JP3142871B2 - 多目的車両のための連結装置 - Google Patents

多目的車両のための連結装置

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JP3142871B2 JP04502312A JP50231292A JP3142871B2 JP 3142871 B2 JP3142871 B2 JP 3142871B2 JP 04502312 A JP04502312 A JP 04502312A JP 50231292 A JP50231292 A JP 50231292A JP 3142871 B2 JP3142871 B2 JP 3142871B2
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    • E02F3/43Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
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Description

【発明の詳細な説明】 技術的な分野 本発明は連結装置、特に、多種多様の作業要素を工事
車両に接続する連結装置に関する。
背景技術 建設業界では、可及的に多種多様な用途に使用できる
機械を利用することが最近の傾向になってきている。そ
の結果、種々のツールを操作する幾つかの機械が開発さ
れてきた。これは、小型および中型ホイールローダーの
ような装置の場合に特に顕著である。前記機械を従来の
使用方法で使用することに加えて、すなわち、バケット
により材料を除去することと積載することに加えて他の
作業をも実施可能とするために、しばしば、それらには
種々の他の作業要素が頻繁に装備される。1つの例は、
バケットとパレットフォークアタッチメントを交換し
て、車両でパレットに固定されている部品を外したり積
載することを可能にすることである。この場合、使用条
件は通常のホイールローダーと全く異なることになる。
前記機械は積載のために用いられるので、リフトアーム
間に於ける優れた視界が、リフトアームが上昇されると
きに要求される。そうすると、オペレーターは、フォー
クとロードの配置状態を見ることができる。この領域の
視界は、材料をバケットに入れて、それをトラックに降
ろすときは重要でない。このモードのオペレーションで
は、バケットの角部の視界が非常に重要になる。
広範囲に変化する視界の要求に加えて、数多くのオペ
レーションを行うための力の要求も異なっている。例え
ば、車両に対して後方のリフトアームに関してパレット
フォーク作業をチルト連結で可能にする力の要求は、バ
ケットを“引き戻す”ために要求される場合より遙かに
大きい。クリアランスをパレットとスタックの間に与え
るために、リフトアームを上昇して積載されているパレ
ットを後方に回転する必要があるとき最も力が必要とな
る。通常のホイールローダーは、一方で、普通は空のバ
ケットを回転しているので、アームを上昇するとき後方
または“引き戻し”方向のチルト連結から極く僅かの力
だけ必要とする。“引き戻し”力の大半は、バケットが
地面の近くにあって、チルト連結が幾何学的により優れ
ているてこの作用を提供するときに一般的に要求され
る。
業界の任意の要求だけでなく、これらの変動する要求
を完全に満たす機械が、“IT12B一体化ツールキャリ
ア”という名称が付けられた広告用小冊子AEHQ8949に開
示されている。一体化ツールキャリアとは、バケット、
パレットフォーク、材料ハンドリングアーム(ブー
ム)、または丸太と製材フォークのように、数多くの異
なる作業要素と共に使用するために特にデザインされた
多目的車両のことであり、使用できる僅かのオプション
に名前を付けただけのものである。種々の視界の条件を
補償するために、一体化ツールキャリアは、互いに横方
向に空間が開けられている一対のリングアームを使用す
る連結機能を備えている。リフトシリンダーとチルト連
結装置が、個々のリフトアームに取り付けられると共
に、リフトアーム間の領域を障害物がない状態で保つた
めに、各々リフトアームと略一直線上に並んでいる。こ
れは、パレットフォーク等の所定の機械を使用する場合
に必ず必要となるリフトアーム装置の中心に優れた視界
を提供する。逆に、車両がバケットを使用しているとき
に、効果的な操作のためにバケットの角部に十分な視界
を提供する。
任意のリフトアーム構成のチルト連結が、リフトアー
ムに関して作業要素を回転するために与えられている。
一体化ツールキャリア等の車両と共に使用するように構
成された機械を使用する場合、チルト連結に要求される
力が大幅に変動する。多種多様な力の要求を完全に満た
すために、チルト連結は、リフトの高さの範囲全体にわ
たって、可及的に均一な回転性能を提供するようにデザ
インされている。前述のように、これは、パレットフォ
ークアタッチメントを使用しているときに特に重要であ
る。チルト連結の幾何学的条件とは、チルトシリンダー
がチルト連結の回転中心と構成部品から後方に突き出て
いるショートエクステンションに取着されている状態で
ある。エクステンションは、チルトシリンダーの使用可
能な力が、特にリフトアームが上昇されるときに強めら
れるモーメントアームを提供する。
多目的車両において指摘されなければならない別の問
題は、地面から上昇される位置に移動するときの作業要
素の姿勢である。或る形式の補償がリフトアーム連結の
内部に与えられていない限り、リフトアームが上昇され
るにつれて、作業要素がフレームに対するリフトアーム
の取付部分の周囲を回転することは言うまでもない。こ
れは、バケットからの材料のこぼれ或いは更に重大な場
合、パレットフォーク機械の分解を招き、そこに組み込
まれている荷物が傾けられる恐れが生じる。一体化ツー
ルキャリアに関するこの問題を補償するために、複数の
リンクがチルトシリンダーをフレームに接続している。
各々リフトアームは、各々リフトアームの上方と下方の
両方に伸長し、そこに傾斜状態で取着されている1つの
リンクを備えている。該リンクは、リフトアームそのも
のとは別に、リフトアーム装置の他の構成部品と比べら
れるときに重量の点で比較的大型になる。第2のリンク
は、該リンクをフレームに固定しているので、チルトシ
リンダーの取付部分が、それらが上昇されるときに、リ
フトアームに関して移動することを可能にする。これに
より、機械の姿勢が変えられない状態を保つことが可能
となる。このタイプのレベルリフト装置の主な欠点は、
4セットの余計なリンク(リフトアームごとに2つ)が
リフトアーム装置に加わるための重量のコストにある。
このタイプの連結装置も、チルトシリンダーに対する油
圧系統ラインの走行を非常に難しくする。更に、リンク
の全ては回転可能に取着されているので、6つの更なる
ピン止めされた接続部分の保守点検も要求される。
或る通常のホイールローダーアプリケーションの場
合、補償リンクは除去されていて、チルトシリンダーが
車体に直接組み込まれている。このタイプの或る装置
が、Equipment Guide Book Division,Nielson/DATAQUES
Tにより1981年1月に発表され、From No.S−7051として
識別される“Terex 72−61ローダー”という名称の文献
に開示されている。別の例は、“910ホイールローダ
ー”という名称でAEHQ5677として識別され且つ1985年7
月にCaterpillar lnc.により発表された小冊子に図示さ
れている。しかし、これらの機械はフレームに直接取着
されているチルトシリンダーを備えているが、取付その
ものは多目的車両への使用を意図していないことが指摘
されなければならない。これらの車両はバケットローダ
ーとしての使用を主として意図されていて、レベルリフ
トを提供するリフトアーム装置内部に於ける固有のメカ
ニズムを要求していない。リフトアームが上昇されると
きに行われる必要がある全ての調整は、チルトシリンダ
ーコントロールの手動調整からオペレーターにより容易
に行われることができる。自動または固有のレベルリフ
トは、小冊子に図示されているものより遙かに高い位置
の車両のフレームにチルトシリンダーを接続することに
より与えられると考えられる。これが行われていたなら
ば、しかし、取付パネルは、オペレーターの直前に位置
することになり、リフトアーム連結の臨界領域に対する
彼の視界を妨げていたと思われる。視界を犠牲にするこ
とは、車両フレームに関してリフトアームの取付ポイン
トを上昇することにより得られる任意の利益に大きな負
担をかけることになり、多目的車両としての機械の使用
性が大幅に制限することになる。
作業要素の姿勢を垂直移動の範囲全体にわたって維持
するための方法の他の例が、1988年12月13日にHeister
などに発行された、米国特許公報第4,791,549号に典型
的に図示されている。この特許は、ブーム上に取着され
ているパレットフォークが水平または垂直の何れかの方
向で直線で移動される手段を示している。複数のセンサ
ーが、ブームの長さと、水平関係に関する角度を測定し
ている。各々センサーは、ブームのリフトとエクステン
ションシリンダーの操作で順にパレットフォークの直線
移行を自動的に実行するマイクロコンピュータに位置デ
ータを入力している。この制御システムは、その目的が
本質的に1つである車両と共に使用するために図示され
ている。制御システムのアプリケーションは車両の操作
に役立つが、それは、他の作業要素と共に使用する際に
そのアプリケーションを拡大しない、また、それは任意
の連結構成部品も除去しない。
ヨーロッパ特許出願第0258819号には、ホイールロー
ダのリフトアームの鉛直動作範囲内でバケットの姿勢を
維持するための電子制御装置が開示されている。この公
報において、上記電子制御装置を用いた車両は車両に関
してリフトアームが動作する際、バケットの所定の角度
位置を維持するリフトシリンダおよびチルトシリンダを
具備している。チルトシリンダは、然しながら、リフト
アームとバケットとの間にあり、リフトアームの中心の
視認性が低下する。この視認性はバケット以外の作業要
素、例えばパレットフォークを操作する場合に必要とな
る。
本発明の目的は、前述の1つまたは複数の問題点を解
決することにある。
発明の開示 本発明は、作業要素を車両のフレームに連結する連結
装置において、 車両のフレームに接続される第1の端部と、作業要素
に接続される第2の端部とを備え、車両の長手の中心線
を挟んで両側に互いに離間させて平行に配置された一対
のリフトアームと、 リフトアームを概ね垂直な面内において前記第1の端
部を中心として動作させるリフト手段と、 作業要素に回動自在に取り付けられ第1の端部と、第
2の端部とを有する一対の第1のチルトリンクと、 前記各リフトアームに回動自在に連結された第1の端
部と、前記第1のリンクにおいて前記第1と第2の端部
の間に回動自在に取り付けられた第2の端部とを有する
一対の第2のチルトリンクと、 前記作業要素と前記車両フレームの間に回転自在に連
結され、リフトアームに対する取付部分を中心として前
記作業要素を回転させるチルト手段と、 リフトアームに関する前記作業要素の実際の角度位置
関係を測定し、前記作業要素の予め決められた前記車両
に関する角度位置関係に関する作業要素の前記実際の位
置の変化を演算し、かつ、前記リフトアームが動作する
間、前記作業要素の前記予め決められた角度位置関係を
達成、維持するために前記チルト手段を制御する電子制
御手段とを具備し、 前記第1のリンクの第2の端部と前記車両フレームの
間に一対の流体作動シリンダーを設け、かつ、この一対
の流体作動シリンダーが、前記各リフトアームと共働す
る前記各リフト手段、第1と第2のリフトリンクおよび
チルト手段と実質的に同じ鉛直面内に配設されている連
結装置を要旨とする。
前述のリフトアーム装置の場合、前記機械には、多種
多様な種々の作業要素を操作する機能が与えられてい
る。前記作業要素は、相互に或る要素のオペレーション
における機能を犠牲にすることなく、高度に効率的な状
態で操作される。前記連結は、それが異なる作業要素の
臨界領域に優れた視界を提供するようにして行われる。
チルト連結の幾何学的条件とは、それが、種々の個々
の作業部品に特有の様々な機能的な要求を受け入れる十
分な力を提供できる状態のことである。結局、電子制御
手段に加えて、リフトアームと作業部品に適した或る機
能または予め設定された移動の通路あるいはその両方
が、プログラム設定され且つ自動的に実行されると考え
られる。これらの特徴は、構造的に軽量で経済的で且つ
作動性においても特に優れているリフトアームと連結装
置の状態で組み合わされている。
図面の簡単な説明 図1は、本発明の原理を具体的に実施している。リフ
トアーム連結を備えた車両の側面図である。
図2は、図1のライン2−2に沿う部分平面図であ
る。
図3は、発明に従うシステムの好ましい実施態様の電
気油圧回路の略図である。
図4は、図1のライン4−4に沿う部分断面図であ
る。
図5は、本発明の原理を具体的に実施している電子制
御手段の実施態様のブロック図である。
図6は、関連するポイントを作業要素の上に図示する
作業要素の線図である。
図7は、平行リフト制御装置の流れ図である。
本発明の最適な実施例 図面を参照すると、車両10は、鉛直中心線Xを中心と
して相互にピンにより止着されたフロントフレーム12
と、リヤフレーム14とを具備している。上記フレーム
は、各々、一対のホイール16、18により支持されてい
る。一対の油圧シリンダー20(図示せず)が、フロント
とリヤフレーム12、14に接続されると共に、該フレーム
を中心線Xを中心おて相互に回転させて操舵するために
選択的に作動可能に構成されている。少なくとも後部の
一対のホイール18は、リヤフレーム14上に支持されたエ
ンジンルーム22内に配置されたエンジン(図示せず)か
ら車両10を駆動する動力を受ける。車両を操作する操作
室24またはオペレーターステーションも、リヤフレーム
14の上に設けられている。リフトアーム連結装置25はフ
ロントフレーム12に取着されると共に、そこから前方に
延設されている。リフトアーム連結装置25は一対のリフ
トアーム26を具備しており、該リフトアーム26は、離隔
して設けられた取着位置28、30(図2)においてフレー
ム12に取着されて車両の中心線X′の両側に配置されて
いる。両方のリフトアーム26は基本的に同じなので、共
通する参照番号が各々リフトアーム上の同じ構成部品の
引用に用いられている。上記リフトアームは、各々、ピ
ン組体34によりフレーム12に取着された第1の端部32を
有しており、ピン組体34は、前記リフトアームとフレー
ムとの間の相対動作を許容する。リフトアーム26の各々
の第2の端部36(図1)は、車両10の前方に配置される
と共に作業要素38に連結されている。作業要素38および
リフトアーム26は、両者間において相対的な回転運動を
可能にするため、ピン組体40により連結されている。図
面に図示されている作業要素38はバケットであるが、リ
フトアーム26は、また、クイックカプラーの形で作業要
素に取着可能であることが理解されよう。クイックカプ
ラーにより、前記リフトアームは、図1において二点鎖
線で示すパレットフォーク等の他の要素に取着可能とな
る。丸太処理装置や種々の他の建設関連要素も、クイッ
クカプラーを使用するリフトアーム連結装置の使用に適
応できる。
リフトアーム26を同ときに上昇するための手段42が、
リフトアーム26の下側となると共にリフトアームと略一
直線となるように、フレーム12と各々リフトアーム26の
間に配置されている。図示する実施態様において、リフ
ト手段42は油圧シリンダー44等の第1の流体アクチュエ
ータを具備している。各々のシリンダー44は、フレーム
12に回転自在に取着された第1の端部またはヘッド端46
と、リフトアームの中間部50に回転自在に取着された第
2の端部またはロッド端48とを具備している。シリンダ
ー44の両端部46、48は、各構成部品の間で相対的な回転
々作を可能とするために、各々ピン組体52、54により回
転自在に取着されている。油圧シリンダー44が周知の方
式で作動されるとロッド端48が伸長して、リフトアーム
26が、その第1の端部32の周囲に回転して第2の端部36
を上昇させるので、作業要素38は略鉛直な面に配置され
る。
各々のリフトアーム26には、作業要素38を取付ピン40
を中心としてリフトアーム26に対して傾斜させる手段56
を具備している。チルト手段56は、第1と第2の連結部
材58、60と協働する連結装置57と、チルトシリンダー62
と以下記載する油圧シリンダー等の第2の流体アクチュ
エータとを具備している。第1のチルト連結部材58は第
1の端部64を有しており、該第1の端部64はピン組体66
により作業要素38に回転自在に連結されている。連結位
置はリフトアーム26の第2の端部の上方に、該第2の端
部に対して略一直線をなすように配置されている。第1
のチルト連結部材58は、リフトアーム26に対して略平行
に車両10に向けて後方に延設され、そして第2の端部68
で終了している。第2チルトリンク60は、第1と第2の
側板70、72(図2参照)を有する2つの部材により構成
されており、第1と第2の側板70、72は、リフトアーム
26と第1のチルトリンク58との間に跨設されて両者を押
し広げる。第2チルトリンク60は、ピン組体76によりリ
フトアーム26に回転可能に取着されている第1の端部74
を備えている。第2チルトリンク60の第2の端部78は、
ピン組体80により第1チルトリンク58に回転可能に取り
付けられてる。第2チルトリンクと第1チルトリンクの
間の取着位置は、第1チルトリンク58の端部64、68の中
間に設けられている。これは、2つのチルトリンク58と
60の間で取着位置を越えて後方に突出する延長部82を作
る。油圧チルトシリンダー62は、従来の構造と作動にお
いて従来と同様のシリンダーであり、第1の端部または
ヘッド端84と第2の端部またはロッド端86を有してい
る。チルトシリンダーのロッド端86は、ピン組体88によ
り第1チルトリンク58の第2の端部68に回転可能に取着
されている(図1)。チルトシリンダーの62のヘッド端
84は、リフトアーム62とフレーム12の間の取着位置28、
30のポイントから上方に略一直線上に配置された位置86
において車両フレーム12に取着されている。そのように
構成されているので、チルト連結組体56全体は、リフト
アーム26に対して略一直線上に配置されている。
リフトアーム連結装置25には、数多くの機能がオペレ
ーターの意志で自動的に実行されることを可能にする電
子制御手段90が具備されている。連結装置と制御手段90
の作用および機能は、図3の略図に最も効果的に説明さ
れている。一対の制御竿92、94はリフトシリンダーおよ
びチルトシリンダー44、62の機能を各々制御する。制御
竿92,94は、各々所定の軸線に沿って2つの方向に動作
可能に構成されている。各々の方向に於ける制御竿92、
94の動作は、各々シリンダー44,62の所望の速度(速さ
と方向)に対応している。
制御竿92、94は電気ワイヤー98、100を介して制御モ
ジュールまたは制御装置96に各々接続されている。制御
装置96は、各々リフトとチルトシリンダー44と62を制御
する一対の電気油圧弁102、104に連絡している。リフト
制御弁102は、その両端部に配置されている一対のソレ
ノイド106、108を備えている。各々ソレノイド106、108
は各々電気ワイヤー110、112を介して制御装置96に接続
されている。前記弁は、一対の導管116、117を介して流
体の発生源114にも連絡しており、該流体は、ポンプ115
により加圧されて弁102、104に分配される。該弁は、順
次加圧された流体をリフトシリンダー44に選択的に供給
する。各々のシリンダーはヘッド端48にポート118を有
しており、該ポートは導管120を介して制御弁102に連通
している。第2のポート122がシリンダー44のロッド端4
6に配置されると共に、導管124を介して制御弁102と連
通している。前記シリンダーは、加圧された流体が各々
ロッド端46またはヘッド端48に選択的に供給されて、両
方のシリンダーが同ときに伸長または引き込むように連
結されている。チルト制御弁104は、該制御弁104の両端
に配置された一対のソレノイド126、128の選択的動作に
より加圧された流体をチルトシリンダー62に供給するこ
とを除いてリフト制御弁102と実質的に同一である。ソ
レノイド126、128はワイヤー130、132を介して制御装置
96に接続されている。リフト制御弁102と同様にチルト
制御弁104は、導管116、117を介して加圧された流体の
発生源114と流体で連絡している。弁104は、導管137を
介してチルトシリンダー62のヘッド端84のポート134
(図4)または導管135を介してチルトシリンダー62の
ロッド端86のポート136に加圧された流体を選択的に供
給し、それらを同ときに伸長または引き込む。
少なくとも1つのスイッチ138がワイヤー140を介して
制御装置96と連絡すると共に、リフトとチルトシリンダ
ー44と62の作動が、各々、制御竿92、94の作動から手動
で、または制御装置96の内部に搭載されているプログラ
ムされた機能から自動的に行われるか否かについて決定
する。自動制御は、リフトとチルトシリンダー44、62と
各々協動する検出手段142、144からの入力に依存する。
上記検出手段142と144は幾つかの異なる変形の1つで
ある。或る実施態様において、検出手段142,144は、各
々シリンダー44,62の相対的な引き込み/伸長を示す信
号を生成するセンサーを具備している。図示されている
実施態様において、RFセンサーとして広く知られてい
る、無線周波数センサー146は、シリンダーエクステン
ションの長さを決定するために、チルトシリンダー62の
一方だけでなくリフトシリンダー44の一方にも具備され
ている。このタイプのセンサーは、1988年4月12日にBi
tarなどに発行された米国特許公報第4,737,705号に更に
詳細に説明されている。リフトとチルトシリンダーに具
備されているセンサーは同じなので、チルトシリンダー
62に関連されるセンサーだけ詳細に説明する。つまり、
作用はリフトとチルトシリンダーの両方で同じであるこ
とが理解されよう。ここで図3、4を参照すると、制御
装置96は各々シリンダー44、62のロッド端46、86に配置
されたハウジング152の内部に受承された一対の同軸ケ
ーブル148、150を介して各々シリンダー44と62に接続さ
れていることが理解される。上記ケーブルは、ハウジン
グ152を貫通して延設されると共に、シリンダーを閉じ
る端部キャップ162に対して180゜離れて配置されたネジ
部を具備する端部154と156を備えており、該端部は一対
のネジ山付きの開口部158、160の内部に受承されてい
る。一対のアンテナ164、166が、各々同軸ケーブル148
と150に接続されている。アンテナ164の遠方端部168
は、その内部端部172においてセットネジ170によりシリ
ンダー端部キャップ162に接地されている。同様に、ア
ンテナ166の遠位の端部174はセットスクリュー176によ
り端部キャップ162の内部端部172に接地されている。ピ
ストン178は、シリンダーロッド182の最も内側の端部18
0に固定されると共に、アンテナ164、166に面した信号
反射壁184を形成している。ピストンは、シリンダーに
形成されているポート134と136の間に配置されると共
に、各々ポート118と122に対する加圧された流体の選択
送りに応答し、シリンダーボディ部またはハウジング18
6に相応するロッド182の伸長と引き込みを実行する。
回転式のポテンショメーターは図示されていないが、
リフトアーム26の位置を決めるために、代替的に、リフ
トアーム26をフロントフレーム12に取着する第1の端部
32の取付部分28と組み合わせてもよい。このタイプのセ
ンサーは、リフトアーム26とフレーム12の間の角度を検
出すると共に対応する信号を制御装置96に送る。制御装
置96が信号を受信すると、ジョイント部の角度が三角関
数法により計算される。バケット位置を決定する該技術
は周知の技術であり、例えば、1976年12月14日にTeach
に発行された米国特許公報第3,997,071号および1983年
3月22日に1nuiなどに発行された米国特許公報第4,377,
043号に開示されている。類似のセンサーを、リフトア
ーム26に関して作業要素38の角度を示すために、制御装
置96に信号を与えるチルト手段56の回転取付部分の1つ
に具備してもよい。
図5を参照すると、制御装置96はマイクロプロセッサ
ー202と、記憶手段204と、信号条件設定手段206とを具
備している。1つの適切なマイクロプロセッサー202がR
oselle,1LのMotorla lnc.により提供されている(部品
番号60HC11)。しかし、任意の類似のデバイスを使用可
能である。マイクロプロセッサー202は、記憶手段204に
記憶されているプログラムされた命令(コンピュータプ
ログラム)の制御に基づいている。条件設定手段206
は、制御竿92、94と、スイッチ138と、検出手段142、14
4から信号を受信すると共に、マイクロプロセッサー202
に送る信号を処理する。好ましい実施態様では、条件設
定手段206はノイズを信号から除去するローパズフィル
ター(図示せず)を具備している。マイクロプロセッサ
ー202の内部に設けられたアナログ−デジタルコンバー
ター(A/Dコンバーター)が、フィルター処理された信
号をデジタル化する。マイクロプロセッサー202は、信
号を電気油圧制御弁102、104に送ってリフトアーム連結
装置25の動作も制御する。更にマイクロプロセッサー20
2は記憶手段204の連結位置に関するデータも記憶してい
る。前述のような制御装置構成は、技術上周知のことな
ので以下説明を省略する。
好ましい実施態様では、制御装置96は、手動モードと
1つまたは複数の自動モードの間で切り替えられること
ができる。
手動モードの場合、油圧リフトとチルトシリンダー44
と62の動作は各々制御竿92、94の動作でオペレーターに
より制御される。
第1の自動モードにおいて、制御装置96は、作業要素
38を複数のプログラムされた位置に自動的に移動する。
例えば、作業要素38がバケットにある場合、車両は、ワ
ークサイクルに基づいてオペレーターにより操作され
る。一般的にワークサイクルは、掘削、積載、運搬、降
下オペレーションを含んでいる。
1つの実施態様において、制御竿92、94は、各々プロ
グラムされた連結位置に対応する1つまたは複数の戻り
止めまたはロック位置を具備している。例えば、チルト
制御竿94はチルトバック(T1LT−BACK)戻り止め位置
と、ダンプ(DUMP)戻り止め位置とを備えている。チル
ト制御竿94がチルトバック戻り止め位置に設定される
と、制御竿94が固定されると共に、チルト手段56は連結
をオペレータープログラム設定可能チルトバック位置に
移動するように作動される。チルト制御竿94が反対側の
方向に移動され且つダンプ戻り止め位置にロックされる
と、チルト手段56は連結をオペレータープログラム設定
可能ダンプ位置に移動するように作動される。同様に、
リフトコントロールレバー92も高位と低位の戻り止め位
置を備えている。前述の機能を実施できる制御システム
は、1989年8月18日に提出された米国特許出願第07/460
835号に開示されている。
別の実施態様の場合、制御装置96はチルト手段とリフ
ト手段42、56を作動して、複数のオペレータープログラ
ム設定可能リフトアームとチルト連結位置により定めら
れるワークサイクルに基づいて、リフトアーム連結装置
25を自動的に動作させる。例えば、制御装置96は、リフ
ト手段とチルト手段42、56を自動的に作業要素38の“運
搬に戻る”動作と“降下に戻る”動作を提供する。
別の自動モードの場合、制御装置96は作業要素38の平
行リフト機能を自動的に提供する。すなわち、作業要素
38の角度の関係がリフトアーム26の移動中に維持され
る。角度の関係は作業要素38のライン(次に説明され
る)と水平線により形成される。“平行リフト”という
用語は、新しい位置の作業要素のラインが古い位置の作
業要素のライン(次に説明される)と平行になる事実に
関連して用いられる。
1つの実施態様において、リフトアーム26の上昇/下
降は、手動モードにおけるオペレーターの制御竿90の操
作により制御される。制御装置96はチルト手段56を自動
的に作動して、作業要素38と車両10の間の角度の関係を
維持する。別の実施態様の場合、制御装置96は、作業要
素38と車両10の間の角度の関係を維持しながら、リフト
アーム26をプログラム設定可能な位置(前述の説明を参
照)に移動する。
平行リフト機能について述べる以下の説明では、作業
要素38をバケットとして記載する。他の作業要素の平行
機能も同様である。
平行リフト機能を与えるために用いられる計算に、次
に示す記号が用いられる。
L 一定の長さ λ 変化する長さ A 一定の角度 θ 変化する角度 図6を参照すると、各々長さ(L,λ)は、2つの位置
を規定する2つの下付きの添字を有しており、そして上
記2つの位置の間の長さが参照される。各々角度(A,
θ)は、2本の直線を規定する3つの下付きの添字を有
しており、上記2本の間の角度が測定される(中間の下
付き文字は角度の頂点になる)。
図7を参照すると、制御装置96は、リフト手段42の作
動中に直線Lk1とLabの間の角度の関係θab1またはバケ
ット角度を維持するように構成されている。図示するよ
うに、作業要素38と作業車両10の間の角度の関係は、ポ
イントbを通るLk1により定められる固定軸に対して測
定される。説明上の便宜のために、Lk1がポイントiを
通るように図示している。
或る実施態様の場合、オペレーターは、平行リフト機
能が動作状態の間に、バケット角度θab1を調整でき
る。従って、制御ブロック208においてチルト制御竿94
から信号が読みとられる。チルト制御竿94の信号はバケ
ットの所望の角速度に比例する。そこで、制御ブロック
210において、新たな所望のバケット角度θab1は、バケ
ットの所望の角速度を積分すると共に、その結果と現在
のバケット角度を結合することにより計算される(制御
竿94が作動されていない場合、バケット角度は修正され
ない)。好ましい実施態様において、バケット角度は、
1回(1つの制御ループ)で±3度より大きく修正され
ることはできない。
制御ブロック212で、リフトアーム26と車両10の間の
角度の関係が決定される。好ましい実施態様の場合、検
出手段144はリフトシリンダーの変位λgj、を示す信号
を送る。代替実施態様の場合、検出手段リフトアーム26
と車両10の間の角度の関係を示す信号を送る。
リフトシリンダーの伸長λgj、と連結装置の幾何学的
条件に基づいて、所望のリフトシリンダーの伸長λfh
が制御ブロック214で決定される。好ましい実施態様に
おいて、λfhを決定するために用いられる計算は以下の
通りである。
θgij=COS-1((Lij 2+Lig 2−Lgj 2)/(2*Lij*Lig)) (1) θTEMP1=θgij+θbig−θxij (2) θTEMP2=θab1−θTEMP1 (3) θabi=π−θTEMP2−θabx (4) θcbd=θabi+Adb1−Aabc (5) λcd=sqrt(Lbc 2+Lbd 2−2*Lbc*Lbd*COS(θcdb)) (6) θced=COS-1(Lce 2+Lde 2−λcd 2)/(2*λce*λde)) (7) θdef=Acef−θced (8) λdf=sqrt(Lde 2+Lef 2−2*Lde*Lef*COS(θdef)) (9) θbdc=SIN-1(Lbc*SIN(θcbd)/(λcd) (10) θcde=COS-1(Lcd 2+Lde 2−λce 2)/(2*λcd*λde)) (11) θbde=θbdc+θcde (12) θedi=θbdi−θbde (13) θcdf=COS-1(Lde 2+Ldf 2−λef 2)/(2*λde*λdf)) (14) θfdi=θedi−θeds (15) λfi=sqrt(Ldf 2+Ldi 2−2*Ldf*Ldi*COS(θfdi)) (16) θdif=COS-1(Ldi 2+Lfi 2−λdf 2)/(2*λdi*λfi)) (17) θbif=θdif−Abid (18) θfih=Ahix−θTEMP1−θbif (19) λfh=sqrt(λfi 2+Lhi 2−2*λfi*Lhi*COS(θfih)) (20) ここで、ポイントxは、角度の頂点を通る車両10に関
する水平軸上のポイントを示している。
制御ブロック216において、制御装置96は、所望のチ
ルトシリンダーの伸長に相応するチルト手段56を作動す
る。好ましくは、制御装置96はポジションフィードバッ
ク式の閉ループ制御により、連結装置25の次の所望の位
置を計算してチルト手段56を作動させる。ポジションフ
ィードバック式の閉ループ制御は技術上周知である。更
に、上記閉ループ制御は、チルトシリンダーの速度フィ
ードバックとフィードフォーワードを具備してもよい。
ポジションフィードバック、速度フィードバックおよび
フィードフォーワードを利用する適切な制御システム
は、1990年6月15日に提出された米国特許出願第07/540
726号に開示されている。
平行リフト機能が(スイッチ138により)動作状態の
間に、制御は制御ブロック208に帰還して、所望のバケ
ット角度が再び計算される。このプロセスは、平行リフ
ト機能が非動作状態になるまで繰り返される。平行リフ
ト機能が非動作状態になると、作業要素38は制御竿92、
94の制御に再び依存する。
産業上の利用可能性 実際の操作では、車両10の作業要素38とリフトアーム
26の操作は、各々リフト制御竿とチルト制御竿92、94の
通常の操作により行われる。例えば、リフトアーム26を
上昇するときに、制御竿92は、電気油圧弁102に接続さ
れているソレノイド106または108の一方を作動させる方
向に移動されることができる。ソレノイド106、108の一
方が作動すると弁がシフトして、シリンダーを伸長また
は引き込むリフトシリンダー44のロッド端またはヘッド
端46、48の一方に各々、導管116、117を介して油圧され
た流体を送る。同様に、チルト制御竿94の動作により、
チルト制御弁104に関連されるソレノイド126、128の一
方を作動させる。これにより、加圧された流体を導管11
6、117を介して、各々チルトシリンダー62のヘッド端ま
たはロッド端84、86の何れかに一方に順次送って作業要
素の姿勢を調整する。
自動機能をリフトアーム装置25のオペレーションに組
み込むことが望ましい場合には、制御装置96がシステム
に導入されていなければならない。図示する実施態様に
おいて、平行(レベル)リフト機能を開示する。該機能
は、トグルスイッチ138の動作により作動する。該スイ
ッチが動作すと、制御装置96がケーブル148、150を介し
て、リフトシリンダーおよびチルトシリンダー44、62を
協動する検出手段142、144のアンテナ164、166に各々入
力信号を送る。各センサーにおいて、上記信号はアンテ
ナ164によりピストン178の壁184に向けて送られると共
に、そこから反射される。反射された信号は反対側のア
ンテナ166により受信される。アンテナとピストン端部
壁の間の距離に従って、ある周波数が発生する。この特
定の適用では、上記周波数は50メガヘルツ(Mhz)から
1.5ギガヘルツ(Ghz)の範囲の周波数である。ピストン
178が前記アンテナに対して動作すると前記周波数が変
化する。前記信号がケーブル150を介して制御装置96に
連続して帰還して、シリンダーハウジング186の内部の
ピストン178の位置が一定に読み取られ、各々シリンダ
ー44、62の伸長がモニターされる。制御装置96には、車
両のオペレーターによりそのメモリにプログラムされ
た、シリンダー位置の所望のシーケンスを有する機能を
具備している(前述の討議を参照)。所望の動作がプロ
グラムされると、制御装置96は、リフトシリンダーとチ
ルトシリンダー44、62の現在の位置を常に読み取って、
所望のプログラムされた位置と比較する。所定位置から
の逸脱は、制御弁102、104の動作に基づいて制御装置96
により自動的に調整可能である。従って、リフトアーム
の動作の所定の高さに渡って作業要素38のレベルリフト
を与えるために、リフトアーム26とチルト手段56の動作
パラメータをセットしたのち、リフトアーム連結装置25
を所望の動作に基づいて自動的に動作させるために、電
子制御手段90を採用してもよい。
上記機能を具備するリフトアーム装置により、リフト
アーム連結の構成が相対的に単純な構造となり、全体的
なコストと重量を大幅に増加させる複雑な構成部品の省
略を可能とする。それは、また、リフトアーム連結装置
が、他の単純な構成で多様な機能を有する装置に力を伝
達する連結装置に良好な視界を提供する利点を備えるこ
とを可能とする。電子制御をリフトアーム連結装置25に
備えると、他の機能に使用できる可能性も拡大する。例
えば、メカニカルキックアウト装置は、制御装置96に補
助プログラムを設定することにより省略可能である。リ
フトアーム26と作業要素38の自動配置は、バケットに適
した“掘削に戻る”位置または“運搬に戻る”位置、若
しくは配管作業の使用に適した自動保持位置を与えるよ
うに容易にプログラム可能である。付加的なセンサーお
よびプログラムを用いることにより、前述の基本システ
ムは、最大負荷または“安全”負荷モニターのような特
徴を有して機能強化することが可能である。この特徴
は、各負荷の重量が、自動的に測定される、または代替
的に、扱われる負荷の最大量を定めることを可能にす
る。
本発明の他の特徴、目的および利点は、添付図面、明
細書、請求の範囲の検討から得られることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホセイニ,ジャバド アメリカ合衆国,イリノイ 61614,ペ オリア,ウィロー ノールス #ビー 3509 (72)発明者 ホプキンス,マイケル エフ. アメリカ合衆国,イリノイ 60506,オ ーロラ,シプレス ドライブ 991 (72)発明者 アレン,ウィリアム イー. アメリカ合衆国,イリノイ 61614,ペ オリア,ノース フラミンゴ コート 6927 (56)参考文献 欧州特許出願公開258819(EP,A 1) 米国特許4791549(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E02F 3/36

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】作業要素(38)を車両のフレームに連結す
    る連結装置(25)において、 車両のフレーム(12)に接続される第1の端部(32)
    と、作業要素(38)に接続される第2の端部(36)とを
    備え、車両(10)の長手の中心線(X)を挟んで両側に
    互いに離間させて平行に配置された一対のリフトアーム
    (26)と、 リフトアーム(26)を概ね垂直な面内において前記第1
    の端部(32)を中心として動作させるリフト手段(42)
    と、 作業要素(38)に回動自在に取り付けられ第1の端部
    (64)と、第2の端部とを有する一対の第1のチルトリ
    ンク(58)と、 前記各リフトアーム(26)に回動自在に連結された第1
    の端部(74)と、前記第1のリンク(58)において前記
    第1と第2の端部(64、68)の間に回動自在に取り付け
    られた第2の端部(78)とを有する一対の第2のチルト
    リンク(60)と、 前記作業要素(38)と前記車両フレーム(12)の間に回
    転自在に連結され、リフトアーム(26)に対する取付部
    分を中心として前記作業要素(38)を回転させるチルト
    手段(56)と、 リフトアーム(26)に関する前記作業要素(38)の実際
    の角度位置関係を測定し、前記作業要素(38)の予め決
    められた前記車両(10)に関する角度位置関係に関する
    作業要素(38)の前記実際の位置の変化を演算し、か
    つ、前記リフトアーム(26)が動作する間、前記作業要
    素(38)の前記予め決められた角度位置関係を達成、維
    持するために前記チルト手段を制御する電子制御手段
    (90)とを具備し、 前記第1のリンク(58)の第2の端部(68)と前記車両
    フレーム(12)の間に一対の流体作動シリンダー(44、
    62)を設け、かつ、この一対の流体作動シリンダーが、
    前記各リフトアーム(26)と共働する前記各リフト手段
    (42)、第1と2のリフトリンク(58、60)およびチル
    ト手段(56)と実質的に同じ鉛直面内に配設されている
    連結装置(25)。
  2. 【請求項2】リフト手段(42)が第1と第2の端部(4
    6、48)を備えた一対の流体作動シリンダー(44)を具
    備し、前記第1の端部(46)がリフトアーム(26)の第
    1の端部(46)の各々取付部分と一般的に垂直で揃って
    いてかつその下方に位置して空間が開けられている位置
    において車両フレーム(12)に接続されかつ前記第2の
    端部(48)がその中心部(30)の各々リフトアーム(2
    6)に接続されている請求項1に記載の連結装置(2
    5)。
  3. 【請求項3】電子制御手段(90)が、前記第1の端部
    (32)の取付部分(34)の周囲のリフトアーム(26)の
    動作の大きさとリフトアーム(26)に関する作業要素
    (38)の回転両を測定するために複数のセンサー(14
    2、144)を具備している請求項1に記載の連結装置(2
    5)。
  4. 【請求項4】電子制御手段(90)がフレーム(12)に関
    するリフトアーム(26)の位置とリフトアーム(26)に
    関する作業要素(38)の位置を決定するためにリフトと
    チルト手段(42、56)の流体作動シリンダー(44、62)
    に動作的に関連される複数の変位センサー(146)を具
    備している請求項3に記載の連結装置(25)。
  5. 【請求項5】電子制御手段(90)が、前記第1の端部
    (32)の取付部分(34)の周囲のリフトアーム(26)の
    動作の大きさとリフトアーム(26)のその取付部分(4
    0)に関する作業要素(38)の回転を測定するために複
    数の回転角度センサー(142、144)を具備している請求
    項3に記載の連結装置(25)。
  6. 【請求項6】電子制御手段(90)が、リフトアーム(2
    6)と作業要素(38)の現在の位置を決定するためにリ
    フトとチルト手段(42、56)と共働するセンサー(14
    2、144)から出力を受信し、各々、現在の位置と各構成
    部品(26、38)に対して予め選択され所望の位置のもの
    を比較し、かつ、リフトアーム(26)と作業要素(38)
    の予め選択された位置に従ってそれらの各々位置を調整
    するためにリフトとチルト手段(42、56)の流体作動シ
    リンダー(44、62)に関連される電気油圧弁(102、10
    4)を作動する出力信号を生成する、制御装置(96)を
    更に具備している請求項4に記載の連結装置(25)。
  7. 【請求項7】電気油圧弁(102、104)が、第1と第2の
    流体アクチュエータ(44、62)に接続され、かつ、流体
    アクチュエータ(44、62)の自動オペレーションを与え
    るために、その第2の端部(48、86)に関して流体アク
    チュエータ(44、62)の第1の端部(46、84)の動作を
    制御するために制御装置(96)の出力に対応している請
    求項6に記載の連結装置(25)。
  8. 【請求項8】電子制御手段(90)がシリンダーボディ
    (186)に関してロッド部材(182)の突出長さを決定す
    るためにリフトシリンダーおよびチルトシリンダー(4
    4、62)の各々と共働する変位センサー(146)から成る
    位置センサー(146)を具備している請求項15に記載の
    連結装置(25)。
  9. 【請求項9】前記電子制御手段(90)がプログラム設定
    可能なマイクロプロセッサー(202)を具備している請
    求項1に記載の連結装置(25)。
  10. 【請求項10】前記電子制御手段(90)が位置帰還制御
    を実行する請求項1に記載の連結装置(25)。
  11. 【請求項11】軸に沿う2つの方向に移動でき、かつ、
    それに対応して第1制御信号を生成する第1制御竿(9
    2)と、 軸に沿う2つの方向に移動でき、かつ、それに対応して
    第2制御信号を生成する第2制御竿(94)とを具備し、 前記電子制御手段(90)が、前記第1制御信号を受信し
    て前記リフトシリンダー(44)を対応して作動し、か
    つ、前記第2制御信号を受信して前記チルトシリンダー
    (62)を対応して作動する手段を具備している請求項1
    に記載の連結装置(25)。
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