JP2013249954A - 油圧制御ブロック、油圧システム及び油圧制御ブロックを備えた建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプによる大量の吐出流の実現を可能とすると共に、柔軟なポンプ側の吐出量加算を許容する。
【解決手段】油圧制御ブロックにおいて、それぞれ１つ以上のアクチュエータポートを含む少なくとも２つの油圧供給回路２０，２１と、少なくとも２つのポンプポートとを設ける。少なくとも２つのポンプポートが選択的に又は残りのポンプポートと組み合わせて少なくとも１つの油圧供給回路２０，２１に接続可能なように弁構造１〜４を設ける。それぞれのポンプポートに少なくとも１つのアクチュエータポートを直接接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも２つの油圧アクチュエータを作動させるための油圧制御ブロック、油圧システム及び油圧制御ブロックを備えた建設機械に関する。

油圧制御ブロックは、一体化した油圧回路を含む。制御ブロックは、外側に、制御ブロックを経てそれぞれの特定の油圧機器（例えば油圧アクチュエータ又は油圧ポンプ）を互いに接続可能であるように、さまざまなポートを含む。

制御ブロックは、建設機械（特に土木機械又は吊上機械）において使われる。制御ブロックは、機械の少なくとも１部又は全部の油圧アクチュエータの油圧駆動を実行する。また、このような制御ブロックが複数のポンプポートを備えることは公知である。一体の回路構造によって、複数のポンプの吐出量の加算が行われる。ポンプを組合せることができるので、個々のポンプは最小限の大きさとすればよく、そのことで、製造及び運転経費を明確に削減できる。

しかしながら、従来のポンプ吐出量加算は、アクチュエータを補助することに関してあまりに柔軟性がないことが知られている。さらに、特定のアクチュエータを優先して駆動したいというニーズがある。

本発明の目的は、油圧制御ブロックのための新しいモジュール構想、すなわち、ポンプによる大量の吐出流の実現を可能とすると共に、特に柔軟なポンプ側の吐出量加算を許容することにある。

この目的は、第１の発明の油圧制御ブロックにより解決される。すなわち、油圧制御ブロックは少なくとも２つの油圧供給回路を含む。そして、それはそれぞれ１つ以上の油圧アクチュエータポートを含む。アクチュエータポートの一部には、独立した油圧供給回路を介して作動油が供給される。さらに、制御ブロックは、少なくとも２つの油圧ポンプポートを含む。

制御ブロックは、２つ又は３つのポンプポートを含むのが望ましい。

本発明によれば、個々に又は少なくとも１つの残りのポンプポートと結合して、少なくとも２つのポンプポートのそれぞれを選択的に接続可能か又は少なくとも１つの油圧供給回路と接続可能とする弁構造がさらに設けられる。それぞれの油圧供給回路に対して、各ポンプポートによって、又は任意のポンプポートの組合せによって、選択的に作動油を供給可能であるのが望ましい。少なくとも２つのポンプポートのそれぞれが並列に選択的に、個々に、又は、残りのポンプポートのうちの少なくとも１つと接続されて、少なくとも２つの又は全ての油圧供給回路と接続可能とすることもできる。

本発明による弁構造により、特にポンプ側のポンプ吐出率の柔軟な加算を行うことができる。必要に応じ、油圧制御ブロックは、接続されたアクチュエータのそれぞれに特に大容積の作動油を供給できる。安全の観点からも、本発明は、特に高品質のシステムを実現する。個々のアクチュエータは、ポンプ吐出率のアクチュエータ側の加算を有さないので、制御要素の数は減少する。

本発明によれば、ポンプポート毎にアクチュエータポートの少なくとも１つの直接接続がさらに設けられる。直接ポートを経て、特定のアクチュエータポート又はアクチュエータを油圧システムにおいて選択的に優先できる。したがって、２つのポンプポートを備えるシステムにおいて、少なくとも２つのアクチュエータを優先できる。好ましい吐出流を優先して、そのアクチュエータに供給することがきる。少なくとも３つのポンプポートを有する変形例では、少なくとも３つのアクチュエータを優先することができる。

弁構造は、少なくとも４つの弁を含んでもよい。好ましい弁の形式は、例えば方向切換弁である。少なくとも２つ又は全ての弁を同一であるか又は異なるものとして設計することができる。

弁構造の好ましい構成において、各ポンプポートは、少なくとも２つの弁を介して油圧供給回路に接続することができる。少なくとも２つの弁の切換状態は、油圧供給回路に作動油を供給するように選択される。それぞれの油圧供給回路は接続されたポンプのうちの正に１つによって選択的に供給されることができるので、この種の弁構造は、特に柔軟な制御を可能にする。加えて、この弁構造は、少なくとも１つ以上の油圧供給回路に作動油を供給するときに、２つ以上のポンプポートの任意のポンプ吐出量加算を可能とする。

弁構造の少なくとも１つの弁は、オンオフ切換弁、比例弁、ピストン弁、カートリッジ構造のロジック弁、流量制御弁又は圧力制御弁とすればよい。それぞれの弁は、同一構造でもよく、異なる構造でもよい。

それぞれの油圧供給回路の個々のアクチュエータポートは、少なくとも１つの制御弁を介して油圧供給回路と接続されるのが望ましい。制御弁（特に制御ピストン）は、接続されたアクチュエータを駆動させるか、停止させるか又は調整するというアクチュエータ制御を行う。

さらにまた、直接ポンプポートに接続しているアクチュエータポートの１つ以上が少なくとも１つの制御弁（特に制御ピストン）を介してポンプポートに接続されるのが望ましい。

油圧供給回路のアクチュエータポート又は直接接続アクチュエータポートのために使用される制御弁のうちの少なくとも１つは、例えば６ポート３位置切換弁、４ポート３位置切換弁、流量制御機能の有無にかかわらないロジック弁の組合せ又は上流の又は下流の圧力計を有する方向切換弁とすることができる。

付加的な安全態様として、ポンプポート毎に並列遮断経路を設けることは、特に有利である。特に、各ポンプポートは、少なくとも１つの並列遮断経路を含む。遮断経路を介し、ポンプの吐出流を油タンクに直接導くことができる。

遮断経路は、方向切換弁を介して制御されるのが望ましい。閉じ状態は、油圧システム全体の、特に油圧供給回路又は直接接続において、圧力の増強を許容する。他方で方向切換弁が開かれるとき、回路のシステム圧は落下し始め、それぞれのポンプから吐出された作動油は油タンクに直接排出される。

遮断経路における弁構造の形式として、オンオフ切換弁、比例弁、ピストン弁、カートリッジ構造のロジック弁、流量制御弁又は圧力制御弁が考えられる。

異なるアクチュエータが同時に使われるときに、低負荷のアクチュエータへの作動油の逆流を防止するために、１つ以上のアクチュエータポートを１つ以上のチェック弁を介して油圧供給回路又はポンプポートと接続するのが望ましい。このチェック弁は、油圧供給回路へ又はポンプポートへの逆流を防止する。

油圧供給回路の少なくとも１つのアクチュエータポートが少なくとも１つの弁を介して間接的に少なくとも１つのポンプポートの少なくとも１つの直結接続に接続されてもよい。この構造により、付加的な供給ラインを介して少なくとも１つの付加的な油圧アクチュエータへ優先して作動油を供給することができる。

本発明は、本発明に係る少なくとも１つの制御ブロック又は有利な実施形態に係る制御ブロックを有する油圧システムに関する。同様の記載は省略するが、油圧システムは、本発明による制御ブロックと同等の作用効果を奏する。

上記制御ブロックに加え、油圧システムは、少なくとも２つの油圧ポンプ及び複数の油圧アクチュエータを含み、これらは、それぞれ制御ブロックの対応するポートと接続される。

本発明による油圧システムは、建設機械（特に吊上機械、搬入機械又は土木機械）の油圧駆動部として用いられる。１つ以上の油圧アクチュエータは、例えば、ピストンシリンダユニットの他、シャベル、ブーム、アーム又は類似のオプションを作動するための若干の他のアクチュエータである。さらにまた、１つ以上の油圧アクチュエータは、例えば装置又は機械を動かすため、旋回ギアを駆動するためなどの油圧モータなどの油圧駆動部を含む。

本発明による油圧システムの第１の実施形態に係る油圧回路図である。 本発明による油圧システムの更なる実施形態に係る第２の油圧回路図である。

本発明の更なる効果及び詳細は、図示される２つの例示的実施形態に関し、以下に詳細に説明される。

（第１の実施形態）
図１は、本発明による制御ブロック又は油圧システムの第１の実施形態を示し、それは２回路システムとして設計され、２つのポンプＰ１,Ｐ２を含む。制御ブロックは、アクチュエータＡ及びＢが接続される、右側の油圧供給回路２０を含む。また、別の油圧供給回路２１が制御ブロックの左側に設けられており、それにアクチュエータＣ、Ｄ及びＥが接続されている。

ここで、２つのポンプＰ１，Ｐ２を選択的に又は一緒に弁構造を介して油圧供給回路２０，２１に接続することができる。この弁構造は、実質的に４つの弁１〜４を有する。

弁１〜４は、開き位置及び閉じ位置を有する２ポート２位置切換弁であり、流れ方向は、常に油圧供給回路２０又は油圧供給回路２１の方向を向いている。中立位置において、弁１,４は開かれると共に、弁２，３は閉じ、その結果、ポンプＰ１は右側の油圧供給回路２０に作動油を供給し、ポンプＰ２は左の油圧供給回路２１に作動油を供給する。

アクチュエータＡ〜Ｅは、選択的にポンプＰ１、ポンプＰ２又はこれらの両方に接続される。弁１,３は、左半分の制御ブロックの油圧供給回路２１に対するポンプＰ１，Ｐ２の吐出量加算を可能とする。その一方で、弁２及び４は、ポンプＰ１，Ｐ２の右半分の制御ブロックの油圧供給回路２０に対するポンプ吐出量加算を可能とする。

さらに、それぞれの２つのポンプＰ１，Ｐ２は、関連するアクチュエータポートに作動油を供給する。それらに接続されるアクチュエータは、残りのアクチュエータと比較して、より優先して作動される。図１の例示的実施形態において、例えば、アクチュエータＦは、より優先してポンプＰ２に直接接続される。同じことがアクチュエータＧにも当てはまり、より優先してポンプＰ１に直接接続される。

さらに、４ポート３位置切換弁１３〜１９を介し、各アクチュエータＡ〜Ｇは、油圧供給回路２０，２１のうちの１つに、又は、直接ポンプＰ１，Ｐ２のうちの１つに接続される。各４ポート３位置切換弁は、アクチュエータの前進後進操作のための２つの流れ位置と、全ての弁ポートが閉じる閉鎖位置とを提供する。全ての方向切換弁１３〜１９は、中立において閉鎖される。

さらにまた、アクチュエータＦ及びＧの直接接続の組み合わせにおいて、弁１〜４が、アクチュエータＦ及びＧの優先駆動と同時に残りのアクチュエータＡ〜Ｅの並列運転を可能とする。

アクチュエータＥの接続を油圧供給回路２１で行うこともでき、ポンプＰ１の直接ポートにおいて２つの弁８,９を介して行うこともできる。両方の弁８,９は、それぞれ流れ位置と閉鎖位置とを有する２ポート２位置切換弁であり、弁９は、両方向の流れを許容する。これは、ポンプＰ２のポンプＰ１の直接ポートへ又はアクチュエータＧへの吐出流のためと、アクチュエータＥに対するポンプＰ１の吐出流との両方を可能とする。弁９が開かれて弁８が閉じられたとき、２つのアクチュエータＥ，Ｇは、ポンプＰ１により駆動される。中立位置で、弁９は閉じ、弁８は開かれる。

図１の例示的実施形態による本発明の制御ブロックを油圧掘削機において使うことができ、掘削機能を実行するため、使われる油圧機器の全ての作動を実行する。アクチュエータＥ、Ｇ及びＢは例えば、巻上駆動用の、又は、上部旋回体を旋回させるギアを駆動するための油圧モータである。その一方で、アクチュエータＡ、Ｃ、Ｄ及びＦは掘削アーム、ブーム、シャベル又は若干の他の油圧部品を作動するためのピストンシリンダユニットである。

油圧モータＧによって作動される走行ギアには、優先されるポンプＰ１を経て油圧が供給される。また、更なる油圧モータが走行ギアを駆動するために提供される。両アクチュエータＥ，Ｇが両方のポンプＰ１，Ｐ２を介して駆動されるように並行して作動油が供給されるためには、弁８，９は開いていなければならない。

ポンプＰ１，Ｐ２毎に弁１０，１１を介して安全遮断経路が実現される。中立位置で、両方の弁１０，１１は開かれる。弁１０，１１が閉じられているとき、ポンプＰ１，Ｐ２の吐出流が、油圧供給回路２０，２１、又は、圧力増強のためよりも高い優先順位を有するアクチュエータＦ,Ｇに規則的に分配される。必要に応じ、ポンプＰ１，Ｐ２の吐出流を直接タンクに戻すために弁１０，１１を、個々又は並列で開くことができる。

さらに、許容最大圧力の増加を制限するために、圧力制御弁２２，２３がポンプＰ１，Ｐ２に直接接続されている。

ポンプＰ２の優先するアクチュエータの油圧供給路が全てのセクションで導かれるときに、このセクションは選択的に右半分又は左半分の制御ブロックに取り付けられることが可能である。ここでは同様に、ポンプＰ１及びＰ２の吐出量加算は、弁１及び弁３又は弁２及び弁４で実行可能である。

個々のアクチュエータＡ〜Ｇの方向切換弁１３〜１９への分岐のためのチェック弁２４は、異なるアクチュエータが同時に使われるときに、低負荷のアクチュエータへ作動油が逆流するのを防止する。

（第２の実施形態）
本発明の油圧システムの第２の実施形態に係る制御ブロックが図２に示される。本実施形態では、３回路システムの構造を示す。本実施形態では、図１に示される実施形態と比較して、ポンプＰ３が追加されている。図示した３回路システムにおいて、アクチュエータＢがポンプＰ３に直接接続されており、他のアクチュエータＦ，Ｇに対して優先される。

さらに、ポンプＰ３の吐出流を選択的に油圧供給回路２０，２１の一方又は両方に送り込むことができる。このためには、弁７は、常に開いている必要がある。弁５を開くことで、ポンプＰ３の吐出流を右側の油圧供給回路２０に送り込むのを許容し、弁６を開くことで、左の油圧供給回路２１への供給を可能にする。

ポンプＰ１，Ｐ２と同様に、付加的なポンプＰ３が同様に安全機能としての弁１２及び圧力制御弁２５を有する並列遮断経路を含む。

図１及び図２の全ての弁１〜１２をオンオフ切換弁、比例弁、ピストン又はカートリッジ構造のロジック弁として設計することができる。機能的な装置に応じて、流量制御弁又は圧力制御弁として設計してもよい。

方向切換弁１３〜１９のモジュール設計のため、これらの弁を６ポート３位置切換弁、４ポート３位置切換弁、流量制御機能の有無にかかわらないロジック弁、又は、上流の若しくは下流の圧力計を有する方向切換弁の組合せとしてそれぞれ設計することができる。

１〜１２ 弁
１３〜１９ 方向切換弁
２０，２１ 油圧供給回路
２２，２３ 圧力制御弁
２４ チェック弁
２５ 圧力制御弁
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ ポンプ

Claims (12)

1. それぞれ１つ以上のアクチュエータポートを含む少なくとも２つの油圧供給回路と、少なくとも２つのポンプポートとを有する油圧制御ブロックであって、
   上記少なくとも２つのポンプポートが選択的に又は残りのポンプポートと組み合わせて少なくとも１つの油圧供給回路に接続可能なように、弁構造が設けられ、
   それぞれのポンプポートに少なくとも１つの上記アクチュエータポートが直接接続されている
   ことを特徴とする油圧制御ブロック。
2. 請求項１に記載の油圧制御ブロックにおいて、
   上記弁構造は、少なくとも４つの方向切換弁を含み、上記各ポンプポートが、少なくとも２つの弁を介し、上記少なくとも２つの油圧供給回路の１つ以上に選択的に接続可能である
   ことを特徴とする油圧制御ブロック。
3. 請求項１又は２に記載の油圧制御ブロックにおいて、
   上記油圧供給回路の１つ以上のアクチュエータポートが、アクチュエータ制御のための少なくとも１つの制御弁を介して上記油圧供給回路と接続されている
   ことを特徴とする油圧制御ブロック。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の油圧制御ブロックにおいて、
   上記直接接続されたアクチュエータポートの１つ以上が、少なくとも１つの制御弁を介して上記ポンプポートと接続されている
   ことを特徴とする油圧制御ブロック。
5. 請求項３又は４に記載の油圧制御ブロックにおいて、
   上記少なくとも１つの制御弁は、６ポート３位置切換弁、４ポート３位置切換弁、流量制御機能の有無にかかわらないロジック弁の組合せ又は上流の若しくは下流の圧力計を有する方向切換弁である
   ことを特徴とする油圧制御ブロック。
6. 請求項１乃至５のいずれか１つに記載の油圧制御ブロックにおいて、
   上記少なくとも１つのポンプポートが、少なくとも１つの並列遮断経路を含む
   ことを特徴とする油圧制御ブロック。
7. 請求項６に記載の油圧制御ブロックにおいて、
   上記遮断経路は、上記ポンプポートと油タンクとの間の弁によって直接接続するか否かを切換可能に構成されている
   ことを特徴とする油圧制御ブロック。
8. 請求項１乃至７のいずれか１つに記載の油圧制御ブロックにおいて、
   上記弁構造の少なくとも１つの弁及び／又は上記遮断経路は、オンオフ切換弁、比例弁、ピストン弁、カートリッジ構造のロジック弁、流量制御弁又は圧力制御弁である
   ことを特徴とする油圧制御ブロック。
9. 請求項１乃至８のいずれか１つに記載の油圧制御ブロックにおいて、
   上記少なくとも１つのアクチュエータポートが、少なくとも１つのチェック弁を介し、上記油圧供給回路又は上記ポンプポートに接続されている
   ことを特徴とする油圧制御ブロック。
10. 請求項１乃至９のいずれか１つに記載の油圧制御ブロックにおいて、
    追加の油圧供給回路のアクチュエータポートが、弁を介して上記ポンプポートの少なくとも１つの直接接続に接続されている
    ことを特徴とする油圧制御ブロック。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の制御ブロックを有する、建設機械の油圧制御に用いられる
    ことを特徴とする油圧システム。
12. 土木機械、搬入機械又は吊上機械である
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の油圧制御ブロックを備えた建設機械。

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