JP2010511842A - 油圧システムを運転する方法および油圧システム - Google Patents

Abstract

種々の油圧負荷に供給する、少なくとも１つの供給装置、特に油圧ポンプ（３９）を有する油圧システムを運転する方法は、同期化装置（３３、３５）によって、少なくとも１つの油圧消費部が供給不足になった場合に、この消費部のための体積流不足分が、すべての消費部が不足分を同程度に補償するようにバランスされることが、保証されることを特徴としている。

Description

本発明は、種々の油圧消費部へ供給する、少なくとも１つの供給装置、特に油圧ポンプを有する、油圧システムを運転する方法に関する。さらに、本発明は、本発明に基づく方法に従って運転可能な油圧システムに関する。

油圧システムにより動力駆動される設備と機器において、たとえば積み込み機（ローダー）および掘削機のような建設機械において、コストの理由から、通常は、油圧ポンプを駆動するために用いられるディーゼルエンジンを余力なしで設計することが強いられている。同様にコストの理由から、多くの場合において油圧ポンプは、すべての消費部の最大体積流が同時に要求された場合に、すべての消費部への十分な供給が保証されるようには設計されていない。

このことは稼働運転において、一方で、ディーゼルエンジンがその出力限界において運転され、他方では、油圧消費部が並列に運転される場合に、ポンプ給送量が所望される最大の作業速度にとっては十分ではないことを意味する。従って、安全機能において、他の消費部への導管が解放される前に、優先される消費部に供給する優先弁を使用することを強いられる。すべての他の消費部は、残流を分かち合わなければならない。

上述した建設機械のような作業機器において、従来技術では、上流に接続された圧力補償装置を有するルート弁を介して消費部に供給され、ルート弁の制御スライダが、消費部へ供給するための配量絞りの開口大きさを定める。それぞれ配量絞りの前で外部の負荷の圧力をコピーして、さらにその制御ばねの力の大きさだけ増大させる、上流に接続された圧力補償装置の機能原理によって、ポンプから考えて、一連の異なる高さの抵抗が生じる。ポンプ給送量が十分でない場合には、ポンプ圧力が落ち込んで、作業媒体は最も抵抗状態の低いルートを流れる。それによって最も高い負荷を有する消費部は、停止状態になることがあり得る。従ってその「節約された」体積流が、他のすべての負荷へ供給される。

機械操作者にとって、このシステム挙動は、受け容れられない。というのは、クロスレバーを有する典型的な機械制御において、複数の機能が同時に遂行されるからである。消費部が意図されずに停止したままになる場合に、操作者にとって制御が困難になる。

圧力補償装置が下流に接続された配量絞りを有する弁を利用することによって、この問題に対処する試みは、下流に接続された圧力補償装置が配量絞りの前の負荷圧力ではなく、配量絞りの後方のシステム内の最大の負荷圧力をコピーし、それによってポンプ圧力が落ち込んだ場合でも、ポンプから見てすべての抵抗が等しく留まるにもかかわらず、所望の成果をもたらさない。この種のシステムにおいては、好ましくないことに、配量絞りの前で量分離が行われなければならず、それは容易に可能なものではない。他の特別な欠点は、下流に接続された圧力補償装置を有するルート弁の負荷報告システムが、最高負荷の消費部の制御される体積流からの恒常的な排出流をもたらすことであって、それは、エネルギ損失をあらわす。

上記問題に鑑み、本発明は、供給装置の要求が過剰である場合に比較的改良された運転挙動を特徴とする、油圧システムを運転する方法を提供することを課題とする。

本発明によれば、この課題は、その全体において特許請求項１の特徴を有する方法によって解決される。

それによれば、本発明の特徴は、消費部が供給不足になった場合に、供給不足の消費部の体積流不足分を補償するために、油圧システム内にあるすべての消費部が利用されることにある。従来技術においては、上流に接続された圧力補償装置を有するシステムにおいて、供給不足の場合に最大負荷の消費部の停止状態を発生させることがあり、その場合にその節約された体積流が残りの消費部に役立つが、それに対して本発明においては、低負荷の場合にすべての消費部にそれに応じて減少された体積流が提供される。従って、複数の機能を同時に遂行するために、同時に複数の消費部を制御する機械操作者が、ある消費部が停止し、残りの消費部はさらに活動して（動いて）いる、という状況に直面する危険はない。

ポンプ給送流から各消費部に、対応づけられた調節可能な配量絞りを介して、その開口量に依存する、加圧液体の体積流が供給され、絞りにそれぞれその開口量とポンプ給送流に関係する圧力差が発生される実施例においては、好ましいやり方で、少なくとも１つの配量絞りにおいて圧力差が目標値の下へ低下した場合に、補正信号が発生され、その信号値がすべての配量絞りの開口量に従って同期して減少され、補正信号は、圧力差の目標値が再び達成されるまでの間維持されるようにすることができる。従って補正信号は、次のことに従って、すなわち油圧ポンプの要求が過剰である場合に、そのポンプ給送流が最大負荷の消費部の配量絞りにおいて必要な動圧を発生させるのにもはや十分ではなく、それによってこの絞りにおける圧力差が明細化された目標値の下へ低下することに従って、発生される。

補正信号として、好ましくは、同期通路内に同期圧力が発生される。従って補正信号は、圧力信号の形式で存在するので、好ましいやり方で、直接弁システム内で効力をもたらすことができる。

特に好ましい実施例において、同期圧力は、同期圧力補償装置を介して発生され、その同期圧力補償装置には、一方でポンプ圧力が、他方ではその制御ばねの力を加えた、システムの最高の負荷圧力が供給され、かつその同期圧力補償装置を介して、その制御圧力差を下回った場合に、圧力源が同期通路と接続される。

消費部の供給の制御が、比例ルート弁を介して行われ、その制御スライダが配量絞りを変化させるために検出器圧力によって油圧的に始動可能な実施例において、同期圧力は制御スライダの、検出器圧力によって始動されない端面へ供給される。従って、供給不足の運転状態において発生される同期圧力によって、すべてのルート弁の制御スライダがそれぞれの検出器圧力に抗して、同期圧力に依存する大きさだけ復帰され、従ってすべての消費部が低負荷を補償するためにそれに応じて減少された体積流を供給される。

特に好ましい実施形態において、ルート弁の配量絞りにおける圧力差は、対応づけられた個別圧力補償装置によって制御され、システム圧力はシステム圧力補償装置によって制御される。

その場合に好ましくは、同期圧力補償装置の差圧は、システム圧力補償装置の差圧より幾分小さい値に調節される。それによって、システムの通常運転においてはシステム内の差圧がシステム圧力補償装置によって一義的に定められることが、保証される。

同期圧力補償装置の圧力差は、好ましくは個別圧力補償装置の圧力差に、あるいはそれより高く調節される。

特に好ましい実施例において、弁およびポンプシステムは、最大可能な体積流要求において、最大の同期圧力が制御スライダのセンタリングばねの付勢力を上回らないように、寸法設計される。それによって、システムの供給不足の場合に、制御スライダが同期圧力によってそのニュートラル位置まで復帰できないことが、保証される。

たとえば安全の理由から、特に優先される消費部を有するシステムにおいては、優先回路の形式で、それぞれ優先される消費部への補正信号の供給を阻止することができる。

また、本発明の対象は、油圧システムであって、その油圧システムは、請求項１から１０のいずれかに記載の方法によって運転可能であり、かつ特許請求項１１の特徴ａ）からｃ）を有している。

油圧システムの他の特徴が、下位請求項１２から１４に記載されている。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。

２つの油圧消費部に供給するための、従来技術に相当する油圧システムの油圧回路図を示している。 図１に示す種類の油圧システムにおいて使用するための、システム圧力制御器の油圧回路図を示している。 図１に示す種類の油圧システムにおいて使用するための、他のシステム圧力制御器の油圧回路図を示している。 本発明の運転の考え方を説明するフローチャートである。 図１と同様の油圧回路図であるが、本発明に基づく方法を実施するために設けられた、本発明に基づく油圧回路図を示している。 本発明に基づく同期制御方法のためのルート弁の切替え図式と同期圧力を有する運転のための論理回路を示している。 同期圧力補償装置を図式的に簡略化して示す断面図である。

図１は従来技術に相当する、２つの消費部（図示せず）に供給するための油圧システムを示すものであるが、図１の表示において、ポンプ導管１の上流に接続されているシステム圧力制御器は、除かれている。図２と３は、図１に示す種類の油圧システムにおいて、ポンプ圧力Ｐ_ｐｕと最大の負荷圧力ＬＳｍａｘの圧力差を一定に維持するために利用することができる、システム圧力制御器の２つの実施形態を示している。
図２に示すそれは、定分配ポンプ３の形式の油圧ポンプであって、その圧力側は３ルート圧力補償装置５と接続されており、それは、一方でポンプ圧力Ｐ_ｐｕを供給され、他方では制御ばね７の力を加えた、ＬＳｍａｘを供給され、かつ、ポンプ導管１とＬＳｍａｘの間の圧力差を一定に維持する、パイロット制御される圧力制限弁のように作動する。
それに対して図３は、調節ポンプ９の使用を示しており、その制御器はルート弁１１によって形成されており、そのルート弁が制御回路「ポンプの調節機構」の内部で要求される給送流を調節する。

供給導管Ａ１、Ｂ１とＡ２、Ｂ２を介しての、図１には図示されていない消費部への供給は、比例ルート弁１３を介して行われ、その制御スライダ１５の制御エッジが、配量絞り１７の開口大きさを定める。ルート弁１３の上流に、それぞれ個別圧力補償装置１９が接続されており、その個別圧力補償装置には、上流に接続される圧力補償装置において一般的なやり方で、一方では、ルート弁１３のそれぞれの配量絞り１７に生じる動圧ｐ１’ないしｐ２’が供給され、他方では、付属の負荷ＬＳ_１ないしＬＳ_２の、その制御ばね２１の力を加えた負荷圧力が供給される。負荷圧力ＬＳ_１とＬＳ_２が供給される、シャトル弁２３が、どの負荷圧力がＬＳｍａｘとして図１には図示されないシステム圧力制御器へ供給されるか、を決定する。供給導管Ａ１、Ｂ１およびＡ２とＢ２を介して消費部へ供給される体積流を制御するために、制御弁１３は、制御スライダ１５の一方の端面に検出器圧力Ｘ_ａ１ないしＸ_ａ２が供給され、あるいは対向する端面に検出器圧力Ｘ_ｂ１ないしＸ_ｂ２が供給されることによって、油圧的に始動（trigger)可能である。

図１に示すシステムにおいて、ポンプ出力の過剰要求においてポンプ圧力が落ち込んだ場合に、最高の負荷圧を有する個別圧力補償装置１９にはさらに、該当する配量絞り１７における圧力差を制御するための圧力過剰より減少された圧力差のみが提供される。最大の負荷を受けるルート弁１３において、この動圧が、負荷圧力に、あるいは、それ以下に低下した場合に、この消費部は停止したままとなり、低い負荷を受ける消費部は、さらに移動する。

図４は、それとは異なる、本発明によって生じる状態を示している。システムの運転において、ルート弁１３が、配量絞り１７の前で必要な動圧を絞るには、もはや十分でないほど開放された場合に、動圧は二次関数に従って低下する。ボックス２５（下から１番目のボックス）を参照。その上のボックス２７においては、同期圧力補償装置（図５の３３）の制御法則によって、同期圧力Ｘ_ｓｙｎの形式の補正信号が、制御スライダ１５に印加される制御圧力の補償をあらわすことにより、消費部によって要求される体積流が、再び可能なポンプ給送量まで引き下げられる。補正する同期圧力Ｘ_ｓｙｎは、制御圧力Ｘに拮抗作用し（ボックス２９を参照）、従ってすべての配量絞り１７の開口断面を減少させる。これは、同期圧力補償装置３３によって調節された目標差圧が再び達成されるまでの間、行われる（ボックス３１を参照）。

図５は、３つの消費部へ供給するための３ルート弁１３を有する油圧システムを用いて、本発明に基づく方法を示しており、そこでは供給導管は除かれており、ルート弁１３もわかりやすくするために簡単に記入されている。ルート弁１３のうちの２つの上流に、２つの個別圧力補償装置１９が、図１におけるのと同じ配置で接続されており、消費部Ｎのためのルート弁１３は、個別圧力補償装置なしでシステム内へ統合されている。システム圧力制御は、図２の例に従って、コンスタントポンプ３の出口においてポンプ導管１に接続された３ルート圧力補償装置５によって行われる。

同期通路３５内で同期圧力Ｘ_ｓｙｎを発生させるために用いられる同期圧力補償装置３３は、一方でポンプ圧力Ｐ_ｐｕを供給され、他方では制御ばね３７の力を加えた、最大の制御ブロック−負荷圧力Ｌ_ＳＴＢを供給される。どの負荷圧力が最大の負荷圧力Ｌ_ＳＴＢとして同期圧力補償装置３３にも、システム圧力補償装置５にも供給されるか、の選択は、図１のシステムの場合と同様に、シャトル弁２３によって行われる。

同期圧力補償装置３３は、制御回路内のポンプ制御器のように作動し、その制御回路内に全ルート弁１３の制御スライダ１５も参加している。基本原理は、制御ブロック（ルート弁１３）における実際の圧力差の高さを監視する、センサ回路である。この圧力差が、所定の領域内にある場合に、同期圧力補償装置３３は受身状態に留まり、すなわちそれは所望の圧力差によってその制御ばね３７を押圧し、タンク３９へ向かって同期通路３５が解放する。他の場合には、同期圧力補償装置３３は開放位置へ移動して、供給導管４１から体積流を同期通路３５内へ供給し、それによって同期圧力Ｘ_ｓｙｎが発生される。同期通路３５は、すべての制御スライダ１５の各端面と並列に接続可能であって、決定（制御圧力／検出器圧力の供給）は、それぞれシャトル弁４３によって行われ、そのシャトル弁には、一方で検出器圧力Ｘ_…が、他方では同期圧力Ｘ_ｓｙｎが供給される。

同期圧力Ｘ_ｓｙｎが上昇して、制御スライダ１５の端面まで達する場合に、それは制御スライダ１５の、検出器圧力によって始動される側とは逆の側であると、見なすことができる。たとえば、ルート弁１３が７バールで始動されて、５０リットル／分を供給し、かつ同期圧力が０から２バールへ上昇した場合に、７バールで変位されたスライダ１５は、２バールの反圧によって、５バールの制御圧力に応じたスライダ位置へ復帰され、それによって消費部へ供給される体積流が減少される。同じことが、残りの消費部のルート弁１３の制御スライダ１５について当てはまる。制御ブロックにおける所望の圧力差が再び目標値に達するまでの間、同期圧力が構築され、すなわち同期圧力補償装置３３が開放位置に留まる。

同期圧力補償装置３３の差圧は、システム圧力制御器の差圧よりも幾分低く調節され、それによってノーマルな、飽和された運転においては、システム内の差圧はシステム圧力制御器によって一義的に定められる。個々の圧力補償装置１９の差圧は、理想的な方法で、同期圧力補償装置３３の圧力差の値に調節される。その場合に同期圧力補償装置３３は、個別圧力補償装置１９がまだ飽和されている間に、システム圧力補償装置５の低飽和の開始を認識する。供給不足が開始された場合でも同期制御内にエラーは発生しない、というのは、個別圧力補償装置１９が低飽和の開始によって完全に開放して、その後もはや制御できなくなる前に、同期圧力補償装置３３がすでに、補償する同期圧力Ｘ_ｓｙｎを発生させて、それによってすべての変位された制御スライダ１５を復帰させることを開始するからである。

シャトル弁４３を利用する代りに、図６に示すように、ルート弁１３の制御スライダ１５に設けられた論理回路が、どの端面に検出器圧力が供給され、あるいは同期圧力が供給されるかに関する選択を行うことができる。

図７は、同期圧力補償装置３３の断面図であって、そのスライダ４５は、負荷圧力ＬＳと制御ばね３７の力によって、制御エッジ４７が供給導管４１を同期通路３５と接続することを開始するまで、図において左へ移動されており、タンク３９への接続は中断されている。圧力Ｐ_ｐｕが、所望の差圧が達成されて、スライダ４５が右へ復帰されるまで上昇した場合に、同期通路３５は再びタンク３９へ向かって解放される。

このテキストにおいて、配量絞りのような絞りに言及される限りにおいて、それに関する説明は、配量スロットルのようなスロットルにも当てはまる。同様に、それに関する説明は、使用されるノズルにも当てはまる。

Claims (14)

1. 種々の油圧消費部へ供給する、少なくとも１つの供給装置、特に油圧ポンプ（３９）、を有する油圧システムを運転する方法において、
   同期化装置（３３、３５）によって、少なくとも１つの油圧消費部が供給不足になった場合に、この消費部のための体積流不足が、すべての消費部が不足分を同程度に補償するようにバランスされることが、保証される、
   ことを特徴とする油圧システムを運転する方法。
2. ポンプ給送流から各消費部に、対応づけられた調節可能な配量絞り（１７）を介して、その開口大きさに依存する加圧液体の体積流が供給され、絞り（１７）にそれぞれ、その開口大きさとポンプ給送流に関連する圧力差が発生され、かつ、
   少なくとも１つの配量絞り（１７）において圧力差が目標値以下へ低下した場合に、補正信号（Ｘ_ｓｙｎ）が発生され、その信号値がすべての配量絞り（１７）の開口大きさに従って同期して減少され、かつ、
   補正信号は、圧力差の目標値が再び達成されるまでの間、維持される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 補正信号として、同期通路（３５）内に同期圧力（Ｘ_ｓｙｎ）が発生される、ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 同期圧力（Ｘ_ｓｙｎ）が同期圧力補償装置（３３）を介して発生され、
   前記同期圧力補償装置に、一方でポンプ圧力（Ｐ_ｐｕ）が供給され、他方ではその制御ばね（３７）の力を加えた、システムの最高の負荷圧力（Ｌ_ＳＴＢ）が供給され、
   かつ、
   前記同期圧力補償装置を介して、その制御圧力差を下回った場合に、圧力源（Ｐ_ｖ）が同期通路（３５）と接続される、
   ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 消費部の供給の制御が、比例ルート弁（１３）を介して行われ、
   その制御スライダ（１５）が、配量絞り（１７）を変化させるために検出器圧力（Ｘ_…）によって油圧的に駆動可能であって、かつ、
   同期圧力（Ｘ_ｓｙｎ）が、制御スライダ（１５）の、検出器圧力（Ｘ_…）によって駆動されない端面へ供給される、
   ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. ルート弁（１３）の配量絞り（１７）における圧力差が、対応づけられた個別圧力補償装置（１９）によって制御され、
   システム圧が、システム圧力補償装置（５）によって制御される、
   ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 同期圧力補償装置（３３）の差圧が、システム圧力補償装置（５）の差圧よりも幾分小さい値に調節される、
   ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 同期圧力補償装置（３３）の圧力差が、個別圧力補償装置（１９）の圧力差に、あるいは、それより高く調節される、
   ことを特徴とする請求項６または７に記載の方法。
9. 弁およびポンプシステムの寸法が、最大可能な体積流要求において、最大の同期圧力（Ｘ_ｓｙｎ）が、制御スライダ（１５）のセンタリングばねの付勢力を越えないように、設計される、
   ことを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載の方法。
10. 優先される消費部への補正信号（Ｘ_ｓｙｎ）の供給が、阻止される、
    ことを特徴とする請求項２から９のいずれか１項に記載の方法。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法によって運転可能な油圧システムであって、
    ａ）種々の油圧消費部へ供給する、少なくとも１つの供給装置、特に油圧ポンプ（３、９）と；
    ｂ）それぞれ各消費部に対応づけられた、調節可能な配量絞り（１７）であって、その開口大きさに従った圧力液の体積流を供給するための、前記配量絞りと；
    ｃ）少なくとも１つの配量絞り（１７）における圧力差が目標値の下へ低下した場合に、補正信号（Ｘ_ｓｙｎ）を発生させるための、同期化装置（３３、３５）であって、前記補正信号の信号値が、すべての配量絞り（１７）の開口大きさに従って同期して減少可能である、前記同期化装置と、
    を有する、
    ことを特徴とする油圧システム。
12. 補正信号として同期圧力（Ｘ_ｓｙｎ）を発生させる同期圧力補償装置（３３）が設けられており、
    前記同期圧力補償装置に、一方でポンプ圧力（Ｐ_ｐｕ）が供給され、他方ではその制御ばね（３７）の力を加えた、システムの最高の負荷圧力（Ｌ_ＳＴＢ）が供給される、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の油圧システム。
13. 消費部の供給を制御するために、比例ルート弁（１３）が設けられており、その制御スライダ（１５）が配量絞り（１７）を変化させるために検出器圧力（Ｘ_…）によって油圧的に始動可能であって、かつ
    同期圧力（Ｘ_ｓｙｎ）が同期通路（３５）を介してすべてのルート弁（１３）の制御スライダ（１５）の各端面と並列に接続可能である、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の油圧システム。
14. 各ルート弁（１３）にシャトル弁（４３）または油圧論理回路（図６）が対応づけられており、それを介して制御スライダ（１５）のそれぞれの端面に、検出器圧力（Ｘ_…）または同期圧力（Ｘ_ｓｙｎ）が供給可能である、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の油圧システム。

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