JP2008531933A - 液圧駆動装置、特に２シリンダ濃厚物質ポンプ用液圧駆動装置 - Google Patents

Abstract

本発明は液圧駆動装置、特に２シリンダ濃厚物質ポンプ用液圧駆動装置に関わる。液圧駆動装置は、可変容積型ポンプとして構成された少なくとも１つのメインポンプ（１０）と、液圧操作される２つの駆動シリンダ（２０，２２）とを有している。前記２つの駆動シリンダ（２０，２２）はそれぞれその一端に配置されているポンプ接続部（２４，２６）を介してメインポンプ（１０）のそれぞれの接続管路（１６，１８）に連通して閉回路を形成し、且つ前記２つの駆動シリンダ（２０，２２）はポンプ接続部（２４，２６）とは逆の側の端部において揺動オイル管（２８）を介して互いに連通している。液圧駆動装置はさらに供給ポンプ（４２）と洗浄枝路（５２）とを有している。供給ポンプ（４２）により、オイルタンク（４４）からクリーンオイル流を現時点で低圧になっている低圧側の制限圧で液圧閉回路内へ供給する。洗浄岐路（５２）を介して、洗浄オイル流を現時点で低圧になっている低圧側から前記オイルタンク（４４）へ分岐させる。逆転工程時のメインポンプ（１０）の低圧ブレークダウンを回避するため、メインポンプ（１０）の各逆転工程の間に、メインポンプ（１０）の接続管路（１６，１８）内の圧力差とは独立に洗浄オイル流を一時的に遮断し、時間的に遅れて再び解放する。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載されている種類の液圧駆動装置、特に２シリンダ濃厚物質ポンプ用液圧駆動装置に関するものである。

この種の公知の液圧駆動装置は、液圧可変容積型ポンプとして構成された少なくとも１つのメインポンプと、液圧操作可能でピストンシリンダユニットとして構成された２つの駆動シリンダとを有している。駆動シリンダはその一端に配置されたポンプ接続部を介してメインポンプの２つの接続管路のうちのそれぞれ１つの接続管路と連通して液圧閉回路を形成し、他方両駆動シリンダは、ポンプ接続部とは逆の側の端部において揺動オイル管を介して互いに連通している。可変容積型ポンプとして構成されたメインポンプは、さらに、搬送方向を択一的に逆転させるとともに、両接続管路内の高圧とバイアスされた低圧とを交互に且つ互いに逆方向に生成させるための制御機構と連通している。また、液圧供給ポンプが設けられており、該液圧供給ポンプの吸込み入口はオイルタンクに接続され、吐出し出口は低圧レベルに制限されているとともに、それぞれ１つの逆止弁を介してメインポンプの両接続管路に開口している。ポンプ工程時に作動オイルは加熱されるので、補助的に洗浄枝路が設けられている。洗浄枝路の出口側は圧力制限弁を介してオイルタンクに開口し、入口側はその都度液圧回路の低圧部分と連通可能である。この目的のため、洗浄枝路内には、メインポンプの接続管路間の差圧によりパイロット操作されるシャトル弁が設けられている。シャトル弁は、その都度低圧側の接続管路に対し差圧が存在すると、オイルタンクへの洗浄流の流量を調整しながら開弁し、差圧がニュートラルになる中央位置で遮断された状態になる。洗浄工程の際に調整されるオイル量は、オイルタンクから供給ポンプを介して常時流れてくるオイル量のほぼ５０％ないし７０％に相当する。液圧系では、慣性と圧縮率とのために、可変容積型ポンプの逆転工程の際にかなりの圧力変動が生じる。逆転工程の際には可変容積型ポンプの回動角は小さくなる。その際可変容積型ポンプの受容容積は少なくなる。液圧系はまだ固定状態にあるので、高圧が分解し、他方同じ程度に低圧が上昇する。したがって、もし洗浄回路内に設けたシャトル弁がまだ逆転制御されていなければ、低圧側はきわめて高速に圧力上昇する。このため、それまで低圧の状態にあったメイン回路の低圧側から洗浄オイルがかなりの量放出されるので、高圧側に新たに圧力が発生して低圧側の圧力が一瞬のうちに完全にブレークダウンすることがある。この状態では、供給ポンプは洗浄回路を介して洗い流された洗浄量を補正、補充することができない。低圧側の供給不足により、供給ポンプにもメインポンプにもポンプショック、キャビテーションが発生し、磨耗が促進する恐れがある。この欠点を解消するため、圧力だめまたはより大型の供給ポンプを介してわずかな量のオイルを供給する提案がなされたが、この解決手段は構成的にかなりのコストを必要とし、望ましいものではない。

本発明はこの点から出発し、冒頭で述べた種類の液圧閉回路を備えた液圧駆動装置における逆転工程時の低圧ブレークダウンを簡単な手段で回避できる処置を講じることを課題とする。

この課題を解決するため、請求項１および請求項１２に記載の構成要件の組み合わせを提案する。本発明の有利な他の構成は従属項から明らかである。本発明による解決手段が出発点とする思想は、特に、可変容積型ポンプの各逆転工程時において液圧回路を介して流量調整される洗浄流を、メインポンプの接続管路内の差圧とは独立に一時的に遮断し、続いて再び解放するというものである。これを達成するため、本発明によれば、メインポンプの逆転工程の間、接続管路間の差圧とは独立に洗浄流を遮断する補助的な遮断機構が提案される。

遮断機構は、メインポンプの逆転を発生させる制御信号に応答するのが合目的である。本発明の有利な実施態様によれば、駆動シリンダの少なくとも２つの端部に、ピストンの通過に応答する前記制御信号送信用の位置検出器が配置されている。これにより、遮断機構は、逆転工程終了後に時間的に遅れて再び非作動状態になる。すなわち遮断機構は、たとえば遅延要素に応答して、或いは、メインポンプの逆転工程に引き続いて発生する前記制御信号に応答して、遮断を解除する。

本発明の有利な構成によれば、遮断機構は、洗浄岐路内において圧力制限弁の後方に配置される、好ましくは開弁方向に弾性付勢される一方向遮断弁を有している。基本的には、遮断機構は洗浄岐路内においてシャトル弁と洗浄オイル圧力制限弁との間に配置される一方向遮断弁を有していてもよい。

第３の解決手段によれば、遮断機構は洗浄枝路内においてシャトル弁の前方に配置される二方向遮断弁を有している。

さらに、基本的には、遮断機構は、接続管路と接続されるシャトル弁の２つのパイロット管内にそれぞれ１つの逃がし弁を有していてもよい。逃がし弁は制御の際に同時にその逃がし位置へスライドし、その結果シャトル弁のパイロット圧はタンクのほうへ逃がされる。この場合シャトル弁の両側には同じ大きさの圧力が印加されるので、弁スプールはばねによる心合わせによりその中央位置へもたらされ、その際洗浄枝路を遮断する。

次に、本発明の実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。
図１ないし図５は、液圧回路を接続し且つ洗浄枝路を備えている２シリンダ濃厚物質ポンプのための駆動液圧系の基本回路図である。

基本回路はリザーバーポンプまたは可変容積型ポンプとして構成された液圧メインポンプ１０を有している。メインポンプ１０の出口１２，１４には、それぞれ接続管路１６，１８を介して、ピストンシリンダユニットとして構成された駆動シリンダ２０，２２が接続されている。図示した実施形態の場合、ポンプ接続部２４，２６はそれぞれ駆動シリンダのピストン棒側端部に設けられている。両駆動シリンダは反対側の底部側端部において揺動オイル管２８を介して互いに連結されている。付属のピストン棒３４，３６を備えた駆動シリンダ２０，２２のピストン３０，３２はメインポンプ１０を介して互いに逆方向に交互に駆動される。このため、メインポンプの回動円板３８がハイドロメカニカルまたはエレクトロメカニカルな制御機構（図示せず）を介してメインポンプ内部において次のように択一的に制御され、すなわち各制御過程において高圧側とバイアスされる低圧側とが一方の出口１２または１４から他方の出口１４または１２へ交代するように制御される。すなわち、接続管路１６，１８は高圧（ＨＤ）とバイアスされる低圧（ＮＤ）により交互に付勢される。

液圧回路は、さらに、メインポンプ１０と同じ駆動軸４０を介して駆動される供給ポンプ４２を有している。供給ポンプ４２の吸込み側はオイルタンク４４と連通し、吐出し側４６は供給用逆止弁４８を介して接続管路１６，１８に連通している。供給ポンプ４２の吐出し側４６は、さらに、圧力制限弁５０を介して低圧レベル（たとえば３４バール）に保持される。したがって、供給ポンプ４２は、接続される液圧回路の低圧側において、メインポンプ１０の低圧側に常に作動オイルが供給されるようにするバイアスを維持するという課題を持っている。

図１ないし図５に図示した基本回路は、さらに、洗浄枝路５２を有している。洗浄枝路５２は入口側をシャトル弁(Wechselventil)５４を介して接続管路１６，１８に接続され、低圧制限弁５６と冷却装置の熱交換器５８とを介してオイルタンク４４に連通している。３ポート３位置切換え弁として構成されたシャトル弁５４は、そのパイロット入口６０，６２を介して接続管路１６，１８と次のように連通しており、すなわちそのスプールが支配的な圧力差（Δｐ＝ＨＤ−ＮＤ）によりその都度の低圧側へ制御されるように連通している。特殊なケースでは、このようなスプールをほぼ４バールの圧力差で心合わせばね６４の力に抗して逆転させる。洗浄枝路５２に設けた圧力制限弁５６も同様にほぼ低圧レベルにある。そこでの圧力設定は、供給ポンプ４２の低圧制限弁よりもたとえばほぼ４バールだけ低い。

シャトル弁５４は、４バール境界以下の差圧ニュートラル範囲でその中央位置へ切換わる。この中央位置は、両接続管路１６，１８に対して洗浄岐路５２を遮断する位置である。

図６の測定グラフは、図１の駆動液圧回路（従来の技術）のいくつかの状態量がメインポンプ１０の逆転過程の間に時間的に変化する経過を示したものである。グラフに個々に記入した時間依存曲線、すなわち回動角度曲線、接続管路Ａ，Ｂ内の圧力曲線、洗浄オイル供給量曲線には、それぞれ固有の座標スケールが割り当てられている。

図６に図示した測定範囲では、最後のポンプ行程は時点７６．５２秒で終わる。この時点に至るまでは接続管路Ｂは高圧（ＨＤ−Ｂ）で作動し、接続管路Ａは低圧（ＮＤ−Ａ）で作動する。その後、回動円板３８の回動角は７６．５２秒と７６．５７秒との間の時間内で高速でゼロ位置を通過し、時点７６．６７秒に至るまでほぼ１２ｍｍでプッシュオーバー点へ回動する。ほとんど遅延することなく、接続側Ａの低圧は当初急激に上昇し、他方接続側Ｂの高圧は期待通りに低下する。ここで注目すべきことは、逆転過程の開始時点から低圧の上昇に伴って非常に大量の洗浄流が投入されることである。この大量の洗浄流は、時点７６．５２と７６．８３との間でグラフのスケールをはるかに越えるピークを示す。これにより、新たな低圧側Ｂで圧力を生成させるために十分なオイルが提供されず、メインポンプを介して十分な圧力が新たな高圧側Ａに生成されなくなる。このため接続管路Ｂ内で低圧破壊が発生し、低圧は７６．７７秒と７６．８１秒との間の時間内に完全にゼロに低下する。その結果、メインポンプの領域にキャビテーション現象が生じる。供給圧も１０バール以下の値（本来は３０バール）へ低下するので、そこでもポンプショックが発生する。その結果、新たな高圧側Ａの領域でもかなりの圧力変動が生じ、磨耗を促進させるような圧力ショックがポンプ領域に発生する。

図６のグラフから明らかな、従来の駆動液圧系の作動時における欠点を回避するため、図２ないし図５に図示した個々の実施形態では、危険な低圧破壊を阻止することのできる処置が講じられている。これら４つのすべての実施形態では、逆転工程の間、適当な遮断機構を用いて洗浄オイル流が遮断される。

図２の実施形態では、洗浄岐路５２内に、低圧制限弁５６の後方に位置するように、遮断機構を形成する一方向遮断弁６６が設けられている。一方向遮断弁６６の制御入口６８は、各逆転工程を行う前に、ピストン３０または３２の進入により発生する終端位置信号を介して機能状態になる。制御入口６８が機能状態になると、遮断弁スプールが調整ばね７０の力に抗して遮断位置へ変位する。図示していないタイマーまたは他の作動信号は、遮断弁６６を再び図２の貫流位置へ設定し、この貫流位置で洗浄流はその時点での低圧側からオイルタンク４４へ流れる。

遮断弁６６の作用を、図７に図示したグラフを用いて説明する。このグラフにおいて２つの時点３６．５４秒と３６．９０秒が認められるが、前者が遮断弁６６の閉弁時点、後者が遮断弁６６の開弁時点である。遮断弁６６の閉弁は、逆転工程を開始する時点３６．６０秒の前の十分の数秒間で始まる。接続管路Ａ内の低圧が上昇すると、系の慣性のために洗浄オイル流に小さなピークが生じるが、これは急激に減少し、遮断弁６６を幾分早めに閉じることにより阻止することができる。しかし、供給ポンプのオイル量は低圧側での圧力破壊を阻止するために十分であることが明らかに見て取れる。供給圧もほぼ一定に維持される。切換え工程全体にわたって低圧側のバイアス状態は十分に維持されるので、高圧側での圧力生成は３６．９秒と３７．０秒との間におけるＨＤ−Ａ曲線で十分なプッシュオーバー効果（ピーク）を持って行うことができる。遮断弁６６が開弁したとき、上昇した低圧がまだ接続管路Ｂに残っているので、洗浄オイル量は短時間変動するが、しかしただちに両接続管路内での圧力生成に影響することはない。必要な場合には、遮断弁６６の開弁時点をより遅い時点へシフトさせると、この洗浄オイル量をさらに幾分減らすことができる。

図３と図４と図５はそれぞれ洗浄オイル岐路に設けた遮断機構の他の実施形態を示すもので、図７に図示した状態パラメータの経過のなかで結果的に図２の実施形態と同様の効果を生じさせる。

たとえば、図３に図示した実施形態の場合には、図２の一方向遮断弁と同様の構成の一方向遮断弁７２が洗浄オイル岐路内のシャトル弁５４と制限弁５６との間に配置されている。なおこの場合の前提は、シャトル弁５４と制限弁５６とは別個の部材であり、これら部材の間に遮断弁７２のためのスペースが設けられている点である。遮断弁７２は、制御入口７４を介して、復帰ばね７６の力に抗してその遮断位置へもたらされる。

図４の実施形態の場合も、洗浄岐路５２内に、ただしシャトル弁５４の前方に二方向遮断弁７８が設けられている。この二方向遮断弁７８は入口側で両接続管路１６，１８と連通している。図２および図３の実施形態の場合と同様に、この遮断弁７８も逆転工程の開始時にばね８２の力に抗して遮断状態へ変位し、所定の時間が経過した後にばね８２を介してその貫流位置へ復帰する。

図５に図示した実施形態の場合には、洗浄岐路の遮断のために、シャトル弁５４の中央位置での遮断機能を利用する。このため、シャトル弁５４のパイロット供給管のなかに圧力逃がし弁８４が配置されている。この圧力逃がし弁８４は制御入口８６を介して制御可能で、その際復帰ばね８８の力に抗してシャトル弁５４をその差圧ニュートラル中央位置へもたらし、洗浄岐路５２を遮断させる。圧力逃がし弁８４の作動停止は、メインポンプ１０の回動円板３８が搬送方向とは逆の方向に逆転された後に、時間的に遅延させて行う。

以上を総括すると、以下のようになる。本発明は液圧駆動装置、特に２シリンダ濃厚物質ポンプ用液圧駆動装置に関わる。液圧駆動装置は、可変容積型ポンプとして構成された少なくとも１つのメインポンプ１０と、液圧操作される２つの駆動シリンダ２０，２２とを有している。前記２つの駆動シリンダ２０，２２はそれぞれその一端に配置されているポンプ接続部２４，２６を介してメインポンプ１０のそれぞれの接続管路１６，１８に連通して閉回路を形成し、且つ前記２つの駆動シリンダ２０，２２はポンプ接続部２４，２６とは逆の側の端部において揺動オイル管２８を介して互いに連通している。液圧駆動装置はさらに供給ポンプ４２と洗浄枝路５２とを有している。供給ポンプ４２により、オイルタンク４４から洗浄オイル流を現時点で低圧になっている低圧側の制限圧で液圧閉回路内へ供給する。洗浄岐路５２を介して、洗浄オイル流を現時点で低圧になっている低圧側から前記オイルタンク４４へ分岐させる。逆転工程時のメインポンプ１０の低圧ブレークダウンを回避するため、メインポンプ１０の各逆転工程の間に、メインポンプ１０の接続管路１６，１８内の圧力差とは独立に洗浄オイル流を一時的に遮断し、時間的に遅れて再び解放する。

液圧回路が接続され、洗浄枝路が組み込まれている、従来公知の技術における２シリンダ濃厚物質ポンプ用駆動液圧装置の回路図である。 洗浄枝路内に第１実施形態の遮断機構を設けた駆動液圧装置を図１に対応させて示した回路図である。 洗浄枝路内に第２実施形態の遮断機構を設けた駆動液圧装置を図１に対応させて示した回路図である。 洗浄枝路内に第３実施形態の遮断機構を設けた駆動液圧装置を図１に対応させて示した回路図である。 洗浄枝路内に第４実施形態の遮断機構を設けた駆動液圧装置を図１に対応させて示した回路図である。 メインポンプの逆転工程時における図１の（従来技術による）液圧駆動装置のいくつかの状態量と時間との関係を示す測定グラフである。 メインポンプの逆転工程時における図２の（本発明による）液圧駆動装置のいくつかの状態量と時間との関係を示す測定グラフである。

Claims (12)

1. 液圧閉回路内に可変容積型ポンプとして構成、配置した少なくとも１つのメインポンプ（１０）を介して、２つの駆動シリンダ（２０，２２）を、高圧（ＨＤ）および低圧（ＮＤ）状態にある作動オイルで交互に互いに逆方向に付勢し、オイルタンク（４４）からクリーンオイル流を現時点で低圧になっている低圧側の制限圧で液圧閉回路内へ供給し、洗浄オイル流を現時点で低圧になっている低圧側から前記オイルタンクへ分岐させるようにした液圧駆動装置、特に２シリンダ濃厚物質ポンプのための液圧駆動装置において、
   メインポンプ（１０）の各逆転工程の間に、メインポンプ（１０）の接続管路（１６，１８）内の圧力差とは独立に洗浄オイル流が一時的に遮断されていることを特徴とする液圧駆動装置。
2. 請求項１に記載の液圧駆動装置であって、液圧操作可能で、ピストンシリンダユニットとして構成された２つの駆動シリンダ（２０，２２）と、液圧供給ポンプ（４２）と、液圧閉回路内に一体に設けられた洗浄岐路（５２）とを備え、前記２つの駆動シリンダ（２０，２２）がそれぞれその一端に配置されているポンプ接続部（２４，２６）を介してメインポンプ（１０）のそれぞれの接続管路（１６，１８）に連通して前記閉回路を形成し、且つ前記２つの駆動シリンダ（２０，２２）はポンプ接続部（２４，２６）とは逆の側の端部において揺動オイル管（２８）を介して互いに連通しており、メインポンプ（１０）が、２つの前記接続管路（１６，１８）内に高圧（ＨＤ）と低圧（ＮＤ）とを交互に且つ逆方向に生成させて搬送方向を交互に逆転させるための制御機構と接続され、前記液圧供給ポンプ（４２）の吸込み入口がオイルタンク（４４）に接続し、吐出し出口が低圧レベルに制限されるとともに、前記液圧供給ポンプ（４２）の吸込み入口と吐出し出口とがそれぞれ１つの逆止弁（４８）を介してメインポンプ（１０）の両接続管路（１６，１８）に開口しており、前記洗浄岐路（５２）の出口側が圧力制限弁（５６）の中間接続のもとにオイルタンク（４４）に開口し、入口側が、両接続管路（１６，１８）間の差圧によりパイロット制御されるシャトル弁（５４）を介して、差圧があるときに洗浄オイル流をオイルタンクへ吐出しながら低圧側の接続管路に切換えられ、好ましくは差圧ニュートラル中央位置で遮断されている、前記請求項１に記載の液圧駆動装置において、
   メインポンプ（１０）の各逆転工程の間にメインポンプ（１０）の接続管路（１６，１８）内の圧力差とは独立に洗浄オイル流を一時的に遮断する遮断機構（６６；７；７８；８４）が設けられていることを特徴とする液圧駆動装置。
3. 前記遮断機構がメインポンプ（１０）を逆転させる制御信号に応答して遮断工程を開始することを特徴とする、請求項１または２に記載の液圧駆動装置。
4. 前記遮断機構が逆転工程の終了後時間的に遅れて非作動状態になることを特徴とする、請求項２または３に記載の液圧駆動装置。
5. 前記遮断機構が時間遅延要素に応答し、または、メインポンプ（１０）の逆転工程に引き続いて発生する制御信号に応答して、遮断工程を終了することを特徴とする、請求項２から４までのいずれか一つに記載の液圧駆動装置、
6. 駆動シリンダ（２０，２２）の少なくとも２つの端部に、ピストンの通過に応答して制御信号を放出する位置検出器が配置されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに記載の液圧駆動装置。
7. 前記遮断機構が洗浄岐路（５２）内において圧力制限弁（５６）の後方に配置される遮断弁（６６）を有していることを特徴とする、請求項２から６までのいずれか一つに記載の液圧駆動装置。
8. 前記遮断機構が洗浄岐路（５２）内においてシャトル弁（５４）と圧力制限弁（５６）との間に配置される遮断弁（７２）を有していることを特徴とする、請求項２から６までのいずれか一つに記載の液圧駆動装置。
9. 前記遮断機構が洗浄岐路（５２）内においてシャトル弁（５４）の前方に配置される遮断弁（７８）を有していることを特徴とする、請求項２から６までのいずれか一つに記載の液圧駆動装置。
10. 前記遮断機構が接続管路（１６，１８）と連通するシャトル弁（５４）の２つのパイロット管のなかに配置されるそれぞれ１つの圧力逃がし弁（８４）を有していることを特徴とする、請求項２から６までのいずれか一つに記載の液圧駆動装置。
11. 遮断弁および／または圧力逃がし弁（６６，７２，５８，８４）が貫流方向に弾性付勢され且つ遮断方向または圧力逃がし方向において信号制御される方向制御弁として構成されていることを特徴とする、請求項６から１０までのいずれか一つに記載の液圧駆動装置。
12. 液圧閉回路内に可変容積型ポンプとして構成、配置した少なくとも１つのメインポンプ（１０）を介して２つの駆動シリンダ（２０，２２）を作動オイルで交互に互いに逆方向に付勢し、オイルタンク（４４）からクリーンオイルを現時点で低圧になっている低圧側の制限圧で液圧閉回路内へ供給し、洗浄オイル流を現時点で低圧になっている低圧側から前記オイルタンクへ制限圧で分岐させるようにした液圧駆動装置の制御方法、特に２シリンダ濃厚物質ポンプのための液圧駆動装置の制御方法において、
    メインポンプ（１０）の各逆転工程の間に、メインポンプ（１０）の接続管路（１６，１８）内の差圧とは独立に洗浄オイル流を一時的に遮断し、次に再び解放することを特徴とする制御方法。

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