JP3876220B2 - 作業機械の自動昇圧装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リリーフ弁のリリーフセット圧力を自動的に昇圧制御する作業機械の自動昇圧装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３に示されるように、油圧ショベルは、下部走行体１に対し上部旋回体２が旋回可能に設けられ、この上部旋回体２に対しキャブ３およびフロント作業装置４が搭載され、このフロント作業装置４は、ブームシリンダ5aにより上下方向に回動されるブーム５と、アームシリンダ6aにより回動されるアーム６と、バケットシリンダ7aによりバケットリンケージ7bを介して回動されるバケット７とが、順次連結されたものである。
【０００３】
バケット７とバケットリンケージ7bとの連結部には、フック８が設けられており、バケット７による掘削作業に加えて、このフック８を用いた荷物Ｗの吊り作業も可能となっている。
【０００４】
このような油圧ショベルにおいて、従来は、図４に示されるように、メインポンプ11の吐出通路12は、コントロールバルブ13の供給ポートに接続され、このコントロールバルブ13により、下部走行体１の左右の走行モータ、上部旋回体２の旋回モータ、ブームシリンダ5a、アームシリンダ6a、バケットシリンダ7aなどの油圧アクチュエータに供給される作動油を方向制御および流量制御している。
【０００５】
メインポンプ11の吐出通路12とタンク14との間には、チェック弁15を経て、ポンプ吐出圧力の上限値すなわちリリーフセット圧力を設定するパイロット作動形のリリーフ弁16が設けられている。このパイロット作動形のリリーフ弁16は、外部から供給されたパイロット圧油を受けてスプリング16aのプリセット荷重を変更することでリリーフセット圧力を可変調整するセット圧力調整部16bを備え、このリリーフ弁16のセット圧力調整部16bに対して、パイロット圧油を給排制御する電磁弁21が設けられている。
【０００６】
この電磁弁21に対して、パイロット圧油を供給するパイロットポンプ22と、パイロット戻り油を回収するタンクライン23とが接続されている。この電磁弁21のソレノイド24は、この電磁弁21を切替制御するコントローラ25に接続されている。このコントローラ25には、キャブ３内に設置されてオペレータにより操作される切替スイッチ26が接続されている。
【０００７】
そして、掘削作業において、オペレータがキャブ３内の切替スイッチ26を操作すると、コントローラ25から電磁弁21のソレノイド24に対して切替駆動信号が出力され、電磁弁21は、パイロットポンプ22からパイロット作動形のリリーフ弁16のセット圧力調整部16bに対して、リリーフセット圧力を昇圧させるためのパイロット圧油を供給する状態に切替わり、リリーフ弁16のリリーフセット圧力が上昇することで、メインポンプ11からコントロールバルブ13に供給される作動油圧が上昇し、フロント作業装置４の各油圧アクチュエータの油圧駆動力が増加し、高負荷の掘削作業が可能となる。
【０００８】
一方、走行中や旋回中などに、オペレータが切替スイッチ26を誤って操作した場合は、オペレータの予期し得ない動作が発生するので、これを防止するために、複数の油圧アクチュエータを操作するための各操作信号を圧力センサにより検出したコントローラが、各操作信号を掘削信号と非掘削信号とに分別し、掘削信号のみが検出された場合で、かつ大掘削力が必要な場合に限って、リリーフ弁のリリーフセット圧力を一時的に上昇させるように制御するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−２４７２３３号公報（第５頁、図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来技術においては、必要な場合にオペレータがその都度、切替スイッチ26を手動で操作しなければならず、オペレータに煩わしさを与えるとともに、作業能率が低下する問題がある。
【００１１】
また、切替スイッチ26の誤操作による予期し得ない動作の発生を防止するための特許文献１記載の技術は、多数の操作信号をそれぞれ検出するための圧力センサを必要とし、また、コントローラが、各操作信号を掘削信号と非掘削信号とに分別し、掘削信号のみが検出された場合で、かつ大掘削力が必要な場合に限って、リリーフ弁のリリーフセット圧力を一時的に上昇させるように制御するので、システム構成および制御が複雑になる問題を有している。
【００１２】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、作業機械の高負荷作業時に、作動流体圧による駆動力を自動的に増加させて、操作性および作業能率の向上を図ることができる簡単な構成の自動昇圧装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、ブームシリンダにより上下方向に回動されるブームと、アームシリンダにより回動されるアームと、バケットシリンダにより回動されるバケットとが順次連結され、バケットにはフックが設けられ、バケットによる掘削作業およびフッ クによる吊り作業が可能なフロント作業装置を備えた作業機械において、ポンプから吐出されてブームシリンダ、アームシリンダおよびバケットシリンダに供給される作動流体のリリーフセット圧力を少なくとも初期リリーフセット圧力とこの初期リリーフセット圧力よりも高圧のリリーフセット圧力とに設定可能なリリーフ弁と、リリーフ弁に対して設けられリリーフ弁のリリーフセット圧力を初期リリーフセット圧力より高圧のリリーフセット圧力に可変調整するリリーフセット圧力可変調整手段と、ポンプから吐出されたポンプ吐出圧力を検出するポンプ吐出圧力検出器と、フロント作業装置に設けられたバケットシリンダのヘッド側圧力を検出するヘッド側圧力検出器と、ポンプ吐出圧力検出器により検出されたポンプ吐出圧力が初期リリーフセット圧力に達したリリーフ状態が一定時間継続したことを検出し、かつヘッド側圧力検出器により検出されたバケットシリンダのヘッド側圧力が閾値以上である場合は掘削作業であると判断してリリーフセット圧力可変調整手段に対し初期リリーフセット圧力をより高圧のリリーフセット圧力に昇圧させる信号を出力するとともに、バケットシリンダのヘッド側圧力が閾値に達していない場合は吊り作業であると判断してリリーフセット圧力可変調整手段によるリリーフセット圧力の昇圧を制限する機能を有している制御手段とを具備した作業機械の自動昇圧装置である。
【００１４】
請求項２に記載された発明は、請求項１記載の作業機械の自動昇圧装置における制御手段が、リリーフセット圧力の昇圧状態を一定時間で解除する機能を有しているものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１乃至図３に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。なお、図４に示された従来の回路と同様の部分も、同一符号を付して、説明をする。
【００１６】
図３に示されるように、作業機械としての建設機械である油圧ショベルは、掘削作業および吊り作業に用いられるフロント作業装置を備えている。
【００１７】
すなわち、下部走行体１に旋回可能に設けられた上部旋回体２上には、キャブ３とともにフロント作業装置４が搭載され、このフロント作業装置４は、流体圧アクチュエータとしてのブームシリンダ5aにより上下方向に回動されるブーム５と、流体圧アクチュエータとしてのアームシリンダ6aにより回動されるアーム６と、流体圧アクチュエータとしてのバケットシリンダ7aによりバケットリンケージ7bを介して回動されるバケット７とが、順次連結されたものである。バケット７とバケットリンケージ7bとの連結部には、フック８が設けられており、バケット７による掘削作業に加えて、このフック８を用いた荷物Ｗの吊り作業も可能となっている。
【００１８】
図１は、この油圧ショベルの自動昇圧装置を示し、ポンプとしての１対のメインポンプ11a，11bから引出された１対の吐出通路12a，12bは、コントロールバルブ13の１対のバルブブロック13a，13bの各供給ポートにそれぞれ接続され、これらのバルブブロック13a，13bにより、下部走行体１の左右の走行モータ、上部旋回体２の旋回モータ、ブームシリンダ5a、アームシリンダ6a、バケットシリンダ7aなどの流体圧アクチュエータとしての油圧アクチュエータに供給される作動流体としての作動油を方向制御および流量制御する。
【００１９】
メインポンプ11a，11bの吐出通路12a，12bとタンク14との間には、チェック弁15a，15bを経て、ポンプ吐出圧力の上限値すなわちリリーフセット圧力を設定するパイロット作動形のリリーフ弁16が設けられている。
【００２０】
このパイロット作動形のリリーフ弁16は、外部から供給されたパイロット圧油を受けてスプリング16aのプリセット荷重を変更することでリリーフセット圧力を可変調整するセット圧力調整部16bを備えており、メインポンプ11a，11bから吐出されて各油圧アクチュエータに供給される作動油のリリーフセット圧力を、少なくとも初期リリーフセット圧力と、この初期リリーフセット圧力よりも高圧のリリーフセット圧力とに設定可能である。
【００２１】
このリリーフ弁16のセット圧力調整部16bに対して、リリーフ弁16のリリーフセット圧力を初期リリーフセット圧力より高圧のリリーフセット圧力に可変調整するリリーフセット圧力可変調整手段17が設けられている。
【００２２】
このリリーフセット圧力可変調整手段17は、リリーフ弁16のセット圧力調整部16bに対して、パイロット圧油を給排制御する電磁弁21が設けられ、この電磁弁21に対して、パイロット圧油を供給するパイロットポンプ22と、パイロット戻り油を回収するタンクライン23とが接続されている。
【００２３】
電磁弁21は、電気信号により可動弁体を切替作動するソレノイド24を備えている。この電磁弁21のソレノイド24に、この電磁弁21を切替制御する制御手段としてのコントローラ31の出力端子が接続されている。
【００２４】
また、各メインポンプ11a，11bの吐出通路12a，12bには、各メインポンプ11a，11bから吐出されたポンプ吐出圧力を検出してこのポンプ吐出圧力に応じた電気信号を出力するポンプ吐出圧力検出器としてのポンプ吐出圧力センサ32a，32bがそれぞれ設けられている。
【００２５】
さらに、油圧ショベルのフロント作業装置４に設けられたバケットシリンダ7aのヘッド側通路に対して、このバケットシリンダ7aのヘッド側圧力を検出してこのヘッド側圧力に応じた電気信号を出力するヘッド側圧力検出器としてのヘッド側圧力センサ33が設けられている。
【００２６】
ポンプ吐出圧力検出器およびヘッド側圧力検出器としては、所定値以上の圧力を検出して一定の電気信号を出力する圧力スイッチを用いても良い。
【００２７】
ポンプ吐出圧力センサ32a，32bおよびヘッド側圧力センサ33は、コントローラ31の入力端子にそれぞれ接続されている。
【００２８】
このコントローラ31は、ポンプ吐出圧力センサ32a，32bにより検出されたポンプ吐出圧力が初期リリーフセット圧力に達したリリーフ状態が一定時間継続したことを検出して、リリーフセット圧力可変調整手段17の電磁弁21のソレノイド24に対し、初期リリーフセット圧力をより高圧のリリーフセット圧力に昇圧させる信号を出力する機能を有している。
【００２９】
さらに、このコントローラ31は、ヘッド側圧力センサ33により検出されたバケットシリンダ7aのヘッド側圧力が閾値に達していない場合は、リリーフセット圧力可変調整手段17によるリリーフセット圧力の昇圧を制限する機能と、リリーフセット圧力の昇圧状態を一定時間で解除する機能とを、それぞれ有している。
【００３０】
次に、図２に示されたフローチャートを参照しながら、このコントローラ31による制御方法を説明する。なお、図２中に示された丸数字は、ステップ番号を表わす。
【００３１】
（ステップ１）
コントローラ31は、ポンプ吐出圧力センサ32a，32bにより検出されたメインポンプ11a，11bからのポンプ吐出圧力に対応する電気信号と、ヘッド側圧力センサ33により検出されたバケットシリンダ7aのヘッド側圧力に対応する電気信号とを、それぞれ読込む。
【００３２】
（ステップ２）
コントローラ31にて、ポンプ吐出圧力センサ32a，32bにより検出されたポンプ吐出圧力がリリーフ弁16の初期リリーフセット圧力に達したリリーフ状態が、一定時間以上、例えば２秒以上継続したか否かを判断する。
【００３３】
（ステップ３）
ステップ２の判断で、リリーフ状態が一定時間以上継続した場合（ＹＥＳ）は、初期リリーフセット圧力以上の高負荷作業が要求されていることも考えられるが、吊り作業において自動昇圧機能が働くと、例えばブームシリンダ5aのヘッド側圧力が突然昇圧するなどして、急にフロント作業装置４が持上がるなどの予期しない動作が発生するので、これを防止するには、その作業が掘削作業であるか吊り作業であるかを判別する必要がある。このため、ヘッド側圧力センサ33により、掘削作業中は圧力上昇するが吊り作業中は殆ど圧力上昇しないバケットシリンダ7aのヘッド側圧力を検知し、このヘッド側圧力が、ある閾値以上であるか否かを判断する。
【００３４】
（ステップ４）
ステップ２の判断で、リリーフ状態が一定時間以上継続しない場合（ＮＯ）、あるいは、ステップ３の判断で、バケットシリンダ7aのヘッド側圧力が、ある閾値に達しない場合（ＮＯ）は、吊り作業とみなして自動昇圧機能を働かせないようにする。
【００３５】
すなわち、コントローラ31から電磁弁21のソレノイド24に駆動電流を出力せず、パイロット作動形のリリーフ弁16のリリーフセット圧力は、スプリング16aのプリセット荷重で設定された初期リリーフセット圧力に保たれる。
【００３６】
（ステップ５）
コントローラ31は、ステップ２の判断で、ポンプ吐出圧力が初期リリーフセット圧力に達したリリーフ状態が一定時間以上継続し、かつ、ステップ３の判断で、バケットシリンダ7aのヘッド側圧力が、ある閾値以上である場合（ＹＥＳ）は、強力な油圧駆動力を必要とする掘削作業であると判断して、自動昇圧機能を働かせるようにする。
【００３７】
すなわち、コントローラ31から電磁弁21のソレノイド24に駆動電流が自動的に出力され、電磁弁21が図１に示された位置から他の位置へと切替わることで、パイロットポンプ22から電磁弁21を経てリリーフ弁16のセット圧力調整部16bにパイロット圧油が供給され、リリーフ弁16のリリーフセット圧力が上昇するので、メインポンプ11a，11bから吐出通路12a，12bを経てコントロールバルブ13の各バルブブロック13a，13bに供給される作動油圧も上昇し、フロント作業装置４の各油圧アクチュエータの油圧駆動力の増加を図れる。
【００３８】
（ステップ６）
油圧駆動力の増加状態の継続時間は、掘削作業中のショベル構造物の耐久性を確保するために、一定時間、例えば数秒〜１０秒程度に限られるので、コントローラ31は、この一定時間の経過を判断する。
【００３９】
（ステップ７）
この一定時間が経過したら、コントローラ31は、電磁弁21のソレノイド24に対する駆動電流の出力を停止して、電磁弁21を図１に示された位置に復帰させ、セット圧力調整部16bに作用していたパイロット圧油をタンク14に戻し、リリーフ弁16をスプリング16aのみのプリセット荷重に戻して、リリーフセット圧力の昇圧状態を終了させるが、必要なときに自動的に油圧駆動力を増加できるため、良好な操作感をオペレータに与えることができる。
【００４０】
次に、この自動昇圧装置の効果を説明する。
【００４１】
油圧ショベルでの掘削作業時に、ポンプ吐出圧力センサ32a，32bにより検出されたポンプ吐出圧力がリリーフ弁16の初期リリーフセット圧力に達したリリーフ状態が一定時間継続したとき、コントローラ31から出力される駆動信号により電磁弁21を駆動し、パイロット作動形のリリーフ弁16のリリーフセット圧力を上昇させるので、通常よりも大きなポンプ吐出圧力を確保でき、フロント作業装置４の油圧駆動力の増加を図れる。
【００４２】
この油圧駆動力の増加は、ポンプ吐出圧力がリリーフ弁16の初期リリーフセット圧力に達したリリーフ状態が一定時間継続した状況において発生するため、掘削作業中などの際、あと少し油圧駆動力が欲しいときに作用し、オペレータに不満を感じさせない。
【００４３】
また、従来の切替スイッチ26（図４）のように手動操作を要することなく、必要な場合だけ自動的に油圧駆動力を増加できるので、従来、オペレータに与えていたスイッチ切替作業に伴う煩わしさを解消でき、操作性および作業能率を向上できる。
【００４４】
要するに、ポンプ吐出圧力センサ32a，32bにより検出されたポンプ吐出圧力がリリーフ弁16の初期リリーフセット圧力に達したリリーフ状態が一定時間継続したことを検出したコントローラ31は、このリリーフ状態から油圧ショベルが油圧駆動力の不足状態にあることを判断して、リリーフセット圧力可変調整手段17の電磁弁21のソレノイド24に対し、リリーフ弁16の初期リリーフセット圧力をより高圧のリリーフセット圧力に昇圧させる駆動電流を出力するので、オペレータが従来の切替スイッチ26（図４）のようにスイッチ操作をしなくても、リリーフ弁16により自動昇圧されたより高圧のポンプ吐出圧力によって油圧アクチュエータの駆動力を自動的に増加させて、オペレータによる操作性および作業能率の向上を図ることができる。
【００４５】
この場合、コントローラ31は、ポンプ吐出圧力センサ32a，32bを通じて、ポンプ吐出圧力が初期リリーフセット圧力に達したリリーフ状態が一定時間継続したかどうかを監視するのみでよいから、自動昇圧装置のシステム構成および制御を簡単にできる。
【００４６】
また、自動昇圧機能が吊り作業で働かないようにするため、ヘッド側圧力センサ33により、バケットシリンダ7aのヘッド側圧力を検出し、リリーフセット圧力の昇圧を自動的に制限できる。
【００４７】
すなわち、油圧ショベルが掘削作業をするときはバケットシリンダ7aのヘッド側圧力が高圧になるとともに、吊り作業をするときはバケットシリンダ7aのヘッド側圧力が高圧にならないことに着目して、コントローラ31は、ヘッド側圧力センサ33により検出されたバケットシリンダ7aのヘッド側圧力が閾値以上である場合は掘削作業であると判断して、リリーフセット圧力可変調整手段17の電磁弁21に対しリリーフセット圧力を昇圧させる駆動信号を出力し、また、閾値に達していない作業は吊り作業であると判断して、電磁弁21に昇圧用の駆動信号を出力しないことで、リリーフセット圧力の昇圧を制限するので、作業内容に応じて適切な油圧アクチュエータの駆動力を得ることができ、掘削作業中は、油圧アクチュエータの駆動力を自動的に増加させて、オペレータによる操作性および作業能率の向上を図ることができるとともに、吊り作業中は、予期しない急激なアクチュエータ動作を防止できる。
【００４８】
しかも、コントローラ31は、ヘッド側圧力センサ33を通じて、バケットシリンダ7aのヘッド側圧力を監視するのみで、掘削作業と吊り作業とを判別できるので、自動昇圧装置のシステム構成および制御を簡単にできる。
【００４９】
また、コントローラ31は、昇圧状態のリリーフセット圧力下での高負荷掘削作業が一定時間連続した場合は、その高負荷掘削作業を強制的に中断させるので、油圧ショベルの耐久性を確保できる。
【００５０】
さらに、実際の運用の際、本装置の自動昇圧機能をオペレータが全く望まない場合には、コントローラ31の初期設定条件で本機能を停止させるようにしても良い。
【００５１】
なお、本発明は、油圧ショベルのみに限定されるものではなく、流体圧駆動力により作業をする他の作業機械にも適用できる。
【００５２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、作業機械が掘削作業をするときはバケットシリンダのヘッド側圧力が高圧になるとともに、吊り作業をするときはバケットシリンダのヘッド側圧力が高圧にならないことに着目して、制御手段は、ヘッド側圧力検出器により検出されたバケットシリンダのヘッド側圧力が閾値以上である場合は掘削作業であると判断して、リリーフセット圧力可変調整手段に対しリリーフセット圧力を昇圧させる信号を出力し、また、閾値に達していない作業は吊り作業であると判断して、リリーフセット圧力の昇圧を制限するので、作業内容に応じて適切な流体圧アクチュエータの駆動力を得ることができ、掘削作業中は、流体圧アクチュエータの駆動力を自動的に増加させて、オペレータによる操作性および作業能率の向上を図ることができるとともに、吊り作業中は、予期しない急激なアクチュエータ動作を防止できる。しかも、制御手段は、ヘッド側圧力検出器を通じて、バケットシリンダのヘッド側圧力を監視するのみで、掘削作業と吊り作業とを判別できるので、自動昇圧装置のシステム構成および制御を簡単にできる。
【００５３】
請求項２記載の発明によれば、昇圧状態のリリーフセット圧力下での高負荷作業が一定時間連続した場合は、その高負荷作業を強制的に中断させるので、作業機械の耐久性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る作業機械の自動昇圧装置の一実施の形態を示す回路図である。
【図２】 同上自動昇圧装置の制御手段による制御方法を示すフローチャートである。
【図３】 同上作業機械としての油圧ショベルの側面図である。
【図４】 従来の作業機械の自動昇圧装置例を示す回路図である。
【符号の説明】
４ フロント作業装置
５ ブーム
６ アーム
７ バケット
８ フック
5a ブームシリンダ
6a アームシリンダ
7a バケットシリンダ
11a，11b ポンプとしてのメインポンプ
16 リリーフ弁
17 リリーフセット圧力可変調整手段
31 制御手段としてのコントローラ
32a，32b ポンプ吐出圧力検出器としてのポンプ吐出圧力センサ
33 ヘッド側圧力検出器としてのヘッド側圧力センサ

Claims (2)

  1. ブームシリンダにより上下方向に回動されるブームと、アームシリンダにより回動されるアームと、バケットシリンダにより回動されるバケットとが順次連結され、バケットにはフックが設けられ、バケットによる掘削作業およびフックによる吊り作業が可能なフロント作業装置を備えた作業機械において、
    ポンプから吐出されてブームシリンダ、アームシリンダおよびバケットシリンダに供給される作動流体のリリーフセット圧力を少なくとも初期リリーフセット圧力とこの初期リリーフセット圧力よりも高圧のリリーフセット圧力とに設定可能なリリーフ弁と、
    リリーフ弁に対して設けられリリーフ弁のリリーフセット圧力を初期リリーフセット圧力より高圧のリリーフセット圧力に可変調整するリリーフセット圧力可変調整手段と、
    ポンプから吐出されたポンプ吐出圧力を検出するポンプ吐出圧力検出器と、
    フロント作業装置に設けられたバケットシリンダのヘッド側圧力を検出するヘッド側圧力検出器と、
    ポンプ吐出圧力検出器により検出されたポンプ吐出圧力が初期リリーフセット圧力に達したリリーフ状態が一定時間継続したことを検出し、かつヘッド側圧力検出器により検出されたバケットシリンダのヘッド側圧力が閾値以上である場合は掘削作業であると判断してリリーフセット圧力可変調整手段に対し初期リリーフセット圧力をより高圧のリリーフセット圧力に昇圧させる信号を出力するとともに、バケットシリンダのヘッド側圧力が閾値に達していない場合は吊り作業であると判断してリリーフセット圧力可変調整手段によるリリーフセット圧力の昇圧を制限する機能を有している制御手段と
    を具備したことを特徴とする作業機械の自動昇圧装置。
  2. 制御手段は、リリーフセット圧力の昇圧状態を一定時間で解除する機能を有している
    ことを特徴とする請求項１記載の作業機械の自動昇圧装置。
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