JP2005513363A

JP2005513363A - 効率を向上した油圧システム

Info

Publication number: JP2005513363A
Application number: JP2003553134A
Authority: JP
Inventors: ジー．バーリンガーウィリーボールド; ジェイ．ラーブフランシス
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2002-11-13
Publication date: 2005-05-12
Also published as: US20030110766A1; DE10297541T5; WO2003052277A1

Abstract

特に作業機械（１２）で使用するための油圧システム（１０、５０、６０）には、油圧源が設けられる。油圧変圧器（１８）は入口（３４、４０、７４）と出口（３６、４２、７６）とを有し、入口（３４、４０、７４）は油圧源と連結される。バイパス弁（２２）は、少なくとも１つの油圧モータ（２０、５２、６４）と関連付けられた動作特性に応じて少なくとも１つの油圧モータ（２０、５２、６４）と、油圧源または油圧変圧器出口とを選択的に動作的に連結する。それぞれの油圧モータ（２０、５２、６４）は、増幅されるかあるいは増幅されない状態で作動液を入口（３４、４０、７４）に供給することによって、高効率で動作される。

Description

本発明は、油圧システム、より詳しくは、油圧変圧器と油圧モータとを利用する油圧システムに関する。

油圧システムは、典型的に、圧力源からの高圧作動液を受容し、油圧入力エネルギーを機械的な出力エネルギーに変換する。油圧システムの入口で受容される油圧を増幅する油圧変圧器を油圧システムに設けることが公知である。油圧変圧器は、油圧モータ、油圧伝動装置、油圧シリンダ等のような下流側負荷に、より高圧の作動液を供給することが可能である。油圧変圧器は、作動液の高圧源と下流側負荷との間で連続的に流体連結される入口と出口とを含む。したがって、増幅された圧力は、負荷と関連付けられた動作状態に関係なく下流側負荷に常にもたらされる。このような油圧変圧器の例は（特許文献１）に開示されている（アハテン（Ａｃｈｔｅｎ）ら）。

国際公開第９３／１０３４４号パンフレット

本発明は、上述のような１つ以上の問題を克服することに関する。

本発明の１つの形態では、油圧システムに油圧源が設けられる。油圧変圧器は入口と出口とを有し、入口は油圧源と連結される。バイパス弁は、少なくとも１つの油圧モータと関連付けられた動作特性に応じて少なくとも１つの油圧モータと、油圧源または油圧変圧器出口とを選択的に動作的に連結する。

本発明の他の形態では、油圧システムに油圧源が設けられる。油圧変圧器は入口と出口とを有し、入口は油圧源と連結される。複数の油圧モータのそれぞれは油圧変圧器出口および／または油圧源と並列に流体連結される。油圧モータの少なくとも２つは、異なる動作範囲で構成される。

次に、図面、より詳しくは図１を参照するに、本発明の油圧システム１０の実施形態が示されている。図示した実施形態では、油圧システム１０は、トラクタ、バックホー、自動車等のような作業機械１２の部分である。作業機械１２は、油圧システム１０を支承するフレーム１４を含む。

油圧システム１０は、一般に、高圧アキュムレータ１６の形態の油圧源と、油圧変圧器１８と、油圧モータ２０と、バイパス弁２２と、油圧負荷２４と、低圧アキュムレータ２６とを含む。高圧アキュムレータ１６に高圧作動液が供給され、この高圧作動液を用いて油圧モータ２０を直接的または間接的に駆動する。

油圧変圧器１８、油圧モータ２０およびバイパス弁２２の各々は、共通のハウジング２８内に位置決めされる。ハウジング２８は、線３０で示したようにフレーム１４によって支承される。

バイパス弁２２を油圧式または電気式に作動し、用途に応じて、油圧変圧器１８の周りの高圧作動液をライン３２を介して分路し得る。バイパス弁２２は、図示した実施形態にでは、高圧アキュムレータ１６から流れる作動液の圧力が油圧モータ２０を所定の動作範囲で駆動する程度に十分な場合、作動液が油圧変圧器１８の周りのみで分路されように通常開放弁として構成される。

油圧変圧器１８は入口３４と出口３６と低圧入口３８とを含む。入口３４は高圧アキュムレータ１６と直接流体連結され、出口３６は油圧モータ２０と直接流体連結され、かつ低圧出口３８は低圧アキュムレータ２６と流体連結される。油圧変圧器１８は、入口３４に受容される高圧作動液が出口３６と選択的に連結されて、出口３６を通して流れる圧力増幅量を制御するように調整可能である。例えば、油圧変圧器１８は、公知の方法で、入口３４の圧力に対して出口３６から流れる作動液の圧力増幅を制御するために、油圧変圧器内にポートプレートまたはポートバレル（図示せず）を含むことが可能である。

油圧モータ２０は、バイパス弁２２および油圧変圧器１８の各々に流体連結された入口４０と、低圧アキュムレータ２６と流体連結される出口４２とを含む。油圧モータ２０は、ライン４６で概略的に示したように、油圧負荷２４と連結される出力シャフト４４を含む。油圧モータ２０は、動作状態に応じて所望の回転速度および／またはトルクを出力シャフト４４にもたらすように選択的に調整可能である。

油圧負荷２４はホイール、ギヤボックス等のような任意の選択型式であり得る。

次に図２を参照するに、自動車等のような作業機械のフレーム１４によって同様に支承し得る本発明の油圧システム５０の他の実施形態が示されている。油圧システム５０は、図１に示した油圧システム１０の実施形態と同様に、高圧アキュムレータ１６と、油圧変圧器１８と、油圧モータ２０と、バイパス弁２２と、油圧負荷２４と、低圧アキュムレータ２６と、ハウジング２８とを含む。油圧システム５０は、高圧アキュムレータ１６に対して油圧モータ２０と並列に連結される第２の油圧モータ５２が設けられるという点で油圧システム１０とは異なる。油圧モータ５２は、負荷５６と連結される出力シャフト５４を含む。図２に示した実施形態では、油圧負荷２４および油圧負荷５６は別個の負荷として示されている。しかし、油圧負荷２４および油圧負荷５６は、実際に、油圧モータ２０および／または油圧モータ５２によって選択的に駆動される共通の油圧負荷であり得ることが理解されるであろう。

電気式または機械式に操作されるスイッチ５８は油圧モータ２０および油圧モータ５２の各々と並列に連結される。スイッチ５８は、高圧アキュムレータ１６と油圧モータ２０および／または油圧モータ５２とを流体連結するように選択的に作動可能である。

次に図３を参照するに、本発明の油圧システム６０のさらに他の実施形態が示されている。油圧システム６０は、図１に示した油圧システム１０の実施形態と同様に、油圧変圧器６２と、油圧モータ６４と、油圧負荷６６と、低圧アキュムレータ６８とを含む。しかし、油圧システム６０は、図１と図２の油圧システム１０と５０の実施形態に示したようなバイパス弁２２を含まない。むしろ、油圧システム６０は、油圧変圧器６２の入口７４と出口７６とにそれぞれ連結される独立して動作可能な１対の弁７０と７２を含む。開口弁７２および閉鎖弁７０は油圧変圧器６２を完全に迂回する。さらに、油圧変圧器６２に内部バイパスポート７８が設けられ、このバイパスポートは、油圧変圧器６２内のポートプレートまたはポートバレル（図示せず）の位置に応じて、増幅することなく入口７４から出口７６に可変量の作動液を直接迂回させる。したがって、いくつかの動作状態下では、開口弁７２と閉鎖弁７０とによって油圧モータ６４と高圧アキュムレータ１６とを直接連結し得る。他の動作状態下では、油圧変圧器６２を用いて高圧アキュムレータ１６からの作動液の圧力を増幅し得るように弁７２を閉じることが可能であり、また弁７０を開くことが可能である。入口７４から、油圧変圧器６２を通してバイパス弁を画定するバイパスポート７８を通して、出口７６に可変量の作動液を迂回させることによって、圧力増幅量を変更し得る。

再び図１を参照するに、油圧システム１０の動作方法についてより詳細に説明する。バイパス弁２２は、油圧モータ２０と関連付けられた動作特性に応じて、油圧モータ２０と、高圧アキュムレータ１６または油圧変圧器出口３６とを選択的に連結する。より詳しくは、バイパス弁２２は、油圧モータ２０の出力シャフト４４と関連付けられた出力速度および／または出力トルクに応じて、油圧モータ２０と高圧アキュムレータ１６および／または油圧変圧器１８とを動作的に連結する。高圧アキュムレータ１６と直接連結されると、油圧モータ２０は、入口４０に受容される圧力に対応する動作範囲内で動作する。逆に、油圧変圧器１８の出口３６と直接連結されると、油圧モータ２０は、入口４０に受容される増幅圧力に対応する動作範囲内で動作する。

油圧システム１０により、入口４０に受容された圧力が高圧アキュムレータ１６から直接増幅されない圧力、あるいは油圧変圧器１８から増幅される圧力であるかどうかに応じて、油圧モータ２０は２つの異なる動作範囲内で動作することが可能である。したがって、増幅されないかまたは増幅される作動液をより小型のモータ２０の入口に供給することにより、より広範囲の動作状態にわたってモータ２０を利用することが可能である。

次に図２を参照するに、油圧システム５０の動作方法についてより詳細に説明する。ハウジング２８内の構成部材は、図１に示した構成部材と同一であり、したがって、さらに詳細に説明しない。高圧アキュムレータ１６から油圧モータ２０および／または油圧モータ５２に作動液を供給するために、スイッチ５８が作動される。油圧モータ５２は、油圧モータ２０と比較した場合より小型のモータである。高速の、より低いトルク状態下では、より小型の油圧モータ５２は、より高効率で動作し、したがって高圧アキュムレータ１６と直接連結される。動作状態が変化するにつれ、速度要求が低くなることがあり、またトルク要求が高くなる可能性がある。油圧モータ５２が効率的な範囲内でもはや動作していない場合、スイッチ５８が作動され、高圧アキュムレータ１６から油圧モータ２０に作動液を供給する。いくつかの動作状態下では、バイパス弁２２が作動され、油圧モータ２０と高圧アキュムレータ１６とを直接流体連結する。油圧モータ２０は、速度がより低い場合により高効率で動作し、油圧モータ５２に対するトルク要求が高くなる。速度要求がさらに低くなり、トルクが高くなるならば、弁２２が作動されて油圧モータ２０と油圧変圧器１８とを動作的に連結する。

図２に示した油圧システム５０の実施形態では、油圧モータ２０と５２は、より高効率で動作するように選択的に利用される。油圧モータ５２は、高速の低いトルク要求の下で動作する場合に利用される。油圧モータ２０は、その効率を最大にするための速度およびトルク要求に応じて、増幅されないかあるいは増幅される入口圧力で動作される。

図３に示した油圧システム６０の一般的な動作原理は、図１に示した油圧システム１０の動作原理と同様であり、主な差は、油圧モータ６４の入口に供給される圧力を制御するための油圧変圧器６２内の内部バイパスポート７８の利用である。

本発明の他の形態、目的および利点は、図面、明細書および添付した請求の範囲の検討によって得られる。

作業機械内に組み込まれた本発明の油圧システムの実施形態の概略図である。本発明の油圧システムの他の実施形態の概略図である。本発明の油圧システムのさらに他の実施形態の概略図である。

Claims

油圧システム（１０、５０、６０）であって、
油圧源（１６）と、
前記油圧源と連結された入口（３４、７４）と、出口（３６、７６）とを有する油圧変圧器（１８、６２）と、
少なくとも１つの油圧モータ（２０、５２、６４）と、
少なくとも１つの前記油圧モータ（２０、５２、６４）と関連付けられた動作特性に応じて少なくとも１つの前記モータ（２０、５２、６４）と、前記油圧源または前記油圧変圧器出口とを選択的に動作的に連結するバイパス弁（２２、７８）と
を備える油圧システム（１０、５０、６０）。
少なくとも１つの前記油圧モータ（２０、５２、６４）と連結された油圧負荷（２４、５６、６６）を含み、前記バイパス弁（２２）が、前記油圧負荷（２４、５６、６６）と関連付けられた動作特性に応じて少なくとも１つの前記モータ（２０、５２、６４）と、前記油圧源または前記油圧変圧器出口とを選択的に流体連結する、請求項１に記載の油圧システム（１０、５０、６０）。
少なくとも１つの前記モータ（２０、５２、６４）が出力シャフト（４４）を含み、前記動作特性が、前記出力シャフトと関連付けられた出力速度および出力トルクのうちの１つである、請求項１に記載の油圧システム（１０、５０、６０）。
前記バイパス弁（２２）が前記油圧変圧器入口と前記油圧変圧器出口とを流体連結する、請求項１に記載の油圧システム（１０、５０、６０）。
前記バイパス弁（２２）が通常開放弁である、請求項１に記載の油圧システム（１０、５０、６０）。
前記バイパス弁（２２）が、前記油圧変圧器（１８）とは別個のバイパス弁およびそれと一体化したバイパス弁のうちの１つである、請求項５に記載の油圧システム（１０、５０、６０）。
前記油圧変圧器（１８）がバイパスポート（７８）を含み、前記バイパス弁（２２）が前記バイパスポート（７８）を含む、請求項６に記載の油圧システム（１０、５０、６０）。
作業機械（１２）において、
フレーム（１４）と、
油圧システム（１０、５０、６０）であって、
油圧源（１６）と、
前記油圧源（１６）と連結された入口（３４、７４）と、出口（３６、７６）とを有する油圧変圧器（１８、６２）と、
少なくとも１つの油圧モータ（２０、５２、６４）と、
少なくとも１つの前記油圧モータ（２０、５２、６４）と関連付けられた動作特性に応じて少なくとも１つの前記モータ（２０、５２、６４）と、前記油圧源または前記油圧変圧器出口とを選択的に動作的に連結するバイパス弁（２２、７８）と
を含む油圧システム（１０、５０、６０）と
を備える作業機械（１２）。
油圧システム（５０）において、
油圧源（１６）と、
前記油圧源（１６）と連結された入口（３４）と、出口（３６）とを有する油圧変圧器（１８）と、
複数の油圧モータ（２０、５２）であって、それぞれの該油圧モータ（２０、５２）が前記油圧変圧器出口（３６）および前記油圧源（１６）の少なくとも一方と並列に流体連結され、前記油圧モータ（２０、５２）の少なくとも２つが、異なる動作範囲で構成される複数の油圧モータ（２０、５２）と
を備える油圧システム（５０）。
少なくとも１つの前記油圧モータ（２０、５２）と関連付けられた動作特性に応じて少なくとも１つの前記モータ（２０、５２）と、前記油圧源または前記油圧変圧器出口とを選択的に流体連結するバイパス弁（２２）を含む、請求項９に記載の油圧システム（５０）。
前記複数のモータ（５２）の一方が前記油圧源と直接連結され、かつ前記複数のモータ（２０）の他方が、対応する前記油圧変圧器（１８）と直接連結される、請求項９に記載の油圧システム（５０）。
前記一方のモータ（５２）が、前記他方のモータ（２０）と比較した場合に、より高速およびより低いトルクで動作したときに一層高効率の動作範囲で構成される、請求項１１に記載の油圧システム（５０）。
作業機械（１２）において、
フレーム（１４）と、
油圧システム（１０、５０、６０）であって、
油圧源（１６）と、
前記油圧源（１６）と連結された入口（３４、７４）と、出口（３６、７６）とを有する油圧変圧器（１８、７８）と、
複数の油圧モータ（２０、５２、６４）であって、それぞれの該油圧モータ（２０、５２、６４）が前記油圧変圧器出口および前記油圧源（１６）の少なくとも一方と並列に流体連結され、前記油圧モータ（２０、５２、６４）の少なくとも２つが、異なる動作範囲で構成される複数の油圧モータ（２０、５２、６４）と
を含む油圧システム（１０、５０、６０）と
を備える作業機械（１２）。