專利名稱：作業機械的驅動裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有把發動機和發電裝置并用的動力源的油壓挖掘機等的作業機械的驅動裝置。
背景技術：
圖9和圖10表示了現有技術的結構，圖9是表示油壓挖掘機的結構的圖，圖10是表示該油壓系統構成的回路圖。
在圖9中，上部轉動體2與下部行駛體1構成可轉動的結合，在該上部轉動體2上裝載有作業裝置6，該作業裝置6具有升降臂3，由擺動自如地安裝在上部轉動體2上的升降臂油缸3a驅動；操作臂4，由擺動自如地安裝在升降臂3的前端的操作臂油缸4a驅動；以及挖斗5，由安裝在操作臂4的前端的挖斗油缸5a驅動。
如圖10所示，現有的油壓系統具有發動機7，裝載在上部轉動體2上；可變容量型油壓泵8、9，具有由發動機7驅動的斜板控制裝置8a、9a；引導泵10，用于供給引導壓；引導操作式的閥裝置11，用于把油壓泵8、9的壓油分配給各致動器；操作閥(以下把操作閥稱為“遙控閥”)12，用于對閥裝置11進行引導控制；發動機旋轉設定器13，用于設定發動機7的旋轉速度；控制器14，控制發動機7和油壓泵8、9的輸出；油壓馬達15，用于使驅動作業裝置6的升降臂油缸3a、操作臂油缸4a和挖斗油缸5a以及上部轉動體2轉動；以及行駛用的油壓馬達16a、16b，使下部行駛體1驅動。
在圖10中，通過操作遙控閥12來切換閥裝置11，把由發動機7驅動的油壓泵8、9的壓油分配給各致動器并使作業機械工作。
這樣，在使用發動機7直接驅動油壓泵8、9的驅動系統中，為了能適應從輕負荷到重負荷的各種作業，裝載了預料最大負荷的大輸出的發動機7，然而重負荷的作業僅是作業時間整體的一部分。
在裝載了這種大輸出的發動機7的現有建設機械中，在進行輕負荷或占有大半使用率的中負荷的作業時，由于使用閥裝置11把油壓泵8、9的排出壓油節流，并將其分配給升降臂油缸3a、操作臂油缸4a、挖斗油缸5a等的各致動器，因而在燃料消耗量、噪聲、生成成本等方面是不利的。
并且，輕負荷的作業是在把發動機輸出進行節流，在發動機旋轉速度低的狀態下進行，然而根據發動機7的特性，發動機旋轉速度越低，轉矩越小且不穩定，容易發生發動機停車和旋轉不均勻，在操作性上不令人滿意。
對此，具有一種油壓挖掘機，該油壓挖掘機使用作為油壓挖掘機的動力源的發動機來驅動發電裝置，把從該發電裝置供給的電力儲存在電池內，依靠電力使一個電動裝置旋轉，使用該電動裝置驅動油壓泵，使用共用的閥裝置來控制從該油壓泵供給的工作油，使下部行駛體的左右行駛用油壓馬達、上部轉動體的轉動用油壓馬達和作業裝置的升降臂油缸、臂油缸、挖斗油缸等的各油壓致動器工作(例如，參照特開2001-11888號公報)。
該公報所記載的油壓挖掘機，在與圖10所示的現有技術比較起來，雖然也能效率更佳地運轉發動機，然而由于驅動各油壓致動器的回路各自獨立，因而在這些各油壓致動器的驅動回路間，剩余能量得不到有效利用。

發明內容
本發明是鑒于這點而提出的，本發明的目的是提供通過可在多個驅動回路間有效利用剩余能量來實現小型化的作業機械的驅動裝置。
本發明的作業機械的驅動裝置，該作業機械的驅動裝置使用多個流體壓致動器來使作業裝置工作，具有發動機；發電裝置，由發動機驅動；蓄電裝置，儲存由發電裝置發出的電力；多個驅動回路，對應多個流體壓致動器而分別設置，依靠從發電裝置和蓄電裝置的至少一方供給的電力來工作，并依靠所發生的工作流體壓來驅動流體壓致動器；以及輔助回路，從一驅動回路向另一驅動回路補充工作流體。而且，使用輔助回路，可在多個驅動回路間有效利用工作流體具有的剩余能量，可使依靠從由發動機驅動的發電裝置和蓄電裝置供給的電力來工作并發生工作流體壓的各驅動回路的各個能力減少，實現構成各驅動回路的部件的小型化，同時實現成本降低。
本發明的作業機械的驅動裝置，驅動回路具有旋轉速度可控制的電動裝置，依靠從發電裝置和蓄電裝置的至少一方供給的電力來工作；泵，由電動裝置驅動；閥裝置，對從泵排出的工作流體進行方向控制，并把該工作流體供給流體壓致動器；以及油箱，回收從泵供給流體壓致動器的工作流體，并使該工作流體循環到泵。而且，通過使用旋轉速度可控制的電動裝置來控制泵流量，消除閥裝置為了流量控制而將回路節流的情況，因而可減少閥裝置的壓力損失，由現有的進行流量控制的閥裝置和配管引起的節流損失消除，可抑制無用發熱等，提高能量效率。
本發明的作業機械的驅動裝置，驅動回路與流體壓致動器一體設置。而且，通過把驅動回路與流體壓致動器一體設置，可減少驅動回路的配管損失，同時可省略驅動回路的機械主體側的設置空間。
本發明的作業機械的驅動裝置，多個驅動回路的至少1個具有閉合回路；雙向排出型泵·馬達，設置在閉合回路中，兼備供給工作流體的泵功能和接受工作流體的供給來工作的流體壓馬達功能；以及馬達·發電機，依靠從發電裝置和蓄電裝置的至少一方供給的電力來工作，并兼備驅動泵·馬達的電動機功能和由泵·馬達驅動來發電的發電機功能。而且，通過使用作為電動裝置行使功能的馬達·發電機，使閉合回路內的泵·馬達作為泵來工作，可使流體壓致動器工作，此時，雙向排出型泵·馬達可根據馬達·發電機的旋轉方向來選擇排出方向，并可控制流體壓致動器的工作方向，并且，在流體壓致動器依靠外部負荷來工作時，流體壓致動器作為泵行使功能，從而使泵·馬達依靠在閉合回路中產生的工作流體而作為流體壓馬達來工作，因而通過使用該泵·馬達把馬達·發電機作為發電裝置來驅動，并用所發出的電力給蓄電裝置充電，可減輕發動機的負擔，實現剩余能量的有效利用。
本發明的作業機械的驅動裝置，該作業機械的驅動裝置使用多個流體壓致動器來使作業裝置工作，具有發動機；動力傳遞裝置，與發動機連接；馬達·發電機，與動力傳遞裝置連接，作為電動裝置和發電裝置行使功能；蓄電裝置，儲存由馬達·發電機發出的電力，同時把電力供給馬達·發電機；泵·馬達，與動力傳遞裝置連接，作為由發動機和馬達·發電機的至少一方驅動的泵行使功能，同時作為驅動馬達·發電機的流體壓馬達行使功能；泵，與動力傳遞裝置連接，由發動機和馬達·發電機的至少一方驅動；多個驅動回路，對應多個流體壓致動器而分別設置，依靠從泵·馬達和泵的至少一方排出的工作流體來驅動流體壓致動器，同時把從流體壓致動器回流的工作流體回收到油箱內，并使該工作流體循環到泵·馬達和泵的至少一方；以及輔助回路，從一驅動回路向另一驅動回路補充工作流體。而且，發動機在恒定負荷狀態下運轉，當流體壓致動器所需要的動力少時，把發動機動力的剩余部分用馬達·發電機進行發電并轉換成電能，給蓄電裝置充電，另一方面，當流體壓致動器所需要的動力比發動機的輸出大時，把給蓄電裝置充電的電力供給馬達·發電機，使該馬達·發電機作為電動裝置行使功能。并且，使用輔助回路，可在多個驅動回路間有效利用工作流體具有的剩余能量，并可減少泵·馬達和泵的各個能力，實現由小型化帶來的成本降低，同時使用發動機和馬達·發電機的至少一方通過動力傳遞裝置來驅動泵·馬達和泵的至少一方，因而可削減泵驅動用的高價電動裝置，實現成本降低。
本發明的作業機械的驅動裝置，多個流體壓致動器與共用的驅動回路并聯連接。而且，對應流體壓致動器的個數，可削減驅動回路的個數，實現成本降低。
本發明的作業機械的驅動裝置，蓄電裝置具有電容器和電池。而且，使用電池，可應對瞬時的充放電，同時，使用電池，可應對較長時間的充放電。
本發明的作業機械的驅動裝置，油箱由蓄壓器加壓。而且，通過使用蓄壓器給油箱加壓，可提高泵的吸入側壓力，可防止發生泵的空洞現象，也能使小型泵高速旋轉。
本發明的作業機械的驅動裝置，流體壓致動器具有使油壓挖掘機的升降臂工作的升降臂油缸，使操作臂工作的操作臂油缸，以及使挖斗工作的挖斗油缸；驅動回路具有使升降臂油缸驅動的驅動回路，使操作臂油缸驅動的驅動回路，以及使挖斗油缸驅動的驅動回路；對應從升降臂油缸的驅動回路到操作臂油缸的驅動回路以及從挖斗油缸的驅動回路到升降臂油缸的驅動回路和操作臂油缸的驅動回路而分別設置輔助回路。而且，在油壓挖掘機的挖掘作業的挖掘時，可從必要流量少的升降臂油缸的驅動回路向操作臂油缸的驅動回路補充工作流體，并且，在轉動上升時，可從必要流量少的挖斗油缸的驅動回路向需要流量的升降臂油缸的驅動回路補充工作流體，而且，在轉動下降時，可從必要流量少的挖斗油缸的驅動回路向需要流量的操作臂油缸的驅動回路補充工作流體。


圖1是表示本發明的作業機械的驅動裝置的第1實施方式的回路圖。
圖2是詳細表示上述驅動裝置的油壓回路的回路圖。
圖3是表示上述驅動裝置的致動器驅動單元的一例的側視圖。
圖4是表示本發明的作業機械的驅動裝置的第2實施方式的回路圖。
圖5是表示本發明的作業機械的驅動裝置的第3實施方式的回路圖。
圖6是表示本發明的作業機械的驅動裝置的第4實施方式的回路圖。
圖7是詳細表示上述驅動裝置的油壓回路的回路圖。
圖8是表示本發明的作業機械的驅動裝置的第5實施方式的回路圖。
圖9是油壓挖掘機的側視圖。
圖10是表示現有的油壓挖掘機的油壓系統構成的回路圖。
具體實施例方式
以下，結合圖1至圖3所示的第1實施方式、圖4所示的第2實施方式、圖5所示的第3實施方式、圖6和圖7所示的第4實施方式、以及圖8所示的第5實施方式對本發明進行詳細說明。另外，關于圖9所示的油壓挖掘機的說明，也在本發明的說明中利用。
圖1表示作業機械的驅動裝置的第1實施方式，如圖9所示，作業機械是作為具有依次將升降臂3、操作臂4和挖斗5連結的作業裝置6的建設機械的油壓挖掘機，圖1表示具有該油壓挖掘機的升降臂-操作臂-挖斗-復合回路的復合驅動裝置的回路圖，圖2表示使圖1所示的回路圖更具體化的回路圖。
如圖1所示，使油壓挖掘機的作業裝置6工作的多個致動器是作為依靠作為被加壓的工作流體的工作油即油壓來工作的流體壓致動器的油壓缸，并具有升降臂工作用的升降臂油缸3a，操作臂工作用的操作臂油缸4a，以及挖斗工作用的挖斗油缸5a。
另一方面，使油壓挖掘機的下部行駛體1的左右履帶回轉工作的左右行駛用致動器分別是電動機21、22，使用這些電動機21、22通過減速裝置23、24使左右履帶分別動作。
同樣，使上部轉動體2相對下部行駛體1轉動的轉動用致動器是電動機25，使用該電動機25通過減速裝置26使上部轉動體2動作。
這些電動機21、22、25的旋轉方向和旋轉速度由倒相器27、28、29控制。
另外，在上部轉動體2上分別裝載有發動機31，由該發動機31驅動的作為發電裝置的發電機32，以及儲存由該發電機32發出的電力的蓄電裝置33。
蓄電裝置33具有與瞬時的充放電對應的電容器34，和與較長時間的充放電對應的電池35。
發電機32與用于控制該發電機32的電壓的轉換器36連接，并且，電容器34和電池35與用于控制充放電的轉換器37、38連接。這些轉換器36、37、38與控制器39連接，該控制器39根據負荷來控制發電機32、電容器34和電池35的各輸出。
使用發動機31、發電機32、電容器34、電池35、以及轉換器36、37、38來構成電源單元40。
并且，對應升降臂油缸3a，設置有依靠從發電機32和蓄電裝置33的至少一方供給的電力來工作并依靠所發生的工作油壓來驅動升降臂油缸3a的驅動回路41。
同樣，對應操作臂油缸4a，設置有依靠從發電機32和蓄電裝置33的至少一方供給的電力來工作并依靠所發生的工作油壓來驅動操作臂油缸4a的驅動回路42。
同樣，對應挖斗油缸5a，設置有依靠從發電機32和蓄電裝置33的至少一方供給的電力來工作并依靠所發生的工作油壓來驅動挖斗油缸5a的驅動回路43。
操作臂油缸4a和挖斗油缸5a的各驅動回路42、43各自具有作為電動裝置的電動機45，依靠從發電機32和蓄電裝置33的至少一方供給的電力，按照由倒相器44控制的旋轉速度來工作；泵46，由這些電動機45驅動；閥裝置47，對從這些泵46排出的工作油進行方向控制，并把該工作油供給操作臂油缸4a或挖斗油缸5a；以及油箱48，回收從泵46供給操作臂油缸4a或挖斗油缸5a的工作油，并使該工作油循環到泵46。
另一方面，升降臂油缸3a的驅動回路41具有閉合回路51；雙向排出型泵·馬達52，設置在該閉合回路51中，兼備供給工作油的泵功能和接受工作油的供給來工作的作為流體壓馬達功能的油壓馬達功能；以及馬達·發電機54，依靠從發電機32和蓄電裝置33的至少一方供給的電力，按照由倒相器53控制的旋轉方向和旋轉速度來工作，并兼備驅動泵·馬達52的電動機功能和由泵·馬達52驅動來發電的發電機功能。
在閉合回路51中設置有下述的閥裝置55。另外，在閉合回路51中，在升降臂下降時，與流入到升降臂油缸3a的桿側的工作油流量比起來，從蓋側流出的回油流量多，有必要把其剩余部分從閉合回路51中排出，因而設置有用于回收該剩余部分的、并且在升降臂上升時由于在泵·馬達52的吸入側工作油流量不足而用于補給該不足的油箱56。
上述行駛系統的電動機21、22、轉動系統的電動機25、操作臂系統和挖斗系統的電動機45以及升降臂系統的馬達·發電機54既可以使用交流型，也可以使用直流型。
并且，設置有從一驅動回路向另一驅動回路補充工作流體的輔助回路。
例如，設置有從升降臂油缸3a的驅動回路41的閉合回路51向操作臂油缸4a的驅動回路42的泵排出側補充工作油的輔助回路61，同時設置有反方向的輔助回流側回路61r，在這些輔助回路61和輔助回流側回路61r中設置有回路開閉用的輔助閥62。
同樣，設置有從挖斗油缸5a的驅動回路43的泵排出側向升降臂油缸3a的驅動回路41的閉合回路51補充工作油的輔助回路63，同時設置有反方向的輔助回流側回路63r，在這些輔助回路63和輔助回流側回路63r中設置有回路開閉用的輔助閥64。
同樣，設置有從挖斗油缸5a的驅動回路43的泵排出側向操作臂油缸4a的驅動回路42的泵排出側補充工作油的輔助回路65，同時設置有反方向的輔助回流側回路65r，在這些輔助回路65和輔助回流側回路65r中設置有回路開閉用的輔助閥66。
而且，通過把由輔助回路61、63、65從一驅動回路向另一驅動回路供給的輔助油量用輔助回流側回路61r、63r、65r回收，防止在多個油箱48、48、56間發生工作油量的不均衡。
在該圖1中，上述控制器39與操縱桿式、踏板式的電氣式操作器67、68連接，從這些電氣式操作器67、68輸入到控制器39的操作信號由控制器39進行運算處理，該處理后的控制信號從控制器39被輸出到倒相器44、53、閥裝置47、閥裝置55、輔助閥62、64、66等。
如圖2所示，上述油箱48、56由蓄壓器71加壓。即，這些油箱48、56是一種使用密閉的壓力容器，在壓力容器內通過具有伸縮性的隔膜部件72劃分形成油室73和氣體室74，利用在氣體室74內封入的壓縮氣體的壓力，給與泵46或泵·馬達52的吸入口連通的油室73內的工作油加壓的儲蓄器結構。
之所以設置這種蓄壓器71，是由于隨著電動機45和泵46、或者泵·馬達52和馬達·發電機54的小型化，一旦提高它們的使用旋轉速度，就在泵46或泵·馬達52的吸入側容易發生空洞現象，為了防止發生這種空洞現象，用于提高泵46或泵·馬達52的吸入側壓力的蓄壓器71是必要的。
并且，來自操作臂系統和挖斗系統的各泵46的工作油排出流量根據電動機45的旋轉速度來調節。當不使操作臂油缸4a或挖斗油缸5a工作時，把各電動機45的旋轉速度設定為0rpm，把來自各泵46的工作油排出流量設定為0。
同樣，來自雙向排出型泵·馬達52的泵排出流量根據馬達·發電機54的電動機旋轉速度來調節。而且，來自泵·馬達52的泵排出方向根據馬達·發電機54的馬達旋轉方向來控制，在改變泵排出方向時，改變馬達·發電機54的馬達旋轉方向。
并且，各輔助回路61、63、65的輔助閥62、64、66是把來自上述控制器39的接通/斷開信號接收到各自的螺線管內并進行開閉動作的閥，一旦根據接通信號進行開動作，從一驅動回路向另一驅動回路補充工作流體的輔助功能就起作用。
并且，在操作臂系統的驅動回路42和挖斗系統的驅動回路43內分別設置的閥裝置47在它們的閥主體內分別具有用于切換油缸伸縮用的回路的方向切換閥76，在該方向切換閥76的工作油供給側設置的負荷保持單向閥77和泵排出壓設定用的減壓閥78，以及在方向切換閥76的工作油輸出側設置的回路壓設定用的減壓閥79。
此處，方向切換閥76，通常是，為了減少壓力損失而在全開狀態下使用，由接收來自上述控制器39的接通/斷開信號的螺線管，使其進行從中間位置到一側全開位置或另一側全開位置的切換動作，而當輔助閥64、66的輔助功能起作用時，在輔助對方的壓力高的情況下，根據線性信號減少方向切換閥76的流量，從而發生比輔助對方的壓力高的差壓。
另一方面，在升降臂系統的驅動回路41內，在閉合回路51的蓋側通路51a中和桿側通路51b中分別設置有電磁式控制閥81、82，從這些控制閥81、81到升降臂油缸3a側，設置有用于把蓋側通路51a和桿側通路51b的設定壓以上的過剩壓排泄到油箱通路83的減壓閥84，反之，設置有用于從油箱通路83向蓋側通路51a和桿側通路51b補充油的單向閥85。
控制閥81、82，通常，為了減少壓力損失而在使升降臂油缸3a工作時在全開狀態使用，由接收來自上述控制器39的接通信號的螺線管的驅動，進行從全閉位置到全開位置的切換動作，而當輔助閥62的輔助功能起作用時，在輔助對方的壓力高的情況下，根據線性信號減少控制閥81、82的流量，從而發生比輔助對方的壓力高的差壓。
并且，從各控制閥81、82到泵·馬達52側設置有使蓋側通路51a和桿側通路51b之間連通并使來自升降臂油缸3a的蓋側的回油的一部分再生到桿側的電磁式再生閥86，而且，設置有用于從桿側通路51b向油箱通路83排出剩余油的電磁式排出閥87和減壓閥88，而且，設置有從油箱通路83向蓋側通路51a和桿側通路51b補給油的單向閥89。
而且，該升降臂系統的驅動回路41，在升降臂下降時，與流入到升降臂油缸3a的桿側的工作油流量相比，從蓋側流出的回油流量多，有必要將其剩余部分從閉合回路51排出，因而使在升降臂油缸3a的桿側所必要的流量以外的油如圖2的實線箭頭所示，從桿側通路51b經過排出閥87和減壓閥88回流到油箱56，并且，在升降臂上升時，由于在泵·馬達52的吸入側工作油流量不足，因而通過把該不足的工作油如圖2的虛線箭頭所示，從油箱56經過油箱通路83和單向閥89吸入到桿側通路51b進行補給。
然后，升降臂油缸3a、操作臂油缸4a和挖斗油缸5a以及與這些各油缸對應的各驅動回路41、42、43分別進行一體化并構成致動器驅動單元。
例如，圖3表示使操作臂油缸4a和驅動回路42一體化的致動器驅動單元的一例，操作臂油缸4a通過歧管板90，與電動機45、泵46、閥裝置47和油箱48等的驅動回路42一體設置。
泵46、閥裝置47、油箱48和操作臂油缸4a通過設置在歧管板90內的通路連通。
另外，不僅驅動回路41、42、43，而且輔助回路61、64、66也可以與各油缸一體化。
下面，對該圖1至圖3所示的升降臂-操作臂-挖斗-復合回路的作用效果進行說明。
(1)動作概要發動機31在恒定負荷狀態下運轉，當由各電動機21、22、25、45和馬達·發電機54消耗的總電動機動力比發動機31的輸出少時，用從發電機32輸出的電能給電容器34或電池35充電。
另一方面，當由各電動機21、22、25、45和馬達·發電機54消耗的總電動機動力比發動機31的輸出多時，除了從發電機32輸出的電力以外，還供給儲存在電容器34或電池35內的電力，作為各電動機21、22、25、45和馬達·發電機54的電動機動力源。
并且，本驅動裝置把各致動器的驅動回路41、42、43作為獨立驅動的構成，設置從升降臂系統的驅動回路41向操作臂系統的驅動回路42，或者從挖斗系統的驅動回路43向升降臂系統的驅動回路41和操作臂系統的驅動回路42補充工作油流量進行輔助的輔助回路61、63、65，僅在流量的補充輔助是必要時才開啟輔助閥62、64、66，把流量供給輔助對方。
把升降臂系統和操作臂系統的驅動回路41、42的能力限制為它們的必要動力和流量的大致1/2以實現小型化，在有超過其能力的要求時，從另一系統的驅動回路41、43接受輔助。
即，盡管指令值是來自電氣式操作器67、68的操作信號，然而對應它們的操作量0～100％，把升降臂系統和操作臂系統的驅動回路41、42限制為大致50％的能力，當有其以上的操作量時，從另一系統的驅動回路41、43接受輔助。
例如，在傾卸裝載作業中，具有區分為挖掘、轉動上升、傾卸、轉動下降的4項的操作形式。此處，各操作形式的必要平均動力如下表1所示。另外，這是一例，可以改變。把100％作為最大驅動動力。
(表1)

(注)由于是速度系統，所以是輔助流量。
如該表1所示，在挖掘時，操作臂系統需要動力和速度，挖斗系統也需要相當大的動力和速度。另一方面，由于升降臂系統不需要那樣的動力，因而開啟輔助閥62，從升降臂系統向操作臂系統補充工作油流量進行輔助。
在轉動上升時，升降臂系統需要動力和速度。另一方面，由于操作臂系統和挖斗系統不需要那樣的動力，因而開啟輔助閥64，從挖斗系統向升降臂系統補充工作油流量進行輔助。
在傾卸時，不需要輔助。
在轉動下降時，由于升降臂3自重落下，因而開啟再生閥86，可通過再生作用來驅動升降臂油缸3a，因而動力為大致0。此時，由于挖斗5幾乎不動，因而開啟輔助閥66，從挖斗系統向操作臂系統補充工作油流量進行輔助。
(2)效果這樣，在油壓挖掘機的挖掘作業的挖掘時，可從必要流量少的升降臂油缸3a的驅動回路41通過輔助回路61向操作臂油缸4a的驅動回路42補充工作油，并且，在轉動上升時，可從必要流量少的挖斗油缸5a的驅動回路43通過輔助回路63向需要流量的升降臂油缸3a的驅動回路41補充工作油，而且，在轉動下降時，可從必要流量少的挖斗油缸5a的驅動回路43通過輔助回路65向需要流量的操作臂油缸4a的驅動回路42補充流體。
然后，如果把各驅動回路41、42、43作為獨立驅動回路，則升降臂油缸3a的驅動回路41和操作臂油缸4a的驅動回路42需要可提供大致100％的動力和速度的能力，然而通過設置輔助回路61、63、65，各驅動回路41、42的能力為大致1/2即可。
因此，即使補償輔助回路用的輔助閥62、64、66等的成本升高，也能實現系統整體的低成本，同時可實現驅動回路內機器的小型化。
通過該小型化，如圖3所示，也能使操作臂油缸4a和挖斗油缸5a同與它們對應的各驅動回路42、43的電動機45、泵46、閥裝置47和油箱48分別設置成一體，并且，也能使升降臂油缸3a與對應的驅動回路41的泵·馬達52、馬達·發電機54、閥裝置55和油箱56設置成一體。
這樣，通過使各流體壓致動器與它們的驅動回路41、42、43分別設置成一體，可減少它們的驅動回路41、42、43的配管損失，同時可省略機械主體側即上部轉動體2上的驅動回路用的設置空間。
假設，如果是100％動力的裝置，則馬達、泵等的各機器的尺寸大型化，重量也變重，對應各油缸的設置變得困難。
總之，使用輔助回路61、63、65，可在多個驅動回路41、42、43之間有效利用工作油具有的剩余能量，可使依靠從由發動機31驅動的發電機32和蓄電裝置33供給的電力來工作并發生工作油壓的各驅動回路41、42、43的各個能力減少，實現構成各驅動回路41、42、43的部件的小型化，同時實現成本降低。
然后，通過使用控制器39經過倒相器44、53來控制電動機45或馬達·發電機54的旋轉速度，可控制從泵46或泵·馬達52排出的泵流量，這樣，由于閥裝置47、55因流量控制而不使回路節流，因而可減少閥裝置47、55的壓力損失，不會發生由現有的進行流量控制的控制閥和配管引起的節流損失，可改善使無用發熱得到抑制等的能量效率。
并且，通過由作為電動裝置發揮功能的馬達·發電機使閉合回路51內的泵·馬達53作為泵來動作，在使升降臂油缸3a動作時，根據馬達·發電機54的旋轉方向，可選擇雙向排出型泵·馬達52的排出方向，并可控制升降臂油缸3a的動作方向。
而且，當升降臂油缸3a依靠作業裝置6的自重等的外部負荷而工作時，通過使升降臂油缸3a作為泵行使功能，依靠在閉合回路51中產生的工作油壓使泵·馬達52作為油壓馬達來工作，因而通過使用該泵·馬達52使馬達·發電機54作為發電機來驅動，并用所發出的電力給蓄電裝置33的電容器34和電池35充電，可減輕發動機31的負擔，實現剩余能量的有效利用。
并且，電動機45或馬達·發電機54等的電動裝置使用交流電機或直流電機。例如，使用作了小型化的交流電機，可把電動機45或馬達·發電機54緊湊地裝入到油壓缸內。這些電動機45或馬達·發電機54，即使直流電機也能適用。
并且，蓄電裝置33具有電容器34和電池35，使用電容器34，可應對瞬時的充放電，同時，使用電池35，可應對較長時間的充放電，獲得高性能的儲電能力。
并且，通過使用蓄壓器71給油箱48、56加壓，可提高泵46或泵·馬達52的吸入側壓力，可防止發生泵46或泵·馬達52的空洞現象，還能使小型的泵46或泵·馬達52高速旋轉。
下面，圖4是表示作業機械的驅動裝置的第2實施方式的回路圖，與圖1所示的實施方式相比，采用以下構成消除了從升降臂油缸3a的驅動回路41到操作臂油缸4a的驅動回路42的輔助回路61，并設置有從挖斗油缸5a的驅動回路43的泵排出側向升降臂油缸3a的驅動回路41補充工作油的輔助回路63，和向操作臂油缸4a的驅動回路42補充工作油的輔助回路65。另外，與圖1同樣的部分，標記同一符號，并省略對其的說明。并省略了圖1所示的輔助回流側回路63r、65r的圖示。
該圖4所示的實施方式具有以下效果僅從挖斗油缸5a的驅動回路43向升降臂油缸3a的驅動回路41和操作臂油缸4a的驅動回路42補充工作油，在挖掘時，例如在從挖斗系統僅向操作臂系統補充工作油進行輔助的情況下，升降臂油缸3a和挖斗油缸5a的速度延遲少，而對挖掘作業的作業效率沒有影響，并且，由于僅從挖斗系統進行輔助，因而回路得到簡化，同時輔助閥64、66的控制也變得容易。
下面，圖5是表示作業機械的驅動裝置的第3實施方式的回路圖，與圖1所示的實施方式相比，采用以下構成消除了從升降臂油缸3a的驅動回路41到操作臂油缸4a的驅動回路42的輔助回路61，同時消除了從挖斗油缸5a的驅動回路43到升降臂油缸3a的驅動回路41的輔助回路63，并僅設置有從挖斗油缸5a的驅動回路43的泵排出側向操作臂油缸4a的驅動回路42補充工作油的輔助回路65。另外，與圖1同樣的部分，標記同一符號，并省略了對其的說明。并且，省略了圖1所示的輔助回流側回路65r的圖示。
該圖5所示的實施方式具有以下效果僅從挖斗油缸5a的驅動回路43僅向操作臂油缸4a的驅動回路42補充工作油，在該情況下，與圖4所示的實施方式相比，各油缸的速度延遲少，而能確保操作臂油缸4a的必要工作速度，因而對挖掘作業的作業效率沒有影響，并且，由于僅從挖斗系統僅向操作臂系統進行輔助，因而回路得到簡化，輔助閥66的控制也變得更容易。
下面，圖6是表示作業機械的驅動裝置的第4實施方式的回路圖，與圖1和圖2所示的實施方式同樣的部分，標記同一符號，并省略了對其的說明。
該圖6所示的驅動裝置是具有升降臂-操作臂-挖斗-行駛-復合回路的第1例的油壓挖掘機的復合驅動裝置，多個流體壓致動器與共用的驅動回路并聯連接。
即，本驅動裝置把升降臂油缸3a的驅動回路41、和使上部轉動體2轉動工作的電動機25等的轉動系統的驅動回路分別作為獨立驅動回路，另一方面，驅動回路42是使操作臂油缸4a和作為右行駛用的流體壓致動器的油壓馬達的右行駛馬達91R并聯連接的共用回路，并且，驅動回路43是使挖斗油缸5a和作為左行駛用的流體壓致動器的油壓馬達的左行駛馬達91L并聯連接的共用回路。
而且，在行駛時，使作業裝置6連動操作的情況，即，使左右的行駛馬達91L、91R、升降臂油缸3a、操作臂油缸4a和挖斗油缸5a連動操作的情況并不太多，并且，即使在連動操作的情況下，由于其時間不長，因而即使是本回路構成，為了保持操作臂油缸4a和右行駛用的右行駛馬達91R之間的驅動壓力差，或者為了保持挖斗油缸5a和左行駛用的左行駛馬達91L之間的驅動壓力差，也有必要使低壓側致動器用的方向切換閥節流，然而由此產生的損失因連動操作的時間短而少，不會發生效率的大幅低下。
并且，在需要大動力的挖掘裝載等的作業時，由于不進行行駛，因而完全不會發生上述連動操作時的問題。
另外，由于升降臂油缸3a、操作臂油缸4a和挖斗油缸5a的工作與圖1所示的升降臂-操作臂-挖斗-復合回路相同，因而省略其說明。
這樣，由于多個流體壓致動器與共用的驅動回路42、43分別并聯連接，因而可對應流體壓致動器的個數，削減驅動回路的個數，實現成本降低。
例如，在圖1所示的獨立驅動回路中，雖然驅動系統需要6個系統，而在圖6所示的實施方式中，通過把左右的行駛系統分別作為操作臂系統和挖斗系統的共用回路，可減少到4個系統，實現成本降低。
并且，通過設置輔助回路61、63、65，升降臂系統和操作臂系統的各驅動回路41、42的能力為大致1/2即可，獲得與圖1所示同樣的效果。
下面，圖7是詳細表示具有圖6所示的升降臂-操作臂-挖斗-行駛-復合回路的建設機械的復合驅動裝置的油壓回路圖，以下，僅對圖6未表示的部分進行說明。另外，與圖1和圖2所示的實施方式同樣的部分，標記同一符號，并省略了對其的說明。
油箱92，使1個大型化，在上部轉動體2側分離設置。這是由于，為了確保下述的行駛直行功能，在驅動回路42、42間有工作油行駛。在該油箱92上也設置有蓄壓器93，通過使用蓄壓器93給油箱92加壓，提高泵46和泵·馬達52的吸入側壓力，防止發生空洞現象，可使小型泵46等高速旋轉，這些是相同的。
并且，隨著把左右行駛系統從電氣回路變更為油壓回路，驅動回路42的閥裝置47使操作臂用的方向切換閥76和右行駛用的方向切換閥94R與共用的泵46并聯連接，通過這些方向切換閥76、94R使操作臂油缸4a和右行駛用的右行駛馬達91R并聯連接。
同樣，驅動回路43的閥裝置47使挖斗用的方向切換閥76和左行駛用的方向切換閥94L與共用的泵46并聯連接，通過這些方向切換閥76、94L使挖斗油缸5a和左行駛用的左行駛馬達91L并聯連接。
這樣，由于右行駛系統的回路和操作臂系統的回路、左行駛系統的回路和挖斗系統的回路分別是與共用的泵46并聯連接的回路，因而原則上，方向切換閥76、94R和方向切換閥76、94L進行從中間位置到一側全開位置或另一側全開位置的切換控制，假設，在這些回路間發生了壓力差時，在低壓回路側的方向切換閥產生節流差壓，提供各致動器所需要的流量。
在左右兩行駛系統的回路中，分別設置有用于防止車體失去控制而飛跑的反平衡閥95L、95R。
并且，在一個驅動回路43中設置有行駛直行閥96，如果在行駛時接通該行駛直行閥96，則僅從右側的泵46排出的工作油被分配給左右行駛用的方向切換閥94L、94R，因而可防止來自2個泵46的不同排出壓作用于左右兩行駛系統，并可使左右兩行駛系統的回路壓相等，這樣，可使左右兩行駛系統的行駛馬達91L、91R保持在同一旋轉速度，并可確保行駛直行性。
而且，在從含有挖斗系統的方向切換閥76的驅動回路43通過單向閥97引出的通路上設置有切換閥式的輔助閥98。由于該輔助閥98相當于圖1和圖2所示的實施方式的2個輔助閥64、66，因而如果把該輔助閥98切換到B位置，則可從含有挖斗系統的驅動回路43向升降臂系統的驅動回路41提供工作油流量進行輔助，并且，如果把輔助閥98切換到C位置，則可從含有挖斗系統的驅動回路43向含有操作臂系統的驅動回路42提供工作油流量進行輔助。
然后，發動機31在恒定負荷狀態下運轉，當由各電動機25、45和馬達·發電機54消耗的總電動機動力比發動機31的輸出少時，用從發電機32輸出的電能給電容器34或電池35充電，另一方面，當由各電動機25、45和馬達·發電機54消耗的總電動機動力比發動機31的輸出多時，除了從發電機32輸出的電力以外，還提供儲存在電容器34或電池35內的電力作為各電動機25、45和馬達·發電機54的電動機動力源，這與圖1和圖2所示的實施方式相同。
下面，圖8是表示作業機械的驅動裝置的第5實施方式的回路圖，與圖2和圖7所示的實施方式同樣的部分，標記同一符號，并省略其說明。
該圖8所示的驅動裝置是具有升降臂-操作臂-挖斗-行駛-復合回路的第2例的油壓挖掘機的復合驅動裝置，作為動力傳遞裝置的減速機99與發動機31的輸出軸連接，作為電動裝置和發電裝置行使功能的馬達·發電機54與該減速機99連接，設置有儲存由該馬達·發電機54發出的電力，同時把該電力供給馬達·發電機54的蓄電裝置33。
而且，減速機99與由發動機31和馬達·發電機54的至少一方驅動的泵行使功能，同時作為驅動馬達·發電機54的流體壓馬達即油壓馬達行使功能的泵·馬達52連接，同時與由發動機31和馬達·發電機54的至少一方驅動的多個泵46連接。
在減速機99中，內裝有用于在泵·馬達52作為油壓馬達來驅動馬達·發電機54時，使該泵·馬達52與馬達·發電機54直接連結，同時與發動機31和泵46分離的離合器機構，并且，內裝有用于切換泵·馬達52的旋轉方向的機構。
從泵·馬達52排出的泵流量被供給升降臂油缸3a的驅動回路41，從一個泵46排出的泵流量被供給操作臂油缸4a和右行駛用的右行駛馬達91R的驅動回路42，從另一個泵46排出的泵流量被供給挖斗油缸5a和左行駛用的左行駛馬達91L的驅動回路43，這與圖7所示的實施方式相同，然而這些泵46和泵·馬達52連同發動機31和減速機99一起被裝載在油壓挖掘機的上部轉動體2側，這點與圖7所示的實施方式不同。
下面，對該圖8所示的實施方式的作用效果進行說明。另外，根據與已說明的另一實施方式同樣的構成而產生的作用效果，省略說明。
發動機31在恒定負荷狀態下運轉，當由升降臂油缸3a、操作臂油缸4a、挖斗油缸51a、轉動系統的電動機25等的致動器消耗的動力少時，根據發動機動力的剩余部分，使馬達·發電機54作為發電裝置行使功能，并用從馬達·發電機54輸出的電力給電容器34或電池35充電。
另一方面，當由致動器所要求的動力比發動機輸出大時，把給電容器34或電池35充電的電力作為馬達·發電機54的電動機動力源來供給，使該馬達·發電機54作為電動裝置行使功能。
并且，使用輔助回路61、63、65，在油壓挖掘機的挖掘作業的挖掘時，可從必要流量少的升降臂油缸3a的驅動回路41向操作臂油缸4a的驅動回路42補充工作油，并且，在轉動上升時，可從必要流量少的挖斗油缸5a的驅動回路43向需要流量的升降臂油缸3a的驅動回路41補充工作油，而且，在轉動下降時，可從必要流量少的挖斗油缸5a的驅動回路43向需要流量的操作臂油缸4a的驅動回路42補充工作油。
這樣，使用輔助回路61、63、65，可在多個驅動回路41、42、43間有效利用工作油具有的剩余能量，可使構成各驅動回路41、42、43的泵·馬達52和泵46等的各個能力減少，實現它們的小型化，并實現由小型化帶來的成本降低，同時由于該圖8所示的回路使用發動機31和馬達·發電機54的至少一方通過減速機99來驅動泵·馬達52和泵46的至少一方，因而與圖2和圖7的回路相比，可廢除轉動系統的電動機25以外的泵驅動用的電動機，并且由于與油壓機器相比，可削減高價電動機的數量，因而在這點上也實現成本降低。
本發明不限于應用在油壓挖掘機中，只要是使用多個流體壓致動器來使作業裝置工作的作業機械，例如，也可以使用在裝載機等中。
權利要求
1.一種作業機械的驅動裝置，該作業機械的驅動裝置通過多個流體壓致動器使作業裝置工作，其特征在于，具有發動機；發電裝置，由發動機驅動；蓄電裝置，儲存由發電裝置發出的電力；多個驅動回路，對應多個流體壓致動器而分別設置，依靠從發電裝置和蓄電裝置的至少一方供給的電力而工作，并依靠所產生的工作流體壓來驅動流體壓致動器；以及輔助回路，從一驅動回路向另一驅動回路補充工作流體。
2.根據權利要求1所述的作業機械的驅動裝置，其特征在于，驅動回路具有旋轉速度可控制的電動裝置，依靠從發電裝置和蓄電裝置的至少一方供給的電力來工作；泵，由電動裝置驅動；閥裝置，對從泵排出的工作流體進行方向控制，并把該工作流體供給流體壓致動器；以及油箱，回收從泵供給流體壓致動器的工作流體，并使該工作流體循環到泵。
3.根據權利要求1或2所述的作業機械的驅動裝置，其特征在于，驅動回路與流體壓致動器一體設置。
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的作業機械的驅動裝置，其特征在于，多個驅動回路的至少1個具有閉合回路；雙向排出型泵·馬達，設置在閉合回路中，兼備供給工作流體的泵功能和接受工作流體的供給而工作的流體壓馬達功能；以及馬達·發電機，依靠從發電裝置和蓄電裝置的至少一方供給的電力來工作，兼備驅動泵·馬達的電動機功能和由泵·馬達驅動來發電的發電機功能。
5.一種作業機械的驅動裝置，該作業機械的驅動裝置通過多個流體壓致動器來使作業裝置工作，其特征在于，具有發動機；動力傳遞裝置，與發動機連接；馬達·發電機，與動力傳遞裝置連接，具有作為電動裝置和發電裝置的功能；蓄電裝置，儲存由馬達·發電機發出的電力，并且把電力供給馬達·發電機；泵·馬達，與動力傳遞裝置連接，具有由發動機和馬達·發電機的至少一方驅動的泵的功能，并且具有作為驅動馬達·發電機的流體壓馬達的功能；泵，與動力傳遞裝置連接，由發動機和馬達·發電機的至少一方驅動；多個驅動回路，對應多個流體壓致動器而分別設置，依靠從泵·馬達和泵的至少一方排出的工作流體來驅動流體壓致動器，并且把從流體壓致動器回流的工作流體回收到油箱內，并使該工作流體循環到泵·馬達和泵的至少一方；以及輔助回路，從一驅動回路向另一驅動回路補充工作流體。
6.根據權利要求1至5中任意一項所述的作業機械的驅動裝置，其特征在于，多個流體壓致動器與共用的驅動回路并聯連接。
7.根據權利要求1至6中任意一項所述的作業機械的驅動裝置，其特征在于，蓄電裝置具有電容器和電池。
8.根據權利要求2或5所述的作業機械的驅動裝置，其特征在于，油箱由蓄壓器加壓。
9.根據權利要求1至8中任意一項所述的作業機械的驅動裝置，其特征在于，流體壓致動器具有使油壓挖掘機的升降臂工作的升降臂油缸、使操作臂工作的操作臂油缸以及使挖斗工作的挖斗油缸，驅動回路具有驅動升降臂油缸的驅動回路，驅動操作臂油缸的驅動回路以及驅動挖斗油缸的驅動回路，對應從升降臂油缸的驅動回路到操作臂油缸的驅動回路、從挖斗油缸的驅動回路到升降臂油缸的驅動回路及操作臂油缸的驅動回路而分別設置輔助回路。
全文摘要
一種油壓挖掘機等的作業機械的驅動裝置。具有由發動機(31)驅動的發電機(32)和儲存由發電機(32)發出的電力的蓄電裝置(33)。依靠從發電機(32)和蓄電裝置(33)的至少一方供給的電力而工作的電動機(45)和馬達·發電機(54)使泵(46)和泵·馬達(52)工作。在依靠從泵(46)和泵·馬達(52)產生的工作油壓來驅動多個作業裝置用的油壓致動器的多個驅動回路(41)、(42)、(43)之間設置相互補充工作油流量的輔助回路(61)、(63)、(65)。由此，通過能夠在多個驅動回路間有效利用剩余能量，可使作業機械的驅動裝置小型化。
文檔編號F15B15/18GK1685161SQ20038010012
公開日2005年10月19日 申請日期2003年10月16日 優先權日2002年12月13日
發明者三木正俊, 的場信明 申請人:新履帶牽引車三菱有限公司