(57)【要約】機械（１０）のための油圧制御システム（１５０）を開示する。油圧制御システムは、タンク（６４）と、前記タンクから流体を引き出し、前記流体を加圧するポンプ（５３）と、アクチュエータ（４９）と、前記流体を、前記ポンプから前記アクチュエータへ、且つ、前記アクチュエータから前記タンクへと送ることにより前記アクチュエータを動かす制御弁（６３）とを備えてもよい。前記油圧システムはさらに、前記アクチュエータに送られた前記流体の圧力が第１の閾値圧力を超えた場合、前記加圧された流体を前記タンクに引き渡すために、閉鎖位置から離間するように移動可能な主要安全弁（１０４）と、前記ポンプと連通したコントローラ（１１２）とを備えてもよい。前記コントローラは、前記アクチュエータに送られた前記流体の圧力が第２閾値圧力を超えた場合、前記主要安全弁を前記閉鎖位置から離間するように移動させた後、前記ポンプの変位を選択的に低減してもよい。
2015526679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧制御システム（１５０）であって、
タンク（６４）と、
前記タンクから流体を引き出し、前記流体を加圧するポンプ（５３）と、
アクチュエータ（４９）と、
前記流体を、前記ポンプから前記アクチュエータへ、且つ、前記アクチュエータから前記タンクへと送ることにより前記アクチュエータを動かす制御弁（６３）と、
前記アクチュエータにおける前記流体の圧力が第１の閾値圧力を超えた場合、前記加圧された流体を前記タンクに引き渡すために、閉鎖位置から離間するように移動可能な主要安全弁（１０４）と、
前記ポンプと連通しており、前記アクチュエータにおける前記流体の圧力が第２閾値圧力を超えた場合、前記主要安全弁を前記閉鎖位置から離間するように移動させた後、前記ポンプの変位を選択的に低減するコントローラ（１１２）とを備える油圧制御システム。
【請求項２】
前記第１閾値圧力は、約３２〜３４ＭＰａであり、
前記第２閾値圧力は、約３５〜３５．５ＭＰａである請求項１に記載の油圧制御システム。
【請求項３】
前記主要安全弁は、前記アクチュエータにおける前記流体の圧力が前記第２閾値圧力より高い第３閾値圧力に達すると、完全開放位置へと移動する請求項２に記載の油圧制御システム。
【請求項４】
前記第３閾値圧力は、約３６．５〜３８ＭＰａである請求項３に記載の油圧制御システム。
【請求項５】
前記コントローラは、高荷重モードでの動作中、前記アクチュエータに送られる前記流体の圧力に関わらず、前記ポンプの変位の低減を停止する請求項３に記載の油圧制御システム。
【請求項６】
前記コントローラは、前記高荷重モードでの動作を開始するため、所望の値を示す入力を受信し、
前記高荷重モードでの動作は、この入力を引き金として開始される請求項５に記載の油圧制御システム。
【請求項７】
前記コントローラはさらに、前記流体の圧力に基づく前記ポンプの変位の低減を、ゼロより大きい最低レベルに制限し、
前記最低レベルは、最大流量の約１０％である請求項１に記載の油圧制御システム。
【請求項８】
前記主要安全弁は、機械的に作動される弁であり、
前記油圧制御システムはさらに、前記アクチュエータにおける前記流体の圧力を示す信号を生成する圧力センサ（１５１）を備え、
前記コントローラは、前記信号に基づき、前記ポンプの変位を低減する請求項１に記載の油圧制御システム。
【請求項９】
前記主要安全弁は、前記閉鎖位置からさらに離間して移動し、前記ポンプの変位を低減している間、前記アクチュエータに送られる前記流体の圧力が上昇するに連れて、より多くの加圧流体を前記タンクに引き渡し、
前記主要安全弁の動きは、前記アクチュエータに送られる前記流体の圧力に対して略線形であり、
前記コントローラは、前記アクチュエータに送られる前記流体の圧力上昇に対して線形に前記ポンプの変位を低減する請求項１に記載の油圧制御システム。
【請求項１０】
前記アクチュエータは、第１アクチュエータであり、
前記ポンプは、第１ポンプであり、
前記制御弁は、第１制御弁であり、
前記油圧制御システムはさらに、
第２アクチュエータ（２６）と、
前記タンクから流体を引き出し、前記流体を加圧する第２ポンプ（５１）と、
前記第１ポンプ及び／又は前記第２ポンプから前記第２アクチュエータへ前記流体を送る第２制御弁（５４）とを有し、
前記主要安全弁は、前記第２アクチュエータに送られる前記流体の圧力が前記第１閾値圧力を超えた場合、前記加圧流体を前記タンクに引き渡すために、前記閉鎖位置から離間して移動可能であり、
前記コントローラはさらに、前記第１アクチュエータ又は前記第２アクチュエータに送られた前記流体の圧力が前記第２閾値圧力を超えた場合、前記主要安全弁が前記閉鎖位置から離間して移動した後、前記第１ポンプの変位の低減とは独立に、又は、前記第１ポンプの変位の低減と同時に、前記第２ポンプの変位を選択的に低減する請求項１に記載の油圧制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、油圧制御システム全般に係り、特に超過圧力からの保護を行う油圧制御システムに係る。
【背景技術】
【０００２】
掘削機、ローダ、ドーザ、モータグレーダ、及びその他の重機等の機械では、種々のタスクを達成するため、機械のポンプから油圧流体が供給される１つ又は複数のアクチュエータを使用する。これらのアクチュエータは通常、オペレータインタフェース装置の作動位置に基づき、速度制御される。例えば、ジョイスティック、ペダル、又はその他の好適な装置等のオペレータインタフェース装置は、関連の油圧アクチュエータの所望の速度を示す信号を生成するように動作することができてもよい。オペレータは、インタフェース装置を動かす際、油圧アクチュエータが関連の所定速度で動作することを期待する。
【０００３】
状況によっては、アクチュエータに供給される流体の圧力が所望のレベルを超えることもある。この超過圧力の状況は、例えば、作業ツールの動きが失速した場合（例えば、作業ツールが不動の物体に衝突した場合）に発生し得る。このような状況において、アクチュエータ又は関連システムの他の構成要素は、不具合を生じるか、損傷し得る。従ってこのような状況を避けるべく、注意を払わなければならない。
【０００４】
従来、超過圧力の状況は、２つの異なる方法のいずれかで対処した。第１の方法として、システムの圧力が所望の圧力を超えた場合、システムに関連付けられた主要圧力安全弁を開放することができる。システムから流出する高圧の流体を、開放した弁を通して低圧タンクへと放出することにより、システムの圧力を低減する。このストラテジーは効果的ではあるものの、放出した流体には破棄されてしまうエネルギーが多く含まれており、効率的とは言えなかった。同時に、破棄されたエネルギーは熱の形態で浪費されることになり、これを冷却しなければならないという問題も生じる。高い圧力に対処する第２の方法として、高圧遮断機として周知のポンプ制御ストラテジーを実装する方法があり、超過圧力の状況を検知すると、ポンプの出力を自動的に低減する。ポンプの出力を低減することにより、システム内の加圧流体が消費されるのに対応して、システムの圧力も低減することができる。この高圧遮断機は、効果的ではあるものの、突如、予期せず動力低下を引き起こす可能性がある。また高圧遮断機はそれ自体、有害な超過圧力急増が起こらないことを保証できるほど応答性の高いものでないこともある。
【０００５】
状況によっては、主要安全弁が高圧遮断機のストラテジーと併せて用いられることもある。具体的には、システム圧力の上昇に合わせてポンプの動力を低減するように制御し、システムの圧力がさらに上昇して所望のレベルを超えると、主要安全弁を開放してシステムの構成要素を激しい損傷から守ることができる。しかしながらこのストラテジーは依然として、オペレータが予期しない望ましくない動力低下を引き起こしてしまうこともある。
【０００６】
本開示の油圧制御システムは、以上に述べた課題及び／又は従来技術の他の課題のうちの１つ又は複数を克服することを目的としている。
【発明の概要】
【０００７】
本開示の一様態は、油圧制御システムに係る。前記制御システムは、タンクと、前記タンクから流体を引き出し、前記流体を加圧するポンプと、アクチュエータと、前記流体を、前記ポンプから前記アクチュエータへ、且つ、前記アクチュエータから前記タンクへと選択的に送ることにより前記アクチュエータを動かす制御弁とを備えてもよい。前記油圧システムはさらに、前記アクチュエータに送られた前記流体の圧力が第１の閾値圧力を超えた場合、前記加圧された流体を前記タンクに引き渡すために、閉鎖位置から離間するように移動可能な主要安全弁と、前記ポンプと連通したコントローラとを備えてもよい。前記コントローラは、前記アクチュエータに送られた前記流体の圧力が第２閾値圧力を超えた場合、前記主要安全弁を前記閉鎖位置から離間するように移動させた後、前記ポンプの変位を選択的に低減してもよい。
【０００８】
本開示の他の様態は、油圧制御システムの作動方法に係る。前記方法は、ポンプで流体を加圧するステップと、前記加圧した流体を前記ポンプからアクチュエータに送り、前記流体を前記アクチュエータから放出することによって前記アクチュエータを動かすステップとを備えてもよい。前記方法はさらに、前記アクチュエータにおける前記流体の圧力が第１閾値圧力を超えた場合、主要安全弁を閉鎖位置から離間するように移動させるステップと、前記アクチュエータにおける前記流体の圧力が第２閾値圧力を超えた場合、前記主要安全弁が前記閉鎖位置を離間した後に、前記ポンプの変位を低減するステップとを備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】作業環境における、本開示の一例としての機械を示す図である。
【図２】図１の機械とともに使用されてもよい本開示の一例としての油圧制御システムの概略図である。
【図３】図２の油圧制御システムによって用いられてもよい本開示の一例としての制御マップである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、土工資材を掘削して付近の運搬車両１２に積載するために協働する複数のシステム及び構成要素を備えた、一例としての機械１０を示している。図示の例において、機械１０は油圧掘削機である。しかしながら機械１０は、代わりに、バックホー、フロントショベル、モータグレーダ、ドーザー、又はその他の類似の機械等、他の種別の掘削機械又は資材取扱機械として具体化することができると考えられる。機械１０は、中でも、溝内部又は資材積載場などの採掘位置１８と、例えば運搬車両１２の上等の放出位置２０との間で作業ツール１６を移動させる実装システム１４を備えてもよい。機械１０はまた、実装システム１４の手動制御を行うためのオペレータステーション２２を備えてもよい。機械１０は所望により、クレーン動作、採掘動作、資材取扱動作、バルク材除去、グレーディング、ドージング等のトラック積載動作以外の動作を実施することも考えられる。
【００１１】
実装システム１４は、作業ツール１６を移動させるため、流体アクチュエータによって作動される連結構造を備えてもよい。具体的には、実装システム１４は、一対の隣接した複動式油圧シリンダ２８（図１には１つのみ図示）により、作業面２６に対して垂直方向に枢動可能なブーム２４を備えてもよい。実装システム１４はまた、単一の複動式油圧シリンダ３６によってブーム２４に対して水平枢動軸３２周りを垂直方向に枢動可能なスティック３０を備えてもよい。実装システム１４はさらに、スティック３０に対して水平枢動軸４０周りを垂直方向となるように作業ツール１６を傾斜させるため、作業ツール１６に対して動作可能に連結された単一の複動式油圧シリンダ３８を備えてもよい。ブーム２４は、機械１０のフレーム４２に対して枢動可能に連結されてもよく、フレーム４２は、車台部材４４に対して枢動可能に連結され、揺動モータ４９によって垂直軸４６周りに揺動してもよい。スティック３０は、枢動軸３２及び４０により、作業ツール１６をブーム２４に対して枢動可能に連結してもよい。実装システム１４に備えられる流体アクチュエータの数及び／又は種別は、これと異なっていてもよく、所望により、前述の方法以外の方法で連結されることも考えられる。
【００１２】
多数の異なる作業ツール１６を単一の機械１０に取り付けることが可能であり、オペレータステーション２２を介して制御することが可能である。作業ツール１６として、例えばバケット、フォーク機構、ブレード、ショベル、粉砕機、せん断機械、グラップル、グラップルバケット、マグネット、又は従来既知のその他のタスク実施装置等、特定のタスクを実施するあらゆる装置を備えてもよい。作業ツール１６は、図１の実施形態においては、機械１０に対して昇降、揺動、及び傾斜を行うものとして接続されているが、代替又は追加として、回転、滑動、伸張、開閉、又は従来既知のその他の方法による動作を行ってもよい。
【００１３】
オペレータステーション２２は、機械のオペレータより、作業ツールの所望の動きを示す入力を受信してもよい。具体的には、オペレータステーション２２は、例えば、オペレータの座席（図示せず）付近に位置づけられた単軸又は多軸のジョイスティックとして具体化される１つ又は複数のインタフェース装置４８を備えてもよい。インタフェース装置４８は、作業ツールの所望の速度及び／又は特定方向への力を示す作業ツール位置信号を生成することにより、作業ツール１６の位置決め及び／又は配向を行う比例型コントローラであってもよい。位置信号は、油圧シリンダ２８、３６、３８及び／又は揺動モータ４９のいずれか１つ又は複数を作動するのに使用されてもよい。例えばホイール、ノブ、プッシュプル装置、スウィッチ、ペダル、及び従来既知のその他の装置等の異なるインタフェース装置が、代替又は追加として、オペレータステーション２２に含まれてもよいと考えられる。
【００１４】
図２に示すとおり、機械１０は、作業ツール１６（図１参照）及び機械１０を動かすために協働する複数の流体要素を有する油圧制御システム１５０を備えてもよい。特に、油圧制御システム１５０は、第１供給源５１から第１の加圧流体ストリームを受容する第１回路５０と、第２供給源５３から第２の加圧流体ストリームを受容する第２回路５２とを備えてもよい。第１回路５０は、ブーム制御弁５４と、バケット制御弁５６と、第１の加圧流体ストリームを受容するよう並列に接続された左側走行制御弁５８とを備えてもよい。第２回路５２は、右側走行制御回路６０と、スティック制御弁６２と、第２の加圧流体ストリームを受容するために並列に接続された揺動制御弁６３とを備えてもよい。例えば、１つ又は複数の取付制御弁及びその他の好適な制御弁機構等、追加の制御弁機構が第１回路５０及び／又は第２回路５２内に含まれてもよいと考えられる。
【００１５】
第１供給源５１及び第２供給源５３は、１つ又は複数のタンク６４から流体を引き出し、その流体を所定レベルまで加圧してもよい。具体的には、第１供給源５１及び第２供給源５３は、例えば、可変変位ポンプ（図２）、固定変位ポンプ、又は従来既知のその他の供給源等のポンプ機構として具体化されてもよい。第１供給源５１及び第２供給源５３は各々、例えば、副軸（図示せず）、ベルト（図示せず）、電気回路（図示せず）、又はその他好適な手段により、機械１０の電源（図示せず）に対して独立して動作可能に接続されてもよい。あるいは、第１供給源５１及び第２供給源５３は各々、トルク変換器、減速ギアボックス、又はその他の好適な手段を介して、電源に間接的に接続されてもよい。第１供給源５１は、第２供給源５３によって生じさせられる第２の加圧流体ストリームから独立して、第１の加圧流体ストリームを生じさせてもよい。第１の加圧流体ストリーム及び第２の加圧流体ストリームは、異なる圧力レベルで、且つ／又は、異なる流量であってもよい。
【００１６】
タンク６４は、供給する流体を保持する容器を構成してもよい。流体には、例えば、専用油圧油、エンジン潤滑油、変速機潤滑油、又はその他の従来既知の流体が含まれてもよい。機械１０内の１つ又は複数の油圧システムは、タンク６４から流体を引き出し、タンク６４へ流体を戻してもよい。油圧制御システム１５０は、複数の個別の流体タンクに接続されてもよく、単一のタンクに接続されてもよいと考えられる。
【００１７】
ブーム、バケット、左側走行、右側走行、スティック、及び揺動の制御弁５４〜６３は各々、それらに関連する流体アクチュエータの動きを規制してもよい。具体的には、ブーム制御弁５４は、ブーム２４に関連付けられた油圧シリンダ２８の動きを制御するように動作可能な要素を有してもよい。バケット制御弁５６は、作業ツール１６に関連付けられた油圧シリンダ３８の動きを制御するように動作可能な要素を有してもよい。スティック制御弁６２は、スティック３０に関連付けられた油圧シリンダ３６の動きを制御するように動作可能な要素を有してもよい。同様に、左側走行制御弁５８及び右側走行制御弁６０は、左側走行モータ６５Ｌ及び右側走行モータ６５Ｒ（図２にのみ示している。機械１０の牽引装置に関連付けられる）の動きを制御するように動作可能な弁要素を有してもよい。揺動制御弁６３は、揺動モータ４９の揺動を制御するよう動作可能な要素を有してもよい。
【００１８】
第１回路５０及び第２回路５２の制御弁は、共通の通路を介して、各々のアクチュエータに加圧流体を流入させ、且つ、各々のアクチュエータから流体を引き出すために接続されてもよい。具体的には、第１回路５０の制御弁は、第１共通供給路６６によって第１供給源５１に接続され、第１共通排出路６８によってタンク６４に接続されてもよい。また第２回路５２の制御弁は、第２共通供給路７０によって第２供給源５３に接続され、第２共通排出路７２によってタンク６４に接続されてもよい。ブーム、バケット、及び左側走行の制御弁５４〜５８は、各々、個々の流体通路７４、７６、及び７８によって第１共通供給路６６に並列に接続されてもよく、各々、個々の流体通路８４、８６、及び８８によって第１共通排出路６８に並列に接続されてもよい。同様に、右側走行、スティック、及び揺動の制御弁６０、６２、及び６３は、各々、個々の流体通路８０、８２、及び８１によって第２共通供給路７０に並列に接続されてもよく、各々、個々の流体通路９０、９２、及び９１によって第２共通排出路７２に並列に接続されてもよい。各流体通路７４、７６、８２、及び８１の内部には、各々、制御弁５４、５６、６２、及び６３に対して加圧流体を一方向に供給するため、逆止弁９４が配されてもよい。
【００１９】
ブーム、バケット、左側走行、右側走行、スティック、及び揺動の制御弁５４〜６３の要素は同様であり、関連の方法で機能してもよいため、本開示では、ブーム制御弁５４の動作のみを説明することとする。一例によると、ブーム制御弁５４は、第１チャンバ供給要素（図示せず）と、第１チャンバ排出要素（図示せず）と、第２チャンバ供給要素（図示せず）と、第２チャンバ排出要素（図示せず）とを備えてもよい。第１チャンバ供給要素及び第２チャンバ供給要素は、油圧シリンダ２８の各々のチャンバに第１供給源５１からの流体を充填するため、流体通路７４に並列に接続されてもよく、第１チャンバ排出要素及び第２チャンバ排出要素は、各チャンバから流体を排出するために、流体通路８４と並列に接続されてもよい。油圧シリンダ２８を伸長するため、第１チャンバ供給要素は、流体通路７４を介して油圧シリンダ２８の第１チャンバに加圧流体を充填するよう移動してもよく、第２チャンバ排出要素は、流体通路８４を介して流体を油圧シリンダ２８の第２チャンバからタンク６４へと排出するよう移動してもよい。油圧シリンダ２８を逆方向に動かすには、第２チャンバ供給要素は、油圧シリンダ２８の第２チャンバに加圧流体を充填するよう移動してもよく、第１チャンバ排出要素は、流体を油圧シリンダ２８の第１チャンバから排出するよう移動してもよい。あるいは、供給機能及び排出機能は双方ともに、第１チャンバに関連付けられた単一の要素と第２チャンバに関連付けられた単一の要素とにより実施されてもよく、若しくは、油圧シリンダ２８の充填機能及び排出機能をすべて制御する単一の要素により実施されてもよいと考えられる。
【００２０】
各制御弁の供給要素及び排出要素は、コマンドに応じて、ばね付勢に対抗してソレノイドにより移動することができてもよい。特に、油圧シリンダ２８、３６、３８、左側走行モータ６５Ｌ、右側走行モータ６５Ｒ、及び揺動モータ４９は、対応する圧力チャンバへ出入りする流体の流量に対応する速度で、チャンバ間の圧力差に対応する力により移動してもよい。インタフェース装置の位置信号によって示された、オペレータの望む速度を得るために、推定又は測定された圧力に基づくコマンドを供給要素及び排出要素のソレノイド（図示せず）に送ってもよく、これにより必要な流量に対応して供給要素及び排出要素を開放してもよい。このコマンドは、流量コマンド又は弁要素位置コマンドの形態であってもよい。
【００２１】
補給機能及び安全機能のため、第１回路５０及び第２回路５２の共通の供給路及び排出路が相互接続されてもよい。特に、第１共通供給路６６及び第２共通供給路７０は、各々、共通フィルタ９６と第１バイパス要素９８及び第２バイパス要素１００とによってタンク６４から補給用流体を受容してもよい。第１の加圧流体ストリーム又は第２の加圧流体ストリームが所定レベルを下回ると、タンク６４からの流体は、各々、共通フィルタ９６と第１バイパス要素９８及び第２バイパス要素１００によって第１回路５０及び第２回路５２内へと流入させられてもよい。さらに、第１共通排出路６８及び第２共通排出路７２は、第１回路５０及び第２回路５２からタンク６４へと流体を解放してもよい。特に、第１回路５０又は第２回路５２内の流体が所定の圧力レベルを超えると、余剰の圧力を有した回路からの流体は、シャトル弁１０２及び共通主要安全要素１０４によってタンク６４へと排出されてもよい。
【００２２】
主要安全要素１０４は、完全に開放した流れ許容位置と完全に閉鎖した流れ遮断位置との間の任意の位置まで移動することのできる油圧機械弁であってもよい。本開示の一例としての実施形態において、主要安全要素１０４は、シャトル弁１０２を流れる圧力が３７ＭＰａ以上に達した場合、完全開放位置にあってもよく、この圧力が３４ＭＰａ以下である場合、閉鎖位置にあってもよい。
【００２３】
直線走行弁１０６は、左側走行制御弁５８及び右側走行制御弁６０を、互いに並列の関係となるように、選択的に再配置してもよい。特に、直線走行弁１０６は、中立位置から直線走行位置へ向かって移動することのできる弁要素１０７を備えてもよい。弁要素１０７が中立位置にある場合、左側走行モータ６５Ｌ及び右側走行モータ６５Ｒを別々に制御するため、第１供給源５１及び第２供給源５３から左側走行制御弁５８及び右側走行制御弁６０に、各々、独立して加圧流体を供給してもよい。しかしながら弁要素１０７が直線走行位置にある場合、左側走行制御弁５８及び右側走行制御弁６０は、非独立的な動きをするため、第１供給源５１のみから加圧流体を受容するように並列に接続されてもよい。左側走行モータ６５Ｌと右側走行モータ６５Ｒの非独立的な動きは、対向する左側トラックと右側トラック（図１参照）に略同等の回転速度を与えることで、機械１０を直線方向に推進させるよう機能してもよい。
【００２４】
直線移動弁１０６の弁要素１０７が直線移動位置へ動くと、第２供給源５３からの流体が、油圧シリンダ２８、３６、及び３８を駆動するために、第１回路５０及び第２回路５２の双方を通って弁要素１０７を介して略同時に送られてもよい。第１供給源５１からの第１の加圧流体ストリームはすべて、機械１０の直線走行の間に、左側走行モータ６５Ｌと右側走行モータ６５Ｒとによってほぼ完全に消費されているので、第２供給源５３からの第２の加圧流体ストリームが、第１回路５０及び第２回路５２の双方の油圧シリンダ２８、３６、及び３８に送られてもよい。あるいは、弁要素１０７が直線走行位置にあるとき、左側走行制御弁５８及び右側走行制御弁６０が第２供給源５３のみから加圧流体を受容するように並列に接続され、第２供給源５１からの流体は第１回路５０及び第２回路５２の双方を通って弁要素１０７を介してブーム、バケット、スティック、及び揺動の制御弁５４、５６、６２、及び６３に略同時に送られるように、油圧制御システム１５０は、直線走行弁１０６に対して優遇的に配置されてもよいことが理解されなければならない。
【００２５】
結合弁１０８は、１つ又は複数の流体アクチュエータの高速な動きを得るため、第１共通供給路６６及び第２共通供給路７０からの加圧流体の第１ストリームと第２ストリームとを選択的に結合してもよい。特に、結合弁１０８は、一方向開放位置、すなわち流れ許容位置（図２の下方に示す）と、閉鎖位置、すなわち流れ遮断位置（中央）、及び双方向開放位置、すなわち流れ許容位置（上方）の間で動くことのできる弁要素１１０を備えてもよい。一方向開放位置にあるとき、第１回路５０からの流体は、第１回路５０の圧力が第２回路５２内の圧力を所定量上回ることに応じて、第２回路５２内への（例えば、逆止弁１１１を介して）流入を許容されてもよい。このように、スティック及び／又は揺動の機能が第２回路５３の出力容量を超える流体の流量を要求し、第２回路５２内の圧力が第１回路５０内の圧力を下回り始めると、第１回路５１からの流体が、弁要素１１０によって第２回路５２へと転用されてもよい。逆止弁１１１は、結合弁１０８の下流に示したが、所望により、代わりに結合弁１０８の上流に設けられてもよく、又は、結合弁１０８内に設けられてもよい。閉鎖位置にある場合、結合弁１０８を通る流れは実質的にすべて遮断されてもよい。双方向開放位置にある場合、結合弁１０８前後の圧力差により、第１加圧流体ストリームは、制御弁６２及び６３に送られる第２加圧流体ストリームと結合するように第２回路５２に流れることが許容されてもよく、第２の加圧流体ストリームは、制御弁５４〜５８に送られる第１の加圧流体ストリームと結合するように第１回路５０に流れることが許容されてもよい。
【００２６】
結合弁１０８は、一方向開放位置、閉鎖位置、及び双方向開放位置の間の任意の位置に連続的に調節されてもよい。このように、加圧流体の流れの程度は、例えば、命じられた制御弁６３の速度、命じられた供給源５１及び５３の流量、及び／又は結合弁１０８前後の圧力差に基づいて制御されてもよい。例えば、弁要素１１０は、電流指令に応じて、流れ許容位置と流れ遮断位置との間の任意の位置へ移動可能なソレノイドであってもよい。
【００２７】
一実施形態において、油圧制御システム１５０はさらに暖機運転回路を備えてもよい。つまり、第１回路５０及び第２回路５２の共通供給路６６及び７０と共通排出路６８及び７２は、各々、暖機運転機能及び／又はその他のバイパス機能のため、第１暖機運転通路１０９及び第２暖機運転通路１１３を介して選択的に連通してもよい。暖機運転弁１０５は、暖機運転通路１０９及び１１３の各々に配置され、共通供給路６６及び７０から共通排出路６８及び７２に、各々流体を送ってもよい。各暖機運転弁１０５は、閉鎖位置、すなわち流れ遮断位置から開放位置、すなわち流れ許容位置まで移動することのできる弁要素を備えてもよい。本構成において、機械１０の起動時等、暖機運転弁１０５が開放位置にある場合、第１供給源５１及び第２供給源５３によって加圧された流体は、ほぼ規制を受けることなく（すなわち、制御弁６３を通過することなく）第１回路５０及び第２回路５２を通って循環するよう許容されてもよい。暖機運転が完了すると、暖機運転弁１０５の弁要素は上述のとおり、第１回路５０及び第２回路５２内の流体の圧力が発生し、制御弁６３によって利用可能となるように、閉鎖位置へと移動してもよい。暖機運転通路１０９及び１１３及び暖機運転弁１０５は、所望により、省略されてもよいと考えられる。
【００２８】
油圧制御システム１５０はさらに、オペレータインタフェース装置４８、第１供給源５１及び／又は第２供給源５３、結合弁１０８、制御弁５４〜６３の供給要素及び排出要素、及び暖機運転弁１０５と連通するコントローラ１１２を備えてもよい。コントローラ１１２はまた、例えば、第１バイパス要素９８及び第２バイパス要素１００、直線走行弁１０６、及び油圧制御システム１５０の他の構成要素等、油圧制御システム１５０の他の構成要素とも連通してもよい。コントローラ１１２は、油圧制御システム１５０の動作を制御する手段を備えた単一のマイクロプロセッサ又は複数のマイクロプロセッサとして具体化されてもよい。市販のマイクロプロセッにも、コントローラ１１２の機能を実施することができるものが多くある。コントローラ１１２は、機械の多くの機能を制御することのできる一般の機械マイクロプロセッサとして容易に具体化できることを理解しなければならない。コントローラ１１２は、メモリと、二次記憶装置と、プロセッサと、アプリケーションを作動させるその他の構成要素とを備えてもよい。コントローラ１１２には、電源回路、信号調整回路、ソレノイドドライバ回路、及びその他のタイプの回路等、他の種々の回路が関連付けられてもよい。
【００２９】
油圧シリンダ２８、３６、及び３８、左側走行モータ６５Ｌ及び右側走行モータ６５Ｒ、及び／又は揺動モータ４９について、インタフェース装置位置信号、所望のアクチュエータ速度、関連の流量、測定した圧力又は圧力差、及び／又は弁要素位置に関する１つ又は複数のマップが、コントローラ１１２のメモリ内に記憶されてもよい。これらのマップは各々、テーブル、グラフ、及び／又は計算式の形態で、回収したデータを含んでいてもよい。一例によると、所望の速度及び命じられた流量は、第１チャンバ供給要素及び第２チャンバ供給要素の制御を行うための２Ｄテーブルの座標軸を形成してもよい。所望の速度で流体アクチュエータを動かすのに必要なものとして命じられた流量と、適切な供給要素の対応する弁要素位置とは、別の２Ｄマップにおいて関連付けられてもよく、あるいは、単一の３Ｄマップにおいて所望の速度とともに関連付けられてもよい。また、所望のアクチュエータ速度が単一の２Ｄマップ内の弁要素位置と直接関連付けられてもよいと考えられる。コントローラ１１２は、流体アクチュエータの動作に影響させるため、オペレータにこれらのマップを直接変更させ、且つ／又は、コントローラ１１２のメモリ内に記憶された利用可能な関係マップから特定のマップを選択させてもよい。マップは、追加又は代替として、機械動作のモードに基づいて、自動的に選択できるようにしてもよいと考えられる。
【００３０】
コントローラ１１２は、オペレータインタフェース装置４８から入力を受信し、この入力と前述の関係マップとに応じて、制御弁５４〜６３の動作を命じてもよい。具体的には、コントローラ１１２は、制御弁５４〜６３内の供給要素及び排出要素の各々の流量及び／又は関連の位置とを判定するため、所望の速度を示すインタフェース装置位置信号を受信し、コントローラ１１２のメモリ内に記憶の、選択及び／又は修正された関係マップを参照してもよい。そして適切な供給要素及び排出要素は、作業ツールの所望の速度を得ることのできる速さで第１チャンバ又は第２チャンバの充填を行うよう命じられてもよい。
【００３１】
コントローラ１１２は、例えば、制御弁５４〜６３について命じられた速度、供給源５１及び５３について命じられた流量、及び／又は結合弁１０８前後の圧力差に応じて結合弁１０８の動作に影響を及ぼしてもよい。つまり、コントローラ１１２は、特定の流体アクチュエータの所望の速度に関連付けられた流量の判定値が所定の指標を満たす場合、追加の加圧流体を第２回路５２に供給するため、弁要素１１０を一方向流れ許容位置へと向かって移動させるか、追加の加圧流体を第１回路５０及び／又は第２回路５２に供給するため、双方向流れ許容位置へと向かって移動させるか、又は弁要素１１０が閉鎖位置を離れて移動することを禁じてもよい。
【００３２】
コントローラ１１２はさらに、油圧制御システム１５０内の圧力急増を避け、且つ／又は、その規模を小さくするのに役立つように、共通主要安全弁１０４の動作と連携して第１供給源５１及び／又は第２供給源５３の動作を制御してもよい。特に、コントローラ１１２は、インタフェースデバイス４８によって生成された要求と、１つ又は複数の圧力センサ１５１（例えば、共通供給路６６及び／又は７０に関連付けられた１つ又は複数のセンサ）によって生成された実際のシステム圧力とに基づき、第１供給源５１及び／又は第２供給源５３の変位を選択的に増加又は減少させてもよい。図３は、油圧制御システム１５０によって実施される一例としての圧力制御方法を示している。以下、本開示のシステムとその動作をさらに説明するため、図３について検討する。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本開示の制御システムは、作業ツールを油圧移動するあらゆる機械に適用されてもよい。本開示の油圧制御システムは、ポンプの変位及び安全弁の開放の制御を調整することにより、作業ツールの動作中に発生する圧力急増を低減するのに役立てられてもよい。本開示の油圧制御システムはまた、安全弁を通じた不要な流れを低減することにより、関連機械の効率を向上するのに役立てられてもよい。以下、本開示の油圧制御システムの動作を、図３を参照して詳細に説明する。
【００３４】
第１供給源５１及び第２供給源５３の変位は、作業ツール１６の動作に関するオペレータの要求に基づいて制御されてもよい。つまり、オペレータがインタフェース装置４８を操作すると、作業ツール１６の特定の動きを求める要求が生成され、これにより第１供給源５１及び／又は第２供給源５３（要求された動作による）の変位を駆動してもよい。オペレータがインタフェース装置４８を大きく動かせば動かすほど、同様に、加圧流体を求める要求は高いものとなり、これに対応して第１供給源５１及び第２供給源５３の変位を増加させてもよい。
【００３５】
図３は、一例としての油圧制御システム１５０の動作を２つの曲線で示したものである。特に、第１曲線３００は、排出される流体の圧力に対する、インタフェース装置４８を介して受信した作業ツール１６の特定の動作要求に応じて第１供給源５１及び／又は第２供給源５３から送られる加圧流体の排出率を示している。第２曲線３１０は、流体の圧力に対する、主要安全弁１０４から流出した流体の流量を示している。
【００３６】
移動中、ワークツール１６に荷積されると、油圧制御システム１５０の圧力が増加することがある。また図３に示すとおり、油圧制御システム１５０内の圧力が第１閾値圧力を下回っている限り、動作は通常どおり継続される。つまり、第１供給源５１及び／又は第２供給源５３は、圧力増加と同一の速さで（すなわち、命じられた速さで）流体を排出し続け、共通主要安全弁１０４は、流体がタンク６４に流れるのを遮断するため、完全閉鎖位置に維持されてもよい。システム圧力が主要安全弁１０４の機械的安全開放点を下回っている限り、動作はこのように継続されてもよい。本開示の実施形態において、主要安全弁１０４の機械的安全開放点は、約３２〜３４ＭＰａに設定されてもよい。この機械的安全開放点は、機械１０とその適用によって、種々の圧力レベルに設定されてもよいことに留意しなければならない。
【００３７】
油圧制御システム１５０の圧力が機械的安全開放点に到達し、且つ／又はこれを超過すると、共通主要安全弁１０４は、システム圧力を低減しようとして、完全閉鎖位置から離間して移動し始め、流体をタンク６４内へと放出し始める（すなわち、第１供給源５１及び第２供給源５３から排出された流体は、作業ツール１６から離れ、タンク６４内へと転用されてもよい）。共通主要安全弁１０４のこの動きにより、依然として作業ツールの動力すなわち制御性を著しく低下させることなく、システム圧力がその最高許容レベルに接近していることを示す、触覚信号及び／又は視覚信号を機械１０のオペレータに提供してもよい。特に、作業ツール１６の速度は、作業ツール１６を動かすのに利用可能な流れが減っているため、主要安全弁１０４の開放が開始するに連れて徐々に低下し始めてもよく、機械１０のノイズ（例えば、エンジンノイズ）は、対応の流量が減少するに連れて幾分低減されてもよい。しかしながら油圧制御システム１５０内の圧力が同一のまま維持され、且つ／又はこのときに増加することもあるため、作業ツール１６の動力は、実質的に変わらないか、増加することさえある。このフィードバック（すなわち、ツール速度の低下及び／又はエンジンノイズの低減）により、オペレータは、さらに深刻な干渉が発生する前に、機械１０の使用を調整するようにしてもよい。第１供給源５１及び／又は第２供給源５３の出力は、インタフェース装置４８から受信した流体を求める特定の要求に対して、この時点では実質的に変化しないままであってもよい。この関係は、図３に示す流量対圧力曲線３００の比較的平坦な傾斜によって表されている。
【００３８】
共通主要安全弁１０４は、比例的に増加する加圧流体がタンク６４に放出されるように、システム圧力の増加に対応して開放し続けてもよい。この開放の関係は、図３に示す流量対圧力曲線３１０の比較的一定な傾斜によって表されている。しかしながらコントローラ１１２は、第２閾値圧力において、特定の命令に応じて、第１供給源５１及び／又は第２供給源５３（どちらの供給源が、現在、作業ツール１６を動かす高圧流体を供給中であるかによる）の変位を選択的に低減し始めてもよい。この関係は、流量対圧力曲線３００の負の傾斜によって表されている。第２閾値圧力は、第１閾値圧力に比して大きいものの、共通主要安全弁１０４をその完全開放位置まで移動させるのに要する圧力に比して小さくてもよい。本開示の一例としての実施形態において、第２閾値圧力は、約３５〜３５．５ＭＰａであってもよいが、所望により、他の圧力範囲であってもよい。
【００３９】
コントローラ１１２は、油圧制御システム１５０の圧力上昇に合わせて、第１供給源５１及び／又は第２供給源５３の変位を低減し続けてもよい。この低減により、結果として、作業ツール１６の移動に利用できる流体の流れは減り、従って作業ツール１６の移動速度を低下させてもよい。作業ツール１６の速度低下（及び対応するノイズの低減）により、システムレベルがその限界に近づいていること、オペレータは回避のアクションをとらなければならないことを示す、さらなるフィードバックをより強調してオペレータに提供するようにしてもよい。また第１供給源５１及び第２供給源５３の出力を低減することにより、圧力増加率と、負荷の増加に対応するタンク６４内への流体の放出速度とを低下させることで、機械１０の効率と制御性とを向上してもよい。
【００４０】
いくつかの実施形態において、第１供給源５１及び／又は第２供給源５３のデストロークは制限されてもよい。つまり、コントローラ１１２は、流れの一部を第１供給源５１及び／又は第２供給源５３によって排出させることのできる最低量まで、第１供給源５１及び／又は第２供給源５３をデストロークしてもよい。例えばこの最低量でも、第１供給源５１及び／又は第２供給源５３から排出される最大流量の約１０％を許容してもよい。このように、オペレータは、減速中であっても作業ツール１６の動きを依然として制御できるようにしてもよい。
【００４１】
油圧制御システム１５０内の圧力が増加し続けると、任意の時点で、第１曲線３００は最終的に第２曲線３１０を横切ることがある。この時点は、第１供給源５１及び／又は第２供給源５３から排出される流れのすべてが主要安全弁１０４を超えてタンク６４内に放出される時点に対応していてもよい。この状況が発生すると、作業ツール１６を移動させる流れは残っておらず、作業ツール１６は移動を停止してもよい。本開示の実施形態において、この時点は、システム圧力が約３５．５ＭＰａ〜３６ＭＰａとなる時点に一致してもよい。
【００４２】
コントローラ１１２の急増低減機能は、オペレータによって選択的に無効化されてもよい。特に、コントローラ１１２は、高負荷モードの動作に移行し、第１供給源５１及び／又は第２供給源５３の急増の低減が妨げられるようにしてもよい。オペレータが高負荷モードでの動作をリクエストしている場合、圧力急増を損傷を生じないように、共通主要安全弁１０４のみが使用され、油圧制御システム１５０の全体的な最大圧力は、約３６．５〜３８ＭＰａに設定される油圧機械的安全設定点に至るまで上昇することが許容され、作業ツール１６が対応して動力を増すことを許容してもよい。高負荷モードでの動作は、インタフェース装置４８によってリクエストされるか、オペレータステーション２２内の他の装置によってリクエストされてもよい。
【００４３】
いくつかの利点が、本開示の油圧制御システムに関連付けられてもよい。第１に、油圧制御システム１５０は、圧力急増による損傷から保護されてもよい。第２に、この方法論により、結果として機械性能を犠牲にすることなく、機械エネルギーを節約してもよい。
【００４４】
当業者にとって、本開示の油圧制御システムには種々の修正及び変更が加えられることが明らかであろう。当業者は、明細書及び本開示の油圧制御システムの実践について考慮することにより、他の実施形態も明らかとなるであろう。明細書及び実施例は例示のみを目的としているものと見做されなければならず、真の範囲は以下の請求書及びその同等物によって示される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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