JP2016513221A - 油圧機械用エネルギー回収システム - Google Patents
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Abstract
油圧機械(10)とともに使用するエネルギー回収システム(50)を開示する。エネルギー回収システムは、タンク(60)と、タンクから流体を引き出し、流体を加圧するポンプ(58)と、アクチュエータ(28)と、ポンプからアクチュエータへ、及び、アクチュエータからタンクへと加圧流体を送ることにより、アクチュエータを動かすよう動作可能なアクチュエータ制御弁(202)とを備えてもよい。エネルギー回収システムはまた、回転装置(58、59)に機械的に接続され、アクチュエータから排出された流体を選択的に受容するモータ(241)と、モータから流出する流体を選択的にアクチュエータに送り戻すよう動作可能な少なくとも1つの弁(254、256)とをさらに備えてもよい。【選択図】図2
Description
本開示は、回収システム全般に係り、特に油圧機械用エネルギー回収システムに係る。
ドーザー、ローダー、掘削機、バックホー、モータグレーダー、及びその他の種別の重機等の油圧機械では、種々のタスクを達成するため、1つ以上の油圧アクチュエータを使用する。これらのアクチュエータは、アクチュエータ内のチャンバに加圧流体を供給する機械のポンプと流体連結されている。加圧流体がチャンバ内へ向かって、あるいはチャンバを通じて移動する際、流体の圧力がチャンバの油圧表面に作用し、アクチュエータ及び接続した作業ツールの動きに影響を及ぼす。加圧流体がチャンバから放出されると、機械の低圧サンプへと回収される。
この種の油圧機構に関連の問題の1つとして、効率が挙げられる。特に、アクチュエータが重力に沿った方向に移動している間(すなわち、アクチュエータの動きがツールの重量及び関連負荷に助長されている間)、アクチュエータチャンバからサンプへ放出される流体は特に、既にサンプ内にある流体の圧力を超える圧力を有することが多い。結果的に、サンプ内に向かって放出されるより高圧の流体は、依然として、低圧サンプへの流入に際して消耗されるエネルギーの一部を含む。この消耗エネルギーが油圧システムの効率を低下させる。
油圧機械の効率を向上する試みの1つが、2010年4月15日公開のモリヒコらによる日本国特許出願第2010−084888号(「公開’888号」)に開示されている。特に公開’888号では、ブームシリンダとアキュムレータに接続された揺動モータとを有する機械用油圧システムを開示している。揺動モータは、減速中、アキュムレータ内に選択的に流体を送り、ブームシリンダのヘッド端部は、オーバーラン状況において伸張している間、アキュムレータから選択的に流体を受容する。ブームシリンダがアキュムレータから流体を受容する際、流体はまず、機械のエンジンに接続されたモータを通過し、モータを介してエンジンへエネルギーを伝達する。
公開’888号のシステムは、加圧流体の貯留及び再利用により、状況によっては効率を向上する一助となることもあるが、依然として最適な状態には満たない。特に公開’888号では、揺動モータのみからの加圧流体を蓄積し、ブームアクチュエータの単一チャンバのみへ流体を排出することを記述している。従って、開示のエネルギー獲得及び再利用によって達成される効率に関する利点は、限定されることもある。さらに、公開’888号のシステムは、ブームアクチュエータから流出する流体の方向及び使用にほとんど柔軟性を与えないこともある。この柔軟性の欠如により、機械の機能及び/又は効率を低減してしまうこともある。
開示のエネルギー回収システムは、上述の問題及び/又はその他の従来の問題のうちの1つ以上の解決を図るものである。
本開示の一側面は、エネルギー回収システムに関する。前記エネルギー回収システムは、タンクと、前記タンクから流体を引き出し、前記流体を加圧するポンプと、アクチュエータと、前記ポンプから前記アクチュエータへ、及び、前記アクチュエータから前記タンクへと加圧流体を送ることにより、前記アクチュエータを動かすよう動作可能なアクチュエータ制御弁とを備えてもよい。また前記エネルギー回収システムは、回転装置に機械的に接続され、前記アクチュエータから排出された流体を選択的に受容するモータと、前記モータから流出する流体を選択的に前記アクチュエータに送り戻すよう動作可能な少なくとも1つの弁とをさらに備えてもよい。
本開示の他の側面は、エネルギー回収方法に関する。前記方法は、タンクから流体を引き出すステップと、ポンプで前記流体を加圧するステップとを備えてもよい。また前記方法は、前記ポンプからアクチュエータ内へ加圧流体を選択的に送り、且つ、前記アクチュエータからタンクへと流体を送ることにより、前記アクチュエータを動かすステップをさらに備えてもよい。前記方法はまた、前記アクチュエータから排出された流体をモータを介して送るステップと、前記モータから前記アクチュエータへ流体を送り戻すステップとを備えてもよい。
図1は、土質材料を掘削し、付近の運搬車両12に載積するよう協働する複数のシステム及び構成要素を備えた一例としての機械10を示している。図示の例において、機械10は油圧掘削機である。しかしながら、機械10は、代替として、バックホー、フロントショベル、引網式掘削機、クレーン等のその他の掘削若しくは資材取扱い機械、又はその他類似の機械として実現可能であると考えられる。機械10は、特に、溝内又は集積場の採掘位置18と、例えば運搬車両12上等の放出位置20との間で作業ツール16を動かす実装システム14を備えてもよい。機械10はまた、実装システム14の手動制御のためのオペレータステーション22を備えてもよい。機械10は、所望に応じて、クレーン動作、溝掘り、及び資材取扱い等、トラック載積以外の動作を実施してもよい。
実装システム14は、作業ツール16を動かすため、流体アクチュエータの作用を及ばせる連結構造を備えてもよい。具体的には、実装システム14は、一対の隣接した複動式油圧シリンダ28(図1には1つのみ図示)によって、作業面26に対して垂直に旋回するブーム24を備えてもよい。実装システム14はまた、単一の複動式油圧シリンダ36によって、水平旋回軸32を中心にブーム24に対して垂直に旋回するスティック30を備えてもよい。実装システム14はさらに、水平旋回軸40を中心にスティック30に対して垂直に作業ツール16を傾斜させるため、作業ツール16に対して動作可能に接続された単一の複動式油圧シリンダ38を備えてもよい。ブーム24は、機械10のフレーム42に対して旋回可能に接続されてもよく、フレーム42は、車台部材44に対して旋回可能に接続され、揺動モータ49によって垂直軸46を中心に揺動されてもよい。スティック30は、旋回軸32及び40により、作業ツール16をブーム24に対して旋回可能に接続してもよい。実装システム14内に備えられる流体アクチュエータの数はこれより多くても少なくてもよく、所望に応じて上述の手段以外の手段で接続されてもよい。
多数の異なる作業ツール16を単一の機械10に取り付けることが可能であってもよく、オペレータステーション22を介して制御可能であってもよい。作業ツール16は、例えば、バケット、フォーク機構、ブレード、ショベル、粉砕機、せん断機、グラップル、グラップルバケット、磁石等の特定タスクの実施に使用されるいずれかの装置、又はその他の従来既知のタスク実施装置を含んでもよい。図1の実施形態において、作業ツール16は、上昇、揺動、及び機械10に対して傾斜するように接続されているが、代替又は追加として、回転、滑動、伸張、開閉、又は従来既知のその他の手段で動いてもよい。
オペレータステーション22は、作業ツールの所望の動きを示す機械オペレータからの入力を受信してもよい。具体的には、オペレータステーション22は、例えば、オペレータの座席(図示せず)に近接して配置された単軸又は多軸のジョイスティックとして実装される1つ以上の入力装置48を備えてもよい。入力装置48は、作業ツールの特定方向への所望の速度及び/又は力を示す作業ツール位置信号を生成することにより、作業ツール16を配置及び/又は配向する比例型コントローラであってもよい。この位置信号は、油圧シリンダ28、36、38及び/又は揺動モータ49のいずれか1つ以上を起動するために使用されてもよい。例えば、ホイール、ノブ、プッシュプル装置、スイッチ、ペダル、及び従来既知のその他のオペレータ入力装置等、異なる入力装置が代替又は追加としてオペレータステーション22に含まれてもよいと考えられる。
図2に示すとおり、機械10は、実装システム14(図1参照)を動かすよう協働する複数の流体要素を有したエネルギー回収システム50を備えてもよい。特に、エネルギー回収システム50は、揺動モータ49と関連付けられた揺動回路52と、油圧シリンダ28と関連付けられたブーム回路54と、油圧シリンダ36及び38と関連付けられた少なくとも1つのその他の回路(図示せず)とを備えてもよい。
揺動回路52は、特に、ポンプ58から揺動モータ49へ、及び、揺動モータ49から低圧タンク60へ、加圧流体の流れを規制するよう接続された揺動制御弁56を備えてもよい。この流体規制は、入力装置48を介して受信されるオペレータからの要求に応じて軸46(図1参照)を中心として作業ツール16の揺動を生じさせるよう機能してもよい。
揺動モータ49は、インペラ64のいずれかの側方に配置された第1チャンバ及び第2チャンバ(図示せず)を少なくとも部分的に形成するハウジング62を備えてもよい。第1チャンバがポンプ58の出力に(例えば、ハウジング62内に形成された第1チャンバ通路66を介して)接続され、第2チャンバがタンク60に(例えば、ハウジング62内に形成された第2チャンバ通路68を介して)接続される場合、インペラ64は、第1方向(図2に示す)に回転するよう駆動されてもよい。反対に、第1チャンバが第1チャンバ通路66を介してタンク60に接続され、第2チャンバが第2チャンバ通路68を介してポンプ58に接続される場合、インペラ64は、反対方向(図示せず)に回転するよう駆動されてもよい。インペラ64を通過する流体の流量は、揺動モータ49の回転速度に関連してもよく、インペラ64前後の圧力差は、その出力トルクに関連してもよい。
揺動モータ49は、内蔵の補助機能を備えてもよい。特に、補助通路70がハウジング62内において第1チャンバ通路66と第2チャンバ通路68との間に形成されてもよく、一対の対向逆止弁74が補助通路70内に配されてもよい。低圧通路78は、逆止弁74の間の位置において、補助通路70に接続されてもよい。低圧通路78と第1チャンバ通路66及び第2チャンバ通路68との間の圧力差に基づき、逆止弁74の一方が開放して低圧通路78から第1チャンバ及び第2チャンバのうちのより圧力の低い方へ流体を流すようにしてもよい。通常、実装システム14が揺動する際、第1チャンバと第2チャンバとの間には、著しい圧力差が存在することもある。
ポンプ58は、機械10のエンジン59によって駆動され、タンク60から注入路80を介して流体を引き出し、所望のレベルまで流体を加圧し、排出路82を介して揺動回路52内へと流体を排出してもよい。逆止弁83は、所望により、排出路82内に配され、ポンプ58から揺動回路52内へ向かう加圧流体の一方向の流れを与えてもよい。ポンプ58は、例えば、可変変位ポンプ(図2に示す)、固定変位ポンプ、又は従来既知のその他のソースとして実装されてもよい。ポンプ58は、例えば、幅軸71、ベルト(図示せず)、電気回路(図示せず)、又はその他の好適な手段により、機械10のエンジン59又はその他の電源に対して駆動可能に接続されてもよい。あるいはポンプ58は、トルク変換器、減速ギアボックス、電気回路、又はその他の好適な手段を介して機械10のエンジン59に間接的に接続されてもよい。ポンプ58は、少なくとも部分的に、オペレータの要求する動きに対応する揺動回路52内のアクチュエータの要望によって判定された圧力レベル及び/又は流量を有する加圧流体のストリームを生成してもよい。排出路82は、揺動回路52内において、揺動制御弁56と、各々揺動制御弁56と揺動モータ49との間に延びる第1チャンバ導管84及び第2チャンバ導管86とを介して、第1チャンバ通路66及び第2チャンバ通路68に接続されてもよい。
タンク60は、流体の低圧供給を保持する貯留容器を構成してもよい。流体には、例えば、専用油圧オイル、エンジン潤滑油、変速機潤滑油、又はその他の従来既知の流体が含まれてもよい。機械10内の1つ以上の油圧回路が、流体を引き出し、流体をタンク60に戻してもよい。エネルギー回収システム50は、所望に応じて、複数の個別流体タンク(図2に示す)又は単一のタンクに接続されてもよいと考えられる。タンク60は、返却路88を介して揺動制御弁56に流体接続されてもよく、揺動制御弁56、第1チャンバ導管84、及び第2チャンバ導管86の各々を介して第1チャンバ通路66及び第2チャンバ通路68に流体接続されてもよい。1つ以上の逆止弁90が、所望により、返却路88内に配され、タンク60内に向かう流体の一方向の流れを促進し、且つ/又は、返却される流体の所望の圧力を維持してもよい。
揺動制御弁56は、揺動モータ49の回転と、対応する実装システム14の揺動とを制御するよう動作可能な要素を備えてもよい。具体的には、揺動制御弁56は、すべて共通のブロック又はハウジング97内に配された、第1チャンバ供給要素92、第1チャンバ放出要素94、第2チャンバ供給要素96、及び第2チャンバ放出要素98を備えてもよい。第1チャンバ供給要素92及び第2チャンバ供給要素96は、排出路82と並列に接続され、ポンプ58からの流体による各チャンバの充填を規制してもよく、第1チャンバ放出要素94及び第2チャンバ放出要素98は、返却路88と並列に接続され、各チャンバからの流体の放出を規制してもよい。例えば逆止弁等の補助弁99は、排出路82と第1チャンバ放出要素94の出口との間と、排出路82と第2チャンバ放出要素98の出口との間とに配されてもよい。
揺動モータ49を駆動して第1方向(図2に示す)に回転させるには、ポンプ58からの加圧流体が排出路82及び第1チャンバ導管84を介して揺動モータ49の第1チャンバに入るように第1チャンバ供給要素92をシフトさせ、揺動モータ49の第2チャンバからの流体を第2チャンバ導管86及び返却路88を介してタンク60に放出させるように第2チャンバ供給要素98をシフトさせてもよい。揺動モータ49を駆動して反対方向に回転させるには、揺動モータ49の第2チャンバをポンプ58からの加圧流体と連通させるように第2チャンバ供給要素96をシフトさせてもよく、揺動モータ49の第1チャンバからタンク60へ流体を排出させるように第1チャンバ放出要素94をシフトさせてもよい。揺動制御弁56(すなわち、4つの異なる供給及び放出要素)の供給機能及び放出機能の双方は、所望により代替として、第1チャンバに関連付けられた単一の弁要素及び第2チャンバに関連付けられた単一の弁要素によって、又は、第1チャンバ及び第2チャンバに関連付けられた単一の弁要素によって実施されてもよい。
揺動制御弁56の供給及び放出要素92〜98は、コントローラ100によって発行された流量及び/又は位置のコマンドに応じて、ばね付勢に対抗してソレノイド可動であってもよい。特に、揺動モータ49は、第1チャンバ及び第2チャンバを出入りする流体の流量に対応する速度で回転してもよい。従って、オペレータの所望の揺動速度を達成するには、推定又は測定された圧力降下に基づくコマンドを供給及び放出要素92〜98のソレノイド(図示せず)に送信してもよく、これによってソレノイドを、揺動モータ49に流入させるのに必要な流体の流れに対応する量分、開放する。このコマンドは、コントローラ100によって発行された流量コマンド又は弁要素位置コマンドの形態であってもよい。
揺動回路52は、揺動モータ49によって排出される廃液から選択的にエネルギーを抽出及び回収するエネルギー回収モジュール(ERM)104に取り付けられてもよい。ERM104は、特に、揺動モータ49に流体接続可能な回収弁ブロック(RVB)106と、RVB106を介して揺動モータ49と選択的に連通する揺動アキュムレータ108と、揺動モータ49と選択的に直接連通する補助アキュムレータ110とを備えてもよい。本開示の実施形態において、RVB106は、揺動制御弁56及び揺動モータ49の一方又は双方に対して固定的且つ機械的に接続可能であってもよく、例えばハウジング62に直接接続可能であり、且つ/又は、ハウジング97に直接接続可能であってもよい。RVB106は、第1チャンバ導管84に対して流体接続可能な内部第1通路112と、第2チャンバ導管86に対して流体接続可能な内部第2通路114とを備えてもよい。揺動アキュムレータ108は、導管116を介してRVB106に対して流体接続されてもよく、補助アキュムレータ110は、導管118を介してタンク60(接続A参照)と並列に低圧通路78に流体接続されてもよい。
RVB106は、セレクタ弁120と、揺動アキュムレータ108と関連付けられた充填弁122、揺動アキュムレータ108に関連付けられて充填弁122と並列に配された排出弁124と、逃し弁76とを収容してもよい。セレクタ弁120は、第1通路112及び第2通路114の圧力に基づき、第1通路112及び第2通路114の一方を充填弁122及び排出弁124と自動的に流体連通してもよい。充填弁122及び排出弁124は、コントローラ100からのコマンドに応じて選択的に動くことができ、流体を充填又は排出する目的で、揺動アキュムレータ108をセレクタ弁120と流体連通してもよい。逃し弁76は、タンク60で、揺動アキュムレータ108の出口及び/又は充填弁122の下流側に選択的に接続され、エネルギー回収システム50の圧力を逃してもよい。
セレクタ弁120は、第1通路112及び第2通路114内の流体圧力に応じて(すなわち、揺動モータ49の第1チャンバ及び第2チャンバ内の流体圧力に応じて)自動的に動くことのできるパイロット作動式2位置3方向弁であってもよい。特に、セレクタ弁120は、第1通路112が内部通路128を介して充填弁122及び排出弁124に流体接続される第1位置(図2に示す)から、第2通路114が通路128を介して充填弁122及び排出弁124に流体接続される第2位置(図示せず)に向かって動くことのできる弁要素126を備えてもよい。第1通路112が通路128を介して充填弁122及び排出弁124に流体接続される場合、第2通路114を通る流体の流れは、セレクタ弁120によって妨げられてもよく、その逆も然りである。第1パイロット通路130及び第2パイロット通路132は、第1通路112及び第2通路114のうちのより高圧な方が弁要素126を動かして、対応する通路を通路128を介して充填弁122及び排出弁124に流体接続するように、第1通路112及び第2通路114からの流体を弁要素126の両端に連通してもよい。
充填弁122は、通路128からの流体を揺動アキュムレータ108に流入させるため、コントローラ100からのコマンドに応じて動くことのできるソレノイド作動式可変位置2方向弁であってもよい。特に、充填弁122は、通路128から揺動アキュムレータ108内への流体の流れが妨げられる第1位置(図2に示す)から、通路128が揺動アキュムレータ108と流体連結される第2位置(図示せず)に向かって動くことのできる弁要素134を備えてもよい。弁要素134が第1位置から離間しており(すなわち、第2位置にあるか、又は第1位置と第2位置との間の中間位置にある)、通路128内の流体圧力が揺動アキュムレータ108内の流体圧力を上回っている場合、通路128からの流体が揺動アキュムレータ108に満たされても(すなわち、充填されても)よい。弁要素134は、第1位置に向かってばね付勢され、コントローラ100からのコマンドに応じて第1位置と第2位置との間の任意の位置に動くことができることにより、通路128から揺動アキュムレータ108内への流体の流量を変動させてもよい。逆止弁136は、充填弁122と揺動アキュムレータ109との間に配されることにより、充填弁122を介して揺動アキュムレータ108内へ向かう流体の一方向の流れを与えてもよい。
排出弁124は、構成上、充填弁122と略同一であり、コントローラ100からのコマンドに応じて選択的に動くことができることにより、揺動アキュムレータ108からの流体を通路128に流入(すなわち、排出)させてもよい。特に、排出弁124は、揺動アキュムレータ108から通路128内への流体の流れが妨げられる第1位置(図2に示す)から、揺動アキュムレータ108が通路128に流体接続される第2位置(図示せず)へ向かって動くことのできる弁要素138を備えてもよい。弁要素138が第1位置から離間し(すなわち、第2位置にあるか、又は第1位置と第2位置との間の中間位置にある)、揺動アキュムレータ108内の流体圧力が通路128内の流体圧力を上回った場合、揺動アキュムレータ108からの流体は、通路128内に流入してもよい。弁要素138は、第1位置に向かってばね付勢され、コントローラ100からのコマンドに応じて第1位置と第2位置との間の任意の位置に動くことができることにより、揺動アキュムレータ108から通路128内に流入する流体の流量を変動させてもよい。逆止弁140は、揺動アキュムレータ108と排出弁124との間に配され、排出弁124を介して揺動アキュムレータ108から通路128内に向かう流体の一方向の流れを与えてもよい。
圧力センサ102は、所望により、揺動アキュムレータ108と関連付けられ、揺動アキュムレータ108内に流体の圧力を示す信号を生成してもよい。本開示の実施形態において、圧力センサ102は、揺動アキュムレータ108と排出弁124との間に配されてもよい。しかしながら、圧力センサ102は、所望により代替として、揺動アキュムレータ108と充填弁122との間に配されてもよく、若しくは揺動アキュムレータ108に直接接続されてもよい。圧力センサ102からの信号は、充填弁122及び/又は排出弁124の動作の規制に使用するため、コントローラ100に送られてもよい。
揺動アキュムレータ108及び補助アキュムレータ110は各々、揺動モータ49によって後に使用される加圧流体を貯留する、圧縮性ガスを充填した圧力容器として実装されてもよい。圧縮性ガスには、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、又はその他の適切な圧縮性ガスが含まれてもよい。揺動アキュムレータ108及び補助アキュムレータ110と連通する流体は、揺動アキュムレータ108及び補助アキュムレータ110の圧力を上回ると、アキュムレータ108及びアキュムレータ110に流入してもよい。これら内部のガスは圧縮性であるため、流体が揺動アキュムレータ108及び補助アキュムレータ110に流入すると、ばねのように振舞って圧縮してもよい。導管116及び導管118内の流体の圧力が揺動アキュムレータ108及び補助アキュムレータ110の圧力を下回ると、圧縮されたガスが膨張し、揺動アキュムレータ108及び補助アキュムレータ110から流体を押し出す。揺動アキュムレータ108及び補助アキュムレータ110は、所望により代替として、膜/ばね付勢型又はブラダ型のアキュムレータとして実装されてもよい。
本開示の実施形態において、揺動アキュムレータ108は、補助アキュムレータ110に比して、より大型(すなわち、約5〜20倍大型)且つより高圧(すなわち、約5〜60倍高圧)のアキュムレータであってもよい。具体的には、揺動アキュムレータ108は、約300バールの範囲の圧力を有する流体を蓄積してもよく、補助アキュムレータ110は、約5〜30バールの範囲の圧力を有する、揺動アキュムレータ108の約20〜25%の流体を蓄積してもよい。本構成によると、揺動アキュムレータ108は主に、揺動モータ49の動きを補助し、機械の効率を向上するために使用されてもよく、補助アキュムレータ110は主に、揺動モータ49における無効化の可能性を低減する一助となるように、補助アキュムレータとして使用されてもよい。しかしながら、所望に応じて、揺動アキュムレータ108及び/又は補助アキュムレータ110により他の容積及び圧力で収容されてもよいと考えられる。
コントローラ100は、揺動アキュムレータ108に充填及び排出を選択的に行わせることにより、機械10の性能を向上してもよい。特に、揺動モータ49によって導入される実装システム14の典型的な揺動は、揺動モータ48が実装システム14の揺動を加速する時間セグメントと、揺動モータ49が実装システム14の揺動を減速する時間セグメントとから成ってもよい。加速セグメントでは、揺動モータ49から、従来はポンプ58によって揺動モータ49に供給された加圧流体によって実現された相当量のエネルギーを必要とし、減速セグメントでは、従来はタンク60への排出を通じて消耗された加圧流体の形態で相当量のエネルギーを生成してもよい。加速セグメント及び減速セグメントの双方において、揺動モータ49が相当量の油圧エネルギーを揺動運動エネルギーに変換することを必要としてもよいし、逆も然りである。しかしながら、減速の間、揺動モータ49を通過する加圧流体は、依然として膨大な量のエネルギーを有している。減速セグメントにおいて、揺動モータ49を通過する流体が揺動アキュムレータ108内に回収されると、次の加速セグメントにおいてこのエネルギーを揺動モータ49に戻し(すなわち、排出して)、揺動モータ49によって再利用することができる。揺動モータ49は、加速セグメント中、揺動アキュムレータ108に(排出弁124、通路128、セレクタ弁120、及び第1チャンバ導管84及び第2チャンバ導管86のうちの適切な一方を介して)揺動モータ49のより高圧な方のチャンバ内に加圧流体を単独又はポンプ58からの高圧流体とともに選択的に排出させることにより、ポンプ58のみを介した場合に可能であるポンプ動力よりも少ないポンプ動力により、その場合と同一以上の速度で揺動モータ49を推進することで補助可能である。揺動モータ49は、減速セグメント中、揺動アキュムレータ108に揺動モータ49を流出する流体の充填を選択的に実施させることにより、揺動モータの動きに対するさらなる抵抗を付与し、揺動モータ49を流出する流体の規制及び関連の冷却要件を緩和することで補助可能である。
コントローラ100は、揺動回路52の異なる要素と連通することにより、機械10の動作を規制してもよい。例えば、コントローラ100は、揺動回路52内の揺動制御弁56の要素と連通してもよい。コントローラ100は、以下に詳述する種々のオペレータ入力及び監視パラメータに基づき、調整された方法で揺動制御弁56を選択的に起動し、オペレータの要求する実装システム14の動きを効率的に実施してもよい。
コントローラ100は、メモリと、第2記憶装置と、クロックと、本開示と一致するタスクを達成するために協働する1つ以上のプロセッサとを備えてもよい。多くの市販のマイクロプロセッサがコントローラ100の機能を実施するものとして構成可能である。コントローラ100は、機械10のその他多数の機能を制御することができる一般の機械コントローラとして容易に実装可能であることを理解されたい。信号調整回路、通信回路、及びその他の適切な回路等、種々の既知の回路がコントローラ100と関連付けられてもよい。さらにコントローラ100には、特定用途専用集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、コンピュータシステム、及びコントローラ100を本開示に応じて機能させる論理回路のうちの1つ以上が含まれてもよいことを理解されたい。
一実施形態において、コントローラ100によって監視される動作パラメータには、揺動回路52及び/又はブーム回路54内の流体の圧力が含まれてもよい。例えば、1つ以上の圧力センサ102を第1チャンバ導管84及び/又は第2チャンバ導管86内に戦略的に配置することにより、各通路の圧力を感知し、コントローラ100に送るための圧力を示す対応信号を生成してもよい。所望に応じて、任意の数の圧力センサ102が揺動回路52及び/又はブーム回路54の任意の場所に配置されてもよいと考えられる。さらに、所望により、例えば速度、温度、粘度、密度等のその他の動作パラメータが追加又は代替として監視され、エネルギー回収システム50の動作を規制するのに使用されてもよい。
ブーム回路54は、特に、コントローラ100によって変調されることにより、ポンプ58から油圧シリンダ28へ、及び、油圧シリンダ28からタンク60への加圧流体の流れを規制するブーム制御弁202を備えてもよい。この流体規制は、入力装置48を介して受信されたオペレータの要求に応じて、関連水平軸(図1参照)を中心とした作業ツール16の昇降運動を発生させるよう機能してもよい。
油圧シリンダ28は各々、筒状ハウジングと、ハウジング内に2つの個別圧力チャンバ(例えば、ヘッドチャンバ及びロッドチャンバ)を形成するよう配置されたピストンアセンブリを有する線形アクチュエータとして実装されてもよい。圧力チャンバには、選択的に、加圧流体の供給及び放出が行われ、ピンストンアセンブリを筒状ハウジング内で変位させることにより、油圧シリンダ28の有効長を変化させるようにしてもよい。圧力チャンバを出入りする流体の流量は、油圧シリンダ28の速度に関連してもよく、2つの圧力チャンバ間の圧力差は、油圧シリンダ28によって連結部材に課された力に関連してもよい。油圧シリンダ28の伸縮は、作業面26に対する作業ツール16の昇降として機能する。
ブーム制御弁202は、ヘッド端部通路206及びロッド端部通路208により、油圧シリンダ28に接続されてもよい。ブーム制御弁202の動作位置に基づき、ヘッド端部通路206及びロッド端部通路208の一方がブーム制御弁202を介してポンプ58に接続され、ヘッド端部通路206及びロッド端部通路208の他方がブーム制御弁202を介してタンク60に同時に接続されることにより、油圧シリンダ28内のピストンアセンブリ前後に圧力差を生じ、その伸縮を発生させてもよい。作業ツール16の昇降中、特に作業ツール16に大きな負荷が付与されて下降する際、通常、相当量の圧力差がヘッドチャンバ及びロッドチャンバの間に存在する。つまり、下降の際、ヘッド端部通路206は同時に、ロッド端部通路208内で運搬される流体よりもずっと高圧の流体を運搬してもよい。
ポンプ58は、少なくとも部分的にオペレータの要求する動作に対応した、ブーム回路54内のアクチュエータの要望によって判定された圧力レベル及び/又は流量を有する加圧流体のストリームを生成してもよい。逆止弁216は、所望により、排出路82内においてポンプ58とブーム制御弁202との間に配され、ポンプ58からブーム回路54へ向かう加圧流体の一方向の流れを与えてもよい。排出路82は、ブーム回路54内において、ブーム制御弁202を介してヘッド端部通路206及びロッド端部通路208に接続されてもよい。
本開示の一例としての実施形態において、ブーム制御弁202は、揺動制御弁56と略同一であってもよい。特に、ブーム制御弁202は、油圧シリンダ28の伸縮と、対応する実装システム14の昇降とを制御するよう動くことのできる要素を備えてもよい。具体的には、ブーム制御弁202は、すべて共通のブロック又はハウジング226に配された、ヘッド端部供給要素218と、ヘッド端部放出要素220、ロッド端部供給要素222と、ロッド端部放出要素224とを備えてもよい。ヘッド端部供給要素218及びロッド端部供給要素222は、排出路82と並列に接続されることにより、ポンプ58からの流体による各チャンバの充填を規制してもよく、ヘッド端部放出要素220及びロッド端部放出要素224は、返却路228と並列に接続されることにより、各チャンバからタンク60への流体の放出を規制してもよい。例えば逆止弁等の補助弁230は、返却路228及びヘッド端部放出要素220の出口との間と、返却路228とロッド端部放出要素224の出口との間とに配されてもよい。
油圧シリンダ28(図2に示す)を延ばすには、ポンプ58からの加圧流体が排出路82及びヘッド端部通路206を介して油圧シリンダ28のヘッドチャンバへ流入するように、ヘッド端部供給要素218をシフトさせてもよく、ロッドチャンバからの流体がロッド端部通路208及び返却路228を介してタンク60内に流入するように、ロッド端部放出要素224をシフトさせてもよい。油圧シリンダ28を後退させるには、ロッドチャンバをポンプ58からの加圧流体と連通するように、ロッド端部供給要素222をシフトさせてもよく、ヘッドチャンバからタンク60内へ流体を放出させるように、ヘッド端部放出要素220をシフトさせてもよい。ブーム制御弁202の供給機能及び放出機能(すなわち、4つの異なる供給及び放出要素)は双方とも、所望により代替として、ヘッドチャンバに関連付けられた単一の弁要素及びロッドチャンバに関連付けられた単一の弁要素、又はヘッドチャンバ及びロッドチャンバの双方に関連付けられた単一の弁要素によって実施されてもよいと考えられる。
ブーム制御弁202の供給及び放出要素218〜224は、コントローラ100によって発行される流量及び/又は位置のコマンドに応じて、ばね付勢に対抗してソレノイド可動であってもよい。特に、油圧シリンダ28は、ヘッドチャンバ及びロッドチャンバを出入りする流体の流量に対応した速度で伸縮してもよい。従ってオペレータの所望の上昇速度を達成するには、推定又は測定された圧力降下に基づくコマンドを、供給及び放出要素218〜224のソレノイド(図示せず)に送信してもよく、これによってソレノイドを、油圧シリンダ28において必要とされる流体の流量に対応する量分、開放する。このコマンドは、コントローラ100によって発行された流量コマンド又は弁要素位置コマンドの形態であってもよい。
いくつかの実施形態において、圧力補償器232は、ブーム回路54内に設けられ、ブーム制御弁202に関連付けられてもよい。本開示の例において、圧力補償器232は、排出路82内において、ブーム制御弁202の上流位置に配される。この位置において、圧力補償器232は、ブーム回路54の揺動回路52に対する相互作用によって供給圧力が変動する間、ブーム制御弁202へ略均一な流量の流体を供給してもよい。
揺動回路52と同様、ブーム回路54はまた、油圧シリンダ28によって排出される消耗流体からエネルギーを選択的に抽出及び回収するエネルギー回収モジュール(ERM)234に取り付けられてもよい。ERM234は、特に、第1充填弁238及び第2充填弁240を介して油圧シリンダ28と選択的に連通するブームアキュムレータ236と、蓄積された流体によって選択的に駆動されるモータ241とを備えてもよい。通路242は、ヘッド端部通路206から充填弁238を介してブームアキュムレータ236まで延びてもよく、通路244は、返却通路228から充填弁240を介してブームアキュムレータ236まで(且つ、アキュムレータ236とモータ241の入口との間を)延びてもよい。通路242及び/又は通路244内には1つ以上の逆止弁246が配され、ブームアキュムレータ236へ流入する流体の一方向の流れ、及び/又は、返却路228を流出する流体の一方向の流れを各々促進してもよい。第1充填弁238及び第2充填弁240は、コントローラ100からのコマンドに応じて選択的に動くことができ、流体を充填する目的で、ヘッド端部通路206及び/又は返却通路228をブームアキュムレータ236に流体連通してもよい。同様に、第2充填弁240は、排出の目的で、ブームアキュムレータ236をモータ241の入口に流体連通するよう選択的に動くことができてもよい。
ブーム回路54のブームアキュムレータ236は、揺動回路52の揺動アキュムレータ108及び補助アキュムレータ110と同様であってもよい。特に、ブームアキュムレータ236は、油圧シリンダ28によって後に使用される加圧流体を貯留する、圧縮性ガスの充填された圧力容器として実装されてもよい。圧縮性ガスには、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、又はその他の適切な圧縮性ガスが含まれてもよい。ブームアキュムレータ236と連通した流体がブームアキュムレータ236の圧力を上回ると、流体はブームアキュムレータ236に流入してもよい。内部のガスが圧縮性であるため、流体がブームアキュムレータ236に流入すると、ばねのように振舞って圧縮してもよい。通路244内の流体の圧力がブームアキュムレータ236の圧力を下回ると、圧縮されガスが膨張し、ブームアキュムレータ236から流体を押し出す。ブームアキュムレータ236は、所望により代替として、膜/ばね付勢型又はブラダ型のアキュムレータとして実装されてもよい。
本開示の実施形態において、ブームアキュムレータ236は、揺動アキュムレータ108と略同一又はそれ未満の大きさを有するものの、より低圧の流体を保持してもよい。具体的には、ブームアキュムレータ236は、約50〜100Lの容積を有し、約80〜150バールの圧力を収容してもよい。しかしながら、所望により、その他の容積及び圧力がブームアキュムレータ236に収容されてもよい。
第1充填弁238及び第2充填弁240は各々、コントローラ100からのコマンドに応じて動くことのできるソレノイド作動式可変位置2方向弁であり、流体を各通路からブームアキュムレータ236に流入させ、ブームアキュムレータ236からの流体を通路244を介してモータ241に流入させてもよい。特に、充填弁238及び充填弁240は各々、流体の流れが妨げられる第1位置(図2に示す)から、流体が弁要素によって実質的に規制されず、自在にブームアキュムレータ236に流入及び/又はブームアキュムレータ236から流出する第2位置(図示せず)に向かって動くことのできる弁要素を備えてもよい。弁要素が第1位置から離間し(すなわち、第2位置にあるか、又は第1位置と第2位置との間の中間位置にある)、各通路内の流体の圧力がブームアキュムレータ236内の流体の圧力を上回った場合、流体はブームアキュムレータ236内に移動し、ブームアキュムレータ236を満たしてもよい(すなわち、充填してもよい)。同様に、充填弁240の弁要素が第2位置又は中間位置にあり、ブームアキュムレータ236内の圧力が通路244内の圧力を上回った場合、流体はブームアキュムレータ236を流出し、通路244を介してモータ241へと通過する。弁要素は、第1位置に向かってばね付勢され、コントローラ100からのコマンドに応じて第1位置第2位置との間の任意の位置に動くことができることにより、ブームアキュムレータ236へ流入する流体の流量を変動させてもよい。
いくつかの実施形態において、圧力逃し機構247がブームアキュムレータ236に関連付けられてもよい。圧力逃し機構247は、規制部250と並列に配される圧力逃し弁248を備えてもよく、これら双方は、ブームアキュムレータ236とタンク60との間に配置されてもよい。圧力逃し弁248は、通常閉鎖されているが、選択的に流れ通過位置に移動され、ブームアキュムレータ236内の流体の圧力を逃してもよい。規制部250は、流体の一部をブームアキュムレータ236からタンク60に連続的に漏れさせてもよい。さらなる圧力センサ102がブームアキュムレータ236と圧力逃し機構247との間の位置においてブームアキュムレータ236と関連付けられ、コントローラ100に送られる対応圧力信号を生成してもよい。
バイパス機構245が、通路242と通路244との間に延びてもよい。バイパス機構245は、バイパス通路251内に配されたバイパス制御弁249を備えてもよい。バイパス制御弁249は、コントローラ100からのコマンドに応じて動くことのできるソレノイド作動式可変位置2方向弁であり、油圧シリンダ28からの流体が選択的にアキュムレータ236をバイパスするようにし、モータ241に直接流れるようにしてもよい。特に、制御弁249は、各弁を通過する流体の流れが妨げられる第1位置(図2に示す)から、流体がアキュムレータ236を出入りすることなく、通路242〜244から規制されずに自在に流れる第2位置(図示せず)に向かって動くことのできる弁要素を備えてもよい。弁要素は、第1位置に向かってばね付勢され、コントローラ100からのコマンドに応じて第1位置と第2位置との間の任意の位置に動くことができることにより、各弁を通過する流体の流量を変動させてもよい。例えば、アキュムレータ236に既に加圧流体が充填され、油圧シリンダ28から排出されている流体が、依然としてモータ241を駆動するのに十分高いアキュムレータ236の圧力を下回り、且つ/又は、モータ241で動力が直ちに必要であり、アキュムレータ236が蓄積流体の十分な供給量を有さない場合、アキュムレータ236をバイパスすることが望ましい。
モータ241は、ブームアキュムレータ236内に加圧流体の形態で貯留されたエネルギー(及び/又は油圧シリンダ28からバイパス通路251を介して排出された加圧流体の形態のエネルギー)を機械エネルギーに変換するよう機能してもよい。具体的には、モータ241は、通路244及び充填弁240を介して返却路228(逆止弁246の下流)及びブームアキュムレータ236の双方に対して並列に流体接続されてもよい。本構成によると、いずれかの通路からの流体がモータ241を通って送られることにより、モータ241の駆動に使用されてもよい。
図示の例において、モータ241は、エンジン59、ポンプ58の入力軸、及び/又はその他の回転装置に機械的に連結された可変変位油圧モータである。この連結により、モータ241は、加圧流体によって駆動されると、エンジン59、ポンプ58、及び/又はその他の回転装置を機械的に補助してもよい。モータ241は、ポンプ58が正の変位をする場合、ポンプ58及びエンジン59を補助してもよく、あるいはポンプ58が中立の変位をする場合、エンジン59のみを補助してもよい。さらにいくつかの実施形態において、エンジン59は、モータ241を選択的に駆動することにより、モータ241を通って送られて油圧シリンダ28に戻るように再循環される流体の圧力を上昇させてもよい。
1つ以上のモータ制御弁がモータ241の出口に関連付けられ、モータ241の動作を規制するために使用されてもよい。本開示の実施形態では、3つの異なる制御弁が図示されており、タンク制御弁252と、ロッド端部制御弁254と、ヘッド端部制御弁256とを含み、これらはすべてモータ241の出口と並列に接続されている。タンク制御弁252は、放出路258内においてモータ241とタンク60との間に搭載されてもよい。ロッド端部制御弁254は、ロッド端部返却路260内においてモータ241とロッド端部通路208との間に搭載されてもよい。ヘッド端部制御弁256は、ヘッド端部返却路262内においてモータ241とヘッド端部通路206との間に(例えば、通路242を介して)搭載されてもよい。1つ以上の逆止弁264が通路258〜262のうちの1つ以上に関連付けられ、これら通路内での一方向の流れを保証する一助となってもよい。
制御弁252〜256は各々、コントローラ100からのコマンドに応じて動くことのできるソレノイド作動式可変位置2方向弁であり、モータ241からの流体をタンク60、油圧シリンダ28のヘッド端部、又は油圧シリンダ28のロッド端部に流入させることにより、異なる目的を達成してもよい。特に、制御弁252〜256の各々は、各弁を通る流体の流れが妨げられる第1位置(図2に示す)から、対応の弁要素によって規制されることなく、流体が自在に流れる第2位置(図示せず)に向かって動くことのできる弁要素を備えてもよい。弁要素は、第1位置に向かってばね付勢されており、コントローラ100からのコマンドに応じて第1位置と第2位置との間の任意の位置に動くことができることにより、各弁を通過する流体の流量を変動させてもよい。
異なる目的を達成するため、制御弁252〜256のうちのいずれか1つ以上が同時に動作可能であってもよい(すなわち、第2位置又は中間位置に移動されてもよい)。例えば、モータ241を通過する流体から最大量のエネルギーを抽出するには、モータ241の前後で最大の圧力降下が発生されなければならない。この最大の圧力降下は、モータ241の下流側の圧力が最低である場合に発生することがある。最大の圧力降下は、タンク制御弁252のみが使用され、対応要素が完全に第2位置に移動された場合に発生することがほとんどである。しかしながら状況によっては、ロッド端部制御弁254及びヘッド端部制御弁256の一方を単独又はタンク制御弁252とともに使用することによって、より大きな圧力降下を発生させてもよい。これは例えば、オーバーランの状況において、油圧シリンダ28の拡張チャンバが内部で負の圧力を発生した場合に当てはまることがある。同様に、油圧シリンダ28のヘッド端部チャンバから放出された流体がモータ241を通過する際、その流体の一部のみが、チャンバ間の形状差によって油圧シリンダ28のロッド端部チャンバで消耗され得る。この状況では、流体の一部がタンク制御弁252を介してタンク60内に送られ、残余分の流体がロッド端部制御弁254を介してロッド端部チャンバへ引き渡されてもよい。ロッド端部制御弁254及びヘッド端部制御弁256は、通常、ともに使用されなくてもよい。
ロッド端部制御弁254とヘッド端部制御弁256の一方を使用する際、モータ241を通過する流体は、油圧シリンダ28に送り戻されてもよい。これにより、いくつかの目的を達成してもよい。第1に、モータ241を通過する流体と関連付けられたエネルギーがまず回収され、エンジン59及び/又はポンプ58の駆動に使用されることにより、機械10の効率を向上する。第2に、流体は、モータ241にエネルギーを付与した後、油圧シリンダ28内での内部再生に使用されてもよく、これは無効化を低減する一助となる。流体を油圧シリンダ28に再循環させるのに先立ってモータ241によって取り除かれたエネルギーは、この戻された流体がこの状況下では無効化を防ぐためのみに使用され、油圧シリンダ28を動かすためには使用されないため、オーバーラン状況において油圧シリンダ28内で必要とされなくてもよい。第3に、ポンプ58は、オーバーラン状況において油圧シリンダ28に流体を提供するのに多くのエネルギーを費やすことを必要としなくてもよい。最後に、モータ241は、非オーバーラン状況において、油圧シリンダ28に向け直す流体の圧力をさらに上昇させることが可能であってもよい。
いくつかの実施形態において、さらなる圧力逃し弁266がモータ241の出口と関連付けられてもよい。圧力逃し弁266は、モータ241と返却路228との間に配されてもよい。圧力逃し弁266は、通常閉鎖されるが、選択的に流れ通過位置に移動され、モータ241の下流側の流体の圧力を逃してもよい(例えば、モータ241が自らを通過する流体の圧力を上昇させる場合)。さらなる圧力センサ102がモータ241と関連付けられ、モータ241と圧力逃し弁266との間の位置に配置されることにより、コントローラ100に送られる対応圧力信号を生成してもよい。コントローラ100は、これらの圧力信号に基づき、制御弁252〜256の動作を適正に制御することが可能であってもよい。
揺動回路52及びブーム回路54は、流れを共有し、エネルギーを回復する目的で相互接続されてもよい。例えば、共通返却路268が揺動回路52とブーム回路54との間に延びてもよい。共通返却路268は、揺動回路52からの返却路88をブーム回路54からの返却路228と接続してもよく、制御弁270は、通路268内に配されることにより、回路52と回路54との間の流体の流れを規制してもよい。このように、補助アキュムレータ110は、回路52及び回路54の双方からの流体によって満たされ、同様に、補助アキュムレータ110は、逆止弁246を介して回路52及び回路54の双方とモータ241とに流体を供給してもよい。最後に、共通アキュムレータ通路272は、揺動回路52の揺動アキュムレータ108から延び、ブーム回路54の通路244と接続してもよい。本構成によると、揺動アキュムレータ108からの加圧流体は、共通アキュムレータ通路272、通路244、及び第2充填弁240を介してブームアキュムレータ236に引き渡されてもよく、逆も然りである。同様に、揺動アキュムレータ108からの加圧流体は、共通アキュムレータ通路272及び通路244を介してモータ241によって通過させられ、機械エネルギーに変換されてもよい。
いくつかの実施形態において、アキュムレータ返却路(図示せず)が設けられ、モータ241の出口を共通アキュムレータ通路272に接続するのに使用されて、モータ241を流出した高圧流体を揺動回路52内(例えば、揺動アキュムレータ108内)に、且つ/又は、ブーム回路54内(例えば、ブームアキュムレータ236内)に送ってもよい。制御弁(例えば、モータ、ヘッド端部制御弁、ロッド端部制御弁、又はその他の個別の制御弁のうちの1つ)が、共通のアキュムレータ返却路内に配され、返却流体を所望の回路に送るよう動くことができてもよい。
コントローラ100は、揺動アキュムレータ108に選択的に充填及び排出を行わせることにより、機械10の性能を向上してもよい。特に、油圧シリンダ28によって構成される実装システム14の動きは、油圧シリンダ28が実装システム14を上昇させる時間セグメントと、油圧シリンダが実装システム14を下降させる時間セグメントとから成ってもよい。上昇セグメントでは、従来はポンプ58によって油圧シリンダ28に供給される加圧流体によって実現された、油圧シリンダ28からの相当量のエネルギーを必要とし、下降セグメントでは、従来はタンク60への排出を通じて消耗された加圧流体の形態で相当量のエネルギーを生成してもよい。上昇セグメント及び下降セグメントの双方では、油圧シリンダ28が相当量の油圧エネルギーを運動エネルギーに変換する必要があってもよく、逆も然りである。しかしながら、下降の際、油圧シリンダ28を通過した加圧流体は、依然として大量のエネルギーを有している。油圧シリンダ28から排出された流体が下降セグメントの際にブームアキュムレータ236内に選択的に回収されると、このエネルギーはその後、続く上昇セグメントにおいて、油圧シリンダ28によって返却(すなわち、排出)され、再利用が可能である。ポンプ58(及びエンジン59)は、上昇セグメント中、ブームアキュムレータ236にモータ241を通して(第2充填弁240及び通路244を介して)加圧流体を排出させることで、そのようにしない場合に可能であったよりも少ないエンジン動力で同一以上の速度にてポンプ58を駆動させることによって補助可能である。
他の実施形態によると、コントローラ100は、追加又は代替として、実装システム14の下降を行う間に(又はその他のタイミングで)ブームアキュムレータ236から排出される流体を揺動回路52内(例えば、揺動アキュムレータ108内)に送ることにより、揺動モータ49の動きを補助してもよい。同様に、コントローラ100は、追加又は代替として、揺動アキュムレータ108から排出される流体をブームアキュムレータ236内に送り、且つ/又はモータ241を通過させてもよい。同様に、コントローラ100は、追加又は代替として、モータ241から排出された流体を揺動アキュムレータ108及びブームアキュムレータ236の一方又は双方に送ってもよい。
コントローラ100はまた、ブーム回路54と関連のバージョンのピークシェービングを実施してもよい。例えば、コントローラ100は、上昇動作モードにおいて、ポンプ58及びエンジン59が過剰な容量(すなわち、ブーム回路54がオペレータの要望に応じて作業ツール16を動かすのに必要な容量よりも大きな容量)を有する場合、ブームアキュムレータ236に、ポンプ58から(例えば、制御弁202、ヘッド端部通路206、通路242、逆止弁246、及び第1充填弁238を介して)流出する流体を充填させてもよい。この充填が行われる間、残余部の流れがブームアキュムレータ236内に押し込まれるように、油圧シリンダ28の出口における流れをポンプ58から流出する流体の全流量より少なく規制する必要があってもよい。そしてポンプ58及び/又はエンジン59の容量が油圧シリンダ28に十分な動力を送るのに不十分である際、ブームアキュムレータ236内においてポンプ58から以前に回収された高圧流体を、上述の方法によってモータ241を通じて排出することにより、エンジン59及びポンプ58を補助してもよい。
コントローラ100はさらに、揺動回路52及びブーム回路54の双方と関連するピークシェービングを実施してもよい。特に、ポンプ58からの過剰な流体は回路間の共通アキュムレータ通路272によって送られ、揺動アキュムレータ108又はブームアキュムレータ236のいずれかの内部に貯留されてもよい。
本開示のエネルギー回収システムは、作業ツールの揺動及び/又は上昇動作を含む、略反復的な作業サイクルを実施する任意の機械に適用可能である。本開示のエネルギー回収システムは、作業サイクルの異なるセグメントの間、アキュムレータで作業ツールの動きを補助することにより、機械の性能及び効率を向上する一助となってもよい。また本開示のエネルギー回収システムは、数多くの異なる方法により、さもなければ消耗されていたエネルギーを取得及び再利用することにより、機械の効率を向上する一助となってもよい。エネルギー回収システム234の動作を、以下、詳細に説明する。
機械10の動作中、エンジン59は、ポンプ58を駆動することにより、タンク60から流体を引き出し、流体を加圧する。加圧された流体は、例えば、ヘッド端部供給要素218を介して油圧シリンダ28のヘッド端部チャンバ内に送られ、この流体は同時に、ロッド端部放出要素224を介して油圧シリンダ28のロッド端部チャンバを流出させられてもよい。この動作により、油圧シリンダ28を延ばし、ブーム24を上昇させてもよい。
いくつかの適用例において、以前にブームアキュムレータ236内に回収された流体がブーム24の上昇を補助してもよい。例えば、ブームアキュムレータ236内から流出した加圧流体は、充填弁240及び通路244を通じてモータ241へ送られてもよい。この流体はさらに、モータ241によって加圧され、ヘッド端部制御弁256及び通路262を介して油圧シリンダ28のヘッド端部チャンバに送られてもよい。この流体は、所望により、ポンプ58からの流体の供給を補完してもよく、若しくは、ブーム24を上昇させるために使用される流体の専用ソースであってもよい。ブームアキュムレータ236内の流体は既にある程度まで加圧されているため、流体をさらに加圧するのに必要なエネルギーは、ポンプ58がタンク60から引き出される流体を完全に加圧する際に必要なエネルギーより少なくてもよい。従って、ブームアキュムレータ236からの流体を使用してブーム24の上昇を助けることにより、省力を実現してもよい。
同様に、油圧シリンダ28のロッド端部チャンバから排出される流体は、選択的に、ブームアキュムレータ236内に回収され、且つ/又は、モータ241の駆動に使用されてもよい。つまり、いくつかの適用例において、油圧シリンダ28から排出される流体の圧力が上昇されていてもよい。例えば、ブーム24が作業面26に合わされ、フレーム42の一部が作業面26から離間して持ち上げられる場合、機械10の重量は、ブーム24を上昇させる間(すなわち、フレーム42を下降させる間)、ロッド端部チャンバから排出される流体を加圧してもよい。加圧流体は、ロッド端部放出要素224から、逆止弁246を通過して返却路228を通り、且つモータ241を通って(すなわち、モータ241を駆動するために)、若しくは充填弁240を介して通路244及びブームアキュムレータ236内へと送られてもよい。この流体でモータ241を駆動することにより、流体内に保持されたエネルギーの一部がエンジン59及び/又はポンプ58に送られることで、機械10の効率を向上してもよい。
ブーム24の下降は、同様の方法で達成されてもよい。特に、ポンプ58によって加圧された流体は、ロッド端部供給要素222を介して油圧シリンダ28のロッド端部チャンバ内へ送られ、同時に、この流体は、ヘッド端部放出要素220を介して油圧シリンダ28のヘッド端部チャンバから流出させられてもよい。この動作により、油圧シリンダ28はブーム24を後退及び下降させてもよい。
いくつかの適用例において、以前にブームアキュムレータ236内に回収された流体がブーム24の下降を補助してもよい。例えば、ブームアキュムレータ236内からの加圧流体が充填弁240及び通路244を通ってモータ241に送られてもよい。この流体はモータ241によってさらに加圧されてもよく(若しくは、エネルギーがモータ241によってこの流体から吸収されてもよい)、ロッド端部制御弁254及び通路260を介して油圧シリンダ28のロッド端部チャンバに送られてもよい。この流体は、所望により、ポンプ58からの流体供給を補完してもよく、ブーム24の下降に使用される流体の専用ソースであってもよい。上述のとおり、ポンプ58に掛かる負荷を低減することにより、機械10の効率を向上してもよい。
同様に、油圧シリンダ28のヘッド端部チャンバから排出される流体は、選択的に、ブームアキュムレータ236内に回収され、且つ/又は、モータ241の駆動に使用されてもよい。すなわち、いくつかの適用例において、油圧シリンダ28から排出される流体の圧力が上昇されていてもよい。例えば、ブーム24に資材が積載されると、ブーム24を通じて作用する資材(及びブーム24、スティック30、及び作業ツール16)の重量は、ブーム24を下降する間、油圧シリンダ28のヘッド端部チャンバから排出される流体を加圧してもよい。この加圧された流体は、逆止弁246を通過してヘッド端部チャンバから、且つ充填弁238を通ってブームアキュムレータ236内へ送られてもよい。追加又は代替として、ヘッド端部チャンバから排出される流体は、通路242、バイパス制御弁249、及び通路244を通ってモータ241に送られてもよい。この高圧流体は、その後、モータ241を駆動し、エンジン59及び/又はポンプ58にエネルギーを付与してもよい。
いくつかの利点が本開示のエネルギー回収システムと関連付けられてもよい。例えば、本開示のシステムは、エネルギー回収及び再利用の双方を行う間、揺動回路及びブーム回路を一体化してもよいため、より多くのエネルギーを貯留及び再利用してもよい。さらに本開示のシステムでは複数の異なるアキュムレータを利用するため、これらのアキュムレータは比較的小型であり、安価であり、且つ容易にパッケージ化されてもよい。また各アキュムレータのサイズ及び/又は圧力容量は、接続される各回路の性能を向上するために調整されてもよい。また異なる値を組み合わせたアキュムレータを個別化することにより、関連流体を多くの異なる方法によって貯留、ルート化、圧力上昇、及び/又は変換してもよい。さらに、油圧シリンダ28に関連付けられた流体の内部再生の能力は、モータ241を介したエネルギー回収との組み合わせにおいて、より高い効率が実現されてもよい。
本開示のエネルギー回収システムには種々の訂正及び変更が加えられることは、当業者にとって明らかであろう。当業者にとって、本開示のエネルギー回収システムの使用及び実装を考慮することでその他の実施形態が明らかとなるであろう。本明細書及び例は、例示のみを目的としているものと考慮されなければならず、真の範囲は以下の請求項及びその同等物によって示される。
Claims (10)
- タンク(60)と、
前記タンクから流体を引き出し、前記流体を加圧するポンプ(58)と、
アクチュエータ(28)と、
前記ポンプから前記アクチュエータへ、及び、前記アクチュエータから前記タンクへと加圧流体を送ることにより、前記アクチュエータを動かすよう動作可能なアクチュエータ制御弁(202)と、
回転装置(58、59)に機械的に接続され、前記アクチュエータから排出された流体を選択的に受容し、前記回転装置に動力を送達するモータ(241)と、
前記モータから流出する流体を選択的に前記アクチュエータに送り戻すよう動作可能な少なくとも1つの弁(254、256)とを備えるエネルギー回収システム(50)。 - 前記アクチュエータはブームシリンダである請求項1に記載のエネルギー回収システム。
- 前記ブームシリンダから排出された流体を貯留し、貯留した流体を前記モータに送ることにより、前記回転装置を駆動するアキュムレータ(236)と、
前記アクチュエータのチャンバを前記アキュムレータに接続する第1通路(242)と、
前記第1通路内に配された第1制御弁(238)とをさらに備える請求項2に記載のエネルギー回収システム。 - 前記アキュムレータを前記モータに接続する第2通路(244)と、
前記第2通路内に配された第2制御弁(240)と、
前記アクチュエータの前記チャンバから前記モータへと延び、前記アキュムレータ、前記第1制御弁、及び前記第2制御弁をバイパスするバイパス通路(251)と、
前記バイパス通路内に配されたバイパス制御弁(249)とをさらに備える請求項3に記載のエネルギー回収システム。 - 前記アキュムレータは、ブームアキュムレータであり、
前記制御弁は、ブーム制御弁であり、
前記エネルギー回収システムは、
揺動モータ(49)と、
前記ポンプから前記揺動モータへ、及び、前記揺動モータから前記タンクへと加圧流体を送ることにより、前記揺動モータを動かすよう動作可能な揺動制御弁(56)と、
前記ブームシリンダから排出された流体を貯留し、貯留した流体を前記揺動モータに送る揺動アキュムレータ(108)と、
前記揺動アキュムレータを前記モータに接続する通路(272)とをさらに備える請求項2に記載のエネルギー回収システム。 - 前記モータを介して前記アクチュエータの第1チャンバを前記アクチュエータの第2チャンバへ接続する複数の通路(260、262)をさらに備える請求項1に記載のエネルギー回収システム。
- 前記少なくとも1つの弁は、
前記アクチュエータの前記第1チャンバに関連付けられた第1制御弁(254)と、
前記アクチュエータの前記第2チャンバに関連付けられた第2制御弁(256)とを含み、
前記第1制御弁及び前記第2制御弁は、互いに並列に前記モータの下流に配される請求項9に記載のエネルギー回収システム。 - 前記第1制御弁及び前記第2制御弁と並列して配される第3制御弁(252)をさらに備え、
前記第3制御弁は、前記モータから流出する流体を選択的に低圧タンク内に向け直すよう動作可能である請求項7記載のエネルギー回収システム。 - 前記第3制御弁と、前記第1制御弁及び前記第2制御弁のうちの少なくとも1つは、前記モータから流出する流体の第1部分を前記アクチュエータに戻すよう向け直し、残余部分を前記タンクに向け直すよう同時に作動可能である請求項8に記載のエネルギー回収システム。
- 前記モータの下流、前記第1制御弁、前記第2制御弁、及び前記第3制御弁の上流に配される圧力逃し弁(266)をさらに備える請求項8に記載のエネルギー回収システム。
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