JP6455191B2 - 油圧モータ制御装置及び作業車両 - Google Patents

Description

この発明は、油圧モータを安全に駆動する油圧モータ制御装置に関する。

従来より、容量可変の油圧ポンプと、油圧ポンプから供給される作動油によって駆動される油圧モータと、油圧モータを制動するブレーキとを備える油圧アクチュエータ駆動装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載の油圧アクチュエータ駆動装置において、油圧ポンプ及び油圧モータが接続された油圧回路は、閉回路である。また、ブレーキは、油圧ポンプの中立状態において油圧モータを制動し、油圧モータを駆動させる操作をオペレータがしたことによって制動を解除する。

特開２０１２−１２７４７８号公報

上記構成の油圧アクチュエータ駆動装置を構成する機器の故障等によって、中立状態であるべき油圧ポンプから作動油が排出されると、ブレーキによって制動されている油圧モータに作動油が供給される。この状態でブレーキによる油圧モータの制動が解除されると、油圧モータがオペレータの意図しない動作をする可能性がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、油圧回路を構成する機器の故障に起因した油圧モータの意図しない動作を抑制した油圧モータ制御装置を提供することにある。

(1) 本発明に係る油圧モータ制御装置は、原動機に駆動されて作動油を供給する油圧ポンプ、及び上記油圧ポンプから供給された作動油によって駆動される油圧モータが接続され、油圧的に閉じた第１油圧回路と、上記油圧モータを制動するブレーキと、上記油圧モータの両端に生じる油圧差を検出する検出部と、上記油圧モータの駆動を指示するオペレータの操作を受け付ける操作部と、上記油圧ポンプ及び上記ブレーキを制御する制御部とを備える。そして、上記制御部は、上記操作部が未操作であることに応じて、上記油圧ポンプに作動油の供給を停止させ且つ上記ブレーキに上記油圧モータを制動させ、上記操作部の未操作時に上記検出部で検出された上記油圧差を監視し、上記操作部の未操作時における上記油圧差が閾値未満のときに上記操作部が操作されたことに応じて、上記ブレーキによる上記油圧モータの制動を解除し、且つ上記操作部が受け付けた操作に対応する方向及び流量の作動油を上記油圧ポンプに供給させ、上記操作部の未操作時における上記油圧差が上記閾値以上のときに上記操作部が操作されたことに応じて、上記ブレーキによる上記油圧モータの制動を継続する。

上記構成によれば、油圧回路を構成する機器の故障によって、中立状態であるべき油圧ポンプから作動油が排出されて油圧モータの両端に油圧差が生じている場合に、操作部が操作されてもブレーキによる油圧モータの制動が解除されない。そのため、当該油圧差によって油圧モータがオペレータの意図しない動作をすることを抑制できる。

(2) 一例として、上記検出部は、上記第１油圧回路における上記油圧モータの一端側及び他端側の油圧を検出する一対のセンサを有しており、一対の上記センサそれぞれで検出された油圧の差を上記油圧差として検出する。

(3) 他の例として、該油圧モータ制御装置は、上記油圧ポンプから上記油圧モータに供給される作動油の方向及び流量を制御するレギュレータが接続された第２油圧回路をさらに備える。そして、上記検出部は、上記第２油圧回路における上記レギュレータの一端側及び他端側の油圧を検出する一対のセンサを有しており、一対の上記センサそれぞれで検出された油圧の差を上記油圧差として検出する。

このように、油圧モータの両端の油圧差を検出するためのセンサは、第１油圧回路に配置されてもよいし、第２油圧回路に配置されてもよい。

(4) 好ましくは、上記制御部は、上記操作部の未操作時における上記油圧差が上記閾値以上であることに応じて、該油圧モータ制御装置の異常を報知する。

上記構成によれば、油圧モータの制動が解除されない（すなわち、油圧モータが駆動しない）原因を、オペレータに認識させることができる。

(5) 本発明に係る作業車両は、下部走行体と、上記下部走行体の上部に配置された上部作業体と、上記下部走行体に対して上部作業体を旋回させる請求項１から４のいずれかに記載の油圧モータ制御装置とを備える。

上記構成によれば、オペレータの意図と異なる上部作業体の旋回を抑制することができる。但し、油圧モータの用途は、上部作業体を旋回させることに限定されず、例えば、ウインチによるロープの繰り出し及び巻き取り等であってもよい。

本発明によれば、油圧回路を構成する機器の故障によって、中立状態であるべき油圧ポンプから排出された作動油によって油圧モータの両端に生じている油圧差によって、当該油圧モータがオペレータの意図しない動作をすることを抑制できる。

図１は、本実施形態に係るラフテレーンクレーン１０の概略図である。 図２は、本実施形態に係る油圧アクチュエータ回路４０の油圧系統図である。 図３は、ラフテレーンクレーン１０の機能ブロック図である。 図４は、旋回処理のフローチャートである。

以下、本発明の好ましい実施形態が、適宜図面が参照されつつ説明される。なお、本実施形態は、本発明の一態様にすぎず、本発明の要旨を変更しない範囲で実施態様が変更されてもよいことは言うまでもない。

［ラフテレーンクレーン１０］
本実施形態に係るラフテレーンクレーン１０は、図１に示されるように、下部走行体２０と、上部作業体３０と、油圧アクチュエータ回路４０（図２参照）とを主に備える。ラフテレーンクレーン１０は、下部走行体２０によって目的地まで走行し、当該目的地で上部作業体３０に所定の動作をさせるものである。ラフテレーンクレーン１０は、作業車両の一例である。但し、作業車両の具体例はこれに限定されず、例えば、オールテレーンクレーン、高所作業車等であってもよい。

［下部走行体２０］
下部走行体２０は、左右一対の前輪２１と、左右一対の後輪２２とを有する（図１では、右側のみを図示）。前輪２１及び後輪２２は、トランスミッション（図示省略）を介して伝達されるエンジン（図示省略）の駆動力によって回転される。

また、下部走行体２０は、アウトリガ２３、２４を有する。アウトリガ２３、２４は、下部走行体２０から左右方向に張り出した位置において地面に接地する張出状態と、地面から離間した状態で下部走行体２０に格納される格納状態とに状態変化が可能である。上部作業体３０の動作時にアウトリガ２３、２４を張出状態とすることにより、ラフテレーンクレーン１０の姿勢が安定する。一方、アウトリガ２３、２４は、下部走行体２０の走行時に格納状態とされる。

［上部作業体３０］
上部作業体３０は、旋回ベアリング３１を介して下部走行体２０に旋回可能に支持されている。上部作業体３０は、油圧アクチュエータ回路４０によって下部走行体２０に対して旋回される。より詳細には、上部作業体３０に設けられた旋回ピニオン（不図示）が下部走行体２０に設けられた旋回ギヤ（図示省略）の周りを公転することによって、上部作業体３０が下部走行体２０に対して旋回する。

上部作業体３０は、伸縮ブーム３２と、フック３３と、キャビン３４とを主に備える。伸縮ブーム３２は、起伏シリンダ３５によって起伏され、伸縮シリンダ（図示省略）によって伸縮される。フック３３は、伸縮ブーム３２の先端に吊り下げられており、ウインチ（図示省略）によって昇降される。キャビン３４は、上部作業体３０を旋回させる操作を受け付ける操作レバー５１（図３参照）を有する。

［油圧アクチュエータ回路４０］
油圧アクチュエータ回路４０は、図２に示されるように、第１油圧回路４１と、第２油圧回路４２と、ブレーキ４３とを主に備える。第１油圧回路４１には、油圧ポンプ４４と、油圧モータ４５と、一対のセンサＳ１、Ｓ２とが接続されている。また、第１油圧回路４１は、油圧的に閉じた閉回路である。第２油圧回路４２には、油圧ポンプ４６と、切替バルブ４７と、レギュレータ４８と、一対のセンサＳ３、Ｓ４とが接続されている。油圧アクチュエータ回路４０、操作レバー５１、及び後述する制御部５０（図３参照）は、油圧モータ制御装置の一例である。

油圧ポンプ４４は、第１油圧回路４１を通じて油圧モータ４５に作動油を供給する。油圧ポンプ４４は、原動機の一例であるエンジンＥの駆動力が伝達されることによって駆動される。油圧ポンプ４４から第１油圧回路４１に供給される作動油の方向及び流量は、後述するレギュレータ４８によって制御される。すなわち、油圧ポンプ４４は、供給する作動油の方向及び流量を変更可能な容量可変型のポンプである。

油圧モータ４５は、第１油圧回路４１を通じて油圧ポンプ４４から供給された作動油によって駆動される。すなわち、油圧モータ４５は、油圧ポンプ４４から供給される作動油の向きに応じた回転方向に、作動油の量に応じた回転数で回転する。油圧モータ４５は、例えば、上部作業体３０に設けられた旋回ピニオンを回転させることによって、上部作業体３０を下部走行体２０に対して旋回させる。

油圧ポンプ４６は、タンク（図示省略）に貯留された作動油を、切替バルブ４７を通じてレギュレータ４８に供給する。油圧ポンプ４６は、エンジンＥの駆動力が伝達されることによって駆動される。

切替バルブ４７は、油圧ポンプ４６から供給される作動油のレギュレータ４８に対する流通向き及び流量を切り替える。切替バルブ４７は、４ポート（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）３位置（位置α、位置β、位置γ）の切替式の電磁比例弁である。ポートａは油圧ポンプ４６に接続され、ポートｂはタンクに接続され、ポートｃはレギュレータ４８の第１室４８Ａに接続され、ポートｄはレギュレータ４８の第２室４８Ｂに接続される。

位置αの切替バルブ４７は、レギュレータ４８の第１室４８Ａに作動油を供給し、レギュレータ４８の第２室４８Ｂから排出された作動油をタンクに戻す。また、位置βの切替バルブ４７は、レギュレータ４８の第２室４８Ｂに作動油を供給し、レギュレータ４８の第１室４８Ａから排出された作動油をタンクに戻す。さらに、位置γの切替バルブ４７は、レギュレータ４８のピストン４８Ｃを中立位置に戻す。切替バルブ４７の位置及び流量は、制御部５０によって制御される。

レギュレータ４８は、第１室４８Ａと、第２室４８Ｂと、第１室４８Ａ及び第２室４８Ｂを隔てるピストン４８Ｃとを備える。レギュレータ４８は、油圧ポンプ４４から油圧モータ４５に供給される作動油の方向及び流量を制御する。より詳細には、油圧ポンプ４４から供給される作動油の方向は、ピストン４８Ｃの移動向きに応じて制御される。また、油圧ポンプ４４から供給される作動油の流量は、ピストン４８Ｃの移動量に応じて制御される。

センサＳ１は、油圧モータ４５の一端側において第１油圧回路４１の油圧を検出する。センサＳ２は、油圧モータ４５の他端側において第１油圧回路４１の油圧を検出する。センサＳ３は、レギュレータ４８の一端側において第２油圧回路４２の油圧を検出する。センサＳ４は、レギュレータ４８の他端側において第２油圧回路４２の油圧を検出する。また、センサＳ１〜Ｓ４は、検出した油圧の大きさに応じた検出信号を制御部５０に出力する。センサＳ１〜Ｓ４は、油圧モータ４５の両端に生じる油圧差を、直接的或いは間接的に検出する検出部の一例である。

ブレーキ４３は、油圧モータ４５を制動する。ブレーキ４３は、油圧モータ４５を制動する制動状態と、油圧モータ４５の制動を解除する解除状態とに状態変化が可能である。ブレーキ４３の状態は、制御部５０によって制御される。

［制御部５０］
制御部５０は、油圧アクチュエータ回路４０の動作を制御する。制御部５０は、例えば、メモリに記憶されたプログラムを読み出して実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）で実現されてもよいし、ハードウェア回路によって実現されてもよいし、これらを組み合わせて実現されてもよい。制御部５０には、図３に示されるように、操作レバー５１と、センサＳ１〜Ｓ４と、切替バルブ４７と、ブレーキ４３と、報知部５２とが接続されている。

操作レバー５１は、油圧モータ４５の駆動（換言すれば、上部作業体３０の旋回）を指示するオペレータの操作を受け付ける。操作レバー５１は、オペレータの操作に応じた操作信号を制御部５０に出力する。本実施形態において、オペレータによって操作されていない操作レバー５１は、操作信号を出力しない。一方、オペレータによって操作されている操作レバー５１は、操作方向（倒伏方向）及び操作量（倒伏角度）に応じた操作信号を出力する。操作レバー５１は、操作部の一例である。但し、操作部の具体例は操作レバー５１に限定さず、例えば、ペダル等であってもよい。

報知部５２は、ラフテレーンクレーン１０（特に、油圧アクチュエータ回路４０）の状態をオペレータに報知する。報知部５２の具体例は特に限定されないが、メッセージやアニメーションを表示する表示部であってもよいし、音声を出力するスピーカであってもよいし、点灯或いは消灯される警告灯であってもよい。

制御部５０は、操作レバー５１から出力される操作信号、及びセンサＳ１〜Ｓ４から出力される検出信号に基づいて、ブレーキ４３の状態（制動状態／解除状態）と、切替バルブ４７の位置（位置α／位置β／位置γ）及び流量と、報知部５２とを制御する。図４を参照して、油圧アクチュエータ回路４０を制御して上部作業体３０を旋回させる旋回処理の詳細を説明する。

［油圧アクチュエータ回路４０の動作］
まず、操作レバー５１が操作される前（すなわち、操作レバー５１が未操作である場合）において、ブレーキ４３は制動状態であり、切替バルブ４７は位置γである。すなわち、油圧ポンプ４４は作動油を供給しない中立状態であり、油圧モータ４５は停止している。また、旋回処理中のエンジンＥは、常に駆動されているものとする。そして、制御部５０は、センサＳ１、Ｓ２の検出信号及び操作レバー５１の操作信号を監視する（Ｓ１１、Ｓ１２）。

まず、制御部５０は、操作レバー５１から操作信号が出力されていないとき（すなわち、操作レバー５１の未操作時）に油圧モータ４５の両端に生じる油圧差を監視する（Ｓ１１：Ｙｅｓ＆Ｓ１２：Ｎｏ）。制御部５０は、例えば、一対のセンサＳ１、Ｓ２から出力された検出信号に基づいて油圧モータ４５の両端に生じる油圧差を算出する。

次に、制御部５０は、操作レバー５１の未操作時における油圧差が閾値未満のときに操作レバー５１から操作信号が出力されたことに応じて（Ｓ１１：Ｙｅｓ＆Ｓ１２：Ｙｅｓ）、ブレーキ４３を解除状態にする（Ｓ１３）。これにより、油圧モータ４５が回転可能な状態になる。但し、この時点では、油圧モータ４５の両端の油圧差が０或いは極めて小さいので、ブレーキ４３による制動が解除されても油圧モータ４５は駆動されない。

次に、制御部５０は、操作レバー５１の操作方向に応じて切替バルブ４７を位置α或いは位置βに移動させ、操作レバー５１の操作量に応じた量の作動油を油圧ポンプ４６からレギュレータ４８に供給する（Ｓ１４）。これにより、油圧ポンプ４４から油圧モータ４５に、操作レバー５１の操作方向に応じた方向で且つ操作量に応じた流量の作動油が供給され、油圧モータ４５が駆動される。その結果、上部作業体３０は、下部走行体２０に対して旋回する。

次に、制御部５０は、操作レバー５１からの操作信号の出力が停止するまで（Ｓ１５：Ｎｏ）、ステップＳ１４の処理を継続して実行する。すなわち、制御部５０は、操作レバー５１から出力される操作信号の変化（すなわち、操作レバー５１の操作方向、及び／又は、操作量の変化）に応じて、切替バルブ４７の位置及び油圧ポンプ４６からレギュレータに４８に供給される作動油の量を調整する。

次に、制御部５０は、操作レバー５１から操作信号が出力されなくなったことに応じて（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、切替バルブ４７を位置γに移動させ（Ｓ１６）、ブレーキ４３を制動状態にする（Ｓ１７）。これにより、ピストン４８Ｃが中立位置に戻り、油圧ポンプ４４から油圧モータ４５への作動油の供給が停止し、油圧モータ４５が停止する。すなわち、旋回していた上部作業体３０が停止する。そして、制御部５０は、操作レバー５１の未操作時における油圧差を再び監視する（Ｓ１１、Ｓ１２）。

一方、制御部５０は、操作レバー５１の未操作時における油圧差が閾値以上であることに応じて（Ｓ１１：Ｎｏ＆Ｓ１２：Ｎｏ）、油圧アクチュエータ回路４０の異常を報知部５２を通じて報知する（Ｓ１８）。このときに操作レバー５１から操作信号が出力されたとしても、制御部５０は、ブレーキ４３を解除状態にせず、制動状態を維持する。これにより、油圧モータ４５は、その両端に生じている油圧差によって駆動されない。

［本実施形態の作用効果］
上記の実施形態によれば、油圧アクチュエータ回路４０を構成する機器（例えば、切替バルブ４７、レギュレータ４８等）の故障によって、中立状態であるべき油圧ポンプ４４から作動油が排出されて油圧モータ４５の両端に油圧差が生じている場合に、操作レバー５１が操作されてもブレーキ４３による油圧モータ４５の制動が解除されない。そのため、当該油圧差によって油圧モータ４５がオペレータの意図しない動作をすることを抑制できる。

また、ステップＳ１１において油圧差が閾値以上になる場合とは、例えば、切替バルブ４７或いはレギュレータ４８が故障した場合が考えられる。すなわち、オペレータによる操作レバー５１の操作が終了しても、切替バルブ４７が位置γに戻らない場合、或いはピストン４８Ｃが中立位置に戻らない場合、ブレーキ４３によって油圧モータ４５は制動されているものの、油圧ポンプ４４から油圧モータ４５へ作動油が供給され続ける。その結果、油圧モータ４５の両端には、油圧差が生じることになる。

そして、切替バルブ４７が故障した場合、レギュレータ４８の両端にも油圧差が生じることになる。そこで、制御部５０は、一対のセンサＳ３、Ｓ４から出力された検出信号に基づいてレギュレータ４８の両端に生じる油圧差を算出し、当該油圧差を油圧モータ４５の両端に生じる油圧差として閾値と比較してもよい。すなわち、ステップＳ１２では、センサＳ１、Ｓ２の検出信号を用いてもよいし、センサＳ３、Ｓ４の検出信号を用いてもよいし、その両方を用いてもよい。なお、センサＳ１、Ｓ２で検出される油圧差と比較される第１閾値と、センサＳ３、Ｓ４で検出される油圧差と比較される第２閾値とは、異なる値であってもよい。

また、制御部５０は、操作レバー５１の未操作時における油圧差が閾値以上である場合に、ブレーキ４３を解除状態にすることなく、油圧アクチュエータ回路４０の異常を報知部５２を通じて報知する。これにより、油圧モータの制動が解除されない（すなわち、上部作業体３０が旋回しない）原因を、オペレータに認識させることができる。

さらに、図４に示される制御を上部作業体３０を旋回させる油圧アクチュエータ回路４０に適用することにより、オペレータの意図と異なる上部作業体３０の旋回を抑制することができる。但し、油圧モータ４５の用途は、上部作業体３０を旋回させることに限定されず、例えば、ウインチによるロープの繰り出し及び巻き取り等であってもよい。

１０・・・ラフテレーンクレーン
２０・・・下部走行体
３０・・・上部作業体
４０・・・油圧アクチュエータ回路
４１・・・第１油圧回路
４２・・・第２油圧回路
４３・・・ブレーキ
４４・・・油圧ポンプ
４５・・・油圧モータ
４８・・・レギュレータ
５０・・・制御部
５１・・・操作レバー
５２・・・報知部
Ｓ１〜Ｓ４・・・センサ

Claims (5)

1. 原動機に駆動されて作動油を供給する油圧ポンプ、及び上記油圧ポンプから供給された作動油によって駆動される油圧モータが接続され、油圧的に閉じた第１油圧回路と、
   上記油圧モータを制動するブレーキと、
   上記油圧モータの両端に生じる油圧差を検出する検出部と、
   上記油圧モータの駆動を指示するオペレータの操作を受け付ける操作部と、
   上記油圧ポンプ及び上記ブレーキを制御する制御部と、を備えており、
   上記制御部は、
   上記操作部が未操作であることに応じて、上記油圧ポンプに作動油の供給を停止させ且つ上記ブレーキに上記油圧モータを制動させ、
   上記操作部の未操作時に上記検出部で検出された上記油圧差を監視し、
   上記操作部の未操作時における上記油圧差が閾値未満のときに上記操作部が操作されたことに応じて、上記ブレーキによる上記油圧モータの制動を解除し、且つ上記操作部が受け付けた操作に対応する方向及び流量の作動油を上記油圧ポンプに供給させ、
   上記操作部の未操作時における上記油圧差が上記閾値以上のときに上記操作部が操作されたことに応じて、上記ブレーキによる上記油圧モータの制動を継続する油圧モータ制御装置。
2. 上記検出部は、上記第１油圧回路における上記油圧モータの一端側及び他端側の油圧を検出する一対のセンサを有しており、一対の上記センサそれぞれで検出された油圧の差を上記油圧差として検出する請求項１に記載の油圧モータ制御装置。
3. 上記油圧ポンプから上記油圧モータに供給される作動油の方向及び流量を制御するレギュレータが接続された第２油圧回路を、さらに備えており、
   上記検出部は、上記第２油圧回路における上記レギュレータの一端側及び他端側の油圧を検出する一対のセンサを有しており、一対の上記センサそれぞれで検出された油圧の差を上記油圧差として検出する請求項１又は２に記載の油圧モータ制御装置。
4. 上記制御部は、上記操作部の未操作時における上記油圧差が上記閾値以上であることに応じて、該油圧モータ制御装置の異常を報知する請求項１から３のいずれかに記載の油圧モータ制御装置。
5. 下部走行体と、
   上記下部走行体の上部に配置された上部作業体と、
   上記下部走行体に対して上部作業体を旋回させる請求項１から４のいずれかに記載の油圧モータ制御装置と、を備える作業車両。

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