JP5328279B2 - 作業機のフロート制御システム - Google Patents
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Description
特許文献1の作業機では、機体フレームに上下揺動自在に支持されたアームの先端に設けられた作業用アタッチメントの作業用油圧アクチュエータの油圧供給路において、ボトム側流路とトップ側流路とを連通させる作動油連通路を設け、その上で、作動油連通路上に当該作動油連通路を開閉するフロート弁を設けて、このフロート弁を作動させることによって、フロート制御を行っている。
しかしながら、特許文献1のフロート制御の切換の技術を、作業機のアームに適用することはできないのが実情である。即ち、作業用アタッチメント(作業用油圧アクチュエータ)はアームの先端側で作動し、一方、アームは機体フレームに対して上下揺動動作をするものであって、両者の動作機構も異なると共に動作状況も異なることから、通常の制御状態からフロート制御に切り換える条件を、アームのフロート制御を行うにあたっては、特許文献1の作業用油圧アクチュエータとは別に新たに構築しなければならない。
[第1実施形態]
図1及び図2において、本発明に係る作業機1(トラックローダ)は、機体フレーム2と、この機体フレーム2に装着した作業装置3と、機体フレーム2を支持する左右一対の走行装置4とを備え、機体フレーム2の上部前部側にキャビン5(運転者保護装置)が搭載されている。
機体フレーム2は、鉄板等により構成されていて、底壁6と、左右一対の側壁7と、前壁8と、左右各側壁7の後部に設けられた支持枠体9とを備え、側壁7間は上方に開放状とされ、この機体フレーム2の後端部には、左右一対の支持枠体9間の後端開口を塞ぐ蓋部材10が開閉自在に設けられている。
キャビン5内には運転席13が設けられ、この運転席13の左右一側(例えば、左側)には、走行装置4を操作するための走行用操作部材が配置され、運転席13の左右他側(例えば、右側)には、作業装置3を操作するための作業用操作部材(操作レバー)15が配置されている。運転席13の前側には、作業機1のエンジン29の回転数、水温、油温等を表示したり、様々な警告などを表示するための表示装置(メータ)14が設けられている。
左右の各走行装置4は、前後一対の従動輪16と、前後の従動輪16間の上方で且つ後部寄りに配置した駆動輪17と、前後の従動輪16間に配置した複数の転輪18と、これら前後従動輪16,駆動輪17及び転輪18にわたって巻き掛けられた無端帯状のクローラベルト19とを備えてなるクローラ式走行装置により構成されている。
作業装置3は、左右一対のアーム22と、該アーム22の先端に装着したバケット23(作業具)とを備える。
左右の各アーム22は、該アーム22の先端側が機体フレーム2の前方側で昇降するように、その基部側(後部側)が機体フレーム2の後上部に第1リフトリンク24と第2リフトリンク25とを介して上下揺動自在に支持されている。
また、左右の各アーム22の基部側と機体フレーム2の後下部との間には、複動式油圧シリンダからなるリフトシリンダ(アーム用油圧アクチュエータ)26が設けられていて、左右のリフトシリンダ26を左右同時に伸縮させることにより左右のアーム22が上下に揺動動作する。
また、装着ブラケット27とアーム22の先端側中途部との間には、複動式油圧シリンダからなるチルトシリンダ28が介装され、このチルトシリンダ28の伸縮によってバケット23が揺動動作(スクイ・ダンプ動作)するように構成されている。
バケット23は装着ブラケット27に対して着脱自在とされており、バケット23を取り外して装着ブラケット27に各種のアタッチメント(油圧駆動式の作業具)を取り付けることで、掘削以外の各種の作業(又は他の掘削作業)を行えるように構成されている。
エンジン29の前方には左右の走行モータ21L,21Rを駆動する油圧駆動装置32が設けられ、油圧駆動装置32の前方に第1〜3ポンプP1,P2,P3が設けられ、機体フレーム2の右側壁7の前後方向中途部に、作業装置3用のコントロールバルブ33(油圧制御装置)が設けられている。
図3は、作業機の作業系の油圧回路図である。
アーム用制御弁45、バケット用制御弁46及びSP用制御弁47は、第1ポンプP1の吐出路eに接続された作業系供給油路fに、上流側からアーム用制御弁45、バケット用制御弁46、SP用制御弁47の順で設けられており、第1ポンプP1からの作動油が、アーム用制御弁45を介してリフトシリンダ26に、又はバケット用制御弁46を介してチルトシリンダ28に、或いはSP用制御弁47を介してアタッチメントの油圧アクチュエータ34にそれぞれ供給可能とされている。
操作レバー15は、中立位置から、前後左右と前後左右の間の斜め方向に傾動操作可能とされている。この操作レバー15を傾動操作することにより、各パイロット弁40,41,42,43が操作される。
具体的には、操作レバー15を後側に(図3では矢示B1方向に)傾動させると、アーム上げ用パイロット弁40が操作されて該パイロット弁40からパイロット圧が出力され、該パイロット圧がアーム用制御弁45の一方の受圧部に作用して該制御弁45が操作されることでリフトシリンダ26が伸長し、操作レバー15の傾動量に比例した速度でアーム22が上がる。
また、操作レバー15を右側に(図3では矢示B3方向に)傾動させると、バケットダンプ用のパイロット弁42が操作されて該パイロット弁42からパイロット圧が出力され、該パイロット圧がバケット用制御弁46の一方の受圧部に作用して該制御弁46が操作されることでチルトシリンダ28が伸長し、操作レバー15の傾動量に比例した速度でバケット23がダンプ動作する。
図4に示すように、アーム用制御弁45の第1ポートP1は、分岐する第1分岐部50を経てリフトシリンダ26のトップに至るトップ側流路51に接続されている。トップ側流路51の中途部には逆止弁(チェック弁)52が設けられている。アーム用制御弁45の第2ポートP2は、分岐する第2分岐部53を経てリフトシリンダ26のボトムに至るボトム側流路54に接続されている。トップ側流路51とボトム側流路54とは作動油連通路55を介して連通している。
第1連通路56は、トップ側流路51のチェック弁52とリフトシリンダ26のトップ連結部58との間に設けられた第3分岐部59にてトップ側流路51から分岐し、且つ、第4分岐部60を介して第1合流部61に至るように構成されている。
第2連通路57は、ボトム側流路54の一端に設けられた第2分岐部53から第5分岐部62を介して第1合流部61に至るように構成されている。
即ち、第1連通路56の一端側は第3分岐部59を介してトップ側流路51に連結していると共に、第2連通路57の一端側は第2分岐部53を介してボトム側流路54に連結していて、第1連通路56の他端側と第2連通路57の他端側は、第1合流部61を介して連結し、これによって、トップ側流路51とボトム側流路54とは連通している。
このような作動油連通路55には、当該作動油連通路55を開閉する切換装置(フロート切換装置ということがある)65が設けられている。即ち、第1連通路56及び第2連通路57上には、これらを開閉するフロート切換装置65が設けられている。
フロート切換装置65は、開状態となって作動油連通路55(第1連通路56及び第2連通路57)を連通状態とし、リフトシリンダ26のボトム側の作動油とトップ側の作動油とを双方に流動可能として、リフトシリンダ26をアーム用制御弁45の制御に関係なく伸縮自在とするものである。即ち、フロート切換装置65の開動作によって第1連通路56と第2連通路57との双方に作動油が流れるようにすることで、リフトシリンダ26が自由に伸縮して、その結果、アーム22がフロート動作する。
第1切換弁66は、第1連通路56の作動油を第1合流部61に向けて一方向に流す一方向位置66aと、第1連通路56の作動油を双方向に流す双方向位置66bとに切換自在である。第1切換弁66の第1受圧路66cに圧油が作用していない状態(第1受圧路66cと第2受圧路66dとの差圧が略同じ)では、スプリング66eの付勢力により、当該第1切換弁66は一方向位置66aに切り替わり、第1受圧路66cと第2受圧路66dとに差圧が生じて第1受圧路66cに圧油が作用すると双方向位置66bに切り替わる。
一方で、第1切換弁66及び第2切換弁67との両者が双方向に切り替わっているときは、第1連通路56の作動油が第2切換弁67へと流れ、且つ、第2連通路57の作動油が第1切換弁66へと流れる連通状態である。以降、説明の便宜上、この連通状態のことを作動油連通路55の開放状態、又は、フロート切換装置65の開状態という。
フロート切換装置65は、第1作動部69を閉鎖位置と開放位置とに切り換える第1切換アクチュエータ71と、第2作動部70を閉鎖位置と開放位置とに切り換える第2切換アクチュエータ72とを備えている。
第2切換アクチュエータ72は、パイロット油路Psからのパイロット油の供給により伸長して第2作動部70を開放状態にすると共に、パイロット油の排油により縮小して第2作動部70を閉鎖状態にする。
フロート切換装置65は、第1切換アクチュエータ71や第2切換アクチュエータ72にパイロット油を供給する供給位置73aと、第1切換アクチュエータ71や第2切換アクチュエータ72にパイロット油を供給しない非供給位置73bとに切り替わる2方向のフロート切換弁73を備えている。
また、フロート切換弁73は、ソレノイド73cの消磁により非供給位置73bに切り替わり第1切換アクチュエータ71を縮小させて第1切換弁66を一方向位置66aに切り換えると共に、ソレノイド73cの消磁により非供給位置73bに切り替わり第2切換アクチュエータ72を縮小させて第2切換弁67を一方向位置67aに切り換える。
一方で、フロート切換弁73を非供給位置73bにすることによって当該フロート切換装置65は閉状態となって、作動油連通路55が非連通状態となる。これにより、リフトシリンダ26がアーム用制御弁45により伸縮する。このように、フロート切換装置65を開閉制御することによって、アーム22はフロート動作の可否を決定している。
コントローラ75は、プログラム等により構成されたフロートモード76を備えている。このフロートモード76は、アーム22をフロート動作させるためのプログラム等から構成されていて、具体的には、フロート切換装置65のフロート切換弁73を動作させるための様々な条件が組み込まれて構成されたものである。
フロートモードスイッチ78は、コントローラ75に格納されたフロートモード76(プログラム)を有効又は無効に切り換えるものであって、フロートモードスイッチ78をONにするとフロートモード76は有効となり、フロートモード76によるフロート切換弁73の操作が可能となる。また、フロートモードスイッチ78をOFFにするとフロートモード76は無効となり、フロートモード76によるフロート切換弁73の操作が不能となる。
図5は、コントローラ75、即ち、フロートモード76(プログラム)によるフロート動作のフローチャートである。
アーム22をフロート動作させるにあたっては、コントローラ75は、まず、フロートモード76が有効になっているか否かを判断する(S1)。即ち、フロートモードスイッチ78が押されてONとなっていてフロートモード76が有効になっている場合は次の処理に進む。フロートモードスイッチ78が押されておらずOFFとなっていてフロートモード76が無効となっている場合は、アーム22がフロート動作をすることはなく、操作レバー15によってアーム22はアーム用制御弁45による通常の動作(上下動等)をする。
さて、作業者がフロートモードスイッチ78を押してフロートモード76を有効にした後、操作レバー15を操作してアーム22を下げていき、アーム22の先端に設けたバケット等のアタッチメントが地面に接地すると、アーム22を上げているときに比べリフトシリンダ26のボトム圧は非常に小さくなる。そこで、ボトム圧が所定値以下か否かを判断するにあたっては、そのリフトシリンダ26のボトム圧の閾値を、アーム22の先端側のアタッチメントが地面に接地したときと略同じ値にしている。
ここで、アーム22のフロート動作を解除する(ソレノイド73cへの励磁を停止する)ためには、フロートモードスイッチ78によりフロートモード76を無効にすればよい。なお、アーム22の上げを検出する上げ圧力センサをコントローラ75に接続し、操作レバー15をアーム22の下げ方向に操作してフロート動作を開始した後、操作レバー15を逆にアーム22の上げ方向に操作し、上げ圧力センサによる圧上げパイロット圧の検出信号がコントローラ75に入力されたときに、フロートモード76によってフロート動作を解除するようにしてもよい。
これによれば、まず、フロートモード76をフロートモードスイッチ78によって有効にしなければ、アーム22はフロート動作をすることはなく、フロート動作を行うにあたって、作業者に対してアーム22のフロート動作を行うための意識付けを確実にさせることができ、不用意にフロート動作を行うことを防止することもできる。しかも、アーム22が下降してアーム22の先端に取り付けた油圧アクチュエータが地面に接地してからフロート動作の開始ができるようになり、通常の操作状態からフロート動作への移行をスムーズに行うことができると共に、フロート動作させるための操作性も非常に良い。
図6及び図7は第2実施形態における作業機のフロート制御システムを示したものである。この第2実施形態では、上記実施形態に対してフロートモード76におけるフロート制御の動作を変更したものである。上記実施形態と構成が同じである箇所は同符号を付して説明を省略する。
コントローラ75の入力側には、フロートモードスイッチ78と、ボトム圧力センサ82と、アーム高さセンサ83とが接続されている。
図7は、コントローラ75、即ち、フロートモード76(プログラム)によるフロート動作のフローチャートである。
アーム22をフロート動作させるにあたっては、コントローラ75は、まず、フロートモード76が有効になっているか否かを判断する(S10)。フロートモードスイッチ78が押されていてフロートモードがONとなっている場合は次の処理に進む。
さて、作業者が操作レバー15を操作してアーム22を次第に下げると、当然にアーム22の高さが徐々に低くなる。この実施形態では、フロート動作の判断に使用するアーム22の高さの所定値(閾値)は、アーム22の先端に取り付けたアタッチメントが地面に接地するよりも少し高いものとしている。具体的には、アーム22の先端側のバケット23やアタッチメントを取り付ける支点ピン22aをアーム22の先端として、その基準となる支点ピン22aと地面との距離(高さ)が1.5mとなる値を、アーム22の高さの所定値(閾値)としている。フロート動作の判断に使用するアーム22の高さの所定値は1.5m以下にすることが好ましく、さらに好ましくは、フロート動作の判断に使用するアーム22の高さの所定値は1.0m以下にすることが好ましい。
さて、作業者がフロートモードスイッチ78を押してフロートモード76を有効にした後、作業者が操作レバー15を操作してアーム22を下げていき、アーム22の先端に設けたバケット等のアタッチメントが地面に接地すると、アーム22を上げているときに比べリフトシリンダ26のボトム圧は非常に小さくなる。そこで、ボトム圧が所定値以下か否かを判断するにあたっては、そのリフトシリンダ26のボトム圧の閾値を、アーム22の先端側のアタッチメントが地面に接地したときと略同じ値にしている。
ここで、アーム22のフロート動作を解除するためには、フロートモードスイッチ78によりフロートモード76を無効にすればよい。なお、アーム22の上げを検出する上げ圧力センサをコントローラ75に接続し、操作レバー15をアーム22の下げ方向に操作してフロート動作を開始した後、操作レバー15を逆にアーム22の上げ方向に操作し、上げ圧力センサによる上げパイロット圧の検出信号がコントローラ75に入力されたときに、フロートモード76によってフロート動作を解除するようにしてもよい。
これによれば、非常に安定した状態でアーム22が下降し、且つ、アーム22が下降させてアーム22の先端部側が十分に低くなっていて、アーム22の先端側に設けた油圧アクチュエータが地面に接地していることを確認してからフロート動作の開始ができるようになり、通常の操作状態からフロート動作への移行をスムーズに行うことができると共に、フロート動作させるための操作性も非常に良い。
図8及び図9は第3実施形態における作業機のフロート制御システムを示したものである。この第3実施形態では、上記実施形態に対してフロートモード76におけるフロート制御の動作を変更したものである。上記実施形態と構成が同じである箇所は同符号を付して説明を省略する。
コントローラ75の入力側には、フロートモードスイッチ78と、パイロット圧力センサ80と、ボトム圧力センサ82と、アーム高さセンサ83とが接続されている。
フロート制御システムは、動作速度検出手段84を備えている。この実施形態では、動作速度検出手段84は、アーム高さセンサ83と、このアーム高さセンサ83からの信号に基づいてアーム22の動作速度を算出する動作速度算出部85とから構成されている。この動作速度算出部85は、アーム高さセンサ83から入力されたアーム22の角度における変化(角速度変化)に基づいて、アーム22の動作速度を求めるものとなっている。
なお、動作速度検出手段84は、アーム22の動作速度を求めるものであれば何でも良く上述したものに限定されない。例えば、動作速度検出手段84を、リフトシリンダ26に流れる作動油の流量を検出する流量センサで構成し、この流量センサで検出した流量を動作速度として置換してもよい。
図9は、コントローラ75、即ち、フロートモード76(プログラム)によるフロート動作のフローチャートである。
アーム22をフロート動作させるにあたっては、コントローラ75は、まず、フロートモード76が有効になっているか否かを判断する(S20)。フロートモードスイッチ78が押されていてフロートモードがONとなっている場合は次の処理に進む。
そして、アーム22の下げ動作速度が所定値以上であるか否かを判断する(S22)。具体的には、動作速度検出手段84によって検出されたアーム22の下げの動作速度が所定値(閾値)以上であれば、次の処理に進む。
このようにすることによって、通常の操作状態からフロート動作への切り換えた際に、アーム22の動作速度変化が少なくて済み、スムーズにアーム22を動作させることができる。
さて、作業者が操作レバー15を操作してアーム22を次第に下げると、当然にアーム22の高さが徐々に低くなる。この実施形態では、フロート動作の判断に使用するアーム22の高さの所定値(閾値)は、アーム22の先端に取り付けたアタッチメントが地面に接地するよりも少し高いものとしている。具体的には、アーム22の先端側のバケット23やアタッチメントを取り付ける支点ピン22aをアーム22の先端として、その基準となる支点ピン22aと地面との距離(高さ)が1.5mとなる値を、アーム22の高さの所定値(閾値)としている。フロート動作の判断に使用するアーム22の高さの所定値は1.5m以下にすることが好ましく、さらに好ましくは、フロート動作の判断に使用するアーム22の高さの所定値は1.0m以下にすることが好ましい。
さて、作業者がフロートモードスイッチ78を押してフロートモード76を有効にした後、作業者が操作レバー15を操作してアーム22を下げていき、アーム22の先端に設けたバケット等のアタッチメントが地面に接地すると、アーム22を上げているときに比べリフトシリンダ26のボトム圧は非常に小さくなる。そこで、ボトム圧が所定値以下か否かを判断するにあたっては、そのリフトシリンダ26のボトム圧の閾値を、アーム22の先端側のアタッチメントが地面に接地したときと略同じ値にしている。
本発明の作業機のフロート制御システムでは、アーム22が所定以上の動作速度で下降すると共に、アーム22の先端の高さが所定値以下となり、さらに、リフトシリンダ(アーム用油圧アクチュエータ)26のボトム側の圧力が所定値以下となったときにアーム22がフロート動作するようにフロート切換装置65を開動作させている。
本発明は上記の実施形態に限定されない。即ち、本発明においては、フロート動作に入るための判断として、アーム用油圧アクチュエータ26のボトム側の圧力が所定値以下であるか否かという条件と、アーム22の先端の高さが所定値以下であるか否かという条件と、アームの動作速度が所定値以上という条件とがあるが、それぞれの実施形態において、各条件の順番(処理手順)は、上記の実施形態に限定されず、入れ替えても良いし、適宜組み合わせても良い。
22 アーム
26 リフトシリンダ
75 コントローラ
76 フロートモード
78 フロートモードスイッチ
80 第1圧力センサ
81 第2圧力センサ
82 ボトム圧力センサ
83 アーム高さセンサ
84 動作速度検出手段
85 動作速度算出部
86 動作時間検出手段
87 動作時間算出部
Claims (2)
- 機体フレームに上下揺動自在に支持されて先端側にアタッチメントを着脱自在なアームと、このアームを作動油により動作させるアーム用油圧アクチュエータと、このアーム用油圧アクチュエータに供給する作動油の流量を制御するアーム用制御弁と、前記アーム用油圧アクチュエータのボトム側流路と前記アーム用油圧アクチュエータのトップ側流路とを連通する作動油連通路と、この作動油連通路上に設けられ当該作動油連通路を開閉する切換装置と、前記切換装置を開状態にして作動油連通路を連通させることで前記アームをフロート動作させるべく切換装置を制御可能なコントローラと、前記アーム用油圧アクチュエータのボトム側の圧力を検出可能なボトム圧力センサと、前記アームの先端の高さを検出可能なアーム高さセンサとを備えており、
前記コントローラは、前記アームをフロート動作させるためのフロートモードを備え、前記コントローラには、前記フロートモードを有効又は無効にするフロートモードスイッチが接続され、前記コントローラのフロートモードは、前記フロートモードスイッチによって当該フロートモードが有効とされた後、前記アーム高さセンサで検出されたアームの先端の高さが所定値以下となり且つ前記ボトム圧力センサで検出された前記アーム用油圧アクチュエータのボトム側の圧力が所定値以下となった場合にアームがフロート動作するように前記切換装置を開動作させることを特徴とする作業機のフロート制御システム。 - 機体フレームに上下揺動自在に支持されて先端側にアタッチメントを着脱自在なアームと、このアームを作動油により動作させるアーム用油圧アクチュエータと、このアーム用油圧アクチュエータに供給する作動油の流量を制御するアーム用制御弁と、前記アーム用油圧アクチュエータのボトム側流路と前記アーム用油圧アクチュエータのトップ側流路とを連通する作動油連通路と、この作動油連通路上に設けられ当該作動油連通路を開閉する切換装置と、前記切換装置を開状態にして作動油連通路を連通させることで前記アームをフロート動作させるべく切換装置を制御可能なコントローラと、前記アーム用油圧アクチュエータのボトム側の圧力を検出可能なボトム圧力センサと、前記アームの先端の高さを検出可能なアーム高さセンサとを備えており、
前記コントローラは、前記アームをフロート動作させるためのフロートモードを備え、前記コントローラには、前記フロートモードを有効又は無効にするフロートモードスイッチが接続され、前記コントローラのフロートモードは、前記フロートモードスイッチによって当該フロートモードが有効とされた後に前記アームが所定以上の動作速度で下降した後、さらに、前記アーム高さセンサで検出されたアームの先端の高さが所定値以下となり且つ前記ボトム圧力センサで検出された前記アーム用油圧アクチュエータのボトム側の圧力が所定値以下となった場合にアームがフロート動作するように前記切換装置を開動作させることを特徴とする作業機のフロート制御システム。
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