JP2005502832A - 浮動制御を有する油圧パワーアーム・システム - Google Patents

Abstract

本発明は、圧力源（６）および工具を操作するように意図されたアームへ配列されたリフティングシリンダ（１）を含む油圧回路（Ｌ）を有し、該油圧回路（Ｌ）が部分回路（４５Ａ、４５Ｂ）を含み、該部分回路が、第１の弁体（４４）によって前記圧力源（６）と連通し、第２の弁体（４３）によって前記リフティングシリンダ（１）と連通するように連結されることができる油圧パワーアーム・システムであって、前記部分回路（４５Ａ、４５Ｂ）が、前記弁体（４３、４４）の間に配列された圧力軽減／緩和ユニット（４）を含み、該圧力軽減／緩和ユニット（４）が、アーム・システムへ取り付けられた工具の浮動制御を容易にするため圧力制御ユニット（６２Ａ）によって制御され、制御された接地圧が浮動運動の間に得られることを特徴とするシステムに関する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧回路を有する油圧パワーアーム・システムに関する。前記油圧回路は、圧力源、および工具を操作するように意図されたアームへ配列されたリフティングシリンダを含む。前記油圧回路は部分回路を含み、該部分回路は、アーム・システムの浮動制御を容易にするため、第１の弁体によって前記圧力源と連通するように連結され、第２の弁体によって前記リフティングシリンダと連通するように連結されることができる。
【背景技術】
【０００２】
油圧パワーアーム・システムを有する掘削機および類似の機械は、いわゆる浮動運動を実現する可能性がある。浮動運動の間、工具（掘削機のバケット）は、工具が地面に働かせる力としてアーム・システムの死荷重を使用して、地面に沿って引き寄せられる。掘削機の場合、これは、リフティングシリンダをタンクへ連結することによって実現される。即ち、圧力は加えられず、ブームとスティックとの間の油圧シリンダを働かせるだけである。制御できない接地圧は、工具が、或る場合には所望以上の大きな負荷を受けることを意味する。これは過度の摩耗を生じ、最悪の場合には損傷を生じるかも知れない。更に、この従来の方法で実行される浮動運動は、変動する接地圧を与える。なぜなら、死荷重の影響／モーメントは、アーム・システムの位置によって変動するからである。多くの場合、通常、内側方向へ実行される浮動運動の全体にわたって、ほぼ同じ接地圧を得ることが望ましいであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、前述した欠点を除去または少なくとも最小にすることである。この目的は、圧力源および工具を操作するように意図されたアームへ配列されたリフティングシリンダを含む油圧回路を有し、該油圧回路が部分回路を含み、該部分回路が、第１の弁体によって前記圧力源と連通し、第２の弁体によって前記リフティングシリンダと連通するように連結されることができる油圧パワーアーム・システムであって、前記部分回路が、前記弁体の間に配列された圧力軽減／緩和ユニットを含み、アーム・システムへ取り付けられた工具の浮動制御を容易にするため、前記圧力軽減／緩和ユニットが圧力制御ユニットによって制御され、制御された接地圧が浮動運動の間に得られるシステムによって実現される。
【０００４】
本発明によって、接地圧が一定の範囲内で選択される浮動制御が実現され、所望されない過度の負荷は、アーム・システムへ取り付けられた工具の上から基本的には除去される。
【０００５】
本発明は、アキュムレータ・システムを含み、負荷を下げるエネルギーのかなりの回復量がアキュムレータ・システムによって達成される油圧回路を開示するＰＣＴ／ＳＥ９９／０１１３１に従った移動操作装置に関連して使用されるとき、特に有利である。なぜなら、そのような回路の中のアキュムレータは、基本的には、従来技術の浮動制御を使用できないようにするからである。
【０００６】
本発明の更なる様相は、次のとおりである。
前記圧力軽減／緩和ユニットは減圧／リリーフ弁を含み、該減圧／リリーフ弁は、好ましくは、一体化ユニットとして形成され、
前記圧力制御ユニットは比例弁を含み、
前記比例弁は、オペレータによって操作される制御装置から直接または間接に信号を受け取り、地面に対する圧力レベルは一定の範囲内で選択されることができ、
前記比例弁は制御ユニットによって制御される。前記制御ユニットは、前記制御装置からの信号のほかに位置センサからの信号を受け取り、それによってアーム位置の自動補正が実現され、地面に対してほぼ一定の圧力レベルが浮動運動の間に得られ、
前記圧力源はアキュムレータを含み、
前記アキュムレータは、負荷を下げるエネルギーをそれぞれ再生およびリサイクルする回路の中に含まれ、油圧回路は、更に、２つのポートを有する可変油圧機械を含み、該油圧機械は、前記ポートへの２つの流れ方向で最大限のシステム圧力を与えることができ、ポートの１つは前記アキュムレータへ連結され、他のポートは前記リフティングシリンダへ連結される。
【０００７】
本発明は、以下に、同封の図を参照して、より詳細に説明される。図には本発明に従った油圧回路の略図が示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、油圧回路の中のリフティングシリンダの油圧スキームを示す。この油圧回路は、本質的な部分でＰＣＴ／ＳＥ００／０２３６０に示される回路と一致し、本発明に従って補足されている。複動油圧シリンダ１、可変往復ポンプ３（以下の説明では油圧機械と呼ばれる）、およびアキュムレータ・アセンブリ６が示される。これらは、以下で詳細に説明される。油圧回路は掘削機の中に配置され、したがって掘削機の上でバケットを担うアームの垂直作業を実行するため、リフティングシリンダ１が設けられる。リフティングシリンダ１と油圧機械３との間に、停止弁の形式をした論理要素２が配置される。停止弁はばね式であって、その影響を受けない状態では油圧機械３とリフティングシリンダ１との間の連結を破断する。その活性化された位置では、弁装置２は、油圧機械３とリフティングシリンダ１との間に開放連通を与える。（この論理要素２は、更に、ホース破断安全装置として機能する。）類似の論理要素５が、アキュムレータ６と油圧モータ３との間に配置され、最初に説明した論理要素２と類似の機能を有する。これも停止弁２の形式をしている。油圧機械の動作は、周知の方法で適切な伝動、好ましくは、燃料ベースのエンジンＤによって起こる。
【０００９】
油圧機械３は、ポート１０および１１でオイルを流入および排出することのできる可変往復ポンプである。ポンプは、双方の出口ポートで最大限のシステム圧力を許し、可変設定によって流量をゼロから最大値まで調整できる既知の型のものである。可変設定は、通常、いわゆる斜板によって達成される。この種のポンプの使用は、制御弁を介する回路調整を不必要にし、それによって、かなりの単純化が達成され、同時に制御損失が低減される。
【００１０】
システムの中で、安全弁８がアキュムレータ６とタンク４２との間に設けられる。安全弁８は、回路について或る最大圧力を超えないことを保証する。更に、ホース破断安全弁６１が、回路の中で論理要素２の前に配列される。
【００１１】
管路の中の圧力を記録するため、リフティングシリンダ１と論理要素２との間に圧力感知要素１７が設けられる。パワーを必要とする下降運動の場合には、圧力が機能に必要な圧力よりも下であることを圧力感知要素１７が記録し、リフティングシリンダのバー側にオイルが供給されることを確実にする。したがって、圧力感知要素１７の目的は、油圧シリンダがもはや圧力を有しないとき、たとえば、バケットが地面レベルに達したとき、ゼロへの流量降下を油圧機械３が確実に制御することである。
【００１２】
システムは、基本的に、リフティング運動の場合、オペレータが弁２および５の開放を確実にする制御信号を送るように機能する。したがって、アキュムレータ６、油圧機械３、およびリフティングシリンダ１の間の連結は完全に開放される。次に、アキュムレータ６の中の加圧されたオイルは可変油圧機械３へ流れ、可変油圧機械３はオイルをリフティングシリンダ１へ送る。この場合、もしアキュムレータの中の圧力が、リフティングシリンダ１を使用して作業を実行するために必要な圧力よりも高ければ、余分なエネルギーが油圧機械３によって駆動システムへ供給される。もしアキュムレータの圧力が十分でなければ、可変油圧機械３は、必要な圧力レベルに達するように圧力増分を提供する。これは、操作機械のエンジンＤを介して供給されるパワーによって実現される。したがって、そのような場合、アキュムレータとリフティングシリンダ要求量との間の圧力差を克服するだけの必要エネルギーが供給される。下降運動の場合には、ポンプ内の流れの方向が変化し、オイルは、ポート１０へ供給され、ポート１１で排出され、アキュムレータ６へ供給される。もしアキュムレータ６の中の圧力がリフティングシリンダ１の圧力よりも低ければ、可変油圧機械３はエネルギーを供給することができる。他方、もしアキュムレータの中の圧力がリフティングシリンダの中の圧力よりも高ければ、下降運動を得るため、エンジンＤからの追加のエネルギーが可変油圧機械３へ供給されなければならない。しかし、供給されたこのエネルギーは、アキュムレータ６の中に貯蔵され、したがって次のリフティング運動に関連してアクセス可能である。上記の説明から、システムは、エネルギー節約型であり、下降エネルギーが従来技術のシステムで処理されるとき普通に起こるオイルフローの熱生成抑圧を除去することが明らかである。
【００１３】
更に、図示された比例弁６２は、油圧機械３を使用しない小さな下降運動を可能にし、更に、油圧機械がその最大能力へ達したとき、下降運動の能力を増大させる。
【００１４】
更に、システムは、以下でコンピュータ９４と呼ばれる制御システム９４によって制御される。コンピュータ９４は、それぞれ圧力９１および９２、位置９０、およびエンジンの回転速度に関して、センサから情報を適切に受け取る。
【００１５】
リフティングシリンダを下げるとき、オイルの大部分はアキュムレータ・システム６へ送られるが、アーム・システムが突然緩められたとき、たとえば、バケットが地面を打ったとき、持ち上げ回路の圧力センサ１７が信号をコンピュータ９４へ出して、ポンプ能力が下方へ調整されなければならない。油圧機械の遷移時間の間に、油圧機械は、破壊されない（焼き付かない）ようにオイルを供給されなければならない。その量は補給回路（それぞれ、２０、３１Ａ、３１Ｂ）から得られ、補給回路は遷移時間の間にオイルを油圧機械３へ即時に提供する。補給回路は、アキュムレータ２０および逆停止弁３１Ａ並びに３１Ｂをそれぞれ含む。前記アキュムレータ２０は、好ましくは、ポンプ１２０によって負荷される。ポンプ１２０は、更に、非常に長い遷移期間の場合に余分の供給量を油圧機械へ与えることができる。そうでないと、アキュムレータ２０の中のオイル量が十分でない事態を生じる。
【００１６】
システムで選択された油圧機械は、全ての回転ポンプのように容積損失を有する。容積損失は、最大限の流量および圧力で５％と予測されるが、低い流量では１００％に近いかも知れず、前記液体の損失は置換されなければならない。前記損失は、実際には油圧機械の偏りまたはその流量から独立であることを理解することが重要である。したがって、下降運動では、リフティングシリンダによって渡されるオイルの全量がアキュムレータ６の中に存在することはなく、その一部分は油圧機械の漏出管路を介してタンク４２へ流れる。前記漏出のほかに、弁６２を介して排出される量を考慮しなければならない。機械の下降運動を卓越した正確性で制御することが可能でなければならないが、油圧機械３は十分な制御を与えない。この理由のため、完全な制御を可能にする弁６２が下降回路の中に存在する。もし小さな運動または卓越した正確性が要求されるならば、弁６２のみを介して下降運動が起こるであろう。
【００１７】
油圧機械３は、最大限のリフティング速度を可能にするサイズを有するが、最大限の下降速度も可能にするサイズを油圧機械に与えることは、かなりの費用がかかるであろう。最大限の下降速度は、ほぼ５０％も速い。即ち、これは、ほぼ５０％も多い流量を必要とするであろう。更に、これは管路面積などの、かなりの拡張を意味するであろう。したがって、弁６２は２つの機能を有する。１つは、遅い下降速度での制御を完全にすることであり、１つは、速い下降速度での最大下降速度を増大することである。言い換えれば、弁６２は、かなり低い能力を有する油圧機械３を可能にする。この制御、即ち、シーケンシャル制御は、コンピュータ９４によって実行される。したがって、低い下降速度が望まれるとき、コンピュータは油圧機械３または弁２および６へ信号を出さずに、弁６２へのみ出す。このようにして、即時の応答を伴う正確に制御された運動が得られる。これに関連して、そのような油圧機械３の調整時間は、通常、あまりに長く感じられることが指摘される。より速い下降速度が望まれるとき、コンピュータは、油圧機械３が開かれている間に信号を弁２および５へ出して開く。油圧機械３の完全な開放が達成されたとき、コンピュータは信号を比例弁６２へ出し、流量を所望レベルへ増加する。比例弁を介する最大流量は、ポンプ能力の５０％である。
【００１８】
アキュムレータ６をオイルで充填し次のリフティング運動を確保することに関連して生じる問題を解決するため、次の詳細部分が付け加えられる。リフティングピストン１の位置センサ９０は信号をコンピュータ９４へ与える。コンピュータ９４は、更に、圧力センサ９１／９２によってアキュムレータ・システム６から信号を受け取る。次に、コンピュータ９４は、必要量を計算し、信号をポンプ７１へ出す。設定されつつある所望／十分な圧力に応答するポンプ７１は、アキュムレータの中の量を決定する。したがって、アキュムレータの前記補給は、行われている下降運動またはリフティング運動、または使用されている他の機能から独立して実行される。したがって、ポンプ７１の能力は、油圧機械の能力の極わずかであってよい。その理由は、アキュムレータ６の前記補給が、機械の動作期間の全体で起こるからである。
【００１９】
本発明によれば、油圧回路Ｌは、バケットの自動浮動制御を行う部分回路を含む。これは、オペレータが、基本的に一定の選択された接地圧で、自動的に地面に沿ってバケットを移動できることを意味する。この部分回路は、減圧／リリーフ弁４、第２の比例弁６２Ａ、および２つの論理要素４３および４４をそれぞれ含む。好ましくは一体化されたユニットとして形成される減圧／リリーフ弁４はスライド型であり、スライドは１つの方向で調整可能な（手作業で）弾性装置４Ｂによって影響を受ける。減圧／リリーフ弁４は、第１の管路４５Ａおよびその論理要素４３を介して、ホース破断安全装置６１と前述した第１の比例弁６２との間の管路へ連結される。したがって、この管路４５Ａは、ホース破断安全弁６１が開かれている条件のもとで、リフティングシリンダ１のピストン側と常に連通している。減圧／リリーフ弁４は、第２の管路４５Ｂおよびその論理要素４４を介して、アキュムレータ６と論理要素５との間の管路へ連結される。したがって、この管路４５Ｂは、アキュムレータ６と常に連通している。減圧／リリーフ弁４は、流れ方向から独立して、選択された圧力レベルを提供するように働く。リフティングシリンダ１が上方へ移動するとき、圧力の低減だけが起こり、オイルは弁４を通って流れるが、反対方向では、オイルがリフティングシリンダ１から排出されるとき、減圧／リリーフ弁４からタンク４２Ｃへのオイルの緩和流量が生じる。
【００２０】
比例弁６２Ａは、弾性装置４Ｂと一緒に働いて制御可能／調整可能な追加の力を提供するように、管路４Ａを介して減圧／リリーフ弁４へ連結される。比例弁６２Ａは、タンク４２Ｂへ続く出口を有する。この出口は、単に、比例弁６２Ａ自身によって生じた非常に小さな流量を処理するように意図されるだけである。更に、調整可能な制御装置（図示されていないが、たとえば、スイッチパネルの上に適切に取り付けられるフィールド調整器、誘導ゲージ、誘電性検出器など）が存在する。この制御装置は、コンピュータ９４によって比例弁６２Ａのレベルを制御するためオペレータによって操作されてよい。前記弁６２Ａは、浮動運動の圧力レベルを決定する。したがって、もし浮動運動の間に高い接地圧が望まれるならば、制御装置は高レベルに設定され、もし低い接地圧が望まれるならば、制御装置は低レベルへ設定される。
【００２１】
前述したように、（たとえば、フィールド調整器、誘導ゲージ、誘電性検出器などの形式をした）圧力センサ１７および位置センサ９０が、リフティングシリンダの上に設けられる。これらのセンサは、リフティングシリンダの圧力および位置をそれぞれコンピュータ９４へ連続的に発する。この情報によって、コンピュータ９４は、アーム・システムの位置、したがってアームの死荷重がリフティングシリンダ１に働かせるモーメントを近似的に推定することができる。その結果、アームの死荷重がリフティングシリンダ１内の圧力に影響を及ぼす静圧力を近似的に計算することができる。それによって、連続自動浮動制御を達成する前提条件が充足される。死荷重に起因する圧力は、アームの位置に依存して連続的に変化するので、もしバケットの接地圧が、浮動運動の間、基本的に一定に保たれるならば、このファクタが計算されなければならない。これは、更に、リフティングシリンダの圧力および位置を連続的に記録しているコンピュータ９４によって自動的に補正される。
【００２２】
オペレータが自動浮動制御を望むとき、オペレータは特別のアクティベータ（図示されていない）、たとえばプッシュボタンを始動させる。プッシュボタンは信号をコンピュータ９４へ直接または間接に発し、それによって論理ユニット４３および４４の双方が開かれ（したがって、基本回路の論理ユニット２および５は閉じられなければならない）、減圧／リリーフ弁４が管路４５Ａおよび４５Ｂを介して油圧システムへ連結される。オペレータの制御装置によって、オペレータは浮動運動のために所望の接地圧を選択する。その後で、（内側方向の運動の間に）オペレータが、アーム／バケットを機械の方向へ引く操作信号を送出したとき、リフティングシリンダ１内の圧力の自動的適合化が起こる。なぜなら、アキュムレータ６から流れるオイルは、減圧／リリーフ弁４を通る間に所望の圧力レベルへ低減されるからである。その後で、選択された圧力レベルへ（コンピュータ９４によって）適合化されたオイルは、リフティングシリンダ１の中へ流れる。この運動の間に、位置センサ９０は位置信号をコンピュータ９４へ連続的に出し、それによってコンピュータ９４は、死荷重の結果としてのモーメントの変化を自動的に補正することができ、内側および掘削機方向への全浮動運動の間に、ほぼ一定の接地圧が維持される。
【００２３】
もし浮動運動が他の方向、即ち、外側へ実行されるならば、オイルは管路４５Ａを介してリフティングシリンダ１から排出されなければならない。この場合のオイルは、アキュムレータ６の中へ流されてはならないから、減圧／リリーフ弁４の中へ入るオイルはタンク４２Ｃへ排出されなければならない。これは管路４Ｃを介して起こる。更に、この場合、減圧／リリーフ弁４を制御してリフティングシリンダ１の中に所望の圧力レベルを提供するのは、（位置センサ９０およびオペレータの制御装置によって信号を受け取るコンピュータ９４によって制御される）比例弁６２Ａである。
【００２４】
コンピュータ化された制御システム９４の中に、好ましくは、ＰＣＴ／ＳＥ００／０２３６０に従った最適パワー出力関数が含まれる。
【００２５】
知られているように、温度変化が動作上の問題を起こすかも知れない。或る移動操作装置、たとえば掘削機が、或る場合には、ガス温度が約−２０℃へ降下する厳寒の中で作業し、同じ操作装置が、他の場合には、ガス温度が約＋７０℃へ達する酷熱の環境で作業することもあり得る。したがって、約１００℃の温度変化の問題が起こる。好ましい実施形態によれば、温度センサ９５が設けられる。このセンサは、アキュムレータ６の中の気相へ連結される。前記温度センサ９５およびコンピュータ９４によって、油圧ポンプ７１は、ガス温度へ適合化された負荷圧力をアキュムレータ６の中で与えるように、制御されることができる。コンピュータ９４は、センサ９５からの信号を記録および処理し、先ず気相温度に依存して最適負荷圧力を設定し、次に、もしシステムが周囲温度から独立して安全に動作することを保証する１２０バール（＋２０℃）へ較正が設定されるならば、自動的に油圧ポンプ７１がアキュムレータ６の中で所望の負荷圧力、即ち、−２０℃のガス温度で約１１２バール（１０２バール＋１０％）を与えるようにする。
【００２６】
本発明は、上記の説明に限定されず、添付の特許請求の範囲内で変更されてよい。たとえば、更なる位置センサがアーム・システムの中に含まれてよい。たとえば、その位置センサは、ブームに関してスティックの位置を感知し、アームの死荷重からのモーメントがモニタされ、油圧回路の中で減圧／リリーフ弁４によって自動浮動制御を実現するための精度が大きくなる。更に、本発明は、掘削機に限定されず、掘削機に存在する主なブーム／スティックに従えば２つの（可能性として、それより多くの）部品から構成されるアーム・システムを有する全ての種類の油圧機械との関連で使用されてよいことが分かる。更に、本発明は、前述した一体化減圧／リリーフ弁４に限定されず、説明した機能は、一体化されていない対応する弁部分によって得られてよいこと、また、この種の機能性は、同種の機能を達成するため相互に連結された他の型の弁体によって達成されてよいことを理解すべきである。更に、圧力源は、たとえば、アキュムレータ６の代わりに油圧ポンプ形式へ変更されてよいことが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による油圧回路の略図である。

Claims (7)

1. 圧力源（６）および工具を操作するように意図されたアームへ配列されたリフティングシリンダ（１）を含む油圧回路（Ｌ）を有し、該油圧回路（Ｌ）が部分回路（４５Ａ、４５Ｂ）を含み、該部分回路が、第１の弁体（４４）によって前記圧力源（６）と連通し、第２の弁体（４３）によって前記リフティングシリンダ（１）と連通するように連結されることができる油圧パワーアーム・システムであって、前記部分回路（４５Ａ、４５Ｂ）が、前記弁体（４３、４４）の間に配列された圧力軽減／緩和ユニット（４）を含み、該圧力軽減／緩和ユニット（４）が、アーム・システムへ取り付けられた工具の浮動制御を容易にするため圧力制御ユニット（６２Ａ）によって制御され、制御された接地圧が浮動運動の間に得られることを特徴とするシステム。
2. 前記圧力軽減／緩和ユニット（４）が減圧／リリーフ弁（４）を含み、該減圧／リリーフ弁が、好ましくは、一体化ユニットとして形成されることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 前記圧力制御ユニット（６２Ａ）が比例弁（６２Ａ）を含むことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
4. 前記比例弁（６２Ａ）が、オペレータによって操作される制御装置から直接または間接に信号を受け取り、地面に対する圧力レベルが一定の範囲内で選択されることを特徴とする、請求項３に記載のシステム。
5. 前記比例弁（６２Ａ）が制御ユニット（９４）によって制御され、該制御ユニットが前記制御装置からの信号のほかに位置センサ（９０）からの信号を受け取り、それによってアーム位置の自動補正が実現され、地面に対してほぼ一定の圧力レベルが浮動運動の間に得られることを特徴とする、請求項４に記載のシステム。
6. 前記圧力源（６）がアキュムレータ（６）を含むことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
7. 前記アキュムレータ（６）が、負荷を下げるエネルギーを再生およびリサイクルする回路の中にそれぞれ含まれ、油圧回路が、更に、２つのポート（１０、１１）を有する可変油圧機械（３）を含み、前記油圧機械は、前記ポートへの２つの流れ方向で最大限のシステム圧力を与えることができ、ポートの１つ（１１）は前記アキュムレータ（６）へ連結され、他のポート（１０）は前記リフティングシリンダ（１）へ連結されることを特徴とする、請求項６に記載のシステム。