JP2016503869A

JP2016503869A - 合流制御モードに基づいた油圧装置

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Publication number: JP2016503869A
Application number: JP2015552978A
Authority: JP
Inventors: ワンリピン
Original assignee: ジャンスゥハンリハイプレッシャーオイルシリンダーカンパニーリミテッド
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2013-08-15
Publication date: 2016-02-08
Anticipated expiration: 2033-08-15
Also published as: US9988792B2; EP2947331A1; US20150376870A1; EP2947331A4; JP6257647B2; WO2014110901A1; CN103062140B; CN103062140A; EP2947331B1

Abstract

【課題】高効率及び低エネルギー損失を実現可能とする油圧装置を提供する。【解決手段】本発明の合流制御モードに基づいた油圧装置は、第一の方向切替弁（１）及び第二の方向切替弁（２）を備える負荷検出ユニットと、第四の方向切替弁（３）を備える絞り調速ユニットと、を備える。油圧装置は、負荷検出ユニット及び絞り調速ユニットと連通し、第四の方向切替弁（３）と並行して配置された並設油路（４）上に配置される合流弁（５）及び一方向弁（６）と、を備える。合流弁（５）には、並設油路（４）の開閉を制御し、絞り調速ユニットから負荷検出ユニットに向かう流体の流れを調整する合流流路（５０）が設けられている。第一の方向切替弁（１）に作用する第一のパイロット圧（Ｐ１）及び第二の方向切替弁（２）に作用する第二のパイロット圧（Ｐ２）は、独立して又は同時に、合流弁（５）に作用して、合流弁（５）の方向切替え動作を実行するために合流流路（５０）の位置を変更する。【選択図】図１

Description

本発明は、油圧制御技術の分野に関し、特に、定流量絞り調速油圧システム及び負荷検出制御油圧システムの合流制御を実行する油圧装置に関する。

定流量絞り調速油圧システムは、当初、多種類の機械において広く使用され、簡素なシステム構成、速い構成要素反応等の利点を有するが、その調速特性は、負荷によって影響を受け、流体は、常に、低負荷への燃料補給の実行を優先する。この欠点を克服するために、特許文献１は、負荷非依存的な流速分布制御（ＬＵＤＶ）モード‐負荷検出油圧システムを発明し、製作した。負荷検出油圧システムは、各実行メカニズム中を流れる流体の流れが、各「要求」に応じて比例的に配分されることを可能とする。なお、通常の油圧機械の作動は、「低圧高流量、高圧低流量」を要求するのみであり、さらに、その電源は、一般的に制限されている。従って、負荷検出油圧システムにおいて採用される「定電力」制御は、電源の電力を最大限に活用することができる。

しかしながら、この「定電力」制御の負荷検出油圧システム制御は、大質量を回転駆動させるために、実行要素内に油圧駆動モータを有する。作動の初めに、実行要素は、大きな慣性力を克服する必要があり、動作は極めて遅く、要求される油量は、極めて小さく、開始時の油圧駆動モータは、大質量の外部負荷の伝送に起因して比較的遅く回転する。油圧駆動モータの負荷圧は、極めて高い値まで跳ね上がるのに対して、可変容積型ポンプは、最大負荷圧に基づいて、油路導管内の圧力を制御しており、その圧力は、多くの値で最大負荷より高く、油路導管内の油圧は、定電力制御弁に直接作用する。その結果、可変容量型ピストンポンプの変位は小さくなり、全ての実行要素における遅い作動、低生産性、及び電源に対する大きなエネルギー損失となる。

米国第９５１９５４２５．３号明細書

本発明によって解決される技術的課題は、高効率性及び低エネルギー消費を有する定流量絞り調速油圧システム及び負荷検出制御の油圧システムの合流制御を実行する油圧装置を提供することによって、従来技術における欠点を克服することである。

技術的課題を解決するために本発明によって採用される技術的スキームは、合流制御モードに基づいた油圧装置である。油圧装置は、第一の方向切替弁及び第二の方向切替弁を備える負荷検出ユニットと、第四の方向切替弁を備える絞り調速ユニットと、負荷検出ユニット及び絞り調速ユニットと連通し、第四の方向切替弁に並行して配置された並設油路上に配置される、合流弁及び一方向弁と、を備え、合流弁には、並設油路の開閉を制御し、絞り調速ユニットから負荷検出ユニットに向かう流体の流れを調整する合流流路が設けられ、第四の方向切替弁に接続され作動時に合流弁の方向切替え動作を実行する第四の実行要素を備え、第一の方向切替弁がそれに作用するその第一のパイロット圧に起因して切り替えられる場合、第二の方向切替弁がそれに作用するその第二のパイロット圧に起因して切り替えられる場合、第四の方向切替弁がそれに作用するその第四のパイロット圧に起因して切り替えられる場合、第一のパイロット圧及び第二のパイロット圧は、また、独立して又は同時に、合流弁に作用して、合流弁の方向切替え動作を実行するために合流流路の位置を変更する。

負荷検出ユニットは、また、定電力制御弁と、可変容量機構と、可変容量型ピストンポンプと、を備え、第一の方向切替弁は、第一の補償弁及び第一の実行要素にそれぞれ接続され、第二の方向切替弁は、第二の補償弁及び第二の実行要素にそれぞれ接続され、絞り調速ユニットは、また、可変容量型ピストンポンプと同軸のギアポンプを備える。

具体的には、合流流路は、並設油路の開閉を制御する遮断流路と、絞り量の大きな流路（大絞り量流路、すなわち、流れる流量が小さい）と、絞り量の小さな流路（小絞り量流路、すなわち、流れる流量が大きい）と、を備え、合流弁の一端には、第一のパイロット圧による制御を同期的に受ける大端面と、第二のパイロット圧による制御を同期的に受ける小端面と、が設けられ、合流弁の他端には、復帰ばねが設けられ、第四の方向切替弁は、第四のパイロット圧による制御を受け、合流弁に平行に接続されている。

さらに、遮断流路の流路領域は、ゼロであり、大絞り量流路及び小絞り量流路の流路領域は、ゼロではなく、大絞り量流路の流路領域は、小絞り量流路の流路領域より大きい。

本発明の有益な効果は、負荷検出ユニット及び絞り調速ユニットに連通するように、合流弁を構成することによって、合流弁の合流流路を通って流れることによって形成される流体ダンパを、負荷検出ユニット内の実行要素の最大外部負荷と一致させることが可能となることである。その結果、絞り調速ユニット内の実行要素の作動は、影響されず、かつ絞り調速ユニットの流れは、負荷検出ユニットに向けて適時に切替えられることができ、負荷検出ユニットが作動を開始するために単独で使用される場合、大質量の外部負荷慣性を克服するための突然の圧力上昇に起因して、負荷検出ユニットにおける実行要素の作動が遅くなり、非効率的になり、油圧モータのエネルギーの損失を生じる状況を回避し、それによって、高効率性及びシステムの作動における低エネルギー損失が実現可能となる。

さらに、本発明について、添付図面及び以下の実施形態と併せて説明する。

本発明の構造原理を示す図である。図１における領域Ｂ内に示される合流弁の構造を示す拡大概略図である。

添付図面及び好ましい実施形態を参照して、本発明についてさらに説明する。図は、簡略図であり、本発明の基本構造のみを概略的に示しているため、本発明に関連した要素のみを示す。

図１及び２に、油圧掘削機に使用される合流制御モードに基づいた油圧装置の一実施形態を示す。油圧装置は、圧力補償を有する負荷検出ユニットと、バイパスポート定流量（ｂｙｐａｓｓｐｏｒｔｃｏｎｓｔａｎｔｆｌｏｗ）を有する絞り調速ユニットと、負荷検出ユニット及び絞り調速ユニットに連通する合流弁５及び一方向弁６と、を含む。

負荷検出ユニットは、定電力制御弁８と、可変容量機構９と、エンジン１６に接続された可変容量型ピストンポンプ１０と、第一の方向切替弁１と、第二の方向切替弁２と、第五の方向切替弁１７と、を備える。第一の方向切替弁１、第二の方向切替弁２及び第五の方向切替弁１７は、それぞれ、対応する第一の補償弁１１、第一の実行要素１２、第二の補償弁１３、第二の実行要素１４、第五の補償弁１８、第五の実行要素１９に接続されている。第一の方向切替弁１は、外部から供給される第一のパイロット圧Ｐ１の影響を受けて切替えられ、第二の方向切替弁２は、外部から供給される第二のパイロット圧Ｐ２の影響を受けて切替えられ、第五の方向切替弁１７は、外部から供給される第五のパイロット圧Ｐ５の影響を受けて切替えられる。定電力制御弁８には、前端油路にあふれ弁２０が設けられている。

絞り調速ユニットは、第四の方向切替弁３と、第六の方向切替弁２１と、可変容量型ピストンポンプ１０と同軸のギアポンプ１５と、を備える。第四の方向切替弁３は対応する第四の実行要素７に接続されている。第六の方向切替弁２１は、対応する第六の実行要素２２に接続されている。第四の方向切替弁３は、外部から供給される第四のパイロット圧Ｐ４の影響を受けて切替えられ、第六の方向切替弁２１は、外部から供給される第六のパイロット圧Ｐ６の影響を受けて切替えられる。

合流弁５は、第四の方向切替弁３に並行して配置された並設油路４上に構成され、可変容量型ピストンポンプ１０の出口に連通されている。合流弁５には、並設油路４の開閉を制御し、絞り調速ユニットから負荷検出ユニットに向かう流体の流れを調整する合流流路５０が設けられている。合流流路５０は、遮断流路５１と、絞り量の大きな流路（大絞り量流路５２、すなわち、流れる流量が小さい）と、絞り量の小さな流路（小絞り量流路５３、すなわち、流れる流量が大きい）と、を備える。遮断流路５１の流路領域は、ゼロであり、大絞り量流路５２及び小絞り量流路５３の流路領域は、ゼロではなく、大絞り量流路５２の流路領域は、小絞り量流路５３の流路領域より大きい。合流弁５は、パイロット圧制御モードと、合流弁５の一端に設けられた二つのパイロット制御端面、すなわち、第一の方向切替弁１の一端の第一のパイロット圧Ｐ１に連通する大端面５４と、第二の方向切替弁２の一端の第二のパイロット圧Ｐ２に連通する小端面５５と、を使用する。合流弁５の他端には、復帰ばね５６が設けられている。合流弁５は、第四の方向切替弁３に接続されている。合流弁５の大端面５４に油圧が付与される場合、合流弁５は、大絞り量流路５２の位置にあるように形成され得る。合流弁５の小端面５５に油圧が付与される場合、合流弁５は、小絞り量流路５３の位置にあるように形成され得る。大端面５４及び小端面５５の両方に油圧が付与される場合、合流弁５は、大絞り量流路５２の位置にあるように形成され得る。大端面５４及び小端面５５の両方に油圧が付与されない場合、合流弁５は、遮断流路５１の位置にあるように形成され得る。絞り調速ユニットにおける第四の実行要素７の作動を前提として、合流弁５は、第一のパイロット圧Ｐ１及び第二のパイロット圧Ｐ２の同時の又は独立した作動の下、遮断流路５１、大絞り量流路５２及び小絞り量流路５３の間の位置の変更を実行し、負荷検出ユニット及び絞り調速ユニットに連通するとともに、絞り調速ユニットのほとんどの流体を切替え、次に、それを、合流弁５、一方向弁６を通って負荷検出ユニットに入力し、そして第四の実行要素７の流体を適時に切替える。第四の実行要素７の圧力が外部負荷と一致し、第四の実行要素７が適切に作動できることを前提として、負荷検出ユニット及び絞り調速ユニット内の油圧は、最大値まで著しく増加せず、油圧増加によって生じる、可変容量型ピストンポンプ１０を制御する定電力制御弁８の変位がより小さくなること、そして最終的に、全ての実行要素の遅い動作、低生産効率及び多大な電源エネルギー損失を生じることを回避する。

油圧制御システムの配置の一局面において、装置は、一定流量における絞り調速ユニット及び負荷検出ユニットの合流制御作動モードによって達成する。絞り調速ユニットの第四の実行要素７の作動を前提として、負荷検出ユニットの第一の方向切替弁１に第一のパイロット圧Ｐ１が付与されるとともに、第二の方向切替弁２に第二のパイロット圧Ｐ２が付与される場合（それらの何れか一方又は両方同時に）、以下の三つの形式で実施されるように、合流弁５は方向切替え動作を実行され、絞り調速ユニットのほとんどの流体を切替え、次に、それを、合流弁５、一方向弁６を通って負荷検出ユニットに入力する。

（１）第一の方向切替弁１上に第一のパイロット圧Ｐ１を、第四の方向切替弁３上に第四のパイロット圧Ｐ４を、同時に入力すると、この瞬間に、第一の方向切替弁１、第四の方向切替弁３は切替えられ、同時に、第一のパイロット圧Ｐ１は、合流弁５の大端面５４上に付与される。大端面５４の作動域は大きいため、合流弁５の大端面５４上に付与される力は大きくなり、復帰ばね５６の力を克服することができ、合流弁５の合流流路５０は、遮断流路５１から大絞り量流路５２までより大きい流路領域で変更されることが可能となる。復帰ばね５６側の端面における合流弁５の流体は、燃料タンクに自由に還流する。絞り調速ユニットの流体は、合流弁５の大絞り量流路５２、一方向弁６を通って負荷検出ユニットに入力される。なお、大絞り量流路５２で形成される流体抵抗は、第一の実行要素１２上の外部負荷と一致し、第四の実行要素７上の流体を適時に切替える。

（２）第二の方向切替弁２上に第二のパイロット圧Ｐ２を、第四の方向切替弁３上に第四のパイロット圧Ｐ４を、同時に入力すると、第二の方向切替弁２、第四の方向切替弁３は切替えられる。同時に、第二のパイロット圧Ｐ２は、合流弁５の小端面５５上に付与される。小端面５５の作動域は小さいため、小端面５５上に付与される力はより小さくなるが、復帰ばね５６の力を依然として克服することができ、合流弁５の合流流路５０は、遮断流路５１から小絞り量流路５３までより小さい流路領域で変更されることが可能となる。復帰ばね５６側の端面における合流弁５の流体は、燃料タンクに自由に還流する。絞り調速ユニットの流体は、合流弁５の小絞り量流路５３、一方向弁６を通って負荷検出ユニットに入力される。なお、小絞り量流路５３で形成される流体抵抗は、第二の実行要素１４上の外部負荷と一致し、第四の実行要素７上の流体を適時に切替える。

（３）第一の方向切替弁１上に第一のパイロット圧Ｐ１を、第二の方向切替弁２上に第二のパイロット圧Ｐ２を、第四の方向切替弁３上に第四のパイロット圧Ｐ４を、同時に入力すると、第一の方向切替弁１、第二の方向切替弁２及び第四の方向切替弁３は切替えられる。同時に、第一のパイロット圧Ｐ１及び第二のパイロット圧Ｐ２は、合流弁５の大端面５４及び小端面５５上に付与される。合流弁５の大端面５４及び小端面５５上に付与される力は、復帰ばね５６の力を克服し、合流弁５の合流流路５０は、遮断流路５１から大絞り量流路５２までより大きい流路領域で変更されることが可能となる。復帰ばね５６側の端面における合流弁５の流体は、燃料タンクに自由に還流する。絞り調速ユニットの流体は、合流弁５の大絞り量流路５２、一方向弁６を通って負荷検出ユニットに入力される。この瞬間に、第一の実行要素１２上の外部負荷は、第二の実行要素１４上の外部負荷より大きいため、負荷検出ユニットにおける圧力は、第一の実行要素１２上の外部負荷に対応している。そのため、合流弁５の大絞り量流路５２で形成される流体抵抗は、第一の実行要素１２上の外部負荷と一致する限り、第四の実行要素７上の流体は、適時に切替られることができる。

負荷検出ユニット内部の各実行要素が作動し、全ての実行要素が作動しない場合、絞り調速ユニットは、エネルギー損失を生じることなく、ゼロ圧力で負荷を軽減することができる。負荷検出ユニットの実行要素は、油圧増加によって生じる、可変容量型ピストンポンプ１０を制御する定電力制御弁８の変位がより小さくなること、全ての実行要素の遅い動作、低生産効率及び電源のエネルギー損失を生じることを、依然として回避することができる。

負荷検出ユニットの実行要素が作動し、負荷検出ユニット上の全ての実行要素が作動しない場合、絞り調速ユニットの圧力は、高い値まで上昇し得るが、この瞬間に、電源は、ギアポンプ１５にエネルギーを供給するのみであり、低生産性を生じない。

負荷検出ユニット及び絞り調速ユニットに連通するように、合流弁５を構成することによって、本発明は、合流弁５の合流流路５０を通って流れることによって形成される流体ダンパを、負荷検出ユニット内の実行要素の最大外部負荷と一致させることが可能となる。その結果、絞り調速ユニット内の第四の実行要素７の作動は、影響されず、かつ絞り調速ユニットの流れは、負荷検出ユニットに向けて適時に切替えられることができ、負荷検出ユニットが作動を開始するために単独で使用される場合、大質量の外部負荷慣性を克服するための突然の圧力上昇に起因して、負荷検出ユニットにおける実行要素の作動が遅くなり、非効率的になり、モータ１６のエネルギーの損失を生じる状況を回避し、それによって、高効率及びシステムの作動における低エネルギー損失が実現可能となる。

上記実施形態は、本発明の技術概念及び特徴を明らかにするために例示されるのみであり、その目的は、当業者が本発明の内容を理解するとともに、それらを実行することが可能となることであるが、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の精神に従う任意の同等の変更又は改変は、本発明の範囲に属する。

１第一の方向切替弁、２第二の方向切替弁、３第四の方向切替弁、４並設油路、５合流弁、５０合流流路、５１遮断流路、５２大絞り量流路、５３小絞り量流路、５４大端面、５５小端面、５６復帰ばね、６一方向弁、７第四の実行要素、８定電力制御弁、９可変容量機構、１０可変容量型ピストンポンプ、１１第一の補償弁、１２第一の実行要素、１３第二の補償弁、１４第二の実行要素、１５ギアポンプ、１６エンジン（モータ）、１７第五の方向切替弁、１８第五の補償弁、１９第五の実行要素、２０あふれ弁、２１第六の方向切替弁、２２第六の実行要素、Ｐ１第一のパイロット圧、Ｐ２第二のパイロット圧、Ｐ３第三のパイロット圧、Ｐ４第四のパイロット圧、Ｐ５第五のパイロット圧、Ｐ６第六のパイロット圧。

Claims

第一の方向切替弁（１）及び第二の方向切替弁（２）を備える負荷検出ユニットと、第四の方向切替弁（３）を備える絞り調速ユニットと、
前記負荷検出ユニット及び前記絞り調速ユニットに連通し、前記第四の方向切替弁（３）に並行して配置された並設油路（４）上に配置される、合流弁（５）及び一方向弁（６）と、を備え、
前記合流弁（５）には、前記並設油路（４）の開閉を制御し、前記絞り調速ユニットから前記負荷検出ユニットに向かう流体の流れを調整する合流流路（５０）が設けられ、
前記第四の方向切替弁（３）に接続され作動時に前記合流弁（５）の方向切替え動作を実行する第四の実行要素（７）を備え、
前記第一の方向切替弁（１）がそれに作用するその第一のパイロット圧（Ｐ１）に起因して切り替えられる場合、前記第二の方向切替弁（２）がそれに作用するその第二のパイロット圧（Ｐ２）に起因して切り替えられる場合、及び前記第四の方向切替弁（３）がそれに作用するその第四のパイロット圧（Ｐ４）に起因して切り替えられる場合、前記第一のパイロット圧（Ｐ１）及び前記第二のパイロット圧（Ｐ２）は、また、独立して又は同時に、前記合流弁（５）に作用して、前記合流弁（５）の方向切替え動作を実行するために前記合流流路（５０）の位置を変更する、合流制御モードに基づいた油圧装置。
前記負荷検出ユニットは、定電力制御弁（８）と、可変容量機構（９）と、可変容量型ピストンポンプ（１０）と、をさらに備え、
前記第一の方向切替弁（１）は、第一の補償弁（１１）及び第一の実行要素（１２）にそれぞれ接続され、
前記第二の方向切替弁（２）は、第二の補償弁（１３）及び第二の実行要素（１４）にそれぞれ接続され、
前記絞り調速ユニットは、前記可変容量型ピストンポンプ（１０）と同軸のギアポンプ（１５）を備える、請求項１に記載の合流制御モードに基づいた油圧装置。
前記合流流路（５０）は、大絞り量流路（５２）と、小絞り量流路（５３）と、前記並設油路（４）の開閉を制御する遮断流路（５１）と、を備え、
前記合流弁（５）の一端には、前記第一のパイロット圧（Ｐ１）による制御を同期的に受ける大端面（５４）と、前記第二のパイロット圧（Ｐ２）による制御を同期的に受ける小端面（５５）と、が設けられ、
前記合流弁（５）の他端には、復帰ばね（５６）が設けられ、
前記第四の方向切替弁（３）は、前記第四のパイロット圧（Ｐ４）による制御を受け、前記合流弁（５）に平行に接続されている、請求項１に記載の合流制御モードに基づいた油圧装置。
前記遮断流路（５１）の流路領域は、ゼロであり、前記大絞り量流路（５２）及び前記小絞り量流路（５３）の流路領域は、ゼロではなく、前記大絞り量流路（５２）の前記流路領域は、前記小絞り量流路（５３）の前記流路領域より大きい、請求項３に記載の合流制御モードに基づいた油圧装置。