JP4367728B2 - 建設機械におけるブームシリンダ制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベル等の建設機械におけるブームシリンダ制御装置の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、油圧ショベル等の建設機械において、フロントアタッチメントを、基端部が機体本体に上下揺動自在に支持されるブーム、該ブームの先端部に前後揺動自在に支持されるスティック、該スティックの先端部に取付けられるバケットやハンマー、グラップル等のツールを用いて構成したものがあるが、このものにおいて、例えば図３に示すごとく、ツールを地面に沿って前後方向に移動させる作業を行う場合には、スティックイン動作とブーム上昇動作、あるいはスティックアウト動作とブーム下降動作とを同時に行う必要がある。また、図４に示すごとく、ハンマーを用いて砕石作業を行う場合には、ブームを下降側に操作してハンマーを岩に押し付け、常にハンマーに適切な推力がかかるようにして作業する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したツールを地面に沿って前後方向に移動させる作業は、スティック操作とブーム操作とを同時かつ適切に行わないと、ツール先端が地面にくい込んだり地面から持ち上がったりして、作業効率が低下する。また、ハンマー作業は、ブームを下方に押し付ける力が大きすぎると機体が持ち上がって作業しづらく、またブームを下方に押し付ける力が小さすぎると必要な推力が得られないことになって、その兼合いが難しい。このため、両作業とも熟練を要すると共に、作業に細心の注意を払わなければならず、オペレータの疲労度が増加するという問題があり、ここに本発明が解決しようとする課題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の如き実情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、ブームシリンダの伸縮作動に基づいて上下揺動するブームを備えてなる建設機械において、ブームシリンダのヘッド側油室とロッド側油室とを連結する油路と、該連結油路を開く開位置と閉じる閉位置とに切換自在な切換弁と、該切換弁を切換えるために操作される操作具とを設けたものである。
そして、この様にすることにより、切換弁を開位置に切換えることにより、ブームシリンダのヘッド側油室とロッド側油室とを連結することができる。
このものにおいて、開位置の切換弁は、ヘッド側油室からロッド側油室およびロッド側油室からヘッド側油室への両方向の油の流れを許容するように設定されているものにおいては、切換弁を開位置に切換えると、ブームシリンダがフリーに伸縮できる状態になって、例えばツールを接地させた状態で前後移動させる作業を行うような場合に、ブームの操作が不要となって作業性が向上する。
また、開位置の切換弁は、ヘッド側油室からロッド側油室への油の流れは許容するが逆方向の流れは阻止するように設定されているものにおいては、切換弁を開位置に切換えると、ブームシリンダが縮小側にのみフリーな状態になって、例えばハンマーを用いて砕石作業を行うような場合に、ブームの下降側の操作が不要となって、作業性が向上する。
さらに、切換弁は、ヘッド側油室からロッド側油室およびロッド側油室からヘッド側油室への両方向の油の流れを許容するように設定された両方向開位置と、ヘッド側油室からロッド側油室への油の流れは許容するが逆方向の流れは阻止するように設定された一方向開位置との二つの開位置を有し、これら二つの開位置は操作具により切換えできる構成にしたものにおいては、切換弁を両方向開位置あるいは一方向開位置に切換えることにより、前述した両方の作業においてブームの操作が不要となって作業性が向上する。
さらにこれらのものにおいて、切換弁を、開位置における開度量の調節ができる可変式のものとすることにより、連結油路を経由してのブームシリンダの伸縮速度を調節できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図面において、１は油圧ショベルであって、該油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２に旋回自在に支持される上部旋回体３、該上部旋回体３に装着されるフロントアタッチメント４等の各部から構成されており、さらに該フロントアタッチメント４は、上部旋回体３に上下揺動自在に支持されるブーム５、該ブーム５の先端部に前後揺動自在に支持されるスティック６、該スティック６の先端部に前後揺動自在に取付けられるバケット７等の各部材を用いて構成されている等の基本的構成は、従来通りである。
尚、スティック６の先端部には、作業内容に応じて、前記バケット７に替えてグラップル８、ハンマー９等の種々のツールが取付けられる。
【０００６】
１０は前記ブーム５を上下揺動させるためのブームシリンダであって、該ブームシリンダ１０の圧油供給回路を図２に示すが、該図２において、１１はメインポンプ、１２はパイロットポンプ、１３は油タンク、１４はコントロールバルブであって、該コントロールバルブ１４は、伸長側、縮小側のパイロットポート１４ａ、１４ｂを備えた三位置切換弁で構成されている。
そして前記コントロールバルブ１４は、両パイロットポート１４ａ、１４ｂにパイロット圧油が供給されていない状態では、ブームシリンダ１０に圧油を供給しない中立位置Ｎに位置しているが、パイロット圧油が伸長側パイロットポート１４ａまたは縮小側パイロットポート１４ｂに供給されることにより、ブームシリンダ１０のヘッド側（伸長側）油室１０ａまたはロッド側（縮小側）油室１０ｂにメインポンプ１１からの圧油を供給する圧油供給位置ＸまたはＹに切換わり、これによりブームシリンダ１０が伸縮作動してブーム５が上下揺動する構成になっている。
【０００７】
また、１５Ａ、１５Ｂは伸長側、縮小側のパイロットバルブであって、このものは、ブーム用操作レバー１５Ｃを伸長側（ブーム上昇側）または縮小側（ブーム下降側）に操作することに伴い、該操作された側のパイロットバルブ１５Ａ、１５Ｂの出力ポート１５ａから操作レバー１５Ｃの操作量に対応するパイロット圧が前記コントロールバルブ１４のパイロットポート１４ａまたは１４ｂに出力されるようになっている。
【０００８】
一方、１６は前記ブームシリンダ１０のヘッド側油室１０ａとロッド側油室１０ｂとを連結する連結油路であって、該連結油路１６の中途部には切換弁１７が配設されている。
前記切換弁１７は、第一、第二パイロットポート１７ａ、１７ｂを備えた三位置切換弁であって、このものは、両パイロットポート１７ａ、１７ｂにパイロット圧油が供給されていない状態では、前記連結油路１６を閉鎖する閉位置Ｎに位置しているが、第一パイロットポート１７ａにパイロット圧油が供給されることにより、ブームシリンダ１０のヘッド側油室１０ａからロッド側油室１０ｂ、およびロッド側油室１０ｂからヘッド側油室１０ａへの両方向の油の流れを許容する両方向開位置Ｘに切換り、また第二パイロットポート１７ｂにパイロット圧油が供給されることにより、ヘッド側油室１０ａからロッド側油室１０ｂへの油の流れは許容するが、逆方向の流れは阻止する一方向開位置Ｙに切換わるように構成されている。そして、前記両方向開位置Ｘおよび一方向開位置Ｙにおける開度量は、第一、第二パイロットポート１７ａ、１７ｂに入力されるパイロット圧により変化するように設定されている。
【０００９】
また、１８、１９は第一、第二電磁比例減圧弁であって、このものは、ソレノイド１８ａ、１９ａの非励磁状態では、前記切換弁１７の第一、第二パイロットポート１７ａ、１７ｂにパイロット圧を出力しないが、後述する制御部２０からの指令に基づいてソレノイド１８ａ、１９ａが励磁することにより、切換弁１７の第一、第二パイロットポート１７ａ、１７ｂにそれぞれパイロット圧油を出力する。この場合、第一、第二電磁比例減圧弁１８、１９の出力圧力は、制御部２０からソレノイド１８ａ、１９ａに出力される信号値により増減する。
【００１０】
さらに、２１はモード設定スイッチであって、このものは、グラップル８等のツールを地面に沿って前後移動させる等の特殊作業を行うときの「特殊作業用モード」、ハンマー９を用いて砕石作業を行うときの「ハンマー作業用モード」の二つのモードを設定できるようになっているが、該モード設定スイッチ２１の設定信号は、前記制御部２０に入力されるように構成されている。
【００１１】
一方、制御部２０は、マイクロコンピュータ等を用いて構成されるものであって、このものは、前記モード設定スイッチ２１、スティック用操作レバー２２の操作量を検出するスティック用操作量検出器２２Ａ、ハンマー用操作レバー２３の操作量を検出するハンマー用操作量検出器２３Ａからの信号を入力し、該入力信号に基づいて、前記第一、第二電磁比例減圧弁１８、１９に対し制御信号を出力するように構成されている。
【００１２】
そして前記制御部２０は、モード設定スイッチ２１が「特殊作業用モード」、「ハンマー作業用モード」のどちらのモードにもセットされていない場合には、前記第一、第二電磁比例減圧弁１８、１９に対しソレノイド励磁の指令を出力しない。これにより、第一、第二電磁比例減圧弁１８、１９から切換弁１７の第一、第二パイロットポート１７ａ、１７ｂにパイロット圧が出力されず、切換弁１７は、ブームシリンダ１０のヘッド側油室１０ａとロッド側油室１０ｂとを連結する連結油路１６を閉鎖する閉位置Ｎに位置している。
そして、前記切換弁１７が閉位置Ｎに位置している状態では、ブーム５の上下動は、ブーム用操作レバー１５Ｃの操作に基づいてコントロールバルブ１４が圧油供給位置ＸまたはＹに切換ることでなされる。
【００１３】
また制御部２０は、モード設定スイッチ２１が「特殊作業用モード」にセットされている場合には、第一電磁比例減圧弁１８に対しソレノイド励磁指令を出力する一方、第二電磁比例減圧弁１９に対してはソレノイド励磁の指令を出力しない。これにより、第一電磁比例減圧弁１８から切換弁１７の第一パイロットポート１７ａにパイロット圧が出力されて、切換弁１７は、ブームシリンダ１０のヘッド側油室１０ａからロッド側油室１０ｂ、およびロッド側油室１０ｂからヘッド側油室１０ａへの両方向の油の流れを許容する両方向開位置Ｘに位置する。この場合、両方向開位置Ｘの切換弁１７の開度量は、前述したように第一電磁比例減圧弁１８から出力されるパイロット圧により増減するが、制御部２０は、前記スティック用操作量検出器２２Ａから入力される操作量が大きくなるにつれて出力圧力が大きくなるように、第一電磁比例減圧弁１８に対して制御信号を出力する。
そして、前記切換弁１７が両方向開位置Ｘに位置している状態では、ブームシリンダ１０のヘッド側油室１０ａとロッド側油室１０ｂとが連結油路１６を介して連通した状態になっているため、ブームシリンダ１０はフリーに伸縮できる。つまり、ブーム５に上昇側、下降側の力が作用すると、ブーム５は上下動する。
【００１４】
さらに制御部２０は、モード設定スイッチ２１が「ハンマー作業用モード」にセットされている場合には、第二電磁比例減圧弁１９に対しソレノイド励磁指令を出力する一方、第一電磁比例減圧弁１８に対してはソレノイド励磁の指令を出力しない。これにより、第二電磁比例減圧弁１９から切換弁１７の第二パイロットポート１７ｂにパイロット圧が出力されて、切換弁１７は、ブームシリンダ１０のヘッド側油室１０ａからロッド側油室１０ｂへの油の流れは許容するが、逆方向の流れを阻止する一方向開位置Ｙに位置する。この場合、一両方向開位置Ｙの切換弁１７の開度量は、第二電磁比例減圧弁１９から出力されるパイロット圧により増減するが、制御部２０は、前記ハンマー用操作量検出器２３Ａから入力される操作量が大きくなるにつれて出力圧力が変化するように、第二電磁比例減圧弁１９に対して制御信号を出力する。
そして、前記切換弁１７が一方向開位置Ｙに位置している状態では、連結油路１６を介してブームシリンダ１０のヘッド側油室１０ａからロッド側油室１０ｂへの油の流れが許容されるため、ブーム用シリンダ１０は縮小側にのみフリーの状態となっている。つまりブーム５は、該ブーム５に上昇側の力が作用しても上動しないが、下降側の力が作用すると下動する。
【００１５】
叙述の如く構成されたものにおいて、バケット７を用いて掘削、積込作業を行う場合等、ブーム５をブーム用操作レバー１５Ｃの操作に基づいて上下動させる場合には、モード設定スイッチ２１によるモードの設定を行わない。これにより、前述したように切換弁１７は、ブームシリンダ１０のヘッド側油室１０ａとロッド側油室１０ｂとを連結する連結油路１６を閉鎖する閉位置Ｎに位置する。而して、ブーム用操作レバー１５Ｃの操作に基づくブームシリンダ１０の通常の伸縮作動が行われてブーム５が上下動する。
【００１６】
一方、グラップル８等のツールを地面に沿って前後方向に移動させる等の特殊作業を行う場合には、ツールを接地させた状態でモード設定スイッチ２１を「特殊作業用モード」にセットする。これにより、切換弁１７は、ブームシリンダ１０がフリーに伸縮できる両方向開位置Ｘに位置することになって、ブーム５は、上昇側、下降側の力が作用すると上下動する。
このものにおいて、ツールを接地させた状態でスティック６を前方側に移動させると、ツールが地面から受ける反発力がブーム５を上動させる力として作用することになって、ブーム５はツールが地面に沿って移動するよう自動的に上動する。また、ツールを接地させた状態でスティック６を後方側に移動させると、フロントアタッチメント４の自重がブーム５を下降させる力として作用することになって、ブーム５はツールが地面に沿って移動するよう自動的に下動する。つまり、ブーム５を上下動させる操作を行わなくても、スティック６を前後方向に移動させる操作を行えば、ツールが地面に沿って前後移動することになる。
そしてこの場合、両方向開位置Ｘの切換弁１７の開度量は、前述したように、スティック用操作レバー２２の操作量に依存するので、ブーム５の上下移動は、スティック６の前後移動量に対応した速度で行われることになって、作業をスムーズに行うことができる。
【００１７】
また、ハンマー９を用いて砕石作業を行う場合には、ハンマー９の先端部を岩に押し当てた状態でモード設定スイッチ２１を「ハンマー作業用モード」にセットする。これにより、切換弁１７は、ブームシリンダ１０の縮小側のみフリーとなる一方向開位置Ｙに位置することになって、ブーム５は、上昇側の力が作用しても上動しないが、下降側の力が作用すると下動する。
而してブーム５は、フロントアタッチメント４の自重により下動しようして、ハンマー９を下方に押し付ける。これにより、ブーム５を下動させる操作を行わなくても、砕石作業に必要な推力がハンマー９にかかることになる。しかも、ブーム５の上動は規制されているため、反力を逃がさず、効果的なハンマー作業を行える。
そしてこの場合、一方向開位置Ｙの切換弁１７の開度量は、ハンマー用操作レバー２３の操作量に依存するから、ハンマー９の打撃力に適した推力を得ることができる。
【００１８】
この様に、本実施の形態が実施されたものにあっては、モード設定スイッチ２１を「特殊作業用モード」にセットすることにより、ブーム用操作レバー１５Ｃを操作しなくても、スティック用操作レバー２２を前後方向に操作するだけでツールを地面に沿って前後方向に移動させることができ、また、「ハンマー作業用モード」にセットすることにより、ブーム用操作レバー１５Ｃを下降側に操作しなくても、ハンマー作業に必要な推力を得ることができる。
【００１９】
この結果、ツールを地面に沿って前後方向に移動させる作業や、ハンマー９による砕石作業を行うにあたり、操作が簡単になって、未熟なオペレータであっても容易に操作することができ、作業性が向上する。
【００２０】
尚、本発明を実施するにあたり、モード設定スイッチ２１によるモードの設定は、エンジンの停止時（あるいは始動時）や、ブーム操作レバー１５Ｃを操作した場合には解除される構成にすることもでき、この様にすることにより、仮にモード設定スイッチ２１のリセットを忘れた場合であっても、オペレータの意図に反してブーム５が自重により自動的に下動してしまうような不具合を回避できる。
【００２１】
また本発明は、上記実施の形態に限定されないことは勿論であって、油圧ショベルの他にも、ブームを備えた種々の建設機械に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】油圧ショベルの側面図である。
【図２】ブームシリンダの油圧回路図である。
【図３】グラップルによる特殊作業を示す図である。
【図４】ハンマーによる砕石作業を示す図である。
【符号の説明】
５ ブーム
１０ ブームシリンダ
１０ａ ヘッド側油室
１０ｂ ロッド側油室
１６ 連結油路
１７ 切換弁

Claims (1)

1. ブームシリンダの伸縮作動に基づいて上下揺動するブームと、
   該ブームの先端部に前後揺動自在に支持され、スティック用操作レバーの操作によって前後揺動操作ができるスティックと、該スティックの先端部に取り付けられるツールとを備えてなる建設機械において、
   ブームシリンダのヘッド側油室とロッド側油室とを連結する油路と、
   該連結油路を両方向の油の流れを許容する両方向開位置と閉じる閉位置とに切換自在であって、前記両方向開位置における開度量の調節ができる可変式の切換弁と、
   スティック用操作レバーの操作量を検出するスティック用操作量検出器と、
   該スティック用操作量検出器のスティック用操作レバーの操作量検出値が大きいほど前記切換弁の両方向開位置の開度量調整が大きくなるよう制御をする制御部とを設けた建設機械におけるブームシリンダ制御装置。

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