JP4111415B2

JP4111415B2 - Excavator loading machine work machine controller

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Publication number: JP4111415B2
Application number: JP2000085446A
Authority: JP
Inventors: 政典碇
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2020-03-24
Also published as: JP2001271387A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両前部に作業機を有する掘削積込機械の作業機制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
掘削積込を行う建設機械として、車体の前部にバケットを有して、主として破砕された岩石や土砂等の積載物をバケットにより掘削してダンプトラック等に積み込む作業を行なうホイールローダがある。図９にホイールローダの側面図を示す。
図９において、ホイールローダ１は、走行自在な車体２の前部に昇降自在に取着したブーム３と、ブーム３の先端部に上下方向に回動自在に枢着されたバケット４とを有する作業機５を備えている。ブーム３及びバケット４の操作は、車体２上に搭載された運転室７内に設けられた、それぞれの操作レバー（図示せず）によって行なわれる。積載物６を掘削してバケット４に積み込む際には、積載物６の山に車両を前進させながら、ブーム操作とバケット操作とを交互に行なっている。なお、バケット操作において、バケット４をピン８を中心にして図９において時計回り方向に回転させることをチルトさせるという。
【０００３】
このような掘削作業の際に、ブーム３のブーム角度の変化に応じてバケット４のバケット角度を半自動的に制御し、作業能率を向上させる技術があり、この技術は、本願の出願人と同一出願人が出願した特願平１０−２８８８５９号に示されている。
同号によれば、掘削時のブーム角度に対するバケット角度の関係を予め記憶しておき、オペレータから制御開始信号が入力されたときから、オペレータの操作するブーム角度に対してバケット角度を記憶した関係になるように制御している。即ち、バケット角度検出器の検出量が記憶した目標とするバケット角度になるようにバケット角度を制御している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術には、次のような問題がある。
従来技術によれば、オペレータが制御開始を決定するようにしており、熟練したオペレータならばこの制御開始時期を適切に判断して掘削作業の効率を向上させることができる。しかしながら、熟練度の低いオペレータによれば、掘削開始時期を適切に判断することが困難で、制御開始時期の判断が適切でないため作業効率が向上しなかったり、かえって制御によって作業効率が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、常に適切なタイミングで掘削制御の開始を判断する掘削積込機械の作業機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発明はブームのリフトを制御するブームシリンダと、ブームシリンダの伸縮を制御するブーム制御弁と、ブームシリンダの伸縮速度を指令するブームレバーと、ブームレバーの操作量を検出するブームレバー操作量検出器と、バケットのチルトを制御するバケットシリンダと、バケットシリンダの伸縮を制御するバケット制御弁と、バケットシリンダの伸縮速度を指令するバケットレバーと、バケットレバーの操作量を検出するバケットレバー操作量検出器と、ブームレバー操作量検出器から入力されるブームレバー操作量に基づきブーム制御指令値をブーム制御弁に出力し、バケットレバー操作量検出器から入力されるバケットレバー操作量に基づきバケット制御指令値をバケット制御弁に出力するコントローラとを備えた掘削積込機械の作業機制御装置において、車両の掘削状態を検出する掘削状態検出手段を有し、コントローラは、掘削状態検出手段から入力される検出量に基づいて車両が掘削中であるか否かを判断する負荷判断部と、前記負荷判断部の判断に基づいて各制御弁への自動掘削指令値を設定し出力する自動掘削制御手段とを有し、ブームレバーが操作され、かつ車両が掘削中であると前記負荷判断部が判断したとき、自動掘削制御手段が自動掘削開始を判断し、掘削状態検出手段は、車速を検出する車速検出器及びエンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出器とし、負荷判断部は、車速がエンジン回転速度に関する所定のカーブで示す値以下のときに車両が掘削中であると判断する構成としている。
【０００７】
第１発明によれば、負荷判断部がバケットから車両に作用する負荷が所定値以上であると判断し、かつオペレータがブームレバーを操作したときに自動掘削を開始させる。熟練オペレータが掘削開始時に行う「ブームレバーを操作してバケットを上昇させる」という操作パターンを制御フローに織り込み、この動作があったときに掘削開始したときと判断しているので、常に確実に掘削開始のタイミングを検出できる。負荷判断部は、車速がエンジン回転速度に応じた所定のカーブで示す値以下のときは、車両への負荷が大きくて車速が大きくならない、即ち掘削中であると判断する。前記所定のカーブは、熟練オペレータによる掘削時に掘削中の車速データを収集して設定したカーブであるので、確実に掘削中であることを判断できる。
【０００８】
第２発明は、ブームのリフトを制御するブームシリンダと、ブームシリンダの伸縮を制御するブーム制御弁と、ブームシリンダの伸縮速度を指令するブームレバーと、ブームレバーの操作量を検出するブームレバー操作量検出器と、バケットのチルトを制御するバケットシリンダと、バケットシリンダの伸縮を制御するバケット制御弁と、バケットシリンダの伸縮速度を指令するバケットレバーと、バケットレバーの操作量を検出するバケットレバー操作量検出器と、ブームレバー操作量検出器から入力されるブームレバー操作量に基づきブーム制御指令値をブーム制御弁に出力し、バケットレバー操作量検出器から入力されるバケットレバー操作量に基づきバケット制御指令値をバケット制御弁に出力するコントローラとを備えた掘削積込機械の作業機制御装置において、車両の掘削状態を検出する掘削状態検出手段を有し、コントローラは、掘削状態検出手段から入力される検出量に基づいて車両が掘削中であるか否かを判断する負荷判断部と、前記負荷判断部の判断に基づいて各制御弁への自動掘削指令値を設定し出力する自動掘削制御手段とを有し、ブームレバーが操作され、かつ車両が掘削中であると前記負荷判断部が判断したとき、自動掘削制御手段が自動掘削開始を判断し、掘削状態検出手段は、アクセルペダル操作量を検出するアクセルペダル操作量検出器及びエンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出器とし、負荷判断部は、アクセルペダル操作量が所定操作量以上、かつエンジン回転速度が所定回転速度以下のときに車両が掘削中であると判断する構成としている。
【０００９】
第２発明によれば、アクセルペダル操作量が所定操作量以上、かつエンジン回転速度が所定回転速度以下のときは、アクセルペダルを踏み込んでいるにも拘らず車両への負荷が大きくてエンジン回転速度が大きくならない、即ち車両が掘削中であると判断する。所定操作量及び所定回転速度は、熟練オペレータによる掘削中のアクセルペダル操作量データ及びエンジン回転速度データを収集して設定した値であるので、確実に掘削中であることを判断できる。
【００１０】
第３発明は、ブームのリフトを制御するブームシリンダと、ブームシリンダの伸縮を制御するブーム制御弁と、ブームシリンダの伸縮速度を指令するブームレバーと、ブームレバーの操作量を検出するブームレバー操作量検出器と、バケットのチルトを制御するバケットシリンダと、バケットシリンダの伸縮を制御するバケット制御弁と、バケットシリンダの伸縮速度を指令するバケットレバーと、バケットレバーの操作量を検出するバケットレバー操作量検出器と、ブームレバー操作量検出器から入力されるブームレバー操作量に基づきブーム制御指令値をブーム制御弁に出力し、バケットレバー操作量検出器から入力されるバケットレバー操作量に基づきバケット制御指令値をバケット制御弁に出力するコントローラとを備えた掘削積込機械の作業機制御装置において、車両の掘削状態を検出する掘削状態検出手段を有し、コントローラは、掘削状態検出手段から入力される検出量に基づいて車両が掘削中であるか否かを判断する負荷判断部と、ブームの角速度を検出する角速度検出部と、前記負荷判断部及び角速度検出部の判断に基づいて各制御弁への自動掘削指令値を設定し出力する自動掘削制御手段とを有し、ブームレバーが操作され、ブーム角速度がゼロ値であると前記角速度検出部が検出し、かつ車両が掘削中であると前記負荷判断部が判断したとき、自動掘削制御手段が自動掘削開始を判断する構成としている。
【００１１】
第３発明によれば、負荷判断部がバケットから車両に作用する負荷が所定値以上であると判断し、かつブーム角速度検出部が角速度がゼロ値であると検出し、かつオペレータがブームレバーを操作したときに自動掘削を開始させる。熟練オペレータが掘削開始時に行う「ブームレバーを操作してバケットを上昇させる」という操作パターンを制御フローに織り込み、この動作があったとき、かつ掘削中であり、かつブーム角速度がゼロ値であるときに掘削開始したときと判断しているので、常に確実に掘削開始のタイミングを検出できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しながら、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。
まず、図１，２，３により第１実施形態を説明する。
図１にホイールローダ１の作業機５の側面図を示す。
ブーム３の基端部は車体２にピン７により回動自在に取着され、車体２とブーム３はブームシリンダ１０により連結されている。ブームシリンダ１０を伸長するとブーム３はピン７を中心として回動して上昇し、縮小すると下降する。また、ブーム３の先端部にはバケット４がピン８により回動自在に取着され、バケット４とブーム３はリンク９を介してバケットシリンダ１１により連結されている。バケットシリンダ１１を伸長するとバケット４はチルトし、縮小するとダンプする。
【００１３】
上記のような作業機５において、ブーム角度θｍは、ピン７とピン８とを結ぶ線Ａ−Ａと、ピン７を通る鉛直線Ｂ−Ｂとの成す角度θｍで表される。ブーム３の基端部のピン７部にブーム角度θｍを検出するブーム角度検出器４０が取着されている。ブーム角度θｍは、鉛直線Ｂ−Ｂをゼロ度としてピン７を中心にして図１の時計回り方向を正の角度として検出する。また、バケットシリンダ１１には、バケットシリンダ１１のストロークエンドを検出するストロークエンド検出器４６が取着されている。
図２に、本実施形態の自動掘削制御装置の制御系統図を示す。
作業機油圧ポンプ１２の吐出回路１６上に介装された油圧パイロット式のブーム制御弁１３とバケット制御弁１４とは、それぞれブームシリンダ１０とバケットシリンダ１１とに接続され、タンデム回路を構成している。
ブーム制御弁１３はＡ（ブーム上昇）位置、Ｂ（中立）位置、Ｃ（ブーム下降）位置、Ｄ（浮き）位置を有する４位置切換弁であり、バケット制御弁１４はＥ（チルト）位置、Ｆ（中立）位置、Ｇ（ダンプ）位置を有する３位置切換弁である。
【００１４】
ブーム制御弁１３及びバケット制御弁１４のパイロット受圧部は、それぞれ電磁比例指令弁２０を介してパイロットポンプ１５と接続されている。電磁比例指令弁２０は、ブーム下げ指令弁２１、ブーム上げ指令弁２２、バケットダンプ指令弁２３及びバケットチルト指令弁２４により構成されている。
ブーム下げ指令弁２１及びブーム上げ指令弁２２は、ブーム制御弁１３の各パイロット受圧部に接続され、バケットダンプ指令弁２３及びバケットチルト指令弁２４は、バケット制御弁１４の各パイロット受圧部に接続されている。また、各指令弁２１，２２，２３，２４のソレノイド指令部には、コントローラ２５からそれぞれの指令信号が入力されている。
【００１５】
ブームレバー３０には、ブームレバー操作量Ｅｍを検出するブームレバー操作量検出器３１が取着され、またバケットレバー３２には、バケットレバー操作量Ｅｔを検出するバケットレバー操作量検出器３３が取着されており、それぞれの検出信号はコントローラ２５に入力されている。
また、コントローラ２５には、ブーム角度検出器４０からのブーム角度θｍ、エンジン回転速度検出器４３からエンジン回転速度Ｎｅ及び車速検出器４４からの車速Ｖがそれぞれ入力されている。なお、エンジン回転速度検出器４３及び車速検出器４４は、車両の掘削状態を検出する手段である。
【００１６】
運転室側部の図示しない操作パネルには、オペレータが操作する自動掘削制御を行なうか否かを設定するオートチルト設定スイッチ３６が設けられており、オートチルト設定スイッチ３６から出力されるオートチルト信号Ｃａは、コントローラ２５に入力されている。なお、オートチルト信号Ｃａは、オペレータがオン操作したときにオン信号「１」を出力する。なお、オン操作しないときには、オフ信号「０」を出力する。
バケットレバー３２には、変速レバー（図示せず）を操作することなく前進２速から前進１速に変速可能なキックダウンスイッチ３５が設けられている。オペレータがオン操作したときにキックダウン信号Ｃｋはオン信号「１」をコントローラ２５に出力すると共に、図示しない変速制御装置に指令して前進１速に変速する。なお、オン操作しないときには、キックダウン信号Ｃｋはオフ信号「０」を出力する。
ストロークエンド検出器４６から、ストロークエンド信号Ｃｅがコントローラ２５に入力されていて、バケットシリンダ１１のストロークがストロークエンドまでの所定距離（例えば５ｍｍ）に達したときに、ストロークエンド信号Ｃｅはオン信号の「１」を出力する。所定距離に達しないときにはオフ信号「０」を出力する。
【００１７】
また、オペレータが前後進を指令する前後進レバー（図示せず）の近傍に前後進検出器４７が取着され、前後進検出器４７から前進信号Ｃｆが、コントローラ２５に入力されている。前進信号Ｃｆは、前進時にオン信号「１」を出力する。なお、ニュートラル時及び後進時には、オフ信号「０」を出力する。
さらに、オペレータが操作し、土質、作業条件等から最適の掘削モードを選択するモード選択釦４２が、運転室側部の図示しない操作パネルに配設されている。オペレータは、積載物６が柔らかくて掘削抵抗が小さいときにオフ信号「０」、硬くて掘削抵抗が大きいときにオン信号「１」の選択信号Ｃｃをモード選択釦４２から入力し、選択信号Ｃｃは、コントローラ２５に入力されている。
【００１８】
次に、図２に基づいてオートチルト設定スイッチ３６をオン操作しないで通常運転する場合の作動を説明する。
オペレータがブームレバー３０又はバケットレバー３２を操作すると、コントローラ２５には、ブームレバー操作量検出器３１及びバケットレバー操作量検出器３３からブームレバー操作量Ｅｍ及びバケットレバー操作量Ｅｔが入力され、コントローラ２５は、この操作量信号に応じた作業機速度制御指令を各指令弁２１，２２，２３，２４に出力する。
各指令弁２１，２２，２３，２４は、この作業機速度制御指令の大きさに応じた圧力の各パイロット油圧を、対応するブーム制御弁１３又はバケット制御弁１４のパイロット受圧部に出力する。これによって、ブームシリンダ１０又はバケットシリンダ１１は、それぞれのパイロット油圧に応じた速度で対応する方向に作動する。
【００１９】
次に、コントローラ２５の図３，５に示す制御フローチャート及び図４に示す掘削領域説明図により、本実施形態に係る自動掘削制御装置の作動を説明する。なお、制御フローチャートの各処理のステップ番号をＳを付して表わし、Ｓ１〜Ｓ６を図３に、Ｓ７〜Ｓ１５を図５にそれぞれ示す。
Ｓ１にて、
（１）オートチルト信号Ｃａがオン信号「１」、
（２）前進信号Ｃｆがオン信号「１」、
（３）ブーム角度θｍが所定のブーム角度下限値θｍ１よりも小さい、
（４）キックダウン信号Ｃｋがオン信号「１」、
（５）ブームレバー操作量Ｅｍが所定のブームレバー操作量下限値Ｅｍ１よりも大きい、
の５項目を全て満足するときはＳ２の処理に移る。５項目の内１項目でも満足しないときには、Ｓ１の処理を繰り返す。
なお、ブームレバー操作量Ｅｍがブームレバー操作量下限値Ｅｍ１以下のときには制御弁への指令値はゼロ値であり、ブームレバー操作量下限値Ｅｍ１より大きく所定のブームレバー操作量上限値Ｅｍ２よりも小さいときには、操作量に応じてブーム指令弁２１，２２への制御指令値は大きくなり、ブームレバー操作量上限値Ｅｍ２以上のときには、ブーム指令弁２１，２２への制御指令値はブームレバー操作量上限値Ｅｍ２のときの制御指令値を保持する。
【００２０】
Ｓ２にて、車速Ｖが所定のエンジン係数ｋにエンジン回転速度Ｎｅとの積よりも小さいか否かを判断する。エンジン係数ｋは、図４に示すように、車速Ｖが前記積よりも小さいときには掘削中であり、車速Ｖが前記積以上のときには掘削中ではないことを区別する直線の勾配である。なお、エンジン係数ｋは、熟練オペレータによる掘削時に掘削中の車速データを収集して設定した値である。
車速Ｖが前記積よりも小さいときにはＳ３の処理に移り、前記積以上のときにはＳ２の繰り返す。なお、Ｓ２を負荷第１判断部４８と呼ぶ。
Ｓ３にて、ブームレバー操作量Ｅｍがブームレバー操作量上限値Ｅｍ２よりも大きいか否かを判断する。大きいときにはＳ４の処理に移り、ブームレバー操作量上限値Ｅｍ２以下のときにはＳ７の処理に移る。
Ｓ４にて、ブーム角速度θｍｄがゼロ値か否かを判断し、ゼロ値のときにはＳ７の処理に移り、ゼロ値でないならばＳ６の処理に移る。
【００２１】
Ｓ６にて、ブームレバー操作量Ｅｍの値をもつブーム制御指令値Ｖｍと、バケットレバー操作量Ｅｔの値をもつバケット制御指令値Ｖｔとを電磁比例指令弁２０にそれぞれ出力し、Ｓ２の処理に戻る。
Ｓ７にて、ブームレバー操作量Ｅｍがブームレバー操作量下限値Ｅｍ１よりも小さいか否かを判断する。小さいときにはＳ８の処理に移り、ブームレバー操作量下限値Ｅｍ１以上のときには、Ｓ１１の処理に移る。なお、Ｓ７以降Ｓ１５までを自動掘削制御手段５１と呼ぶ。
Ｓ８にて、ゼロ値のブーム制御指令値Ｖｍを電磁比例指令弁２０に出力し、Ｓ９の処理に移る。
Ｓ９にて、エンジンのハイアイドル回転速度Ｎｅｍをエンジン回転速度Ｎｅで除した値と所定のバケット流量係数αｔとの積をバケット流量加算値Ｑｔとする。バケット流量係数αｔは、％で示す値とするので、バケット流量加算値Ｑｔも％で示す値となる。そして、バケットレバー操作量Ｅｔにバケット流量加算値Ｑｔを加算した値をバケット制御指令値Ｖｔと設定し、Ｓ１０の処理に移る。
【００２２】
Ｓ１０にて、エンジンのハイアイドル回転速度Ｎｅｍをエンジン回転速度Ｎｅで除した値と所定のブーム流量係数αｍとの積をブーム流量変更値Ｑｍとする。ブーム流量係数αｍは、％で示す値とするので、ブーム流量変更値Ｑｍも％で示す値となる。そして、ブーム流量変更値Ｑｍの値をもつバケット制御指令値Ｖｔを電磁比例指令弁２０に出力してＳ１１の処理に移る。
Ｓ１１にて、ブームレバー操作量Ｅｍに応じて変化するバケット流量変数αｔｖを演算する。次に、エンジンのハイアイドル回転速度Ｎｅｍをエンジン回転速度Ｎｅで除した値と演算したバケット流量変数αｔｖとの積をバケット流量加算値Ｑｔとする。そして、バケットレバー操作量Ｅｔにバケット流量加算値Ｑｔを加算した値をバケット制御指令値Ｖｔに設定し、Ｓ１２の処理に移る。
【００２３】
Ｓ１２にて、モード選択信号Ｃｃがオフ信号「０」か否かを判断する。オフ信号「０」であればＳ１３の処理に移る。オフ信号「０」でなければ、Ｓ１４の処理に移る。
Ｓ１３にて、Ｓ９又はＳ１１で設定したバケット制御指令値Ｖｔを、所定の時間Ｔ１（例えば５秒）だけ電磁比例指令弁２０に出力し、Ｓ１５の処理に移る。
Ｓ１４にて、Ｓ９又はＳ１１で設定したバケット制御指令値Ｖｔと、所定のチルトオン時間ΔＴとを有するパルスをチルト周期Ｔ２で２回だけ電磁比例指令弁２０に出力してＳ１５の処理に移る。
Ｓ１５にて、
（１）前進信号Ｃｆがオフ信号「０」、
（２）ストロークエンド信号Ｃｅがオン信号「１」、
（３）ブーム角度θｍが所定のブーム角度上限値θｍ２よりも大きい、
（４）チルト回数Ｎｔが所定のチルト回数閾値Ｎｔｍ以上、
の４項目の内、１項目でも満足した場合に自動掘削制御の完了となる。４項目共に満足しないときには、Ｓ７の処理に戻る。なお、チルト回数Ｎｔは、Ｓ７の処理を実行した回数とする。
【００２４】
ここで、熟練オペレータによる掘削開始時の操作パターンを説明する。
オペレータが、車両１のバケット４の刃先を積載物６に食い込ませると、刃先から車体にかかる水平抵抗力が大きくなって車速Ｖが低下してくる。車速Ｖが、図４の斜線部に示す掘削領域になると、熟練したオペレータは、まず最初にブームレバー３０を操作してブーム３を上昇させて水平抵抗力を小さくしようとする。
【００２５】
次に、本実施形態の作用及び効果を説明する。
制御フローチャートにおいて、オートチルト設定スイッチ３６がオン操作されていて、前後進レバーが前進位置にあり、ブーム角度θｍがブーム角度下限値θｍ１以下であり、キックダウンスイッチ３５がオン操作されていて、かつブームレバー操作量Ｅｍがブームレバー操作量下限値Ｅｍ１よりも大きいときに車速Ｖが図４の斜線部に示す掘削領域に入ったか否かを判断する（Ｓ１，Ｓ２）
コントローラ２５は、車速Ｖが掘削領域に入ったときに、オペレータがブームレバー３０をブームレバー操作量上限値Ｅｍ２よりも大きく操作して、ブーム３を早く上昇させようとしているか否かを判断する（Ｓ３）。掘削領域は、熟練オペレータによる掘削時に得られた実車データに基づいて設定されている。ブームレバー３０がブームレバー操作量上限値Ｅｍ２よりも大きく操作している場合に、コントローラ２５は、ブーム角速度θｍｄがゼロ値か否かによってブーム３の油圧回路がリリーフしているか否かを判断する（Ｓ４）。ブームレバー３０を大きく操作してブーム３を上昇させようとしたにも拘らず油圧回路がリリーフしていると、もはやブーム３が上昇していないので水平抵抗力を低減できない。そして、バケット４のチルトによって水平抵抗力を低減するために自動掘削制御の開始のステップに移る。
【００２６】
ブーム３の油圧回路がリリーフしていないときには、ブームレバー操作量Ｅｍの値をもつブーム制御指令値Ｖｍ及びバケットレバー操作量Ｅｔの値をもつバケット制御指令値Ｖｔを電磁比例指令弁２０に出力し、オペレータのレバー操作量通りにブーム及びバケットを操作する。そして、車速Ｖがまだ掘削領域にあるか否かを判断する。
【００２７】
水平抵抗力が大きくなって、車速Ｖが掘削領域に入ったときに、ブームレバー操作量Ｅｍがブームレバー操作量上限値Ｅｍ２以上も操作されているのにバケット４が上昇しないときには、バケット４の刃先が硬い地面に食い込んだような状態であると判断し、自動掘削制御を開始させる。また、車速Ｖが掘削領域に入っていてオペレータが大きくブーム３を上昇させようとする意志のない、ブームレバー操作量Ｅｍがブームレバー操作量上限値Ｅｍ２以下の場合に、自動掘削制御を開始させる。
【００２８】
自動掘削制御の開始が決定されると、ブームレバー操作量Ｅｍがブームレバー操作量下限値Ｅｍ１以下のとき（Ｓ７）には、オペレータはブーム３を上昇させる意志はないと判断し、ゼロ値のブーム制御指令値Ｖｍを指令弁２１，２２に出力してブーム３を上昇させない（Ｓ８）。
バケット制御指令値Ｖｔについては、バケットレバー操作量Ｅｔにバケット流量加算値Ｑｔを加算した値とし、エンジン回転速度Ｎｅが小さくなるに従って大きな％になるようなバケット流量加算値Ｑｔを演算する。そして、演算したバケット流量加算値Ｑｔをバケットレバー操作量Ｅｔに加算したバケット制御指令値Ｖｔをバケット４を作動させる指令弁２３，２４への指令値と設定する。なお、演算されたバケット制御指令値Ｖｔが１００％以上の値になるときは１００％に設定する（Ｓ９）。
【００２９】
ブームレバー操作量Ｅｍがブームレバー操作量下限値Ｅｍ１よりも大きいときは、ブームレバー操作量Ｅｍの替わりに、ブーム流量変更値Ｑｍをブーム制御指令値Ｖｍとして指令弁２１，２２に出力してブーム３を上昇させる。ブーム流量変更値Ｑｍは、エンジン回転速度Ｎｅが小さくなるに従って大きな％になるように演算される。なお、演算されたブーム流量変更値Ｑｍが１００％以上の値になるときは１００％とする。そして、演算したブーム流量変更値Ｑｍをブーム制御指令値Ｖｍに設定する（Ｓ１０）。
一方、ブームレバー操作量Ｅｍに応じて変化するバケット流量変数αｔｖを求め、エンジンのハイアイドル回転速度Ｎｅｍを現在のエンジン回転速度Ｎｅで除した値とバケット流量変数αｔｖとの積をバケット流量加算値Ｑｔとする。そして、バケットレバー操作量Ｅｔにバケット流量加算値Ｑｔを加算した値をバケット制御指令値Ｖｔに設定する（Ｓ１１）。
【００３０】
次に、オペレータの操作するモード選択釦４２から入力されるモード選択信号Ｃｃを判断する（Ｓ１２）。積載物６の掘削抵抗力が小さいときにはオフ信号「０」、硬くて掘削抵抗の大きいときにはオン信号「１」がコントローラ２５に入力されている。モード選択信号Ｃｃがオフ信号「０」のとき、予め設定されたバケット制御指令値Ｖｔを所定の時間Ｔ１（例えば５秒）だけ指令弁２３，２４に出力して、バケット４をバケット制御指令値Ｖｔに対応した速度及び時間Ｔ１に応じた角度チルトさせる（Ｓ１３）。また、オン信号「１」のときには、予め設定されたバケット制御指令値Ｖｔを所定のΔＴだけ２回、パルス的に指令弁２３，２４に出力して、バケット４を振動させながらチルトさせる（Ｓ１４）。なお、ブーム制御指令値Ｖｍ及びバケット制御指令値Ｖｔを自動掘削指令値と呼ぶ。そして、ストロークエンド信号Ｃｅがオン信号「１」のときに自動掘削制御は完了する（Ｓ１５）。
【００３１】
なお、本実施形態では、掘削中か否かを図４に示すようなエンジン回転速度に関する直線により判断しているが、直線ではなく曲線であっても何ら差し支えない。
【００３２】
次に、図６，７，８により第２実施形態を説明する。
図６に示す制御系統図において、第１実施形態で説明した図２の制御系統図の車速検出器４４の替わりにアクセルペダル操作量Ａを検出するアクセルペダル操作量検出器４５が設けてあり、検出されたアクセルペダル操作量Ａはコントローラ２５に入力されている。アクセルペダル操作量検出器４５の他は図２と同一の構成要素であるので、ここでは説明を省略する。なお、アクセルペダル操作量検出器４５は、車両の掘削状態を検出する掘削状態検出手段である。
本実施形態の制御フローチャートは、第１実施形態で説明した図３の負荷第１判断部４８を図７に示す負荷第２判断部４９に変更したのみで、残りのフローは図３と同一である。負荷第２判断部４９は、処理ステップＳ１６を有していて、（１）アクセルペダル操作量Ａがアクセルペダル操作量閾値Ａｊよりも大きく、（２）エンジン回転速度Ｎｅがエンジン回転速度閾値Ｎｅｊよりも小さい、
の２項目を共に満足すれば図３のＳ３の処理に移る。１項目でも満足しないときにはＳ１６の処理を繰り返す。
アクセルペダル操作量閾値Ａｊ、エンジン回転速度閾値Ｎｅｊは、熟練オペレータによる掘削中のアクセルペダル操作量データ及びエンジン回転速度データを収集して設定した値であり、予めコントローラ２５に記憶されている。また、各値の関係を図８に示す。アクセルペダルをアクセルペダル操作量閾値Ａｊまで踏み込んでいるにも拘らず、エンジン回転速度Ｎｅが大きくならないときに掘削中であると判断している。
【００３３】
本実施形態の作用及び効果を説明する。
アクセルペダル操作量Ａ及びエンジン回転速度Ｎｅが掘削領域に入ったとき、かつブームレバー操作量Ｅｍがブームレバー操作量下限値Ｅｍ１以上にあるときが掘削開始の意思表示であるとする熟練オペレータの操作手順を取り込んでいるので常に適切なタイミングで掘削の制御を開始できる。
なお、自動掘削制御に入った後の処理方法における作用及び効果は、第１実施形態と同一であるので説明を省略する。
【００３４】
以上、本発明によれば、バケットから車両に作用する負荷が所定値以上のとき、かつブームレバーを略フルストローク操作しているにも拘らずブーム角速度がゼロ値のときに自動掘削を開始させる。また、ブームレバーの操作を略フルストローク操作した後にブームレバー操作量を小さくしたときにも自動掘削を開始させる。熟練オペレータが掘削開始時に行う「ブームレバーを操作してバケットを上昇させる」という操作パターンを制御フローに織り込み、この動作があったときに掘削開始したときと判断しているので、常に確実に掘削開始のタイミングを検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る作業機の構成図である。
【図２】第１実施形態に係る制御系統図である。
【図３】第１実施形態に係る制御フローチャートの掘削開始判断部である。
【図４】車速及びエンジン回転速度で示す掘削領域の説明図である。
【図５】第１実施形態に係る制御フローチャートの自動掘削制御部である。
【図６】第２実施形態に係る制御系統図である。
【図７】第２実施形態に係る掘削中の判断回路である。
【図８】アクセルペダル操作量及びエンジン回転速度で示す掘削領域の説明図である。
【図９】ホイールローダの側面図である。
【符号の説明】
１…ホイールローダ、３…ブーム、４…バケット、５…作業機、６…積載物、１０…ブームシリンダ、１１…バケットシリンダ、１２…作業機油圧ポンプ、１３…ブーム制御弁、１４…バケット制御弁、２０…電磁比例指令弁、２１…ブームリフト指令弁、２２…ブームダウン指令弁、２３…バケットダンプ指令弁、２４…バケットチルト指令弁、２５…コントローラ、３０…ブームレバー、３１…ブームレバー操作量検出器、３２…バケットレバー、３３…バケットレバー操作量検出器、３５…キックダウンスイッチ、３６…オートチルト設定スイッチ、４０…ブーム角度検出器、４１…バケット角度検出器、４２…モード選択釦、４３…エンジン回転速度検出器、４４…車速検出器、４５…アクセルペダル操作量検出器、４６…ストロークエンド検出器、４７…前後進検出器、４８…負荷第１判断部、４９…負荷第２判断部、５１…自動掘削制御手段、Ｖ…車速、Ｎｅ…エンジン回転速度、θｍ…ブーム角度、θｔ…バケット角度、θｍｄ…ブーム角速度、Ｅｍ…ブームレバー操作量、Ｅｔ…バケットレバー操作量、Ｑｍ…ブーム流量変更値、Ｑｔ…バケット流量加算値、Ｖｍ…ブーム制御指令値、Ｖｔ…バケット制御指令値、Ｃｆ…前進信号、Ｃａ…オートチルト信号、Ｃｅ…ストロークエンド信号、Ｃｋ…キックダウン信号、Ｃｓ…セミオート掘削信号、Ｃｃ…モード選択信号、ｋ…エンジン係数、Ａ…アクセルペダル操作量、Ａｊ…アクセルペダル操作量閾値、Ｎｔ…チルト回数、αｍ…ブーム流量係数、αｔ…バケット流量係数、αｔｖ…バケット流量変数、Ｎｅｊ…エンジン回転速度閾値。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a work machine control device for an excavation and loading machine having a work machine at a front portion of a vehicle.
[0002]
[Prior art]
As a construction machine that performs excavation and loading, there is a wheel loader that has a bucket at the front part of a vehicle body and excavates a load such as crushed rocks or earth and sand and loads it on a dump truck or the like. FIG. 9 shows a side view of the wheel loader.
In FIG. 9, the wheel loader 1 includes a boom 3 attached to a front part of a travelable vehicle body 2 so as to be movable up and down, and a bucket 4 pivotally attached to a front end part of the boom 3 so as to be rotatable in the vertical direction. A work machine 5 is provided. The boom 3 and the bucket 4 are operated by respective operation levers (not shown) provided in the cab 7 mounted on the vehicle body 2. When excavating the load 6 and loading it into the bucket 4, the boom operation and the bucket operation are alternately performed while moving the vehicle forward to the mountain of the load 6. In the bucket operation, rotating the bucket 4 in the clockwise direction in FIG. 9 about the pin 8 is referred to as tilting.
[0003]
During such excavation work, there is a technique for semi-automatically controlling the bucket angle of the bucket 4 in accordance with the change in the boom angle of the boom 3 to improve work efficiency, and this technique is the same as the applicant of the present application. This is shown in Japanese Patent Application No. 10-288859 filed by the applicant.
According to the same issue, the relationship of the bucket angle with respect to the boom angle during excavation is stored in advance, and the relationship in which the bucket angle is stored with respect to the boom angle operated by the operator from when the control start signal is input from the operator. It is controlled to become. That is, the bucket angle is controlled so that the detected amount of the bucket angle detector becomes the stored target bucket angle.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the prior art has the following problems.
According to the prior art, the operator determines the start of control, and an experienced operator can appropriately determine the control start time and improve the efficiency of excavation work. However, according to the less skilled operator, it is difficult to appropriately determine the excavation start time, and the work start efficiency is not improved because the determination of the control start time is not appropriate, or the work efficiency is reduced due to the control. There's a problem.
[0005]
The present invention has been made paying attention to the above-described problem, and an object thereof is to provide a work machine control device for an excavation loading machine that always determines the start of excavation control at an appropriate timing.
[0006]
[Means, actions and effects for solving the problems]
In order to achieve the above object, the first invention provides a boom cylinder for controlling the lift of the boom, a boom control valve for controlling expansion and contraction of the boom cylinder, a boom lever for instructing the expansion and contraction speed of the boom cylinder, Boom lever operation amount detector that detects the operation amount, bucket cylinder that controls the tilt of the bucket, bucket control valve that controls the expansion and contraction of the bucket cylinder, a bucket lever that commands the expansion and contraction speed of the bucket cylinder, A boom control command value is output to the boom control valve based on the boom lever operation amount input from the bucket lever operation amount detector that detects the operation amount and the boom lever operation amount detector, and is input from the bucket lever operation amount detector. The bucket control command value is output to the bucket control valve based on the bucket lever operation amount. A work machine control device for an excavation and loading machine including a roller includes an excavation state detection unit that detects an excavation state of the vehicle, and the controller excavates the vehicle based on a detection amount input from the excavation state detection unit. A load determination unit that determines whether or not the vehicle is in the vehicle, and an automatic excavation control unit that sets and outputs an automatic excavation command value to each control valve based on the determination of the load determination unit. When the load determination unit determines that the vehicle is excavating, the automatic excavation control means determines the start of automatic excavation, and the excavation state detection means detects the vehicle speed detector and the engine rotation speed. The engine speed detector is configured such that the load determination unit determines that the vehicle is excavating when the vehicle speed is equal to or less than a value indicated by a predetermined curve related to the engine speed .
[0007]
According to the first invention, it is determined that the load the load determination unit is applied from the bucket on the vehicle is a predetermined value or more, and the automatic excavation is started when the operator operates the boom lever. The operation pattern of “operating the boom lever to raise the bucket” performed by an experienced operator at the start of excavation is incorporated into the control flow, and it is determined that excavation has started when this operation occurs, so excavation is always reliably performed. The start timing can be detected. When the vehicle speed is equal to or less than a value indicated by a predetermined curve corresponding to the engine rotation speed, the load determination unit determines that the vehicle load is large and the vehicle speed does not increase, that is, excavation is in progress. Since the predetermined curve is a curve set by collecting vehicle speed data during excavation by an experienced operator, it can be reliably determined that excavation is in progress.
[0008]
The second invention includes a boom cylinder that controls the lift of the boom, a boom control valve that controls expansion and contraction of the boom cylinder, a boom lever that commands the expansion and contraction speed of the boom cylinder, and a boom lever operation that detects the operation amount of the boom lever. A volume detector, a bucket cylinder that controls the tilt of the bucket, a bucket control valve that controls expansion and contraction of the bucket cylinder, a bucket lever that commands the expansion and contraction speed of the bucket cylinder, and a bucket lever operation that detects the operation amount of the bucket lever The boom control command value is output to the boom control valve based on the boom lever operation amount input from the amount detector and the boom lever operation amount detector, and the bucket is operated based on the bucket lever operation amount input from the bucket lever operation amount detector. Excavation loading with a controller that outputs a control command value to the bucket control valve In the machine work machine control device, the machine has an excavation state detection means for detecting the excavation state of the vehicle, and the controller determines whether or not the vehicle is excavating based on a detection amount input from the excavation state detection means. And an automatic excavation control means for setting and outputting an automatic excavation command value to each control valve based on the determination of the load determination unit, the boom lever is operated, and the vehicle is being excavated When the load determination unit determines that there is an automatic excavation control means, the automatic excavation control means determines the start of automatic excavation, and the excavation state detection means includes an accelerator pedal operation amount detector that detects the accelerator pedal operation amount and an engine that detects the engine rotation speed. a rotation speed detector, the load determination unit determines that the accelerator pedal operation amount is a predetermined operation amount or more and the vehicle when the engine rotational speed is below a predetermined rotational speed is in the drilling configuration It is set to.
[0009]
According to the second invention, when the accelerator pedal operation amount is equal to or greater than the predetermined operation amount and the engine rotation speed is equal to or less than the predetermined rotation speed , the load on the vehicle is large even though the accelerator pedal is depressed, and the engine rotation speed is Is not increased, that is, it is determined that the vehicle is excavating. Since the predetermined operation amount and the predetermined rotation speed are values set by collecting accelerator pedal operation amount data and engine rotation speed data during excavation by a skilled operator, it is possible to reliably determine that excavation is in progress.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a boom cylinder for controlling a boom lift, a boom control valve for controlling expansion / contraction of the boom cylinder, a boom lever for instructing an expansion / contraction speed of the boom cylinder, and a boom lever operation for detecting an operation amount of the boom lever. A volume detector, a bucket cylinder that controls the tilt of the bucket, a bucket control valve that controls expansion and contraction of the bucket cylinder, a bucket lever that commands the expansion and contraction speed of the bucket cylinder, and a bucket lever operation that detects the operation amount of the bucket lever The boom control command value is output to the boom control valve based on the boom lever operation amount input from the amount detector and the boom lever operation amount detector, and the bucket is operated based on the bucket lever operation amount input from the bucket lever operation amount detector. Excavation loading with a controller that outputs a control command value to the bucket control valve In the machine work machine control device, the machine has an excavation state detection means for detecting the excavation state of the vehicle, and the controller determines whether or not the vehicle is excavating based on a detection amount input from the excavation state detection means. A load determination unit that detects an angular velocity of the boom, and an automatic excavation control unit that sets and outputs an automatic excavation command value to each control valve based on the determination of the load determination unit and the angular velocity detection unit. The automatic excavation control means starts automatic excavation when the boom lever is operated and the angular velocity detection unit detects that the boom angular velocity is zero and the load determination unit determines that the vehicle is excavating. It is set as the structure which judges .
[0011]
According to the third invention, the load determining unit determines that the load acting on the vehicle from the bucket is equal to or greater than a predetermined value, the boom angular velocity detecting unit detects that the angular velocity is zero, and the operator operates the boom lever. Starts automatic excavation when operated. When an experienced operator starts the excavation and manipulates the operation pattern of “operating the boom lever to raise the bucket” into the control flow, when this operation occurs, the excavation is in progress and the boom angular velocity is zero Since it is determined that the excavation has started, the excavation start timing can always be reliably detected .
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, the first embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a side view of the working machine 5 of the wheel loader 1.
A base end portion of the boom 3 is rotatably attached to the vehicle body 2 by a pin 7, and the vehicle body 2 and the boom 3 are connected by a boom cylinder 10. When the boom cylinder 10 is extended, the boom 3 is pivoted and raised about the pin 7 and is lowered when the boom cylinder 10 is contracted. A bucket 4 is pivotally attached to the tip of the boom 3 by a pin 8, and the bucket 4 and the boom 3 are connected by a bucket cylinder 11 via a link 9. When the bucket cylinder 11 is extended, the bucket 4 is tilted, and when it is reduced, it is dumped.
[0013]
In the working machine 5 as described above, the boom angle θm is represented by an angle θm formed by a line AA connecting the pin 7 and the pin 8 and a vertical line BB passing through the pin 7. A boom angle detector 40 that detects the boom angle θm is attached to the pin 7 at the base end of the boom 3. The boom angle θm is detected as a positive angle in the clockwise direction in FIG. A stroke end detector 46 that detects the stroke end of the bucket cylinder 11 is attached to the bucket cylinder 11.
FIG. 2 shows a control system diagram of the automatic excavation control apparatus of the present embodiment.
The hydraulic pilot type boom control valve 13 and the bucket control valve 14 interposed on the discharge circuit 16 of the work machine hydraulic pump 12 are connected to the boom cylinder 10 and the bucket cylinder 11, respectively, and constitute a tandem circuit. Yes.
The boom control valve 13 is a four-position switching valve having an A (boom up) position, a B (neutral) position, a C (boom down) position, and a D (floating) position, and the bucket control valve 14 is an E (tilt) position, A three-position switching valve having an F (neutral) position and a G (dump) position.
[0014]
The pilot pressure receiving portions of the boom control valve 13 and the bucket control valve 14 are connected to the pilot pump 15 via the electromagnetic proportional command valve 20, respectively. The electromagnetic proportional command valve 20 includes a boom lowering command valve 21, a boom raising command valve 22, a bucket dump command valve 23, and a bucket tilt command valve 24.
The boom lowering command valve 21 and the boom raising command valve 22 are connected to each pilot pressure receiving portion of the boom control valve 13, and the bucket dump command valve 23 and the bucket tilt command valve 24 are connected to each pilot pressure receiving portion of the bucket control valve 14. Has been. In addition, each command signal is input from the controller 25 to the solenoid command portion of each command valve 21, 22, 23, 24.
[0015]
A boom lever operation amount detector 31 for detecting the boom lever operation amount Em is attached to the boom lever 30, and a bucket lever operation amount detector 33 for detecting the bucket lever operation amount Et is attached to the bucket lever 32. Each detection signal is input to the controller 25.
Further, the boom angle θm from the boom angle detector 40, the engine rotation speed Ne from the engine rotation speed detector 43, and the vehicle speed V from the vehicle speed detector 44 are input to the controller 25. The engine rotation speed detector 43 and the vehicle speed detector 44 are means for detecting the excavation state of the vehicle.
[0016]
An operation panel (not shown) on the side of the cab is provided with an auto tilt setting switch 36 for setting whether or not automatic excavation control operated by the operator is performed. An auto tilt signal output from the auto tilt setting switch 36 is provided. Ca is input to the controller 25. The auto tilt signal Ca outputs an ON signal “1” when the operator performs an ON operation. When the on operation is not performed, an off signal “0” is output.
The bucket lever 32 is provided with a kick-down switch 35 that can change the speed from the second forward speed to the first forward speed without operating a speed change lever (not shown). When the operator turns on the kick-down signal Ck, the kick-down signal Ck outputs an on signal “1” to the controller 25 and commands a shift control device (not shown) to shift to the first forward speed. When the on-operation is not performed, the kick-down signal Ck outputs an off signal “0”.
When the stroke end signal Ce is input from the stroke end detector 46 to the controller 25 and the stroke of the bucket cylinder 11 reaches a predetermined distance (for example, 5 mm) to the stroke end, the stroke end signal Ce is an ON signal. “1” is output. When the predetermined distance is not reached, an off signal “0” is output.
[0017]
Further, a forward / reverse detector 47 is attached in the vicinity of a forward / reverse lever (not shown) to which the operator commands forward / reverse, and a forward signal Cf is input to the controller 25 from the forward / backward detector 47. The forward signal Cf outputs an ON signal “1” during forward movement. Note that an off signal “0” is output during neutral and reverse travel.
Further, a mode selection button 42 that is operated by an operator and selects an optimum excavation mode from soil quality, work conditions, and the like is disposed on an operation panel (not shown) on the side of the cab. The operator inputs the selection signal Cc of the off signal “0” from the mode selection button 42 when the load 6 is soft and the excavation resistance is small, and the selection signal Cc of the on signal “1” when the load 6 is hard and the excavation resistance is large. Is input to the controller 25.
[0018]
Next, the operation in the case of normal operation without turning on the auto tilt setting switch 36 will be described with reference to FIG.
When the operator operates the boom lever 30 or the bucket lever 32, the boom lever operation amount Em and the bucket lever operation amount Et are input to the controller 25 from the boom lever operation amount detector 31 and the bucket lever operation amount detector 33. 25 outputs a work implement speed control command corresponding to the manipulated variable signal to each of the command valves 21, 22, 23, 24.
Each command valve 21, 22, 23, 24 outputs each pilot hydraulic pressure with a pressure corresponding to the magnitude of this work implement speed control command to the pilot pressure receiving portion of the corresponding boom control valve 13 or bucket control valve 14. As a result, the boom cylinder 10 or the bucket cylinder 11 operates in a corresponding direction at a speed corresponding to each pilot hydraulic pressure.
[0019]
Next, the operation of the automatic excavation control apparatus according to this embodiment will be described with reference to the control flowcharts shown in FIGS. 3 and 5 of the controller 25 and the excavation area explanatory diagram shown in FIG. Note that step numbers of each process in the control flowchart are denoted by S, S1 to S6 are shown in FIG. 3, and S7 to S15 are shown in FIG.
At S1,
(1) The auto tilt signal Ca is an on signal “1”,
(2) Forward signal Cf is ON signal “1”,
(3) The boom angle θm is smaller than a predetermined boom angle lower limit value θm1.
(4) The kick-down signal Ck is an on signal “1”,
(5) The boom lever operation amount Em is larger than a predetermined boom lever operation amount lower limit value Em1.
When all the five items are satisfied, the process proceeds to S2. If even one of the five items is not satisfied, the process of S1 is repeated.
When the boom lever operation amount Em is equal to or less than the boom lever operation amount lower limit value Em1, the command value to the control valve is zero, which is larger than the boom lever operation amount lower limit value Em1 and larger than the predetermined boom lever operation amount upper limit value Em2. When the value is small, the control command value to the boom command valves 21 and 22 is increased according to the operation amount. When the boom command valve operation amount upper limit value Em2 is equal to or larger, the control command value to the boom command valves 21 and 22 is the boom lever operation amount. The control command value at the upper limit value Em2 is held.
[0020]
In S2, it is determined whether or not the vehicle speed V is smaller than the product of the predetermined engine coefficient k and the engine speed Ne. As shown in FIG. 4, the engine coefficient k is a linear gradient that distinguishes that excavation is being performed when the vehicle speed V is lower than the product and that excavation is not being performed when the vehicle speed V is equal to or higher than the product. The engine coefficient k is a value set by collecting vehicle speed data during excavation during excavation by a skilled operator.
When the vehicle speed V is smaller than the product, the process proceeds to S3, and when the vehicle speed V exceeds the product, the process repeats S2. Note that S2 is referred to as a load first determination unit 48.
In S3, it is determined whether or not the boom lever operation amount Em is larger than the boom lever operation amount upper limit value Em2. When it is larger, the process proceeds to S4, and when it is equal to or less than the boom lever operation amount upper limit Em2, the process proceeds to S7.
In S4, it is determined whether or not the boom angular velocity θmd is a zero value. If the boom angular velocity θmd is zero, the process proceeds to S7, and if not, the process proceeds to S6.
[0021]
At S6, the boom control command value Vm having the value of the boom lever operation amount Em and the bucket control command value Vt having the value of the bucket lever operation amount Et are output to the electromagnetic proportional command valve 20, respectively, and the processing of S2 is performed. Return.
In S7, it is determined whether or not the boom lever operation amount Em is smaller than the boom lever operation amount lower limit value Em1. When it is smaller, the process proceeds to S8, and when it is equal to or greater than the boom lever operation amount lower limit value Em1, the process proceeds to S11. In addition, S7 to S15 are referred to as automatic excavation control means 51.
In S8, a zero-value boom control command value Vm is output to the electromagnetic proportional command valve 20, and the process proceeds to S9.
In S9, a product of a value obtained by dividing the high idle rotation speed Nem of the engine by the engine rotation speed Ne and a predetermined bucket flow coefficient αt is set as a bucket flow addition value Qt. Since the bucket flow coefficient αt is a value indicated by%, the bucket flow rate addition value Qt is also a value indicated by%. Then, a value obtained by adding the bucket flow rate addition value Qt to the bucket lever operation amount Et is set as the bucket control command value Vt, and the process proceeds to S10.
[0022]
In S10, a product of a value obtained by dividing the high idle rotation speed Nem of the engine by the engine rotation speed Ne and a predetermined boom flow coefficient αm is set as a boom flow change value Qm. Since the boom flow rate coefficient αm is a value indicated by%, the boom flow rate change value Qm is also a value indicated by%. Then, the bucket control command value Vt having the boom flow rate change value Qm is output to the electromagnetic proportional command valve 20, and the process proceeds to S11.
In S11, a bucket flow rate variable αtv that changes according to the boom lever operation amount Em is calculated. Next, a product of a value obtained by dividing the high idle rotation speed Nem of the engine by the engine rotation speed Ne and the calculated bucket flow rate variable αtv is set as a bucket flow rate addition value Qt. Then, a value obtained by adding the bucket flow rate addition value Qt to the bucket lever operation amount Et is set as the bucket control command value Vt, and the process proceeds to S12.
[0023]
In S12, it is determined whether or not the mode selection signal Cc is an off signal “0”. If the off signal is “0”, the process proceeds to S13. If the off signal is not “0”, the process proceeds to S14.
In S13, the bucket control command value Vt set in S9 or S11 is output to the electromagnetic proportional command valve 20 for a predetermined time T1 (for example, 5 seconds), and the process proceeds to S15.
In S14, a pulse having the bucket control command value Vt set in S9 or S11 and a predetermined tilt-on time ΔT is output to the electromagnetic proportional command valve 20 only twice in the tilt cycle T2, and the process proceeds to S15.
At S15
(1) The forward signal Cf is an off signal “0”,
(2) Stroke end signal Ce is ON signal “1”,
(3) The boom angle θm is larger than a predetermined boom angle upper limit value θm2.
(4) The number of tilts Nt is equal to or greater than a predetermined tilt number threshold Ntm,
The automatic excavation control is completed when at least one of the four items is satisfied. If all four items are not satisfied, the process returns to S7. The number of tilts Nt is the number of times that the process of S7 has been executed.
[0024]
Here, an operation pattern at the start of excavation by a skilled operator will be described.
When the operator bites the blade edge of the bucket 4 of the vehicle 1 into the load 6, the horizontal resistance force applied to the vehicle body from the blade edge increases and the vehicle speed V decreases. When the vehicle speed V reaches the excavation area indicated by the hatched portion in FIG. 4, the skilled operator first operates the boom lever 30 to raise the boom 3 to reduce the horizontal resistance.
[0025]
Next, the operation and effect of this embodiment will be described.
In the control flowchart, the auto tilt setting switch 36 is turned on, the forward / reverse lever is in the forward movement position, the boom angle θm is less than or equal to the boom angle lower limit value θm1, the kick down switch 35 is turned on, and When the boom lever operation amount Em is larger than the boom lever operation amount lower limit value Em1, it is determined whether or not the vehicle speed V has entered the excavation area indicated by the hatched portion in FIG. 4 (S1, S2).
When the vehicle speed V enters the excavation area, the controller 25 determines whether or not the operator operates the boom lever 30 to be larger than the boom lever operation amount upper limit value Em2 to raise the boom 3 quickly ( S3). The excavation area is set based on actual vehicle data obtained during excavation by a skilled operator. When the boom lever 30 is operated to be larger than the boom lever operation amount upper limit value Em2, the controller 25 determines whether or not the hydraulic circuit of the boom 3 is relief depending on whether or not the boom angular velocity θmd is zero. (S4). If the hydraulic circuit is relieved in spite of the fact that the boom lever 30 is greatly operated to raise the boom 3, the horizontal resistance force cannot be reduced because the boom 3 is no longer raised. Then, in order to reduce the horizontal resistance due to the tilt of the bucket 4, the process proceeds to a step of starting automatic excavation control.
[0026]
When the hydraulic circuit of the boom 3 is not relieved, a boom control command value Vm having a boom lever operation amount Em value and a bucket control command value Vt having a bucket lever operation amount Et value are output to the electromagnetic proportional command valve 20. The boom and bucket are operated according to the lever operation amount of the operator. Then, it is determined whether or not the vehicle speed V is still in the excavation area.
[0027]
When the horizontal resistance increases and the vehicle speed V enters the excavation area, when the boom lever operation amount Em is operated more than the boom lever operation amount upper limit Em2 and the bucket 4 does not rise, It is determined that the cutting edge is in a state where it has bitten into hard ground, and automatic excavation control is started. Further, when the vehicle speed V is in the excavation area and the operator does not intend to raise the boom 3 greatly, the automatic excavation control is started when the boom lever operation amount Em is equal to or less than the boom lever operation amount upper limit Em2. .
[0028]
When the start of the automatic excavation control is determined, when the boom lever operation amount Em is equal to or less than the boom lever operation amount lower limit Em1 (S7), the operator determines that there is no intention to raise the boom 3, and the zero value is zero. The boom control command value Vm is output to the command valves 21 and 22 and the boom 3 is not raised (S8).
The bucket control command value Vt is a value obtained by adding the bucket flow rate addition value Qt to the bucket lever operation amount Et, and the bucket flow rate addition value Qt is calculated such that the bucket flow rate addition value Qt increases as the engine speed Ne decreases. Then, the bucket control command value Vt obtained by adding the calculated bucket flow rate addition value Qt to the bucket lever operation amount Et is set as the command value for the command valves 23 and 24 for operating the bucket 4. When the calculated bucket control command value Vt is 100% or more, it is set to 100% (S9).
[0029]
When the boom lever operation amount Em is larger than the boom lever operation amount lower limit value Em1, instead of the boom lever operation amount Em, the boom flow rate change value Qm is output to the command valves 21 and 22 as the boom control command value Vm. Raise 3 The boom flow rate change value Qm is calculated so as to increase as the engine speed Ne decreases. In addition, when the calculated boom flow rate change value Qm becomes a value of 100% or more, it is set as 100%. Then, the calculated boom flow rate change value Qm is set to the boom control command value Vm (S10).
On the other hand, a bucket flow rate variable αtv that changes according to the boom lever operation amount Em is obtained, and the product of the value obtained by dividing the engine high idle speed Nem by the current engine speed Ne and the bucket flow rate variable αtv is the bucket flow rate addition value. Let Qt. Then, a value obtained by adding the bucket flow rate addition value Qt to the bucket lever operation amount Et is set as the bucket control command value Vt (S11).
[0030]
Next, the mode selection signal Cc input from the mode selection button 42 operated by the operator is determined (S12). An off signal “0” is input to the controller 25 when the excavation resistance force of the load 6 is small, and an on signal “1” is input to the controller 25 when the load is hard and the excavation resistance is large. When the mode selection signal Cc is the OFF signal “0”, a preset bucket control command value Vt is output to the command valves 23 and 24 for a predetermined time T1 (for example, 5 seconds), and the bucket 4 is set to the bucket control command value. The angle is tilted according to the speed corresponding to Vt and the time T1 (S13). On the other hand, when the ON signal is “1”, a preset bucket control command value Vt is output to the command valves 23 and 24 in pulses twice by a predetermined ΔT, and the bucket 4 is tilted while vibrating (S14). ). The boom control command value Vm and the bucket control command value Vt are referred to as automatic excavation command values. The automatic excavation control is completed when the stroke end signal Ce is the on signal “1” (S15).
[0031]
In the present embodiment, whether or not excavation is in progress is determined based on a straight line related to the engine rotation speed as shown in FIG. 4, but it may be a curved line instead of a straight line.
[0032]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS.
In the control system diagram shown in FIG. 6, an accelerator pedal operation amount detector 45 for detecting the accelerator pedal operation amount A is provided instead of the vehicle speed detector 44 in the control system diagram of FIG. 2 described in the first embodiment. The detected accelerator pedal operation amount A is input to the controller 25. Other than the accelerator pedal operation amount detector 45 is the same as that shown in FIG. The accelerator pedal operation amount detector 45 is excavation state detection means for detecting the excavation state of the vehicle.
The control flowchart of the present embodiment is the same as that of FIG. 3 except that the load first determination unit 48 of FIG. 3 described in the first embodiment is changed to a load second determination unit 49 shown in FIG. is there. The load second determination unit 49 includes processing step S16, and (1) the accelerator pedal operation amount A is larger than the accelerator pedal operation amount threshold Aj, and (2) the engine rotation speed Ne is higher than the engine rotation speed threshold Nej. Is also small,
If the two items are satisfied, the process proceeds to S3 in FIG. If even one item is not satisfied, the process of S16 is repeated.
The accelerator pedal operation amount threshold value Aj and the engine rotation speed threshold value Nej are values set by collecting and setting accelerator pedal operation amount data and engine rotation speed data during excavation by a skilled operator, and are stored in the controller 25 in advance. Moreover, the relationship between each value is shown in FIG. Although the accelerator pedal is depressed to the accelerator pedal operation amount threshold value Aj, it is determined that excavation is in progress when the engine speed Ne does not increase.
[0033]
The operation and effect of this embodiment will be described.
Operation by a skilled operator that the intention to start excavation is when the accelerator pedal operation amount A and the engine rotation speed Ne enter the excavation area and the boom lever operation amount Em is equal to or greater than the boom lever operation amount lower limit Em1. Since the procedure is incorporated, excavation control can always be started at an appropriate timing.
In addition, since the effect | action and effect in the processing method after entering into automatic excavation control are the same as 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted.
[0034]
As described above, according to the present invention, automatic excavation is started when the load acting on the vehicle from the bucket is a predetermined value or more and the boom angular velocity is zero even though the boom lever is operated at a substantially full stroke. . The automatic excavation is also started when the boom lever operation amount is reduced after the boom lever operation is performed at a substantially full stroke. The operation pattern of “operating the boom lever to raise the bucket” performed by an experienced operator at the start of excavation is incorporated into the control flow, and it is determined that excavation has started when this operation occurs, so excavation is always reliably performed. The start timing can be detected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a working machine according to a first embodiment.
FIG. 2 is a control system diagram according to the first embodiment.
FIG. 3 is an excavation start determining unit in the control flowchart according to the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram of an excavation area indicated by a vehicle speed and an engine rotation speed.
FIG. 5 is an automatic excavation control unit of a control flowchart according to the first embodiment.
FIG. 6 is a control system diagram according to the second embodiment.
FIG. 7 is a determination circuit during excavation according to the second embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram of an excavation area indicated by an accelerator pedal operation amount and an engine rotation speed.
FIG. 9 is a side view of the wheel loader.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wheel loader, 3 ... Boom, 4 ... Bucket, 5 ... Work machine, 6 ... Loaded object, 10 ... Boom cylinder, 11 ... Bucket cylinder, 12 ... Work machine hydraulic pump, 13 ... Boom control valve, 14 ... Bucket control Valve: 20 ... Proportional electromagnetic command valve, 21 ... Boom lift command valve, 22 ... Boom down command valve, 23 ... Bucket dump command valve, 24 ... Bucket tilt command valve, 25 ... Controller, 30 ... Boom lever, 31 ... Boom lever Operation amount detector, 32 ... Bucket lever, 33 ... Bucket lever operation amount detector, 35 ... Kick down switch, 36 ... Auto tilt setting switch, 40 ... Boom angle detector, 41 ... Bucket angle detector, 42 ... Mode selection Button, 43 ... Engine rotation speed detector, 44 ... Vehicle speed detector, 45 ... Accelerator pedal operation amount detector, 46 ... Straw End detector 47 ... Forward / reverse detector 48 ... Load first determination unit 49 ... Load second determination unit 51 ... Automatic excavation control means V ... Vehicle speed Ne ... Engine rotation speed θm ... Boom angle θt ... Bucket angle, θmd ... Boom angular velocity, Em ... Boom lever operation amount, Et ... Bucket lever operation amount, Qm ... Boom flow rate change value, Qt ... Bucket flow addition value, Vm ... Boom control command value, Vt ... Bucket control command value , Cf ... forward signal, Ca ... auto tilt signal, Ce ... stroke end signal, Ck ... kick down signal, Cs ... semi-automatic excavation signal, Cc ... mode selection signal, k ... engine coefficient, A ... accelerator pedal operation amount, Aj ... Accelerator pedal operation amount threshold value, Nt: Number of tilts, αm: Boom flow coefficient, αt: Bucket flow coefficient, αtv: Bucket flow variable, Nej: En Down the rotational speed threshold.

Claims

A boom cylinder for controlling the lift of the boom, a boom control valve for controlling expansion and contraction of the boom cylinder, a boom lever for instructing an expansion / contraction speed of the boom cylinder, a boom lever operation amount detector for detecting an operation amount of the boom lever, A bucket cylinder that controls the tilt of the bucket, a bucket control valve that controls the expansion and contraction of the bucket cylinder, a bucket lever that commands the expansion and contraction speed of the bucket cylinder, a bucket lever operation amount detector that detects the operation amount of the bucket lever, The boom control command value is output to the boom control valve based on the boom lever operation amount input from the boom lever operation amount detector, and the bucket control command value is output to the bucket based on the bucket lever operation amount input from the bucket lever operation amount detector. Excavator loading machine working machine having controller for outputting to control valve In the control device,
Having excavation state detection means for detecting the excavation state of the vehicle;
The controller includes a load determination unit that determines whether or not the vehicle is excavating based on a detection amount input from the excavation state detection means, and an automatic excavation command to each control valve based on the determination of the load determination unit Automatic excavation control means for setting and outputting a value, when the load lever determines that the boom lever is operated and the vehicle is excavating, the automatic excavation control means determines the start of automatic excavation,
The excavation state detection means is a vehicle speed detector that detects the vehicle speed and an engine rotation speed detector that detects the engine rotation speed,
The load determination unit determines that the vehicle is excavating when the vehicle speed is equal to or less than a value indicated by a predetermined curve related to the engine rotation speed.

A boom cylinder for controlling the lift of the boom, a boom control valve for controlling expansion and contraction of the boom cylinder, a boom lever for instructing an expansion / contraction speed of the boom cylinder, a boom lever operation amount detector for detecting an operation amount of the boom lever, A bucket cylinder that controls the tilt of the bucket, a bucket control valve that controls the expansion and contraction of the bucket cylinder, a bucket lever that commands the expansion and contraction speed of the bucket cylinder, a bucket lever operation amount detector that detects the operation amount of the bucket lever, The boom control command value is output to the boom control valve based on the boom lever operation amount input from the boom lever operation amount detector, and the bucket control command value is output to the bucket based on the bucket lever operation amount input from the bucket lever operation amount detector. Excavator loading machine working machine having controller for outputting to control valve In the control device,
Having excavation state detection means for detecting the excavation state of the vehicle;
The controller includes a load determination unit that determines whether or not the vehicle is excavating based on a detection amount input from the excavation state detection means, and an automatic excavation command to each control valve based on the determination of the load determination unit Automatic excavation control means for setting and outputting a value, when the load lever determines that the boom lever is operated and the vehicle is excavating, the automatic excavation control means determines the start of automatic excavation,
The excavation state detection means includes an accelerator pedal operation amount detector that detects an accelerator pedal operation amount and an engine rotation speed detector that detects an engine rotation speed.
The load determination unit determines that the vehicle is excavating when the accelerator pedal operation amount is equal to or greater than a predetermined operation amount and the engine rotation speed is equal to or less than the predetermined rotation speed. .

A boom cylinder for controlling the lift of the boom, a boom control valve for controlling expansion and contraction of the boom cylinder, a boom lever for instructing an expansion / contraction speed of the boom cylinder, a boom lever operation amount detector for detecting an operation amount of the boom lever, A bucket cylinder that controls the tilt of the bucket, a bucket control valve that controls the expansion and contraction of the bucket cylinder, a bucket lever that commands the expansion and contraction speed of the bucket cylinder, a bucket lever operation amount detector that detects the operation amount of the bucket lever, The boom control command value is output to the boom control valve based on the boom lever operation amount input from the boom lever operation amount detector, and the bucket control command value is output to the bucket based on the bucket lever operation amount input from the bucket lever operation amount detector. Excavator loading machine working machine having controller for outputting to control valve In the control device,
Having excavation state detection means for detecting the excavation state of the vehicle;
The controller includes: a load determination unit that determines whether or not the vehicle is excavating based on a detection amount input from the excavation state detection unit; an angular velocity detection unit that detects an angular velocity of the boom; the load determination unit and the angular velocity Automatic excavation control means for setting and outputting an automatic excavation command value to each control valve based on the determination of the detection unit , and the angular velocity detection unit detects that the boom lever is operated and the boom angular velocity is zero and, and the vehicle when said load determination unit determines that the during drilling, drilling automatic excavation control means, characterized in that to determine the start automatic excavation loading machine of the working machine controller.