JP2021179079A - 建設機械におけるブーム制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このような建設機械において、作業アタッチメントを例えばバケットとした場合に、掘削作業のようにバケットを用いた通常の作業の他に、接地したバケットを用いて地面(作業面、接地面)の整地作業(均し作業)を行うようなことがあり、このような作業は、バケットを、油圧ポンプからの作動油(圧油)供給がなく、フロント作業機の自重を受ける状態で地面に接地させながら行うことになる。このようにバケット等の作業アタッチメントを、フロント作業機の自重を受けた状態で接地させて行う作業としては、前記整地作業の他に、例えばブレーカを用いた岩石やコンクリート魂等の破砕や穿孔作業、地面に散逸する収集物(例えば廃棄物)を収集する収集作業(掃き集め作業)等の作業があり、このようなフロント作業機の自重を受ける状態で作業アタッチメントを接地させて行う作業を一般に「フロート作業」と称することがあり、以下、このように表現し、フロント作業機として油圧ポンプからの作動油を受けることができる状態で行われる本来の作業を「通常作業」として区別することにし、そしてこれらの作業を実行するため選択される作業モードを「フロート作業モード」「通常作業モード」と称することにする。
ところで前記ブームシリンダの伸縮制御を行うため設けられるコントロールバルブとしては、ブームシリンダの伸縮を停止する中立位置、伸長させる上昇側作動位置、縮小させる下降側作動位置の三位置に切換え操作できるスプール弁が一般に用いられるが、このようなコントロールバルブを備えた建設機械において前記フロート作業ができるようにするためには、コントロールバルブとは別にフロート作業専用の切換えバルブを設けることが試みられる。ところがこのようにした場合、バルブ数が増えると共に、これに伴いバルブの切換え制御も必要になって煩雑化するという問題がある。しかもこのものではブームの下降作動を行う場合に、前記通常作業を行う場合にはコントロールバルブによる下降制御が行われる一方、フロート作業を行う場合には前記専用の切換えバルブによる下降制御が行われる、という異なったバルブによる下降制御がなされることとなって操作性が異なり、操作に違和感を感じるだけでなく、例えばバケットが空中に位置する状態においての下降作動中に通常作業モードからフロート作業モードにモード切換えをすると、前記異なったバルブによる油路切換えがなされることになってショックが発生するという問題がある。
これに対し前記コントロールバルブを、油圧ポンプからの作動油(圧油)供給は断つ一方で、ブームシリンダのロッド側油室、ヘッド側油室、そして油タンクにそれぞれ接続される油路を連通状態にするよう弁路が形成されたフロート作動位置を設けた四位置切換えのできるスプール弁としたものを用いることが提唱されている(例えば特許文献1、2参照)。
そこでこれを回避するため、コントロールバルブを、フロート作動位置に切換えた場合においても流量制御ができるように構成することが提唱される。これに対処するため、専用の流量制御バルブを設けた場合にはバルブ数が増加してしまい、コントロールバルブを前述した三位置切換えスプール弁とした場合と同様の問題がある。
これに対しコントロールバルブのフロート作動位置に流量制御機能を持たせて前記専用の流量制御バルブを必要としない構成にすることも提唱されるが、このようにしたとしてブームの下降作動が、通常作業モードでは下降側作動位置で行われ、フロート作業モードではフロート作動位置で行われることになって弁路が異なり、この結果、各作業モードでのブーム下降作動の操作性が異なることになって違和感が生じるだけでなく、バケットが空中に位置する状態での下降作動中に作業モードの切換えをたときにショックが発生する等の問題が依然としてあり、これらに本発明の解決すべき課題がある。
請求項2の発明は、制御部は、コントロールバルブが第一領域にあるときには油圧ポンプがアンロード状態になるよう制御することを特徴とする請求項1記載の建設機械におけるブーム制御装置である。
請求項2の発明とすることにより、フロント作業機が空中に位置していてコントロールバルブが第一領域にあるときには、フロート作業モード、通常作業モードに拘わらず油圧ポンプはコントロールバルブ側への有効な作動油供給のないアンロード状態に制御されるため、その分、省エネルギー化を図ることができる。
そして前記フロント作業機4は、基端部が上部旋回体3に上下揺動自在に軸支されるブーム5、該ブーム5の先端部に前後揺動自在に軸支されるスティック(アーム)6、該スティック6の先端部に揺動自在に取付けられるバケット(作業アタッチメントの一例)7等の各種の部材装置を備え、そしてこのように構成される油圧ショベル1には、前記ブーム5、スティック6、バケット7をそれぞれ揺動せしめるためのブームシリンダ8、スティックシリンダ9、バケットシリンダ10を備えていると共に、下部走行体2を走行せしめるための左右の走行モータ(図示せず)、上部旋回体3を旋回せしめるための旋回モータ(図示せず)等の各種の油圧アクチュエータが備えられていること等は何れも従来通りである。尚、本発明はブーム5の昇降作動に関したものであるので、以降、ブーム5の昇降作動に関連する事項について詳述をし、残りのスティック6、バケット7、走行モータ、旋回モータ等の他の油圧アクチュエータの作動等についての説明は省略する。
尚、再生弁路20と排出弁路22とは、スプール変位量の変化に対応する弁路の開口面積の変化は、共に同様の関係で変化するように設定されている。
そして、コントロールバルブ13が第一領域D1に位置している状態では、供給弁路21は遮断された閉路状態になるが、チェック弁20a付きの再生弁路20と排出弁路22とが開路状態となり、これによりヘッド側油室8a内の作動油は、ヘッド側油路18から再生弁路20、ロッド側弁路19を経由してロッド側油室8bに供給されると共に、排出弁路22、タンク油路17を経由して油タンク16に排出される一方、供給弁路21は閉じているため油圧ポンプ11からロッド側油室8bへの作動油供給は遮断される(閉じる)構成になっている。
この結果、コントロールバルブ13が下降側作動位置Dの第一領域D1に位置しているときには、油圧ポンプ11からの作動油供給が遮断される状態で、ヘッド側油路18がロッド側油路19とタンク油路17とに連通することでヘッド側油室8aの作動油がロッド側油室8bに供給される一方で、油タンク16に排出されることになる、つまり、後述するようにフロント作業機4の自重を受けることでヘッド側油室8aから排出される作動油を、再生弁路20を介してロッド側油室8bに供給できることになるが、ロッド側油室8bにはシリンダロッド8cがあることで過剰となる作動油を油タンク16に排出できるように設定され、これによってブームシリンダ8は、油圧ポンプ11からの作動油供給がない状態で、フロント作業機4の自重を受けることに基づいて縮小することになってブーム5の下降作動制御がなされるように設定されている。
この結果、コントロールバルブ13が下降側作動位置Dの第二領域D2に位置している状態では、ブームシリンダ8は、油圧ポンプ11からの作動油供給がなされる状態で縮小することになってブーム5は掘削作業ができるパワー状態での下降制御がなされるように設定されている。
さらに下降防止バルブ25には、ヘッド側油路18からヘッド側油室8a側にのみ作動油を供給するようチェック弁25cが設けられている。
さらに前記ヘッド側油路18、ロッド側油路19には、メイクアップ機能付きのラインリリーフバルブ27と、前記各油路18、19の圧力検知をする圧力検知センサ28とがそれぞれ設けられている。
因みに、油圧ポンプ11も、前記制御部23からの制御指令によって作動するポンプ用パイロットバルブ24に連繋されており、操作レバー32の操作量に応じて作動油の吐出流量制御がなされるように設定されている。
まずバケット7が空中に停止しているか、空中を下降している場合、ロッド側油路19は、コントロールバルブ13の排出弁路22が中立位置Nにより閉路されるか下降側作動位置Dによる流量制限(流量制御)を受ける状態でフロント作業機4の自重を受けることになるため、ロッド側油路19に設けた圧力検知センサ28の検知値が高い状態になる。これに対しバケット7が接地している場合、ロッド側油路19は、前記フロント作業機4からの自重を受ける状態が解消されるため、該側に設けた前記圧力検知センサ28の検知値は低い状態となり、この圧力変化の有無を制御部23で判別することにより、バケット7が空中にあるか接地しているかの判断をすることができる。
尤も、バケット7が接地しているか否かの判断は、このような圧力検知センサ28によるものに限らず、例えばブーム5、スティック6、バケット7の揺動角度を検知する揺動角度センサを設け、該揺動角度センサによる検知値に基づいてバケット7位置を演算し、これによってバケット7が接地しているか否かの判断をすることができるが、このような接地判断については既に公知になっている技術の一つあるいは複数を適宜採用できることは言うまでもない。
そして通常作業モードであると判断された場合には通常作業モード制御(S2)の制御ルーチンに移行し、フロート作業モードであると判断された場合にはフロート作業モード制御(S3)の制御ルーチンに移行する。
そして、作業モードとして通常作業モードが選択されている場合では、操作レバー32がどの操作位置にあるかの判断(S4)がなされ、中立位置である場合にはコントロールバルブ13を中立位置Nに切換えるべく制御指令を出力し(S5)、上昇位置であると判断された場合にはコントロールバルブ13を上昇側作動位置Uに切換えるべく制御指令を出力(S6)して対応するブーム4の昇降制御が実行される。
これに対し、操作レバー32が下降位置であると判断される場合には、さらに圧力検知センサ28が接地検知状態であるかの判断がなされ(S7)、接地していない、つまりバケット7が空中に位置する状態であると判断される場合には、コントロールバルブ13を、下降側作動位置Dの第一領域D1に位置するよう制御指令を出力する(S8)。これに対し、バケット7が接地していると判断された場合には、コントロールバルブ13を下降側作動位置Dの第二領域D2に位置するよう制御指令を出力する(S9)。
これに対し、操作レバー32が下降位置であると判断される場合には、下降側作動位置Dの第一領域D1に位置するよう制御するが、このフロート作業モードにおいては、バケット7が接地しているか否かに拘わらず、つまり圧力検知センサ28が接地検知をしているか否かに拘わらず、操作レバー32が下降位置である場合にはコントロールバルブ13を第一領域D1の位置に維持するよう制御される。
因みに、制御部23は、選択された作業モードに拘わらず、コントロールバルブ8を下降側作動位置Dの第一領域D1に位置する制御指令を出力している状態では、油圧ポンプ11を、コントロールバルブ13側への有効な作動油供給のないアンロード状態にするべくポンプ用パイロットバルブ24に対して制御指令を出力するよう設定されている。
制御部23からの制御指令を受けた下降用パイロットバルブ15は、制御指令に対応したパイロット油をコントロールバルブ13に供給することになり、このパイロット油を受けたコントロールバルブ13は、下降側作動位置Dの第一領域D1においてレバー操作量に対応したスプール変位量状態になって再生弁路20が対応した弁路開口面積での開路状態になる一方で、下降防止バルブ25は連通位置25bに切換えられる。
この結果、この第一領域D1の状態では、フロント作業機4の自重を受けることに基づきヘッド側油室8aの作動油が、再生弁路20を経由してロッド側油室8bに供給されることになってブームシリンダ8が縮小してブーム5が下降することになるが、この際の余剰の作動油は排出油路22を介して油タンク16に排出される。
さらにこの場合、制御部23からの制御指令を受けたフロート作業用切換えバルブ26はメークアップ位置26bから連通位置26aに弁位置の切換えがなされることになり、ロッド側油室8b内の作動油に過不足があった場合に、油タンク16からの作動油の給排がなされるように構成されている。因みにヘッド側油室8a内の作動油に過不足があった場合には、ラインリリーフバルブ27からの作動油の給排がなされる構成になっている。
これを受けて、ロッド側油室8bの作動油はフロート作業用切換えバルブ26の前記切換えられた連通位置26aの弁路を介して油タンク16に排出される一方、ヘッド側油室8aには、ヘッド側油路18に設けた前記メイクアップ機能付きのラインリリーフバルブ27、下降防止バルブ25の連通位置25bの弁路を介して油タンク16から作動油が供給されることになってブームシリンダ8が伸長してブーム5が上昇することになり、支障なくフロート作業を行うことができる。
そして通常作業モードにおいて前記バケット7が空中を下降する作動は、フロント作業モードの場合と同様、下降用作業位置Dの第一領域D1での下降制御によるものとなって共通化することになり、これによって作業モードの選択の如何に拘わらず、バケット7の下降作動は同じ操作で同じように行われ、違和感がなく操作性の優れたものになる。
4 フロント作業機
5 ブーム
8 ブームシリンダ
8a ヘッド側油室
8b ロッド側油室
11 油圧ポンプ
12 ポンプ油路
13 コントロールバルブ
16 油タンク
17 タンク油路
18 ヘッド側油路
19 ロッド側油路
20 再生弁路
21 供給弁路
22 排出弁路
23 制御部
26 フロート作業用切換えバルブ
28 圧力検知センサ
31 モード切換え具
32 操作レバー
D 下降側作動位置
D1 第一領域
D2 第二領域
N 中立位置
U 上昇側作動位置
Claims (2)
- 機体本体にブームが上下揺動自在に支持されるフロント作業機と、ブームの上下揺動を行うブームシリンダと、ブームシリンダの伸縮制御を行うコントロールバルブと、コントロールバルブの切換え制御を行う制御部と、フロント作業機の先端部に設けた作業アタッチメントの接地検知をする接地検知手段と、操作具操作に基づいてコントロールバルブに対する制御指令を出力する制御部とが備えられた建設機械であって、
前記制御部は、フロント作業機の作業モードを、フロント作業機の下降制御が、油圧ポンプからの作動油供給が可能な状態で行われる通常作業のときに設定される通常作業モードと、油圧ポンプからの作動油供給が遮断され、フロント作業機の自重を受けた状態で行われるフロート作業のときに設定されるフロート作業モードとに切換えができるよう設定され、
前記コントロールバルブは、制御部からの制御指令に基づき、ブームシリンダの伸縮を停止する中立位置と、ブームシリンダを伸長してブーム上昇をさせる上昇側作動位置と、ブームシリンダを縮小してブーム下降をさせる下降側作動位置との弁位置切換えができるよう構成されている建設機械において、
前記コントロールバルブは、下降側作動位置に、ブームシリンダのヘッド側油室の作動油を油タンクに排出する排出弁路と、ヘッド側油室の作動油をロッド側油室に供給するべくチェック弁付きの再生弁路と、油圧ポンプからの作動油をロッド側油室に供給するための供給弁路とが設けられ、かつ該供給弁路による油圧ポンプからの作動油供給が遮断される第一領域と許容される第二領域とを備えたものであり、
制御部は、コントロールバルブが下降側作動位置に位置しているときの作業モードが、
通常作業モードである場合には、接地検知手段が接地非検知状態のときには第一領域での下降制御を行い、接地検知状態のときには第二領域での下降制御を行い、
フロート作業モードである場合には、接地検知手段による接地検知状態にかかわらず第一領域での下降制御を行うように設定されていることを特徴とする建設機械におけるブーム制御装置。 - 制御部は、コントロールバルブが第一領域にあるときには油圧ポンプがアンロード状態になるよう制御することを特徴とする請求項1記載の建設機械におけるブーム制御装置。
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