JP2023094077A - ホイールローダ - Google Patents

Abstract

【課題】積込作業中におけるバケットの積載荷重を正確に演算することによって、任意の積込重量での積込作業を正確且つ容易に行うことが可能なホイールローダを提供することを目的とする。【解決手段】ホイールローダ１は、リフト圧力センサ２５及びバケット圧力センサ２６の各計測値からリフトシリンダ７及びバケットシリンダ８の各推力を演算し、演算された各推力に基づいてバケット３の積載荷重を演算する荷重演算装置３２を備える。荷重演算装置３２は、バケット３を積載状態としてダンプ動作及びリフト上げ動作を行う積込作業中のリフトシリンダ７の推力及びバケットシリンダ８の推力から、バケット３を空荷状態として積込作業中と同じ動作を行った場合のリフトシリンダ７の推力及びバケットシリンダ８の推力をそれぞれ差し引いた差分値に基づいて、積込作業中におけるバケット３の積載荷重を演算する。【選択図】図３

Description

本発明は、ホイールローダに関する。

ホイールローダからダンプトラック等の被積込機械への積込作業の際、被積込機械の積載制限を守るために、適切な積込重量での積込が必要となる。ホイールローダには、バケット内の積載荷重を演算する装置が設けられることがある（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載のホイールローダは、バケットの空荷状態においてリフトアームと車体とを連結するヒンジピン周りのモーメントである空荷モーメントを演算し、バケットの積載状態において当該ヒンジピン周りのモーメントである積荷モーメントを演算する。特許文献１に記載のホイールローダは、空荷モーメントと積荷モーメントとの差を、バケットの重心位置と当該ヒンジピンとの水平距離で除算して、バケットの積載荷重を演算する。

特許第６７４９８７８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のホイールローダでは、積込作業中のようにバケットが回動して重心位置が変化する場合には、積載荷重の演算誤差が大きくなる。特許文献１に記載のホイールローダを、積込作業中におけるバケットの積載荷重を演算する場合に適用することは難しい。ホイールローダには、被積込機械の積載制限を守るために、バケット内の積荷の一部だけを正確な積込重量で被積込機械に積み込まなければならない場合がある。バケット内の積荷の一部だけを正確な積込重量で被積込機械に積み込むには、オペレータの熟練した技量が求められる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、積込作業中におけるバケットの積載荷重を正確に演算することによって、任意の積込重量での積込作業を正確且つ容易に行うことが可能なホイールローダを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のホイールローダは、車体に対して回動可能に連結されたリフトアームと、前記リフトアームを上方に回動させるリフト上げ動作と前記リフトアームを下方に回動させるリフト下げ動作とを行うリフトシリンダと、前記リフトアームに対して回動可能に連結されたバケットと、前記バケットを上方に回動させるチルト動作と前記バケットを下方に回動させるダンプ動作とを行うバケットシリンダと、前記リフトシリンダの圧力を計測するリフト圧力センサと、前記バケットシリンダの圧力を計測するバケット圧力センサと、前記リフト圧力センサ及び前記バケット圧力センサの各計測値から前記リフトシリンダの推力及び前記バケットシリンダの推力をそれぞれ演算し、演算された前記リフトシリンダの推力及び前記バケットシリンダの推力に基づいて前記バケットの積載荷重を演算する荷重演算装置と、を備え、前記荷重演算装置は、前記バケットを積載状態として前記ダンプ動作及び前記リフト上げ動作を行う積込作業中の前記リフトシリンダの推力及び前記バケットシリンダの推力から、前記バケットを空荷状態として前記積込作業中と同じ動作を行った場合の前記リフトシリンダの推力及び前記バケットシリンダの推力をそれぞれ差し引いた差分値に基づいて、前記積込作業中における前記積載荷重を演算する。

本発明によれば、積込作業中におけるバケットの積載荷重を正確に演算することによって、任意の積込重量での積込作業を正確且つ容易に行うことが可能なホイールローダを提供することができる。
上記以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本実施形態のホイールローダの構成を示す図。 リフト角及びベルクランク角を説明する図。 図１に示すホイールローダの機能的構成を示すブロック図。 図３に示す空荷時シリンダ推力演算部によって演算されるリフトシリンダの推力を説明する図。 図３に示す空荷時シリンダ推力演算部によって演算されるバケットシリンダの推力を説明する図。 チルト角及びダンプ角を説明する図。 積込作業中におけるリフトシリンダ及びバケットシリンダの各ストロークの推移を示す図。 半自動積込処理のフローチャート。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、各実施形態において同一の符号を付された構成については、特に言及しない限り、各実施形態において同様の機能を有し、その説明を省略する。

図１は、本実施形態のホイールローダ１の構成を示す図である。図２は、リフト角及びベルクランク角を説明する図である。

ホイールローダ１は、バケット３により掘削した土砂等の積荷を、ダンプトラック等の被積込機械に積み込む積込作業を行う建設機械である。ホイールローダ１のフロントボディ１１及びリアボディ１２の下部には、不整地や傾斜地を走行可能な車輪４が設けられる。ホイールローダ１のリアボディ１２の上部には、運転室５が設けられる。運転室５内には、オペレータにより操作される操作装置が設けられる。操作装置は、例えば、車輪４の操舵角を操作するステアリングホイール、リフトアーム２及びバケット３の回動を操作する操作レバー、積込作業をホイールローダ１に半自動で実行させるためのスイッチである半自動積込ボタン２８（図３）、被積込機械への積込重量の目標値（以下「目標積込重量」とも称する）を入力するための目標積込重量入力部２７（図３）等である。リアボディ１２の運転室５より後部には、エンジン室６が設けられる。エンジン室６には、エンジン２１や油圧駆動のメインポンプ２２等が設けられる。

ホイールローダ１のフロントボディ１１には、フロントボディ１１の前部から前方向に延びる左右一対のリフトアーム２が上下方向に回動可能に連結されている。リフトアーム２の中間部とフロントボディ１１とは、リフトシリンダ７によって連結されている。リフトシリンダ７のキャップ室（ボトム室）に圧油が供給されると、ロッド７ａのストロークが伸長してリフトアーム２が上方向に回動する（以下「リフト上げ動作」とも称する）。リフトシリンダ７のロッド室に圧油（作動油）が供給されると、ロッド７ａのストロークが縮退してリフトアーム２が下方向に回動する（以下「リフト下げ動作」とも称する）。

リフトアーム２の先端部には、バケット３が回動可能に連結されている。バケット３には、バケットリンク１０を介してベルクランク９が連結されている。ベルクランク９は、フロントボディ１１の前部から前方向に延びるバケットシリンダ８に連結されている。ベルクランク９は、バケットリンク１０を介して、バケット３とバケットシリンダ８とを連結し、バケットシリンダ８の推力をバケット３に伝達する。バケットシリンダ８のキャップ室（ボトム室）に圧油が供給されると、ロッド８ａのストロークが伸長してバケット３が上方向に回動する（以下「チルト動作」とも称する）。バケットシリンダ８のロッド室に圧油が供給されると、ロッド８ａのストロークが縮退してバケット３が下方向に回動する（以下「ダンプ動作」とも称する）。リフトアーム２及びバケット３は、ホイールローダ１の作業装置を構成する。

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１３が設けられる。リフト角センサ１３は、フロントボディ１１に対してリフトアーム２が成すリフト角（θｌ）を計測する。リフト角は、リフトアーム２の基端部とフロントボディ１１とを連結するヒンジピン２ａとリフトアーム２の先端部とバケット３とを連結するヒンジピン２ｂとを結ぶ線分が、ヒンジピン２ａの周りに回動した角度として定義され得る。リフト角は、図２に示すようなロッド７ａが縮退したリフトアーム２の回動前の状態をゼロ度とし、リフトアーム２が上方向に回動する方向を正として定義され得る。

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１４が設けられる。ベルクランク角センサ１４は、リフトアーム２に対してベルクランク９が成すベルクランク角（θｂ）を計測する。ベルクランク角は、バケットシリンダ８のロッド８ａとベルクランク９の基端部とを連結するヒンジピン８ｂと、リフトアーム２の中間部とベルクランク９の中間部とを連結するヒンジピン２ｃを結ぶ線分が、ヒンジピン２ｃの周りに回動した角度として定義され得る。ベルクランク角は、図２に示すようなベルクランク９が直立する状態をゼロ度とし、ベルクランク９が反時計回りに回動する方向を正として定義され得る。

図３は、図１に示すホイールローダ１の機能的構成を示すブロック図である。図３において、細い実線は電気信号ライン、太い実線は圧油ライン、破線はパイロットラインを示している。図４は、図３に示す空荷時シリンダ推力演算部３５によって演算されるリフトシリンダ７の推力を説明する図である。図５は、図３に示す空荷時シリンダ推力演算部３５によって演算されるバケットシリンダ８の推力を説明する図である。図６は、チルト角αｔ及びダンプ角αｄを説明する図である。

ホイールローダ１は、リフトシリンダ７の圧力を計測するリフト圧力センサ２５と、バケットシリンダ８の圧力を計測するバケット圧力センサ２６とを備える。リフト圧力センサ２５は、リフトシリンダ７のキャップ室の圧力を計測するキャップ側センサ２５ａと、リフトシリンダ７のロッド室の圧力を計測するロッド側センサ２５ｂとによって構成されてもよい。リフト圧力センサ２５の計測値は、キャップ側センサ２５ａ及びロッド側センサ２５ｂの各計測値であってもよい。バケット圧力センサ２６は、バケットシリンダ８のキャップ室の圧力を計測するキャップ側センサ２６ａと、バケットシリンダ８のロッド室の圧力を計測するロッド側センサ２６ｂとによって構成されてもよい。バケット圧力センサ２６の計測値は、キャップ側センサ２６ａ及びロッド側センサ２６ｂの各計測値であってもよい。

ホイールローダ１は、プロセッサ及びメモリを含んで構成され、ホイールローダ１の各種機能を実現する演算制御装置３０を備える。演算制御装置３０は、オペレータによる半自動積込ボタン２８の押下を契機として、作業装置に積込作業を半自動で行わせる処理（以下「半自動積込処理」とも称する）を実行する。具体的には、演算制御装置３０は、半自動積込ボタン２８が１回目に押下されると積込作業を開始する前の準備を自動的に行い、半自動積込ボタン２８が２回目に押下されると積込作業を自動的に開始し、被積込機械への積荷の積込重量が目標積込重量に到達すると、積込作業を自動的に終了する。ホイールローダ１は、積込作業を開始する前の準備として、掘削された積荷をバケット３に積載した状態でバケットシリンダ８を伸長させてバケット３の開口部を上向きにしたフルチルトの姿勢から、被積込機械の高さに応じて予め定められた積込作業を開始する高さ（以下「積込開始高さ」）にバケット３を上昇させて静止させる。そして、ホイールローダ１は、積込作業を開始すると、積載状態でありフルチルトの姿勢を保ち積込開始高さに位置するバケット３に対して、ダンプ動作及びリフト上げ動作を行う。

演算制御装置３０には、リフト圧力センサ２５及びバケット圧力センサ２６の各計測値と、リフト角センサ１３及びベルクランク角センサ１４の各計測値と、目標積込重量入力部２７に入力された目標積込重量と、半自動積込ボタン２８の押下を示す信号とが入力される。

演算制御装置３０は、上記の各計測値と半自動積込ボタン２８からの信号とに基づいてバケット３の積載荷重を演算する荷重演算装置３２と、バケット３の積載荷重と目標積込重量と半自動積込ボタン２８からの信号とに基づいてリフトシリンダ７及びバケットシリンダ８の各動作を制御する制御装置３１とを備える。

制御装置３１は、リフトシリンダ７及びバケットシリンダ８の各目標パイロット圧を演算し、当該目標パイロット圧を達成する制御信号をパイロットバルブ２４に出力することによって、リフトシリンダ７及びバケットシリンダ８の各動作を制御する。パイロットバルブ２４は、目標パイロット圧に応じて、パイロットポンプの吐出流量を調整してパイロット圧を調整し、コントロールバルブ２３を作動させる。コントロールバルブ２３は、パイロット圧に応じた開度で開き、エンジン２１により駆動するメインポンプ２２から吐出された圧油を、リフトシリンダ７のキャップ室及びロッド室、並びに、バケットシリンダ８のキャップ室及びロッド室に供給する。これにより、リフトシリンダ７及びバケットシリンダ８の各ストロークが変化し、ホイールローダ１の作業装置を構成するリフトアーム２及びバケット３の各動作が制御される。

荷重演算装置３２は、リフト圧力センサ２５及びバケット圧力センサ２６の各計測値からリフトシリンダ７及びバケットシリンダ８の各推力を演算し、演算された各推力に基づいて、バケット３の積載荷重を演算する。特に、荷重演算装置３２は、バケット３が積載状態である積込作業中の当該各推力から、バケット３を空荷状態として積込作業中と同じ動作を行った場合の当該各推力を差し引いた差分値に基づいて、積込作業中のバケット３の積載荷重を演算する。なお、リフトシリンダ７の推力は、リフト圧力センサ２５のキャップ側センサ２５ａの計測値とキャップ室の受圧面積との積と、ロッド側センサ２５ｂの計測値とロッド室の受圧面積との積との差から演算され得る。バケットシリンダ８の推力も、リフトシリンダ７の推力と同様に演算され得る。

荷重演算装置３２は、積込前荷重演算部３３と、積込中荷重演算部３４と、空荷時シリンダ推力演算部３５と、荷重補正部３６と、荷重出力部３７とを備える。

積込前荷重演算部３３は、半自動積込ボタン２８が１回目に押下されると、ホイールローダ１の積込作業の開始前の状態におけるバケット３の積載荷重を演算する。積込作業の開始前の状態とは、積載状態でありフルチルトの姿勢を保ち積込開始高さに位置するバケット３に対して、ダンプ動作及びリフト上げ動作を行う前の状態である。すなわち、積込作業の開始前の状態とは、例えば、バケット３に積荷を積載した状態としてフルチルトの姿勢を保ったバケット３を、積込開始高さまで上昇させて静止させた状態である。この静止させた状態のバケット３では、一定ストロークのバケットシリンダ８によってフルチルトの姿勢を保ったまま積込開始高さに位置しており、バケット３の重心位置が変化せず、バケット３の積載荷重が一定である。

積込前荷重演算部３３は、積込作業の開始前の状態において、リフトシリンダ７の推力を演算する。そして、積込前荷重演算部３３は、演算された推力から、バケット３を空荷状態として積込作業の開始前の状態と同じ状態にした場合に演算される推力を差し引いた差分値を演算する。そして、積込前荷重演算部３３は、演算された差分値からリフトアーム２に作用するモーメントを演算し、演算されたモーメントをリフトアーム２の水平距離で除算する。これにより、積込前荷重演算部３３は、積込作業の開始前の状態におけるバケット３の積載荷重を演算することができる。バケット３を空荷状態として積込作業の開始前の状態と同じ状態にした場合に演算されるリフトシリンダ７の推力は、空荷時シリンダ推力演算部３５によって予め演算され記憶されている。

なお、積込前荷重演算部３３は、積込作業の開始前の状態におけるバケット３の積載荷重を、次のような手法を用いて演算することができる。すなわち、積込前荷重演算部３３は、積載状態でありフルチルトの姿勢を保ったバケット３を積込開始高さまで上昇している最中にバケット３の積載荷重を複数回演算し、その平均値を、積込作業の開始前の状態におけるバケット３の積載荷重とする。これにより、積込前荷重演算部３３は、リフトシリンダ７の静止摩擦力の影響を低減することができるので、積込作業の開始前の状態におけるバケット３の積載荷重をより正確に演算することができる。

積込中荷重演算部３４は、半自動積込ボタン２８が２回目に押下されると、ホイールローダ１の積込作業中におけるバケット３の積載荷重を演算する。積込作業中とは、積載状態でありフルチルトの姿勢を保ち積込開始高さに位置するバケット３に対して、ダンプ動作及びリフト上げ動作が行われている最中のことである。積込作業中では、バケット３は回動し、バケット３の重心位置は変化し、バケット３から積荷が放出されるので、バケット３の積載荷重は変化する。積込作業中では、リフト角センサ１３により計測されたリフト角や、ベルクランク角センサ１４により計測されたベルクランク角は変化する。

積込中荷重演算部３４は、積込作業中に変化するリフト角及びベルクランク角に応じてリフトシリンダ７及びバケットシリンダ８の各推力を演算する。そして、積込中荷重演算部３４は、演算された各推力から、バケット３を空荷状態として積込作業中と同じ動作を行った場合に演算される各推力を差し引いた各差分値を演算する。そして、積込中荷重演算部３４は、演算された各差分値からリフトアーム２に作用するモーメントを演算し、演算されたモーメントをリフトアーム２の水平距離で除算する。これにより、積込中荷重演算部３４は、積込作業中におけるバケット３の積載荷重を演算することができる。バケット３を空荷状態として積込作業中と同じ動作を行った場合に演算されるリフトシリンダ７及びバケットシリンダ８の各推力は、空荷時シリンダ推力演算部３５によって予め演算され記憶されている。

空荷時シリンダ推力演算部３５は、バケット３を空荷状態として積込作業中と同じ動作を行った場合に変化するリフト角及びベルクランク角に応じてリフトシリンダ７及びバケットシリンダ８の各推力を演算し、記憶する。また、空荷時シリンダ推力演算部３５は、バケット３を空荷状態として積込作業の開始前の状態と同じ状態にした場合のリフトシリンダ７の推力を演算し、記憶する。空荷時シリンダ推力演算部３５に記憶された各推力の一例が、図４及び図５に示されている。図４及び図５の各横軸は、ベルクランク角度を示す。図４の縦軸は、空荷状態でのリフトシリンダ７の推力を示す。図５の縦軸は、空荷状態でのバケットシリンダ８の推力を示す。図４及び図５の各推力は、リフト角に応じて複数のグラフとして描かれている。これにより、リフト角及びベルクランク角が決まると、リフトシリンダ７及びバケットシリンダ８の各推力が一義的に決まる。よって、空荷時シリンダ推力演算部３５は、空荷状態で積込作業中と同じ動作を行った場合や、空荷状態で積込作業の開始前の状態と同じ状態にした場合において、リフトシリンダ７及びバケットシリンダ８の各推力を特定することができる。

なお、空荷時シリンダ推力演算部３５は、空荷状態での積込作業中と同じ動作を行った場合におけるリフトシリンダ７及びバケットシリンダ８の各推力を、次のような手法を用いて演算することが好ましい。すなわち、空荷時シリンダ推力演算部３５は、空荷状態でありフルチルトの姿勢を保ったバケット３を積込開始高さまで上昇させた後、ダンプ動作を行いながら、リフト圧力センサ２５及びバケット圧力センサ２６の各計測値を取得し、取得された各計測値から当該各推力を演算し、記憶する。次いで、空荷時シリンダ推力演算部３５は、所定のリフト角だけリフト上げ動作を行い、ダンプ動作を行いながら、リフト圧力センサ２５及びバケット圧力センサ２６の各計測値を取得し、取得された各計測値から当該各推力を演算し、記憶する。これらを繰り返し行う。すなわち、空荷時シリンダ推力演算部３５は、空荷状態のバケット３に対するダンプ動作中に、リフト圧力センサ２５及びバケット圧力センサ２６の各計測値を取得し、取得された各計測値から当該各推力を演算し、記憶する。

リフトシリンダ７及びバケットシリンダ８では、伸長後に停止した場合と縮退後に停止した場合において同じ位置で停止し、同じ負荷が与えられていたとしても、静止摩擦力の向きの影響により、キャップ室の圧力とロッド室の圧力とが異なることがある。空荷時シリンダ推力演算部３５は、上記の手法を用いることにより、リフトシリンダ７及びバケットシリンダ８の静止摩擦力の影響を、積込作業中と同様にすることができる。これにより、空荷時シリンダ推力演算部３５は、空荷状態での積込作業中と同じ動作を行った場合におけるリフトシリンダ７及びバケットシリンダ８の各推力をより正確に演算することができる。バケット３を空荷状態として積込作業の開始前の状態と同じ状態にした場合のリフトシリンダ７の推力を演算する場合も、上記の手法を用いることにより、リフトシリンダ７の推力をより正確に演算することができる。

但し、積込中荷重演算部３４による演算は、バケット３の重心位置が変化しながら行われるので、バケット３の重心位置が変化しない状態で行われる積込前荷重演算部３３による演算よりも、その正確さに改善の余地がある。

そこで、荷重補正部３６は、積込前荷重演算部３３により演算された積込作業の開始前の状態におけるバケット３の積載荷重に基づいて、積込中荷重演算部３４により演算された積込作業中におけるバケット３の積載荷重を補正する。これにより、荷重演算装置３２は、積込作業中におけるバケット３の積載荷重をより正確に演算することができる。

具体的には、荷重補正部３６は、積込作業の開始前の状態におけるバケット３の積載荷重と、積込作業の開始直後の状態におけるバケット３の積載荷重との比に基づいて、積込作業中におけるバケット３の積載荷重を補正する。積込作業の開始直後の状態とは、積載状態でありフルチルトの姿勢を保ち積込開始高さに位置するバケット３に対して、ダンプ動作及びリフト上げ動作を開始後の状態であって、バケット３から積荷が実際に放出される前の状態である。積込作業の開始直後の状態では、バケット３の重心位置は変化し得るが、積込作業の開始直後の状態におけるバケット３内の積荷の真の重量と、積込作業の開始前の状態におけるバケット３内の積荷の真の重量とが等しい。積込作業の開始直後の状態におけるバケット３の積載荷重は、積込中荷重演算部３４によって演算される。荷重補正部３６は、当該比を、積込作業中におけるバケット３の積載荷重に乗算することによって、積込作業中におけるバケット３の積載荷重を補正する。これにより、荷重演算装置３２は、積込作業中におけるバケット３の積載荷重をより正確且つ容易に演算することができる。

荷重出力部３７は、半自動積込ボタン２８が１回目に押下されると、積込前荷重演算部３３により演算された積込作業の開始前の状態におけるバケット３の積載荷重を、制御装置３１に出力する。荷重出力部３７は、半自動積込ボタン２８が２回目に押下されると、荷重補正部３６により補正された積込作業中におけるバケット３の積載荷重を、制御装置３１に出力する。

制御装置３１には、荷重出力部３７から出力されたバケット３の積載荷重と、目標積込重量入力部２７に入力された目標積込重量と、半自動積込ボタン２８の押下を示す信号とが入力される。制御装置３１は、これらの入力に基づいて、リフトシリンダ７及びバケットシリンダ８の動作を制御する。

制御装置３１は、半自動積込ボタン２８が１回目に押下されると、積込前荷重演算部３３による演算が開始されるので、バケット３をフルチルトの姿勢にするチルト動作が行われるようバケットシリンダ８の動作を制御する。そして、制御装置３１は、バケット３を積込開始高さまで上昇させるリフト上げ動作が行われるようリフトシリンダ７の動作を制御する。

制御装置３１は、半自動積込ボタン２８が２回目に押下されると、積込作業の終了時にバケット３内に残るべき積荷の積載荷重（以下「目標積載荷重」とも称する）を演算する。積込作業の終了時のバケット３の目標積載荷重は、積込前荷重演算部３３により演算された積込作業の開始前の状態におけるバケット３の積載荷重から、目標積込重量入力部２７に入力された目標積込重量を減算することによって演算され得る。そして、制御装置３１は、積込作業を行うべく、積載状態でありフルチルトの姿勢を保ち積込開始高さに位置するバケット３を下方向に回動させるダンプ動作が行われるようバケットシリンダ８の動作を制御する。同時に、制御装置３１は、リフトアーム２を上方向に回動させるリフト上げ動作が行われるようリフトシリンダ７の動作を制御する。この際、積込中荷重演算部３４により積込作業中におけるバケット３の積載荷重が演算される。

制御装置３１は、リフト上げ動作が低速（又は微小速度）で行われるよう、目標パイロット圧を調整してリフト上げ動作の速度を調整する。これにより、リフトシリンダ７の摩擦力としては動摩擦力が一定で支配的となり、静止摩擦力が極力低減され得るので、積込中荷重演算部３４は、積込作業中におけるバケット３の積載荷重をより正確に演算することができる。

制御装置３１は、積込作業中におけるバケット３の積載荷重が目標積載荷重に到達した場合、ダンプ動作が停止するようバケットシリンダ８の動作を制御する。そして、制御装置３１は、積荷がバケット３から放出されるのを抑制するために大きくチルト動作が行われ、その後、積荷がバケット３から放出されない程度に再び小さくダンプ動作が行われるよう、バケットシリンダ８の動作を制御する。当該チルト動作においてバケット３が上方向に回動した角度の大きさであるチルト角αｔ（例えば１５度）は、図６に示すように、当該ダンプ動作においてバケット３が下方向に回動した角度の大きさであるダンプ角αｄ（例えば１０度）よりも大きい。チルト角αｔ及びダンプ角αｄは、バケット３の先端下部に配置された爪先３ａが延びる方向を基準として定義され得る。その後、制御装置３１は、ダンプ動作及びリフト上げ動作が停止するようバケットシリンダ８及びリフトシリンダ７の動作を制御する。これにより、積込作業が終了する。

積込作業の終了直前にチルト角αｔだけダンプ動作が行われるのは、空荷時シリンダ推力演算部３５がリフトシリンダ７及びバケットシリンダ８の各推力を演算するのがダンプ動作中だからである。積込中荷重演算部３４は、積込作業の終了直前の当該ダンプ動作中、又は、積込作業の終了時の状態において、バケット３の最終的な積載荷重を演算する。これにより、積込中荷重演算部３４は、リフトシリンダ７及びバケットシリンダ８の動作態様を空荷時シリンダ推力演算部３５の演算時と同じにして、バケット３の最終的な積載荷重を演算することができる。したがって、積込中荷重演算部３４は、バケット３の最終的な積載荷重をより正確に演算することができる。

図７は、積込作業中におけるリフトシリンダ７及びバケットシリンダ８の各ストロークの推移を示す図である。

リフトシリンダ７のストロークは、リフト上げ動作が行われると大きくなり、リフト下げ動作が行われると小さくなる。バケットシリンダ８のストロークは、チルト動作が行われると大きくなり、ダンプ動作が行われると小さくなる。

リフトシリンダ７のストロークは、積込作業の開始時刻ｔ０において、バケット３が積込開始高さに位置する程度に伸長している。積込作業が開始すると、リフトシリンダ７は一定の低速でリフト上げ動作を行う。リフトシリンダ７のストロークは単調増加する。制御装置３１は、リフト上げ動作の速度を、リフトシリンダ７のストロークが単調増加するために必要な最低速度以上の一定速度となるように制御する。更に、制御装置３１は、リフト上げ動作の速度を、積込作業の終了時刻ｔ３においてリフトシリンダ７のストロークを最大ストロークＳｍａｘ以下とするために必要な一定速度となるように制御する。リフトシリンダ７のストロークが最大ストロークＳｍａｘに到達することは、バケット３の高さが最高揚に到達することを意味する。これにより、制御装置３１は、積込作業の開始から終了までの間においてリフトシリンダ７のストロークを単調増加させることができるので、積込作業中のリフトシリンダ７の動摩擦力を一定に保つことができる。積込中荷重演算部３４は、積込作業中におけるバケット３の積載荷重をより正確に演算することができる。なお、制御装置３１は、積込作業の開始前の状態におけるバケット３の積載荷重と目標積込重量との差（すなわち積込作業の終了時のバケット３の目標積載荷重）に基づいて、リフト上げ動作の速度を制御してもよい。

バケットシリンダ８のストロークは、積込作業の開始時刻ｔ０において、バケット３がフルチルトの姿勢となるように大きく伸長している。積込作業が開始すると、バケットシリンダ８はダンプ動作を行う。バケットシリンダ８のストロークは単調減少する。積込作業中におけるバケット３の積載荷重が目標積載荷重に到達した時刻ｔ１において、バケットシリンダ８はチルト動作を行う。バケットシリンダ８のストロークは単調増加する。チルト角αｔだけチルト動作が行われた時刻ｔ２において、バケットシリンダ８は再びダンプ動作を行う。バケットシリンダ８のストロークは単調減少する。ダンプ角αｄだけダンプ動作が行われた時刻ｔ３において、バケットシリンダ８はダンプ動作を停止する。

ダンプ動作及びリフト上げ動作が停止されて積込作業が終了すると、制御装置３１は、積込作業が終了したことを示す信号を半自動積込ボタン２８に出力する。半自動積込ボタン２８は、その押下回数をリセットする。ホイールローダ１は、再び積込作業を半自動で実行することができるようになる。

図８は、半自動積込処理のフローチャートである。

演算制御装置３０は、オペレータによって半自動積込ボタン２８がリセット後に１回目に押下されると、図８に示す半自動積込処理を開始する。

ステップＳ１において、演算制御装置３０は、バケット３をフルチルトの姿勢するチルト動作が行われるよう、バケットシリンダ８の動作を制御する。

ステップＳ２において、演算制御装置３０は、バケット３を積込開始高さまで上昇させるリフト上げ動作が行われるよう、リフトシリンダ７の動作を制御する。

ステップＳ３において、演算制御装置３０は、積載状態でありフルチルトの姿勢を保ったバケット３を積込開始高さまで上昇している最中のバケット３の積載荷重を複数回演算し、その平均値を演算する。そして、演算制御装置３０は、演算された平均値を、積込作業の開始前の状態におけるバケット３の積載荷重（Ｗｉ）とする。積込作業の開始前の状態におけるバケット３の積載荷重（Ｗｉ）は、上記のように、一定荷重であり、リフトシリンダ７の推力のみから演算される。

ステップＳ４において、演算制御装置３０は、バケット３が積込開始高さまで上昇すると、リフト上げ動作が停止するよう、リフトシリンダ７の動作を制御する。

ステップＳ５において、演算制御装置３０は、オペレータによって目標積込重量入力部２７に入力された目標積込重量（Ｗｔ）が入力されたか否かを判定する。演算制御装置３０は、目標積込重量（Ｗｔ）が入力されるまで待機し、入力されるとステップＳ６に移行する。

ステップＳ６において、演算制御装置３０は、オペレータによって半自動積込ボタン２８がリセット後に２回目に押下されたか否かを判定する。演算制御装置３０は、半自動積込ボタン２８が押下されるまで待機し、押下されるとステップＳ７に移行する。

ステップＳ７において、演算制御装置３０は、積込作業の終了時のバケット３の目標積載荷重（Ｗｆ）を演算する。演算制御装置３０は、次式（１）を用いて、目標積載荷重（Ｗｆ）を演算することができる。
Ｗｆ＝Ｗｉ－Ｗｔ …（１）

ステップＳ８において、演算制御装置３０は、積込作業を開始するべく、ダンプ動作が開始するようバケットシリンダ８の動作を制御すると共に、リフト上げ動作が開始するようリフトシリンダ７の動作を制御する。

ステップＳ９において、演算制御装置３０は、積込作業の開始直後の状態におけるバケット３の積載荷重（Ｗｄ）を演算する。積込作業の開始直後の状態は、積載状態でありフルチルトの姿勢を保ち積込開始高さに位置するバケット３に対して、ダンプ動作及びリフト上げ動作を開始した直後の状態であって、バケット３の重心位置は変化し得るがバケット３から積荷が実際に放出される前の状態である。

ステップＳ１０において、演算制御装置３０は、積込作業中におけるバケット３の積載荷重（Ｗ）を演算する。積込作業中とは、積載状態でありフルチルトの姿勢を保ち積込開始高さに位置するバケット３に対して、ダンプ動作及びリフト上げ動作が行われている最中のことである。

ステップＳ１１において、演算制御装置３０は、積込作業中におけるバケット３の積載荷重（Ｗ）を補正する。演算制御装置３０は、次式（２）を用いて、積込作業中におけるバケット３の積載荷重（Ｗ）を補正することができる。補正後のバケット３の積載荷重をＷ’とする。
Ｗ’＝Ｗ×（Ｗｉ／Ｗｄ） …（２）

ステップＳ１２において、演算制御装置３０は、補正後のバケット３の積載荷重（Ｗ’）が、目標積載荷重（Ｗｆ）に到達したか否かを判定する。演算制御装置３０は、次式（３）を用いて判定することができる。式（３）を満たさない場合は、補正後のバケット３の積載荷重（Ｗ’）が目標積載荷重（Ｗｆ）に到達していないことを意味するので、演算制御装置３０は、ステップＳ１０に移行する。式（３）を満たす場合は、補正後のバケット３の積載荷重（Ｗ’）が目標積載荷重（Ｗｆ）に到達したことを意味するので、演算制御装置３０は、ステップＳ１３に移行する。
Ｗ’≦Ｗｆ …（３）

ステップＳ１３において、演算制御装置３０は、チルト角αｔだけチルト動作が行われるようバケットシリンダ８の動作を制御する。

ステップＳ１４において、演算制御装置３０は、ダンプ角αｄだけダンプ動作が行われるようバケットシリンダ８の動作を制御する。

ステップＳ１５において、演算制御装置３０は、積込作業を終了するべく、ダンプ動作が停止するようバケットシリンダ８の動作を制御すると共に、リフト上げ動作が停止するようリフトシリンダ７の動作を制御する。

ステップＳ１６において、演算制御装置３０は、バケット３の最終的な積載荷重を演算する。その後、演算制御装置３０は、図８に示す処理を終了する。なお、演算制御装置３０は、ステップＳ１６をステップＳ１４とステップＳ１５との間に行ってもよい。

以上のように、本実施形態のホイールローダ１は、フロントボディ１１に対して回動可能に連結されたリフトアーム２と、リフトアーム２を上方に回動させるリフト上げ動作とリフトアーム２を下方に回動させるリフト下げ動作とを行うリフトシリンダ７と、リフトアーム２に対して回動可能に連結されたバケット３と、バケット３を上方に回動させるチルト動作とバケット３を下方に回動させるダンプ動作とを行うバケットシリンダ８と、リフトシリンダ７の圧力を計測するリフト圧力センサ２５と、バケットシリンダ８の圧力を計測するバケット圧力センサ２６と、リフト圧力センサ２５及びバケット圧力センサ２６の各計測値からリフトシリンダ７の推力及びバケットシリンダ８の推力をそれぞれ演算し、演算されたリフトシリンダ７の推力及びバケットシリンダ８の推力に基づいてバケット３の積載荷重を演算する荷重演算装置３２と、を備える。荷重演算装置３２は、バケット３を積載状態としてダンプ動作及びリフト上げ動作を行う積込作業中のリフトシリンダ７の推力及びバケットシリンダ８の推力から、バケット３を空荷状態として積込作業中と同じ動作を行った場合のリフトシリンダ７の推力及びバケットシリンダ８の推力をそれぞれ差し引いた差分値に基づいて、積込作業中におけるバケット３の積載荷重を演算する。

これにより、荷重演算装置３２は、積込作業中のようにバケット３の重心位置が変化する場合であっても、バケット３の積載荷重を正確に演算することができる。ホイールローダ１は、バケット３内の積荷の一部だけを被積込機械に積み込む場合、オペレータの熟練した技量が無くても、正確な積込重量で積み込むことができる。よって、本実施形態のホイールローダ１は、任意の積込重量での積込作業を正確且つ容易に行うことができる。

更に、本実施形態のホイールローダ１は、バケット３とバケットシリンダ８とを連結し、バケットシリンダ８の推力をバケット３に伝達するベルクランク９と、フロントボディ１１に対してリフトアーム２が成すリフト角を計測するリフト角センサ１３と、リフトアーム２に対してベルクランク９が成すベルクランク角を計測するベルクランク角センサ１４と、を更に備える。荷重演算装置３２は、バケット３を空荷状態として積込作業中と同じ動作を行った場合に変化するリフト角及びベルクランク角に応じてリフトシリンダ７の推力及びバケットシリンダ８の推力を演算し、記憶する空荷時シリンダ推力演算部３５を有する。荷重演算装置３２は、バケット３を積載状態として積込作業中に変化するリフト角及びベルクランク角に応じてリフトシリンダ７の推力及びバケットシリンダ８の推力を演算し、演算されたリフトシリンダ７の推力及びバケットシリンダ８の推力から、空荷時シリンダ推力演算部３５に記憶されたリフトシリンダ７の推力及びバケットシリンダ８の推力をそれぞれ差し引くことによって上記の差分値を演算し、演算された差分値に基づいて、積込作業中におけるバケット３の積載荷重を演算する積込中荷重演算部３４を有する。

これにより、バケット３が空荷状態での各推力を演算する際のリフトシリンダ７及びバケットシリンダ８の状態が、積込作業中の各推力を演算する際のリフトシリンダ７及びバケットシリンダ８の状態と同じになる。したがって、荷重演算装置３２は、バケット３が空荷状態での各推力を適切に演算することができるので、積込作業中におけるバケット３の積載荷重を正確に演算することができる。よって、本実施形態のホイールローダ１は、任意の積込重量での積込作業をより正確且つ容易に行うことができる。

［その他］
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、或る実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、或る実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路にて設計する等によりハードウェアによって実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアによって実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テープ、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（solid state drive）等の記録装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

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、８…バケットシリンダ、９…ベルクランク、１１…フロントボディ（車体）、１２…リアボディ、１３…リフト角センサ、１４…ベルクランク角センサ、２５…リフト圧力センサ、２６…バケット圧力センサ、３１…制御装置、３２…荷重演算装置、３３…積込前荷重演算部、３４…積込中荷重演算部、３５…空荷時シリンダ推力演算部、３６…荷重補正部

Claims (7)

1. 車体に対して回動可能に連結されたリフトアームと、
   前記リフトアームを上方に回動させるリフト上げ動作と前記リフトアームを下方に回動させるリフト下げ動作とを行うリフトシリンダと、
   前記リフトアームに対して回動可能に連結されたバケットと、
   前記バケットを上方に回動させるチルト動作と前記バケットを下方に回動させるダンプ動作とを行うバケットシリンダと、
   前記リフトシリンダの圧力を計測するリフト圧力センサと、
   前記バケットシリンダの圧力を計測するバケット圧力センサと、
   前記リフト圧力センサ及び前記バケット圧力センサの各計測値から前記リフトシリンダの推力及び前記バケットシリンダの推力をそれぞれ演算し、演算された前記リフトシリンダの推力及び前記バケットシリンダの推力に基づいて前記バケットの積載荷重を演算する荷重演算装置と、を備え、
   前記荷重演算装置は、前記バケットを積載状態として前記ダンプ動作及び前記リフト上げ動作を行う積込作業中の前記リフトシリンダの推力及び前記バケットシリンダの推力から、前記バケットを空荷状態として前記積込作業中と同じ動作を行った場合の前記リフトシリンダの推力及び前記バケットシリンダの推力をそれぞれ差し引いた差分値に基づいて、前記積込作業中における前記積載荷重を演算する
   ことを特徴とするホイールローダ。
2. 前記バケットと前記バケットシリンダとを連結し、前記バケットシリンダの推力を前記バケットに伝達するベルクランクと、
   前記車体に対して前記リフトアームが成すリフト角を計測するリフト角センサと、
   前記リフトアームに対して前記ベルクランクが成すベルクランク角を計測するベルクランク角センサと、を更に備え、
   前記荷重演算装置は、
   前記バケットを前記空荷状態として前記積込作業中と同じ動作を行った場合に変化する前記リフト角及び前記ベルクランク角に応じて前記リフトシリンダの推力及び前記バケットシリンダの推力をそれぞれ演算し、記憶する空荷時シリンダ推力演算部と、
   前記バケットを前記積載状態として前記積込作業中に変化する前記リフト角及び前記ベルクランク角に応じて前記リフトシリンダの推力及び前記バケットシリンダの推力をそれぞれ演算し、演算された前記リフトシリンダの推力及び前記バケットシリンダの推力から、前記空荷時シリンダ推力演算部に記憶された前記リフトシリンダの推力及び前記バケットシリンダの推力をそれぞれ差し引くことによって前記差分値を演算し、演算された前記差分値に基づいて、前記積込作業中における前記積載荷重を演算する積込中荷重演算部と、を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のホイールローダ。
3. 前記荷重演算装置は、
   前記積載状態の前記バケットに対して前記ダンプ動作及び前記リフト上げ動作を行う前の状態である前記積込作業の開始前の状態において前記リフトシリンダの推力を演算し、演算された前記リフトシリンダの推力から、前記空荷時シリンダ推力演算部に記憶された前記リフトシリンダの推力を差し引いた差分値に基づいて、前記積込作業の開始前の状態における前記積載荷重を演算する積込前荷重演算部と、
   前記積込作業の開始前の状態における前記積載荷重に基づいて、前記積込作業中における前記積載荷重を補正する荷重補正部と、を更に有する
   ことを特徴とする請求項２に記載のホイールローダ。
4. 前記積込中荷重演算部は、前記積載状態の前記バケットに対して前記ダンプ動作及び前記リフト上げ動作を行った直後であって前記バケットから積荷が放出される前の状態である前記積込作業の開始直後の状態において前記積載荷重を演算し、
   前記荷重補正部は、前記積込作業の開始前の状態における前記積載荷重と、前記積込作業の開始直後の状態における前記積載荷重との比に基づいて、前記積込作業中における前記積載荷重を補正する
   ことを特徴とする請求項３に記載のホイールローダ。
5. 前記空荷時シリンダ推力演算部は、前記空荷状態の前記バケットに対する前記ダンプ動作中に、前記リフト圧力センサ及び前記バケット圧力センサの前記各計測値を取得し、取得された前記各計測値から前記リフトシリンダの推力及び前記バケットシリンダの推力を演算し、記憶する
   ことを特徴とする請求項２に記載のホイールローダ。
6. 前記リフトシリンダ及び前記バケットシリンダの各動作を制御する制御装置を更に備え、
   前記制御装置は、前記積込作業中における前記積載荷重が目標積載荷重に到達した場合、前記チルト動作が行われた後に、当該チルト動作において前記バケットが回動した角度の大きさよりも小さい角度で前記バケットを回動させる前記ダンプ動作が行われるよう前記バケットシリンダの動作を制御してから、前記積込作業を終了し、
   前記積込中荷重演算部は、前記積込作業の終了直前の前記ダンプ動作中、又は、前記積込作業の終了時の状態において前記積載荷重を演算する
   ことを特徴とする請求項５に記載のホイールローダ。
7. 前記制御装置は、前記積込作業中における前記リフト上げ動作の速度を、前記積込作業の終了時において前記リフトシリンダのストロークを最大ストローク以下とするために必要な一定速度となるように制御する
   ことを特徴とする請求項６に記載のホイールローダ。

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