JP2008267595A - 油圧システムのためのエネルギー回収及び再利用技術 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 油圧システムは機械コンポーネントに平行に機械的に結合された第1及び第2シリンダのチャンバーに結合された2つのワークポートを有するバルブアセンブリを有する。分離制御バルブは2つのシリンダの第1チャンバー間に接続され、シャント制御バルブはワークポート間に接続される。回収制御バルブはアクチュエータを第2シリンダの第1チャンバーに接続する。異なる組合せでバルブ類を開閉することにより、1つ又は両シリンダから流体が圧力下で蓄積されるアクチュエータに流体を送り、その後、蓄積された流体を1つ又は両シリンダを駆動するために利用されるのを可能にする。シャント制御バルブは各シリンダの一方のチャンバーから排出する流体をこれらのシリンダの他のチャンバーに送るために使用される。油圧システムは種々の方法でエネルギーを回収し再利用する。
【選択図】 図1
Description
本出願は2006年11月14日に出願された米国仮特許出願第60/865,710号及び2007年4月23日に出願された米国仮特許出願第60/913,457号の利益を請求する。
連邦政府委託研究開発に関する申立て
該当なし
第1ポンプ22が流体を機械の他の油圧機能部に供給し、これらの機能部の最大要求を満足させるため300バー圧力で作動していると仮定している。さらに、更に他の油圧機能部が最大流量要求を満足させるために200バー圧力で作動している第2ポンプ82に接続されることを仮定する。更に250バー圧力がブーム13の負荷を上昇させるために要求されることを仮定している。
全てのポンプ出力流量をすでに消費した第1ポンプに接続された他の油圧機能部があることを仮定する。もしブーム13の上昇が命令されると、第2ポンプ82は全てのパワーを供給制御バルブ98と第2シリンダアセンブリ17を通じてブームに供給し、第1シリンダ31のヘッドチャンバー34の流体が第2EHP制御バルブ42内のキャビテーション防止チェックバルブを介して戻り導管26から排出される。
ブーム機能部はいくつかのモードで動作し、あるモードではエネルギーは超過負荷から回収される。超過負荷状態はブームアセンブリ12の負荷と重さがピストンロッド35及び37をブームシリンダ31及び32に後退させる傾向にある力に影響を及ぼす場合に例示の掘削機10に生じ、ロッドチャンバー33及び36に圧力をかけることなく流体をヘッドチャンバー34及び38から強制的に排出する。その時点で、排出流体をタンク23に送る代わりに、流体は流体を圧力下で蓄積するアキュムレータ60内に向けられる。本発明のエネルギー回収再使用技術は掘削機ブーム13を降下させるように異なるエネルギー回収モードのいくつかで油圧回路を動作させる工程を含む。特有なエネルギー回収モードの選択はブームシリンダ31及び32のヘッド及びロッドチャンバー内の圧力とアキュムレータ60内の既存圧力に基いている。圧力関係は後述するように各特有なエネルギー回収モードのために記載された適切な方向に流体が流れるようにしなければならない。アキュムレータ圧力は圧力センサー59により示され、ヘッドチャンバー34及び38内の圧力はセンサー56及び57によりそれぞれ計測され、ロッドチャンバー33及び36内の圧力はセンサー58により計測される。
ピストンロッドをブームシリンダ31から伸長させ且つブーム13を下方向に作用する負荷力Fに抗して上昇させる時点になると、流体は第1ポンプ22からの加圧流体を使用する代わりに又はを追加してアキュムレータ60から再利用できる。図10に示される第1エネルギー再利用モード131において、アキュムレータ60に蓄積された流体は開口回収制御バルブ62及びシリンダ分離制御バルブ39を介してシリンダヘッドチャンバー34及び38に供給される。ロッドチャンバー33及び36から排出される流体は開口した第4EHP制御バルブ44を介して戻り導管26に流入する。
11 運転席
12 ブームアセンブリ
13 ブーム
14 アーム
15 バケット
16、17、18、19 油圧シリンダアセンブリ
20 油圧システム
21 作動液源
22 ポンプ
23 タンク
25 供給導管
26 戻り導管
29 ピストン
30 機能部
31、32 ブームシリンダ
33、36 ロッドチャンバー
34、38 ヘッドチャンバー
35、37 ピストンロッド
39 EHPシリンダ分離制御バルブ
40 制御バルブアセンブリ
41、42、43、44 電気油圧比例(EHP)制御バルブ
46 ワークポート
49 アクチュエータ導管
50 システム制御装置
52 ジョイスティック
54、55、56、57、58、59 圧力センサー
60 アキュムレータ
Claims (36)
- 機械用に使用され、且つエネルギー回収装置を有する油圧システムにおいて、
加圧流体を運ぶ供給導管と;
流体をタンクに運ぶ戻り導管と;
前記機械上のコンポーネントを動作させるために平行に機械的に接続され、各々が第1チャンバーと第2チャンバーを有する第1及び第2シリンダと;
前記第1シリンダの第1チャンバーと前記第2シリンダの第1チャンバー間と流体で連通し、且つその間の流量を制御するシリンダ分離制御バルブであり、ノードが前記第1シリンダの前記第1チャンバーとシリンダ分離制御バルブ間に形成されているシリンダ分離制御バルブと;
第1ワークポートと第2ワークポートを有する制御バルブアセンブリであり、前記第1ワークポートが前記ノードに接続され、前記第2ワークポートが前記第1及び第2油圧シリンダの前記第2チャンバーに接続され、前記制御バルブアセンブリの動作が前記第1及び第2ワークポートの各々を前記供給導管と前記戻り導管に選択的に接続する制御バルブアセンブリと;
アクチュエータと;
前記第2シリンダの前記第1チャンバーから前記アクチュエータに流れる流量を制御する回収制御バルブと;
を具備することを特徴とする油圧システム。 - 前記回収制御バルブが更に前記アクチュエータから前記第2シリンダーの前記第1チャンバーに流れる流量を制御することを特徴とする請求項1記載の油圧システム。
- 前記アクチュエータから前記供給導管に流れる流量を制御するため前記アクチュエータと流体で連通する注入再利用制御バルブを更に具備することを特徴とする請求項1記載の油圧システム。
- 前記シリンダ分離制御バルブが前記第1シリンダの前記第1チャンバーと前記第2シリンダの前記第1チャンバー間に直接接続されていることを特徴とする請求項1記載の油圧システム。
- 前記第1及び第2ワークポート間の流量を制御するワークポートシャント制御バルブを更に具備することを特徴とする請求項1記載の油圧システム。
- 前記ワークポートシャント制御バルブが前記第1及び第2ワークポート間に直接接続されていることを特徴とする請求項5記載の油圧システム。
- 前記油圧システムが前記供給導管に接続された流出部を有し且つ流入部を有する第1ポンプを含み、更に前記アクチュエータから前記ポンプの前記流入部に流れる流量を制御するポンプ戻り制御バルブを具備することを特徴とする請求項1記載の油圧システム。
- 前記油圧システムが前記供給導管に接続された第1流出部を有する第1ポンプと第2流出部を有する第2ポンプを含み、更に第2流出部から前記第1及び第2シリンダの一方の前記第1チャンバーに流れる流量を流体で連通し且つ流量を制御する供給制御バルブを具備していることを特徴とする請求項1記載の油圧システム。
- 前記第1シリンダの前記第1チャンバー内の圧力を計測するために動作可能に接続された第1センサーと、前記第2シリンダの前記第1チャンバー内の圧力を計測するために動作可能に接続された第2センサーと、及び前記アクチュエータ内の圧力を計測するために動作可能に接続された第3センサーとを更に具備することを特徴とする請求項1記載の油圧システム。
- 前記第1及び第2シリンダの前記第2チャンバー内の圧力を計測するために動作可能に接続された第4センサーを更に具備することを特徴とする請求項9記載の油圧システム。
- 前記第1ポンプと前記アキュムレータ間の流量と流体で連通し且つ制御するアキュムレータ注入再利用制御バルブを更に具備することを特徴とする請求項1記載の油圧システム。
- 前記制御バルブアセンブリが前記第1ワークポートを前記供給導管に接続する第1制御バルブと、前記第2ワークポートを前記供給導管に接続する第2制御バルブと、前記第1ワークポートをタンクに接続された前記戻り導管に接続する第3制御バルブと、前記第2ワークポートを前記戻り導管に接続する第4制御バルブを具備することを特徴とする請求項1記載の油圧システム。
- 前記第1、第2、第3及び第4制御バルブが電気油圧比例バルブであることを特徴とする請求項12記載の油圧システム。
- コンポーネントを動作させるため平行に機械的に接続され、各々が第1ワークポートと第2ワークポートを有する第1シリンダアセンブリと第2シリンダアセンブリと、前記第1及び第2ワークポートの各々を供給導管と戻り導管に選択的に接続する制御バルブアセンブリとを有し、前記第1ワークポートが前記第1シリンダアセンブリの前記第1チャンバーに接続され且つ前記第2シリンダの前記第1チャンバーから分離され、前記第2ワークポートが前記第1及び第2油圧アセンブリの前記2チャンバーに接続された油圧システムにおいて、
前記第1シリンダアセンブリの前記第1チャンバーと前記第2シリンダアセンブリの前記第1チャンバー間の流量と流体で連通し且つ流体を制御するシリンダ分離制御バルブと;
ワークポート間の流量を制御するため前記第1及び第2ワークポートと流体で連通するワークポートシャント制御バルブと;
アキュムレータと;
前記第2シリンダの前記第1チャンバーから前記アキュムレータへの流量を制御する回収制御バルブと;
を具備することを特徴とするエネルギー回収装置。 - 前記回収制御バルブが更に前記アキュムレータから前記第2シリンダの前記第1チャンバーへの流量を制御することを特徴とする請求項14記載のエネルギー回収装置。
- 前記アキュムレータから前記供給導管への流量を制御するため前記アキュムレータと流体で連通する注入再利用制御バルブを更に具備することを特徴とする請求項14記載のエネルギー回収装置。
- 前記シリンダ分離制御バルブが閉鎖され、流体が前記第1シリンダアセンブリの前記第1及び第2チャンバー間を制御バルブアセンブリを通じて送られ、他の流体が前記第2シリンダアセンブリの前記第1チャンバーから前記アキュムレータへ送られるエネルギー回収モードで、前記エネルギー回収装置を動作させるシステム制御装置を更に具備することを特徴とする請求項14記載のエネルギー回収装置。
- 前記シリンダ分離制御バルブが開口され、流体が前記第1シリンダアセンブリの前記第1及び第2チャンバー間をワークポートシャント制御バルブを通じて送られ、他の流体が前記第2シリンダアセンブリの前記第1チャンバーから前記アキュムレータへ送られるエネルギー回収モードで、前記エネルギー回収装置を動作させるシステム制御装置を更に具備することを特徴とする請求項14記載のエネルギー回収装置。
- 流体が前記シリンダ分離制御バルブと前記回収制御バルブを介して前記アキュムレータに転送される前記第1エネルギー回収モードと、前記シリンダ分離制御バルブが開口され、流体が前記第1シリンダアセンブリの前記第1及び第2チャンバー間をワークポートシャント制御バルブを通じて転送され、他の流体が前記第2シリンダアセンブリの前記第1チャンバーから前記アキュムレータへ転送される第2エネルギー回収モードで、前記エネルギー回収装置を動作させるシステム制御装置を更に具備することを特徴とする請求項14記載のエネルギー回収装置。
- 前記シリンダ分離制御バルブが閉鎖し、その間、流体が前記回収制御バルブを介して前記アキュムレータから前記第2シリンダアセンブリの前記第1シリンダに転送され他の流体が前記供給導管から前記第1シリンダアセンブリの前記第1チャンバーへ転送されるエネルギー再利用モードで、前記油圧システムを動作させるシステム制御装置を更に具備することを特徴とする請求項14記載のエネルギー回収装置。
- 前記油圧システムが前記供給導管に接続された流入部を有し且つ流入部を有するポンプを含み、さらに前記アキュムレータから前記ポンプの流入部への流量を制御するポンプ戻り制御バルブを具備することを特徴とする請求項14記載のエネルギー回収装置。
- 流体が前記ポンプ戻り制御バルブを介して前記アキュムレータから前記ポンプの流入部へ転送され、且つ流体が前記供給導管から前記第1及び第2シリンダアセンブリに転送されるモードで、前記油圧システムを動作させるシステム制御装置を更に具備することを特徴とする請求項21記載のエネルギー回収装置
- 前記チャンバー分離制御バルブが開口され、流体が前記第1及び第2油圧シリンダの前記第1チャンバーから前記第1及び第2油圧シリンダの前記第2チャンバーに転送され、且つ前記回収制御バルブが前記アキュムレータと前記戻り導管の一方に過剰流体を転送するために開口されるクロスチャンバー回収モードで、前記エネルギー回収システムを動作させるシステム制御装置を更に具備することを特徴とする請求項14記載のエネルギー回収装置。
- 機械用であり且つエネルギー回収装置を有する油圧システムにおいて、
加圧流体を送る供給導管と;
流体をタンクに送る戻り導管と;
前記機械のコンポーネントを動作させ、且つ第1及び第2チャンバーを有する油圧シリンダと;
第1ワークポートと第2ワークポートを有する制御バルブアセンブリであり、前記第1ワークポートは前記油圧シリンダの前記第1チャンバーと流体で連通し、前記第2ワークポートは前記油圧シリンダの前記第2チャンバーと流体で連通し、前記制御バルブアセンブリの動作で前記第1及び第2ワークポートの各々を前記供給導管と前記戻り導管に選択的に接続するバルブアセンブリと;
ワークポート間の流量を制御するため前記第1ワークポートと前記第2ワークポートと流体で連通するワークポートシャント制御バルブと;
アキュムレータと;
前記シリンダの前記第1チャンバーから前記アキュムレータへの流量を制御する回収制御バルブと;
を具備することを特徴とする油圧システム。 - 前記回収制御バルブが前記アキュムレータから前記油圧シリンダの前記第1チャンバーへの流量を更に制御することを特徴とする請求項24記載の油圧システム。
- 前記油圧システムが前記供給導管に接続された流出部及び流入部を有する第1ポンプを含み、前記回収制御バルブが更に前記アキュムレータから前記ポンプの前記流出部への流量を制御することを特徴とする請求項24記載の油圧システム。
- 第1チャンバーと第2チャンバーを有する第2油圧シリンダと、前記第1シリンダの前記第1チャンバーと前記第2シリンダの前記第1チャンバー間に接続されたシリンダ分離制御バルブを更に具備することを特徴とする請求項24記載の油圧システム。
- 前記ワークポートシャント制御バルブが前記第1及び第2ワークポート間に直接接続されることを特徴とする請求項24記載の油圧システム。
- 前記油圧システムは前記供給導管に接続された流出部及び流入部を有する第1ポンプを含み、更に前記アキュムレータから前記ポンプの前記流入部への流量を制御するポンプ戻り制御バルブを具備することを特徴とする請求項24記載の油圧システム。
- 前記油圧システムは前記供給導管に接続された第1流出部を有する第1ポンプと第2流出部を有する第2ポンプを含み、更に前記第2流出部から前記第1及び第2シリンダの前記第1チャンバーへの流量と流体で連通し、且つ流体を制御する供給制御バルブを具備することを特徴とする請求項24記載の油圧システム。
- 前記第1及び第2シリンダの前記第1チャンバー内の圧力を計測するために動作可能に接続された第1センサーと、前記アキュムレータ内の圧力を計測するために動作可能に接続された第2センサーを更に具備することを特徴とする請求項24記載の油圧システム。
- 前記第1及び第2シリンダの前記第2チャンバー内の圧力を計測するために動作可能に接続された第3センサーを更に具備することを特徴とする請求項31記載の油圧システム。
- 前記第1ポンプと前記アキュムレータ間の流体と連通し且つ流体を制御する注入再利用制御バルブを更に具備することを特徴とする請求項24記載の油圧システム。
- 前記制御バルブが前記第1ワークポートを前記供給導管に接続する第1制御バルブと、前記第2ワークポートを前記供給導管に接続する第2制御バルブと、前記第1ワークポートをタンクに接続された前記戻り導管に接続する第3制御バルブと、前記第2ワークポートを前記戻り導管に接続する第4制御バルブを具備することを特徴とする請求項24記載の油圧システム。
- 前記第1、第2、第3及び第4制御バルブが電気油圧比例バルブであることを特徴とする請求項24記載の油圧システム。
- 前記第1シリンダの前記第1チャンバーと前記第2シリンダの前記第1チャンバー間の流量と流体で連通し且つ流量を制御するシリンダ分離制御バルブを更に制御し、前記シリンダ分離制御バルブの動作で前記第1及び第2シリンダの一方の前記第1チャンバーと前記第1及び第2シリンダの両方を前記第1チャンバーの少なくとも一方を前記第1ワークポートに選択的に接続することを特徴とする請求項24記載の油圧システム。
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