JP2021179079A

JP2021179079A - 建設機械におけるブーム制御装置

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Publication number: JP2021179079A
Application number: JP2020083128A
Authority: JP
Inventors: 秀樹中嶌; Hideki Nakajima; 浩一喜安; Koichi Kiyasu
Original assignee: Caterpillar SARL
Current assignee: Caterpillar SARL
Priority date: 2020-05-11
Filing date: 2020-05-11
Publication date: 2021-11-18
Anticipated expiration: 2040-05-11
Also published as: EP4150165A1; US20230183945A1; WO2021228431A1; JP7372726B2; CN115552079A

Abstract

【課題】バケット７が空中降下する場合には、フロート作業、通常作業の何れにおいてもフロント作業機の自重を受けた同じ操作性での作業ができ、接地後においては、フロート作業をするときにはそのままの操作性が維持され、通常作業のときには油圧ポンプからの圧油供給を受けた作業ができるようにする。【解決手段】フロート作業モードのときの下降制御は、バケット接地の有無に拘わらず、油圧ポンプからの作動油供給がなく、フロント作業機の自重を受けての下降制御がなされる第一領域Ｄ１での弁路状態で行い、通常作業モードのときの下降制御は、非接地状態では前記第一領域、接地状態では油圧ポンプからの作動油供給ができる第二領域Ｄ２での弁路状態で行うようにする。【選択図】図２

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械において、ブームシリンダの伸縮作動に基づいて上下動するブームを備えた建設機械におけるブーム制御装置の技術分野に関するものである。

一般に、建設機械のなかには、例えば油圧ショベルのように、機体本体に装着されるフロント作業機を、基端部が機体本体に上下揺動自在に支持されるブームと、該ブームの先端部に前後揺動自在に支持されるスティック（アーム）と、該スティックの先端部に前後（上下）揺動自在に支持されるバケット等の作業アタッチメントとを備えて構成し、そして前記ブーム、スティック、作業アタッチメントを各対応するシリンダの伸縮作動により稼動させて必要な作業ができるように構成したものがある。
このような建設機械において、作業アタッチメントを例えばバケットとした場合に、掘削作業のようにバケットを用いた通常の作業の他に、接地したバケットを用いて地面（作業面、接地面）の整地作業（均し作業）を行うようなことがあり、このような作業は、バケットを、油圧ポンプからの作動油（圧油）供給がなく、フロント作業機の自重を受ける状態で地面に接地させながら行うことになる。このようにバケット等の作業アタッチメントを、フロント作業機の自重を受けた状態で接地させて行う作業としては、前記整地作業の他に、例えばブレーカを用いた岩石やコンクリート魂等の破砕や穿孔作業、地面に散逸する収集物（例えば廃棄物）を収集する収集作業（掃き集め作業）等の作業があり、このようなフロント作業機の自重を受ける状態で作業アタッチメントを接地させて行う作業を一般に「フロート作業」と称することがあり、以下、このように表現し、フロント作業機として油圧ポンプからの作動油を受けることができる状態で行われる本来の作業を「通常作業」として区別することにし、そしてこれらの作業を実行するため選択される作業モードを「フロート作業モード」「通常作業モード」と称することにする。
ところで前記ブームシリンダの伸縮制御を行うため設けられるコントロールバルブとしては、ブームシリンダの伸縮を停止する中立位置、伸長させる上昇側作動位置、縮小させる下降側作動位置の三位置に切換え操作できるスプール弁が一般に用いられるが、このようなコントロールバルブを備えた建設機械において前記フロート作業ができるようにするためには、コントロールバルブとは別にフロート作業専用の切換えバルブを設けることが試みられる。ところがこのようにした場合、バルブ数が増えると共に、これに伴いバルブの切換え制御も必要になって煩雑化するという問題がある。しかもこのものではブームの下降作動を行う場合に、前記通常作業を行う場合にはコントロールバルブによる下降制御が行われる一方、フロート作業を行う場合には前記専用の切換えバルブによる下降制御が行われる、という異なったバルブによる下降制御がなされることとなって操作性が異なり、操作に違和感を感じるだけでなく、例えばバケットが空中に位置する状態においての下降作動中に通常作業モードからフロート作業モードにモード切換えをすると、前記異なったバルブによる油路切換えがなされることになってショックが発生するという問題がある。
これに対し前記コントロールバルブを、油圧ポンプからの作動油（圧油）供給は断つ一方で、ブームシリンダのロッド側油室、ヘッド側油室、そして油タンクにそれぞれ接続される油路を連通状態にするよう弁路が形成されたフロート作動位置を設けた四位置切換えのできるスプール弁としたものを用いることが提唱されている（例えば特許文献１、２参照）。

実公平１−１８６９２号公報特開２００４−３０１２１４号公報

ところが前記従来のものは、何れもフロート作動位置の弁路が、ブームシリンダのロッド側油室、ヘッド側油室、そして油タンクの油路に対してフリーの状態（流量制御のない状態）で連結するものであるため、フロート作業をするべくフロート作動位置にコントロールバルブを切換えると、作動油が突然フリー状態で（流量制御されることなく）弁路を流れることになり、この結果、バケットが空中に位置する状態でフロート作業モードに切換えた場合、ブームシリンダはフロント作業機の自重をそのまま受けて急激な縮小作動をすることになってバケットは殆ど落下状態で接地するという問題がある。
そこでこれを回避するため、コントロールバルブを、フロート作動位置に切換えた場合においても流量制御ができるように構成することが提唱される。これに対処するため、専用の流量制御バルブを設けた場合にはバルブ数が増加してしまい、コントロールバルブを前述した三位置切換えスプール弁とした場合と同様の問題がある。
これに対しコントロールバルブのフロート作動位置に流量制御機能を持たせて前記専用の流量制御バルブを必要としない構成にすることも提唱されるが、このようにしたとしてブームの下降作動が、通常作業モードでは下降側作動位置で行われ、フロート作業モードではフロート作動位置で行われることになって弁路が異なり、この結果、各作業モードでのブーム下降作動の操作性が異なることになって違和感が生じるだけでなく、バケットが空中に位置する状態での下降作動中に作業モードの切換えをたときにショックが発生する等の問題が依然としてあり、これらに本発明の解決すべき課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、機体本体にブームが上下揺動自在に支持されるフロント作業機と、ブームの上下揺動を行うブームシリンダと、ブームシリンダの伸縮制御を行うコントロールバルブと、コントロールバルブの切換え制御を行う制御部と、フロント作業機の先端部に設けた作業アタッチメントの接地検知をする接地検知手段と、操作具操作に基づいてコントロールバルブに対する制御指令を出力する制御部とが備えられた建設機械であって、前記制御部は、フロント作業機の作業モードを、フロント作業機の下降制御が、油圧ポンプからの作動油供給が可能な状態で行われる通常作業のときに設定される通常作業モードと、油圧ポンプからの作動油供給が遮断され、フロント作業機の自重を受けた状態で行われるフロート作業のときに設定されるフロート作業モードとに切換えができるよう設定され、前記コントロールバルブは、制御部からの制御指令に基づき、ブームシリンダの伸縮を停止する中立位置と、ブームシリンダを伸長してブーム上昇をさせる上昇側作動位置と、ブームシリンダを縮小してブーム下降をさせる下降側作動位置との弁位置切換えができるよう構成されている建設機械において、前記コントロールバルブは、下降側作動位置に、ブームシリンダのヘッド側油室の作動油を油タンクに排出する排出弁路と、ヘッド側油室の作動油をロッド側油室に供給するべくチェック弁付きの再生弁路と、油圧ポンプからの作動油をロッド側油室に供給するための供給弁路とが設けられ、かつ該供給弁路による油圧ポンプからの作動油供給が遮断される第一領域と許容される第二領域とを備えたものであり、制御部は、コントロールバルブが下降側作動位置に位置しているときの作業モードが、通常作業モードである場合には、接地検知手段が接地非検知状態のときには第一領域での下降制御を行い、接地検知状態のときには第二領域での下降制御を行い、フロート作業モードである場合には、接地検知手段による接地検知状態にかかわらず第一領域での下降制御を行うように設定されていることを特徴とする建設機械におけるブーム制御装置である。
請求項２の発明は、制御部は、コントロールバルブが第一領域にあるときには油圧ポンプがアンロード状態になるよう制御することを特徴とする請求項１記載の建設機械におけるブーム制御装置である。

請求項１の発明とすることにより、フロート作業モードとした場合には、作業アタッチメントが空中に位置する状態から接地してフロート作業を行う場合においても、油圧ポンプからの作動油供給が遮断される第一領域での下降制御が継続して行われる一方で、通常作業モードとした場合には、作業アタッチメントが空中に位置する接地非検知状態では前記フロート作業モードとした場合と同じ作動油供給が遮断された第一領域での下降制御が行われ、接地検知状態になった場合には第二領域による油圧ポンプからの作動油供給のある下降制御が行われることになり、この結果、作業アタッチメントが空中を下降する際の下降制御が、フロート作業モード、通常作業モードとも同じ第一領域の弁路で行われることになって操作性が統一され、違和感のないフロント作業機の下降作動を行うことができ、そしてフロント作業機が接地して作業をするとき、フロート作業モードの場合には、下降時と同じ第一領域による下降制御が継続して行われることになってフロート作業が弁路切換えのない状態で円滑に行うことができ、また通常作業モードである場合には、接地後は、油圧ポンプからの作動油供給を受けたパワーのある作業ができることになって作業性、操作性が向上する。
請求項２の発明とすることにより、フロント作業機が空中に位置していてコントロールバルブが第一領域にあるときには、フロート作業モード、通常作業モードに拘わらず油圧ポンプはコントロールバルブ側への有効な作動油供給のないアンロード状態に制御されるため、その分、省エネルギー化を図ることができる。

油圧ショベルの側面図である。ブームシリンダの伸縮制御をするための油圧回路図である。コントロールバルブの下降側作動位置における第一、第二領域の開口特性を示すグラフ図である。制御回路のブロック図である。制御部のメイン制御の手順を示すフローチャート図である。制御部の通常作業モードでのブーム昇降制御の手順を示すフローチャート図である。制御部のフロート作業モードでのブーム昇降制御の手順を示すフローチャート図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。図中、１は建設機械の一例である油圧ショベルであって、該油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２の上方に旋回自在に支持される上部旋回体３、該上部旋回体３に装着されるフロント作業機４等の各種の部材装置を備えて構成されている。
そして前記フロント作業機４は、基端部が上部旋回体３に上下揺動自在に軸支されるブーム５、該ブーム５の先端部に前後揺動自在に軸支されるスティック（アーム）６、該スティック６の先端部に揺動自在に取付けられるバケット（作業アタッチメントの一例）７等の各種の部材装置を備え、そしてこのように構成される油圧ショベル１には、前記ブーム５、スティック６、バケット７をそれぞれ揺動せしめるためのブームシリンダ８、スティックシリンダ９、バケットシリンダ１０を備えていると共に、下部走行体２を走行せしめるための左右の走行モータ（図示せず）、上部旋回体３を旋回せしめるための旋回モータ（図示せず）等の各種の油圧アクチュエータが備えられていること等は何れも従来通りである。尚、本発明はブーム５の昇降作動に関したものであるので、以降、ブーム５の昇降作動に関連する事項について詳述をし、残りのスティック６、バケット７、走行モータ、旋回モータ等の他の油圧アクチュエータの作動等についての説明は省略する。

前記ブームシリンダ８は、シリンダロット８ｃのないヘッド側油室８ａと、シリンダロッド８ｃがあるロッド側油室８ｂとを備えて構成されるが、ヘッド側油室８ａへの作動油（圧油）供給及びロッド側油室８ｂからの作動油（排油）排出により伸長することでブーム５を上昇（上動）せしめる一方、ロッド側油室８ｂへの作動油供給及びヘッド側油室８ａからの作動油排出により縮小することでブーム５を下降（下動）せしめる構成となっている。そして、該ブームシリンダ８に対する作動油の給排制御について、次に説明する。

図２において、１１はブームシリンダ８への作動油の供給源となる油圧ポンプであって、該油圧ポンプ１１から吐出される作動油（吐出油、圧油）がポンプ油路１２を介してブーム用のコントロールバルブ１３に供給されるようになっているが、該コントロールバルブ１３は、上昇側、下降側のパイロットバルブ１４、１５から各対応する上昇側、下降側パイロットポート１３ａ、１３ｂへのパイロット油（パイロット圧油）の供給制御を受けることで、中立位置Ｎ、上昇側作動位置Ｕ、下降側作動位置Ｄの三つの弁位置に切換えられる三位置切換えスプール弁として構成されている。勿論、コントロールバルブ１３は、上昇側作動位置Ｕ、下降側作動位置Ｄにおいては、パイロット油の供給制御に基づくスプール変位量（移動量）に対応して弁路の開口面積が広狭変化することで流量制御がなされる流量制御弁となっている。

前記コントロールバルブ１３は、前記ポンプ油路１２の他に、油タンク１６に連結するタンク油路１７、前記ヘッド側油室８ａに連結するヘッド側油路１８、そしてロッド側油室８ｂに連結するロッド側油路１９に接続され、該コントロールバルブ１３が中立位置Ｎに位置している場合には、油圧ポンプ１１からブームシリンダ８側への作動油供給を遮断すると共に、ブームシリンダ８から油タンク１６への作動油排出を遮断する弁路となり、これによってブームシリンダ８は伸縮作動が停止制御されるように設定されている。

一方、コントロールバルブ１３が上昇側作動位置Ｕに位置している場合には、ポンプ油路１２とヘッド側油路１８とを連通して油圧ポンプ１１からの作動油をヘッド側油室８ａに供給する一方、ロッド側油路１９とタンク油路１６とを連通してロッド側油室８ｂの作動油を油タンク１６に排出する弁路となり、これによってコントロールバルブ１３が上昇側作動位置Ｕに切換えられている場合には、ブームシリンダ８を伸長させてブーム５が上昇する上昇制御がなされるように設定されている。

これに対しコントロールバルブ１３に設けられる下降側作動位置Ｄには、ヘッド側油路１８とロッド側油路１９とを連結すると共に、作動油をヘッド側油路１８からロッド側油路１９に逆止状態で供給するべく弁路開閉をするチェック弁２０ａ付きの再生弁路２０と、ポンプ油路１２とロッド側油路１９とを連通して油圧ポンプ１１からの作動油をロッド側油室８ｂに供給することができる供給弁路２１と、タンク油路１７とヘッド側油路１８とを連通してヘッド側油室８ａからの作動油を油タンク１６に排出することができる排出弁路２２とが設けられたものになっているが、さらに下降側作動位置Ｄには、後述する作業モードに対応してスプール変位量が変化することにより設定される第一、第二領域Ｄ１、Ｄ２が設けられたものになっている。

前記下降側作動位置Ｄに設けられる第一、第二領域Ｄ１、Ｄ２は、図３に示すようにスプール変位量に伴い弁路の開口面積が広狭制御されるが、この第一、第二領域Ｄ１、Ｄ２のスプール変位量は、後述するように制御部２３からの制御指令によって実行されることになる。
尚、再生弁路２０と排出弁路２２とは、スプール変位量の変化に対応する弁路の開口面積の変化は、共に同様の関係で変化するように設定されている。
そして、コントロールバルブ１３が第一領域Ｄ１に位置している状態では、供給弁路２１は遮断された閉路状態になるが、チェック弁２０ａ付きの再生弁路２０と排出弁路２２とが開路状態となり、これによりヘッド側油室８ａ内の作動油は、ヘッド側油路１８から再生弁路２０、ロッド側弁路１９を経由してロッド側油室８ｂに供給されると共に、排出弁路２２、タンク油路１７を経由して油タンク１６に排出される一方、供給弁路２１は閉じているため油圧ポンプ１１からロッド側油室８ｂへの作動油供給は遮断される（閉じる）構成になっている。
この結果、コントロールバルブ１３が下降側作動位置Ｄの第一領域Ｄ１に位置しているときには、油圧ポンプ１１からの作動油供給が遮断される状態で、ヘッド側油路１８がロッド側油路１９とタンク油路１７とに連通することでヘッド側油室８ａの作動油がロッド側油室８ｂに供給される一方で、油タンク１６に排出されることになる、つまり、後述するようにフロント作業機４の自重を受けることでヘッド側油室８ａから排出される作動油を、再生弁路２０を介してロッド側油室８ｂに供給できることになるが、ロッド側油室８ｂにはシリンダロッド８ｃがあることで過剰となる作動油を油タンク１６に排出できるように設定され、これによってブームシリンダ８は、油圧ポンプ１１からの作動油供給がない状態で、フロント作業機４の自重を受けることに基づいて縮小することになってブーム５の下降作動制御がなされるように設定されている。

これに対してコントロールバルブ１３が下降側作動位置Ｄの第二領域Ｄ２に位置している状態では、再生弁路２０、排出弁路２２に加え、供給弁路２１も開路状態になり、これによって、前記ヘッド側油室８ａからの作動油のロッド側油室８ｂへの供給および油タンク１６への排出が許容される一方で、油圧ポンプ１１からの作動油をロッド側油室８ｂに供給するよう制御される。
この結果、コントロールバルブ１３が下降側作動位置Ｄの第二領域Ｄ２に位置している状態では、ブームシリンダ８は、油圧ポンプ１１からの作動油供給がなされる状態で縮小することになってブーム５は掘削作業ができるパワー状態での下降制御がなされるように設定されている。

さらに前記ヘッド側油路１８には、ブームシリンダ８に付設される状態で下降（落下）防止バルブ２５が設けられるが、該下降防止バルブ２５は、前記下降側パイロットバルブ１５からのパイロット油の供給を受けて、作動油移動のない閉鎖位置２５ａから作動油が相互に移動可能な連通位置２５ｂへの弁位置切換えがなされるものであり、これによって、下降側パイロットバルブ１５からのパイロット油の供給がない状態、つまりコントロールバルブ１３が下降側作動位置Ｄ以外の中立位置Ｎ、上昇側作動位置Ｕの弁位置に位置しているときには閉鎖位置２５ａに位置することになってヘッド側油路１８を元から閉路した状態となって、例えばコントロールバルブ１３や配管が損傷する等の異常発生に基づいて作動油が漏出（リーク）したときに、ブーム５が不用意に下降するような不具合を防止できるよう配慮されている。
さらに下降防止バルブ２５には、ヘッド側油路１８からヘッド側油室８ａ側にのみ作動油を供給するようチェック弁２５ｃが設けられている。

これに対し、ロッド側油路１９には、後述するように作動モードをフロート作業モードにした場合に、制御部２３からの指令を受けて、油タンク１６の作動油をロッド側油室８ｂ側に供給すべくチェック弁２６ｃが設けられたメイクアップ位置２６ｂから油タンク１６とロッド側油路１９とを連通する連通位置２６ａに切換えられるフロート作業用切換えバルブ２６が設けられている。
さらに前記ヘッド側油路１８、ロッド側油路１９には、メイクアップ機能付きのラインリリーフバルブ２７と、前記各油路１８、１９の圧力検知をする圧力検知センサ２８とがそれぞれ設けられている。

一方、前記上部旋回体３の運転室（キャブ）３ａには、モード切換え具３１、操作レバー（操作具）３２、画面表示されるモニタ３３が設けられており、そしてモード切換え具３１、操作レバー３２からの入力信号を受けた制御部２３では、該入力信号に基づき作業モードの通常作業モードとフロート作業モードとのモード切換え制御を実行すると共に、前記上昇、下降側のパイロットバルブ１４、１５、フロート作業用切換えバルブ２６に必要な制御信号を出力し、これによってコントロールバルブ１３の位置切換え制御が実行されるようになっている。
因みに、油圧ポンプ１１も、前記制御部２３からの制御指令によって作動するポンプ用パイロットバルブ２４に連繋されており、操作レバー３２の操作量に応じて作動油の吐出流量制御がなされるように設定されている。

また制御部２３は、前記圧力検知センサ２８からの検知信号の基づき、バケット７が空中に位置している状態か接地している状態かの判断をすることになるが、接地の有無の判断手法として次のようなものが例示される。
まずバケット７が空中に停止しているか、空中を下降している場合、ロッド側油路１９は、コントロールバルブ１３の排出弁路２２が中立位置Ｎにより閉路されるか下降側作動位置Ｄによる流量制限（流量制御）を受ける状態でフロント作業機４の自重を受けることになるため、ロッド側油路１９に設けた圧力検知センサ２８の検知値が高い状態になる。これに対しバケット７が接地している場合、ロッド側油路１９は、前記フロント作業機４からの自重を受ける状態が解消されるため、該側に設けた前記圧力検知センサ２８の検知値は低い状態となり、この圧力変化の有無を制御部２３で判別することにより、バケット７が空中にあるか接地しているかの判断をすることができる。

因みに、バケット７による掘削作業（通常作業）をするべくブーム５を下降させる場合には、油圧ポンプ１１からの作動油供給を受けたパワーのある下降制御が必要になるが、この場合には、ヘッド側油路１８は油圧ポンプ１１からの作動油供給がなされることになって該ヘッド側油路１８に設けた油圧検知センサ２８の検知値は高く、ロッド側油路１９に設けた油圧検知センサ２８の検知値は油タンク１６に連通する状態になるため低いものになり、これを判別することで掘削作業をしていることの検知ができることになる。
尤も、バケット７が接地しているか否かの判断は、このような圧力検知センサ２８によるものに限らず、例えばブーム５、スティック６、バケット７の揺動角度を検知する揺動角度センサを設け、該揺動角度センサによる検知値に基づいてバケット７位置を演算し、これによってバケット７が接地しているか否かの判断をすることができるが、このような接地判断については既に公知になっている技術の一つあるいは複数を適宜採用できることは言うまでもない。

前記制御部２３は、操作レバー３２、運転室３ａに設けたモード切換え具３１から入力した信号に基づき、前記各パイロットバルブ１４、１５、２４、そしてフロート作業用切換えバルブ２６に必要な制御指令を出力し、これによってブームシリンダ８の対応した伸縮制御が実行されることになるが、制御部２３は、モード切換え具３１において選択された入力信号が通常作業モードであるかフロート作業モードであるかのモード判別（Ｓ１）をする。
そして通常作業モードであると判断された場合には通常作業モード制御（Ｓ２）の制御ルーチンに移行し、フロート作業モードであると判断された場合にはフロート作業モード制御（Ｓ３）の制御ルーチンに移行する。

次に、前記各作業モードが選択されている場合のブーム８の昇降制御の手順について説明するが、ここではバケット７が空中に位置する状態からの制御を記すことにする。
そして、作業モードとして通常作業モードが選択されている場合では、操作レバー３２がどの操作位置にあるかの判断（Ｓ４）がなされ、中立位置である場合にはコントロールバルブ１３を中立位置Ｎに切換えるべく制御指令を出力し（Ｓ５）、上昇位置であると判断された場合にはコントロールバルブ１３を上昇側作動位置Ｕに切換えるべく制御指令を出力（Ｓ６）して対応するブーム４の昇降制御が実行される。
これに対し、操作レバー３２が下降位置であると判断される場合には、さらに圧力検知センサ２８が接地検知状態であるかの判断がなされ（Ｓ７）、接地していない、つまりバケット７が空中に位置する状態であると判断される場合には、コントロールバルブ１３を、下降側作動位置Ｄの第一領域Ｄ１に位置するよう制御指令を出力する（Ｓ８）。これに対し、バケット７が接地していると判断された場合には、コントロールバルブ１３を下降側作動位置Ｄの第二領域Ｄ２に位置するよう制御指令を出力する（Ｓ９）。

一方、フロート作業モードが選択されている場合には、操作レバー３２の操作位置の判断（Ｓ１０）がなされ、中立位置である場合にはコントロールバルブ１３を中立位置Ｎに、上昇位置であると判断された場合には上昇側作動位置Ｕに切換えるべく制御指令を出力する（Ｓ１１、Ｓ１２）。
これに対し、操作レバー３２が下降位置であると判断される場合には、下降側作動位置Ｄの第一領域Ｄ１に位置するよう制御するが、このフロート作業モードにおいては、バケット７が接地しているか否かに拘わらず、つまり圧力検知センサ２８が接地検知をしているか否かに拘わらず、操作レバー３２が下降位置である場合にはコントロールバルブ１３を第一領域Ｄ１の位置に維持するよう制御される。
因みに、制御部２３は、選択された作業モードに拘わらず、コントロールバルブ８を下降側作動位置Ｄの第一領域Ｄ１に位置する制御指令を出力している状態では、油圧ポンプ１１を、コントロールバルブ１３側への有効な作動油供給のないアンロード状態にするべくポンプ用パイロットバルブ２４に対して制御指令を出力するよう設定されている。

叙述の如く構成された本発明を実施する形態において、バケット７を用いて掘削作業のような通常作業を行う場合、あるいは整地作業のようなフロート作業を行う場合には、モード切換え具３１を通常作業モード、フロート作業モードに切換えて各対応する作業を行うことになる。

そしていま、フロート作業を行うべくフロート作業モードに切換えた状態において、空中に上昇しているバケット７を下降させて接地させ、この接地状態でフロート作業を行うべく操作レバー３２を下降操作すると、制御部２３は、下降用パイロットバルブ１５とフロート作業切換えバルブ２６とに対して制御指令を出力する。
制御部２３からの制御指令を受けた下降用パイロットバルブ１５は、制御指令に対応したパイロット油をコントロールバルブ１３に供給することになり、このパイロット油を受けたコントロールバルブ１３は、下降側作動位置Ｄの第一領域Ｄ１においてレバー操作量に対応したスプール変位量状態になって再生弁路２０が対応した弁路開口面積での開路状態になる一方で、下降防止バルブ２５は連通位置２５ｂに切換えられる。
この結果、この第一領域Ｄ１の状態では、フロント作業機４の自重を受けることに基づきヘッド側油室８ａの作動油が、再生弁路２０を経由してロッド側油室８ｂに供給されることになってブームシリンダ８が縮小してブーム５が下降することになるが、この際の余剰の作動油は排出油路２２を介して油タンク１６に排出される。
さらにこの場合、制御部２３からの制御指令を受けたフロート作業用切換えバルブ２６はメークアップ位置２６ｂから連通位置２６ａに弁位置の切換えがなされることになり、ロッド側油室８ｂ内の作動油に過不足があった場合に、油タンク１６からの作動油の給排がなされるように構成されている。因みにヘッド側油室８ａ内の作動油に過不足があった場合には、ラインリリーフバルブ２７からの作動油の給排がなされる構成になっている。

そして前記フロート作業モードにおいては、バケット７が接地した後であっても、操作レバー３２が下降操作されているあいだ、コントロールバルブ８は、そのまま第一領域Ｄ１に位置したままとなって前記フロント作業機４の自重によるフロート作業状態での下降制御が継続して実行されることになる。この結果、フロート作業モードにおいては、空中に位置するバケット７が下降して接地した後においても、コントロールバルブ８は下降用作業位置Ｄの第一領域Ｄ１での下降制御状態がそのまま持続されることになるため、従来のように弁路切換えがなされることがなく、違和感のない状態でフロート作業を続行できることになって操作性が向上する。

このようなフロート作業において、作業面（接地面）が隆起していること等によりフロント作業機４の自重に抗してバケット７を持上げる方向の負荷が作業面側から働いた場合、この負荷はブーム５を上昇させる、換言すればブームシリンダ８を伸長させる方向の負荷となる。
これを受けて、ロッド側油室８ｂの作動油はフロート作業用切換えバルブ２６の前記切換えられた連通位置２６ａの弁路を介して油タンク１６に排出される一方、ヘッド側油室８ａには、ヘッド側油路１８に設けた前記メイクアップ機能付きのラインリリーフバルブ２７、下降防止バルブ２５の連通位置２５ｂの弁路を介して油タンク１６から作動油が供給されることになってブームシリンダ８が伸長してブーム５が上昇することになり、支障なくフロート作業を行うことができる。

これに対して通常作業モードが選択されている場合において、操作レバー３２を下降操作してバケット７を空中降下させている状態では、制御部２３は、前述したようにコントロールバルブ８を下降用作業位置Ｄの第一領域Ｄ１にしての下降制御が実行され、そしてバケット７が接地したことの検知がなされると、コントロールバルブ８を下降用作業位置Ｄの第二領域Ｄ２にしての下降制御が実行され、これによって油圧ポンプ１１からの作動油供給がなされた強力なパワーによる下降作業を行うことができることになり、掘削等のバケット７を用いた通常作業に差し障りが出ることがない。
そして通常作業モードにおいて前記バケット７が空中を下降する作動は、フロント作業モードの場合と同様、下降用作業位置Ｄの第一領域Ｄ１での下降制御によるものとなって共通化することになり、これによって作業モードの選択の如何に拘わらず、バケット７の下降作動は同じ操作で同じように行われ、違和感がなく操作性の優れたものになる。

そしてこの場合に、バケット７が接地したことの検知に伴い、下降用作業位置Ｄにおいて第一領域Ｄ１から第二領域Ｄ２への切換えがなされることによってショックが発生したとしても、この切換えは、バケット７による掘削作業等の通常の対地作業を開始するタイミングに重なるため、前記ショックが作業性、操作性の問題になることは殆どない。

しかもこのものでは、バケット７が空中下降しているときでは作業モードの選択によらずコントロールバルブ８は下降用作業位置Ｄの第一領域Ｄ１に位置していて油圧ポンプ１１はアンロード状態になっているため、フロート作業モードが選択されている場合も含めて省エネルギー化が図れることになり、燃費も向上する。

本発明は、油圧ショベル等の建設機械において、ブームシリンダの伸縮作動に基づいて上下動するブームを備えた建設機械におけるブーム制御装置として利用することができる。

１油圧ショベル
４フロント作業機
５ブーム
８ブームシリンダ
８ａヘッド側油室
８ｂロッド側油室
１１油圧ポンプ
１２ポンプ油路
１３コントロールバルブ
１６油タンク
１７タンク油路
１８ヘッド側油路
１９ロッド側油路
２０再生弁路
２１供給弁路
２２排出弁路
２３制御部
２６フロート作業用切換えバルブ
２８圧力検知センサ
３１モード切換え具
３２操作レバー
Ｄ下降側作動位置
Ｄ１第一領域
Ｄ２第二領域
Ｎ中立位置
Ｕ上昇側作動位置

Claims

機体本体にブームが上下揺動自在に支持されるフロント作業機と、ブームの上下揺動を行うブームシリンダと、ブームシリンダの伸縮制御を行うコントロールバルブと、コントロールバルブの切換え制御を行う制御部と、フロント作業機の先端部に設けた作業アタッチメントの接地検知をする接地検知手段と、操作具操作に基づいてコントロールバルブに対する制御指令を出力する制御部とが備えられた建設機械であって、
前記制御部は、フロント作業機の作業モードを、フロント作業機の下降制御が、油圧ポンプからの作動油供給が可能な状態で行われる通常作業のときに設定される通常作業モードと、油圧ポンプからの作動油供給が遮断され、フロント作業機の自重を受けた状態で行われるフロート作業のときに設定されるフロート作業モードとに切換えができるよう設定され、
前記コントロールバルブは、制御部からの制御指令に基づき、ブームシリンダの伸縮を停止する中立位置と、ブームシリンダを伸長してブーム上昇をさせる上昇側作動位置と、ブームシリンダを縮小してブーム下降をさせる下降側作動位置との弁位置切換えができるよう構成されている建設機械において、
前記コントロールバルブは、下降側作動位置に、ブームシリンダのヘッド側油室の作動油を油タンクに排出する排出弁路と、ヘッド側油室の作動油をロッド側油室に供給するべくチェック弁付きの再生弁路と、油圧ポンプからの作動油をロッド側油室に供給するための供給弁路とが設けられ、かつ該供給弁路による油圧ポンプからの作動油供給が遮断される第一領域と許容される第二領域とを備えたものであり、
制御部は、コントロールバルブが下降側作動位置に位置しているときの作業モードが、
通常作業モードである場合には、接地検知手段が接地非検知状態のときには第一領域での下降制御を行い、接地検知状態のときには第二領域での下降制御を行い、
フロート作業モードである場合には、接地検知手段による接地検知状態にかかわらず第一領域での下降制御を行うように設定されていることを特徴とする建設機械におけるブーム制御装置。
制御部は、コントロールバルブが第一領域にあるときには油圧ポンプがアンロード状態になるよう制御することを特徴とする請求項１記載の建設機械におけるブーム制御装置。