JP2009180065A - 作業機械制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機体に対し作業装置を下げる力を単に減少させるだけでなく、作業装置を下げる力を減少させるタイミングも制限することで、機体の持ち上がりによる振動を抑制できるとともに、機体の落下による振動の発生を防止できる作業機械制御装置を提供する。
【解決手段】メインリリーフ弁36に加えて、コントロール弁24とブームシリンダ17cのロッドエンド側室32との間の出力ライン29に対して、電気チェック弁38と低圧設定用リリーフ弁39を装着することで、ブームシリンダ17cのロッドエンド側室32のリリーフ圧を、高圧（通常圧）と低圧の２段階選択式とする。コントローラ42は、切替スイッチ43がオンであって、かつ、圧力センサ41により検出したブームシリンダ17cのロッドエンド側検出圧が低圧であると判断したときのみ、電気チェック弁38を連通位置に切り替え、ロッドエンド側室32のリリーフ圧を、低圧設定用リリーフ弁39により低圧に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リリーフ圧を変更可能な作業機械制御装置に関する。

図４および図５に示されるように、作業機械としての油圧ショベル11は、機体12が、下部走行体13と、この下部走行体13に対し旋回可能に設けられた上部旋回体14とで構成され、この上部旋回体14にオペレータの運転室を形成するキャブ15と、主として掘削用の作業装置16とが搭載されている。

この作業装置16は、上部旋回体14に対し上下方向回動自在に軸支されてブームシリンダ17cにより上下動されるブーム17の先端に、アームシリンダ18cにより回動されるアーム18が回動自在に軸連結され、このアーム18の先端部に、バケットシリンダ19cにより回動されるバケット19が回動自在に軸連結されている。

そして、図４に示されるように、この油圧ショベルで地面Ａを押し固める土羽打ち作業をするときは、ブームシリンダ17cを収縮させて、バケット19を地面Ａに押し付ける度に、機体12が持ち上がってしまい、オペレータに衝撃が伝わり、作業環境が悪くなる。

また、図５に示されるように、油圧ショベル11で壁面Ｂを掻き下げる掻き下げ作業をするときも、同様に、機体12が持ち上がってしまう。

これは、油圧源のポンプ供給圧を設定するリリーフ弁でのリリーフ圧が、掘削作業に必要な高圧（通常圧）に設定されていて、高出力でブーム17を下方へ押し付けるためである。

これを防止するために、土羽打ち作業のような打ち付け作業をする場合に、メインポンプからの圧油の一部を油タンク側に流すように油圧回路を制御することで、ブームシリンダへの圧油供給を低減して、小さなブーム起倒力で作業を行えるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、リリーフ弁のリリーフ圧を２段に切り替えることで、ブームシリンダのロッドを縮める側の圧力を２段に切り替えることにより、通常の掘削作業と、バケットを通常よりも強く押付ける作業とを両立可能にした２段リリーフ弁回路もある（例えば、特許文献２参照）。
特開平８−２０９７５０号公報（第６頁、図２） 実用新案登録第２５６０３３８号公報（第３頁、図１）

このように、ブームシリンダへの圧油供給を変化させて、作業性の向上を図っているが、ブームシリンダのロッドを縮める側のロッドエンド側リリーフ圧を高く設定したまま作業を続けてしまい、バケットを地面に強く押付けることで、図４または図５に示されるように機体が持上がった状態にあるときに、そのロッドエンド側リリーフ圧を、より低いリリーフ圧に設定変更すると、機体持上がり状態を保持できず、機体が地面に落下し、その振動により作業機械オペレータの操作性および作業環境が、かえって悪化する問題がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、機体に対し作業装置を下げる力を単に減少させるだけでなく、作業装置を下げる力を減少させるタイミングも制限することで、機体の持ち上がりによる振動を抑制できるとともに、機体の落下による振動の発生も防止できる作業機械制御装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載された発明は、機体に対し作業装置を上下方向に作動する流体圧シリンダと、この流体圧シリンダを収縮方向に作動させるロッドエンド側のリリーフ圧を通常設定圧とこの通常設定圧より低圧の低圧設定圧とで変更可能なリリーフ圧設定変更手段と、ロッドエンド側のリリーフ圧を通常設定圧および低圧設定圧のいずれか一方に指示する設定圧指示手段と、流体圧シリンダのロッドエンド側圧を検出する圧力センサと、設定圧指示手段により通常設定圧が指示された場合は、リリーフ圧設定変更手段を通常設定圧に制御し、設定圧指示手段により低圧設定圧が指示され、かつ圧力センサで検出されたロッドエンド側圧が一定圧より低い場合は、リリーフ圧設定変更手段を通常設定圧から低圧設定圧に変更制御するコントローラとを具備した作業機械制御装置である。

請求項２に記載された発明は、請求項１記載の作業機械制御装置におけるリリーフ圧設定変更手段が、流体圧シリンダに作動流体を供給するポンプからの吐出圧を通常設定圧に調整するメインリリーフ弁と、流体圧シリンダのロッドエンド側圧を低圧設定圧に調整する低圧設定用リリーフ弁と、この低圧設定用リリーフ弁の入口側に接続された、コントローラからの出力信号により開閉制御される電気チェック弁とを具備したものである。

請求項３に記載された発明は、請求項１または２記載の作業機械制御装置における機体が、下部走行体と、この下部走行体に対し旋回可能に設けられた上部旋回体とを備え、作業装置は、先端部にバケットを備え、流体圧シリンダは、上部旋回体に対し作業装置を上下動するブームシリンダとしたものである。

請求項１に記載された発明によれば、設定圧指示手段からコントローラに通常設定圧を指示した場合は、コントローラがリリーフ圧設定変更手段を通常設定圧に制御して、機体に対し作業装置を通常の力で押し下げる作業をすることができ、一方、設定圧指示手段を通常設定圧より低圧設定圧に変更指示し、かつ圧力センサで検出されたロッドエンド側圧が一定圧より低い場合は、機体に対し作業装置を下げる力を制限して、機体が地面から浮き上がることを抑制するので、機体の持ち上がりによる振動を抑制でき、オペレータの操作性と作業環境を改善できる。さらに、機体が持ち上げ状態にあるときは、この機体持ち上げ状態で設定圧指示手段を通常設定圧から低圧設定圧に切り替えると、機体が地面から浮き上がった姿勢を保持できずに地面に落下するおそれがあるので、このロッドエンド側圧が一定圧より低くない場合は、コントローラがリリーフ圧設定変更手段を通常設定圧より低圧設定圧に変更しないことで、機体の落下による振動の発生を防止でき、オペレータの操作性と作業環境を改善できる。

請求項２に記載された発明によれば、設定圧が異なる２つの既存のリリーフ弁および１つの電気チェック弁により、リリーフ圧設定変更手段を簡単にかつ安価に構成できる。

請求項３に記載された発明によれば、上部旋回体に対し作業装置のバケットを地面や壁面に押し当てたときに下部走行体が地面から浮き上がることがある土羽打ち作業および掻き下げ作業において、オペレータの操作性と作業環境を改善できる。

以下、本発明を、図１乃至図３に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。なお、図４に示された土羽打ち作業時の作業機械、図５に示された掻き下げ作業時の作業機械は、この実施の形態の説明でも参照する。

図４および図５に示されるように、作業機械としての油圧ショベル11の機体12は、下部走行体13に対し上部旋回体14が旋回可能に設けられたものであり、その上部旋回体14に搭載された作業装置16は、先端部にバケット19を備え、流体圧シリンダとしてのブームシリンダ17cによりこの作業装置16を上部旋回体14に対し上下動する。

図１は、上部旋回体14に搭載されたブームシリンダ制御装置を示し、上部旋回体14に搭載されたタンク21から作動流体としての作動油を吸引して吐出するポンプ22の吐出ライン23は、コントロール弁24の供給ポート25に連通接続され、このコントロール弁24の２つの出力ポート26，27は、２つの出力ライン28，29を介して、機体12に対し作業装置16を上下方向に作動する２本の流体圧シリンダとしてのブームシリンダ17cのヘッド側室31とロッドエンド側室32とにそれぞれ連通接続され、コントロール弁24の排出ポート33は戻りライン34を経てタンク21に連通接続されている。

ポンプ22の吐出ライン23とタンク21との間を接続する第１バイパスライン35中には、メインリリーフ弁36が設けられている。このメインリリーフ弁36は、ブームシリンダ17cに作動油を供給するポンプ22からの吐出圧を通常設定圧に調整する圧力制御弁である。

また、ブームシリンダ17cのロッドエンド側室32に連通接続された一方の出力ライン29とタンク21との間を接続する第２バイパスライン37中には、直列に接続された逆止弁内蔵開閉型の電気チェック弁38および低圧設定用リリーフ弁39が設けられている。

電気チェック弁38は、低圧設定用リリーフ弁39の入口側に接続されて、ソレノイド38sに電気信号があると閉位置から開位置に切り替わる開閉弁である。また、低圧設定用リリーフ弁39は、電気チェック弁38が開位置に切り替わると、ブームシリンダ17cのロッドエンド側室32の圧力すなわちロッドエンド側圧を通常設定圧より低圧の低圧設定圧に調整する圧力制御弁である。

前記メインリリーフ弁36、電気チェック弁38および低圧設定用リリーフ弁39は、ブームシリンダ17cを収縮方向に作動させるロッドエンド側のリリーフ圧を通常設定圧とこの通常設定圧より低圧の低圧設定圧とで変更可能なリリーフ圧設定変更手段40を構成している。

さらに、ブームシリンダ17cのロッドエンド側室32に連通接続された一方の出力ライン29には、ブームシリンダ17cのロッドエンド側圧を検出する圧力センサ41が設けられている。

この圧力センサ41は、コントローラ42の入力部に接続されている。このコントローラ42の他の入力部には、ロッドエンド側のリリーフ圧を通常設定圧および低圧設定圧のいずれか一方に指示する設定圧指示手段としての切替スイッチ43が接続されている。コントローラ42の出力部は、電気チェック弁38のソレノイド38sに接続され、電気チェック弁38は、コントローラ42からの出力信号により開閉制御される。

コントローラ42は、切替スイッチ43により通常設定圧が指示された場合は、電気チェック弁38をオフに制御して、リリーフ圧設定変更手段40をメインリリーフ弁36による通常設定圧に制御し、また、切替スイッチ43により低圧設定圧が指示され、かつ圧力センサ41で検出されたロッドエンド側圧が一定圧より低い場合は、電気チェック弁38をオンに制御して、リリーフ圧設定変更手段40を低圧設定用リリーフ弁39による低圧設定圧に変更制御する制御器である。

次に、この実施の形態の作用効果を説明する。

図２は、切替スイッチ43のオン／オフ入力信号波形（ａ）と、圧力センサ41で検出されたブームシリンダ17cのロッドエンド側検出圧のアナログ波形（ｂ）と、コントローラ42のロッドエンド側リリーフ圧選択システムが起動した状態Ｈを示す波形（ｃ）と、ロッドエンド側検出圧のアナログ波形（ｂ）からコントローラ42が高圧Ｈと低圧Ｌとに決定したロッドエンド側検出圧状態のデジタル波形（ｄ）と、コントローラ42から電気チェック弁38に出力されるオン／オフ出力信号波形（ｅ）とを示すタイムチャートである。

このタイムチャートにおいて、切替スイッチ43のオンは、ブームシリンダ17cのロッドエンド側室32のリリーフ圧を、低圧設定用リリーフ弁39による低圧に設定するオペレータ操作であり、切替スイッチ43のオフは、ブームシリンダ17cのロッドエンド側室32のリリーフ圧を、メインリリーフ弁36による高圧（通常圧）に設定するオペレータ操作である。

コントローラ42は、ロッドエンド側検出圧のアナログ波形（ｂ）が一定の高圧（例えば15ＭＰa）まで上昇したときに、ロッドエンド側検出圧状態を高圧Ｈと判断し、ロッドエンド側検出圧のアナログ波形（ｂ）が一定の低圧（例えば12ＭＰa）まで下降したときに、ロッドエンド側検出圧状態を低圧Ｌと判断する。

コントローラ42から電気チェック弁38に出力されるオン／オフ出力信号波形（ｅ）がオンのときは、ブームシリンダ17cのロッドエンド側室32のリリーフ圧を、低圧設定用リリーフ弁39により低圧に設定する実際動作が生じ、オン／オフ出力信号波形（ｅ）がオフのときは、ブームシリンダ17cのロッドエンド側室32のリリーフ圧を、メインリリーフ弁36により高圧（通常圧）に設定する実際動作が生じる。

そして、図２のT1、T4に示されるように、切替スイッチ43をオン操作して、通常圧設定より低圧設定に変更指示したとき、ロッドエンド側検出圧状態のデジタル波形（ｄ）から、ロッドエンド側室32のロッドエンド側圧は低圧Ｌであるとコントローラ42が判断した場合は、オン／オフ出力信号波形（ｅ）に示されるように、リリーフ圧設定変更手段40の電気チェック弁38をオン（開位置）に制御し、低圧設定用リリーフ弁39を機能させることで、機体12に対し作業装置16を下げる力を制限して、図４および図５に示された土羽打ち作業や掻き下げ作業において機体12が地面Ａから浮き上がることを抑制し、機体12の持ち上がりによる振動を抑制することで、オペレータの操作性を向上させる。

また、図２のT2に示されるように、切替スイッチ43からコントローラ42に通常圧設定を指示した場合は、コントローラ42がリリーフ圧設定変更手段40の電気チェック弁38をオフに制御し、ロッドエンド側室32のリリーフ圧をメインリリーフ弁36による高圧（通常圧）に設定して、機体12に対し作業装置16を通常の強力な力で押し下げる作業、例えば掘削作業をする。

一方、図４または図５に示された土羽打ち作業や掻き下げ作業において機体持上げ状態となってしまった場合は、すなわち、図２のT3に示されるように圧力センサ41により検出されたブームシリンダ17cのロッドエンド側検出圧状態のデジタル波形（ｄ）が高圧Ｈの場合は、切替スイッチ43をオフ（通常圧）からオン（低圧）に切り替えた場合でも、その指示通りにロッドエンド側室32のリリーフ圧を低圧に切り替えてしまうと、機体12が姿勢を保持できずに落下するおそれがあるので、このような条件下では、図２のT3に示されるように、切替スイッチ43がオンに操作されても、コントローラ42は、電気チェック弁38をオフの状態に維持し、低圧に切り替えないように制限することで、機体持上げ状態での低圧設定を防止し、機体落下を防止する。すなわち、足場が悪い場所で作業する油圧ショベル11は、落下の勢いが大きいと転倒するおそれがあるので、これを防止する。

これを、図３に示されたフローチャートで説明すると、コントローラ42は、切替スイッチ43がオンか否かを判断し（ステップS1）、切替スイッチ43がオンのときは、圧力センサ41で検出されたブームシリンダ17cのロッドエンド側検出圧状態が、図２（ｄ）に示された低圧Ｌであるか否かを判断し（ステップS2）、切替スイッチ43がオンであって、かつ、ブームシリンダ17cのロッドエンド側検出圧が低圧Ｌのときは、電気チェック弁38をオン操作して連通位置に切り替え（ステップS3）、ブームシリンダ17cのロッドエンド側室32のリリーフ圧を、低圧設定用リリーフ弁39により低圧に設定する（ステップS4）。

一方、ステップS1において切替スイッチ43がオフのとき、およびステップS2において圧力センサ41で検出されたロッドエンド側検出圧状態が図２（ｄ）に示された高圧Ｈのときは、電気チェック弁38をオフ位置にして、ブームシリンダ17cのロッドエンド側室32のリリーフ圧を、メインリリーフ弁36により高圧に設定する（ステップS5）。

このように、メインリリーフ弁36に加えて、コントロール弁24とブームシリンダ17cのロッドエンド側室32との間の出力ライン29から引き出された第２バイパスライン37中に、電気チェック弁38と低圧設定用リリーフ弁39を装着するとともに、コントローラ42に切替スイッチ43を接続して、ブームシリンダ17cのロッドエンド側室32のリリーフ圧を、高圧（通常圧）と低圧の２段階選択式とし、オペレータが作業に応じて任意に選択できるようにしたので、切替スイッチ43からコントローラ42に通常設定圧を指示した場合は、コントローラ42がリリーフ圧設定変更手段40を通常設定圧に制御して、機体12に対し作業装置16を通常の力で押し下げる作業をすることができ、一方、切替スイッチ43を通常設定圧より低圧設定圧に変更指示し、かつ圧力センサ41で検出されたロッドエンド側圧が一定圧より低い場合は、機体12に対し作業装置16を下げる力を制限して、機体12が地面Ａから浮き上がることを抑制するので、機体12の持ち上がりによる振動を抑制でき、オペレータの操作性と作業環境を改善できる。

特に、上部旋回体14に対し作業装置16のバケット19を地面Ａや壁面Ｂに押し当てたときに下部走行体13が地面Ａから浮き上がることがある土羽打ち作業および掻き下げ作業において、オペレータの操作性と作業環境を改善できる。

さらに、メインリリーフ弁36による通常設定圧のまま土羽打ち作業などを行なって、機体12が持ち上げ状態にあるときは、この機体持ち上げ状態で切替スイッチ43を通常設定圧から低圧設定圧に切り替えると、機体12が地面Ａから浮き上がった姿勢を保持できずに地面Ａに落下するおそれがあるので、圧力センサ41で検出されたロッドエンド側圧が一定圧より低くない場合は、コントローラ42がリリーフ圧設定変更手段40を通常設定圧より低圧設定圧に変更しないことで、機体12の落下による振動の発生を防止でき、オペレータの操作性と作業環境を改善できる。

すなわち、機体12に対し作業装置16を下げる力を単に減少させるだけでなく、作業装置16を下げる力を減少させるタイミングも制限することで、機体12の持ち上がりによる振動を抑制できるとともに、機体12の落下による振動の発生も防止できる作業機械制御装置を提供できる。

また、設定圧が異なる２つの既存のメインリリーフ弁36および低圧設定用リリーフ弁39と、１つの電気チェック弁38とにより、リリーフ圧設定変更手段40を簡単にかつ安価に構成できるが、このリリーフ圧設定変更手段40としては、１つのリリーフ弁のスプリングセット荷重をソレノイドアクチュエータにより変化させることで設定圧を変更できるようにした電磁式リリーフ弁に替えても良い。

本発明は、油圧ショベルなどの機体に土工作業に用いられる作業装置が設けられた作業機械に利用可能である。

本発明に係る作業機械制御装置の一実施の形態を示す回路図である。 同上制御装置の働きを説明するためのタイムチャートである。 同上制御装置の制御概要を説明するためのフローチャートである。 作業機械の土羽打ち作業時の機体持ち上げ状態を示す側面図である。 作業機械の掻き下げ作業時の機体持ち上げ状態を示す側面図である。

符号の説明

12 機体
13 下部走行体
14 上部旋回体
16 作業装置
17c 流体圧シリンダとしてのブームシリンダ
19 バケット
22 ポンプ
36 メインリリーフ弁
38 電気チェック弁
39 低圧設定用リリーフ弁
40 リリーフ圧設定変更手段
41 圧力センサ
42 コントローラ
43 設定圧指示手段としての切替スイッチ

Claims (3)

1. 機体に対し作業装置を上下方向に作動する流体圧シリンダと、
   この流体圧シリンダを収縮方向に作動させるロッドエンド側のリリーフ圧を通常設定圧とこの通常設定圧より低圧の低圧設定圧とで変更可能なリリーフ圧設定変更手段と、
   ロッドエンド側のリリーフ圧を通常設定圧および低圧設定圧のいずれか一方に指示する設定圧指示手段と、
   流体圧シリンダのロッドエンド側圧を検出する圧力センサと、
   設定圧指示手段により通常設定圧が指示された場合は、リリーフ圧設定変更手段を通常設定圧に制御し、設定圧指示手段により低圧設定圧が指示され、かつ圧力センサで検出されたロッドエンド側圧が一定圧より低い場合は、リリーフ圧設定変更手段を通常設定圧から低圧設定圧に変更制御するコントローラと
   を具備したことを特徴とする作業機械制御装置。
2. リリーフ圧設定変更手段は、
   流体圧シリンダに作動流体を供給するポンプからの吐出圧を通常設定圧に調整するメインリリーフ弁と、
   流体圧シリンダのロッドエンド側圧を低圧設定圧に調整する低圧設定用リリーフ弁と、
   この低圧設定用リリーフ弁の入口側に接続された、コントローラからの出力信号により開閉制御される電気チェック弁と
   を具備したことを特徴とする請求項１記載の作業機械制御装置。
3. 機体は、下部走行体と、この下部走行体に対し旋回可能に設けられた上部旋回体とを備え、
   作業装置は、先端部にバケットを備え、
   流体圧シリンダは、上部旋回体に対し作業装置を上下動するブームシリンダである
   ことを特徴とする請求項１または２記載の作業機械制御装置。

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