JP2012229802A - 流体回路およびこの流体回路を含む作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】流体モータ減速中に、（流体モータの可動部分の慣性によりモータがポンプとして働くことが原因で）キャビテーションが生じる危険性を低減する。
【解決手段】作業機械の流体回路１は、流体モータ１３と、パイロット圧力で上記作業機械の１つ以上の構成部品に作動流体を供給するように構成されたパイロット圧力システムと、上記パイロット圧力システムおよび上記流体モータと作動油が連通している補給圧力システムと、を含む。上記補給圧力システムは、上記流体モータの一部における作動流体の圧力が圧力の閾値を下回っている場合に、上記パイロット圧力システムから上記流体モータへ作動流体を供給するように構成される。これにより、上記補給圧力システムは、上記流体モータの減速中に上記流体モータでキャビテーションが生じる危険性を低減するために、上記パイロット圧力システムから上記流体モータへ流体を供給するよう動作可能となっている。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、作業機械、作業機械の流体回路および部品等に関する。

掘削機等の数多くの作業機械（図１参照）は、一対の平行な無限軌道を担持する下部走行体を含む。無限軌道は、上記作業機械の駆動機構によって下部走行体に対して回転駆動されるように構成される。上記軌道は、その一方または両方を下部走行体に対して回転駆動することによって地表面に対して上記作業機械を移動させるように、地表面と係合して動作可能である。さらに、各軌道の、もう一方の軌道に対する回転移動の速度を制御することによって、地表面に対する下部走行体の回転位置を制御して上記作業機械の操舵を行うことができる。

このタイプの一般的な作業機械において、下部走行体は、作業機械の本体を支持するとともに、使用者により操作可能であって作業機械の動作を制御するための制御機構を収容する運転室を、通常含んでいる。

一般的に、作業機械の本体は、旋回継手によってディッパアームへと連結されたブームに結合される。ブームの基端が旋回連結部を介して本体に取り付けられ、ブームの末端がディッパアームの基端に連結される。ディッパアームの末端は、作業具や作業道具を担持する。

一般的に、作業機械の本体は下部走行体に対して回転することができ、本体、ブーム、および作業具を、下部走行体に対して第１の回転位置と第２の回転位置との間で動かすことができるようになっている。これにより、例えば、第１の位置で作業具により集めた資材を、地表面に対して下部走行体を動かす必要なく、作業具によって第２の位置に降ろすことが可能になる（第１の位置と第２の位置は下部走行体に対して互いに回転方向にずれている）。この回転運動は、作業機械の旋回動作と呼ばれる。

通常、旋回動作は、流体モータ（旋回モータとして知られている）によって駆動される。流体モータは、流体回路によって制御され、動作する。図２には、旋回モータを制御／動作させるための従来の一般的な流体回路が示されている。

流体モータ減速中に、（流体モータの可動部分の慣性によりモータがポンプとして働くことが原因で）キャビテーションが生じる危険性を低減するためには、補給流体供給源（make-up fluid supply）を設ける必要がある。この補給流体供給源は、流体モータの動作中、（モータ減速中のポンプ作用の結果として）流体モータの作動油供給管路内の流体圧力が降下した場合に、流体モータに流体を供給するように構成される。図２に示されている例において、この補給流体供給源は、主制御弁の戻り管路と主制御弁を流体モータに接続する管路との間に接続された管路を備える。

上記補給流体圧力供給源は、流体回路にかかる寄生負荷（parasitic load）を有する。この寄生負荷のため、流体ポンプは、補給流体圧力供給源がない場合に必要な負荷よりも高い負荷において動作する必要がある。

したがって、従来技術に関連する問題を克服する必要がある。

したがって、本発明の一態様は、作業機械の流体回路を提供する。この流体回路は、流体モータと、作動流体をパイロット圧力で上記作業機械の１つまたは複数の構成部品に供給するように構成されたパイロット圧力システムと、上記パイロット圧力システムおよび上記流体モータと作動流体が連通している補給圧力システムと、を含む。上記補給圧力システムは、上記流体モータの一部分における作動流体圧力が圧力の閾値を下回っている場合には、上記パイロット圧力システムから上記流体モータへ作動流体を供給するように構成されている。これにより、上記流体モータの減速中、上記流体モータでキャビテーションが生じる危険性を低減するため、上記補給圧力システムは、上記パイロット圧力システムから上記流体モータへ流体を供給するように動作可能になっている。

上記回路は、制御弁によって上記パイロット圧力システムに結合されると共に上記パイロット圧力システムから上記制御弁への作動流体の供給時に第１の位置と第２の位置の間で作動するよう構成された流体アクチュエータをさらに含んでいてよい。

上記流体モータは旋回モータ（slew motor）であってよい。

上記補給圧力システムは、上記流体モータから上記パイロット圧力システムへの流体流を制限またはほぼ阻止するように構成された弁をさらに含んでいてよい。

上記補給圧力システムは、上記パイロット圧力システムにおける流体圧力が流体圧力の閾値より小さいときに上記パイロット圧力システムから上記流体モータへの上記流体流を制限またはほぼ阻止するように構成された弁をさらに含んでいてよい。

上記補給圧力システムは、上記流体モータから上記パイロット圧力システムへの上記流体流を制限またはほぼ阻止するように構成されると共に上記パイロット圧力システムにおける流体圧力が流体圧力の閾値より小さいときに上記パイロット圧力システムから上記流体モータへの上記流体流を制限またはほぼ阻止するように構成された弁をさらに含んでいてよい。

上記弁は逆止弁を含んでいてもよい。

上記弁は電磁弁を含んでいてもよい。

上記弁はパイロット操作弁を含んでいてもよい。

本発明の他の態様は、流体回路を含んだ作業機械を提供する。

上記作業機械は作業アームをさらに含んでいてもよい。上記パイロット圧力システムは、上記作業アームまたは上記作業アームの一部を動作させるように構成された上記作業機械の１つまたは複数の流体アクチュエータに関連付けられた１つ以上の制御弁に、作動流体を供給するように構成される。

上記機械は掘削機であってよい。

本発明の実施形態を、添付の図面を例として参照して説明する。

作業機械の図である。 従来の流体回路の図である。 流体回路の図である。

図３を参照すると、本発明の一実施形態は、作業機械３（図１を参照）の旋回モータ制御機構２のための流体回路１を備えている。

流体回路１は、流体モータ１３（旋回モータ）の動作を制御するように構成される。流体モータ１３は作業機械３に結合されており、その動作によって、作業機械３の下部走行体３２に対する本体３１の回転（旋回動作）が行われる。

流体回路１は、作業機械３の本体３１または作業機械３の下部走行体３２に配置することができ、あるいは、作業機械３の本体３１および下部走行体３２の両方に部分的に配置してもよい。流体回路１は、作業機械３の本体３１に配置すると好ましい。

一実施形態では、本体３１を作業アーム３３に取り付けることができる。作業アーム３３は、その基端において作業機械３の本体３１に取り付けることができ、ブーム３３の末端は、作業具すなわち道具３４（バケットなど）を担持するように構成される。作業アーム３３は、本体３１に対して上昇および下降できるように、本体３１に旋回式に連結可能である。作業アーム３３は、１つ以上の旋回継手を含むことができる。作業アーム３３は、本体３１に対して左位置と右位置の間で回転できるように、本体３１に旋回式に連結可能である。

したがって、作業アーム３３は、本体３１に取り付けられる第１の部分３３１（ブーム）と、第１の部分３３１に旋回継手によって取り付けられる第２の部分３３２（ディッパアーム）と、を備えることができる。作業アーム３３またはその一部や部分を本体３１に対して動かすため、１つ以上の流体ラムまたはその他の流体アクチュエータを設けることができる。各流体ラムまたはアクチュエータは流体回路を含み、１つ以上の制御弁を含むことができる。この制御弁は、使用者が使用者制御機構を操作することによって作動できるパイロット圧力供給によって、少なくとも部分的に動作する。このパイロット圧力供給は、作業機械３のパイロット圧力システムからもたらされ、作業機械３の１つ以上の部品の動作を制御するために使用することができる。各流体ラムまたはアクチュエータは、第１の位置と第２の位置との間を動くように構成され、（例えば）第１の位置と第２の位置の間で作業アーム３３を動かすように構成される。作業アーム３３のその他の構成は、本発明の実施形態に従って設けられる。

本体３１は、作業機械３のためのエンジンを収容する。

図３に示されている回路では、パイロット圧力管路５に沿った圧力保持弁４から、システムパイロット圧力（典型的には約３５ｂａｒ（３５００ｋＰａ））がもたらされる。このシステムパイロット圧力は、作業機械３のその他の構成部品により、例えば作業アーム３３に結合されたラムを動作させるために主制御弁の１つ以上のスプールの制御などのために使用することができる。したがって、パイロット圧力管路５は、作業機械３のパイロット圧力システムの一部に接続することも、そのシステムの一部を形成することもできる。

圧力保持弁４は、アキュムレータ７と流体連通するように、第１の管路６によって結合される。圧力保持弁４はまた、第２の管路９によって、流体ポンプ８と流体連通するように結合される。流体ポンプ８は、低圧作動流体タンク１０と流体連通している。

したがって、圧力保持弁４は、流体ポンプ８から加圧下で供給される流体を使用して、システムパイロット圧力をもたらす。アキュムレータ７は、作業機械３の動作中にこのシステムパイロット圧力がほぼ所定のレベルに確実に維持されるように使用される。したがって、圧力保持弁４およびアキュムレータ７は作業機械３のパイロット圧力システムの一部を成す。

主制御弁１１は、流体ポンプ８と流体連通するように主制御弁供給管路１２によって結合される。この例では、主制御弁供給管路１２は第２の管路９に接続している。

主制御弁１１は、第３の管路１４および第４の管路１５によって、流体モータ１３（例えば旋回モータ）と流体連通するように結合される。この構成により、流体モータ１３の可動部分を第１の方向に駆動するために、加圧された流体が主制御弁１１から第３の管路１４を通して流体モータ１３に供給され、流体モータ１３から流体が第４の管路１５を通って主制御弁１１へ進むようになっている。流体モータ１３の可動部分を第２の方向に駆動するためには、加圧された流体が主制御弁１１から第４の管路１５を通って流体モータ１３に供給され、流体モータ１３から流体が第３の管路１４を通って主制御弁１１へ進む。

主制御弁１１は流体制御回路を形成する複数の弁を備えていてもよいことが理解されるだろう。また、主制御弁１１の動作は、作業機械３の本体３１内（作業機械の運転室内）に設けることができる使用者制御機構によって使用者により制御可能であることが理解されるだろう。

一実施形態では、第１のリリーフ弁１６および第２のリリーフ弁１７が、第３の管路１４と第４の管路１５の間に設けられ、共に流体モータ１３と並列に、流体モータ１３と流体連通するように接続される。この実施形態では、２つの圧力リリーフ弁１６、１７は、互いに対向する構成で配置される。つまり、第１のリリーフ弁１６は、流体を第４の管路１５へ通すことによって第３の管路１４内の過大な流体圧力を軽減するように構成され、第２のリリーフ弁１７は、流体を第３の管路１４へ通すことによって第４の管路１５内の過大な流体圧力を軽減するように構成される（第１のリリーフ弁１６および第２のリリーフ弁１７は通常閉じている）。

一実施形態では、流体モータ１３の可動部分を動かさないように主制御弁１１が操作される場合、主制御弁１１によって第３の管路１４および第４の管路１５への流体の出入りが阻止される。状況によっては、第３の管路１４および第４の管路１５へ相当量の流体が出入りしないように制御弁１１が操作されると、流体モータ１３の可動部分がかなりの運動量を有することがある。したがって、その時点における流体モータ１３の可動部分の動作（例えば回転）方向に応じて、第３の管路１３または第４の管路１４内の流体圧力が高まる可能性がある。この流体圧力は、関連するリリーフ弁１６、１７を介して軽減することができる。これにより、流体モータ１３の可動部分の減速を抑える効果が得られることが理解されるだろう。

一実施形態では、主制御弁１１は、主制御弁１１用の戻り管路を形成する第５の管路１９によって冷却器１８に結合され、冷却器１８と流体連通する。この実施形態において、冷却器１８は、流れる作動流体を冷却するように構成され、フィルタ２０と流体連通する。この実施形態では、フィルタ２０は作動流体の低圧タンク２１と流体連通する。タンク２１は、流体ポンプ８に結合されているのと同じタンク１０であってよい。

バイパス逆止弁２２を設けることができ、冷却器１８と並列に接続することができる。これにより、第５の管路１９内の流体圧力がバイパス逆止弁２２のクラッキング圧力を越えた場合には流体がバイパス逆止弁２２により冷却器１８をバイパスすることができ、流体は冷却器１８を通過することなく第５の管路１９からフィルタ２０へ通過することができる。したがって、第５の管路１９内の流体の一部は冷却器１８を通過可能にしたまま、一部は冷却器１８をバイパス許可するために、バイパス逆止弁２２を使用することができる。バイパス逆止弁２２は、冷却器１８を通過する流体の流体圧力を制御するように機能する。したがって、バイパス逆止弁２２は、冷却器１８を過大な流体圧力から保護するように機能する。

動作中、流体モータ１３の可動部分の動きが遅くなっているときに（すなわちモータ１３の減速中、ひいては本体３１の回転運動の減速中）、流体モータ１３にキャビテーションが生じる危険性がある。このキャビテーションは、減速中に流体モータ１３をポンプとして機能させる流体モータ１３の可動部分の慣性によって引き起こされる（流体モータ１３の可動部分は本体３１に結合されているため、本体３１の慣性も流体モータ１３の可動部分に付与されて流体モータ１３の可動部分の慣性に寄与する）。例えば、流体モータ１３の可動部分の漸進的な減速中または急停止中にその危険性が存在する。この危険性を低減するために、一実施形態では、補給圧力管路２３が、第１の補給圧力逆止弁２４によって第３の管路１４に接続され、第２の補給圧力逆止弁２５によって第４の管路１５に接続される。第１の補給逆止弁２４は、補給圧力管路２３から第３の管路１４へは流体が通過できるが反対方向へは流れないように配置される。同様に、第２の補給逆止弁２５は、補給圧力管路２３から第４の管路１５へは流体が通過できるが反対方向へは流れないように配置される。

補給圧力管路２３を介して、補給流体圧力の流体が供給される。これにより、第３の管路１４内の流体圧力が補給流体圧力を下回った場合には流体が第１の補給逆止弁２４を通って第３の管路１４へ進むようになっており、第４の管路１５内の流体圧力が補給流体圧力を下回った場合には流体が第２の補給逆止弁２５を通って第４の管路１５へ進むようになっている。

このことから分かるように、第３の管路１４または第４の管路１５内で流体圧力が十分降下すると、流体モータ１３でキャビテーションが生じる可能性を低減するために、流体モータに流体が供給される。

一実施形態では、補給圧力管路２３は、アキュムレータ７と接続されて流体連通している。一実施形態では、補給圧力管路２３は、パイロット圧力管路５と接続されて流体連通している。一実施形態では、補給圧力管路２３は、作業機械３のパイロット圧力システムの別の部分と接続されて流体連通している。一実施形態では、パイロット圧力管路５の内部の流体圧力が、補給圧力管路２３における流体圧力から分離して動作する。

一実施形態では、補給圧力管路２３は、第１の管路６と接続されて流体連通している。したがって、補給流体圧力は、アキュムレータ７、圧力保持弁４、および流体ポンプ８によってもたらされる。すなわち、補給圧力は、作業機械３のパイロット圧力システムによってもたらされ、主制御弁１１の戻り管路（第５の管路１９）における流体圧力に対して連続的な寄生負荷を形成しない。これにより、流体回路１の操作に要する背圧を低減できる。

したがって、出力がより小さい流体ポンプ８を使用することができ、かつ／または流体ポンプ８を所与の期間動作させるのに必要な燃料量を少なくすることができる。

一実施形態では、補給圧力弁２６が補給圧力管路２３に設けられる。補給圧力弁２６は逆止弁にすることができる。補給圧力弁２６は、流体圧力が所定の流体圧力より高い場合に、アキュムレータ７からの流体流を許可し、アキュムレータ７の方への流体流を阻止するように構成される（補給圧力弁２６が逆止弁である場合、これは適切なクラッキング圧力を有する逆止弁を選択することによって達成することができる）。補給圧力管路２３が作業機械３のパイロット圧力システムのその他いくつかの部分に接続される実施形態では、流体圧力が所定の流体圧力を上回った場合にパイロット圧力システムからの流体流を許可し、パイロット圧力システムの方への流体流を阻止するように、補給圧力管路２３に補給圧力弁２６を設けることができる。

補給圧力逆止弁２６により、作業機械３のパイロット圧力システムにおけるパイロット流体圧力の使用と、流体モータでキャビテーションが生じる危険性を低減するための補給流体圧力の供給源としてのパイロット圧力の使用と、の間でのバランスを規定できる機構が提供される。したがって、補給圧力逆止弁２６のクラッキング圧力は、作業機械３のパイロット圧力システムの動作特性に応じて選択することができる。

補給圧力逆止弁２６はまた、第１の補給圧力弁２４または第２の補給圧力弁２５が故障した場合に、流体が流体モータ８から作業機械３のパイロット圧力システム内に戻る危険性を低減するのにも役立つ。そうでなければ、かかる不具合によりパイロット圧力システムの構成部品が損傷を受ける可能性がある。

補給圧力逆止弁２６はまた、（おそらく作業機械３エンジンがオフになっていたために）流体ポンプ８が稼働していないときに旋回操作が行われた場合、作業機械３のパイロット圧力システムから流体が排出されるおそれを低減するように機能する。これにより、かかる状況の際に、（作業アーム３３の制御を可能にするのに十分なパイロット圧力がパイロット圧力システムにまだ存在するため）、作業アーム３３の緊急下降などの動作が行われる。この動作は、例えば地域によっては安全令の要件になることもある。

逆止弁である補給圧力弁２６の代わりに、補給圧力パイロット弁すなわち電磁弁を設け、同様の結果が得られるように動作するよう構成することができる。このことから分かるように、補給圧力弁２６が弁の組み合わせを備えてもよいことは当然である。

補給圧力システムのための補給圧力管路２３と第１および第２の補給圧力逆止弁２４、２５。第１および第２の補給圧力逆止弁２４、２５は、キャビテーションが生じる危険性を低減させる必要がある流体モータ１３の部分に補給圧力管路から流体を供給できるようにする構成の一例にすぎない。一実施形態では、補給圧力逆止弁２４、２５は、流体モータ１３の本体内に収容される。

上述の各実施形態では、特に、作業機械３の旋回動作に使用される流体モータについて言及した。本発明の実施形態は、その他の動作を行うように構成された流体モータに関しても使用可能であることが理解されるだろう。

作業機械３は掘削機械であると好ましい。しかしながら、旋回動作できる他のタイプの作業機械３に関して、または実際には他の動作のための流体モータを有する他の作業機械３に関して、本発明の実施形態を使用可能であることが理解されるだろう。上述した他の動作は、主制御弁１１のスプールの負荷保持が必要となる動作を含むことができる。

作業機械３は、１つ以上の車輪および／または１つ以上の無限軌道を含んだ下部走行体３２を有することができる。

本明細書におけるある動作の阻止についての言及は、その動作の完全な阻止、またはその動作の実質的な阻止を含む。同様に、本明細書におけるある動作の許可または可能化についての言及は、その動作の完全に無制限な許可または可能化、あるいはその動作の実質的な許可または可能化を含む。

本明細書および特許請求の範囲で使用される場合、用語「備える」および「備えている」ならびにその変化形は、特定の特徴、ステップ、または完成体が含まれることを意味する。これらの用語は、その他の機能、ステップまたは構成部品の存在を除外することと解釈すべきではない。

上述の説明、または以下の特許請求の範囲もしくは添付の図面に開示された特定の形態で、あるいはここで開示した機能を実行する手段またはここで開示した結果を得るための方法もしくはプロセスを用いて表現された各特徴は、適宜、個々にまたは該特徴の任意の組合せにより、本発明をその様々な形態で実現するために利用することができる。

Claims (12)

1. 作業機械の流体回路であって、
   流体モータと、
   前記作業機械の１つ以上の構成部品にパイロット圧力で作動流体を供給するように構成されたパイロット圧力システムと、
   前記パイロット圧力システムおよび前記流体モータと作動流体が連通している補給圧力システムと、を含み、
   前記流体モータの一部における前記作動流体の圧力が圧力の閾値を下回っている場合に前記補給圧力システムが前記パイロット圧力システムから前記流体モータへ作動流体を供給するように構成されることにより、前記補給圧力システムが前記パイロット圧力システムから前記流体モータへ流体を供給するように動作可能であり、前記流体モータの減速中に前記流体モータにおけるキャビテーションの危険性を低減する、回路。
2. 前記パイロット圧力システムに制御弁によって結合され、前記パイロット圧力システムから前記制御弁への作動流体の供給時に第１の位置と第２の位置との間で作動するよう構成された流体アクチュエータをさらに含む、請求項１に記載の回路。
3. 前記流体モータが旋回モータである、請求項１または２に記載の回路。
4. 前記補給圧力システムは、前記流体モータから前記パイロット圧力システムへの流体流を制限または略阻止するように構成された弁をさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回路。
5. 前記補給圧力システムは、前記パイロット圧力システムにおける流体圧力が流体圧力の閾値より小さいときに前記パイロット圧力システムから前記流体モータへの前記流体流を制限または略阻止するように構成された弁をさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回路。
6. 前記補給圧力システムは、前記流体モータから前記パイロット圧力システムへの前記流体流を制限または略阻止するように構成され且つ前記パイロット圧力システムにおける流体圧力が流体圧力の閾値より小さいときに前記パイロット圧力システムから前記流体モータへの前記流体流を制限または略阻止するように構成された弁をさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回路。
7. 前記弁が逆止弁を含む、請求項４〜６のいずれか１項に記載の回路。
8. 前記弁が電磁弁を含む、請求項４〜６のいずれか１項に記載の回路。
9. 前記弁がパイロット操作弁を含む、請求項４〜６のいずれか１項に記載の回路。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の流体回路を含んだ作業機械。
11. 前記作業機械が作業アームをさらに含み、
    前記パイロット圧力システムが、前記作業機械の１つ以上の流体アクチュエータに関連付けられた１つ以上の制御弁に作動流体を供給するように構成され、
    前記流体アクチュエータが、前記作業アームまたは前記作業アームの一部の動作を駆動するように構成される、請求項１０に記載の作業機械。
12. 前記作業機械が掘削機である、請求項１０または１１に記載の作業機械。

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