JP2005290890A - 作業用機械におけるオーバーヒート防止システム - Google Patents

Abstract

【課題】 酷暑の環境下で破砕機等の作業負荷の大きい作業用アタッチメントを作動させるような場合であっても、エンジンや油圧系がオーバーヒートしてしまうことを、未然に防止できるようにする。
【解決手段】 作業機械に装着される作業用アタッチメントの作業負荷が予め設定される設定負荷以上の負荷の場合、該作業用アタッチメントの作動時に、油圧ポンプの出力を設定出力値まで低下させて、エンジンや油圧系が過熱状態に状態になってしまうことを未然に防止できるようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、油圧ショベル等の作業用機械におけるオーバーヒート防止システムの技術分野に属するものである。

一般に、油圧ショベル等の作業用機械のなかには、掘削作業や積込作業を行うためのバケット、解体作業を行うためのハンマーや破砕機、磁着物を選別するための磁選機等の各種作業用アタッチメントを、任意に選択して着脱自在に装着できるように構成されたものがある。このようなものにおいて、例えば破砕機を装着して解体作業を行う場合は、バケットで積込作業を行う場合の作業負荷と比べて大きく、このため、特に酷暑の環境下では、作業用機械のエンジンや油圧系が過熱状態となってオーバーヒートし易くなる。そこで従来、酷暑下で破砕機等の作業負荷の大きい作業用アタッチメントを装着した場合のオーバーヒートに備え、ラジエータやオイルクーラー等のクーリング装置を大型化したり、あるいはこれらクーリング装置を冷却するファンを大型化することで、エンジンや油圧系の冷却能力の増大を図っていた。しかしながら、そのために機体外騒音が大きくなり、環境的に好ましくない許りか、バケット等の比較的作業負荷の小さい作業用アタッチメントで作業を行う場合には、前記クーリング装置やファンの大型化が無駄になるという問題があった。

そこで、エンジンの冷却水温を検出し、該検出した冷却水温が所定水温設定値を越えた場合には、油圧ポンプの吸収トルクやエンジン回転数を下げることでオーバーヒートを防止するように構成した技術が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。
実用新案登録第２６０４４０４号公報

しかるに、前記特許文献のものは、冷却水温が所定水温設定値を越えるまで上昇してから、つまり、エンジンが過熱状態となってから油圧ポンプの吸収トルクやエンジン回転数を下げるものであるから、酷暑の環境下で破砕機等の作業負荷の大きい作業用アタッチメントを作動させるような場合には対応できない惧れもある。またこのものにおいて、エンジンオーバーヒートの状態が悪化しようとする場合には、エンジン回転数をローアイドルまで下げるようになっているが、該エンジン回転数がローアイドルの状態では作業を続行することができず、作業能率が低下してしまうという問題があって、エンジンや油圧系の過熱を未然に防止することが要求されており、ここに本発明が解決しようとする課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、複数の作業用アタッチメントのなかから任意の作業用アタッチメントを選択し、該選択した作業用アタッチメントを着脱自在に装着できると共に、該装着された作業用アタッチメントを、油圧ポンプから吐出される作動油で作動せしめるように構成してなる作業用機械において、前記装着した作業用アタッチメントによる作業負荷が予め設定される設定負荷以上の負荷であると判断される場合に、ポンプ出力を低下させるべく油圧ポンプの出力低下制御を行うことを特徴とするものである。
そして、この様にすることにより、作業用アタッチメントによる作業負荷が予め設定される設定負荷以上の負荷の場合には、油圧ポンプの出力低下制御が行われることになって、エンジンや油圧系のオーバーヒートを未然に防止できる。
請求項２の発明は、請求項１において、作業用アタッチメントによる作業負荷が予め設定される設定負荷以上の負荷であるか否かの判断は、装着される作業用アタッチメントの種類に基づいて行われることを特徴とするものである。
そして、この様にすることにより、破砕機等の作業負荷の高い作業用アタッチメントで作業を行うような場合には、油圧ポンプの出力低下制御が行われることになって、エンジンや油圧系のオーバーヒートを未然に防止できる。
請求項３の発明は、請求項１において、作業用アタッチメントによる作業負荷が予め設定される設定負荷以上の負荷であるか否かの判断は、装着される作業用アタッチメントの種類および作動時間に基づいて行われることを特徴とするものである。
そして、この様にすることにより、破砕機等の作業負荷の高い作業用アタッチメントで連続して作業を行うような場合には、油圧ポンプの出力低下制御が行われることになって、エンジンや油圧系のオーバーヒートを未然に防止できる。
請求項４の発明は、請求項１において、作業用アタッチメントによる作業負荷が予め設定される設定負荷以上の負荷であるか否かの判断は、油圧ポンプからの吐出油が供給される油圧回路の回路圧が、リリーフ弁によって設定される回路設定圧に達してからの経過時間に基づいて行われることを特徴とするものである。
そして、この様にすることにより、回路圧が回路設定圧に達してから所定時間経過すると、油圧ポンプの出力低下制御が行われることになって、エンジンや油圧系のオーバーヒートを未然に防止できる。

次に、本発明の第一の実施の形態について、図１〜図３に基づいて説明する。図１において、１は油圧ショベルであって、該油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２に旋回自在に支持される上部旋回体３、該上部旋回体３に装着される作業部４等の各部から構成されており、さらに該作業部４は、上部旋回体３に上下揺動自在に軸支されるブーム５、該ブーム５の先端部に前後揺動自在に軸支されるアーム６、該アーム６の先端部に取付けられる作業用アタッチメント７等から構成されている。

前記図１では、作業用アタッチメント７として、作業負荷の大きい作業用アタッチメントの代表例である破砕機が取り付けられているが、作業内容に対応して、バケット、グラップル、ブレーカ、磁選機等の各種作業用アタッチメント７を着脱自在に装着できるように構成されている。

扨、前記油圧ショベル１には、左右の走行モータ８、９、旋回モータ１０、ブームシリンダ１１、アームシリンダ１２、バケットシリンダ１３等の各種油圧アクチュエータが設けられると共に、バケット以外の作業用アタッチメント７を装着した場合には、該作業用アタッチメント７を作動せしめるための作業用油圧アクチュエータ１４が設けられることになるが、これら油圧アクチュエータ８〜１４に対する油圧制御の概略を図２の回路図に示すと、該図２において、１５、１６はエンジン１７により駆動する可変容量型の油圧ポンプ、１５ａ、１６ａはポンプ斜板の傾転角変位により油圧ポンプ１５、１６の流量の可変制御を行う容量可変装置、１８はパイロットポンプ、１９は油タンク、２０〜２６はパイロットバルブであって、これらパイロットバルブ２０〜２６は、前記各油圧アクチュエータ８〜１４用の操作具操作に基づいてパイロット圧を出力する。さらに、２７〜３３は各油圧アクチュエータ８〜１４用の制御バルブであって、これら制御バルブ２７〜３３は、前記パイロットバルブ２０〜２６からのパイロット圧の供給に基づいて中立位置Ｎから作動位置ＸまたはＹに切換わって、各油圧アクチュエータ８〜１４に対する油給排制御を行う構成になっている。尚、図２において、丸付きの数字は結合子記号であって、対応する丸付き数字同士が接続される。

さらに、図２において、３４、３５は圧力センサであって、該圧力センサ３４、３５は、作業用油圧アクチュエータ１４用の操作具操作に基づくパイロットバルブ２６からのパイロット圧の出力を検知する。そして、該圧力センサ３４、３５によりパイロット圧の出力が検知されているときには、作業用油圧アクチュエータ用の制御バルブ３３が作動位置ＸまたはＹに位置していて作業用油圧アクチュエータ１４への油の給排が行われている、つまり作業用油圧アクチュエータ１４が作動中であると判断される。
尚、本実施の形態では、パイロット圧を検出する圧力センサ３４、３５により作業用油圧アクチュエータ１４が作動中であることの判断を行う構成になっているが、これに限定されることなく、例えば作業用アタッチメント用の操作具の操作を検知する検知スイッチ等により、作業用油圧アクチュエータ１４が作動中であることの判断を行うように構成することも、勿論できる。

一方、３６は油圧ショベル１に搭載されるコントローラであって、マイクロコンピュータ等から構成されているが、該コントローラ３６は、前記圧力センサ３４、３５、エンジン回転数センサ３７、後述する出力低下設定スイッチ３８等からの信号を入力し、該入力信号に基づいて、前記油圧ポンプ１５、１６の容量可変装置１５ａ、１６ａに制御指令を出力する。

前記出力低下設定スイッチ３８は、例えば破砕機や磁選機等、作業負荷の大きい作業用アタッチメント７を装着した場合に、オペレータがＯＮする操作スイッチである。

次に、前記コントローラ３６におけるポンプ出力制御について図３に示すフローチャート図に基づいて説明すると、コントローラ３６は、まず、出力低下設定スイッチ３８がＯＮか否かを判断する（ステップＳ１）。ここで、出力低下設定スイッチ３８がＯＮの場合、コントローラ３６は、装着された作業用アタッチメント７による作業負荷が予め設定される設定負荷以上であると判断し、続けて、圧力スイッチ３４または３５が作業用アタッチメント１４用のパイロットバルブ２６からのパイロット圧の出力を検知しているか否かを判断する（ステップＳ２）。そして、圧力スイッチ３４または３５がパイロット圧の出力を検知している場合、つまり作業用アタッチメント１４が作動中の場合には、『ポンプ出力低下制御』を行う。

コントローラ３６は、前記『ポンプ出力低下制御』時には、破砕機等の作業負荷の大きい作業用アタッチメント７を作動させてもエンジン１７や油圧系がオーバーヒートしないように、容量可変装置１５ａ、１６ａに対して油圧ポンプ１５、１６の出力（油圧ポンプ１５、１６の出力トルク、出力馬力、あるいはエンジン１７から油圧ポンプ１５、１６に供給される吸収トルク、吸収馬力）を予め設定される設定出力値まで低下させるよう制御指令を出力する。このときに、エンジン回転数を低下させる制御は行われないようになっている。

一方、コントローラ３６は、前記ステップＳ１において出力低下設定スイッチ３８がＯＦＦの場合、あるいはステップ２において圧力スイッチ３４、３５が共にパイロット圧の出力を検知していない場合には、エンジン回転数や作業負荷等に対応した通常のポンプ出力となるように容量可変装置１５ａ、１６ａに対して制御指令を出力する『ポンプ出力通常制御』を行う。

而して、出力低下設定スイッチ３８がＯＮで、且つ圧力スイッチ３４または３５がパイロット圧の出力を検知している、つまり作業用アタッチメント７が作動中の場合には、油圧ポンプ１５、１６の出力を設定出力値まで低下させる『ポンプ出力低下制御』が行われ、これにより、破砕機等の作業負荷の大きい作業用アタッチメント７で作業を行う場合にエンジン１７や油圧系が過熱状態になってしまうことを未然に防止できるようになっている。

叙述の如く構成された第一の実施の形態において、破砕機等の作業負荷の高い作業用アタッチメント７で作業を行う場合には、まず、出力低下設定スイッチ３８をＯＮにする。これによりコントローラ３６は、装着された作業用アタッチメント７による作業負荷が予め設定される作業負荷以上であると判断する。この状態で作業用アタッチメント７を作動させると、コントローラ３６から容量可変手段１５ａ、１６ａに対し油圧ポンプ１５、１６の出力を設定出力値まで低下させるように制御指令が出力されることになる。

この結果、破砕機等の作業負荷の大きい作業用アタッチメント７での作業中は、油圧ポンプ１５、１６の出力が自動的に低下することになって、エンジン１７や油圧系が過熱状態になってしまうことを未然に防止できることになる。しかもこの場合に、油圧ポンプ１５、１６の出力は低下してもエンジン回転数の制御は行われないため、ポンプ負荷の軽減に伴いエンジン回転数は高くなる傾向となり、オペレータが出力低下を殆ど実感しないで済むという利点がある。而して、酷暑の環境下で破砕機等の作業負荷の大きい作業用アタッチメント７を作動させるような場合であっても、エンジンや油圧系がオーバーヒートしてしまうことを未然に回避し得て、作業能率の向上に寄与できる。

尚、本発明は、上記第一の実施の形態に限定されないことは勿論であって、第一の実施の形態では、作業用アタッチメント７の作動開始と同時に油圧ポンプ１５、１６の出力低下制御が行われる構成になっているが、作業負荷の大きい作業用アタッチメント７を装着した場合であっても、短時間の作業であってオーバーヒートの心配が無い場合には、油圧ポンプ１５、１６の出力低下制御は不要となる。そこで、作業用アタッチメント７を設定時間Ｔ以上（例えば、３０分以上）連続して作動させた場合にのみ、油圧ポンプ１５、１６の出力低下制御を行うように構成することもできる。さらにこの場合、上記設定時間Ｔの長さをオペレータがダイヤル等により任意に設定できるようにしておけば、装着した作業用アタッチメントの種類や大気温度等の環境に対応させて設定時間Ｔを調整することができ、便利である。
また、ポンプ出力低下制御時には、油圧ポンプ１５、１６の出力を設定出力値以下となるまで低下させることになるが、該設定出力値を一つだけでなく複数設定しておいて、装着した作業用アタッチメント７の種類や大気温度等の環境に対応させて、オペレータがダイヤル等により設定出力値を任意に選択できるように構成することもできる。
さらに、上記第一の実施の形態では、オペレータによる出力低下設定スイッチ３８のＯＮ−ＯＦＦに基づいて、コントローラ３６は、装着された作業用アタッチメント７による作業負荷が予め設定される作業負荷以上であるか否かの判断を行うように構成されているが、例えば、装着した作業用アタッチメント７の各種設定を、運転席近傍に配したモニタ等でインストールできるように構成されている作業用機械のような場合には、インストール時に油圧ポンプ１５、１６の出力低下制御が行われるように設定することもできる。この場合には、出力低下設定スイッチ３８は不要となり、而して、前記図３のフローチャートにおけるステップＳ１の判断も不要となる。

次に、本発明の第二の実施の形態について、図１、図４、図５に基づいて説明する。尚、図１については、第一の実施の形態のものを共用する。
前記図４において、８、９は左右の走行モータ、１０は旋回モータ、１１はブームシリンダ、１２はアームシリンダ、１３はバケットシリンダ、１４は作業用アクチュエータ、１５、１６は油圧ポンプ、１５ａ、１６ａは油圧ポンプ１５、１６の容量可変装置、１８はパイロットポンプ、１９は油タンク、２０〜２６はパイロットバルブ、２７〜３３は制御バルブであって、これらは前記第一の実施の形態と同様のものであるため、その説明は省略する。

さらに、図４において、３９は油圧ポンプ１５、１６の吐出ラインに接続されるリリーフ弁であって、該リリーフ弁３９によって、油圧ポンプ１５、１６からの吐出油が供給される油圧回路の回路圧が回路設定圧Ｐに保持されるようになっている。また、４０は前記リリーフ弁３９の上流側に接続される圧力センサであって、該圧力センサ４０によって、油圧ポンプ１５、１６の吐出油が供給される油圧回路の回路圧を検出できるようになっている。
尚、本実施の形態では、後述するように、油圧ポンプ１５、１６からの吐出油が供給される油圧回路の回路圧が回路設定圧Ｐに達したか否かの判断を、前記圧力センサ４０からの検出値に基づいて行うように構成されているが、これに限定されることなく、例えば、リリーフ弁３９が開状態になったことを検知するセンサを設け、該センサによりリリーフ弁３９の開状態が検知されたときに回路圧が回路設定圧Ｐに達したと判断する構成にすることもできる。

一方、コントローラ３６は、前記圧力センサ４０、エンジン回転数センサ３７等からの信号を入力し、該入力信号に基づいて、油圧ポンプ１５、１６の容量可変装置１５ａ、１６ａに制御指令を出力する。

次に、前記コントローラ３６におけるポンプ出力制御について図５に示すフローチャート図に基づいて説明すると、コントローラ３６は、まず、圧力センサ４０により検出される回路圧が回路設定圧Ｐに達しているか否かを判断する（ステップＳ１）。ここで、検出された回路圧が回路設定圧Ｐに達していると判断された場合には、続いて、コントローラ３６に内蔵されるタイマＴがカウント中であるか否かが判断される（ステップＳ２）。そして、タイマＴがカウント中の場合、あるいはタイマＴがカウント中でない場合にはタイマをスタートさせた後、タイマＴのカウントが予め設定される所定時間Ｔｓを経過したか否かが判断される（ステップＳ３）。

前記ステップＳ３の判断において、所定時間Ｔｓを経過したと判断された場合、コントローラ３６は、前述した第一の実施の形態と同様の『ポンプ出力低下制御』を行う。而して、圧力センサ４０により検出される回路圧が回路設定圧Ｐに達してから所定時間Ｔｓを経過した場合には、コントローラ３６から容量可変装置１５ａ、１６ａに対して油圧ポンプ１５、１６の出力（油圧ポンプ１５、１６の出力トルク、出力馬力、あるいはエンジン１７から油圧ポンプ１５、１６に供給される吸収トルク、吸収馬力）を予め設定される設定出力値まで低下させるよう制御指令が出力されるが、このとき、エンジン回転数を低下させる制御は行われないようになっている。

一方、コントローラ３６は、前記ステップＳ１において、圧力センサ４０により検出される回路圧が回路設定圧Ｐに達していないと判断された場合、タイマＴをリセットした後、前述した第一の実施の形態と同様の『ポンプ出力通常制御』を行う。また、ステップＳ３において、タイマＴのカウントが所定時間Ｔｓを経過していない場合にも、『ポンプ出力通常制御』を行うように構成されている。

つまり、この第二の実施の形態では、コントローラ３６は、油圧ポンプ１５、１６の吐出油が供給される油圧回路の回路圧が、リリーフ弁３９によって設定される回路設定圧Ｐに達してから所定時間Ｔｓ経過した場合に、作業アタッチメント７による作業負荷が予め設定される設定負荷以上であると判断して、『ポンプ出力低下制御』を行い、これにより、エンジン１７や油圧系が過熱状態になってしまうことを未然に防止できるようになっている。

而して、この第二の実施の形態においても、前記第一の実施の形態と同様に、エンジン１７や油圧系がオーバーヒートしてしまうことを未然に防止し得て、作業能率の向上に寄与できる。

油圧ショベルの斜視図である。 第一の実施の形態におけるオーバーヒート防止システムを示す回路図である。 第一の実施の形態におけるポンプ出力制御を示すフローチャート図である。 第二の実施の形態におけるオーバーヒート防止システムを示す回路図である。 第二の実施の形態におけるポンプ出力制御を示すフローチャート図である。

符号の説明

７ 作業用アタッチメント
１４ 作業用油圧アクチュエータ
１５ 油圧ポンプ
１５ａ 容量可変装置
１６ 油圧ポンプ
１６ａ 容量可変装置
３４ 圧力センサ
３５ 圧力センサ
３６ コントローラ
３８ 出力低下設定スイッチ
３９ リリーフ弁
４０ 圧力センサ

Claims (4)

1. 複数の作業用アタッチメントのなかから任意の作業用アタッチメントを選択し、該選択した作業用アタッチメントを着脱自在に装着できると共に、該装着された作業用アタッチメントを、油圧ポンプから吐出される作動油で作動せしめるように構成してなる作業用機械において、前記装着した作業用アタッチメントによる作業負荷が予め設定される設定負荷以上の負荷であると判断される場合に、ポンプ出力を低下させるべく油圧ポンプの出力低下制御を行うことを特徴とする作業用機械におけるオーバーヒート防止システム。
2. 請求項１において、作業用アタッチメントによる作業負荷が予め設定される設定負荷以上の負荷であるか否かの判断は、装着される作業用アタッチメントの種類に基づいて行われることを特徴とする作業用機械におけるオーバーヒート防止システム。
3. 請求項１において、作業用アタッチメントによる作業負荷が予め設定される設定負荷以上の負荷であるか否かの判断は、装着される作業用アタッチメントの種類および作動時間に基づいて行われることを特徴とする作業用機械におけるオーバーヒート防止システム。
4. 請求項１において、作業用アタッチメントによる作業負荷が予め設定される設定負荷以上の負荷であるか否かの判断は、油圧ポンプからの吐出油が供給される油圧回路の回路圧が、リリーフ弁によって設定される回路設定圧に達してからの経過時間に基づいて行われることを特徴とする作業用機械におけるオーバーヒート防止システム。

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