工程機(jī)械的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及具備旋轉(zhuǎn)體的工程機(jī)械，特別涉及具備用于驅(qū)動(dòng)該旋轉(zhuǎn)體的電動(dòng)馬達(dá) 和液壓馬達(dá)的混合動(dòng)力式工程機(jī)械。
【背景技術(shù)】
[0002] 以往，主流的液壓挖掘機(jī)等具有旋轉(zhuǎn)體的工程機(jī)械用發(fā)動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)液壓栗，并利 用從液壓栗排出的液壓使液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，并驅(qū)動(dòng)作為慣性體的旋轉(zhuǎn)體。但是，近年來，為了 實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率提高、噪音水平的降低以及排氣量的降低等，提出了：在一直以來利 用于旋轉(zhuǎn)體的驅(qū)動(dòng)的液壓馬達(dá)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步使用從蓄電裝置接受電能的供給而被驅(qū)動(dòng) 的電動(dòng)馬達(dá)來驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)體的混合動(dòng)力方式的工程機(jī)械。
[0003] 在以混合動(dòng)力方式驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)體的工程機(jī)械中，需要適當(dāng)?shù)乜刂埔簤厚R達(dá)和電動(dòng)馬 達(dá)分擔(dān)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，以使得習(xí)慣于僅使用液壓馬達(dá)來驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)體的以往方式的工程機(jī)械 (以往機(jī)械)的操作的操作人員能夠無不適感地進(jìn)行操作。
[0004] 在日本特開2008-63888號(hào)公報(bào)中公開了如下技術(shù):作為上述混合動(dòng)力方式的工程 機(jī)械的控制單元，基于成為設(shè)置在旋轉(zhuǎn)體驅(qū)動(dòng)用液壓馬達(dá)上的油的吸入口（輸入側(cè))和排出 口（輸出側(cè))的兩個(gè)端口產(chǎn)生的壓差，算出對(duì)旋轉(zhuǎn)體驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩指令值。在這里， 將旋轉(zhuǎn)加速時(shí)的液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩的比率和減速時(shí)的液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩與 電動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩的比率作為參數(shù)，確定液壓馬達(dá)的輸入側(cè)和輸出側(cè)的壓差。根據(jù)該技術(shù)，能 夠連續(xù)并順暢地驅(qū)動(dòng)控制作為慣性體的旋轉(zhuǎn)體，且能夠?qū)⒅苿?dòng)時(shí)的能量作為電能有效地取 入蓄電裝置。
[0005] 在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1:日本特開2008-63888號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 發(fā)明要解決的問題
[0009] 但是，液壓馬達(dá)和電動(dòng)馬達(dá)的損耗會(huì)根據(jù)旋轉(zhuǎn)操作桿的操作量或旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)速 度獨(dú)立地變化。然而，上述文獻(xiàn)記載的技術(shù)根據(jù)液壓馬達(dá)的輸入側(cè)與輸出側(cè)的壓差決定用 于旋轉(zhuǎn)體的驅(qū)動(dòng)的全部轉(zhuǎn)矩中的電動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩的比例，而與旋轉(zhuǎn)操作桿的操作量(旋轉(zhuǎn) 先導(dǎo)壓)無關(guān)。因此，未考慮在驅(qū)動(dòng)了液壓馬達(dá)和電動(dòng)馬達(dá)的情況下產(chǎn)生的各部的損耗，存 在改善能量效率的余地。
[0010] 本發(fā)明為解決上述問題而做出，其目的在于提供一種工程機(jī)械，其能夠確保與單 獨(dú)由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)體的以往的工程機(jī)械同等的操作性，并且提高旋轉(zhuǎn)體驅(qū)動(dòng)時(shí)的系統(tǒng) 整體的能量效率。
[0011] 用于解決問題的手段
[0012] 本發(fā)明包含多個(gè)達(dá)成上述目的的單元，如果列舉其一例，在工程機(jī)械中具備:旋轉(zhuǎn) 體;液壓馬達(dá)和電動(dòng)馬達(dá)，其將該旋轉(zhuǎn)體作為共同的驅(qū)動(dòng)對(duì)象，并相互機(jī)械地連結(jié);液壓栗， 其由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并向所述液壓馬達(dá)供給壓力油;操作裝置，其用于指示所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn) 工作；以及控制裝置，控制所述液壓栗的排出流量和所述電動(dòng)馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩的至少一方， 以使得在能夠單獨(dú)由所述電動(dòng)馬達(dá)輸出由所述操作裝置指示的所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)工作所 要求的要求轉(zhuǎn)矩時(shí)，伴隨著所述電動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的所述液壓馬達(dá)的出口節(jié)流壓力與入口節(jié)流 壓力接近，或該出口節(jié)流壓力比該入口節(jié)流壓力大。
[0013] 發(fā)明的效果
[0014] 根據(jù)本發(fā)明，在主要由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)體時(shí)，由于能夠降低在伴隨著該電動(dòng)馬 達(dá)旋轉(zhuǎn)的液壓馬達(dá)中產(chǎn)生的損耗，所以改善了旋轉(zhuǎn)體驅(qū)動(dòng)時(shí)的能量效率并得到大的燃料減 少效果。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明實(shí)施方式的液壓挖掘機(jī)的側(cè)視圖。
[0016] 圖2是圖1所示的液壓挖掘機(jī)搭載的電動(dòng)?液壓設(shè)備的系統(tǒng)構(gòu)成圖。
[0017] 圖3是圖2的系統(tǒng)構(gòu)成圖的詳細(xì)圖。
[0018] 圖4是提取了圖2和圖3所示系統(tǒng)構(gòu)成圖中的與上部旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)工作相關(guān)的液壓 系統(tǒng)的圖。
[0019] 圖5是液壓電動(dòng)復(fù)合旋轉(zhuǎn)控制部83的功能框圖的一部分。
[0020]圖6是旋轉(zhuǎn)滑閥44的相對(duì)于滑閥行程的旁路節(jié)流開口面積、入口節(jié)流開口面積以 及出口節(jié)流開口面積的關(guān)系圖。
[0021] 圖7是表示了旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)單獨(dú)旋轉(zhuǎn)工作的情況下穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)時(shí)的液壓部的損耗和 旋轉(zhuǎn)電動(dòng)馬達(dá)單獨(dú)以與旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)同等的速度旋轉(zhuǎn)工作的情況下電動(dòng)部的損耗的圖。
[0022] 圖8是在本實(shí)施方式中根據(jù)旋轉(zhuǎn)桿操作壓力設(shè)定電動(dòng)馬達(dá)25與液壓馬達(dá)27的輸出 分配而成的旋轉(zhuǎn)輸出特性的一例。
[0023] 圖9是使旋轉(zhuǎn)電動(dòng)馬達(dá)25的轉(zhuǎn)矩增加的情況下的電動(dòng)轉(zhuǎn)矩與液壓部的損耗的關(guān)系 圖。
[0024] 圖10是將圖9所示的閥損耗分解為旁路節(jié)流損耗、入口節(jié)流損耗以及出口節(jié)流損 耗而表示的圖。
[0025] 圖11是圖9和圖10的情況下的電動(dòng)轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)主壓的關(guān)系圖。
[0026] 圖12是按各旋轉(zhuǎn)電動(dòng)馬達(dá)25的轉(zhuǎn)速表示了使旋轉(zhuǎn)電動(dòng)馬達(dá)25的轉(zhuǎn)矩增加的情況 下的電動(dòng)轉(zhuǎn)矩與液壓部的損耗的關(guān)系圖。
[0027] 圖13是按各旋轉(zhuǎn)速度表示了旋轉(zhuǎn)電動(dòng)馬達(dá)25的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Tms*與旋轉(zhuǎn)先導(dǎo)壓的關(guān) 系的圖。
[0028] 圖14是使液壓栗41的流量增加的情況下的栗流量與液壓部的損耗的關(guān)系圖。
[0029] 圖15是圖14的情況下的栗流量與旋轉(zhuǎn)主壓的關(guān)系圖。
[0030] 圖16是本實(shí)施方式中的旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)27的液壓電路的簡(jiǎn)略圖。
[0031] 圖17是液壓栗41的流量為規(guī)定值且控制旋轉(zhuǎn)電動(dòng)馬達(dá)25的轉(zhuǎn)矩而作出旋轉(zhuǎn)液壓 馬達(dá)27的入口節(jié)流壓力與出口節(jié)流壓力相等的狀態(tài)時(shí)的流程圖。
[0032] 圖18是旋轉(zhuǎn)電動(dòng)馬達(dá)25的轉(zhuǎn)矩為規(guī)定值且控制液壓栗41的流量而作出旋轉(zhuǎn)液壓 馬達(dá)27的入口節(jié)流壓力與出口節(jié)流壓力相等的狀態(tài)的情況下的流程圖。
[0033] 圖19是將液壓栗41的流量保持為待機(jī)流量并控制旋轉(zhuǎn)電動(dòng)馬達(dá)25的轉(zhuǎn)矩時(shí)的流 程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 首先，在說明本發(fā)明的各實(shí)施方式前，說明本發(fā)明的各實(shí)施方式的工程機(jī)械所包 含的主要特征。
[0035] (1)后述的本發(fā)明實(shí)施方式的工程機(jī)械的特征在于，具備:旋轉(zhuǎn)體;液壓馬達(dá)和電 動(dòng)馬達(dá)，其將該旋轉(zhuǎn)體作為共同的驅(qū)動(dòng)對(duì)象，并相互機(jī)械地連結(jié);液壓栗，其由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)， 并向所述液壓馬達(dá)供給壓力油;操作裝置，其用于指示所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)工作；以及控制裝 置，控制所述液壓栗的排出流量(在本稿中，有時(shí)使用"栗流量"或"流量"這樣的簡(jiǎn)稱)和所 述電動(dòng)馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩(在本稿中，有時(shí)使用"輸出轉(zhuǎn)矩"或"轉(zhuǎn)矩"這樣的簡(jiǎn)稱）的至少一 方，以使得在能夠單獨(dú)由所述電動(dòng)馬達(dá)輸出由所述操作裝置指示的所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)工作 所要求的要求轉(zhuǎn)矩時(shí)，伴隨著所述電動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的所述液壓馬達(dá)的出口節(jié)流壓力與入口節(jié) 流壓力接近，或該出口節(jié)流壓力比該入口節(jié)流壓力大。
[0036] 發(fā)明人們有如下見解:在所述要求轉(zhuǎn)矩變小至能夠單獨(dú)由所述電動(dòng)馬達(dá)輸出的程 度(例如，所述旋轉(zhuǎn)體為低速并處于加速期間時(shí)，或所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)速度為一定時(shí)(穩(wěn)定 旋轉(zhuǎn)期間）），且該要求轉(zhuǎn)矩的全部或大部分由所述電動(dòng)馬達(dá)輸出的情況下，在伴隨著該電 動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的所述液壓馬達(dá)的出口節(jié)流壓力與入口節(jié)流壓力一致時(shí)，驅(qū)動(dòng)該液壓馬達(dá)的液 壓系統(tǒng)的損耗(液壓馬達(dá)的旁路節(jié)流損耗、入口節(jié)流損耗以及出口節(jié)流損耗之和）會(huì)最小 化。并且，有如下見解:在所述要求轉(zhuǎn)矩變小至能夠單獨(dú)由所述電動(dòng)馬達(dá)輸出的程度的情況 下，單獨(dú)由所述電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)體而不利用所述液壓馬達(dá)時(shí)效率更高。因此，根據(jù)按 上述方式構(gòu)成的工程機(jī)械，由于由所述電動(dòng)馬達(dá)輸出所述要求轉(zhuǎn)矩的全部或大部分時(shí)，能 夠使在伴隨著該電動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的所述液壓馬達(dá)中產(chǎn)生的損耗最小化，所以能夠改善旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動(dòng)時(shí)的能量效率并得到大的燃料減少效果。
[0037]另外，如上所述，使所述液壓馬達(dá)的出口節(jié)流壓力與入口節(jié)流壓力一致并不是本 發(fā)明的必須事項(xiàng)。發(fā)明人們?nèi)缦乱娊?在上述情況下，在難以使所述液壓馬達(dá)的出口節(jié)流壓 力與入口節(jié)流壓力一致的情況下，即使該出口節(jié)流壓力比該入口節(jié)流壓力大（即，即使在所 述液壓馬達(dá)不產(chǎn)生牽引轉(zhuǎn)矩的情況下），與單獨(dú)由所述液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)體的情況相 比，有時(shí)改善了系統(tǒng)整體的能量效率。也就是說，在所述液壓馬達(dá)的出口節(jié)流壓力比入口節(jié) 流壓力大的情況下，所述液壓馬達(dá)產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩而作為所述電動(dòng)馬達(dá)的負(fù)載起作用，但即 使這樣，根據(jù)所述液壓馬達(dá)的排出流量的不同，與單獨(dú)由所述液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)體的 情況相比，有時(shí)系統(tǒng)整體的能量效率還是變高。因此，在所述液壓馬達(dá)產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的情況 下也能夠發(fā)揮燃料減少效果。
[0038]作為即使所述液壓馬達(dá)產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也可以看到效率的改善的所述液壓栗的流 量的具體例，有待機(jī)流量。這是由于，通過將栗流量下降為待機(jī)流量，能夠大幅減少在液壓 系統(tǒng)的損耗。此外，在本稿中的"待機(jī)流量"表示搭載于工程機(jī)械的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)指 示用操作裝置(操作桿)均位于中立位置的情況下作為所述液壓栗的流量設(shè)定的流量。從提 高液壓系統(tǒng)的效率的觀點(diǎn)來看，在全部該操作裝置位于中立位置的情況下，優(yōu)選將能夠維 持該工程機(jī)械的工作的所述液壓栗的最低流量設(shè)定為待機(jī)流量。
[0039]此外，作為"所述要求轉(zhuǎn)矩變小至能夠單獨(dú)由所述電動(dòng)馬達(dá)輸出的程度的情況"的 具體例，有操作裝置被微操作且所述旋轉(zhuǎn)體為加速期間之時(shí)(低速且加速期間之時(shí)）、無論 所述操作裝置的操作量的大小如何所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)速度為一定之時(shí)（穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)期間之 時(shí)）。這里的"微操作"是指在向所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)指令時(shí)，從所述操作裝置輸出的旋轉(zhuǎn)操作 壓力（旋轉(zhuǎn)先導(dǎo)壓)成為基準(zhǔn)值以下的操作量的區(qū)域。作為該基準(zhǔn)值，對(duì)僅由所述電動(dòng)馬達(dá) 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的情況下的效率和由所述電動(dòng)馬達(dá)和所述液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的情況下的效率進(jìn) 行比較，適當(dāng)選擇前者成為高效率的值。作為表示該基準(zhǔn)值的程度的指標(biāo)，1.5MPa左右的旋 轉(zhuǎn)先導(dǎo)壓可成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。
[0040] (2)在上述(1)中，優(yōu)選的是，所述要求轉(zhuǎn)矩基于所述操作裝置的操作量(旋轉(zhuǎn)先導(dǎo) 壓）和所述旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速(旋轉(zhuǎn)速度）決定。具體而言，設(shè)定為所述操作裝置的操作量越增 加，所述要求轉(zhuǎn)矩越增加，并且設(shè)定為所述旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速越減小，所述要求轉(zhuǎn)矩越增加。此 外，在（1)的情況下，由于是由所述電動(dòng)馬達(dá)輸出該要求轉(zhuǎn)矩的全部或大部分的情況，所述 要求轉(zhuǎn)矩與所述電動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩同義。
[0041] 作為上述(1)或(2)中的所述電動(dòng)馬達(dá)和所述液壓馬達(dá)的控制的具體例，有以下的 (3)和(4)所示的例子。
[0042] (3)在上述（1)或(2)中，優(yōu)選的是，所述操作裝置的操作量為基準(zhǔn)值以下的微操作 區(qū)域且所述旋轉(zhuǎn)體處于加速期間時(shí)(低速且加速期間之時(shí)），或無論所述操作裝置的操作量 如何，所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)速度為一定時(shí)(穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)期間之時(shí)），所述控制裝置將所述液壓栗 的排出流量保持為規(guī)定的目標(biāo)值，并且，所述控制裝置控制所述電動(dòng)馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩，以使 得所述出口節(jié)流壓力與所述入口節(jié)流壓力接近，或所述出口節(jié)流壓力變得比所述入口節(jié)流 壓力大。
[0043] 也就是說，在該情況下，一邊將所述液壓栗的流量保持為目標(biāo)值，一邊通過控制所 述電動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩，從而調(diào)節(jié)入口節(jié)流壓力和出口節(jié)流壓力。在該情況下，由于控制電動(dòng)馬 達(dá)的轉(zhuǎn)矩，所以與控制液壓馬達(dá)的后述的（4)的情況相比響應(yīng)性較好這一點(diǎn)成為優(yōu)點(diǎn)。另 外，在所述液壓馬達(dá)的基礎(chǔ)之上所述液壓栗也向其他液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)供給壓力油的情況下， 當(dāng)以（4)的方式控制所述液壓栗時(shí)，雖然有可能也會(huì)對(duì)所述其他液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制產(chǎn)生 影響，但如果按上述方式控制所述電動(dòng)馬達(dá)，難以在所述其他液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制中產(chǎn)生 本發(fā)明的控制的影響這一點(diǎn)也成為優(yōu)點(diǎn)。
[0044] (4)在上述（1)或(2)中，優(yōu)選的是，所述操作裝置的操作量為基準(zhǔn)值以下的微操作 區(qū)域且所述旋轉(zhuǎn)體處于加速期間時(shí)，或無論所述操作裝置的操作量如何，所述旋轉(zhuǎn)體的旋 轉(zhuǎn)速度為一定時(shí)，所述控制裝置將所述電動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩保持在基于所述操作裝置的操作量 和所述旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)