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技術 圧力補償を増補した液圧システム

出願人 キャタピラーインコーポレイテッドキャタピラーエスエーアールエル
発明者 マイケルティー.バークイレンジェフリーエル.キューンスリニバスコウタエコエー.プラセティアワン戸澤祥二
出願日 2006年8月15日 (14年3ヶ月経過) 出願番号 2008-533348
公開日 2009年3月12日 (11年8ヶ月経過) 公開番号 2009-510357
状態 特許登録済
技術分野 流体圧回路(1) 掘削機械の作業制御
主要キーワード チャンバ通路 固定区域 シール用部材 弁ボア 圧力サージ 流れ区域 出力需要 補給弁
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図面 (3)

課題・解決手段

加圧流体源(26)と少なくとも1つの油圧アクチュエータ(18)と第1の弁(32)とを備えた、液圧システム(24)が開示されている。第1の弁は、加圧流体が少なくとも1つの油圧アクチュエータの方に流れるのが実質的に遮断される第1の位置から加圧流体が少なくとも1つの油圧アクチュエータの方に流れることができる第2の位置までの複数の位置の間で、第1の弁ボアに対して移動可能な第1の弁体を備える。第1の弁体は、少なくとも部分的に第1の弁の下流の加圧流体の圧力信号に基づいて、第1の位置と第2の位置との間に置かれた第3の位置から第3の位置と第2の位置との間に置かれた第4の位置へと選択的に動かされるよう構成される。

概要

背景

液圧システムが、しばしば、作業機械油圧アクチュエータの動作を制御するのに使用されている。これらの液圧システムには、一般的に、アクチュエータポンプとの間に流体接続された、油圧回路内に配置された弁が含まれている。これらの弁は、それぞれ、アクチュエータ内の個々のチャンバへの又は個々のチャンバからの加圧流体の流量及び方向を制御するよう構成されることがある。場合によっては、多くのアクチュエータが、共通のポンプに接続されることがある。このような1つのアクチュエータの作動により、共通のポンプに流体接続された1つ以上の油圧回路内に、望ましくない圧力変動が生じることがある。また、1つのアクチュエータの作動には、独自に又は同時に行われる他のアクチュエータの作動と比べて、ポンプからのかなり高い圧力が必要となることがある。

液圧システム内の圧力変動を減少させる1つの方法が、ウィルク(Wilke)らによる(特許文献1)に記述されている。(特許文献1)には、2対の電磁弁可変容量形ポンプ貯蔵容器と油圧アクチュエータとを備えた、油圧回路が記述されている。1対の電磁弁は、ヘッドエンド供給弁とヘッドエンド戻り弁とを含み、油圧アクチュエータのヘッドエンドチャンバを可変容量形ポンプ又は貯蔵容器のいずれかに接続する。他の1対の電磁弁は、ロッドエンド供給弁ロッドエンド戻り弁とを含み、油圧アクチュエータのロッドエンドチャンバを可変容量形ポンプ又は貯蔵容器のいずれかに接続する。4つの電磁弁のそれぞれが、結合された弁とアクチュエータとの間の流体の圧力を制御するよう、異なる圧力補償弁に結合される。

(特許文献1)に記述されている油圧回路の多くの圧力補償弁により、油圧回路内の圧力変動は減少するが、ポンプの出力圧が油圧アクチュエータを作動するために所望の圧力まで減少した場合に、高い圧力低下を生じさせることがある。このような高い圧力低下は、油圧アクチュエータを望み通りに操作するのには不必要であり、またポンプの高い出力圧を不必要に生じさせるので、加圧流体の有効な流れが減少し、及び/又はポンプを動作可能に駆動する電源から余計なエネルギを必要とするので、油圧回路の効率が減少することがある。さらに、油圧回路は複数の油圧アクチュエータを備えることがあるので、ポンプから最高の出力圧を生じさせるアクチュエータが、複数のアクチュエータに対する外部からの負荷及び/又はオペレータ入力により変わることがある。よって、圧力要求条件を下げるよう構成されたシステムは、変化する外部からの負荷及び/又はオペレータ入力を調整するよう柔軟でなければならない。

米国特許第5,878,647号明細書

概要

加圧流体源(26)と少なくとも1つの油圧アクチュエータ(18)と第1の弁(32)とを備えた、液圧システム(24)が開示されている。第1の弁は、加圧流体が少なくとも1つの油圧アクチュエータの方に流れるのが実質的に遮断される第1の位置から加圧流体が少なくとも1つの油圧アクチュエータの方に流れることができる第2の位置までの複数の位置の間で、第1の弁ボアに対して移動可能な第1の弁体を備える。第1の弁体は、少なくとも部分的に第1の弁の下流の加圧流体の圧力信号に基づいて、第1の位置と第2の位置との間に置かれた第3の位置から第3の位置と第2の位置との間に置かれた第4の位置へと選択的に動かされるよう構成される。

目的

開示されている液圧システムは、上記に記載した課題の1つ以上を克服することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

加圧流体源(26)と、少なくとも1つの油圧アクチュエータ(18)と、加圧流体が少なくとも1つの油圧アクチュエータの方に流れるのが実質的に遮断される第1の位置、および加圧流体の最大の流れが少なくとも1つの油圧アクチュエータの方に流れることができる第2の位置から複数の位置の間で、第1の弁ボアに対して移動可能な第1の弁体を備えた第1の弁(32)とを備えた液圧システム(24)であって、第1の弁体が、少なくとも部分的に第1の弁の下流の加圧流体の圧力に基づいて、第1の位置と第2の位置との間に置かれた、流れを通過させる第3の位置から、第3の位置と第2の位置との間に置かれた第4の位置へと選択的に動かされるよう構成された液圧システム。

請求項2

少なくとも1つの油圧アクチュエータが第1の油圧アクチュエータである、請求項1に記載の液圧システムであって、システムが第2の油圧アクチュエータと、加圧流体が第2の油圧アクチュエータの方に流れるのが実質的に遮断される第1の位置、および加圧流体の最大の流れが第2の油圧アクチュエータの方に流れることができる第2の位置から複数の位置の間で、第2の弁ボアに対して移動可能な第2の弁体を備えた第2の弁とをさらに含み、第1の弁の下流の圧力が第2の弁の下流の圧力より大きい場合には、第1の弁体が、第3の位置から第4の位置へと動かされるよう構成された液圧システム。

請求項3

供給源と第1の弁との間に置かれた圧力補償弁(30)をさらに含み、圧力補償弁が、供給源から第1の弁へと方向付けられた流体を第1の圧力に制御するよう構成された請求項1に記載の液圧システム。

請求項4

請求項1に記載の液圧システムであって、第1の弁が、第1の弁を通る加圧流体の流れを制御するよう構成された流れ区域をさらに含み、第1の弁ボアに対する第1の弁体の動きが流れ区域を按分に変え、液圧システムが、流れ区域を按分に変えるよう、第1の弁ボアに対する第1の弁体の動きに作用するよう構成された制御装置(30)と、第1の弁の下流の加圧流体の圧力を感知するよう構成された少なくとも1つの圧力センサ(108、110)とをさらに含む液圧システム。

請求項5

少なくとも1つの油圧アクチュエータが複数の油圧アクチュエータであり、第1の弁が複数の弁の1つである、請求項1に記載の液圧システムであって、システムが、複数の油圧アクチュエータのうち結合された1つの方への加圧流体の按分の流れを選択的に許可するよう構成された、按分に調整可能な流れ区域を含む、複数の弁のそれぞれをさらに含み、その下流に最高圧力を有する複数の弁の1つの流れ区域が増補される液圧システム。

請求項6

液圧システムを操作する方法であって、流体を加圧することと、第1の弁(32)の方に加圧流体を方向付けることと、第1の弁から第1の油圧アクチュエータ(18)の第1のチャンバ(54)に、第1の圧力で加圧流体の第1の流れを方向付けることと、少なくとも部分的に第1の弁の下流の圧力に基づいて、第1の弁から第1のチャンバに第2の圧力で加圧流体の第2の流れを方向付けることとを含み、第1の圧力が第2の圧力より大きい方法。

請求項7

少なくとも部分的にオペレータ入力に基づいて、加圧流体の第1の流れを判断することと、加圧流体の第1の流れの圧力を減少することにより、加圧流体の第2の流れを生じさせることとをさらに含む請求項6に記載の方法。

請求項8

第2の弁(34)の方に加圧流体を方向付けることと、第2の弁から第2の油圧アクチュエータ(20)の第1のチャンバに加圧流体の第3の流れを方向付けることと、第1の圧力を感知することと、第3の圧力を感知することと、第1の圧力が第3の圧力より大きい場合に、第1の弁を通る加圧流体の第2の流れを方向付けることとをさらに含む請求項6に記載の方法。

請求項9

第1の弁と第1の油圧アクチュエータとの間のある場所で第1の圧力を感知することと、第2の弁と第2の油圧アクチュエータとの間にある第3の圧力を感知することとをさらに含む請求項8に記載の方法。

請求項10

フレーム(12)と、少なくとも1つの作業器具(14)と、請求項1〜6のいずれか一項に記載の液圧システムとを備えた、作業機械(10)。

技術分野

0001

本発明は、一般に液圧システム、より詳しくは圧力補償増補した液圧システムに関する。

背景技術

0002

液圧システムが、しばしば、作業機械油圧アクチュエータの動作を制御するのに使用されている。これらの液圧システムには、一般的に、アクチュエータポンプとの間に流体接続された、油圧回路内に配置された弁が含まれている。これらの弁は、それぞれ、アクチュエータ内の個々のチャンバへの又は個々のチャンバからの加圧流体の流量及び方向を制御するよう構成されることがある。場合によっては、多くのアクチュエータが、共通のポンプに接続されることがある。このような1つのアクチュエータの作動により、共通のポンプに流体接続された1つ以上の油圧回路内に、望ましくない圧力変動が生じることがある。また、1つのアクチュエータの作動には、独自に又は同時に行われる他のアクチュエータの作動と比べて、ポンプからのかなり高い圧力が必要となることがある。

0003

液圧システム内の圧力変動を減少させる1つの方法が、ウィルク(Wilke)らによる(特許文献1)に記述されている。(特許文献1)には、2対の電磁弁可変容量形ポンプ貯蔵容器と油圧アクチュエータとを備えた、油圧回路が記述されている。1対の電磁弁は、ヘッドエンド供給弁とヘッドエンド戻り弁とを含み、油圧アクチュエータのヘッドエンドチャンバを可変容量形ポンプ又は貯蔵容器のいずれかに接続する。他の1対の電磁弁は、ロッドエンド供給弁ロッドエンド戻り弁とを含み、油圧アクチュエータのロッドエンドチャンバを可変容量形ポンプ又は貯蔵容器のいずれかに接続する。4つの電磁弁のそれぞれが、結合された弁とアクチュエータとの間の流体の圧力を制御するよう、異なる圧力補償弁に結合される。

0004

(特許文献1)に記述されている油圧回路の多くの圧力補償弁により、油圧回路内の圧力変動は減少するが、ポンプの出力圧が油圧アクチュエータを作動するために所望の圧力まで減少した場合に、高い圧力低下を生じさせることがある。このような高い圧力低下は、油圧アクチュエータを望み通りに操作するのには不必要であり、またポンプの高い出力圧を不必要に生じさせるので、加圧流体の有効な流れが減少し、及び/又はポンプを動作可能に駆動する電源から余計なエネルギを必要とするので、油圧回路の効率が減少することがある。さらに、油圧回路は複数の油圧アクチュエータを備えることがあるので、ポンプから最高の出力圧を生じさせるアクチュエータが、複数のアクチュエータに対する外部からの負荷及び/又はオペレータ入力により変わることがある。よって、圧力要求条件を下げるよう構成されたシステムは、変化する外部からの負荷及び/又はオペレータ入力を調整するよう柔軟でなければならない。

0005

米国特許第5,878,647号明細書

発明が解決しようとする課題

0006

開示されている液圧システムは、上記に記載した課題の1つ以上を克服することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

一形態においては、本発明は、加圧流体源と少なくとも1つの油圧アクチュエータと第1の弁とを含む、液圧システムを目的とする。第1の弁は、加圧流体が少なくとも1つの油圧アクチュエータの方に流れるのが実質的に遮断される第1の位置から加圧流体の最大の流れが少なくとも1つの油圧アクチュエータの方に流れることができる第2の位置までの複数の位置の間で、第1の弁ボアに対して移動可能な第1の弁体を備える。第1の弁体は、少なくとも部分的に第1の弁の下流にある加圧流体の圧力信号に基づいて、第1の位置と第2の位置との間に置かれた第3の位置から、第3の位置と第2の位置との間に置かれた第4の位置へと選択的に動かされるよう構成される。

0008

別の形態においては、本発明は、流体を加圧することと、第1の弁の方に加圧流体を方向付けることとを含む、液圧システムを操作する方法を目的とする。この方法はまた、第1の弁から第1の油圧アクチュエータの第1のチャンバへと、第1の圧力で加圧流体の第1の流れを方向付けることを含む。この方法は、少なくとも部分的に第1の弁の下流の圧力に基づいて、第1の弁から第1のチャンバへと第2の圧力で加圧流体の第2の流れを方向付けることをさらに含み、第1の圧力は第2の圧力より大きい。

発明を実施するための最良の形態

0009

図1は、作業機械10の例を例示している。作業機械10は、鉱業建築農業のような業界、又は公知である他の任意の業界に関連する、ある種の操作を実施する、固定式又は可搬式機械であり得る。たとえば、作業機械10は、ドーザローダバックホー掘削機モータグレータダンプトラックのような土工機械、又は他の任意の土工機械であり得る。作業機械10にはまた、発電設備、ポンプ、大型、又は他の任意の好適な、何らかの操作を実施する機械が含まれることがある。作業機械10には、フレーム12と、第1の及び第2の作業器具14、16と、第1の及び第2の作業器具14、16及び/又はフレーム12の間に接続された第1の及び第2の油圧アクチュエータ18、20とが含まれることがある。

0010

フレーム12には、作業機械10を支える、任意の構造ユニットが含まれることがある。フレーム12とは、たとえば、電源(図示せず)を牽引装置22に接続する静止型基本フレームリンク機構システムの移動可能なフレーム部材、及び/又は公知である他の任意の種類のフレームであり得る。

0011

第1の及び第2の作業器具14、16には、それぞれ、仕事を実施する際に使用される任意の装置が含まれることがある。たとえば、第1の及び第2の作業器具14、16には、ブレードリッパーバケットショベルダンプベッド推進装置、又は公知である他の任意の、何らかの仕事を実施する装置が含まれることがある。第1の及び第2の作業器具14、16が、直接旋回軸を介して、リンク機構システム内の部材を形成する油圧アクチュエータ18、20の1つとのリンク機構システムを介して、及び/又は他の任意の適切な方法で、フレーム12に接続されることがある。第1の及び第2の作業器具14、16が、公知である他の任意の方法で、フレーム12に対して旋回する、回転する、滑動する、揺れる、又は動くよう構成されることがある。

0012

図2に例示されているように、作業機械10には、たとえば、第1の及び第2の作業器具14、16の1つ又はその両方を動かすために、第1の及び第2の油圧アクチュエータ18、20の1つの又はその両方の動きに作用するよう構成された液圧システム24がさらに含まれることがある。理解を容易にするために、第1の油圧アクチュエータ18の動作を制御するよう構成された油圧回路を参照しながら、液圧システム24について記述する。しかし、液圧システム24には、第2の油圧アクチュエータ20及び/又は追加の油圧アクチュエータを作動させるための追加の油圧回路200が含まれることがあることに留意されたい。

0013

液圧システム24には、加圧流体源26と、タンク28と、圧力補償弁30と、ヘッドエンド供給弁32と、ロッドエンド供給弁34と、ヘッドエンドドレン弁36と、ロッドエンドドレン弁38とが含まれることがある。液圧システム24にはまた、ヘッドエンド補給弁40と、ヘッドエンド逃がし弁42と、ロッドエンド補給弁44と、ロッドエンド逃がし弁46とが含まれることがある。液圧システム24には、たとえば、温度センサ位置センサアキュムレータのような追加の及び/又は異なる構成要素、及び/又は公知である他の構成要素が含まれることがあると考えられる。

0014

第1の油圧アクチュエータ18には、ピストンシリンダ配置装置、油圧モータ、及び/又はその中に1つ以上の流体チャンバを備えた他の任意の公知の油圧アクチュエータが含まれることがある。たとえば、第1の油圧アクチュエータ18には、チューブ50と、チューブ50内に置かれたピストンアセンブリ52とが含まれることがある。チューブ50及びピストンアセンブリ52の1つが、フレーム12に旋回可能に連結され、チューブ50及びピストンアセンブリ52の他の1つが、作業器具14に旋回可能に連結されることがある。第1の油圧アクチュエータ18には、ピストンアセンブリ52によって分離された、第1のチャンバ54(ヘッドエンドチャンバ)と第2のチャンバ56(ロッドエンドチャンバ)とが含まれることがある。第1の及び第2のチャンバ54、56には、ピストンアセンブリ52がチューブ50内で変位するよう加圧流体が選択的に供給され、これにより、第1の油圧アクチュエータ18の有効長が変わることがある。第1の油圧アクチュエータ18の伸長及び後退は、フレーム12及び作業器具14の1つ又はその両方を動かすのを補助するよう機能することがある。第1の油圧アクチュエータ18が、これらの間の相対的な動きに作用するよう、作業機械10の任意の構成要素に及び/又は任意の構成要素の間で接続されることがあると考えられる。

0015

ピストンアセンブリ52の変位は、ピストンアセンブリ52の両側全体に作用する差圧に起因することがある。力の不均衡は、第1の及び第2のチャンバ54、56の1つ内の流体圧が第1の及び第2のチャンバ54、56の他の1つ内の流体圧と異なることに起因することがある。たとえば、ピストンアセンブリ52の第1のチャンバ面に対する圧力がピストンアセンブリ52の第2のチャンバ面に対する圧力より大きいと、ピストンアセンブリ52が変位して、第1の油圧アクチュエータ18の有効長を増加することがある。同様に、ピストンアセンブリ52の第2のチャンバ面に対する圧力がピストンアセンブリ52の第1のチャンバ面に対する圧力より大きいと、チューブ50内のピストンアセンブリ52が後退して、第1の油圧アクチュエータ18の有効長を減少することがある。Oリングのようなシール用部材(図示せず)が、第1のチャンバ54と第2のチャンバ56との間の流体の流れを限定するよう、ピストンアセンブリ52に接続されることがあると考えられる。

0016

供給源26が、加圧流体の流れを作るよう構成され、たとえば、斜板ポンプ可変ピッチプロペラポンプ、及び/又は公知である他の加圧流体源のような、可変容量形ポンプを含むことがある。供給源26が、制御システム100によって制御され、たとえば、副軸(図示せず)、ベルト(図示せず)、電気回路(図示せず)により、及び/又は他の任意の好適な方法で、作業機械10の電源(図示せず)に駆動可能に接続されることがある。供給源26が、タンク28と第1の油圧アクチュエータ18との間に置かれ、制御システム100によって制御されるよう構成されることがある。供給源26は、もっぱら液圧システム24にのみ加圧流体を供給する場合があれば、たとえば作業機械10内の潤滑システムのような、追加の液圧システムに加圧流体を供給する場合もある。

0017

タンク28には、たとえば流体の供給を保持するよう構成された貯蔵容器のような、公知である任意の低圧源が含まれることがある。流体は、たとえば、専用作動油エンジン潤滑油トランスミッション潤滑油、又は公知である他の任意の作動流体を含むことがある。作業機械10内の1つ以上の液圧システムが、タンク28から流体を汲み出し、流体をタンク28に戻すことがある。液圧システム24が、多くの別個流体タンクに接続されることがあることも考えられる。

0018

圧力補償弁30は、供給源26と上流供給通路60との間に置かれた比例制御弁であり、上流の供給通路60に供給される流体の圧力を制御するよう構成されることがある。圧力補償弁30には、流れを通過させる位置の方にバネ及び油圧偏倚する、かつ流れを遮断する位置の方に油圧偏倚する比例弁体が含まれることがある。圧力補償弁30の比例弁体は、この結果生じたバネ力液圧との均衡に応じて、弁体に対して変位することがある。

0019

圧力補償弁30が、圧力補償弁30と上流の供給通路60との間にある1箇所から流体通路78を介して方向付けられた流体により、流れを遮断する位置の方に移動可能であることがある。制限オリフィス80が、流体通路78内の圧力及び/又は流れの振動を最小限に抑えるよう、流体通路78内に置かれることがある。圧力補償弁30が、シャトル弁74から流体通路82を介して方向付けられた流体により、流れを通過させる位置の方に移動可能であることがある。制限オリフィス84が、流体通路82内の圧力及び/又は流れの振動を最小限に抑えるよう、流体通路82内に置かれることがある。圧力補償弁30の比例弁体が流れを遮断する位置の方にバネ偏倚する場合があれば、通路82からの流体が流れを遮断する位置の方に圧力補償弁36の弁体を偏倚する場合があれば、及び/又は通路78からの流体が流れを通過させる位置の方に圧力補償弁30の比例弁体を動かす場合もあると考えられる。また圧力補償弁30が、ヘッドエンド及びロッドエンド供給弁32、34の下流に又は他の任意の好適な場所に置かれる場合があることも考えられる。さらに、所望の場合には、制限オリフィス80及び84が除外されることがあることも考えられる。

0020

ヘッドエンド及びロッドエンド供給弁32、34が、供給源26と第1の油圧アクチュエータ18との間に置かれ、それぞれ第1の及び第2のチャンバ54、56への加圧流体の流れを調節するよう構成されることがある。具体的には、ヘッドエンド及びロッドエンド供給弁32、34には、それぞれ、流体の流れが第1の及び第2のチャンバ54、56の方に流れるのが実質的に遮断される第1の位置から、最大の流体の流れが第1の及び第2のチャンバ54、56の方に流れることができる第2の位置までの、複数の位置のどこかに弁体を動かすよう、バネ偏倚するかつ電磁作動する比例弁体が含まれることがある。さらに、ヘッドエンド及びロッドエンド供給弁32、34の比例弁体は、加圧流体が流れる流れ区域の大きさを変えるよう、制御システム100によって制御されることがある。ヘッドエンド供給弁32が、油圧作動される、機械作動される、空気圧作動される、又は他の任意の好適な方法で作動される場合があると考えられる。たとえば、作用する外力の変化及び/又は異なるオペレータ入力に基づいて第1の油圧アクチュエータ18の異なる作動速度を生じさせるために、異なる流体の流量を第1の及び第2のチャンバ54、56に供給する必要がある及び/又は望ましいことがあるので、比例弁体により、固定区域の弁体に対する油圧アクチュエータ18の動きを制御する際の柔軟性が増すことがあることに留意されたい。

0021

ヘッドエンド及びロッドエンドドレン弁36、38が、第1の油圧アクチュエータ18とタンク28との間に置かれ、第1の及び第2のチャンバ54、56からの加圧流体の流れを調節するよう構成されることがある。具体的には、ヘッドエンド及びロッドエンドドレン弁36、38には、それぞれ、流体が第1の及び第2のチャンバ54、56から流れることができる第1の位置と流体が第1の及び第2のチャンバ54、56から流れるのが実質的に遮断される第2の位置との間でバネ偏倚するかつ電磁作動する、2位置弁体が含まれることがある。ヘッドエンド及びロッドエンドドレン弁36、38には、たとえば比例弁体のような追加の又は異なる弁体、及び/又は公知である他の任意の弁装置が含まれることがあると考えられる。ヘッドエンド及びロッドエンドドレン弁36、38が、油圧作動される、機械作動される、空気圧作動される、及び/又は他の任意の好適な方法で作動される場合があることも考えられる。

0022

ヘッドエンド及びロッドエンド供給弁及びドレン弁32、34、36、38が、相互に流体接続されることがある。特に、ヘッドエンド及びロッドエンド供給弁32、34が、上流の供給通路60に平行に接続され、下流のシステム信号通路62に接続されることがある。ヘッドエンド及びロッドエンドドレン弁36、38が、下流のドレン通路64に平行に接続されることがある。ヘッドエンド供給弁及び戻り弁32、36が、第1のチャンバ通路61に平行に接続され、ロッドエンド供給弁及び戻り弁34、38が、第2のチャンバ通路63に平行に接続されることがある。

0023

ヘッドエンド及びロッドエンド補給弁40、44が、第1の油圧アクチュエータ18とヘッドエンド及びロッドエンド供給弁及びドレン弁32、34、36、38との間の、第1の及び第2のチャンバ通路61、63に流体接続されることがある。ヘッドエンド及びロッドエンド補給弁40、44が、それぞれ、第1の及び第2のチャンバ通路61、63内の流体圧がタンク28内の流体の圧力より低いことに応じて、タンク28から第1の及び第2のチャンバ通路61、63へ流体を許容するよう構成された弁体を備えることがある。このようにして、ヘッドエンド及びロッドエンド補給弁40、44が、第1の及び第2のチャンバ54、56を満たすためにタンク28から流体を許容するよう、第1の油圧アクチュエータ18に作用する外力に起因する液圧システム24内の圧力低下を減少させるよう構成されることがある。

0024

ヘッドエンド及びロッドエンド圧力逃がし弁42、46が、第1の油圧アクチュエータ18とヘッドエンド及びロッドエンド供給弁及びドレン弁32、34、36、38との間の、第1のチャンバ及び第2の通路61、63に流体接続されることがある。ヘッドエンド及びロッドエンド圧力逃がし弁42、46が、それぞれ、第1の及び第2のチャンバ通路61、63内の圧力が所定の圧力より高いことに応じて、弁を閉じる位置の方にバネ偏倚し、かつ弁を開放する位置の方に移動可能である弁体を備えることがある。このようにして、ヘッドエンド及びロッドエンド圧力逃がし弁42、46が、タンク28に排出するために第1の及び第2のチャンバ54、56から流体を許容することにより、第1の油圧アクチュエータ18に作用する外力に起因する液圧システム24内の圧力スパイクを減少させるよう構成されることがある。

0025

シャトル弁74が、下流のシステム信号通路62内に置かれることがある。シャトル弁74が、ヘッドエンド又はロッドエンド供給弁32、34の他の1つからのより高い流体圧に応じて、より低い流体圧を有するヘッドエンド及びロッドエンド供給弁32、34の1つを圧力補償弁30に流体接続するよう構成されることがある。このようにして、シャトル弁74が、流体通路82を介して圧力補償弁30の動きに作用するために2つの弁のより低い方の出口圧力を許容するよう、ヘッドエンド及びロッドエンド供給弁32、34からの圧力信号を分析することがある。

0026

液圧システム24には、液圧システム24内の流体圧及び/又は流れを制御するために、追加の構成要素が含まれることがある。具体的には、液圧システム24には、液圧システム24内の流体圧及び/又は流れを制御するよう構成された圧力平衡通路66、68が含まれることがある。圧力平衡通路66、68が、上流の供給通路60と下流のシステム信号通路62とを流体接続することがある。圧力平衡通路66、68には、流体通路66、68内の圧力及び/又は流れの振動を最小限に抑えるために、それぞれ制限オリフィス70、72が含まれることがある。所望の場合には、制限オリフィス70、72が除外されることがあると考えられる。液圧システム24にはまた、圧力補償弁30と上流の供給通路60との間に置かれた逆止め弁76が含まれ、加圧流体が上流の供給通路60から圧力補償弁30へと流れるのを遮断するよう構成されることがある。

0027

制御システム100が、ヘッドエンド及びロッドエンド供給弁32、34及び供給源26の動作を制御するよう構成されることがある。制御システム100には、通信回線104、106を介してヘッドエンド及びロッドエンド圧力センサ108、110から圧力信号を受信するよう構成された制御装置102が含まれることがある。制御装置100がまた、通信回線112、114を介してヘッドエンド及びロッドエンド供給弁32、34に制御信号送り、通信回線116を介して供給源26に制御信号を送るよう構成されることがある。圧力及び制御信号は、それぞれ、たとえば、パルス電圧レベル、磁場、音波又は光波、及び/又は別の信号フォーマットのような、任意の従来の信号であり得ると考えられる。

0028

制御装置102が、ヘッドエンド及びロッドエンド圧力センサ108、110から受信された圧力信号に応じて、ヘッドエンド及びロッドエンド供給弁32、34及び供給源26を制御するよう構成されることがある。制御装置102が、ヘッドエンド及びロッドエンド供給弁32、34の弁体の動きを、したがってヘッドエンド及びロッドエンド供給弁32、34を通って方向付けられる流れの量を制御するための、かつ供給源26の出力、たとえばその出力圧及び/又は出力流量を制御するための、適切な出力信号を判断するために、1つ以上のアルゴリズムを実施するよう構成されることがある。制御装置102が、たとえば、所定の等式ルックアップテーブル、及び/又はマップにより、適切な制御信号を判断することがある。制御装置102には、1つ以上のマイクロプロセッサメモリデータ記憶装置通信ハブ、及び/又は公知である他の構成要素が含まれることがあると考えられる。制御装置102が、別個の制御装置として構成される、又は作業機械10の様々な追加機能を制御することが可能な一般的な作業機械制御システム内に統合されることがあることも考えられる。さらに、制御装置102が、たとえばヘッドエンド及びロッドエンドドレン弁36、38のような、液圧システム24内の他の構成要素の動作を制御することがあると考えられる。

0029

ヘッドエンド及びロッドエンド圧力センサ108、110には、任意の公知の圧力センサが含まれ、第1の及び第2のチャンバ54、56に供給される加圧流体の圧力を感知し、その感知された圧力を示す適切な圧力信号を生じさせるよう構成されることがある。圧力信号は、たとえば、個々の第1の及び第2のチャンバ54、56内、第1の及び第2のチャンバ通路61、63内のような、ヘッドエンド及びロッドエンド供給弁32、34の下流にある任意の場所、及び/又は他の任意の好適な場所から判断されることがあると考えられる。任意の数の圧力センサが、たとえば、所定のアルゴリズムによりその圧力信号を1つの圧力信号に組み合わせることにより、及び/又は複数の圧力信号を相互に関係付ける複数のルックアップテーブルを使用することにより、制御装置102がヘッドエンド及びロッドエンド供給弁32、34及び供給源26にとって適切な制御信号を判断するのに使用される圧力信号を生成するようそれぞれ構成された液圧システム24内に置かれることがあると考えられる。

0030

開示されている液圧システムは、油圧アクチュエータに供給される流体の圧力及び/又は流れを制御する必要のある、1つ以上の流体アクチュエータを含む任意の作業機械に適応可能であり得る。特に、開示されている液圧システムは、その構成要素全体の圧力低下を減少させつつ、その中の圧力サージを減少させることがある。開示されている液圧システムはまた、アクチュエータに対する負荷の変化、またこれに対応する加圧流体源に対する異なる需要を調整することが可能であり得る。液圧システム24の動作について以下に説明する。理解を容易にするために、第1の油圧アクチュエータ18を参照しながら液圧システム24の動作について説明するが、この説明は、第2の油圧アクチュエータ20及び/又は追加の油圧アクチュエータを作動させるよう構成された、任意の追加の油圧回路200にも当てはまることを理解されたい。

0031

第1の油圧アクチュエータ18は、オペレータ入力に応じて流体圧により移動可能であり得る。流体が、供給源26によって加圧され、上流の供給通路60を介してヘッドエンド及びロッドエンド供給弁32、34に方向付けられることがある。チューブ50に対してピストンアセンブリ52を伸長させる又は後退させるためのオペレータ入力に応じて、制御装置102が、加圧流体を第1の及び第2のチャンバ54、56の適切な1つに方向付けるために、流れを遮断する位置から流れを通過させる位置へと動くよう、ヘッドエンド及びロッドエンド供給弁32及び34の1つを制御することがある。実質的に同時に、ヘッドエンド及びロッドエンドドレン弁36、38の1つが、ピストンアセンブリ52をチューブ50に対して動かす差圧をピストンアセンブリ52全体に作るために、第1の及び第2のチャンバ54、56の適切な1つからタンク28へと流体を方向付けるよう、流れを遮断する位置から流れを通過させる位置へと動くことがある。流れを通過させる位置にあるヘッドエンド及びロッドエンド供給弁32、34の1つの比例弁体は、そこを通る加圧流体の所望の流れを生じさせるよう、その複数の位置の任意の1つへと制御されることがあると考えられる。第1の油圧アクチュエータ18に供給される流れの量は、第1の油圧アクチュエータ18が動く速度に比例することがあることに留意されたい。たとえば、比較的大きい流れを許容するヘッドエンド及びロッドエンド供給弁32、34の1つの位置は、比較的小さい流れを許容する位置と比べて、より大きい速度で油圧アクチュエータ18を作動させる。流れを通過させる位置にあるヘッドエンド及びロッドエンド供給弁32、34の1つの弁体の位置は、たとえば、第1の油圧アクチュエータ18を適切に動かすよう、所望の量の流体を所望の流速で提供するために、ルックアップテーブルによりオペレータ入力を所望の流れを通過させる位置に関係付ける制御装置102によって判断されることがあることも考えられる。さらに、ヘッドエンド及びドレンエンドドレン弁36、38の1つの弁体は、たとえば、油圧アクチュエータ18の動きに対して適切な抵抗を生じさせるよう、所望の量の流体を所望の流速で提供するために、オペレータ入力及び/又はピストンアセンブリ52全体の差圧を所望の流れを通過させる位置に関係付ける制御装置102によって判断されることがあると考えられる。

0032

ヘッドエンド及びロッドエンド供給弁32、34の1つが流れを通過させる位置に動く時に、シャトル弁74の流れが通過する弁の側の下流のシステム信号通路62内の圧力が、シャトル弁74の流れを遮断する側の下流のシステム信号通路62内の流体の圧力より低いことがある。この結果、シャトル弁74が、より高い圧力により、流れを通過させる弁の方に偏倚することがあり、これにより、流れを通過させる弁及び流体通路66、68の1つから通路82を介して圧力補償弁30へとより低い圧力が連通する。次いで、圧力補償弁30に連通されるこのより低い圧力は、バネの力と共に、流体通路78から圧力補償弁30に連通される圧力に対して作用することがある。次いで、この結果生じた力が、圧力補償弁30の弁体を、流れを遮断する位置又は流れを通過させる位置の方に動かすことがある。たとえば、アクチュエータの1つ以上に作用するより低い外力により需要が減少すること及び/又は異なる動作を生じさせるためにオペレータ入力を変更することにより、供給源26からの圧力が低下する時に、圧力補償弁30が流れを通過させる位置の方に動き、これにより、上流の供給通路60内の圧力が維持されることがある。同様に、たとえば、アクチュエータの1つ以上に作用するより高い外力により需要が増加すること及び/又は異なる動作を生じさせるためにオペレータ入力を変更することにより、供給源26からの圧力が増加する時に、圧力補償弁30が流れを遮断する位置の方に動き、これにより、上流の供給通路60内の圧力が維持されることがある。このようにして、圧力補償弁30が、所与の動作について、供給源26の出力圧に関係なく、第1の油圧アクチュエータ18に対して所望の負荷圧力を生じさせ維持するよう、上流の供給通路60内の圧力を実質的に一定の圧力に制御するための適切な圧力低下を生じさせることにより、液圧システム24内の流体圧を調節することがある。

0033

圧力補償弁30全体の圧力低下は、供給源26が、それぞれが異なる負荷圧力を有する多くの油圧アクチュエータに圧力を供給するので、供給源26の圧力出力及び第1の油圧アクチュエータ18の作動に関連する負荷圧力によって変化することがある。たとえば、第1のオペレータ入力で、供給源26からの第1の圧力を要求する第1の油圧アクチュエータ18の作動のみを指令し、その後のオペレータ入力で、第1の圧力より高い供給源26からの第2の圧力を要求する第1の油圧アクチュエータ18及び第2の油圧アクチュエータ20の作動を指令することがある。しかし、圧力補償弁30が上流の供給通路60内の圧力を実質的に一定の圧力に維持するので、特に流れを通過させる位置にあるヘッドエンド及びロッドエンド供給弁32、34の1つ全体の圧力低下は、実質的に一定であり得る。たとえば、ヘッドエンド供給弁32全体の圧力低下は、所望の動作について、約2MPaであり得る。同じ所望の動作について、供給源26の圧力出力は、たとえば約20MPaであり、第1の油圧アクチュエータ18の負荷圧力は、たとえば約10MPaであり得る。よって、圧力補償弁30の弁体は、たとえば圧力補償弁30全体に約8MPaの、圧力低下が生じる位置へと作動されることがある。さらに、異なる動作について、供給源26の圧力出力は、たとえば約30MPaであり、第1の油圧アクチュエータ18の負荷圧力は、たとえば約10MPaのままであり得る。よって、圧力補償弁30の弁体は、たとえば圧力補償弁30全体に約18MPaの、圧力低下が生じる位置へと作動されることがある。

0034

たとえば、多くの油圧アクチュエータ、たとえば第1の及び第2の油圧アクチュエータ18、20を操作することが望ましい場合のような多機能操作においては、制御装置102が、多くのヘッドエンド及びロッドエンド供給弁、たとえばヘッドエンド及びロッドエンド弁32、34が、加圧流体を多くの油圧アクチュエータの個々のチャンバ、たとえば第1の及び第2のチャンバ54、56に方向付けるために、流れを通過させる位置に作動されるよう制御することがある。制御装置102が、流れを通過させる多くの供給弁に結合された、多くのヘッドエンド及びロッドエンド圧力センサ、たとえばヘッドエンド及びロッドエンド圧力センサ108、110から、多くの圧力信号を受信することがある。下流に最高圧力を有するこのような流れを通過させる多くの供給弁の1つ、たとえば結合された油圧アクチュエータの最高の負荷圧力に関連するこのような流れを通過させる多くの供給弁の1つが、増補されることがある。具体的には、流れを通過させる多くの供給弁の1つが、流れを通過させる多くの供給弁の他の1つの下流の圧力より大きい圧力をその下流に有することがある。制御装置102が、たとえば多くの圧力センサ108、110から受信された信号を比較することにより、最高圧力で流れを通過させる供給弁を判断することがある。制御装置102が、その比例弁体の変位をより開放された位置の方に増加することにより、最高圧力で流れを通過させる供給弁を増補することがある。たとえば、個々のルックアップテーブルにより制御装置102によって判断された、その比例弁体の変位は、ここを通る加圧流体の流れの圧力を低下するよう増補されることがある。

0035

最高圧力供給弁が増補されるので、供給源26に対する全体的な圧力需要が減少することがある。たとえば、ヘッドエンド供給弁32が、所望の動作について最高圧力供給弁であることを考えると、圧力補償弁30が、供給源26と第1の油圧アクチュエータ18との間に一定の圧力低下を維持することがある。ヘッドエンド供給弁32を増補することにより、上流の供給通路60と第1のチャンバ通路61との間の差圧が減少することがある。したがって、シャトル弁74の流れを通過させる弁の側に供給される圧力が減少し、この結果、より低い圧力が通路82を介して圧力補償弁30に連通することがある。次いで、このより低い圧力が、圧力補償弁30の比例弁体の均衡をより閉じられた位置へと作用させることがある。しかし、上流の供給通路60から第1のチャンバ通路61までの圧力低下が減少するので、供給源26からはより少ない圧力しか必要でないことがある。したがって、供給源26に対する需要が減少することがある。よって、制御装置102は、供給源26の出力圧を減少させ、この出力圧が、供給源26に駆動可能に接続された電源の必要な出力を減少させるか、又は供給源26が増加した加圧流体の流れを出力できるようにすることがある。たとえば、公知であるように、加圧流体源が様々な圧力及び流量で加圧流体を出力することがあり、この出力される圧力は出力される流量に反比例し、また物理的な制限により出力需要限度を有することがある。ヘッドエンド供給弁32を増補することにより供給源26の出力圧が減少するため、供給源26が、より小さい出力圧で同じ出力流量を供給するのにより少ないエネルギしか必要としない場合があれば、より小さい出力圧で増加した出力流量を供給できる場合もあり、したがって、より多くの加圧流体の流れが第1の油圧アクチュエータ18に供給される。供給源26の出力流量の増加は、最高圧力供給弁に結合されたアクチュエータに向けられることに留意されたい。何故なら、たとえば、最高圧力供給弁でない弁に結合されたアクチュエータが、これに作用する比較的低い抵抗力に対するその動きに作用するのに十分な流れを有することがあるからである。

0036

多くの油圧アクチュエータを選択的に作動させる異なるオペレータ入力のために、液圧システム24の最高圧力供給弁が変わることがあることが考えられる。最高圧力供給弁は、たとえば、部分的に、動くアクチュエータの数、それぞれのアクチュエータの動きの度合い、動くアクチュエータの種類、動く特定の群のアクチュエータ、及び/又は他のアクチュエータの動きの形態によることがあることも考えられる。よって、ヘッドエンド及びロッドエンド供給弁32、34が比例弁であるので、弁体のそれぞれが、最高圧力供給弁が変わる時に液圧システム24の柔軟な制御を提供する必要がある場合及び/又は望ましい場合に増補され得る。たとえば、比例区域の弁体により、第1の油圧アクチュエータ18に作用する外力の変化及び/又は異なる所望のオペレータ入力に適応された、第1の油圧アクチュエータ18の異なる作動速度を生じさせるよう、異なる流量の流体を第1の及び第2のチャンバ54、56に供給できることがある。増補された、最高圧力で流れを通過させる供給弁の比例弁体の変位が、個々のルックアップテーブルから判断された変位を超える量により、完全に開放された弁位置へと増加することがあることも考えられる。さらに、増補された、最高圧力で流れを通過させる供給弁に結合されたドレン弁の流れを通過させる位置が、結合された油圧アクチュエータの動きに対して適切な抵抗を維持するよう減少した圧力に応じて調整されないことがあることも考えられる。

0037

さらに、多機能操作においては、1つ以上の油圧回路が、実質的に同じ圧力を有する、及び/又は所定の範囲内の圧力を有することがある。よって、実質的に同じ圧力に関連する流れを通過させる供給弁のそれぞれが、増補されることがある。多機能操作においては、1つ以上の油圧アクチュエータが作動されないことがあることも考えられる。よって、非活動状態の油圧アクチュエータに関連する圧力のデフォルト値は、ゼロであり得る。たとえば、1つのみの油圧アクチュエータを操作することが望ましい場合のような、多くの油圧アクチュエータシステムの1つの機能操作においては、流れを通過させる供給弁は、多機能操作における最高圧力で流れを通過させる供給弁と同様の方法で増補されることがあることも考えられる。さらに、たとえば第1の及び第2のチャンバ54、56の1つからの加圧流体を上流の供給通路60内の供給源26からの加圧流体と組み合わせることができるよう、ヘッドエンド及びロッドエンド供給弁32、34の両方を開放することにより、たとえば制御装置102が第1の及び第2のチャンバ54、56の1つから第1の及び第2のチャンバ52、54の他の1つへとタンク28の方に方向付けられる加圧流体の一部を再生するために液圧システム24を選択的に制御する場合のような、液圧システム24の特定の操作について、制御装置102が最高圧力の流れを通過させる弁を選択的に増補しないことがあることも考えられる。

0038

業者には、開示されている液圧システムの様々な修正形態及び変形形態が作られ得ることが明らかであろう。当業者には、本明細書について考慮し、開示されている液圧システムを実践することにより、他の実施形態が明らかとなろう。本明細書及び例は単なる例示であると考えられるべきであり、真の範囲は頭記の特許請求の範囲及びそれらの等価物に示されている。

図面の簡単な説明

0039

開示されている作業機械の例を示す概略図である。
図1の作業機械の、開示されている液圧システムの例を示す概略図である。

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