JP2007046754A

JP2007046754A - トラクタの油圧装置

Info

Publication number: JP2007046754A
Application number: JP2005234140A
Authority: JP
Inventors: Minoru Tanabe; 稔田辺; Keiichi Hayashi; 恵一林
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2005-08-12
Publication date: 2007-02-22

Abstract

【課題】従来廃棄されていた油圧エネルギーを回収しうる油圧装置を提供する。
【解決手段】
油圧ポンプから吐出されるオイルの油路を方向制御弁によって制御しつつシリンダに移送し、これによってシリンダに連結されるアタッチメントの動作を操作するトラクタの油圧装置において、前記方向制御弁のＴポート側油路、またはシリンダから吐出されたオイルがミッションに戻される油路にモーターと発電機とを配置したことを特徴とする、トラクタの油圧装置である。作業機の下降時の位置エネルギーを電気的に回収できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、トラクタの油圧装置および該油圧装置を有するバックホーなどに関する。

油圧装置は、作動油を油圧ポンプで圧縮して得られる圧力エネルギーを利用して得られるもので、作動油のエネルギー発生源である油圧ポンプから吐出された高圧の作動油は制御弁で圧力、流量、方向が制御されてシリンダに送られ、ここで油圧のエネルギーが機械的エネルギーに変換され、負荷を動かしてシリンダに付属するアタッチメントを稼動させる。その後、シリンダに送られたオイルは、制御部を通って低圧油となり油圧タンクに戻される。

従来より、トラクタに装着するシリンダの作動を油圧駆動する機構は公知であり、例えば図５に示す油圧装置１００のように、エンジン（図示せず）を始動させると油圧ポンプ３０が回転し、ミッションケース３２内のオイルを吸入し、過量分はリリーフバルブ７０によってミッション側に戻して油圧を一定に維持しつつ、吸入したオイルをコントロールバルブ４０に送り、ここでオイルの流れる方向を切り替え、例えば油圧シリンダ６０へ送ったりミッション３２に戻して作業機Ｂの作動を制御している。作業機Ｂの昇降を制御するために、オイルの逆流を防止するロードチェック弁４２や、作業機Ｂの下降速度を調整するためのスローリターン弁５０、ストップ弁５２などが配設されている。

このような油圧装置１００において作業機Ｂを上昇させるには、図６に示すようにコントロールバルブ４０を切り替え、ロードチェック弁４２、メカニカルチェック弁４４を開にし、スローリターン弁５０、ストップ弁５２を閉にしてオイルをシリンダ６０に送ればよい。また、作業機Ｂの動作を維持するには、図７に示すように、コントロールバルブ４０を切り替えて油圧ポンプからのオイルをミッション３２へ戻してシリンダ６０への送液を停止すると共に、シリンダ内のオイルがミッションケース３２に戻らないように、ロードチェック弁４２、メカニカルチェック弁４４、スローリターン弁５０、ストップ弁５２を閉にしてオイルのミッションケース３２への戻りを停止させればよい。また、作業機Ｂを下降させるには、図８に示すように、メカチェック弁４４を開放してシリンダ６０内のオイルをミッションケース３２に戻せばよく、この際スローリターンバルブ５０を作用させることで下降速度を制御することができる。

同様に、トラクタのロータリの昇降とバケットなどの作動およびパワーステアリング用油圧シリンダの作動を行う油圧回路も開示されている（特許文献１）。該公報では、コントロールバルブ内の回路上流側に分流バルブを接続し、この分流バルブから手動切替バルブを介して、その下流にある例えばロータリの昇降用油圧シリンダに接続される構成が開示されている。また、分流バルブの手前側の油路から分岐した油路にリリーフバルブが設けられ、その後流側で、手動切替バルブからの復路と接続させ、油圧ポンプからの油圧が上がり過ぎる場合にリリーフバルブを経由して、オイルタンクに圧油が戻される。分流バルブからパワーステアリング用油圧シリンダへ一定油圧の圧油を供給するために制御流用油路には絞り弁が設けられ、該絞り弁を介して制御された一定圧の圧油が優先的に全油圧式操舵装置に送られ、パワーステアリング用油圧シリンダが作動される。

更に、第１のポンプの吐出油路の上流側に旋回用切換弁、下流側にアーム用切換弁をタンデム接続し、第２のポンプの吐出油路にブーム用切換弁とバケット用切換弁とを接続した後に逆止弁を介して前記旋回用切換弁とアーム用切換弁との間で第１のポンプの吐出油路に接続し、前記逆止弁の上流位置でタンクに接続するか、遮断するかを切換えるブリード切換弁と前記旋回用切換弁とを連動して作動させるバックホーなどの掘削旋回作業車の油圧回路が開示されている（特許文献２）。
特開２００５−６７３２７号公報特開２００３−４００４号公報

しかしながら、油圧ポンプと油圧シリンダとの間にリリーフ弁や逆流防止弁、絞り弁などの制御弁が設けられた場合、余剰の油圧がミッションケースに戻され油路の流量が制御される。これは余剰の油圧のエネルギーが無駄に廃棄されることを意味する。作業機の下げ時にメカチェックバルブを開放してシリンダ内のオイルをミッションケースに戻す場合も同様であり、特にバックホーなどでは昇降作業数が多いため、アタッチメントの下げ時の位置エネルギーが多量に廃棄される。

本発明はこのような現状に鑑みて、このようなミッションケースに戻される油圧のエネルギーを回収し、有効に使用しうる油圧装置を提供することを目的とする。

本発明は、アタッチメントが昇降される際のオイルの油路や流量制御について詳細に検討した結果、例えば、アタッチメントの下げ時に油圧式電磁切換弁などの方向制御弁のＴポート側のオイルの油路、またはシリンダから吐出されたオイルのミッションに戻される油路にモーターと発電機とを配置すれば、オイルに蓄えられた作業機の下げ時に発生する位置エネルギーを回収し、これを電気エネルギーに変換でき、これを蓄電すれば有効に利用できることを見出し、本発明を完成させた。

本発明の油圧装置によれば、作業機などのアタッチメントの下げ時に発生する位置エネルギーを有効に利用することができる。特に、該油圧装置がバックホーを有するトラクタに配設されると、バックホーの昇降回数が多いため、電気エネルギーの蓄積が大きく特に有効である。

本発明の油圧装置によって得られるエネルギーは、トラクタ内で使用してもよく、蓄電して他で使用することもでき、利用の態様が幅広く使用が簡便である。

本発明の第一は、油圧ポンプから吐出されるオイルの油路を方向制御弁によって制御しつつシリンダに移送し、これによってシリンダに連結されるアタッチメントの動作を操作するトラクタの油圧装置において、前記方向制御弁のＴポート側の油路、またはシリンダから吐出されたオイルがミッションに戻される油路にモーターと発電機とを配置した、トラクタの油圧装置である。

アタッチメントの作動は、油圧ポンプからのオイルをアタッチメントが接続されたシリンダに移送して行わせるものであり、シリンダへのオイルの制御に際して方向制御弁が使用され、シリンダへオイルを移送しないように制御する場合は、方向制御弁に到達したオイルをミッションに戻している。本発明の油圧装置では、方向制御弁のＴポート側の油路にモーターと発電機とを配設することで、油圧ポンプによってオイルに付加された油圧エネルギーを使用してモーターを回転させ、この回転によって発生するエネルギーを発電機によって電気的に回収することができる。また、アタッチメントの降下時にはシリンダ内のオイルをミッションに戻す必要がある。したがって、シリンダとミッションとの油路にモーターと発電機とを配設することで、作業機の降下の際の位置エネルギーを電気的に回収することができる。

以下、図面を参照しつつ、この発明を実施するための最良の形態について詳述する。

図１は本発明の油圧装置の概略構成図、図２は、図１の油圧装置１００を備えるトラクタ（自走式作業機）の側面図である。

トラクタＡは、車体フレーム３の前後に前輪１および後輪２を２つずつ備え、前輪１の上方にボンネット４を形成し、その内側には原動機部としてのディーゼルエンジンを備える。そして、ボンネット４の後部に連続して運転操作部６が設けられている。運転操作部６はエンジンキー、ハンドル７、アクセルペダル１３、クラッチペダル、ブレーキペダルなどを備え、運転操作部６の後方でかつ後輪２の上方には運転席５が設けられ、その左側部にはシフトレバー１２が設けられ、運転席５の下方には、図１の油圧装置１００が備えられている。運転席５の後方には、一端を車体フレーム３に固定した左右一対のホルダ１４を介して、門型の安全フレーム１５が配設され、横転時などに作業者が保護される。また、安全フレーム１５上部には雨や日差しなどを遮るキャノピー１６を運転席５の上方に延設される。

さらに、トラクタＡの後部には、トップリンク２３と左右一対のロワーリンク２４が延設される。トップリンク２３および左右一対のロワーリンク２４の先端には、三点リンク式のオートヒッチＣが取り付けられる。オートヒッチＣは、上部取付部２６と一対の下部取付部２５をフレーム２７に取り付けられる。上部取付部２６はトップリンク２３に取り付けられ、左右一対の下部取付部２５は左右一対のロワーリンク２４にそれぞれ取り付けられる。さらに、オートヒッチＣを上下方向に昇降させる昇降部としてのリフトアーム２１とリフトロッド２２を備え、リフトロッド２２は一端をロワーリンク２４に取り付けられる。

本発明の油圧装置１００は、例えば図１に示すように、ミッションケース３２と、エンジンの始動によって稼動する油圧ポンプ３０、油圧ポンプ３０によって送液されたオイルの方向を制御するコントロールバルブ４０などの方向制御弁、作業機Ｂを油圧で稼動させるためのシリンダ６０とそれに接続された作業機Ｂなどのアタッチメントを含み、かつ油路にはコントロールバルブ４０とシリンダ６０との間に、ロードチェック弁４２、メカニカルチェック弁４４、スローリターン弁５０、ストップ弁５２などの制御弁を介在させることができ、少なくとも方向制御弁や他の制御弁から吐出されたオイルがミッションケース３２に戻される油路にモーター８０と発電機９０とが配設される。

このような油圧装置１００において、作業機Ｂを上昇させるにはコントロールバルブ４０の切り替えによって油圧ポンプ３０からのオイルをシリンダ６０側に移行させ、かつコントロールバルブ４０の下流に配設された逆流防止弁その他の制御弁によってオイルがミッションケース３２に戻るのを防止し、油圧をシリンダ６０に負荷させ作業機Ｂを上昇させる。一方、作業機Ｂを下ろす場合には、コントロールバルブ４０を切り替えて油圧ポンプ３０からのオイルをミッションケース３２に移送してオイルがシリンダ６０側に移行しないように、かつコントロールバルブ４０とシリンダ６０との間に配設されたメカニカルチェック弁４４を開放させ、シリンダ６０内のオイルをミッションケース３２に戻してシリンダ６０に負荷させた油圧を開放させる。この際、本発明では、シリンダ６０から吐出されたオイルがミッション３２に戻される油路、またはコントロールバルブ４０などの方向制御弁からミッション側に戻されるオイルの油路にモーター８０と発電機９０とを配置し、作業機Ｂの降下の際に発生する位置エネルギーを電気エネルギーに変換させる。本発明では、油圧装置は更に、発電機に接続された蓄電装置を有していてもよい。作業機Ｂの昇降操作は油圧ポンプ３０からの油圧によって制御されるが、降下時には大気圧も加算される。従来は、これらのオイルは単にミッション３２に戻されていたため、作業機Ｂの降下時のエネルギーが無駄に廃棄されていた。しかしながら本発明では、シリンダ６０から開放されるオイルの油圧や、方向制御弁の制御によってミッション側に戻されるオイルの油圧を回収し、これを用いて発電することで、無駄に廃棄された油圧エネルギーを有効に利用することができる。

なお、方向制御弁としては、必ずしもメインスプールに限定されず、たとえば油路に配設される油圧式電磁切換弁などであってもよい。

本発明の第二は、油圧ポンプから吐出されるオイルの油路を方向制御弁によって制御しつつシリンダに移送し、これによってシリンダに連結されるアタッチメントの動作を操作するトラクタの油圧装置において、前記オイルの油路上に流量制御機構を有し、前記流量制御機構のＴポート側の油路にモーターと発電機とを配置したことを特徴とする、トラクタの油圧装置である。

前記したように、アタッチメントの作動は、油圧ポンプからのオイルをシリンダに送り、シリンダに接続させたアタッチメントを稼動させて行わせるものであるが、アタッチメントの作動を円滑かつ安定、安全に行うために油圧や油量を一定に制御する必要があり、このために流量制御機構が油路に配置され、過量のオイルがミッションに戻されている。本発明の油圧装置では、流量制御機構によってＴポート側に戻されるオイルのエネルギーを有効に回収するため、流量制御機構からミッションに戻されるためのＴポート側の油路にモーターと発電機とを配設することで、油圧エネルギーを使用してモーターを回転させ、この回転によって発生するエネルギーを発電機によって電気的に回収する。これによって、従来無駄に廃棄されていた油圧ポンプによって発生させた油圧エネルギーを電気的に回収し得る。このような態様の一例をフロントローダを用いて説明する。

図３に本発明の油圧装置を搭載したフロントローダの全体図を示す。前後輪１１０、１１２を装設させるトラクタ１１３のシャーシフレーム１１４前部上側にエンジン１１５及びボンネット１１６が取付けられ、前記シャーシフレーム１１４後部上側に操向ハンドル１１７及び運転席１１８が取付けられている。また、前記シャーシフレーム１１４前部側面にローダメインフレーム１１９が固定され、該フレーム１１９後部に台フレーム１２０が固定され、台フレーム１２０に軸１２１、１２２を介してサブフレーム１２３が着脱自在に固定されると共に、リフトアーム１２４及びロッド１２５の各基端がサブフレーム１２３に軸１２６、１２７を介して連結され、リフトアーム１２４先端に軸１２８を介してヒッチ１２９が連結され、該ヒッチ１２９に軸１３０、１３１を介してバケット１３２が着脱自在に固定されている。前記サブフレーム１２３とリフトアーム１２４中間下側に軸１３３、１３４を介してアームシリンダ１３５が連結され、リフトアーム１２４中間上側に受板１３６が設けられ、受板１３６にロッド１２５が連結され、リフトアーム１２４に略平行にロッド１２５が取付けられると共に、リフトアーム１２４とヒッチ１２９に折曲自在リンク１３７、１３８両端部が連結され、該リンク１３７、１３８中間部と受板１３６の間に軸１３９、１４０を介してダンプシリンダ１４１が連結される。アームシリンダ１３５伸縮制御によってリフトアーム１２４及びバケット１３２が昇降されると共に、ダンプシリンダ１４１の伸張によってバケット１３２を下向きにするダンプ動作を行わせることができ、ダンプシリンダ１４１の縮少によってバケット１３２を上向きにするチルト動作を行わせることができる。チルト動作によって土または堆肥を掬い、ダンプ動作で土または堆肥が落下できるように構成されている。

このようなフロントローダの油圧回路を図４に示す。エンジン１１５によって駆動するローダ油圧ポンプ１４８が設けられ、上昇ソレノイド１４９及び下降ソレノイド１５０を有する電磁油圧アームバルブ１５１を介してアームシリンダ１３５が油圧ポンプ１４８に接続され、かつアームシリンダ１３５とアームバルブ１５１の間に電磁油圧第３回路バルブ１５２が設けられ、バケット１３２と互換自在にヒッチ１２９に取付けられるロールクラブ１５３の挾み用第３シリンダ１５４が第３回路バルブ１５２に接続されている。第３ソレノイド１５５制御によって第３回路バルブ１５２が切換えられ、アームバルブが第３シリンダ１５４に接続され、アームシリンダ１３５と第３シリンダ１５４が第３回路バルブ１５２によってアームバルブ１５１に択一接続され、各ソレノイド１４９、１５０制御によって各シリンダ１３５、１５４が択一作動できるように構成されている。また、チルトソレノイド１５６及びダンプソレノイド１５７を有する電磁油圧バケットバルブ１５８を介してバケットシリンダ１４１に油圧ポンプ１４８が接続され、バケットバルブ１５８に組込んだダンプ側増速回路１５９によってバケットシリンダ１４１が高速でダンプ動作され、バケット１３２に土または堆肥を掬うチルト動作（高負荷）に比べて土または堆肥を落すダンプ動作（低負荷）の速度を早くし、荷役作業能率を向上させるように構成している。なお、油圧ポンプ１４８とアームバルブ１５１との間に流量制御弁１６０が設けられ、アームバルブ１５１に導入させるオイル量を制御している。

本発明の油圧装置では、油圧ポンプ１４８とアームバルブ１５１との間に設けられた流量制御弁１６０からミッション側に吐出される油路の途上に、モーター１６２と発電機１６５とが配設される点に特徴があり、これにより、従来無駄に廃棄されていた油圧エネルギーが電気的に回収される。なお、図４では、アームバルブ１５１のＴポート側の油路にもモーター１６２と発電機１６５とが配設され、更にダンプ側増速回路１５９のＴポート側の油路にもモーター１６２と発電機１６５とが配設される構成を示したが、第二の発明の趣旨からは、少なくとも流量制御弁１６０のミッション側の油路の途上にモーターと発電機とが配設されていればよいが、更に図４に示すように、アームバルブ１５１のＴポート側の油路にもモーター１６２と発電機１６５とが配設され、更にダンプ側増速回路１５９のＴポート側の油路にもモーター１６２と発電機１６５とが配設される構成でもよく、またはいずれか一方に配設されるものであってもよい。

なお、上記では、この発明の油圧装置を適用する一例として、農用、建築用、掘削用のトラクタやフロントローダについて説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、バックホーなどにも応用できる。すなわち本発明の第三は、前記油圧装置を有するバックホーまたはフロントローダである。バックホーは、ブーム、アーム、およびバケットなどの駆動用油圧シリンダをそれぞれ有し、掘削作業サイクルは、掘削、排土、復帰・位置決めの３段階からなり、作業を開始するとまずブームを下げてバケットの先端を地面に接触させ、アームとバケットを同時に操作して掘削を行い、次にブームの駆動とクローラ式走行装置の上方に設けた作業機本体の旋回を同時に行って、土砂をバケットに抱えて側方に旋回し、バケットを操作して、作業機を掘削の元の作業位置に復帰させると共に、位置決めが行なわれる。したがって、シリンダの作業回数が多いため、方向制御弁とミッションとの間、シリンダとミッションとの間、流量制御弁とミッションとの間のいずれかにモーターと発電機とを配設すれば、発電量を回収し蓄電することができ、有利である。

本発明の油圧装置の概略構成図である。本発明の油圧装置を備えるトラクタの側面図である。本発明の油圧装置を備えるフロントローダの全体図である。発明の油圧装置であって、流量制御弁とミッションとの間、および方向制御弁とミッションとの間にモーターと発電機とを配設した態様を示す回路図である。従来の油圧装置の回路図である。従来の油圧装置において作業機を上昇させる際のオイルの流れを示す概略図である。従来の油圧装置において作業機の動作を維持させる際のオイルの流れを示す概略図である。従来の油圧装置において作業機を下降させる際のオイルの流れを示す概略図である。

符号の説明

１前輪、
２後輪、
３車体フレーム、
４ボンネット、
５運転席、
６運転操作部、
７ハンドル、
１２シフトレバー、
１３アクセルペダル、
１４ホルダ、
１５安全フレーム、
１６キャノピー、
２０昇降部、
２１リフトアーム、
２２リフトロッド、
２３トップリンク、
２４ロワーリンク、
２５下部取付部、
２６上部取付部、
２７フレーム、
３０油圧ポンプ、
３２ミッションケース、
４０コントロールバルブ、
４２ロードチェック弁、
４４メカニカルチェック弁、
４６セイフティーバルブ、
４７アンロードバルブ、
４８流量制御弁、
５０スローリターン弁、
５２ストップ弁、
６０油圧シリンダ、
７０リリーフバルブ、
８０モーター、
９０発電機、
１００油圧装置、
１１０前輪、
１１２後輪、
１１３トラクタ、
１１４シャーシフレーム、
１１５エンジン、
１１６ボンネット、
１１７操向ハンドル、
１１８運転席、
１１９ローダメインフレーム、
１２０台フレーム、
１２１、１２２、１２６、１２７、１２８、１３０、１３１、１３３、１３４、１３７、１３８軸、
１２３サブフレーム、
１２４リフトアーム、
１２５ロッド、
１２９ヒッチ、
１３２バケット、
１３５アームシリンダ、
１２４リフトアーム、
１３５アームシリンダ
１３６受板、
１３９、１４０折曲自在リンク、
１４１ダンプシリンダ、
１４８ローダ油圧ポンプ、
１４９上昇ソレノイド、
１５０下降ソレノイド、
１５１電磁油圧アームバルブ、
１５２電磁油圧第３回路バルブ、
１５３ロールクラブ、
１５４第３シリンダ、
１５５第３ソレノイド１５５、
１５６チルトソレノイド、
１５７ダンプソレノイド、
１５８電磁油圧バケットバルブ、
１５９ダンプ側増速回路、
１６０流量制御弁、
１６２モーター、
１６５発電機、
１７０ミッション、
Ａトラクタ、
Ｂ作業機、
Ｃオートヒッチ。

Claims

油圧ポンプから吐出されるオイルの油路を方向制御弁によって制御しつつシリンダに移送し、これによってシリンダに連結されるアタッチメントの動作を操作するトラクタの油圧装置において、
前記方向制御弁のＴポート側油路、またはシリンダから吐出されたオイルがミッションに戻される油路にモーターと発電機とを配置したことを特徴とする、トラクタの油圧装置。
油圧ポンプから吐出されるオイルの油路を方向制御弁によって制御しつつシリンダに移送し、これによってシリンダに連結されるアタッチメントの動作を操作するトラクタの油圧装置において、
前記オイルの油路上に流量制御機構を有し、
前記流量制御機構のＴポート側の油路にモーターと発電機とを配置したことを特徴とする、トラクタの油圧装置。
請求項１または２記載の油圧装置を有するバックホーまたはフロントローダ。