JP2004036379A - 作業車両の付属物に振動を与える装置および方法 - Google Patents

作業車両の付属物に振動を与える装置および方法 Download PDF

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Abstract

【課題】作業車両の付属物を振動させる装置および方法に関する。
【解決手段】本装置は油圧シリンダと、第1および第2バルブアセンブリと、制御要素を含んでいる。油圧シリンダは作業車両の第1部分と付属物間に結合され、第1室、第2室、およびピストンを有する。第1および第2バルブアセンブリはそれぞれ作動液がポンプから第1室および第2室に供給されるかまたは第1室および第2室からタンクに供給されるかどうかを制御する。制御要素は第2バルブアセンブリの状態を時間と共に繰り返し交替させるので、振動がピストンに生じ、順に付属物に伝達される。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は作業車両用の油圧システムに関し、特に、バケット部や他の可動要素付きのブームアセンブリのような付属物を有する作業車両に関する。
【0002】
【従来の技術】
建設作業車両(例えば、ローダバックホー)のような種々の作業車両は土壌、砂、砂利のような物質をすくい上げたり、移動させるために使用されるブームアセンブリのような可動付属物を有している。このようなブームアセンブリは多くの場合互いに関係して可動する複数の要素を有しており、特にブームアセンブリは典型的に車両から遠く離れて設けられたブームアセンブリの端部にバケットや他の可動要素を有している。ブームアセンブリのこれらの端部要素は典型的にはすくい上げられたり移動される物質と直接接触するブームアセンブリの部分である。
【0003】
種々の環境において、作業車両のブームアセンブリによりすくい上げられたり移動される物質は粘着性または粘着コンシステンシーを有している。このような物質は例えば、種々の粘土形状をしている。特に、物質のコンシステンシーは、ブームアセンブリの端部要素が物質に当たると、物質の一部が端部要素に付着する傾向にある。さらに、物質のコンシステンシーのため、物質は付着しているブームアセンブリの部分から落下したり除去しにくい。従って、物質の一部は掘削サイクルまたは作業中ブームアセンブリに付着すると、掘削サイクル/作業中の間付着したままになり、各掘削サイクル/作業後にブームアセンブリ内の物質の全てが落下するとは限らなくなる。
【0004】
端部要素に物質が付着されたままであることは種々の理由で望ましくない。まず、端部要素に対する物質の付着は端部要素内の容量を減少させ、所定の時間内で端部要素によりすくい上げられ、移動される物質の量を減少させてしまう。また、物質が端部要素に付着しているので、作業車両が見苦しく、不潔に見える。さらに、ある環境において、最初の物質が端部要素に付着しているまま、他の物質を移動させるために作業車両のバケットまたは他の端部要素を使用することは適当でない。作業車両の使用後に、別個の作業により端部要素から付着物を除去することが必要になるからである。
【0005】
ブームアセンブリを有する作業車両により遭遇する他の問題は、端部要素によりすくい上げたり移動する物質をまず掘り返し、移動させることが難しいことである。これは、アスファルト道路、または、冷凍され凍結された泥のような堅い物質の場合に特に該当する。さらに、物質が粘着性または粘着コンシステンシーを有している場合、または物質に穴をあけられないほど密に圧縮されている場合に該当する。
【0006】
これらの問題に取り組む方法で従来の建設作業車両を運転することは可能である。従来の建設作業車両において、バケットまたは他の端部要素の位置はヘッド室とロッド室を有する一つまたはそれ以上の油圧シリンダにより典型的に制御される。ポンプからシリンダに作動液を流すことおよび作動液をシリンダからタンクに向けて排出させることはバルブを交替させることにより決定される。運転者はバルブの位置を急速に切替可能なので、ある時間帯にはポンプからの作動液圧力がヘッド室に向けられると同時に、作動液がロッド室からタンクに向けて排出され、交替する時間帯には、ポンプからの作動液圧力がロッド室に向けられると同時に、作動液がヘッド室からタンクに向けて排出される。
【0007】
バルブ状態およびシリンダで作用する作動液圧力を交替させることにより、バケットまたは他の端部要素は端部要素の振動運動となる変化力を受ける。この振動運動により、端部要素に付着する物質を除去することができる。振動運動が端部要素に付着している物を払いのけられる。この振動運動は、物質を粉砕するので、穴をあけるのが難しい物質に対するバケットまたは他の端部要素の掘り返しまたは他の動きを容易にする。
【0008】
バケットまたは他の端部要素の振動を発生させるこの従来の動作の有効性にも関わらず、この動作はある不都合を持っている。第1に、従来の建設作業車両でこの振動を得るため、運転者はバルブの位置を繰り返し切り替えなければならない。特に、この運転は典型的には油圧シリンダと関連する一つまたはそれ以上のバルブの位置または状態の繰り返しの切替動作を要求し、ある時間帯には、バルブはポンプをシリンダのヘッド室に結合し、タンクをシリンダのロッド室に結合すると共に、交替する時間帯には、バルブはポンプをシリンダのロッド室に結合し、タンクをシリンダのヘッド室に結合する。例えば、(スプールバルブが使用されている場合)運転者の方でレバーを繰り返し動かす必要があるので、この手動切替動作は困難である。
【0009】
第2に、ある環境において、バケットまたは他の端部要素は元の位置または名目上の位置を維持せず、振動中、特定の方向に全体として移動する好ましくない傾向がある。原因は、運転者により、バケットが元の位置を維持するようにバケットの前後に加えられる圧力を一貫して変更できないからである。即ち、ある状況で運転者はバケットの振動中にあまりにも長時間一方向に圧力を加える傾向にあるので、バケットをその元の位置から離れるように移動する傾向にある。
【0010】
この問題は、バケットや他の端部要素が負荷を運搬したり、端部要素が掘り返しまたは移動させようとする物質により与えられる力を含む外部源からの力を受けている場合に悪化する。このような環境で、運転者が、元の名目上のバケット位置を維持するようにこれらの力の影響を打ち消す方法でバルブの位置を変化させることは困難である。従って、バルブの位置が繰り返し切り替えられるので、端部要素は自重で下降し、端部要素が移動させようとする物質から離れるように移動し、またはその元の位置から離れるように移動する。
【0011】
バケットや他の端部要素のこのような動きはいくつかの状況で問題になる。例えば、バケットがダンプトラックのように他の機械に接近して動作する場合において、バケットの振動がバケットを元の位置から離れるように動いた時、バケットを元の位置に繰り返し位置合わせしなければならないことは運転者にとって煩わしい。さらに、端部要素が移動させようとする材料から離間するバケットや他の端部要素の動きは端部要素の材料切断能力を減ずる逆効果を招くことになる。
【0012】
さらに、元の位置から離れるバケットまたは他の端部要素の動きは多くの環境において望ましくないが、端部要素が振動中に特定の方向へ全体として移動することが望まれる環境もある。例えば、それはバケットがアスファルト道路のような地面に沿って堅い物質を緩め、粉砕するために使用される場合に該当する。これらの環境では、運転者が所望の方法で手動で振動動作を行うことは困難である。しかしながら、この場合、この困難は、一方向のバケットの得られる移動量が他方向の移動量を一貫して超える方法で運転者がバルブ位置を手動で変化させることが困難であることにより生じる。
【0013】
バケットまたは他の端部要素の振動を発生させる従来の方法での第3の不利は、バルブの急速切替により振動を発生させている間、ポンプにより与えられる作動液の圧力が非常に大きい場合でも大きな振動量を得ることが難しいことである。作動液圧力は典型的にはブームアセンブリの長さを延び且つ完全に強固でない長いゴムポンプラインによりポンプから油圧シリンダに与えられるので、ポンプと油圧シリンダ間には相当な油圧最大可変容量がある。この油圧最大可変容量はポンプからの油圧のオンオフ切替(およびタンクへの油圧シリンダの結合のオンオフ切替)の結果として油圧シリンダで生じる振動効果を制限する。
【0014】
建設作業車両のブームアセンブリのバケットまたは他の端部要素で振動を発生させる従来の方法に伴うこれらの不利のため、車両のブームアセンブリのバケットまたは他の端部要素での振動を発生させること(または作業車両の他の付属物での振動を発生させること)を可能にする建設作業車両(または他の作業車両)上で実施するための新規なシステムを開発することが望まれる。もしこの新規なシステムが、ブームアセンブリの端部要素に付着している物質を容易に除去するために運転できれば特に有利である。このようなシステムがブームアセンブリの端部部分で粘着性または圧縮された物質をより容易に掘り返しまたは移動できればさらに望ましい。
【0015】
このようなシステムが既存の設計の建設作業車両(または他の作業車両)でコスト的に効果的に実施できることがさらに望まれる。このようなシステムが建設作業車両の運転者の方の重要な手動制御または努力無しに稼働されることが望まれる。もしシステムが端部要素の振動を制御するために操作可能であればさらに有利であり、そのような環境では、振動が端部要素をその元の位置、名目上の位置から離間するように移動させず、振動は特定の所望の方向に端部要素の全体としての位置を移動させる。もし振動を与えるシステムの能力がポンプとタンクを油圧シリンダに結合する油圧ラインの最大可変容量により大幅に制限されなければさらに有利である。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは端部要素の位置決めを制御するために採用された油圧シリンダ(または複数のシリンダ)の2室の一方のみに出入りする作動液の流量を制御する一対のバルブのみの位置/状態を繰り返し切り替えることにより、建設作業車両のブームアセンブリのバケットまたは他の端部要素に振動を生じさせることができることを発見した。第1対のバルブの状態が切り替えられる間に、油圧シリンダの2室の他方への作動液の供給を制御する第2対のバルブの各々が作動液をポンプまたはタンクに出入りするシリンダ室に流さない閉鎖位置に維持される。
【0017】
どの作動液流量が制限されるかに対してシリンダ室として負荷支持室を選択することにより、端部要素は端部要素を動かそうとしている重力や物質の力を含む他の外力による実質的な移動を受けることから防止される。他のシリンダ室への作動液流量は第1対のバルブにより切り替えられるが、このシリンダ室は端部要素により受ける外力を打ち消すための端部要素に対する力を与えない。従って、バルブ類の切替は端部要素の位置決め時の比較的小さい振動衝撃のみを与える。さらに、本発明は第1対のバルブ類の切替が運転者からの単一命令に応答して自動的に制御され、手動による努力または制御をほとんど必要としないことを発見した。
【0018】
本発明の他の実施例において、発明者らは振動をバケットや他の端部要素に生じさせ、同時にそして一貫した方法で特定の方向に要素の運動を伝達させることが可能であることを発見した。合成された振動および全体的運動は油圧シリンダ(または複数のシリンダ)の2室に出入りする作動液の流量を制御する2つの対のバルブ類の位置/状態を繰り返し切り替えることにより発生する。バルブ類の状態は相補的な方法で変更するので、第1のバルブ対が切り替えられると、一方のシリンダ室がタンクに結合され、他方のバルブ対が切り替えられ、他方のシリンダ室はポンプに結合される。バルブ類の状態を繰り返し交替させることにより、振動が発生する。さらに、バルブ類を切り替えることにより、シリンダのシリンダ室の一方はシリンダの他方のシリンダ室より長時間ポンプに結合される傾向にあり、特定の方向に端部要素の全体的運動を生じさせることができる。
【0019】
特に、本発明は作業車両の付属物の振動を発生させる装置に関する。この装置は作業車両の第1部分と付属物間に結合され、第1室、第2室およびピストンを含む油圧シリンダを含み、ピストンの動きが作業車両の第1部分に対する付属物の対応する動きになる。装置はさらに第1室および第2室間に結合されたバルブアセンブリ、ポンプ、およびタンクを含み、バルブアセンブリは作動液がポンプから第1室および第2室に供給され、第1室および第2室からタンクに供給されるかどうかを制御する。この装置はさらにバルブアセンブリに結合された制御素子を含み、命令に応答する制御要素がバルブアセンブリの少なくとも第1部分の状態を時間の経過と共に繰り返し交替させるので、作動液がポンプから第1室に供給され、第1室からタンクに供給されるので、振動がピストンで生じ、順に付属物に与えられる。
【0020】
本発明はさらに作業車両内の装置に関する。この装置は作業車両の部分に結合された付属物を含んでいる。装置はさらに作業車両の部分と付属物間に結合され、負荷支持室、非負荷支持室、およびピストンを含む油圧シリンダを含み、ピストンの動きは作業車両の部分に対する付属物の関連する動きになる。この装置はさらに作動液が油圧源から非負荷支持室および非負荷支持室から流体リザーバに供給するかどうかを決定する流量調整手段を含んでいる。装置はさらに流量調整手段を制御する制御手段を有し、制御手段は付属物が元の位置から大幅に移動することなく振動を与えられる第1モードおよび付属物が振動を生じ特定の方向の全体的な動きを受ける第2モードの少なくとも一つのモードで自動的に動作可能である。
【0021】
本発明はさらに作業車両の付属物で振動を発生させる方法に関する。この方法は(a)作業車両の第1部分と付属物間に油圧シリンダを結合させる工程と、(b)ポンプと油圧シリンダの第1室および第2室間並びにタンクと第1室および第2室間にバルブアセンブリを結合させる工程を有する。この方法はさらに(c)付属物の振動を与える命令を受信する工程と、(d)バルブアセンブリの第1部分を制御することにより作動液がポンプから第1室およびバルブアセンブリの第2部分に流れる工程を有し、少なくとも一部の作動液は第2室からタンクへ流れ、第2室に出入りする流れを阻止する。この方法はさらに(e)バルブアセンブリの第1部分を制御することにより作動液が第1室からタンクおよびバルブアセンブリの第2部分に流れる工程を含み、少なくとも一部の作動液はポンプから第2室に流れ、第2室に出入りするのを継続して阻止する。この方法はさらに(f)工程(d)および(e)をある時間繰り返す工程を有し、振動がピストンおよび付属物で発生する。
【0022】
図1を参照すると、従来のローダバックホー100として示される典型的な建設作業車両はベース104上に搭載された運転室102(運転者が座り、種々の機器と運転制御装置を備えている)と4つの車輪106を有するシャシを有する。ベース104上に搭載されているのは、(図2を参照してさらに説明される)油圧システム200の種々のパワートレイン部品および要素に動力を供給するエンジンまたは動力装置108である。ローダバックホー100はさらにエンジン108の近傍の車両の前端部に搭載されたローダアセンブリ110および車両の後端部に搭載されたバックホーアセンブリ120を有する。安定化アーム111(1台が図示されている)は後輪の各々に隣接するローダバックホー100の両側から延長可能であり、バックホーアセンブリで掘削または類似の作業が行われる場合支持および安定性を高める。
【0023】
特に、一般にローダバックホー100の付属物と呼ばれ、ブームアセンブリと呼ばれる、ローダアセンブリ110およびバックホーアセンブリ120を参照すると、各アセンブリは(図2により詳細に説明する)油圧システムを介するローダバックホー100の残部に対して可動である。図示されるように、ローダアセンブリ110はブーム112、アーム114、およびショベル116を有し、バックホーアセンブリ120はブーム122、アーム124、およびバケット126を有する。ブーム112、122、アーム114、124、ショベル116、およびバケット126の各々は互いに対して、且つローダバックホー100の残部に対して可動である。これらの要素の動きはショベル116やバケット126の位置決めを制御するために使用される油圧シリンダ118、128のような駆動力を提供する油圧シリンダにより発生する。
【0024】
好ましい実施例において、ローダバックホー100の油圧システムは特にバケットを任意の速度で振動させるバケット126の特有の動きを生じさせる。バケット126の振動または揺動により、バケットに付着している物質がバケットから落下する。他の状況において、バケット126の振動または揺動は、運転者がバケットを掘削し、掘り返し、または移動させようとする物質をバケットにより穴をあけるのを容易にする。
【0025】
好ましい実施例において、振動させ、揺動させることができるのはバケット126であるが、他の実施例において、ショベル116を振動させることができたり、またはショベルとバケットの両方を振動させることができる。更なる他の実施例において、バックホーアセンブリ120および/またはローダアセンブリ110の他の部分または追加部分を振動させることができる。さらに追加の他の実施例において、作業車両はローダバックホー以外の異なる型の作業車両、または建設作業車両以外の異なる型の作業車両である。このような他の型の作業車両の付属物の部分を振動させることができる。
【0026】
図2を参照すると、バケットの振動を含む、バケット126の動きを制御するために採用されたローダバックホー100の油圧システム200の典型的な要素等が示されている。図示されるように、油圧システム200はロッド220によりバケット126に接続されたピストン215を含む油圧シリンダ210を有する。ピストン215はシリンダ210の内部空洞部をヘッド室225とロッド室230に分割し、両者はソレノイドにより電気的に動作する4個の双方向比例制御バルブ235、240、245、および250のアレイに接続される。第1制御バルブ235はポンプ255からヘッド室225に流れる作動液の流れを制御する。第2双方向比例制御バルブ240はヘッド室225とタンク260間の作動液の流れを制御する。同様に、第3比例制御バルブ245はポンプ255からロッド室230に流れる作動液の流れを制御し、第4比例バルブ250はロッド室230とタンク260間の作動液の流れを制御する。
【0027】
制御バルブ235−250を適切に制御することにより、ポンプ255からの作動液はシリンダ室225または230の一方に加えられ、他方のシリンダ室230または225からタンク260に排出される。例えば、バルブ235および250が開放し、バルブ240および245が閉鎖すると、ポンプ255からの作動液がヘッド室225に流れ、ロッド室230から流れる作動液がタンク260に流れる。4個の制御バルブ対235−250のこのような選択的動作はピストン215を2方向の一方に駆動させ、ピストンが接続されるバケット126の対応する動きを発生させる。
【0028】
さらに、油圧システム200はヘッド室225およびロッド室230のそれぞれに接続された油圧ライン内の圧力を示す電気信号を発生させる2つの圧力センサ265および270を有する。別の圧力センサ275はポンプ255の出力部の圧力を示す電気信号を発生させる。第4圧力センサ277は制御バルブ240および250とタンク260間を接続する油圧ラインの圧力を示す信号を発生させる。
【0029】
図示されるように、ポンプ255と制御バルブ235−250の各々はシステム制御装置280に結合され、制御される。システム制御装置は運転席102内に結合され、ローダバックホー100の運転者により動作可能であるジョイスティック285のような制御装置に結合される。ジョイスティック285を動かすことにより、運転者はバケット126の位置(または速度)を調整するための命令をシステム制御装置280に与える。システム制御装置280は、コンピュータ、マイクロプロセッサ、プログラマブル・ロジック装置、または同様な装置のような、従来から知られている任意の型の制御装置が使用できる。
【0030】
さらに、バケット揺動ボタン290がジョイスティック285上または運転席102内に配置される。バケット揺動ボタン290を押圧することにより、運転者は油圧システム200がバケット126を振動または揺動するように動作する振動状態に入るための命令をシステム制御装置280に出力する。振動状態に入ると、システム制御装置280は所定の期間(または所定の振動数)振動状態を維持し、その後自動的に停止する。
【0031】
他の実施例において、システム制御装置280は運転者から別の命令を受信するまで振動状態を維持する。さらに、別の実施例において、バケット揺動ボタン290に代えて運転者により駆動されるスイッチまたは別の型の制御装置も使用できる。さらに、ある他の実施例において、システム制御装置280は、運転者からの命令を受信することなく(例えば、1つまたはそれ以上のセンサからの信号に基づいて)、自動的に振動状態に入る必要がある場合を決定できる。
【0032】
振動状態で動作すると、システム制御装置280は制御バルブ235−250の2つをこれらの制御バルブが閉鎖し作動液が流れるのを防止するロック状態に入る。この2つの制御バルブは、ヘッド室225に出入りする作動液の流れを制御するために使用される第1制御バルブ235および第2制御バルブ240であるか、またはロッド室230に出入りする作動液の流れを制御するために使用される第3制御バルブ245および第4制御バルブ250のいずれかである。閉鎖される制御バルブ対は典型的には外力を相殺するバケット126に対する力を与えるシリンダ室225、230の一方に対する作動液の流れを制御する制御バルブ対である。即ち、ロックされた制御バルブ対は、非負荷支持でなく、負荷を支持するシリンダ室225、230の1方に出入りする作動液の流れを制御する制御バルブ対である。これは、バケット126が投げ捨て(dumped)位置または巻き上げ(curled)位置であるかどうかに依存する。
【0033】
例えば、ロッド220が伸張してバケット126が巻き上げられる場合、バケットに作用する(バケットの内容物に作用する)重力はロッドを強制的に退縮させる傾向にある。このような場合、ヘッド室225は負荷を支持している室、即ち、外力を打ち消すためにバケット126に力を加える室である。同様に、ロッド220が退縮してバケット126が投げ捨て位置にある場合、およびローダバックホー100に向けて内方向にすくい上げることにより粘度や土壌を掘削しようとする場合、バケット126の動きに抵抗する粘度や土壌の外力は再びロッドを強制的に退縮させる傾向にある。このような場合、ヘッド室225は負荷支持室であり、ロッド室230は非負荷支持室であるので、ヘッド室225に出入りする作動液が流れるのを防止するロック状態で閉鎖されるのは制御バルブ235および240である。
【0034】
車両の異なる動作位置において、負荷支持室とされるのはロッド室230であり、制御バルブ245、250がロッド室230に作動液が出入りするのを防止し、それにより外力を打ち消すためにロック状態で閉鎖する。状況により、バケット126の投げ捨て位置で、ロッド室230が負荷支持室になる。さらに、ロッド室230は、ロッド220が油圧シリンダ210内で退縮すると常にバケット126が上昇する負荷支持室になり得る。また、ロッド室230はバケットがバックホーアセンブリ126に対して異なって構成される他の実施例において負荷支持室になり得る。ロック状態で閉鎖されるバルブは、油圧システム200がショベル116のような異なる要素を制御する実施例において異なる。
【0035】
負荷支持室の同一性が変化する実施例において、センサ265、270、275および277(または他のセンサや他の情報源)から送られてくる信号はシリンダ室225、230のどちらが負荷支持室であるかを決定し、そしてバルブ235−250のどれがロック状態で閉鎖されるべきであるかを決定するためにシステム制御装置280により使用される。一実施例において、システム制御装置280は、以下の公式によりセンサ265、270、275、および277から送られてくる信号を使用して、シリンダ室225、250のどちらが負荷支持室であるかを決定する。
L=R(P−P/2)+(P/2−P)        (1)
ここで、Lは負荷を表す負荷状態であり、Pはセンサ265により計測されるシリンダ210のヘッド室225内の圧力であり、Pはセンサ270により計測されるシリンダのロッド室230内の圧力であり、Pはセンサ277により計測される戻り圧力であり、Rはロッド側面積に対するシリンダのヘッド側面積として規定されるシリンダ面積比である。他の実施例では(タンクより高い圧力を有する)他の名目上の位置で計測されるが、戻り圧力は制御バルブ240および250で、またはその近傍で典型的に計測される。シリンダのロッド側面積はヘッド側面積より常に小さいので、Rは1より常に大きいかまたは等しい。ここで、Pはゼロであり(または実施例において、ゼロと仮定できる)、負荷状態LはR*P−Pである。
【0036】
等式(1)を使用して、Lの値は負荷を支持しているのはシリンダ210のヘッド側またはロッド側かどうかを示している。特に、もしL>0であれば、シリンダ210のヘッド側が負荷を支持しており、もしL<0であれば、シリンダのロッド側が負荷を支持している。典型的には、P、P、およびPに使用される値は振動が始まる直前の(またはその時点の)センサ265、270および277により計測される。これらの計測値と等式(1)に基づいて、システム制御装置280はバルブ対245、250または235、240のどちらを切替えるべきか、およびバルブ対のどちらをロックすべきであるかを決定できる。もしL=0であれば、シリンダのどちら側も負荷を支持する側ではなく、いずれのバルブ対も切替、またはロックのために選択され得る。
【0037】
他の実施例において、ヘッド側圧力とロッド側圧力を計測する代わりに、1つまたはそれ以上のロードセルを採用して、シリンダのロッド220に加えられる力を計測できる。このような実施例において、等式(1)は以下のように変形できる。
L=−F/A−R(P/2)+(P/2)      (2)
ここで、Fはロードセルにより検出される力であり、Aはロッド側面積である。
【0038】
負荷支持室に対する作動液の流れを制御する制御バルブ対を閉鎖することにより、油圧システム200は振動状態中の重力による意図しないバケット126の降下を防止しおよび/または運転者が掘削、掘り返しまたは移動させようとする物質から意図せずにバケットが離れるのを防止する。負荷支持室に結合されたの制御バルブは閉鎖されるので、非負荷支持室に結合された残りの制御バルブ対はバケット126が受けている外力を打ち消すために油圧システム200の能力に影響を与えることなくこれらの状態で切替可能である。
【0039】
従って、非負荷支持室に結合された制御バルブはバケット126の振動を発生させるため繰り返し開閉できる。ヘッド室225が負荷支持室であり、制御バルブ235および240はシステム制御装置280が振動状態に入るロック状態で閉鎖する場合、システム制御装置280はさらに特定の周波数(または複数の周波数)でこれらの状態で繰り返し交替するため残りの制御バルブ245、250を制御する。ロッド室230が負荷支持室である場合、システム制御装置280は交替するため制御バルブ235、240を制御する。
【0040】
一実施例において、より具体的には、システム制御装置280はヘッド室225が負荷支持室である場合制御バルブ245、250の状態を交替するために以下のように動作する。第1の時間で、システム制御装置280はポンプ255からの作動液圧力がロッド室230に加えられるように第3制御バルブ245を開放させ、作動液がロッド室からタンク260に流れないように第4制御バルブ250を閉鎖させる。第2の時間で、システム制御装置280は作動液圧力がポンプ255から供給されないように第3制御バルブ245を閉鎖し、作動液がタンク260に流れるように第4制御バルブ250を開放させる。システム制御装置280は、振動状態を中止するまで、2つのバルブの各状態を交替し続ける。
【0041】
バルブの状態の交替と、結果として生じる非負荷支持室に加えられる作動液圧力の交替により、シリンダ室内の圧力が相対的な高いレベルと低いレベルの間で交互に変化する。負荷支持室内の作動液は少なくとも部分的にばねとして作用するので、ピストン215とロッド220とバケット126は振動を受ける。受ける振動の程度は作動液圧力の交替頻度、大きさまたはポンプ出力圧力、負荷支持室内の作動液の種類、油圧ライン内の油圧最大可変容量を含む種々の要因に依存して変化する。
【0042】
好ましい実施例において、交替周波数は5−10ヘルツ、好ましくは、5ヘルツであるように決定される。しかしながら、所定の周波数は他の実施例により異なり、ある実施例では、周波数は時間の経過と共に、または運転者の命令に応答して変化する。それでも、周波数が高すぎると、バケットはその大きさまで揺動しなくなる。特に、所望の周波数はバケットの質量、シリンダのサイズ、バルブの応答性、慣性、油圧ホースの量、および得られる油圧最大可変容量を含む種々の要因に依存する。一実施例において、ポンプ出力部圧力は200から250バールの範囲である。供給ラインと戻りライン容量のみが任意の時間回路内にあるので、油圧最大可変容量は従来の振動機構ほど振動量を制限しない。
【0043】
振動のデューティサイクル、例えば、ポンプが非負荷支持室に結合される時間の相対比率に対する非負荷支持室がタンクに結合される時間の比率は、変動する。負荷支持室に対する流量を制御する両方のバルブが閉鎖されているので、ポンプが非負荷支持室に結合される時間の割合は非負荷支持室がタンクに結合される時間の割合を超える(またはその逆)デューティサイクルは(振動以外の)バケットの動きを発生させない。特定のデューティサイクルを維持することにより、所望の時間平均油圧が非負荷支持室内で維持される。
【0044】
図3を参照してさらに説明されるように、ポンプおよびタンクに対する非負荷支持室の結合を制御する制御バルブをこれらの2つの状態間で直接交替させる必要がない。ある実施例では、制御バルブは交替可能であるので、非負荷支持室がポンプとタンクに接続されている複数の状態間で、両方の制御バルブが閉鎖され、(負荷支持室のように)非負荷支持室はポンプとタンクの両方から分離される。このような実施例は非負荷支持室がタンクおよびポンプに結合および分離されているときにポンプをタンクに直接結合するのを回避するために採用される。
【0045】
上記の動作では負荷支持室に出入りする作動液の流れを制御する制御バルブ対をロックしているが、他の実施例において、非負荷支持室に出入りする作動液の流れを制御する制御バルブ対をロックすること(および負荷支持室に出入りする作動液の流れを制御する他の2つの制御バルブの状態を交替させること)も可能である。このような交替させる実施例はキャビテーションが重要な問題でない場合特に可能である。これらの実施例のいくつかにおいて、ロックされるのが負荷支持室または非負荷支持室に対する制御バルブかどうかに関わらず(バケットの名目上の位置を変更させることなく)バケット126の同じ所望の振動を得ることが可能であるので、このような実施例において、どのシリンダ室が実際に負荷支持室であるかどうかを決定することを必要としない。
【0046】
上述の動作により、バケット126の振動を発生させ、その間バケットの元のまたは名目上の位置を維持する。しかしながら、上述のように、バケット126が名目上の位置に留まるより特定の方向に移動させたい時間がある。本発明の好ましい実施例に従うと、システム制御装置280はバケットが振動するが元の位置から動かないモードおよび、バケットが振動し移動する第2モードの両方のモードで動作可能である。2つのモードは「中立バケット揺動」(または「揺動およびラップ」)モードおよび「バケット振動」モードと称される。交替させる実施例において、システム制御装置280はこれらのモードの1つまたはその他のモードのみで動作可能、即ち、システムは元の位置を維持しながらバケットに振動のみを与えられるか、または全体的な移動でバケットに振動を与えられるが、その両方を振動させるものではない。
【0047】
バケットを振動中、運転者がバケット126を特定の方向に移動させたい場合は、ボタン290を押しながら運転者がジョイスティック285を特定の方向に移動させる。システム制御装置280が中立バケット揺動モードおよびバケット振動モードの両方で動作可能な好ましい実施例において、システム制御装置は、ボタン290の押圧時、ジョイスティック285が実際に非ゼロ位置を有するかどうかに基づいて、どのモードが選択されたかを決定する。もしジョイスティック285が非ゼロ位置であると(およびバケット揺動ボタン290が押圧されると)、バケット振動モードが選択されたこと、さもなければ中立バケット揺動モードがバケット揺動ボタン290の押圧により選択されたことが分かる。
【0048】
もし命令がバケット振動モードに入るために受信されると、システム制御装置280は中立バケット揺動モードに関する上述の方法と異なる方法で動作する。所定の位置に取り付けられたシリンダ210の片側に相当するバルブの2つをロックする代わりに、システム制御装置280は2個のバルブ対245、250および235、240を交替させる。即ち、ある時期に、シリンダ210のヘッド室225はポンプ255に結合され、ロッド室230がタンクに結合され、別の時期に、ヘッド室がタンクに結合され、ロッド室がポンプに結合される。例えば、第1の時間帯に、第1バルブ235はヘッド室225をポンプ255に結合し、第2バルブ240および第3バルブ245が閉じられ、第4バルブ250がロッド室230をタンク260に結合し、第2の時間帯に、第1バルブ235が閉じられ、第2バルブがヘッド室をタンクに結合し、第3バルブがロッド室をポンプに結合し、第4バルブが閉じられる。この一連の動作が繰り返される。
【0049】
バケット126が実際にその元の位置から離れる方向に全体として移動するために、ピストン215のヘッド側に加えられる時間平均力は、負荷により与えられた力を明らかにした後ピストン215のロッド側に加えられる時間平均力から変化する。例えば、負荷がバケット126に搭載されず、バケットを降下位置に向けて外側に延ばしたいと仮定する場合、ピストン215のロッド側に加えられる時間平均力はピストンのヘッド側に加えられる時間平均力を超える。しかしながら、負荷がバケット126に搭載され、負荷が常にバケットを降下させようとする場合、ピストン215のロッド側に加えられる時間平均力がピストンのヘッド側に加えられる時間平均力に等しいときでもバケットの所望の動作を得ることが可能である。
【0050】
ポンプ255とタンク260と関連する圧力が一定に維持されると仮定すると、ピストン215のヘッド室とロッド室側に適当な時間平均力を加えることは、ポンプに結合されているロッド室230(およびタンクに結合されているヘッド室)の代わりに、ヘッド室225がポンプ255に結合される(およびロッド室230がタンク260に結合される)各交替サイクル中の時間の相対比率を制御することに依存している。ヘッド室225がロッド室の代わりにポンプ255に結合される時間の相対比率は、ヘッド側の有効面積がロッド側の有効面積より幾分大きいため、ピストン215のヘッド側およびロッド側に加えられる相対時間平均力と正確には相関しない。しかしながら、一般的に(バケット126に作用する特定の負荷がないと仮定すると)、もしヘッド室225がロッド室230より各交替サイクル中より長時間ポンプ255に結合されると、バケット126はロッドの伸張、例えば、バケットの巻き上げに相当する全体的な移動を受ける傾向にある。もちろん、バケット126に搭載された特定の負荷があると仮定すると、ヘッド室225とロッド室230がタンクの代わりにポンプに結合される相対時間は潜在的に同じであり、やはりバケットの全体的な移動量を発生させる。
【0051】
ポンプに結合されているピストンのロッド側(およびタンクに結合されているピストンのヘッド側)の代わりに、ピストン215のヘッド側が、ポンプ255に結合される(およびピストンのロッド側がタンク260に結合される)時間の相対比率はバケット126の元の位置から離れるより早くまたはより遅く全体的に移動させるように変化する。一実施例において、ジョイスティックの位置はヘッド室225とロッド室230が、タンクの代わりに、ポンプに結合される相対時間のデューティサイクルを修正するように変化し、バケット126の移動速度に影響を与える。また、(例えば、ポンプをタンクに直接油圧により結合するのを回避するため)各交替サイクル中一方または両方のシリンダ室225、230がロックされる時間がある。
【0052】
図3および図4に戻って、典型的状態図は中立バケット揺動モードおよびバケット振動モードにあるシステム制御装置280の動作を示している。中立バケット揺動モードに関する図3を参照すると、システム制御装置280は9つの状態300−380で動作する。運転者からの命令が受信される前に、システム制御装置はシステムが振動を与えることなく通常に動作しているデフォルト状態300にある(これは正常動作モードと称する)。運転者がボタン290を押すことにより与えられた振動モードの一つに入るため命令を受信すると、システム制御装置がジョイスティック285が(非ゼロ所望速度を示す)非ゼロ位置にあるかどうかを決定する。もし非ゼロ位置にあれば、バケット振動モードが選択され、システム制御装置280は図4の状態に進む。
【0053】
しかしながら、もしジョイスティックがゼロ位置にあれば、中立バケット揺動モードが選択され、システム制御装置280は負荷状態Lがゼロより小さいか大きいかどうかに依存して状態310または状態350に進む。もしL>0であれば、シリンダ210のヘッド側が負荷を支持していることを示し、システム制御装置は状態350に進み、ポンプ255が30ミリセカンド間ロッド室230に結合される。この時間に続いて、制御装置は状態360に進み、ロッド室230が10ミリセカンド間ポンプ255またはタンク260から遮断される遷移状態となる。
【0054】
次に、制御装置は状態370に進み、タンク260が30ミリセカンド間ロッド室230に結合される。その後、制御装置280は別の遷移状態380に進み、制御装置が状態350に戻った後10ミリセカンド間、ロッド室が再び遮断される。制御装置280は、負荷支持室が変化する理由、タイムアウト期間の満了の理由、ボタン290が開放される理由、または他の理由により、制御装置が(例えば、ジョイスティック285が非ゼロ位置に設定されたので)現在のモードを終了するための命令を受信するような時間まで状態350−380の循環を継続する。制御装置280はその後(状態350または状態370の一方から)デフォルト状態300に戻る。
【0055】
もし中立バケット揺動モードが選択されても、負荷状態がL<0であれば、制御装置280は状態350−380と同様な方法で状態310−340に進むが、唯一の違いはヘッド室225が継続的に加圧されたり減圧されたりすることである。実施例によっては、制御装置280が加圧し、減圧し、または加圧と減圧間を遷移するかは互いに、または、それらの絶対時間において変化する。図3の実施例において、状態310−340または状態350−380の循環の全時間は、ほぼ12ヘルツ振動を発生させるように、80ミリセカンドである。この実施例における遷移状態320、340、360および380は、ポンプがタンクと直接結合するのを回避するためポンプまたはタンクがそのシリンダ室に結合される時間の合間の時間中、ポンプとタンクの両方から非負荷支持室を分離する。
【0056】
もしボタン290を押圧され、ジョイスティック285が非ゼロ位置にあれば、バケット振動モードは動作が運転者により選択されている。従って、システム制御装置280はデフォルト状態300から(デフォルト状態300と関連する正常モードと混同しないで)正常動作状態400に進み、その後、図4に示すように、逆動作状態410に進む。運転者が異なる動作モードを命令し、タイムアウト時間が終了し、またはある他の基準が合致する(例えば、圧力センサがバケット126が強い抵抗に合ったことを検出する)ような時間まで、制御装置280は状態400と410間を前後に繰り返す。正常動作状態400において、システム制御装置280は、ヘッド室225をポンプ255に結合およびロッド室230をタンク260に結合させることにより、バケット126を一方向に移動させる。逆動作状態において、システム制御装置280は、ヘッド室225をタンク260に結合およびロッド室230をポンプ255に結合させることにより、バケット126を逆方向に移動させる。
【0057】
図4に示すように、本実施例において、システム制御装置280は、デューティサイクルが逆方向でほぼ23%であるような異なる時間、即ち、100ミリセカンドおよび30ミリセカンド間状態400と状態410のままである。従って、前方向に掛かる平均力が逆方向の平均力より大きく、全体的に作用する力はバケット126を巻き込む傾向にある。もし2つの状態の時間が逆になると、力がバケット126を降下位置方向に移動させる傾向にある。
【0058】
バケット126が移動する速度は2つの時間の相対的な長さ(およびシリンダ室に与えられる平均圧力)に依存する。振動速度はシステム制御装置280が状態400および状態410を循環する頻度に依存する。本実施例において、状態を1回循環する全時間は130ミリセカンドであり、振動周波数は8ヘルツである。状態400および状態410の時間の相対的および絶対的長さは変化し、特に、時間の相対的長さは典型的には運転者により命令された特定の速度に基づいて変化する。
【0059】
ある実施例において、さらに、状態320、340、360、および380と同様に、作動液がいずれのシリンダ室とタンクとポンプ間にも流れない状態400と状態410の合間の状態がある。また、種々の実施例において、供給される作動液圧力、交替頻度およびデューティサイクルは、時間、負荷支持室により受ける実際の負荷、(負荷の推定値としての)ブーム圧力、力計算、負荷計算、またはユーザ設定値に制限されるわけではない種々の入力値に依存して変化する。
【0060】
前述の明細書は本発明の好ましい実施例を例示し、説明しており、本発明がここに記載された通りの構成にのみ限定されるものではないことを理解すべきである。本発明は本旨または不可欠な属性から逸脱することなく、他の特定の形状で実施可能である。例えば、ポペットバルブが図2に示されているが、本発明は種々の他の型のバルブ(例えば、スプールバルブ)を使用して実施可能である。従って、参照は、前述の明細書でなく、本発明の範囲を示す特許請求の範囲に対してされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、新規なシステムがバケットに振動を与えるために実施されるバケットを含むブームアセンブリを有する典型的な建設用作業車両の側面図である。
【図2】図2は新規なシステムに従って図1の建設作業車両のバケットの位置決めを制御するために使用される油圧システムの典型的な要素を示す概略図である。
【図3】図3は中立バケット揺動モードのバケットの振動と動きを制御するためのシステム制御装置の動作を示す典型的な状態図である。
【図4】図4はバケット振動モードのバケットの振動と動きを制御するためのシステム制御装置の動作を示す典型的な状態図である。
【符号の説明】
100  ローダバックホー
102  運転席
104  ベース
108  エンジン
110  ローダアセンブリ
111、114、124  アーム
112、122  ブーム
116  ショベル
118、128  油圧シリンダ
120  バックホーアセンブリ
126  バケット
200  油圧システム
210  油圧シリンダ
215  ピストン
220  ロッド
225  ヘッド室
230  ロッド室
235、240、245、250  比例制御バルブ
255  ポンプ
260  タンク
265、270、275、277  圧力センサ
280  システム制御装置
285  ジョイスティック
290  バケット揺動ボタン

Claims (22)

  1. 作業車両の第1部分と付属物間に接続され、第1室と、第2室と、ピストンを有し、前記ピストンの動きが前記作業車両の前記第1部分に関する前記付属物の対応する動きになる油圧シリンダと;
    前記第1室および第2室と、ポンプと、タンク間に結合されるバルブアセンブリであり、作動液を前記ポンプから前記第1室および第2室に供給し、前記第1室および第2室から前記タンクに供給するかどうかを制御するバルブアセンブリと;
    前記バルブアセンブリに接続される制御要素であり、命令に応答することにより前記バルブアセンブリの少なくとも第1部分の状態を時間の経過と共に繰り返し交替させ、作動液の前記ポンプから前記第1室への供給と、前記第1室から前記タンクへの供給を交互に行ない、振動をピストンに生じさせた後、順に前記付属物に生じさせる制御要素と;
    を備えることを特徴とする作業車両の付属物に振動を発生させる装置。
  2. 前記命令に応答する前記制御要素は、前記バルブアセンブリの第2部分を作動液が前記第2室に出入りするのを防止するロック状態にすることを特徴とする請求項1記載の装置。
  3. 前記バルブアセンブリの前記第1部分が、前記ポンプと前記第1室間に結合された第1バルブと、前記タンクと前記第1室間に結合された第2バルブを有し、前記バルブアセンブリの前記第2部分が、前記ポンプと前記第2室間に結合された第3バルブと、前記タンクと前記第2室間に結合された第4バルブを有することを特徴とする請求項2記載の装置。
  4. 前記ロック状態で、前記第3バルブと前記第4バルブが両方とも閉鎖位置にあることを特徴とする請求項3記載の装置。
  5. 前記バルブアセンブリの前記第2部分が前記ロック状態にある間、第1の時間帯に前記第1バルブが開放し、前記第2バルブが閉鎖し、第2の時間帯に前記第1バルブが閉鎖し、前記第2バルブが開放し、第1の時間帯が前記第2の時間帯と交替することを特徴とする請求項4記載の装置。
  6. 前記第1の時間帯が5から15ヘルツの範囲内の周波数で前記第2の時間帯と交替することを特徴とする請求項5記載の装置。
  7. 前記付属物に与えられる振動も5−15ヘルツの範囲内であり、前記第1の時間帯と前記第2の時間帯の合間は前記バルブアセンブリの前記第1部分もロック状態に入る時間であることを特徴とする請求項6記載の装置。
  8. 前記第2室が、外力に耐えられる前記付属物での力になる前記ピストンに対する力を与えることができる負荷支持室であることを特徴とする請求項2記載の装置。
  9. 前記第1室が非負荷支持室であり、前記第1室が非負荷支持室であることが数量L(ここで、L=R(P−P/2)+(P/2−P))に基づいて決定されることを特徴とする請求項1記載の装置。
  10. 前記外力が、重力または前記付属物が移動中の物質の力の一方であることを特徴とする請求項8記載の装置。
  11. 前記作業車両がローダバックホーなる建設作業車両であることを特徴とする請求項1記載の装置。
  12. 前記付属物はバケットであり、前記バケットが前記バケットとブーム間に結合されたアームに結合され、前記ブームが前記アームと前記作業車両の前記第1部分間に結合され、前記バケットとアームとブームがブームアセンブリを形成し、前記油圧シリンダが前記バケットと前記アーム間に結合されることを特徴とする請求項1記載の装置。
  13. 前記付属物はフロントエンドローダのショベルであり、前記油圧シリンダが前記フロントエンドローダの左アーム部分と前記ショベルの左側部間に結合され、第2油圧シリンダが前記フロントエンドローダの右アーム部分と前記ショベルの右側部間に結合されることを特徴とする請求項1記載の装置。
  14. 前記命令に応答する前記制御要素は、前記バルブアセンブリの前記第1部分の状態と前記バルブアセンブリの第2部分の状態を時間の経過と共に繰り返し交替させることにより、第1の時間帯に、作動液が前記ポンプから前記第1室に供給され、前記第2室から前記タンクに供給され、第2の時間帯に、作動液が前記第1室から前記タンクに供給され、前記タンクから前記第2室に供給されることを特徴とする請求項1記載の装置。
  15. 前記第1の時間帯の各々が第1の長さを有し、前記第2の時間帯の各々が第2の長さを有し、前記第1および第2の長さの相対値が前記命令に依存することを特徴とする請求項14記載の装置。
  16. 前記制御要素は、前記制御要素が複数の異なる動作モードに入ること応答して、複数の異なる命令を受信できることを特徴とする請求項1記載の装置。
  17. 作業車両の部分に結合された付属物と;
    前記作業車両の前記部分と前記付属物間に結合され、負荷支持室と、非負荷支持室と、ピストンを含み、前記ピストンの動きが前記作業車両の前記部分に関する前記付属物の関連する動きになる油圧シリンダと;
    作動液が油圧源から非負荷支持室に供給され、前記非負荷支持室から液体リザーバに供給されるかを決定する流量調整手段と;
    前記流量調整手段を制御する制御手段であり、前記付属物が元の位置から著しく移動することなく振動を与えられる第1モードと、前記付属物が振動を与えられ特定の方向に全体として移動する第2モードの少なくとも一方で自動的に動作可能な制御手段と;
    を備えることを特徴とする作業車両における装置。
  18. 作業車両の付属物に振動を発生させる方法において、
    (a)前記作業車両の第1位置と前記付属物間に油圧シリンダを結合する工程と;
    (b)ポンプと前記油圧シリンダの第1室および第2室間と、タンクと前記第1室および第2室間にバルブアセンブリを結合する工程と;
    (c)前記付属物の振動を発生させる命令を受信する工程と;
    (d)前記バルブアセンブリの第1部分を制御することにより、作動液が前記ポンプから前記第1室および前記バルブアセンブリの第2部分に流れ、作動液の少なくとも一部が前記第2室から前記タンクに流れ、前記第2室に出入りするのを防止する工程と;
    (e)前記バルブアセンブリの前記第1部分を制御することにより、作動液が前記第1室から前記タンクおよび前記バルブアセンブリの前記第2部分に流れ、作動液の少なくとも一部が前記ポンプから前記第2室に流れ、前記第2室に出入りするのを防止し続ける工程と;
    (f)ある時間前記工程(d)および(e)を繰り返すことにより、振動が前記ピストンおよび前記付属物で発生する工程と;
    を備えることを特徴とする方法。
  19. 前記命令が前記作業車両の運転室に配置されたユーザ入力装置の稼動により与えられることを特徴とする請求項18記載の方法。
  20. 前記命令を受信すると、制御装置が中立バケット揺動モードとバケット振動モードの少なくとも一方である特別モードに入り、前記中立バケット揺動モードでは作動液が前記第2室に出入りするするのを防止し、前記バケット振動モードでは工程(e)が工程(f)より長時間実行されることを特徴とする請求項18記載の方法。
  21. 前記特別モードに入る前に、前記バルブアセンブリが手動命令により制御される一方、前記特別モードで、前記バルブアセンブリが自動的に制御されることを特徴とする請求項20記載の方法。
  22. 前記付属物がバケットとショベルの少なくとも一方であり、前記作業車両が建設作業車両であり、振動が5−15ヘルツの範囲内の周波数で発生することを特徴とする請求項18記載の方法。
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