JP2019190656A - 液圧システムおよび液圧アクチュエータを制御する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】新規の向上した液圧システムと、このような液圧システムが搭載された移動採掘機械とを提供する。【解決手段】液圧システムは、液圧動力を液圧アクチュエータ（ＨＡ）のために発生させるための２つの液圧ポンプ（Ｐ１、Ｐ２）を備える。ポンプは共通の電気モータ（Ｍ）を用いて動力が与えられる。アクチュエータの動作は、モータの速度および方向を制御することで制御され、それによって液圧ライン（１９ａ、１９ｂ）は、能動的に制御される制御弁がなくてもよい。【選択図】図４

Description

本発明は、移動作業機械の液圧アクチュエータのために液圧動力を発生させるように、および、アクチュエータの動作を制御するように構成された液圧システムに関する。

本発明は、さらに、移動採掘機械と、液圧アクチュエータを制御する方法とに関する。

本発明の分野は、独立請求項の前提部においてより明確に定められている。

鉱山および他の作業現場において、異なる種類の移動作業機械が使用されている。移動作業機械には、作業現場において設計された作業任務を実行するために、１つまたは複数の作業装置が設けられている。移動作業機械は、例えば、ホイールローダ、輸送車両、ダンプ車、削岩リグ、掘削機、または昇降機械であり得る。機械には、大きな動力密度や柔軟な動力伝達の可能性など、液圧がいくつかの利点を有するため、液圧システムが典型的には設けられる。さらに、液圧シリンダは、線形の力および移動を発生させるための優れたアクチュエータである。しかしながら、現在の液圧システムは、効率に関していくつかの欠点を含んでいる。

本発明の目的は、新規の向上した液圧システムと、このような液圧システムが搭載された移動採掘機械とを提供することである。本発明は、さらに、液圧アクチュエータを制御する新規の向上した方法に関する。

本発明による液圧システムは、第１の独立の装置クレームの特徴付ける特徴によって特徴付けられている。

本発明による移動採掘機械は、第２の独立の装置クレームの特徴付ける特徴によって特徴付けられている。

本発明による方法は、独立の方法クレームの特徴付ける特徴およびステップによって特徴付けられている。

開示した解決策の考えは、液圧システムが移動作業機械のために意図されており、液圧システムは、移動機械の液圧アクチュエータを作動させるために、液圧回路へと液圧流体の流れおよび圧力を発生させるための２つの液圧ポンプ、すなわち、第１の液圧ポンプと第２の液圧ポンプとを備える。１つの共通の電気モータが、言及した２つの液圧ポンプを同時に回転させるように構成される。第１の液圧ポンプは、第１の液圧ラインを用いて液圧アクチュエータの第１の作動圧力空間または容積に連結され、第２の液圧ポンプは、第２の液圧ラインを用いて液圧アクチュエータの第２の作動圧力空間に連結される。第１の作動圧力空間または容積と第２の圧力空間または容積とにおいて広がる液圧流体の圧力は、液圧シリンダのピストンなどアクチュエータの移動要素に、逆に方向付けられる力を引き起こすように構成される。さらに、第１および第２の液圧ポンプは、第１の液圧ポンプが圧力を発生させるときに第２の液圧ポンプが吸引を発生させるように、および、逆もまた然りとなるように、逆のポンプ特性を有する。開示した解決策では、液圧アクチュエータの移動の速度および方向は、言及した共通の電気モータの回転の速度および方向を制御することで制御される。モータの制御は、例えばモータの種類に応じた様々な方法で実行され得る。

言及した逆のポンプ特性は、以下のことを意味する。第１の液圧ポンプは、電気モータが第１の回転の方向において回転させられるときに液圧力を第１の液圧ラインへと発生させるように構成され、対応するように、第２の液圧ポンプは、吸引を第２の液圧ラインへと発生させるように構成される。そして対応するように、第１の液圧ポンプは、電気モータが第２の回転の方向において回転させられるときに吸引を第１の液圧ラインへと発生させるように構成され、対応するように、第２の液圧ポンプは、液圧力を第２の液圧ラインへと発生させるように構成される。別の言い方をすれば、一方のポンプが汲み上げているときに他方のポンプは吸い込み作用を実行し、逆もまた然りである。

開示した解決策では、液圧アクチュエータは、共通の電気モータを用いて間接的に制御される。速度および方向の制御された電気モータは、アクチュエータの動作を制御するための制御要素として供する。そのため、液圧回路全体は、液圧アクチュエータの動作を能動的に制御することなく、動力伝達システムまたは従属システムの種類としてのみ供することができる。別の言い方をすれば、モータは、制御命令を用いて直接的に制御される唯一の装置であり得る。

さらに、開示した解決策が二重のポンプと１つのモータとの制御システムの種類であることは、検討されている。アクチュエータの移動要素の両側に連結されたポンプは、速度および方向が制御された電気モータによって同時に制御され、それによってシステムは、圧力流体通路へと配置構成される別体の流れおよび圧力の調節要素がなくてもよい。

開示した解決策の利点は、液圧の利点が欠点なく利用され得ることである。開示した解決策は、アクチュエータの動作を制御するための液圧制御要素を必要としないため、単純で堅牢である。何らかの弁がシステムに含まれる場合、その弁は受動的な弁または単純なオン／オフ式の弁とすることができ、それらは複雑で正確な制御を必要としない。制御の指示および命令は、システムが能動的な制御を必要とする制御弁がなくてもよいため、速度および方向が制御される電気モータに直接的に向けられてもよい。このおかげで、過酷な場所へのぜい弱な電気制御ケーブルおよび同様の制御送信路を配置構成する必要がなく、代わりに、電気モータだけが制御される必要がある。さらに、開示した解決策の動作は、典型的には絞りおよびエネルギーの損失をもたらす、液圧ラインに配置構成された異なる調節の液圧要素を必要としないため、エネルギー効率が良い。開示した解決策は、液圧アクチュエータが連結した液圧システムのための完全に弁のない速度および方向の制御システムさえ設計することを可能にする。全体として、開示した解決策は、液圧の最良の特徴を利用しており、同時に、その典型的な欠点を軽減している。

実施形態によれば、開示した液圧システムは１つの単一の液圧アクチュエータを備える。そのため、液圧システム全体が、１つだけの液圧アクチュエータと動作するための専用とされる。利点は、システムが構造において単純とすることができ、アクチュエータの特定の要件に合わせて作られ得ることである。

実施形態によれば、先に開示した制御の原理を利用する開示した液圧システムは、２つ以上のアクチュエータを別々の時間に作動させるように構成されてもよい。そのため、液圧システムは、開示した液圧システムに１つずつ選択的に連結され得る２つ以上の代替の液圧アクチュエータを備えてもよい。システムは、どのアクチュエータが開示した液圧システムによって動力供給されるかを選択するための少なくとも１つの分配装置を備えてもよい。分配装置はオン／オフの原理を実施でき、それによって単純な設計および制御を有し得る。さらに、分配装置の流れの制御の要素および通路は広くなるように寸法決定されるため、絞りおよび動力の損失が最小限とされる。分配装置は、選択されたアクチュエータへと流路を方向付けるためだけであって、方向付けられた流路の流れまたは圧力をいずれの方法でも調節しないように設計される弁閉鎖部を備え得る。代替として、１つの単一の弁閉鎖部が、比較的大きい直径を伴う別々のオン／オフ弁で置き換えられてもよい。

実施形態によれば、１つの電気モータと二重のポンプとの配置構成を伴う開示した液圧システムは、昇降シリンダ、操縦シリンダ、または回転モータなどの主液圧アクチュエータを動作させるように構成され、その主液圧アクチュエータは物体または継手を移動させるように構成され、システムは、固定シリンダなどの液圧固定装置を動作させるようにさらに構成され、その液圧固定装置は、主液圧アクチュエータによって影響を与えられる物体または接手の移動を固定および開放するように構成される。主液圧アクチュエータと液圧固定装置とは任意選択で連結され、それによってそれら両方が、開示した動作原理に従って駆動され得る。この特別な実施形態では、液圧システムは、並列に駆動されて互いと異なる液圧アクチュエータを備える。

実施形態によれば、１つの電気モータと二重のポンプとの配置構成が設けられる液圧システムは、並列に動作するいくつかの同様なアクチュエータを備える。システムは、例えば、フレーム操縦移動作業機械の２つの操縦シリンダ、連携して動作し、運搬トラックの投下箱を空にするように設計される２つの投下シリンダ、連携して動作する、ホイールローダの２つの昇降シリンダ、または、連携して動作するように配置構成され、ブームを昇降させるように構成されるクレーンの２つの昇降シリンダを備え得る。

実施形態によれば、システムは、連携して動作する２つの液圧アクチュエータを備え得る。そのため、所望の動作は、重複したアクチュエータの設定を用いることで確保され得る。２つの液圧シリンダが、同じ移動の方向において、または代替で、反対の移動の方向において、同時に動作してもよいが、なおも両方のシリンダは、同じ動作の目的を有し、同じ継手または物体に影響を与える。

実施形態によれば、液圧システムの共通の電気モータはＡＣモータである。そのため、モータの回転の速度および方向は可変周波数駆動（ＶＦＤ）を用いて制御されてもよく、それによって液圧アクチュエータは、ＶＦＤ制御されるＡＣモータを用いて間接的に制御される。実際には、ＡＣモータは周波数変換器を用いて制御され得る。別の言い方をすれば、モータはインバータ駆動部を有し得る。概して、ＶＦＤは、モータ入力の周波数および電圧を変化させることでＡＣモータの速度およびトルクを制御するために、電気機械の駆動システムで使用される可変速駆動の種類である。パワーエレクトロニクス技術を利用し、変速駆動を可能にする他の適切な手段が、同じ目的を達成するために使用されてもよいことに言及しておく。

実施形態によれば、二重のポンプのセットに動力を与える電気モータは、ＡＣモータを利用する先の実施形態に取って代わるものであるＤＣモータである。ＤＣモータの速度が電機子電圧に正比例し、モータ束（界磁電流の関数である）に反比例するため、電機子電圧または界磁電流の制御が速度を制御するために用いられ得る。したがって、ＤＣモータには、現代のパワーエレクトロニクスによって可能とされるＤＣ駆動部または対応するＤＣモータ速度制御システムが設けられ得る。

実施形態によれば、液圧アクチュエータの移動の速度および方向は、共通の電気モータの回転の速度および方向に比例するように構成される。ポンプは、モータによって制御され、制御されるアクチュエータの所望の移動の速度に対応する必要な流体の流量率だけを、アクチュエータのために発生させるように構成される。実際、操作者は、制御されるアクチュエータの移動の方向および速度を定める制御命令を与え、制御ユニットは、共通の電気モータの駆動ユニットのために速度要求を発生させる。アクチュエータの移動の速度および方向が共通の電気モータの回転の速度および方向に比例するため、システムの制御は論理的で、実行するのが容易である。制御ユニットには、駆動ユニットのために制御命令を生成するための処理装置およびソフトウェアが設けられてもよい。

実施形態によれば、第１および第２の液圧ポンプは、共通の電気モータによって回転させられる同じ回転軸に連結される。別の言い方をすれば、ポンプは直接的機械駆動を有し得る。この方法では、回転する配置構成の機械的構造は、非常に単純で耐久性があってメンテナンスフリーで安価とでき、小さな空間しか必要としない。

実施形態によれば、第１および第２の液圧ポンプは、共通の電気モータへの物理的な機械的連結を共に有する。機械的連結は、先に開示した共通の回転軸であり得るが、少なくとも一部の場合には、回転を共通のモータからポンプへと伝達するための他の機械的配置構成であり得る。例えば、共通のモータと２つのポンプとを連結するための歯車箱または対応する力伝達装置があってもよい。この実施形態は、モータおよびポンプを移動作業機械の運搬機に位置決めことに多様性を与え、それによって機械のレイアウトはより柔軟となる。

実施形態によれば、第１の液圧ポンプは第１の公称回転方向を有し、第２の液圧ポンプは第２の公称回転方向を有する。言及した第１および第２の公称方向は互いに対して反対の方向となっている。別の言い方をすれば、それらポンプは逆の圧力効果を有する。

実施形態によれば、液圧アクチュエータの第１の作動圧力空間の公称寸法は第２の作動圧力空間の公称寸法より大きい。そのため、第１の液圧ポンプは１回転当たりの第１の体積流量率を有してもよく、第２の液圧ポンプは１回転当たりの第２の体積流量率を有する。第２の体積流量率は、１回転当たりの第１の体積流量率より小さくてもよい。「１回転当たりの体積流量率」という用語は、「１回転当たりの押しのけ量」として広く知られており、「１回転当たりの押しのけ」というさらに簡略的な形式でも広く知られていることに言及しておく。この実施形態では、ポンプは、アクチュエータがアクチュエータの移動要素の両側において異なる容積を有するとき、制御されるアクチュエータに応じて寸法決定され得る。これは液圧シリンダの場合であり、ピストンロッド側における容積は反対側における容積より小さい。しかしながら、液圧モータの場合、圧力空間の容積は典型的には大きさが等しい。

実施形態によれば、１回転当たりの第１および第２の体積流量率は、第１および第２の作動圧力空間の相対的な公称寸法と比例して寸法決定され、それによって液圧ポンプの能力は、専用とされた作動圧力空間の公称寸法と合致する。

実施形態によれば、液圧アクチュエータは液圧シリンダであり、より大きな公称寸法を伴う第１の作動圧力空間はシリンダのピストン側に位置付けられ、より小さい公称寸法を伴う第２の作動圧力空間はシリンダのピストンロッド側に位置付けられる。

実施形態によれば、液圧アクチュエータは液圧モータであり、第１および第２の作動圧力空間の公称寸法は同じである。そのため、ポンプの１回転当たりの体積流量率は同じ規模を有し得る。

実施形態によれば、液圧回路は開回路システムであり、第１および第２のポンプの送出ポートは貯留部または液圧流体タンクに連結される。閉ループ回路では、ポンプの送出ポートが、戻ってくる液圧流体をアクチュエータから直接的に受け入れるために連結される。閉ループ回路では、装入ポンプが圧力を維持するためにループにおいて必要とされる。閉ループ回路と比較しての開回路システムの利点は、装入ポンプが省略できること、および、より単純な市販の液圧構成部品がシステムにおいて使用できることである。したがって、システムは安価で耐久性があり得る。

実施形態によれば、液圧アクチュエータの第１および第２の作動圧力空間の液圧流体は、専用とされた第１および第２の液圧ポンプを通じて貯留部へと排出されるように構成される。

実施形態によれば、液圧システムにはエネルギー回収特徴部が設けられる。システムは、初めに運動エネルギーを液圧エネルギーへと変換するように構成され、次に液圧エネルギーを運動回転エネルギーへと変換するように構成され、さらに、最終的に運動回転エネルギーを電気エネルギーへと変換するように構成される。開示したシステムでは、言及した液圧ポンプの少なくとも一方は、排出された液圧流体の流れがポンプを通じて貯留部まで流れるときに液圧モータとして供するように構成され、それによって液圧ポンプの回転が発生させられる。そして、液圧ポンプは、動力遮断されるときに発電機として供するように構成される共通の電気モータを回転させるように構成される。共通の電気モータの回転は電気エネルギーを発生させるように構成される。開示したエネルギー回収特徴部は、特に電気的に動作可能な移動作業機械が外部の電源またはネットワークに接続されないとき、その移動作業機械にとって有利である。それにより、実施形態は、電池で動作される作業機械にとって良好に適合される。さらに、エネルギー回収特徴部は特別な構成部品を必要としないが、特徴は、システムの基本的な構成部品を用いて実施され得る。さらなる利点は、回収されたエネルギーが、保存するのが比較的容易である、または代替で、他の電気的に動作させられる装置へと向かわせるのが比較的容易である電気エネルギーへと変換されることである。

実施形態によれば、液圧システムの液圧回路はエネルギー保存部がない。したがって、液圧システムは、蓄圧器などの液圧エネルギー保存部がない。システムに液圧保存要素がないため、システムは構造が単純にでき、より小さい空間とより少ない保守とを必要とする。

実施形態によれば、システムは、発生させた電気エネルギーを保存するための１つまたは複数のエネルギー保存部を備える。言及した電気エネルギー保存部は、液圧システムの唯一のエネルギー保存部である。移動作業機械は、電池パッケージまたは対応する電気保存装置を備えてもよい。

実施形態によれば、システムは、回収されたエネルギーを保存するための液圧エネルギー保存部も電気エネルギー保存部も備えていない。むしろ、回収された電気は、システムから離され、移動作業機械の他の電気モータまたは装置を駆動するためになど、別の目的のためにすぐに利用される。

実施形態によれば、液圧システムは、位置エネルギーを回収するように、および、質量を下げるときに位置エネルギーを電気へと変換するように構成される。位置エネルギー回収は、例えばブーム、バケット、または投下箱を下げるときに行われ得る。

実施形態によれば、液圧システムは、運動エネルギーを回収するように、および、荷重または質量の移動を停止するときに運動エネルギーを電気へと変換するように構成される。運動エネルギー回収は、移動作業機械またはその移動可能な構成部品および部品を制動するときに行われ得る。

実施形態によれば、液圧システムの第１および第２の液圧ラインは、両方とも能動的に制御される弁がない。この方法では、液圧システムは単純であり、弁によって引き起こされる動力損失が回避され得る。

実施形態によれば、液圧システムの第１および第２の液圧ラインは、両方とも弁などの流体制御要素がない。すでに上記で開示しているように、アクチュエータの動作速度は、液圧システムの速度制御される電気モータによって調節される。

実施形態によれば、液圧システムの第１および第２の液圧ラインは、液圧アクチュエータの移動方向を制御するように構成された方向弁が両方ともない。すでに上記で開示しているように、アクチュエータの動作速度は、液圧システムの速度制御される電気モータによって調節される。

実施形態によれば、第１の液圧ラインは、液圧システムが加圧されないときにアクチュエータからの液圧流体の排出を防止するための第１の荷重保持弁を備え、対応するように、第２の液圧ラインは、アクチュエータからの液圧流体の排出を防止するための第２の荷重保持弁を備える。これら荷重保持弁のおかげで、アクチュエータは、液圧動力が第１および第２の液圧ポンプを用いて発生させられないとき、その位置を保持するように構成される。別の言い方をすれば、荷重保持弁は、液圧システムが加圧されないときに液圧ラインを閉じ、それによってアクチュエータは停止させられ、不動状態となるように液圧的に固定される。荷重保持弁は、外部の制御なしで自動的に独立して動作する。

実施形態によれば、液圧ラインは、弁の外部の何らかの制御命令または信号によって制御されない受動的な弁を備えるだけとできる。

実施形態によれば、液圧ラインは、キャビテーション防止弁として供する受動的な逆止弁を備えてもよい。逆止弁は、外部の制御なしで独立して自動的に動作する。

実施形態によれば、システムには、少なくとも１つの圧力ラインに連結される少なくとも１つの圧力設定装置が設けられ得る。しかしながら、このような装置の目的は、液圧システムを保護することであり、連結されたアクチュエータの動作を制御することではない。圧力設定装置は特別な状況および必要性のためである。

実施形態によれば、先に言及した移動作業機械は移動採掘機械である。採掘機械は、移動運搬機と、地下または地上の鉱山作業現場において採掘作業を実行するための１つまたは複数の採掘作業装置とを備える。採掘機械は、採掘作業装置を移動させるための液圧システムを備え、液圧システムは先に開示した実施形態に従う。採掘機械は、削岩リグ、運搬トラック、ホイールローダ、ボルトリグ、吹付車両、または充電車両であり得る。

実施形態によれば、採掘機械は、掘削ユニットが設けられた少なくとも１つの掘削ブームを備える削岩リグである。掘削ブームは、掘削ブームを移動させるための少なくとも１つの液圧ブームシリンダを備える。専用とされた液圧システムに連結された言及したブームシリンダの移動の速度および方向が、速度制御される電気モータを用いて制御されるように構成される。

実施形態によれば、採掘機械は、２つのフレーム部品と、それらフレーム部品の間の操縦継手とを備える、ホイールローダ、運搬トラック、または削岩リグなどのフレーム操縦車両である。フレーム部品は、専用とされた液圧システムに連結された少なくとも１つの液圧操縦シリンダを用いて、互いに対する操縦の間に回転させられる。さらに、少なくとも１つの操縦シリンダの移動の速度および方向が、速度制御される電気モータを用いて制御されるように構成される。機械は、並列または反対方向で動作する２つの操縦シリンダを備える二重の操縦アクチュエータシステムを備え得る。シリンダは、正確であり、開示したシステムを用いて容易に制御され得る強力な液圧アクチュエータである。

実施形態によれば、採掘機械は、少なくとも１つの昇降アームを用いて運搬機に連結されるバケットを備えるホイールローダである。昇降アームは、専用とされた液圧システムに連結された少なくとも１つの液圧昇降シリンダを用いて運搬機に対して移動可能である。さらに、少なくとも１つの昇降シリンダの移動の速度および方向が、速度制御される電気モータを用いて制御されるように構成される。システムは１つの単一の昇降シリンダを備えてもよく、または、２つのシリンダが連携して動作してもよい。

実施形態によれば、採掘機械は、少なくとも１つの昇降アームを用いて運搬機に連結されるバケットを備えるホイールローダである。昇降アームは、専用とされた液圧システムに連結された少なくとも１つの液圧昇降シリンダを用いて運搬機に対して移動可能である。さらに、バケットは、昇降アームの遠位端に対して傾斜させることができる、つまり、１つまたは複数の液圧傾斜シリンダを用いて昇降アームに対して回転させることができる。少なくとも１つの傾斜シリンダの移動の速度および方向が、速度制御される電気モータを用いて制御されるように構成される。システムは１つの単一の傾斜シリンダを備えてもよく、または、２つのシリンダが連携して動作してもよい。

実施形態によれば、採掘機械は、１つまたは複数の操縦シリンダと、少なくとも１つの昇降アームを用いて運搬機に連結されるバケットとを備えるフレーム操縦ホイールローダである。機械は、１つまたは複数の昇降シリンダと、バケットを移動させるための１つまたは複数の傾斜シリンダとをさらに備える。言及した操縦シリンダ、昇降シリンダ、および傾斜シリンダは、この特許出願において開示されている解決策によって制御され得る。

実施形態によれば、採掘機械は、岩石物質を受け入れるための投下箱を備える運搬トラックである。投下箱は、専用とされた液圧システムに連結された少なくとも１つの液圧投下シリンダを用いて運搬機に対して移動可能である。さらに、少なくとも１つの投下シリンダの移動の速度および方向が、速度制御される電気モータを用いて制御されるように構成される。システムは１つの単一の投下シリンダを備えてもよく、または、２つのシリンダが連携して動作してもよい。

実施形態によれば、速度制御されるモータの制御特徴部はソフトウェア制御されてもよく、それによって制御特徴部はソフトウェアプログラムおよび入力パラメータによって調節され得る。モータは、ソフトウェアプログラムを実行するための処理装置を備える制御ユニットを用いて制御され得る。この方法では、モータおよび直接影響されるアクチュエータの制御原理は、入力パラメータを調節することで、ソフトウェアを再プログラムすることで、または両方によって容易に変更できる。

実施形態によれば、移動作業機械は、収穫機、フォワーダ、または他の森林用トラクタなどの森林用機械である。森林用機械は典型的にはフレーム操縦車両であり、それによって操縦シリンダを備え得る。森林用機械は、液圧シリンダまたはモータを用いて昇降および回転させられ得るブームも備え得る。代替で、移動作業機械は、それ自体の上方フレームを、車輪または履帯が設けられた下方フレームに対して回転させるための液圧回転モータを備える掘削機または土木機械であってもよい。掘削機は、シリンダを用いて昇降され得るブームも備える。さらに、移動作業機械は、１つのモータと２つのポンプとの配置構成を伴う開示した液圧システムに連結され得る１つまたは複数の昇降シリンダをどれも備え得る杭打ちリグ、移動クレーン、または人昇降機であり得る。

先に開示した実施形態は、必要とされる上記の特徴の解決策を有する適切な解決策を形成するために組み合わされてもよい。

一部の実施形態が、添付の図面においてより詳細に記載されている。

地下掘削のための、移動可能な掘削ブームが設けられたフレーム操縦削岩リグの概略的な側面図である。 鉱山での使用のための、移動可能なバケットが搭載されたフレーム操縦ホイールローダの概略的な側面図である。 移動可能な投下箱が設けられたフレーム操縦運搬トラックの概略的な側面図である。 二重のポンプシステムに動力を与える電気モータによって制御される液圧アクチュエータの動作のために動力を発生させるように構成される液圧回路の概略図である。 液圧シリンダを駆動するように構成される液圧回路の概略図である。 減圧状態におけるより完全な液圧回路の概略図である。 いくつかの液圧アクチュエータを１つずつ動作させるように構成され、開示した１つのモータと２つのポンプとの制御原理を用いる液圧回路の概略図である。 並列な手法で動作する２つの液圧シリンダを備える液圧回路の概略図である。 同時であるが反対方向に動作する２つの液圧シリンダを備える別の液圧回路の概略図である。 回転可能な上方フレームを備える移動作業機械の概略的な側面図である。 ブーム昇降および固定手段の概略的な側面図である。

明確にするために、図は、開示した解決策の一部の実施形他を単純化された手法で示している。図では、同様の符号は同様の要素を指示している。

図１は、運搬機３と、削岩ユニット５が設けられた掘削ブーム４とを備える移動採掘機械２の第１の例として、削岩リグ１を示している。機械２はフレーム操縦でき、それによって、前フレーム部品６ａと、後フレーム部品６ｂと、それらフレーム部品の間の回転継手７とを備える。フレーム部品６ａ、６ｂは、１つまたは２つの液圧操縦アクチュエータ８を用いて互いに対して回転させることができる。ブーム４は１つまたは複数の昇降シリンダ９を用いて移動させることができる。機械２は、当然ながら、他の液圧アクチュエータを備えてもよい。また、岩石ボルトリグ、充填リグ、および測定車両が、実質的に同様の基本的な運搬機とブーム構造とを備えてもよい。さらに、機械２は、電気的に動作させられる装置であってもよく、電池１０または対応する電力保存部を備えてもよい。

機械２は、液圧アクチュエータのために液圧動力を発生させるための少なくとも１つの液圧システム１１または回路を備える。明確性の理由のため、液圧システム１１は単純化された手法で示されている。機械２は、操縦シリンダ７および昇降シリンダ９などの専用とされた液圧アクチュエータに動力を与えて液圧アクチュエータを制御するために、本特許出願において開示された１つまたは複数の向上した液圧システムを備え得る。上記の開示した解決策および実施形態は、鉱山作業において実施されるすべての種類のリグにおいて適用され得る。同じことは、地上機械と地下機械との両方に当てはまる。

図２は、昇降シリンダ９を用いて移動可能であるバケット１３が設けられたホイールローダ１２を開示している。バケット１３は、傾斜シリンダ４０を用いて昇降アーム３９の外側の端部分に対して傾斜させることができる。ローダ１２はフレーム操縦されてもよく、フレーム部品６ａ、６ｂを回転させるための操縦シリンダ７を備えてもよい。

図３は、岩石物質を受け入れるための投下箱１５を備える運搬トラック１４を開示している。投下箱１５は、１つまたは２つの液圧投下シリンダ１６を用いて運搬機３に対して移動可能である。

図２および図３は、自身の操縦シリンダ７、昇降シリンダ９、および投下シリンダ１６に動力を与えてそれらを制御するための専用とされた液圧システムを備え得る採掘機械２を開示している。

図４は、共通の電気モータＭによって駆動される２つの液圧ポンプＰ１およびＰ２を備える液圧システム１１を開示している。制御装置または制御ユニットＣＵがモータＭの回転の速度および方向を制御できる。モータＭは、回転軸１７を用いてポンプＰ１、Ｐ２に連結されてもよく、それによって両方のポンプＰ１およびＰ２は同時に回転させられる。この場合、ポンプＰ１およびＰ２は、液圧アクチュエータＨＡの圧力空間がアクチュエータの移動要素の両側において同様の寸法を有し得るため、同じ能力を有し得る。液圧アクチュエータＨＡは、移動方向ＡおよびＢを両方とも有する液圧シリンダＨＣまたは液圧モータＨＭであり得る。シリンダでは、移動する部材または要素はピストンであり得、モータでは、移動する部材または要素は、回転する別の要素、歯車、またはホイールであり得る。液圧アクチュエータＨＡは、ポンプＰ１、Ｐ２への流体ライン１９ａ、１９ｂを用いて連結される圧力ポート１８ａ、１８ｂを有する。ポンプＰ１、Ｐ２は、流体ライン２１ａ、２１ｂを通じて貯留部２０と流体連結している。

留意され得るように、液圧アクチュエータＨＡの動作は、流体ライン１９ａ、１９ｂに制御弁がないため、モータを制御することで制御される。モータＭが制御ユニットＣＵから速度および方向の要求を受けるとき、モータＭは方向Ｒ１において回転し始め、それによって第１のポンプＰ１は圧力Ｐ＋を液圧アクチュエータＨＡの圧力ポート１８ａへと発生させる。そのため、液圧アクチュエータの移動部材は方向Ａにおいて移動を開始し、液圧流体は圧力ポート１８ｂを通じてアクチュエータＨＡから排出される。同時に、第２のポンプＰ２はモータＭによって回転させられ、ポンプＰ２は吸引Ｐ−を圧力ライン１９ｂに引き起こす。アクチュエータＨＡが反対方向に移動させられるとき、モータＭの方向は変えられ、モータＭの回転速度は、アクチュエータＨＡの所望の移動速度に応じて調節される。この方法では、アクチュエータＨＡの移動制御が、方向の制御弁を必要とすることなく、電気モータＭによって間接的に制御される。

図５は、先の図４に示したものに対応する液圧回路１１を開示している。しかしながら、この場合では、液圧アクチュエータＨＡは、ピストン２３によって分けられた圧力空間２２ａ、２２ｂを有する液圧シリンダＨＣである。圧力空間２２ｂは、ピストンロッド２４のため、より小さい断面積を有し、それによって、空間２２ｂの容積は空間２２ａの容積より小さい。そのため、第２の空間２２ｂに連結された第２のポンプＰ２は、第１のポンプＰ１と比較してより小さい押しのけ能力を有し得る。基本的な構造および動作の原理は、図４の解決策と図５の解決策とで同じである。

図６は液圧回路１１を開示しており、液圧回路１１は、圧力ライン１９ａ、１９ｂに配置構成された２つの荷重保持弁２５ａ、２５ｂが回路１１にここでは設けられている点において、図５の先に提示された回路と異なる。回路１１は、加圧されていない状態にあるとき、バネが搭載された荷重保持弁２５ａ、２５ｂは、図６に開示されているように閉じられている。システムが作動させられるとき、制御圧力ライン２６が加圧され、圧力制御される荷重保持弁２５ａ、２５ｂは、それらの位置を開状態へと変化させる。さらに、回路１１は、可及的な作動状況に対してポンプＰ１、Ｐ２を保護するためのキャビテーション防止配置構成２７を備え得る。したがって、キャビテーション防止システムは、液圧アクチュエータＨＡの制御に何の影響も持たない。キャビテーション防止システムは、２つの受動的な逆止弁２８ａ、２８ｂと、貯留部２０への圧力連結部２９とを備え得る。キャビテーションが出現するとき、システムは、キャビテーションが起こる前に、補充の液圧流体の流れを、ライン２９を通じてポンプへと方向付けることを可能にする。回路１１は、キャビテーションシステム２７と荷重保持弁２５ａ、２５ｂの制御圧力ライン２６との間にシャトル弁３０も備え得る。しかしながら、開示した弁２５ａ、２５ｂ、２８ａ、２８ｂ、および３０のすべてが、能動的な制御を必要としない受動的な弁であり、さらに、それらの弁の動作は、液圧シリンダＨＣの動作制御に影響を持たない。

図６は、システムがユーザーインターフェースＵＩを備え得ることをさらに開示しており、そのユーザーインターフェースＵＩを用いることで、制御命令およびパラメータが制御ユニットＣＵへと入力できる。新たなソフトウェアプログラムも、制御ユニットＣＵにおいて実行させるために、ユーザーインターフェースＵＩを通じて送り込むことができる。システムは、電池パックなどの１つまたは複数の電気保存部ＥＳをさらに備え得る。そのため、モータＭの回収された電気エネルギーが、保存部ＥＳに保存させることができ、または代替で、他の電気装置を動かすために使用されてもよい。

図７は液圧回路１１を開示しており、液圧回路１１は、先に開示した制御原理を利用するが、この実施形態では、３つの液圧アクチュエータＨＡ１、ＨＡ２、ＨＡ３を別々の時間において作動させるように構成されている。そのため、これらのアクチュエータＨＡ１〜ＨＡ３のうちの１つが、開示した液圧システムに１つずつ選択的に連結され得る。システムは、選択を実行するための分配装置ＤＤを備える。分配装置ＤＤは、単純なオン／オフの原理を用いて動作できる。

図８は液圧回路１１を開示しており、２つの同様の液圧シリンダＨＣ１およびＨＣ２が、開示した１つのモータと２つのポンプとの制御原理を利用することで同時に制御される。そのため、圧力ポート１８ａ１と１８ａ２とがライン３１を用いて互いと連結されており、対応するようにポート１８ｂ１と１８ｂ２とがライン３２によって連結されている。そのため、運搬トラックの液圧投下シリンダであり得るシリンダＨＣ１、ＨＣ２は、例えば同時に動作する。

図９は液圧回路１１を開示しており、２つの同様の液圧シリンダＨＣ１およびＨＣ２が、開示した１つのモータと２つのポンプとの制御原理を利用することで同時に制御される。この解決策は、ここでは、第１の液圧シリンダＨＣ１のピストン側圧力空間と第２の液圧シリンダＨＣ２のロッド側圧力空間とが共通ライン４１へと流体連結しており、対応するように、第１の液圧シリンダＨＣ１のロッド側圧力空間と第２の液圧シリンダＨＣ２のピストン側圧力空間とが共通ライン４２へと流体連結している点において、先の図８において示したものと異なっている。さらに、ポンプＰ１とＰ２とは等しい大きさとされている。この種類の解決策は、例えばフレーム操縦の実施で使用されるように適合される。そのため、シリンダＨＣ１とＨＣ２とは操縦継手の両側に位置付けることができ、第１のシリンダＨＣ１が伸びるときに第２のシリンダＨＣ２は引き込み、逆もまた然りである。操縦は、両方のライン４１、４２について同じ量の液圧流体を必要とし、そのためポンプＰ１、Ｐ２も同様であり得る。

図１０は、移動作業機械ＭＷＭを単純化した手法で開示している。機械ＭＷＭは、下方フレーム３３ａと、ブーム、バケット、マスト、または対応する装置などの作業機械３４が設けられた上方フレーム３３ｂとを備え得る。上方フレーム３３ｂは、液圧回転モータ３５を用いて下方フレーム３３ａに対して回転させることができ、液圧回転モータ３５は、速度および方向が制御された電気モータを利用して、開示した制御原理によって制御され得る。簡潔性の理由のため、液圧回路は開示されていない。下方フレーム３３ａは履帯または車輪などの移動部材３６を備える。上方フレーム３３ｂは、限定された角度範囲で回転させられるように配置構成され得るか、または、回転可能動作を有し得る。

図１１は、移動機械の運搬機３における継手３７に対して移動可能なブーム４の単純化された開示を開示している。ブーム４の遠位端には、乗用ケージなどの作業装置ＷＤがあってもよく、それによって、移動機械は例えば人昇降機であり得る。ブーム４は、昇降シリンダ９、または、並列に動作する２つの昇降シリンダを用いて昇降され得る。昇降シリンダ９または二重のシリンダは、開示した１つのモータと２つのポンプとのシステムによって駆動され得る。ブーム４の移動は、安全性の理由のため、固定シリンダ３８を用いて固定でき、固定シリンダ３８は、継手３７と連結して位置付けられ得る、または、昇降シリンダ９の移動を機械的に固定するように配置構成され得る。固定シリンダ３８またはモータは、昇降シリンダ９と一緒に同時に動作するように配置構成でき、それによって別々の制御弁および制御命令が固定シリンダ３８またはモータを制御するために必要とされることはない。

図面および関連する記載は、本発明の考えを示すように意図されているだけである。その詳細において、本発明は、請求項の範囲内において変化することが可能である。

Claims (15)

1. 移動作業機械（ＭＷＭ）の液圧システムであって、
   液圧回路（１１）への液圧流体の流れおよび圧力を発生させるための少なくとも１つの液圧ポンプ（Ｐ１、Ｐ２）と、
   少なくとも１つの前記液圧ポンプ（Ｐ１、Ｐ２）を回転させるための少なくとも１つの電気モータ（Ｍ）と、
   前記液圧回路（１１）へと連結された少なくとも１つの液圧アクチュエータ（ＨＡ）と、
   前記液圧システムの動作を制御するための少なくとも１つの制御装置（ＣＵ）と
   を備える液圧システムにおいて、
   前記液圧システムは、２つの液圧ポンプ、すなわち、第１の液圧ポンプ（Ｐ１）と第２の液圧ポンプ（Ｐ２）とを備えることと、
   前記第１の液圧ポンプ（Ｐ１）は、第１の液圧ライン（１９ａ）によって前記液圧アクチュエータ（ＨＡ）の第１の作動圧力空間（２２ａ）に連結されることと、
   前記第２の液圧ポンプ（Ｐ２）は、第２の液圧ライン（１９ｂ）によって前記液圧アクチュエータ（ＨＡ）の第２の作動圧力空間（２２ｂ）に連結され、前記第１の作動圧力空間（２２ａ）および前記第２の圧力空間（２２ｂ）において広がる液圧流体の圧力が、前記液圧アクチュエータ（ＨＡ）の移動要素（２３）に向けて逆に方向付けられる力を引き起こすように構成されることと、
   前記液圧システムは、２つの前記液圧ポンプ（Ｐ１、Ｐ２）を同時に回転させるように構成される１つの共通の電気モータ（Ｍ）を備えることと、
   前記第１および第２の液圧ポンプ（Ｐ１、Ｐ２）は、前記第１の液圧ポンプ（Ｐ１）が圧力（Ｐ＋）を発生させるときに前記第２の液圧ポンプ（Ｐ２）が吸引（Ｐ−）を発生させるように、およびその逆も引き起こすように、逆のポンプ特性を有することと、
   前記液圧アクチュエータ（ＨＡ）の移動の速度および方向は、前記電気モータ（Ｍ）の回転の速度および方向を制御することで制御されるように構成されることと
   を特徴とする液圧システム。
2. 前記液圧システムは１つの単一の液圧アクチュエータ（ＨＡ）を備え、それによって、前記液圧システム全体が前記単一の液圧アクチュエータ（ＨＡ）を動作させるための専用とされることを特徴とする、請求項１に記載の液圧システム。
3. 前記共通の電気モータ（Ｍ）の回転の速度および方向は周波数変換器を用いて制御され、それによって前記液圧アクチュエータ（ＨＡ）は、周波数制御された前記電気モータ（Ｍ）を用いて間接的に制御され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。
4. 前記液圧アクチュエータ（ＨＡ）の移動の速度および方向は、前記共通の電気モータ（Ｍ）の回転の速度および方向に比例するように構成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の液圧システム。
5. 前記第１および第２の液圧ポンプ（Ｐ１、Ｐ２）は、前記共通の電気モータ（Ｍ）によって回転させられる同じ回転軸（１７）に連結されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の液圧システム。
6. 前記液圧アクチュエータの前記第１の作動圧力空間（２２ａ）の公称寸法は、前記第２の作動圧力空間（２２ｂ）の公称寸法より大きいことと、
   前記第１の液圧ポンプ（Ｐ１）は１回転当たりの第１の体積流量率を有し、前記第２の液圧ポンプ（Ｐ２）は、１回転当たりの前記第１の体積流量率より小さい１回転当たりの第２の体積流量率を有することと
   を特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の液圧システム。
7. 前記液圧回路（１１）は開回路システムであり、前記第１および第２のポンプの送出ポート（２１ａ、２１ｂ）が貯留部（２０）に連結されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の液圧システム。
8. 前記液圧システムは、運動エネルギーを液圧エネルギーへと変換し、前記液圧エネルギーを運動回転エネルギーへと変換し、さらには前記運動回転エネルギーを電気エネルギーへと変換するためのエネルギー回収特徴部が設けられることと、
   前記液圧ポンプ（Ｐ１、Ｐ２）の少なくとも一方は、排出された液圧流体の流れが前記ポンプを通じて前記貯留部（２０）まで流れるときに液圧モータとして供するように構成され、それによって前記液圧ポンプ（Ｐ１、Ｐ２）の回転が発生させられることと、
   前記液圧ポンプ（Ｐ１、Ｐ２）は、動力遮断されるときに発電機として供するように構成される前記共通の電気モータ（Ｍ）を回転させるように構成されることと、
   前記共通の電気モータ（Ｍ）の前記回転は電気エネルギーを発生させるように構成されることと
   を特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の液圧システム。
9. 前記第１および第２の液圧ライン（１９ａ、１９ｂ）は両方とも能動的に制御される弁がないことを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の液圧システム。
10. 移動運搬機（３）と、
    地下または地上の鉱山作業現場において採掘作業を実行するための少なくとも１つの採掘作業装置（５、１３、１５）と、
    前記採掘作業装置を移動させるための液圧システムと
    を備える移動採掘機械（２）において、
    前記液圧システムは先の請求項１から９に従い、専用とされた前記液圧システムに連結された前記液圧アクチュエータ（ＨＡ）の前記移動の速度および方向は、速度制御される前記電気モータ（Ｍ）を用いて制御されることを特徴とする移動採掘機械（２）。
11. 前記採掘機械（２）は、掘削ユニット（５）が設けられた少なくとも１つの掘削ブーム（４）を備える削岩リグ（１）であることと、
    前記掘削ブーム（４）は、前記掘削ブーム（４）を移動させるための少なくとも１つの液圧ブームシリンダ（９）を備えることと、
    専用とされた前記液圧システムに連結された言及した前記ブームシリンダ（９）の移動の速度および方向が、速度制御される前記電気モータ（Ｍ）を用いて制御されるように構成されることと
    を特徴とする、請求項１０に記載の採掘機械。
12. 前記採掘機械（２）は、２つのフレーム部品（６ａ、６ｂ）と、前記フレーム部品（６ａ、６ｂ）の間の操縦継手（７）とを備える、削岩リグ（１）、ホイールローダ（１２）、または運搬トラック（１４）などのフレーム操縦車両であることと、
    前記フレーム部品（６ａ、６ｂ）は、専用とされた前記液圧システムに連結された少なくとも１つの液圧操縦シリンダ（８）を用いて、互いに対する操縦の間に回転させられることと、
    少なくとも１つの前記操縦シリンダ（８）の移動の速度および方向が、速度制御される前記電気モータ（Ｍ）を用いて制御されるように構成されることと
    を特徴とする、請求項１０または１１に記載の採掘機械。
13. 前記採掘機械（２）は、少なくとも１つの昇降アームによって前記運搬機（３）に連結されるバケット（１３）を備えるホイールローダ（１２）であることと、
    前記昇降アームは、専用とされた前記液圧システムに連結された少なくとも１つの液圧昇降シリンダ（９）によって前記運搬機（３）に対して移動可能であることと、
    少なくとも１つの前記昇降シリンダ（９）の移動の速度および方向が、速度制御される前記電気モータ（Ｍ）を用いて制御されるように構成されることと
    を特徴とする、請求項１０または１２に記載の採掘機械。
14. 前記採掘機械（２）は、岩石物質を受け入れるための投下箱（１５）を備える運搬トラック（１４）であることと、
    前記投下箱（１５）は、専用とされた前記液圧システムに連結された少なくとも１つの液圧投下シリンダ（１６）を用いて前記運搬機（３）に対して移動可能であることと、
    少なくとも１つの前記投下シリンダ（１６）の移動の速度および方向が、速度制御される前記電気モータ（Ｍ）を用いて制御されるように構成されることと
    を特徴とする、請求項１０または１２に記載の採掘機械。
15. 液圧アクチュエータ（ＨＡ）を制御するための方法であって、
    電気モータ（Ｍ）を用いて作動させられる少なくとも１つの液圧ポンプ（Ｐ１、Ｐ２）を用いて液圧回路（１１）への液圧動力を発生させることと、
    前記液圧アクチュエータ（ＨＡ）の移動要素（２３）の移動の速度および方向を制御するために、液圧流体を前記液圧回路（１１）から前記液圧アクチュエータ（ＨＡ）の第１および第２の作動圧力空間（２２ａ、２２ｂ）へと送出および排出することと
    を含む方法において、
    専用とされた第１の液圧ポンプ（Ｐ１）を用いて、前記アクチュエータの前記第１の作動圧力空間（２２ａ）において広がる液圧動力に影響を与えることと、
    専用とされた第２の液圧ポンプ（Ｐ２）を用いて、前記第２の作動圧力空間（２２ｂ）において広がる液圧動力に影響を与えることと、
    １つの共通の速度制御される電気モータ（Ｍ）を用いて前記第１および第２の液圧ポンプ（Ｐ１、Ｐ２）を回転させることと、
    前記共通の電気モータ（Ｍ）の回転を制御することで前記液圧アクチュエータ（ＨＡ）の前記移動要素（２３）の移動の速度および方向を制御することと
    を含むことを特徴とする方法。

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