JP2015511296A - 油圧流体システム用電子式負荷降下保護装置 - Google Patents

Abstract

弁（２０６）の制御方法は、流体源（２０２）で供給圧力を検出し、ピストン（２１４）の第１側で第１ポート圧力を検出することを含む。制御器（２２４）は、供給圧力が第１ポート圧力を上回るとき、弁を閉位置から第１開位置へ作動させる。その後、制御器は、供給圧力が第１ポート圧力より小さいとき、弁を閉位置に作動させる。【選択図】図２

Description

関連出願の相互参照
本出願は、国際特許出願として２０１３年１月４日に出願され、２０１２年１月２０日に出願された米国特許出願第６１／５８８，９１９号に対する優先権を主張するものであり、その開示は、参照することにより、その全てが本書に含まれる。

従来、油圧制御システムは、機械的チェックバルブを用いて、重力に対抗する負荷が指令速度の反対方向に移動しないようにする。このような方法で、チェックバルブは、ポンプからの供給圧力が関連したアクチュエータ又はシリンダのポート圧力より確実に高くなるようにする。そのような油圧制御システム１００の１つが図１に示されている。このシステム１００は、流体リザーバ１０４から油圧流体を汲み上げるポンプ１０２を含む。ポンプ吐出は、重力Ｇに抗して上方に押し上げられる。二方弁１０６は、第１開位置１０６ａ、第２開位置１０６ｂ及び閉位置１０６ｃを含む。バルブ１０６が第１開位置１０６ａにあるとき、ポンプ１０２からの流れは、ピストンシリンダ１１０の第１ポート１０８に供給される。バルブ１０６が第２開位置１０６ｂにあるとき、ポンプ１０２からの流れは、ピストンシリンダ１１０の第２ポート１１０に供給される。流体が２つのポート１０８，１１２の一方に供給されることにより、ピストン１１４がシリンダ１１０内で移動して、油圧流体は、２つのポート１０８，１１２の反対側から押し出される。バルブ１０６が閉位置１０６ｃにあるとき、ピストンシリンダ１１０への流入及び流出は、阻止される。

チェックバルブ１１６は、ポンプ１０２の出口とバルブ１０６との間に配置されている。バルブ１０６が第１開位置１０６ａにあるとき、チェックバルブ１１６は、ピストンシリンダ１１０内の流体から過度のヘッド圧力がポンプ１０２の出力流量に逆らって押し戻されるのを防止する。チェックバルブは、ポンプ流体が重力に抗するシステムによく用いられているが、それらは、正常な動作の妨げとなる汚れ又は損傷を受けやすい。

一態様において、本技術は、弁の制御方法に関し、この方法は、流体源で供給圧力を検出し、ピストンの第１側の第１ポート圧力を検出し、ピストンがシリンダ内に配置され、供給圧力が第１ポート圧力を上回るとき、弁が閉位置から第１ポート位置に作動させ、更に、供給圧力が第１ポート圧力より小さいとき、弁が閉位置に作動させることを、含む。

他の態様において、本技術は、油圧制御システムに関し、油圧制御システムは、ピストンシリンダと、油圧流体源に接続されたポンプと、ピストンシリンダとポンプとの間に配置された弁と、ポンプの出口の流体ライン上に配置された供給圧力センサと、ポンプの第１入口の流体ライン上に配置されたポート圧力センサと、弁、供給圧力センサ及びポート圧力センサに作動可能に接続された制御器と、を含み、制御器は、第１ポート圧力より高い供給圧力を検出したとき、第１信号そ送信して弁を閉位置から第１開位置へ作動させ、更に、制御器は、供給圧力が第１ポート圧力より小さいとき、弁を閉位置に作動させる。

現在望ましい図面、実施形態が示されているが、技術が示された明確な配置及び手段に限定されいないことが理解される。

従来技術の油圧制御システムの概略図である。 油圧制御システムの概略図である。 油圧制御システム用の制御ロジック図である。 油圧制御システムの制御方法を示す図である。

添付図に示された本開示の例示的な態様を詳細に説明する。可能な限り、同じ又は同様な構造を参照するために図面を通して同じ参照符号を使用することとする。

以下に説明する技術は、油圧流体によって作動される油圧シリンダ、油圧モータ及び他の機械装置等の油圧アクチュエータに利用するシステムに適用される。通常、油圧アクチュエータは、産業機器及び建設機器（例えば、ブーム、リフト、アーム、回動機構等）に用いられる。しかしながら、明確にするために、以下の実施形態では、油圧シリンダの構成で説明される。

図２は、油圧制御システム２００の概略を示している。このシステム２００は、ポンプ２０２、リザーバ２０４及び二方弁２０６を含む。弁２０６は、メータリングバルブであり、第１開位置２０６ａ、第２開位置２０６ｂ及び閉位置２０６ｃを有する。弁２０６の位置は、ピストンシリンダ２１０の第１ポート２０８あるいは第２ポート２１２への流体供給を制御する。また、流体は、反対側のポート２１２，２０８から押し出されて、弁２０６を介してリザーバ２０４に戻る。ポンプ２０２の出口の機械的なチェックバルブの代わりに、制御システム２００は、制御器２２４に通信する複数の圧力センサ２１８，２２０，２２２を含む。また、制御器２２４は、弁２０６を様々な位置２０６ａ，２０６ｂ，２０６ｃの間で作動させるアクチュエータ（図示せず）に作動可能に接続される。また、特定の実施形態において、制御器２２４は、ポンプ２０２の制御及び／又は作動ができる。

作動中、制御器２２４は、供給圧力センサ２１８から送信されたポンプ供給圧力を表す信号を連続的に監視する。これら信号は、各ポートの圧力を示すポート圧力センサ２２０，２２２から連続的に送信される信号と比較される。ポート２０８の圧力（センサ２２０によって検知される）が供給圧力（センサ２１８によって検出される）より高いとき、制御器２２４は、弁２０６を閉位置２０６ｃに維持し、高流体圧力がポンプ２０２の出口に向けられるのを阻止する。ポンプ２０２が供給圧力を増加させて、制御器は、センサ２１８及びセンサ２２０から送信される信号を監視し続ける。供給圧力がポート圧力以上になったとき、弁は、第１弁位置（この場合は、位置２０６ａ）に開弁する。メータリングバルブ２０６が開弁しているときに、様々なセンサからの圧力は、常に監視される。ポート圧力センサ２２０，２２２の圧力が供給圧力センサ２１８の圧力を上回る場合、制御器２２４は、弁を閉位置２０６ｃに作動させて、負荷が逆流するのを防ぐ。

また、上述したように、弁２０６は、メータリングバルブである。その場合、供給圧力及びポート圧力を監視することにより、制御器２２４は、供給圧力とポート圧力との差（すなわち、マージン）が小さいとき、メータリングバルブ２０６を絞ることができる。すなわち、ポート圧力が供給圧力に対して増加したときに、弁２０６は、絞りを行い、サービス／システムの飽和状態を避けて、負荷が指令方向の反対方向へ移動するのを防ぐ。この動作は、図３に示されており、図３は、図２に示されたタイプのような油圧制御システムを制御するための制御ロジックダイアグラム３００を示す。第１状態（３０２）において、非ゼロ流量要求があり、流れ方向は、ポンプ出口（すなわち、供給）からシリンダポートの一方へである。言い換えれば、ポンプによる油圧流体の流れは、シリンダの２つのポートの一方に向かって送られる。ポート圧力センサ及び供給圧力センサは、供給圧力がポート圧力（３０４）より大きくなるまで監視される。より具体的には、供給圧力は、流れが向けられるポートのポート圧力と比較される。つまり、供給圧力がポート圧力より大きい場合、弁は、アクティブ状態（３０６）に作動されて、弁が開いたとき、弁を通る流れが始まる。特定の実施形態においては、供給圧力は、弁が開位置に作動される前に、特定の係数、割合又は他のパラメータだけポート圧力を上回るようにすることができる。特定の実施形態においては、供給圧力は、弁が開位置に作動される前に、約５バールだけ第１ポート圧力を上回るようにすることができる。より高い流量においては、供給圧力とポート圧力との間のより大きなマージンが望ましい。

弁がアクティブ状態のとき、圧力センサは、連続的に監視する。供給圧力とポート圧力との差が一定のマージン、すなわち、差（３０８）より小さい場合、制御器は、弁（３１０）を閉位置へ向かって絞り始める。このマージン、すなわち、差は、あらかじめ設定、あるいは、設定変更可能である。このマージンは、所望又は要求された性能の考慮、操作者の好み又は他の要因に基づいて設定することができる。弁の絞りは、弁が完全に閉弁されるまで、又は、負荷が変化して供給圧力とポート圧力との差が設定可能なマージン（３１２）以上になるまで続く。この場合において、弁は、アクティブ状態（３０６）に戻り、作動センサの監視が続く。

図４は、油圧システムの制御方法（４００）を示している。この方法４００は、例えば、上記図２に示された弁などの閉弁されたメータリングバルブ（ステップ４０２）から始まる。その後、シリンダポートは、オペレータに操作される切替スイッチあるいは電子制御スイッチによって特定される（ステップ４０４）。一般的に、シリンダの利用案により、いずれのポートを特定するかが決定される。この場合、この方法の実行中、特定されたポートにより、供給圧力ＰＳが比較されるポート圧力ＰＰが定義される。供給圧力ＰＳが検出されて（ステップ４０６）、その圧力を示す信号が制御器に送信される。そして、ポート圧力ＰＰが検出されて（ステップ４０８）、その圧力を示す信号が制御器に送信される。その後、供給圧力ＰＳとポート圧力ＰＰとの比較が行われる（ステップ４１０）。供給圧力ＰＳがポート圧力ＰＰより小さい場合、弁は、依然として閉弁されたままである（そして、制御アルゴリズムはステップ４０２に戻る）。供給圧力ＰＳがポート圧力ＰＰより大きい場合、弁は、開弁される（ステップ４１２）。弁は、制御器にプログラムされた多くの要因及び／又はユーザ要求に応じて、完全に開弁又は定量的に開弁することができる。この実施形態において、弁は、完全に開弁する。供給圧力ＰＳ及びポート圧力ＰＰの監視を続ける。供給圧力ＰＳがポート圧力ＰＰのマージンの範囲内ではない場合（ステップ４１４）、弁は、依然として開弁したままであり（すなわち、制御アルゴリズムは、ステップ４１４に戻る）、監視を続ける。しかしながら、供給圧力ＰＳがポート圧力ＰＰのマージンの範囲内にあると判断された場合、弁は、絞られる（ステップ４１６）。弁が閉弁されるまで絞られていない場合（ステップ４１８）、供給圧力ＰＳ及びポート圧力ＰＰの監視及びその比較を続ける（ステップ４１４のように）。供給圧力ＰＳは、マージンが徐々に小さくなっていくまでポート圧力ＰＰとの差をとることにより、弁は、絞り続ける（ステップ４１６に示される）。弁が閉弁される又は略閉弁されるように絞られた時点で（ステップ４１８）、アルゴリズムは、弁が完全に閉弁したとして（ステップ４０２）、新たな指令信号を待つ。

異なるマージン、すなわち、差は、特定の用途の要求又は所望により、オペレータによって製造時かそれとも現場で、制御器にプログラムされてもよい。例えば、第１値によって定義される第１開弁マージンに達したときだけ、第１流れ位置への弁の開弁が起こる。弁が第２流れ位置に開弁するようにするためには、第２値によって定義された第２開弁マージンが必要とされる。流体が供給されるシリンダの側に基づいて異なる開弁マージンを有することは、安全性又は他の考慮事項が存在する用途に有利である。開弁マージンに達した時点で、弁は、アクティブ状態で完全に開弁、又は、最小位置に開弁することができる。その後、弁の絞りを開始する前に達せられなければならい第３値を有する絞り開始マージンを定義することをが望ましい。同様に、第４、第５又はそれ以上の値によって定義されるステップ絞りマージンは、弁が絞られる異なる弁位置と関連している。最後に、付加的な値によって定義される再開弁マージンは、完全に弁を再開弁する前に必要とされる。上記の例において、各マージンは、異なる値によって定義されている。他の実施形態において、特定又は全てのマージンは、同じ値によって定義される。このマージンは、圧力値の絶対差、割合の差又は他の適当な測定値によって特徴付けることができる。

ここに記載された電子的なセンサは、チェックバルブを含まない油圧制御システムに組み込まれている。しかしながら、これらのセンサ及び制御器は、冗長安全システムとして機械的なチェックバルブを有するシステムにも用いることができる。更に、制御システムは、位置より多い、又は、より少ない位置を有する弁を用いることができ、また、複数の弁を備えたシステムに用いることができる。要するに、ここに記載された制御システムは、逆流を防止又は抑制することが望ましいあらゆる油圧システムに用いることができる。更に、ここに記載された制御システムは、１つ以上のセンサからの信号が受信されないとき、又は、受信された信号がエラー状態を示すとき、弁を閉位置に自動的に移動させる（積極的に、あるいは、ばね閉鎖アクチュエータから電力を除去することにより）。他の実施形態において、信号は、所定の時間間隔で制御器によって送信及び／又は受信され、これは、製造中又は現場でプログラムすることができる。更に、信号は、制御器に連続的に送信することができるが、制御器は、供給圧力とポート圧力との間の必要な比較のためにこれら信号より小さなサブセットのみを用いることができる。

上述された油圧制御システムは、単一のパッケージあるいは複数のパッケージでキットとして販売することができる。このキットは、制御器、圧力センサ、ポンプ、弁等を含むことができる。その代りに、制御器は、単一のスタンドアローン型装置として販売されてもよい。ユーザは、第三者又はポンプ供給業者から様々な弁、センサ、アクチュエータ等を個別に得ることができる。キットに含まれた指示書が特定の設置に基づいて必要とされる配線の種類を指定するが、必要に応じて、制御配線を含めてもよい。

更に、電子制御器には、システムを使用するために要求される必要なソフトウェア又はファームウェアが搭載される。代替構成において、ＰＣが制御器として用いられる場合、又は、ＰＣがユーザ又はサービスインターフェースとして制御又はポンプシステムに接続して用いられる場合、ソフトウェアは、標準のＰＣにアップロードするための様々な種類の記憶媒体（ＣＤ，ＤＶＤ，ＵＳＢドライブ等）に含まれてもよい。更に、ウェブサイトのアドレス及びパスワードは、インターネット上のウェブサイトからダウンロードされるプログラム用のキット指示に含まれる。

ここに記載された制御アルゴリズム技術は、ハードウェア、ソフトウェア又はハードウェアとソフトウェアとの組合せで実現できる。ここに記載された技術は、１つのコンピュータシステムの集中型方式で実現され、又は、異なる要素がいくつか相互接続されたコンピュータシステムに広まる分散型方式で実現できる。ここに記載された方法を実施するのに適したあらゆる種類のコンピュータシステム又は他の装置を適用することができる。ハードウェア及びソフトウェアの典型的な組み合わせは、ロードされ、実行されたとき、ここに記載された方法を実行するように、コンピュータシステムを制御するコンピュータプログラムを備えた汎用コンピュータシステムとすることができる。しかしながら、この技術が建設重機に用いられることも予定されているので、必要なオペレータインターフェース（シリンダ制御スイッチ等）を含んでいるスタンドアローン型ハードウェアシステムが望ましい。

また、ここに記載された技術は、コンピュータプログラム製品に組み込むことができ、そのコンピュータプログラム製品は、ここに記載された方法の実施を可能にする全ての機能を含み、コンピュータシステムにロードされたとき、これらの方法を実行することができる。本説明におけるコンピュータプログラムは、直接的に、あるいは、以下の、ａ）他の言語、コード又は表記への転換、ｂ）異なるデータ形態による複製のいずれか一方又は両方の後に特定の機能を実行する情報処理能力を有するシステムを構築することを目的とする一連の指示のあらゆる表現、言語、コード又は表記を意味する。

本技術の考慮されるべきの例示的な、及び、好ましい実施形態についてここに説明してきたが、本技術の他の改良は、本教示から当業者には明らかになるであろう。ここに開示された特定の製造方法及び構造は、本質的に例示的なものであり、限定されるものではない。従って、本技術の思想及び範囲内に収まるそのような全ての改良を添付の請求の範囲において確保することが望ましい。従って、特許証によって確保されるように望まれるものは、以下の請求の範囲によって定義及び識別される技術及びその全ての均等物である。

Claims (12)

1. 流体源の供給圧力を検出し、
   シリンダに配置されたピストンの第１側の第１ポート圧力を検出し、
   供給圧力が第１ポート圧力を上回るとき、弁を閉位置から第１開位置に作動させ、
   供給圧力が第１ポート圧力より小さいとき、前記弁を閉位置に作動させることを特徴とする弁を制御する方法。
2. 前記ピストンの第２側の第２ポート圧力を検出し、
   供給圧力が第２ポート圧力を上回るとき、前記弁を閉位置から第２開位置に作動させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 検出ステップの少なくとも１つは、所定間隔で生じることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 検出ステップの少なくとも１つは、連続的であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 更に、供給圧力と第１ポート圧力及び第２ポート圧力の少なくとも一方との差が所定のパラメータを含むとき、前記弁を閉位置に向かって作動させることを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 更に、供給圧力が第１ポート圧力より約５バール大きいとき、前記弁を閉位置に向かって作動させることを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. ピストンシリンダと、
   油圧流体源に接続されたポンプと、
   前記ピストンシリンダと前記ポンプとの間に配置された弁と、
   前記ポンプの出口の流体ライン上に配置された供給圧力センサと、
   前記ピストンシリンダの第１入口の流体ライン上に配置された第１ポート圧力センサと、
   前記弁、前記供給圧力センサ及び前記第１ポート圧力センサに作動可能に接続された制御器と、を備え、
   前記制御器は、第１ポート圧力より高い供給圧力を検出したとき、第１信号を送信して前記弁を閉位置から第１開位置へ作動させ、
   前記制御器は、供給圧力が第１ポート圧力より小さいとき、前記弁を閉位置に作動させることを特徴とする油圧制御システム。
8. 更に、前記ピストンシリンダの第２入口の流体ライン上に配置された第２ポート圧力センサを含み、
   前記制御器は、第２ポート圧力より高い供給圧力を検出したとき、第２信号を送信して前記弁を閉位置から第２開位置へ作動させることを特徴とする請求項７に記載の油圧制御システム。
9. 前記制御器は、供給圧力及び第１ポート圧力の少なくとも一方を所定の間隔で検出することを特徴とする請求項７に記載の油圧制御システム。
10. 前記制御器は、供給圧力及び第１ポート圧力の少なくとも一方を連続的に検出することを特徴とする請求項７に記載の油圧制御システム。
11. 前記制御器は、供給圧力と第１ポート圧力及び第２ポート圧力の少なくとも一方との差が所定のパラメータを含むとき、前記弁を閉位置に向かって作動させることを特徴とする請求項７に記載の油圧制御システム。
12. 前記制御器は、供給圧力が第１ポート圧力より約５バール大きいとき、前記弁を閉位置に向かって作動させることを特徴とする請求項７に記載の油圧制御システム。
    

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