JP6016888B2 - カッティング装置用油圧システムおよび対応する方法 - Google Patents

Description

本発明は切断（カッティング）装置用油圧システムにおいて、
油圧入力ライン、
上記カッティング装置を作動させるために上記油圧入力ラインに接続した油圧モータ、
上記油圧モータからの戻りライン、
上記カッティング装置を切断対象の樹木に押しつける油圧シリンダ、
上記油圧モータに平行に上記入力ライン（input line）に接続した、上記油圧シリンダの送りライン（feed line）、
上記油圧シリンダの送りラインに設けた方向制御弁、および
上記方向制御弁からの流れを上記油圧シリンダに案内し、上記油圧シリンダのピストンロッドの側かあるいはシリンダ側のいずれかを選択してこれに上記流れを案内するプレス作用ラインおよびリフト作用ラインを有する油圧システムに関する。
また、本発明は上記油圧システムを上記カッティング装置に使用する方法にも関する。

従来技術における多目的機械、特にハーベスターおよびプロセッサ多目的機械を対象としたカッティングソーは、油圧モータおよびカッティングフランジまたはカッティングディスクから構成されている。油圧モータの駆動スプロケットによってフランジの周りでエンドレスチェーンが回転し、一般的に油圧シリンダによってフランジを切断対象の樹木に送り出す。ディスクソーの場合、モータによって直接かあるいはリングギアを借りてディスクが回転する。いずれの場合も、樹木に対する送り出しは油圧シリンダが行う。

従来技術装置は、送り出しの調節に問題がある。樹木の大きさおよび固さにはバラツキがある上に、例えば、節は非常に固い。さらに、カッティング装置の刃の状態が決定的に重要である。刃が鋭ければ、鋭くない場合よりも切断がすぐれたものになる。

現在、最も簡単な実用レベルにある制御は、モータの戻りラインに設けたスロットルに基づいて行っている。モータが回転している間、油圧シリンダに、つまりフランジに送られる圧力をスロットルによって得る。モータ速度が速くなるほど、送り圧力が高くなる。モータが停止すると、圧力の効果もなくなる。

このようなシステムの場合作動するためには、戻り油（return oil）を約５０バール（bar）まで絞る必要がある。作動圧力が約２００バールの場合、ソーモータ（saw motor）の出力の２５％が熱として失われることになる。送り制御はモータの圧力側でも実施できる。この場合、一般に、減圧弁およびシリンダ速度を絞る弁を利用する。これは標準的な状態では良好であるが、樹木の固さが強くなると、チェーンが止まる恐れがある。というのは、送り圧力量を設定するさいモータの回転を考慮できないからである。カッティングソーを作動させるために、スロットルを使用して、カッティング装置の速度を調節し、その間ソーイング動作時の圧力を圧力弁によって調節するが、現実には、樹木が硬く、カッティング装置が摩耗している場合、スロットルを調節することが非常に困難である。一般に解決策として取られていることは、油圧モータを大型化することである。即ち、油圧モータの寸法を倍化する（doubled）ことである。

（例えば時間、裂けがないなどに関して）樹木を正しく切断するためには、十分な圧力が必要である。理論的には、送り装置のシリンダの直径を大きくすればよいが、大きくすると、普通のソー作業時間は約１〜２秒であるため、シリンダラインにおける流れ量が大きくなる。

コンピュータの助けを借りて油圧シリンダおよびカッティングソーの動作を制御するシステムがＷＯ０１／８４９１０公報から公知であるが、このようなシステムはいくつかの測定センサおよびコンピュータを必要とするため、稼働するには非常に労力がかかる上にコストもきわめて高い。

ＷＯ０１／８４９１０公報

本発明は、カッティングソーを使用する従来システムよりも簡単であるため、カッティングソーとカッティングソーを送るシリンダとの間の制御を経済的にかつ簡単に実施できる油圧システムに関する。本発明の油圧システムの特徴は、特許請求の範囲１に記載されている通りである。また、本発明は、カッティングソーを使用する従来システムよりも簡単であるため、カッティングソーとカッティングソーを送り出すシリンダとの間の制御を経済的にかつ簡単に実施できる方法にも関する。本発明方法の特徴は、特許請求の範囲１３に記載されている通りである。

本発明の油圧システムの場合、上記のようにソーモータの戻りラインの大きさを２倍にする（double dimensioning）とともにスロットルを利用する。すべての状態で、送り圧力を最適なソーイング（sawing pressure）圧力の約５０％に設定できる。必要なスロットル作用は従来の５０％でよい。また、従来技術の場合出力損失は約２５％であったが、本発明の場合１２．５％に過ぎない。戻りラインのスロットル作用によって生じる圧力は、カッティング装置の送り装置のシリンダの圧力弁の制御ラインに導かれる。

即ち、本発明の油圧システムの目的は、カッティング装置と併用する油圧システムにおいて、油圧モータから戻りラインへの流れを絞るスロットル、および圧力ラインおよび/またはリフト作用ラインに対して設けられ、油圧モータの回転速度に基づいて油圧シリンダを制御する圧力弁を有する油圧システムによって実現できる。さらに、この油圧システムは油圧入力ライン、この油圧入力ラインに接続され、カッティング装置を作動する油圧モータ、および油圧モータからの戻りラインを有する。また、油圧システムは切断対象の樹木に対してカッティング装置を押し付ける油圧シリンダ、油圧モータと平行に入力ラインに接続された油圧シリンダ送りライン、および油圧シリンダの送りラインに設けられた方向制御弁を有する。さらに、本発明油圧システムは方向制御弁からの油圧流れを油圧シリンダに導き、これによって油圧シリンダのピストンロッドの側か、あるいは油圧シリンダの側に選択的に流れを向けるプレス作用ラインおよびリフト作用ラインを有する。この圧力弁によって、本発明の油圧システムの構成がかなり簡単になる上に、経済的に油圧システムを稼働することができる。

本発明の一実施態様では、スロットルの公称圧力は減圧弁の調整値の３０〜６５％、好ましくは４０〜６０％に設定する。スロットルに発生する損失はこの場合ほぼ半分まで減少する。

油圧シリンダの送りラインについては、油圧シリンダを制御する方向制御弁を有することが好ましい。方向制御弁を使用することによって、圧力により油圧シリンダを両方向に作動でき、例えばカッティング装置を樹木から引き離すことがより簡単になる。

方向制御弁は、圧力弁の手前にある油圧シリンダの送りラインに設ければよい。この場合、方向制御弁は圧力弁の作動に影響を与えない。

圧力弁については、圧力が油圧モータの戻りラインの制限閾値（limit threshold）未満になった時に開くように設けるのが好ましい。この場合、カッティング装置を送るシリンダが後退し、カッティングフランジが上昇し、そして油圧モータが再び回転速度を増速できるようになると、油圧モータの戻りラインの圧力が再び高くなる。

本発明の一つの実施態様では、油圧シリンダの送りラインに向かう流れの流量は、油圧の入力ラインの全流量の５〜３０％、好ましくは１０〜１５％に設定し、また油圧シリンダの送りラインの圧力は、油圧の入力ラインの圧力の１５〜３５％、好ましくは２０〜３０％に設定する。これにより、油圧シリンダに対する流量および圧力が十分維持され、有効な作動を確保できる。

本発明の一つの実施態様では、圧力弁としては圧力制限弁または減圧弁を使用する。また、圧力弁としてはスライド弁またはポペット弁を使用することもできる。

実際に適用する場合、初期圧力は約２５バールに設定する。この圧力で、カッティングフランジは無理なく作動する。油圧モータが回転すると、スロットル作用から生じる圧力が圧力弁の弁座の反対側に作用し、これによって対応する圧力によって圧力弁の開度が大きくなる。減圧弁の場合には、調節対象の圧力がこれに応じて高くなる。

これら弁の反応が非常に素早いため、ソーの動作（sawing）は静か/滑らか（softly）である。ソー（鋸）が停止しようとするさい、対応して圧力が低くなるため、モータによって依然としてカッティング装置は回転する。ソーの動作が一旦終了した後は、シリンダの反対側に圧力が作用するため、フランジが持ち上がる。

本発明の一つの実施態様では、圧力弁は戻りラインとスロットルの圧力側との間に設ける。

本発明の別な実施態様では、圧力弁は中間ライン、プレス作用ライン（pressing line）およびスロットルの圧力側の間に設ける。

本発明方法の目的は、カッティング装置と併用する油圧システムの方法であって、カッティング装置を油圧モータによって駆動し、油圧シリンダの力を借りて切断状態にある樹木に対してカッティング装置を押しつけるか、あるいは引き離す方法によって実現できる。本発明方法では、作動油は方向制御弁を介して油圧シリンダのピストン側か、あるいはシリンダ側のいずれかに選択的に送られてカッティング装置を押しつけるか、あるいは持ち上げる。そして油圧シリンダへの送り作用は油圧モータの回転速度に基づいて制御する。さらに、本発明方法では、油圧モータから出る流れを絞って、油圧モータの戻りラインに圧力を発生し、スロットル作動前の戻りラインの圧力を使用して、油圧シリンダのプレス作用を制御し、回転速度が低下した時にカッティング装置を引き離す。従って、従来から存在する油圧構成部材のみを使用して油圧シリンダを制御でき、電気的な制御手段は全く必要ない。このような解決策は、実施が経済的である、また維持も簡単である。

以下添付図面を参照して、本発明を詳しく説明する。

本発明の油圧システムを示す概略図である。 圧力弁として汎用の減圧弁（pressure reduction valve）を使用した本発明の油圧システムを示す概略図である。

図１について説明すると、本発明の油圧システム１０はカッティング装置１００、油圧入力ライン１２、カッティング装置１００を回転駆動する油圧モータ１４、油圧モータ１４からの戻りライン１６、および油圧モータ１４から出て、戻りライン１６に戻る流れを絞るスロットル１８を有する。さらに、油圧システム１０は切断対象の樹木２２に対してカッティング装置１００を押しつける油圧シリンダ２０、油圧モータ１４と平行に入力ライン１２に接続した油圧シリンダ２０の送りライン２５、および油圧シリンダ２０の送りライン２５に設けた減圧弁２６を有する。これらに加えてさらに、本発明の油圧システム１０は油圧シリンダ２０のプレス作用ライン２４と油圧モータ１４の戻りライン１６との間に設けた圧力弁２８を有し、この圧力弁によって油圧モータ１４の回転速度に基づいて油圧シリンダ２０を制御する。

以下、本発明の好適な実施態様の一つの油圧システムの作動を説明する。この説明と同時に、本発明方法の各作動段（ステージ）も説明する。油圧モータ１４、即ちこの実施態様ではソーモータ１４によりカッティング装置１００、即ち本実施態様ではカッティングソー１００のチェーン３０をカッティングフランジ３２の周囲に走行させる。油圧シリンダ２０、即ちシリンダ２０がチェーン３０とともにカッティングフランジ３２を樹木２２の方に推進する。入力ライン１２の油圧流れは例えば１５０ ｌ（リットル）/分である。入力ラインを流れる作動油の流量は約２０ ｌ（リットル）/分であり、この流量がシリンダ２０の送りライン２５に流入する。送りライン２５の方向制御弁３４の手前に減圧弁２６を設ける。この調整値（regulating value）は約５０バールに設定できる。方向制御弁３４を借りて、カッティングソー１００のシリンダ２０を制御し、これによってカッティングフランジ３２を上下動させる。同様に方向制御弁３４を借りて、送りライン２５の流れを場合に応じてプレス作用ライン２４か、あるいはシリンダ２０の下端部４８に接続されたリフト作用ライン４０のいずれかに向ける。方向制御弁３４を介してプレス作用ライン２４およびリフト作用ライン４０を接続する。この方向制御弁３４からタンクライン４４が延び、これを介して作動油が作動油タンク４２に戻る。

方向制御弁３４としては例えば２/２弁を使用でき、この弁では一つの位置が直流位置（direct-flow position）５０であり、そして他方の位置が横断流位置（cross-flow position）５２である。方向制御弁３４に流れがない場合、この弁３４は直流位置５０にあり、作動油がシリンダ２０の下端部４８に向かい、カッティングフランジ３２が持ち上がり、樹木２２から離れる。ソーモータ１４が回転し、スロットル１８によって制御ライン３８の圧力が高くなるが、圧力弁２８に作動油が流れることはなく、またシリンダ２０のプレス作用ライン２４の圧力が高くなることもない。

方向制御弁３４の位置を横断流位置５２に変更すると、約５０バールの圧力が中間ライン３１を介して圧力弁２８に作用し始める。同じ圧力は、プレス作用ライン２４を介してシリンダ２０の上端部４６にも作用し、シリンダ２０によってカッティングソー１００を樹木２２に押しつける。本発明システムに使用する圧力レベルに応じて、圧力弁２８の調整値は例えば約２５バールに設定することができるが、この圧力は圧力弁２８および制御ライン３８に、そしてスロットル１８を介して作動油タンク４２に排圧される。ソーモータ１４が急回転すると、制御ライン３８の圧力がスロットル１８によって約２５バールになる。スロットル１８の公称圧力は減圧弁２６の調整値の３０〜６５％、好ましくは４０〜６０％に設定することができる。圧力弁２８のバネ３９の力と相乗して、圧力が十分高くなるため、圧力弁が開くことはない。従って、作動油がシリンダ２０の圧力ライン２４側から圧力弁２８に流れ込むことはない。プレス作用ライン２４では、圧力は約５０バールのままであるため、効果的なソーの作動（sawing）が確保される。

他方、樹木２２に引っかかってソーモータ１４が停止すると、スロットル１８手前の圧力が低下すると同時に、制御ライン３８の圧力が制限閾値未満になる。また、制御ラインの圧力がシリンダ２０のプレス作用ライン２４の側に作用する５０バールの圧力に耐えるには不十分になる。この場合、圧力弁２８が開くと同時に、プレス作用ライン２４の圧力が約２５バールまで低下するため、シリンダ２０が樹木に作用するカッティング装置３２の圧力を緩和し、ソーモータ１４が再び回転できる。ソーの作動（sawing）の全期間この平衡状態を繰り返す。圧力弁２８として減圧弁も使用することができる。この場合、圧力弁２８の制限閾値は２５バールかそれ未満であればよい。なお、本明細書で使用する制限閾値（limit threshold）は、圧力弁２８が閉じたままになっている制御ライン３８の最低圧力を指す。圧力弁を流れる作動油の流れは、ソーモータの作動速度が鈍化するためスロットルにおける流量減を代償できず、またスロットルの圧力側の圧力も、カッティングフランジが緩和され、ソーモータが再びより高速回転する前に上昇することはない。ソーモータの流出側の圧力はソーモータの回転速度に依存する。即ち、ソーモータの回転速度が低い場合には流出側の圧力は低くなり、逆も成立する。

図２は、圧力弁２８として一般的な減圧弁を使用した場合の本発明システムを示す図である。使用する減圧弁としては、バネ力を借りて調節できる一般に市販されている減圧弁であればよい。図２に示す実施態様は、シリンダ２０のプレス作用ライン２４の流れが圧力弁２８全体にわたって流れる点において図１の実施態様とは異なっている。この圧力弁２８はフィードバックライン５４を有し、これはそれ自身の圧力によって制御ライン３８の圧力に屈することはない。ソーモータ１４の通常回転時、制御ライン３８の圧力およびバネ３９が、フィードバックライン５４の圧力によって発生する力と等しい力を発生するため、圧力弁２８のピストンが静止状態を保ち、シリンダのプレス作用ライン２４の圧力が最大になる。一方、ソーモータ１４の回転が減速すると、制御ライン３８の圧力が低下し、フィードバックライン５４の圧力によって圧力弁２８のピストンが移動し、この時点で圧力弁２８からプレス作用ライン２４に至る接続が徐々に閉じる。カッティングフランジ３２に作用する油圧シリンダ２０の圧力が次に緩和し、ソーモータ１４の回転が増加し、正常に戻る。

本発明のシステムは各種の森林を対象とする装置、特にハーベスターヘッドと併用するのが好適である。このシステムはまたカッティングソーの圧力とカッティングソーの回転速度との間に依存性がある他の対応する用途にも適用可能である。電子制御に頼らないため、本システムは従来技術の解決策と比較して経済的に製造できる。本発明システムの作動は完全に機械的であり、従って作動の信頼性が高い。

理論的には、本発明はシリンダのリフト作用ラインに圧力弁を配置できるように適用してもよい。この場合、ソーモータが減速した時に、スロットルの前においてタンクラインに作用する圧力が高くなり、この圧力を借りて、リフト作用ラインの圧力弁が駆動され、閉度がより高い位置に来る。このため、リフト作用ラインの圧力が高くなり、カッティングフランジが緩和し、ソーモータの回転速度が増す。

１０ 油圧システム
１２ 油圧入力ライン
１４ 油圧モータ
１６ 戻りライン
１８ スロットル
２０ 油圧シリンダ
２２ 樹木
２４ プレス作用ライン
２５ 送りライン
２６ 減圧弁
２８ 圧力弁
３０ チェーン
３１ 中間ライン
３２ カッティングフランジ
３４ 方向制御弁
３８ 制御ライン
３９ バネ
４０ リフト作用ライン
５０ 直流位置
５２ 横断流位置
１００ カッティング装置

Claims (13)

1. エンドレスチェーンと共にカッティングフランジを有するカッティングソーと併用する油圧システム（１０）において、
   油圧の入力ライン（１２）と、
   前記油圧の入力ライン（１２）に接続されて且つ前記エンドレスチェーン（３０）を作動する油圧モータ（１４）と、
   この油圧モータ（１４）からの戻りライン（１６）と、
   切断対象の樹木（２２）に対して前記カッティングフランジ（３２）を押し付ける油圧シリンダ（２０）と、
   前記油圧シリンダ（２０）を前記押し付けるための送りライン（２５）と、
   前記油圧シリンダ（２０）の前記送りライン（２５）に設けられた方向制御弁（３４）と、
   前記方向制御弁（３４）から前記油圧シリンダ（２０）への流れを案内し、該流れを前記油圧シリンダ（２０）のピストンロッド側か、あるいは前記シリンダ側のいずれかに選択的に案内するプレス作用ライン（２４）およびリフト作用ライン（４０）と、
   前記油圧モータ（１４）の回転速度に基づいて前記油圧シリンダ（２０）を制御するためのリフト作用ライン（４０）および前記プレス作用ライン（２４）、あるいは、その２つの作用ラインの内のいずれかに接続配置した圧力弁（２８）と、
   を備え、さらに、
   前記油圧モータ（１４）から流出する流れを調整するために、前記戻りライン（１６）にスロットル（１８）を設けると共に、
   前記圧力弁（２８）を制御するために、前記圧力弁（２８）に前記戻りライン（１６）のスロットル作用で起こさせる圧力を誘導する制御ライン（３８）を設けて、前記油圧シリンダ（２０）の前記送りライン（２５）が、前記油圧モータ（１４）の油圧流れライン（１２’）と並列して前記入力ライン（１２）に接続されることを特徴とする油圧システム（１０）。
   
2. 前記油圧シリンダ（２０）の前記送りライン（２５）に設けた減圧弁（２６）を有する請求項１に記載の油圧システム（１０）。
   
3. 前記スロットル（１８）の公称圧力が前記減圧弁（２６）の調整値の３０〜６５％である請求項２に記載の油圧システム。
   
4. 前記方向制御弁（３４）を、前記圧力弁（２８）の手前において前記油圧シリンダ（２０）の前記送りライン（２５）に設けた請求項１〜３のいずれか１項に記載の油圧システム。
   
5. 圧力が前記油圧モータ（１４）の前記戻りライン（１６）の制限閾値未満に下がった時に開くように前記圧力弁（２８）を設けた請求項１〜４のいずれか１項に記載の油圧システム。
   
6. 前記油圧シリンダ（２０）の前記送りライン（２５）に向かう流量が前記油圧の入力ライン（１２）の全流量の５〜３０％である請求項１〜５のいずれか１項に記載の油圧システム。
   
7. 前記油圧シリンダ（２０）の前記送りライン（２５）の圧力が前記油圧の入力ライン（１２）の圧力の１５〜３５％である請求項１〜６のいずれか１項に記載の油圧システム。
   
8. 前記圧力弁（２８）が圧力制限弁か、あるいは減圧弁である請求項１〜７のいずれか１項に記載の油圧システム。
   
9. 前記圧力弁（２８）がスライド弁である請求項１〜８のいずれか１項に記載の油圧システム。
   
10. 前記圧力弁（２８）がポペット弁である請求項１〜９のいずれか１項に記載の油圧システム。
    
11. 前記圧力弁（２８）を前記プレス作用ライン（２４）と前記スロットル（１８）の圧力側との間に設けた請求項１〜１０のいずれか１項に記載の油圧システム。
    
12. 前記圧力弁（２８）を、中間ライン（３１）、前記プレス作用ライン（２４）および前記スロットル（１８）の圧力側の間に設けた請求項１〜１０のいずれか１項に記載の油圧システム。
    
13. エンドレスチェーンと共にカッティングフランジを有するカッティングソーと併用する油圧システム内の方法において、
    前記エンドレスチェーン（３０）を油圧モータ（１４）によって作動し、
    切断対象の樹木（２２）に対して前記カッティングフランジ（３２）を油圧シリンダ（２０）によって押し付けるか、あるいは持ち上げて、
    方向制御弁（３４）を介して作動油が前記油圧シリンダ（２０）に送られて、その際に前記油圧シリンダ（２０）のピストン側か、あるいは前記シリンダ側のいずれかに選択的に送り、前記カッティングソー（１００）を前記押し付けるか、あるいは前記持ち上げ、
    前記油圧モータの回転速度に基づいて前記油圧シリンダ（２０）の送りを制御する方法であって、さらに
    前記油圧モータ（１４）から出る流れを戻りライン（１６）で絞って、前記油圧モータ（１４）の前記戻りライン（１６）に圧力を発生し、そして
    前記戻りライン（１６）の絞り前の圧力が、圧力弁（２８）の制御ライン（３８）に誘導されて且つ前記油圧シリンダ（２０）の加圧状態を制御するために使用されて、前記回転速度が減速した時に前記カッティングフランジ（３２）の圧力を軽減することを特徴とする油圧システム内の方法。

Images