JP2012219462A

JP2012219462A - 作業機の制御装置

Info

Publication number: JP2012219462A
Application number: JP2011083925A
Authority: JP
Inventors: Takuya Yoshikawa; 拓也吉川; Takashi Tazoe; 崇司田添
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-04-05
Filing date: 2011-04-05
Publication date: 2012-11-12

Abstract

【課題】ブームやアームの長さに依存することなく、作業用アタッチメントを鉛直に昇降させることができる作業機の制御装置を提供する。
【解決手段】上部旋回体の前方において鉛直方向に対する掘削ロッドの傾斜角度が所定の閾値を超えた場合には、アクチュエータ駆動制御手段に基づいてアームを引く制御が実行される（ステップ１〜２）。また、上部旋回体の後方において鉛直方向に対する掘削ロッドの傾斜角度が所定の閾値を超えた場合には、アクチュエータ駆動制御手段に基づいてアームを押す制御が実行される（ステップ３〜４）。
【選択図】図４

Description

本発明は、掘削ロッド等の作業用アタッチメントを有する作業機の制御装置に関する。

縦穴掘削、杭打ち等の基礎工事用の作業機として、走行可能な下部走行体に対して旋回可能に設置された上部旋回体の前方にブームとアームを順次連結し、アームの先端に作業用アタッチメントを前後方向に揺動可能に装着された作業機が知られている。この種の作業機は、例えば地盤を掘削する際には、ブームとアームを操作することで、作業用アタッチメントとしてのアースオーガを鉛直に保ったまま昇降させる必要がある。

ところで、地盤を掘削する際にアースオーガを鉛直に保ったまま昇降させるように、複数のアームの回動を制御するアーム式作業機が知られている（例えば、特許文献１参照）。このアーム式作業機では、各々のアームの長さと角度とから各々のアームの軌跡が演算され、この演算に基づいて各々のアームの動作が制御される。

特開昭６３−２１９７８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のアーム式作業機では、各々のアームの軌跡の演算に際して各々のアームの長さを演算制御回路に入力する必要がある。そのため、アームを交換した場合には、交換後のアームの長さを演算制御回路に入力する必要が生じる。

本発明は、ブームやアームの長さに依存することなく、作業用アタッチメントを鉛直に昇降させることができる作業機の制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、走行可能な下部走行体に対して旋回可能に設置された上部旋回体の前方に回動可能に取り付けられたブームと、該ブームの先端部に回動可能に取り付けられたアームと、前記ブームを前記上部旋回体の上下方向に回動させる第１アクチュエータと、前記アームを前記上部旋回体の前後方向に回動させる第２アクチュエータと、前記アームの先端部に前後方向に揺動可能に装着された作業用アタッチメントとを備えた作業機の制御装置であって、前記上部旋回体の前後方向において鉛直方向に対する前記作業用アタッチメントの傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段と、前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータの駆動を制御するアクチュエータ駆動制御手段とを有し、該アクチュエータ駆動制御手段は、前記傾斜角度検出手段によって検出された傾斜角度が所定の閾値を超えた場合に、前記作業用アタッチメントが鉛直となるように前記第２アクチュエータを駆動させることを特徴とする。

本発明によれば、ブームとアームの回動によってアームの先端部が上部旋回体の上下方向に回動して、作業用アタッチメントが上部旋回体の前後方向において鉛直方向に対して傾斜した場合に、この傾斜角度が閾値を超えたときには、アクチュエータ駆動制御手段に基づいて第２アクチュエータの駆動によってアームを回動させて作業用アタッチメントを鉛直とすることができる。そのため、ブームやアームを交換した場合であっても傾斜角度の閾値を変更することなく、作業用アタッチメントを鉛直に昇降させることができる。

本発明の実施形態である作業機の側面図。実施形態のアクチュエータを制御する油圧制御の制御回路図。実施形態の作業機の動作図。本発明の作業機の制御装置に関するフローチャート。

本発明の一実施形態を以下に説明する。まず、図１を用いて、作業機の構成を説明する。

作業機１は、走行可能な下部走行体２と、この下部走行体２に対して旋回可能に設置された上部旋回体３とを備えている。上部旋回体３の前方には運転室１０が設けられている。

また、作業機１は、上部旋回体３の前方に回動可能に取り付けられたブーム１１と、ブーム１１の先端部１１ａに回動可能に取り付けられたアーム１２と、アーム１２の先端部１２ａに前後方向に揺動可能に装着された作業用アタッチメントとしてのアースオーガ１３と、ブーム１１を回動させる第１アクチュエータとしてのブームシリンダ１４と、アーム１２を回動させる第２アクチュエータとしてのアームシリンダ１５とを有する。ブーム１１はブームシリンダ１４を伸縮させることにより上部旋回体３の上下方向に回動され、アーム１２はアームシリンダ１５を伸縮することにより上部旋回体３の前後方向に回動される。

アースオーガ１３は、アーム１２の先端部１２ａに前後方向に揺動可能に装着された駆動部１６と、この駆動部１６に取り付けられた掘削ドリル１７とを有する。駆動部１６では、掘削ドリル１７を回転させて掘削させるための動力が発生する。また、駆動部１６には、掘削ドリル１７の鉛直方向に対する傾斜角度を検出することのできる電子水準器１８が取り付けられている。本実施形態の電子水準器１８は、上部旋回体３の前後方向において鉛直方向に対する掘削ドリル１７の傾斜角度を検出することができる。

次に、図２に基づいてブーム１１とアーム１２の油圧制御について説明する。ブーム１１とアーム１２の油圧制御は、油圧制御機構２０によって実行される。油圧制御機構２０は、ＣＰＵ２１と、第１比例弁２２及び第２比例弁２３と、ブームシリンダ１４に油圧を供給する第１油圧切換弁２４と、アームシリンダ１５に油圧を供給する第２油圧切換弁２５と、アーム１２を引く方向に操作するアームレバー２６と、ブーム１１を下げる方向に操作するブームレバー２７と、オイルポンプ２８、２９、パイロットポンプ３０を有する。

また、図２に示す実線は、ブームシリンダ１４とアームシリンダ１５に供給される油圧の油路を示し、図２に示す点線は、第１比例弁２２及び第２比例弁２３と第１油圧切換弁２４のパイロットポート２４ａ、２４ｂ及び第２油圧切換弁２５のパイロットポート２５ａ、２５ｂに供給される油圧の油路を示し、図２に示す２点鎖線は、ＣＰＵ２１が送受信する信号の経路を示す。

ＣＰＵ２１には、電子水準器１８で検出された掘削ロッド１７の傾斜角度が入力される。ＣＰＵ２１は、この傾斜角度に基づいて、第１比例弁２２及び第２比例弁２３のソレノイド２２ｓ、２３ｓに流す電流を制御する。

第１比例弁２２は、パイロットポンプ３０からの油圧を第２油圧切換弁２５のパイロットポート２５ａに供給する場合と、第２油圧切換弁２５のパイロットポート２５ａに供給された油圧をドレーンする場合とを選択する弁である。この選択は、ソレノイド２２ｓに流れる電流によって定められる。

第２比例弁２３は、パイロットポンプ３０からの油圧を第２油圧切換弁２５のパイロットポート２５ｂに供給する場合と、第２油圧切換弁２５のパイロットポート２５ｂに供給された油圧をドレーンする場合とを選択する弁である。この選択は、ソレノイド２３ｓに流れる電流によって定められる。

第２油圧切換弁２５を介してアームシリンダ１５に供給される油圧について説明する。第２油圧切換弁２５のパイロットポート２５ａ、２５ｂに供給される油圧は、アームレバー２６を操作することによって制御される場合と、第１比例弁２２、第２比例弁２３のソレノイド２２ｓ、２３ｓへの通電によって制御される場合とがある。ソレノイド２２ｓ、２３ｓが通電されているときは、パイロットポート２５ａ、２５ｂに油圧が供給される。

第２油圧切換弁２５のパイロットポート２５ａ、２５ｂの両方に油圧が供給されていないときは、オイルポンプ２９から供給される油圧はドレーンされる。

パイロットポート２５ａのみに油圧が供給されているときは、オイルポンプ２９からアームシリンダ１５に供給される油圧によってアームシリンダ１５が縮み、アーム１２の先端部１２ａは下方に移動する。また、パイロットポート２５ｂのみに油圧が供給されているときは、オイルポンプ２９からアームシリンダ１５に供給される油圧によってアームシリンダ１５が伸び、アーム１２の先端部１２ａは上方に移動する。

第１油圧切換弁２４は、ブームレバー２７の操作で供給される油圧によって切り換わる。第１油圧切換弁２４のパイロットポート２４ａ、２４ｂの両方に油圧が供給されていないときは、オイルポンプ２８から供給される油圧はドレーンされる。

ブームレバー２７の操作によってパイロットポート２４ａのみに油圧が供給されているときは、ブームシリンダ１４に供給される油圧によってブームシリンダ１４が縮み、ブーム１１の先端部１１ａは下方に移動する。また、アームレバー２７の操作によってパイロットポート２４ｂのみに油圧が供給されているときは、ブームシリンダ１４に供給される油圧によってブームシリンダ１４が伸び、ブーム１１の先端部１１ａは上方に移動する。

次に、図２、図３に基づいて、掘削時のアームの制御について説明する。アースオーガ１３は、アーム１２の先端部１２ａに前後方向に揺動可能となるように装着されている。そのため、掘削ロッド１７が地盤ｇに当接されていない状態では、図３（ａ）に示すように、掘削ロッド１７は鉛直となる。

次に、ブームシリンダ１４とアームシリンダ１５とを伸縮させて、アースオーガ１３を下方向に移動させることによって、掘削ロッド１７が地盤ｇに当接する。その後、駆動部１６の動力によって掘削ドリル１７が回転して、地盤ｇが掘削される。地盤ｇの掘削時には、ブームシリンダ１４を縮ませることによってブーム１１が下方に移動すると共に上部旋回体３の前方に移動するため、アーム１２及びアースオーガ１３も下方に移動すると共に上部旋回体３の前方に移動する。そのため、図３（ｂ）に示すように掘削ドリル１７が傾斜する。

この掘削ドリル１７の傾斜角度が一定の閾値を超えたときに、アーム１２の位置を制御して、傾斜角度を小さくし、ひいては掘削ロッド１７を鉛直にするための制御が、図４のフローチャートに示されている。

まず、上部旋回体３の前方向において鉛直方向に対する掘削ロッド１７の正面前方向の傾斜角度が所定の閾値を超えたか否かが判断される（ステップ１）。ステップ１では、電子水準器１８で検出された鉛直方向に対する掘削ロッド１７の傾斜角度がＣＰＵ２１に入力される。この電子水準器１８が傾斜角度検出手段に相当する。

ステップ１で、掘削ロッド１７の傾斜角度が所定の閾値を超えたと判断した場合には、「ＹＥＳ」と判断されてアームシリンダ１５が縮み、油圧制御機構２０によりアーム１２を引く処理（アーム補正処理）が実行される（ステップ２）。
アーム補正処理は、すなわち、ＣＰＵ２１からの信号によってソレノイド２２ｓが通電すると、アームレバー２６を介してパイロットポート２５ａに油圧が供給される。そのため、アームシリンダ１５に供給された油圧によりアームシリンダ１５が縮み、アーム１２がブーム１１に近づく方向に移動する。このステップ２におけるソレノイド２２ｓ及び後述のステップ４におけるソレノイド２３ｓが、アクチュエータ駆動制御手段に相当する。掘削ロッド１７が鉛直になるようにアーム１２を引いたことによってステップ２が完了し、ステップ１に戻る。

一方、ステップ１で、上部旋回体３の前方向において鉛直方向に対する傾斜角度が所定の閾値未満であると判断した場合には、「ＮＯ」と判断されて、次のステップ３に進む。

ステップ３では、上部旋回体３の後方向において鉛直方向に対する掘削ロッド１７の傾斜角度が所定の閾値を超えたか否かが判断される。ステップ３では、電子水準器１８で検出された鉛直方向に対する掘削ロッド１７の傾斜角度がＣＰＵ２１に入力される。

ステップ３で、正面後方向の傾斜角度が所定の閾値を超えたと判断した場合には、「ＹＥＳ」と判断されてアームシリンダ１５が伸び、アーム１２を押す処理（アーム補正処理）が実行される（ステップ４）。アーム１２を押す場合のアーム補正処理は、ソレノイド２３ｓへの通電とパイロットポート２５ｂに油圧が供給される点を除いてアームを引く場合のアーム補正処理と同様に制御される。そして、掘削ロッド１７が鉛直になるようにアーム１２を移動させたことによって、ステップ４が完了し、ステップ１に戻る。また、ステップ３で、上部旋回体３の後方向の傾斜角度が所定の閾値未満であると判断した場合には、「ＮＯ」と判断されて、ステップ１に戻る。

なお、ステップ１〜４の動作において、アーム補正処理によって掘削ロッド１７の傾斜角度が大きくなる場合には、アーム補正処理は中断される。また、アーム補正処理を行っても掘削ロッド１７の傾斜角度が補正されないときは、ＣＰＵ２１はアームシリンダ１５が最大に伸びているか、最小に縮んでいると判断し、アーム補正処理は中断される。

本実施例では、作業用アタッチメントがアースオーガ１３である場合について説明したが、作業用アタッチメントは、アースオーガ１３に限らず杭打作業のためのバイブロハンマーであってもよい。その場合は、バイブロハンマーの傾斜角度が所定の閾値を超えると、アクチュエータ制御駆動手段がバイブロハンマーを鉛直になるように制御するので、杭打ちを鉛直に行うことができる。

また、本実施形態では上部旋回体３の前後方向について、アースオーガ１３の傾斜角度を検出する電子水準器１８について説明したが、電子水準器１８は上部旋回体３の前後方向についての傾斜角度に加えて左右方向の傾斜角度も検出するものであってもよい。このときは、上部旋回体３の水平方向に傾斜したアースオーガ１３を鉛直にするための補正制御は、上部旋回体３の旋回動作を制御することによって実行される。

さらに、本実施形態では、ブームシリンダ１４とアームシリンダ１５によるアースオーガ１３の制御を説明したが、ブーム１１とアーム１２との間にジブシリンダがあってもよい。この場合には、アームシリンダ１５についてアーム補正処理を行っても掘削ロッド１７の傾斜角度が補正されないときに、ジブシリンダを伸縮させることによって、アーム補正処理を実行しながら掘削することが可能となる。

１…作業機、２…下部走行体、３…上部旋回体、１１…ブーム、１２…アーム、１１ａ、１２ａ…一端部、１３…アースオーガ（作業用アタッチメント）、１４…ブームシリンダ（第１アクチュエータ）、１５…アームシリンダ（第２アクチュエータ）、１８…電子水準器（傾斜角度検出手段）、２２ｓ、２３ｓ…ソレノイド（アクチュエータ駆動制御手段）。

Claims

走行可能な下部走行体に対して旋回可能に設置された上部旋回体の前方に回動可能に取り付けられたブームと、
該ブームの先端部に回動可能に取り付けられたアームと、
前記ブームを前記上部旋回体の上下方向に回動させる第１アクチュエータと、
前記アームを前記上部旋回体の前後方向に回動させる第２アクチュエータと、
前記アームの先端部に前後方向に揺動可能に装着された作業用アタッチメントとを備えた作業機の制御装置であって、
前記上部旋回体の前後方向において鉛直方向に対する前記作業用アタッチメントの傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段と、
前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータの駆動を制御するアクチュエータ駆動制御手段とを有し、
該アクチュエータ駆動制御手段は、前記傾斜角度検出手段によって検出された傾斜角度が所定の閾値を越えた場合に、前記作業用アタッチメントが鉛直となるように前記第２アクチュエータを駆動させることを特徴とする作業機の制御装置。