JP5005243B2 - オンデマンド電気油圧かじ取り装置 - Google Patents

Description

本発明は全般的には電気油圧かじ取り装置に関し、さらに詳しくは、作業機械のオンデマンド電気油圧かじ取り装置に関する。

土工作業機械及び建設作業機械は、ほとんどの場合、かじ取りの機能と操作とを制御する油圧かじ取り装置を使用する。このかじ取り装置は、多くの場合、前輪又は後輪のかじ取り角を変えるように配置される油圧アクチュエータに圧力流体を供給して作業機械のかじ取りを行う。

従来の作業機械においては、かじ取り装置は、車輪のかじ取り角を制御する２つのかじ取りアクチュエータを含んでいる。かじ取り操作中は、装置は、通例１つのアクチュエータを伸張させ、もう一方を収縮させる。アクチュエータの伸張及び収縮は、多くの場合、１つのアクチュエータの頭端部及びもう１つのアクチュエータのロッド端部に圧力流体を導入することによって行うことができる。従って、両アクチュエータが、車輪のかじ取り角を変えるかじ取り力を供給し、作業機械のかじ取りを行う。

従来型のかじ取り制御を提供する周知の装置の１つの例が（特許文献１）に開示されている。この装置は、ポンプと１対のかじ取りシリンダとの間に配置される３位置方向制御弁を含んでいる。弁及び流体ラインは、右旋回か左旋回のいずれかを実行するために、両方のかじ取りシリンダに流体を供給するように配置される。その結果、旋回中は、流体が、１つのかじ取りシリンダの頭端部及びもう１つのかじ取りシリンダのロッド端部に供給される。

（特許文献１）に開示される装置は効率的にかじ取り制御を行うことができるが、この装置にはいくつかの非効率な点も含まれる場合がある。この効率性は、従来の作業機械が、油圧かじ取り制御の他に、油圧動力を必要とする多くの付加的な装置と器具とを有していることから生じ得るものである。例えば、ホイールローダのような作業機械は、油圧駆動アクチュエータによって動かすことができるローディングバケットを含む場合があるが、従来のかじ取り装置は、かじ取りの間、これらの付加的な油圧駆動装置及び器具から流体を引き抜く可能性がある。これによって、その装置及び器具に利用し得る流体動力が低下する。

さらに、従来のかじ取り制御装置は必要以上のかじ取り力を供給することがあり、これによって非効率が付加される結果を招いている。例えば、１つ以上の油圧ポンプがかじ取りに用いられる流体圧力を発生させることができ、これらのポンプは内燃機関のようなエンジンによって駆動することができる。従って、必要とされるよりも多くの流体圧力を供給するようにポンプを操作すると、エンジンの負荷を増大させ、延いては燃料消費を増大させることになる。

かじ取りの間に器具を制御することができる別の油圧装置が知られており、この装置は２つのかじ取りアクチュエータの１つだけに流体動力を供給するように構成することができる。これによって、他の器具操作用の流体と流体動力とを維持することができる。駆動アクチュエータにおける流体動力が作業機械の適正なかじ取りに不十分であれば、かじ取り装置が流体を両方のアクチュエータに導くことができる。しかし、この周知の装置は複雑で、多くの構成要素を含んでおり、実施が難しい場合がある。例えば、この装置は、すべてのチャンバへの流れを制御する主弁を使用していない。この周知のかじ取り装置を操作するには多くの構成要素が必要であるが、これは製造コストを増大させ、信頼性を低下させる可能性がある。

さらに別の装置が（特許文献２）に開示されているが、この装置は、流体動力を、最初に２つのかじ取りアクチュエータの１つだけに供給し、その後もし要求されれば第２のかじ取りアクチュエータに供給する。（特許文献２）が開示しているこの装置は、第１のかじ取りピストンシリンダの１つのチャンバを流体ポンプに接続する制御弁を使用している。方向制御弁は、流体圧力が所定の値を超えた時に、流体を第２かじ取りピストンシリンダのチャンバに導くために用いられる。（特許文献２）に開示されているこの装置は、かじ取りピストンシリンダと接続される多くの弁が必要であり、従って過度に複雑で、コスト高であると言える。

米国特許第５，５２０，２６２号明細書 米国特許第５，１９３，６３７号明細書

必要であるのは、先行技術によるかじ取り装置よりも簡素であり、安価であり、効率的であり、かつ小型であり、しかも、かじ取りの間に、付加的な油圧装置及び油圧器具に所望の圧力を供給することができるかじ取り装置である。ここに開示し説明する装置は、先行技術における１つ以上の問題点を克服することができる。

１つの代表的様態において、作業機械用の油圧かじ取り装置が開示される。このかじ取り装置は、第１及び第２チャンバを有する第１かじ取りアクチュエータを含むことができる。さらに、このかじ取り装置は、第３及び第４チャンバを有する第２かじ取りアクチュエータを含むことができる。多位置方向制御弁は、少なくとも１つの低出力位置と少なくとも１つの高出力位置とを有することができる。低出力位置は、低出力旋回の間、第１チャンバにのみ流体を導いて第１かじ取りアクチュエータを伸張させるように構成することができる。高出力位置は、高出力旋回の間、第１チャンバ及び第４チャンバに流体を導いて第２かじ取りアクチュエータを収縮させるように構成することができる。

もう１つの代表的様態においては、油圧かじ取り装置による作業機械のかじ取り方法が開示される。この方法は、第１及び第２チャンバを有する第１かじ取りアクチュエータを用意することを含むことができ、かつ、第３及び第４チャンバを有する第２かじ取りアクチュエータを用意することを含むことができる。低出力旋回の間は、多位置方向制御弁の低出力位置を通して、流体を第１チャンバにのみ導くことができる。高出力旋回の間は、多位置方向制御弁の高出力位置を通して、流体を第１チャンバ及び第４チャンバに導くことができる。

以下、添付の図面に表現した代表的な実施形態について詳細に説明する。可能な限り、全図面を通して、同じ参照番号は同じ部品又は類似部品を指し示すように使用する。特殊な形態及び配置についても論議するが、これは例示目的のためだけのものであると理解されたい。

図１は、ここに開示する電気油圧かじ取り装置を組み込む得る代表例としての作業機械１００を示す。作業機械１００は、エンジンハウジング１０２と、運転席１０４と、例えば材料を掘削かつ積載するバケットのような作業器具１０６とを含むことができる。作業機械１００がホイールローダであるこの例においては、作業器具１０６は、チルトアクチュエータ１０８を含む多くのアクチュエータによって駆動され、制御される。

作業機械１００は、作業機械１００を支持する前輪１１０及び後輪１１２のような前部及び後部の地面係合装置を含むことができる。エンジンハウジング１０２は、前輪及び／又は後輪１１０、１１２に動力を供給することができる、エンジン１１４のような動力源を含むことができる。

作業機械１００を駆動するために、運転者は、運転席１０４に収容し得る１つ以上のかじ取り入力装置を操作することができる。入力装置は、最終的に油圧かじ取りアクチュエータ（図１には示されていない）を伸張させたり収縮させたりして作業機械１００をかじ取りすることができる。作業機械１００がホイールローダであるこの例においては、作業機械１００は前部１１６と後部１１８とを有することができる。油圧かじ取りアクチュエータは、前部１１６と後部１１８との間で伸縮して、前部１１６を後部１１８に対して関節軸１２０の回りに関節旋回させる（ａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）ように構成することができる。以下、電気油圧かじ取り装置を関節旋回する作業機械に関連させて記述するが、ここに記述する原理及び装置は、作業機械の車体に対して車輪を旋回させて作業機械をかじ取りすることができるような、より従来型の油圧かじ取り装置にも等しく適用することができる。

図２は、かじ取り制御を提供するために作業機械１００に組み込むことができる代表例としての電気油圧装置２００を示している。電気油圧装置は、かじ取り制御を提供する第１及び第２かじ取りアクチュエータ２０２、２０４を含むことができる。電気油圧装置２００はさらに複数の流体要素と電気要素とを含むことができ、これらの要素が、協働してかじ取りアクチュエータ２０２、２０４の伸張及び収縮を制御し、それによって作業機械１００のかじ取りが行われる。説明を明解にするため、最初にかじ取りアクチュエータについて記述し、次いで流体要素、さらに引き続いて電気要素について記述する。

第１及び第２かじ取りアクチュエータ２０２、２０４は当分野において周知のアクチュエータであればよく、例えば油圧駆動シリンダとすることができる。第１及び第２かじ取りアクチュエータ２０２、２０４は、それぞれ、第１及び第２筒体２０６、２０８と、第１及び第２ピストン組立品２１０、２１２とを含むことができる。第１ピストン組立品２１０は、第１筒体２０６を第１及び第２チャンバ２１４、２１６に分割し、第２ピストン組立品２１２は、第２筒体２０８を第３及び第４チャンバ２１８、２２０に分割する。各かじ取りアクチュエータ２０２、２０４のチャンバ２１４、２１６、２１８、２２０に選択的に圧力流体を供給し、かつその圧力流体をそれから排出して、筒体２０６、２０８の内部でピストン組立品２１０、２１２を変位させ、それによって、かじ取りアクチュエータ２０２、２０４の有効長さを変えることができる。ピストン組立品２１０、２１２はその片側にロッドを有しているので、第１及び第３チャンバ２１４、２１８に接するピストン組立品２１０、２１２の有効面積は、第２及び第４チャンバ２１６、２２０に接するピストン組立品２１０、２１２の有効面積よりも大きい。

かじ取りアクチュエータ２０２、２０４の伸長及び収縮は、作業機械１００のかじ取りを制御するために機能する。右旋回又は左旋回のどちらについても一様な力を供給するため、かじ取りアクチュエータ２０２、２０４は、作業機械１００において、かじ取りアクチュエータ２０２、２０４の一方を伸張させるともう一方が収縮されるように構成することができる。図１に示す関節旋回型ホイールローダの代表的な実施形態においては、第１及び第２かじ取りアクチュエータ２０２、２０４は、図１の前部１１６と後部１１８との間で伸縮することができ、その場合、第１アクチュエータ２０２は、それが伸張すると作業機械１００を右旋回させるように構成され、その際第２アクチュエータ２０４は収縮される。同様に、左旋回においては、第２アクチュエータ２０４が伸張する一方で、第１アクチュエータ２０２は収縮されることが必要である。第１又は第２アクチュエータ２０２、２０４のどちらかを、右旋回又は左旋回のいずれかを行うために伸張させるように配置することができる。非関節旋回型車両の場合のように、他の形態を用いることもできる。

流体要素は、タンク２２２と、主かじ取り装置２２４と、冗長かじ取り装置２２６と、オンオフ弁２２８と、主弁２３０と、左右のシャトル弁２３２、２３４とを含むことができる。さらに、流体要素は、例えば、交差リリーフ及びメークアップ弁２３６、１つ以上の背圧弁２３８、及び圧力補償弁２４０を含む補助的な機能を有することができる。電気油圧装置２００は、例えば、アキュムレータ、制限オリフィス、逆止弁、圧力リリーフ弁、メークアップ弁、圧力均衡流路、及び当分野で知られる他の要素のような、図示の要素とは別の要素及び／又は追加的な要素を含み得ることが考えられる。又、装置を特殊な要求に適合させるために装置に他の構成要素を利用してもよいことが考えられる。

タンク２２２は、例えば、専用の油圧油、エンジン潤滑油、変速機潤滑油、あるいは当分野で知られる他の何らかの流体のような供給流体を貯留するように構成された容器であればよい。電気油圧装置２００の他に、作業機械１００内の１つ以上の補助的な油圧装置がタンク２２２から流体を引き抜き、又それをタンク２２２に戻す。電気油圧装置２００を複数の別個の流体タンクに接続し得ることも考えられる。

主かじ取り装置及び冗長かじ取り装置２２４、２２６は、流体をタンク２２２から主弁２３０に供給するように構成することができる。主かじ取り装置２２４は、第１流体源２４２及び／又は第２流体源２５０のような流体源と、右主かじ取りパイロット弁２４４と、左主かじ取りパイロット弁２４６と、主減圧弁２４８とを含むことができる。同様に、冗長かじ取り装置２２６は、第１又は第２流体源２４２、２５０の少なくともいずれかのような流体源と、右冗長かじ取りパイロット弁２５２と、左冗長かじ取りパイロット弁２５４と、冗長減圧弁２５６とを含むことができる。

第１及び第２流体源２４２、２５０は、それぞれ、タンク２２２から流体を引き抜いて圧力流体の流れを生成し、それを、かじ取りパイロット弁２４４、２４６、２５２、２５４と、主弁２３０と、かじ取りアクチュエータ２０２、２０４とに供給するように構成することができる。第１及び第２流体源２４２、２５０は、それぞれ、例えば、可変容量形ポンプ、定容量形ポンプ、可変吐出量ポンプ、又は当分野で知られる他の何らかの加圧装置とすることができる。第１及び第２流体源２４２、２５０は、図１のエンジン１１４のような動力源に、例えば、カウンタシャフト（図示なし）、ベルト（図示なし）、電気回路（図示なし）あるいは他の何らかの適切な方法で駆動連結することができる。又代替方式として、第１流体源２４２を、エンジン１１４のような動力源に、トルクコンバータ、歯車装置あるいは他の何らかの適切な方法を介して間接的に連結することもできる。第２流体源２５０は、変速機の伝達歯車を介して地面によって駆動される（ｇｒｏｕｎｄ ｄｒｉｖｅｎ）ことができるが、２次的なかじ取りポンプであってよい。電気油圧装置２００に圧力流体を供給するために、複数個の圧力流体源を相互連結し得ることも考えられる。

右及び左主かじ取りパイロット弁２４４、２４６、及び右及び左冗長かじ取りパイロット弁２５２、２５４は、第１及び第２流体源２４２、２５０と流体連通する３方向２位置の電磁比例減圧弁とすることができる。かじ取りパイロット弁２４４、２４６、２５２、２５４は、独立に制御することができ、主弁２３０にパイロット流体を導くように構成することができる。これによって、かじ取りパイロット弁２４４、２４６、２５２、２５４からのパイロット流体が、主弁２３０を通過する流体の流れの量を変化させ、それによって、最終的に、第１及び第２かじ取りアクチュエータ２０２、２０４の伸縮の速度と方向とを制御することができる。１つの典型的な実施形態においては、右及び左主かじ取りパイロット弁２４４、２４６が、図２に示すような２つの独立の弁から構成されるが、別の実施形態においては、右及び左主かじ取りパイロット弁２４４、２４６を、例えば４方向３位置弁のような単一弁とすることができる。同様に、右及び左冗長かじ取りパイロット弁２５２、２５４も、図示のように２つの独立弁から構成することもできるし、単一弁とすることもできる。弁２４４、２４６、２５２及び２５４の他の弁形態も、当分野に精通した当業者には明らかであろう。

主減圧弁２４８及び冗長減圧弁２５６は周知の方法で作動可能なものであり、第１及び第２流体源２４２、２５０から、各主及び冗長かじ取りパイロット弁２４４、２４６、２５２、２５４に供給される流体圧力を減圧するように構成される。

オンオフ弁２２８は、主装置への流体の流れを制御するように操作し得る電磁作動弁とすることができる。図示の代表的な実施形態においては、オンオフ弁２２８は、主減圧弁２４８と右及び左の主かじ取りパイロット弁２４４、２４６との間に配備される。オンオフ弁２２８がオフ（ＯＦＦ）の場合は、流体は、右及び左主かじ取りパイロット弁２４４、２４６に流れることができ、オンオフ弁２２８がオン（ＯＮ）になると、流体は主かじ取りパイロット弁２４４、２４６に流れ得ないようにすることができる。このため、オンオフ弁２２８がオン（ＯＮ）の場合は、主かじ取り装置２２４は主弁２３０の位置を制御することができず従って作業機械１００のかじ取りを制御し得ないようにすることができる。

主弁２３０は、第１及び第２流体源２４２、２５０と流体連通することができ、かじ取りアクチュエータ２０２、２０４に流れる流体の量を調節して、かじ取りを作動させかつ所望のかじ取り調整を行うように構成することができる。さらに、主弁２３０は、主及び冗長かじ取りパイロット弁２４４、２４６、２５２、２５４と流体連通するパイロット操作弁とすることができる。従って、かじ取りパイロット弁２４４、２４６、２５２、２５４からのパイロット流体が主弁２３０の位置を直接変えることができ、主弁２３０が、かじ取りアクチュエータ２０２、２０４に流れ得る流体の量を直接変化させる。図示の例においては、主弁２３０は、各かじ取りアクチュエータ２０２、２０４への圧力流体の流れを制御するように操作し得る９方向５位置のパイロット操作方向制御スプール弁である。５位置であることに基づいて、流体は、かじ取りアクチュエータ２０２、２０４に異なる方向及び速度において導かれ、それによってかじ取り制御が行われる。他の典型的な実施形態においては、主弁２３０は、スプール弁以外にも、回転弁もしくは他の形式の多位置弁とすることができる。

図示の代表的実施形態においては、５つの位置は、左高出力位置２５８、左低出力位置２６０、非流動位置２６２、右低出力位置２６４、及び右高出力位置２６６である。左高出力位置２５８は、流体の流れを、第１及び第２アクチュエータ２０２、２０４の第２及び第３チャンバ２１６、２１８に導くように構成される。これに対して第１及び第４チャンバはタンク２２２に排出することができる。左低出力位置２６０は、流体の流れを第３チャンバ２１８にのみ導くように構成することができる。これに対して、第１、第２及び第４チャンバ２１４、２１６、２２０はタンク２２２に排出可能にされる。非流動位置２６２は、両かじ取りアクチュエータ２０２、２０４への流れを効率的に遮断するように構成することができる。右低出力位置２６４は、流体の流れを第１チャンバ２１４に導くように構成され、これに対して第２、第３及び第４チャンバ２１６、２１８、２２０はタンク２２２に開放される。右高出力位置２６６は、流体の流れを、第１及び第４チャンバ２１４、２２０に導くように構成され、これに対して第２及び第３チャンバ２１６、２１８はタンク２２２に開放される。主弁２３０の各端部におけるバネが、主弁２３０を非流動位置２６２に付勢する。

右シャトル弁２３２は、主弁２３０の位置を変えるために、流体の流れを、右主かじ取りパイロット弁２４４及び右冗長かじ取りパイロット弁２５２のいずれかから選択的に主弁２３０に導くように作動することができる。同様に、左シャトル弁２３４は、主弁２３０の位置を変えるために、流体の流れを、左主かじ取りパイロット弁２４６及び左冗長かじ取りパイロット弁２５４のいずれかから選択的に主弁２３０に導くように作動することができる。すなわち、シャトル弁２３２、２３４は、主弁２３０の位置を制御してそれによって主弁２３０からかじ取りアクチュエータ２０２、２０４への流体の量を制御するために、主及び冗長かじ取り装置２２４、２２６のどちらかから選択的に流体を導くように作動し得る弁とすることができる。

交差リリーフ及びメークアップ弁２３６は、主弁２３０とかじ取りアクチュエータ２０２、２０４との間の流体ラインに関連させることができる。交差リリーフ及びメークアップ弁２３６は、当分野において周知の方法でショックを軽減することができる。交差リリーフ及びメークアップ弁２３６は２つの種類の弁を含むことができるが、その交差リリーフ弁は圧力スパイクを吸収するように構成され、メークアップ弁は、戻りラインからかじ取りシリンダにオイルの流れと圧力とを供給することによって、かじ取りシリンダに空間ができるのを防ぐように構成される。背圧弁２３８は、かじ取りアクチュエータ２０２、２０４からの戻りラインに装着して、応答性を高めるためにかじ取りアクチュエータ２０２、２０４内の圧力レベルを維持するように構成することができる。圧力補償弁２４０は、場合に応じて取り付ける弁で、第１及び第２流体源２４２、２５０からの流体圧力が、作業機械１００の補助的な構成要素に対する流体動力管理の提供に用いられる場合に装備することができる。従って、１つの典型的な実施形態においては、電気油圧かじ取り装置２００が第２回路に連結される場合に、圧力補償弁２４０が、バックアップとして用いられる流れ共有機能（ｆｌｏｗ ｓｈａｒｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅ）の提供を助けて、第２回路よりもかじ取り装置２００に電子的又は油圧機械的な優先性を与えるようにすることができる。圧力補償弁２４０は、流体を他の構成要素の制御に使用することができるが、常に十分な量の流体を電気油圧かじ取り装置２００に確実に利用し得るように構成することができる。

電気油圧装置２００の電気要素については図２及び図３を参照して説明する。電気要素は制御システム３００を構成することができ、それは、圧力センサ（図２及び３に示される）と、入力装置３０２と、入力センサ３０４と、制御モジュール３０６（すべて図３に示される）とを含むことができる。圧力センサは、各要素間の流体ライン又はその要素そのものに接続することができ、電気油圧装置２００の内部の流体圧力を監視することができる。この実施形態においては、圧力センサは、それぞれ、第１及び第２アクチュエータ２０２、２０４に関連付けられる第１圧力センサ３０８及び第２圧力センサ３１０を含むことができる。さらに付加的な圧力センサとして、右圧力センサ３１２と、左圧力センサ３１４と、主ライン圧力センサ３１６とを装備することができる。図示の代表的実施形態においては、第１圧力センサ及び第２圧力センサ３０８、３１０は、それぞれ、第１アクチュエータ２０２の第１チャンバ２１４及び第２アクチュエータ２０４の第３チャンバ２１８に関係する圧力を監視するように構成することができる。１つの典型的な実施形態においては、第１及び第２圧力センサ３０８、３１０を、かじ取りアクチュエータ２０２、２０４の頭端部範囲内に装着することができる。しかし、その代わりに、第１及び第２圧力センサ３０８、３１０を、第１及び第３チャンバ２１４、２１８と主弁２３０との間の流体ラインの圧力を監視するように配備することができる。

電気油圧装置２００は、流体圧力を測定する圧力センサ３０８、３１０を用いるが、このセンサは、第１及び第２アクチュエータ２０２、２０４の作動に対する抵抗を表すパラメータを監視するように構成されたどのようなセンサであってもよい。作動に対する抵抗は、作業機械１００の車輪１１０、１１２の旋回に対する抵抗を示す指標となり得る。１つの具体的な実施形態においては、作動に対する抵抗を、作業機械又は車輪の関節旋回の速さ（ａｒｔｉｃｕｌａｔｉｏｎ ｒａｔｅ）をセンサで監視することによって検知することができる。検知されたこの速さを、続いて制御モジュール３０６に保存されている速さの値と比較すればよい。別の具体的な実施形態においては、作動に対する抵抗を、監視される速度又は位置に基づいて定めることができる。この場合も、監視される速度又は位置を、制御モジュール３０６の内部に保存されている速度又は位置の限界値と比較することができる。ここで用いる用語“かじ取り作動に対する抵抗の検知”は、旋回に対する抵抗を検知するように監視し得る任意のパラメータを含むことができる。

どの圧力センサ３０８、３１０、３１２、３１４、３１６（あるいは作動に対する抵抗を検知する任意のセンサ）の出力も、使用する場合には、入力として制御モジュール３０６に伝達することができる。制御モジュール３０６は、これに応答して、関連する電磁比例かじ取りパイロット弁２４４、２４６、２５２、２５４への電流（指令）を増大させることができる。引き続いて、これは、主弁２３０の一方の側に対するパイロット信号を増大させ、これによって、主弁２３０を左又は右の高出力位置２５８、２６６のいずれかにさらに移動させることができる。１つの典型的な実施形態においては、圧力センサ３０８、３１０を、場合によって選択し得る単一の圧力センサ（図２でＬＳと表示されている）に置き換えることができる。この単一の圧力センサは、主弁２３０と連絡するように取り付けられ、負荷感知信号のみを測定することができる。これは、上記の代表的な実施形態の場合よりも少ないセンサを用いて適正な操作を可能にするであろう。

図２に示すように、右及び左圧力センサ３１２、３１４は、主弁２３０と、それぞれ右及び左シャトル弁２３２、２３４との間の圧力を監視するように装着することができる。シャトル弁２３２、２３４と主弁２３０との間の流体圧力を監視することによって、右及び左圧力センサ３１２、３１４は、作業機械１００におけるかじ取りを制御するために主弁２３０を切り替えるように付与されるパイロット力を検知することができる。主ラインの圧力センサ３１６は、右及び左主かじ取りパイロット弁２４４、２４６に供給される流体圧力を監視するように構成することができる。図２に示す代表的な実施形態においては、主ライン圧力センサ３１６は、主減圧弁２４８とオンオフ弁２２８との間に装着される。圧力センサ３１２、３１４、３１６を電気油圧装置２００の他の位置に装備して、装置の作動状態に関する所望のデータを供給することもできる。

入力装置３０２は、ハンドルのような回転装置、操作レバーのような直線装置、あるいは当分野で知られる他の入力装置とすることができ、作業機械の運転者の操作用として運転席１０４の中に装備することができる。所望の動作信号を発生するように入力装置３０２を構成すると、入力装置３０２は、電気かじ取り信号としての入力を制御モジュール３０６に伝送する。例えば、入力装置３０２がハンドルであるような代表的な実施形態においては、運転者がハンドルを回して、かじ取り信号を、電気油圧装置２００を操作するための指令として発生させ、所望の旋回を実現することができる。例えば変換器のような任意選択できるセンサ３０４を入力装置３０２に接続して、入力装置３０２の操作の検知に用いることができる。この場合はセンサ３０４がかじ取り信号を発生することができる。

制御モジュール３０６はプロセッサと記憶装置を含むことができる。記憶装置は、電気油圧装置２００を制御するために、プロセッサによって実行可能でソフトウェアのプログラムにし得る１つ以上のルーチンを保存することができる。さらに、記憶装置は、旋回に対する抵抗がどの時点で過大になったかを決定するのに用いる事前設定の限界値を保存することができる。制御モジュール３０６は、保存されたこの限界値を用いて、どの時点で作業機械の旋回が低出力旋回によって十分に行われ、どの時点で作業機械の旋回が高出力旋回によってさらに十分に行われるかを識別することができる。

制御モジュール３０６は、入力装置３０２又はセンサ３０４からの所望のかじ取り方向を表すデータと、圧力センサ３０８、３１０、３１２、３１４、３１６のうちの１つ以上のセンサからの流体圧力を表すデータとを受信するように操作することができる。制御モジュール３０６は、受信したデータに基づいて、かじ取りパイロット弁２４４、２４６、２５２、２５４及び電磁オンオフ弁２２８のような、電気油圧装置２００の任意の電磁作動弁を制御することができる。制御モジュール３０６は、入力装置３０２からの入力信号に基づいて制御信号を発生させ、主弁２３０を切り替える適切な信号を生成するために電磁作動弁２４４、２４６、２５２、２５４、２２８を制御するように構成することができる。これによって作業機械１００のかじ取りを制御することができる。

１つの典型的な実施形態においては、制御モジュール３０６は、主弁２３０を５つのかじ取り位置２５８、２６０、２６２、２６４、２６６のいずれかに動かすパイロット圧を供給するためにかじ取りパイロット弁を制御するように構成することができる。入力装置３０２からかじ取り信号を受信すると、制御モジュール３０６は、例えば、主弁２３０を左低出力位置２６０に動かすパイロット流体を供給するようにかじ取りパイロット弁を操作することができる。第２圧力センサ３１０によって検知される第３チャンバ２１８の圧力が事前設定された値以上に増大すると、制御モジュール３０６は、かじ取りパイロット弁をさらに操作して、主弁２３０を左高出力位置２５８に動かすパイロット流体を供給することができる。主弁２３０を切り替えることによって、追加的な出力が、かじ取りアクチュエータ２０２、２０４における旋回力の供給に使用される。

別の代替案的実施形態においては、低出力位置において、流体を第１及び第３チャンバではなく第２及び第４チャンバに導くように、電気油圧かじ取り装置２００を構成することができる。この実施形態においては、電気油圧装置は、旋回に対する抵抗を表すデータを、例えば第２及び第４チャンバにおける圧力を監視することによって得ることができる。上記のように、旋回に対する抵抗を監視するために他の方法を用いることもできる。

以上述べた電気油圧かじ取り装置２００は、多くの運転態様の間に作業機械１００のかじ取り用に使用される圧力流体の量を低減することができ、それによって、かじ取り操作の間、他の非かじ取り装置及び器具用に使用し得る圧力流体の量を増大させることができる。これによって、旋回中、作業機械１００が最小の圧力損失で非かじ取り装置及び器具を操作し得るようになり、非かじ取り器具の応答性と制御性とが強化される。従って、作業機械１００が、他の機能をも十分な速度で遂行し続けることができるので、一層効率的に作動することができる。さらに、作業機械１００が、かじ取り装置と非かじ取り装置の両方に十分な流体動力管理を提供し得るようになるので、流体源２４２、２５０を駆動するエンジン１１４及び他の構成要素が、同じ仕事又はエネルギーを供給しながら、より低速で作動することができる。これは、燃料コストを低下させ、燃料消費における効率化をもたらすことができる。

以上述べた電気油圧装置２００は、又、主弁２３０のような主弁による制御を提供することによって、複数弁の場合よりもコスト面で効率的であると言える。複数弁の機能を１つの主弁に結合することによって、作業機械１００における空間の効率利用が可能になり、全体としての製造コストの低減が可能になる。

電気油圧かじ取り装置２００は、旋回中、圧力流体の第１の量をかじ取りアクチュエータ２０２、２０４に供給して作動することができる。かじ取りが所望のとおりに応答しない場合に、アクチュエータ２０２、２０４に圧力流体の第２の量を導いて追加的なかじ取り動力を供給することができる。従って、かじ取りは、低出力では不十分という状態にならない限り低出力で操作され、その後高出力操作に移行する。１つの代表的なかじ取り方法を以下に説明する。

運転者は、入力装置３０２を操作することによって、作業機械１００の旋回を実行したいと望むことができる。入力装置３０２が、運転者の希望を表現するかじ取り信号を制御モジュール３０６に送るか、あるいはその代わりに、センサ３０４がかじ取り信号を制御モジュール３０６に送ることができる。制御モジュール３０６はそのかじ取り信号を受け取り、かじ取り指令信号を発生させる。

かじ取り指令信号は、電磁駆動のかじ取りパイロット弁２４４、２４６、２５２、２５４のいずれか１つを所望の量だけ開ける指示信号とすることができる。かじ取り指令信号は、適合するかじ取りパイロット弁２４４、２４６、２５２、２５４に伝達され、かじ取りパイロット弁は、主弁２３０の位置を制御するパイロット流体を供給するように作動することができる。最初は、かじ取りパイロット弁２４４、２４６、２５２、２５４は、主弁２３０を左又は右低出力位置２６０、２６４の低出力位置に動かすようにパイロット流体を供給することができる。この低出力位置においては、かじ取りアクチュエータ２０２、２０４の４つのチャンバ２１４、２１６、２１８、２２０の１つに流体を導くことができるだけで、残りの３つのチャンバはタンクに開放される。

この間、圧力流体の引き抜きは、かじ取りアクチュエータ２０２、２０４の４つのチャンバ２１４、２１６、２１８、２２０の１つに限定されるので、残りの圧力流体は作業機械１００の他の非かじ取り器具の操作用に供給することができる。例えば、かじ取り装置が旋回を実行するために流体を引き抜いていても、作業器具１０６を最小の流体動力損失で制御することができる。

かじ取りアクチュエータ２０２、２０４内のピストン組立品２１０、２１２が低出力流体に応答して移動する際、圧力センサ３０８、３１０が、流体を供給されつつあるチャンバの流体圧力を監視し、被監視流体圧力を表す信号を制御モジュール３０６に伝達する。制御モジュール３０６は、その中に、入力装置３０２からの各入力に対する一連の事前設定された限界圧力値を保存しておくことができる。被監視圧力が事前設定されたこの限界値を超えると、制御モジュール３０６は、かじ取り装置が旋回に対する抵抗に遭遇していると判定することができる。抵抗は多くの外的因子によって惹起され得るが、これには、砂地や岩石地のような移動する地形の種類、ぬかるみや乾燥地のような地面の湿潤状態、及びその他の環境的因子が含まれる。

流体圧力が限界値を超えていることを制御モジュール３０６が決定すると、制御モジュール３０６はかじ取り装置の旋回出力を増大させることができる。これは、制御モジュール３０６が、適合するかじ取りパイロット弁に、パイロット流体圧力を増大させるためにかじ取りパイロット弁をさらに開くようにする修正かじ取り指令信号を送った時に実施することができる。パイロット圧力の増大に応答して、主弁２３０は、その位置を、左又は右低出力位置２６０、２６４から左又は右高出力位置２５８、２６６に変えることができる。そうすると、圧力流体は、かじ取りアクチュエータ２０２、２０４の１つのチャンバではなく、２つのチャンバに供給される。この結果、かじ取り装置は強い力を供給し、それによってかじ取り装置が確実に十分な応答をするようになる。

１つの典型的な実施形態においては、第１及び第２圧力センサ３０８、３１０によって検知される流体圧力が限界値未満に低下すると、制御モジュール３０６は、かじ取りパイロット弁への制御信号を、主弁２３０におけるパイロット圧力が低下するように変えることができ、それによって、主弁２３０が再度低出力位置に戻ることができる。

電気油圧かじ取り装置２００を、関節旋回する作業機械に関連させて述べているが、ここに記述した原理及び装置は、作業機械の車体に対して車輪を旋回させて作業機械をかじ取りすることができるような、より従来型の油圧かじ取り装置にも等しく適用することができる。

当分野に精通した当業者にとっては、開示された実施形態において、本発明の範囲から逸脱することなく種々の修正及び変更を行うことが可能であることは明らかであろう。又、当分野に精通した当業者にとっては、本発明の他の実施形態が、ここに開示した本発明の明細と実際例とを考察することから明らかになるであろう。明細及び事例は、適切な例としてのみ受け取られるべきであり、本発明の真の範囲は特許請求の範囲とその等価内容によって示される。

代表例としての作業機械の図解表現である。 代表例としての電気油圧かじ取り装置の概略回路図である。 図２の電気油圧かじ取り装置用の代表例としての電気制御システムの概略系統図である。

符号の説明

１００ 作業機械
１０２ エンジンハウジング
１０４ 運転席
１０６ 作業器具
１０８ チルトアクチュエータ
１１０ 前輪
１１２ 後輪
１１４ エンジン
１１６ 前部
１１８ 後部
１２０ 関節軸
２００ 電気油圧装置
２０２ 第１かじ取りアクチュエータ
２０４ 第２かじ取りアクチュエータ
２０６ 第１筒体
２０８ 第２筒体
２１０ 第１ピストン組立品
２１２ 第２ピストン組立品
２１４ 第１かじ取りアクチュエータの第１チャンバ
２１６ 第１かじ取りアクチュエータの第２チャンバ
２１８ 第２かじ取りアクチュエータの第３チャンバ
２２０ 第２かじ取りアクチュエータの第４チャンバ
２２２ タンク
２２４ 主かじ取り装置
２２６ 冗長かじ取り装置
２２８ オンオフ弁
２３０ 主弁
２３２ 右シャトル弁
２３４ 左シャトル弁
２３６ 交差リリーフ及びメークアップ弁
２３８ 背圧弁
２４０ 圧力補償弁
２４２ 第１流体源
２４４ 右主かじ取りパイロット弁
２４６ 左主かじ取りパイロット弁
２４８ 主減圧弁
２５０ 第２流体源
２５２ 右冗長かじ取りパイロット弁
２５４ 左冗長かじ取りパイロット弁
２５６ 冗長減圧弁
２５８ 左高出力位置
２６０ 左低出力位置
２６２ 非流動位置
２６４ 右低出力位置
２６６ 右高出力位置
３００ 制御システム
３０２ 入力装置
３０４ 入力センサ
３０６ 制御モジュール
３０８ 第１圧力センサ
３１０ 第２圧力センサ
３１２ 右圧力センサ
３１４ 左圧力センサ
３１６ 主ライン圧力センサ

Claims (9)

1. 第１及び第２チャンバを有する第１かじ取りアクチュエータと、
   第３及び第４チャンバを有する第２かじ取りアクチュエータと、
   第１、第２、第３及び第４チャンバに接続され、各チャンバへの圧力流体の流れを制御する多位置方向制御弁と、
   タンクと、
   を備え、
   多位置方向制御弁は、作業機械の左右の一方の旋回時に、第１及び第２かじ取りアクチュエータの一方を伸長し、他方を収縮させるよう圧力流体の流れを制御し、
   多位置方向制御弁は、左右の低出力位置及び左右の高出力位置を有し、
   作業機械の左右の一方の低出力旋回の間、多位置方向制御弁は左右の一方の低出力位置にあり、このときに多位置方向制御弁は、第１及び第３チャンバの一方に圧力流体を導いて第１及び第２かじ取りアクチュエータの一方を伸張させ、残りのチャンバをタンクに開放して第１及び第２かじ取りアクチュエータの他方を収縮させ、
   作業機械の左右の一方の高出力旋回の間、多位置方向制御弁は左右の一方の高出力位置にあり、このときに多位置方向制御弁は、第１及び第４チャンバと、第２及び第３チャンバとの一方に圧力流体を導いて第１及び第２かじ取りアクチュエータの一方を伸張させ、残りのチャンバをタンクに開放して第１及び第２かじ取りアクチュエータの他方を収縮させる、作業機械用の油圧かじ取り装置。
2. 多位置方向制御弁を左右の一方の低出力位置と左右の一方の高出力位置との間で切り替えるように構成された制御モジュールと、
   この制御モジュールと電気的に接続された左右のかじ取りパイロット弁と
   を含み、その左右のかじ取りパイロット弁は、制御モジュールからの信号に基づいて多位置方向制御弁の位置を変えるために、多位置方向制御弁にパイロット流体を導くように構成され、制御モジュールは、左右のかじ取りパイロット弁を制御することによって、多位置方向制御弁を左右の一方の低出力位置から左右の一方の高出力位置に切り替えるように構成された請求項１に記載の油圧かじ取り装置。
3. 制御モジュールと接続された第１及び第２圧力センサであって、第１かじ取りアクチュエータ及び第２かじ取りアクチュエータに関係する流体圧力をそれぞれ監視する第１及び第２圧力センサを含む請求項２に記載の油圧かじ取り装置。
4. 制御モジュールが、監視された流体圧力を表すデータ信号を第１及び第２圧力センサから受信するように構成され、制御モジュールが、監視された流体圧力を表すデータを限界値と比較するように構成され、かつ、監視された流体圧力が限界値を超えた時に、多位置方向制御弁を制御して多位置方向制御弁を左右の一方の低出力位置から左右の一方の高出力位置に切り替えるように構成された請求項３に記載の油圧かじ取り装置。
5. 主流体源と、
   冗長流体源とを含み、この主流体源及び冗長流体源は、第１及び第２かじ取りアクチュエータに圧力流体を選択的に供給するように、かつ多位置方向制御弁にパイロット流体を供給するように操作することができ、
   主及び冗長かじ取り装置のそれぞれが、右かじ取りパイロット弁及び左かじ取りパイロット弁を含む請求項１に記載の油圧かじ取り装置。
6. 第１及び第２チャンバを有する第１かじ取りアクチュエータを用意することと、
   第３及び第４チャンバを有する第２かじ取りアクチュエータを用意することと、
   第１、第２、第３及び第４チャンバに接続され、各チャンバへの圧力流体の流れを制御し、且つ、作業機械の左右の一方の旋回時に、第１及び第２かじ取りアクチュエータの一方を伸長し、他方を収縮させるよう圧力流体の流れを制御する多位置方向制御弁を用意することと、
   タンクを用意することと、
   作業機械の左右の一方の低出力旋回の間、多位置方向制御弁を左右の一方の低出力位置とし、このときに多位置方向制御弁を通して、第１及び第３チャンバの一方に圧力流体を導いて第１及び第２かじ取りアクチュエータの一方を伸張させ、残りのチャンバをタンクに開放して第１及び第２かじ取りアクチュエータの他方を収縮させることと、
   作業機械の左右の一方の高出力旋回の間、多位置方向制御弁を左右の一方の高出力位置とし、このときに多位置方向制御弁を通して、第１及び第４チャンバと、第２及び第３チャンバとの一方に圧力流体を導いて第１及び第２かじ取りアクチュエータの一方を伸張させ、残りのチャンバをタンクに開放して第１及び第２かじ取りアクチュエータの他方を収縮させることと、
   を含む、油圧かじ取り装置を備えた作業機械のかじ取り方法。
7. 制御モジュールからの信号に基づいて左右のかじ取りパイロット弁から多位置方向制御弁にパイロット流体を導く制御モジュールによって、多位置方向制御弁を、左右の一方の低出力位置と左右の一方の高出力位置との間で切り替えること
   を含む請求項６に記載の方法。
8. 第１かじ取りアクチュエータ及び第２かじ取りアクチュエータに関係する流体圧力をそれぞれ第１及び第２圧力センサによって監視することを含む請求項６に記載の方法。
9. 監視された流体圧力を表すデータ信号を制御モジュールにおいて第１及び第２圧力センサから受け取ることと、
   監視された流体圧力を表すデータを保存された限界値と比較することと、
   監視された流体圧力が限界値を超えた時に、多位置方向制御弁を左右の一方の低出力位置から左右の一方の高出力位置に切り替えることと
   を含む請求項８に記載の方法。

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