JP6747238B2 - 作業機械用コントロールバルブの動作制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、油圧式のクレーン装置等の作業機械用コントロールバルブの動作制御装置に関するものである。

従来、作業機械としては、例えば、車両搭載型のクレーン装置等、油圧式のアクチュエータと、バルブスプールの移動範囲の中間部の中立位置にスプリングによってバルブスプールの位置が保持され、バルブスプールを移動させることによりアクチュエータに供給する作動油の流れを制御するコントロールバルブと、コントロールバルブを操作するバルブ操作機構と、バルブボディに対するバルブスプールの位置を検出するスプール位置検出器と、を備えたものが知られている（例えば、引用文献１参照）。前記作業機械では、アクチュエータの駆動を停止する際に、スプリングの付勢力及びバルブ操作機構としての油圧式のバルブ操作シリンダの動力によってバルブスプールを中立位置に戻している。

特開２００３−１９４０１２号公報

前記作業機械では、バルブスプールを中立位置に戻すためのスプリングが長時間の使用による劣化で付勢力が弱まることが考えられる。また、前記作業機械では、使用される温度環境によって粘度が変化する作動油や、ピストンの外周部に取り付けられたＯリングの劣化の影響を受けることで、バルブ操作シリンダの伸縮動作時の抵抗が変化することが考えられる。このため、前記作業機械では、バルブスプールを中立位置に戻す動作を行った場合に、バルブスプールが中立位置に到達しなかったり中立位置を通過したりして、バルブスプールを中立位置に戻すことができない場合が生じ得る。前記作業機械では、バルブスプールを中立位置に戻すことができない場合に、コントロールバルブやバルブ操作機構の故障と判断され、作業機械による作業の継続が困難となる可能性がある。

本発明の目的とするところは、作業機械が使用される温度環境や使用時間にかかわらずバルブスプールを正確に中立位置に戻すことのできる作業機械用コントロールバルブの動作制御装置を提供することにある。

本発明は、前記目的を達成するために、バルブスプールがバルブボディに対する移動範囲の中間部に付勢手段によって保持される位置である中立位置が設けられ、バルブスプールを移動させることにより油圧式のアクチュエータに供給する作動油の流れを制御するコントロールバルブと、コントロールバルブを操作するバルブ操作機構と、バルブボディに対するバルブスプールの位置を検出するスプール位置検出器と、を備えた作業機械用コントロールバルブのスプール動作制御装置であって、バルブ操作機構によるバルブスプールの操作を中断した状態において、スプール位置検出器によって検出されたバルブスプールの位置が中立位置を含む所定範囲内であるか否かを判定するスプール位置判定手段と、スプール位置判定手段によってバルブスプールが中立位置を含む所定範囲内に位置していないと判定した場合に、バルブ操作機構によってバルブスプールを中立位置が位置する方向に予め設定された時間が経過するまで移動させる復帰動作を行う復帰動作実行手段と、復帰動作実行手段によって復帰動作を行った場合に、復帰動作によって移動する前後のバルブスプールの位置に基づいて復帰動作を継続する時間を再設定する復帰動作時間再設定手段と、を備えている。

これにより、復帰動作を繰り返すことで復帰動作の継続時間が最適な時間となることから、作業機械が使用される温度環境や使用時間によって変化するバルブ操作機構の動作の抵抗にかかわらず、復帰動作によってバルブスプールが正確に中立位置に戻される。

本発明によれば、作業機械が使用される温度環境や使用時間によって変化するバルブ操作機構の動作の抵抗にかかわらず、復帰動作によってバルブスプールを正確に中立位置に戻すことができるので、コントロールバルブやバルブ操作機構が故障と判断される頻度を低減することができ、作業機械の作業効率を向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態を示すクレーン装置を搭載した車両の斜視図である。 クレーン装置の正面図である。 油圧供給装置及び制御系を示す概略構成図である。 復帰動作制御処理を示すフローチャートである。

図１乃至図４は、本発明の一実施形態を示すものである。

本発明のコントロールバルブの動作制御装置は、図１に示すように、車両１に搭載される作業機械としてのクレーン装置１０に適用されるものである。

車両１は、シャシフレーム２の前側に設けられたキャブ３と、シャシフレーム２の後側に設けられた荷台４と、を備えており、キャブ３と荷台４との間のシャシフレーム２にクレーン装置１０が搭載される。車両１は、エンジンの動力によって走行する。

クレーン装置１０は、図２に示すように、シャシフレーム上に固定される基台２０と、基台２０の左右両側に設けられたアウトリガ３０と、基台２０の上面に旋回自在に設けられた旋回台４０と、旋回台４０に対して起伏自在に設けられたブーム５０と、ブーム５０の先端側から垂下されるワイヤロープ６０と、を備えている。

各アウトリガ３０は、基台２０の幅方向両側からそれぞれ幅方向外側に向かって移動可能に設けられるとともに、油圧式のジャッキシリンダによって下方に向かって伸長可能である。アウトリガ３０は、下端を接地させて車両１を支持することにより、クレーン作業時における車両１の傾きや転倒を防止する。

旋回台４０は、ボールベアリング式やローラーベアリング式の旋回サークルによって基台２０に対して旋回自在に設けられ、油圧式の旋回モータによって旋回するように構成されている。また、旋回台４０の上面には、上下方向に延びる旋回ポスト４１が設けられ、旋回ポスト４１の上端側にブーム５０が起伏自在に連結されている。

ブーム５０は、複数のブーム部材５１〜５４からなり、ブーム部材５１〜５３の内部に先端側に隣り合うブーム部材５２〜５４が収納可能な多段式に構成されている。最基端側のブーム部材５１は、基端部が旋回ポスト４１の上端側に上下方向に揺動自在に連結されている。ブーム部材５１の基端側と旋回ポスト４１との間には、油圧式の起伏シリンダ５５が連結され、起伏シリンダ５５の伸縮動作によってブーム５０を起伏させる。また、最基端側のブーム部材５１内には、油圧式の伸縮シリンダが設けられ、伸縮シリンダの伸縮動作によってブーム５０の伸縮動作を行う。

ワイヤロープ６０は、旋回ポストに設けられたウインチに巻き掛けられ、ウインチの巻き込みまたは繰り出しの動作によってブーム５０の先端部から繰り出される長さが変えられる。ブーム５０の先端部から繰り出されたワイヤロープ６０には、フックブロック６１が係止され、フックブロック６１は、ブーム５０の先端部から垂下された状態となる。フックブロック６１には吊荷を係止可能であり、フックブロック６１に係止された吊荷はブーム５０の先端部から吊り下げられる。

各ジャッキシリンダ、旋回モータ、起伏シリンダ５５、伸縮シリンダおよびウインチモータ等の複数のアクチュエータ７０は、作動油が供給されることによって作動する。複数のアクチュエータ７０のそれぞれを作動させる作動油は、図３に示すように、油圧供給装置８０によって供給される。図３では、起伏シリンダ５５についてのみ示す。

油圧供給装置８０は、図３に示すように、ＰＴＯ（パワーテイクオフ）機構によって取り出されたエンジンの動力によって駆動する油圧ポンプ８１と、油圧ポンプ８１から吐出された作動油の起伏シリンダ５５（アクチュエータ７０）に対する供給や排出等の流れを制御するためのコントロールバルブ８２と、コントロールバルブ８２を操作するためのバルブ操作機構８３と、を備え、これらは作動油回路８４に接続されている。

コントロールバルブ８２は、複数のアクチュエータ７０のそれぞれに対して設けられるものである。コントロールバルブ８２は、中空のバルブボディと、バルブボディ内において所定範囲内を移動自在に設けられたバルブスプール８２ａと、を有している。コントロールバルブ８２は、バルブボディに対してバルブスプール８２ａを移動させることで、作動油の流路が切り替えられるようになっている。コントロールバルブ８２は、バルブスプール８２ａの一端側及び他端側に設けられた付勢手段としてのスプリング８２ｂの付勢力によって、バルブスプール８２ａがバルブボディに対する移動範囲の中間部に保持されている。バルブスプール８２ａは、バルブボディに対する移動範囲において、スプリング８２ｂによって保持される位置が中立位置となる。コントロールバルブ８２は、バルブスプール８２ａが中立位置に位置している状態で、起伏シリンダ５５に対して作動油を供給することはない。

バルブスプール８２ａの一端部には、図２に示す操作レバー８５が連結されており、操作レバー８５に対する入力によってもバルブスプール８２ａの操作が可能である。

バルブ操作機構８３は、バルブスプール８２ａを操作するための油圧式のバルブ操作シリンダ８３ａと、油圧ポンプ８１とバルブ操作シリンダ８３ａとの間の作動油の流路を切り替えるための一対の流路切替バルブ８３ｂ，８３ｃと、を有している。

バルブ操作シリンダ８３ａは、クレーン装置１０側の部材に設けられた円筒状のシリンダチューブ８３ａ１と、シリンダチューブ８３ａ１内を移動可能なピストン８３ａ２と、ピストン８３ａ２の軸方向一端面とバルブスプール８２ａの他端部とを連結するピストンロッド８３ａ３と、を有している。バルブ操作シリンダ８３ａは、作動油を縮小側油室８３ａ４に供給することによって縮小動作を行う。また、バルブ操作シリンダ８３ａは、作動油を伸長側油室８３ａ５に供給することによって伸長動作を行う。バルブ操作シリンダ８３ａは、伸縮動作を行うことにより、コントロールバルブ８２のバルブスプール８２ａを移動させる。

また、バルブ操作シリンダ８３ａは、ピストン８３ａ２の軸方向他端面からピストンロッド８３ａ３と反対側に向かって延びるセンサロッド８３ａ６、を有している。センサロッド８３ａ６の先端部には、後述するスプール位置検出器の可動鉄心が設けられている。

一対の流路切替バルブ８３ｂ，８３ｃは、それぞれ３ポートの単動電磁弁であり、ソレノイドが励磁された状態でＰポートとＡポートを連通してＴポートを閉鎖し、ソレノイドが非励磁の状態でＴポートとＡポートを連通してＰポートを閉鎖するものである。

作動油回路８４において、油圧ポンプ８１の吸入側は、作動油タンク８４ａに接続されている。油圧ポンプ８１の吐出側は、コントロールバルブ８２及び一対の流路切替バルブ８３ｂのそれぞれのＰポートが互いに並列に接続されている。また、コントロールバルブ８２及び一対の流路切替バルブ８３ｂのそれぞれのＴポートには、作動油タンク８４ａが接続されている。さらに、油圧ポンプ８１の吐出側には、リリーフ弁８４ｂを介して作動油タンク８４ａが接続されている。コントロールバルブ８２のＡポート及びＢポートには、起伏シリンダ５５（アクチュエータ７０）が接続されている。また、一方の流路切替バルブ８３ｂのＡポートは、バルブ操作シリンダ８３ａの縮小側油室８３ａ４に接続されている。さらに、他方の流路切替バルブ８３ｃのＡポートは、バルブ操作シリンダ８３ａの伸長側油室８３ａ５に接続されている。

また、クレーン装置１０は、図３に示すように、油圧供給装置８０の動作に関する制御を行うためのコントローラ９０と、油圧供給装置８０の遠隔操作を行うための遠隔操作器１００と、を備えている。

コントローラ９０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを有している。コントローラ９０は、入力側に接続された装置からの入力信号を受信すると、ＣＰＵが、入力信号に基づいてＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出すとともに、入力信号によって検出された状態をＲＡＭに記憶したり、出力側に接続された装置に出力信号を送信したりする。

コントローラ９０には、バルブボディに対するバルブスプール８２ａの位置を検出するためのスプール位置検出器９１と、一対の流路切替バルブ８３ｂ，８３ｃと、遠隔操作器１００と無線通信を行うための無線通信部９２と、警報を報知する報知手段としての報知部９３と、が接続されている。

スプール位置検出器９１は、クレーン装置１０側の部材に設けられた１つの１次コイル９１ａと、一対の２次コイル９１ｂ，９１ｃと、センサロッド８３ａ６の先端部に設けられた被検出体としての可動鉄心９１ｄと、からなる差動トランス式の変位センサである。

１次コイル９１ａ及び一対の２次コイル９１ｂ，９１ｃは、それぞれ銅線を可動鉄心９１ｄの外周側を囲むように巻き回したものであり、可動鉄心９１ｄの移動する方向において１次コイル９１ａの両側に一対の２次コイル９１ｂ，９１ｃが配置されている。スプール位置検出器９１は、１次コイル９１ａに交流の電流を流して１次コイル９１ａを励磁すると、一対の２次コイル９１ｂ，９１ｃから可動鉄心９１ｄの位置に応じた電圧が出力される。コントローラ９０には、一対の２次コイル９１ｂ，９１ｃから出力されたそれぞれの電圧が入力信号として入力される。

報知部９３は、例えば、ＬＥＤ等の表示灯からなり、バルブ操作機構８３の故障やメンテナンスを要する状態において点灯して周囲の作業者に報知するものである。

遠隔操作器１００は、クレーン作業を行う作業者が手に持った状態でクレーン装置１０の操作を行うものである。遠隔操作器１００には、油圧供給装置８０の遠隔操作に関する制御を行うための遠隔操作コントローラ１１０と、電源スイッチやアクチュエータ７０を駆動させる操作を入力するためのスイッチ等の操作入力部１２０と、無線通信部９２を介してコントローラ９０と通信を行うための無線通信部１３０と、を有している。

以上のように構成されたクレーン装置１０では、遠隔操作器１００の操作入力部１２０の操作がなされていない状態において、コントロールバルブ８２は、バルブボディに対するバルブスプール８２ａの位置が中立位置となっている。作業者が遠隔操作器１００の操作入力部１２０の操作を行うと、操作入力部１２０の操作量に応じてバルブ操作シリンダ８３ａが駆動し、バルブスプール８２ａがバルブボディに対して移動する。これにより、油圧ポンプ８１の吐出側とアクチュエータ７０との間の作動油の流路が連通し、油圧ポンプ８１から吐出された作動油は、アクチュエータ７０に供給され、アクチュエータ７０が駆動される。操作入力部１２０の操作を中断すると、バルブスプール８２ａは、スプリング８２ｂの付勢力によって中立位置に戻る。これにより、アクチュエータ７０に対する作動油の供給が停止され、アクチュエータ７０の駆動が停止される。

バルブスプール８２ａの中立位置に戻る動作において、スプリング８２ｂの付勢力が経年劣化で弱まった場合に、中立位置に戻すのに長時間を要したり、中立位置に戻らない状態が生じたりする。このため、バルブスプール８２ａの中立位置に戻る動作において、コントローラ９０は、バルブ操作機構８３によってバルブスプール８２ａを中立位置に向かって移動させる復帰動作に関する制御を行う復帰動作制御処理を行う。このときのコントローラ９０の動作を図４のフローチャートを用いて説明する。

（ステップＳ１）
ステップＳ１においてＣＰＵは、バルブ操作機構８３によるコントロールバルブ８２の操作が中断されたか否かを判定する。バルブ操作機構８３によるコントロールバルブ８２の操作が中断されたと判定した場合にはステップＳ２に処理を移し、バルブ操作機構８３によるコントロールバルブ８２の操作が中断されたと判定しなかった場合には復帰動作制御処理を終了する。

（ステップＳ２）
ステップＳ１においてバルブ操作機構８３によるコントロールバルブ８２の操作が中断されたと判定した場合に、ステップＳ２においてＣＰＵは、バルブスプール８２ａが中立位置を含む所定範囲内に位置しているか否かを判定する。バルブスプール８２ａが中立位置を含む所定範囲内に位置していると判定しなかった場合にはステップＳ３に処理を移し、バルブスプール８２ａが中立位置を含む所定範囲内に位置していると判定した場合には復帰動作制御処理を終了する。
ここで、中立位置を含む所定範囲とは、バルブスプール８２ａの中立位置、及び、厳密には中立位置に位置していないが中立位置に位置しているとみなすことのできる微小な範囲のことである。

（ステップＳ３）
ステップＳ２においてバルブスプール８２ａが中立位置を含む所定範囲内に位置していると判定しなかった場合に、ステップＳ３においてＣＰＵは、バルブ操作機構８３によってバルブスプール８２ａを中立位置に向かって移動させる復帰動作を予め設定されている時間行い、ステップＳ４に処理を移す。

（ステップＳ４）
ステップＳ４においてＣＰＵは、復帰動作によって移動する前後のバルブスプール８２ａの位置に基づいて、復帰動作の継続時間の再設定を行い、ステップＳ６に処理を移す。
ここで、例えば、０．２秒の復帰動作の後のバルブスプール８２ａが中立位置を含む所定範囲内に位置していると判定した場合には、復帰動作の継続時間として再度０．２秒を設定する。また、例えば、０．２秒の復帰動作の後のバルブスプール８２ａが中立位置を含む所定範囲外で、且つ、中立位置を通過していない場合には、復帰動作の継続時間として０．３秒を設定する。さらに、例えば、０．２秒の復帰動作の後のバルブスプール８２ａが中立位置を含む所定範囲外で、且つ、中立位置を通過している場合には、復帰動作の継続時間として０．１秒を設定する。復帰動作の継続時間は、復帰動作によって移動したバルブスプールの距離、復帰動作によって中立位置を通過したか否か等、復帰動作によって移動する前後のバルブスプール８２ａの位置に基づいて再設定される。復帰動作の継続時間は、復帰動作によって移動する前後のバルブスプール８２ａの位置及び中立位置と復帰動作の継続時間との関係を示すテーブルに基づいて設定してもよい。

（ステップＳ５）
ステップＳ５においてＣＰＵは、再設定された復帰動作の継続時間が所定時間以上であるか否かを判定する。再設定された復帰動作の継続時間が所定時間以上であると判定した場合にはステップＳ６に処理を移し、再設定された復帰動作の継続時間が所定時間以上であると判定しなかった場合には復帰動作制御処理を終了する。

（ステップＳ６）
ステップＳ５において再設定された復帰動作の継続時間が所定時間以上であると判定し場合に、ステップＳ６においてＣＰＵは、報知部９３から警報を報知して復帰動作制御処理を終了する。

このように、本実施形態の作業機械用コントロールバルブの動作制御装置によれば、バルブスプール８２ａが中立位置を含む所定範囲内に位置していないと判定した場合に、バルブ操作機構８３によってバルブスプール８２ａを中立位置に向かって予め設定された時間が経過するまで移動させる復帰動作を行い、復帰動作を行った後に、復帰動作によって移動する前後のバルブスプール８２ａの位置に基づいて復帰動作を継続する時間を再設定している。

これにより、クレーン装置１０が使用される温度環境や使用時間によって変化するバルブ操作シリンダ８３ａの伸縮動作時の抵抗にかかわらず、復帰動作によってバルブスプール８２ａを正確に中立位置に戻すことができるので、コントロールバルブ８２やバルブ操作機構８３が故障と判断される頻度を低減することができ、クレーン装置１０のクレーン作業時における作業効率を向上させることが可能となる。

また、バルブ操作機構８３は、伸縮動作によってバルブスプール８２ａを移動させる油圧式のバルブ操作シリンダ８３ａを有している。

これにより、アクチュエータ７０を駆動させる作動油によってコントロールバルブ８２を操作することが可能となり、別途、コントロールバルブ８２を操作するための専用の動力を必要としないため、製造コストの低減を図ることが可能となる。

また、再設定した復帰動作を継続する時間が所定時間以上となった状態を報知する。

これにより、コントロールバルブ８２やバルブ操作機構８３の実際の不具合を、設定された復帰動作を継続する時間によって判定することができるので、別途、コントロールバルブ８２やバルブ操作機構８３の故障を検出する機器が不要であり、製造コストの低減を図ることが可能となる。

尚、前記実施形態では、作業機械として車両１に搭載されるクレーン装置１０を示したが、これに限られるものではない。油圧式のアクチュエータに供給する作動油の流れを制御するためのコントロールバルブを備えた作業機械であれば、ラフテレーンクレーン等の移動式クレーンや高所作業車、掘削機であっても本発明を適用することが可能である。

また、前記実施形態では、バルブスプール８２ａを移動させるためのバルブ操作機構８３によってバルブスプール８２ａを中立位置に戻す復帰動作を実行するようにしたものを示したが、これに限られるものではない。復帰動作専用の機構をバルブ操作機構８３とは別に設けてもよい。この場合には、バルブスプール８２ａを操作レバー８５によって直接操作するものであっても、作業者が操作レバー８５を操作していない状態であることを検出することができれば、本発明を適用することが可能である。

また、前記実施形態では、油圧式のバルブ操作シリンダ８３ａの伸縮動作でコントロールバルブ８２のバルブスプール８２ａを移動させるバルブ操作機構を示したが、これに限られるものではない。例えば、電動モータの動力でバルブスプール８２ａを移動させるバルブ操作機構に対して本発明を適用することができる。この場合には、電動モータの動力をバルブスプールに伝達する機構における摺動部の抵抗が変化する場合に有効である。

１０…クレーン装置、５５…起伏シリンダ、７０…アクチュエータ、８０…油圧供給装置、８２…コントロールバルブ、８２ａ…バルブスプール、８２ｂ…スプリング、８３…バルブ操作機構、８３ａ…バルブ操作シリンダ、９０…コントローラ、９１…スプール位置検出器、９３…報知部。

Claims (3)

1. バルブスプールがバルブボディに対する移動範囲の中間部に付勢手段によって保持される位置である中立位置が設けられ、バルブスプールを移動させることにより油圧式のアクチュエータに供給する作動油の流れを制御するコントロールバルブと、コントロールバルブを操作するバルブ操作機構と、バルブボディに対するバルブスプールの位置を検出するスプール位置検出器と、を備えた作業機械用コントロールバルブのスプール動作制御装置であって、
   バルブ操作機構によるバルブスプールの操作を中断した状態において、スプール位置検出器によって検出されたバルブスプールの位置が中立位置を含む所定範囲内であるか否かを判定するスプール位置判定手段と、
   スプール位置判定手段によってバルブスプールが中立位置を含む所定範囲内に位置していないと判定した場合に、バルブ操作機構によってバルブスプールを中立位置が位置する方向に予め設定された時間が経過するまで移動させる復帰動作を行う復帰動作実行手段と、
   復帰動作実行手段によって復帰動作を行った場合に、復帰動作によって移動する前後のバルブスプールの位置に基づいて復帰動作を継続する時間を再設定する復帰動作時間再設定手段と、を備えた
   作業機械用コントロールバルブの動作制御装置。
2. バルブ操作機構は、伸縮動作によってバルブスプールを移動させる油圧式のバルブ操作シリンダを有している
   請求項１に記載の作業機械用コントロールバルブの動作制御装置。
3. 復帰動作時間再設定手段によって再設定した復帰動作を継続する時間が所定時間以上となった状態を報知する報知手段を備えた
   請求項１または２に記載の作業機械用コントロールバルブの動作制御装置。

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