JP2009270267A

JP2009270267A - 流体圧制御装置および作業機械

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Publication number: JP2009270267A
Application number: JP2008119180A
Authority: JP
Inventors: Yuki Iteya; 優喜射手矢; Akihiko Soga; 彰彦曽我
Original assignee: Caterpillar Japan Ltd
Current assignee: Caterpillar Japan Ltd
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2009-11-19

Abstract

【課題】１ポンプ型の構成でも流体圧アクチュエータに応じた流量切換えに対応しつつ、低コスト化および操作性の向上が可能な流体圧制御装置を提供する。
【解決手段】アタッチメント操作ペダル47に、流体圧アクチュエータに給排する作動流体の流量の上限を所定値に設定するように動作範囲を設定する長穴ｂおよび切欠穴ｃを設ける。流体圧アクチュエータに給排する作動流体の流量の上限を長穴ｂあるいは切欠穴ｃにより設定する所定値の半分に設定するようにアタッチメント操作ペダル47の動作範囲を設定する長穴ｄおよび長穴ｅを設ける。長穴ｂ、切欠穴ｃ、長穴ｄ、長穴ｅのいずれかと係止ピン84との相対的な位置関係によりアタッチメント操作ペダル47の動作範囲を制限する。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体圧アクチュエータの動きを手動制御する操作弁の操作量を手動入力するペダルを有する流体圧制御装置およびこれを備えた作業機械に関する。

従来、例えば作業機械としての油圧ショベルは、下部走行体上に上部旋回体が旋回可能に設けられ、この上部旋回体に作業装置が可動的に設けられている。

作業装置は、上部旋回体に対して基端側が回動可能に軸支されたブームと、このブームの先端に回動可能に設けられたアームと、このアームの先端側に回動可能に設けられたバケットとを備え、これらブーム、アームおよびバケットが、流体圧アクチュエータである油圧シリンダによってそれぞれ回動動作されるように構成されている。

各油圧シリンダに供給される圧油は、上部旋回体に搭載されたキャブ内に位置する操作レバーあるいは操作ペダルなどの操作部の操作量に応じて操作弁から流出する。すなわち、圧油の流量は、オペレータが操作レバーの操作量あるいは操作ペダルの踏込量を可変させることで、これら操作量あるいは踏込量に対応して設定される。

ところで、操作弁からの圧油の流量は、各アクチュエータを動作させるために必要な流量に設定されている。例えばブレーカなどのアタッチメント用の油圧シリンダを駆動するために必要な圧油の流量は、例えばブーム用、アーム用あるいはバケット用の油圧シリンダを駆動するために必要となる圧油の流量よりも少ない。

このため、圧油を吐出するためのメインの油圧ポンプを単数使用する場合と複数使用する場合とを所定のスイッチ操作などによって切換えることで、油圧シリンダの種類に対応して圧油の最大流量を切換える構成が知られている(例えば、特許文献１参照。)。
特開２００２−２０１６７５号公報(第３−４頁、図１)

しかしながら、近年、コスト面などを考慮してメインの油圧ポンプを１つだけとした、いわゆる１ポンプ型の構成が主流となってきており、上記のように単独の油圧ポンプと複数の油圧ポンプとを切換える構成では、このような１ポンプ型の油圧回路においては対応できないという問題点を有している。

この点、例えば電磁弁を用いて流量を調整する構成とすることも考えられるものの、電磁弁を用いるとコスト面で割高となるという問題点を有している。

また、上記いずれの構成においても、油圧シリンダに給排される作動油の流量の上限をオペレータ自身のペダルの踏込量によって調整しなければならないので、ペダル操作に熟練を要し、操作性が良好でないという問題点もある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、１ポンプ型の構成でも流体圧アクチュエータに応じた流量切換えに対応しつつ、低コスト化および操作性の向上が可能な流体圧制御装置およびこれを備えた作業機械を提供することを目的とするものである。

請求項１記載の発明は、作動部を作動させる流体圧アクチュエータの動きを手動制御する操作弁と、この操作弁に設けられ操作弁の操作量を手動入力するペダルと、このペダルを可動可能に支持するペダルサポートと、ペダルとペダルサポートとのいずれか一方に設けられ、流体圧アクチュエータに給排される作動流体の流量の上限を所定値に設定するようにペダルサポートに対するペダルの動作範囲を設定するための第１設定部と、ペダルとペダルサポートとのいずれか一方に設けられ、流体圧アクチュエータに給排される作動流体の流量の上限を第１設定部により設定される所定値より少量に設定するようにペダルサポートに対するペダルの動作範囲を設定するための第２設定部と、これら第１設定部と第２設定部とのいずれかとの相対的な位置関係によりペダルサポートに対するペダルの動作範囲を制限する脱着可能な係止ピンとを具備した流体圧制御装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の流体圧制御装置において、第１設定部および第２設定部は、流体圧アクチュエータへの作動流体の一方向流れと双方向流れとの各制御に対応してそれぞれ複数設けられているものである。

請求項３記載の発明は、機体と、作動部と、請求項１または２記載の流体圧制御装置と、この流体圧制御装置のペダルにより手動入力された操作量で動作した操作弁を介して動きが制御されることで作動部を動作させる流体圧アクチュエータとを具備した作業機械である。

請求項１記載の発明によれば、ペダルとペダルサポートとのいずれか一方に、流体圧アクチュエータに給排される作動流体の流量の上限を所定値に設定するようにペダルサポートに対するペダルの動作範囲を設定する第１設定部と、流体圧アクチュエータに給排される作動流体の流量の上限を第１設定部により設定される所定値より少量に設定するようにペダルサポートに対するペダルの動作範囲を設定する第２設定部とをそれぞれ設け、これら第１設定部と第２設定部とのいずれかと係止ピンとの相対的な位置関係によりペダルサポートに対するペダルの動作範囲を制限することにより、例えば１ポンプ型の構成でも流体圧アクチュエータに応じた流量切換えに対応でき、電磁弁などを用いる場合よりも低コスト化できるとともに、ペダルの操作量によって作動流体の流量の上限を設定する場合と比較して操作性を向上できる。

請求項２記載の発明によれば、流体圧アクチュエータへの作動流体の一方向流れと双方向流れとの各制御に対応して第１設定部と第２設定部とをそれぞれ複数設けることにより、共通のペダルにより様々な異なる作動部を作動させることができる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の流体圧制御装置によって流体圧アクチュエータの動きを制御して作動部を動作させることにより、構成を簡略化でき低コスト化できるとともに、操作性を向上できる。

以下、本発明の一実施の形態を図１乃至図９を参照しながら詳細に説明する。

図８および図９に示されるように、作業機械11は、機体12として、履帯により走行可能な下部走行体13と、この下部走行体13に対し旋回可能に設けられた小旋回型の上部旋回体14とを備え、この上部旋回体14には、図示されないエンジンやこのエンジンにより駆動される流体圧(油圧)ポンプを有する動力装置と、オペレータの運転室であるキャブ18と、小旋回型の作業装置19とが搭載された油圧ショベルである。

この作業装置19は、上部旋回体14にブーム21が上下方向回動自在に軸支され、このブーム21の上部にはオフセット機構22が設けられ、このオフセット機構22により左右方向へ平行移動可能なアーム23が前後方向回動自在に軸支され、このアーム23の先端にバケット24が回動自在に軸支され、そして、ブーム21は、流体圧アクチュエータとしてのブームシリンダ25により上下方向に回動され、アーム23は、ブーム21のオフセット機構22に設けられた流体圧アクチュエータとしてのオフセットシリンダ26により左右方向に平行移動されるとともに、流体圧アクチュエータとしてのアームシリンダ27により前後方向に回動され、バケット24は、リンク機構28を介して流体圧アクチュエータとしてのバケットシリンダ29により回動される。

バケット24は、作動部としての作業用アタッチメントであるグラップル31(図４(a))、あるいは作動部としての作業用アタッチメントであるブレーカ32(図４(b))などに換装可能となっている。

グラップル31は、家屋解体用、スクラップ処理用、産業廃棄物処理用、石積み作業用または林業用のアタッチメントであり、図４(a)に示されるように、本体部33に１対の把持体34が開閉自在に軸支され、機体12から供給される流体圧(油圧)により伸縮動作される流体圧アクチュエータとしてのグラップルシリンダ35と、必要であれば把持体間連動機構(図示せず)とにより、１対の把持体34が開閉駆動される。ここでは、グラップルシリンダ35の伸び動作により、把持体34は閉じ動作するものとする。

また、ブレーカ32は、解体用、あるいは砕石用などのアタッチメントであり、図４(b)に示されるように、本体部37内に流体圧アクチュエータとしての油圧アクチュエータ38が取付けられているとともに、油圧アクチュエータ38の先端にチゼル39が接続され、油圧アクチュエータ38の伸縮動作によりチゼル39が伸縮するように構成されている。

そして、図５に示されるように、キャブ18内では、機体12の一部を構成するプラットホーム41上にオペレータ着座用のシート42が設けられ、このシート42の左右両側にそれぞれコンソールボックス43が配置され、これらのコンソールボックス43の前端部上にそれぞれ作業用操作レバー44が突出され、また、シート42の前方に左右１対の走行用ペダル45およびレバー46がそれぞれ配置され、右側の走行用ペダル45のさらに右側にペダルとしてのアタッチメント操作ペダル47が配置されている。

アタッチメント操作ペダル47は、図１に示されるようにプラットホーム41に取付板51を介してボルト52により固定された操作弁であるパイロット弁53の上部に、揺動支軸54により揺動自在に軸支され、これらの揺動支軸54を支点に、つま先操作部55およびかかと操作部56を、右の足のつま先およびかかとによりそれぞれ揺動操作可能に設けられている。アタッチメント操作ペダル47の下側には一対の取付板57が一体に設けられている。

図６および図７に示されるように、このアタッチメント操作ペダル47を足で踏んで操作することにより操作量が手動入力されるパイロット弁53は、グラップル31、あるいはブレーカ32などの作業用アタッチメントの流体圧アクチュエータの動作を制御するコントロール弁61をパイロット操作する。このコントロール弁61は、メインポンプ62からグラップルシリンダ35および油圧アクチュエータ38などの流体圧アクチュエータに供給され流体圧アクチュエータからタンク63に戻される作動流体を方向制御および流量制御するスプールを備えている。

パイロット弁53は、つま先により操作される減圧弁64と、かかとにより操作される減圧弁65とを備え、これらの減圧弁64，65のパイロット１次圧ライン66には、パイロットポンプ67が接続され、戻りライン68はタンク63に連通されている。

アタッチメント操作ペダル47のつま先操作によりパイロット弁53からパイロット圧が出力されるつま先操作ポート71は、パイロットライン72を経てコントロール弁61のスプール一端側に連通されている。

一方、アタッチメント操作ペダル47のかかと操作によりパイロット弁53からパイロット圧が出力されるかかと操作ポート73は、パイロットライン74を経てコントロール弁61のスプール他端側に連通されている。

アタッチメント操作ペダル47のかかと操作によりパイロット弁53からパイロット圧が出力されるかかと操作ポート73は、タンク63に連通されている。

図１に示されるように、アタッチメント操作ペダル47のつま先操作部55の下側には、このアタッチメント操作ペダル47を係脱可能に係止する係止機構81が設置されている。この係止機構81は、アタッチメント操作ペダル47の動作、および、アタッチメント操作ペダル47により手動入力されるパイロット弁53の操作量に対応した作動流体の流量の上限を選択可能なものである。

係止機構81は、板金により凹型に折曲形成されたペダルサポートとしてのピン挿入板82が、アタッチメント操作ペダル47のつま先操作部55の下側にて、プラットホーム41にそれぞれ固定配置され、このピン挿入板82にて、アタッチメント操作ペダル47のつま先操作およびかかと操作を不可能とする係止位置に係止用ピン挿入孔Ａが穿設され、また、ピン挿入板82にて、アタッチメント操作ペダル47のつま先操作を可能とし、かかと操作を不可能とする位置にワンウェイフル流量用ピン挿入孔Ｂが穿設され、さらに、ピン挿入板82にて、アタッチメント操作ペダル47のつま先操作およびかかと操作を可能とする位置にツーウェイフル流量用ピン挿入孔Ｃが穿設され、また、ピン挿入板82にて、アタッチメント操作ペダル47のつま先操作を可能とし、かかと操作を不可能する位置にワンウェイハーフ流量用ピン挿入孔Ｄが穿設され、かつ、ピン挿入板82にて、アタッチメント操作ペダル47のつま先操作およびかかと操作を可能とする位置にツーウェイハーフ流量用ピン挿入孔Ｅが穿設されている。

これらのピン挿入孔Ａ〜Ｅの中から選択された１つに、ピン挿入板82に係止ピン84が脱着可能に挿入されている。この係止ピン84は、例えば図示されないチェーンなどによりピン挿入板82に接続されている。

そして、図１乃至図３に示されるように、アタッチメント操作ペダル47上には、オペレータの足を載置するための樹脂製などのカバー86が取付けられている。また、このアタッチメント操作ペダル47の各取付板57には、係止用ピン挿入孔Ａに挿入された係止ピン84が挿通される係止孔ａが穿設され、また、ワンウェイフル流量用ピン挿入孔Ｂに挿入された係止ピン84が挿通される第１設定部としての長穴ｂが係止孔ａの前方に穿設され、さらに、ツーウェイフル流量用ピン挿入孔Ｃに挿入された係止ピン84が嵌合される第１設定部としての切欠穴ｃが係止孔ａの下方に切り欠き形成され、また、ワンウェイハーフ流量用ピン挿入孔Ｄに挿入された係止ピン84が挿通される第２設定部としての長穴ｄが長穴ｂの前方に穿設され、かつ、ツーウェイハーフ流量用ピン挿入孔Ｅに挿入された係止ピン84が挿通される第２設定部としての長穴ｅが長穴ｂと長穴ｄとの間の位置に穿設されている。さらに、アタッチメント操作ペダル47の取付板57，57の下部間は、下板87により連続しており、この下板87には、アタッチメント操作ペダル47を揺動支軸54に軸支するための軸支板88をボルトなどによって取付けるための取付穴89が穿設されている。

切欠穴ｃは、アタッチメント操作ペダル47の全動作範囲において取付板57(アタッチメント操作ペダル47)と係止ピン84とが干渉しないように形成されている。

長穴ｄは、長穴ｂよりも短く形成され、挿入された係止ピン84に対して両端部で干渉することにより、アタッチメント操作ペダル47のつま先操作時の上限の動作範囲(ストローク)、すなわちグラップルシリンダ35および油圧アクチュエータ38などの流体圧アクチュエータに給排される作動流体の流量の上限を、長穴ｂの両端部とこの長穴ｂに挿入された係止ピン84との干渉により設定される所定の上限の動作範囲よりも少量、例えば約半分に設定している。

長穴ｅは、挿入された係止ピン84に対して両端部で干渉することにより、アタッチメント操作ペダル47のつま先操作およびかかと操作時のそれぞれの上限の動作範囲を、切欠穴ｃで設定される所定の上限の動作範囲よりも少量、例えば約半分に設定している。

なお、本実施の形態では、アタッチメント操作ペダル47の動作量と、グラップルシリンダ35および油圧アクチュエータ38などの流体圧アクチュエータに給排される作動流体の流量とは、互いに比例する関係としているが、それらの比例関係は任意に設定できる。

そして、アタッチメント操作ペダル47、パイロット弁53、係止機構81、各穴ｂ〜ｅなどにより、流体圧制御装置90が構成されている。

次に、上記一実施の形態の作用効果を説明する。

アタッチメント操作ペダル47は、ピン挿入板82の係止用ピン挿入孔Ａおよび取付板57の係止孔ａ(以下、これらを「Ａ位置」という)に係止ピン84を挿入すると、ペダル動作をロックすることができるので、グラップル31あるいはブレーカ32などが設置されていない場合(例えばバケット24を装着する場合など)に対応できる。

アタッチメント操作ペダル47は、ピン挿入板82のワンウェイフル流量用ピン挿入孔Ｂおよび取付板57の長穴ｂ(以下、これらを「Ｂ位置」という)に係止ピン84を挿入すると、係止ピン84が長穴ｂの下端に位置し、つま先操作により、例えば作動流体の所定のフル流量での一方向流れ(ワンウェイ)に対応するブレーカ32を伸縮動作させる油圧アクチュエータ38の伸縮動作が可能となる。

アタッチメント操作ペダル47は、ピン挿入板82のツーウェイフル流量用ピン挿入孔Ｃ(以下、これらを「Ｃ位置」という)に係止ピン84を挿入すると、つま先操作およびかかと操作により、例えば作動流体の所定のフル流量での双方向流れ(ツーウェイ)に対応するグラップル31を開閉動作させるグラップルシリンダ35の伸縮動作が可能となる。

アタッチメント操作ペダル47は、ピン挿入板82のワンウェイハーフ流量用ピン挿入孔Ｄおよび取付板57の長穴ｄ(以下、これらを「Ｄ位置」という)に係止ピン84を挿入すると、係止ピン84が長穴ｄの下端に位置し、つま先操作により、Ｂ位置で設定される作動流体の上限の流量よりも少量の上限の流量、例えば半分(ハーフ)の流量での一方向流れ(ワンウェイ)に対応するブレーカ32を伸縮動作させる油圧アクチュエータ38の伸縮動作が可能となる。

アタッチメント操作ペダル47は、ピン挿入板82のツーウェイハーフ流量用ピン挿入孔Ｅおよび取付板57の長穴ｅ(以下、これらを「Ｅ位置」という)に係止ピン84を挿入すると、係止ピン84が長穴ｅの上下方向の中間に位置し、つま先操作およびかかと操作により、Ｃ位置で設定される作動流体の上限の流量よりも少量の上限の流量、例えば半分(ハーフ)の流量での双方向流れ(ツーウェイ)に対応するグラップル31を開閉動作させるグラップルシリンダ35の伸縮動作が可能となる。なお、図１の想像線に、Ｅ位置に係止ピン84を挿入した場合のアタッチメント操作ペダル47の動作範囲を示す。

すなわち、アタッチメント操作ペダル47に、グラップルシリンダ35あるいは油圧アクチュエータ38などの流体圧アクチュエータに給排される作動流体の流量の上限を所定値に設定するようにアタッチメント操作ペダル47の動作範囲を設定する長穴ｂあるいは切欠穴ｃと、流体圧アクチュエータに給排される作動流体の流量の上限を長穴ｂあるいは切欠穴ｃにより設定される所定値より少量、例えば半分に設定するようにアタッチメント操作ペダル47の動作範囲を設定する長穴ｄあるいは長穴ｅとをそれぞれ設け、係止ピン84をＢ位置乃至Ｅ位置のいずれかに選択的に挿入して、これら長穴ｂ、切欠穴ｃ、長穴ｄ、あるいは長穴ｅと係止ピン84との相対的な位置関係、換言すれば、これら長穴ｂ、切欠穴ｃ、長穴ｄ、あるいは長穴ｅと係止ピン84との干渉あるいは非干渉などによる物理的な位置規制によりアタッチメント操作ペダル47の動作範囲を制限することにより、例えば１ポンプ型の構成でも流体圧アクチュエータに応じた流量切換えに対応でき、電磁弁などを用いる場合よりも低コスト化できるとともに、アタッチメント操作ペダル47の操作量によって作動流体の流量の上限を設定する場合と比較して操作性を向上できる。

しかも、係止ピン84は、オペレータがシート42に座った状態でも容易に脱着操作できる。

また、流体圧アクチュエータへの作動流体の一方向流れの制御に対応して長穴ｂと長穴ｄとを設け、双方向流れの制御に対応して切欠穴ｃと長穴ｅとを設けることにより、係止ピン84の差し替えだけで、共通のアタッチメント操作ペダル47により様々な異なる作動部を作動させることができる。

さらに、作業機械11が流体圧制御装置90を備えることで、構成を簡略化でき低コスト化できるとともに、オペレータの操作性が向上する。

なお、上記一実施の形態において、第１設定部および第２設定部はペダルサポート側に設けてもよい。

また、作動部となる作業用アタッチメントとしては、グラップル31およびブレーカ32だけでなく、他の様々なものに対応して用いることができる。

さらに、作業装置19としては、オフセット機構22を備えないものとしてもよい。

そして、作業機械としては、油圧ショベルだけでなく、流体圧アクチュエータにより動作させる作動部を備えた任意のものに対応できる。

本発明に係る流体圧制御装置の一実施の形態を示す側面図である。同上流体圧制御装置のペダルを示す側面図である。同上流体圧制御装置のペダルを示す下面図である。 (a)は同上流体圧制御装置の作動部の一例を示す側面図、(b)は同上流体圧制御装置の作動部の他の例を示す側面図である。同上流体圧制御装置を備えた作業機械のキャブ内を示す斜視図である。同上流体圧制御装置の作動流体の一方向流れに対応する流体圧アクチュエータを備えた流体圧回路図である。同上流体圧制御装置の作動流体の双方向流れに対応する流体圧アクチュエータを備えた流体圧回路図である。同上作業機械を示す側面図である。同上作業機械を示す平面図である。

符号の説明

ｂ第１設定部としての長穴
ｃ第１設定部としての切欠穴
ｄ第２設定部としての長穴
ｅ第２設定部としての長穴
11 作業機械
12 機体
31 作動部としてのグラップル
32 作動部としてのブレーカ
35 流体圧アクチュエータとしてのグラップルシリンダ
38 流体圧アクチュエータとしての油圧アクチュエータ
47 ペダルとしてのアタッチメント操作ペダル
53 操作弁であるパイロット弁
82 ペダルサポートとしてのピン挿入板
84 係止ピン
90 流体圧制御装置

Claims

作動部を作動させる流体圧アクチュエータの動きを手動制御する操作弁と、
この操作弁に設けられ操作弁の操作量を手動入力するペダルと、
このペダルを可動可能に支持するペダルサポートと、
ペダルとペダルサポートとのいずれか一方に設けられ、流体圧アクチュエータに給排される作動流体の流量の上限を所定値に設定するようにペダルサポートに対するペダルの動作範囲を設定するための第１設定部と、
ペダルとペダルサポートとのいずれか一方に設けられ、流体圧アクチュエータに給排される作動流体の流量の上限を第１設定部により設定される所定値より少量に設定するようにペダルサポートに対するペダルの動作範囲を設定するための第２設定部と、
これら第１設定部と第２設定部とのいずれかとの相対的な位置関係によりペダルサポートに対するペダルの動作範囲を制限する脱着可能な係止ピンと
を具備したことを特徴とする流体圧制御装置。
第１設定部および第２設定部は、流体圧アクチュエータへの作動流体の一方向流れと双方向流れとの各制御に対応してそれぞれ複数設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の流体圧制御装置。
機体と、
作動部と、
請求項１または２記載の流体圧制御装置と、
この流体圧制御装置のペダルにより手動入力された操作量で動作した操作弁を介して動きが制御されることで作動部を動作させる流体圧アクチュエータと
を具備したことを特徴とする作業機械。