JP2006283975A - 可変背圧制御を有する油圧システム - Google Patents

Abstract

【課題】可変背圧制御を有する油圧システムを提供する。
【解決手段】油圧システムは、タンクと、リンケージシステムと関連付けられた少なくとも１つの油圧アクチュエータとを有する。少なくとも１つの油圧アクチュエータは、第１の圧力チャンバと第２の圧力チャンバとを有する。油圧システムはまた、第１の圧力チャンバと関連付けられた独立計量弁を有する。独立計量弁は、第１の圧力チャンバとタンクとの間の流体連通が遮断される第１の位置と、第１の圧力チャンバからタンクへの流体排出が可能にされる第２の位置との間で移動可能な弁要素を有する。さらに、油圧システムは、第２の圧力チャンバの圧力を示すパラメータを感知するように構成された少なくとも１つのセンサと、独立計量弁とセンサとに連通する制御装置とを有する。制御装置は、圧力に応答して独立計量弁の弁要素を移動させるように構成される。
【選択図】図２

Description

本発明の開示は、一般に、油圧システム、より詳しくは、可変背圧制御を有する油圧システムに関する。

例えば、掘削機、ローダ、ブルドーザのような作業機械及び他の種類の重機は、様々な仕事を達成するためにリンケージシステムと関連して多数の油圧アクチュエータを使用する。油圧アクチュエータは、ピストン組立体によって分離されたヘッド端部圧力チャンバとロッド端部圧力チャンバとを有する管を含むことが可能である。管は、リンク機構組立体の１つの部分に連結可能であり、他方、ピストン組立体は異なる部分に連結可能である。ヘッド端部及びロッド端部圧力チャンバは、選択的に加圧流体で満たすか又は加圧流体を排出して、管に対してピストン組立体を移動させることが可能であり、これによって、リンケージシステムの移動に影響が及ぼされる。リンケージシステムの移動中、リンケージシステムに対して作用する重力により、ピストン組立体が、流体がロッド端部チャンバ又はヘッド端部チャンバを充填できるよりも速く、ロッド端部チャンバ又はヘッド端部チャンバの一方からの流体排出を強制するようにさせる可能性がある。この状態において、充填チャンバの膨張（空隙化）によって、空隙又は負圧が形成される可能性がある。空隙化は、作業機械の望ましくない及び／又は予想できない移動をもたらすことがあり、油圧アクチュエータを損傷する場合がある。

油圧アクチュエータ内の空隙化を最小にする１つの方法が、１９９９年２月９日にスミスに交付された（特許文献１）に記載されている。（特許文献１）は、作業器具ポンプ、タンク、及びロッド端部チャンバとヘッド端部チャンバとを有する油圧シリンダと組み合わせた電気油圧式バルブ装置を記載している。弁装置は、複数の電気油圧式移動制御の独立計量弁モジュールと、弁装置用の背圧を発生するために弁装置とタンクとの間の出口に配置された逆止弁とを含む。発生されるこの背圧は、ヘッド端部チャンバ又はロッド端部チャンバからの流体の排出速度を制限することが可能である。排出速度が、ヘッド端部チャンバ又はロッド端部チャンバの他方の充填速度以下に限定されるならば、空隙化を最小にすることが可能である。背圧のレベルは、ばねによって確立される。

（特許文献１）の電気油圧式バルブ装置は、空隙化を最小にし得るが、非効率に行われる可能性がある。特に、空隙化の可能性に関わらず、背圧制限が常に作用しているので、電気油圧式バルブ装置に加圧流体を供給するポンプは、連続的な背圧制限を克服するために、高い電力使用レベルで連続的に作動されなければならない。さらに背圧制限は一定であるので、油圧アクチュエータの速度制御が制限される可能性がある。背圧制限を低減するか又は増大して、関連のリンケージシステムの速度を上げる又は下げることを可能にすることが望ましい状態があり得る。

米国特許第５，８６８，０５９号明細書

開示する油圧システムは、上述の問題の１つ以上を克服することに関する。

一形態では、本発明の開示は、リンケージシステムを有する作業機械用の油圧システムに関する。油圧システムは、流体供給を保持するように構成されたタンクと、リンケージシステムの移動に影響を及ぼすためにリンケージシステムと関連付けられた少なくとも１つの油圧アクチュエータとを含む。少なくとも１つの油圧アクチュエータは、第１の圧力チャンバと第２の圧力チャンバとを有する。油圧システムはまた、第１の圧力チャンバと関連付けられた独立計量弁を有する。独立計量弁は、第１の圧力チャンバとタンクとの間の流体連通が遮断される第１の位置と、第１の圧力チャンバからタンクへの流体排出が可能にされる第２の位置との間で移動可能な弁要素を有する。さらに、油圧システムは、第２の圧力チャンバの圧力を示すパラメータを感知するように構成された少なくとも１つのセンサと、独立計量弁とセンサとに連通する制御装置とを有する。制御装置は、圧力に応答して独立計量弁の弁要素を移動させるように構成される。

他の形態では、本発明の開示は、リンケージシステムと関連付けられた油圧システムを作動する方法に関する。本方法は、第１の位置と第２の位置との間に独立計量弁要素を移動させて、油圧アクチュエータの第１のチャンバからの流体を選択的に遮断するか、あるいは油圧アクチュエータの第１のチャンバからタンクに流体を排出するステップを含む。本方法はまた、油圧アクチュエータの第２の圧力チャンバ内の圧力を示すパラメータを感知するステップを含む。さらに、本方法は、圧力に応答して第１の位置と第２の位置との間に独立計量弁要素を移動させるステップを含む。

図１は、模範的な作業機械１０を例示している。作業機械１０は、採鉱、建設、農業、輸送のような産業、又は公知の他の任意の産業と関連するある種類の作業を実行する固定又は移動機械であり得る。例えば、作業機械１０は、掘削機、ブルドーザ、ローダ、バックホー、モータグレーダのような土工機械、又は他の任意の土工機械であり得る。作業機械１０は、リンケージシステム１２、リンケージシステム１２に取付け可能な作業工具１４、１つ以上の油圧アクチュエータ３０ａ−ｃを相互連結するリンケージシステム１２、オペレータインタフェース１６、動力源１８、及び少なくとも１つの牽引装置２０を含んでもよい。

リンケージシステム１２は、作業機械１０及び／又は作業工具１４の移動を補助する任意の構造ユニットを含んでもよい。リンケージシステム１２は、例えば、固定ベースフレーム（図示せず）、ブーム１３、及びスティック１５を含んでもよい。ブーム１３はフレームに旋回可能に連結可能であり、他方、スティック１５はジョイント１７においてブーム１３に旋回可能に連結可能である。作業工具１４は、ジョイント１９においてスティック１５に旋回可能に連結可能である。リンケージシステム１２は、代わりに、図１に示すものとは異なる構造及び／又は数のリンク部材を含んでもよいことが考えられる。

多数の異なる作業工具１４は、スティック１５に取付け可能であり、またオペレータインタフェース１６を介して制御可能であり得る。作業工具１４は、例えば、バケット、フォーク装置、ブレード、シャベル、リッパ、ダンプ台、掃除具、除雪機、推進装置、切断装置、把持装置のような特定の仕事を実行するために使用される任意の装置、又は当該技術分野で公知の他の任意の仕事実行装置を含んでもよい。作業工具１４は、公知の任意の方法で、作業機械１０に対し旋回、回転、摺動、スイング、上昇、又は移動するように構成可能である。

オペレータインタフェース１６は、所望の作業工具の移動を示す作業機械オペレータからの入力を受け取るように構成可能である。具体的に、オペレータインタフェース１６は、例えば、オペレータステーションの一方の側面に配置された多軸制御装置のようなオペレータインタフェース装置２２を含んでもよい。オペレータインタフェース装置２２は、作業工具１４を位置付けるか及び／又は方向付けるように、また作業工具１４の所望の移動を示すインタフェース装置の位置信号を生成するように構成された比例型制御装置でもよい。オペレータインタフェース１６内に、例えば、ホイール、ノブ、プッシュプル装置、スイッチ、ペダル、及び当該技術分野で公知の他のオペレータインタフェース装置のような追加の及び／又は異なるオペレータインタフェース装置を含めてもよいことが考えられる。

動力源１８は、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、天然ガスエンジンのようなガス燃料動力エンジン、又は公知の他の任意のエンジンでもよい。代わりに、動力源１８は、燃料電池、電力貯蔵装置、電気又は油圧モータのような他の動力源、あるいは公知の他の動力源を具現し得ることが考えられる。

牽引装置２０は、作業機械１０のそれぞれの側面（１つのみの側面を図示）に配置された履帯を含んでもよい。代わりに、牽引装置２０は、車輪、ベルト、又は他の牽引装置を含んでもよい。牽引装置２０は、操舵可能でも、そうでなくてもよい。作業機械１０が固定機械を具現する場合、牽引装置２０を省略してもよいことが考えられる。

図２に示したように、作業機械１０は、共に協働して作業工具１４を移動させる複数の流体構成要素を有する油圧システム２４を含むことが可能である。具体的に、油圧システム２４は、流体供給を保持するタンク２６と、流体を加圧して、加圧流体を油圧アクチュエータ３０ａ−ｃに向けるように構成された供給源２８とを含んでもよい。図１は、３０ａ、３０ｂ、３０ｃとして示した３つのアクチュエータを示しているが、単純さのため、図２の概略油圧図は、１つのみの油圧アクチュエータを示している。油圧システム２４は、ヘッド端部供給弁３２、ヘッド端部排出弁３４、ロッド端部供給弁３６、ロッド端部排出弁３８、ヘッド端部圧力センサ４０、及びそれぞれの油圧アクチュエータ３０ａ−ｃに関連付けられたロッド端部圧力センサ４２を含む。さらに、油圧システム２４は、リンク機構センサ４６と、油圧システム２４の流体構成要素とオペレータインタフェース装置２２と連通した制御装置４８とを含んでもよい。油圧システム２４は、例えば、アキュムレータ、制限オリフィス、逆止弁、圧力逃し弁、メーキャップ弁、圧力等化通路、温度センサ、工具認識装置のような追加の及び／又は異なる構成要素、及び当該技術分野で公知の他の構成要素を含んでもよいことが考えられる。

タンク２６は、流体供給を保持するように構成されたリザーバを構成し得る。流体は、例えば、専用の油圧オイル、エンジン潤滑油、変速機潤滑油、又は当該技術分野で公知の他の流体を含むことが可能である。作業機械１０内の１つ以上の油圧システムは、タンク２６から流体を引き、またタンク２６に流体を戻すことが可能である。油圧システム２４を多数の別個の流体タンクに連結してもよいことも考えられる。

供給源２８は、加圧流体の流れを生成するように構成可能であり、例えば、可変容量形ポンプ、固定容量型ポンプのようなポンプ、又は当該技術分野で公知の他の任意の加圧流体源を含むことが可能である。供給源２８は、例えば、カウンタシャフト５０、ベルト（図示せず）、電気回路（図示せず）によって、又は他の適切な方法で、作業機械１０の動力源１８に駆動可能に連結可能である。代わりに、供給源２８は、トルクコンバータ（図示せず）、ギアボックス（図示せず）を介して、又は当該技術分野で公知の他の任意の方法で、動力源１８に間接的に連結可能である。油圧システム２４に加圧流体を供給するために、多数の加圧流体源を相互連結してもよいことが考えられる。

油圧アクチュエータ３０ａ−ｃは、作業工具１４とリンケージシステム１２とを相互連結する流体シリンダを含んでもよい。代わりに、例えば、油圧モータ又は当該技術分野で公知の他の任意の種類の油圧アクチュエータのような流体シリンダ以外の油圧アクチュエータを油圧システム２４内に実装してもよいことが考えられる。図２に示したように、油圧アクチュエータ３０ａ−ｃのそれぞれは、管５２及び管５２内に配置されたピストン組立体５４を含んでもよい。管５２及びピストン組立体５４の一方は、リンケージシステム１２及び／又は作業工具１４の部材の間に旋回可能に連結可能である。油圧アクチュエータ３０ａ−ｃのそれぞれは、ピストン６０によって分離された第１のチャンバ５６と第２のチャンバ５８とを含んでもよい。第１及び第２のチャンバ５６、５８は、供給源２８から加圧流体を選択的に供給し、また選択的に流体を排出して、管５２内でピストン組立体５４を変位させ、これによって、油圧アクチュエータ３０ａ−ｃの有効長さを変更することが可能である。油圧アクチュエータ３０ａ−ｃの拡張及び収縮は、作業工具１４及びリンケージシステム１２の移動を補助するように機能することが可能である。

ピストン組立体５４は、管５２と軸方向に位置合わせされ、その中に配置されたピストン６０と、作業機械１０のフレーム、ブーム１３、スティック１５、又は作業工具１４に連結可能なピストンロッド６２とを含むことが可能である（図１参照）。ピストン６０は、第１の液圧面６４と、第１の液圧面６４と反対側の第２の液圧面６６とを含むことが可能である。第１及び第２の液圧面６４、６６の流体圧力によって引き起こされる力のアンバランスは、管５２内のピストン組立体５４の移動をもたらす可能性がある。例えば、第２の液圧面６６に対する力よりも大きい第１の液圧面６４に対する力は、ピストン組立体５４を変位させて、油圧アクチュエータ３０ａ−ｃの有効長さを増す可能性がある。同様に、第２の液圧面６６に対する力が第１の液圧面６４に対する力よりも大きい場合、ピストン組立体５４は、管５２内で収縮して、油圧アクチュエータ３０ａ−ｃの有効長さを小さくする。第１及び第２のチャンバ５６と５８内への及びそれからの流体流量は、油圧アクチュエータ３０ａ−ｃの速度を決定することが可能であり、第１及び第２の液圧面６４と６６と接触する流体の圧力は、油圧アクチュエータ３０ａ−ｃの作動力を決定することが可能である。Ｏリングのような封止部材（図示せず）をピストン６０に連結して、管５２の内壁とピストン６０の外筒面との間の流体の流れを制限することが可能である。

ヘッド端部供給弁３２は、供給源２８と第１のチャンバ５６との間に配置して、制御装置４８からの命令速度に応答して第１のチャンバ５６への加圧流体の流れを調整するように構成し得る。具体的に、ヘッド端部供給弁３２は、ソレノイドで作動されるばね付勢の比例弁機構を含んでもよく、この比例弁機構は、第１のチャンバ５６内への流体の流れが可能にされる第１の位置と、第１のチャンバ５６からの流体の流れが遮断される第２の位置との間で移動するように構成される。ヘッド端部供給弁３２は、第１の位置と第２の位置との間の任意の位置に移動して、第１のチャンバ５６内への流量を変更し、これによって、油圧アクチュエータ３０ａ−ｃの速度に影響を及ぼすことが可能である。代わりに、ヘッド端部供給弁３２は、油圧式に作動し、機械式に作動し、空圧式に作動し、又は他の任意の適切な方法で作動してもよいことが考えられる。ヘッド端部供給弁３２は、第１のチャンバ５６内の圧力が、供給源２８からヘッド端部供給弁３２に向けられた圧力を超えたときに、第１のチャンバ５６からの流体が再生事象の間にヘッド端部供給弁３２を通して流れることを可能にするように構成し得ることがさらに考えられる。

ヘッド端部排出弁３４は、第１のチャンバ５６とタンク２６との間に配置して、制御装置４８からの命令速度に応答して第１のチャンバ５６からタンク２６への流体の流れを調整するように構成し得る。具体的に、ヘッド端部排出弁３４は、ソレノイドで作動されるばね付勢の比例弁機構を含んでもよく、この比例弁機構は、第１のチャンバ５６からの流体の流れが可能にされる第１の位置と、第１のチャンバ５６からの流体が遮断される第２の位置との間で移動するように構成される。ヘッド端部排出弁３４は、第１の位置と第２の位置との間の任意の位置に移動して、第１のチャンバ５６からの流量を変更し、これによって、油圧アクチュエータ３０ａ−ｃの速度に影響を及ぼすことが可能である。代わりに、ヘッド端部排出弁３４は、機械式に作動し、空圧式に作動し、油圧式に作動し、又は他の任意の適切な方法で作動してもよいことが考えられる。

ロッド端部供給弁３６は、供給源２８と第２のチャンバ５８との間に配置して、制御装置４８からの命令速度に応答して第２のチャンバ５８への加圧流体の流れを調整するように構成し得る。具体的に、ロッド端部供給弁３６は、ソレノイドで作動されるばね付勢の比例弁機構を含んでもよく、この比例弁機構は、第２のチャンバ５８内への流体の流れが可能にされる第１の位置と、第２のチャンバ５８からの流体が遮断される第２の位置との間で移動するように構成される。ロッド端部供給弁３６は、第１の位置と第２の位置との間の任意の位置に移動して、第２のチャンバ５８内への流量を変更し、これによって、油圧アクチュエータ３０ａ−ｃの速度に影響を及ぼすことが可能である。代わりに、ロッド端部供給弁３６は、油圧式に作動し、機械式に作動し、空圧式に作動し、又は他の任意の適切な方法で作動してもよいことが考えられる。ロッド端部供給弁３６は、第２のチャンバ５８内の圧力が、供給源２８からロッド端部供給弁３６に向けられた圧力を超えたときに、第２のチャンバ５８からの流体が再生事象の間にロッド端部供給弁３６を通して流れることを可能にするように構成し得ることがさらに考えられる。

ロッド端部排出弁３８は、第２のチャンバ５８とタンク２６との間に配置して、制御装置４８からの命令速度に応答して第２のチャンバ５８からタンク２６への流体の流れを調整するように構成し得る。具体的に、ロッド端部排出弁３８は、ソレノイドで作動されるばね付勢の比例弁機構を含んでもよく、この比例弁機構は、第２のチャンバ５８からの流体の流れが可能にされる第１の位置と、第２のチャンバ５８からの流体が遮断される第２の位置との間で移動するように構成される。ロッド端部排出弁３８は、第１の位置と第２の位置との間の任意の位置に移動して、第２のチャンバ５８からの流量を変更し、これによって、油圧アクチュエータ３０ａ−ｃの速度に影響を及ぼすことが可能である。代わりに、ロッド端部排出弁３８は、油圧式に作動し、機械式に作動し、空圧式に作動し、又は他の任意の適切な方法で作動してもよいことが考えられる。

ヘッド端部及びロッド端部供給弁及びヘッド端部及びロッド端部排出弁３２−３８は、流体的に相互連結可能である。特に、ヘッド端部及びロッド端部供給弁３２、３６は、供給源２８から延在する共通の供給通路６８に対し並列に連結可能である。ヘッド端部及びロッド端部排出弁３４、３８は、タンク２６に至る共通の排出通路７０に対し平行に連結可能である。ヘッド端部供給弁及び排出弁３２、３４は、制御装置４８からの命令速度に応答して選択的に第１のチャンバ５６に供給しまたチャンバ５６から排出するために、第１のチャンバ通路７２に対し並列に連結可能である。ロッド端部供給弁及び排出弁３６、３８は、制御装置４８からの命令速度に応答して選択的に第２のチャンバ５８に供給しまたチャンバ５８から排出するために、共通の第２のチャンバ通路７４に対し並列に連結可能である。本開示のために、関連の第１又は第２のチャンバの排出中の第１及び第２のチャンバ通路７２と７４内の流体の圧力は、ピストン６０が関連の排出弁内のオリフィス（図示せず）を通して流体を押圧することから得られる背圧として規定される。この背圧は、ピストン６０の移動に対抗することがある。

ヘッド端部及びロッド端部圧力センサ４０、４２は、第１及び第２のチャンバ５６、５８それぞれと流体連通して、第１及び第２のチャンバ５６、５８内の流体の圧力を感知するように構成可能である。さらに、ヘッド端部及びロッド端部圧力センサ４０、４２は、第１及び第２のチャンバ５６、５８内の圧力を示す油圧アクチュエータ負荷信号を発生するように構成可能である。

リンク機構センサ４６は、リンケージシステム１２に動作可能に連結して、リンケージシステム１２の動作パラメータを監視するように構成可能である。一例において、リンク機構センサ４６は、ブーム１３又はスティック１５の側面に取り付けられた重力位置センサを含んでもよい。この例では、リンク機構センサ４６は、それが取り付けられるリンク部材の位置及び／又は姿勢を決定するように構成可能である。代わりに、リンク機構センサ４６は、リンケージシステム１２のリンク部材の姿勢を決定するために、作業機械１０の旋回ジョイントに取り付けられた角度センサを具現し得ることも考えられる。リンク機構センサ４６は、個々のシリンダの伸長／収縮位置を決定するために、１つ以上の油圧アクチュエータ３０ａ−ｃに関連付けられた内部又は外部位置センサを具現し得ることがさらに考えられる。この伸長／収縮情報を利用して、関連のリンク部材の位置及び／又は姿勢を計算することが可能である。リンク機構センサ４６によって監視及び／又は決定された位置及び姿勢情報を使用して、例えば、速度、加速度、ジャーク、及び当該技術分野で公知の他のパラメータのようなリンケージシステム１２用の追加の動作パラメータを導くことが可能である。なおさらに、リンク機構センサ４６は、リンケージシステム１２の位置、姿勢、速度、及び他の同様の動作パラメータを監視又は決定するために使用できる当該技術分野で公知のような追加の又は異なる種類のセンサを具現し得ることが考えられる。

制御装置４８は、油圧システム２４の操作を制御するための手段を含む単一のマイクロプロセッサ又は多数のマイクロプロセッサを具現し得る。商業的に入手可能な多数のマイクロプロセッサは、制御装置４８の機能を実行するように構成できる。制御装置４８は、多数の作業機械の機能を制御できる一般的な作業機械のマイクロプロセッサに容易に具現化され得ることができることを認識すべきである。制御装置４８は、メモリ、二次記憶装置、プロセッサ、及びアプリケーションを実行するための他の任意の構成要素を含んでもよい。電源回路、信号調整回路、ソレノイド駆動回路、及び他の種類の回路のような様々な他の回路を制御装置４８に関連付けてもよい。

リンケージシステム１２の動作パラメータを油圧アクチュエータ３０ａ−ｃ用の圧力情報に関係付ける１つ以上のマップを制御装置４８のメモリに記憶することが可能である。これらのマップのそれぞれは、２次元又は３次元のテーブルの形態でもよい。制御装置４８は、ヘッド端部及びロッド端部供給弁及びヘッド端部及びロッド端部排出弁の作動中にこれらのテーブルを参照して、加圧流体で現在充填される第１及び第２のチャンバの一方について適切な最小及び／又は所望の圧力値を決定するように構成可能である。ヘッド端部及びロッド端部排出弁３４と３８に関する圧力情報にリンケージシステム１２の動作パラメータを直接関係付ける代わりに、マップは、最小又は所望の圧力値をもたらす弁要素位置に動作パラメータを関係付けてもよいことも考えられる。弁要素位置と最小又は所望の圧力値との間の関係は、作業機械１０の実験室及び／又はフィールド試験中に決定してもよく、また周期的に再較正して、更新してもよい。

制御装置４８は、オペレータインタフェース装置２２、ヘッド端部及びロッド端部圧力センサ４０、４２、及びリンク機構センサ４６から入力を受け取って、入力と関係マップとに応答して油圧アクチュエータ３０ａ−ｃを作動するように構成可能である。具体的に、制御装置４８は、通信ライン８０−８６それぞれを介して、油圧アクチュエータ３０ａ−ｃのヘッド端部及びロッド端部供給弁及びヘッド端部及びロッド端部排出弁３２−３８と、通信ライン８８を介してオペレータインタフェース装置２２と、通信ライン９０と９２を介してヘッド端部及びロッド端部圧力センサ４０、４２と、通信ライン９３を介してリンク機構センサ４６とそれぞれ連通可能である。制御装置４８は、オペレータインタフェース装置２２からインタフェース装置位置信号を、リンク機構センサ４６からリンクパラメータ信号を、ヘッド端部及びロッド端部圧力センサ４０、４２から圧力信号を受信して、制御装置４８のメモリに記憶された関係マップを参照し、制御装置４８が現在充填している第１及び第２のチャンバの一方について、適切な圧力値あるいは弁要素設定を決定することが可能である。次に、制御装置４８は、最小又は所望の圧力値をもたらす弁要素の移動を命令することが可能である。

開示した油圧システムは、作業機械の効率を高めつつ油圧アクチュエータ内の空隙化を最小にすることが望ましい場合、油圧アクチュエータを含む任意の作業機械に適用可能である。開示した油圧システムは、作業機械の現在の動作条件に適切なレベル及び時間に、油圧アクチュエータ内に背圧を提供することによって、空隙化を最小にすることが可能である。次に、油圧システム２４の操作について説明する。

図２に示したように、油圧シリンダ３０ａ−ｃは、オペレータ入力に応答して流体圧力によって移動可能であり得る。流体は供給源２８によって加圧して、ヘッド端部及びロッド端部供給弁３２と３６に選択的に向けることが可能である。管５２に対してピストン組立体５４を伸長するか又は収縮させるためのオペレータ入力に応答して、制御装置４８は、ヘッド端部及びロッド端部供給弁３２と３６の一方を流れ通過位置に移動させることによって、加圧流体を第１及び第２のチャンバ５６、５８の適切なチャンバに向けることが可能である。実質的に同時に、制御装置４８は、ヘッド端部及びロッド端部排出弁３４、３８の適切な弁を作動して、第１及び第２のチャンバ５６、５８の適切なチャンバからタンク２６に流体を排出し、これによって、ピストン組立体５４の移動を引き起こすピストン６０に対する力のアンバランスを創出することが可能である。例えば、油圧シリンダ３０ａ−ｃの伸長が要求される場合、ヘッド端部供給弁３２を開口位置に移動させて、供給源２８から第１のチャンバ５６に加圧流体を向けることが可能である。加圧流体を第１のチャンバ５６に向けるのと実質的に同時に、ロッド端部排出弁３８を開口位置に移動させて、第２のチャンバ５８からタンク２６への流体の排出を可能にし得る。油圧シリンダ３０ａ−ｃの収縮が要求される場合、ロッド端部供給弁３６を開口位置に移動させて、供給源２８から第２のチャンバ５８に加圧流体を向けることが可能である。加圧流体を第２のチャンバ５８に向けるのと実質的に同時に、ヘッド端部排出弁３４を開口位置に移動させて、第１のチャンバ５６からタンク２６への流体の排出を可能にし得る。

リンケージシステム１２の移動中、リンケージシステム１２の１つ以上の部材に対し作用する重力により、加圧流体をチャンバに導入できるよりも速く第１及び第２のチャンバ５６、５８の一方の拡張を引き起こす方向にピストン６０を移動させる可能性がある。例えば、スティック１５の下向き及び／又は内側方向の移動中、作業工具１４内の重荷重は、流体が第１のチャンバ５６を充填できるよりも速く、流体が油圧アクチュエータ３０ｂの第２のチャンバ５８から押圧されるようにスティック１５を駆動するかもしれない。介入なしに、第１のチャンバ５６内の圧力は、リンケージシステムの移動を予想できないか又は望ましくないかもしれない点に下がる場合がある（空隙化）。この空隙化状態を防止するために、第２のチャンバ通路７４の背圧を高めて、ピストン組立体５４の移動に対抗することが必要であり得る。

閉方向に向かって排出弁の弁要素を移動させることによって、背圧を高めることが可能である。上述の例では、ロッド端部排出弁３８の弁要素を移動させて、第２のチャンバ５８からの流れ制限を大きくすることによって、第２のチャンバ通路７４内の背圧を高めることが可能である。この流れ制限の増大により、背圧の増大がもたらされる。

制御装置４８は、様々な入力に応答して排出弁の背圧を高めるように構成可能である。上の例では、制御装置４８は、充填している第１のチャンバ５６内の低圧レベルを示し、空隙化がすでに生じているか、あるいは生じようとしている可能性があることを意味するヘッド端部圧力センサ４０からの信号を受信することが可能である。次に、制御装置４８は、リンク機構センサ４６を介してリンケージシステム１２の動作条件（位置、姿勢、速度、荷重等）を決定して、当該の動作条件に対応する制御装置のメモリに記憶された関係マップから、所望の圧力値又は最小圧力値を決定することが可能である。次に、制御装置４８は、ヘッド端部圧力センサ４０からの圧力信号を所望の又は最小の圧力値と比較して、ロッド端部排出弁３８の弁要素を移動させ、当該の弁を通した流れ制限を大きくすることが可能である。代わりに、制御装置４８は、リンケージシステム１２の動作条件のみを制御装置４８のメモリに記憶された関係マップと参照して、所望の又は最小の背圧値をもたらす排出弁の弁要素の適切な位置を決定してもよい。

上述の例は、第１のチャンバ５６内の低圧状態を参照しているが、制御装置４８は、第２のチャンバ５８内の低圧状態と同じように応答するであろう。同様に、制御装置４８は、適切な弁要素を移動させて流れ制限を小さくすることによって、第１又は第２のチャンバ５６と５８のいずれかの高圧状態に反応し、これによって、関連のチャンバ内の圧力を下げることが可能である。

制御装置４８は、選択的に背圧を高めてピストン移動に対抗するので、油圧システム２４が効率的である。具体的に、空隙化の可能性が存在する場合、制御装置４８は、流れ制限のみを大きくするに過ぎないので、それらの状態の間、より高いエネルギ消費速度で作動するよりもむしろ、供給源２８の出力が増大されるに過ぎない。さらに、制限量は空隙化の可能性に比例するので、供給源２８は、最大制限における常時作動と比較して、より低い平均エネルギ消費速度で作動可能である。

さらに、制御装置４８は、リンケージシステム１２の動作条件に応答して背圧を制御できるので、リンケージシステム１２の速度制御を改良することが可能である。具体的に、空隙化の可能性が最小である場合、第１又は第２のチャンバ５６、５８のいずれからの流れ制限を低減して、関連のリンク部材の速度を増すことが可能である。対照的にリンケージシステム１２のリンク部材の位置付けに対しより正確な制御が望まれる場合、制御装置４８により、流れ制限を大きくすることが可能である。流れ制限のこれらの増加又は減少は、リンケージシステム１２のリンク部材の角度姿勢及び／又は位置と関係し得る。例えば、十分な地面との間隔が利用可能である場合に、作業工具１４が上方角度又は位置に伸長される場合、サイクル時間の向上のため、速度の増大が望ましいかもしれない。作業工具１４が、積み込み又は積み降ろしのために、より低い角度又は位置にあるとき、作業工具１４の配置の精度向上のために、より遅い速度が望ましいかもしれない。

開示した油圧システムに対し様々な修正と変更をなし得ることが、当業者には明白であろう。開示した油圧システムの説明と実施を考慮することにより、他の実施形態が当業者には明白であろう。説明及び例は、模範的なものに過ぎないと考えられ、真の範囲は、次の特許請求の範囲及びそれらの等価物によって示されることが意図される。

模範的な開示された作業機械の概略側面図である。 図１の作業機械用の模範的な開示された油圧システムの概略図である。

符号の説明

１０ 作業機械
１２ リンケージシステム
１３ ブーム
１４ 作業工具
１５ スティック
１６ オペレータインタフェース
１７ ジョイント
１８ 動力源
１９ ジョイント
２０ 牽引装置
２２ オペレータインタフェース装置
２４ 油圧システム
２６ タンク
２８ 供給源
３０ａ 油圧アクチュエータ
３０ｂ 油圧アクチュエータ
３０ｃ 油圧アクチュエータ
３２ ヘッド端部供給弁
３４ ヘッド端部排出弁
３６ ロッド端部供給弁
３８ ロッド端部排出弁
４０ ヘッド端部圧力センサ
４２ ロッド端部圧力センサ
４６ リンケージセンサ
４８ 制御装置
５０ カウンタシャフト
５２ 管
５４ ピストン組立体
５６ 第１のチャンバ
５８ 第２のチャンバ
６０ ピストン
６２ ピストンロッド
６４ 第１の液圧面
６６ 第２の液圧面
６８ 共通の供給通路
７０ 共通の排出通路
７２ 第１のチャンバ通路
７４ 第２のチャンバ通路
８０ 通信ライン
８２ 通信ライン
８４ 通信ライン
８６ 通信ライン
８８ 通信ライン
９０ 通信ライン
９２ 通信ライン
９３ 通信ライン

Claims (5)

1. リンケージシステムを有する作業機械用の油圧システムであって、
   流体供給を保持するように構成されたタンクと、
   リンケージシステムの移動に影響を及ぼすためにリンケージシステムと関連付けられた少なくとも１つの油圧アクチュエータであって、第１の圧力チャンバと第２の圧力チャンバとを有する少なくとも１つの油圧アクチュエータと、
   第１の圧力チャンバと関連付けられ、かつ、第１の圧力チャンバとタンクとの間の流体連通が遮断される第１の位置と、第１の圧力チャンバからタンクへの流体排出が可能にされる第２の位置との間で移動可能な弁要素を有する独立計量弁と、
   第２の圧力チャンバの圧力を示すパラメータを感知するように構成された少なくとも１つのセンサと、
   独立計量弁とセンサとに連通する制御装置であって、圧力に応答して独立計量弁の弁要素を移動させるように構成された制御装置と
   を備える油圧システム。
2. リンケージシステムを有する作業機械用の油圧システムであって、
   流体供給を保持するように構成されたタンクと、
   リンケージシステムの移動に影響を及ぼすためにリンケージシステムと関連付けられた少なくとも１つの油圧アクチュエータであって、少なくとも１つの圧力チャンバを有する少なくとも１つの油圧アクチュエータと、
   少なくとも１つの圧力チャンバと関連付けられ、かつ、少なくとも１つの圧力チャンバとタンクとの間の流体連通が遮断される第１の位置と、少なくとも１つの圧力チャンバからタンクへの流体排出が可能にされる第２の位置との間で移動可能な弁要素を有する独立計量弁と、
   リンケージシステムの少なくとも１つの動作パラメータを感知して、少なくとも１つの動作パラメータを示す信号を発生するように構成されたセンサと、
   独立計量弁とセンサとに連通する制御装置であって、信号に応答して独立計量弁の弁要素を移動させるように構成された制御装置と
   を備える油圧システム。
3. リンケージシステムと関連付けられた油圧システムを作動する方法であって、
   第１の位置と第２の位置との間に弁要素を移動させて、油圧アクチュエータの第１のチャンバからの流体を選択的に遮断するか、あるいは油圧アクチュエータの第１のチャンバからタンクに流体を排出するステップと、
   油圧アクチュエータの第２の圧力チャンバ内の圧力を示すパラメータを感知するステップと、
   圧力に応答して第１の位置と第２の位置との間に弁要素を移動させるステップと
   を含む方法。
4. リンケージシステムと関連付けられた油圧システムを作動する方法であって、
   第１の位置と第２の位置との間に弁要素を移動させて、油圧アクチュエータの少なくとも１つのチャンバからの流体を選択的に遮断するか、あるいは油圧アクチュエータの少なくとも１つのチャンバからタンクに流体を排出するステップと、
   リンケージシステムの少なくとも１つの動作パラメータを感知するステップと、
   少なくとも１つの動作パラメータを示す信号を発生するステップと、
   信号に応答して第１の位置と第２の位置との間に弁要素を移動させるステップと
   を含む方法。
5. 作業機械であって、
   作業工具と、
   作業工具に動作可能に連結されるリンケージシステムと、
   リンケージシステムの移動に影響を及ぼすように構成された油圧システムであって、
   流体供給を保持するように構成されたタンクと、
   リンケージシステムの移動に影響を及ぼすためにリンケージシステムと関連付けられた少なくとも１つの油圧アクチュエータであって、第１の圧力チャンバと第２の圧力チャンバとを有する少なくとも１つの油圧アクチュエータと、
   第１の圧力チャンバと関連付けられ、かつ、第１の圧力チャンバとタンクとの間の流体連通が遮断される第１の位置と、第１の圧力チャンバからタンクへの流体排出が可能にされる第２の位置との間で移動可能な弁要素を有する独立計量弁と、
   第２の圧力チャンバの圧力を示すパラメータを感知するように構成された少なくとも１つのセンサと、
   独立計量弁とセンサとに連通する制御装置であって、圧力に応答して独立計量弁の弁要素を移動させるように構成された制御装置と
   を備える油圧システムと
   を備える作業機械。

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