JP2011245988A - ホイールローダ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】操舵角検出器55から送出される操舵角度の情報に基づいて、各電動モータMA〜MDそれぞれの回転数NA〜NDを算出し、その結果に基づいて各電動モータMA〜MDを駆動する。ハンドル54の操作中における外輪側の電動モータMAとMCの回転数NAとNCの大小関係と内輪側の電動モータMBとMDの回転数NBとNDの大小関係とは、逆となっている。このため、前フレーム3と後フレーム9は、ハンドル54の操舵操作角対応した屈曲角θに屈曲する。このようにして、各電動モータMA〜MDにより車体1の換向を行うことができる。
【選択図】図5
Description
上記のホイールローダでは、エンジンに発電機を連結し、エンジンの駆動軸の回転により発電機を駆動する。そして、発電機からの電力を各電動モータに供給して、前輪および後輪を駆動する。また、ホイールローダでは、旋回走行する際に、前フレームおよび後フレームを屈曲し、車体を換向するが、この車体の換向は、操舵操作に伴って伸縮するステアリング用油圧シリンダによってなされる(例えば、特許文献1参照)。
図1はハイブリッドホイールローダの外観斜視図であり、図2は、図1に図示されたハイブリッドホイールローダの上面図であり、図3は、図2に図示されたホイールローダが屈曲された状態の上面図であり、図4は図1に図示されたハイブリッドホイールローダの側面図である。但し、図2〜図4では、図1に図示された作業装置(バケット)は、図示を省略されている。
前部車体2は、ハイブリッドホイールローダ100の前側に配置されており、略箱状に形成された前フレーム3と、この前フレーム3の下側に設けられた前車軸4と、この前車軸4の左、右両端に設けられた前輪5A、5Bと、前フレーム3の前側に俯仰動可能に取付けられた作業装置6とを備えている。
後フレーム9は、エンジン、電動/発電機および油圧ポンプ等の駆動源8が収容された収容枠部9Aと、この収容枠部9Aの前側に設けられた結合部9Bとによって構成されている。電動/発電機および油圧ポンプについては後述する。
これにより、結合フレーム18は、屈曲軸Zを中心にして前フレーム3と後フレーム9とを、図3に図示されるように、左右方向に屈曲可能に連結している。また、結合フレーム18の結合軸20は、軸受(図示せず)によってロール軸Oを中心に回転可能に軸支されている。このように、結合フレーム18は、前フレーム3と後フレーム9とを相対ロール運動可能に連結している。
先ず、電気回路について説明する。上述した如く、前フレーム3と後フレーム9は、連結軸19を中心として回動可能に連結されている。前フレーム3には、一対の電動モータMAおよびMBが前車軸4を介して取付けられている。後フレーム9には、一対の電動モータMCおよびMDが後車軸10を介して取付けられている。
各電動モータMA〜MDは、電源制御部51からの制御信号によって回転駆動される。
目標回転数NA〜NDを算出する。そして、各電動モータMA〜M Dのインバータに各目標回転数NA〜NDに応じた制御信号を出力し、各電動モータMA〜M Dをそれぞれの回転数NA〜NDで回転させる。これにより、前フレーム3と後フレーム9とは操舵操作に対応する屈曲角に屈曲される。
ステアリング用油圧シリンダ22Lおよび22Rには、ステアリング油圧用ポンプ61から吐出された圧油が方向制御弁62を介して給油される。また、ステアリング用油圧シリンダ22Lおよび22Rから排出された排油は、アンチボイド付リリーフバルブ(アンチボイドバルブ)63、64を介してタンク66に戻される。
図6は、ハンドル54を操作する前の状態を示す模式的な平面図である。この状態では、前フレーム3と後フレーム9の中心軸は一致し、連結軸19の中心軸を通る1つの直線上に位置する。この状態では、前フレーム3に取付けられた電動モータMA、MBおよび後フレーム9に取付けられた電動モータMC、MDは、それぞれ、対応する各前輪5A、5B、後輪5C、5Dを同一の回転数NA〜NDで回転している。また、ステアリング油圧シリンダ22Lおよび22Rのロッドは、同一の長さに引き出されている。
車体1が屈曲されるに伴い、内輪側となるステアリング油圧シリンダ22Lは、前フレーム3と後フレーム9との距離が小さくなるため縮退する。また、外輪側となるステアリング油圧シリンダ22Rは、前フレーム3と後フレーム9との距離が大きくなるため伸張する。
連結軸19の中心と前車軸4の中心軸との距離LFと連結軸19の中心と後車軸9の中心軸との距離LRとが等しい場合、前輪5Aの回転数NAと後輪5Cの回転数NCとは同一であり、後輪5Cは前輪5Aと同一半径Rout上を旋回走行する。前輪5Bの回転数NBと後輪5Dの回転数NDとは同一であり、後輪5Dは前輪5Bと同一半径Rin上を旋回走行する。上述したように、連結軸19の中心と前車軸4の中心軸との距離LFと連結軸19の中心と後車軸9の中心軸との距離LRとが異なる場合は、距離LFと距離LRの長さの比に対応して、前輪5A、5Bの回転半径と後輪5C、5Dの回転半径とは異なるものとなり、後輪5C、5Dは前輪5A、5Bの回転半径の外側または内側を旋回走行する。
次に、本発明に係るホイールローダ100の動作について説明する。
旋回動作の処理フローは、ステップS1に示すように、ホイールローダ100が、電動モータMC〜MDの各回転数NA〜NDが同一で走行し、エンジン8Aの駆動軸が回転してステアリング油圧用ポンプ61が駆動された状態でスタートする。この場合、車体1の屈曲角度θはゼロであるものとして説明する。
(1)車体1の換向は、前輪5A、5B、後輪5C、5Dの各動輪に対応して装着した走行用電動モータMA〜MDの回転数NA〜NDを制御して行われる。このため、車体の換向を油圧シリンダで行う場合に必要とされる大きな油圧装置は不要となりホイールローダのサイズを小型化することができる。また、消費電力が小さくなり、環境に対しても望ましいものとなる。
(2)上記(1)に記載した通り、車体1の換向は、走行用電動モータMA〜MDの回転数NA〜NDを制御して行われるため、極めて高速に遂行される。従来の油圧駆動のみによる換向では油圧操作弁のスプールの応答遅れが蓄積されることにより、ハンドルに設けられた回転角度の目安とするためのノブの位置にズレ(ノブズレ)が生じ、ハンドル操作に支障が生じることがあるが、本発明の実施形態では、このようなノブズレを防止することが可能となる。
(3)加えて、車体の換向を行う際の換向動作の速度は、走行速度に関連付けてプログラミングにより調整をすることが可能となる。このため、高速走行時においても、緩やかに換向するように速度指令値を抑えた制御とすることができ、ホイールローダの横転を防ぐようにすることが容易となる。
(5)上記(4)に記載した如く、本発明のホイールローダにおける実施形態では、換向用としてのステアリング油圧シリンダ22Lおよび22Rを備えている。このため、万が一、走行用電動モータMA〜MDの制御に異常が生じたとしても、車体1の換向は完遂される。よって、従来技術では得ることができない、高い信頼性と安全性を得ることができる。
(1)上記実施形態では、信頼性を確保するために、ステアリング油圧シリンダ22Lおよび22Rを備えたホイールローダとした。しかし、必ずしも、ステアリング油圧シリンダ22Lおよび22Rを備える必要はない。
(2)作業装置をバケットとしたが、除雪装置等、他の作業装置を装備することができる。
(3)ホイールローダをハイブリッド式で説明したが、全電動式とすることも可能である。
(4)前輪および後輪をそれぞれ左右一対としたが、いずれか、または両方を複数対とすることも可能であり、車体が屈曲するホイールローダのすべてに適用することができる。
(5)車体1を換向する際の屈曲角θの制御を、前輪5A、5Bと後輪5C、5Dの回転数に基づいて行う方法に代えて、前フレーム3と後フレーム9の屈曲角θを検出する検出器を装着し、屈曲角θの検出信号に基づいて行うようにしてもよい。
2 前部車体
3 前フレーム
4 前車軸
5A、5B、5C、5D 前輪
7 後部車体
8 駆動源
8A エンジン
8B 電動/発電機
9 後フレーム
10 後車軸
15 プロペラシャフト
19 連結軸
22L、22R ステアリング油圧シリンダ
32B、32F デファレンシャル装置
50 制御装置
51 電源制御部
54 ハンドル
55 操舵角検出器
56A、56B、56C、56D 回転数検出器
63、64 アンチボイド付リリーフバルブ(アンチボイドバルブ)
MA、MB、MC、MD 電動モータ
NA、NB、NC、ND 電動モータ(前輪、後輪)の回転数
Claims (5)
- 前フレームと後フレームとが連結部において操舵可能に連結された車体と、
前記連結部を挟んで、前記前フレームに取り付けられた少なくとも一対の前輪および前記後フレームに取り付けられた少なくとも一対の後輪と、
前記一対の前輪を駆動する一対の前輪用電動モータおよび前記一対の後輪を駆動する一対の後輪用電動モータと、
操舵操作を行っている間は、前記前フレームと前記後フレームとが前記結合部を中心として相互に逆方向に回動するように、前記一対の前輪用電動モータと前記一対の後輪用電動モータを、内輪側同士における速度の大小関係と外輪側同士の速度の大小関係が逆で、かつ、操舵角度に対応する速度差で駆動して前記車体を屈曲する換向制御手段と、
操舵操作が終了したと判断されると、前記一対の前輪用電動モータおよび前記一対の後輪用電動モータを、それぞれ、外輪側と内輪側とに、操舵角度に対応する内外輪の速度差が付くように駆動する旋回走行制御手段と、
を備えることを特徴とするホイールローダ。 - 請求項1に記載のホイールローダにおいて、さらに、それぞれ、前記前フレームと前記後フレームとに連結され、操舵操作に連動する伸縮動作により前記車体を屈曲する一対のステアリング油圧シリンダを有するホイールローダ。
- 請求項2に記載のホイールローダにおいて、前記一対のステアリング油圧シリンダは、前記換向制御手段により駆動される前記電動モータの速度差によって屈曲される前記車体の換向動作に追随して伸縮動作することを特徴とするホイールローダ。
- 請求項3に記載のホイールローダにおいて、さらに、前記一対のステアリング油圧シリンダの各々のボトム室およびロッド室に接続されたアンチボイドバルブを有することを特徴とするホイールローダ。
- 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のホイールローダにおいて、前記連結部は、前記一対の前輪が取り付けられた前車軸と前記一対の後輪が取り付けられた後車軸との距離が等しい中間位置に位置していることを特徴とするホイールローダ。
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