JP6903564B2

JP6903564B2 - 作業車両

Info

Publication number: JP6903564B2
Application number: JP2017246081A
Authority: JP
Inventors: 昌紀奥山; 智弘柴田; 実寛高橋; 洸人稲積
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2021-07-14
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: JP2019112801A

Description

本発明は、複数の動作部を有する作業車両に関する。

バックホー、ホイルローダ等の作業車両においては、複数の油圧ポンプにより供給された作動油により複数の油圧アクチュエータを駆動させることで、複数の動作部を動作させるようにしている。

下記特許文献１には、油圧ショベル等の油圧作業機のポンプ故障警告装置が開示されている。特許文献１の装置は、油圧アクチュエータを駆動する第１及び第２油圧ポンプのうち、例えば第１油圧ポンプの吐出圧のみが低下した場合、第１油圧ポンプに対応した警告を発生させる。特許文献１には、第１及び第２油圧ポンプがともに正常状態である場合は、両者のポンプ吐出圧に大きな差はないことが記載されている。

特開平１１−２００４２３号公報

特許文献１では、正常状態であれば第１及び第２の油圧ポンプの吐出圧が等しいことを前提として、油圧ポンプの故障を検知する。しかしながら、特許文献１の手法は、第１の油圧ポンプを含む油圧回路と第２の油圧ポンプを含む油圧回路とが完全に対称である場合にのみ適用可能であり、複数の油圧ポンプが回路の合流を含む複雑な油圧系を駆動する一般的な作業車両への適用は困難である。油圧ポンプの吐出圧は、例えば、他の油圧ポンプから吐出された作動油との合流部までの流路の長さや抵抗、さらには動作部の動作状態等にも影響を受けるものであり、複数の油圧ポンプの吐出圧が等しい場合に全ての油圧ポンプが正常な状態であるとは限らず、故障を検知できないおそれがある。

そこで、本発明は上記課題に鑑み、複数の油圧ポンプを備える作業車両において、これらの油圧ポンプの異常をより確実に検知することが可能な作業車両を提供することを目的とする。

本発明の作業車両は、複数の動作部を有する作業車両であって、
前記複数の動作部に対応して設けられる複数の油圧アクチュエータと、
前記複数の油圧アクチュエータのうち少なくとも１つの油圧アクチュエータに作動油を供給する複数の油圧ポンプと、
前記複数の油圧ポンプの各吐出圧を検出する複数の検出部と、
前記複数の動作部の組み合わせによる動作状態を判定する動作状態判定部と、
前記動作状態判定部によって判定された動作状態に対応し、且つ予め設定された前記複数の油圧ポンプ間の吐出圧の関係である第１関係と、前記検出部によって検出された前記複数の油圧ポンプの間の吐出圧の関係である第２関係とを比較し、前記第２関係が前記第１関係と異なる場合に、前記複数の油圧ポンプのうち少なくとも１つの油圧ポンプに異常が発生していると判定する異常判定部と、を備えるものである。

本発明は、動作状態に応じた複数の油圧ポンプ間の吐出圧の関係を予め設定しており、実際に検出された複数の油圧ポンプ間の吐出圧の関係がこれと異なる場合に、少なくとも１つの油圧ポンプに異常が発生していると判定する。よって、動作状態によって複数の油圧ポンプの吐出圧の絶対値が各々独立に変化するような場合であっても、油圧ポンプの異常を確実に検知することができる。予め設定しておく複数の油圧ポンプ間の吐出圧の関係は、単純な大小関係であってもよいし、回帰式で表現されるものであってもよい。

本発明において、前記検出部は、前記複数の油圧ポンプの各吐出圧を繰り返し検出し、
前記異常判定部は、前記検出部による検出が行われる毎に前記第１関係と前記第２関係とを比較し、所定回数以上、前記第２関係が前記第１関係と異なる場合に、前記少なくとも１つの油圧ポンプに異常が発生していると判定するものでもよい。

油圧ポンプの異常判定を複数回実施した上で異常が発生したか否かを判断するため、誤判断を防止することができる。

本実施形態に係るバックホーの左側面図である。バックホーの油圧回路図である。ブーム作業時の油圧回路図である。アーム作業時の油圧回路図である。バケット作業時の油圧回路図である。ブーム、アーム、バケット複合作業時の油圧回路図である。走行時の油圧回路図である。ポンプ異常検知システムの構成を示す機能ブロック図である。ポンプ異常検知方法の手順を示すフローチャートである。他の実施形態に係るポンプ異常検知システムの構成を示す機能ブロック図である。他の実施形態に係るポンプ異常検知方法の手順を示すフローチャートである。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

まず、図１を参照しながら、作業車両の一例としてのバックホー１の概略構造について説明する。ただし、作業車両としては、バックホー１に限定されず、ホイルローダ等の他の車両でもよい。バックホー１は、走行装置２と、作業装置３と、旋回装置４とを備える。

走行装置２は、エンジン４２からの動力を受けて駆動し、バックホー１を走行させる。走行装置２は、左右一対のクローラ２１，２１及び左右一対の走行モータ２２，２２を備える。油圧モータである左右の走行モータ２２，２２が左右のクローラ２１，２１をそれぞれ駆動することでバックホー１の前後進を可能としている。また、走行装置２には、ブレード２３、及びブレード２３を上下方向に回動させるためのブレードシリンダ２４が設けられている。クローラ２１，２１及びブレード２３は、それぞれ動作部に相当し、走行モータ２２，２２及びブレードシリンダ２４は、それぞれ油圧アクチュエータに相当する。

作業装置３は、エンジン４２からの動力を受けて駆動し、土砂等の掘削作業を行うものである。作業装置３は、ブーム３１、アーム３２、及びバケット３３を備え、これらを独立して駆動することによって掘削作業を可能としている。ブーム３１、アーム３２、及びバケット３３は、それぞれ動作部に相当する。

ブーム３１は、一端部が旋回装置４の前部に支持されて、伸縮自在に可動するブームシリンダ３１ａによって回動される。また、アーム３２は、一端部がブーム３１の他端部に支持されて、伸縮自在に可動するアームシリンダ３２ａによって回動される。そして、バケット３３は、一端部がアーム３２の他端部に支持されて、伸縮自在に可動するバケットシリンダ３３ａによって回動される。ブームシリンダ３１ａ、アームシリンダ３２ａ、及びバケットシリンダ３３ａは、それぞれ油圧アクチュエータに相当する。

旋回装置４は、作業装置３を旋回させるものである。旋回装置４には、操縦部４１、エンジン４２、旋回台４３、旋回モータ４４等が配置されている。油圧モータである旋回モータ４４が旋回台４３を駆動することによって作業装置３を旋回させる。旋回台４３は動作部に相当し、旋回モータ４４は油圧アクチュエータに相当する。また、旋回装置４には、エンジン４２により駆動される第１ポンプ１１、第２ポンプ１２、第３ポンプ１３（図１に図示していない）が配設される。

操縦部４１には、操縦席４１１が配置されている。操縦席４１１の左右に一対の作業操作レバー４１２，４１２、前方に一対の走行レバー４１３，４１３が配置されている。オペレータは、操縦席４１１に着座して作業操作レバー４１２，４１２、走行レバー４１３，４１３等を操作することによって、エンジン４２、各油圧アクチュエータ等の制御を行い、走行、旋回、作業等の動作を行うことができる。

次に、図２を用いて本実施形態に係る油圧回路１０の構成について説明する。油圧回路１０は、エンジン４２により駆動される第１ポンプ１１、第２ポンプ１２、及び第３ポンプ１３から吐出される作動油が各油圧アクチュエータに供給されて駆動される。

油圧回路１０は、第１ポンプ１１から、第１合流部１０１及び第２合流部１０２を介して右走行モータ２２に、第１合流部１０１を介してバケットシリンダ３３ａに、第１合流部１０１及び第２合流部１０２を介してブームシリンダ３１ａに、それぞれ作動油を供給可能なよう形成されている。

油圧回路１０は、第２ポンプ１２から、第３合流部１０３を介して左走行モータ２２及びアームシリンダ３２ａにそれぞれ作動油を供給可能なよう形成されている。

油圧回路１０は、第３ポンプ１３から、第４合流部１０４を介して旋回モータ４４及びブレードシリンダ２４にそれぞれ作動油を供給可能なよう形成されている。さらに、油圧回路１０は、第３ポンプ１３から、チェックバルブ１０５を介してブームシリンダ３１ａに、チェックバルブ１０６を介してアームシリンダ３２ａに、チェックバルブ１０７を介してバケットシリンダ３３ａにそれぞれ作動油を供給可能なよう形成されている。

図３Ａは、ブーム３１を用いた作業時の油圧回路１０を示している。オペレータが作業操作レバー４１２を操作すると、第１ポンプ１１と第３ポンプ１３から吐出された作動油がブームシリンダ３１ａに供給される。これにより、ブームシリンダ３１ａが伸縮してブーム３１を上下に回動することができる。このとき、第１ポンプ１１（一の油圧ポンプに相当）とブームシリンダ３１ａとに接続されるブーム配管３１ｂ内の作動油に対して、第３ポンプ１３（他の油圧ポンプに相当）から吐出された作動油がチェックバルブ１０５を介して合流している。そのため、ブーム３１のみを用いた作業時には、第３ポンプ１３の吐出圧Ｐ３は、第１ポンプ１１の吐出圧Ｐ１よりも高い。

図３Ｂは、アーム３２を用いた作業時の油圧回路１０を示している。オペレータが作業操作レバー４１２を操作すると、第２ポンプ１２と第３ポンプ１３から吐出された作動油がアームシリンダ３２ａに供給される。これにより、アームシリンダ３２ａが伸縮してアーム３２を上下に回動することができる。このとき、第２ポンプ１２（一の油圧ポンプに相当）とアームシリンダ３２ａとに接続されるアーム配管３２ｂ内の作動油に対して、第３ポンプ１３（他の油圧ポンプに相当）から吐出された作動油がチェックバルブ１０６を介して合流している。そのため、アーム３２のみを用いた作業時には、第３ポンプ１３の吐出圧Ｐ３は、第２ポンプ１２の吐出圧Ｐ２よりも高い。

図３Ｃは、バケット３３を用いた作業時の油圧回路１０を示している。オペレータが作業操作レバー４１２を操作すると、第１ポンプ１１と第３ポンプ１３から吐出された作動油がバケットシリンダ３３ａに供給される。これにより、バケットシリンダ３３ａが伸縮してバケット３３を上下に回動することができる。このとき、第１ポンプ１１（一の油圧ポンプに相当）とバケットシリンダ３３ａとに接続されるバケット配管３３ｂ内の作動油に対して、第３ポンプ１３（他の油圧ポンプに相当）から吐出された作動油がチェックバルブ１０７を介して合流している。そのため、バケット３３のみを用いた作業時には、第３ポンプ１３の吐出圧Ｐ３は、第１ポンプ１１の吐出圧Ｐ１よりも高い。

図３Ｄは、ブーム３１、アーム３２、及びバケット３３を同時に用いた作業時の油圧回路１０を示している。オペレータが作業操作レバー４１２を操作すると、第１ポンプ１１、第２ポンプ１２、及び第３ポンプ１３から吐出された作動油がブームシリンダ３１ａ、アームシリンダ３２ａ、及びバケットシリンダ３３ａに供給される。これにより、ブームシリンダ３１ａ、アームシリンダ３２ａ、及びバケットシリンダ３３ａが伸縮してブーム３１、アーム３２、及びバケット３３を同時に回動することができる。このとき、ブーム配管３１ｂ内の作動油に対して、第３ポンプ１３から吐出された作動油が合流し、アーム配管３２ｂ内の作動油に対して、第３ポンプ１３から吐出された作動油が合流し、バケット配管３３ｂ内の作動油に対して、第３ポンプ１３から吐出された作動油が合流している。そのため、第３ポンプ１３の吐出圧Ｐ３は、第１ポンプ１１の吐出圧Ｐ１と第２ポンプ１２の吐出圧Ｐ２のどちらか圧力の低い方よりも高い。

図３Ｅは、走行時の油圧回路１０を示している。オペレータが走行レバー４１３を操作すると、第１ポンプ１１又は第２ポンプ１２から吐出された作動油が右走行モータ２２又は左走行モータ２２に供給される。これにより、右走行モータ２２と左走行モータ２２の一方または両方が回転してバックホー１を前進、後進、または左右旋回することができる。このとき、第３ポンプ１３から吐出された作動油は、どこにも合流せずタンクに戻るため、第３ポンプ１３の吐出圧Ｐ３は、第１ポンプ１１の吐出圧Ｐ１及び第２ポンプ１２の吐出圧Ｐ２よりも低い。

本実施形態のポンプ異常検知システム５は、上記のような作業車両に設けられるものであり、図４は、ポンプ異常検知システム５の構成を示すブロック図である。ポンプ異常検知システム５は、第１〜第３圧力センサ５１〜５３（複数の検出部に相当）と、動作状態判定部５４と、データ記憶部５５と、異常判定部５６とを備えている。

第１圧力センサ５１は、第１ポンプ１１の吐出圧Ｐ１を検出する。第２圧力センサ５２は、第２ポンプ１２の吐出圧Ｐ２を検出する。第３圧力センサ５３は、第３ポンプ１３の吐出圧Ｐ３を検出する。

動作状態判定部５４は、複数の動作部の組み合わせによる動作状態を判定する。動作状態には、上記のクローラ２１，２１による走行状態、旋回台４３による旋回状態、ブーム３１、アーム３２、及びバケット３３による作業状態が含まれる。動作状態の判定は、作業操作レバー４１２、走行レバー４１３、その他のスイッチ等の操作状態を用いて、動作状態を判定する。例えば、ブーム３１、アーム３２、及びバケット３３を同時もしくは単独で動かしたい場合、その動作内容に応じて、左右一対の作業操作レバー４１２，４１２が左右方向や前後方向に回動操作されるため、作業操作レバー４１２，４１２の操作状態を検出することで、現在の動作状態（作業状態）を判定することができる。また、左右のクローラ２１，２１を駆動させてバックホー１を前後進させたい場合、一対の走行レバー４１３，４１３が前後方向に回動操作されるため、走行レバー４１３，４１３の操作状態を検出することで、現在の動作状態（走行状態）を判定することができる。

データ記憶部５５は、各油圧ポンプが正常に駆動しているとき（正常時）の動作状態に対応し、且つ予め設定された複数の油圧ポンプ間の吐出圧の関係（第１関係ともいう）のデータを記憶している。具体的には、図３Ａのようなブーム３１のみを用いた動作状態であれば、吐出圧Ｐ３＞吐出圧Ｐ１という関係を記憶している。同様に、図３Ｂのようなアーム３２のみを用いた動作状態であれば、吐出圧Ｐ３＞吐出圧Ｐ２という関係、図３Ｃのようなバケット３３のみを用いた動作状態であれば、吐出圧Ｐ３＞吐出圧Ｐ１という関係、図３Ｄのようなブーム３１、アーム３２、及びバケット３３を同時に用いた動作状態であれば、吐出圧Ｐ３＞吐出圧Ｐ１、吐出圧Ｐ２という関係を記憶している。図３Ｄのような動作状態の場合、吐出圧Ｐ１＜吐出圧Ｐ２であれば吐出圧Ｐ３＞吐出圧Ｐ１、吐出圧Ｐ１＞吐出圧Ｐ２であれば吐出圧Ｐ３＞吐出圧Ｐ２というように、吐出圧Ｐ１、吐出圧Ｐ２の大きさに応じた関係を記憶する。図３Ｅのような走行状態であれば、吐出圧Ｐ１＞吐出圧Ｐ３かつ吐出圧Ｐ２＞吐出圧Ｐ３という関係を記憶する。

異常判定部５６は、データ記憶部５５に記憶されている現在の動作状態に対応する第１関係と、第１〜第３圧力センサ５１〜５３によって検出された吐出圧Ｐ１〜Ｐ３の関係である第２関係とを比較する関係比較部５６ａを備える。異常判定部５６は、関係比較部５６ａによる比較で第２関係が第１関係と異なる場合に、第１〜第３ポンプ１１〜１３のうち少なくとも１つの油圧ポンプに異常が発生していると判定する。例えば、ブーム３１、アーム３２、及びバケット３３を同時に用いた動作状態の場合、仮に第３ポンプ１３に異常が発生していると、第３ポンプ１３の吐出圧Ｐ３が、第１ポンプ１１の吐出圧Ｐ１、第２ポンプ１２の吐出圧Ｐ２よりも低く、ブーム配管３１ｂ内の作動油、アーム配管３２ｂ内の作動油、及びバケット配管３３ｂ内の作動油に対して、第３ポンプ１３から吐出された作動油が合流できない。すなわち、仮に第３ポンプ１３に異常が発生しているとすると、第１〜第３圧力センサ５１〜５３によって検出された吐出圧Ｐ１〜Ｐ３の関係は、吐出圧Ｐ３＜吐出圧Ｐ１、吐出圧Ｐ２という関係（第２関係）となる。よって、異常判定部５６は、正常時の第１関係（吐出圧Ｐ３＞吐出圧Ｐ１、又は吐出圧Ｐ３＞吐出圧Ｐ２）と、第１〜第３圧力センサ５１〜５３によって検出された第２関係（吐出圧Ｐ３＜吐出圧Ｐ１、及び吐出圧Ｐ３＜吐出圧Ｐ２）とを比較したとき、第２関係が第１関係と異なるため、第３ポンプ１３に異常が発生していると判定することができる。

次に、上記のポンプ異常検知システム５を用いたポンプ異常検知方法について説明する。図５は、ポンプ異常検知方法の手順を示すフローチャートである。

ポンプ異常検知方法は、まず、第１圧力センサ５１によって第１ポンプ１１の吐出圧Ｐ１を検出し、第２圧力センサ５２によって第２ポンプ１２の吐出圧Ｐ２を検出し、第３圧力センサ５３によって第３ポンプ１３の吐出圧Ｐ３を検出する（ステップＳ１）。

次いで、作業操作レバー４１２、走行レバー４１３、その他のスイッチ等の操作状態を用いて、現在の動作状態を判定する（ステップＳ２）。

次いで、現在の動作状態に対応する正常時の吐出圧Ｐ１〜Ｐ３の関係である第１関係のデータをデータ記憶部５５から取得する（ステップＳ３）。

次いで、第１関係と、第１〜第３圧力センサ５１〜５３によって検出された第１〜第３ポンプ１１〜１３の間の吐出圧Ｐ１〜Ｐ３の関係である第２関係とを比較し、第２関係が第１関係と異なるか否かを判断する（ステップＳ４）。

第２関係が第１関係と異なる場合、第１〜第３ポンプ１１〜１３のうち少なくとも１つの油圧ポンプに異常が発生していると判定する（ステップＳ５）。一方、第２関係が第１関係と同じ場合、ステップＳ１に戻り、吐出圧Ｐ１〜Ｐ３を再度検出する。

［他の実施形態］
上記実施形態では、第１〜第３圧力センサ５１〜５３による検出が行われる毎に、第１〜第３ポンプ１１〜１３の異常を判定している。しかしながら、第１〜第３圧力センサ５１〜５３は、第１〜第３ポンプ１１〜１３の吐出圧Ｐ１〜Ｐ３を繰り返し検出し、異常判定部５６は、第１〜第３圧力センサ５１〜５３による検出が行われる毎に第１関係と第２関係とを比較し、所定回数以上（２回以上）、第２関係が第１関係と異なる場合に、少なくとも１つの油圧ポンプに異常が発生していると判定するようにしてもよい。

図６は、他の実施形態に係るポンプ異常検知システム５の構成を示すブロック図である。この実施形態では、図６に示すように、異常判定部５６は、異常度計算部５６ｂをさらに備える。

図７は、他の実施形態に係るポンプ異常検知方法の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１〜ステップＳ４は、前述の実施形態と同じである。異常度計算部５６ｂは、関係比較部５６ａによる比較で第２関係が第１関係と異なる場合に、異常度カウント値を＋１増加させる（ステップＳ６）。ここで、異常度カウント値とは、第２関係が第１関係と異なった回数である。一方、関係比較部５６ａによる比較で第２関係が第１関係と同じ場合、ステップＳ１に戻り、吐出圧Ｐ１〜Ｐ３を再度検出する。

異常判定部５６は、異常度カウント値が所定回数以上か否かを判断する（ステップＳ７）。異常度カウント値が所定回数以上の場合、第１〜第３ポンプ１１〜１３のうち少なくとも１つの油圧ポンプに異常が発生していると判定する（ステップＳ８）。一方、異常度カウント値が所定回数より少ない場合、ステップＳ１に戻り、吐出圧Ｐ１〜Ｐ３を再度検出する。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１バックホー
３作業装置
５ポンプ異常検知システム
３１ブーム
３１ａブームシリンダ
３２アーム
３２ａアームシリンダ
３３バケット
３３ａバケットシリンダ
４２エンジン
５１第１圧力センサ
５２第２圧力センサ
５３第３圧力センサ
５４動作状態判定部
５６異常判定部
５６ａ関係比較部
５６ｂ異常度計算部

Claims

複数の動作部を有する作業車両であって、
前記複数の動作部に対応して設けられる複数の油圧アクチュエータと、
前記複数の油圧アクチュエータのうち少なくとも１つの油圧アクチュエータに作動油を供給する複数の油圧ポンプと、
前記複数の油圧ポンプの各吐出圧を検出する複数の検出部と、
前記複数の動作部の組み合わせによる複数の動作状態のいずれであるかを判定する動作状態判定部と、
予め設定された前記複数の油圧ポンプ間の吐出圧の関係である第１関係を、前記複数の動作状態のそれぞれについて記憶する記憶部と、
前記動作状態判定部によって判定された動作状態に対応した前記第１関係と、前記検出部によって検出された前記複数の油圧ポンプの間の吐出圧の関係である第２関係とを比較し、前記第２関係が前記第１関係と異なる場合に、前記複数の油圧ポンプのうち少なくとも１つの油圧ポンプに異常が発生していると判定する異常判定部と、を備える、作業車両。
前記検出部は、前記複数の油圧ポンプの各吐出圧を繰り返し検出し、
前記異常判定部は、前記検出部による検出が行われる毎に前記第１関係と前記第２関係とを比較し、所定回数以上、前記第２関係が前記第１関係と異なる場合に、前記少なくとも１つの油圧ポンプに異常が発生していると判定する、請求項１に記載の作業車両。
前記動作状態判定部によって判定された動作状態が、前記複数の油圧ポンプのうちの一の油圧ポンプと前記１つの油圧アクチュエータとに接続される配管の作動油に、前記一の油圧ポンプと異なる他の油圧ポンプから吐出された作動油をチェックバルブを介して合流させて前記１つの油圧アクチュエータに作動油を供給する動作状態であり、
この動作状態に対応する前記第１関係は、前記他の油圧ポンプの吐出圧が前記一の油圧ポンプの吐出圧よりも高い関係である、請求項１又は２に記載の作業車両。