JP5112195B2

JP5112195B2 - 水門の油圧駆動システム及び水門

Info

Publication number: JP5112195B2
Application number: JP2008174256A
Authority: JP
Inventors: 一徳山内; 忠公伊藤
Original assignee: IHI Infrastructure Systems Co Ltd
Current assignee: IHI Infrastructure Systems Co Ltd
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2028-07-03
Also published as: JP2010013842A

Description

本発明は、水門の油圧駆動システム及び水門に関するものである。

この種の技術としては、特許文献１に記載された油圧シリンダシステム及び水門が知られている。この油圧シリンダシステムは、２方向に移動自在な油圧シリンダと、２方向に作動油を吐出自在な油圧ポンプと、前記油圧シリンダと前記油圧ポンプを接続する閉じた油圧回路と、前記油圧ポンプを回転駆動する電動機であるサーボモータと、該サーボモータを駆動するサーボアンプと、該サーボアンプを制御するコントローラとを有している。水門は、水路に略直角に配置されて略鉛直方向に昇降自在な扉体を備え、該扉体が前記油圧シリンダにより昇降されるようになっている。

特開２００４−９６８６７号公報

ところで、前記油圧シリンダシステムにおいては、サーボモータの回転方向、回転速度及び回転トルクが移動制御用サーボアンプ及びシステムコントローラにより電気的に制御されるようになっているため、油圧ポンプの出力を上げるには、サーボモータの回転数を上げる必要があり、サーボモータに過度の負担が掛かることから、サーボモータが発熱しやすく、耐久性の低下を招きやすい。また、冷却装置も必要となり設備も大型化する。

また、扉体の昇降のいずれの場合でも、油圧シリンダには下向きの荷重が作用する。従って、扉体を降下する場合、サーボモータの回転方向と下向き荷重による油圧ポンプの回転方向が同一であるため、サーボモータは下向き荷重にブレーキを掛けながら回転することになり、発電機として作用し、回生電流が発生する。

この回生電流がサーボモータ及びサーボアンプ内の抵抗部分の発熱をもたらし、焼損や劣化の原因になる。また、これを抑制するために、サーボアンプの外部に抵抗を設置する必要がある。

本発明は、前記事情を考慮してなされたものであり、電動機側の回転数及び回転方向を変えずに作動油の吐出方向及び吐出量を容易に制御することができ、電動機側の負担を軽減して発熱を抑制することができると共にその耐久性の向上が図れる水門の油圧駆動システム及び水門を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る水門の油圧駆動システムは、水路にこれを開閉すべく昇降自在又は水平軸回りに回動自在に設けられた水門の扉体と、この扉体を開閉するための２方向に回転自在な油圧モータと、２方向に作動油を吐出自在で且つ吐出量を制御可能な可変容量型ピストンポンプと、前記油圧モータと可変容量型ピストンポンプを接続する閉じた油圧回路と、前記可変容量型ピストンポンプの被駆動軸を一定の回転で駆動する電動機と、前記可変容量型ピストンポンプの吐出方向及び吐出量を制御する制御装置と、前記油圧回路における配管損傷等による圧力低下を検知可能とするために油圧回路内を所定のチャージ圧に保つチャージ圧用補助ポンプと、前記油圧回路内が所定のチャージ圧よりも低い圧力になった時に圧力低下異常を検知する圧力スイッチとを備えたことを特徴とする。

前記油圧回路には、前記電動機で駆動される前記可変容量型ピストンポンプが少なくとも２基並列に接続されていることが好ましい。

本発明によれば、油圧ポンプに代えて可変容量型ピストンポンプを用いたことにより、電動機側の回転数及び回転方向を変えずに作動油の吐出方向及び吐出量を容易に制御することができ、電動機側の負担を軽減して発熱を抑制することができると共にその耐久性の向上が図れ、しかも配管損傷等による圧力低下異常を検知することが可能となる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明の実施形態である水門を示す概略的正面図、図２は図１の概略的平面図、図３は図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。

これらの図において、１は水門として例示したライジングセクタゲートであり、水路２にこれを開閉すべく水平軸回りに回動自在に設けられた扉体３を備えている。扉体３は、シェル構造断面（閉断面）であり、その両端部には中心軸４の回りに回転する円板５が設けられている。扉体３の両端の円板５は、水路２の両岸のピア（岸壁、門柱等）６に固定された中心軸４に回転自在に支持されている。一方のピア６には扉体３を開閉する油圧式開閉装置として油圧駆動システム７が設置されている。

油圧駆動システム７側の扉体３の円板５には周方向に沿ってピンラック８が設けられ、このピンラック８には油圧駆動システム７を構成する油圧モータ９に取付けられたピニオン１０が噛合されている。扉体３の開閉を行うために、油圧モータ９が複数例えば１〜４個（図示例では３個）使用されている。ピア６には操作室１１が設置され、この操作室１１内に油圧駆動システム７が設置されている。

図４は水門の油圧駆動システムの実施形態を示す構成図である。この油圧駆動システム７は、前記扉体３を回動（開閉）するための２方向に回転自在な油圧モータ９と、２方向に作動油を吐出自在で且つ吐出量を制御可能な可変容量型ピストンポンプ１２と、前記油圧モータ９と可変容量型ピストンポンプ１２を接続する閉じた油圧回路１３と、前記可変容量型ピストンポンプ１２の被駆動軸１４を一定の回転で駆動する電動機１５と、前記可変容量型ピストンポンプ１２の吐出方向及び吐出量を制御する制御装置１６とを備えている。電動機１５は、その出力軸１５ａが一定の回転（回転方向及び回転数）で回転して前記可変容量型ピストンポンプ１２の被駆動軸１４を駆動するようになっている。

可変容量型ピストンポンプ（以下、単にピストンポンプともいう。）１２としては、既存のものが用いられるため、具体的構造の説明は省略する。このピストンポンプ１２は、ポートを２つ有し、被操作部である斜板（スラストプレート）１７を操作部１８により操作することにより吐出方向の切り換え及び吐出量の増減ができるようになっている。油圧モータ９の一方のポートとピストンポンプ１２の一方のポートが一方の配管（Ａライン）１３ａで接続され、油圧モータ９の他方のポートとピストンポンプ１２の他方のポートが他方の配管（Ｂライン）１３ｂで接続されている。因みに、扉体３を閉じる場合には、Ａライン１３ａが吐出側でＢライン１３ｂが戻り側となり、逆に扉体３を開ける場合には、Ｂライン１３ｂが吐出側でＡライン１３ａが戻り側となる。

図示例では、１個の油圧モータ９が示され、残りの油圧モータは図示省略されているが、具体的にはＡライン１３ａとＢライン１３ｂとの間には複数の油圧モータ９が並列に接続されている（図示省略）。各油圧モータ９には扉体３を所望の開度位置で固定するためのディスクブレーキ（制動装置）１９が設けられている。このディスクブレーキ１９は、内蔵するバネの付勢力で油圧モータ９を制動してその回転を止め、バネの付勢力に抗して油圧を作用させることにより制動を解除して油圧モータ９の回転を許容するようになっている。

前記油圧回路１３の場合、扉体３の閉操作時（無負荷運転時）には、作動油を図４において時計回りに送るだけで圧力を上げずに運転することになり、作動油を送るＡライン１３ａの圧力がほとんど上がらないため、配管損傷等を圧力低下で検知することが困難である。そこで、この問題を解消するために、前記油圧回路１３内（Ａライン及びＢライン）を所定のチャージ圧（少なくとも２．５ＭＰａ以上）に保つために、チャージ圧用補助ポンプ２０が設けられ、且つ油圧回路１３には圧力低下を検出するための圧力スイッチ（圧力低下異常センサ）２１が設けられている。

この圧力スイッチ２１は、油圧回路１３内の圧力が所定の圧力（例えば、１．５ＭＰａ）を超えるとＯＮして油圧回路１３内の油圧が確立したことを検知できると共に、油圧回路１３内の圧力が所定の圧力（例えば、１．５ＭＰａ）を下回るとＯＦＦして圧力低下異常を検知できるようになっている。前記チャージ圧用補助ポンプ２０の被駆動軸２０ａは前記ピストンポンプ１２の被駆動軸１４に接続され、前記電動機１５によりピストンポンプ１２と共に駆動されるようになっていることが好ましく、これにより構造及び制御の簡素化が図られている。

前記油圧回路１３における油圧モータ９側のＡライン１３ａとＢライン１３ｂには、扉体開閉操作用のパイロットチェック弁２２ａ，２２ｂがそれぞれ設けられ、これらパイロットチェック弁２２ａ，２２ｂよりも油圧モータ９側のＡライン１３ａとＢライン１３ｂには例えば２５ＭＰａ以上でＯＮする高圧異常検知用の圧力スイッチ（高圧異常センサ）２３が設けられている。また、Ａライン１３ａとＢライン１３ｂ間に介設されたバイパスライン２４にはストップ弁２５が設けられている。前記パイロットチェック弁２２ａ，２２ｂよりもピストンポンプ１２側のＡライン１３ａとＢライン１３ｂ間には、例えば２．５ＭＰａ以上の余剰の作動油を排出ライン２６を介して貯油タンク２７に排出するための排出弁機構２８が接続され、その排出ライン２６にはラインフィルタ２９が設けられている。

前記チャージ圧は、他の圧力源、例えば前記ピストンポンプ１２の操作部１８用、前記パイロットチェック弁２２ａ，２２ｂの作動・非作動切換え用及びディスクブレーキ１９の解除用の圧力源として用いられている。チャージ圧用補助ポンプ２０の吸引ポートは吸引管３０及びサクションフィルタ３１を介して貯油タンク２７に接続され、チャージ圧用補助ポンプ２０の吐出ポートには吐出管３２を介して３つに分岐管３３，３４，３５が接続されている。

先ず、第１の分岐管３３は、ピストンポンプ１２近傍のＡライン１３ａ及びＢライン１３ｂを結ぶ循環補償ライン３６に接続されている。この循環補償ライン３６には一対のチェック弁３７と一対のリリーフ弁３８が設けられている。また、第１の分岐管３３には操作部１８に作動油を供給するライン３９が分岐されていると共に、所定圧の作動油を貯油タンク２７に排出するリリーフ弁４０が設けられている。なお、４１は前記ライン３９に設けられた絞り、４２はＡライン１３ａとＢライン１３ｂ間に設けられたシャトル弁、４３はシャトル弁４２からの作動油により作動されるリリーフ弁である。

第２の分岐管３４は、切換えライン４４を介して前記パイロットチェック弁２２ａ，２２ｂの作動・非作動を切換えるための電磁切換弁４５に接続されている。パイロットチェック弁２２ａ，２２ｂが作動状態の時は油圧モータ９に作動油を循環させることができず、この場合、ピストンポンプ１２からの作動油は循環補償ライン３６を介して循環することになるが、パイロットチェック弁２２ａ，２２ｂが非作動状態の時は油圧モータ９に作動油を循環させることができる。

第３の分岐管３５は、ブレーキ操作ライン４６を介して前記ディスクブレーキ１９を操作するための電磁切換弁４７に接続されている。ブレーキ操作ライン４６には、例えば５ＭＰａでＯＮするブレーキ開放圧確認スイッチ４８が設けられている。

切換えライン４４及びブレーキ操作ライン４６から開放された作動油は排出ライン４９を介して貯油タンク２７に排出される。前記ピストンポンプ１２には漏れ油を貯油タンク２７内に排出するドレインライン５０が接続され、このドレインライン５０は排出ライン２６のラインフィルタ２９の上流に接続されている。また、油圧モータ９には漏れ油をチェック弁５１を介して貯油タンク２７内に排出するドレインライン５２が接続されている。

以上の構成からなる水門１の油圧式開閉装置である油圧駆動システム７ないし水門１によれば、先ず油圧回路１３が閉回路であるため、回路をシンプルにできると共に、両方向に作動油を送ることができ、扉体３の開閉を円滑に行うことができる。特に、油圧ポンプとして可変容量型ピストンポンプ１２を使用しているため、電動機１５を一定の回転にしたままピストンポンプ１２側の制御のみで吐出方向及び吐出量を容易に制御することができる。このため、サーボモータ使用時に問題となった回生抵抗による電動機１５の発熱の問題はない。また、回路の構成機器が減ることで、抵抗による作動油の発熱を抑えることができる。

また、ピストンポンプ１２側の制御のみで吐出方向及び吐出量を迅速且つ容易に制御することができるため、扉体開閉時の変速を迅速且つ容易に行うことができ、緩起動及び緩停止（全閉時の衝撃の緩和や閉操作時における自走の抑制）が可能となる。また、メンテナンス時の高速運転も可能となり、メンテナンス工期の短縮が図れる。

更に、チャージ圧用補助ポンプ２０を設けることにより、油圧回路１３が常にチャージ圧以上に保たれているため、閉操作時においても、作動油を送る側のＡライン１３ａが負圧になることがなく、チャージ圧で維持されている。このため、チャージ圧例えば２．５ＭＰａよりも低い圧力例えば１．５ＭＰａ以下で圧力スイッチ２１を設定しておけば、配管損傷等による圧力低下を検知することが可能となる。

図５は水門の油圧駆動システムの他の実施形態を示す構成図である。本実施形態において、前記図４の実施形態と同一部分は同一符号を付して説明を省略する。本実施形態の油圧回路１３には、前記電動機１５で駆動される前記可変容量型ピストンポンプ１２が少なくとも２基並列に接続されている。なお、図５中の符号５３は、ブレーキ操作ライン４６と二つの電磁切換弁４７，４７を接続するシャトル弁である。本実施形態の水門の油圧駆動システム７ないしこの油圧駆動システム７を備えた水門によれば、図１の実施形態と同様の作用効果が得られる他に、電動機１５で駆動される前記可変容量型ピストンポンプ１２が少なくとも２基並列に接続されているため、一方の動力源が故障した時のバックアップが可能となるだけでなく、緊急時の高速モードが可能となる。

以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更が可能である。

本発明の実施形態である水門を示す概略的正面図である。図１の概略的平面図である。図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。水門の油圧駆動システムの実施形態を示す構成図である。水門の油圧駆動システムの他の実施形態を示す構成図である。

符号の説明

１水門
２水路
３扉体
９油圧モータ
１２可変容量型ピストンポンプ
１３油圧回路
１４被駆動軸
１５電動機
１６制御装置

Claims

水路にこれを開閉すべく昇降自在又は水平軸回りに回動自在に設けられた水門の扉体と、この扉体を開閉するための２方向に回転自在な油圧モータと、２方向に作動油を吐出自在で且つ吐出量を制御可能な可変容量型ピストンポンプと、前記油圧モータと可変容量型ピストンポンプを接続する閉じた油圧回路と、前記可変容量型ピストンポンプの被駆動軸を一定の回転で駆動する電動機と、前記可変容量型ピストンポンプの吐出方向及び吐出量を制御する制御装置と、前記油圧回路における配管損傷等による圧力低下を検知可能とするために油圧回路内を所定のチャージ圧に保つチャージ圧用補助ポンプと、前記油圧回路内が所定のチャージ圧よりも低い圧力になった時に圧力低下異常を検知する圧力スイッチとを備えたことを特徴とする水門の油圧駆動システム。
前記油圧回路には、前記電動機で駆動される前記可変容量型ピストンポンプが少なくとも２基並列に接続されていることを特徴とする請求項１記載の水門の油圧駆動システム。