JP4007593B2 - 作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業車両、特には土木作業車両の作業機用油圧ポンプの容量制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば土木作業車両であるホイールローダの作業機を駆動する油圧装置において、掘削作業時等では油圧は必要とするが、吐出量は少量でよい場合がある。このような場合、固定容量型油圧ポンプを使用すると多量の圧力油がタンクに還流されることとなり、多大のパワーロスを発生する。このパワーロスを低減するために、油圧ポンプを可変容量型にして掘削作業時にはポンプ吐出量を低減する方法が提案されている。その一例として特許文献1に開示されたものがある。これによれば、1、変速機は前進第1速度段位置にあること、2、作業機が掘削位置にあること、3、車両走行速度は設定速度以下であること、のうち少なくとも1つの条件を満足した時に作業車両は掘削作業中であると判断し、ポンプ容量を最大容量以下の所定容量に低減するように制御する方法としている。上記のうち、作業機の掘削位置は図8に示すように規定している。図8は掘削位置における作業機90の側面図である。図8において、車体91にはリフトアーム92の基端部がアームピン93により揺動自在に取付けられ、車体91とリフトアーム92とはリフトシリンダ94により連結されている。リフトシリンダ94を伸縮するとリフトアーム92はアームピン93を中心として揺動する。リフトアーム92の先端部にはバケット95がバケットピン96により揺動自在に取付けられ、車体91とバケット95とは、チルトシリンダ97およびリンク装置98を介して連結されている。チルトシリンダ97を伸縮するとバケット95はバケットピン96を中心として揺動する。作業機90の掘削位置はアームピン93とバケットピン96とを結ぶ線Y−Yの基準位置を定め、リフトアーム92がそれ以下に位置する場合を掘削位置にあると定めている。
【0003】
【特許文献1】
米国特許第6,073,442号明細書
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方法においては、以下のような問題点がある。
第1に、変速機が前進第1速にある場合、ポンプ容量を最大容量以下の所定容量に低減するようにしている。しかしながら、この場合必ずしも掘削作業をしているとは限らず、作業機を操作しながら前進第1速で所定の場所に接近している場合もある。このようなときに作業機の速度が遅くなり、作業効率が低下する場合がある。また、土質によっては前進2速で作業する場合もあり、そのときにはポンプ容量は低減されないのでパワーロスが発生する。
第2に、車両走行速度が設定速度以下である場合、ポンプ容量を最大容量以下の所定容量に低減するようにしているが、掘削作業をせずに作業機を操作しながら目的地に向かって設定速度以下で移動する場合も有る。このような場合にもポンプ容量は低減され、作業機の速度が遅くなって作業効率が低下する場合がある。第3に、変速機が前進第1速で、作業機が掘削位置で、かつ車両走行速度が設定速度以下である場合、ポンプ容量を最大容量以下の所定容量に低減するようにしている。通常掘削時、対象物の直前までは、バケットが接地して走行抵抗が大きくなるのを防ぐためバケットを地上から少し浮かせておき、対象物に突っ込む直前に素早くバケットを接地させる。その場合、作業機の応答速度が遅くなり、操作が遅れるとともに、作業者は違和感を覚えるという問題がある。
【0005】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、作業車両が掘削作業状態にあることを確実に検出した後ポンプ容量を低減させ、パワーロスを低減するとともに、作業効率を低下させたり、あるいは作業者に違和感を与えることのない、作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、第1発明は、作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置において、前記作業車両は、作業機を作動するシリンダと、前記シリンダに所定の圧油を供給する可変容量型油圧ポンプとを備え、前記制御装置は、前記シリンダのボトム側の油圧を検出するボトム圧検出器と、前記可変容量型油圧ポンプの容量を制御する容量制御装置と、前記ボトム圧検出器からの検出値を入力し、その値が所定の値以下の状態で第1設定時間を経過し、その後、前記検出値が所定の値を越えた時に掘削作業開始と判断し、前記容量制御装置に前記可変容量型油圧ポンプの容量を最大容量以下の所定容量に低減させる容量制御信号を出力するようにシーケンス回路で構成したコントローラとを有する構成としている。
【0007】
第1発明によると、シリンダのボトム側の油圧が所定の値以下の状態で第1設定時間を経過し、その後、所定の値を越えた時に、油圧ポンプの容量を所定容量に低減させることができる。すなわち、作業車両が確実に掘削作業中であることを検出し、ポンプ容量を所定容量に低減できるため、有効なパワーロス低減ができ、効率的に作業できる作業車両が得られる。
【0008】
第2発明は、第1発明において、前記作業車両は、前後進操作手段を備え、前記制御装置は、前記前後進操作手段の操作位置を検出する操作位置検出手段と、前記操作位置検出手段からの検出信号を入力し、操作位置が前進から中立または後進位置に変化したときに、前記容量制御装置に出力する可変容量型油圧ポンプの容量制御信号の発信を停止するようにシーケンス回路で構成したコントローラとを有する構成としている。
【0009】
第2発明によれば、前後進操作手段の操作位置が中立または後進位置にあるときに、容量制御装置に出力する、可変容量型油圧ポンプの容量を低減させる容量制御信号の発信を停止することができる。そのため、掘削作業終了時点を確実に検出でき、非掘削作業時にはポンプ容量が低減することはない。したがって作業効率を低下させる恐れのない作業車両が得られる。
【0010】
第3発明は、第1または第2発明において、前記制御装置は、掘削作業開始と判断した後、前記ボトム圧検出器からの検出値を入力し、予め定めた第2設定時間以内で、前記検出値が所定の値以下になったときに掘削作業終了と判断し、前記容量制御装置に出力する容量制御信号の発信を停止するようにシーケンス回路で構成したコントローラを有する構成としている。
【0011】
第3発明によると、ボトム圧検出器からの検出値を入力し、その値が予め定めた第2設定時間以内で所定の値以下になったときに掘削作業終了であると判断し、油圧ポンプの容量制御信号の発信を停止することができる。そのため、一時的にシリンダのボトム側の油圧が所定の値以上になり、短時間で油圧が低下した場合には、油圧ポンプの容量を所定容量に低減させる制御は停止することができる。したがって作業効率を低下させる恐れのない作業車両が得られる。
【0012】
第4発明は、第1または第2または第3発明において、前記制御装置は、バケット高さ検出手段を有し、掘削作業開始と判断した後、作業機のバケット高さが所定の値以上となったときに掘削作業終了と判断し、前記容量制御装置に出力する容量制御信号の発信を停止するようにシーケンス回路で構成したコントローラを有する構成としている。
【0013】
第4発明によると、作業機のバケット高さが所定の値以上となったときに掘削作業終了であると判断し、油圧ポンプの容量制御信号の発信を停止することができる。そのため掘削作業中に、リフトシリンダを操作して、バケットを上昇させ、対象物をかきあげ、より多くの対象物をバケット内にすくいこむ場合に、バケットの上昇速度が速くなり、作業性が低下する恐れはない。したがって作業効率を低下させる恐れのない作業車両が得られる。
【0014】
第5発明は、作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置において、前記作業車両は、作業機を作動するシリンダと、前記シリンダに所定の圧油を供給する可変容量型油圧ポンプと、前後進操作手段と、前記前後進操作手段の操作位置を検出する操作位置検出手段とを備え、前記制御装置は、前記シリンダのボトム側の油圧を検出するボトム圧検出器と、前記可変容量型油圧ポンプの容量を制御する容量制御装置とを備えるとともに、前記操作位置検出手段が前記前後進操作手段の操作位置が前進位置であることを検出することにより作動する前進リレーと、前記ボトム側の油圧が所定圧を越えたことを前記ボトム圧検出器が検出すると作動する第1リレーと、前記前進リレーが作動し、前記第1リレーが非作動の場合に時間計測を開始する第1タイマーと、前記第1タイマーが第1設定時間を計測すると作動する第2リレーと、前記ボトム側の油圧が所定圧を越えて前記第1リレーが作動することにより作動する第3リレーと、前記第2リレーおよび前記第3リレーが作動すると作動し、前記容量制御装置に容量制御信号を発信する第4リレーと、前記ボトム側の油圧が所定圧以下となって前記第1リレーが非作動となり第3リレーが非作動となることにより時間計測を開始し、第2設定時間を計測すると前記第4リレーを非作動とする第2タイマーとによるシーケンス回路で構成されるコントローラとを有する構成としている。
【0015】
第5発明によると、シリンダのボトム側の油圧が所定の値以下の状態で第1設定時間を経過し、その後、所定の値を越えた時に、油圧ポンプの容量を所定容量に低減させることができる。すなわち、作業車両が確実に掘削作業中であることを検出し、ポンプ容量を所定容量に低減できるため、有効なパワーロス低減ができ、効率的に作業できる作業車両が得られる。さらに、ボトム圧検出器からの検出値を入力し、その値が所定の値以下になり、その状態が予め定めた第2設定時間を越えたときに掘削作業終了であると判断し、油圧ポンプの容量制御信号の発信を停止することができる。そのため、例えば誤信号でポンプ容量低減制御を開始しても、短時間で誤信号であることを判断でき、油圧ポンプの容量を所定容量に低減させる制御を停止することができる。したがって作業効率を低下させる恐れのない作業車両が得られる。さらに、前後進操作手段の操作位置が中立または後進位置にあるときに、容量制御装置に出力する、可変容量型油圧ポンプの容量を低減させる容量制御信号の発信を停止することができる。そのため、掘削作業終了時点を確実に検出でき、非掘削作業時にはポンプ容量が低減することはない。したがって作業効率を低下させる恐れのない作業車両が得られる。さらに、コントローラをリレーおよびタイマーによるシーケンス回路により構成したので、コントローラを簡単な構造にでき、また製作コストが低コストとなる。
【0016】
第6発明は、第5発明において、前記制御装置は、バケット高さ検出手段を有し、作業機のバケット高さが所定の値以上になると前記第4リレーを非作動とするシーケンス回路で構成されるコントローラとを有する構成としている。
【0017】
第6発明によると、作業機のバケット高さが所定の値以上となったときに掘削作業終了であると判断し、油圧ポンプの容量制御信号の発信を停止することができる。そのため掘削作業中に、リフトシリンダを操作して、バケットを上昇させ、対象物をかきあげ、より多くの対象物をバケット内にすくいこむ場合に、バケットの上昇速度が速くなり、作業性が低下する恐れはない。したがって作業効率を低下させる恐れのない作業車両が得られる。さらに、コントローラをリレーおよびタイマーによるシーケンス回路により構成したので、コントローラを簡単な構造にでき、また製作コストが低コストとなる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置の実施形態について、図面を参照して詳述する。
【0019】
図1は作業車両の一例であるホイールローダ1の側面図である。図1において、作業車両1は、運転室2、エンジンルーム3および後輪4,4を有する後部車体5と、前輪6,6を有する前部フレーム7とを有する。前部フレーム7には作業機10が取付けられている。すなわち、前部フレーム7に基端部を揺動自在に取付けられたリフトアーム11の先端部には、バケット12が揺動自在に取付けられている。前部フレーム7とリフトアーム11とは一対のリフトシリンダ13,13により連結され、リフトシリンダ13,13を伸縮することによりリフトアーム11は揺動する。リフトアーム11にはチルトアーム14のほぼ中央部が揺動自在に支持され、その一端部と前部フレーム7とはチルトシリンダ15により連結されている。チルトアーム14の他端部とバケット12とはチルトロッド16により連結され、チルトシリンダ15を伸縮するとバケット12は揺動する。後部車体5には動力装置20が搭載されている。動力装置20は、エンジン21、トルクコンバータ22、前後進切り換え、複数段の変速段切り換えが可能な変速機23、分配機24および後輪4および前輪6を駆動する減速機25,25等から構成されている。また、エンジン21はリフトシリンダ13、チルトシリンダ15に圧油を供給する可変容量型油圧ポンプ26を駆動する。運転室2内には前後進操作手段30が設けられている。
【0020】
前部フレーム7には、リフトアーム11の基端部の上面の前部フレーム7に対する位置を検出するバケット高さ検出手段であるバケット高さ検出器83が備えられている。前部フレーム7に基端部を揺動自在に取付けられたリフトアーム11の先端部には、バケット12がバケットヒンジピン12Pにより揺動自在に取付けられており、バケットヒンジピン12Pの中心の地表面GLからの高さHが所定の高さ、例えば1.5mとなったときにバケット高さ検出器83の内部スイッチが作動してOFF状態となる。つまり、作業機10のバケット12の高さが所定の値以上のときにバケット高さ検出器83は、内部スイッチが作動してOFF状態となることでバケット高さ検出手段としての信号を発生するようになっている。バケット高さ検出器83は例えば近接センサであり、リフトアーム11の基端部の上面が近接センサに所定距離以内に接近すると作動し内部スイッチの接点が開放するOFF状態となるようになっている。
【0021】
次にホイールローダ1の掘削、積込作業の工程の一例について説明する。
前進工程: 運転者はリフトシリンダ13およびチルトシリンダ15を操作してバケット12を掘削姿勢にし、前後進操作手段30を操作して車両を掘削、積込対象物に向けて前進させる。このとき、バケット12の地表面GLからの高さは前記の所定の高さ未満とする。
掘削工程: バケット12の刃先を対象物に突っ込み、チルトシリンダ15を操作してバケット12をチルトバックさせ、バケット12内に対象物をすくいこむ。
後進工程: バケット12に対象物をすくいこんだ後、車両を後進させる。
前進、ブーム上昇工程: 車両を前進させながら、リフトシリンダ13を伸張させてリフトアーム11を上昇させ、バケット12を積込位置まで上昇させながら、ダンプトラックに接近する。
排土工程: 所定の位置でバケット12をダンプして対象物をダンプトラックの荷台に積み込む。
後進、ブーム下降工程: 車両を後進させながらリフトアーム11を下げ、バケット12を掘削姿勢にする。
上記の工程を繰り返して掘削、積込を行う。
【0022】
図2はバケット12で掘削している状態を示す側面図である。車両を矢印Aの方向に前進させ、バケット12の刃先を対象物Zに突っ込み、チルトバックするとバケット12には矢印B、Cの方向に力が加わる。そのため、リフトシリンダ13およびチルトシリンダ15のボトム側には高い油圧が発生する。また、作業姿勢によってはバケット12には矢印Dの方向の力が加わり、この場合にはチルトシリンダ15のヘッド側に高い油圧が発生する。これらの油圧は掘削作業時と非掘削作業時とでは明らかに異なる。したがって、リフトシリンダボトム圧の基準値を定め、掘削作業中であるか否かを確実に判断することができる。また、同様にチルトシリンダ15のボトム側にも高い油圧が発生するので、チルトシリンダボトム圧の基準値を定め、掘削作業中であるか否かを確実に判断することもできる
【0023】
図3は前述の、ホイールローダ1の掘削、積込作業時の各工程で、リフトシリンダ13のボトム側に発生する油圧の変化の一例を示すグラフである。図3の縦軸はリフトシリンダ13のボトム側の油圧であり、横軸は時間である。図3に示すように、リフトシリンダ13のボトム圧は前進工程では低く、掘削工程では高くなり、掘削終了して後進になると共に低くなる。今、所定の圧力Pを設定した場合、リフトシリンダ13のボトム圧は、前進工程では全域にわたりPより低く、掘削工程では全域にわたりPより大幅に高く、その差は明瞭である。また、後進工程、前進、ブーム上昇工程、排土工程の前半ではPより高く、その後はPより低くなっている。前進工程の時間は、必ず数秒間(例えば5秒)存在する。したがって、リフトシリンダ13のボトム圧が所定の時間(例えば1秒)、所定の圧力Pより低く、その後、Pより高くなった時点を検出することにより、確実に掘削作業開始時点を検知できる。前後進操作手段30を後進にしたときを掘削作業終了とし、掘削作業開始点と掘削作業終了点との間の掘削工程で油圧ポンプの容量低減制御を行うのが最も効率的である。
【0024】
以下に油圧ポンプの制御装置について説明する。
図4は制御装置40の一例を示す系統図である。図4において、可変容量型油圧ポンプ26には容量制御装置41が接続されている。可変容量型油圧ポンプ26の吐出回路42上にはチルトシリンダ15に接続するチルト操作弁43と、リフトシリンダ13に接続するリフト操作弁44とが介装されている。リフトシリンダ13のボトム側にはボトム圧検出器45が設けられている。ボトム圧検出器45は例えば圧力スイッチである。容量制御装置41とボトム圧検出器45とは、それぞれコントローラ50に接続している。また、コントローラ50は、前後進操作手段30の操作位置を検出する操作位置検出手段31と接続し、変速機23が前進、中立、後進のいずれの状態にあるかを検出する。バケット高さ検出器83はコントローラ50に接続している。コントローラ50は後述するように、バケット高さ検出手段であるバケット高さ検出器83からの信号を受けて、バケット12が所定高さ以上となったか否かを判断する。
【0025】
図5はコントローラ50の回路構成図である。図5においてコントローラ50は一点鎖線で囲まれた部分で示されている。コントローラ50は、リレー、タイマー、等を組み合わせたシーケンス回路により構成されている。以下コントローラ50の回路構成を図5により説明する。
【0026】
コントローラ50の電源ライン51には前進リレー71(RY0)の接点71Sが設けられている。前進リレー71の図示しないコイルに電流が流れると接点71Sは開く。前進リレー71のコイルの入力側には前記の操作位置検出手段31からの信号ライン53が接続しており、操作位置検出手段31からの電気信号が前進リレー71のコイルに流れると接点71Sは開く。前後進操作手段30の操作位置が中立位置Nまたは後進位置Rであると操作位置検出手段31からは電気信号が前進リレー71のコイルに流れる。図5には前後進操作手段30が前進位置Fの状態が示されており、この状態では電気信号が前進リレー71のコイルに流れないので接点71Sは閉じた状態が示されている。
【0027】
接点71Sの下流の電源ライン52から分岐したライン54が第1リレー72(RY1)に接続している。第1リレー72はライン55によりボトム圧検出器45に接続している。ボトム圧検出器45の接点45Sはライン56によりアースラインGNDに接続している。図5にはボトム圧検出器45の接点45Sは開いた状態を示している。
【0028】
電源ライン52から分岐したライン57が第1リレー72の接点72Sの端子72cに接続している。図5では接点72Sは端子72a側に閉じた状態を示し、端子72aはライン59により第1タイマ81(T1)の入力側に接続し、第1タイマ81の出力側はアースラインGNDに接続している。接点72Sの端子72bはライン62により第3リレー74(RY3)の図示しないコイルの入力側に接続している。第1リレー72の図示しないコイルに電流が流れると接点72Sは端子72b側に閉じる。
【0029】
電源ライン52から分岐したライン58が、第1タイマー81の接点81Sおよび第2リレーの接点73Sに接続している。接点81Sはライン61により第2リレー73(RY2)の図示しないコイルの入力側に接続し、第2リレー73のコイルの出力側はアースラインGNDに接続している。図5には接点81Sおよび接点73Sが開いた状態を示している。第1タイマー81に電流が流れると第1タイマー81は時間計測を開始し、第1所定時間(例えば1秒)経過すると接点81Sを閉じる。第2リレー73の図示しないコイルに電流が流れると接点73Sは閉じる。
【0030】
接点81Sおよび接点73Sは、ライン63により第3リレー74(RY3)の接点74Sの端子74bおよび第4リレー75(RY4)の第1接点75S1に接続している。図5では接点74Sは端子74a側に閉じた状態を示し、端子74aはライン64により第2タイマ82(T2)の入力側に接続し、第2タイマ82の出力側はアースラインGNDに接続している。図5には第1接点75S1が開いた状態を示している。第3リレー74のコイルの出力側はアースラインGNDに接続している。第3リレー74の図示しないコイルに電流が流れると接点74Sは端子74b側に閉じる。第4リレー75の図示しないコイルに電流が流れると第1接点75S1および第2接点75S2は閉じる。
【0031】
第4リレー75のコイルの出力側はライン68によりバケット高さ検出器83の図示しない内部スイッチの入力端子に接続している。バケット高さ検出器83の図示しない内部スイッチの出力端子はアースラインGNDに接続している。バケット高さ検出器83は図示しないラインにより電源ライン52と接続され、バケット高さ検出器83の図示しない内部スイッチが作動できるように電気が供給されるようになっている。前記のように、バケット12の地表面GLからの高さHが所定の高さ以上となったときにバケット高さ検出器83の内部スイッチが作動してOFF状態となり、第4リレー75のコイルの出力側はアースラインGNDに非接続となる。また、バケット12の地表面GLからの高さHが所定の高さ未満であればバケット高さ検出器83の内部スイッチが作動してON状態となり、第4リレー75のコイルの出力側はアースラインGNDに接続する。
【0032】
接点74Sの端子74cは第4リレー75の第1接点75S1および第2タイマー82の接点82Sと接続している。図5には接点82Sが閉じた状態を示している。第2タイマー82に電流が流れると第2タイマー82は時間計測を開始し、第2所定時間(例えば1秒)経過すると接点82Sを開く。
【0033】
電源ライン52は第4リレー75の第2接点75S2と接続している。図5には第2接点75S2が開いた状態を示している。第2接点75S2はライン66により容量制御装置41との入力側と接続し、容量制御装置41の出力側はアースラインGNDに接続している。
【0034】
次に制御について図6のフローチャートに基づいて説明する。
前後進操作手段30を中立位置Nまたは後進位置Rから前進位置Fに切換えて作業を開始した後は、電気信号が前進リレー71のコイルに流れておらず接点71Sは閉じた状態となっており、ステップ101でリフトシリンダボトム圧が所定圧力P以下であると、ボトム圧検出器45の接点45Sは開いたままなので第1リレー72の出力側のライン55はアースラインGNDに接続せず、接点72Sは端子72a側に閉じており、タイマー81には電流が流れつづけており、時間計測を行う。ステップ101でリフトシリンダボトム圧が所定圧力Pを越えていると、ボトム圧検出器45の接点45Sは閉じ、第1リレー72の出力側のライン55はアースラインGNDに接続し、接点72Sは端子72b側に閉じ、タイマー81には電流が流れず、時間計測は行わない。
従って、ステップ101でリフトシリンダボトム圧が所定圧力Pを越える場合、つまりNOの場合にはステップ101の前に戻る。
ステップ101でリフトシリンダボトム圧が所定圧力P以下である場合、つまりYESの場合にはステップ102に進み、コントローラ50の第1タイマー81は時間計測を開始する。
ステップ103でコントローラ50の第1タイマー81は、所定時間(例えば1秒)経過するまでは、接点81Sを開いており、所定時間(例えば1秒)経過すると接点81Sを閉じる。つまり、コントローラ50の第1タイマー81はリフトシリンダボトム圧が所定圧力P以下の状態が所定時間(例えば1秒)以上続いたか否かを判定する。
ステップ103で所定時間(例えば1秒)経過していなければ、つまりNOの場合にはステップ103の前に戻る。
ステップ103で所定時間(例えば1秒)経過した場合、つまりYESの場合にはステップ104に進み、リフトシリンダボトム圧が所定圧力Pを越え、ボトム圧検出器45の接点45Sが閉じると、第1リレー72の出力側のライン55はアースラインGNDに接続し、接点72Sは端子72b側に閉じ、第1タイマー81には電流が流れず、時間計測は停止され、接点81Sは開く。リフトシリンダボトム圧が所定圧力Pを越えていないと、ボトム圧検出器45の接点45Sは開いたままであり、第1リレー72の出力側のライン55はアースラインGNDに接続せず、接点72Sは端子72a側に閉じ、第1タイマー81には電流が流れ続け、時間計測は引き続き行われる。
従って、ステップ104でリフトシリンダボトム圧が所定圧力Pを越えていない、つまりNOの場合にはステップ104の前に戻る。
ステップ104でリフトシリンダボトム圧が所定圧力Pを越える場合、つまりYESの場合にはステップ105に進み、ステップ105でバケット12が所定の高さが所定値以上となっていない、つまりNOの場合にはステップ106に進み、コントローラ50の第2リレー73は接点81Sが閉じているので電流が流れ、接点73Sを閉じる。接点73Sが閉じると第2リレー73には自己保持回路が形成され、第2リレー73の図示しないコイルには電流が流れつづける。また、接点72Sが端子72b側に切換わり閉じているので、第3リレー74に電流が流れ、接点74Sは端子74b側に切換わり閉じる。このときバケット高さ検出器83の内部スイッチはON状態であり、閉じているので第4リレー75の出力側のライン68は、バケット高さ検出器83の内部スイッチを介してアースラインGNDに接続している。従って、電流が接点73Sおよび接点74Sおよび接点82Sを介して第4リレー75に流れ、第1接点75S1および第2接点75S2を閉じる。その結果電流が第2接点75S2を介して容量制御装置41に流れる。つまり、コントローラ50は掘削作業開始と判断し、容量制御信号である電流を容量制御装置41に送る。また、第1接点75S1は閉じているので、第4リレー75には自己保持回路が形成され、第4リレー74の図示しないコイルには電流が流れつづける。
従って、掘削作業中にバケット高さが所定値以上の場合、つまりステップ105で、NOの場合には、バケット高さ検出器83の内部スイッチはOFF状態であり、開いているので第4リレー75の出力側のライン68は、アースラインGNDとは接続していないので第4リレー75は非作動となり、電流が容量制御装置41には流れず、ステップ110に進む。つまり、掘削作業中にバケット高さが所定値以上の場合には、バケット高さ検出手段であるバケット高さ検出器83が作動し、可変容量型油圧ポンプ26の容量を後述する所定容量に低減する容量制御を停止する。
ステップ107で容量制御装置41は、可変容量型油圧ポンプ26の容量を、可変容量型油圧ポンプ26の最大容量Qmaxより低減した所定の容量QをQ=α*Qmaxとして設定する制御を行う。ここでαは、例えば、ホイールローダ1が作業する場合の走行駆動力や油圧力の大きさに対応して決められる係数であっても、ホイールローダ1が作業する現場の土質等(土、岩石等の種類、密度、粘度)により決まる係数であっても良く、αは通常0.5〜0.9である。従って例えば、αが0.7であれば所定の容量Qは最大容量Qmaxの0.7倍の容量に設定する。
従って、ステップ107でコントローラ50は、容量制御装置41に制御信号を出力し、可変容量型油圧ポンプ26の容量を前記所定容量に低減する。
掘削作業が終了した時点で運転者は、ステップ108で前後進操作手段30を操作して中立位置Nまたは後進位置Rにし、変速機23を中立または後進に切り換える。
前後進操作手段30が操作されて中立位置Nまたは後進位置Rになり、変速機32が中立または後進になると、操作位置検出手段31からは電流がコントローラ50に送られ、前進リレー71が接点71Sを開き、電源ライン52へ通じていた電流が切れ、容量制御装置41に送られている電流が切れるので容量制御装置41は可変容量型油圧ポンプ26の容量を前記所定容量に低減する制御を停止し、前後進操作手段30が前進位置Fであり、変速機32が前進の場合には、容量制御装置41は可変容量型油圧ポンプ26の容量を前記所定容量に低減する制御を継続する。つまり、ステップ109でコントローラ50は操作位置検出手段31からの信号により、変速機23が中立または後進位置にあるか否かを判定し、可変容量型油圧ポンプ26の容量を前記所定容量に低減する制御を継続するか停止する。
ステップ109で前後進操作手段30が中立位置Nまたは後進位置Rにならない場合、つまりNOの場合にはステップ108の前に戻る。
ステップ109で前後進操作手段30が中立位置Nまたは後進位置Rになる場合、つまりYESの場合にはステップ110に進み、コントローラ50は掘削作業終了と判断し、ステップ111に進む。
ステップ111で、前記のように前後進操作手段30が操作されて中立位置Nまたは後進位置Rになり、変速機32が中立または後進になると、電源ライン52へ通じていた電流が切れ、容量制御装置41に送られている電流が切れるので容量制御装置41は可変容量型油圧ポンプ26の容量を前記所定容量に低減する制御を停止し、コントローラ50はポンプ容量制御を中止し、可変容量型油圧ポンプ26の容量を制御前に戻す。
リフトシリンダボトム圧が所定圧力Pより下がった場合には、ボトム圧検出器45の接点45Sが開き、第1リレー72の出力側のライン55はアースラインGNDに接続が切れ、接点72Sは端子72a側に閉じ、第3リレー74への電流が切れ、接点74Sが端子74a側に閉じ、第1接点75S1を介して第2タイマー82に電流が流れ、第2タイマー82は時間計測を開始する。つまり、コントローラ50は、ステップ106で掘削作業開始と判断した後、ステップ112でリフトシリンダボトム圧が所定圧力Pより下がったか否かを判定する。
ステップ112でリフトシリンダボトム圧が所定圧力Pを越える場合、つまりNOの場合にはステップ112の前に戻る。
ステップ112でリフトシリンダボトム圧が所定圧力Pより下がった場合、つまりYESの場合には前記のようにコントローラ50の第2タイマー82はステップ113で時間計測を開始する。
コントローラ50の第2タイマー82は、所定の第2設定時間を経過すると接点82Sを開き、第4リレー75への電流を切り、第1接点75S1および第2接点75S2を開き、前記の自己保持回路を切り、容量制御装置41への電流を切る。第2タイマー82は、所定の第2設定時間を経過するまでは接点82Sを閉じた状態を継続する。つまり、ステップ114でコントローラ50は、リフトシリンダボトム圧が所定圧力Pより下がった時間が予め定めた第2設定時間(例えば1秒)以上続いたか否かを判定する。
ステップ114で第2タイマー82が所定の第2設定時間を計測するまで、つまりNOの場合にはステップ114の前に戻り、接点82Sを閉じた状態を継続する。
ステップ114で第2タイマー82が、所定の第2設定時間を経過すると、つまりYESの場合には接点82Sを開き、第4リレー75への電流を切り、第1接点75S1および第2接点75S2を開き、前記の自己保持回路を切り、容量制御装置41への電流を切り、ステップ110に進む。つまり、ステップ114でコントローラ50は掘削作業中ではないと判断し、ステップ110に進んで掘削作業終了と判断する。
【0035】
本発明に係る作業車両の可変容量型油圧ポンプの制御装置は、上記のような構成にしたため、以下のような効果が得られる。
リフトシリンダのボトム側油圧が、所定の第1設定時間、所定値以下で、その後、所定の値を越えた時に、作業車両は掘削作業開始したと判断し、ポンプの容量を最大容量より少ない所定容量に低減させるようにしている。リフトシリンダのボトム側油圧は掘削作業前の車両前進中と、掘削作業中とでは明らかに異なるため、確実に掘削作業開始であることを判断できる。したがって、有効なパワーロス低減を行える。また、バケットが対象物に突っ込むまで油圧ポンプの容量は低減しないため、作業速度が低下して作業者が違和感を覚えることはない。
掘削作業終了後、作業者が前後進操作手段を中立または後進位置にしたときにポンプの容量制御を停止するようにしたため、掘削作業終了時点が明確に判断できる。掘削作業終了後は作業機の操作速度が速くなり、作業性が低下する恐れはない。
掘削開始と判断した後、リフトシリンダのボトム側の油圧が所定の値以下になり、その状態が予め定めた第2設定時間を越えたときに掘削作業終了であると判断し、ポンプ容量低減制御を停止するようにしている。そのため、例えば誤信号でポンプ容量低減制御を開始しても、短時間で誤信号であることを判断でき、油圧ポンプの容量を所定容量に低減させる制御を停止でき、作業能率の低下を防止できる。
コントローラ50をリレーおよびタイマーによるシーケンス回路により構成したので、コントローラ50を簡単な構造にでき、また製作コストが低コストとなる。
図7に示すように、掘削工程で、バケット12の刃先を対象物に突っ込み、チルトシリンダ15を操作してバケット12をチルトバックさせ、バケット12内に対象物をすくいこむ場合に、リフトシリンダ13を操作して、バケット12を矢印Yの方向のように上昇させ、対象物をかきあげ、より多くの対象物をバケット12内にすくいこむことがある。この場合、油圧ポンプの容量制御を行ったままであると、油圧ポンプの吐出量が少ないためリフトシリンダ13の伸長速度が遅く、従って、バケット12の上昇速度が遅くなり、作業の効率が低下する。そこで、本実施形態ではバケット12が所定の高さとなったときには、油圧ポンプの容量制御を停止して、バケット12の上昇速度を早くするようにしている。従って、掘削作業中に、リフトシリンダ13を操作して、バケット12を上昇させ、対象物をかきあげ、より多くの対象物をバケット12内にすくいこむ場合に、バケット12が所定の高さ以上となったときに、ポンプの容量制御を停止するようにしたため、バケット12の上昇速度が速くなり、作業性が低下する恐れはない。
【0036】
以上の説明では、リフトシリンダ13のボトム側にボトム圧検出器45を設け、リフトシリンダ13のボトム側油圧が、所定の第1設定時間、所定値以下で、その後、所定の値を越えた時に、作業車両は掘削作業開始したと判断し、ポンプの容量を最大容量より少ない所定容量に低減させるようにしているが、チルトシリンダ15のボトム側にボトム圧検出器を設け、チルトシリンダ15のボトム側油圧が、所定の第1設定時間、所定値以下で、その後、所定の値を越えた時に、作業車両は掘削作業開始したと判断し、ポンプの容量を最大容量より少ない所定容量に低減させるようにしても同様の作用及び効果が得られることは言うまでも無い。
【0037】
また、バケット高さ検出器83は、一例として近接センサとしているが、リフトアーム11の角度を検出して、バケット12のバケットヒンジピン12Pの高さを検出するようにしても良いし、リフトシリンダ13のストロークを検出して、バケット12のバケットヒンジピン12Pの高さを検出するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の制御装置を有する、作業車両の一例の、ホイールローダの側面図である。
【図2】本発明のホイールローダの、作業機の側面図である。
【図3】ホイールローダの掘削、積込作業時の各工程で、リフトシリンダのボトム側に発生する油圧の変化の一例を示すグラフである。
【図4】本発明の制御装置の系統図である。
【図5】コントローラの回路構成図である。
【図6】本発明の制御装置の作動を説明するためのフローチャートである。
【図7】本発明のホイールローダの作業状態を示す側面図である。
【図8】従来の作業車両の作業機の、掘削位置を示す側面図である。
【符号の説明】
1…ホイールローダ、2…運転室、4…後輪、5…後部車体、6…前輪、7…前部フレーム、10…作業機、11…リフトアーム、12…バケット、13…リフトシリンダ、15…チルトシリンダ、20…動力装置、21…エンジン、23…変速機、26…可変容量型油圧ポンプ、30…前後進操作手段、31…操作位置検出手段、40…制御装置、41…容量制御装置、43…チルト操作弁、44…リフト操作弁、45…ボトム圧検出器、50…コントローラ、71…前進リレー、72…第1リレー、73…第2リレー、74…第3リレー、75…第4リレー、81…第1タイマー、82…第2タイマー、83…バケット高さ検出器。
Claims (6)
- 作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置において、
前記作業車両は、作業機(10)を作動するシリンダと、
前記シリンダに所定の圧油を供給する可変容量型油圧ポンプ(26)とを備え、
前記制御装置(40)は、
前記シリンダのボトム側の油圧を検出するボトム圧検出器(45)と、
前記可変容量型油圧ポンプ(26)の容量を制御する容量制御装置(41)と、
前記ボトム圧検出器(45)からの検出値を入力し、その値が所定の値以下の状態で第1設定時間を経過し、その後、前記検出値が所定の値を越えた時に掘削作業開始と判断し、前記容量制御装置(41)に前記可変容量型油圧ポンプ(26)の容量を最大容量以下の所定容量に低減させる容量制御信号を出力するようにシーケンス回路で構成したコントローラ(50)とを有する
ことを特徴とする作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置。 - 請求項1記載の、作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置において、
前記作業車両は、
前後進操作手段(30)を備え、
前記制御装置(40)は、
前記前後進操作手段(30)の操作位置を検出する操作位置検出手段(31)と、
前記操作位置検出手段(31)からの検出信号を入力し、操作位置が前進から中立または後進位置に変化したときに、前記容量制御装置(41)に出力する容量制御信号の発信を停止するようにシーケンス回路で構成したコントローラ(50)とを有することを特徴とする作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置。 - 請求項1または2記載の、作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置において、
前記制御装置(40)は、
掘削作業開始と判断した後、前記ボトム圧検出器(45)からの検出値を入力し、その値が所定の値以下になり、その状態が予め定めた第2設定時間を越えたときに掘削作業終了と判断し、前記容量制御装置(41)に出力する容量制御信号の発信を停止するようにシーケンス回路で構成したコントローラ(50)を有する
ことを特徴とする作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置。 - 請求項1または2または3記載の、作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置において、
前記制御装置(40)は、
バケット高さ検出手段を有し、
掘削作業開始と判断した後、作業機(10)のバケット高さが所定の値以上となったときに掘削作業終了と判断し、前記容量制御装置(41)に出力する容量制御信号の発信を停止するようにシーケンス回路で構成したコントローラ(50)を有する
ことを特徴とする作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置。 - 作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置において、
前記作業車両は、作業機(10)を作動するシリンダと、
前記シリンダに所定の圧油を供給する可変容量型油圧ポンプ(26)と、
前後進操作手段(30)と、
前記前後進操作手段(30)の操作位置を検出する操作位置検出手段(31)とを備え、前記制御装置(40)は、
前記シリンダのボトム側の油圧を検出するボトム圧検出器(45)と、
前記可変容量型油圧ポンプ(26)の容量を制御する容量制御装置(41)とを備えるとともに、
前記操作位置検出手段(31)が前記前後進操作手段(30)の操作位置が前進位置であることを検出することにより作動する前進リレー(71)と、
前記ボトム側の油圧が所定圧を越えたことを前記ボトム圧検出器(45)が検出すると作動する第1リレー(72)と、
前記前進リレー(71)が作動し、前記第1リレー(72)が非作動の場合に時間計測を開始する第1タイマー(81)と、
前記第1タイマー(81)が第1設定時間を計測すると作動する第2リレー(73)と、前記ボトム側の油圧が所定圧を越えて前記第1リレー(72)が作動することにより作動する第3リレー(74)と、
前記第2リレー(73)および前記第3リレー(74)が作動すると作動し、前記容量制御装置(41)に容量制御信号を発信する第4リレー(75)と、
前記ボトム側の油圧が所定圧以下となって前記第1リレー(72)が非作動となり第3リレー(74)が非作動となることにより時間計測を開始し、第2設定時間を計測すると前記第4リレー(75)を非作動とする第2タイマー(82)とを備えたシーケンス回路で構成されるコントローラ(50)とを有する
ことを特徴とする作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置。 - 請求項5記載の作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置において、
前記制御装置(40)は、
バケット高さ検出手段を有し、
作業機(10)のバケット高さが所定の値以上になると前記第4リレー(75)を非作動とするシーケンス回路で構成されるコントローラ(50)とを有する
ことを特徴とする作業車両の作業機用油圧ポンプの制御装置。
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