JP2012102881A - 位置エネルギーを回収するための油圧装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な構造でエネルギー回収のできる油圧回路を提供する。
【解決手段】油圧アクチュエータ２０と、ポンプ入口５２およびポンプ出口５４を有し、油圧アクチュエータ２０に流体を供給するよう構成されるポンプ４４と、第１のアキュムレータ６８および第２のアキュムレータ７４を含み、油圧アクチュエータ２０とポンプ４４との間に機能的に連結されるエネルギー回収装置４８とを備えた本発明による油圧装置４０は、第１のアキュムレータ６８が第１の条件下で油圧アクチュエータ２０からの流体を貯蔵するよう構成され、貯蔵された流体がポンプ入口５２を通じて油圧アクチュエータ２０へと誘導され、第２のアキュムレータ７４が第１の条件とは異なる第２の条件下で油圧アクチュエータ２０からの流体を受け入れるよう構成されている。
【選択図】図２

Description

本開示は、エネルギー回収、およびより詳細には、油圧回路を使用して連係装置の位置エネルギーを回収するための装置および方法に関する。
作業機械は、土、建設資材、および／または瓦礫などの重量物を動かすために使用され得るとともに、例としては、ホイールローダー、掘削機、フロントショベル、ブルドーザ、バックホウ、およびテレハンドラーを挙げることができる。作業機械は重量物を動かすために作業器具を利用し得る。作業機械の作業器具は、加圧流体を使用して油圧アクチュエータを作動させることにより作業器具を動かし得る油圧装置により駆動され得る。
作業機械の運転中、器具は上昇位置まで上昇し得る。器具は比較的重いため、器具が上昇位置まで上昇すると位置エネルギーを得ることができる。器具が上昇位置から解放されると、この位置エネルギーは熱に変換され得、このとき加圧作動液が油圧アクチュエータから吐出されるとともにバルブの通過量を絞られタンクに戻される。典型的には、位置エネルギーの熱への変換は結果として放出された作動液の望ましくない加熱をもたらし、そのため作業機械は追加的な冷却能力を備えることが要求される。この損失となる、または利用されない位置エネルギーを再利用のために回収することで、作業機械の効率性は向上し得る。
荷重物の降下に関連するエネルギーを回収または再循環するよう設計される一装置が、ブルーン(Bruun)に対する特許文献１（「ブルーン」）に開示される。ブルーンは油圧機械を備える油圧回路を開示し、その流れは複動油圧シリンダのロッド端に送給され得る。油圧回路はまた、可変油圧機械、サーボポンプ、およびアキュムレータも備える。運転中、アキュムレータ内の加圧された油は可変油圧機械の双方向ポンプを通じて流れ、次に双方向ポンプが油をリフトシリンダに送る。降下動作の際には、双方向ポンプ内の流れの方向が切り換えられるとともに油がアキュムレータに供給される。
米国特許第６５８４７６９号明細書
ブルーンにおける油圧回路に関連する欠点は、それが、複動油圧シリンダを伸張および格納する機能および降下される荷重物により生じるエネルギーを回収または再循環する機能を実行するために双方向ポンプおよびサーボポンプを必要とすることである。これらの構成部品の使用により、ブルーンにおける油圧回路の複雑性、サイズ、および費用は増加する。
本開示の装置は、上記の制約のうち１つまたは複数を克服することに関する。
油圧装置に関する本発明の一形態において、この油圧装置は、油圧アクチュエータと、ポンプ入口およびポンプ出口を有し、前記油圧アクチュエータに流体を供給するよう構成されるポンプと、第１のアキュムレータおよび第２のアキュムレータを含み、前記油圧アクチュエータと前記ポンプとの間に機能的に連結されるエネルギー回収装置とを備えた油圧装置であって、前記第１のアキュムレータは、第１の条件下で前記油圧アクチュエータからの流体を貯蔵するよう構成され、貯蔵された流体が前記ポンプ入口を通じて前記油圧アクチュエータへと誘導され、前記第２のアキュムレータは、前記第１の条件とは異なる第２の条件下で前記油圧アクチュエータからの流体を受け入れるよう構成されていることを特徴とするものである。
本発明の別の形態は、ポンプを備える油圧回路内のエネルギーを回収するための方法に関する。この方法は、油圧アクチュエータから流れ出る流体を第１の条件下でエネルギー回収装置の第１のアキュムレータへと前記ポンプを通じて循環させることなく誘導するステップと、前記油圧アクチュエータから流れ出る流体を前記第１の条件とは異なる第２の条件下で前記エネルギー回収装置の第２のアキュムレータへと誘導するステップと、前記エネルギー回収装置内に流体を貯蔵するステップと、貯蔵された流体を前記ポンプの入口へと放出するステップとを備えたことを特徴とするものである。
作業機械に関する本発明のさらに別の形態において、この作業機械は、作業器具、および作業器具を作動させるよう構成される油圧装置を備え、この油圧装置は上述した本発明の形態による油圧装置であってよい。
開示される例示的実施形態に係る作業機械の線図を提供する。 開示される例示的実施形態に係る油圧装置の概略図を提供する。
図１は例示的作業機械１０を示す。作業機械１０としては、例えば、掘削機、ローダ、または油圧駆動作業器具１２を有する任意の機械を挙げることができる。一実施形態において、器具１２は、ブーム１４、スティック１６、およびバケット１８を備え得る。器具１２により実行される操作としては、例えば、荷重物（図示せず）の昇降、およびその他の移動を挙げることができる。
器具１２を１つまたは複数の油圧アクチュエータ２０により動作させることでその様々な機能が実行され得る。油圧アクチュエータ２０としては、加圧作動液を受け取るとともにそれを機械的動力および運動に変換するよう構成される任意の機器を挙げることができる。例えば、油圧アクチュエータ２０としては、流体モータまたは流体静力学ドライブトレインを挙げることができる。追加的または代替的に、油圧アクチュエータ２０としては、ハウジング２２およびピストン２４により実現される複動油圧シリンダを挙げることができる。油圧アクチュエータ２０の構成要素について、当該技術分野において周知のものを、図２においてさらに詳細に見ることができる。
ハウジング２２としては、内表面２６を有する容器を挙げることができる。一実施形態において、ハウジング２２としては、内表面２６を画成する円筒穴を有する実質的に円筒形状の容器を挙げることができる。ピストン２４がハウジング２２の内表面２６に対し緊密かつ摺動可能に収容されることでピストン２４とハウジング２２との間の相対移動が可能となり得ることが企図される。
ピストン２４は、ハウジング２２の内表面２６に対し緊密に嵌合するよう成形されるプラグ２８を備え得る。ピストンはまた、一端でプラグ２８に連結されるとともに他端で直接的または間接的に作業器具１２に連結されるロッド３０も備え得る。ピストン２４はハウジング２２の内部チャンバを、ピストン２４のロッド側の内部チャンバ部分に相当するロッド端チャンバ３４と、ロッド側と反対の内部チャンバ部分に相当するヘッド端チャンバ３２とに分割し得る。ハウジング２２は、ヘッド端チャンバ３２と関連付けられるヘッド端開口３６およびロッド端チャンバ３４と関連付けられるロッド端開口３８を備え得る。加圧作動液は、ヘッドおよびロッド端チャンバ３２、３４に流入するとともにそこから流出して双方の間に圧力差を生じさせ、ピストン２４の運動を引き起こし得る。
油圧回路または装置４０を利用して加圧作動液を油圧アクチュエータ２０へと、およびそこから誘導し得る。一実施形態において、油圧回路４０は、タンク４２、ポンプ４４、シリンダ制御弁アセンブリ４６、エネルギー回収装置４８、およびバイパス弁５０を備え得る。
タンク４２としては、例えば液リザーバなどの、低圧作動液源を挙げることができる。流体としては、専用の作動油、エンジン潤滑油、トランスミッション潤滑油、または他の好適な作動流体を挙げることができる。油圧回路４０は器具１２の運転中にタンク４２から流体を選択的に引き込み得るとともに流体をそこに戻し得る。ただ１つのタンク４２のみが示されるが、油圧回路４０は複数の個別の流体タンク（図示せず）と流体連通し得ることもまた企図される。
ポンプ４４は加圧作動液の流れを生み出すよう構成され得るとともに、例としては、ピストンポンプ、ギアポンプ、ベーンポンプ、またはジェロータポンプを挙げることができる。ポンプ４４は、供給する流量について、可変排出能力、または代替的には固定能力を有し得る。ポンプ４４はポンプ入口５２およびポンプ出口５４を備えてもよく、ここでポンプ入口５２は流体ライン５６によりタンク４２に連結され得る。運転中、ポンプ４４は周囲圧または低圧で作動液をタンク４２から引き込み得るとともに作動液が加圧されるように機能し得る。加圧作動液の流れはポンプ出口５４から出ることができる。ポンプ４４は一方向ポンプであり得ることが企図される。
ポンプ４４に関する吸引力を保証するため、および作動液を引込むとともに作動液を加圧状態にすることに関連する作業負荷および／またはエネルギー消費を低減するため、油圧回路４０はチャージポンプ５８もまた備え得る。チャージポンプ５８は、タンク４２からの作動液を加圧するとともにその加圧作動液をポンプ入口５２に供給することによりポンプ４４を補助し得る。チャージポンプ５８により予加圧されたならば、作動液を加圧するためにポンプ４４が必要とし得る仕事量および／またはエネルギーはより小さくなる。
ポンプ４４および／またはチャージポンプ５８は、副軸、ベルト、電気回路により、および／または任意の他の好適な方法により作業機械１０の動力源（図示せず）に駆動可能に連結され得る。ポンプ４４および／またはチャージポンプ５８は加圧作動液を油圧回路４０にのみ専属的に供給し得るか、あるいは、ポンプ４４および／またはチャージポンプ５８は加圧作動液を油圧回路４０および作業機械１０の追加的な油圧装置（図示せず）に供給し得る。
シリンダ制御弁アセンブリ４６は、２個のポンプからシリンダへの（「Ｐ−Ｃ」）独立計量制御弁６０および６２および２個のシリンダからタンクへの（「Ｃ−Ｔ」）独立計量制御弁６４および６６を備える、独立計量弁ユニットを備え得る。Ｐ−ＣおよびＣ−Ｔ独立計量制御弁６０、６２、６４、および６６は各々、開放および閉鎖状態に、および開放と閉鎖との間の位置に、独立して作動し得る。Ｐ−ＣおよびＣ−Ｔ制御弁６０、６２、６４、および６６の選択的な作動を通じ、加圧作動液は油圧アクチュエータ２０のヘッド端チャンバ３２およびロッド端チャンバ３４へと、およびそこから誘導され得る。ヘッド端チャンバ３２およびロッド端チャンバ３４への、およびそこからの流体の流れの方向および流量を制御することにより、Ｐ−Ｃ制御弁６０および６２およびＣ−Ｔ制御弁６４および６６は器具１２の動作を制御し得る。追加的または代替的に、シリンダ制御弁アセンブリ４６は、１つまたは複数のシングルスプール弁（図示せず）、比例制御弁、または油圧アクチュエータ２０に流れ込む、およびそこから流れ出る加圧作動液の流量を制御するよう構成される任意の他の好適な機器を備え得る。
Ｐ−Ｃ制御弁６０および６２は、ポンプ出口５４から油圧アクチュエータ２０へと流れ出る加圧作動液を誘導するよう構成され得る。特に、Ｐ−Ｃ制御弁６２は油圧の流れを油圧アクチュエータ２０のロッド端チャンバ３４へと選択的に誘導し得る一方、Ｐ−Ｃ制御弁６０がヘッド端チャンバ３２に関して同様の機能を実行し得る。
Ｃ−Ｔ制御弁６４および６６は、油圧アクチュエータ２０のヘッド端チャンバ３２およびロッド端チャンバ３４から流れ出る作動液を受け入れるよう構成され得る。特に、Ｃ−Ｔ制御弁６４は、ヘッド端チャンバ３２から流れてくる作動液を受け入れ得るとともにそれをタンク４２の方へ誘導し得る。Ｃ−Ｔ制御弁６６は、ロッド端チャンバ３４およびタンク４２に関して同様の機能を実行し得る。Ｃ−Ｔ制御弁６４および６６は、Ｐ−Ｃ制御弁６０および６２と同様に、様々な種類の、独立して調節可能なバルブ装置を備え得る。
エネルギー回収装置４８は、油圧アクチュエータ２０から放出される加圧作動液に関連するエネルギーを回収し得る。例えば、エネルギー回収装置４８は、油圧アクチュエータ２０が超過荷重条件下にあるときエネルギーを回収し得る。超過荷重条件が存在し得るのは、油圧アクチュエータ２０が荷重物を持ち上げるために伸張された後、格納が所望される場合である。超過荷重条件において、油圧アクチュエータ２０は、器具１２の重力および／または器具１２により担持される荷重物の重力により格納され得る。この格納によりヘッド端チャンバ３２の方向へのピストン２４の運動が引き起こされる結果として、ひいては加圧作動液がヘッド端チャンバ３２から吐き出され得る。この超過荷重条件は、油圧アクチュエータ２０が器具１２の重さおよび／または荷重物の重力に逆らって働くことで動作または操作を実行しなければならない抵抗荷重条件とは区別され得る。
開示される一例示的実施形態において、エネルギー回収装置４８は、高圧（「ＨＰ」）アキュムレータ６８、ＨＰ供給弁７０、ＨＰ吐出弁７２、タンクアキュムレータ７４、逆止弁７６、背圧弁７８、および別の逆止弁８２を備え得る。エネルギー回収装置４８により回収されるエネルギーを使用して油圧アクチュエータ２０および作業機械１０に存在する他の油圧機器の次の動作および操作のための動力が供給され得る。
ＨＰアキュムレータ供給弁７０は流体ライン８０に位置し、ヘッド端チャンバ３２およびＨＰアキュムレータ６８に機能的に連結され得る。抵抗荷重条件において、ＨＰアキュムレータ供給弁７０は閉鎖位置にあり、ヘッド端チャンバ３２から流れ出る加圧作動液のＨＰアキュムレータ６８への流入を防止する。超過荷重条件において、ＨＰアキュムレータ供給弁７０は開放位置に作動し得る一方、Ｃ−Ｔ制御弁６４が閉鎖位置に作動し得ることにより、ひいてはヘッド端チャンバ３２から流れ出る加圧作動液を流体ライン８０を通じてＨＰアキュムレータ６８に流入させることが可能となる。ＨＰアキュムレータ供給弁７０は、同様に流体ライン８０に位置する逆止弁８２と連動して機能し得ることがさらに企図され、これによりＨＰアキュムレータ供給弁７０が開放位置にあるとき、逆止弁８２は加圧作動液をヘッド端チャンバ３２からＨＰアキュムレータ６８に流動させ得るが、逆方向に流動させることはない。
ＨＰアキュムレータ６８内部の加圧作動液量が増加するにつれＨＰアキュムレータ６８内部の圧力も増加し得ることにより、ひいては加圧作動液のヘッド端チャンバ３２からＨＰアキュムレータ６８への送給がより困難となる。ＨＰアキュムレータ６８内部の圧力がヘッド端チャンバ３２内部の圧力と等しくなると、加圧作動液はヘッド端チャンバ３２からＨＰアキュムレータ６８への流動を停止し得る。加圧作動液が油圧アクチュエータ２０をその現在の状態に保持することにより、ＨＰアキュムレータ６８は作業機械が作業現場の平坦でない表面を移動するときの器具１２の「跳ね返り」の量を低減することでばねまたはショックアブソーバの働きをすることが可能となる。追加的または代替的に、油圧アクチュエータ２０の連続動作が所望される場合には、ポンプ４４は加圧作動液を油圧アクチュエータ２０のロッド端チャンバ３４に供給してピストン２４をヘッド端チャンバ３２の方向に駆動することによりヘッド端チャンバ３２内の圧力を上昇させ得る。このようにして、ヘッド端チャンバ３２内の圧力は常にＨＰアキュムレータ６８内部の圧力より高いレベルに維持され得るとともにピストン２４は超過荷重条件においても停止することなく円滑に機能し得る。
ＨＰアキュムレータ吐出弁７２は流体ライン８０上でＨＰアキュムレータ６８とポンプ４４との間の位置に位置し得るとともに、ＨＰアキュムレータ６８をポンプ４４との流体連通状態に選択的に設定し得る。超過荷重条件において、ＨＰアキュムレータ吐出弁７２は閉鎖位置にあり、ひいてはヘッド端チャンバ３２から流れ出る加圧作動液をＨＰアキュムレータ６８内部に滞留させ得る。油圧アクチュエータ２０の動作が再び所望され得る場合、ＨＰアキュムレータ吐出弁７２は開放位置にシフトし、ひいてはＨＰアキュムレータ６８とポンプ４４との間に流路が作り出され得ることにより、ＨＰアキュムレータ６８内の加圧作動液がポンプ入口５２からチャージポンプ４４へと供給され得るとともに所望の動作の実行を補助し得る。
タンクアキュムレータ７４は流体ライン８４によりロッド端チャンバ３４に機能的に連結され得る。ロッド端チャンバ３４から流れ出る低圧の作動液は後に再利用するためタンクアキュムレータ７４内に貯蔵され得る。タンクアキュムレータ７４は逆止弁７６および背圧弁７８と連動して動作し、所望の場合に加圧作動液をポンプ４４に供給し得る。
逆止弁７６が流体ライン５６に配置され作動液を単一方向に通過させる。企図される一実施形態において、逆止弁７６は、逆止弁８２を閉鎖位置に動かし得るバイアス圧を生じさせるよう構成されるばねなどの付勢具８６を備え得る。ＨＰアキュムレータ吐出弁７２がＨＰアキュムレータ６８内部に貯蔵される加圧作動液を放出するために開放されるとき、加圧作動液によりポンプ入口５２および逆止弁７６において第１の流体圧が生じ得る。逆止弁７６は第１の流体圧およびバイアス圧により及ぼされる複合力のため閉鎖されたまま保たれ得る。加圧作動液がＨＰアキュムレータ６８から流れ出るとき、ＨＰアキュムレータ６８内部の圧力の対応する変化が圧力センサ（図示せず）により感知されてもよく、これは、例えば、ＨＰアキュムレータ６８上またはその内部に、またはＨＰアキュムレータ６８が流体ライン８０に連結する接合点に取り付けられ得る。ＨＰアキュムレータ６８内の加圧作動液量が所定のレベルに下がるか、または完全に排出されると、センサによりＨＰアキュムレータ吐出弁７２の閉鎖が引き起こされ得る。ＨＰアキュムレータ吐出弁７２が閉鎖されると、第１の流体圧およびバイアス圧により及ぼされる複合力が、タンクアキュムレータ７４内に貯蔵される加圧作動液により及ぼされる圧力により生成される逆止弁７６の開放方向と反対方向の力より小さくなり得る。従って、逆止弁７６が開放されタンクアキュムレータ７４内の加圧作動液はポンプ４４に向かって流出することが可能となり得る。
背圧弁７８は逆止弁７６と同様に付勢具９０を有する逆止弁８８を備え得る。しかしながら、背圧弁７８は流体ライン５６に配置され、加圧作動液のタンク４２への逆戻りを可能にする。このようにして、背圧弁７８はタンクアキュムレータ７４内部に貯蔵される加圧作動液の圧力を調整し得る。例えば、前述されるとおり、ロッド端チャンバ３４から出た加圧作動液は流体ライン８４へとＣ−Ｔ独立計量弁６６を通じて、およびタンクアキュムレータ７４に向かって誘導され、ひいては加圧作動液がタンクアキュムレータ７４に貯蔵されるにつれその内部に圧力を生じさせ得る。タンクアキュムレータ７４内の圧力が背圧弁７８を開放位置に押し留めるために必要とされる所定の圧力未満に保たれる限り、タンクアキュムレータ７４はより多くの加圧作動液を貯蔵し続け得るとともにタンクアキュムレータ７４内の圧力は着実に増加し続け得る。しかしながら、タンクアキュムレータ７４内部の圧力が所定の圧力を上回ると、背圧弁７８は開放位置に押しやられ、ひいてはタンクアキュムレータ７４内部の加圧作動液がタンク４２に排出され得る。タンクアキュムレータ７４内部の圧力を所定の圧力未満に戻すうえで十分な量の流体がタンクアキュムレータ７４からなくなると、このとき背圧弁７８は付勢具９０により及ぼされるバイアス圧によってその閉鎖位置に戻り得る。従って、タンクアキュムレータ７４内の過流はタンク４２に戻るため、タンクアキュムレータ７４内部の圧力は常に所定の圧力レベルに、またはそれ未満に維持され得る。所定の圧力レベルは付勢具９０により及ぼされるバイアス圧を調節することにより調節され得ることが企図される。
作業機械１０の運転中、油圧アクチュエータ２０は器具１２を上昇および下降させるため繰り返し伸張および格納され得る。動作の合間は、油圧アクチュエータ２０は休止状態にあり得る。しかしながら、ポンプ４４は稼動し続け得るとともに続く動作に向けた準備としてこれらの休止期間中に加圧作動液の最小流量を送り出し得る。バイパス弁５０は作動液の流れをポンプ４４からタンクアキュムレータ７４に向けて、および／または油圧アクチュエータ２０の動作が所望でない場合には休止期間中のタンク４２に向けて誘導するよう構成され得る。次に、油圧アクチュエータの動作が再び所望されると、加圧作動液の最小流量は単純にバイパス弁５０を閉鎖位置に動かすことによりポンプ４４から油圧アクチュエータ２０へと直ちに誘導され得る。従って、加圧作動液は、少なくとも最初は、ポンプ４４の圧力が小さくても供給され得る。
開示されるエネルギー回収装置は特に作業機械での適用性を有し得る。特に、および図２に示されるとおり、エネルギー回収装置４８は、油圧アクチュエータ２０に機能的に連結される器具１２の動作に関連する位置エネルギーを回収および／または再循環する働きをし得る。
油圧アクチュエータ２０を伸張して作業機械１０の器具１２を上昇させる動作は、ポンプからシリンダへの（「Ｐ−Ｃ」）独立計量制御弁６０を開放することにより、ポンプ４４によって供給される加圧作動液の油圧アクチュエータ２０のヘッド端チャンバ３２への流入を可能にするステップを含み得る。シリンダからタンクへの（「Ｃ−Ｔ」）独立計量制御弁６６もまた開放されることにより、油圧アクチュエータ２０のロッド端チャンバ３４内の加圧作動液の排出を可能にし得る。従って、ヘッド端チャンバ３２内部の加圧作動液の圧力がロッド端チャンバ３４内部の加圧作動液の圧力を上回り得るような圧力差が生じ得る。圧力差は油圧アクチュエータ２０のピストン２４をロッド端チャンバ３４の方向に駆動し得る。加圧作動液はロッド端チャンバ３４から流れ出ると、流体ライン８４を通じてタンクアキュムレータ７４に向けて誘導され得る。タンクアキュムレータ７４は加圧作動液およびそれに関連するエネルギーを貯蔵し得る。
器具１２を上昇位置から下降させるための油圧アクチュエータ２０の格納は、上昇した器具１２に作用する重力および／または器具１２により担持される荷重物の重力により駆動され得る。これらの力はピストン２４に作用して加圧作動液をヘッド端チャンバ３２から押し出し得る。次にその加圧作動液はＨＰアキュムレータ６８に誘導され、そこで貯蔵され得る。
ＨＰアキュムレータ６８内に貯蔵された加圧作動液は油圧アクチュエータ２０の方に誘導し戻されて器具１２の続く動作において使用され得る。ＨＰアキュムレータ６８内部に貯蔵された加圧作動液が使用され尽くすと、結果としてＨＰアキュムレータ６８内部の圧力は降下する。ＨＰアキュムレータ６８内部の圧力が所定のレベル未満に低下すると、ＨＰアキュムレータ６８に関連する圧力センサ（図示せず）がＨＰアキュムレータ６８とポンプ４４との間に位置するＨＰアキュムレータ吐出弁７２を閉鎖し得る。ＨＰアキュムレータ吐出弁７２の閉鎖により、ポンプ４４のポンプ入口５２における圧力はタンクアキュムレータ７４内部に貯蔵された加圧作動液による逆止弁８２の開放位置への移動を阻止できない可能性がある。従って、タンクアキュムレータ７４内の加圧流体がポンプ４４に向かって流れ出し、タンクアキュムレータ７４はＨＰアキュムレータ６８内の加圧作動液が使い尽くされそうになるとポンプ４４を補助することが可能となる。
数多くの理由からこの構成は有益であり得る。１つの理由としては、タンクアキュムレータ７４の働きによりＨＰアキュムレータ６８内部の加圧作動液が使い尽くされてもポンプ４４の吸引に問題が起こらないことが保証され得る点が挙げられる。例えば、器具１２が第１の高さまで上昇し、および次に第１の高さから地表面の高さまたはその近辺まで下降するとする。器具１２の高さの変化は結果として、ＨＰアキュムレータ６８内に加圧作動液の形態のエネルギーの貯蔵をもたらし得る。貯蔵エネルギー量は実質的に器具１２の第１の高さから地表への移動の結果生じる位置エネルギー損失に相当し得、これは実質的に器具１２を地表から第１の高さまで再び上昇させるために必要なエネルギーに相当し得る。操作者が器具１２を第１の高さより高い第２の高さまで持ち上げたいと考える場合、ＨＰアキュムレータ６８の保有し得る加圧作動液は器具１２を第１の高さまで、またはそれに近い高さまで持ち上げるために十分な程度でしかないため、ＨＰアキュムレータ６８は単独では十分な加圧作動液を供給できないことになり得る。この場合に、タンクアキュムレータ７４が加圧作動液をポンプ入口４４に供給して、大気圧で作動液をタンクから引き込むことに関連する吸引問題がポンプ４４に起こらないよう保証し得る。
ＨＰアキュムレータ６８を補助するようタンクアキュムレータ７４を構成することの別の利益は、ポンプ４４が加圧作動液を油圧アクチュエータ２０以外の油圧作動機器に供給し得る状況において明らかであり得る。この場合に、ＨＰアキュムレータ６８内部に貯蔵される加圧作動液は他の油圧機器により使用され、ひいては油圧アクチュエータ２０が使用するための貯蔵加圧作動液の有効供給量は減少し得る。本構成によりタンクアキュムレータ７４も貯蔵加圧作動液をポンプ４４に供給することが可能となり、実質的にＨＰアキュムレータ６８内の加圧作動液の供給の減少分を補償し得る。
従って、エネルギー回収装置４８は、以前はタンクに絞られ、かつ熱として失われていたエネルギーをとらえるとともに、ポンプ並びにタンクアキュムレータ６８および７４にエネルギーを貯蔵することによりエネルギーの回収および／または再利用を提供し得る。次に、操作者が油圧アクチュエータ２０を伸張することにより器具１２を再び上昇させたい場合、加圧作動液の形態の貯蔵エネルギーが再循環されポンプ４４を補助し得る。エネルギーのこの再利用により作業機械の効率性が改善され得るとともに燃料費および全体的な運転費用が低減され得る。
さらには、エネルギー回収装置４８は単純な油圧装置を使用したエネルギー回収を提供し得る。特に、エネルギー回収装置４８は、双方向ポンプアセンブリ、複雑なバルブ装置、または超大型アキュムレータなどの他の高価な追加的ハードウェアよりむしろ、数個の制御弁およびアキュムレータの追加のみを必要とし得る。加えて、その単純さゆえ、エネルギー回収装置４８は、幅広い種類の、従来より既知の作業機械の油圧装置に比較的容易に組み込まれ得る。
本開示の範囲から逸脱することなく開示される装置および方法において様々な修正および変更がなされ得ることは当業者に明らかであろう。加えて、開示される装置および方法の他の実施形態が本明細書の考察によって当業者には明らかであろう。本説明および例は単に例示と見なされることが意図され、本開示の真の範囲は以下の請求項およびその等価物により示される。

Claims (10)

  1. 油圧アクチュエータ(２０)と、
    ポンプ入口(５２)およびポンプ出口(５４)を有し、前記油圧アクチュエータに流体を供給するよう構成されるポンプ(４４)と、
    第１のアキュムレータ(６８)および第２のアキュムレータ(７４)を含み、前記油圧アクチュエータと前記ポンプとの間に機能的に連結されるエネルギー回収装置(４８)と
    を備えた油圧装置(４０)であって、
    前記第１のアキュムレータは、第１の条件下で前記油圧アクチュエータからの流体を貯蔵するよう構成され、貯蔵された流体が前記ポンプ入口を通じて前記油圧アクチュエータへと誘導され、
    前記第２のアキュムレータは、前記第１の条件とは異なる第２の条件下で前記油圧アクチュエータからの流体を受け入れるよう構成されていることを特徴とする油圧装置。
  2. 前記エネルギー回収装置は、前記油圧アクチュエータを前記第１のアキュムレータと前記第１の条件下で流体連通状態に設定するよう構成される供給弁(７０)と、前記第１のアキュムレータを前記ポンプ入口と流体連通状態に設定するよう構成される吐出弁(７２)との少なくとも一方をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の油圧装置。
  3. 前記エネルギー回収装置は、前記第２のアキュムレータを前記ポンプ入口と第３の条件下で流体連通状態に選択的に設定するよう構成される逆止弁(７６)をさらに含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の油圧装置。
  4. 前記第３の条件は、前記ポンプ入口の所定レベル未満の圧力に対応していることを特徴とする請求項３に記載の油圧装置。
  5. 前記第２のアキュムレータが複動油圧シリンダのロッド端(３０)およびヘッド端(３２)の一方から流体を受け入れるよう構成され、前記第１のアキュムレータがこれらロッド端およびヘッド端の他方から流体を受け入れるよう構成されていることを特徴とする請求項４に記載の油圧装置。
  6. 前記ポンプと前記第２のアキュムレータとに連結され、前記油圧アクチュエータに対して出入りする流体の流量を制御するよう構成された制御弁アセンブリ(４６)をさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の油圧装置。
  7. 請求項１から請求項６の何れかに記載の油圧装置を含むことを特徴とする作業機械(１０)。
  8. ポンプ(４４)を含む油圧回路(４０)のエネルギーを回収するための方法であって、
    油圧アクチュエータ(２０)から流れ出る流体を第１の条件下でエネルギー回収装置(４８)の第１のアキュムレータ(６８)へと前記ポンプを通じて循環させることなく誘導するステップと、
    前記油圧アクチュエータから流れ出る流体を前記第１の条件とは異なる第２の条件下で前記エネルギー回収装置の第２のアキュムレータ(７４)へと誘導するステップと、
    前記エネルギー回収装置内に流体を貯蔵するステップと、
    貯蔵された流体を前記ポンプの入口(５２)へと放出するステップと
    を備えたことを特徴とする方法。
  9. 前記油圧アクチュエータがヘッド端(３２)およびロッド端(３０)を含む複動油圧シリンダであって、流体が前記ヘッド端から前記第１のアキュムレータに流入し、流体が前記ロッド端から前記第２のアキュムレータに流入することを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 前記第１のアキュムレータの圧力が所定値未満に低下すると、貯蔵された流体を前記第２のアキュムレータから前記ポンプへと誘導するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の方法。
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