JP3768037B2 - ブーム作業車のレベリングシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車体上に、少なくとも起伏動が自在に構成されたブームを有し、このブームの先端部に取り付けられた作業台に搭乗した作業者が、作業台を所望の高所に移動させて作業を行うブーム式高所作業車に関し、更に詳しくは該作業車の作業台のレベリングシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
車体上に起伏動・旋回動・伸縮動などが自在に配設されたブームを備え、その先端部に配設された作業台に搭乗した作業者が、作業台上に設けられた上部操作装置を操作してブームを伸縮動・起伏動・旋回動など選択作動させ、作業台を所望の高所に移動させて目的とする作業を行うブーム式高所作業車は、配電作業や建設作業、航空機や船舶等の製造や保守作業などに広く用いられている。
【０００３】
この様な高所作業車では、作業台に搭乗する作業者がブームを起伏動させたときに、作業台が傾いてしまうことがないように、ブームの起伏角度の如何によらず作業台を常時水平に維持するレベリングシステムが具備されている。レベリングシステムには、レベリング作動をする油圧回路が閉回路の閉回路式レベリングシステムと、開回路のオープン回路式レベリングシステムとがある。
【０００４】
閉回路式レベリングシステムは、車体上の旋回台とブームとの間に配設された下部レベリングシリンダと、ブームと作業台を支持する作業台支持部材(例えば垂直ポスト)との間に配設された上部レベリングシリンダの２つのシリンダを、連通する油路で直列に相互接続（例えば、一方のボトム側油室と他方のボトム側油室とを相互に接続）して閉回路の油圧回路を構成するものが知られている。この様なレベリングシステムでは、ブームが起伏動するときに、この起伏動に伴って従動伸縮される下部レベリングシリンダの油圧によって上部レベリングシリンダが連係して伸縮動され、ブームの起伏角度によらず垂直ポストが常時垂直となるように、すなわち作業台の床面が常時水平となるように作動する。
【０００５】
オープン回路式レベリングシステムは、上記のような下部レベリングシリンダを有さず、上部レベリングシリンダ(揺動シリンダ)を独立した油圧制御回路として構成する。そして、車体に対するブームの起伏角度を検出する起伏角度検出器の検出値と、ブームと作業台支持部材(垂直ポスト)との間の挟み角を検出する挟み角検出器の検出値とから、車体に対する垂直ポストのなす角度を演算し、この角度がブームの起伏角度によらず常時垂直となるように、すなわち作業台の床面が車体に対して常時水平となるように、揺動シリンダの油圧回路を制御する。
【０００６】
これら２つのレベリングシステムのいずれを採用するかは、この装置を備えるブーム式高所作業車の種別や、作業台の大きさ、作業台への最大積載荷重等により選択され、大型の作業台を有し高積載荷重形のブーム作業車の場合には、主にオープン式レベリングシステムが採用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のオープン回路式レベリングシステムでは、図３及び図４に示す様に、作業台６とブーム４との間に配設される揺動シリンダ５２への供給油圧を制御するレベリング制御バルブ４２０及び、起伏角度検出器２１の検出値と挟み角検出器２２の検出値とから車体２に対する作業台６の角度を演算してレベリング制御バルブの開度を算出するレベリング演算処理装置３１０、とが作業台上若しくはその近傍領域に配設されていた。一方、ブームの起伏動・旋回動・伸縮動等を制御するブーム姿勢制御バルブ４１０及び、起伏角度検出器２１などのブーム姿勢を検出する検出器からの検出信号に基づいて制御バルブ４１０の開度を算出するブーム演算処理装置３００は車体側に配設されていた。
【０００８】
ここで、作業者が搭乗する作業台６は、どのようなブーム作動条件であっても傾いてしまうことは許されない。このため、例えばブーム４を最大速度で起伏作動させたときでも、揺動作動が起伏作動に遅れて作業台６が傾いてしまうようなことがないように、揺動シリンダ５２への油圧供給を最優先させて確保する必要がある。従って油圧ユニット４００には油圧ポンプＰから吐出される作動油の全吐出流量から、揺動シリンダの最大作動速度時に必要な流量を常時確保し分流するプライオリティバルブ４０５が設けられ、この最大必要流量を常時作業台近傍に設けられたレベリング制御バルブ４２０に供給するよう構成されていた。
【０００９】
この様に、レベリングを制御するための油圧回路(４２０)及び演算処理回路(３１０)と、ブーム姿勢を制御するための油圧回路(４１０)及び演算処理回路(３００)、とが車体２側と作業台６側とに分離配設されていたこと、及びレベリング制御バルブへの油圧供給を最優先させるために、本来的には必要のないときでも最大流量を常時確保するよう構成されていたことなどから、油圧回路と電気回路の両回路が複雑化し、作業台に占める搭乗スペースの狭小化と作業台重量の増加、余分な作動油流量の常時確保に伴うエネルギー損失の増大、などの課題を有していた。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みて成されたものであり、ブームの姿勢制御バルブ群とレベリング制御バルブとに予め適正な流量配分を行うよう構成することにより、油圧回路や電気回路を合理的に簡素化し、また作業台に占める非搭乗スペースを削減して軽量化させ、更にエネルギー損失を低減化させたブーム作業車のレベリングシステムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明のレベリングシステムでは、車体上に少なくとも起伏動自在に配設されたブームと、このブームの先端部にブームの起伏角度面内に揺動自在に枢着された作業台支持部材と、この作業台支持部材に支持された作業台と、油圧供給を受けて作動して前記ブームを起伏作動させる起伏作動手段（例えば、実施形態における起伏シリンダ５１）と、油圧供給を受けて作動して作業台支持部材を揺動させるための揺動作動手段（例えば、実施形態における揺動シリンダ５２）と、ブームの車体に対する起伏角度を検出する起伏角度検出器と、作業台支持部材とブームとのなす挟み角度を検出する挟み角検出手段と、ブームの起伏作動の指令を行う操作手段（例えば、実施形態におけるブーム操作装置２０）と、起伏作動手段と揺動作動手段への油圧供給制御を行ってそれらの作動を制御する制御手段（例えば、実施形態における演算処理装置３０，制御バルブ４０等）とを備え、制御手段は、操作手段からの起伏作動の指令、検出される起伏角度、及び挟み角度に基づいて起伏作動手段と揺動作動手段とに分配供給される作動油流量を演算処理する演算処理装置と、この演算処理装置により演算されて送られる制御信号を受けて起伏作動手段および揺動作動手段への油圧供給制御を行い、操作手段からの起伏作動の指令に対応した速度でブームを起伏作動させつつブームの起伏作動に応じて揺動作動手段を作動させて作業台を水平に保つ油圧ユニットとから構成される。
【００１２】
上記レベリングシステムによれば、制御手段はブームの作動を操作する操作装置の起伏作動指令（方向及び作動速度）と、ブームの起伏角度及び作業台支持部材とブームとのなす挟み角度とから、当該ブームの角度位置に於ける起伏作動指令に対応したブームの起伏作動手段と作業台の揺動作動手段の適正な作動油流量（作動油量の配分）を演算処理し、これに基づいて起伏作動手段と揺動作動手段の作動を制御する。従来では作業台のレベリング作動が受動的作動であったが故に、常に揺動作動手段が必要とし得る最大駆動力を作業台側に優先供給する必要があったが、上記構成によれば起伏作動指令に対応した必要容量の駆動力を揺動作動手段に分配供給すればよく、従って、不必要な駆動力を常時供給し消費し続けるエネルギー損失を抑制することができる。また、上記構成では駆動力を分配制御する手段（例えば実施形態に於ける各制御バルブと演算処理装置）を車体側に配設することができるため、回路構成を合理的に簡素化することができ、さらにこれ等により作業台側の非搭乗部分の容積を大幅に削減して作業台を軽量化することができる。
【００１３】
なお、前記制御手段は起伏角度と挟み角度とから算出される車体と作業台支持部材とのなす角度に基づいて、起伏作動手段と揺動作動手段との作動油流量率を補正制御することが好ましい。この様な構成によれば、作動油流量制御（オープンループ制御）に加えて作業台の車体に対する角度をフィードバックして補正制御（閉ループ制御）することとなり、より精度の高いレベリングシステムを構成することができる。
【００１４】
また、前記起伏作動手段と前記揺動作動手段は、共通する駆動源（例えば実施形態に於ける油圧ポンプＰ）から発生される油圧によって駆動される油圧アクチュエータであり、前記制御手段は駆動源から供給される起伏作動手段と揺動作動手段への供給油量の分配比率を制御してレベリングシステムを構成する。
【００１５】
上記構成では、駆動源たる油圧ポンプからの油圧を、車体側に設けられてブームの起伏動や旋回動等を比例制御するブーム姿勢制御バルブ群と供に、同一の油圧ユニット内にレベリング制御バルブを配設し、同じく車体側に配設された演算処理装置でこれ等制御バルブの開度を制御することによりレベリングシステムを構成することができる。従って、従来用いられてきたと同様の油圧装置を用いてブーム作業車を構成することができるとともに、従来装置から油圧回路や電気回路を合理的に簡素化し、前述の各効果を有するレベリングシステムを構成することができる。
【００１６】
なお、油圧を用いてレベリングシステムを構成する場合には、揺動作動手段の流量制御には、圧力補償機能付きの制御バルブ（例えば実施形態に於ける制御バルブ４２）を用いることが望ましい。圧力補償機能付きの制御バルブを用いることにより、作業台の揺動作動手段と起伏作動手段、あるいは旋回作動手段等の他の油圧制御手段が起伏作動と同時に作動することにより、油圧装置に圧力負荷変動が生じた場合であってもプライオリティバルブを用いたと同様に作業台の平衡保持を適正に行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。まず、図１には、本発明に係るブーム作動制御装置を備えた高所作業車１の側面図を示しており、この高所作業車１の構成から説明する。高所作業車１はトラックをベースとして構成されており、車体２の後部には図示しない旋回モータにより車体２に対して水平旋回自在に旋回台３が取り付けられ、旋回台３の上端部には、ブーム４が起伏シリンダ５１の伸縮作動により車体２に対して起伏動自在に枢着されている。ブーム４は旋回台３に枢着された基端ブーム４ａと、この基端ブーム４ａ内にテレスコープ状に伸縮自在に挿入された先端ブーム４ｂとからなり、ブーム４内部に配設された伸縮シリンダ(図示せず)の伸縮作動によって基端ブーム４ａに対して先端ブーム４ｂが伸縮動自在に構成されている。
【００１８】
ブーム４の先端には作業台支持部材(垂直ポスト)６ａがブーム４の起伏角度面と略同一面においてブーム４に対して揺動自在に取り付けられ、この作業台支持部材６ａの先端には作業台６が作業台支持部材に対して水平面内で３６０度旋回動自在に支持されている。また、作業台６と先端ブーム４ｂとの間には、後述するレベリングシステム１０の作用により起伏シリンダ５１の伸縮作動と連係作動し、ブーム４の起伏角の如何に拘わらず作業台６の床面を常時水平に保持する（作業台支持部材６ａを常時垂直に保持する）レベリングシリンダ５２が設けられている。
【００１９】
車体２の前後左右にはブーム４を旋回動・起伏動・伸長動等作動させたときに車体に作用してこの車体を転倒させようとする方向に作用する転倒モーメントに抗して車体２を安定支持するため、車体の左右に拡幅作動及び伸張接地作動自在に構成されたアウトリガジャッキ８が配設されている。
【００２０】
以上のように構成された高所作業車では、作業台６に搭乗する作業者が作業台上に配設された上部ブーム操作装置２０ａを操作することにより、または地上側にいる作業者が車体２側に配設された下部ブーム操作装置２０ｂを操作することにより、旋回モータ、起伏シリンダ５１、伸縮シリンダ等のブーム作動手段を作動させ、ブーム４を旋回動・起伏動・伸縮動等させることによって作業台６を所望の高所に移動させて作業を行うことができる。
【００２１】
以降、本発明に係るブーム作動制御装置について説明する。図２には本発明に係るレベリングシステム１０の好ましい実施形態をブロック図として示している。なお、既に図１を用いて説明したブーム作業車１の構成、及び図３、図４を用いて説明した従来技術によるレベリングシステムの構成と対比容易のため、構成要素を車体２側と作業台６側とに分けて表示し、さらに各図中の共通要素については同一番号を付して表示している。
【００２２】
レベリングシステム１０は、車体２側に配設されてブームの作動指令を行う下部ブーム操作装置２０ｂ、ブームの起伏作動を行う起伏シリンダ５１、ブーム４の起伏角度を検出する起伏角度検出器２１、ブーム４の姿勢及び作業台６のレベリング状態を演算処理し、起伏シリンダ５１や揺動シリンダ５２等の各作動手段の作動をコントロールする演算処理装置３０、演算処理装置３０からの作動信号に基づいて各作動手段に油圧を供給する油圧ユニット４０、及び作業台６に配設された上部ブーム操作装置２０ａ、作業台支持部材６ａとブーム４との挟み角を検出する挟み角検出器２２、作業台６の床面を常時水平に維持するため揺動作動を行わせる揺動シリンダ５２とから構成されている。
【００２３】
作業台６に搭乗する作業者は、作業台６を目的とする高所に向け移動させようとするときに、上部ブーム操作装置２０ａに設けられた操作レバーを用いてブーム４の起伏軸、旋回軸、伸縮軸等の各作動軸について所望の作動指令（方向指令及び作動速度指令）を行う。上部操作装置２０ａから出力された各作動指令は演算処理装置３０に入力される。
【００２４】
演算処理装置３０には、上部ブーム操作装置２０ａから出力される起伏作動指令と、起伏角度検出器２１から出力されるブーム４の起伏角度、挟み各検出器２２から出力される作業台支持部材とブーム４との挟み角度、とが入力されており、演算処理装置３０は、逐次入力されるブーム４の起伏角度及び作業台の挟み角度から、起伏作動指令に基づいてブーム４を起伏作動させるときに、起伏作動を行う起伏シリンダ５１と水平維持作動を行う揺動シリンダ５２とに供給すべき作動油の供給比率（バルブ開度比率）と供給流量（バルブ開度）とを演算処理し、算出されたそれぞれのバルブ開度に応じた制御信号を油圧ユニット４０に出力する。
【００２５】
例えば、ブーム操作装置２０の操作量が一定のときには、作業台６の移動線速度が一定となるように、ブーム４の角度位置に応じた起伏シリンダ５１への供給油量（バルブ開度）を算出するとともに、この起伏作動に対応してレベリング作動を行うに必要な揺動シリンダへの供給油量（バルブ開度）を算出し、制御信号を油圧ユニット４０に出力する。
【００２６】
油圧ユニット４０は、演算処理装置３０からの制御信号を受けて、起伏シリンダ５１及び揺動シリンダ５２の制御バルブ４２を制御信号に応じたバルブ開度で開閉制御し、油圧ポンプＰによって発生された油圧を両シリンダに過不足のない適正な供給比率及び供給流量で供給する。
【００２７】
演算処理装置３０は、上記のようにして起伏作動されるブーム４の起伏角度と挟み角とを監視し、ブーム４の起伏角度の変化に応じて前記両シリンダのバルブ開度(単体開度及び開度比率)を変化させるとともに、入力される上記二つの角度から作業台６の車体に対する角度を算出し、目標値(水平)からズレがあるときにはこれを補正値としてフィードバックして、常に作業台の床面が水平を保持するように制御する。
【００２８】
従って、以上説明したようなブーム作業車では、従来のようなプライオリティバルブ４０５を用いて常時最大必要流量を循環させ、また作業台６の平衡保持のために制御回路及び油圧回路を作業台側に分割して配設することなく、作業台のレベリング作動を効率的に行うレベリングシステムを構成することができる。
【００２９】
なお、演算処理装置３０からの制御信号に応じたバルブ開度で開閉する比例制御弁(４２)は個別の制御弁でも多連のマニホールド型制御弁であっても良いが、各出力ポートの油圧の圧力変動を抑えた圧力補償機能付きの比例制御弁であることが望ましい。この様な比例制御弁を用いることにより、制御バルブ４２の複数軸を同時に作動させて、油圧装置に圧力負荷変動が生じた場合であっても揺動シリンダへの供給油圧が低下することがなく、作業台のレベリング作動を安定して行わせることができる。
【００３０】
また、上記実施例では、起伏シリンダ５１と揺動シリンダ５２とに供給する作動油の比例制御を、制御バルブ４２のバルブ開度のみで行う例について説明したが、上記制御バルブの比例制御と合わせて油圧ユニット４０内のポンプＰの回転数を段階制御し、またはインバータ等により比例制御することによって（更に必要に応じてポンプからの吐出量を検出して制御することによって）、より詳細且つ省エネルギーのレベリングシステムを提供することも可能である。
【００３１】
さらに、上記実施例では挟み角度検出手段として作業台支持部材のブームに対する回転角を検出する挟み角度検出器２２を用いた例について説明したが、ブームに対する相対角を検出可能な検出手段であればよく、例えば作業台の水平状態を独立して検出する絶対型の角度検出器を用い、この検出値と起伏角度検出器２１による検出値とから挟み角を検出し、あるいはこの角度検出値をそのまま制御に用いるものであっても良い。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレベリングシステムは、車体上に少なくとも起伏動自在に配設されたブームと、このブームの先端部にブームの起伏角度面内に揺動自在に枢着された作業台支持部材と、この作業台支持部材に支持された作業台と、ブームを起伏作動させる起伏作動手段と、作業台支持部材を介して作業台を揺動させるための揺動作動手段と、ブームの車体に対する起伏角度を検出する起伏角度検出器と、作業台支持部材とブームとのなす挟み角度を検出する挟み角検出手段と、ブームの起伏作動の指令を行う操作手段と、起伏作動手段と揺動作動手段の作動を制御する制御手段とを備え、制御手段は操作手段からの起伏作動の指令、検出される起伏角度、及び挟み角度に基づいて起伏作動手段と揺動作動手段とに分配供給される作動油流量を演算処理することによって該起伏作動手段と該揺動作動手段との作動を制御する。
【００３３】
上記レベリングシステムによれば、制御手段はブームの作動を操作する操作装置の起伏作動指令と、ブームの起伏角度及び作業台支持部材とブームとのなす挟み角度とから、当該ブームの角度位置に於ける起伏作動指令に対応したブームの起伏作動手段と作業台の揺動作動手段とへ分配供給される適正な作動油流量（作動油流量率）を演算処理し、これに基づいて起伏作動手段と揺動作動手段の作動を制御する。従って、不必要な駆動力を常時供給し消費し続けるエネルギー損失を抑制することができる。また、上記構成では駆動力を分配制御する手段を車体側に配設することができるため、回路構成を合理的に簡素化することができ、さらにこれ等により作業台側の非搭乗部分の容積を大幅に削減して作業台を軽量化することができる。
【００３４】
また、前記制御手段は起伏角度と挟み角度とから算出される車体と作業台支持部材とのなす角度に基づいて、起伏作動手段と揺動作動手段とへの作動油流量を補正制御することが好ましい。この様な構成によれば、前記作動比率制御に加えて作業台の車体に対する角度をフィードバックして補正制御することとなり、精度の高いレベリングシステムを構成することができる。
【００３５】
また、起伏作動手段と揺動作動手段とは、共通する駆動源から発生される油圧によって駆動される油圧アクチュエータであり、制御手段は駆動源から供給される起伏作動手段と揺動作動手段への供給油量の分配比率を制御してレベリングシステムを構成する。従って、従来用いられてきたのと同様の油圧装置を用いてブーム作業車を構成することができ、油圧回路や電気回路を合理的に簡素化して上記各効果を有するレベリングシステムを構成することができる。
【００３６】
なお、油圧を用いてレベリングシステムを構成する場合には揺動作動手段の流量制御には、圧力補償機能付きの制御バルブを用いることが望ましい。この様なバルブを用いることにより、複数の油圧制御手段が起伏作動と同時に作動して油圧装置に圧力負荷変動が生じた場合であっても、作業台の平衡保持を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るブーム作業車の全体構成を示す側面図である。
【図２】本発明に係るレベリングシステムの構成を示すブロック図である。
【図３】従来のブーム作業車の全体構成を示す側面図である。
【図４】従来のレベリングシステムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ ブーム作業車
２ 車体
４ ブーム（４ａ基端ブーム、４ｂ先端ブーム）
６ 作業台
６ａ 作業台支持部材（垂直ポスト）
１０ レベリングシステム
２０ａ 上部ブーム操作装置（操作手段）
２０ｂ 下部ブーム操作装置（操作手段）
２１ 起伏角度検出器
２２ 挟み角度検出器（挟み角度検出手段）
３０ 演算処理装置（制御手段）
４０ 油圧ユニット（起伏作動手段、揺動作動手段）
４２ 制御バルブ（制御手段、圧力補償機能付きの制御バルブ）
５１ 起伏シリンダ（起伏作動手段、油圧アクチュエータ）
５２ 揺動シリンダ（揺動作動手段、油圧アクチュエータ）
Ｐ 油圧ポンプ（共通する駆動源）

Claims (1)

1. 車体上に少なくとも起伏動自在に配設されたブームと、
   前記ブームの先端部に該ブームの起伏角度面内に揺動自在に枢着された作業台支持部材と、
   前記作業台支持部材に支持された作業台と、
   油圧供給を受けて作動して前記ブームを起伏作動させる起伏作動手段と、
   油圧供給を受けて作動して前記作業台支持部材を揺動させるための揺動作動手段と、
   前記ブームの前記車体に対する起伏角度を検出する起伏角度検出器と、
   前記作業台支持部材と前記ブームとのなす挟み角度を検出する挟み角検出手段と、
   前記ブームの起伏作動の指令を行う操作手段と、
   前記起伏作動手段と前記揺動作動手段への油圧供給制御を行ってそれらの作動を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記操作手段からの起伏作動の指令、前記検出される起伏角度、及び前記検出される挟み角度に基づいて前記起伏作動手段と前記揺動作動手段とに分配供給される作動油流量を演算処理する演算処理装置と、前記演算処理装置により演算されて送られる制御信号を受けて前記起伏作動手段および前記揺動作動手段への油圧供給制御を行い、前記操作手段からの起伏作動の指令に対応した速度で前記ブームを起伏作動させつつ前記ブームの起伏作動に応じて前記揺動作動手段を作動させて前記作業台を水平に保つ油圧ユニットとから構成されることを特徴とするブーム作業車のレベリングシステム。

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