JP6695620B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、操作レバーの操作量に応じて作動部品を駆動する建設機械に関する。

下記の特許文献１に、ブームを上下に駆動する油圧アクチュエータを、操作レバーの操作量に応じて駆動するバックホーが開示されている。このバックホーにおいては、油圧アクチュエータの電磁式比例流量制御弁の開度が、操作レバーの操作量に応じた電流により比例制御される。

バックホーで杭打ち作業を行う場合には、ブーム用の操作レバーが下降側操作領域から中立位置に対して所定速度以上で戻し操作される。ブーム用アクチュエータが以外のアクチュエータは中立状態に維持される。操作レバーの操作状況に基づいて、杭打ち作業が行われていると判定された場合には、バックホーの最下降位置からの上昇戻し作動を急激に行うように、電磁式比例流量制御弁が制御される。これにより、杭打ち作業の効率を高めることができる。

特開平５−１９５５５９号公報

建設機械の操作レバーには、操作レバーの中立位置の近傍に不感帯が設けられている。不感帯の範囲内で操作レバーを操作しても、アクチュエータを作動させるための指令値はゼロのままである。バケット先端を直線的に動かす床掘動作等においては、複数のアクチュエータを同時に操作しながら、レバーの切り返し操作が行われる。

レバーの中立位置の近傍に不感帯が設けられていると、レバーの切り返し操作を行う際に、中立位置近傍でアクチュエータの動作を微調整することが困難である。このため、バケットの先端を直線的に移動させることが困難になる。

本発明の目的は、アクチュエータを操作するための操作レバーの中立位置近傍において、アクチュエータの動作を容易に微調整することが可能な建設機械を提供することである。

本発明の一観点によると、
走行体と、
前記走行体に旋回可能に搭載された旋回体と、
前記旋回体に搭載された作業アタッチメントと、
前記作業アタッチメントを駆動するアクチュエータと、
前記作業アタッチメントの操作レバーと
を備え、
前記アクチュエータを制御する複数の制御モードの間で、前記操作レバーの中立位置前後の前記作業アタッチメントの感度が異なっており、
前記作業アタッチメントは、ブーム、アーム、及びエンドアタッチメントを含み、
前記複数の制御モードのうち１つは、前記ブーム、前記アーム、及び前記エンドアタッチメントの少なくとも２つが操作されている状態における制御モードである建設機械が提供される。

操作レバーの中立位置前後の作業アタッチメントの感度が低い制御モードでは、高い制御モードよりアクチュエータの動作を容易に微調整することが可能になる。

図１は、実施例による建設機械の側面図である。 図２は、実施例による建設機械の油圧系及び制御系のブロック図である。 図３は、制御弁、制御装置、及び入力装置のブロック図である。 図４は、他の構成例による制御弁、制御装置、及び入力装置のブロック図である。 図５Ａ及び図５Ｂは、３つの制御モードで規定されている操作量−指令値対応表の一例及び他の例を、グラフ形式で示す図である。 図６Ａ及び図６Ｂは、制御モード選択部で実行される処理の一例及び他の例のフローチャートである。 図７は、制御モード選択部で実行される処理のさらに他の例のフローチャートである。 図８は、他の実施例による建設機械の制御弁、制御装置、及び入力装置のブロック図である。

図１に、実施例による建設機械の側面図を示す。下部走行体１０に、旋回機構１１を介して上部旋回体１２が旋回可能に搭載されている。上部旋回体１２にブーム１３、アーム１５、及びバケット１７等の作動部品が連結されている。作動部品は、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１６、及びバケットシリンダ１８等のアクチュエータにより油圧駆動される。ブーム１３、アーム１５、及びバケット１７により、掘削用のアタッチメントが構成される。なお、掘削用のアタッチメントの他に、破砕用のアタッチメント、リフティングマグネット用のアタッチメント等を連結することも可能である。

図２に、実施例による建設機械の油圧系及び制御系のブロック図を示す。制御弁２５に、油圧駆動される複数のアクチュエータ２３が接続されている。複数のアクチュエータ２３には、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１６、バケットシリンダ１８、油圧モータ１９〜２１が含まれる。油圧モータ１９、２０は、それぞれ下部走行体１０（図１）の２本のクローラを駆動する。油圧モータ２１は、下部走行体１０に対して上部旋回体１２（図１）を旋回させる。制御弁２５は、方向切換弁、流量調整弁、リリーフ弁等を含む。

油圧ポンプ３６がエンジン３５の動力によって駆動され、作動油を制御弁２５に供給する。入力装置３１から制御装置３０に、アクチュエータ２３ごとの操作量ＯＡが入力される。例えば、操作量ＯＡを示す電気信号またはパイロット圧が、制御装置３０に入力される。制御装置３０は、入力された操作量ＯＡに応じて、アクチュエータ２３の駆動量を指令する指令値ＣＶを生成し、指令値ＣＶに応じて制御弁２５を制御する。制御弁２５に与えられる指令値ＣＶは、電気信号よいし、パイロット圧でもよい。制御弁２５は、指令値ＣＶに相当する駆動量が得られるように、各アクチュエータ２３に作動油を分配する。

図３に、制御弁２５、制御装置３０、及び入力装置３１のブロック図を示す。

入力装置３１が、ペダル３１０、操作レバー３１１、及び操作量検出部３１２を含む。アクチュエータごとに、ペダル３１０の操作または操作レバー３１１の操作が対応付けられている。例えば、操作レバー３１１を、中立位置を中心として前後の二方向に倒す操作が、１つのアクチュエータに対する操作に対応し、左右の二方向に倒す操作が、他のアクチュエータに対する操作に対応する。操作量検出部３１２は、各操作の操作量に応じて、一次側の油圧から２次側のパイロット圧を発生する。操作量検出部３１２として、各操作の操作量に応じた電気信号を発生するセンサを用いてもよい。操作量ＯＡを示すパイロット圧または電気信号が、制御装置３０に入力される。

制御装置３０は、制御モード選択部３０１、指令値生成部３０２、及び制御弁駆動部３０３を含む。さらに、制御装置３０の記憶装置に、操作量−指令値対応表３０５が格納されている。

図５Ａを参照して、操作量−指令値対応表３０５について説明する。制御装置３０は、アクチュエータを制御する複数の制御モードを有している。制御モードごとに、操作量−指令値対応表３０５が準備されている。操作量−指令値対応表３０５は、操作量ＯＡに対する指令値ＣＶの関係を規定している。複数の制御モードの間で、操作量ＯＡに対する指令値ＣＶの比で定義される感度が異なる。操作量ＯＡは、例えば中立位置からの操作角度で定義される。感度は、複数の制御モードの間で、操作量ＯＡの全域において異なっていてもよいし、中立位置を含むある範囲内で異なっていてもよい。

図５Ａに、３つの制御モードで規定されている操作量−指令値対応表３０５の一例を、グラフ形式で示す。横軸は操作量ＯＡを表し、縦軸は指令値ＣＶを表す。グラフの原点が、操作レバー３１１の中立位置に対応する。太い実線が、単軸用制御モードＣＭ１を示し、細い実線が調整軸用制御モードＣＭ２を示し、破線が主軸用制御モードＣＭ３を示す。例えば、操作レバー３１１は、中立位置を中心として正方向及び負方向の二方向に操作される。

中立位置を含む不感帯ＤＺ内において、単軸用制御モードＣＭ１の感度がゼロである。操作量ＯＡが不感帯ＤＺの上限または下限を超えると、操作量ＯＡの増減に従って指令値ＣＶも増減する。図５Ａでは、単軸用制御モードＣＭ１の操作量ＯＡと指令値ＣＶとの関係が線型である例を示している。

調整軸用制御モードＣＭ２の感度は、中立位置を含む遷移帯ＴＺ内において、単軸用制御モードＣＭ１の感度より高い。調整軸用制御モードＣＭ２においては、不感帯ＤＺ内においても、操作量ＯＡの増減に対して指令値ＣＶが曲線的に増減する。この曲線の傾きは、操作量ＯＡが大きくなるに従って急峻になる。操作量ＯＡが遷移帯ＴＺの上限または下限を超えると、調整軸用制御モードＣＭ２の感度は、単軸用制御モードＣＭ１の感度に一致する。

主軸用制御モードＣＭ３の感度は、遷移帯ＴＺ内において、調整軸用制御モードＣＭ２の感度より低く、かつ単軸用制御モードＣＭ１の感度より高い。操作量ＯＡが遷移帯ＴＺの上限または下限を超えると、主軸用制御モードＣＭ３の感度は、単軸用制御モードＣＭ１の感度に一致する。

図５Ｂに、単軸用制御モードＣＭ１、調整軸用制御モードＣＭ２、及び主軸用制御モードＣＭ３で規定されている操作量−指令値対応表３０５の他の例を、グラフ形式で示す。

単軸用制御モードＣＭ１で規定されている操作量ＯＡと指令値ＣＶとの対応関係は、図５Ａに示したものと同一である。調整軸用制御モードＣＭ２においては、操作量ＯＡが中立位置から増加するに従って、指令値ＣＶが線形に増加する。主軸用制御モードＣＭ３は、単軸用制御モードＣＭ１の不感帯ＤＺよりも狭い不感帯ＤＺ１を有する。不感帯ＤＺ１の上限または下限を超えると、操作量ＯＡの増加に対して指令値ＣＶが線型に増加する。

図５Ｂに示した例では、不感帯ＤＺ１の外側の範囲において、主軸用制御モードＣＭ３の感度が、調整軸用制御モードＣＭ２の感度より低く、かつ単軸用制御モードＣＭ１の感度より高い。不感帯ＤＺ１の内側では、主軸用制御モードＣＭ３の感度が、調整軸用制御モードＣＭ２の感度より低く、かつ単軸用制御モードＣＭ１の感度と等しい。

図３に戻って説明を続ける。入力装置３１から制御装置３０の制御モード選択部３０１に操作量ＯＡが入力される。制御モード選択部３０１は、アクチュエータごとの操作量ＯＡに基づいて、複数の制御モードからアクチュエータごとに１つの制御モードを選択する。制御モードの選択方法については、図６Ａ、図６Ｂ、及び図７を参照して後に説明する。

指令値生成部３０２が、アクチュエータごとに、操作量ＯＡ及び選択された制御モードに基づいて、指令値ＣＶを生成する。具体的には、選択された制御モードの操作量−指令値対応表３０５を用いて、操作量ＯＡに対応する指令値ＣＶを生成する。

制御弁駆動部３０３が、アクチュエータ２３ごとに生成された指令値ＣＶを示す電気信号またはパイロット圧を制御弁２５に与える。これにより、アクチュエータに対応する制御弁２５に指令値ＣＶに相当する電気信号またはパイロット圧が印加され、指令通りの方向に、指令通りの流量で作動油が流れる。この作動油によりアクチュエータ２３が駆動される。

図４に、他の構成例による制御弁２５、制御装置３０、及び入力装置３１のブロック図を示す。図４に示した例では、操作量検出部３１２から、操作量ＯＡを示すパイロット圧が出力される。操作量ＯＡを示すパイロット圧は、制御モード選択部３０１に入力されるとともに、制御弁２５に与えられる。制御弁２５には、操作量ＯＡを示すパイロット圧の他に、制御弁駆動部３０３から、指令値ＣＶを示す電気信号が与えられる。

制御弁２５は、操作量ＯＡ及び指令値ＣＶに基づいて、各アクチュエータ２３に作動油を供給する。一例として、操作量ＯＡを示すパイロット圧に応じて方向切替弁が動作し、指令値ＣＶを示す電気信号に応じて流量調整弁が動作する。この場合には、流量調整弁として電磁弁が用いられる。このように、操作量ＯＡに応じたパイロット圧を用いて制御弁２５を制御する構成に加えて、指令値ＣＶに応じた電気信号を用いて、作動油の流量を調整してもよい。

図６Ａに、制御モード選択部３０１で実行される第１の例による処理のフローチャートを示す。この処理は、例えば一定の周期で起動される。まず、ステップＳ１において、アクチュエータごとの操作量ＯＡに基づいて、複数軸が同時に動作しているか否かを判定する。１つのアクチュエータの操作量ＯＡのみが、ある値を示し、他のアクチュエータの操作量ＯＡが実質的にゼロである場合、１つのアクチュエータ（単軸）のみが動作していると判定される。複数のアクチュエータの操作量ＯＡがゼロではない場合は、複数のアクチュエータ（複数軸）が同時に動作していると判定される。

１つのアクチュエータのみが動作している場合には、ステップＳ３において、操作中のアクチュエータに、単軸用制御モードＣＭ１を適用する。複数のアクチュエータが動作している場合には、ステップＳ２において、すべてのアクチュエータに、調整軸用制御モードＣＭ２を適用する。上述のように、制御装置３０は操作レバー３１１（図３）の操作状況に応じて、制御モードを切り替える。

次に、図６Ａに示した制御モード選択処理の効果について説明する。図６Ａに示した処理では、１つのアクチュエータのみが操作されている時に、そのアクチュエータに、不感帯を有する単軸用制御モードＣＭ１（図５Ａ、図５Ｂ）が適用される。このため、操作レバー３１１（図３）を中立位置の近傍で微小に操作したときの、アクチュエータの過剰な反応が抑制される。

複数のアクチュエータが動作している時には、すべてのアクチュエータに対して、調整軸用制御モードＣＭ２（図５Ａ、図５Ｂ）が適用される。例えば、ショベルのブームとアームとを同時に操作しながら、バケット先端を直線的に移動させる床掘作業において、一方のアクチュエータを一方向に駆動しながら、他方のアクチュエータに対しては、中立位置の近傍で切り返し操作が行われる場合がある。一方向に駆動されるアクチュエータを主軸用アクチュエータといい、中立位置の近傍で切り返し操作を行うアクチュエータを調整軸用アクチュエータという。

調整軸用アクチュエータの制御に、不感帯を有する単軸用制御モードＣＭ１を適用すると、中立位置の近傍で切り返し操作を行って、調整軸用アクチュエータの動作を微調整することが困難である。図６Ａに示した例では、調整軸用アクチュエータの駆動に、不感帯を有しない調整軸用制御モードＣＭ２が適用される。このため、調整軸用アクチュエータを、中立位置の近傍で、細かく切り返し操作することができる。また、主軸用アクチュエータの駆動にも、調整軸用制御モードＣＭ２が適用される。このため、主軸用アクチュエータも、中立位置の近傍で、細かく切り返し操作することができる。

図６Ｂに、制御モード選択部３０１で実行される第２の例による処理のフローチャートを示す。１つのアクチュエータのみが動作している時のステップＳ３の処理は、図６Ａに示したステップＳ３の処理と同一である。ステップＳ１で、複数のアクチュエータが動作していると判定されて場合に、ステップＳ５において、操作されている複数のアクチュエータから１つの主軸用アクチュエータを決定する。主軸用アクチュエータ以外のアクチュエータは調整軸用アクチュエータとされる。一例として、操作量ＯＡの最も大きなアクチュエータを、主軸用アクチュエータとし、他のアクチュエータを調整軸用アクチュエータとする。

主軸用のアクチュエータの制御には、ステップＳ６において単軸用制御モードＣＭ１が適用され、調整軸用アクチュエータの制御には、ステップＳ７において調整軸用制御モードＣＭ２が適用される。言い換えると、複合動作を行う場合に、相対的に感度の低い制御モードで主軸用アクチュエータが制御され、相対的に感度の高い制御モードで調整軸用アクチュエータが制御される。

次に、図６Ｂに示した制御モード選択処理の効果について説明する。図６Ｂに示した方法でも、ステップＳ７において、調整軸用アクチュエータの制御に調整軸用制御モードＣＭ２が適用される。このため、図６Ａに示した方法と同様に、調整軸用アクチュエータを、中立位置の近傍で細かく切り返し操作することができる。

主軸用アクチュエータと調整軸用アクチュエータとが操作されている時に、調整軸用アクチュエータの操作量ＯＡがゼロになると、ステップＳ１で１つのアクチュエータのみが動作していると判定される。図６Ａに示した方法の場合には、主軸用アクチュエータに適用される制御モードが、調整軸用制御モードＣＭ２から単軸用制御モードＣＭ１に切り替わる。制御モードの切り替わり時に主軸用アクチュエータの操作量ＯＡが遷移帯ＴＺ（図５Ａ、図５Ｂ）内であると、操作量ＯＡが変化しなくても指令値ＣＶが大きく変化してしまう。このため、操縦者が違和感をおぼえる場合がある。

これに対し、図６Ｂに示した方法では、複数のアクチュエータが動作している場合、主軸用アクチュエータの制御には、ステップＳ６において、調整軸用制御モードＣＭ２ではなく単軸用制御モードＣＭ１が適用される。複数のアクチュエータが動作している状態から、１つのアクチュエータのみが動作している状態に移行したとき、主軸用アクチュエータの制御に適用される制御モードは単軸用制御モードＣＭ１のままである。このため、操縦者が違和感をおぼえることはない。

図７に、制御モード選択部３０１で実行される第３の例による処理のフローチャートを示す。図７に示した例では、図６Ｂに示したステップＳ６の処理に代えて、ステップＳ８が実行される。ステップＳ６（図６Ｂ）では、主軸用アクチュエータの制御に単軸用制御モードＣＭ１が適用されたが、ステップＳ８（図７）では、主軸用アクチュエータの制御に主軸用制御モードＣＭ３（図５Ａ、図５Ｂ）が適用される。

次に、図７に示した制御モード選択処理の効果について説明する。図７に示した方法でも、ステップＳ７において、調整軸用アクチュエータの制御に調整軸用制御モードＣＭ２が適用される。このため、図６Ａ及び図６Ｂに示した処理と同様に、調整軸用アクチュエータを、中立位置の近傍で細かく切り返し操作することができる。

主軸用アクチュエータと調整軸用アクチュエータとが動作している時に、主軸用アクチュエータの操作量ＯＡが小さくなると、主軸用アクチュエータと調整軸用アクチュエータとが入れ替わる場合がある。図６Ｂに示した例では、主軸用アクチュエータから調整軸用アクチュエータに切り合わったアクチュエータに対しては、制御モードが単軸用制御モードＣＭ１から調整軸用制御モードＣＭ２に切り替わる。逆に、調整軸用アクチュエータから主軸用アクチュエータに切り合わったアクチュエータに対しては、制御モードが調整軸用制御モードＣＭ２から単軸用制御モードＣＭ１に切り替わる。制御モードの切り替わり時に、切り替わり対象のアクチュエータの操作量ＯＡが遷移帯ＴＺ（図５Ａ、図５Ｂ）内であると、操作量ＯＡが変化しなくても指令値ＣＶが大きく変化してしまう。このため、操縦者が違和感をおぼえる場合がある。

図７に示した方法では、主軸用アクチュエータから調整軸用アクチュエータに、またはその逆に切り合わったアクチュエータに対しては、制御モードが主軸用制御モードＣＭ３と調整軸用制御モードＣＭ２（図５Ａ、図５Ｂ）との間で切り替わる。主軸用制御モードＣＭ３と調整軸用制御モードＣＭ２との感度の相違は、調整軸用制御モードＣＭ２と単軸用制御モードＣＭ１との感度の相違よりも小さい。このため、制御モードの切り換わり時に操縦者がおぼえる違和感が軽減される。

図８に、他の実施例による建設機械の制御弁２５、制御装置３０、及び入力装置３１のブロック図を示す。以下、図３に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

図８に示した実施例では、入力装置３１がモード選択スイッチ３１４を有する。モード選択スイッチ３１４は、操作レバー３１１の操作ごとに設けられており、例えば操作レバー３１１のグリップ近傍に配置されている。操縦者は、操作レバー３１１を握ったまま、モード選択スイッチのオンオフを行うことができる。

モード選択スイッチ３１４によって、アクチュエータを制御する制御モードが選択される。例えば、モード選択スイッチ３１４がオフにされているときには、対応するアクチュエータの制御に単軸用制御モードＣＭ１が適用される。モード選択スイッチ３１４がオンにされているときには、対応するアクチュエータの制御に調整軸用制御モードＣＭ２が適用される。

操縦者は、モード選択スイッチ３１４を操作することにより、操作対象のアクチュエータごとに、制御モードを選択することができる。例えば、中立位置の近傍で切り返し操作を行う場合には、モード選択スイッチ３１４をオンにすることにより、細かな切り返し操作を行うことが可能になる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１０ 下部走行体
１１ 旋回機構
１２ 上部旋回体
１３ ブーム
１４ ブームシリンダ
１５ アーム
１６ アームシリンダ
１７ バケット
１８ バケットシリンダ
１９、２０、２１ 油圧モータ
２３ アクチュエータ
２５ 制御弁
３０ 制御装置
３１ 入力装置
３５ エンジン
３６ 油圧ポンプ
３０１ 制御モード選択部
３０２ 指令値生成部
３０３ 制御弁駆動部
３０５ 操作量−指令値対応表
３１０ ペダル
３１１ 操作レバー
３１２ 操作量検出部
３１４ モード選択スイッチ
ＣＭ１ 単軸用制御モード
ＣＭ２ 調整軸用制御モード
ＣＭ３ 主軸用制御モード
ＣＶ 指令値
ＤＺ、ＤＺ１ 不感帯
ＯＡ 操作量
ＴＺ 遷移帯

Claims (3)

1. 走行体と、
   前記走行体に旋回可能に搭載された旋回体と、
   前記旋回体に搭載された作業アタッチメントと、
   前記作業アタッチメントを駆動するアクチュエータと、
   前記作業アタッチメントの操作レバーと
   を備え、
   前記アクチュエータを制御する複数の制御モードの間で、前記操作レバーの中立位置前後の前記作業アタッチメントの感度が異なっており、
   前記作業アタッチメントは、ブーム、アーム、及びエンドアタッチメントを含み、
   前記複数の制御モードのうち１つは、前記ブーム、前記アーム、及び前記エンドアタッチメントの少なくとも２つが操作されている状態における制御モードである建設機械。
2. 走行体と、
   前記走行体に旋回可能に搭載された旋回体と、
   前記旋回体に搭載された作業アタッチメントと、
   前記作業アタッチメントを駆動するアクチュエータと、
   前記作業アタッチメントの操作レバーと
   を備え、
   前記アクチュエータを制御する複数の制御モードの間で、前記操作レバーの中立位置前後の前記作業アタッチメントの感度が異なっており、
   前記複数の制御モードのうち１つにおいて、他の制御モードに比べて、前記操作レバーの中立位置前後の前記作業アタッチメントの不感帯が狭くなるまたは無くなる建設機械。
3. 前記ブーム、前記アーム、及び前記エンドアタッチメントの少なくとも２つが操作されている状態における制御モードにおいて、前記ブーム、前記アーム、及び前記エンドアタッチメントのうち操作されている１つのアタッチメントが相対的に低い感度で制御され、他のアタッチメントが相対的に高い感度で制御される請求項１に記載の建設機械。

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