JP3549423B2 - バックホウ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、旋回台に起伏揺動自在に装備されたブームと、該ブームの先端部に土砂掻き込み方向で揺動自在に支持されたアームと、該アームの先端部に土砂掻き込み方向で揺動自在なバケットを支持してバックホウ装置を構成して備えるバックホウに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のバックホウにあっては、掘削した土砂を捨てるためブームを旋回台に対して起立姿勢となるように立ち上げ、そのブームを所定の起立姿勢で停止する際、停止ショックを小さくするために、停止位置の手前から減速していくように制御している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記バックホウにおいては、一定の減速特性に基づきブーム用油圧アクチュエータを自動的に減速制御するものとなっていたから、作業者が誤って人為操作することでブームをその減速範囲内において停止させてしまうことがあった。そのため作業者がブームが終端位置まで再度起動して移動させる際に、従来のバックホウでは、ブームの作動の増速が前記減速特性と一致する速度まで急になされるものとなっており、それによって比較的急速に増速がなされその増速時に衝撃が生じ易いため、その衝撃で、土砂をすくった状態のバケットから土砂がバックホウの機体上等にこぼれ落ちたり、その衝撃が作業者にとって不快なものとなる虞れが高かった。
【０００４】
また、アームがブームの基端部から離れた状態でのブームの立ち上げ時と、ある程度アームがブームの基端部寄りに位置する状態のときのブームの立ち上げ時とで従来は、その起動時のブーム用油圧シリンダの駆動出力の立ち上げゲインが迅速な立ち上げを行うように一定のものに設定されていたが、特に立ち上げ状態に近いブーム姿勢で立ち上げ作動させる際に起動時のショックが大きく、バケットにすくった土砂がそのショックでこぼれ落ちたりする虞れが高かった。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、ブームを停止位置手前で誤って停止させたときの所定停止位置へ移動させるための再起動での立ち上げ時や、通常のブームの立ち上げ時における衝撃を小さなものにできるバックホウの提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（構成） 本発明の請求項１にかかるバックホウは、バックホウ装置のブームを立ち上げ姿勢での立ち上げ終端停止位置近くで予め設定してある所定の減速特性で漸次減速して、ブームを操作する操作レバーによるブームの上昇操作にも係わらず前記立ち上げ終端停止位置に停止させるブーム用クッション制御手段を備えるとともに、該ブーム用クッション制御手段による前記減速特性で漸次減速している漸減速範囲の途中において前記操作レバーを中立に操作して前記ブーム停止させた後、前記操作レバーによるブームの上昇操作により該ブームを再起動して前記立ち上げ終端停止位置に向けて移動させる際には、前記ブームを前記減速特性に基づく速度に達するまで緩慢に増速させると共に、ブーム上昇速度が前記減速特性に基づく速度に達すると当該減速特性に従って漸次減速してブームの立ち上げ終端停止位置で停止させるように構成してあることを特徴構成とする。
【０００７】
（作用） 本発明の請求項１にかかる構成によれば、バックホウ装置のブームを立ち上げ姿勢での立ち上げ終端停止位置へ停止させる所定の減速特性で漸次減速していく途中で停止状態にしてしまったときに、操作レバーによるブームの上昇操作により再度起動して前記立ち上げ終端停止位置へ停止させる際、その再起動時の増速を緩慢にして減速特性に基づく速度に達すると、操作レバーによるブームの上昇操作にも係わらず、前記減速特性に従って漸次減速してブームの立ち上げ終端停止位置で自動停止させるようにしているので、立ち上げ終端停止位置近くで一旦停止させた位置からブームの立ち上げ終端停止位置までの僅かな距離の移動に対する、ブームの再起動と停止時のブームひいてはバケットや機体に生じる衝撃や振動を小さなものにできる。
【０００８】
（効果） 従って、本発明の請求項１にかかる構成によれば、ブームの立ち上げ終端停止位置近くでの減速特性に基づいて漸次減速している減速作用範囲の途中において一旦停止状態となったブームの立ち上げを再起動して立ち上げ終端停止位置に向けて移動させる際に、ブームを減速特性に基づく速度に達するまで緩慢に増速させると共に、ブーム上昇速度が減速特性に基づく速度に達すると減速特性に従って漸次減速してブームの立ち上げ終端停止位置で自動停止させることで、ブームの立ち上げ終端停止位置近くでの僅かな距離の移動に対する、ブームの再起動と停止時の衝撃や振動が小さいものになるから、その起動と停止時のバケットの振動も小さくなることでバケットからの土砂のこぼれ落ちも抑制できるとともに、操縦作業者への不快感も弱めることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に小旋回型バックホウが示され、１はバックホウ装置、２は機台としての旋回台、３は走行機台、４はクローラ走行装置、５０はドーザであり、バックホウ装置１は、ブーム５、アーム６、バケット７等を備えるとともに、ブーム５は、基端側ブーム５ｘと先端側ブーム５ｚとを、中間ブーム５ｙで連結した平行オフセット構造に構成されている。
【００１０】
図２に油圧回路の概略が示され、ドーザシリンダ用制御弁２９、バケットシリンダ７ｃ用制御弁３０、左走行モータ３１用制御弁３２、ブームシリンダ５ｃ用制御弁９、アームシリンダ６ｃ用制御弁１０、右走行モータ３３用制御弁３４、旋回モータ４５用制御弁３５、オフセットシリンダ３６用制御弁３７、サービス用制御弁３８が備えられている。運転部４４における座席４６の両脇夫々に、十字操作型の操作レバー４７，４８が配置されている。一方がブーム−バケット用であり、他方はアーム−旋回用である。
【００１１】
図４に示すように、操作ペダル５３が運転部４４の前側に備えてあり、制御装置２６に入力される操作ペダル５３の操作信号に基づいてオフセット制御弁３７が切換操作される。操作レバー４７，４８の操作量検出用の各ポテンショメータ４９，５０，５１，５２が制御装置２６に接続され、電気的に電磁比例減圧弁型の各パイロット弁９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂ，３０ａ，３０ｂ，３５ａ，３５ｂ，３７ａ，３７ｂを操作する構造である。そして、各制御弁９，１０，３０，３５，３７に対して、負荷圧よりも僅かに高い圧力で吐出される可変容量型の油圧ポンプ８を備えたＬ／Ｓシステムと、騒音や省エネルギーの点で好ましいオートアイドル（ＡＩ）システムとを備えてあり、以下に説明する。
【００１２】
図２における二点鎖線で囲まれたブームシリンダ５ｃとアームシリンダ６ｃとに関する部分を抜粋した主要部の原理回路図が図３に示され、８はエンジン１９で駆動される前述した可変容量型の油圧ポンプ、１３は油圧ポンプ８の単位時間当たりの吐出油量を可変設定する流量調節機構である。流量調節機構１３は、メインポンプ８の吐出圧で作動する馬力制御シリンダ１３Ａと、調節ポンプ１８で駆動される流量制御シリンダ１３Ｂとで構成されている。
【００１３】
又、調節シリンダ１３に対する圧力補償型の流量調節弁１４が設けてある。１１はブーム用で１２はアーム用の各コンペンセータ（圧力補償弁）であり、ブーム用制御弁９とアーム用制御弁１０における供給側油路に絞り弁９ｓ，１０ｓが装備されている。
尚、ブーム用及びアーム用の制御弁９，１０以外の各制御弁２９，３０，３２，３４，３５，３７，３８の弁構造（操作構造は除く）は全てブーム用及びアーム用の制御弁９，１０と基本的には同じものである。
【００１４】
各コンペンセータ１１，１２は、各供給側絞り弁９ｓ，１０ｓに対する圧油供給下手側に位置し、かつ、各アクチュエータ５ｃ，６ｃに対する圧油供給上手側に配置されている。そして、各コンペンセータ１１，１２に対する圧油供給下手側であり、かつ、各アクチュエータ５ｃ，６ｃに対する圧油供給上手側部分と各コンペンセータ１１，１２のバネ側油室とを連通する低圧側油路１１ｔ，１２ｔを設けてある。
【００１５】
各コンペンセータ１１，１２に対する圧油供給上手側であり、かつ、各供給側油路の絞り弁９ｓ，１０ｓに対する圧油供給下手側部分と、各コンペンセータ１１，１２の反バネ側油室とを連通する高圧側油路１１ｋ，１２ｋを設けてある。 各コンペンセータ１１，１２は、流路断絶側に付勢する圧縮バネ１７が備えられた定差減圧弁に構成され、これによってアフターオリフィス型のロードセンシング回路を構成してある。
【００１６】
流量制御弁１４のバネ側油室１４ｘと各供給側絞り弁９ｓ，１０ｓに対する圧油供給下手側部分とを連通する第１低圧側油路１４ｔを設けてあり、各低圧側油路１１ｔ，１２ｔに第１低圧側油路１４ｔが連通している。各制御弁９，１０の供給ポート９ｐ，１０ｐに連通される第２油路１５と、流量制御弁１４におけるバネ側油室１４ｘと反対側の油室とを専用の接続油路１６で連通してある。又、流量制御弁１４の切換わり時における調節シリンダ１３に対する圧は、油圧ポンプ８とともにエンジン駆動される専用の調節ポンプ１８で賄うように構成してある。
【００１７】
つまり、第１油路１４ｔと、制御弁９，１０の各供給ポート９ｐ，１０ｐに連通する第２油路１５との差圧を所定値に維持するように調節シリンダ１３を操作する流量制御弁１４を設けて負荷制御手段Ａが構成されている。
【００１８】
そして、エンジン回転数を人為操作で調節設定するアクセルレバー２４の操作量を電気的に検出する第１ポテンショメータ２５と、ガバナー（回転数調節手段の一例）２０のガバナレバー２１を駆動操作するギヤードモータ２２と、ブームシリンダ５ｃ等の油圧アクチュエータが作動しているか否かを検出する作動検出手段２３とを備え、油圧アクチュエータの停止時にはエンジン回転数をアイドリング側に変更操作するとともに、油圧アクチュエータの作動時にはエンジン回転数をアクセルレバー２４による設定値に操作するように、第１ポテンショメータ２５とギヤードモータ２２とを連係するアクセル制御手段Ｃを備えてある。
【００１９】
図４に示すように、ガバナレバー２１の操作位置を検出するフィードバック用の第２ポテンショメータ２７、ギヤードモータ２２、前述した第１低圧側油路（第１油路に相当）１４ｔの圧を検出する圧力センサからなる作動検出手段２３、及び、第１ポテンショメータ２５を連係するアクセル制御手段Ｃを制御装置２６に備えてある。
【００２０】
つまり、アイドリング位置ｉにあるハンドアクセルレバー２４を操作して、作業状態におけるエンジン回転数（通常はフルアクセル位置ｍにセットすることが多い）を設定し、作業状態であればその設定回転数が維持され、非作業時（無負荷時）にはアクセルレバー２４が例えば位置ｍにセットされたままとしながらエンジン回転数をアイドリング状態に落とすのである。この場合では、圧力センサ２３によって作動検出手段が構成されている。
【００２１】
又、絞り弁９ｓ，１０ｓの絞り量を変更調節可能な流量調節手段Ｂを設け、エンジン回転数が高められるとブームシリンダ５ｃ等の油圧アクチュエータの駆動速度が速くなり、エンジン回転数が低められると油圧アクチュエータの駆動速度が遅くなるように、第２ポテンショメータ２７と流量調節手段Ｂとを連係する速度制御手段Ｅを制御装置２６に備えてある。
【００２２】
流量調節手段Ｂは、各コンペンセータ１１，１２がわの各低圧油路１１ｔ，１２ｔと第１低圧油路１４ｔとを電磁高速応答弁２８を介して接続させることから構成されている。そして、電磁高速応答弁２８は、通常位置ｂでは各低圧側油路１４ｔ，１１ｔ，１２ｔを連通し、高圧位置ａではコンペンセータがわの両低圧側油路１１ｔ，１２ｔと高圧がわの第２油路１５とが連通油路２１ａによって連通される２位置切換弁構造に構成されている。
【００２３】
電磁高速応答弁２８の作動によってコンペンセータ１１，１２の低圧側油路１１ｔ，１２ｔに作用する油圧をアクチュエータ５ｃ，６ｃの負荷圧とポンプの吐出圧との中間値に設定できて、コンペンセータ１１，１２による差圧維持作用によってコンペンセータ１１，１２への供給圧を、電磁高速応答弁２８が通常位置ｂにある場合よりも高めるようになる。すると、第１低圧側油路１４ｔと調節ポンプ１８の吐出圧との差圧を一定に維持する機能上、コンペンセータ１１，１２の上手側にある絞り弁９ｓ，１０ｓでの差圧を低めるように、すなわち絞り弁９ｓ，１０ｓの絞り量を小さく、つまりは制御弁９，１０の開度を小さくするように制御され、その結果、アクチュエータ５ｃ，６ｃへの供給油量が減じられて駆動速度が遅くなるのである。この作用は、負荷圧とポンプ差圧との差圧に基づく制御構造上、負荷が変動しても維持される。
【００２４】
逆に、コンペンセータ１１，１２への供給圧を低くすると、絞り弁９ｓ，１０ｓでの差圧を高めるように、すなわち絞り弁９ｓ，１０ｓの絞り量を大きく、すなわち制御弁９，１０の開度を大きくするように制御され、アクチュエータ５ｃ，６ｃへの供給油量が増大して駆動速度が速くなる。
【００２５】
そして、エンジン１９の回転数を検出する第２ポテンショメータ２７と、電磁高速応答弁２８と、間欠作動時間のデューティー比を可変調節する設定器３９と、自動制御モードと手動制御モードとの切換スイッチ４０とを制御装置２６に接続して、コンペンセータ１１，１２での分圧を変更設定するように構成されている。つまり、前記分圧の変更によって、絞り弁９ｓ，１０ｓの開度を変更調節可能な流量調節手段Ｂが構成されている。流量調節手段Ｂは、高圧位置ａに復帰付勢される電磁高速応答弁２８を、油圧ポンプ８の吐出油路である高圧油路に接続させる通常位置ｂに操作するための通電を間欠的に行う間欠作動と、その間欠時間を可変設定する間欠制御を行う機能を有している。
【００２６】
速度制御手段Ｅの作用を説明すれば、先ず、切換スイッチ４０を自動制御モードに操作して電磁高速応答弁２８への通電を間欠的に行わせるとともに、その間欠時間の１サイクル中における通電時間割合、すなわちデューティー比をエンジン１９の回転数が低いと小にするように連係される。これにより、掘削作業中に旋回速度を遅くしたいといった場合にはアクセルレバー２４を操作してエンジン回転数を低くすれば良く、逆に駆動速度を速くしたい場合にはエンジン回転数を高くすれば良い。
【００２７】
又、アクチュエータの駆動速度を意図的に変更したい場合には、切換スイッチ４０を手動操作モードに操作して、第２ポテンショメータ２７と制御装置２６との連係を絶つ。すると、デューティー比が設定器３９によって決定される状態になり、その設定器３９の人為操作によってコンペンセータ１１，１２への供給圧を、アクチュエータ５ｃ，６ｃの負荷圧とポンプ吐出圧との間の任意の値に設定でき、アクチュエータ５ｃ，６ｃの駆動速度をエンジン回転数とは無関係に調節することができる。
【００２８】
次に、クッション制御装置について説明する。各制御弁９，１０，３０，３５，３７の中立位置への切換えに伴って、油圧アクチュエータの駆動速度を漸減して停止させるクッション手段Ｄを備えている。一例を上げると、操作レバー４７を中立操作するとブーム上げ又は下げの位置にあるブーム用制御弁９が中立位置に戻ることによってブームシリンダ５ｃの伸長又は短縮動が停止するのであるが、そのときのブーム用パイロット弁９ａ，９ｂへの供給電流を制御して、徐々にブームシリンダ５ｃへの油路を閉じ操作するのである。つまり、圧油供給を即座に断つと慣性によって停止衝撃が生じるので、クッション手段Ｄはそれを防止するべくアクチュエータ速度を減速して止める漸減作用を行うのである。
【００２９】
そして、ブームシリンダ５ｃの伸縮速度等の油圧アクチュエータ速度を検出する速度検出手段Ｆを備え、ブーム用制御弁９等の制御弁の中立操作時におけるブームシリンダ５ｃ等の油圧アクチュエータの駆動速度が速いと漸減作用を強化し、かつ、油圧アクチュエータの駆動速度が遅いと漸減作用を弱化させるように制御するクッション作用調節手段Ｇを備えてある。
【００３０】
速度検出手段Ｆは、アクセルレバー２４の操作位置を検出する第１ポテンショメータ（電流指示手段Ｈの一例）２５の制御装置２６への出力信号電流を検出することで構成されている。前述したように、このＬ／Ｓシステムではアクセル操作によるエンジン回転数変動によってアクチュエータ速度も同調して変動するので、電磁高速応答弁２８のソレノイド（電気クアチュエータの一例）２８ａを作動させる出力電流を指示する信号電流、又は、ガバナレバー２１操作用ギヤードモータ（電気アクチュエータの一例）２２を作動させる出力電流を指示する信号電流の値を検出することにより、アクチュエータ速度を割り出せるのである。つまり、流量調節手段Ｂの変更調節操作を電気アチュエータで行うように構成するとともに、その電気アクチュエータへの供給電流値を決める電流指示手段Ｈを備え、この電流指示手段Ｈによる指示値を検出することによって速度検出手段Ｆが構成されている。
【００３１】
実際の挙動としては、操作レバー４７を中立位置以外の位置から中立操作すると、図５に示すように、その信号電流（ゲイン）を漸減して零にするように制御され、そうなると図６に示すように、制御弁９の開度が漸減して全閉に、すなわちブームシリンダ５ｃの伸縮速度が減速して停止するようになる。この場合では、ブームシリンダ５ｃの伸縮速度が最大であるとき（図５，図６の実線ライン）に中立操作してから実際に停止するまでの時間を基準として減速度を設定してあり、伸縮速度がやや速い速度中（図５，図６の一点鎖線ライン）ときや遅い速度小（図５，図６の二点鎖線ライン）のときには中立操作してもそのときの信号電流（ゲイン）及びアクチュエータ速度が暫くそのまま続行される状態（空動状態）の後に、設定された減速度で漸減される制御形態となる。
【００３２】
Ｌ／Ｓシステムを採る本バックホウにおいて、ブームシリンダ５ｃ等の油圧アクチュエータ速度が決まる制御作動は、先ず、エンジン回転数を変える指示としてアクセルレバー２４を操作し、第１ポテンショメータ２５の変動によって制御電流（指示電流又は信号電流）が変化し、それから、高速応答弁２８への供給電流、及びギヤードモータ２２への供給電流が変化する。ギヤードモータ２２が動くとガバナレバー２１の操作位置が変化してエンジン回転数が変わり、その回転数変動を第２ポテンショメータ２７が検出して結果的にブームシリンダ５ｃの速度を変更する。又、高速応答弁２８の作動間隔が変わると分圧が、すなわち制御弁９内装絞り弁９ｓ前後の差圧（ゲイン圧）が変わり、その結果ブームシリンダ５ｃの速度が変更されるのである。
【００３３】
次に、前記操作レバー４７を操作して、ブーム５を立ち上げ姿勢にするときの立ち上げ終端位置まで操作する際、その立ち上げ終端位置に停止するときにショックが生じないようにブーム５を漸次減速するブーム用クッション手段Ｄｂについて説明する。
すなわち、操作レバー４７をブーム上昇側に操作し続けている状態にしていると、ブーム５が立ち上がっていって前記立ち上げ終端位置に達すると必ず停止するよう制御しているのであって、その停止に伴うショックが生じないよう終端位置の手前位置から漸次減速するのである。尚、途中で操作レバー４７を中立に操作すると、終端への減速制御範囲内においてもブーム５の揺動が停止する。この減速制御は、制御装置２６で、自動時においてはエンジン回転数に基づいて減速特性が演算設定される。すなわち、基準減速曲線を中心として予め基準エンジン回転数と実際のエンジン回転数との比を演算し、その比率で速度の減速曲線を演算して算出し、その減速曲線に従う減速となるように、制御するのである。
次に、ブーム用クッション手段Ｄｂの作動範囲内に停止状態となっているものを、再度所定停止位置へブーム５を作動させる手段について説明する。すなわち、図７に示すように、ブーム５を終端への減速制御範囲内において停止させたものを再始動すると、制御装置２６における再始動制御手段は、ブーム用クッション手段Ｄｂによる減速特性（図７における一点鎖線）へ戻るまでの立ち上げを緩慢に行うように増速特性を設定している。これにより、急速に減速特性に一致することがないように、増速側の立ち上げが緩慢になるので、急に立ち上げるものに比較して、増速時のショックがきわめて小さいものにできるに至った。
【００３４】
そして、図１及び図４に示すように、アーム６の先端とブーム５の基端部との間の距離Ｌを、ブーム５の旋回台５３に対する角度検出するポテンショメータ４３と、アーム６のブーム５に対する相対角度を検出するポテンショメータ４２と、予め設定されているブーム長さやアーム長さとによって、制御装置２６に備えたブーム立ち上げ起動制御手段Ｄｄにおいて演算して算出するようにしている。そして、このブーム立ち上げ起動制御手段Ｄｄは、その算出された距離Ｌが小であるほどブーム５を立ち上げ側に起動操作する際のトルクが小となっているので、起動時の衝撃が小さくなるよう、起動信号の立ち上げゲインＫを小さくして立ち上げをゆっくり行うように設定している。（図８のグラフ参照）尚、距離Ｌが最大の場合でも、そのブーム立ち上げ時の制御電流やブーム用制御弁９に対するパイロット圧は、機体の揺れが生じにくい立ち上がりとなっている。（図９のグラフ参照）
【図面の簡単な説明】
【図１】バックホウを示す全体側面図
【図２】油圧回路の概略全体図
【図３】ブーム及びアーム用の油圧回路図
【図４】制御ブロック図
【図５】中立操作に伴う制御電流の変化グラフを示す図
【図６】中立操作に伴う制御弁の挙動変化グラフを示す図
【図７】ブーム立ち上げ終端位置への減速並びに再起動から停止までの制御電流（指示電流）とブーム位置との関係を示すグラフ
【図８】請求項２に係る発明に関するグラフ
【図９】ブーム上げ操作と、パイロット圧、制御電流、ブームの振動等を示すグラフ
【符号の説明】
１ バックホウ装置
５ ブーム
５ｃ ブーム用油圧シリンダ
６ アーム
Ｄｂ ブーム用クッション制御手段

Claims (1)

1. バックホウ装置（１）のブーム（５）を立ち上げ姿勢での立ち上げ終端停止位置近くで予め設定してある所定の減速特性で漸次減速して、ブーム（５）を操作する操作レバー（４７）によるブームの上昇操作にも係わらず前記立ち上げ終端停止位置に自動停止させるブーム用クッション制御手段（Ｄｂ）を備えるとともに、該ブーム用クッション制御手段（Ｄｂ）による前記減速特性で漸次減速している漸減速範囲の途中において前記操作レバー（４７）を中立に操作して前記ブーム（５）停止させた後、前記操作レバー（４７）によるブームの上昇操作により該ブーム（５）を再起動して前記立ち上げ終端停止位置に向けて移動させる際には、前記ブーム（５）を前記減速特性に基づく速度まで緩慢に増速させると共に、ブーム上昇速度が前記減速特性に基づく速度に達すると当該減速特性に従って漸次減速してブームの立ち上げ終端停止位置で自動停止させるように構成してあるバックホウ。

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