JP5631762B2

JP5631762B2 - 作業機のフロント仕様判別装置

Info

Publication number: JP5631762B2
Application number: JP2011012690A
Authority: JP
Inventors: 津村　浩志; 浩志津村
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2031-01-25
Also published as: EP2479349B1; JP2012154383A; EP2479349A1

Description

本発明は作業機のフロント仕様判別装置に係り、特に建設機械に好適な作業機のフロント仕様判別装置に関する。

従来から建設機械等の作業機では、機械の稼動効率を向上させるために作業内容に応じてフロントを取り替え、作業を進める場合があった。その際、フロントとして作業機に応じて設定されている標準仕様のものと、作業機の中心からの作業範囲を広くするためのいわゆるロングフロントと呼ばれる標準仕様フロントよりも長尺仕様のものとを交換する作業が生じることもあった。この標準フロントとロングフロントの交換では、作業員が交換のたびに安全を確認しながら、手作業で接続部位を接続していた。

このような作業機におけるブーム部やフロント部の交換の例が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載の作業機では、交換部分にフロントアタッチメントの種類を検出する検出手段を設け、検出手段の検出結果に基づき連結したフロントアタッチメントの種類を判別している。

特開２０１０−１６１３号公報

作業機のフロント交換の際には、機械的な接続部位の接続のみならず、フロントを駆動する油圧シリンダの油圧制御回路の設定も変更する必要がある。しかしこの油圧制御回路の設定も人手によるため、土木作業現場等で急なフロントの変更などの場合には、機器仕様変更に不慣れな現地の作業者に頼らざるを得ず、長時間の作業となることもあった。また、設定作業をし忘れることにより、作動範囲やフロントの移動速度等の設定が、交換したフロントに対応する適切な値に変更されず、最悪の場合には周囲の構造物に接触するという事態が発生し、作業機の損傷とあわせて、工程の増加や工事作業費用の増大を招来するおそれがあった。

上記特許文献１に記載の作業機では、交換部分に設けた非接触式センサやリミットスイッチで交換部品を判断しているので、人為的ミスの誘発を防止できるという利点がある。しかしながら特許文献１に記載の作業機では、フロントの変更により自動的に車体の重心位置を表示するに留まり、油圧制御回路の設定変更については言及されていない。

本発明は上記従来技術では考慮されていないフロント交換時の不具合を解消するためになされたものであり、その目的は、作業機のフロント交換時に油圧制御回路の設定には不慣れな作業者が交換作業をした場合であっても、確実に油圧制御回路の設定を変更できるようにすることにある。本発明の他の目的は、作業機のフロント交換に伴う油圧制御回路の設定変更を確実にかつ短時間でできるようにすることにある。

上記目的を達成する本発明の特徴は、標準フロントとこの標準フロントよりも長尺のロングフロントとを交換可能に取り付ける作業機のフロント仕様判別装置において、
作業機本体側から駆動力を得る一次側接続手段と、この一次側接続手段に連結しフロント側に配置した二次側接続手段とを設け、前記作業機の油圧回路は、コントロールバルブと、前記フロントを駆動する駆動用アクチュエータのリリーフ圧を切り換え可能な可変リリーフ弁と、前記一次側接続手段と二次側接続手段の接続状態に応じて切り換わる切換弁とを有し、前記作業機の油圧回路は、前記作業機本体に前記ロングフロントが取り付けられた際には、前記切換弁の動作状態が変化することにより前記可変リリーフ弁を低圧側に切り換えるとともに前記コントロールバルブのスプールの移動量を制限し、作業機本体側から前記一次側接続手段への駆動力は電力とし、前記一次側接続手段および二次側接続手段はコネクタとし、前記切換弁は電磁切換弁としたことにある。

そしてこの特徴において、前記一次側接続手段は、前記電磁切換弁に接続された端子と電源に接続された端子とを有し、標準フロントの前記二次側接続手段ではこれら一次側の両端子への接続を短絡し、ロングフロントの前記二次側接続手段ではこれら一次側の両端子間を非導通としていることが望ましい。

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、標準フロントとこの標準フロントよりも長尺のロングフロントとを交換可能に取り付ける作業機のフロント仕様判別装置において、
作業機本体側から駆動力を得る一次側接続手段と、この一次側接続手段に連結しフロント側に配置した二次側接続手段とを設け、前記作業機の油圧回路は、コントロールバルブと、前記フロントを駆動する駆動用アクチュエータのリリーフ圧を切り換え可能な可変リリーフ弁と、前記一次側接続手段と二次側接続手段の接続状態に応じて切り換わる切換弁とを有し、前記作業機の油圧回路は、前記作業機本体に前記ロングフロントが取り付けられた際には、前記切換弁の動作状態が変化することにより前記可変リリーフ弁を低圧側に切り換えるとともに前記コントロールバルブのスプールの移動量を制限し、前記作業機本体側から前記一次側接続手段への駆動力は油圧であり、前記一次側接続手段および二次側接続手段は油圧継手であり、前記切換弁は油圧式の切換弁であることにある。
そしてこの特徴において、前記一次側接続手段は油圧ポンプに接続する継手と排油用の油圧タンクに接続する継手と前記切換弁に接続する継手とを有し、前記標準フロントの前記二次側接続手段は前記油圧ポンプの圧力を前記切換弁に供給するように構成されており、前記ロングフロントの前記二次側接続手段は前記油圧タンクと前記切換弁とを接続するように構成されていることが望ましい。

本発明によれば、作業機のフロント交換部に、フロントを自動的に判別できる判別装置を設け、フロント側にこの判別装置に対応した識別手段を設けたので、フロント交換作業においてフロントの接続ミスをなくすことが可能になり、油圧制御回路の設定には不慣れな作業者が交換作業をした場合であっても、確実に油圧制御回路の設定を変更できる。また、作業機のフロント交換に伴う油圧制御回路の設定変更を、確実にかつ短時間で行える。

ロングフロントと標準フロントとを重ね書きして備えた場合の作業機の一実施例の側面図である。電気信号によりフロント使用を判別する場合の油圧回路の一例を示す図である。図１のＡ部の詳細を示す斜視図である。油圧によりフロント仕様を判別する場合のフロント接続部の油圧回路図である。図4に示した油圧によりフロント仕様を判別する場合のコントロールバルブ内の詳細を示す図である。

以下、本発明のいくつかの実施例を、図面を用いて説明する。図１に、標準フロントとこの標準フロントに比して長尺のフロント（以下ロングフロントと称す）を取り付けた場合の作業機の一例を、正面図で示す。図２および図３は、本発明に係る作業機の仕様判別装置の一実施例の図である。図２に、フロント仕様を電気的接続で判別する場合の油圧制御回路を、回路図で示す。図３は、フロント仕様を電気的接続で判別する場合の電気的接続部の概要を示す図である。

作業機は、例えば掘削用の油圧ショベルで標準フロント取り付け時には、最大掘削半径が１１ｍ程度であるが、このような作業機で、河川改修等のために、標準フロント６ａからロングフロント６ｂに変更すると、最大掘削半径を２２ｍにも増大できる
図１に示した作業機は油圧ショベルであり、無限軌道履帯を取り付けた下部走行体１と、この下部走行体１上に旋回可能に搭載された上部旋回体２とを有している。下部走行体１と上部旋回体２の間には、上部旋回体２の旋回を制御する旋回装置３が設けられている。上部旋回体２では、前部に作業者が搭乗して操作するキャブ４を、後部にはこの作業機を駆動および制御するためのエンジンや油圧ポンプが格納された機械室５が配置されている。

上部旋回体２の前方には、俯仰動可能にフロント６が取り付けられている。フロント６は、基端側が旋回体２に取り付けられたブーム７と、このブーム７の基端側とは反対端側に接続されるアーム８と、アーム８の先端に取り付けられ掘削等に供するバケット等のアタッチメント９から構成される。そして、これらブーム７およびアーム８、バケットには、それぞれブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２等の油圧アクチュエータが配設されている。

上述したように、河川改修等のために、フロントを標準フロント６ａからロングフロント６ｂに変更する場合は、ブーム７の基端側に設けた取り付け部に嵌合している図示しないピンを抜き取る。そして、交換するロングフロント６ｂの基端側を上部旋回体２に位置決めし、ブーム７の取り付け部にピンを挿入し、ピン固定することで交換が完了する。ロングフロント６ｂから標準フロント６ａに変更する場合も同様である。

ところで、フロント６を交換した場合、ロングフロント６ｂでは標準フロント６ａに比べて、フロント６の設定最大移動速度を遅くする必要がある。これは、フロント６の移動速度が速くなるとそれだけ動力が必要になることと、安全性を考慮してのもので、最大掘削半径がおよそ２倍にもなるロングフロント６ｂの使用においては必須の設定である。この設定最大速度を遅くするために、ロングフロント６ｂを駆動する油圧回路のリリーフ圧を標準フロント６ａ使用の場合に比べて低くする。

これまで、これらの設定は現場の作業者が手動で行っていたが、人為ミスを排除するためおよび作業の効率化のために自動設定が望まれる。本実施の形態の作業機は、自動設定のためのフロント仕様を自動で判別する判別装置２００を備えており、この判別装置２００の一実施例を、図２および図３を用いて説明する。

図２において、エンジン１２０にはブームシリンダ１０を駆動するための主油圧ポンプ１２１と、このブームシリンダ１０の動作を制御するコントロールバルブ１５０のパイロット圧を発生するためのパイロットポンプ１２２が接続されている。なお、図２ではブームシリンダ１０の駆動回路系のみを示している。本作業機は、ブームシリンダ１０の他にアームシリンダ１１やバケットシリンダ１２、旋回モータ、走行モータ等いくつかのアクチュエータを備えており、それに伴い油圧ポンプやコントロールバルブも複数備えているが、それらは図示を省略している。

主油圧ポンプ１２１は、主管路１２５によりコントロールバルブ１５０に接続されており、さらにコントロールバルブ１５０は主管路１５１、１５２によりブームシリンダ１０に接続されている。

一方パイロットポンプ１２２は、パイロット管路１３２、１３６中に設けた電磁切換弁１３０を介して、主管路１５１、１５２に介在させたリリーフ弁１４１、１４２に接続されている。また、パイロットポンプ１２２に接続されるパイロット管１３２は分岐部を有し、分岐部は操作レバー１９０に設けられた減圧弁１９１、１９２を有するパイロット弁１９５に接続されている。ここで、リリーフ弁１４１、１４２は、２つの異なる圧力が設定可能な２段の可変リリーフ弁である。

さらに、パイロット弁１９５で発生したパイロット圧は、１対の電磁弁回路１６０、１７０に導かれる。そして、各電磁弁回路１６０、１７０が有する電磁切換弁１６４、１７４および減圧弁１６３、１７３、シャトル弁１６２、１７２を経て、コントロールバルブ１５０のパイロット部に導かれる。

ここで本発明の特徴的な構成として、３個の電磁切換弁１３０、１６４、１７４が有するソレノイドには、作業機のフロント６の種別に応じて、通電／非通電の区別がなされる。つまり、フロント６の根元部が取り付けられる部分であって作業機側には、図３に示すように、作業灯５１へ給電するための給電ケーブル５０が設けられており、固定具４４でブーム７に固定されている。

給電ケーブル５０は、図２に示すように、２４Ｖ電源ライン２３と作業灯ライン２４の他に電磁切換弁１３０、１３４、１７４が有するソレノイドへの給電ライン４０をも含んでいる。上記２４Ｖ電源ライン２３および作業灯ライン２４、ソレノイド給電ライン４０の３本のラインを含む給電ケーブル５０は、その先端部に設けられた一次側コネクタ３０でコネクタ接続可能になっている。

一次側コネクタ３０にカップリング可能な二次側コネクタが、交換可能な各フロント６ａ、６ｂの根元部に設けられている。二次側コネクタは標準フロント用コネクタ３１とロングフロント用コネクタ３２とで、内部の接続が異なっている。標準フロント用コネクタ３１では、一次側コネクタ３０と接続されたときに、２４Ｖ電源ライン２３にソレノイド給電ライン４０が接続されるよう、２４Ｖ電源ライン２３に接続される端子３４ａとソレノイド給電ライン４０に接続される端子３５ａ間を短絡している。なお、作業灯ライン２４は、フロント側に設けられ、先端部に照明灯５１が取り付けられた作業灯ライン３３に接続される。これにより、電磁切換弁１３０、１６４、１７４のソレノイドには、バッテリ２５から２４Ｖが給電される。

これに対して、作業機にロングフロント６ｂを取り付ける場合には、ロングフロント用コネクタ３２の作業灯ライン３３は一次側の作業灯ライン２４に接続されるが、２４Ｖ電源ライン２３に対応する端子３４ｂおよびソレノイドに給電するライン４０に対応する端子３５ｂには配線されていないので、電磁切換弁１３０、１６４、１７４のソレノイドには給電されない。

このように構成した本実施例の作業機では、例えばロングフロント６ｂが選択され、ロングフロント用のコネクタ３２と一次側のコネクタ３０が接続されると、作業灯ライン２４と作業灯ライン３３のみが接続される。その結果、電磁切換弁１３０のソレノイドには通電されず、リリーフ弁１４１、１４２の設定圧力は低い方の設定圧力となる。また、電磁切換弁１６４、１７４のソレノイドにも通電されないので、パイロット弁１９５で発生したパイロット圧は、減圧弁１６３、１７３を通ることにより圧力が減少し、コントロールバルブ１５０のパイロット部に供給される圧力が減少する。その結果、コントロールバルブ１５０スプールの移動量が減少するので、ブームシリンダ１０に供給される圧油の流量が減少し、ブーム７ｂの移動速度が遅くなる。

一方、標準フロント６ａが選択されると、電磁切換弁１３０のソレノイドに通電される。この結果、リリーフ弁１４１、１４２の設定圧力は、ロングフロント６ｂ使用時に比べて高圧の方に設定される。また、電磁切換弁１６４、１７４のソレノイドにも通電されるので、パイロット弁１９５で発生したパイロット圧は、減圧弁１６３、１７３を通ることなくそのままコントロールバルブ１５０のパイロット部に供給される。その結果、コントロールバルブ１５０を介してブームシリンダ１０に供給される流量は、特に抑制されることはない。

なお、フロント６側に設けた配線の端子（コネクタ)３１、３２と作業機側に設けた配線の端子（コネクタ）３０を接続するだけで、ロングフロント６ｂと標準フロント６ａの区別が自動的になされるので、フロント情報を正確に作業機のコントローラに提供でき、交換したフロント６に最適な仕様を自動で設定できる。その結果、ロングフロント６ｂの使用時に過大なフロントの移動速度や過大な圧力付加を防止できる。

本発明の他の実施例を、図4および図５を用いて説明する。上記実施例では、電気信号、すなわち電磁切換弁１３０、１６４、１７４が有するソレノイドへの通電の有無で、コントロールバルブ１５０からアームシリンダ１１０に供給する圧油の流量を制御していたが、本実施例では油圧信号によりアームシリンダ１１０に供給する圧油の流量を制御する。図４は、フロント取り付け部近傍に設けた油圧配管接続部を油圧回路図で示した図である。図５は、図４に示した油圧によりフロント仕様を判別する判別装置２００を用いたときの油圧回路図であり、図２に対応する図である。

作業機のフロント取り付け部近傍には、パイロットポンプ１２３に接続された油圧配管８５およびパイロット式切換弁１３０ｂ、１６４ｂ、１７４ｂへ接続される（Ｂで図示）油圧配管８６、オイルタンク１８５へ排油する排油配管８４が設けられている。そしてそれぞれの配管８４〜８６の先端部には、互いに異なる仕様の継手８１〜８３が取り付けられている。

これに対してフロント６の作業機への取り付け端部近傍には、作業機側の３個の継手８１〜８３に接続可能な互いに異なる３個の継手６１〜６３または７１〜７３を端部に有したフロント継手ユニット６０または７０が固定して取り付けられている。ここで、標準フロント６ａを使用する場合には、標準フロント６ａ側の標準フロント継手ユニット６０に設けた継手６１〜６３を作業機側に設けた継手８１〜８３に結合させる。このとき、オイルタンク１８５への流路が途絶されるようになっているので、パイロットポンプ１２３とパイロット式切換弁１３０ｂ、１６４ｂ、１７４ｂとが連通する。

一方、ロングフロント６ｂを使用すると、ロングフロント６ｂ側のフロント継手ユニット７０に設けた継手７１〜７３を作業機側に設けた継手８１〜８３と結合させたときに、パイロットポンプ１２３への流路が途絶されるようになっており、オイルタンク１８５とパイロット式切換弁１３０ｂ、１６４ｂ、１７４ｂとが連通するようになっている。

このようにフロント継手ユニット６０、７０を構成すると、標準フロント６ａが選択された場合には、図５に示すパイロット式切換弁１３０ｂにパイロットポンプ１２３の油圧が供給されてパイロット式切換弁１３０ｂが切換わり、その結果リリーフ弁１４１、１４２が高圧側に設定される。また、パイロット式切換弁１６４ｂ、１７４ｂも切換わるため、ブームシリンダ１０に供給される流量は、特に制限されることはない。一方、ロングフロント６ｂが選択された場合には、図２に示した実施例同様、リリーフ弁１４１、１４２の設定が低圧側に設定されるとともに、ブーム７ｂの移動速度が制限される。

また、各継手ユニット６０、７０が有する継手６１〜６３、７１〜７３に、ユニット内では互いに異なる仕様のものを使用しているので、作業機側の継手８１〜８３に接続可能な継手を選んで接続するだけで、継手の接続作業を完了できる。その結果、ミスを生じることなくロングフロントと標準フロントの区別の情報をコントローラに提供でき、交換したフロントに最適な仕様を自動で設定できる。

１…下部走行体、２…上部旋回体、３…旋回装置、４…キャブ、５…機械室、６、６ａ、６ｂ…フロント、７、７ａ、７ｂ…ブーム、８、８ａ、８ｂ…アーム、９、９ａ、９ｂ…アタッチメント、１０…ブームシリンダ、１１…アームシリンダ、１２…バケットシリンダ、２３…電源ライン（ＤＣ２４Ｖ）、２４…本体ハーネスライン、３０…一次側コネクタ（接続手段）、３１、３２…二次側コネクタ（接続手段）、３３…作業灯ライン、３４ａ〜３５ｂ…端子、４０〜４３…ソレノイド通電ライン、４４…固定具、５０…給電ケーブル、５１…作業灯、６０…標準フロント継手ユニット（接続手段）、６１〜６３…継手、７０…ロングフロント継手ユニット（接続手段）、７１〜７３…継手、８１〜８３…継手（接続手段）、１１０…エンジン、１２１…主油圧ポンプ、１２２…パイロットポンプ、１２３…パイロットポンプ、１２４…パイロット管路、１２５…主管路、１３０…電磁切換弁、１３０ｂ…切換弁、１３２、１３６…パイロット管路、１４０…コントロールバルブ回路、１４１、１４２…リリーフ弁、１４３、１４４…パイロット管路、１５０…コントロールバルブ、１５１、１５２…主管路、１５３…排出管路、１５４…排出管路、１５７、１５８…パイロット管路、１６０…電磁弁回路、１６１…シャトル弁、１６２…逆止弁、１６３…減圧弁、１６４…電磁切換弁、１６４ｂ…パイロット式切換弁、１６６…排出管路、１７０…電磁弁回路、１７１…シャトル弁、１７２…逆止弁、１７３…減圧弁、１７４…電磁切換弁、１７４ｂ…パイロット式切換弁、１７６…排出管路、１８０…ブームシリンダ、１８５…オイルタンク、１８８…排出管路、１９０…操作レバー、１９１、１９２…減圧弁、１９３、１９４…パイロット管路、１９５…パイロット弁、２００…フロント仕様判別装置。

Claims

標準フロントとこの標準フロントよりも長尺のロングフロントとを交換可能に取り付ける作業機のフロント仕様判別装置において、
作業機本体側から駆動力を得る一次側接続手段と、この一次側接続手段に連結しフロント側に配置した二次側接続手段とを設け、前記作業機の油圧回路は、コントロールバルブと、前記フロントを駆動する駆動用アクチュエータのリリーフ圧を切り換え可能な可変リリーフ弁と、前記一次側接続手段と二次側接続手段の接続状態に応じて切り換わる切換弁とを有し、前記作業機の油圧回路は、前記作業機本体に前記ロングフロントが取り付けられた際には、前記切換弁の動作状態が変化することにより前記可変リリーフ弁を低圧側に切り換えるとともに前記コントロールバルブのスプールの移動量を制限し、
作業機本体側から前記一次側接続手段への駆動力は電力であり、前記一次側接続手段および二次側接続手段はコネクタであり、前記切換弁は電磁切換弁であることを特徴とする作業機のフロント仕様判別装置。
前記一次側接続手段は、前記電磁切換弁に接続された端子と電源に接続された端子とを有し、標準フロントの前記二次側接続手段ではこれら一次側の両端子への接続を短絡し、ロングフロントの前記二次側接続手段ではこれら一次側の両端子間を非導通としていることを特徴とする請求項１に記載の作業機のフロント仕様判別装置。
標準フロントとこの標準フロントよりも長尺のロングフロントとを交換可能に取り付ける作業機のフロント仕様判別装置において、
作業機本体側から駆動力を得る一次側接続手段と、この一次側接続手段に連結しフロント側に配置した二次側接続手段とを設け、前記作業機の油圧回路は、コントロールバルブと、前記フロントを駆動する駆動用アクチュエータのリリーフ圧を切り換え可能な可変リリーフ弁と、前記一次側接続手段と二次側接続手段の接続状態に応じて切り換わる切換弁とを有し、前記作業機の油圧回路は、前記作業機本体に前記ロングフロントが取り付けられた際には、前記切換弁の動作状態が変化することにより前記可変リリーフ弁を低圧側に切り換えるとともに前記コントロールバルブのスプールの移動量を制限し、
前記作業機本体側から前記一次側接続手段への駆動力は油圧であり、前記一次側接続手段および二次側接続手段は油圧継手であり、前記切換弁は油圧式の切換弁であることを特徴とする作業機のフロント仕様判別装置。
前記一次側接続手段は油圧ポンプに接続する継手と排油用の油圧タンクに接続する継手と前記切換弁に接続する継手とを有し、前記標準フロントの前記二次側接続手段は前記油圧ポンプの圧力を前記切換弁に供給するように構成されており、前記ロングフロントの前記二次側接続手段は前記油圧タンクと前記切換弁とを接続するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の作業機のフロント仕様判別装置。