JP2021139121A

JP2021139121A - ホイールローダ

Info

Publication number: JP2021139121A
Application number: JP2020035481A
Authority: JP
Inventors: 庸子塚田; Yoko Tsukada; 昌則一野瀬; Masanori Ichinose; 進也井村; Shinya Imura; 芳明堤; Yoshiaki Tsutsumi
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2020-03-03
Filing date: 2020-03-03
Publication date: 2021-09-16
Anticipated expiration: 2040-03-03
Also published as: JP7280212B2

Abstract

【課題】複数の油圧シリンダを複合操作する場合に、負荷圧の差が大きくても、エネルギのロスを抑えつつ、これらの油圧シリンダの操作性を確保できるホイールローダを提供する。【解決手段】ホイールローダ１は、リフトコントロールバルブ２３、バケットコントロールバルブ２４、リフトコントロールバルブ２３とリフトシリンダ７との間の油路から分岐してタンク２２と連通する油路に設けられるリフト下げバルブ２５、バケットコントロールバルブ２４とバケットシリンダ８との間の油路から分岐してタンク２２と連通する油路に設けられるダンプバルブ２６、及びコントローラ２７を備える。コントローラ２７は、リフトシリンダ７を縮退するときに、リフトコントロールバルブ２３を遮断してリフト下げバルブ２５を開口し、バケットシリンダ８を縮退するときに、バケットコントロールバルブ２４を遮断してダンプバルブ２６を開口する。【選択図】図２

Description

本発明は、ホイールローダに関する。

ホイールローダ等の建設機械には、複数の油圧シリンダを複合操作するための油圧回路が備えられている。一例として、例えば特許文献１に記載された油圧ショベルの油圧回路では、パラレル回路上のアーム方向切換弁への供給油路に流れ制限手段を設けることで、油圧ポンプからアームシリンダに供給される圧油の流れを制限する。これによって、ブーム負荷圧とアーム負荷圧との差が大きい場合であっても、充分な流量がブームシリンダに供給されるので、走行とブームとアームとの複合操作を行う際にブームとアームの良好な操作性を確保できる。

より具体的には、ブーム方向切換弁とアーム方向切換弁とを含むパラレル回路において、走行とブームとアームとの複合操作を行うに際し、アーム方向切換弁への供給油路に設けた可変絞り（すなわち、流れ制限手段）を利用して、負荷の小さいアームシリンダに供給される圧油の流れを制限する。このため、ブーム負荷圧とアーム負荷圧との差が大きくても、充分な流量をブームシリンダに供給することができるので、ブームとアームの良好な操作性を確保することが可能になる。

特開平１１−３３６１３５号公報

しかしながら、上述した油圧回路では、油圧ポンプで昇圧した油圧エネルギが流れ制限手段によって消費されるため、エネルギのロスとなり、燃費の悪化を招く問題があった。

そこで、本発明は、複数の油圧シリンダを複合操作する場合に、負荷圧の差が大きくても、エネルギのロスを抑えつつ、これらの油圧シリンダの操作性を確保できるホイールローダを提供することを目的とする。

本発明に係るホイールローダは、車体に取り付けられるとともに昇降可能なリフトアームと、前記リフトアームに着脱可能に装着されるアタッチメントと、油圧ポンプから供給される圧油により駆動されるとともに、前記リフトアームを介して前記アタッチメントを昇降させるリフトシリンダと、前記油圧ポンプから供給される圧油により駆動されるとともに、ベルクランクを介して前記アタッチメントを傾動させるバケットシリンダと、前記リフトシリンダへの圧油の流れを制御するリフトコントロールバルブと、前記バケットシリンダへの圧油の流れを制御するバケットコントロールバルブと、前記リフトコントロールバルブと前記リフトシリンダとの間の油路から分岐してタンクと連通する油路に設けられるリフト下げバルブと、前記バケットコントロールバルブと前記バケットシリンダとの間の油路から分岐してタンクと連通する油路に設けられるダンプバルブと、前記リフトコントロールバルブ、前記バケットコントロールバルブ、前記リフト下げバルブ、及び前記ダンプバルブを制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記リフトシリンダを縮退するときに、前記リフトコントロールバルブを遮断して前記リフト下げバルブを開口し、前記バケットシリンダを縮退するときに、前記バケットコントロールバルブを遮断して前記ダンプバルブを開口するように制御することを特徴としている。

本発明に係るホイールローダでは、コントローラは、リフトシリンダを縮退するときにリフトコントロールバルブを遮断してリフト下げバルブを開口し、バケットシリンダを縮退するときにバケットコントロールバルブを遮断してダンプバルブを開口するので、リフトシリンダとバケットシリンダとの複合操作を行う際に、両者の負荷圧の差が大きくても、負荷圧の小さい方のシリンダを油圧ポンプと遮断して自重でシリンダを縮退することができる。従って、エネルギのロスを抑えつつ、これらのシリンダの操作性を確保することができる。

本発明によれば、複数の油圧シリンダを複合操作する場合に、負荷圧の差が大きくても、エネルギのロスを抑えつつ、これらの油圧シリンダの操作性を確保することができる。

第１実施形態に係るホイールローダを示す側面図である。第１の実施形態に係るホイールローダの油圧回路図である。第１の実施形態に係るホイールローダのブロック構成図である。第１実施形態に係るホイールローダのアタッチメントをフォークにした場合の側面図である。第１の実施形態に係るホイールローダのリフト上げ時の制御を示すフローチャート図である。第１の実施形態に係るホイールローダのリフト下げ時の制御を示すフローチャート図である。第２の実施形態に係るホイールローダのリフト下げ時の制御を示すフローチャート図である。第３の実施形態に係るホイールローダの油圧回路図である。

以下、図面を参照して本発明に係るホイールローダの実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、その重複説明は省略する。また、以下の説明では、上下、左右、前後の方向及び位置は、ホイールローダの通常の使用状態、すなわち車輪が地面に接地する状態を基準とする。

[第１実施形態]
図１は第１実施形態に係るホイールローダを示す側面図であり、図２は第１の実施形態に係るホイールローダの油圧回路図であり、図３は第１の実施形態に係るホイールローダのブロック構成図である。本実施形態のホイールローダ１は、リフトアーム２、バケット３、車輪４、フロントボディ１１、リアボディ１２等を備えている。フロントボディ１１及びリアボディ１２は、ホイールローダ１の車体を構成する。リアボディ１２は、運転室５及びエンジン室６等を有する。また、運転室５には、電気リフト操作レバー１６と、電気バケット操作レバー（図示せず）とが設けられており、オペレータはこれらのレバーを操作することでホイールローダ１の荷役装置を動作させる。

より具体的には、ホイールローダ１は、フロントボディ１１の前部に取り付けられるとともに昇降可能な左右一対のリフトアーム２と、リフトアーム２に着脱可能に装着されるバケット（アタッチメント）３と、油圧ポンプ２１から供給される圧油により駆動されるとともに、リフトアーム２を介してバケット３を昇降させる一対のリフトシリンダ７と、油圧ポンプ２１から供給される圧油により駆動されるとともに、ベルクランク９を介してバケット３を傾動させるバケットシリンダ８と、を備えている。

バケット３は、ベルクランク９及びバケットリンク１０を介してバケットシリンダ８の伸縮により回動し、これによってバケット３の向きが上下する。なお、アタッチメントとしては、バケット３のほか、例えばフォーク（図４参照）等が挙げられる。

リフトシリンダ７は、油圧ポンプ２１から供給される圧油によって駆動される油圧アクチュエータであり、伸縮動作でリフトアーム２を上下方向に駆動する。具体的には、油圧ポンプ２１によって圧油がリフトシリンダ７のボトム室に供給されると、リフトシリンダ７のロッド７ａが伸長し、これによってリフトアーム２は上昇する（すなわち、リフト上げ）。一方、圧油がリフトシリンダ７のロッド室に供給されると、ロッド７ａが縮退し、これによってリフトアーム２は下降する（すなわち、リフト下げ）。そして、このようなリフト上げ及びリフト下げによって、リフトアーム２の先端に装着されたバケット３は昇降することができる。

バケットシリンダ８は、油圧ポンプ２１から供給される圧油によって駆動される油圧アクチュエータであり、伸縮動作でバケット３を上下方向に傾動させる。具体的には、油圧ポンプ２１によって圧油がバケットシリンダ８のボトム室に供給されると、バケットシリンダ８のロッド８ａが伸長し、これによってバケット３は上方向に回動する。一方、圧油がバケットシリンダ８のロッド室に供給されると、ロッド８ａが縮退し、これによってバケット３は下方向に回動する。

リフトアーム２とフロントボディ１１との間には、リフト角センサ（リフト角検出装置）１３が設けられている。リフト角センサ１３は、リフトアーム２とフロントボディ１１との相対角度を検出し、検出した結果をコントローラ２７（後述する）に出力する。また、リフトアーム２とベルクランク９との間には、ベルクランク角センサ（ベルクランク角検出装置）１４が設けられている。ベルクランク角センサ１４は、リフトアーム２とベルクランク９の相対角度を検出し、検出した結果をコントローラ２７に出力する。

本実施形態では、リフトアーム２、ベルクランク９、バケットリンク１０、リフトシリンダ７、及びバケットシリンダ８は総称してリンク機構と呼ばれる。このリンク機構は、バケット底面が地面に接地した状態から、バケットシリンダ８を動作させずにリフトシリンダ７のみを動作させた場合に、リフトアーム２が上昇し、リフトアーム２の上昇につれて少なくとも一定区間においてバケット３の爪先が上向きになる。このようなリンク機構はＺリンク機構と呼ばれ、ホイールローダのアタッチメントとしてバケットを装着する場合に多く使われている。

図４は図１のホイールローダのアタッチメントをフォーク１５にした場合の図である。図４に示すように、フォーク１５の爪先がフロントボディ１１に対してなす角度（ホイールローダ１が水平面上にある場合には水平面に対してなす角度）を、フォーク爪先角度αとする。フォーク爪先角度αは、特許請求の範囲に記載の「アタッチメントの車体に対する角度」に相当するものであり、上述のリフト角センサ１３及びベルクランク角センサ１４の検出結果から演算される。

リフトアーム２にフォーク１５を装着した場合、リフトアーム２の上昇時（言い換えれば、リフト上げ時）又はリフトアーム２の下降時（言い換えれば、リフト下げ時）にフォーク１５が略水平を保つ必要がある。すなわち、フォーク爪先角度αが微小で、略一定であることが必要となる。そして、Ｚリンク機構を用いてフォーク１５を略水平に昇降するためには、リフトシリンダ７とバケットシリンダ８を同時に動作させなくてはならない。

リフト上げ時には、リフトシリンダ７を伸長させながらバケットシリンダ８を縮退させ、リフト下げ時には、リフトシリンダ７を縮退させながらバケットシリンダ８を伸長させることになる。リフトシリンダ７及びバケットシリンダ８は、どちらも伸長するときに重力に逆らって動作することになるので、負荷が大きい。一方、リフトシリンダ７及びバケットシリンダ８がともに縮退するときには、重力方向に動作することになるので、負荷が小さい。

このため、リフトシリンダ７及びバケットシリンダ８の片方が伸長してもう片方を縮退する動作は、両者の負荷の差が大きい。また、リフトシリンダ７とバケットシリンダ８がパラレル回路となっている場合には、負荷の小さいシリンダが優先的に動作し、操作性が悪く、フォーク１５を略水平に昇降することは難しい。操作性を保つために、負荷の小さいシリンダ側の油路にバルブを設けて圧油の流れを絞る従来の方法も考えられるが、流れを絞ると、一度油圧ポンプ２１で昇圧した圧油エネルギを絞りで消費することになるので、エネルギのロスが大きくなる。

このような問題を解決するために、本実施形態のホイールローダ１は、図２に示す油圧回路を備えている。具体的には、従来のホイールローダの油圧回路では、リフトシリンダ７の動作は図２に示すリフトコントロールバルブ２３のみで、バケットシリンダ８の動作は図２に示すバケットコントロールバルブ２４のみで制御されていた。これに対し、本実施形態では、リフトコントロールバルブ２３及びバケットコントロールバルブ２４に加えて、リフト下げバルブ２５及びダンプバルブ２６を更に備えている。

図２に示すように、油圧ポンプ２１は、エンジン（図示せず）によって駆動され、リフトコントロールバルブ２３を介してリフトシリンダ７へ、バケットコントロールバルブ２４を介してバケットシリンダ８へ、それぞれ圧油を供給する。リフトコントロールバルブ２３及びバケットコントロールバルブ２４は、それぞれパイロット圧によって動作する比例弁である。リフトコントロールバルブ２３は、油圧ポンプ２１とリフトシリンダ７とをつなぐ管路に設けられ、バケットコントロールバルブ２４は、油圧ポンプ２１とバケットシリンダ８とをつなぐ管路に設けられている。リフトシリンダ７とバケットシリンダ８とは油圧ポンプ２１に対し互いにパラレルに接続されている。

リフトコントロールバルブ２３は（Ｒ）、（Ｎ）、（Ｌ）、（Ｆ）の４位置をもち、リフトシリンダ７への圧油の流れを制御している。（Ｒ）位置ではリフトシリンダ７のボトム側に油圧ポンプ２１の圧油を導くことでロッド７ａが伸長し、（Ｎ）位置ではボトム側及びロッド側を油圧ポンプ２１及びタンク２２と遮断することでロッド７ａが停止し、（Ｌ）位置ではロッド側に圧油を導くことでロッド７ａが縮退する。（Ｆ）位置では、ボトム側及びロッド側をタンク２２と連通させるので、自重でロッド７ａが縮退する。

一方、バケットコントロールバルブ２４は（Ｔ）、（Ｎ）、（Ｄ）の３位置をもち、バケットシリンダ８への圧油の流れを制御している。（Ｔ）位置ではバケットシリンダ８のボトム側に油圧ポンプ２１の圧油を導くことでロッド８ａが伸長し、（Ｎ）位置ではボトム側及びロッド側を油圧ポンプ２１及びタンク２２と遮断することでロッド８ａが停止し、（Ｄ）位置ではロッド側に圧油を導くことでロッド８ａが縮退する。

リフト下げバルブ２５は、リフトシリンダ７とリフトコントロールバルブ２３との間の油路から分岐してタンク２２と連通するタンク２２への戻り油路２５ａに設けられている。リフト下げバルブ２５は、例えば４ポート２位置の電磁比例弁であり、（Ｎ）、（Ｆ）の２位置をもつ。（Ｎ）位置ではリフトシリンダ７のボトム側及びロッド側をタンク２２と遮断し、（Ｆ）位置ではボトム側及びロッド側をタンク２２と連通させる。従って、リフト下げバルブ２５は、動作していないときには（Ｎ）位置である。

そして、リフトコントロールバルブ２３が（Ｎ）位置のときに、リフト下げバルブ２５を動作させる（Ｆ）位置にすると、リフトシリンダ７のボトム側及びロッド側はタンク２２と連通し、自重によりリフトシリンダ７は縮退する。

ダンプバルブ２６は、バケットシリンダ８とバケットコントロールバルブ２４との間の油路から分岐してタンク２２と連通するタンク２２への戻り油路２６ａに設けられている。ダンプバルブ２６は、例えば４ポート２位置の電磁比例弁であり、（Ｎ）、（Ｆ）の２位置をもつ。（Ｎ）位置ではバケットシリンダ８のボトム側及びロッド側をタンク２２と遮断し、（Ｆ）位置ではボトム側及びロッド側をタンク２２と連通させる。従って、ダンプバルブ２６は、動作していないときには（Ｎ）位置である。

そして、バケットコントロールバルブ２４が（Ｎ）位置のときに、ダンプバルブ２６を動作させる（Ｆ）位置にすると、バケットシリンダ８のボトム側及びロッド側はタンク２２と連通し、自重によりバケットシリンダ８は縮退する。

図３に示すように、本実施形態のホイールローダ１は、ホイールローダ１の各制御を行うコントローラ２７を更に備えている。コントローラ２７は、例えば演算を実行するＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）と、演算のためのプログラムを記録した二次記憶装置としてのＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）と、演算経過の保存や一時的な制御変数を保存する一時記憶装置としてのＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）とを組み合わせてなるマイクロコンピュータにより構成されており、記憶されたプログラムの実行によって各判定、各演算、各指令などの制御処理を行う。なお、図３において点線は電気信号、破線はパイロット圧を示す。コントローラ２７には、リフト角センサ１３、ベルクランク角センサ１４のそれぞれにより検出された角度の他、電気リフト操作レバー１６により操作された操作量が電気信号として入力されるように各配線が接続されている。また、コントローラ２７からは、リフト下げバルブ２５に対し開口指令に対応した信号が出力され、ダンプバルブ２６に対して開口指令に対応した信号が出力される他、パイロットバルブ２８に対してリフトアーム２の操作量に対応した信号、バケット３の操作量に対応した信号が出力されるように各配線が接続されている。

本実施形態では、コントローラ２７は、リフトコントロールバルブ２３、バケットコントロールバルブ２４、リフト下げバルブ２５及びダンプバルブ２６をそれぞれ制御する。例えば、コントローラ２７は、リフトコントロールバルブ２３、バケットコントロールバルブ２４、リフト下げバルブ２５及びダンプバルブ２６を遮断したり、開口したりする制御を行う。また、コントローラ２７は、リフトコントロールバルブ２３、バケットコントロールバルブ２４、リフト下げバルブ２５及びダンプバルブ２６の開口面積をそれぞれ制御する。

図３に示すように、コントローラ２７は、フォーク爪先角度演算部２７ａと、バルブ指令演算部２７ｂとを有する。フォーク爪先角度演算部２７ａは、リフト角センサ１３及びベルクランク角センサ１４から出力された検出結果に基づいて、フォーク爪先角度αを演算し、演算した結果をバルブ指令演算部２７ｂに出力する。なお、このフォーク爪先角度αは、アタッチメントがフォーク１５のときにフォーク１５の爪先がフロントボディ１１に対する角度であり、アタッチメントがバケット３のときにバケット３の爪先がフロントボディ１１に対する角度である。

バルブ指令演算部２７ｂは、フォーク爪先角度演算部２７ａから出力されたフォーク爪先角度αと、電気リフト操作レバー１６から出力された操作信号とに基づいて、リフト下げバルブ２５、ダンプバルブ２６及びパイロットバルブ２８への指令信号を演算し、これらのバルブにそれぞれ指令する。パイロットバルブ２８は、パイロットポンプ２９からの圧油の圧力を制御し、リフトコントロールバルブ２３及びバケットコントロールバルブ２４を動作させるパイロット圧を生成するためのバルブである。

以下、図５及び図６を参照してホイールローダ１のリフト上げ及びリフト下げに関する制御処理を説明する。ホイールローダ１のリフト上げ及びリフト下げは、ホイールローダ１の荷役装置の操作に関するものであり、エネルギのロスを抑えつつ、フォーク１５（図４参照）を略水平姿勢に保って昇降する操作を本発明ではパラレル操作と呼ぶ。このパラレル操作は、コントローラ２７によって自動で行われており、例えば運転室５に設けられた開始ボタン（図示せず）が押されると開始される。なお、パラレル操作中、オペレータは電気リフト操作レバー１６のみを操作し、それによりリフトシリンダ７が動作し、その動作にあわせてバケットシリンダ８が自動で動作する。

まず、図５を参照してパラレル操作のうち、リフト上げ時の制御処理を説明する。

図５に示すように、リフト上げのパラレル操作が開始されると、コントローラ２７は、その時点におけるフォーク爪先角度α、すなわち現在のフォーク爪先角度αをフォーク爪先角度目標値α_０に設定する（ステップＳ１参照）。そして、この後のステップでは、コントローラ２７は、フォーク爪先角度目標値α_０を保持しながらリフト上げを実行できるように各部分を制御する。現在のフォーク爪先角度αは、上述したようにフォーク爪先角度演算部２７ａによって演算される。フォーク爪先角度目標値α_０は、特許請求の範囲に記載の「目標角度」と相当するものであって、例えば予め設定されたものであり、コントローラ２７に記憶される。

ステップＳ１に続くステップＳ２では、バルブ指令演算部２７ｂは、電気リフト操作レバー１６の操作量に応じて、リフトコントロールバルブ２３が（Ｒ）位置となるように、パイロットバルブ２８への指令信号を演算し、演算した指令信号をパイロットバルブ２８に出力する。これによって、リフトシリンダ７は伸長する。

なお、このとき、バルブ指令演算部２７ｂは、リフトコントロールバルブ２３の（Ｒ）位置の開口面積が予め決められた所定の値よりも大きくならないように、指令信号の上限値を更に設ける。これは、後述するダンプバルブ２６によるバケットシリンダ８の縮退は、バケットシリンダ８の自重によって行われるため応答性に限界があり、バケットシリンダ８の縮退が追従できる範囲にリフトシリンダ７の伸長を制限するためである。

ステップＳ２に続くステップＳ３では、コントローラ２７は、現在のフォーク爪先角度αがフォーク爪先角度目標値α_０より大きいか否かを判定する。現在のフォーク爪先角度αがフォーク爪先角度目標値α_０より大きいと判定された場合、制御処理はステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、バルブ指令演算部２７ｂは、バケットコントロールバルブ２４が（Ｎ）位置となるようにパイロットバルブ２８への指令信号を演算し、演算した指令信号をパイロットバルブ２８に出力することにより、バケットコントロールバルブ２４を遮断する。これによって、バケットシリンダ８は油圧ポンプ２１と遮断されるので、油圧ポンプ２１からの圧油はリフトシリンダ７を伸長させることのみに用いられる。

ステップＳ４に続くステップＳ５では、バルブ指令演算部２７ｂは、ダンプバルブ２６が（Ｆ）位置となるように指令信号を演算して該ダンプバルブ２６に出力することにより、ダンプバルブ２６を開口する。なお、このとき、バルブ指令演算部２７ｂは、現在のフォーク爪先角度αとフォーク爪先角度目標値α_０との差分に比例した指令信号を出力しても良い。

そして、ダンプバルブ２６が（Ｆ）位置となると、バケットシリンダ８のボトム側及びロッド側がタンク２２と連通するので、バケットシリンダ８は、自重で縮退する。従って、フォーク１５が下向き方向に回動し、フォーク爪先角度αが小さくなる。

ステップＳ２では油圧ポンプ２１でリフトシリンダ７を伸長させ、ステップＳ４及びＳ５ではバケットシリンダ８を油圧ポンプ２１と遮断した状態で縮退させるので、リフトシリンダ７とバケットシリンダ８は遮断された状態で、それぞれ動作する。これによって、リフトシリンダ７とバケットシリンダ８との負荷の差が大きい場合であっても、負荷の小さい方のシリンダが優先的に駆動されることはなく、それぞれの操作性は保たれる。

一方、ステップＳ３において現在のフォーク爪先角度αがフォーク爪先角度目標値α_０以下であると判定された場合、制御処理はステップＳ６に進む。ステップＳ６では、バケットコントロールバルブ２４が（Ｔ）位置となるようにパイロットバルブ２８への指令信号を演算し、演算した指令信号をパイロットバルブ２８に出力することにより、バケットコントロールバルブ２４を開口する。なお、このとき、現在のフォーク爪先角度αとフォーク爪先角度目標値α_０との差分に比例した指令信号を出力しても良い。

そして、バケットコントロールバルブ２４が（Ｔ）位置となると、バケットシリンダ８のボトム側に油圧ポンプ２１の圧油を導くことでロッド８ａが伸長し、フォーク１５が上向き方向に回動する。従って、フォーク爪先角度αが大きくなる。

ステップＳ２ではリフトシリンダ７を伸長させる方向に、ステップＳ６ではバケットシリンダ８を伸長させる方向にそれぞれリフトコントロールバルブ２３とバケットコントロールバルブ２４を動作させることになる。これは、どちらも負荷の大きい方向への動作であるので、リフトシリンダ７とバケットシリンダ８との負荷の差は小さく、リフトシリンダ７及びバケットシリンダ８の操作性はそれぞれ保たれる。

そして、ステップＳ５又はステップＳ６に続くステップＳ７では、コントローラ２７は、電気リフト操作レバー１６の操作が終了したか否かを判定する。電気リフト操作レバー１６の操作が終了していないと判定された場合、制御処理は上述のステップＳ２に戻る。一方、電気リフト操作レバー１６の操作が終了したと判定された場合、一連の制御処理は終了する。

以上のホイールローダ１のリフト上げ制御処理によれば、コントローラ２７は、バケットコントロールバルブ２４を開口することによりフォーク１５を上向きにし、ダンプバルブ２６を開口することによりフォーク１５を下向きにするため、フォーク１５の略水平を保ちながら、リフトアーム２を上昇させることが可能となる。しかも、バケットシリンダ８を縮退させるにあたり自重を利用して行い、油圧ポンプ２１の圧油を用いないため、その分油圧ポンプ２１で昇圧する油圧エネルギが少なくなる。更に、従来のようにシリンダの操作性を確保するために油圧エネルギを可変絞りで消費することもないので、エネルギのロスを抑えることができる。

次に、図６を参照してパラレル操作のうち、リフト下げ時の制御処理を説明する。

図６に示すように、リフト下げのパラレル操作が開始されると、コントローラ２７は、現在のフォーク爪先角度αをフォーク爪先角度目標値α_０に設定する（ステップＳ１１参照）。そして、この後のステップでは、コントローラ２７は、フォーク爪先角度目標値α_０を保持しながらリフト下げを実行できるように各部を制御する。

ステップＳ１１に続くステップＳ１２では、バルブ指令演算部２７ｂは、リフトコントロールバルブ２３が（Ｎ）位置となるようにパイロットバルブ２８への指令信号を演算し、演算した指令信号をパイロットバルブ２８に出力することにより、リフトコントロールバルブ２３を遮断する。これによって、リフトシリンダ７は油圧ポンプ２１と遮断され、油圧ポンプ２１からの圧油はバケットシリンダ８を動作させるためのみに用いられる。

ステップＳ１２に続くステップＳ１３では、バルブ指令演算部２７ｂは、電気リフト操作レバー１６の操作量に応じて、リフト下げバルブ２５が（Ｆ）位置となるように指令信号を演算し、リフト下げバルブ２５に出力することにより、リフト下げバルブ２５を開口する。これによって、リフトシリンダ７のボトム側及びロッド側がタンク２２と連通し、自重でリフトシリンダ７が縮退する。縮退の速度はリフト下げバルブ２５の開口面積によって変わるので、リフト下げバルブ２５への指令信号の大きさによって制御することができる。

このとき、リフト下げバルブ２５の（Ｆ）位置の開口面積が予め決められた所定の値よりも大きくならないようにする。これは、後述するバケットコントロールバルブ２４によるバケットシリンダ８の縮退は、バケットコントロールバルブ２４の応答性に限界があり、バケットシリンダ８の縮退が追従できる範囲にリフトシリンダ７の伸長を制限するためである。

ステップＳ１３に続くステップＳ１４では、コントローラ２７は、現在のフォーク爪先角度αがフォーク爪先角度目標値α_０より大きいか否かを判定する。現在のフォーク爪先角度αがフォーク爪先角度目標値α_０より大きいと判定された場合、制御処理はステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５では、バルブ指令演算部２７ｂは、バケットコントロールバルブ２４を開口する。具体的には、バルブ指令演算部２７ｂは、バケットコントロールバルブ２４が（Ｄ）位置となるようにパイロットバルブ２８への指令信号を演算し、演算した指令信号をパイロットバルブ２８に出力する。これによって、バケットシリンダ８は圧油で縮退し、フォーク１５が下向き方向に回動し、フォーク爪先角度αが小さくなる。

なお、ステップＳ１５において、バルブ指令演算部２７ｂは、現在のフォーク爪先角度αとフォーク爪先角度目標値α_０との差分に比例した指令信号を出力しても良い。

一方、ステップＳ１４において現在のフォーク爪先角度αがフォーク爪先角度目標値α_０以下であると判定された場合、制御処理はステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６では、バルブ指令演算部２７ｂは、バケットコントロールバルブ２４を開口する。具体的には、バルブ指令演算部２７ｂは、バケットコントロールバルブ２４が（Ｔ）位置となるようにパイロットバルブ２８への指令信号を演算し、演算した指令信号をパイロットバルブ２８に出力する。これによって、バケットシリンダ８が伸長し、フォーク１５が上向き方向に回動するので、フォーク爪先角度αが大きくなる。

なお、ステップＳ１６において、バルブ指令演算部２７ｂは、現在のフォーク爪先角度αとフォーク爪先角度目標値α０との差分に比例した指令信号を出力しても良い。

ステップＳ１５又はステップＳ１６に続くステップＳ１７では、コントローラ２７は、電気リフト操作レバー１６の操作が終了したか否かを判定する。電気リフト操作レバー１６の操作が終了していないと判定された場合、制御処理は上述のステップＳ１３に戻る。一方、電気リフト操作レバー１６の操作が終了したと判定された場合、一連の制御処理は終了する。

以上のホイールローダ１のリフト下げ制御処理によれば、コントローラ２７は、バケットコントロールバルブ２４を開口することでフォーク１５を上向きにしたり下向きにしたりする（すなわち、フォーク１５を上下方向に傾動させる）ので、フォーク１５の略水平を保ちながら、リフトアーム２を下降させることが可能となる。しかも、リフトシリンダ７を縮退させるにあたり自重を利用して行い、油圧ポンプ２１の圧油を用いないため、その分油圧ポンプ２１で昇圧する油圧エネルギが少なくなる。更に、従来のようにシリンダの操作性を確保するために油圧エネルギを可変絞りで消費することもないので、エネルギのロスを抑えることができる。

なお、図５及び図６に示すパラレル操作（リフト上げ及びリフト下げ）は、上述したようにコントローラ２７により自動的に実行されるものであり、手動で独立に操作する場合にはリフト下げバルブ２５及びダンプバルブ２６は使用しない。これは、リフト下げバルブ２５及びダンプバルブ２６は、リフトシリンダ７又はバケットシリンダ８を自重で縮退させるため、応答性に限界があるからである。

本実施形態に係るホイールローダ１では、コントローラ２７は、リフトシリンダ７を縮退するときにリフトコントロールバルブ２３を遮断してリフト下げバルブ２５を開口し、バケットシリンダ８を縮退するときにバケットコントロールバルブ２４を遮断してダンプバルブ２６を開口する。その結果、リフトシリンダ７とバケットシリンダ８との複合操作を行う際に、両者の負荷圧の差が大きくても、負荷圧の小さい方のシリンダを油圧ポンプ２１と遮断して自重でシリンダを縮退させることができるので、エネルギのロスを抑えつつ両方のシリンダの操作性を確保できる。

また、使用用途に合わせてリフトアーム２に着脱可能に取り付けるアタッチメントをバケット３にしたり、フォーク１５にしたりする場合がある。しかし、従来では、バケット３を取り付ける場合にはリフトシリンダ７の上昇と共にバケット３の先端が上向きになるＺリンク機構、フォーク１５を取り付ける場合にはリフトシリンダ７が上昇してもフォーク１５が水平を保つパラレルリンク機構、とリンク機構ごとを付け替える必要がある。本実施形態のホイールローダ１によれば、Ｚリンク機構のリフトシリンダ７とバケットシリンダ８を同時に操作できるので、Ｚリンク機構にフォーク１５を取り付けることが可能となる。これによって、一つのリンク機構でバケット３にもフォーク１５にも対応できるため、コスト低減も期待できる。

[第２実施形態]
以下、図７を参照してホイールローダの第２実施形態を説明する。本実施形態のホイールローダ１は、リフト下げ時にバケットシリンダ８を縮退させる制御処理において、上述の第１実施形態と相違する。すなわち、第１実施形態のリフト下げの制御処理では、バケットシリンダ８を縮退させるのにバケットコントロールバルブ２４を（Ｄ）位置にしたが（ステップＳ１５参照）、本実施形態では、ダンプバルブ２６を（Ｆ）位置にすることでバケットシリンダ８を縮退させる。なお、本実施形態に係るホイールローダ１の他の構造及び制御処理等は第１実施形態と同様である。以下では、上述の第１実施形態との相違点のみを説明する。

図７に示すように、ステップＳ１４において現在のフォーク爪先角度αがフォーク爪先角度目標値α_０より大きいと判定された場合、制御処理はステップＳ１５’に進む。ステップＳ１５’では、バルブ指令演算部２７ｂは、ダンプバルブ２６が（Ｆ）位置となるように指令信号を演算して該ダンプバルブ２６に出力することにより、ダンプバルブ２６を開口する。なお、このとき、バルブ指令演算部２７ｂは、現在のフォーク爪先角度αとフォーク爪先角度目標値α_０との差分に比例した指令信号を出力しても良い。

本実施形態に係るホイールローダによれば、第１実施形態と同様な作用効果を得られるほか、ステップＳ１５’においてバケットシリンダ８の縮退を油圧ポンプ２１からの圧油を用いずに実行するため、その分油圧ポンプ２１で昇圧する油圧エネルギが必要なくなり、燃費の改善を更に図ることができる。

[第３実施形態]
以下、図８を参照してホイールローダの第３実施形態を説明する。本実施形態のホイールローダ１は、リフト下げバルブ３０及びダンプバルブ３１がそれぞれ２つのバルブによって構成される点において、上述の第１実施形態と相違する。すなわち、第１実施形態では、リフト下げバルブ２５及びダンプバルブ２６はそれぞれ４ポート２位置の電磁比例弁であったが、本実施形態では、リフト下げバルブ３０及びダンプバルブ３１は、それぞれ２ポート２位置の電磁比例弁とチェック弁とで構成されている。なお、本実施形態に係るホイールローダ１の他の構造及び制御処理等は第１実施形態と同様である。以下では、上述の第１実施形態との相違点のみを説明する。

図８に示すように、リフト下げバルブ３０は、リフト下げボトム側バルブ３０ａとリフト下げロッド側バルブ３０ｂとで構成されている。リフト下げボトム側バルブ３０ａは２ポート２位置の電磁比例弁であり、リフト下げロッド側バルブ３０ｂはチェック弁である。

リフト下げボトム側バルブ３０ａは、（Ｎ）、（Ｆ）の２位置をもつ。（Ｎ）位置ではリフトシリンダ７のボトム側をタンク２２と遮断し、（Ｆ）位置ではボトム側がタンク２２と連通する。従って、動作していないときは（Ｎ）位置である。そして、リフトコントロールバルブ２３が（Ｎ）位置のときに、リフト下げボトム側バルブ３０ａを動作させる（Ｆ）位置にすると（すなわち、リフトコントロールバルブ２３を遮断してリフト下げバルブ３０を開口すると）、リフトシリンダ７のボトム側がタンク２２と連通し、自重によりリフトシリンダ７は縮退する。このとき、リフトシリンダ７のロッド側には、リフト下げロッド側バルブ３０ｂを介してタンク２２から圧油が供給される。

ダンプバルブ３１は、ダンプボトム側バルブ３１ａとダンプロッド側バルブ３１ｂとで構成されている。ダンプボトム側バルブ３１ａは２ポート２位置の電磁比例弁であり、ダンプロッド側バルブ３１ｂはチェック弁である。ダンプボトム側バルブ３１ａは、（Ｎ）、（Ｆ）の２位置をもつ。（Ｎ）位置ではバケットシリンダ８のボトム側をタンク２２と遮断し、（Ｆ）位置ではボトム側がタンク２２と連通する。従って、動作していないときは（Ｎ）位置である。

バケットコントロールバルブ２４が（Ｎ）位置のときに、ダンプボトム側バルブ３１ａを動作させる（Ｆ）位置にすると（すなわち、バケットコントロールバルブ２４を遮断してダンプバルブ３１を開口すると）、バケットシリンダ８のボトム側がタンク２２と連通し、自重によりバケットシリンダ８は縮退する。このとき、バケットシリンダ８のロッド側には、ダンプロッド側バルブ３１ｂを介してタンク２２から圧油が供給される。

本実施形態に係るホイールローダによれば、第１実施形態と同様な作用効果を得られるほか、リフト下げバルブ３０及びダンプバルブ３１に用いられる電磁比例弁が２ポートであるため、省スペース化及びコスト低減を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、上述の第１実施形態においてリフト下げバルブ２５及びダンプバルブ２６はそれぞれ４ポート２位置の電磁比例弁、第３実施形態においてリフト下げバルブ３０及びダンプバルブ３１はそれぞれ２ポート２位置の電磁比例弁とチェック弁とで構成されることを説明したが、リフト下げバルブ及びダンプバルブのうち一方が４ポート２位置の電磁比例弁、他方が２ポート２位置の電磁比例弁とチェック弁とで構成されても良い。

１ホイールローダ
２リフトアーム
３バケット
７リフトシリンダ
７ａロッド
８バケットシリンダ
８ａロッド
９ベルクランク
１０バケットリンク
１１フロントボディ（車体）
１２リアボディ（車体）
１３リフト角センサ
１４ベルクランク角センサ
１５フォーク
１６電気リフト操作レバー
２１油圧ポンプ
２２タンク
２３リフトコントロールバルブ
２４バケットコントロールバルブ
２５，３０リフト下げバルブ
２６，３１ダンプバルブ
２７コントローラ
２７ａフォーク爪先角度演算部
２７ｂバルブ指令演算部
２８パイロットバルブ
２９パイロットポンプ
３０ａリフト下げボトム側バルブ
３０ｂリフト下げロッド側バルブ
３１ａダンプボトム側バルブ
３１ｂダンプロッド側バルブ

Claims

車体に取り付けられるとともに昇降可能なリフトアームと、
前記リフトアームに着脱可能に装着されるアタッチメントと、
油圧ポンプから供給される圧油により駆動されるとともに、前記リフトアームを介して前記アタッチメントを昇降させるリフトシリンダと、
前記油圧ポンプから供給される圧油により駆動されるとともに、ベルクランクを介して前記アタッチメントを傾動させるバケットシリンダと、
前記リフトシリンダへの圧油の流れを制御するリフトコントロールバルブと、
前記バケットシリンダへの圧油の流れを制御するバケットコントロールバルブと、
前記リフトコントロールバルブと前記リフトシリンダとの間の油路から分岐してタンクと連通する油路に設けられるリフト下げバルブと、
前記バケットコントロールバルブと前記バケットシリンダとの間の油路から分岐してタンクと連通する油路に設けられるダンプバルブと、
前記リフトコントロールバルブ、前記バケットコントロールバルブ、前記リフト下げバルブ、及び前記ダンプバルブを制御するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記リフトシリンダを縮退するときに、前記リフトコントロールバルブを遮断して前記リフト下げバルブを開口し、
前記バケットシリンダを縮退するときに、前記バケットコントロールバルブを遮断して前記ダンプバルブを開口するように制御することを特徴とするホイールローダ。
前記コントローラは、
前記リフトアームの上昇時において、前記アタッチメントの角度が目標角度以下であるときには前記バケットコントロールバルブを開口するように制御して前記アタッチメントを上向き方向に回動させ、前記アタッチメントの角度が目標角度より大きいときには前記ダンプバルブを開口するように制御して前記アタッチメントを下向き方向に回動させ、
前記リフトアームの下降時において、前記アタッチメントの角度が目標角度以下であるときには前記バケットコントロールバルブを開口するように制御して前記アタッチメントを上向き方向に回動させ、前記アタッチメントの角度が目標角度より大きいときには前記ダンプバルブを開口するように制御して前記アタッチメントを下向き方向に回動させる請求項１に記載のホイールローダ。
前記リフトアームと前記車体との相対角度を検出するためのリフト角検出装置と、
前記リフトアームと前記ベルクランクとの相対角度を検出するベルクランク角検出装置と、
を更に備え、
前記コントローラは、前記リフト角検出装置及び前記ベルクランク角検出装置の検出結果に基づいて、前記アタッチメントが前記車体に対する角度を演算する請求項１又は２に記載のホイールローダ。
前記リフト下げバルブ及び前記ダンプバルブは、それぞれ複数のバルブにより構成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載のホイールローダ。