JP2004251441A - 作業車両の作業機用油圧ポンプの制御方法と制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 掘削作業中であることを確実に検出し、パワーロスを低減する作業車両の油圧ポンプ容量制御装置を提供する。
【解決手段】シリンダのボトム圧検出器45、操作位置検出手段31、および可変容量型油圧ポンプ26の容量制御装置41をコントローラ50に接続する。コントローラ50はボトム圧検出器45から検出信号を入力し、シリンダボトム圧が所定時間、所定値以下の状態が続き、その後所定値を越えた時に掘削作業開始と判断し、可変容量型油圧ポンプ26の容量を最大容量以下の所定容量に低減する制御を行う。また、操作位置検出手段31からの信号で、変速機が中立又は後進になった時には掘削作業終了と判断し、ポンプ容量制御を中止する。
【選択図】図４

Description

本発明は、作業車両、特には土木作業車両の作業機用油圧ポンプの容量制御方法および制御装置に関する。

例えば土木作業車両であるホイールローダの作業機を駆動する油圧装置において、掘削作業時等では油圧は必要とするが、吐出量は少量でよい場合がある。このような場合、固定容量型油圧ポンプを使用すると多量の圧力油がタンクに還流されることとなり、多大のパワーロスを発生する。このパワーロスを低減するために、油圧ポンプを可変容量型にして掘削作業時にはポンプ吐出量を低減する方法が提案されている。その一例として特許文献１に開示されたものがある。これによれば、１、変速機は前進第１速度段位置にあること、２、作業機が掘削位置にあること、３、車両走行速度は設定速度以下であること、のうち少なくとも１つの条件を満足した時に作業車両は掘削作業中であると判断し、ポンプ容量を最大容量以下の所定容量に低減するように制御する方法としている。上記のうち、作業機の掘削位置は図６に示すように規定している。図６は掘削位置における作業機７０の側面図である。図６において、車体７１にはリフトアーム７２の基端部がアームピン７３により揺動自在に取付けられ、車体７１とリフトアーム７２とはリフトシリンダ７４により連結されている。リフトシリンダ７４を伸縮するとリフトアーム７２はアームピン７３を中心として揺動する。リフトアーム７２の先端部にはバケット７５がバケットピン７６により揺動自在に取付けられ、車体７１とバケット７５とは、チルトシリンダ７７およびリンク装置７８を介して連結されている。チルトシリンダ７７を伸縮するとバケット７５はバケットピン７６を中心として揺動する。作業機７０の掘削位置はアームピン７３とバケットピン７６とを結ぶ線Ｙ−Ｙの基準位置を定め、リフトアーム７２がそれ以下に位置する場合を掘削位置にあると定めている。

米国特許第６，０７３，４４２号明細書

しかしながら、上記方法においては、以下のような問題点がある。
第１に、変速機が前進第１速にある場合、ポンプ容量を最大容量以下の所定容量に低減するようにしている。しかしながら、この場合必ずしも掘削作業をしているとは限らず、作業機を操作しながら前進第１速で所定の場所に接近している場合もある。このようなときに作業機の速度が遅くなり、作業効率が低下する場合がある。また、土質によっては前進２速で作業する場合もあり、そのときにはポンプ容量は低減されないのでパワーロスが発生する。
第２に、車両走行速度が設定速度以下である場合、ポンプ容量を最大容量以下の所定容量に低減するようにしているが、掘削作業をせずに作業機を操作しながら目的地に向かって設定速度以下で移動する場合も有る。このような場合にもポンプ容量は低減され、作業機の速度が遅くなって作業効率が低下する場合がある。
第３に、変速機が前進第１速で、作業機が掘削位置で、かつ車両走行速度が設定速度以下である場合、ポンプ容量を最大容量以下の所定容量に低減するようにしている。通常掘削時、対象物の直前までは、バケットが接地して走行抵抗が大きくなるのを防ぐためバケットを地上から少し浮かせておき、対象物に突っ込む直前に素早くバケットを接地させる。その場合、作業機の応答速度が遅くなり、操作が遅れるとともに、作業者は違和感を覚えるという問題がある。

本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、作業車両が掘削作業状態にあることを確実に検出した後ポンプ容量を低減させ、パワーロスを低減するとともに、作業効率を低下させたり、あるいは作業者に違和感を与えることのない、作業車両の作業機用油圧ポンプの制御方法と制御装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、第１発明は、作業車両の作業機用油圧ポンプの制御方法において、前記作業車両は、作業機を作動するシリンダと、前記シリンダに所定の圧油を供給する油圧ポンプとを備え、前記シリンダのボトム側の油圧が所定の値以下の状態で所定時間以上経過し、その後、前記シリンダのボトム側の油圧が所定の値を越えたときに掘削作業開始と判断し、次に前記油圧ポンプの容量を最大容量以下の所定容量に低減することに定め、次に前記油圧ポンプの容量を所定容量に低減させる制御を行う方法としている。

第２発明は、第１発明において、前記作業車両は、前後進操作手段を備え、前記前後進操作手段が、前進から中立または後進操作位置に変化したときに掘削作業終了であると判断し、前記油圧ポンプの容量を所定容量に低減させる制御を停止する方法としている。

第３発明は、第１、第２発明において、掘削作業開始と判断した後、予め定めた第１設定時間以内で、前記シリンダのボトム側の油圧が所定の値以下になったときに掘削作業終了と判断し、前記油圧ポンプの容量を所定容量に低減させる制御を停止する方法としている。

第４発明は、第１、第２、第３発明において、掘削作業開始と判断した後、前記シリンダのボトム側の油圧が所定の値以下になり、その状態が予め定めた第２設定時間を越えたときに掘削作業終了と判断し、前記油圧ポンプの容量を所定容量に低減させる制御を停止する方法としている。

第５発明は、第１、第２、第３、第４発明において、掘削作業開始と判断した後、作業機のバケット高さが所定の値以上になったときに掘削作業終了と判断し、前記油圧ポンプの容量を所定容量に低減させる制御を停止することを特徴とする作業車両の作業機用油圧ポンプの制御方法としている。

第６発明は、作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置において、前記作業車両は、作業機を作動するシリンダと、前記シリンダに所定の圧油を供給する可変容量型油圧ポンプとを備え、前記制御装置は、前記シリンダのボトム側の油圧を検出するボトム圧検出器と、前記可変容量型油圧ポンプの容量を制御する容量制御装置と、前記ボトム圧検出器からの検出値を入力し、その値が所定の値以下の状態で所定時間を経過し、その後、前記検出値が所定の値を越えた時に掘削作業開始と判断し、前記容量制御装置に前記可変容量型油圧ポンプの容量を最大容量以下の所定容量に低減させる容量制御信号を出力するコントローラとを有する構成としている。

第７発明は、第６発明において、前記作業車両は、前後進操作手段と、前記前後進操作手段の操作位置を検出する操作位置検出手段と、前記操作位置検出手段からの検出信号を入力し、操作位置が前進から中立または後進位置に変化したときに、前記容量制御装置に出力する可変容量型油圧ポンプの容量制御信号の発信を停止するコントローラとを有する構成としている。

第８発明は、第６または第７発明において、前記制御装置は、掘削作業開始と判断した後、前記ボトム圧検出器からの検出値を入力し、予め定めた第１設定時間以内で、前記検出値が所定の値以下になったときに掘削作業終了と判断し、前記容量制御装置に出力する容量制御信号の発信を停止するコントローラを有する構成としている。

第９発明は、第６、第７、第８発明において、前記制御装置は、掘削作業開始と判断した後、前記ボトム圧検出器からの検出値を入力し、その値が所定の値以下になり、その状態が予め定めた第２設定時間を越えたときに掘削作業終了と判断し、前記容量制御装置に出力する容量制御信号の発信を停止するコントローラを有する構成としている。

第１０発明は、第６、第７、第８、第９発明において、前記制御装置において、前記制御装置は、前記作業機のバケットの高さを検出するバケット高さ検出器と、掘削作業開始と判断した後、前記バケット高さ検出器からの検出値を入力し、その値が所定の値以上になったときに掘削作業終了と判断し、前記容量制御装置に出力する容量制御信号の発信を停止するコントローラを有する構成としている。

第１１発明は、作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置において、前記作業車両は、作業機を作動するシリンダと、前記シリンダに所定の圧油を供給する可変容量型油圧ポンプと、前記シリンダに供給する圧油の流量を制御する制御弁と、作業機操作レバーとを備え、前記制御装置は、前記シリンダのボトム側の油圧を検出するボトム圧検出器と、前記シリンダの負荷圧と前記可変容量型油圧ポンプの吐出圧との差圧であるロードセンシング差圧が一定になるように前記可変容量型油圧ポンプの容量を制御する容量制御装置と、前記ボトム圧検出器からの検出値を入力し、その値が所定の値以下の状態で所定時間を経過し、その後、前記検出値が所定の値を越えた時に掘削作業開始と判断し、前記作業機操作レバーの最大ストロークに対する前記制御弁のストロークを最大ストローク以下の所定ストロークに低減するコントローラとを有する構成としている。

第１発明によると、シリンダのボトム側の油圧が所定時間、所定の値以下であり、その後、所定の値を越えた時に作業車両は掘削作業開始であると判断し、油圧ポンプの容量を最大容量以下の所定容量に低減させる制御方法としている。シリンダのボトム側の油圧は、掘削作業開始までに必ず所定時間、所定の圧力以下の状態があり、かつ油圧は掘削作業中と非掘削作業中とでは明らかに異なるため、確実に掘削作業中であることを判断でき、有効なパワーロス低減を行える。また、バケットが対象物に突っ込むまで油圧ポンプの容量は低減しないため、作業速度が低下して作業者が違和感を覚えることはない。

第２発明によれば、作業者が前後進操作手段を前進から中立または後進位置にしたときに掘削作業終了と判断し、ポンプ容量低減制御を停止する制御方法としている。そのため、掘削作業終了の判断が確実になり、掘削作業終了後に作業機の操作速度が速くなり、作業性が低下する恐れはない。

第３発明によれば、掘削作業開始と判断した後、予め定めた第１設定時間以内にシリンダのボトム側の油圧が所定の値以下になった場合には掘削作業は継続されておらず、掘削作業終了と判断し、ポンプ容量低減制御を停止する制御方法としている。そのため、非掘削作業時に油圧ポンプの容量を所定容量に低減させることはなく、したがって、作業機速度が低下して作業能率を低下させることはない。

第４発明によれば、掘削開始と判断した後、シリンダのボトム側の油圧が所定の値以下になり、その状態が予め定めた第２設定時間を越えたときに掘削作業終了と判断し、ポンプ容量低減制御を停止する制御方法としている。そのため、例えば誤信号でポンプ容量低減制御を開始しても、短時間で誤信号であることを判断でき、油圧ポンプの容量を所定容量に低減させる制御を停止でき、作業能率の低下を防止できる。

第５発明によれば、掘削開始と判断した後、バケットが所定の高さ以上となったときに、ポンプの容量制御を停止するようにしたため、掘削作業中に、リフトシリンダを操作して、バケットを上昇させ、対象物をかきあげ、より多くの対象物をバケット内にすくいこむ場合に、バケットの上昇速度が速くなり、作業性が低下する恐れはない。

第６発明によると、シリンダのボトム側の油圧が所定の値以下の状態で所定時間を経過し、その後、所定の値を越えた時に、油圧ポンプの容量を所定容量に低減させることができる。すなわち、作業車両が確実に掘削作業中であることを検出し、ポンプ容量を所定容量に低減できるため、有効なパワーロス低減ができ、効率的に作業できる作業車両が得られる。

第７発明によれば、前後進操作手段の操作位置が中立または後進位置にあるときに、容量制御装置に出力する、可変容量型油圧ポンプの容量を低減させる容量制御信号の発信を停止することができる。そのため、掘削作業終了時点を確実に検出でき、非掘削作業時にはポンプ容量が低減することはない。したがって作業効率を低下させる恐れのない作業車両が得られる。

第８発明によると、ボトム圧検出器からの検出値を入力し、その値が予め定めた第１設定時間以内で所定の値以下になったときに掘削作業終了であると判断し、油圧ポンプの容量制御信号の発信を停止することができる。そのため、一時的にシリンダのボトム側の油圧が所定の値以上になり、短時間で油圧が低下した場合には、油圧ポンプの容量を所定容量に低減させる制御は停止することができる。したがって作業効率を低下させる恐れのない作業車両が得られる。

第９発明によると、ボトム圧検出器からの検出値を入力し、その値が所定の値以下になり、その状態が予め定めた第２設定時間を越えたときに掘削作業終了であると判断し、油圧ポンプの容量制御信号の発信を停止することができる。そのため、例えば誤信号でポンプ容量低減制御を開始しても、短時間で誤信号であることを判断でき、油圧ポンプの容量を所定容量に低減させる制御を停止することができる。したがって作業効率を低下させる恐れのない作業車両が得られる。

第１０発明によると、バケット高さ検出器からの検出値を入力し、その値が所定の値以上になったときに掘削作業終了であると判断し、油圧ポンプの容量制御信号の発信を停止することができる。そのため、掘削作業中に、リフトシリンダを操作して、バケットを上昇させ、対象物をかきあげ、より多くの対象物をバケット内にすくいこむ場合に、バケットが所定の高さ以上となったときに、ポンプの容量制御を停止するので、バケットの上昇速度が速くなり、作業性が低下する恐れはない。したがって作業効率を低下させる恐れのない作業車両が得られる。

第１１発明によると、シリンダのボトム側の油圧が所定の値以下の状態で所定時間を経過し、その後、所定の値を越えた時に、油圧ポンプの容量を所定容量に低減させることができる。すなわち、作業車両が確実に掘削作業中であることを検出し、ポンプ容量を所定容量に低減できるため、有効なパワーロス低減ができ、効率的に作業できる作業車両が得られる。またロードセンシング油圧制御により可変容量型油圧ポンプの容量を最大容量以下の所定容量に低減するのでシリンダの負荷にかかわらず必要な流量を確保でき、効率的な作業ができる。

以下に本発明に係る作業車両の作業機用油圧ポンプの制御方法と制御装置の実施例について、図面を参照して詳述する。

実施例１について、以下に説明する。図１は作業車両の一例であるホイールローダ１の側面図である。図１において、作業車両１は、運転室２、エンジンルーム３および後輪４，４を有する後部車体５と、前輪６，６を有する前部フレーム７とを有する。前部フレーム７には作業機１０が取付けられている。すなわち、前部フレーム７に基端部を揺動自在に取付けられたリフトアーム１１の先端部には、バケット１２が揺動自在に取付けられている。前部フレーム７とリフトアーム１１とは一対のリフトシリンダ１３，１３により連結され、リフトシリンダ１３，１３を伸縮することによりリフトアーム１１は揺動する。リフトアーム１１にはチルトアーム１４のほぼ中央部が揺動自在に支持され、その一端部と前部フレーム７とはチルトシリンダ１５により連結されている。チルトアーム１４の他端部とバケット１２とはチルトロッド１６により連結され、チルトシリンダ１５を伸縮するとバケット１２は揺動する。後部車体５には動力装置２０が搭載されている。動力装置２０は、エンジン２１、トルクコンバータ２２、前後進切り換え、複数段の変速段切り換えが可能な変速機２３、分配機２４および後輪４および前輪６を駆動する減速機２５，２５等から構成されている。また、エンジン２１はリフトシリンダ１３、チルトシリンダ１５に圧油を供給する可変容量型油圧ポンプ２６を駆動する。運転室２内には前後進操作手段３０が設けられている。

次にホイールローダ１の掘削、積込作業の工程の一例について説明する。
前進工程： 運転者はリフトシリンダ１３およびチルトシリンダ１５を操作してバケット１２を掘削姿勢にし、前後進操作手段３０を操作して車両を掘削、積込対象物に向けて前進させる。
掘削工程： バケット１２の刃先を対象物に突っ込み、チルトシリンダ１５を操作してバケット１２をチルトバックさせ、バケット１２内に対象物をすくいこむ。
後進工程： バケット１２に対象物をすくいこんだ後、車両を後進させる。
前進、ブーム上昇工程： 車両を前進させながら、リフトシリンダ１３を伸張させてリフトアーム１１を上昇させ、バケット１２を積込位置まで上昇させながら、ダンプトラックに接近する。
排土工程： 所定の位置でバケット１２をダンプして対象物をダンプトラックの荷台に積み込む。
後進、ブーム下降工程： 車両を後進させながらリフトアーム１１を下げ、バケット１２を掘削姿勢にする。
上記の工程を繰り返して掘削、積込を行う。

図２はバケット１２で掘削している状態を示す側面図である。車両を矢印Ａの方向に前進させ、バケット１２の刃先を対象物Ｚに突っ込み、チルトバックするとバケット１２には矢印Ｂ、Ｃの方向に力が加わる。そのため、リフトシリンダ１３およびチルトシリンダ１５のボトム側には高い油圧が発生する。また、作業姿勢によってはバケット１２には矢印Ｄの方向の力が加わり、この場合にはチルトシリンダ１５のヘッド側に高い油圧が発生する。これらの油圧は掘削作業時と非掘削作業時とでは明らかに異なる。したがって、リフトシリンダボトム圧の基準値を定め、掘削作業中であるか否かを確実に判断することができる。また、同様にチルトシリンダ１５のボトム側にも高い油圧が発生するので、チルトシリンダボトム圧の基準値を定め、掘削作業中であるか否かを確実に判断することもできる

図３は前述の、ホイールローダ１の掘削、積込作業時の各工程で、リフトシリンダ１３のボトム側に発生する油圧の変化の一例を示すグラフである。図３の縦軸はリフトシリンダ１３のボトム側の油圧であり、横軸は時間である。図３に示すように、リフトシリンダ１３のボトム圧は前進工程では低く、掘削工程では高くなり、掘削終了して後進になると共に低くなる。今、所定の圧力Ｐを設定した場合、リフトシリンダ１３のボトム圧は、前進工程では全域にわたりＰより低く、掘削工程では全域にわたりＰより大幅に高く、その差は明瞭である。また、後進工程、前進、ブーム上昇工程、排土工程の前半ではＰより高く、その後はＰより低くなっている。前進工程の時間は、必ず数秒間（例えば５秒）存在する。したがって、リフトシリンダ１３のボトム圧が所定の時間（例えば１秒）、所定の圧力Ｐより低く、その後、Ｐより高くなった時点を検出することにより、確実に掘削作業開始時点を検知できる。前後進操作手段３０を後進にしたときを掘削作業終了とし、掘削作業開始点と掘削作業終了点との間の掘削工程で油圧ポンプの容量低減制御を行うのが最も効率的である。

以下に油圧ポンプの制御方法と制御装置について説明する。
図４は制御装置４０の一例を示す系統図である。図４において、可変容量型油圧ポンプ２６には容量制御装置４１が接続されている。可変容量型油圧ポンプ２６の吐出回路４２上にはチルトシリンダ１５に接続するチルト操作弁４３と、リフトシリンダ１３に接続するリフト操作弁４４とが介装されている。リフトシリンダ１３のボトム側にはボトム圧検出器４５が設けられている。ボトム圧検出器４５は例えば圧力スイッチである。容量制御装置４１とボトム圧検出器４５とは、それぞれコントローラ５０に接続している。また、コントローラ５０は、前後進操作手段３０の操作位置を検出する操作位置検出手段３１と接続し、変速機２３が前進、中立、後進のいずれの状態にあるかを検出する。

次に制御方法について図５のフローチャートに基づいて説明する。
作業開始後、ステップ１０１でコントローラ５０はボトム圧検出器４５からの検出結果を入力し、リフトシリンダボトム圧が所定圧力Ｐ以下か否かを判定する。ステップ１０１でＮＯの場合にはステップ１０１の前に戻る。
ステップ１０１でＹＥＳの場合にはステップ１０２に進み、コントローラ５０は時間計測を開始する。
ステップ１０３でコントローラ５０は、リフトシリンダボトム圧が所定圧力Ｐ以下の状態が所定時間（例えば１秒）以上続いたか否かを判定する。
ステップ１０３でＮＯの場合にはステップ１０３の前に戻る。
ステップ１０３でＹＥＳの場合にはステップ１０４に進み、コントローラ５０はリフトシリンダボトム圧が所定圧力Ｐを越えたか否かを判定する。
ステップ１０４でＮＯの場合にはステップ１０４の前に戻る。
ステップ１０４でＹＥＳの場合にはステップ１０５に進み、コントローラ５０は掘削作業開始と判断する。
ステップ１０６でコントローラ５０は可変容量型油圧ポンプ２６の最大容量Ｑｍａｘより低減した所定の容量ＱをＱ＝α＊Ｑｍａｘとして設定する。ここでαは、例えば、ホイールローダ１が作業する場合の走行駆動力や油圧力の大きさに対応して決められる係数であっても、ホイールローダ１が作業する現場の土質等（土、岩石等の種類、密度、粘度）により決まる係数であっても良く、αは通常０．５〜０．９である。従って例えば、αが０．７であれば所定の容量Ｑは最大容量Ｑｍａｘの０．７倍の容量に設定する。
ステップ１０７でコントローラ５０は、容量制御装置４１に制御信号を出力し、可変容量型油圧ポンプ２６の容量を前記所定容量に低減する。
掘削作業が終了した時点で運転者は、ステップ１０８で前後進操作手段３０を操作して変速機２３を中立または後進に切り換える。
ステップ１０９でコントローラ５０は、操作位置検出手段３１からの検出信号を入力し、変速機２３が中立または後進位置にあるか否かを判定する。
ステップ１０９でＮＯの場合にはステップ１０８の前に戻る。
ステップ１０９でＹＥＳの場合にはステップ１１０に進み、コントローラ５０は掘削作業終了と判断し、ステップ１１１に進む。
ステップ１１１でコントローラ５０はポンプ容量制御を中止し、可変容量型油圧ポンプ２６の容量を制御前に戻す。
ステップ１０５でコントローラ５０は掘削作業開始と判断した後、ステップ１１２で時間計測を開始する。
ステップ１１３でコントローラ５０は、リフトシリンダボトム圧が所定圧力Ｐを越えた時間が予め定めた第１設定時間(例えば１秒)を越えたか否かを判定する。
ステップ１１２，１１３は前述のステップ１０６，１０７と並列に進められる。
ステップ１１３でＮＯの場合にはコントローラ５０は、掘削作業は継続されていないと判断し、ステップ１１０に進んで掘削作業終了と判断する。
ステップ１１３でＹＥＳの場合にはコントローラ５０は、掘削作業は継続されていると判断し、ステップ１０８に進む。この間、油圧ポンプ容量低減制御は行われている。
ステップ１０５でコントローラ５０は掘削作業開始と判断した後、ステップ１１４でリフトシリンダボトム圧が所定圧力Ｐより下がったか否かを判定する。
ステップ１１４でＮＯの場合にはステップ１１４の前に戻る。
ステップ１１４でＹＥＳの場合にはコントローラ５０はステップ１１５で時間計測を開始する。
ステップ１１６でコントローラ５０は、リフトシリンダボトム圧が所定圧力Ｐより下がった時間が予め定めた第２設定時間（例えば０．５秒）以上続いたか否かを判定する。ステップ１１４，１１５，１１６はステップ１０６，１０７と並列に進められる。
ステップ１１６でＮＯの場合にはステップ１１６の前に戻る。
ステップ１１６でＹＥＳの場合にはコントローラ５０は掘削作業中ではないと判断し、ステップ１１０に進んで掘削作業終了と判断する。

本発明に係る作業車両の可変容量型油圧ポンプの制御方法と制御装置は、上記のような方法および構成にしたため、以下のような効果が得られる。
リフトシリンダのボトム側油圧が、所定時間、所定値以下で、その後、所定の値を越えた時に、作業車両は掘削作業開始したと判断し、ポンプの容量を最大容量より少ない所定容量に低減させるようにしている。リフトシリンダのボトム側油圧は掘削作業前の車両前進中と、掘削作業中とでは明らかに異なるため、確実に掘削作業開始であることを判断できる。したがって、有効なパワーロス低減を行える。また、バケットが対象物に突っ込むまで油圧ポンプの容量は低減しないため、作業速度が低下して作業者が違和感を覚えることはない。
掘削作業終了後、作業者が前後進操作手段を中立または後進位置にしたときにポンプの容量制御を停止するようにしたため、掘削作業終了時点が明確に判断できる。掘削作業終了後は作業機の操作速度が速くなり、作業性が低下する恐れはない。
掘削作業開始と判断した後、予め定めた第１設定時間以内にリフトシリンダのボトム側の油圧が所定の値以下になった場合には掘削作業は継続されていないと判断し、ポンプ容量低減制御を停止するようにしている。そのため、非掘削作業中にもかかわらずにポンプ容量を低減させ、作業効率を低下させる恐れはない。
掘削開始と判断した後、リフトシリンダのボトム側の油圧が所定の値以下になり、その状態が予め定めた第２設定時間を越えたときに掘削作業終了であると判断し、ポンプ容量低減制御を停止するようにしている。そのため、例えば誤信号でポンプ容量低減制御を開始しても、短時間で誤信号であることを判断でき、油圧ポンプの容量を所定容量に低減させる制御を停止でき、作業能率の低下を防止できる。

以上の説明では、リフトシリンダ１３のボトム側にボトム圧検出器４５を設け、リフトシリンダ１３のボトム側油圧が、所定時間、所定値以下で、その後、所定の値を越えた時に、作業車両は掘削作業開始したと判断し、ポンプの容量を最大容量より少ない所定容量に低減させるようにしているが、チルトシリンダ１５のボトム側にボトム圧検出器を設け、チルトシリンダ１５のボトム側油圧が、所定時間、所定値以下で、その後、所定の値を越えた時に、作業車両は掘削作業開始したと判断し、ポンプの容量を最大容量より少ない所定容量に低減させるようにしても同様の作用及び効果が得られることは言うまでも無い。

次に本発明に係る作業車両の作業機用油圧ポンプの制御方法と制御装置の実施例２について、図７〜９を参照して詳述する。

図７はホイールローダ１の前部の側面図であり、図１において説明したホイールローダ１にバケット高さ検出器３２を備えた点が異なり、その他の部分は同一である。また図８は制御装置４０Ａの一例を示す系統図である。制御装置４０Ａは、図４において説明した制御装置４０にバケット高さ検出器３２を備えた点が異なり、その他の部分は同一である。図９は本実施例の制御方法についてのフローチャートであるが、図５のフローチャートとはステップ１１８が追加された点が異なり、その他の部分は同一である。従って、図７〜９における説明では、図１〜５において説明したものと、同一の部分については同一の符号を付し、説明を省略する。

図７に示すように、前部フレーム７には、リフトアーム１１の基端部の上面の前部フレーム７に対する位置を検出するバケット高さ検出器３２が備えられている。前部フレーム７に基端部を揺動自在に取付けられたリフトアーム１１の先端部には、バケット１２がバケットヒンジピン１２Ｐにより揺動自在に取付けられており、バケットヒンジピン１２Ｐの中心の地表面ＧＬからの高さＨが所定の高さ、例えば１．５ｍとなったときにバケット高さ検出器３２から信号が発信される。つまり、作業機１０のバケット１２の高さが所定の値以上のときにバケット高さ検出器が３２が信号を発生するようになっている。バケット高さ検出器３２は例えば近接センサであり、リフトアーム１１の基端部の上面が近接センサに所定距離以内に接近すると電気信号が発生するようになっている。

図８に示すように、バケット高さ検出器３２はコントローラ５０に接続している。コントローラ５０は後述するように、バケット高さ検出器３２からの信号を受けて、バケット１２が所定高さ以上となったか否かを判断する。

図７に示すように、掘削工程で、バケット１２の刃先を対象物に突っ込み、チルトシリンダ１５を操作してバケット１２をチルトバックさせ、バケット１２内に対象物をすくいこむ場合に、リフトシリンダ１３を操作して、バケット１２を矢印Ｙの方向のように上昇させ、対象物をかきあげ、より多くの対象物をバケット１２内にすくいこむことがある。この場合、油圧ポンプの容量制御を行ったままであると、油圧ポンプの吐出量が少ないためリフトシリンダ１３の伸長速度が遅く、従って、バケット１２の上昇速度が遅くなり、作業の効率が低下する。そこで、本実施例ではバケット１２が所定の高さとなったときには、油圧ポンプの容量制御を停止して、バケット１２の上昇速度を早くするようにしている。

次に本実施例の制御方法について図９のフローチャートに基づいて説明する。
ステップ１０５で、コントローラ５０は掘削作業開始と判断した後、ステップ１１８でコントローラ５０はバケット高さ検出器３２からの信号によりバケット１２の高さが所定値以上となったか否かを判定する。
ステップ１１８は前述のステップ１０６，１０７と並列に進められる。
ステップ１１８でＹＥＳの場合にはコントローラ５０は、掘削作業は継続されていないと判断し、ステップ１１０に進んで、コントローラ５０は掘削作業終了と判断し、ステップ１１１に進む。
ステップ１１８でＮＯの場合にはコントローラ５０は、掘削作業は継続されていると判断し、ステップ１０８に進む。この間、油圧ポンプ容量低減制御は行われている。

本実施例の作業車両の可変容量型油圧ポンプの制御方法と制御装置は、上記のような方法および構成にしたため、以下のような効果が得られる。
掘削作業中に、リフトシリンダ１３を操作して、バケット１２を上昇させ、対象物をかきあげ、より多くの対象物をバケット１２内にすくいこむ場合に、バケット１２が所定の高さ以上となったときに、ポンプの容量制御を停止するようにしたため、バケット１２の上昇速度が速くなり、作業性が低下する恐れはない。

バケット高さ検出器３２は、一例として近接センサとしているが、リフトアーム１１の角度を検出して、バケット１２のバケットヒンジピン１２Ｐの高さを検出するようにしても良いし、リフトシリンダ１３のストロークを検出して、バケット１２のバケットヒンジピン１２Ｐの高さを検出するようにしても良い。

次に本発明に係る作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置の実施例３について、図１０〜１２を参照して詳述する。

図１０は制御装置４０Ｂの一例を示す系統図である。制御装置４０Ｂの説明では、図４において説明した制御装置４０、及び図８において説明した制御装置４０Ａと同一の部分については同一の符号を付し、説明を省略する。図１０において、可変容量型油圧ポンプ２６Ｂには容量制御装置４１Ｂが接続されている。可変容量型油圧ポンプ２６Ｂの吐出回路４２上にはチルトシリンダ１５に接続するチルト操作弁４３と、リフトシリンダ１３に接続するリフト操作弁４４Ｂとが介装されている。リフト操作弁４４Ｂは電磁比例制御弁であり、コントローラ５０Ｂと接続しており、コントローラ５０Ｂからのリフト操作弁信号の大きさに応じて作動するようになっている。

作業機操作レバーであるリフトシリンダ操作レバー５５はコントローラ５０Ｂに接続しており、運転者がリフトシリンダ操作レバー５５を操作すると、リフトシリンダ操作信号がコントローラ５０Ｂに送信される。コントローラ５０Ｂはリフトシリンダ操作レバー５５からのリフトシリンダ操作信号に応じてリフト操作弁４４Ｂにリフト操作弁信号を出力するが、通常時と掘削作業時とはリフト操作弁信号の電気指令値ｉの出力値を変更して出力するようになっている。

可変容量型油圧ポンプ２６Ｂの吐出回路４２Ａからは、可変容量型油圧ポンプ２６Ｂの吐出圧を検出するロードセンシング回路４２ＡＬが分岐し、ロードセンシング回路４２ＡＬは容量制御装置４１Ｂに接続し、リフト操作弁４４Ｂの出口回路４２Ｂからは、リフト操作弁４４Ｂの出口圧検出回路４２ＢＬが分岐し、出口圧検出回路４２ＢＬは容量制御装置４１Ｂに接続し、ロードセンシング油圧制御を行うように構成している。これにより、容量制御装置４１Ｂは可変容量型油圧ポンプ２６Ｂの吐出圧とリフト操作弁４４Ｂの出口圧（リフトシリンダ１３の負荷圧）との差圧であるロードセンシング差圧ΔＰが一定になるように可変容量型油圧ポンプ２６Ｂの容量を制御する所謂ロードセンシング制御を行う。従って、リフトシリンダ１３の負荷圧の大小にかかわらず、リフト操作弁４４Ｂの開口面積に応じた流量が確保でき、効率的な作業ができる。

次に、本実施例の作動について説明する。本実施例の制御内容は図５、図９のフローチャートで示した制御方法と同じであるが、ステップ１０５でのポンプ低減容量設定の方法が前記の実施例と異なる。掘削作業開始と判断されない通常時に、運転者がリフトシリンダ操作レバー５５を操作すると、図１１に示すようにリフトシリンダ操作信号に対するコントローラ５０Ｂからのリフト操作弁信号の電気指令値ｉが太い実線のように変化してリフトシリンダ操作レバー５５のストロークが最大となるリフトシリンダ操作信号の最大値ＬＳｍａｘでは電気指令値ｉがｉｍａｘになる。電気指令値ｉがｉｍａｘとなると、リフト操作弁４４ＢのストロークがＶＳｍａｘとなる。するとリフト操作弁４４Ｂの開口面積は最大となり、そして、その状態でのロードセンシング差圧ΔＰが所定の一定値となるようにポンプ斜板角θをθｍａｘとして可変容量型油圧ポンプ２６Ｂのポンプ容量を最大容量であるＱｍａｘとなるように制御する。

図５で示したフローチャートでのステップ１０５に進み、コントローラ５０Ｂが掘削作業開始と判断すると、図５で示したフローチャートでのステップ１０６となり、コントローラ５０Ｂはポンプ低減容量を設定する。つまり掘削作業開始状態で運転者がリフトシリンダ操作レバー５５を操作すると図１１に示すようにリフトシリンダ操作信号に対するコントローラ５０Ｂからリフト操作弁信号の電気指令値ｉが太い破線のように変化してリフトシリンダ操作レバー５５のストロークが最大となるリフトシリンダ操作信号の最大値ＬＳｍａｘでは電気指令値ｉが低減された値のｉα（例えばｉｍａｘの０．７倍）になり、リフト操作弁４４Ｂのストロークが低減されたストロークのＶＳα（例えばＶＳｍａｘの０．７倍）となる。

すると、リフトシリンダ操作レバー５５のストロークが最大であっても、リフト操作弁４４Ｂの開口面積は最大値よりも低減された開口面積となり、その結果ロードセンシング差圧ΔＰが所定の一定値となるように容量制御装置４１Ｂが作動し、ポンプ斜板角θをθｍａｘより低減されたポンプ斜板角となるθαとなるように制御を行う。その結果、可変容量型油圧ポンプ２６Ｂのポンプ容量は最大容量Ｑｍａｘより低減されたＱαとなる。つまり制御装置４０Ｂは可変容量型油圧ポンプ２６Ｂの容量を最大容量Ｑｍａｘより低減した所定の容量ＱをＱ＝α＊Ｑｍａｘ（＝Ｑα）として設定する。

掘削作業終了と判断し、ステップ１１１に進むとコントローラ５０Ｂは、図１１に示すようにリフトシリンダ操作レバー５５のストロークに対するコントローラ５０Ｂからリフト操作弁４４Ｂへの電気指令ｉを太い実線のように変化するパターンに戻してリフトシリンダ操作レバー５５のストロークが最大でのリフトシリンダ操作信号の最大値ＬＳｍａｘでは電気指令値ｉがｉｍａｘになるようにする。その結果、リフト操作弁４４ＢのストロークがＶＳｍａｘとなるので、リフト操作弁４４Ｂの開口面積は最大値となり、ロードセンシング差圧ΔＰが一定値となるように容量制御装置４１Ｂが作動し、ポンプ斜板角θをθｍａｘとなるように制御を行うので、ポンプ容量制御が中止され、可変容量型油圧ポンプ２６Ｂの容量は制御前に戻る。

また、本実施例でも、掘削作業終了後、作業者が前後進操作手段を中立または後進位置にしたときにポンプの容量制御を停止すること、掘削作業開始と判断した後、予め定めた第１設定時間以内にリフトシリンダのボトム側の油圧が所定の値以下になった場合には掘削作業は継続されていないと判断し、ポンプ容量低減制御を停止すること、掘削開始と判断した後、リフトシリンダのボトム側の油圧が所定の値以下になり、その状態が予め定めた第２設定時間を越えたときに掘削作業終了であると判断し、ポンプ容量低減制御を停止すること、掘削作業中に、リフトシリンダ１３を操作して、バケット１２を上昇させ、対象物をかきあげ、より多くの対象物をバケット１２内にすくいこむ場合に、バケット１２が所定の高さ以上となったときに、ポンプの容量制御を停止することは実施例１、実施例２と同様である。
以上に述べた点以外の本実施例の制御内容は実施例１、実施例２と同様のため説明は省略する。

なお、図１１で説明したと同様に、図１２の（１）のようにリフトシリンダ操作レバー５５のストロークに対するコントローラ５０Ｂからリフト操作弁信号の電気指令値ｉを実線のようなパターンと破線のようなパターンとした場合には、可変容量型油圧ポンプ２６Ｂの最大容量を低減させるとともに、リフトシリンダ操作レバー５５のストロークの中間域での応答性を低くしてファインコントロール域での応答性を鈍感にし、リフトシリンダ１３のファインコントロールを容易にすることができる。

また、図１２の（２）のようにリフトシリンダ操作レバー５５のストロークに対するコントローラ５０Ｂからリフト操作弁信号の電気指令値ｉの最大値を頭打ちにした場合には、可変容量型油圧ポンプ２６Ｂの最大容量のみを低減させ、リフトシリンダ操作レバー５５のストロークの中間域での応答性は変えずに、リフトシリンダ操作レバー５５のストロークの中間域での応答性が変わらないようにすることもできる。その結果、ファインコントロール域での応答性に変化が無いようにして、リフトシリンダ１３の動くスピードが変化せず、運転者に違和感が生じないようにすることもできる。

本実施例の作業車両の可変容量型油圧ポンプの制御方法と制御装置は、上記のような方法および構成にしたため、実施例１と同様に以下のような効果が得られる。
リフトシリンダのボトム側油圧が、所定時間、所定値以下で、その後、所定の値を越えた時に、作業車両は掘削作業開始したと判断し、ポンプの容量を最大容量より少ない所定容量に低減させるようにしている。リフトシリンダのボトム側油圧は掘削作業前の車両前進中と、掘削作業中とでは明らかに異なるため、確実に掘削作業開始であることを判断できる。したがって、有効なパワーロス低減を行える。また、バケットが対象物に突っ込むまで油圧ポンプの容量は低減しないため、作業速度が低下して作業者が違和感を覚えることはない。
また、ロードセンシング油圧制御を用いたので、シリンダの負荷にかかわらず、ポンプ容量がバルブストロークに応じて制御され必要な流量が確保されるので作業の効率が良い。

本発明の制御装置を有する、作業車両の一例の、ホイールローダの側面図である。 本発明のホイールローダの、作業機の側面図である。 ホイールローダの掘削、積込作業時の各工程で、リフトシリンダのボトム側に発生する油圧の変化の一例を示すグラフである。 本発明の実施例１の制御装置の系統図である。 本発明の実施例１の制御方法を説明するためのフローチャートである。 従来の作業車両の作業機の、掘削位置を示す側面図である。 本発明のホイールローダの前部の側面図である。 本発明の実施例２の制御装置の系統図である。 本発明の実施例２の制御方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施例３の制御装置の系統図である。 本発明の実施例３の制御方法を説明するためのグラフである。 本発明の実施例３の制御方法を説明するためのグラフである。

符号の説明

１…ホイールローダ、２…運転室、４…後輪、５…後部車体、６…前輪、７…前部フレーム、１０…作業機、１１…リフトアーム、１２…バケット、１３…リフトシリンダ、１５…チルトシリンダ、２０…動力装置、２１…エンジン、２３…変速機、２６，２６Ｂ…可変容量型油圧ポンプ、３０…前後進操作手段、３１…操作位置検出手段、３２…バケット高さ検出器、４０，４０Ａ，４０Ｂ…制御装置、４１，４１Ｂ…容量制御装置、４３…チルト操作弁、４４，４４Ｂ…リフト操作弁、４５…ボトム圧検出器、５０，５０Ｂ…コントローラ。

Claims (11)

1. 作業車両の作業機用油圧ポンプの制御方法において、
   前記作業車両は、作業機(10)を作動するシリンダと、
   前記シリンダに所定の圧油を供給する油圧ポンプとを備え、
   前記シリンダのボトム側の油圧が所定の値以下の状態で所定時間以上経過し、
   その後、前記シリンダのボトム側の油圧が所定の値を越えたときに掘削作業開始
   と判断し、
   次に前記油圧ポンプの容量を最大容量以下の所定容量に低減することに定め、
   次に前記油圧ポンプの容量を所定容量に低減させる制御を行う
   ことを特徴とする作業車両の作業機用油圧ポンプの制御方法。
2. 請求項１記載の、作業車両の作業機用油圧ポンプの制御方法において、
   前記作業車両は、前後進操作手段(30)を備え、
   前記前後進操作手段(30)が、前進から中立または後進操作位置に変化したときに掘削作業終了であると判断し、前記油圧ポンプの容量を所定容量に低減させる制御を停止する
   ことを特徴とする作業車両の作業機用油圧ポンプの制御方法。
3. 請求項１または２記載の、作業車両の作業機用油圧ポンプの制御方法において、
   掘削作業開始と判断した後、予め定めた第１設定時間以内で、前記シリンダのボトム側の油圧が所定の値以下になったときに掘削作業終了と判断し、前記油圧ポンプの容量を所定容量に低減させる制御を停止する
   ことを特徴とする作業車両の作業機用油圧ポンプの制御方法。
4. 請求項１または２または３記載の、作業車両の作業機用油圧ポンプの制御方法において、
   掘削作業開始と判断した後、前記シリンダのボトム側の油圧が所定の値以下になり、その状態が予め定めた第２設定時間を越えたときに掘削作業終了と判断し、
   前記油圧ポンプの容量を所定容量に低減させる制御を停止する
   ことを特徴とする作業車両の作業機用油圧ポンプの制御方法。
5. 請求項１または２または３または４記載の、作業車両の作業機用油圧ポンプの制御方法において、
   掘削作業開始と判断した後、作業機(10)のバケット高さが所定の値以上になったときに掘削作業終了と判断し、
   前記油圧ポンプの容量を所定容量に低減させる制御を停止する
   ことを特徴とする作業車両の作業機用油圧ポンプの制御方法。
6. 作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置において、
   前記作業車両は、作業機(10)を作動するシリンダと、
   前記シリンダに所定の圧油を供給する可変容量型油圧ポンプ(26)とを備え、
   前記制御装置(40)は、
   前記シリンダのボトム側の油圧を検出するボトム圧検出器(45)と、
   前記可変容量型油圧ポンプ(26)の容量を制御する容量制御装置(41)と、
   前記ボトム圧検出器(45)からの検出値を入力し、その値が所定の値以下の状態で所定時間を経過し、その後、前記検出値が所定の値を越えた時に掘削作業開始と判断し、前記容量制御装置(41)に前記可変容量型油圧ポンプ(26)の容量を最大容量以下の所定容量に低減させる容量制御信号を出力するコントローラ(50)とを有する
   ことを特徴とする作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置。
7. 請求項６記載の、作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置において、
   前記作業車両は、
   前後進操作手段(30)と、
   前記前後進操作手段(30)の操作位置を検出する操作位置検出手段(31)と、
   前記操作位置検出手段(31)からの検出信号を入力し、操作位置が前進から中立または後進位置に変化したときに、前記容量制御装置(41)に出力する容量制御信号の発信を停止するコントローラ(50)とを有する
   ことを特徴とする作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置。
8. 請求項６または７記載の、作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置において、
   前記制御装置(40)は、
   掘削作業開始と判断した後、前記ボトム圧検出器(45)からの検出値を入力し、予め定めた第１設定時間以内で、前記検出値が所定の値以下になったときに掘削作業終了と判断し、前記容量制御装置(41)に出力する容量制御信号の発信を停止するコントローラ(50)を有する
   ことを特徴とする作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置。
9. 請求項６または７または８記載の、作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置において、
   前記制御装置(40)は、
   掘削作業開始と判断した後、前記ボトム圧検出器(45)からの検出値を入力し、その値が所定の値以下になり、その状態が予め定めた第２設定時間を越えたときに掘削作業終了と判断し、前記容量制御装置(41)に出力する容量制御信号の発信を停止するコントローラ(50)を有する
   ことを特徴とする作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置。
10. 請求項６または７または８または９記載の、作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置において、
    前記制御装置(40)は、
    前記作業機(10)のバケット(12)の高さを検出するバケット高さ検出器(32)と、
    掘削作業開始と判断した後、前記バケット高さ検出器(32)からの検出値を入力し、その値が所定の値以上になったときに掘削作業終了と判断し、前記容量制御装置(41)に出力する容量制御信号の発信を停止するコントローラ(50)を有する
    ことを特徴とする作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置。
11. 作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置において、
    前記作業車両は、作業機(10)を作動するシリンダと、
    前記シリンダに所定の圧油を供給する可変容量型油圧ポンプ(26B)と、
    前記シリンダに供給する圧油の流量を制御する制御弁と、
    作業機操作レバーとを備え、
    前記制御装置(40B)は、
    前記シリンダのボトム側の油圧を検出するボトム圧検出器(45)と、
    前記シリンダの負荷圧と前記可変容量型油圧ポンプ(26B)の吐出圧との差圧であるロードセンシング差圧が一定になるように前記可変容量型油圧ポンプ(26B)の容量を制御する容量制御装置(41B)と、
    前記ボトム圧検出器(45)からの検出値を入力し、その値が所定の値以下の状態で所定時間を経過し、その後、前記検出値が所定の値を越えた時に掘削作業開始と判断し、前記作業機操作レバーの最大ストロークに対する前記制御弁のストロークを最大ストローク以下の所定ストロークに低減するコントローラ(50B)とを有する
    ことを特徴とする作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置。