JP5964855B2 - 流体流再生油圧回路 - Google Patents

Description

本発明は一般に油圧回路、より具体的には、流体流再生用油圧回路に関する。

多くの油圧回路において、アクチュエータの排出側から供給側へと流体の流れを再生することによって、作業機の運動速度を高めることが望ましい。しかしながら、流れを再生する際、アクチュエータが生成できる力が、高速化と引き換えに減少することがある。したがって、再生状態と最大出力状態を有効に切り替えることのできる油圧システムを提供することが有利となり得る。

第一の流体室と第二の流体室を有するアクチュエータと、開位置と閉位置を有するポペット弁であって、ポペット弁を閉位置に向けて付勢する第一の作動面によって一部が画定される圧力室を含むポペット弁と、第一と第二の流体室と流体連通するシャトル弁であって、圧力が高い方の流体室から選択的に流体を通過させるように構成されたシャトル弁と、圧力室とシャトル弁によって選択的に通過させられた流体とを流体連通させやすくする第一の位置と、圧力室と第一の流体室とを流体連通させやすくする第二の位置との間で移動可能な制御弁と、を含む油圧システムが開示される。

本発明の他の実施形態において、第一の流体室と第二の流体室を有するアクチュエータと、開位置と閉位置を有するポペット弁であって、ポペット弁を閉位置に向けて付勢する圧力室を含み、第一のポートと第二のポートを有し、ポペット弁が閉じているとポペット弁の第一と第二のポートは実質的に流体的に絶縁され、ポペット弁が開いているとポペット弁の第一と第二のポートは流体連通するポペット弁と、第一のポートと第二のポートと第三のポートを有するシャトル弁であって、シャトル弁の第一のポートまたはシャトル弁の第二のポートのうち圧力が高い方をシャトル弁の第三のポートと連通させるシャトル弁と、第一の流体室とシャトル弁の第一のポートとポペット弁の第一のポートを流体的に接続する第一の通路と、第二の流体室とシャトル弁の第二のポートとポペット弁の第二のポートを流体的に接続する第二の通路と、圧力室とシャトル弁の第三のポートとを流体連通させやすくする第一の位置と圧力室と第一の通路とを流体連通させやすくする第二の位置を有する制御弁と、を有する油圧システムが開示される。

作業機を有する機械を示す。 作業機の制御のための油圧回路の第一の実施形態を示す。 作業機の制御のための油圧回路の第二の実施形態を示す。

図１は、作業機１２と本体１４を有する機械１０を示す。図の実施形態において、機械１０はブルドーザであるが、機械１０はホイールローダ、モータグレーダ、トラック、掘削機、スクレイパまたは本発明が関連しうる他のいずれの機械であってもよい。機械１０はまた、作業機１２を動かすように構成されたアクチュエータ１６を含む。複数のアクチュエータが協働して同じ機能を果たすようにすることも考えられ、これも本発明の範囲から逸脱しない。図１に示されるように、アクチュエータ１６は、作業機１２を本体１４に関して概して垂直運動させるように構成されているが、他の実施形態では、アクチュエータ１６は、作業機１２を水平に動かし、回転させ、または当業界で知られている他のいずれの方法で動かしてもよい。図の実施形態において、作業機１２はブレードであるが、作業機はその代わりにバケット、ショベル、ベッドまたはその他のツールであってもよい。

図２は、アクチュエータ１６に流入し、そこから流出する流体を制御するための油圧回路２０の第一の実施形態を示す。油圧回路２０は、加圧作動流体源２２と、第一の制御弁２４と、ポペット弁２６と、シャトル弁２８と、第二の制御弁３０と、低圧タンク３２と、を含む。図２にさらに示されているように、アクチュエータ１６は、ヘッド側流体室３４とロッド側流体室３６を含む。

第一の実施形態において、ヘッド管路４０がヘッド側流体室３４を第一の制御弁２４の１つのポートに流体接続する。同様に、ロッド管路４２がロッド側流体室３６を第一の制御弁２４の他のポートに流体接続する。図のように、第一の制御弁２４は、ヘッド管路４０とロッド管路４２を流体源２２とタンク３２に選択的に流体接続し、それによってアクチュエータ１６が選択的に伸展し、収縮し、浮上し、または実質的にその位置を保持する。

図の実施形態によれば、ポペット弁２６はヘッド管路４０とロッド管路４２の間に設置され、ポペット弁２６が開くと流体がポペット弁２６を経由してヘッド管路４０とロッド管路４２の間で通過でき、その結果、ヘッド側流体室３４とロッド側流体室３６とが流体連通しやすくなるようになっている。反対に、ポペット弁２６が閉じると流体は、ポペット弁２６を経由してヘッド管路４０とロッド管路４２の間で通過することが実質的にできなくなる。図の実施形態において、ポペット弁２６は、ヘッド管路４０の圧力とロッド管路４２の圧力によって開位置に向けて付勢され、反対に、ポペット弁２６は、ばね４４と圧力室４６内の流体によって閉位置に向けて付勢される。図２に示されるように、圧力室４６は第一の作業面４７によってその一部が画定されている。第一の作動面４７に作用する流体圧は、ポペット弁２６を閉位置に向けて付勢する傾向がある。ポペット弁２６はまた、第二の作動面４９を含む。第二の作動面４９に作用する流体圧は、ポペット弁２６を開位置に向かって付勢する傾向がある。図の実施形態によれば、第二の作動面４９は、ロッド管路４２によってロッド側流体室３６と流体連通する第一の部分４９ａと、ヘッド管路４０によってヘッド側流体室３４と流体連通する第二の部分４９ｂを含む。

図２をさらに参照すると、シャトル弁２８がヘッド管路４０とロッド管路４２と第二の制御弁３０の第一のポート４８の間に接続されている。シャトル弁２８は、ヘッド管路４０またはロッド管路４２のうちの圧力が高い方からの圧力信号が第一のポート４８に供給されるように構成される。第二の制御弁３０の第二のポート５０はヘッド管路４０と流体連通している。第二の制御弁３０の第三のポート５２は、ポペット弁２６の圧力室４６と流体連通している。オリフィス５４が圧力室４６と第三のポート５２の間に設置されて、ポペット弁２６の運動を抑制する。

第二の制御弁３０は、第一のポート４８が第三のポート５２と流体連通して、圧力室４６がシャトル弁２８と流体連通する第一の位置を有する。第二の制御弁３０は、第二のポート５０が第三のポート５２と流体連通して、圧力室４６がヘッド管路４０と流体連通する第二の位置を有する。図の実施形態において、第二の制御弁３０は、ばね５８によって第一の位置に向けて付勢され、第二の制御弁３０は、ソレノイド５６によって第二の位置に向けて付勢される。

図３は油圧回路２０の第二の実施形態を示しており、これは構成の点で第一の実施形態と同様であるが、第二の制御弁３０の作動方法が異なる。図３に示されるように、スロットルオリフィス７０がヘッド管路４０に逆止弁７２と並列に設置される。逆止弁７２の向きは、ヘッド側流体室３４から出る流体が逆止弁７２を通過でき、ヘッド側流体室３４に入る流体が逆止弁７２を通過できず、スロットルオリフィスを通過するようになっている。

第一のパイロットライン７４は、スロットオリフィス７０とヘッド側流体室３４の間のヘッド管路４０に接続される。第二のパイロットライン７８は、スロットルオリフィス７０と第一の制御弁２４の間のヘッド管路４０に接続される。第一のパイロットライン７４は、第二の制御弁３０に加圧流体を供給して、第二の制御弁３０を第一の位置に向けて付勢する。同様に、第二のパイロットライン７８は、第二の制御弁３０に加圧流体を供給して、第二の制御弁３０を第二の位置に向けて付勢する。図２に示される実施形態と同様に、ばね５６がまた、第二の制御弁３０を第一の位置に向けても付勢する。

したがって、ヘッド管路４０を通ってヘッド側流体室３４に向かう流れが増大すると、スロットルオリフィス７０横断時の圧力低下量が増大し、それゆえ、第二の制御弁３０を第二の位置に向けて付勢する正味の力が増大する。この正味の力がばね５６の力に打ち勝つのに十分に大きくなると、第二の制御弁３０が第二の位置に移動する。

図１と２に関して、作業機１２を下降させることが求められる場合、第一の制御弁２４は、ロッド管路４２を低圧タンク３２に、またヘッド管路４０を作動流体源２２に接続するように作動できる。掘削時等、アクチュエータ１６を最大出力モードで動作させることが求められる場合、図の構成によるソレノイド５６が外されてもよい。ソレノイド５６が外れた状態であると、ばね５８は、第二の制御弁３０を、圧力室４６がシャトル弁２８と接続される位置に向けて付勢する傾向がある。このようにして、ポペット弁２６は閉状態にとどまる傾向があり、それは圧力室４６がヘッド管路４０とロッド管路４２のうち圧力の高い方に接続されるからである。面４７の面積は面４９のそれより大きいため、圧力室４６内の圧力がロッド管路４２内の圧力と等しいと、ポペット弁２６は依然として閉じたままである。このような条件でのポペット弁２６は、流体がヘッド側流体室３４とロッド側流体室３６の間で通過できないようにする傾向があるため、アクチュエータ１６はその最大限の力で動作できる。

反対に、たとえば作業機１２を上昇位置から急速に下降させる場合等、アチュエータ１６を急速降下、すなわち再生モードで動作させることが求められる場合、図の構成によるソレノイド５６は係合されてもよく、それによって圧力室４６がヘッド管路４０に接続される。このように、たとえば作業機１２が上昇され、アクチュエータ１６を伸展させるように重力または外力が作用している時等、ヘッド側流体室３４がロッド側流体室３６より低い圧力にあると、圧力室４６内の圧力が低くなることによってポペット弁２６が開き、ロッド側流体室３６からの流体がヘッド側流体室３４へと流れ込む。このようにして、アクチュエータ１６の作動速度は、それが作動流体源２２から供給される作動流体の流れによって、または第一の制御弁２４を通る流れによって制限されないため、速くなる。

たとえば作業機１２が地面に当たった時等、重力等の外力が無効にされるか大幅に減少すると、流体室３６内の圧力が低下し、アクチュエータ１６の伸展速度が減速するか、停止するが、その一方で、ポンプの流れは依然として流体室３４に到達して、圧力を上昇させるため、ポペット弁の圧力室４６内の圧力が相応に上昇する。後者が、それによって面４７に加えられる力が、圧力の低い圧力室３６に接続されているポペット弁２６の面４９に加えられる力に打ち勝つことができるほど十分に大きくなると、ポペット弁２６が閉じる。その結果、再生路が切断され、アクチュエータ１６は最大油圧力モードで伸展する。この推移は、新たに命令されることなく自動的に行われる。

図３に示される実施形態は、図２に示される実施形態と同様に動作できるが、第二の制御弁３０を作動させるのに、ソレノイド５６ではなくスロットルオリフィス７０前後の圧力差を利用する点が異なる。この実施形態によれば、作業機１２が上昇中であると、流体はヘッド側流体室３４から逆止弁７２を通って出てもよく、そのためヘッド側流体室３４から出る流れはスロットルオリフィス７０によって制限されない。

作業機１２が下降中で、流体がヘッド側流体室３４へと流入している時、流体はスロットルオリフィス７０を通過して、スロットルオリフィス７０前後の圧力差が、オリフィスを通る流体の流速とともに上昇する。したがって、ヘッド側流体室３４に流入する流体の流速が十分に低いと、ばね５６が第一のパイロットライン７４と第二のパイロットライン７８の間の圧力不均衡に打ち勝ち、圧力室４６をシャトル弁２８と流体連通させ、これは、詳述した図２に示される実施形態と同様の方法でポペット弁２６を閉じた状態に保つ傾向がある。ヘッド側流体室３４への流れが、第一のパイロットライン７４と第二のパイロットライン７８の間にばね５６の力に打ち勝つのに十分な圧力差を生じさせるような流速に到達すると、第二の制御弁３０は位置を変えて、圧力室４６がヘッド管路４０と流体連通し、これは、ヘッド側流体室３４がロッド側流体室３６より低い圧力にあるとポペット弁２６を開かせる傾向がある。このようにして、作業機１２は上昇位置から急速に下降でき、その一方で、作業機１２は依然として掘削等の作業のために最大出力で動作できる。

当業者にとって当然のことながら、上記の発明に対しては、本発明の範囲と主題から逸脱することなく、各種の修正と変更を加えることができる。これに加えて、当業者にとっては、本明細書で開示した装置と方法の明細と実施を検討することによって、上記の発明の他の実施形態が明らかとなるであろう。明細と実施例はあくまでも例示のためとみなされるものとする。

Claims (20)

1. 第一の流体室と第二の流体室を有するアクチュエータ（１６）と、
   開位置と閉位置を有するポペット弁（２６）であって、ポペット弁（２６）を閉位置に向けて付勢する第一の作動面（４７）によってその一部が画定される圧力室（４６）を含み、および、第一の流体室と流体連通する第一のポートと第二の流体室と流体連通する第二のポートを持つ、ポペット弁（２６）と、
   第一の流体室および第二の流体室と流体連通する第一および第二のポートを持つシャトル弁（２８）であって、圧力の高い方の流体室からの流体を選択的に通過させるように構成されたシャトル弁（２８）と、
   圧力室（４６）とシャトル弁（２８）によって選択的に通過させられた流体とを流体連通させやすくする第一の位置と、圧力室（４６）と第一の流体室とを流体連通させやすくする第二の位置との間で移動可能な制御弁（３０）と、
   第一の流体室、シャトル弁（２８）の第一のポート、ポペット弁（２６）の第一のポートおよび第二の流体室、シャトル弁（２８）の第二のポート、ポペット弁（２６）の第二のポートを、流体源（２２）およびタンク（３２）に選択的に流体接続する別の制御弁（２４）と、
   を備える油圧システム。
2. ポペット弁（２６）の開位置が第一の流体室と第二の流体室とを流体連通させやすくする請求項１に記載の油圧システム。
3. ポペット弁（２６）の閉位置が第一の流体室と第二の流体室との流体連通を制限する請求項２に記載の油圧システム。
4. ポペット弁（２６）が、第二の流体室内の流体と連通する第一の部分および第一の流体室内の流体と連通する第二の部分を有する第二の作動面（４９）を有する請求項３に記載の油圧システム。
5. 第二の作動面（４９）がポペット弁（２６）を開位置に向けて付勢する請求項４に記載の油圧システム。
6. ばね（４４）がポペット弁（２６）を閉位置に向けて付勢する請求項１に記載の油圧システム。
7. 制御弁（３０）がソレノイド（５６）によって第一の位置と第二の位置の間で選択的に移動される請求項１に記載の油圧システム。
8. 制御弁（３０）がばね（５８）によって第一の位置に向けて付勢され、および、ソレノイド（５６）によって第二の位置に向けて付勢される請求項７に記載の油圧システム。
9. 制御弁（３０）のポート（５２）と圧力室（４６）の間に設置された、ポペット弁（２６）の運動を抑制するためのオリフィス（５４）をさらに含む請求項１に記載の油圧システム。
10. 制御弁が第一のパイロットライン（７４）の流体によって作動される請求項１に記載の油圧システム。
11. 制御弁（３０）が第一のパイロットライン（７４）の流体によって第二の位置に向けて付勢される請求項１に記載の油圧システム。
12. 制御弁（３０）が第二のパイロットライン（７８）の流体によって第一の位置に向けて付勢される請求項１１に記載の油圧システム。
13. 作動流体源（２２）とスロットルオリフィス（７０）をさらに含み、第二のパイロットライン（７８）が流体源とスロットルオリフィス（７０）との間に流体接続される請求項１２に記載の油圧システム。
14. 第一のパイロットライン（７４）がスロットルオリフィス（７０）と第一の流体室との間に流体接続される請求項１３に記載の油圧システム。
15. スロットルオリフィス（７０）と並列な逆止弁（７２）をさらに含み、逆止弁（７２）が、第一の流体室から流出する流体を通過させ、第一の流体室へと流入する流体を制限するように構成されている請求項１４に記載の油圧システム。
16. 第一の流体室と第二の流体室を有するアクチュエータ（１６）と、
    開位置と閉位置を有するポペット弁（２６）であって、ポペット弁（２６）を閉位置に向けて付勢する圧力室（４６）を含み、第一のポートと第二のポートを有し、ポペット弁（２６）が閉じているとポペット弁（２６）の第一のポートと第二のポートは実質的に流体的に絶縁され、ポペット弁（２６）が開いているとポペット弁（２６）の第一のポートと第二のポートは流体連通するポペット弁（２６）と、
    第一のポートと第二のポートと第三のポートを有するシャトル弁（２８）であって、シャトル弁（２８）の第一のポートとシャトル弁（２８）の第二のポートのうち圧力が高い方をシャトル弁（２８）の第三のポートと選択的に連通させるシャトル弁（２８）と、
    第一の流体室とシャトル弁（２８）の第一のポートとポペット弁（２６）の第一のポートを流体接続する第一の通路と、
    第二の流体室とシャトル弁（２８）の第二のポートとポペット弁（２６）の第二のポートを流体接続する第二の通路と、
    圧力室（４６）とシャトル弁（２８）の第三のポートとを流体連通させやすくする第一の位置と、圧力室（４６）と第一の通路とを流体連通させやすくする第二の位置を有する制御弁（３０）と、
    第一の通路および第二の通路を流体源（２２）およびタンク（３２）に選択的に流体接続する別の制御弁（２４）と、
    を含む油圧システム。
17. ポペット弁（２６）は、ポペット弁（２６）を開位置に向けて付勢する作動面を有し、作動面が第二の通路と流体連通する第一の部分および第一の通路と流体連通する第二の部分を有する請求項１６に記載の油圧システム。
18. 制御弁（３０）のポート（５２）と圧力室（４６）の間に設置された、ポペット弁（２６）の運動を抑制するためのオリフィス（５４）をさらに含む請求項１７に記載の油圧システム。
19. 作業ツールと、
    第一の流体室と第二の流体室を有するアクチュエータ（１６）であって、作業ツールを作動させるように構成されたアクチュエータ（１６）と、
    油圧システムであって、
    開位置と閉位置を有するポペット弁（２６）であって、ポペット弁（２６）を閉位置に向けて付勢する第一の作動面（４７）によってその一部が画定される圧力室（４６）を含み、および、第一の流体室と流体連通する第一のポートと第二の流体室と流体連通する第二のポートを持つ、ポペット弁（２６）と、
    第一の流体室および第二の流体室と流体連通する第一および第二のポートを持つシャトル弁（２８）であって、圧力の高い方の流体室からの流体を選択的に通過させるように構成されたシャトル弁（２８）と、
    圧力室（４６）とシャトル弁（２８）によって選択的に通過させられた流体とを流体連通させやすくする第一の位置と、圧力室（４６）と第一の流体室とを流体連通させやすくする第二の位置との間で移動可能な制御弁（３０）と、
    第一の流体室、シャトル弁（２８）の第一のポート、ポペット弁（２６）の第一のポートおよび第二の流体室、シャトル弁（２８）の第二のポート、ポペット弁（２６）の第二のポートを、流体源（２２）およびタンク（３２）に選択的に流体接続する別の制御弁（２４）と
    を含む油圧システムと、
    を含む機械（１０）。
20. 油圧システムが、制御弁（３０）のポート（５２）と圧力室（４６）の間に設置された、ポペット弁（２６）の運動を抑制するためのオリフィス（５４）をさらに含む、請求項１９に記載の機械。

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