JP5834132B2

JP5834132B2 - 作業機械のジブの持ち上げシステム及び持ち上げ方法、並びに作業機械

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Publication number: JP5834132B2
Application number: JP2014500232A
Authority: JP
Inventors: 楊双来
Original assignee: 楊双来
Priority date: 2011-03-21
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2015-12-16
Anticipated expiration: 2031-12-26
Also published as: MX346797B; WO2012126266A1; BR112013024200A2; RU2558712C2; EP2690292A4; US9638217B2; KR101630733B1; PE20141415A1; US20140000250A1; EP2690292A1; EP2690292B1; JP2014510211A; MX2013010836A; RU2013146691A; KR20130137211A

Description

本発明は、作業機械のジブの持ち上げシステム、該持ち上げシステムを用いた作業機械のジブの持ち上げ方法、及び該システムを備えた作業機械に関する。

掘削機、ローダ・ドーザ（ｌｏａｄｅｒｄｏｚｅｒ）、クレーン等の作業機械は、ジブの昇降を用いて作業を行う。既存のジブ持ち上げシステムでは、ジブの重量が非常に大きいので、ジブが上昇する際は、作業機械の動力系により大きな力を発生する必要があるため、エネルギー消費量が大きく、ジブの持ち上げ速度は比較的小さくなる。ジブが降下する際は、ジブの重力位置エネルギーが無駄になることが多く、有効利用することができない。ジブ降下時の重力位置エネルギーを再利用できるシステムも開発されているが、こうしたシステムは構成が複雑であり、操作が不便であると共に、回収したエネルギーを効果的に放出してジブを素早く持ち上げることができない。

本発明は、先行技術における上述の問題を解決すること、すなわち、構造が簡単で、操作し易く、省エネルギーで、ジブ降下時に発生する重力位置エネルギーを有効に回収及び利用してジブを素早く持ち上げることができるジブの持ち上げシステムを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、作業機械のジブの持ち上げシステムであって、前記ジブの上昇時に前記蓄積したエネルギーを用いて前記ジブを持ち上げるために用いられ、エネルギー蓄積シリンダとアキュムレータを含むエネルギー蓄積装置であって、エネルギー蓄積シリンダが、エネルギー蓄積ピストンにより分離されたエネルギー蓄積シリンダ用上部チャンバ及びエネルギー蓄積シリンダ用下部チャンバと、前記ジブに操作可能に接続されたエネルギー蓄積ピストン棒とを備え、アキュムレータの上部空間は加圧ガスで満たされ、アキュムレータの下部空間は加圧作動油で満たされると共に前記エネルギー蓄積シリンダ用下部チャンバと流体的に連通している、前記エネルギー蓄積装置と、ジブの持ち上げを制御する制御シリンダであって、制御ピストンにより分離された制御シリンダ用上部チャンバ及び制御シリンダ用下部チャンバと、前記ジブに操作可能に接続された制御ピストン棒とを備える制御シリンダと、ディストリビュータを介して前記制御シリンダ用上部チャンバ又は前記制御シリンダ用下部チャンバへ加圧作動油を選択的に供給する油圧ポンプであって、該油圧ポンプが前記ディストリビュータを介して前記制御シリンダ用上部チャンバへ前記加圧作動油を供給すると、前記制御ピストン棒に駆動されて前記ジブが降下し、前記ジブの重量により前記エネルギー蓄積シリンダの前記エネルギー蓄積ピストン棒が押されて、前記エネルギー蓄積シリンダ用下部チャンバ内の前記作動油が前記アキュムレータの下部空間へ押し込まれ、これにより前記ジブの重力位置エネルギーを回収するように前記アキュムレータの上部空間内の前記ガスが圧縮されると共に、前記油圧ポンプが前記ディストリビュータを介して前記制御シリンダ用下部チャンバへ前記加圧作動油を供給すると、前記制御ピストン棒に駆動されて前記ジブが上昇して前記エネルギー蓄積ピストン棒を持ち上げることにより、前記アキュムレータの上部空間内の前記圧縮されたガスによって前記アキュムレータの下部空間内の前記作動油が前記エネルギー蓄積シリンダ用下部チャンバ内へ押し込まれ、これにより前記回収されたエネルギーが放出され、エネルギー蓄積ピストン棒を押して前記ジブを上方へ持ち上げる油圧ポンプと、を備えることを特徴とする持ち上げシステムを提供する。

従って、本発明は、さらに、ジブと上述のジブ持ち上げシステムとを備えることを特徴とする作業機械を提供する。

本発明の別の態様は、上述のジブ持ち上げシステムを用いた作業機械のジブの持ち上げ方法であって、前記アキュムレータの上部空間を前記加圧ガスで満たすと共に、前記アキュムレータの下部空間及び前記アキュムレータの下部空間と流体的に連通する前記エネルギー蓄積シリンダ用下部チャンバを前記加圧作動油で満たすこと、前記油圧ポンプに、前記ディストリビュータを介して前記制御シリンダ用上部チャンバへ加圧作動油を供給させることで、前記制御ピストン棒に駆動されて前記ジブが下降することにより、前記ジブの重量によって前記エネルギー蓄積シリンダの前記エネルギー蓄積ピストン棒が押されて前記エネルギー蓄積シリンダ用下部チャンバ内の前記作動油が前記アキュムレータの下部空間へ押し込まれ、これにより前記ジブの重力位置エネルギーを回収するように前記アキュムレータの上部空間内の前記ガスが圧縮されるようにすること、および、前記油圧ポンプに、前記ディストリビュータを介して前記制御シリンダ用下部チャンバへ加圧作動油を供給させることで、前記制御ピストン棒に駆動されて前記ジブが上昇して前記エネルギー蓄積ピストン棒を持ち上げることにより、前記アキュムレータの上部空間内の前記圧縮されたガスが前記アキュムレータの下部空間内の前記作動油を前記エネルギー蓄積シリンダ用下部チャンバへ押し込み、その結果、前記回収されたエネルギーが放出され、前記エネルギー蓄積ピストン棒を押して前記ジブを上方へ持ち上げるようにすること、を備えることを特徴とする方法を提供する。

本発明では、ジブの自重を、アキュムレータとエネルギー蓄積シリンダとからなるエネルギー蓄積装置が蓄積したエネルギーを用いて十分に相殺するが、このときアキュムレータ及びエネルギー蓄積シリンダは、それ自体で完全な閉システムを構成する。この閉システムは、制御弁なしでエネルギーの蓄積及び放出だけを行い、漏れが発生しない限り動作し続けることができる。その結果、先行技術と比べて、作業機械の油圧動力系は、独力で持ち上げを行うことがなくなると共に、本システムは、制御シリンダを介してジブの持ち上げを制御し、推力の一部を提供する。従って、本発明のジブ持ち上げシステムは、構造が簡単で、組み立て及び取り扱いが易しく、信頼性及び耐久性があり、また、エネルギーを節約すると共にジブの作業効率を向上することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る作業機械のジブの持ち上げシステムの概略図である。

掘削機のジブ１を例として、本発明のジブ持ち上げシステムの一実施形態を図１に示す。この掘削機は、ジブ１の先端に取り付けたシャベルを用いて重量物３を掘削し運搬することで、作業を行う。ジブ持ち上げシステムは、ジブ１の下方に取り付けた３つのシリンダを含む。ジブ１の下方に接続された１つのシリンダは、制御シリンダ１２であり、制御シリンダ１２の両側でジブ１の両側に接続された他の２つのシリンダは、２つのエネルギー蓄積シリンダ４である。各シリンダは、シリンダ本体と、ピストンと、ピストン棒とを備え、各ピストン２２及び１３により上チャンバ及び下チャンバの２つに分割されている。チャンバは作動油で満たされており、ピストン及びピストン棒を押圧移動する。３つのシリンダは並んで配置されている。シリンダの下端は掘削機のシャーシに固定され、上端は各ピストン棒を介してジブ１に接続される。

エネルギー蓄積シリンダ４の下チャンバ４ｂは、パイプライン１７及び６を介してアキュムレータ７に接続してもよい。アキュムレータ７とエネルギー蓄積シリンダ４とで、エネルギー蓄積装置を構成する。１又は複数のアキュムレータ７を、エネルギー蓄積シリンダ４と連通するように取り付けてもよい。この実施形態では、アキュムレータ７の上部空間は加圧ガス２０で満たされており、アキュムレータ７の下部空間は加圧作動油１９で満たされている。ガス充填装置２１（この実施形態では、インフレーション弁）及び油圧タンクを有する油圧ポンプステーション５を、アキュムレータ７とエネルギー蓄積シリンダ４の下チャンバを接続するパイプライン６に接続してもよい。ガス充填装置２１及び油圧ポンプステーション５は、加圧ガス及び加圧作動油をそれぞれアキュムレータ７及びエネルギー蓄積シリンダ４ｂの下チャンバへ供給するために用いられる。また、作動油は動作中に発熱する場合があるため、放熱器２９をパイプライン６に接続して作動油の放熱を行い、作動油を常温に保ってもよい。制御シリンダ１２は、油圧パイプライン２７を介して、掘削機のエンジン８が駆動する油圧系に接続してもよい。この実施形態では、該油圧系は、油圧ポンプ９である。油圧ポンプ９は、ディストリビュータ１０を備えてもよい。油圧ポンプ９は、ディストリビュータ１０及び油圧パイプライン２７を介してそれぞれ制御シリンダ１２の上チャンバ１２ａ及び下チャンバ１２ｂと流体的に連通している。ディストリビュータ１０は、掘削機の運転手からの信号又は運転手の手動操作に応じて、油圧ポンプ９に、制御シリンダ１２の上チャンバ１２ａ又は下チャンバ１２ｂへ選択的に加圧作動油を供給させてもよい。

この実施形態では、図１に示すように、コントローラ１１を設けてもよい。コントローラ１１は、油圧パイプライン２７、２７、２８、及び油戻しパイプライン２５を介して、それぞれ油圧ポンプ９のディストリビュータ１０、制御シリンダ１２の上チャンバ１２ａ、エネルギー蓄積シリンダ４の上チャンバ４ａ、及び油圧ポンプステーション５の油圧タンクに接続されており、油圧ポンプ９のディストリビュータ１０、制御シリンダ１２の上チャンバ１２ａ、エネルギー蓄積シリンダ４の上チャンバ４ａ、及び油圧ポンプステーション５の間の流体的な連通を選択的に開閉する。通常、コントローラ１１は、ディストリビュータ１０から制御シリンダ１２の上チャンバ１２ａへの経路を開放することにより、油圧ポンプ９がディストリビュータ１０を介して制御シリンダ１２の上チャンバ１２ａへ作動油を供給する際に、油圧ポンプ９がディストリビュータ１０及びコントローラ１１を介して制御シリンダ１２の上チャンバ１２ａへ作動油を供給できるようにしている。コントローラ１１の他の動作については後述する。

以下、本発明の上述の実施形態に係るジブ持ち上げシステムを用いてジブ１を昇降させる方法を説明する。

ジブ持ち上げシステムでは、ジブ１を昇降させる前に、まず予圧が行われる。図１に示すように、まず、パイプライン６に設けた弁１４を開き、パイプライン６に取り付けたインフレーション弁を用いて、例えば窒素ガス等のガスを、パイプライン６を介してアキュムレータ７に充填する。その間、油圧ポンプステーション５の弁２４は閉止して、パイプライン６及び油圧ポンプステーション５を介してガスが流出するのを防止する。ガス圧が一定のレベルに達したら、ガスの充填を停止し、インフレーション弁２１を閉じる。次いで、弁２４を開き、油圧ポンプステーション５を動作させて、一方向弁１５を介してアキュムレータ７及びそれに接続されたエネルギー蓄積シリンダ４の下チャンバに作動油を充填する。これに伴い、作動油によって、パイプライン６及び１７並びにエネルギー蓄積シリンダ４の下チャンバ内のガスが弁２４を介して排気される。パイプライン６に取り付けた油圧ゲージ１６の圧力値が一定の要件に達したら、油圧ポンプステーション５をオフにして、作動油の充填を停止する。この時、アキュムレータ７の上部空間は加圧ガス２０で満たされており、アキュムレータ７の下部空間及びアキュムレータ７の下部空間と流体的に連通するエネルギー蓄積シリンダの下チャンバ４ｂは加圧作動油１９で満たされている（ガス２０は比重が比較的低く、作動油１９は比重が比較的高いため、ガス２０は常にアキュムレータ７の上部空間に滞留し、作動油１９は常に下部空間に滞留する）。アキュムレータ７及びエネルギー蓄積シリンダの下チャンバ４ｂ内には圧力が掛かっているが、この圧力を、アキュムレータ７内の作動油によりエネルギー蓄積シリンダ４のピストン棒２に加わる力と、ジブ１の重量によりピストン棒２に加わる力が十分につり合うように設定してもよい。

上述の様にガス及び作動油を充填して予圧した後、アキュムレータ７とエネルギー蓄積シリンダ４とで構成するエネルギー蓄積装置は閉システムとなるが、この閉システムは、漏れが発生しない限り、ガス及び作動油を再充填することなしに動作し続けることができる。漏れが発生したとしても、ガス充填装置２１及び油圧ポンプステーション５を用いてアキュムレータ７及びエネルギー蓄積シリンダ４の下チャンバ４ｂに加圧ガス及び加圧作動油を補填することで、アキュムレータ７内の作動油によりエネルギー蓄積シリンダ４のピストン棒２に加わる力と、ジブ１の重量によりピストン棒２に加わる力を十分につり合わせることができる。

上述の予圧の後、ジブ持ち上げシステムを使用して、ジブ１を昇降させることができる。まず、エンジン８を始動して、油圧系（油圧ポンプ９）を作動させる。ジブ１を降下させたい場合、作業機械の運転手は、操作レバーを押して、油圧ポンプ９のディストリビュータ１０へ信号を送る。次いで、ディストリビュータ１０が制御シリンダ１２の上チャンバへ作動油を送り込むことで、制御シリンダ１２のピストン棒２３が降下し、これによりジブ１が降下する。この時、ジブ１（及び重量物３）の重量は、全てエネルギー蓄積シリンダ４に加わる。従って、ジブの自重による降下中に発生する位置エネルギーは、エネルギー蓄積シリンダ４を動かすのに利用される。その結果、エネルギー蓄積シリンダ４のピストン棒の下の作動油が圧縮され、圧力が上昇し始めるため、エネルギー蓄積シリンダ４のピストン棒の下の作動油は、パイプライン６を介してアキュムレータ７底部の油注入口からアキュムレータ７の内部へと流入する。作動油がアキュムレータ７底部の油流入口からアキュムレータ７の内部へと流入するのに伴い、アキュムレータ７の内部ガス空間が減少するため、アキュムレータ７の上部空間のガス２０は圧縮されて、エネルギー蓄積の目的を達する。ジブ１を上昇させたい場合、作業機械の運転手は、操作レバーを押して油圧系のディストリビュータ１０へ信号を送る。ディストリビュータ１０が制御シリンダ１２の下チャンバへ作動油を送り込むことで、制御シリンダ１２のピストン棒２３が上昇し、これによりジブ１が上昇する。このようにして、エネルギー蓄積シリンダ４の下チャンバ内の作動油とアキュムレータ７内の作動油との圧力の均衡が破られる。この時までに、エネルギー蓄積シリンダ４の下チャンバの内圧は減少し始めており、アキュムレータ７内部の作動油の圧力が、エネルギー蓄積シリンダ４の下チャンバ内の圧力より高くなっている。そのため、アキュムレータ７内の高圧の作動油１９は、パイプライン６を介してエネルギー蓄積シリンダ４の下チャンバへと流入し、エネルギー蓄積シリンダ４のピストン棒２が押し上げられるため、ジブ１は素早く簡単に上昇する。

先行技術では、エンジン８の油圧系９及び１０の力によってジブ１を垂直往復運動させていたが、本発明では、アキュムレータ７とエネルギー蓄積シリンダ４を用いてジブ１の重量及び重量物３の重量を相殺する。これにより、エンジン８の油圧ポンプ９及びディストリビュータ１０は、独力でジブ１の持ち上げを行うのではなく、ジブ１の垂直往復運動を制御すると共に駆動力の一部を提供するようになる。本発明の特徴の一つは、制御シリンダ１２を用いてジブの昇降を制御することである。別の特徴は、ジブ１のエネルギー蓄積シリンダ４及びアキュムレータ７を用いてエネルギーを蓄積することである。アキュムレータ７及びエネルギー蓄積シリンダ４自体は制御弁を有しておらず、単にエネルギーを蓄積して放出することで、ジブ１の重量とアキュムレータ７内の圧力を十分につり合わせている。その結果、油圧ポンプ９が制御シリンダ１２に提供するジブ１の持ち上げに必要な油圧動力を減らすことができ、これにより、先行技術に比べてエンジン８の燃料消費量を抑えると共にジブ１の持ち上げをスピードアップすることができる。すなわち、本発明によると、アキュムレータ７は、エネルギー蓄積シリンダ４と協力して、降下時のジブ１の自重による重力位置エネルギーを蓄積すると共に、蓄積したエネルギーをジブ１の上昇時に放出することで、上昇を支援しスピードアップする。このようにして、ジブ１の降下時の重力位置エネルギーを効果的に回収して利用すると共に、作業機械の作業効率を向上することができる。

さらに、エネルギー蓄積シリンダ４とアキュムレータ７とで構成するエネルギー蓄積装置は、主油圧系９に接続されておらず、ジブ１の自重を相殺するために別個に設けられた機構である。ジブ１の昇降時に消費されるジブ１の自重分のエネルギーの大きさを考慮する必要がないため、ジブ１を重くしてジブ１の強度を補強することができる。

本発明に係るジブ持ち上げシステムは、構造が簡単で、組み立てが容易であり、使用時の信頼性及び耐久性が高く、取り扱いが簡易であるため、優れた省エネルギー効果が得られる。

次に、コントローラ１１の具体的な操作について説明する。制御シリンダ１２の制御によりジブ１が上昇する間、コントローラ１１は、エネルギー蓄積シリンダ４の上チャンバ４ａから油圧ポンプステーション５の油圧タンクへの経路を開放することで、エネルギー蓄積シリンダ４ａの上チャンバ４ａ内の作動油が、コントローラ１１の指示に従って油戻しパイプライン２５を介して油圧タンクへ戻れるようにする。制御シリンダ１２がジブ１を降下させると、エネルギー蓄積シリンダ４内のピストン１３が降下し始め、エネルギー蓄積シリンダ４の上チャンバ４ａの圧力が低下して、油圧ポンプステーション５の油圧タンクからコントローラ１１を介して上チャンバ４ａへ作動油が引き込まれる。制御シリンダ１２がジブ１を下降させる際にさらに力が必要な場合（すなわち、制御シリンダ１２の上チャンバの圧力による駆動力では不十分な場合）、制御シリンダの上チャンバの圧力が上昇する。この時点までに、コントローラ１１へ信号を送って、エネルギー蓄積シリンダ４の上チャンバから油圧ポンプステーション５の油圧タンクへの経路を閉じ、同時にディストリビュータ１０からエネルギー蓄積シリンダ４の上チャンバへの経路を開放することにより、油圧ポンプ９から供給される加圧作動油がディストリビュータ１０及びコントローラ１１を介してエネルギー蓄積シリンダ４の上チャンバへ送り込まれるようにしてもよい。つまり、この時、コントローラ１１は、エネルギー蓄積シリンダ４の上チャンバと制御シリンダ１２の上チャンバを並列に連通させる。これにより、制御シリンダ１２の上チャンバの面積から複数のシリンダの上チャンバの面積へと作用面積が増加するため、シリンダの上チャンバによる推力が増加すると共にシリンダのピストンが押し下げられて、ジブ１を降下させるように作用する力が増加する。例えば、パイプライン２７又は制御シリンダの上チャンバに配置したセンサ２６が、制御シリンダ１２の上チャンバ１２ａ内の圧力が所定の値を上回ったことを検出した場合は、より大きな押し下げ力が必要なので、センサ２６は信号を送って、制御シリンダ１２の上チャンバとエネルギー蓄積シリンダ４の上チャンバを連通させてジブ１の降下を支援するようにコントローラ１１に通知する。

なお、コントローラ１１を含まない実施形態もある。例えば、ディストリビュータ１０によって制御シリンダ１２の上チャンバへ作動油を直接供給する場合は、エネルギー蓄積シリンダ４の上チャンバ及び油圧ポンプステーション５の油圧タンクを、コントローラ１１を介さず互いに直接連通させる。別の実施形態では、ディストリビュータ１０によって、制御シリンダ１２の上チャンバ及びエネルギー蓄積シリンダ４の上チャンバへ並行して作動油を直接供給する。また、ディストリビュータ１０がエネルギー蓄積シリンダ４の上チャンバへ作動油を直接供給すると共に、制御シリンダ１２の上チャンバ及び油圧タンクについてはコントローラ１１を介さず互いに直接連通させてもよい。いずれの方法でも、ジブ１の持ち上げを制御する効果が得られるが、ジブ１を昇降させる速度及び推力はコントローラ１１を有する場合ほど良好ではない。

ジブ１は、作業機械の作業が終了するまで、昇降を交互に繰り返す。機械を停止する場合は、アキュムレータ７内の加圧作動油がジブを押して、手動操作なしにひとりでにジブを押し上げてしまうことがないよう、パイプライン６の弁１４を閉じてもよい。また、安全性やアキュムレータ交換時の利便性を向上するために、アキュムレータ７に個別の弁１８を設けてもよい。

ジブ１が昇降する作業プロセス中、アキュムレータ７とエネルギー蓄積シリンダ４とで構成する閉システム内の圧力は、ジブ１の持ち上げによって変動する。しかし、ジブ１の重量に起因してエネルギー蓄積シリンダのピストン棒に加わる力が、ジブの持ち上げに伴って変動するため、アキュムレータ７内の作動油によってエネルギー蓄積シリンダのピストン棒に加わる力と、ジブ１の重量によりエネルギー蓄積シリンダのピストン棒に加わる力とは、常に十分なつり合いが保たれる。その結果、エンジンの油圧系の提供する力及びエネルギーが節約される。なお、アキュムレータ７とエネルギー蓄積シリンダ４とで構成する閉システム内の圧力の大きさは、必要に応じて（例えば、ガス充填装置２１及び／又は油圧ポンプステーション５によるガス及び／又は油の充填や放出により）調整してもよい。

以上、本発明の実施形態を説明してきたが、エネルギー蓄積シリンダ及び制御シリンダの数や、その相対位置の組み合わせは、上述の実施形態に限定されるものではない。任意の適当な数（例えば、１又は２以上）のエネルギー蓄積シリンダと任意の適当な数（例えば、１又は２以上）の制御シリンダを、ジブ１の片側、中央、又は両側に設けてもよい。エネルギー蓄積シリンダと制御シリンダは、位置を入れ替えて動作してもよい。

本発明では、ジブの自重を、アキュムレータとエネルギー蓄積シリンダとからなるエネルギー蓄積装置が蓄積したエネルギーを用いて十分に相殺するが、このときアキュムレータ及びエネルギー蓄積シリンダは、それ自身で完全な閉システムを構成する。この閉システムは、制御弁なしでエネルギーの蓄積と放出だけを行い、漏れが発生しない限り動作し続けることができる。その結果、先行技術と比べて、作業機械の(エンジンで駆動される)油圧動力系は、独力で持ち上げを行うことがなくなると共に、本システムは、制御シリンダを介してジブの持ち上げを制御し、推力の一部を提供する。従って、本発明のジブ持ち上げシステムは、構造が簡単で、組み立て及び取り扱いが易しく、信頼性及び耐久性があり、また、エネルギーを節約すると共にジブの作業効率を向上することができる。

本発明のジブ持ち上げシステムは、例えば掘削機、ローダ・ドーザ、クレーン等のジブを有する任意の作業機械に適用可能である。

当業者においては、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、上に開示した実施形態に対して様々な変更や修正を行うことができることは明らかである。本明細書に開示の本発明の実施によれば、本発明の他の実施形態も当業者には明らかとなろう。本明細書及びその開示例はあくまでも例示的なものと解釈されるべきであり、本発明の真の範囲は添付の特許請求の範囲に規定されるものである。

１ジブ
２エネルギー蓄積シリンダのピストン棒
３重量物
４エネルギー蓄積シリンダ
４ａエネルギー蓄積シリンダの上チャンバ
４ｂエネルギー蓄積シリンダの下チャンバ
５油圧タンクを有する油圧ポンプステーション
６パイプライン
７アキュムレータ
８エンジン
９油圧ポンプ
１０ディストリビュータ
１１コントローラ
１２制御シリンダ
１２ａ制御シリンダの上チャンバ
１２ｂ制御シリンダの下チャンバ
１３エネルギー蓄積シリンダのピストン
１４弁
１５一方向弁
１６油圧ゲージ
１７パイプライン
１８弁
１９作動油
２０ガス
２１ガス充填装置（インフレーション弁）
２２制御シリンダのピストン
２３制御シリンダのピストン棒
２４弁
２５油戻しパイプライン
２６センサ
２７油圧パイプライン
２８油圧パイプライン
２９放熱器

Claims

作業機械のジブ（１）の持ち上げシステムであって、
前記ジブ（１）の下降時の重力位置エネルギーを蓄積し、前記ジブ（１）の上昇時に前記蓄積したエネルギーを用いて前記ジブを持ち上げるために用いられ、エネルギー蓄積シリンダ（４）とアキュムレータ（７）を含むエネルギー蓄積装置であって、
エネルギー蓄積シリンダ（４）が、エネルギー蓄積ピストン（１３）により分離されたエネルギー蓄積シリンダ用上部チャンバ（４ａ）及びエネルギー蓄積シリンダ用下部チャンバ（４ｂ）と、前記ジブ（１）に操作可能に接続されたエネルギー蓄積ピストン棒（２）とを備え、
アキュムレータ（７）の上部空間は加圧ガス（２０）で満たされ、アキュムレータ（７）の下部空間は加圧作動油（１９）で満たされると共に第１パイプライン（６、１７）を介して前記エネルギー蓄積シリンダ用下部チャンバ（４ｂ）と流体的に連通している、前記エネルギー蓄積装置と、
ジブの持ち上げを制御する制御シリンダ（１２）であって、制御ピストン（２２）により分離された制御シリンダ用上部チャンバ（１２ａ）及び制御シリンダ用下部チャンバ（１２ｂ）と、前記ジブ（１）に操作可能に接続された制御ピストン棒（２３）とを備える制御シリンダ（１２）と、
ディストリビュータ（１０）から前記第１パイプライン（６、１７）とは独立した第２パイプライン（２７）を介して前記制御シリンダ用上部チャンバ（１２ａ）又は前記制御シリンダ用下部チャンバ（１２ｂ）へ加圧作動油を選択的に供給する油圧ポンプ（９）であって、該油圧ポンプ（９）が前記ディストリビュータ（１０）を介して前記制御シリンダ用上部チャンバ（１２ａ）へ前記加圧作動油を供給すると、前記制御ピストン棒（２３）に駆動されて前記ジブ（１）が降下し、前記ジブ（１）の重量により前記エネルギー蓄積シリンダ（４）の前記エネルギー蓄積ピストン棒（２）が押されて、前記エネルギー蓄積シリンダ用下部チャンバ（４ｂ）内の前記作動油が前記アキュムレータ（７）の下部空間へ押し込まれ、それによって前記ジブ（１）の重力位置エネルギーを回収するように前記アキュムレータ（７）の上部空間内の前記ガスが圧縮されると共に、前記油圧ポンプ（９）が前記ディストリビュータ（１０）を介して前記制御シリンダ用下部チャンバ（１２ｂ）へ前記加圧作動油を供給すると、前記制御ピストン棒（２３）に駆動されて前記ジブ（１）が上昇して前記エネルギー蓄積ピストン棒（２）を持ち上げることにより、前記アキュムレータ（７）の上部空間内の前記圧縮されたガスによって前記アキュムレータ（７）の下部空間内の前記作動油が前記エネルギー蓄積シリンダ用下部チャンバ（４ｂ）内へ押し込まれ、それによって前記回収されたエネルギーが放出され、エネルギー蓄積ピストン棒（２）を押して前記ジブ（１）を持ち上げる、前記油圧ポンプ（９）と、
コントローラ（１１）と、
センサ（２６）と、を備え、
前記コントローラは、前記油圧ポンプ（９）に備えられた前記ディストリビュータ（１０）と、前記エネルギー蓄積シリンダ用上部チャンバ（４ａ）と、前記制御シリンダ用上部チャンバ（１２ａ）と、油圧タンクとにそれぞれ接続されており、
前記コントローラ（１１）は、
前記油圧ポンプ（９）から前記ディストリビュータ（１０）を介して前記制御シリンダ用上部チャンバ（１２ａ）へ至る経路が、前記油圧ポンプ（９）が前記ディストリビュータ（１０）を介して前記制御シリンダ用上部チャンバ（１２ａ）へ前記作動油を供給する際に、前記油圧ポンプ（９）が前記ディストリビュータ（１０）及び前記コントローラ（１１）を介して前記制御シリンダ用上部チャンバ（１２ａ）へ加圧作動油を供給できるように開放され、
前記エネルギー蓄積シリンダ用上部チャンバ（４ａ）から前記油圧タンクへの経路が、前記ジブ（１）が上昇する際に、前記エネルギー蓄積シリンダ用上部チャンバ（４ａ）内の前記作動油が前記コントローラ（１１）を介して前記油圧タンクへ戻れるように開放され、
前記油圧タンクから前記エネルギー蓄積シリンダ用上部チャンバ（４ａ）への経路が、前記ジブ（１）が下降する際に、前記油圧タンク内の前記作動油が前記コントローラ（１１）を介して前記エネルギー蓄積シリンダ用上部チャンバ（４ａ）へ引き込まれるように開放され、
前記センサ（２６）が前記油圧ポンプ（９）によって前記ディストリビュータ（１０）及びコントローラ（１１）を介して前記制御シリンダ用上部チャンバ（１２ａ）へ送り込まれた前記作動油の圧力が所定の値を上回ることを検出した場合、前記センサ（２６）からの信号に応じて、前記油圧ポンプ（９）から前記ディストリビュータ（１０）を介して前記エネルギー蓄積シリンダ用上部チャンバ（４ａ）へ至る経路を開放し、前記エネルギー蓄積シリンダ用上部チャンバ（４ａ）から油圧タンクへの経路を閉止することにより、前記油圧ポンプ（９）が前記ディストリビュータ（１０）及び前記コントローラ（１１）を介して前記制御シリンダ用上部チャンバ（１２ａ）及び前記エネルギー蓄積シリンダ用上部チャンバ（４ａ）へ同時に加圧作動油を供給できるようにして構成されていることを特徴とする持ち上げシステム。
請求項１に記載の持ち上げシステムにおいて、前記アキュムレータ（７）に充填された前記ガス及び作動油の圧力は、前記アキュムレータ（７）内の前記作動油により前記エネルギー蓄積ピストン棒（２）に加わる力と、前記ジブ（１）の重量により前記エネルギー蓄積ピストン棒（２）に加わる力とが十分につり合うように設定されることを特徴とする持ち上げシステム。
請求項１に記載の持ち上げシステムにおいて、前記アキュムレータ（７）に充填された前記ガス及び作動油の圧力は、必要に応じて調節可能であることを特徴とする持ち上げシステム。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の持ち上げシステムにおいて、前記ディストリビュータ（１０）は、前記作業機械の運転手が操作ハンドルを操作することにより、前記制御シリンダ用上部チャンバ（１２ａ）及び／又は前記エネルギー蓄積シリンダ用上部チャンバ（４ａ）へ加圧作動油を選択的に供給するか、又は前記制御シリンダ用下部チャンバ（１２ｂ）へ加圧作動油を供給するように制御されることを特徴とする持ち上げシステム。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の持ち上げシステムにおいて、さらに、前記アキュムレータ（７）と前記エネルギー蓄積シリンダ用下部チャンバ（４ｂ）の間に接続されたガス充填装置（２１）及び油圧ポンプステーション（５）を備え、前記ガス充填装置（２１）は、前記アキュムレータ（７）及び前記エネルギー蓄積シリンダ用下部チャンバ（４ｂ）へ加圧ガスを供給するために用いられると共に、前記油圧ポンプステーション（５）は、前記アキュムレータ（７）及び前記エネルギー蓄積シリンダ用下部チャンバ（４ｂ）へ加圧作動油を供給するために用いられることを特徴とする持ち上げシステム。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の持ち上げシステムにおいて、さらに、前記アキュムレータ（７）と前記エネルギー蓄積シリンダ用下部チャンバ（４ｂ）の間の作動油経路に接続されて、前記作動油の放熱を行う放熱器（２９）を備えることを特徴とする持ち上げシステム。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の持ち上げシステムにおいて、前記制御シリンダ（１２）の数は１又は複数であり、前記エネルギー蓄積シリンダ（４）の数は１又は複数であると共に、前記制御シリンダ（１２）と前記エネルギー蓄積シリンダ（４）の位置を互いに入れ替え可能であることを特徴とする持ち上げシステム。
請求項７に記載の持ち上げシステムにおいて、１つの制御シリンダ（１２）と、該制御シリンダの両側に配置された２つのエネルギー蓄積シリンダ（４）とが、前記ジブ（１）の下方に並列に取り付けられていることを特徴とする持ち上げシステム。
ジブ（１）と、請求項１〜８のいずれか１項に記載の持ち上げシステムとを備えることを特徴とする作業機械。
請求項１に記載の作業機械のジブ（１）の持ち上げシステムを用いて作業機械のジブを持ち上げる方法であって、
ａ）前記アキュムレータ（７）の上部空間を前記加圧ガス（２０）で満たすと共に、前記アキュムレータ（７）の下部空間及び前記アキュムレータ（７）の下部空間と流体的に連通する前記エネルギー蓄積シリンダ用下部チャンバ（４ｂ）を前記加圧作動油（１９）で満たすこと、
ｂ）前記油圧ポンプ（９）に、前記ディストリビュータ（１０）を介して前記制御シリンダ用上部チャンバ（１２ａ）へ加圧作動油を供給させることで、前記制御ピストン棒（２３）に駆動されて前記ジブ（１）が下降することにより、前記ジブ（１）の重量によって前記エネルギー蓄積シリンダ（４）の前記エネルギー蓄積ピストン棒（２）が押されて前記エネルギー蓄積シリンダ用下部チャンバ（４ｂ）内の前記作動油が前記アキュムレータ（７）の下部空間へ押し込まれ、これにより前記ジブ（１）の重力位置エネルギーを回収するように前記アキュムレータ（７）の上部空間内の前記ガスが圧縮されるようにすること、および、
ｃ）前記油圧ポンプ（９）に、前記ディストリビュータ（１０）を介して前記制御シリンダ用下部チャンバ（１２ｂ）へ加圧作動油を供給させることで、前記制御ピストン棒（２３）に駆動されて前記ジブ（１）が上昇して前記エネルギー蓄積ピストン棒（２）を持ち上げることにより、前記アキュムレータ（７）の上部空間内の前記圧縮されたガスが前記アキュムレータ（７）の下部空間内の前記作動油を前記エネルギー蓄積シリンダ用下部チャンバ（４ｂ）へ押し込み、その結果前記回収されたエネルギーが放出され、前記エネルギー蓄積ピストン棒（２）を押して前記ジブ（１）を持ち上げるようにすること、
を備える方法。
請求項１０に記載の方法において、前記ステップａ）では、前記アキュムレータ（７）へ充填した前記ガス及び作動油の圧力が、前記アキュムレータ（７）内の前記作動油により前記エネルギー蓄積ピストン棒（２）に加わる力と、前記ジブ（１）の重量により前記エネルギー蓄積ピストン棒（２）に加わる力とが十分につり合うように設定されることを特徴とする方法。
請求項１０又は１１に記載の方法において、前記持ち上げシステムは、さらに、コントローラ（１１）と、センサ（２６）とを備え、前記コントローラは、前記油圧ポンプ（９）に備えられた前記ディストリビュータ（１０）と、前記エネルギー蓄積シリンダ用上部チャンバ（４ａ）と、前記制御シリンダ用上部チャンバ（１２ａ）と、油圧タンクとにそれぞれ接続されており、
該方法はさらに、
前記コントローラ（１１）を用いて、前記油圧ポンプ（９）から前記ディストリビュータ（１０）を介して前記制御シリンダ用上部チャンバ（１２ａ）へ至る経路を開き、前記油圧ポンプ（９）が前記ディストリビュータ（１０）を介して前記制御シリンダ用上部チャンバ（１２ａ）へ前記作動油を供給する際に、前記油圧ポンプ（９）が前記ディストリビュータ（１０）及び前記コントローラ（１１）を介して前記制御シリンダ用上部チャンバ（１２ａ）へ加圧作動油を供給できるようにすること、
前記ジブ（１）が上昇する際に、前記エネルギー蓄積シリンダ用上部チャンバ（４ａ）内の前記作動油が前記コントローラ（１１）を介して前記油圧タンクへ戻れるようにすること、
前記ジブ（１）が下降する際に、前記油圧タンク内の前記作動油が前記コントローラ（１１）を介して前記エネルギー蓄積シリンダ用上部チャンバ（４ａ）へ引き込まれるようにすること、
前記センサ（２６）を用いて、前記油圧ポンプ（９）によって前記ディストリビュータ（１０）及びコントローラ（１１）を介して前記制御シリンダ用上部チャンバ（１２ａ）へ送り込まれた前記作動油の圧力が所定の値を上回ることを検出した場合、前記センサ（２６）に前記コントローラ（１１）へ信号を送信させることで、前記コントローラ（１１）に、前記油圧ポンプ（９）から前記ディストリビュータ（１０）を介して前記エネルギー蓄積シリンダ用上部チャンバ（４ａ）へ至る経路を開放させると共に、前記エネルギー蓄積シリンダ用上部チャンバ（４ａ）から前記油圧タンクへの経路を閉止させることにより、前記油圧ポンプ（９）が前記ディストリビュータ（１０）及び前記コントローラ（１１）を介して前記制御シリンダ用上部チャンバ（１２ａ）及び前記エネルギー蓄積シリンダ用上部チャンバ（４ａ）へ同時に加圧作動油を供給できるようにすること、
を備えることを特徴とする方法。