JP2012528288A - 液圧システムおよびその種の液圧システムを包含する作業機械 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2
Description
すべての流れが、最小の背圧を生成するべく設定されたパイロット作動バルブ289を通過する。戻り流の大きさのコントロールは、リフト・アーム・アッセンブリの所望の降下速度に従ってコントロール・バルブ207によって生じる。
最大可能圧力が得られるようにパイロット作動バルブ289がコントロールされるが、これは、すべての戻り流が液圧モータ295を通過することを意味する。この場合には、リフト・アーム・アッセンブリの所望の降下速度が得られるように発電機313の速度を介して戻り流の大きさをコントロールすることが可能であるか、または流れのコントロールがコントロール・バルブ207によって生じる。
コントロール・ユニットは、特定の動作モードにおいて、潜在的な回収可能エネルギの一部だけが回収可能であるか否か、およびどの程度のエネルギ/出力の回収が可能であるかを決定することが可能である。パイロット作動バルブ289は、戻りポートにおいて最大可能圧力が得られるようにコントロールされ、この圧力が所望のエネルギ回収レベルに対して適合される(回収システム内における損失を除くと、単位時間当りに回収されるエネルギは、液圧モータ295にわたる実際の圧力降下と液圧モータを通過する流れの積に等しい)。液圧モータを通る流量は、発電機313の速度によって決定される。この動作モードにおいては、液圧流体が、液圧モータ295およびパイロット作動バルブ289の両方を介して並列に流れる。液圧モータ295の速度をコントロールする方法は様々である。たとえば、液圧モータに接続された発電機からの負荷(トルク)を、所望の速度が得られるように調整することが可能である。それの代替においては、負荷を一定に維持し、パイロット作動バルブ289を介して速度がコントロールされる。合計の流量(これが、液圧シリンダのピストン側がどの程度迅速に空にされるかを決定し、それによってリフト・アーム・アッセンブリが下げられる速度を決定する)が、コントロール・バルブ207によってコントロールされる。
1つの、かつ同一の降下動作の間に上記のコントロール・オプション(回収なし、完全回収、および部分的回収)を切換えることが可能である。
コントロール・バルブ207が殆ど全開にされており、かつパイロット作動バルブ289が低い背圧を生成するべく設定されている場合(それに代えて、発電機が比較的低い負荷を液圧モータに課し、それが結果として低い背圧をもたらしている場合)でさえも充分な降下速度の達成が可能でない場合には、供給ポンプをピストン・ロッド側に接続しているコントロール・バルブ209もまた開かれる。それによって液圧シリンダのピストンが、ピストン・ロッド側の加圧によって押下げられる。負荷へ向かう方向の液圧シリンダの力は、ピストン・ロッド側も加圧されることから下げられる。コントロール・ユニットは、供給ポンプが作動されるべきときを決定することが可能である。これは、たとえば、以下に従って行なわれることが可能である。
すべての流れが、最小の背圧を生成するべく設定されたパイロット作動バルブ291を通過する。要求されたバイアス圧力は、コントロール・バルブ210および212のうちの1つによってコントロールされ、それが、パイロット作動バルブ291への戻り流をコントロールする。
適切な最大可能圧力が得られるようにパイロット作動バルブ291がコントロールされるが、これは、すべての流れが液圧モータ295を通過することを意味する。これにより、液圧モータ295上の発電機313からの負荷を適合させることによってバイアス圧力をコントロールすることが可能である。
コントロール・ユニットは、特定の動作モードにおいて、潜在的な回収可能エネルギの一部だけが回収可能であるか否か、およびどの程度のエネルギ/出力の回収が可能であるかを決定することが可能である。パイロット作動バルブ291は、戻りポートにおいて最大許容可能圧力が獲得されるようにコントロールされ、この圧力が所望のバイアス圧力に対して適合される。これにより、液圧モータ295上の発電機313からの負荷を適合させることによってバイアス圧力を(最大許容可能圧力まで)コントロールすることが可能である。この動作モードにおいては、液圧流体が、液圧モータ295およびパイロット作動バルブ291の両方を介して並列に流れる。液圧モータ295の速度をコントロールする方法は様々である。たとえば、液圧モータに接続された発電機からの負荷(トルク)を、所望の速度が得られるように調整することが可能である。それの代替においては、負荷を一定に維持し、パイロット作動バルブ289を介して速度がコントロールされる。
1つの、かつ同一のステアリング事象の間に上記のコントロール・オプション(回収なし、完全回収、および部分的回収)を切換えることが可能である。
■ ステアリング・レートおよび/または
■ 機械の速度および/または
■ 実際のステアリング角度。
痙攣性のステアリングが増加する傾向があるときにバイアス圧力が増加され、痙攣性が殆どないときには所定の時間勾配または別のタイプのフィルタリングに従って減じられる。痙攣性のステアリングは、発電機313を介して記録することが可能なステアリング・レートの導関数を介して、またはそれに代えてステアリング・シリンダ104または105(または両方のステアリング・シリンダ)上の位置センサを介して、またはそれに代えて流出口バルブ210または212にわたる流量の計算を介して検出することが可能である。別の方法は、コントロール・ユニットが、圧力センサ216、218を介して、ステアリング・シリンダ内に大きな圧力変動が生じていることを記録する。
パイロット作動バルブ291が、最大許容可能圧力が所望のバイアス圧力に対応するようにコントロールされる。発電機313からの液圧モータ上の負荷が、液圧流体が液圧モータ295を通過せずに、実質的に全流量がパイロット作動バルブ291を通過するような高いレベルに調整される。それに代えて、液圧モータ295を通る流れが生じることを防止するために、遮断バルブを液圧モータ295の手前または後に追加することが可能である。
スプリング特性は、擾乱の力の大きさの関数とすることが可能である。擾乱の前後における液圧シリンダの圧力の差は、擾乱の力の測度である。
スプリング特性は、負荷の重さの関数とすることが可能である。液圧シリンダのピストン側の圧力は、負荷の重さの測度である。
スプリング特性は、ハンドリングおよび/または使用されることになる作業装具(バケット、パレット・フォーク、木材把持器等)に応じて変化し得る。コントロール・ユニットは、実際のハンドリングを記録し、異なる作業運用のために適合された多数のあらかじめ決定済みの特性から選択することが可能である。
機械が輸送モードでのみ動作しているか、またはリフト・アッセンブリを用いた作業が進行中であるか否かに応じて異なる特性を選択することが可能である。これはたとえば、作業機械の速度の記録、および/またはいずれかのレバーの動きの記録によって示されることが可能である。
バルブ515が閉じられ、液圧流体のすべての流量が液圧機械595を通る。電気機械513は、戻り圧力と供給圧力の間の圧力差に対応する量のエネルギを回収すること、すなわち電力を生成することが可能である。
バルブ515が閉じられ、液圧流体のすべての流量が液圧機械595を通る。電気機械513がモータとして機能してエネルギを供給し、その結果、戻り流の圧力を、メイン・ポンプの流出口側において液圧流体が供給されることを可能にするレベルまで上昇させることが可能になる。
すべての戻り流が、最小の背圧を生成するべく設定されたパイロット作動バルブ289を通過する。戻り流の大きさのコントロールは、リフト・アーム・アッセンブリの所望の降下速度に従ってコントロール・バルブ207によって生じる。流量は、コントロール・バルブ207のスライド位置およびそのスライドにわたる圧力降下に基づいて計算することが可能である。液圧シリンダのピストン側の圧力センサおよび回収ユニットの圧力センサ309を利用することが可能である。エネルギの回収が望ましくないとする理由としては、たとえばアキュームレータ905が完全に充填されていること、すなわちアキュームレータ内の圧力が最大レベルに到達してしまっていることを挙げることが可能である。また、最大の力を用いて(ポンピングの力による押し下げを通じて)リフト・アーム・アッセンブリを下げることが望まれている場合もその理由となり、その場合においては、戻りライン内の背圧が下げる動きに対抗することになる。
適切な最大可能圧力が得られるようにパイロット作動バルブ289がコントロールされるが、これは、すべての流れが液圧モータ295を通過することを意味する。戻り流の大きさのコントロールは、コントロール・バルブ207によって生じる。コントロール・ユニットは、液圧シリンダのピストン側の圧力についての情報を有しており、可能な限りの量でコントロール・バルブ207を好ましく開く。要求された流量を獲得するためにコントロール・バルブ207の後においてどの程度高い背圧が優勢となるべきかの計算を実行することが可能である。圧力は、圧力センサ309によって測定が可能である。液圧モータ295については、Mut=Displ×圧力降下×ηhm/(2×PI)が適用できる。ポンプ903については、Min=Displ×圧力降下/(ηhm×2×PI)が適用できる。圧力、効率、およびモータの変位に関係する入力データによって、要求されるポンプ903の押しのけ量の設定の決定を計算することが可能である。その後ポンプが、計算された値に従ってコントロールされる。さらにまた、圧力センサ309によって測定された実際の圧力を検証した後に、押しのけ量の微調整を実行することが可能である。アキュームレータ905内および液圧シリンダのピストン側の圧力が変動することから押しのけ量の反復的な計算および変調が連続的に実行される。
エネルギの特定部分だけが回収可能である場合には、望ましいトルクの計算および変調が、ポンプ903の押しのけ量を調整することによって実行される。これは、コントロール・バルブと液圧モータの間の位置、すなわち圧力センサ309における特定の圧力に対応する。センサ909が、液圧モータ295をポンプ903に接続するシャフトの速度を検知するべく適合されている。速度センサ909からの情報を用いて、液圧モータ295およびポンプ903が過剰回転でないことを検証することが可能である。その後パイロット作動バルブ289は、戻りポートにおける最大許容可能圧力を、過剰回転が生じ得ないような値に調整することが可能である。したがって、パイロット作動バルブを介して直接タンク243に液圧流体の流れをバイパスさせることが可能である。コントロール・バルブ207は、適正なシリンダ速度が獲得されるように従来的な態様で調整される。
1つの、かつ同一の降下事象の間に上記のコントロール・オプション(回収なし、完全回収、および部分的回収)を切換えることが可能である。たとえば、下げる動きの開始時に、アキュームレータ905内の圧力が低い場合に部分的な回収を適用することが可能である。その後、完全回収が実行され、アキュームレータ905が最大圧力まで到達した後は回収が生じない。
2 コントロール・バルブ・ユニット
3 ポンプ、供給ユニット
4 タンク
5 液圧シリンダ
6 複動ピストン、ピストン
7 ピストン側
8 ピストン・ロッド側
9 回収ユニット、液圧機械
10 戻りポート
11 圧力制限手段
12 パイロット作動バルブ
13 コントロール・ユニット
14 アクチュエータ
15 シャフト
16 チェック・バルブ
17 圧力センサ
18 流入口ポート
19 圧力センサ
20 センサ、圧力センサ
21 位置センサ
22 圧力センサ
50 位置センサ
50b 圧力側
51b 吸引側
52b 動力伝達系
60a 戻りポート
60b 戻りポート
60c 戻りポート
101 ホイールローダ、作業機械
102 機械本体、前方車両部分
103 後方車両部分
104 液圧シリンダ、ステアリング・シリンダ
105 液圧シリンダ、ステアリング・シリンダ
106 リフト・アーム・ユニット
107 装具、バケット
108 液圧シリンダ、持ち上げシリンダ
109 液圧シリンダ、持ち上げシリンダ
110 液圧シリンダ、傾斜シリンダ
111 作業装具、リフト・アーム・アッセンブリ
112 駆動軸
113 駆動軸
114 キャビン
115 リンク・アーム・システム
116 材料
200a コントロール・バルブ・ユニット
200b コントロール・バルブ・ユニット
200c コントロール・バルブ・ユニット
201 液圧システム、システム
203 第1の作業機能、作業機能
205 ポンプ、メイン・ポンプ
205b メイン・ポンプ、動力伝達系
206 推進エンジン
207 コントロール・バルブ、第1のバルブ
208 流体コントロール手段
209 コントロール・バルブ、第2のバルブ
210 コントロール・バルブ
211 オペレータ・コントロール要素、コントロール・レバー、持ち上げレバー、コントロール・バルブ
212 コントロール・バルブ
213 コントロール・ユニット、電子コントロール・ユニット
214 オペレータ・コントロール要素、ステアリング・レバー、コントロール・レバー
215 コントロール・ユニット
216 圧力センサ
217 第2の作業機能
218 圧力センサ
219 オペレータ・コントロール要素、ステアリング・ホイール
220 優先順位付けバルブ
220a オービットロール・ユニット
221 第3の作業機能
223 コントロール・バルブ
225 コントロール・バルブ
227 オペレータ・コントロール要素、コントロール・レバー
229 圧力センサ
231 圧力センサ
233 圧力センサ
235 圧力センサ
237 圧力センサ
239 圧力センサ
241 電気コントロール・バルブ、バルブ、電気的にコントロールされるポンプ・コントロール・バルブ、ポンプ・コントロール・バルブ
243 タンク
245 出力コンジット
251 コンジット
253 液圧手段、逆転バルブ
280 第1のコンジット
280b 流入口ポート
281 戻りコンジット
282 第1のコンジット
282b 流入口ポート
283 戻りコンジット
284 第1のコンジット
284b 流入口ポート
285 戻りコンジット
287 パイロット作動バルブ
287b 圧力制限手段
289 パイロット作動バルブ
289b 圧力制限手段
291 パイロット作動バルブ
291b 圧力制限手段
293 第2のコンジット
295 回収ユニット、液圧モータ、第1の液圧機械
297 チェック・バルブ
298 チェック・バルブ
299 チェック・バルブ
301 エネルギ回収システム、回収システム
303 分岐コンジット
305 分岐コンジット
307 分岐コンジット
309 圧力センサ
311 逆圧バルブ
313 発電機、電気機械
314 エネルギ貯蔵手段
321 圧力制限器、圧力制限バルブ
323 コンジット
513 電気機械
515 電気コントロール・バルブ
517 タンク・コンジット、バルブ
519 チェック・バルブ
520 エネルギを戻すための手段
521 ポンプ・コンジット
523 チェック・バルブ
595 液圧機械、回収ユニット
595b 回収ユニット、液圧機械
601 吸引コンジット
621 チェック・バルブ
701 バルブ、電気コントロール・バルブ
701b 液圧コントロール手段
703 コンジット
801 電気コントロール・バルブ、バルブ
801b 液圧コントロール手段
803 コンジット
805 供給コンジット
900 吸引側へ戻す手段
901 エネルギ回収システム
903 第2の液圧機械、ポンプ
905 液圧エネルギ・ストレージ、アキュームレータ
907 コンジット
909 速度センサ
913 バルブ
915 チェック・バルブ
1021 圧力制限器
1023 コンジット
1101 電気コントロール・バルブ
1103 コンジット
1201 電気コントロール・バルブ
1203 コンジット
Claims (31)
- 少なくとも1つの作業機能(1;217,221,203)および前記作業機能への、およびそこからの液圧流体をコントロールするためのコントロール・バルブ・ユニット(2;200a,200b,200c)、および前記作業機能からエネルギを回収するための前記コントロール・バルブ・ユニットの戻りポート(10;60a,60b,60c)に接続された回収ユニット(9;295,595)、および前記戻りポートにおける前記液圧流体の圧力を制限するための手段(11;287b,289b,291b)を包含する作業機械(101)のための液圧システムであって、前記圧力制限手段が、前記コントロール・バルブ・ユニットの前記戻りポート(10;60a,60b,60c)における最大許容可能圧力を設定するように配されたパイロット作動バルブ(12;287,289,291)を包含し、それにおいて前記圧力が、コントロール・ユニット(13;213)を使用して前記パイロット作動バルブをコントロールすることによって可変であることを特徴とする液圧システム。
- 前記パイロット作動バルブ(12;287,289,291)が、前記戻りポート(10;60a,60b,60c)に接続されており、かつ前記回収ユニット(9;295;595)と並列に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の液圧システム。
- 前記パイロット作動バルブ(12;287,289,291)が、電気的にコントロール可能であることを特徴とする請求項1または2に記載の液圧システム。
- 前記コントロール・バルブ・ユニット(2;200a,200b,200c)の前記戻りポート(10;60a,60b,60c)における前記最大許容可能圧力が、前記パイロット作動バルブ(12;287,289,291)を使用して連続的に変更可能であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の液圧システム。
- 前記システムが、前記コントロール・バルブ・ユニットの前記戻りポート(10;60a,60b,60c)と前記回収ユニットの間における位置において前記回収ユニット(9;295;595)と直列に接続されるチェック・バルブ(16;297,298,299)を包含すること、および前記チェック・バルブが、前記作業機能(1;217,221,203)へ向かう方向の流れを遮断するために前記パイロット作動バルブ(12;287,289,291)と並列に接続されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の液圧システム。
- 前記システムが、前記コントロール・バルブ・ユニットの前記戻りポート(10;60a,60b,60c)と前記パイロット作動バルブの流入口ポート(18;280b,282b,284b)の間にある位置において前記液圧流体の圧力を測定するべく適合された圧力センサ(17;309)を包含することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の液圧システム。
- 前記システムが、液圧流体を提供するためのポンプ(3;205)を包含することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の液圧システム。
- 前記ポンプ(3;205)が、前記少なくとも1つの作業機能(1;217,221,203)へ液圧流体を提供するべく適合されることを特徴とする請求項7に記載の液圧システム。
- 前記システムが、前記作業機能からの戻り流から回収されたエネルギを前記ポンプの圧力側へ戻すための手段(520)を包含することを特徴とする請求項8に記載の液圧システム。
- 前記ポンプ(205b)がポンプおよび液圧モータの両方として機能するべく適合されていること、および前記ポンプが前記作業機能(1;217,221,203)への供給のために前記圧力側において必要な圧力を提供しているときと同時に、前記ポンプが、液圧流体が前記回収ユニット(595b)から前記ポンプの前記圧力側(50b)へ流れ、さらに前記ポンプを通って前記ポンプの前記吸引側(51b)へ流れるときにトルクを提供するべく適合されることを特徴とする請求項および8または9に記載の液圧システム。
- 前記システムが、前記作業機能からの戻り流から回収されたエネルギを前記ポンプ(205)の吸引側へ戻すための手段(900)を包含することを特徴とする請求項8または9に記載の液圧システム。
- 前記回収ユニットが第1の液圧機械(295)および第2の液圧機械(903)を包含すること、および前記第1および第2の液圧機械が機械的に相互接続されること、および前記第1の液圧機械が液圧流体の流れによって駆動されるべく適合され、前記第2の液圧機械が前記第1の液圧機械により駆動されることによって液圧流体をポンピングするべく適合されることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の液圧システム。
- 前記第1の液圧機械(295)が前記戻り流によって駆動されるべく前記戻りポートに接続され、前記第2の液圧機械(903)がアキュームレータ(905)への液圧流体のポンピングを行なうべく適合されることを特徴とする請求項12に記載の液圧システム。
- 前記第1の液圧機械(295)が前記戻り流によって駆動されるべく前記戻りポートに接続され、前記第2の液圧機械(903)が前記ポンプの前記圧力側への液圧流体のポンピングを行なうべく適合されることを特徴とする請求項8または12に記載の液圧システム。
- 前記第1の液圧機械(295)が前記戻り流によって駆動されるべく前記戻りポートに接続され、前記第2の液圧機械(903)が前記ポンプの前記吸引側への液圧流体のポンピングを行なうべく適合されることを特徴とする請求項8または12に記載の液圧システム。
- 前記ポンプ(205)が前記作業機械の動力伝達系によって駆動可能であり、かつ前記作業機械(101)の減速の間は前記動力伝達系を制動するべく適合されること、および前記システムが、前記作業機械の減速の間におけるエネルギの回収のために前記ポンプの前記圧力側から前記回収ユニットへの液圧流体の流量をコントロールするための液圧コントロール手段(701b;801b)を包含することを特徴とする請求項7乃至11のいずれか1項に記載の液圧システム。
- 前記少なくとも1つの作業機能(1;217,221,203)が、作業機械内の機械構成要素へ動力を伝達するためのピストンが備えられた液圧シリンダを包含することを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1項に記載の液圧システム。
- 前記コントロール・バルブ・ユニット(2;200a,200b,200c)が、選択の余地を残して前記液圧シリンダの前記ピストン側および/または前記液圧シリンダの前記ピストン・ロッド側から前記回収ユニットへの液圧流体の戻り流をコントロールするべく適合されていることを特徴とする請求項17に記載の液圧システム。
- 前記システムが、前記液圧シリンダの前記ピストン側の前記液圧流体の前記圧力を測定するべく適合された圧力センサ(19;235,229,216)を包含することを特徴とする請求項17または18に記載の液圧システム。
- 前記システムが、前記液圧シリンダの前記ピストン・ロッド側の前記液圧流体の前記圧力を測定するべく適合された圧力センサ(20;237,231,218)を包含することを特徴とする請求項17乃至19のいずれか1項に記載の液圧システム。
- 前記回収ユニット(9;295;595)が前記作業機械(101)の作業装具(111)と機械本体(102)の間において外部擾乱によって生じる相対的な移動を、少なくとも1つの方向において緩衝するべく適合されること、および前記作業装具が前記作業機能(1;217,221,203)によって前記機械本体に関して移動可能であることを特徴とする請求項1乃至20のいずれか1項に記載の液圧システム。
- 前記システムが、前記機械本体(102)に関する前記作業装具(111)の基準位置を決定するためのセンサ(21;50)包含することを特徴とする請求項21に記載の液圧システム。
- 前記システムが、複数の作業機能(1;217,221,203)を、関連付けされたそれぞれのコントロール・バルブ・ユニット(2;200a,200b,200c)とともに包含すること、および1つの前記パイロット作動バルブ(12;287,289,291)がそれぞれの前記作業機能のために提供されることを特徴とする請求項1乃至22のいずれか1項に記載の液圧システム。
- 前記システムが、それぞれのパイロット作動バルブ(287,289,291)のために配置される1つの前記チェック・バルブ(16;297,298,299)を包含すること、それにおいて前記チェック・バルブが前記回収ユニット(295)と直列に、前記それぞれのコントロール・バルブ・ユニットの前記戻りポートと前記回収ユニットの間の位置において接続され、かつそれぞれの作業機能(217,221,203)へ向かう方向の流れを遮断するために前記パイロット作動バルブと並列に接続されることを特徴とする請求項5または23に記載の液圧システム。
- 前記チェック・バルブ(297,298,299)の前記流出口が回収ユニットの上流において相互接続されることを特徴とする請求項24に記載の液圧システム。
- 前記システムが、前記チェック・バルブの下流および前記回収ユニットの上流にある位置において前記液圧流体の前記圧力を測定するべく適合された圧力センサ(309)を包含することを特徴とする請求項25に記載の液圧システム。
- 前記システムが、前記コントロール・バルブ・ユニットの前記戻りポートと前記パイロット作動バルブの前記流入口ポートの間にある位置において前記液圧流体の圧力を測定するべく適合された、それぞれのパイロット作動バルブのための圧力センサを包含することを特徴とする請求項23乃至25のいずれか1項に記載の液圧システム。
- 前記システムが、それぞれの前記作業機能のために1つの前記回収ユニットを包含することを特徴とする請求項23または24に記載の液圧システム。
- 前記システムが、前記パイロット作動バルブ(12;287,289,291)の個別コントロールのためのコントロール・ユニット(13;213)を包含することを特徴とする請求項23乃至28のいずれか1項に記載の液圧システム。
- 請求項1乃至29のいずれか1項に記載の液圧システムを包含する作業機械(101)。
- 液圧システム内においてエネルギを回収するための方法であって、前記液圧システムが、少なくとも1つの作業機能(1;217,221,203)および前記作業機能への、およびそこからの液圧流体をコントロールするためのコントロール・バルブ・ユニット(2;200a,200b,200c)、および前記作業機能からエネルギを回収するための前記コントロール・バルブ・ユニットの戻りポート(10;60a,60b,60c)に接続された回収ユニット(9;295;595)を包含し、前記戻りポートにおける最大許容可能圧力(Pmax)が、圧力制限手段(11;287b,289b,291b)によって、前記作業機能(1;217,221,203)の実際の動作モードに対して前記回収ユニット(9;295;595)の最大エネルギ回収レートを適合する目的を伴うコントロール・ユニット(13;213)からの信号の受信を通じてコントロールされることを特徴とする方法。
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