(57)【要約】機械（１０）のための油圧制御系（４８）が開示される。油圧制御系（４８）は、タンク（６４）と、タンク（６４）から流体を吸引し、この流体を加圧するように構成されたポンプ（５１）と、加圧流体を受け取り、機械の本体（３８）を、下部走行体（３９）に対して搖動させるように構成された搖動モータ（４３）と、加圧流体を受け取り、器具（１４）を本体に対して移動させるように構成された器具アクチュエータ（３２）と、を有していてもよい。この油圧制御系（４８）はまた、油圧エネルギーを機械エネルギーに変換するように構成されたエネルギー回収装置（１２２）と、搖動モータ（４３）から受け取った使用済み流体を貯蔵するように構成された第一のアキュムレータ（１３８）と、器具アクチュエータから受け取った使用済み流体を貯蔵するように構成された第二のアキュムレータ（１３０）も有していてよい。第一のアキュムレータ（１３８）と第二のアキュムレータ（１３０）の少なくとも一方からの貯蔵された使用済み流体は、エネルギー回収装置（１２２）へと選択的に放出されてもよい。
2014505211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンク（６４）と、
タンク（６４）から流体を吸引し、この流体を加圧するように構成された少なくとも１つのポンプ（５１）と、
加圧流体を受け取り、機械の本体（３８）を下部走行体（３９）に対して搖動させるように構成された搖動モータ（４３）と、
加圧流体を受け取り、器具（１４）を本体に対して移動させるように構成された作動具アクチュエータ（３２）と、
油圧エネルギーを機械エネルギーに変換するように構成されたエネルギー回収装置（１２２）と、
搖動モータ（４３）から受け取った使用済み流体を貯蔵するように構成された第一のアキュムレータ（１３８）と、
器具アクチュエータから受け取った使用済み流体を貯蔵するように構成された第二のアキュムレータ（１３０）と、
を含む、機械（１０）のための油圧制御系（４８）において、
第一と第二のアキュムレータの少なくとも一方からの貯蔵された使用済み流体が、選択的にエネルギー回収装置（１２２）へと放出される油圧制御系（４８）。
【請求項２】
請求項１に記載の油圧制御系（４８）において、
第一のアキュムレータ（１３８）と第二のアキュムレータ（１３０）の両方が、貯蔵された使用済み流体をエネルギー回収装置（１２２）へと選択的に放出するように構成されている油圧制御系（４８）。
【請求項３】
請求項２に記載の油圧制御系（４８）において、
エネルギー回収装置（１２２）と、第一のアキュムレータ（１３８）および第二のアキュムレータ（１３０）との間に設置された放出弁（１５０）をさらに含み、放出弁（１５０）が、第一のアキュムレータ（１３８）からの使用済み流体がエネルギー回収装置（１２２）へと通過できる第一の位置と、第二のアキュムレータ（１３０）からの使用済み流体がエネルギー回収装置（１２２）へと通過できる第二の位置との間で移動可能である弁体（１５１）を有する、油圧制御系（４８）。
【請求項４】
請求項３に記載の油圧制御系（４８）において、
放出弁（１５０）が、放出弁を通る流体の流れが阻止される第三の位置へばね付勢されるデュアルソレノイド弁である油圧制御系（４８）。
【請求項５】
請求項１に記載の油圧制御系（４８）において、
第一のアキュムレータ（１３８）が、搖動モータ（４３）から受け取った、貯蔵された使用済み流体を選択的に搖動モータ（４３）に放出して戻すように構成される油圧制御系（４８）。
【請求項６】
請求項１に記載の油圧制御系（４８）において、
エネルギー回収装置（１２２）が機械の動力源（１８）に機械的に接続される油圧制御系（４８）。
【請求項７】
請求項６に記載の油圧制御系（４８）において、
エネルギー回収装置（１２２）が少なくとも１つのポンプ（５１）によって動力源に機械的に接続される油圧制御系（４８）。
【請求項８】
請求項１に記載の油圧制御系（４８）において、
搖動モータ（４３）の、より高圧の側から選択的に流体を通過させるように構成された搖動切替弁（１４４）をさらに含む油圧制御系（４８）。
【請求項９】
請求項１に記載の油圧制御系（４８）において、
搖動モータ（４３）と第一のアキュムレータ（１３８）の間に設置された第一のチャージ弁（１４０）であって、流れ遮断位置から流れ通過位置へと移動するようにソレノイド作動される第一のチャージ弁（１４０）と、
器具アクチュエータと第二のアキュムレータ（１３０）の間に設置された第二のチャージ弁（１３２）であって、流れ遮断位置から流れ通過位置へと移動するようにソレノイド作動される第二のチャージ弁（１３２）と、
をさらに含む油圧制御系（４８）。
【請求項１０】
機械（１０）のためのエネルギーを回収する方法において、
流体を加圧するステップと、
加圧流体を利用して、機械の本体（３８）を下部走行体（３９）に対して搖動させるステップと、
加圧流体を利用して、器具（１４）を本体に対して移動させるステップと、
本体の搖動に使用された第一の加圧使用済み流体を貯蔵するステップと、
器具の移動に使用された第二の加圧使用済み流体を貯蔵するステップと、
貯蔵された第一の加圧使用済み流体と貯蔵された第二の加圧使用済み流体の少なくとも一方からの油圧エネルギーを、流体の加圧に使用される機械エネルギーに選択的に変換するステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、油圧制御系に関し、より詳しくは、エネルギー回収手段を備える油圧制御系に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドーザ、ローダ、掘削機、モータグレーダおよびその他の種類の重機等の機械では、器具を動かすために１つまたは複数の油圧アクチュエータが使用される。これらのアクチュエータは、機械に設けられた、アクチュータ内のチャンバに加圧流体を供給するポンプに流体接続される。加圧流体がチャンバに入り、またはこれらを通過する際、この流体の圧力がチャンバの油圧面に作用して、アクチュエータおよび接続されている器具の運動を起こさせる。加圧流体は、チャンバから排出されると、機械の低圧の集油タンクに戻される。
【０００３】
この種の油圧装置に伴う１つの問題は、効率に関する。特に、アクチュエータのチャンバから集油タンクに排出される流体は、すでに集油タンク内にある流体の圧力より高圧である。その結果、集油タンクへと排出される、より高圧の流体には依然としていくらかのエネルギーが含まれており、これが低圧の集油タンクに入る際に無駄に廃棄される。このような未活用エネルギーは、油圧系の効率を低下させる。
【０００４】
上記のような油圧系の効率を改善する１つの方法が、２００８年１１月４日にＳｍｉｔｈらに発行された（特許文献１）（「‘８０９号特許」）に記載されている。（特許文献１）は、作業機のための油圧再生系を開示している。この油圧再生系は、タンクと、一次流体源と、アクチュエータと、アキュムレータと、エネルギー回収装置と、を有する。一次流体源は、タンクから流体を吸引し、この流体を高圧でアクチュエータへと吐出するように構成される。アクチュエータの運動中、アクチュエータからの使用済み流体はアキュムレータへと誘導され、貯蔵される。貯蔵されたこの流体はその後、アキュムレータからエネルギー回収装置を通るように誘導され、使用済み流体からエネルギーの一部が回収され、その結果、油圧再生系の効率が改善される。
【０００５】
（特許文献１）の系は従来の油圧系と比較すれば効率化されたかもしれないが、それでもなお、改善が必要であろう。具体的には、（特許文献１）の系は、アクチュエータ、アキュムレータ、エネルギー回収装置、一次流体源の間の流体流を制御するために、複雑な弁構成を必要とする。この複雑な弁構成は制御が難しく、系のコストが高くなる。これに加えて、（特許文献１）の系では、機械を搖動させるために使用される加圧流体からのエネルギーは回収されないかもしれない。
【０００６】
本願で開示する油圧制御系は、上記の問題および／または当業界で知られているその他の問題の１つまたはそれ以上を克服することに関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７，４４４，８０９号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様は、油圧制御系に関する。この油圧制御系は、タンクと、タンクから流体を吸引し、この流体を加圧するように構成されたポンプと、加圧流体を受け取り、機械の本体を下部走行体に対して搖動させるように構成された搖動モータと、加圧流体を受け取り、器具を本体に対して移動させるように構成された器具アクチュエータと、を含んでいてもよい。この油圧制御系はまた、油圧エネルギーを機械エネルギー変換するように構成されたエネルギー回収装置と、搖動モータから受け取った使用済み流体を貯蔵するように構成された第一のアキュムレータと、器具アクチュエータから受け取った使用済み流体を貯蔵するように構成された第二のアキュムレータも有していてよい。第一と第二のアキュムレータの少なくとも一方からの貯蔵された使用済み流体は、エネルギー回収装置へと選択的に放出させることができる。
【０００９】
本発明の他の態様は、エネルギー回収方法に関する。この方法は、流体を加圧するステップと、加圧流体を利用して機械の本体を下部走行体に対して搖動させるステップと、加圧流体を利用して、器具を本体に対して移動させるステップと、を含んでいてもよい。この方法はさらに、本体を搖動させるために使用された第一の加圧使用済み流体を貯蔵するステップと、器具を移動させるために使用された第二の加圧使用済み流体を貯蔵するステップと、貯蔵された第一の加圧使用済み流体と貯蔵された第二の加圧使用済み流体の少なくとも一方からの油圧エネルギーを、流体を加圧するために使用される機械エネルギーに選択的に変換するステップと、含んでいてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の例示的な機械の概略図である。
【図２】図１の機械と使用可能な本発明の例示的な油圧制御系の概略図である。
【図３】図１の機械と使用可能な本発明の他の例示的な油圧制御系の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、協働して作業を実現する複数の系と構成要素を有する、ある例示的な機械１０を示す。機械１０は、採鉱、建設、農業、交通業界または当業界で公知の他のいずれかの業界に関連するある種の作業を実行する固定式または移動式機械であってよい。たとえば、機械１０は、掘削機、ドーザ、ローダ、バックホー、モータグレーダ、ダンプトラック等の土木機械または他のいずれの土木機械であってもよい。機械１０は、器具１４を動かすように構成された作業系１２と、機械１０を推進する駆動系１６と、作業系１２と駆動系１６に動力を供給する動力源１８と、を含んでいてもよい。
【００１２】
作業系１２は、流体アクチュエータが器具１４を動かすために作用する連結構造を含んでいてもよい。具体的には、作業系１２は、隣接する１対の複動油圧シリンダ２６（図１には一方のみが示されている）によって水平軸（図示せず）の周囲で作業面２４に対して垂直に旋回するブーム部材２２を含んでいてもよい。作動系１２はまた、単独の複動油圧シリンダ３２によって水平軸３０の周囲で垂直に旋回するスティック部材２８を含んでいてもよい。作動系１２はさらに、スティック部材２８と器具１４の間に動作的に接続され、作動具１４を水平旋回軸３６の周囲で垂直に旋回させる、単独の複動油圧シリンダ３４を含んでいてもよい。ブーム部材２２は、機械１０の本体３８に旋回式に接続されていてもよい。本体３８は、油圧搖動モータ４３によって垂直軸４１の周囲で下部走行体３９に対して旋回されてもよい。スティック部材２８は、軸３０と３６によって、ブーム部材２２を作動具１４に旋回可能に接続してもよい。
【００１３】
油圧シリンダ２６、３２、３４の各々は、２つの分離した圧力チャンバ（たとえば、ヘッド側チャンバとロッド側チャンバ）を形成するように配置されたチューブとピストンアセンブリ（図示せず）を含んでいてもよい。圧力チャンバには選択的に加圧流体が供給され、またそこから加圧流体が排出されて、ピストンアセンブリをチューブ内で移動させ、その結果、油圧シリンダ２６、３２、３４の有効長さが変化する。圧力チャンバに入り、そこから出る流体の流速は、油圧シリンダ２６、３２、３４の速度に関係する可能性があり、その一方で、２つの圧力チャンバ間の圧力差は、関連する連結部材の油圧シリンダ２６、３２、３４によって発せられる力に関係する可能性がある。油圧シリンダ２６、３２、３４の伸縮は、器具１４の移動を支援する役割を果たしうる。
【００１４】
多様な器具を１台の機械１０に取り付けてもよく、オペレータがこれを制御できる。器具１４は、たとえばバケット、フォーク装置、ブレード、ショベル、リッパ、ダンプベッド、ブルーム、除雪装置、推進装置、切削装置、把持装置等、特定の作業を実行するために使用されるあらゆる装置、または当業界で公知の他の作業実行装置であってよい。図１の実施形態において、器具１４は、機械１０の本体３８に対して垂直方向に旋回するように接続されているが、その代わりに、またはこれに加えて、回転、摺動、搖動、揚上または当業界で公知の他のどのような方法で動いてもよい。
【００１５】
搖動モータ４３は、油圧シリンダ２６、３２、３４と同様に、流体の圧力差によって駆動されてもよい。具体的には、搖動モータ４３は、インペラ（図示せず）の両側にそれぞれ配置された第一と第二のチャンバ（図示せず）を含んでいてもよい。第一のチャンバが加圧流体で満たされ、第二のチャンバから流体が排出されると、インペラは第一の方向に回転するように付勢されうる。反対に、第一のチャンバから流体が排出され、第二のチャンバが加圧流体で満たされると、インペラは反対方向に回転するように付勢されうる。第一と第二のチャンバに入り、そこから出る流体の流速によって搖動モータ４３の出力回転速度が決定されてもよく、その一方で、インペラ前後の圧力差によって出力トルクが決定されてもよい。
【００１６】
駆動系１６は、機械１０を推進するように動力を受ける１つまたは複数の牽引装置を含んでいてもよい。ここで開示されている例では、駆動系１６は、機械１０の片側に配置された左側無限軌道４０Ｌと、機械１０の反対側に配置された右側無限軌道４０Ｒを含む。左側無限軌道４０Ｌは左側走行モータ４２Ｌによって駆動されてもよく、右側無限軌道４０Ｒは右側走行モータ４２Ｒによって駆動されてもよい。あるいは、駆動系１６が車輪、ベルトまたはその他の公知の牽引装置等、無限軌道以外の牽引装置を含んでよいことも考えられる。機械１０の操舵は、左右の走行モータ４２Ｌ、４２Ｒ間の速度および／または回転方向の差を生じさせることによって行われてもよく、その一方で、直線走行は、左右の走行モータ４２Ｌ、４２Ｒから実質的に等しい出力速度と同じ回転方向を生成させることによって促進されてもよい。
【００１７】
搖動モータ４３と同様に、左右の走行モータ４２Ｌ、４２Ｒは流体の圧力差を作ることによって駆動されてもよい。具体的には、左右の走行モータ４２Ｌ、４２Ｒの各々は、インペラ（図示せず）の両側にそれぞれ配置された第一と第二のチャンバ（図示せず）を含んでいてもよい。第一のチャンバが加圧流体で満たされ、第二のチャンバから流体が排出されると、インペラは対応する牽引装置を第一の方向に回転させるように付勢されうる。反対に、第一のチャンバから流体が排出され、第二のチャンバが加圧流体で満たされると、それぞれのインペラは牽引装置を反対方向に回転させるように付勢されうる。第一と第二のチャンバに入り、そこから出る流体の流速によって左右の走行モータ４２Ｌ、４２Ｒの回転速度が決定されてもよく、その一方で、左右の走行モータ４２Ｌ、２Ｒの圧力差によってトルクが決定されてもよい。
【００１８】
動力源１８はエンジン、たとえばディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、気体燃料型エンジンまたは当業界で公知の他のいずれの種類の燃焼機関であってもよい。動力源１８はあるいは、燃料電池、動力貯蔵装置または当業界で公知の他の動力源等、非燃焼型動力源であってもよい。動力源１８は機械的または電気的出力を生成してもよく、これは次に、油圧シリンダ２６、３２、３４および左側走行モータ、右側走行モータおよび搖動モータ４２Ｌ、４２Ｒ、４３を動かすための油圧出力に変換されてもよい。
【００１９】
図２に示されるように、機械１０は、協働して器具１４（図１参照）と機械１０を動かす複数の流体構成要素を有する油圧制御系４８を含んでいてもよい。特に、油圧制御系４８は、第一の流体源５１からの第一の加圧流体ストリームを受け取るように構成された第一の回路５０と、第二の流体源５３からの第二の加圧流体ストリームを受け取るように構成された第二の回路５２を含んでいてもよい。第一の回路５０は、ブーム制御弁５４と、バケット制御弁５６と、左側走行制御弁５８と、を含んでいてもよく、これらは第一の加圧流体ストリームを受け取るように並列に接続される。第二の回路５２は、右側走行制御弁６０と、スティック制御弁６２と、搖動制御弁６３と、を含んでいてもよく、これらは第二の加圧流体ストリームを受け取るように並列に接続される。その他の制御弁機構が第一および／または第二の回路５０、５２の中に含められてもよいと考えられ、これにはたとえば、１つまたは複数のアタッチメント制御弁およびその他適当な制御弁機構がある。
【００２０】
第一と第二の流体源５１、５３は、１つまたは複数のタンク６４から流体を吸引して、この流体を所定のレベルまで加圧するように構成されていてもよい。具体的には、第一と第二の流体源５１、５３の各々は、たとえば可変容量形ポンプ（図１に示される）、固定容量形ポンプ等のポンプ機構、または当業界で公知の他のいずれの流体源であってもよい。第一と第二の流体源５１、５３は各々、たとえばカウンタシャフト（図示せず）、ベルト（図示せず）、電気回路（図示せず）によって、または他の適当な方法で、機械１０の動力源１８に別々に、駆動可能に接続されてもよい。あるいは、第一と第二の流体源５１、５３の各々は、トルク変換器、減速ギアボックス、電気回路を介して、または他のいずれの適当な方法によっても、動力源１８に間接的に接続されてもよい。第一の流体源５１は、第二の流体源５３から生成される第二の加圧液体ストリームとは独立した第一の加圧流体ストリームを生成してもよい。第一と第二の流体源５１、５３の出力は異なる圧力レベルおよび流速であってもよく、少なくとも１つの要因として第一と第二の回路５０、５２の中の流体の圧力によって決定されうる。
【００２１】
タンク６４としては、供給流体を保持するように構成された容器を構成してもよい。流体は、たとえば専用の作動油、エンジン潤滑油、トランスミッション潤滑油、または当業界で公知のいずれの流体であってもよい。機械１０の中の１つまたは複数の油圧系は、タンク６４から流体を吸引し、この流体をタンク６４に戻してもよい。油圧制御系４８は、希望に応じて、複数の別々の流体タンクにも、１つのタンクにも接続されてよい。
【００２２】
ブーム制御弁、バケット制御弁、右側走行制御弁、左側走行制御弁、スティック制御弁、搖動制御弁５４〜６３の各々は、それぞれに関連する流体アクチュエータの運動を調整してもよい。具体的には、ブーム制御弁５４はブーム部材２２に関連する油圧シリンダ２６の運動を制御するように移動可能な要素を有していてもよく、バケット制御弁５６は器具１４に関連する油圧シリンダ３４の運動を制御するように移動可能な要素を有していてもよく、スティック制御弁６２はスティック部材２８に関連する油圧シリンダ３２の運動を制御するように移動可能な要素を有していてもよく、搖動制御弁６３は垂直軸４１の周囲での本体３８の搖動を制御するように移動可能な要素を有していてもよい。同様に、左側走行制御弁５８は左側走行モータ４２Ｌの運動を制御するように移動可能な弁要素を有していてもよく、その一方で、右側走行制御弁６０は右側走行モータ４２Ｒの運動を制御するように移動可能な要素を有していてもよい。
【００２３】
第一と第二の回路５０、５２の制御弁により、加圧された流体は共通の通路を通って、それぞれのアクチュエータに入り、そこから流出することができる。具体的には、第一の回路５０の制御弁は、第一の共通供給路６６によって第一の流体源５１に、また第一の共通排出路６８によってタンク６４に接続されてもよい。第二の回路５２の制御弁も同様に、第二の共通供給路７０によって第二の流体源５３に、また第二の共通排出路７２によってタンク６４に接続されてもよい。排出路６８、７２は、タンク６４で終結する最終排出路７３に接続されてもよい。ブーム制御弁、バケット制御弁、左側走行制御弁５４〜５８は、それぞれ個別の流体路７４、７６、７８によって並列に第一の共通供給路６６に接続されてもよく、それぞれ個別の流体路８０、８２、８４によって並列に第一の共通および／または最終排出路６８、７３に接続されてもよい。同様に、右側走行制御弁、スティック制御弁、搖動制御弁６０〜６３は、それぞれ個別の流体路８６、８８、８９によって並列に第二の共通供給路７０に接続されてもよく、それぞれ個別の流体路９０、９２、９３によって並列に第二の共通および／または最終排出路７２、７３に接続されてもよい。希望に応じて、逆止弁（図示せず）を流体路７４〜７８、８８、８９のいずれかまたはすべての中に設置して、それぞれの制御弁へと加圧流体が一方向に供給されるようにしてもよいことが考えられる。
【００２４】
ブーム制御弁、バケット制御弁、左側走行制御弁、右側走行制御弁、スティック制御弁、搖動制御弁５４〜６３の要素は同様であり、関連する方法で機能できるため、本明細書では、搖動制御弁６３の動作のみを説明する。１つの例において、搖動制御弁６３は、第一のチャンバの供給要素（図示せず）、第一のチャンバの排出要素（図示せず）、第二のチャンバの供給要素（図示せず）、第二のチャンバの排出要素（図示せず）を含んでいてもよい。第一と第二のチャンバの供給要素は並列に流体路８９に接続されて、それぞれのチャンバが第二の流体源５３からの流体で満たされてもよく、その一方で、第一と第二のチャンバの排出要素は並列に流体路９３に接続されて、それぞれのチャンバから流体が排出されてもよい。搖動モータ４３を第一の方向に移動させるには、第一のチャンバの供給要素が、第二の流体源５３からの加圧流体で流体路８９を介して搖動モータ４３の第一のチャンバが満たされるようにシフトされてもよく、その一方で、第二のチャンバの排出要素が、搖動モータ４３の第二のチャンバから流体が流体路９３を介してタンク６４へと排出されるようにシフトされてもよい。搖動モータ４３を反対方向に移動させるには、第二のチャンバの供給要素が、搖動モータ４３の第二のチャンバが加圧流体で満たされるようにシフトされてもよく、その一方で、第一のチャンバの排出要素が、搖動モータ４３の第一のチャンバから流体が排出するようにシフトされてもよい。希望に応じて、特定の制御弁の供給および排出機能の両方が、第一のチャンバに関連する１つの要素と、第二のチャンバに関連する１つの要素によって交互に行われてもよいと考えられる。
【００２５】
制御弁の供給および排出要素は、命令された流速に応答して、ばねの付勢力に対抗してソレノイド移動可能であってもよい。特に、油圧シリンダ２６、３２、３４および左側走行モータ、右側走行モータ、搖動モータ４２Ｌ、４２Ｒ、４３は、第一と第二のチャンバに入り、そこから出る流体の流速に対応する速度で移動してもよい。オペレータが希望する器具および／または機械の速度を実現するには、仮定され、または測定された圧力に基づく命令が供給要素と排出要素のソレノイド（図示せず）に送られてもよく、この命令はこれらの要素を必要な流速に対応する量だけ開かせる。この命令は、流速命令の形態でも、弁要素位置命令の形態でもよい。
【００２６】
第一と第二の回路５０、５２の共通供給路および排出路は、補給および放出機能のために相互接続されていてもよい。特に、第一と第二の共通供給路６６、７０は、それぞれ第一と第二のバイパス要素９８、１００によってタンク６４からの補給流体を受け取ってもよい。第一または第二のストリームの圧力が所定のレベルより下がると、タンク６４からの流体は第一と第二のバイパス要素９８、１００によって第一と第二の回路５０、５２の中に流れることができる。希望に応じて、フィルタ（図示せず）が第一および／または第二のバイパス要素９８、１００に関連付けられてもよく、これによって補給流体の流れが濾過される。第一と第二の共通排出路６８、７２は、シャトル弁１０２と共通の主要放出要素１０４によって、流体を第一と第二の回路５０、５２からタンク６４へと放出させてもよい。第一または第二の回路５０、５２の中の流体が所定のレベルを超えると、超過した圧力を有する回路からの流体が、シャトル弁１０２および共通の主要放出要素１０４によってタンク６４へと排出されてもよい。
【００２７】
直線走行弁１０６は、左右の走行制御弁５８、６０を選択的に相互に直列関係に配置し直してもよい。特に、直線走行弁１０６は、中立位置（図１に示す）から直線走行位置に向かって移動可能な、ばね付勢、ソレノイド作動型の弁要素１０７を含んでいてもよい。弁要素１０７が中立位置にある時、左右の走行制御弁５８、６０には選択的に、それぞれ第一と第二の流体源５１、５３から加圧流体が独立して供給されてもよく、それによって左右の走行モータ４２Ｌ、４２Ｒが別々に制御される。しかしながら、弁要素１０７が直線走行位置にある時、左右の走行制御弁５８、６０は直列接続され、第一の流体源５１からのみ加圧流体を受け取り、従属的に動いてもよい。走行命令だけが有効である時（たとえば、有効な作業命令がない時）、弁要素１０７は中立位置に保持されてもよい。左右の走行モータ４２Ｌ、４２Ｒの負荷が不均等である時（たとえば、左側無限軌道４０Ｌが軟弱地盤上にあり、左側無限軌道４０Ｒがコンクリート上にある時）、直線走行弁１０６を介して第一と第二の流体源５１、５３が分離されることによって、第一と第二の流体源５１、５３からの出力圧が異なっていても、直線走行が提供されうる。
【００２８】
直線走行弁１０６はまた、機械１０の走行中に作業機の制御を支援するように作動されてもよい。たとえば、オペレータが機械１０の走行中にブーム制御弁５４を作動させると、直線走行弁１０６の弁要素１０７は、左右の走行モータ４２Ｌ、４２Ｒに第一の流体源５１からの加圧流体を供給するように移動してもよく、その一方で、ブーム制御弁５４は第二の流体源５３からの加圧流体を受け取ってもよい。弁要素１０７は、直線走行位置にはばね付勢され、中立位置に向かう移動はソレノイドにより作動されてもよい。
【００２９】
直線走行弁１０６の弁要素１０７が直線走行位置に移動されると、第二の流体源５３からの流体は実質的に同時に、弁要素１０７を介して第一と第二の回路５０、５２の両方に誘導されて、油圧シリンダ２６、３２、３４を駆動してもよい。第二の流体源５３からの第二の加圧流体ストリームは、第一と第二の回路５０、５２の両方の油圧シリンダ２６、３２、３４に誘導されてもよく、これは、第一の流体源５１からの第一の加圧流体ストリームの全部が、機械１０の直線走行中に左右の走行モータ４２Ｌ、４２Ｒによってほとんど完全に消費されうるからである。
【００３０】
合流弁１０８は、１つまたは複数の流体アクチュエータを高速運動させるために、第一と第二の共通供給路６６、７０からの第一と第二の加圧流体ストリームを合流させてもよい。特に、合流弁１０８は、中立位置（図１に示される）と流れ遮断位置と両方向流れ通過位置の間で移動可能なばね付勢、ソレノイド作動型弁要素１１０を含んでいてもよい。中立位置にある時、第一の回路５０からの流体は、第一の回路５０の圧力が第二の回路５２の圧力より所定の量だけ大きくなったことに応答して、第二の回路５２へと流れることができる。所定の量は、ばねの付勢力に関連付けられ、製造工程中に固定されてもよい。このようにして、右側走行またはスティック機能が第二の流体源５３の出力能力より大きな流体流速を必要とし、第二の回路５２の圧力が低下し始めると、第一の流体源５１からの流体は、弁要素１１０によって第二の回路５２へと方向転換されてもよい。双方向流れ通過位置にある時、第二の加圧流体ストリームは、第一の回路５０へと流れて、制御弁５４〜５８へと誘導される第一の加圧流体ストリームと合流してもよい。弁要素１１０は、中立位置にはばね付勢され、双方向流れ通過位置に向けて移動するにはソレノイドにより作動されてもよい。
【００３１】
油圧制御系４８はまた、第一と第二の回路５０、５２と流体連通し、高い圧力の使用済み流体を選択的に回収装置１２２へと誘導して、その流体からエネルギーが抽出されるように構成されたエネルギー回収部１２０も含んでいてよい。エネルギー回収部１２０は、特に、ブーム回収回路１２４と搖動回収回路１２６を含んでいてもよい。ブーム回収回路１２４は、油圧シリンダ２６のヘッド側チャンバからの加圧された使用済み流体を回収装置１２２へと誘導するように構成されていてもよく、その一方で、搖動回収回路１２６は、搖動モータ４３の各チャンバからの加圧された使用済み流体を回収装置１２２へと誘導するように構成されていてもよい。
【００３２】
ブーム回収回路１２４は、油圧シリンダ２６のヘッド側チャンバから回収装置１２２へと延びる通路１２８と、通路１２８と流体連通するブームアキュムレータ１３０と、通路１２８の中の、油圧シリンダ２６とブームアキュムレータと１３０の間に設置されたブームチャージ弁１３２と、を含んでいてもよい。逆止弁１３４が通路１２８の中の、ブームアキュムレータ１３０とブームチャージ弁１３２の間に設置されてもよく、これはブームチャージ弁１３２からブームアキュムレータ１３０へと流体が確実に一方向に流れるようにするのを助ける。
【００３３】
搖動回収回路１２６は、搖動モータ４３からエネルギー回収装置１２２へと延びる通路１３６と、通路１３６と流体連通する搖動アキュムレータ１３８と、通路１３６の中の、搖動モータ４３と搖動アキュムレータ１３８の間に設置された搖動チャージ弁１４０と、を含んでいてもよい。逆止弁１４２が通路１３６の中の、搖動アキュムレータ１３８と搖動チャージ弁１４０の間に設置されてもよく、これは搖動チャージ弁１４０から搖動アキュムレータ１３８へと流体が確実に一方向に流れるようにするのを助ける。搖動切替弁１４４によって、搖動モータ４３のより高圧のチャンバが通路１３６に流体接続されてもよい。
【００３４】
ブームおよび搖動シャージ弁１３２、１４０の各々は、それぞれソレノイド作動型でばね付勢型の弁要素１３３、１４１を含んでいてもよく、これは作動されると、閉じた、すなわち流れ遮断位置から開いた流れ通過位置（図１に示される）へと移動可能である。弁要素１３３、１４１はどちらも、流れ遮断位置に向けてばね付勢されてもよい。
【００３５】
ブームおよび搖動アキュムレータ１３０、１３８の各々は、圧縮ガスにより満たされ、将来の動力源として使用するために加圧流体を貯蔵しておくように構成された圧力容器であってもよい。圧縮ガスとしては、たとえば窒素、アルゴン、ヘリウム、またはその他適当な圧縮ガスがある。アキュムレータ１３０、１３８と連通する流体が所定の圧力を超えると、この流体はアキュムレータ１３０、１３８に流入してもよい。その中ガスは圧縮可能であるため、流体がアキュムレータ１３０、１３８に流入すると、ばねのように動作して収縮することができる。通路１２８、１３６の中の流体の圧力がアキュムレータ１３０、１３８の所定の圧力より下がると、圧縮ガスが膨張し、流体をアキュムレータ１３０、１３８の中から押し出して、排出させてもよい。希望に応じて、アキュムレータ１３０、１３８はあるいは、ばね付勢型のアキュムレータであってもよい。所定の圧力は、約１５０〜２００バールの範囲内であってもよい。
【００３６】
搖動切替弁１４４は、搖動モータ４３の第一のチャンバが通路１３６に流体接続される第一の位置（図１に示す）と、搖動モータ４３の第二の対向するチャンバが通路１３６と流体接続される第二の位置との間で移動可能な、双方向ばね付勢型弁要素１４５を含んでいてもよい。弁要素１４５は、第一と第二の位置の間の第三の位置に向けて付勢され、搖動モータ４３に入り、そこから出る流体の圧力に基づいて、第一と第二の位置に移動されてもよい。すなわち、搖動モータ４３の第一の側の流体の圧力が搖動モータ４３の第二の側の流体の圧力を超えると、弁要素１４５は第一の位置へと移動して、より高圧の流体が通路１３６に流れるようにしてもよい。同様に、搖動モータ４３の第二のチャンバ内の流体の圧力が搖動モータ４３の第一のチャンバ内の流体の圧力を超えると、弁要素１４５は第二の位置に移動して、この場合も、より高圧の流体が通路１３６に流れるようにしてもよい。
【００３７】
供給路１４６は、通路１２８と１３６から流体を受け取り、この流体を回収装置１２２へと誘導するように構成されていてもよく、その一方で、排出路１４８は、回収装置１２２からの流体を、通路９３を介してタンク６４へと誘導するように構成されていてもよい。放出弁１５０が通路１２８、１３６と供給路１４６の間に設置されてもよい。途中に逆止弁１５４が設置されたバイパス路１５２は、排出路１４８内の圧力が供給路１４６内の圧力を超えた時に、選択的に排出路１４８を供給路１４６に接続してもよく、その結果、エネルギー回収装置１２２が空になる可能性が低くなる。
【００３８】
放出弁１５０は、一度に通路１２８と１３６の一方を供給路１４６に選択的に接続するように構成されていてもよい。特に、放出弁１５０は、通路１２８が供給路１４６に流体接続される第一の位置と、通路１２８と１３６が供給路１４６から遮断される第二の位置と、通路１３６が供給路１４６に流体接続される第三の位置（図１に示される）の間で移動可能なデュアルソレノイド弁要素１５１を含んでいてもよい。弁要素１５１は、希望に応じて、第二の位置にはばね付勢され、第一と第二の位置のいずれかへの移動はソレノイドにより作動されてもよい。逆止弁１５６が各通路１２８と１３６の各々の、放出弁１５０のすぐ上流に設置されてもよく、これは流体が放出弁１５０からエネルギー回収装置１２２へと確実に一方向に流れるようにするのを助ける。
【００３９】
エネルギー回収装置１２２は、それまでにブームアキュムレータと搖動アキュムレータ１３０、１３８の中に回収された、ブーム回収回路と搖動回収回路１２４、１２６からの加圧された使用済み流体を受け取るように構成され、流体によって機械的出力を生成するように駆動されてもよい。１つの実施形態において、エネルギー回収装置１２２によって生成される機械的出力は、油圧制御系４８へと戻されてもよく、その結果、油圧制御系４８の効率が改善される。エネルギー回収装置１２２は、たとえば、第二の流体源５３を介して動力源１８に機械的に連結される固定（図２に示される）または可変容量形油圧モータであってもよい。この構成において、加圧流体がエネルギー回収装置１２２に流れると、エネルギー回収装置１２２は流体の圧力によって回転されてもよく、その結果、第二の流体源５３と動力源１８が駆動される。１つの実施形態において、エネルギー回収装置１２２は一般的に機械１０に関連する既存のモータ、たとえばエンジン冷却系（図示せず）の一部を形成するファンモータであってもよい。第二の流体源５３を駆動することによって、動力源１８の負荷が軽減され、機械１０の効率が向上しうる。
【００４０】
コントローラ１５８が油圧制御系４８のさまざまな構成要素と連通されて、機械１０の動作を調整してもよい。たとえば、コントローラ１５８は、制御弁５４〜６０、直線走行弁１０６、合流弁１０８、ブームチャージ弁と搖動チャージ弁１３２、１４０、放出弁１５０と連通していてもよい。オペレータからの各種の入力とモニタされたパラメータに基づき、詳しくは後述するように、コントローラ１５８は、オペレータの命令を効率的に実行するように、各種の弁を調整された方法で選択的に作動させるように構成されていてもよい。コントローラ１５８は、メモリと、第二の貯蔵装置と、クロックと、１つまたは複数のプロセッサを含んでいてもよく、これらが協働して、本発明に沿って作業を実行する。多数の市販のマイクロプロセッサを、コントローラ１５８の機能を実行するように構成できる。当然のことながら、コントローラ１５８は手軽に、機械１０の他の多くの機能を制御できる汎用機械コントローラとすることができる。各種の公知の回路をコントローラ１５８に関連付けてもよく、これにはたとえば、信号変換回路、通信回路、および他の適当な回路がある。また、当然のことながら、コントローラ１５８は、コントローラ１５８を本発明に沿って機能させることができるように構成された特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コンピュータシステム、論理回路の１つまたはそれ以上を含んでいてもよい。
【００４１】
１つの実施形態において、コントローラ１５８によりモニタされる動作パラメータとしては、エネルギー回収部１２０の中の流体の圧力等であってもよい。たとえば、１つまたは複数の圧力センサ１６０をブーム回収回路および／または搖動回収回路１２４、１２６の中に戦略的に配置してもよく、これがそれぞれの回路の圧力をモニタし、モニタされた圧力を示す、それに対応する信号をコントローラ１５８に対して生成する。本発明の図２の実施形態においては、１つの圧力センサ１６０が搖動回収回路１２６に関連付けられ、搖動アキュムレータ１３８に近接して配置されている。しかしながら、希望に応じて、その代わりにエネルギー回収部１２０の中の他の場所に設置された異なる数の圧力センサ１６０が利用されてもよいことが考えられる。さらに、希望に応じて、他の動作パラメータ、たとえば温度、粘度、濃度等もまた、またはその代わりにモニタされ、油圧制御系４８の制御に使用されてもよいことも考えられる。
【００４２】
図３は、エネルギー回収部１２０の他の実施形態を示す。図２の実施形態と同様に、図３のエネルギー回収部１２０もまた、ブーム回収回路と搖動回収回路１２４と１２６を有しており、これはブームチャージ弁と搖動チャージ弁１３２と１４０、ブームアキュムレータと搖動アキュムレータ１３０と１３８を含む。しかしながら、図２の実施形態と異なり、図３の搖動回収回路１２６はエネルギー回収装置１２２で終結していない。その代わりに、図３の搖動回収回路１２６は、搖動モータ４３から出る使用済み流体から回収されたエネルギーを搖動モータ４３に戻すように構成されている。
【００４３】
図３に示されるように、放出弁１５０がブーム放出弁１６２に置き換えられており、これはブーム回収回路１２４だけのアキュムレータからの放出を調整するように構成されている。これに加えて、再循環路１６４が追加されており、これは通路１３６の、搖動アキュムレータ１３８と搖動チャージ弁１４０の間から、搖動チャージ弁１４０と搖動切替弁１４４の間の位置へと延びる。再循環チャージ弁１６６と逆止弁１６８が再循環路１６４の中に設置されてもよい。最後に、図３の実施形態においては、エネルギー回収装置１２２の出力が通路９３によってではなく、タンク６４に直接排出されてもよい。通路９３は依然として、バイパス路１５２を介してエネルギー回収装置１２２の入力に接続されていてもよく、これによってエネルギー回収装置１２２が空になる可能性が低減する。
【００４４】
ブーム放出弁１６２は、作動されると、閉じた、すなわち流れ遮断位置から、開いた、すなわち流れ通過位置（図１に示す）へと移動可能なソレノイド作動型、ばね付勢型弁要素１６３を含んでいてもよい。弁要素１６３は、流れ遮断位置に向けてばね付勢されていてもよい。
【００４５】
再循環チャージ弁１６６は、搖動チャージ弁１４０と実質的に同じであり、作動されると、閉じた、すなわち流れ遮断位置（図１に示される）から、開いた、すなわち流れ通過位置へと移動可能なソレノイド作動型、ばね付勢型弁要素１６７を含んでいてもよい。弁要素１６７は、流れ遮断位置に向けてばね付勢されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明による油圧制御系は、高い効率が望まれる複数の流体アクチュエータを含むいずれの機械にも応用できる。本発明による油圧制御系は、ブームアクチュエータと搖動アクチュエータの使用済み流体から選択的にエネルギーを回収することによって効率を改善できる。ここで、油圧制御系４８の動作を説明する。
【００４７】
機械１０の動作中（図１参照）、機械のオペレータは、オペレータ用インタフェース装置を操作して、器具１４および／または機械１０の、それに対応する運動を起こさせてもよい。オペレータ用インタフェース装置の作動位置は、オペレータが予期または希望する器具１４および／または機械１０の速度に関係していてもよい。オペレータ用インタフェース装置は、その操作中にオペレータが予期または希望する速度を示す位置信号を生成し、この位置信号をコントローラ１５８に送ってもよい。
【００４８】
コントローラ１５８は、オペレータ用インタフェース装置の位置信号を受け取り、油圧制御系４８の中の各流体アクチュエータの所望の速度と、それに対応する、制御弁５４〜６３および／または流体源５１、５３（図２参照）のための流速命令を決定してもよい。コントローラ１５８はまた、インタフェース装置の位置信号から、直線走行弁１０６の、それに対応する位置も決定してよい。コントローラ１５８は次に、加圧流体をオペレータが希望する方法で対応するアクチュエータに誘導するように、適当な弁の作動を命令してもよい。
【００４９】
油圧シリンダ２６によってブーム部材２２が動かされている間、油圧シリンダ２６から出る使用済み流体はタンク６４の中の圧力より有意に高い場合がありうる。この状況は、たとえばブーム部材２２が重力によって下降されている時、特に器具１４に大きな負荷がかかっている時に発生しうる。この運動によって、油圧シリンダ２６のピストンアセンブリは流体を高圧でヘッド側チャンバから押し出す可能性がある。油圧シリンダ２６のヘッド側チャンバから放出される流体がこの時、単純にタンク６４内の低圧の流体と合流されるように誘導されたとすれば、放出される流体に関連するエネルギーはすべて失われる。油圧制御系４８の効率を改善するために、シリンダ２６のヘッド側チャンバから放出される流体のエネルギーは、この流体をエネルギー回収装置１２２へと誘導することによって回収されてもよい。
【００５０】
ブーム部材２２の下降中に通常は廃棄される流体エネルギーを抽出するために、ブームチャージ弁１３２はコントローラ１５８により、下降中に開くように命令されてもよい。この状況では、ブーム部材２２の重量（および器具１４の負荷）を受けて関連するピストンアセンブリによって油圧シリンダ２６のヘッドチャンバから押し出された流体は、通路１２８からアキュムレータ１３０へと流れてもよい。放出弁１５０はこの時、閉じていても（すなわち、中立の位置であっても）よい。次に、機械１０の動作中のいずれかの時点で、コントローラ１５８が有利であると判断した時に、放出弁１５０は、ブームアキュムレータ１３０の中に貯蔵された流体が通路１４６を通ってエネルギー回収装置１２２へと流れることのできる第一の位置に移動されてもよい。この流体は、高圧であるため、エネルギー回収装置１２２に第二の流体源５３を回転させ、流体を加圧するように駆動させてもよく、その結果、動力源１８への負荷が軽減し、機械１０の効率が改善される。ブームアキュムレータ１３０からの流体エネルギーは、他の油圧アクチュエータ内で再利用されるのではなく、第二の流体源５３を駆動する機械エネルギーに直接変換されてもよいため、累積された流体の圧力はその利用にほとんど、またはまったく影響を与えないであろう。すなわち、ブームアキュムレータ１３０からの使用済み流体の圧力が特定の圧力にならなくても、それを利用できる。この能力は、油圧制御系４８の制御の複雑さを軽減し、またはコストを低減させるのに役立ちうる。エネルギー回収装置１２２に回転機械エネルギーを与えた後、排出流体の一部または全部が通路１４８と９３を通ってタンク６４の中に放出されてもよい。
【００５１】
また、搖動モータ４３によって本体３８が下部走行体３９に対して搖動されている間に、搖動モータ４３から出る使用済み流体は、タンク６４の中の圧力より有意に高圧である可能性がある。このような状況は、たとえば搖動の終点に向かって、機械１０の搖動が大きく、搖動モータ４３をポンプとして駆動する機能を果たす時に起こりうる。すなわち、本体３８（および取り付けられている作業系１２）の搖動の終点において、コントローラ１５８が第二の流体源５３からの加圧流体に搖動モータ４３の駆動を停止させた後も、機械１０の遠心力によって搖動モータ４３は引き続き回転して、搖動モータ４３から出る流体を加圧する。搖動モータ４３から放出される流体がこの時、単純にタンク６４内の低圧の流体と合流されるように誘導されたとすれば、放出される流体に関連するエネルギーはすべて失われる。油圧制御系４８の効率を改善するために、搖動モータ４３から放出される流体のエネルギーが、流体をエネルギー回収装置１２２へと誘導することによって回収されうる。
【００５２】
本体３８の搖動中に、通常は廃棄される流体のエネルギーを抽出するために、搖動チャージ弁１４０は、コントローラ１５８から、搖動の後半に開くように選択的に命令されてもよい。この状況では、機械１０の遠心力によって搖動モータ４３から送出される流体は、通路１３６を通ってアキュムレータ１３８へと流れうる。搖動モータ４３から出る流体は切替弁１４４を通過してもよく、これは搖動モータ４３の回転方向に応じて、既存の圧力に基づき、適当な位置に移動してもよい。放出弁１５０はこの時点で閉じていても（すなわち、中立の位置にあっても）よい。その後、機械１０の動作中のいずれかの時点で、コントローラ１５８が最も有利であると考えた時に、放出弁１５０は、搖動アキュムレータ１３８の中に貯蔵された流体が通路１４６を通ってエネルギー回収装置１２２の中へと流れることのできる第二の位置に移動されてもよい。この流体は、高圧であるため、エネルギー回収装置１２２に第二の流体源５３を回転させ、流体を加圧するように駆動させてもよく、その結果、動力源１８への負荷が軽減し、機械１０の効率が改善される。
【００５３】
機械１０の運動量によって搖動モータ４３から送出され、搖動アキュムレータ１３８の中に貯蔵された加圧流体は、上記の代わりに、またはそれに加えて、他の目的に使用されてもよい。具体的には、図３に示されるように、搖動アキュムレータ１３８の中に貯蔵された加圧流体は、チャージ弁１６６がコントローラ１５８によって開くように命令されると、再循環路１６４を通って搖動モータ４３に戻るように誘導されてもよい。この戻り流体は、高圧であるため、機械１０の搖動と、それに対応する搖動モータ４３の回転にブレーキをかけるのを助けるかもしれない。この状況において、搖動モータ４３にかけられるブレーキは、貯蔵された流体の圧力に基づいていてもよい。このために、コントローラ１５８は、この動作中に圧力センサ１６０によって生成される信号を考慮して、チャージ弁１４０の開放を相応に調整してもよい。
【００５４】
本発明による油圧系は、単純で低コストでありうる。具体的には、機械１０のブームと搖動アクチュエータから回収される高圧の流体の放出を制御するために必要な制御弁がわずかであってよい。少ない制御弁で済むことにより、油圧系４８の部品数が減り、それに伴うコストが低減し、それと同時に、油圧制御系４８の制御が単純化される。さらに、ブームと搖動アクチュエータの両方から油圧エネルギーを回収できるため、機械１０の効率が改善されうる。
【００５５】
当業者にとっては当然のことながら、本発明による油圧制御系にはさまざまな改良と変更を加えることができる。当業者にとっては、本発明による油圧制御系の仕様と実践を考慮すれば、他の実施形態も明らかとなるであろう。仕様と例はあくまでも例示のためであると考えるものとし、実際の範囲は以下の特許請求の範囲およびその均等物によって示される。
【図１】
2014505211.tif 000003
【図２】
2014505211.tif 000004
【図３】
2014505211.tif 000005
【国際調査報告】
2014505211.tif 000006
2014505211.tif 000007