JP2005238923A - 建設機械の走行操作装置及び走行駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 不整地走行時の振動に対してレバーによってオペレータの身体を支え、しかも操作性を良くしてオペレータの操作負担を軽減する。
【解決手段】 操作体としてのレバー１６を、前後方向の傾動は不能な状態でレバー軸心Ａまわりに回転自在に設け、このレバー１６の回転方向と回転量に応じた作動指令信号をセンサ２０から出力する。一方、このレバー１６の上端部にグリップ２２を水平軸Ｂまわりに回転可能に設け、このグリップ２２の回転方向と回転量に応じた作動指令信号をセンサ２３から出力するようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は油圧ショベルのようなクローラ式の走行体を備えた建設機械の走行操作装置、及びこの走行操作装置を含む走行駆動装置に関するものである。

油圧ショベルを例にとって説明する。

油圧ショベルは、図６,７に示すように下部走行装置１上に上部旋回体２を旋回自在に搭載し、この上部旋回体２に作業アタッチメント(掘削アタッチメント)３を取付けて構成される。

下部走行装置１は、クローラ式の左右の走行体４,５を備え、この両走行体４,５がそれぞれ走行駆動源としての油圧モータ(ここでは図示しない)によって駆動される。

このような油圧ショベルにおいて、走行操作装置は、一般には操作体として運転席近くに左用と右用の２本のレバーを前後方向に回動可能に設け、この両レバーで油圧モータ回路のコントロールバルブを間接または直接に操作して前後進及び操舵(方向転換)動作を行なわせる構成がとられている。

一方、１本レバー式の技術として、レバーを下端側を支点として前後方向に回動(以下、傾動という)可能で、かつ、レバー軸心まわりに回転(以下、捻転という)可能な状態で設け、傾動操作によって前後進、捻転操作によって操舵を行なうようにしたものが公知である(特許文献１参照)。
特開平３−９６５２８号公報

ところが、特許文献１に記載のものを含めて従来の走行操作装置によると、レバーを前後に傾動させる構成であるため、とくに不整地走行時の車体の振動に対しレバーによってオペレータの身体を支えることができない。

このため、レバー操作そのものがしにくく、オペレータの操作負担が大きくなってオペレータの疲労が激しくなる上に、振動によってレバーを誤操作するおそれがあった。

この点の対策として、レバーがある程度の身体支持能力を発揮するようにレバーの操作反力を強く設定することが考えられるが、こうするとレバー抵抗が大きくなって操作負担が常に重くなるため、得策でない。

そこで本発明は、振動に対してレバーによってオペレータの身体を支え、しかも操作性を良くしてオペレータの操作負担を軽減することができる建設機械の走行操作装置及び走行駆動装置を提供するものである。

請求項１の発明(走行操作装置)は、操作体を備え、この操作体の操作により左右の走行体の走行駆動源に対する作動指令を出力する建設機械の走行操作装置において、前後方向に対して移動不能に固定されたレバーに、手で把持されて正逆回転する操作体としてのグリップが設けられ、このグリップの正逆回転によって上記走行駆動源に対する前後進の作動指令を出力するように構成されたものである。

請求項２の発明は、請求項1の構成において、グリップの回転量の増加に応じて前後進の速度を増加させる作動指令が出力されるように構成されたものである。

請求項３の発明は、請求項1または２の構成において、レバーが操舵用の操作体としてレバー軸心まわりに正逆回転自在に構成されるとともに、このレバーに前後進用の単一のグリップが設けられ、左右の走行駆動源に対して、上記レバーの正逆回転によって左右方向の操舵指令、上記グリップの正逆回転によって前後進指令がそれぞれ出力されるように構成されたものである。

請求項４の発明は、請求項３の構成において、レバーの正逆両方向の回転と作動指令の関係として、レバー回転量の増加に応じて左右の走行駆動源の相対速度差が増加する指令が出力されるように構成されたものである。

請求項５の発明は、請求項1または２の構成において、左走行駆動源に対して前後進を指令する第１グリップと、右走行駆動源に対して前後進を指令する第２グリップが、互いに独立して正逆回転し得る状態でレバーに並んで設けられたものである。

請求項６の発明は、請求項５の構成において、第１及び第２両グリップが、片手で同時に操作し得るように同軸上に近接して設けられたものである。

請求項７の発明は、請求項５の構成において、第１及び第２両グリップが、両手で別々に操作されるように分離して設けられたものである。

請求項８の発明は、請求項７の構成において、互いに独立して足踏み操作される第１及び第２両ペダルが設けられ、この両ペダルの操作によって左右の走行駆動源に対する前後進の作動指令を出力するように構成されたものである。

請求項９の発明(走行駆動装置)は、左右の走行駆動源と制御手段とを備え、上記制御手段は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の走行操作装置からの作動指令に基づいて上記走行駆動源の作動を制御するように構成されたものである。

請求項１０の発明は、請求項９の構成において、左右の走行駆動源として油圧モータが設けられ、制御手段は、両油圧モータの作動を制御する油圧パイロット式のコントロールバルブと、このコントロールバルブを制御する電磁比例減圧弁と、走行操作装置からの作動指令に基づいて上記電磁比例減圧弁に対する制御信号を出力するコントローラとを具備するものである。

本発明の走行操作装置(請求項１〜８)によると、レバーは前後方向に移動不能に固定し、このレバーに設けたグリップによって前後進操作する構成であるため、
(ｉ) 走行時の車体の振動に対しレバーによってオペレータの身体を支えることができる。

(ｉｉ) グリップをつかんで回転させるだけでよいため、操作そのものも楽になる。

この二点により、オペレータの操作負担を軽くし、疲労を軽減することができる。

また、振動等によってレバーが誤操作されるおそれがなく、安全となる。

この場合、請求項２の発明によると、グリップの回転量と前後進速度とが直結しているため、操作性がよい。

請求項３,４の発明によると、レバーの回転(捻転)によって操舵し、１グリップの正逆回転で前後進するため、片手操作が可能となり、複合操作がやり易くなる。

また、従来の２レバー式のように複合操作性を良くするためにペダルを設ける必要がなくなるため、足元のスペースを広く使用できるとともに、ペダルの誤操作のおそれがなくなる。

加えて請求項４の発明によると、レバーの捻転量を増減することにより、操舵パターン(緩転回、急転回、スピンターン)を自在に変化させることができる。すなわち、片手操作でありながら、走行操作性がレバー式と同等以上に良いものとなる。

これに対し請求項５〜８の発明によると、２グリップによって左右独立して操作し、グリップ操作のみで前後の直進と操舵を行なうことができるため、レバー式に慣れたオペレータでも２本のレバーを操作する感覚で違和感なく操作できること、及び操作が単純化されるという意味で操作が簡単となる。

この場合、請求項６の発明によると、第１及び第２両グリップを、片手で同時に操作し得るように同軸上に近接して設けたから、２グリップでありながら、前後の直進は片手で行うことができる点で操作性が良い。

一方、両グリップを、両手で別々に操作されるように分離して設けた請求項７,８の発明によると、操作が２レバー式に近い、より分り易くて簡単なものとなる。

さらに請求項８の発明によると、ペダルによっても走行操作が可能であるため、２グリップ・両手操作方式の短所である複合操作性をカバーすることができる。

本発明の走行駆動装置(請求項９,１０)によると、請求項１乃至８のいずれかの走行操作装置からの作動指令に基づいて、制御手段により、左右の走行駆動源の作動を制御することができる。

この場合、請求項１０の発明によると、グリップ式の走行操作装置を用いながら、油圧ショベル等の油圧式建設機械に元々搭載された油圧モータ、コントロールバルブをそのまま使用し、電磁比例減圧弁とコントローラの追加のみによって走行駆動装置を構成できるため、既存機に簡単かつ安価に適用することができる。

以下の実施形態では、油圧ショベルに適用した場合を例にとって説明する。

第１実施形態(図１〜図３参照)
図１に、実施形態にかかる走行操作装置を含む走行駆動装置全体の構成を示す。

同図において、６は油圧ポンプで、この油圧ポンプ６からの圧油が左走行体用、右走行体用の両コントロールバルブ７,８を介して左走行体用及び右走行体用の両油圧モータ(以下、左走行モータ、右走行モータという)９,１０に供給される。

コントロールバルブ７,８は油圧パイロット式として構成され、パイロットポートに加えられるパイロット圧により中立、前進、後進の各位置間で切換わり、かつ、パイロット圧に応じたストロークで作動する。

これにより、左、右両走行モータ９,１０(図７の走行体４,５)の回転方向と回転速度が制御される。

１１はコントロールバルブ７,８を制御する走行操作装置で、この走行操作装置１１からの前後進及び操舵の作動指令信号がコントローラ１２で制御信号に変換されて左前進用、左後進用、右前進用、右後進用の各電磁比例減圧弁(以下、比例弁という)１３〜１６に送られる。

これにより、各比例弁１３〜１６から作動指令信号に応じたパイロット圧がコントロールバルブ７,８のパイロットポートに送られてコントロールバルブ７,８が前記のように作動する。

図１中、１７は比例弁１３〜１７の一次油圧源としてのパイロットポンプである。

走行操作装置１１の詳細を図２を併用して説明する。

運転席近くのフロアプレート１８上に操舵用の操作体としてのレバー１９が、公知のレバーと異なり前後方向の傾動は不能で、レバー軸心Ａまわりに正逆回転(捻転)可能な状態で設けられている。

このレバー１９は、図示しない中立バネによって中立位置に保持され、この中立位置からのレバー１９の捻転方向と捻転量が、レバー１９の下端部に設けられたレバーセンサ(たとえばポテンショメータ)２０で検出されて、操舵指令信号として図１のコントローラ１２に送られる。

レバー１９には、上端部に左右両側に延びる四角枠状のハンドル部２１が設けられ、このハンドル部２１の上辺中央部に前後進用の操作体としてのグリップ２２が水平軸Ｂまわりに正逆回転可能に取付けられている。

このグリップ２２は、図示しない中立バネによって中立位置に保持され、この中立位置からのグリップ２２の回転方向と回転量がグリップセンサ(たとえばポテンショメータ)２３で検出され、前後進指令信号としてコントローラ１２に送られる。

次に、操作方法とこれに基づく制御内容を説明する。

オペレータは片手でグリップ２２を把持し、直進での前後進動作を行なうときはグリップ２２を正転(前進)または逆転(後進)させる。

また、操舵するときは、グリップ２２を正転または逆転させた状態で、グリップ２２(ハンドル部２１)をひねって、レバー１９を正方向(右転換時)または逆方向(左転換時)に捻転させる。

レバー非操作状態でグリップ２２を正転操作(前進操作)または逆転操作(後進操作)すると、コントローラ１２から左右両前進用比例弁１３,１５または左右両後進用比例弁１４,１６に、グリップ回転量に応じた同じ値の電流が送られる。

これにより、左右の走行モータ９,１０が同速度で同方向(前進側または後進側)に回転して直進での前進または後進動作が行なわれる。

グリップ２２がたとえば前進側に操作された状態で、レバー１９がたとえば右回りに捻転操作された場合、図３に示すように、この捻転量の増加に対してコントローラ１２から右前進用の比例弁１５に送られる電流が減少する(図３中のＩの変化)一方で、左前進用の比例弁１３には一定の電流が送られる。

従って、左右の走行モータ９,１０に相対速度差が生じるため、下部走行装置１は右回りに操舵される。この場合、相対速度差はレバー捻転量の増加に連れて大きくなるため、緩転回させたいときはレバー１２を小さく、急転回させたいときは大きく捻転させればよい。

ここで、右前進用の比例弁１５に送られる電流は操舵角度が４５°で０となり、右停止、左走行の状態で操舵される。

そして、操舵角度が４５°を超えると、コントローラ１２から右前進用比例弁１５に送られる電流が０のまま、今度は右後進用比例弁１６に電流が送られて(図３中のＩＩの変化)、右走行モータ１０が後進回転する。すなわち、左前進、右後進の状態となり、右回りの所謂スピンターンが行なわれる。

なお、グリップ２２が前進側に操作された状態でレバー１９が左捻転操作された場合には、上記と逆の作用によって下部走行装置１が左回りに操舵される。また、グリップ２２が後進側に操作された状態でレバー１９が左または右に捻転操作された場合も、進行方向が逆になるだけで上記と同じ動作が行なわれる。

この走行操作装置１１によると、レバー１９は前後方向に移動(傾動)不能に固定し、このレバー１９に設けたグリップ２２によって前後進操作する構成であるため、不整地を走行する場合の車体の振動に対し、レバー１９によってオペレータの身体を支えることができる。

しかも、グリップ２２を握って回転させるだけでよいため、操作そのものも楽になる。また、レバー１９の捻転によって操舵し、単一のグリップ２２の正逆回転で前後進するため、片手操作が可能となり、複合操作がやり易くなる。

これらの点により、オペレータの操作負担を軽くし、疲労を軽減することができるとともに、振動等によってレバー１９が誤操作されるおそれがなく、安全となる。

加えて、上記のように、
ａ) グリップ２２の回転量と前後進速度とが直結していること、
ｂ) レバー１９の捻転量を増減することにより、操舵パターン(緩転回、急転回、スピンターン)を自在に変化させることができこと
により、片手操作でありながら、走行操作性がレバー式と同等以上に良いものとなる。

また、従来の２レバー式のように複合操作性を良くするためにペダルを設ける必要がなくなるため、足元のスペースを広く使用できるとともに、ペダルの誤操作のおそれがなくなる。

さらに、グリップ２２の回転またはレバー１９の捻転による指令信号をコントローラ１２で制御信号に変換し、比例弁１３〜１６を介してコントロールバルブ７,８を制御することにより走行モータ９,１０を制御する構成であるため、グリップ式の走行操作装置１１を用いながら、油圧ショベルに元々搭載された油圧モータ、コントロールバルブをそのまま使用し、比例弁１３〜１６とコントローラ１２の追加のみによって既存機に簡単かつ安価に適用することができる。

第２実施形態(図４参照)
第１実施形態との相違点のみを説明する。

第２実施形態の走行操作装置２４においては、レバー２５がフロアプレート１８上に傾動、捻転いずれの動きも不能な完全固定状態で(非操作体として)設けられている。

このレバー２５の上端部左右両側に、水平に延びる軸状のハンドル部２６,２６が同軸上に並んで設けられ、このハンドル部２６,２６に左用及び右用の第１及び第２両グリップ２７,２８が同軸である水平軸Ｂまわりに回転可能に設けられている。

この両グリップ２７,２８は、第１実施形態のグリップ２２同様、図示しない中立バネによって保持された中立位置から正逆回転可能とされ、この両グリップ２７,２８の回転方向と回転量がグリップセンサ(たとえばポテンショメータ)２９,３０により検出されてグリップ側作動指令信号(電気信号)として出力される。

また、レバー２５の根元部分においてフロアプレート１８上に足踏み操作される左用及び右用の第１及び第２両ペダル３１,３２が並んで設けられ、この両ペダル３１,３２の踏み込み量がペダルセンサ(たとえばポテンショメータ)３３,３４により検出されてペダル側作動指令信号として出力される。

このグリップ側及びペダル側両作動指令信号は、図示のように高位選択部３５で高位選択されて図１のコントローラ１２に送られ、コントローラ１２からこのグリップ側及びペダル側両指令信号(操作方向と操作量)に応じた比例弁電流が出力される。

これにより、たとえば第１グリップ２７(または第１ペダル３１)と第２グリップ２８(または第２ペダル３２)を同方向に同一量操作すれば直進の前進または後進が行なわれ、左右の操作量に差を持たせれば前進または後進しながら操舵される。また、左右互いに逆側(たとえば左前進側、右後進側)に操作すれば、スピンターンが行なわれる。

この第２実施形態によると、レバー２５が傾動も捻転もしない完全固定状態であるため、車体の振動に対してオペレータの身体を支える機能をより高め、操作負担を一層軽減することができる。

また、２つのグリップ２７,２８によって左右別々に操作し、グリップ操作のみで前後の直進と操舵を行なうことができるため、片手操作ができない反面、レバー式に慣れたオペレータでも２本のレバーを操作する感覚で違和感なく操作できること、及び操作が単純化されるという意味で操作が簡単となる。

さらには、ペダル３１,３２によっても走行操作できるため、２グリップ・両手操作方式の短所である複合操作性をカバーすることができる。

第３実施形態(図５参照)
第３実施形態の走行操作装置３６においては、第２実施形態と同じ２グリップ方式でありながら、片手操作が可能な構成がとられている。

すなわち、第１実施形態同様に、レバー３７が非操作体として完全固定状態でフロアプレート上に設けられ、このレバー３７の上端部左右両側に横向きＬ字形に突設されたハンドル部３８,３８に操作体である第１及び第２両グリップ３９,４０が設けられている。

この両グリップ３９,４０は、片手で同時に操作できるように、同軸上で相接近して(わずかな間隔を置いて)、かつ、同軸である水平軸Ｂまわりに回転自在に設けられている。

その他の点、つまり両グリップ３９,４０が中立バネによって中立保持される点、正逆回転量に応じた作動指令信号が出力される点は第２実施形態の場合と同じである。なお、この第３実施形態の走行操作装置３６においても、第２実施形態のペダル３１,３２を設けてもよいし、設けなくてもよい。

この構成によると、両グリップ３９,４０を両手で別々に操作することはもちろん可能であるし、両グリップ３９,４０の同方向同時回転(直進での前後進動作)については片手で同時に操作できるため、とくに複合操作時の操作性が良いものとなる。

ところで、上記各実施形態では、操作体(グリップ２２,２７,２８,３９,４０及びペダル３１,３２)の操作量をセンサ２３,２９,３０,３３,３４,４１,４２で検出し、作動指令を電気信号として出力する構成をとったが、操作体の操作によってケーブルを押し引きし、このケーブルによってコントロールバルブ１２を直接、またはリンク機構を介して作動させるようにしてもよい。

また、左右の走行駆動源として電動機を用い、操作体からの作動指令信号に基づいてこの電動機の回転方向と回転速度を制御する構成をとってもよい。

さらに、本発明は油圧ショベルに限らず、クローラ式の走行装置を備えた建設機械に広く適用することができる。

本発明の第１実施形態にかかる走行操作装置を含む走行駆動装置全体の構成を示す図である。 走行操作装置の斜視図である。 走行操作装置の作動指令に基づく制御の内容を説明するための図である。 本発明の第２実施形態にかかる走行操作装置を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態にかかる走行操作装置を示す斜視図である。 本発明の適用例である油圧ショベルの概略側面図である。 同、平面図である。

符号の説明

６ 走行駆動装置を構成する油圧ポンプ
７,８ 走行用のコントロールバルブ
９,１０ 走行駆動源としての油圧モータ
１１ 走行操作装置
１２ コントローラ
１３〜１６ 電磁比例減圧弁
１９ 走行操作装置を構成するレバー
２０ レバーの回転方向と回転量を検出するセンサ
２２ レバーに設けられたグリップ
２３ グリップの回転方向と回転量を検出するセンサ
２４ 走行操作装置
２５ 同装置を構成するレバー
２７,２８ レバーに設けられたグリップ
２９,３０ グリップの回転方向と回転量を検出するセンサ
３１,３２ ペダル
３３,３４ ペダルの操作量を検出するセンサ
３６ 走行操作装置
３７ 同装置を構成するレバー
３９,４０ レバーに設けられたグリップ
４１,４２ グリップの回転方向と回転量を検出するセンサ

Claims (10)

1. 操作体を備え、この操作体の操作により左右の走行体の走行駆動源に対する作動指令を出力する建設機械の走行操作装置において、前後方向に対して移動不能に固定されたレバーに、手で把持されて正逆回転する操作体としてのグリップが設けられ、このグリップの正逆回転によって上記走行駆動源に対する前後進の作動指令を出力するように構成されたことを特徴とする建設機械の走行操作装置。
2. 請求項１記載の建設機械の走行操作装置において、グリップの回転量の増加に応じて前後進の速度を増加させる作動指令が出力されるように構成されたことを特徴とする建設機械の走行操作装置。
3. 請求項１または２記載の建設機械の走行操作装置において、レバーが操舵用の操作体としてレバー軸心まわりに正逆回転自在に構成されるとともに、このレバーに前後進用の単一のグリップが設けられ、左右の走行駆動源に対して、上記レバーの正逆回転によって左右方向の操舵指令、上記グリップの正逆回転によって前後進指令がそれぞれ出力されるように構成されたことを特徴とする建設機械の走行操作装置。
4. 請求項３記載の建設機械の走行操作装置において、レバーの正逆両方向の回転と作動指令の関係として、レバー回転量の増加に応じて左右の走行駆動源の相対速度差が増加する指令が出力されるように構成されたことを特徴とする建設機械の走行操作装置。
5. 請求項１または２記載の建設機械の走行操作装置において、左走行駆動源に対して前後進を指令する第１グリップと、右走行駆動源に対して前後進を指令する第２グリップが、互いに独立して正逆回転し得る状態でレバーに並んで設けられたことを特徴とする建設機械の走行操作装置。
6. 請求項５記載の建設機械の走行操作装置において、第１及び第２両グリップが、片手で同時に操作し得るように同軸上に近接して設けられたことを特徴とする建設機械の走行操作装置。
7. 請求項５記載の建設機械の走行操作装置において、第１及び第２両グリップが、両手で別々に操作されるように分離して設けられたことを特徴とする建設機械の走行操作装置。
8. 請求項７記載の建設機械の走行操作装置において、互いに独立して足踏み操作される第１及び第２両ペダルが設けられ、この両ペダルの操作によって左右の走行駆動源に対する前後進の作動指令を出力するように構成されたことを特徴とする建設機械の走行操作装置。
9. 左右の走行駆動源と制御手段とを備え、上記制御手段は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の走行操作装置からの作動指令に基づいて上記走行駆動源の作動を制御するように構成されたことを特徴とする建設機械の走行駆動装置。
10. 請求項９記載の建設機械の走行駆動装置において、左右の走行駆動源として油圧モータが設けられ、制御手段は、両油圧モータの作動を制御する油圧パイロット式のコントロールバルブと、このコントロールバルブを制御する電磁比例減圧弁と、走行操作装置からの作動指令に基づいて上記電磁比例減圧弁に対する制御信号を出力するコントローラとを具備することを特徴とする建設機械の走行駆動装置。

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