JP2007113619A

JP2007113619A - 油圧ユニット

Info

Publication number: JP2007113619A
Application number: JP2005303831A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kurimoto; 真司栗本; Nobuhiro Matsuzawa; 延浩松澤; Akira Iwakura; 明岩倉
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2007-05-10

Abstract

【課題】油圧アクチュエータのシールが破損して大量の異物が戻り油中に混入した場合でも、また、サージ圧によって安全弁が開いた場合でも、戻り油中の異物を確実に濾過して作動油を清浄化することができ、油圧ポンプ等が異物によって破損することを防止できる油圧ユニットを提供する。
【解決手段】油圧ユニットにおける油圧シリンダ１４等の油圧アクチュエータからの戻り油の流路に、上流側フィルタ１５と下流側フィルタ１６とを直列に配置するとともに、上流側に配置した上流側フィルタ１５の前後差圧を差圧計１５ｂで計測し、計測した差圧が基準値に達したときに警報発生器１５ｅから警報を発生する警報発生手段２０を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧ユニットに関し、詳しくは、油圧アクチュエータからの戻り油中の異物を濾過して作動油を清浄化するフィルタ部分の構成であって、特に、作動油中に異物が混入しやすい環境、例えば泥水中で油圧アクチュエータを作動させるための油圧ユニットに関する。

一般的に、油圧ポンプから吐出された作動油によって油圧シリンダや油圧モータといった油圧アクチュエータを作動させる油圧ユニットでは、作動油内に異物が混入すると油圧ポンプや油圧アクチュエータに損傷を与えるため、作動油内に混入した異物を除去するためのフィルタが設けられている。また、通常のフィルタには、安全弁を備えたバイパス経路が設けられており、エレメントの目詰まりによって油圧が過度に上昇することを防止している。

しかし、安全弁が開いて作動油がバイパス経路を流れると、異物が混入した作動油がフィルタで濾過されずに流れてしまうため、作動油中の異物によって油圧ポンプ等が損傷するおそれがあった。このため、フィルタの前後の差圧を計測し、差圧が基準値に達したときに警報を発してエレメントの交換を促すようにしたり、さらに、一対のフィルタを並列に設置し、一方のフィルタエレメントが目詰まりしたときに他方のフィルタに切り換えるように形成したりすることが行われている（例えば、特許文献１，２参照。）。
特開２００４−３３７６６８号公報特開２００３−２８１０８号公報（第５図）

一般的な油圧ユニットの運転状態では、フィルタの差圧が基準値に達したときに警報を発することにより、ある程度の余裕をもってエレメントの交換等を行うことができ、通常の運転には支障を来すことはほとんどないが、油圧アクチュエータを泥水中で作動させる掘削装置では、油圧アクチュエータのシール部分が泥水中に曝されるため、空気中で作動する油圧アクチュエータに比べて泥水やゴミ等の異物が混入しやすい状態となっている。

このような状態で何らかの原因でシールが破損したときには、油圧アクチュエータからの戻り油に泥等の異物が大量に混入するおそれがある。戻り油中の大量の異物は、フィルタのエレメントを急激に目詰まりさせることになり、差圧が急激に上昇して警報は作動するものの、警報によって油圧ユニットを停止させたときには、異物が混入した戻り油が安全弁を通過して油圧ポンプに吸入され、油圧ポンプを破損してしまうことがある。

また、油圧アクチュエータのシール部分に異常がない場合でも、シール部分を通って少しずつ侵入する異物によりエレメントが徐々に目詰まりして差圧が基準値に近付くと、油圧アクチュエータの動作切換等の際に戻り油回路のサージ圧により、サージの瞬間毎に安全弁が僅かに開いて異物を通過させてしまうおそれもあった。これを回避するため、安全弁の設定圧に対して基準値を低く設定すると、エレメントの濾過能力を十分に活かせない状態で警報が発生してしまうことになる。一方、複数のフィルタを並列に配置するものでは、回路数の増加に応じて弁や配管の数が増加するため、コストアップとなり、また、メンテナンスも面倒になる。

そこで本発明は、油圧アクチュエータのシールが破損して大量の異物が戻り油中に混入した場合でも、また、サージ圧によって安全弁が開いた場合でも、戻り油中の異物を確実に濾過して作動油を清浄化することができ、油圧ポンプ等が異物によって破損することを防止できる油圧ユニットを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の油圧ユニットは、油圧ポンプと、該油圧ポンプから供給される作動油により作動する油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータからの戻り油を濾過するフィルタとを備えた油圧ユニットにおいて、前記フィルタを前記戻り油の流路に直列に配置するとともに、上流側に配置したフィルタの前後差圧を計測し、計測した差圧が基準値に達したときに警報を発生する警報発生手段を設けたことを特徴としている。

さらに、本発明の油圧ユニットは、前記直列に配置されるフィルタが同一仕様のフィルタであること、また、前記油圧アクチュエータが泥水中で作動する油圧アクチュエータであることを特徴としている。

本発明の油圧ユニットによれば、直列に配置したフィルタの上流側が目詰まりした場合でも下流側のフィルタで戻り油の濾過を行えるので、作動油中の異物によって油圧ポンプ等が破損することを防止できる。さらに、上流側フィルタの目詰まりが近付いたとき、あるいは、目詰まりしたときに、計測した差圧の上昇に基づいて警報を発生することにより、下流側フィルタが目詰まりする前に上流側フィルタ及び下流側フィルタのエレメントを交換することができる。

また、各フィルタを同一仕様とすることにより、部品種類が増加することがなく、油圧ユニットのコストアップを最小限にでき、エレメント交換等のメンテナンスも容易となる。特に、油圧アクチュエータを泥水中で作動させるものでは、シールの破損によって大量の異物が戻り油中に混入するおそれがあるが、このような場合でも直列に配置したフィルタによって異物を確実に濾過することができる。

図１は本発明の油圧ユニットの第１形態例を示す回路図である。この油圧ユニットは、タンク１１内の作動油を吸入して圧送する油圧ポンプ１２と、該油圧ポンプ１２から吐出された作動油の流路を切り換える切換弁１３と、該切換弁１３の切り換えに応じて作動する油圧アクチュエータである油圧シリンダ１４と、該油圧シリンダ１４からの戻り油を濾過して清浄化するための上流側フィルタ１５及び下流側フィルタ１６と、作動油を冷却するためのオイルクーラー１７と、前記油圧ポンプ１２を駆動するととともにオイルクーラー１７のファン１７ａを駆動するエンジン１８と、油圧ポンプ１２の吐出圧力が過度に上昇することを防止するためのリリーフ弁１９とで構成されている。

両フィルタ１５，１６には、フィルタの前後差圧を計測するための差圧計１５ａ，１６ａと、安全弁１５ｂ，１６ｂを備えたバイパス経路１５ｃ，１６ｃとがそれぞれ設けられており、上流側フィルタ１５の差圧計１５ａには、計測した差圧が基準値に達すると作動するスイッチ１５ｄと、該スイッチ１５ｄの作動によって警報を発生する警報発生器１５ｅとを有する警報発生手段２０が設けられている。

上流側フィルタ１５及び下流側フィルタ１６には、同一仕様のフィルタユニットが用いられており、安全弁１５ｂ，１６ｂ及びエレメントは同一のものが用いられ、スイッチ付き（接点付き）差圧計１５ａを含む警報発生手段２０の有無のみが両者の相違点となっている。

このように、警報発生手段２０を備えた上流側フィルタ１５と、通常の構成の下流側フィルタ１６とを戻り油の流路に直列に配置することにより、戻り油に混入した異物は、そのほとんどを上流側フィルタ１５で濾過して作動油中から除去することができる。このため、油圧ユニットの運転に伴って上流側フィルタ１５のエレメントは次第に目詰まり状態となっていくが、下流側フィルタ１６のエレメントは、ほとんど濾過操作を行わないので、新品に近い状態を維持していることになる。

油圧シリンダ１４等の油圧アクチュエータのシールが、例えば泥水中での作動中に何らかの原因で破損したときに、シール部分から大量に侵入した異物を濾過することによって上流側フィルタ１５のエレメントが目詰まりすると、この上流側フィルタ１５の前後差圧が上昇し、あらかじめ設定された基準値に達するとスイッチ１５ｄが作動して警報発生器１５ｅから警報を発生させる。

この警報によってオペレータが油圧ユニットの運転を停止することにより、上流側フィルタ１５のエレメントが完全に目詰まりして異物を含む戻り油が安全弁１５ｂを通って上流側フィルタ１５をバイパスしたとしても、戻り油中の異物は下流側フィルタ１６によって濾過されるので、異物を含む作動油がタンク１１に戻って油圧ポンプ１２に吸引されることはなく、油圧ポンプ１２が異物によって破損することを防止できる。

また、油圧シリンダ１４等の油圧アクチュエータのシール部分に異常がないときでも、シール部分から少しずつ侵入した異物を濾過することによって上流側フィルタ１５のエレメントが徐々に目詰まりし、上流側フィルタ１５の前後差圧が、スイッチ１５ｄが作動して警報発生器１５ｅから警報を発生させる基準値に達する前で、安全弁１５ｂの作動圧力に近くなると、切換弁１３による油圧アクチュエータの動作切換等の際の戻り油回路のサージ圧により、サージの瞬間毎に安全弁１５ｂが僅かに開いて異物が通過してしまう場合があるが、この場合でも、下流側フィルタ１６で異物を濾過して除去することができるので、異物がタンク１１内の作動油中に混入することはない。

上流側フィルタ１５の目詰まりでエレメントの交換を行う際に、両フィルタ１５，１６を同一仕様とし、エレメントを共通化させておくことにより、両フィルタ１５，１６のエレメントを同時に交換する際でも、１種類のエレメントを２個用意するだけでよいため、エレメントの管理が容易となり、交換作業も簡単に行え、組み付け違いによる作動不良の心配もない。

また、上流側フィルタ１５が目詰まりしたとしても、下流側フィルタ１６のエレメントは十分な濾過処理能力を残しているので、下流側フィルタ１６のエレメントを取り出して上流側フィルタ１５に装着し、下流側フィルタ１６に新しいエレメントを装着することにより、交換に必要な新しいエレメントが１個だけでよくなるため、メンテナンスに要するコストの上昇を抑えることができる。

なお、上流側フィルタ１５と下流側フィルタ１６とに仕様の異なるフィルタユニットを使用することもできる。例えば、上流側フィルタ１５のエレメントを下流側フィルタ１６のエレメントに比べて、僅かに目の粗いものを使用することもできる。この場合、油圧シリンダ１４等の油圧アクチュエータのシールの破損によって大量の異物が混入したときに、通常時にシール部分から侵入する極細かい異物は下流側フィルタ１６で濾過し、通常時より大きな異物は上流側フィルタ１５で濾過することができるので、両者の相乗効果によって両フィルタ１５，１６の目詰まりに至る時間を延ばすことができる。

また、上流側フィルタ１５として下流側フィルタ１６に比べて容量（濾過面積）の大きなものを使用した場合は、上流側フィルタ１５の目詰まりの発生頻度を少なくすることができ、長時間の運転が可能となる。逆に、下流側フィルタ１６として上流側フィルタ１５に比べて容量の大きなものを使用した場合は、上流側フィルタ１５の目詰まりによって警報が発生してから下流側フィルタ１６が目詰まりするまでの時間を延ばすことができ、異物が油圧ポンプ１２に吸引されることをより確実に防止できるとともに、場合によっては、油圧アクチュエータを待機状態に戻すなどの操作を行うことができる。

さらに、警報発生手段２０では、警報の発生と同時に油圧ユニットを停止させるように形成することもできる。また、警報発生手段２０として、本形態例では、差圧計に接点付き差圧計１５ａを使用してスイッチ１５ｄにより警報発生器１５ｅを作動させるようにしているが、接点付き差圧計に代えて安全弁１５ｂの開閉状態を検出して警報発生器１５ｅを作動させることも可能である。

図２は本発明の油圧ユニットの第２形態例を示す回路図である。なお、以下の説明において、前記第１形態例で示した油圧ユニットにおける構成要素と同一の構成要素には、それぞれ同一符号を付して詳細な説明は省略する。

本形態例は、油圧アクチュエータである油圧モータ３１及び２本の油圧シリンダ３２を泥水中で作動させる掘削装置に本発明の油圧ユニットを適用した例を示すものであって、油圧モータ３１の回路には、掘削状態に応じて進退する油圧モータ３１の動きに対応させるための伸縮管部３３が設けられている。この伸縮管部３３は、大径管３３ａと小径管３３ｂとを伸縮可能な状態で組み合わせた二重管構造を有しており、両管の間はＯリング等のシール材によって摺動可能な状態でシールされている。

油圧ポンプとしては、油圧モータ３１を駆動するための第１油圧ポンプ３４と、油圧シリンダ３２を作動させるための第２油圧ポンプ３５と、オイルクーラー１７に作動油を供給するための第３油圧ポンプ３６とが設けられており、また、油圧モータ３１用の切換弁３７と、各油圧シリンダ３２に対応した２個の切換弁３８とがそれぞれ設けられている。

油圧モータ３１、両油圧シリンダ３２及びオイルクーラー１７から戻る作動油の回路４１，４２，４３は、上流側フィルタ１５の上流側で一つの回路４４に合流しており、下流側フィルタ１６の下流側の回路４５は、油圧ポンプ３４，３５の吸入側回路４６に接続している。したがって、油圧モータ３１、両油圧シリンダ３２及びオイルクーラー１７から戻る作動油は、全てが両フィルタ１５，１６を通って濾過処理された後、所定量が油圧ポンプ３４，３５に吸引されて再循環し、余剰分がタンク１１に戻されて所定量が第３油圧ポンプ３６を経てオイルクーラー１７を循環することになる。

このように、油圧モータ３１、両油圧シリンダ３２及びオイルクーラー１７から戻る作動油の所定量をタンク１１に戻さずに油圧ポンプ３４，３５に循環吸入させるセミクローズドタイプの油圧ユニットでは、フィルタ１５，１６から流出した作動油が直接油圧ポンプに吸引されるため、従来のように、フィルタが目詰まりを起こして異物を含む作動油が安全弁を通過すると、異物がそのまま油圧ポンプに侵入することになるので、油圧ポンプが破損される確率が高くなってしまう。

このような場合でも、前記同様に、油圧モータ３１、両油圧シリンダ３２及びオイルクーラー１７から戻る作動油を、直列に配置した上流側フィルタ１５及び下流側フィルタ１６で濾過処理を行うように形成したことにより、異物で上流側フィルタ１５が目詰まりを起こしても下流側フィルタ１６で異物を確実に除去することができ、異物が油圧ポンプに侵入することを防止して油圧ポンプを保護することができる。

さらに、油圧モータ３１及び両油圧シリンダ３２を泥水中で作動させ、加えて、油圧モータ３１の回路に伸縮管部３３を有している場合は、空気中でこれらを作動するものに比べて作動油中に異物が混入しやすい状態となっており、また、シールの破損によって大量の泥水が作動油中に混入するおそれがあり、戻り油中の異物量が急激に増大して上流側フィルタ１５が短時間で目詰まりする可能性がある。

しかし、このような場合でも、オペレータが警報の発生によって油圧ユニットを停止させたり、あるいは、警報発生手段２０に自動的に油圧ユニットを停止させる機能を付加しておくことにより、これらの油圧アクチュエータを泥水中で作動させるものでも、油圧ポンプに異物が侵入して油圧ポンプを損傷することを確実に防止できる。特に、油圧ユニットの心臓部で、高価でもある油圧ポンプに異物が侵入して破損するトラブルを未然に防止することができるので、修理に多大な費用と労力と時間を要することがなくなる。

本発明の油圧ユニットの第１形態例を示す回路図である。本発明の油圧ユニットの第２形態例を示す回路図である。

符号の説明

１１…タンク、１２…油圧ポンプ、１３…切換弁、１４…油圧シリンダ、１５…上流側フィルタ、１６…下流側フィルタ、１５ａ，１６ａ…差圧計、１５ｂ，１６ｂ…安全弁、１５ｃ，１６ｃ…バイパス経路、１５ｄ…スイッチ、１５ｅ…警報発生器、１７…オイルクーラー、１８…エンジン、１９…リリーフ弁、２０…警報発生手段、３１…油圧モータ、３２…油圧シリンダ、３３…伸縮管部、３３ａ…大径管、３３ｂ…小径管、３４…第１油圧ポンプ、３５…第２油圧ポンプ、３６…第３油圧ポンプ、３７…切換弁、３８…切換弁

Claims

油圧ポンプと、該油圧ポンプから供給される作動油により作動する油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータからの戻り油を濾過するフィルタとを備えた油圧ユニットにおいて、前記フィルタを前記戻り油の流路に直列に配置するとともに、上流側に配置したフィルタの前後差圧を計測し、計測した差圧が基準値に達したときに警報を発生する警報発生手段を設けたことを特徴とする油圧ユニット。
前記直列に配置されるフィルタは、同一仕様のフィルタであることを特徴とする請求項１記載の油圧ユニット。
前記油圧アクチュエータは、泥水中で作動する油圧アクチュエータであることを特徴とする請求項１又は２記載の油圧ユニット。