に、作業機であるブーム3、アーム5、バケット7を備える上部旋回体1が下部走行体2に対して旋回する構成になっている。基本作業の一例として、土砂を掘削、持ち上げ、旋回、ダンプトラックへ積み込み、旋回、持ち下げのサイクルを繰り返す。このサイクルの積み込み作業において作業機の持ち上げ動作に伴って作業機と掘削した土砂が位置エネルギーを持つ、ダンプトラックへの積み込み後、持ち下げ動作により作業機の位置エネルギーは油圧バルブにより絞り損失として熱エネルギーとなる。また、上部旋回体の旋回駆動に伴う回転慣性エネルギーは旋回停止時、油圧バルブにより絞り損失として熱エネルギーとなる。
これらエネルギーの回生についてのシステムが提案されている。その一例として特許文献1(図6)がある。内燃エンジン56で駆動された発電電動機57から交直変換器58、インバータ59を介して、発電電動機63により、ブームシリンダ53に接続された2連ポンプ67を駆動する構成とする事によりブームシリンダ53の位置エネルギーは発電電動機63で電気エネルギーとして回生される。上部旋回体の旋回は、インバータ60を介して、発電電動機64によって駆動され、回転慣性エネルギーは電気エネルギーとして回生される。これらの電気エネルギーはインバータ59、60、変換器68を介してコンデンサ69に蓄電される。発電電動機65、66は下部走行体の駆動用である。また、アームシリンダ54、バケットシリンダ55は可変容量油圧ポンプ70に接続され油圧制御器71を介して制御される。
As shown in FIG. 1, the hydraulic excavator has a structure in which an upper revolving body 1 including a boom 3, an arm 5, and a bucket 7, which are working machines, rotates with respect to a lower traveling body 2. As an example of basic work, the cycle of excavating earth and sand, lifting it, turning it, loading it onto a dump truck, turning it, and lifting it is repeated. During this cycle of loading work, the work equipment and the excavated earth and sand have potential energy as the work equipment lifts up. After loading onto the dump truck, the work equipment's potential energy is converted into heat as throttling loss by the hydraulic valve. It becomes energy. Moreover, the rotational inertia energy accompanying the swinging drive of the upper revolving body turns into thermal energy as throttling loss due to the hydraulic valve when the swinging is stopped.
Systems for regenerating these energies have been proposed. An example of this is Patent Document 1 (FIG. 6). The boom cylinder 53 is driven by a generator motor 57 driven by an internal combustion engine 56 via an AC/DC converter 58 and an inverter 59 to drive a dual pump 67 connected to the boom cylinder 53. The potential energy is regenerated as electrical energy by the generator motor 63. The rotation of the upper revolving body is driven by a generator motor 64 via an inverter 60, and rotational inertial energy is regenerated as electrical energy. These electrical energies are stored in a capacitor 69 via inverters 59 and 60 and a converter 68. The generator motors 65 and 66 are for driving the undercarriage. Further, the arm cylinder 54 and the bucket cylinder 55 are connected to a variable displacement hydraulic pump 70 and controlled via a hydraulic controller 71.

特開2002-242234JP2002-242234

上記図6のシステムによれば、ブームシリンダ53用の発電電動機63、旋回用の発電電動機64および、走行用の発電電動機65、66、インバータ59、60、61、62、コンデンサ69等多くの電気機器が必要となる。このため、システムのコストの増大および必要車載スペースが増大してしまうと言う問題点がある。 According to the system shown in FIG. 6, many electric power generators such as a generator motor 63 for the boom cylinder 53, a generator motor 64 for swinging, a generator motor 65, 66 for traveling, inverters 59, 60, 61, 62, a capacitor 69, etc. Equipment is required. Therefore, there are problems in that the cost of the system increases and the space required to be mounted on the vehicle increases.

ブーム、アーム、バケットシリンダをそれぞれ駆動する、共通の駆動軸及び両方向傾転可能な斜板を持つ2連可変容量油圧ポンプモータと、旋回用もしくは、旋回用及び走行用の両方向傾転可能な斜板を持つ可変容量油圧ポンプモータを駆動する両方向傾転可能な斜板を持つ可変容量油圧ポンプモータを、歯車装置を介して共通の原動機よって駆動し、該旋回用もしくは、旋回用及び走行用の可変容量油圧ポンプモータと該可変容量ポンプモータ間の油圧回路に油圧アキュムレータ、及び歯車装置に接続された駆動圧に比例して容量が増加する可変容量油圧モータを設け、旋回用もしくは、旋回用及び走行用の可変容量油圧ポンプモータを駆動する可変容量ポンプモータの容量を、駆動圧が所定の値になる様に制御するとともに歯車装置の原動機からの入力トルクが負にならない様に制御することにより回生エネルギーを油圧アキュムレータに蓄圧する。 Two variable displacement hydraulic pump motors with a common drive shaft and a swash plate that can tilt in both directions drive the boom, arm, and bucket cylinder, respectively, and a swash plate that can tilt in both directions for swinging or for swinging and traveling. A variable displacement hydraulic pump motor having a swash plate that can be tilted in both directions is driven by a common prime mover through a gear system, and a variable displacement hydraulic pump motor having a plate for driving a variable displacement hydraulic pump motor having a swash plate that can be tilted in both directions is driven by a common prime mover through a gear system. A hydraulic accumulator is provided in the hydraulic circuit between the variable displacement hydraulic pump motor and the variable displacement hydraulic pump motor, and a variable displacement hydraulic motor whose capacity increases in proportion to the driving pressure is connected to a gear device, and is used for swinging or for swinging and By controlling the capacity of the variable displacement pump motor that drives the variable displacement hydraulic pump motor for travel so that the driving pressure is at a predetermined value, and also so that the input torque from the prime mover of the gear device does not become negative. The regenerated energy is stored in a hydraulic accumulator.

両方向傾転可能な斜板を持つ2連可変容量油圧ポンプモータとした事により歯車装置を介して共通の原動機よって駆動された構成で個々に回転数制御が可能となり、また旋回用もしくは、旋回用及び走行用の両方向傾転可能な斜板を持つ可変容量油圧ポンプモータを歯車装置を介して共通の原動機よって駆動された可変容量油圧ポンプモータと駆動圧に比例して容量が増加する可変容量油圧モータの組み合わせにより一定圧で駆動する構成とした事により個々の回転制御が可能となるとともに回生エネルギのアキュムレータへの蓄圧が可能になり、旋回用もしくは、旋回用及び走行用の発電電動機及びそれぞれのインバータの削減、ブームシリンダ用発電電動機およびインバータ、コンデンサ等を削減出来システムのコストの増大および必要車載スペースの増大を抑制できる。 By using a dual variable displacement hydraulic pump motor with a swash plate that can tilt in both directions, it is possible to control the rotation speed individually with a configuration driven by a common prime mover through a gear system, and also for turning or turning. A variable displacement hydraulic pump motor with a swash plate that can tilt in both directions for traveling is driven by a common prime mover through a gear system, and a variable displacement hydraulic pump motor whose capacity increases in proportion to the driving pressure. By combining the motors in a configuration that drives them at a constant pressure, it becomes possible to control individual rotations and to accumulate pressure in the accumulator of regenerated energy. It is possible to reduce the number of inverters, boom cylinder generator motors, inverters, capacitors, etc., thereby suppressing increases in system costs and required vehicle space.

油圧ショベルの概念図である。It is a conceptual diagram of a hydraulic excavator. 本発明の実施例(システム図)である。1 is an embodiment (system diagram) of the present invention. 制御方法の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a control method. 本発明の実施例(共通の駆動軸及び両方向傾転可能な斜板を持つ2連可変容量油圧ポンプモータの外形図)である。1 is an embodiment of the present invention (outline diagram of a dual variable displacement hydraulic pump motor having a common drive shaft and a bidirectionally tiltable swash plate); FIG. 本発明の実施例(共通の駆動軸及び両方向傾転可能な斜板を持つ2連可変容量油圧ポンプモータの断面図)である。1 is a cross-sectional view of a dual variable displacement hydraulic pump motor with a common drive shaft and a bidirectionally tiltable swash plate according to an embodiment of the present invention; FIG. 先行技術文献の実施例(システム図)である。It is an example (system diagram) of a prior art document.

図1は、油圧ショベルの概念図である。油圧ショベルは上部旋回体1、下部走行体2からなり、上部旋回体1は、ブーム3、ブームシリンダ4、アーム5、アームシリンダ6、バケット7、バケットシリンダ8を備える。上部旋回体1は、旋回モータ9により旋回し、下部走行体2には走行モータ10、11が備えられている。
図2は、本発明装置の実施例のシステム図である。原動機18は一定回転制御されている。
ブームシリンダ12、アームシリンダ13、バケットシリンダ14それぞれに接続された、2連可変容量油圧ポンプモータを構成する2つの油圧ポンプモータの一方の油圧ポンプモータの出力ポートの内一方が油圧シリンダのヘッド側と連通し、他方の出力ポートはタンクポートと連通し、もう一方の油圧ポンプモータの出力ポートの内一方は、油圧シリンダのヘッド側と連通し、他方の出力ポートは油圧シリンダのロッド側と連通する構成で、ヘッド側への容量とロッド側への容量の比が、油圧シリンダのヘッド側の受圧面積とロッド側の受圧面積の比に設定されている。これらの油圧ポンプモータの容量を変化させシリンダの伸縮制御を行う。
共通の駆動軸及び両方向傾転可能な斜板を持つ、20、21、22、両方向傾転可能な斜板を持つ可変容量油圧ポンプモータ23は歯車装置19を介して原動機18によって駆動される。
また、歯車装置19には可変容量油圧モータ24が接続されている。可変容量油圧モータ24の出力は歯車装置に出力されこの油圧モータを流れる流量による損失は発生しない。
可変容量油圧ポンプモータ23、可変容量油圧モータ24には、上部旋回体を旋回駆動する両方向傾転可能な斜板を持つ可変容量油圧ポンプモータ15、下部走行体を駆動する両方向傾転可能な斜板を持つ可変容量油圧ポンプモータ16、17が接続され、その油圧回路には、回生エネルギーを蓄圧する油圧アキュムレータ25が接続されている。
旋回、走行用可変容量油圧ポンプモータ15、16、17の駆動圧は可変容量油圧ポンプモータ23よって可変容量油圧モータ24を流れる流量を制御する事により一定に制御される。具体的には、可変容量油圧ポンプモータ23からの流量を旋回用、走行用の可変容量ポンプモータ15、16、17の流量の合計に対して油圧モータ24が流せる最大流量以下の一定流量分多く流れるよう制御する。この一定流量が可変容量油圧モータ24を流れる事になる。図3-1に可変容量油圧モータ24の容量と駆動圧の関係を示す、駆動圧は容量q0でP1となり可変容量油圧モータ24は最大容量になる。容量と回転速度の積が流量であるから前記一定流量を流す駆動圧が定まる。このようにして旋回用、走行用の可変容量ポンプモータ15、16、17の駆動圧は、P0以上P1以下に制御される。この駆動圧に対し可変容量ポンプモータ15、16、17の傾転角を制御する事により駆動トルクを制御して旋回、走行の制御が行われる。
これらの可変容量油圧ポンプモータにはブレーキ、トルクセンサが備えられており停止時の保持、起動時の逆転防止制御がおこなわれる。
作業機シリンダ12、13、14からの回生エネルギーは歯車装置19を介して作業機シリンダ12、13、14相互で利用されるとともに、歯車装置19、可変容量油圧ポンプモータ23、を介して、旋回、走行用可変容量油圧ポンプモータ15、16、17で利用される。また、旋回、走行用可変容量油圧ポンプモータ15、16、17からの回生エネルギーは旋回、走行用可変容量油圧ポンプモータ15、16、17相互で利用されるとともに、可変容量油圧ポンプモータ23、歯車装置19を介して作業機シリンダ12、13、14で利用される。そして回生エネルギーに余剰が生じた場合は、油圧アキュムレータ25に蓄圧される。
具体的には、回生エネルギーに余剰が生ずると原動機18から歯車装置19への入力トルクが負となるので、図3-2に示すように可変容量油圧ポンプモータ23の容量を歯車装置19の原動機18からの入力トルクが負にならない様に容量qを前記の駆動圧制御時の値に対してΔq/Δt増加させ可変容量油圧ポンプモータ23の入力トルクを増加させる。図3-1に示す可変容量油圧モータ24の特性の最大容量q0でのP1は油圧アキュムレータ25の最小蓄圧圧力に設定されている。容量の増加により駆動圧が増加し、可変容量油圧モータ24の容量が最大容量q0に達した後の可変容量油圧ポンプモータ23の容量の増加分の流量はアキュムレータ25に蓄圧される。
油圧アキュムレータ25の容量を、想定されるサイクル作業における余剰回生エネルギーの最大値以上に設定すれば、原理的には、掘削、土砂の持ち上げで必要なエネルギーのみ消費エネルギーとなり大幅な消費エネルギーの削減となる。
図4、図5は作業機シリンダ用の2連可変容量油圧ポンプモータの外形図、断面図である。41、42はシリンダ接続ポート、47はタンクポートである。
可変容量油圧ポンプモータ29、30は共通の駆動軸28で駆動され、トラニオン32にて支持された共通の斜板31がスライダ34を介してサーボピストン33により傾転制御される事により一定の比を保って容量が変化する。
油圧ポンプモータ29の出力ポート43は油圧シリンダのヘッド側と連通し、他方の出力ポートはケース39の内側を介してタンクポート47と連通し、油圧ポンプモータ30の出力ポート44は、油圧シリンダのロッド側と連通し、他方の出力ポートは油圧ポンプモータ29の出力ポート43と連通路40を介して合流して油圧シリンダのヘッド側と連通している。この構成において、油圧ポンプモータ29の容量と油圧ポンプモータ30の容量の合計であるヘッド側への容量と油圧ポンプモータ30の容量であるロッド側への容量の比が、油圧シリンダのヘッド側の受圧面積とロッド側の受圧面積の比に設定される。
斜板31の傾転角制御は電磁制御弁50、51と斜板31の傾転角を計測するためにトラニオン32部に設けた傾転角センサー52によってなされる。
加工誤差等でシリンダ室からの流出量が油圧ポンプモータの吸い込み流量より大であればこもり圧が発生し、小であれば負圧が発生する。これに対し、斜板31を制御するサーボピストン33には油圧ポンプモータ29の出力ポート43、油圧ポンプモータ30の出力ポート44それぞれがケース39の内側を介してタンクポート47と、斜板31が0度時及び、吸い込み位置で連通する切り欠き35、36が設けられこもり圧発生を抑制している。また、油圧ポンプモータの出力ポート43、44と油圧シリンダとの連結ポート41、42間には逆止弁45、46が設けられた通路と、傾転角0度時サーボピストンにより閉じられるとともに、斜板が吸い込み位置でサーボピストンの切り欠きにより開口する通路が設けられている。
負圧については、油圧シリンダとの連結ポート41、42に吸い込み弁48、49が設けられケース39の内側を介してタンクポート47と連通し負圧を防止している。
FIG. 1 is a conceptual diagram of a hydraulic excavator. The hydraulic excavator consists of an upper rotating body 1 and a lower traveling body 2, and the upper rotating body 1 includes a boom 3, a boom cylinder 4, an arm 5, an arm cylinder 6, a bucket 7, and a bucket cylinder 8. The upper rotating body 1 is rotated by a rotating motor 9, and the lower traveling body 2 is equipped with traveling motors 10 and 11.
FIG. 2 is a system diagram of an embodiment of the device of the present invention. The prime mover 18 is controlled to have a constant rotation.
One of the output ports of one of the two hydraulic pump motors constituting a dual variable displacement hydraulic pump motor connected to each of the boom cylinder 12, arm cylinder 13, and bucket cylinder 14 is connected to the head side of the hydraulic cylinder. The other output port communicates with the tank port, one of the output ports of the other hydraulic pump motor communicates with the head side of the hydraulic cylinder, and the other output port communicates with the rod side of the hydraulic cylinder. In this structure, the ratio of the capacity to the head side and the capacity to the rod side is set to the ratio of the pressure receiving area on the head side and the pressure receiving area on the rod side of the hydraulic cylinder. The expansion and contraction of the cylinders is controlled by changing the capacity of these hydraulic pump motors.
A variable displacement hydraulic pump motor 23 with a common drive shaft and a bidirectionally tiltable swashplate, 20 , 21 , 22 and a bidirectionally tiltable swashplate, is driven by the prime mover 18 via a gearing 19 .
Further, a variable displacement hydraulic motor 24 is connected to the gear device 19 . The output of the variable displacement hydraulic motor 24 is output to the gear system, and no loss occurs due to the flow rate flowing through this hydraulic motor.
The variable displacement hydraulic pump motor 23 and the variable displacement hydraulic motor 24 include a variable displacement hydraulic pump motor 15 having a bidirectionally tiltable swash plate that drives the upper rotating body, and a bidirectionally tiltable swash plate that drives the lower rotating body. Variable displacement hydraulic pump motors 16 and 17 having plates are connected, and a hydraulic accumulator 25 for accumulating regenerative energy is connected to the hydraulic circuit thereof.
The driving pressures of the variable displacement hydraulic pump motors 15, 16, and 17 for swinging and traveling are controlled to be constant by controlling the flow rate flowing through the variable displacement hydraulic motor 24 by the variable displacement hydraulic pump motor 23. Specifically, the flow rate from the variable displacement hydraulic pump motor 23 is increased by a constant flow rate less than the maximum flow rate that the hydraulic motor 24 can flow relative to the total flow rate of the variable displacement pump motors 15, 16, and 17 for swinging and traveling. Control the flow. This constant flow will flow through the variable displacement hydraulic motor 24. FIG. 3-1 shows the relationship between the capacity and driving pressure of the variable displacement hydraulic motor 24. The driving pressure becomes P1 at the capacity q0, and the variable displacement hydraulic motor 24 reaches its maximum capacity. Since the product of the capacity and the rotational speed is the flow rate, the driving pressure to flow the constant flow rate is determined. In this way, the driving pressures of the variable displacement pump motors 15, 16, and 17 for swinging and traveling are controlled to be greater than or equal to P0 and less than or equal to P1. By controlling the tilting angles of the variable displacement pump motors 15, 16, and 17 with respect to this driving pressure, the driving torque is controlled and turning and traveling are controlled.
These variable displacement hydraulic pump motors are equipped with a brake and a torque sensor, and control is performed to hold the pump when stopped and to prevent reverse rotation when starting.
The regenerated energy from the work machine cylinders 12, 13, and 14 is mutually used by the work machine cylinders 12, 13, and 14 via the gear device 19, and is also used for rotation via the gear device 19 and the variable displacement hydraulic pump motor 23. , and are used in variable displacement hydraulic pump motors 15, 16, and 17 for travel. In addition, the regenerated energy from the variable displacement hydraulic pump motors 15, 16, 17 for swinging and traveling is mutually used by the variable displacement hydraulic pump motors 15, 16, 17 for swinging and traveling, and the variable displacement hydraulic pump motor 23, gear It is utilized by the working machine cylinders 12, 13, 14 via the device 19. If there is a surplus of regenerated energy, it is accumulated in the hydraulic accumulator 25.
Specifically, when a surplus of regenerative energy occurs, the input torque from the prime mover 18 to the gear device 19 becomes negative, so the capacity of the variable displacement hydraulic pump motor 23 is reduced to the prime mover of the gear device 19, as shown in FIG. 3-2. In order to prevent the input torque from the variable displacement hydraulic pump motor 23 from becoming negative, the capacity q is increased by Δq/Δt with respect to the value at the time of the drive pressure control described above, and the input torque of the variable displacement hydraulic pump motor 23 is increased. P1 at the maximum displacement q0 of the characteristics of the variable displacement hydraulic motor 24 shown in FIG. 3-1 is set to the minimum accumulated pressure of the hydraulic accumulator 25. The driving pressure increases due to the increase in capacity, and after the capacity of the variable capacity hydraulic motor 24 reaches the maximum capacity q0, the flow rate corresponding to the increase in the capacity of the variable capacity hydraulic pump motor 23 is accumulated in the accumulator 25.
If the capacity of the hydraulic accumulator 25 is set to a value greater than or equal to the maximum value of surplus regenerative energy in the assumed cycle work, in principle only the energy required for excavation and lifting of earth and sand will be consumed, resulting in a significant reduction in energy consumption. Become.
4 and 5 are an external view and a sectional view of a dual variable displacement hydraulic pump motor for a working machine cylinder. 41 and 42 are cylinder connection ports, and 47 is a tank port.
The variable displacement hydraulic pump motors 29 and 30 are driven by a common drive shaft 28, and a common swash plate 31 supported by a trunnion 32 is tilted and controlled by a servo piston 33 via a slider 34 to maintain a constant ratio. The capacitance changes while maintaining .
The output port 43 of the hydraulic pump motor 29 communicates with the head side of the hydraulic cylinder, the other output port communicates with the tank port 47 through the inside of the case 39, and the output port 44 of the hydraulic pump motor 30 communicates with the head side of the hydraulic cylinder. The other output port merges with the output port 43 of the hydraulic pump motor 29 via a communication path 40 and communicates with the head side of the hydraulic cylinder. In this configuration, the ratio of the capacity to the head side, which is the sum of the capacity of the hydraulic pump motor 29 and the capacity of the hydraulic pump motor 30, to the capacity to the rod side, which is the capacity of the hydraulic pump motor 30, is equal to the capacity of the hydraulic cylinder head side. It is set to the ratio of the pressure receiving area and the pressure receiving area on the rod side.
The tilt angle of the swash plate 31 is controlled by electromagnetic control valves 50 and 51 and a tilt angle sensor 52 provided on the trunnion 32 to measure the tilt angle of the swash plate 31.
If the flow rate from the cylinder chamber is larger than the suction flow rate of the hydraulic pump motor due to machining errors, etc., muffled pressure will be generated, and if it is smaller, negative pressure will be generated. On the other hand, in the servo piston 33 that controls the swash plate 31, the output port 43 of the hydraulic pump motor 29 and the output port 44 of the hydraulic pump motor 30 are connected to the tank port 47 through the inside of the case 39, and the swash plate 31 is connected to the tank port 47 through the inside of the case 39. Cutouts 35 and 36 are provided that communicate with each other at 0 degrees and at the suction position to suppress the generation of trapped pressure. Further, there are passages provided with check valves 45 and 46 between the output ports 43 and 44 of the hydraulic pump motor and the connection ports 41 and 42 of the hydraulic cylinder, and the passages are closed by the servo piston when the tilt angle is 0 degrees. A passage is provided which is opened by a cutout in the servo piston when the swash plate is in the suction position.
Regarding negative pressure, suction valves 48 and 49 are provided at connection ports 41 and 42 connected to the hydraulic cylinders, and are communicated with the tank port 47 through the inside of the case 39 to prevent negative pressure.

1 上部旋回体
2 下部走行体
3 ブーム
4 ブームシリンダ
5 アーム
6 アームシリンダ
7 バケット
8 バケットシリンダ
9 旋回モータ
10 走行モータ
11 走行モータ
12 ブームシリンダ
13 アームシリンダ
14 バケットシリンダ
15 旋回用可変容量油圧ポンプモータ
16 走行用可変容量油圧ポンプモータ
17 走行用可変容量油圧ポンプモータ
18 原動機
19 歯車装置
20 ブーム用2連可変容量油圧ポンプモータ
21 アーム用2連可変容量油圧ポンプモータ
22 バケット用2連可変容量油圧ポンプモータ
23 旋回、走行用可変容量油圧ポンプモータを駆動する可変容量油圧ポンプモータ
24 圧力制御用可変容量油圧モータ
25 回生用油圧アキュムレータ
26 チャージポンプ
27 チャージポンプ用油圧アキュムレータ
28 共通の駆動軸
29 可変容量油圧ポンプモータ
30 可変容量油圧ポンプモータ
31 共通の斜板
32 トラニオン
33 サーボピストン
34 スライダ
35 切り欠き
36 切り欠き
37 切り欠き
38 切り欠き
39 ケース
40 連通路
41 シリンダ接続ポート
42 シリンダ接続ポート
43 出力ポート
44 出力ポート
45 逆止弁
46 逆止弁
47 タンクポート
48 吸い込み弁
49 吸い込み弁
50 電磁比例制御弁
51 電磁比例制御弁
52 斜板角センサ
53 ブームシリンダ
54 アームシリンダ
55 バケットシリンダ
56 内燃エンジン
57 発電電動機
58 交直変換器
59 ブーム用インバータ
60 旋回用インバータ
61 走行用インバータ
62 走行用インバータ
63 ブーム用発電電動機
64 旋回用発電電動機
65 走行用発電電動機
66 走行用発電電動機
67 ブーム用2連ポンプモータ
68 変換器
69 コンデンサ
70 アーム、バケット用可変容量ポンプ
71 油圧制御器
1 Upper rotating body 2 Lower traveling body 3 Boom 4 Boom cylinder 5 Arm 6 Arm cylinder 7 Bucket 8 Bucket cylinder 9 Swing motor 10 Travel motor 11 Travel motor 12 Boom cylinder 13 Arm cylinder 14 Bucket cylinder 15 Variable displacement hydraulic pump motor for swing 16 Traveling variable displacement hydraulic pump motor 17 Traveling variable displacement hydraulic pump motor 18 Prime mover 19 Gear system 20 Dual variable displacement hydraulic pump motor for boom 21 Dual variable displacement hydraulic pump motor for arm 22 Dual variable displacement hydraulic pump motor for bucket 23 Variable displacement hydraulic pump motor that drives the variable displacement hydraulic pump motor for swinging and traveling 24 Variable displacement hydraulic motor for pressure control 25 Hydraulic accumulator for regeneration 26 Charge pump 27 Hydraulic accumulator for charge pump 28 Common drive shaft 29 Variable displacement hydraulic pump Motor 30 Variable displacement hydraulic pump motor 31 Common swash plate 32 Trunnion 33 Servo piston 34 Slider 35 Notch 36 Notch 37 Notch 38 Notch 39 Case 40 Communication path 41 Cylinder connection port 42 Cylinder connection port 43 Output port 44 Output port 45 Check valve 46 Check valve 47 Tank port 48 Suction valve 49 Suction valve 50 Electromagnetic proportional control valve 51 Electromagnetic proportional control valve 52 Swash plate angle sensor 53 Boom cylinder 54 Arm cylinder 55 Bucket cylinder 56 Internal combustion engine 57 Generator motor 58 AC/DC conversion device 59 Boom inverter 60 Swing inverter 61 Travel inverter 62 Travel inverter 63 Boom generator motor 64 Swing generator motor 65 Travel generator motor 66 Travel generator motor 67 Boom dual pump motor 68 Converter 69 Capacitor 70 Variable displacement pump 71 for arm and bucket Hydraulic controller

Claims (5)

油圧ショベルのエネルギー回生システムであって、作業機シリンダを駆動する、共通の駆動軸及び両方向傾転可能な斜板を持つ2連可変容量油圧ポンプモータと、旋回用もしくは、旋回用及び走行用の両方向傾転可能な斜板を持つ可変容量油圧ポンプモータを駆動する両方向傾転可能な斜板を持つ可変容量油圧ポンプモータが歯車装置を介して共通の原動機によって駆動されるエネルギー回生システム。 This is an energy regeneration system for a hydraulic excavator, which includes a dual variable displacement hydraulic pump motor with a common drive shaft and a swash plate that can tilt in both directions, which drives the work machine cylinder, and a hydraulic pump motor for swinging or for swinging and traveling. Driving a variable displacement hydraulic pump motor with a bidirectionally tiltable swashplate An energy regeneration system in which variable displacement hydraulic pump motors with a bidirectionally tiltable swashplate are driven by a common prime mover through a gear system. 請求項1において、旋回用もしくは、旋回用及び走行用の可変容量油圧ポンプモータを駆動する油圧回路に油圧アキュムレータを設けたエネルギー回生システム。 2. The energy regeneration system according to claim 1, wherein a hydraulic accumulator is provided in a hydraulic circuit that drives a variable displacement hydraulic pump motor for swinging or for swinging and traveling. 請求項2において、旋回用もしくは、旋回用及び走行用の可変容量油圧ポンプモータを駆動する油圧回路に前記歯車装置に連結された、駆動圧に比例して容量が増加する可変容量油圧モータを設け、旋回用もしくは、旋回用及び走行用の可変容量油圧ポンプモータを駆動する可変容量ポンプモータの容量を制御する事により、駆動圧を所定の値にするとともに、前記歯車装置の原動機からの入力トルクが負にならない様に、可変容量ポンプモータの容量を制御する事により、前記油圧アキュムレータに回生エネルギーを蓄圧するエネルギー回生システム。 In claim 2, a hydraulic circuit for driving a variable displacement hydraulic pump motor for swinging or for swinging and traveling is provided with a variable displacement hydraulic motor connected to the gear device and whose capacity increases in proportion to the driving pressure. By controlling the capacity of the variable displacement pump motor that drives the variable displacement hydraulic pump motor for swinging or for swinging and traveling, the drive pressure is set to a predetermined value and the input torque from the prime mover of the gear device is controlled. An energy regeneration system that stores regenerative energy in the hydraulic accumulator by controlling the capacity of the variable displacement pump motor so that the pressure does not become negative. 可変容量油圧ポンプモータの出力油圧回路に、その駆動軸が直接または、歯車装置を介して結合された、駆動圧の増大に伴い容量を増加する可変容量油圧モータを設け、該可変容量油圧ポンプモータの容量を制御する事により、駆動圧を制御する油圧システム。 The output hydraulic circuit of the variable displacement hydraulic pump motor is provided with a variable displacement hydraulic motor whose drive shaft is coupled directly or through a gear device and whose capacity increases as the driving pressure increases, and the variable displacement hydraulic pump motor A hydraulic system that controls driving pressure by controlling the capacity of 油圧シリンダを駆動する、構成する2つの油圧ポンプモータの一方の油圧ポンプモータの出力ポートの内、一方が油圧シリンダのヘッド側と連通し、他方の出力ポートはケースの内側を介してタンクポートと連通し、もう一方の油圧ポンプモータの出力ポートの内一方は、油圧シリンダのヘッド側と連通し、他方の出力ポートは油圧シリンダのロッド側と連通する構成で、ヘッド側への容量とロッド側への容量の比が、油圧シリンダのヘッド側の受圧面積とロッド側の受圧面積の比に設定され、共通の駆動軸及び両方向傾転可能な斜板を持ち、斜板制御用ピストンに、構成する2つの油圧ポンプモータが合流された出力ポートと一方の油圧ポンプモータの出力ポートがそれぞれがケースの内側を介してタンクポートと、斜板が0度時及び、吸い込み位置で所定面積が連通する切り欠きを設けてこもり圧発生を抑制し、また、油圧ポンプモータの出力ポートと油圧シリンダとの連結ポート間は逆止弁が設けられた通路と、傾転角0度時サーボピストンにより閉じられ、斜板が吸い込み位置でサーボピストンの切り欠きにより開口する通路が設けられており、シリンダ接続ポートに吸い込み弁が設けられケース内を介してタンクポートと連通し負圧を防止している2連可変容量油圧ポンプモータ。 Of the output ports of one of the two hydraulic pump motors that drive the hydraulic cylinder, one communicates with the head side of the hydraulic cylinder, and the other output port communicates with the tank port through the inside of the case. One of the output ports of the other hydraulic pump motor communicates with the head side of the hydraulic cylinder, and the other output port communicates with the rod side of the hydraulic cylinder. The capacity ratio is set to the ratio of the pressure receiving area on the head side of the hydraulic cylinder and the pressure receiving area on the rod side, and it has a common drive shaft and a swash plate that can be tilted in both directions, and the piston for controlling the swash plate has a configuration. The output port where the two hydraulic pump motors are combined and the output port of one hydraulic pump motor communicate with the tank port through the inside of the case and a predetermined area at the swash plate's 0 degrees and the suction position. A notch is provided to suppress the generation of trapped pressure, and the connection port between the output port of the hydraulic pump motor and the hydraulic cylinder is closed by a passage equipped with a check valve and a servo piston when the tilt angle is 0 degrees. , A passage is provided that opens through a notch in the servo piston when the swash plate is in the suction position, and a suction valve is provided at the cylinder connection port and communicates with the tank port through the case to prevent negative pressure. Variable displacement hydraulic pump motor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN120134236A (en) * 2025-05-15 2025-06-13 太原理工大学 A clamp drive and transmission system

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