JP7234486B2 - 油圧システム、および油圧システムを制御するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の油圧消費器（Ｈｙｄｒａｕｌｉｋｖｅｒｂｒａｕｃｈｅｒｎ）を有し、かつ油圧ポンプの圧送能力を設定するための複数の負荷感知弁を有する油圧システムに関する。本発明はさらに、油圧システムを制御するための方法に関する。

この種の油圧システムでは、油圧ポンプの送出圧力は、負荷感知弁の制御下で、油圧消費器のうちの１つによって必要とされる現在の最大負荷圧力よりも大きい値に設定される。現在の負荷圧力がより低い消費器については、圧力保持弁によって油圧は低下される。

圧力の低下は、いわゆる補償損失の形で容量が失われることを意味する。補償損失は、低体積流量要求および高負荷圧力の消費器と、高体積流量要求および低負荷圧力の消費器とが油圧システムで互いに組み合わされたときに特に顕著である。

本発明によって対処されるべき課題は、補償損失がより小さく抑えられ得るように、油圧システムおよび関連する方法を導入するということである。前述の従来技術から始めて、この課題は、独立請求項の特徴を使用して解決される。好適な実施形態は、従属請求項に示されている。

本発明による油圧システムの場合、配分ユニットは、油圧ポンプと油圧消費器との間に配置され、この配分ユニットは、第１の切替状態では油圧ポンプと油圧消費器との間の第１の油圧経路を、第２の切替状態では油圧ポンプと油圧消費器との間の第２の油圧経路を形成する。本システムは、油圧消費器の状態値を入力変数として処理し、配分ユニットの切替状態に関する制御信号を決定する制御機構を備える。

本発明者らは、油圧消費器の現在の状態に依存する、配分ユニットの制御機構を用いて、油圧ポンプと油圧消費器との間の油圧経路を要求に選択的に適合させることが可能であることを確認した。

油圧消費器の状態値は、油圧消費器の現在の動作状態を表す変数である。特に、状態値は、油圧消費器の現在の負荷圧力に関し得る。

状態値を考慮して、制御機構は、配分ユニットの切替状態に関する制御信号を決定し得る。制御信号は配分ユニットに送信され得る。配分ユニットは、制御信号に対応する切替状態に設定され得る。

油圧経路は、油圧消費器が油圧ポンプの供給を受ける経路を意味する。本発明の意味内の油圧経路は、一般に、油圧ポンプから負荷感知弁を経由して油圧消費器まで延びる。負荷感知弁は、油圧消費器の現在の動作状態に応じて油圧ポンプの圧送能力を設定する機能を有する。特に、負荷感知弁は、油圧ポンプの送出圧力を、油圧ポンプの供給を受ける消費器の最大負荷圧力よりも所定の圧力差だけ大きい値に設定するように設計され得る。負荷感知弁は、比例弁として構成され得る。複数の負荷感知弁が１つまたは複数の比例弁および／または１つまたは複数の定流量弁（流量制御弁）を備えることも可能である。

一実施形態では、配分ユニットは、複数の負荷感知弁と複数の油圧消費器との間に配置される。配分ユニットの切替状態は、第１の切替状態では第１の油圧消費器が第１の負荷感知弁の供給を受け、第２の切替状態では第２の油圧消費器が第１の負荷感知弁の供給を受けるように決められる。これは、負荷感知弁と油圧消費器との任意の組み合わせに当てはまり得る。

配分ユニットは、第１の切替状態では油圧消費器の第１のグループが第１の負荷感知弁の供給を受け、第２の切替状態では油圧消費器の第２のグループが第１の負荷感知弁の供給を受けるように構成され得る。配分ユニットおよび／または制御機構は、油圧消費器の任意のグループを各負荷感知弁にランダムに配分し得るように構成され得る。特定の配分を許可し、他の配分を最初から除外することも可能である。好ましい実施形態では、配分ユニットは、各切替状態の負荷感知弁が正確に１つの油圧消費器に供給するようにセットアップされる。したがって、負荷感知弁が正確に１つの第１の油圧消費器に供給する、配分ユニットの第１の切替状態と、負荷感知弁が正確に１つの第２の油圧消費器に供給する第２の切替状態とが存在する。

配分ユニットの切替状態は、各油圧消費器が正確に１つの負荷感知弁の供給を受けるように決められ得る。１つまたは複数の油圧消費器が、第１の切替状態では負荷感知弁の供給を受け、第２の切替状態では１つより多くの負荷感知弁の供給を受けることも可能である。油圧消費器の日常的な動作状態に十分な体積流量を供給する負荷感知弁が事前に油圧消費器に配分されている場合、複数の負荷感知弁を油圧消費器に接続することが賢明であり得る。第２の負荷感知弁を油圧消費器に接続することによって、油圧消費器の動作速は一時的に上げられ得る。言い換えれば、弁サイズは同じままであり、および／または個別の負荷感知弁はより小さくされ得るが、油圧消費器に供給される体積流量は増加され得、その場合、体積流量は、第２の負荷感知弁を接続することによって一時的に増加される。

例えば、油圧消費器がコンクリートポンプのブームを折り畳むために使用される場合、通常の動作速度は、ブームが伸長されるときにブームの先端が特定の速度を超えてはならないという事実によって決められ得る。第２の負荷感知弁を油圧消費器に接続することによって、ブームが折り畳まれるとき、より高い動作速度が容易になり得る。

本発明による油圧システムは、１つより多くの油圧ポンプを備え得る。各油圧ポンプには、正確に１つの負荷感知弁が配分され得る。

油圧システムが１つより多くの油圧ポンプを備える場合、本発明は、特定の油圧消費器が一時的に第１の油圧ポンプの供給を受け、一時的に第２の油圧ポンプの供給を受ける可能性を開く。本発明による配分ユニットを用いて、適切な方法で油圧経路の切り替えを行い得る。特に、配分ユニットは、油圧消費器がグループの油圧ポンプに配分されるように設計され得、その場合、グループの構成は、配分ユニットの切替状態に応じて変更され得る。

本発明の一実施形態では、本発明の意味内の配分ユニットは、複数の油圧ポンプと複数の負荷感知弁との間に配置される。この配分ユニットに加えて、またはこの代わりに、配分ユニットが、複数の負荷感知弁と複数の油圧消費器との間に設けられ得る。配分ユニットの油圧経路のさまざまな可能性は、前述の可能性に対応する。

油圧システムが、負荷感知弁と油圧消費器との間に１つの配分ユニットのみを備え、油圧ポンプと負荷感知弁との間に配分ユニットを備えない場合、１つより多くの油圧ポンプが一時的に油圧消費器に接続される可能性が出てくる。配分ユニットが油圧ポンプと負荷感知弁との間にのみ配置され、負荷感知弁と油圧消費器との間に配置されない場合にも、対応する効果が得られ得る。油圧システムが、負荷感知弁と消費器との間に配置された第１の配分ユニットと、ポンプと負荷感知弁との間に配置された第２の配分ユニットとを備える場合、油圧ポンプと消費器との間の油圧経路は、設計上、特に可撓性があり得る。

油圧システムの制御機構は、油圧消費器の状態値の助けを借りて、油圧消費器の第１のグループおよび油圧消費器の第２のグループを形成するようにセットアップされ得る。本発明の意味内のグループは、個々の油圧消費器からなり得る。グループは、例えば、第１のグループのすべての油圧消費器で現在の負荷圧力が閾値を下回る一方で、第２のグループのすべての油圧消費器で現在の負荷圧力が閾値を上回るように決められ得る。油圧消費器が負荷レベルで分類され、油圧ポンプに配分される場合、補償損失は小さく抑えられ得る。グループの構成は、油圧消費器の現在の動作状態に応じて動的に調整され得る。制御機構は、この目的のために油圧消費器の動作状態を継続的にチェックし、配分ユニットの切替状態を必要に応じて変更する制御信号を生成し得る。

制御機構は、油圧消費器の動作状態の関数として閾値を設定するように設計され得る。例えば、油圧消費器の負荷圧力は、昇順で観察され得、閾値は、互いに最も離れた間隔で配置された隣接する負荷圧力間に配置される。２つより多くのグループに細分化される場合、閾値は、次に小さい間隔で配置され得る。

加えてまたは代わりに、制御機構は、適切な基準の助けを借りて、負荷圧力振動が油圧消費器に発生しているかどうかを判定するように設計され得る。負荷圧力の変動は、消費器に取り付けられた要素に機械的振動が発生したことを示し得る。振動パラメータが所定の閾値よりも大きい場合、制御機構は、当該の油圧消費器を他の油圧消費器から分離する制御要求を生成し得る。言い換えれば、配分ユニットが、関連する油圧消費器が他の消費器と共同で供給を受けている切替状態にこれまであった場合、配分ユニットは、当該の油圧消費器がこれまでのグループの他の油圧消費器とは異なる油圧ポンプの供給を受ける別の切替状態に移され得る。このようにして、ある油圧消費器から他の油圧消費器に振動が伝達されるのを防止することが可能である。

さらなる入力変数として、制御機構は、オペレータによる入力を考慮し得る。オペレータによる入力に応じて油圧消費器の動作状態が変更された場合、これは、配分ユニットの以前の切替状態がもはや最適ではないことになり得る。制御機構は、配分ユニットに対する新しい制御要求を決定するために、オペレータ入力を処理し得る。対応する方法では、制御機構は、油圧システムの全体的な動作状態に関する情報を入力変数として処理し得る。

これに加えて、制御機構は、負荷感知弁の状態に対する制御要求を生成し得る。特に、負荷感知弁の開口断面積が、制御機構の制御下で設定され得る。油圧消費器の負荷状態と油圧ポンプの圧送能力との間のフィードバックが、油圧経路において行われ得る。負荷圧力を電子的に検出し、油圧ポンプを電気的に調整可能にすることも可能である。この場合、ポンプは、制御機構を用いて作動され得る。

油圧システムの消費器は、例えば、線形駆動部または回転駆動部であり得る。油圧システムは、コンクリートポンプの要素を駆動するように設計され得る。油圧システムの消費器は、例えば、コンクリートポンプのブームアームを折り畳むための線形駆動部および／またはブームアームの回転動作を駆動するための回転駆動部を備え得る。さらに、本発明は、この種の油圧システムの要素である複数の油圧消費器を有するコンクリートポンプに関する。

さらに、本発明は、複数の油圧消費器が油圧ポンプを使用して供給を受け、油圧ポンプの圧送能力が複数の負荷感知弁を使用して設定される油圧システムを制御するための方法に関する。油圧ポンプから油圧消費器までのさまざまな油圧経路を切り替えることが可能である配分ユニットが、油圧ポンプと油圧消費器との間に配置される。制御機構は、配分ユニットの切替状態に関する制御信号を決定するために、油圧消費器の状態値を入力変数として処理する。

本方法は、本発明による油圧システムに関連して説明されているさらなる特徴によって改善され得る。油圧システムは、本発明による方法に関連して説明されているさらなる特徴によって改善され得る。

本発明は、好適な実施形態の助けを借りて、添付の図面を参照して例として以下に説明される。

本発明による油圧システムを備えた可動コンクリートポンプを示している。 異なる状態の図２によるコンクリートポンプを示している。 従来技術による比較例を示している。 本発明による油圧システムの概略図を示している。

図１に示されているトラック１４は、供給ライン１７を介してプレフィルコンテナ（Ｖｏｒｆｕｅｌｌｂｅｈａｅｌｔｅｒ）１６から液体コンクリートを送出するコンクリートポンプ１５を備える。供給ライン１７は、ターンテーブル１９に回転可能に取り付けられたブームアーム１８に沿って延びる。ブームアーム１８は、関節式に互いに接続された３つのブームアームセグメント２０、２１、２２を備える。ジョイントを用いてブームアームセグメント２０、２１、２２を互いに対して枢着させることによって、ブームアーム１８は、折り畳まれた状態（図１）と展開された状態（図２）との間で切り替えられ得る。供給ライン１７は、第３のブームアームセグメント２２の外端を越えて延び、これにより、液体コンクリートは、コンクリートポンプ１５から離れた領域で送出され得る。

図１および図２による可動コンクリートポンプは、少なくとも１つの油圧ポンプおよび複数の油圧消費器を有する油圧システムを備える。油圧消費器は、第１の線形駆動部２３、第２の線形駆動部２４、第３の線形駆動部２５、および回転駆動部２６を含む。線形駆動部２３、２４、２５を使用することによって、ブームアームセグメント２０、２１、２２は、ブームアームを折り畳むかまたは展開するために、互いに対して枢着され得る。回転駆動部２６を使用することによって、ブームアーム１８は、トラック１４のシャーシに対して、ターンテーブル１９を用いて回転され得る。

油圧消費器２３、２４、２５、２６は、オペレータ入力によって操作される。ブームアーム１８の折り畳み状態を変更しなければならない場合、オペレータによる対応する入力は、線形駆動部２３、２４、２５の動作に変換される。同じことが、シャーシに対するブームアーム１８の回転にも当てはまる。

従来技術では、油圧ポンプの送出圧力は、油圧消費器２３、２４、２５、２６のうちの１つによって現在必要とされている最高負荷圧力よりもわずかに高くなるように、負荷感知弁によって設定される。残りの油圧消費器については、圧力保持弁によって圧力は低下される。個々の油圧消費器が現在、小さい体積流量で高い負荷圧力を必要とする一方で、別の油圧消費器では体積流量が高く、負荷圧力が低いとき、図３によると、圧力の低下は、特に顕著な補償損失の形で容量損失をもたらす。

図３では、特定の時間における３つの油圧消費器２３、２４、２５に関して、負荷圧力Ｐが、体積流量Ｑに対してプロットされている。油圧消費器２３、２４の場合、負荷圧力Ｐは高く、体積流量Ｑは低い。油圧消費器２５の場合、負荷圧力Ｐは低く、体積流量Ｑは高い。油圧システムにおける不可避の容量損失は、油圧ポンプの送出圧力２９が、この場合に油圧消費器２３によって必要とされる最高負荷圧力２７よりもわずかに高いという事実に起因する。負荷圧力２７を油圧消費器２５の負荷圧力に絞ることによって生じる補償損失２８はかなり大きい。本発明による油圧システムの場合、補償損失はより小さく抑えられ得る。

図４に示されている例示的な実施形態の場合、本発明による油圧システムは、第１の油圧ポンプ３１および第２の油圧ポンプ３２を備える。２つの油圧ポンプ３１、３２は、油圧ポンプ３１、３２の送出圧力を調整するレギュレータを含む。３つの線形駆動部２３、２４、２５は、本システムの油圧消費器に属する。油圧ポンプ３１、３２の送出圧力を線形駆動部２３、２４、２５の現在の負荷圧力に調整する負荷感知弁３３、３４、３５は、油圧ポンプ３１、３２と油圧消費器２３、２４、２５との間に配置される。これに必要な油圧ポンプ３１、３２のレギュレータへのフィードバックには、油圧的手段または電子的手段が含まれ得る。

第１の配分ユニット３６は、負荷感知弁３３、３４、３５と油圧消費器２３、２４、２５との間に配置される。配分ユニット３６は、負荷感知弁３３、３４、３５と油圧消費器２３、２４、２５との間の異なる油圧経路を利用可能にし得る異なる切替状態を含む。切替状態は、油圧消費器２３、２４、２５のそれぞれが、個別にまたは任意のグループで負荷感知弁３３、３４、３５のうちの１つに接続され得るように決められる。

任意の方法で油圧ポンプ３１、３２と負荷感知弁３３、３４、３５とを対応付けて互いに接続し得る第２の配分ユニット３７は、油圧ポンプ３１と油圧ポンプ３２との間に配置される。

油圧システムは、油圧システムの制御ユニット３９およびより高レベルの情報システム４４と結合された制御機構３８を備える。制御機構３８は、信号線４０を介して、入力変数として油圧消費器２３、２４、２５の現在の負荷圧力に関する情報を受信する。制御信号は、制御線４１、４２、４３を介して、第１の配分ユニット３６、負荷感知弁３３、３４、３５、および第２の配分ユニット３７に送信され得る。

制御機構３８が、図３に示されている状態に従って、第１の油圧消費器２３および第２の油圧消費器２４の場合の負荷圧力が高い一方で、第３の油圧消費器２５の場合の負荷圧力が低いという通知を、信号線４０を介して受信した場合、制御機構３８は、第１の２つの油圧消費器２３、２４からグループを形成し、このグループから第３の油圧消費器２５を分離し得る。これは、制御線４１、４３を介して第１の配分ユニット３６および第２の配分ユニット３７に伝えられる制御信号に、制御機構３８によって変換され得る。配分ユニット３６、３７は、第１の２つの油圧消費器２３、２４が第１の油圧ポンプ３１の供給を受け、第３の油圧消費器２５が第２の油圧ポンプ３２の供給を受けるように、制御信号によって切り替えられる。

異なる制御手法によれば、制御機構３８は、信号線４０を介して受信した、振動に関する負荷圧力データを評価し得る。例えば、負荷圧力の振動が所定の閾値よりも大きい状態が第１の油圧消費器２３に発生した場合、制御機構３８は、第２の油圧消費器２４および第３の油圧消費器２５のグループを形成し、このグループから第１の油圧消費器２３を分離し得る。制御線４１、４３を用いて、配分ユニット３６、３７は、第１の油圧消費器２３が第１の油圧ポンプ３１に接続され、第２の油圧消費器２４および第３の油圧消費器２５が第２の油圧ポンプ３２に接続されるように作動され得る。第１の油圧消費器２３を分離することによって、この油圧消費器２３の場合に発生する振動が他の油圧消費器２４、２５に悪影響を及ぼすことが防止される。

制御機構３８のさらなる制御手法は、油圧消費器２３、２４、２５のうちの２つが動作していないか、または小さい容量のみを必要とする一方で、第３の油圧消費器の高速動作が必要とされる状態を判定することを含む。図１および図２から、ブームアーム１８がほぼ完全に伸長されると、線形駆動部２３、２４、２５のゆっくりとした動作でも、ブーム先端の高速動作がもたらされ得ることが分かる。負荷感知弁３３、３４、３５の寸法は、これらの弁のうちの１つを通る最大体積流量が、伸長状態で必要とされる線形駆動部２３、２４、２５のゆっくりとした動作を可能にするようなものであり得る。対照的に、ブームアーム１８が実質的に折り畳まれているときは、線形駆動部２３、２４、２５のより速い動作が望ましくあり得る。しかしながら、これに必要な体積流量は、負荷感知弁３３、３４、３５のうちの１つによっては供給され得ない。制御機構３８は、例えば、第１の２つの線形駆動部２３、２４が動作していない一方で、第３の線形駆動部２５の高速動作が必要とされる状態を確認した場合、さらなる負荷感知弁を第３の線形駆動部２５に接続する制御信号を配分ユニット３６、３７に送信し得る。このようにして、第３の線形駆動部２５のより高い動作速度が可能になる。

制御機構３８では、複数の制御手法が並行して実現され得る。競合を回避するために、制御手法間に階層が確立され得る。例えば、振動の回避に最も高い優先順位が与えられ得る。システム内のすべての油圧消費器に振動がない場合、補償損失を低く抑えるために、次の優先順位に従って現在の負荷圧力の助けを借りて、油圧消費器はグループに分類され得る。３番目の優先順位では、動作速度を上げるために、複数の油圧ポンプが１つの油圧消費器に接続され得る。

Claims (9)

1. 複数の油圧ポンプ（３１、３２）と、複数の油圧消費器（２３、２４、２５、２６）と、前記油圧ポンプ（３１、３２）の圧送能力を設定するための複数の負荷感知弁（３３、３４、３５）とを有する油圧システムであって、
   前記複数の負荷感知弁（３３、３４、３５）の開口断面積が調整可能であり、
   配分ユニット（３６、３７）が、前記油圧ポンプ（３１、３２）と前記油圧消費器（２３、２４、２５、２６）との間に配置されており、
   前記配分ユニット（３６、３７）が、第１の切替状態では前記油圧ポンプ（３１、３２）と前記油圧消費器（２３、２４、２５、２６）との間の第１の油圧経路を、第２の切替状態では前記油圧ポンプ（３１、３２）と前記油圧消費器（２３、２４、２５、２６）との間の第２の油圧経路を形成し、
   当該油圧システムが、前記油圧消費器（２３、２４、２５、２６）の状態値を入力変数として処理し、前記配分ユニット（３６、３７）の前記切替状態に関する制御信号を決定する制御機構（３８）を備え、
   前記複数の負荷感知弁（３３、３４、３５）と前記複数の油圧消費器（２３、２４、２５、２６）との間には第１の配分ユニット（３６）が配置され、前記複数の油圧ポンプ（３１、３２）と前記複数の負荷感知弁（３３、３４、３５）との間には第２の配分ユニット（３７）が配置されており、
   前記制御機構（３８）が、前記油圧消費器（２３、２４、２５、２６）が１つより多くの前記油圧ポンプ（３１、３２）の供給を受けるように前記配分ユニット（３６、３７）に対する制御要求を決定するよう設計されていることを特徴とする、油圧システム。
2. 前記状態値が、前記油圧消費器（２３、２４、２５、２６）の現在の負荷圧力を表すことを特徴とする、請求項１に記載の油圧システム。
3. 前記配分ユニット（３６、３７）が、前記複数の負荷感知弁（３３、３４、３５）と前記複数の油圧消費器（２３、２４、２５、２６）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の油圧システム。
4. 前記配分ユニット（３６、３７）が、前記複数の油圧ポンプ（３１、３２）と前記複数の負荷感知弁（３３、３４、３５）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の油圧システム。
5. 前記制御機構（３８）が、前記油圧消費器（２３、２４、２５、２６）を少なくとも２つのグループに分けるために、前記状態値を評価するように設計されていることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の油圧システム。
6. 第１のグループの前記油圧消費器（２３、２４、２５、２６）の現在の負荷圧力が、第２のグループの前記油圧消費器（２３、２４、２５、２６）の現在の負荷圧力よりも低いことを特徴とする、請求項５に記載の油圧システム。
7. 第１のグループの前記油圧消費器（２３、２４、２５、２６）の負荷圧力振動が、第２のグループの前記油圧消費器（２３、２４、２５、２６）の負荷圧力振動よりも低いことを特徴とする、請求項５または６に記載の油圧システム。
8. 前記制御機構（３８）が、第１のグループが第１の油圧ポンプ（３１）の供給を受け、第２のグループが第２の油圧ポンプ（３２）の供給を受けるように、前記配分ユニット（３６、３７）に対する制御要求を決定するよう設計されていることを特徴とする、請求項５～７のいずれか一項に記載の油圧システム。
9. 複数の油圧消費器（２３、２４、２５、２６）が複数の油圧ポンプ（３１、３２）を使用して供給を受け、前記油圧ポンプ（３１、３２）の圧送能力が複数の負荷感知弁（３３、３４、３５）を使用して設定される油圧システムを制御するための方法であって、
   前記複数の負荷感知弁（３３、３４、３５）の開口断面積が調整可能であり、
   前記油圧ポンプ（３１、３２）と前記油圧消費器（２３、２４、２５、２６）との間に配置された配分ユニット（３６、３７）を用いて、前記油圧ポンプ（３１、３２）から前記油圧消費器（２３、２４、２５、２６）までのさまざまな油圧経路の切り替えが行われ、
   制御機構（３８）が、前記配分ユニット（３６、３７）の切替状態に関する制御信号を決定するために、前記油圧消費器（２３、２４、２５、２６）の状態値を入力変数として処理し、
   前記複数の負荷感知弁（３３、３４、３５）と前記複数の油圧消費器（２３、２４、２５、２６）との間には第１の配分ユニット（３６）が配置され、前記複数の油圧ポンプ（３１、３２）と前記複数の負荷感知弁（３３、３４、３５）との間には第２の配分ユニット（３７）が配置されており、
   前記制御機構（３８）が、前記油圧消費器（２３、２４、２５、２６）が１つより多くの前記油圧ポンプ（３１、３２）の供給を受けるように前記配分ユニット（３６、３７）に対する制御要求を決定するよう設計されていることを特徴とする、方法。

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