JP6113103B2 - フロントローダ - Google Patents

Description

本発明は、ブームを走行車体に対して左右向きの第１支軸を支点にして上下方向に揺動駆動するブーム用アクチュエータと、バケットを前記ブームに対して左右向きの第２支軸を支点にして上下方向に揺動駆動するバケット用アクチュエータとを備えたフロントローダに関する。

上記のようなフロントローダにおいては、ブームの人為制御時における角速度をブームセンサからの信号に基づいて計測し、この計測結果に基づいてバケットが対車体姿勢を維持するに必要な目標角速度を求め、この目標角速度がバケットセンサで計測されるようバケットアクチュエータの作動速度を制御する速度制御手段を制御装置に備えるように構成したものがある（例えば特許文献１参照）。

特開平１０−２４５８６６号公報

上記の構成では、バケットアクチュエータの作動速度を制御することから、ブームの上下揺動にかかわらずバケットの対地揺動角度を一定にする上において、ブームの上下揺動に対するバケットの姿勢補正を応答性良く行うことができる。

しかしながら、ブームセンサが検出するブームの角速度に基づいてバケットアクチュエータの作動速度を制御するものであることから、ブームの上下揺動に対するバケットの姿勢補正で生じる制御の遅れを解消するには至っておらず、より精度良くバケットの対地揺動角度を一定に維持する上において改善の余地がある。

本発明の目的は、より精度良くバケットの対地揺動角度を一定に維持できるようにすることにある。

本発明の課題解決手段は、
ブームを走行車体に対して左右向きの第１支軸を支点にして上下方向に揺動駆動するブーム用アクチュエータと、
バケットを前記ブームに対して左右向きの第２支軸を支点にして上下方向に揺動駆動するバケット用アクチュエータと、
前記ブームの上下揺動角度を検出するブーム角検出器と、
前記ブームに対する前記バケットの上下揺動角度を検出するバケット角検出器と、
前記ブーム角検出器の出力と前記バケット角検出器の出力とに基づいて前記バケットの対地揺動角度を演算する演算部と、
指令操作具が出力する操作指令に基づいて前記ブーム用アクチュエータ及び前記バケット用アクチュエータの作動を制御する手動用制御部と、
前記演算部の出力に基づいて、前記ブームの上下揺動にかかわらず前記バケットの対地揺動角度が一定になるように前記バケット用アクチュエータの作動を制御する対地角維持制御部と、
を備え、
前記対地角維持制御部は、
ブーム停止状態での前記ブームの上下揺動角度が前記ブームの上昇規制角度から設定角度以内か否かを判定し、
前記指令操作具がブーム下降用の操作指令を出力すると、判定結果にかかわらず、その操作指令に基づいて前記手動用制御部が前記ブーム用アクチュエータに対する下降用の制御作動を開始するのに先行して前記バケット用アクチュエータに対する上昇用の制御作動を開始し、
前記指令操作具がブーム上昇用の操作指令を出力すると、
前記判定結果が設定角度外の場合は、その操作指令に基づいて前記手動用制御部が前記ブーム用アクチュエータに対する上昇用の制御作動を開始するのに先行して前記バケット用アクチュエータに対する下降用の制御作動を開始し、
前記判定結果が設定角度以内の場合は、前記バケット用アクチュエータに対する制御作動を行わないように構成している。

この手段によると、ブームを下降揺動させる場合には、対地角維持制御部が、指令操作具からのブーム下降用の操作指令に基づいて、手動用制御部がブーム用アクチュエータに対する下降用の制御作動を開始するのに先行して、バケット用アクチュエータに対する上昇用の制御作動を開始するフィードフォワード制御と、演算部の出力に基づいて、ブームの上下揺動にかかわらずバケットの対地揺動角度が一定になるようにバケット用アクチュエータの作動を制御するフィードバック制御とを行う。

又、ブーム停止状態でのブームの上下揺動角度がブームの上昇規制角度から設定角度外であるときにブームを上昇揺動させる場合には、対地角維持制御部が、指令操作具からのブーム上昇用の操作指令に基づいて、手動用制御部がブーム用アクチュエータに対する上昇用の制御作動を開始するのに先行して、バケット用アクチュエータに対する下降用の制御作動を開始するフィードフォワード制御と、演算部の出力に基づいて、ブームの上下揺動にかかわらずバケットの対地揺動角度が一定になるようにバケット用アクチュエータの作動を制御するフィードバック制御とを行う。

そして、ブーム停止状態でのブームの上下揺動角度がブームの上昇規制角度から設定角度内であるときにブームを上昇揺動させようとした場合には、対地角維持制御部がバケット用アクチュエータに対する制御作動を行わないようになる。

つまり、ブームを下降揺動させる場合、及び、ブーム停止状態での左右のブームの上下揺動角度がブームの上昇規制角度から設定角度外であるときにブームを上昇揺動させる場合は、フィードフォワード制御とフィードバック制御との併用により、バケット用アクチュエータの制御遅れを招くことなく、高い精度で、バケットの対地揺動角度を一定に維持することができる。

又、ブーム停止状態でのブームの上下揺動角度がブームの上昇規制角度から設定角度以内であるときにブームを上昇揺動させる場合は、フィードフォワード制御を行わないことにより、ブームが上昇規制角度から設定角度以内であることによって殆ど上昇揺動しない状態であるにもかかわらず、バケットが先行して下降揺動することにより、バケットの対地揺動角度を一定に維持することができなくなる不都合の発生を回避することができる。

従って、ブームの上下揺動にかかわらず、バケットの対地揺動角度を、より精度良く一定に維持することができる。

フロントローダを装備したトラクタの左側面図である。 フロントローダの作動状態を示す左側面図である。 フロントローダに関する制御構成を示すブロック図である。 バケット自動停止時の作動速度を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態の一例として、本発明に係るフロントローダを、走行車体の一例であるトラクタに装備した実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、この実施形態において走行車体Ａとして例示するトラクタＡは、車体フレーム１の前部側に原動部２及び左右の前輪３などを備えている。又、車体フレーム１の後部側に搭乗運転部４を形成するキャビン５及び左右の後輪６などを備えている。車体フレーム１の前後中間部には、フロントローダＢの装着を可能にする左右の支持ブラケット７を装備している。搭乗運転部４には、ステアリングホイール８及び運転座席９などを配備している。

図１〜３に示すように、フロントローダＢは、対応する支持ブラケット７に着脱可能に装着した左右の固定ブラケット１０、対応する固定ブラケット１０に左右向きの第１支軸１１を介して上下揺動可能に連結した左右のブーム１２、対応するブーム１２の遊端部に左右向きの第２支軸１３を介して上下揺動可能に連結した左右の揺動ブラケット１４、左右の揺動ブラケット１４に着脱可能に連結したバケット１５、ブーム用アクチュエータとして使用する油圧式で複動型の左右のブームシリンダ１６、バケット用アクチュエータとして使用する油圧式で複動型の左右のバケットシリンダ１７、左右いずれか一方のブーム１２の上下揺動角度θａを検出するブーム角検出器１８、及び、左右のブーム１２に対するバケット１５の上下揺動角度θｂを検出するバケット角検出器１９、などを備えている。

左右のブームシリンダ１６は、対応するブーム１２をトラクタＡに対して第１支軸１１を支点にして上下方向に揺動駆動する。左右のバケットシリンダ１７は、左右の揺動ブラケット１４とともにバケット１５を各ブーム１２に対して第２支軸１３を支点にして上下方向に揺動駆動する。ブーム角検出器１８及びバケット角検出器１９には回転式のポテンショメータを採用している。

図３に示すように、トラクタＡは、左右のブームシリンダ１６及び左右のバケットシリンダ１７に対するオイルの流れを制御するバルブユニット２０、及び、バルブユニット２０を介して左右のブームシリンダ１６及び左右のバケットシリンダ１７の作動を制御するフロントローダ用の電子制御ユニット（以下、ＬＤ−ＥＣＵと称する）２１を備えている。

図示は省略するが、油圧制御ユニット２０は、左右のブームシリンダ１６に対するオイルの流れを制御するブーム用の電子制御バルブ、及び、左右のバケットシリンダ１７に対するオイルの流れを制御するバケット用の電子制御バルブ、などを備えている。

図２及び図３に示すように、ＬＤ−ＥＣＵ２１は、ＣＰＵやＥＥＰＲＯＭなどを備えたマイクロコンピュータにより構成している。そして、左右のブーム１２及びバケット１５の手動動作を可能にする手動用制御部２２、各種の演算処理を行う演算部２３、各種のデータを記憶する記憶部２４、及び、バケット１５の対地揺動角度θｃを一定に維持する対地角維持制御を行う対地角維持制御部２６、などを備えている。

手動用制御部２２は、搭乗運転部４に備えた十字揺動式で中立復帰型の操作レバー３０と、操作レバー３０の操作位置を検出するレバー操作検出器３１とから構成したフロントローダ操作用の指令操作具３２が出力する操作指令に基づいて、左右のブームシリンダ１６及び左右のバケットシリンダ１７の作動を制御する手動操作制御を行う。

手動操作制御では、指令操作具３２が出力する操作指令がブーム上昇用の操作指令である場合は、この操作指令が継続して出力されている間は左右のブーム１２が上昇揺動するように左右のブームシリンダ１６を伸長作動させる。指令操作具３２が出力する操作指令がブーム下降用の操作指令である場合は、この操作指令が継続して出力されている間は左右のブーム１２が下降揺動するように左右のブームシリンダ１６を収縮作動させる。指令操作具３２が出力する操作指令がバケット上昇用の操作指令である場合は、この操作指令が継続して出力されている間はバケット１５が上昇揺動（掬い揺動）するように左右のバケットシリンダ１７を収縮作動させる。指令操作具３２が出力する操作指令がバケット下降用の操作指令である場合は、この操作指令が継続して出力されている間はバケット１５が下降揺動（ダンプ揺動）するように左右のバケットシリンダ１７を伸長作動させる。指令操作具３２が操作指令の出力を停止している場合は、その出力停止状態が継続されている間は左右のブーム１２及びバケット１５が上下揺動を停止するように左右のブームシリンダ１６及び左右のバケットシリンダ１７の伸縮作動を停止させる。

レバー操作検出器３１には、操作レバー３０の各操作位置への揺動操作を検出する複数のスイッチ、又は、操作レバー３０の前後方向への揺動操作を検出する回転式のポテンショメータと左右方向への揺動操作を検出する回転式のポテンショメータ、などを採用することができる。

演算部２３は、ブーム角検出器１８の出力とバケット角検出器１９の出力とに基づいてバケット１５の対地揺動角度θｃを演算する。そして、その演算結果を記憶部２４及び対地角維持制御部２６などに出力する。

記憶部２４は、搭乗運転部４に備えた制御目標角度設定用の設定スイッチ３３が押圧操作された場合に、そのときに演算部２３が出力しているバケット１５の対地揺動角度θｃを対地角維持制御用の制御目標角度θｃｏとして記憶する。つまり、操作レバー３０を操作して、左右のブームシリンダ１６及び左右のバケットシリンダ１７を作動させて、バケット１５を所望の対地揺動角度θｃまで操作した後、設定スイッチ３３を押圧操作することにより、このときのバケット１５の対地揺動角度θｃを対地角維持制御用の制御目標角度θｃｏとして記憶部２４に記憶することができる。尚、図２においては、対地角維持制御用の制御目標角度θｃｏを、バケット１５の底面が水平になる角度に設定した状態を例示している。

又、バケット１５の上昇限界角度θｂａよりも設定角度（例えば２度）だけ小さく設定したバケット１５の上昇規制角度θｂｂと、バケット１５の下降限界角度θｂｃよりも設定角度（例えば２度）だけ大きく設定したバケット１５の下降規制角度θｂｄとを記憶している。

図２〜４に示すように、対地角維持制御部２６は、対地角維持制御の実行停止中に搭乗運転部４に備えた対地角維持制御用の指令スイッチ３４が押圧操作された場合に対地角維持制御を行う。又、対地角維持制御の実行中に対地角維持制御用の指令スイッチ３４が押圧操作された場合は対地角維持制御を終了する。

対地角維持制御では、先ず、ブーム角検出器１８の出力に基づいて、ブーム停止状態での左右のブーム１２の上下揺動角度θａが左右のブーム１２の上昇規制角度θａｏから設定角度（例えば２度）以内か否かを判定する。

その後、指令操作具３２がブーム下降用の操作指令を出力すると、上記の判定結果にかかわらず、その操作指令に基づいて手動用制御部２２が左右のブームシリンダ１６に対する下降用の制御作動を開始するのに先行して、左右のバケットシリンダ１７に対する上昇用の制御作動を開始する。そして、記憶部２４が記憶した対地角維持制御用の制御目標角度θｃｏと演算部２３が出力するバケット１５の対地揺動角度θｃとに基づいて、左右のブーム１２の下降揺動にかかわらず、バケット１５の対地揺動角度θｃが対地角維持制御用の制御目標角度θｃｏに一致する（制御目標角度θｃｏの不感帯幅内に収まる）ように左右のバケットシリンダ１７の作動を制御する。
逆に、指令操作具３２がブーム上昇用の操作指令を出力すると、上記の判定結果を反映して、判定結果が設定角度外の場合は、その操作指令に基づいて手動用制御部２２が左右のブームシリンダ１６に対する上昇用の制御作動を開始するのに先行して、左右のバケットシリンダ１７に対する下降用の制御作動を開始する。
又、判定結果が設定角度以内の場合は、左右のバケットシリンダ１７に対する制御作動を行わずにバケット１５を現在の揺動姿勢にて維持する。

つまり、指令操作具３２がブーム下降用の操作指令を出力した場合、及び、ブーム停止状態での左右のブーム１２の上下揺動角度θａが左右のブーム１２の上昇規制角度θａｏから設定角度外であるときに指令操作具３２がブーム上昇用の操作指令を出力した場合は、フィードフォワード制御とフィードバック制御との併用により、左右のバケットシリンダ１７の制御遅れを招くことなく、高い精度で、バケット１５の対地揺動角度θｃを対地角維持制御用の制御目標角度θｃｏ（所望の対地揺動角度）に維持することができる。

又、ブーム停止状態での左右のブーム１２の上下揺動角度θａが左右のブーム１２の上昇規制角度θａｏから設定角度以内であるときに指令操作具３２がブーム上昇用の操作指令を出力した場合は、フィードフォワード制御を行わないことにより、左右のブーム１２が上昇揺動しない状態で、バケット１５が先行して下降揺動することに起因して、バケット１５の対地揺動角度θｃが対地角維持制御用の制御目標角度θｃｏから大きく外れる不都合の発生を回避することができる。

対地角維持制御部２６は、対地角維持制御では、上記の制御作動に加えて、バケット角検出器１８の出力と記憶部２４に記憶したバケット１５の上昇規制角度θｂｂ及び下降規制角度θｂｄとに基づいて、バケット１５の上下揺動角度θｂが上昇規制角度θｂｂ又は下降規制角度θｂｄよりも設定角度（例えば１０度）手前の減速角度θｂｘに達したことを検知した場合は、指令操作具３２の操作指令に基づく手動用制御部２２の制御作動に優先して、バケット１５が減速角度θｂｘから設定角度（例えば５度）の減速領域Ｈ内に位置する間、左右のバケットシリンダ１７に対するオイルの分流比が徐々に低下するようにバケット用の電子制御バルブに対するデューティー比を変更して、左右のバケットシリンダ１７の作動速度を目標速度まで徐々に低下させ、減速領域Ｈの通過後は目標速度に維持する。
その後、バケット１５の上下揺動角度θｂが上昇規制角度θｂｂ又は下降規制角度θｂｄに達したことを検知した場合に、左右のバケットシリンダ１７を自動停止させて、バケット１５の上下揺動角度θｂが上昇規制角度θｂｂ又は下降規制角度θｂｄに維持する。

これにより、対地角維持制御において、バケット１５の上下揺動角度θｂが上昇限界角度θｂａ又は下降限界角度θｂｃに達することに起因して、バルブユニット２０に備えたリリーフバルブが作動することにより、左右のブームシリンダ１６に供給するオイル量が減少してブーム１２の駆動速度が低下する、又は、油温が上昇するなどの不都合の発生を防止することができる。

又、自動停止前に左右のバケットシリンダ１７の作動速度を徐々に低下させることにより、自動停止時におけるショックの発生を抑制することができるとともに、上昇規制角度θｂｂ又は下降規制角度θｂｄでのバケットの停止精度を高めることができる。

図示は省略するが、記憶部２４に、ブーム１２の上下揺動角度θａと、バケット１５の対地揺動角度θｃに対する上昇限界角度θｃａよりも設定角度だけ小さく設定した上昇規制角度θｃｂと、バケット１５の対地揺動角度θｃに対する下降限界角度θｃｃよりも設定角度だけ大きく設定した下降規制角度θｃｄとの関係を示す関係データを記憶し、この関係データとブーム角検出器１８の出力とに基づいてブーム１２の上下揺動角度θａに応じたバケット１５の上昇規制角度θｃｂと下降規制角度θｃｄとを設定する設定部を設けて、対地角維持制御部２６が、演算部２３が出力するバケット１５の対地揺動角度θｃと設定部の出力とに基づいて、バケット１５の対地揺動角度θｃが上昇規制角度θｃｂ又は下降規制角度θｃｄに達したことを検知した場合に、左右のバケットシリンダ１７を自動停止させるように構成してもよい。

〔別実施形態〕

〔１〕走行車体Ａは、ローダ作業用の専用車、フロントローダ及びモーアを装備するローダ草刈兼用車、及び、フロントローダ及びバックホーを装備するローダ掘削兼用車、などであってもよい。

〔２〕ブーム用アクチュエータ１６及びバケット用アクチュエータ１７として油圧モータなどを採用してもよい。

〔３〕指令操作具３２として、ブーム専用の指令操作具とバケット専用の指令操作具とを備えるようにしてもよい。又、指令操作具３０として、ブーム１２の上昇揺動を指令するスイッチ、ブーム１２の下降揺動を指令するスイッチ、バケット１５の掬い揺動を指令するスイッチ、及び、バケット１５のダンプ揺動を指令するスイッチを備えるようにしてもよい。

〔４〕ブーム角検出器１８として、ブームシリンダ１６の伸縮長さをブーム１２の上下揺動角度θａとして検出する摺動式のポテンショメータを採用してもよい。又、バケット角検出器１９として、バケットシリンダ１７の伸縮長さをバケット１５の上下揺動角度θｂとして検出する摺動式のポテンショメータを採用してもよい。

〔５〕対地角維持制御部２６がバケット用アクチュエータ１７に対する制御作動を行わないブーム１２の上昇規制角度θａｏからの設定角度は、バケット１５の対地揺動角度θｃを一定に維持する上において支障のない範囲であれば種々の変更が可能である。例えば、設定角度を３度又は４度などに設定してもよい。

本発明は、トラクタなどの走行車体に装備するフロントローダに適用することができる。

１１ 第１支軸
１２ ブーム
１３ 第２支軸
１５ バケット
１６ ブーム用アクチュエータ
１７ バケット用アクチュエータ
１８ ブーム角検出器
１９ バケット角検出器
２２ 手動用制御部
２３ 演算部
２６ 対地角維持制御部
３２ 指令操作具
Ａ 走行車体
θａ ブームの上下揺動角度
θｂ バケットの上下揺動角度
θｃ バケットの対地揺動角度

Claims (1)

1. ブームを走行車体に対して左右向きの第１支軸を支点にして上下方向に揺動駆動するブーム用アクチュエータと、
   バケットを前記ブームに対して左右向きの第２支軸を支点にして上下方向に揺動駆動するバケット用アクチュエータと、
   前記ブームの上下揺動角度を検出するブーム角検出器と、
   前記ブームに対する前記バケットの上下揺動角度を検出するバケット角検出器と、
   前記ブーム角検出器の出力と前記バケット角検出器の出力とに基づいて前記バケットの対地揺動角度を演算する演算部と、
   指令操作具が出力する操作指令に基づいて前記ブーム用アクチュエータ及び前記バケット用アクチュエータの作動を制御する手動用制御部と、
   前記演算部の出力に基づいて、前記ブームの上下揺動にかかわらず前記バケットの対地揺動角度が一定になるように前記バケット用アクチュエータの作動を制御する対地角維持制御部と、
   を備え、
   前記対地角維持制御部は、
   ブーム停止状態での前記ブームの上下揺動角度が前記ブームの上昇規制角度から設定角度以内か否かを判定し、
   前記指令操作具がブーム下降用の操作指令を出力すると、判定結果にかかわらず、その操作指令に基づいて前記手動用制御部が前記ブーム用アクチュエータに対する下降用の制御作動を開始するのに先行して前記バケット用アクチュエータに対する上昇用の制御作動を開始し、
   前記指令操作具がブーム上昇用の操作指令を出力すると、
   前記判定結果が設定角度外の場合は、その操作指令に基づいて前記手動用制御部が前記ブーム用アクチュエータに対する上昇用の制御作動を開始するのに先行して前記バケット用アクチュエータに対する下降用の制御作動を開始し、
   前記判定結果が設定角度以内の場合は、前記バケット用アクチュエータに対する制御作動を行わないように構成しているフロントローダ。

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