JP7187399B2 - 作業機の油圧システム及び作業機の油圧システムの制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、上記したような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、リーク量を低減することができる作業機の油圧システム及び作業機の油圧システムの制御方法を提供することを目的とする。
作業機の油圧システムは、ブームを上昇又は下降させるブームシリンダと、前記ブームに装着された作業具を作動させる作業具シリンダと、前記ブームシリンダを制御するブーム制御弁と、前記作業具シリンダを制御する作業具制御弁と、前記作業具の水平動作を行う作動位置と、前記水平動作を停止する停止位置とに切り換え可能な水平制御弁と、前記水平制御弁における水平動作の許可又は不許可を取得する第1情報取得部と、少なくとも前記ブームの上昇の操作及び動作のいずれかを取得する第2情報取得部と、前記第1情報取得部が前記不許可を取得し且つ前記第2情報取得部が前記ブームの上昇の操作及び動作のいずれかを取得した場合に前記水平制御弁を前記停止位置に切り換える水平制御部と、を有している制御装置と、を備えている。
前記水平制御部は、前記水平動作が不許可である状態で前記第2情報取得部が前記ブームの上昇の操作及び動作のいずれかを取得しない場合に、前記作動位置に保持する。
前記水平制御部は、前記水平動作が許可である状態では、前記ブームの操作及び動作に関係なく前記水平制御弁を前記作動位置にする。
前記水平制御部は、前記水平動作が許可に保持された状態で、前記第1情報取得部が前記不許可を取得しなかった場合、及び/又は、前記第2情報取得部が前記ブームの上昇の操作及び動作のいずれかを取得しなかった場合、前記水平制御弁の前記作動位置の保持を継続する。
作業機の油圧システムの制御方法は、前記ブームの上昇の操作及び動作のいずれかを取得して前記水平制御弁を前記作動位置から停止位置に切り換えた後、前記ブームの上昇の操作及び動作のいずれかの取得が無くなった場合に、前記停止位置から作動位置に切り換えるステップを備えている。
[第1実施形態]
まず、作業機から説明する。
図8は、本発明に係る作業機1の側面図を示している。図8では、作業機1の一例として、スキッドステアローダを示している。但し、本発明に係る作業機1はスキッドステローダに限定されず、例えば、コンパクトトラックローダ等の他の種類のローダ作業機であってもよい。また、ローダ作業機以外の作業機であってもよい。
機体2上にはキャビン3が搭載されている。キャビン3内の後部には運転席8が設けら
れている。本発明の実施形態において、作業機1の運転席8に着座した運転者の前側(図8の左側)を前方、運転者の後側(図8の右側)を後方、運転者の左側(図8の手前側)を左方、運転者の右側(図8の奥側)を右方として説明する。また、前後の方向に直交する方向である水平方向を機体幅方向として説明する。機体2の中央部から右部或いは左部へ向かう方向を機体外方として説明する。言い換えれば、機体外方とは、機体幅方向であって、機体2から離れる方向である。機体外方とは反対の方向を、機体内方として説明する。言い換えれば、機体内方とは、機体幅方向であって、機体2に近づく方向である。
作業装置4は、ブーム10と、バケット11と、リフトリンク12、制御リンク13と、ブームシリンダ14と、作業具シリンダ17とを有する。ブーム10は、機体2の側方に設けられている。バケット11は、ブーム10の先端(前端)に設けられている。リフトリンク12及び制御リンク13は、ブーム10の基部(後部)を支持する。ブームシリンダ14は、ブーム10を上又は下に駆動する。
次に、スキッドステアローダ1に設けられた作業系油圧回路(作業系油圧システム)について説明する。
第1油圧ポンプP1は、原動機7の動力によって作動するポンプであって、定容量型のギヤポンプによって構成されている。第1油圧ポンプP1は、タンク(作動油タンク)15に貯留された作動油を吐出可能である。第2油圧ポンプP2は、原動機7の動力によって作動するポンプであって、定容量型のギヤポンプによって構成されている。第2油圧ポンプP2は、タンク(作動油タンク)15に貯留された作動油を吐出可能である。なお、第2油圧ポンプP2は、油圧システムにおいて、信号用の作動油、制御用の作動油を吐出
する。信号用の作動油及び制御用の作動油のことをパイロット油という。
ブーム制御弁20Aは、ブーム10を作動するブームシリンダ14を制御する弁である。ブーム制御弁20Aは、直動スプール形3位置切換弁である。ブーム制御弁20Aは、中立位置20a3、中立位置20a3とは異なる第1位置20a1、中立位置20a3及び第1位置20a1とは異なる第2位置20a2に切り換わる。ブーム制御弁20Aにおいて、中立位置20a3、第1位置20a1及び第2位置20a2の切換は、操作部材105の操作によりスプールを動かすことによって行う。なお、ブーム制御弁20Aの切換は、操作部材105を手動操作することによってスプールを直接移動させることにより行っているが、スプールを油圧操作(パイロットバルブによる油圧操作、比例弁による油圧操作)で移動させてもよいし、電気操作(ソレノイドを励磁することによる電気操作)で移動させてもよいし、その他の方法で移動させてもよい。
詳しくは、ブームシリンダ14は、筒体14aと、筒体14a内に軸方向移動自在に設けられたピストン14cと、ピストン14cに連結されたロッド14bとを備えている。ピストン14cは、筒体(シリンダチューブ)14aの内部を第1油室14fと第2油室14gとに区画している。第1油室14fは、筒体14aのボトム側(ロッド14b側とは反対側)の油室である。第2油室14gは、筒体14aのロッド側の油室である。筒体14aの基端部(ロッド14b側とは反対側)には、作動油を給排するポートであって第1油室14fに連通する第1ポート14dが設けられている。筒体14aの先端(ロッド14b側)には、作動油を給排するポートであって第2油室14gに連通する第2ポート14eが設けられている。
したがって、ブーム制御弁20Aを第1位置20a1にすれば、第1供給路21aからブームシリンダ14の第1ポート14d(第1油室14f)に作動油を供給することができると共に、ブームシリンダ14の第2ポート14e(第2油室14g)から第2供給路21bに作動油を排出することができる。これによって、ブームシリンダ14は伸長し、ブーム10は上昇する。ブーム制御弁20Aを第2位置20a2にすれば、第2供給路21bからブームシリンダ14の第2ポート14e(第2油室14g)に作動油を供給することができると共に、ブームシリンダ14の第1ポート14d(第1油室14f)から第1供給路21aに作動油を排出することができる。これによって、ブームシリンダ14は収縮し、ブーム10は下降する。
作業具制御弁20Bは、バケット11を作動する油圧アクチュエータ(作業具シリンダ)17を制御する弁である。作業具制御弁20Bは、直動スプール形3位置切換弁である。作業具制御弁20Bは、中立位置20b3、中立位置20b3とは異なる第1位置20b1、中立位置20b3及び第1位置20b1とは異なる第2位置20b2に切り換わる。作業具制御弁20Bにおいて、中立位置20b3、第1位置20b1及び第2位置20b2の切換は、操作部材の操作によりスプールを動かすことによって行う。なお、作業具制御弁20Bの切換は、操作部材を手動操作することによってスプールを直接移動させる
ことにより行っているが、スプールを油圧操作(パイロットバルブによる油圧操作、比例弁による油圧操作)で移動させてもよいし、電気操作(ソレノイドを励磁することによる電気操作)で移動させてもよいし、その他の方法で移動させてもよい。
したがって、作業具制御弁20Bを第1位置20b1にすれば、第1供給路22aから作業具シリンダ17の第2ポート17e(第2油室17g)に作動油を供給することができると共に、作業具シリンダ17の第1ポート17d(第1油室17f)から第2供給路22bに作動油を排出することができる。これによって、作業具シリンダ17は収縮し、バケット11はスクイ動作する。ブーム制御弁20Aを第2位置20a2にすれば、第2供給路22bから作業具シリンダ17の第1ポート17d(第1油室17f)に作動油を供給することができると共に、作業具シリンダ17の第2ポート17e(第2油室17g)から第1供給路22aに作動油を排出することができる。これによって、作業具シリンダ17は伸長し、ダンプ動作する。
水平制御弁41は、作業具シリンダ17の水平動作(その他の動作)を行う水平制御弁である。水平制御弁41は、切換弁43と、第1制御弁44と、第2制御弁45とを有している。
ブーム検出装置が角度検出センサである場合、機体2とブーム10の基部との開き角度(ブーム10の角度)が徐々に大きくなるときは、ブーム10の上昇の動作を検出する。ブーム検出装置が角度検出センサは、開き角度(ブーム10の角度)が徐々に小さくなるときは、ブーム10の下降の動作が行われたことを検出してもよい。
図7に示すように、ブーム検出装置が圧力センサである場合、操作部材105の操作に応じて作動油の圧力(パイロット圧)を変化させる操作弁107Aとブーム制御弁20Aの受圧部25とを接続する油路108Aの圧力の変化によってブーム10の上昇の操作を検出したり、第1供給路21aの圧力変化によってブーム10の上昇の操作を検出する。なお、ブーム検出装置が圧力センサである場合、操作部材105の操作に応じて作動油の圧力(パイロット圧)を変化させる操作弁107Bとブーム制御弁20Aの受圧部26とを接続する油路108Bの圧力の変化によってブーム10の下降の操作を検出したり、第2供給路21bの圧力変化によってブーム10の下降の操作が行われたことを検出してもよい。なお、圧力センサは、ブーム制御弁20Aのスプールが作動したときの圧力を検出してブーム10の上昇又は下降の操作を検出してもよい。
第1情報取得部111は、水平制御弁における水平動作の許可又は不許可を取得する。第1情報取得部111は、例えば、第1切換スイッチ101がONである信号が制御装置42に入力された場合、水平動作の許可を取得し、第1切換スイッチ101がOFFである信号が制御装置42に入力された場合、水平動作の不許可を取得する。第2情報取得部112は、少なくともブーム10の上昇に関する情報(上昇の操作、上昇の動作)を取得可能である。なお、第2情報取得部112は、ブーム10の下降に関する情報(下降の操作、下降の動作)を取得可能であってもよい。
水平制御部114は、第1情報取得部111が取得した情報(水平動作の許可、不許可)と、第2情報取得部112が取得した情報(ブーム10の上昇、下降)に基づいて、水平制御弁41を制御する。
つまり、水平制御部114は、水平動作が許可された状態で、第1情報取得部111が不許可を取得し且つ第2情報取得部112がブーム10の上昇に関する情報(上昇の操作、上昇の動作)を取得した場合に、水平制御弁41を作動位置43bから停止位置43aに切り換える。一方、水平制御部114は、水平動作が許可された状態で、第1情報取得部111が水平動作の不許可を取得しなかった場合、又は、第2情報取得部112がブーム10の上昇を取得しなかった場合、水平制御弁41の作動位置43bの保持を継続する。
図2に示すように、作業機の油圧システムの制御方法では、まず、始動スイッチ100がON位置すると、制御装置42は原動機7を始動する(S1)。また、制御装置42は、水平制御弁41の切換弁43のソレノイドを励磁して作動位置43bに保持する(S2)。水平制御部114は、切換弁43が作動位置43bに保持された状態で、第1情報取得部111により、水平制御弁41の水平動作の許可又は不許可を取得する(S3)。また、水平制御部114は、第2情報取得部112により、ブーム10の操作及び動作のいずれかを取得する(S4)。水平制御部114は、水平動作が不許可であるか否かを判断する(S5)。水平制御部114は、水平動作が不許可である場合(S5,Yes)、水平制御部114は、少なくともブーム10に対して上昇の操作が行われたか、又は、ブーム10が上昇の動作を行ったかのいずれかを判断する(S6)。言い換えれば、水平制御部114は、ブーム10の上昇に関する情報(上昇の操作、上昇の動作)が得られたかを判断する。
以上によれば、水平制御弁41の水平動作が不許可であり(S5、Yes)、且つ、ブームの上昇の操作及び動作のいずれかが得られた場合(S6、Yes)、水平制御弁41は停止位置43aに切り換えられる(S7)。
また、第2情報取得部112がブーム10の上昇の操作及び動作のいずれかを取得して、水平制御弁41を作動位置43bから停止位置43aに切り換えた後(S2~S7)、第2情報取得部112がブーム10の上昇の操作及び動作のいずれかの取得が無くなった場合(S8、No)に、水平制御弁41を停止位置43aから作動位置43bに切り換え
る(S2)。
作業機の油圧システムは、ブーム10を上昇又は下降させるブームシリンダ14と、ブーム10に装着された作業具を作動させる作業具シリンダ17と、ブームシリンダ14を制御するブーム制御弁20Aと、作業具シリンダ17を制御する作業具制御弁20Bと、作業具制御弁20Bの水平動作を行う作動位置43bと、水平動作を停止する停止位置43aとに切り換え可能な水平制御弁41と、水平制御弁41における水平動作の許可又は不許可を取得する第1情報取得部111と、少なくともブームの上昇の操作及び動作のいずれかを取得する第2情報取得部112と、第1情報取得部111が不許可を取得し且つブーム10の上昇の操作及び動作のいずれかを取得した場合に水平制御弁41を停止位置43aに切り換える水平制御部114と、を有している制御装置42と、を備えている。
作業機の油圧システムの制御方法は、水平動作が不許可である状態でブーム10の上昇の操作及び動作のいずれかを取得しない場合に、作動位置43bに保持するステップを有している。
これによれば、水平動作が不許可になっていて且つブーム10を上昇させたときのみ、水平動作を停止することができる。即ち、水平動作が不許可且つブーム10を上昇させるとき以外は、ブーム制御弁20A及び水平制御弁41の両方にブームシリンダ14に作用する作動油の圧力が付与されなくなるため、リーク量を抑えることができる。特に、ブーム10をジャッキアップしているときのリーク量を低減することができる。
水平制御部114は、水平動作が許可された状態で、第1情報取得部111が不許可を取得しなかった場合、又は、第2情報取得部112がブーム10の上昇を取得しなかった
場合、水平制御弁41の作動位置43bの保持を継続する。これによれば、水平動作が不許可でない場合は水平制御弁41によって安定的に水平動作をさせることができる。
図3は、第2実施形態における作業機の油圧システムを示している。第2実施形態では、第1実施形態と異なる構成について説明し、第1実施形態と同じ構成は説明を省略する。
図3に示すように、作業機の油圧システムは、ライドコントロール装置52を備えている。ライドコントロール装置52は、作業機1のライドコントロールを行う装置である。ライドコントロールは、ブームシリンダ14の圧力変動を抑制することで作業機1の走行振動を抑制する(機体2の制振動作を行う)技術である。より具体的に説明すると、作業機1が走行することによってバケット11が上下に振動するとブームシリンダ14の第1油室14f(ボトム側の油室)に圧力変動が生じる。この第1油室14fの圧力変動をライドコントロール装置52が抑制(後述のアキュムレータ53が吸収)することによって作業機1の走行振動を抑制する。
アキュムレータ53は、ブームシリンダ14の第1油室14fの圧力変動を吸収する蓄圧装置である。
ライドコントロール弁54は、ライドコントロール装置52の動作を停止させる状態である停止状態(ライドコントロールを行わない状態)と、ライドコントロール装置52を作動させる状態である作動状態(ライドコントロールを行う状態)とに変更する切換弁である。ライドコントロール弁54は、ライドコントロール装置52を停止状態にする停止位置54aと、ライドコントロール装置52を作動状態にする作動位置54bとに切換可能な二位置切換弁である。また、ライドコントロール弁54は、本実施形態では、バネによって停止位置54aに切り換えられ、ソレノイド54cを励磁することで作動位置54bに切り換えられる電磁切換弁である。また、ライドコントロール弁54は、第1ポート54d、第2ポート54e、第3ポート54f、第4ポート54gを有する4ポート切換弁である。
アキュムレータ53との連通が遮断される。これによって、アキュムレータ53による第1油室14fの圧力変動の吸収が行われないので、ライドコントロール装置52による制振動作(ライドコントロール)は行われない。
また、作動位置54bでは、第1ポートと54dと第3ポート54fとが連通する。これにより、ブームシリンダ14(第1油室14f)とアキュムレータ53とが連通する。また、作動位置54bでは、第2ポート54eと第4ポート54gとが連通する。これにより、油路(第3油路)56dとタンク15とが連通する。
また、水平制御部114は、水平制御弁41が停止位置43aに保持された状態で、第1情報取得部111が許可を取得し且つ第2情報取得部112がブーム10の上昇を取得した場合に、水平制御弁41を停止位置43aから作動位置43bに切り換える。
図4は、制御装置42(水平制御部114)における水平制御の流れを示した図である。
イドコントロール装置52を備え、制御装置42は、ライドコントロール装置52における制振動作の許可又は不許可を取得する第3情報取得部113を有し、水平制御部114は、第3情報取得部113が制振動作の許可を取得した場合、水平制御弁41を停止位置43aに保持し、第3情報取得部113が制振動作の不許可を取得した場合、水平制御弁41を作動位置43bに保持する。これによれば、制振動作を行わない場合には、確実に水平制御弁41を作動位置43bに保持することができる。
図5に示すように、水平制御弁41は、切換弁43と、第1制御弁44と、第2制御弁45とを備えている。切換弁43は、停止位置43aと、作動位置43bとに切り換え可能である。切換弁43は、第1作動弁61と、第2作動弁62とを含んでいる。第1作動弁61は、受圧部63aに作用したパイロット圧と当該受圧部63aと反対側の受圧部63bとが同圧になると作動位置43bに切り換わり、受圧部63bの圧力が受圧部63aよりも高くなると、停止位置43aに切り換わる。
第2作動弁62の切換は、制御装置42が行う。第1作動弁61と第2作動弁62との間には、切換アクチュエータ68が油路65、66を介して接続されている。油路65は、第2作動弁62の受圧部63a、油圧シリンダ等の切換アクチュエータ68及び第2作動弁62を接続しており、中途部には逆止弁69が接続されている。油路66は、切換アクチュエータ68と第2作動弁62とを接続している。
図6Aに示すように、ライドコントロール弁54の第2ポート54e及び第3ポート54f、第4ポート54gは油路に接続されておらず、作動位置54bである場合に、第1ポート54dと第3ポート54fとが連通する。切換弁43は、停止位置43aである場合に排出油路43eに連通する排出ポート43dを含んでいる。排出ポート43dは、切換弁43の内部に設けられた油路(内部油路)43fに接続されている。油路43fは、第2供給路21bにおいて、切換弁43を通過してブームシリンダ14の第2ポート14eに連通する区間21b1に接続されている。また、油路43fには絞り部43gが設けられている。
作業機の油圧システムは、ブーム10を上昇又は下降させるブームシリンダ14と、ブーム10に装着された作業具を作動させる作業具シリンダ17と、ブームシリンダ14を制御するブーム制御弁20Aと、作業具シリンダ17を制御する作業具制御弁20Bと、作業具の水平動作を行う作動位置43bと、水平動作を停止する停止位置43aとに切り換え可能な水平制御弁41と、ブームシリンダ14の圧力変動を抑制する制振動作を行うライドコントロール装置52と、を備え、制振動作の許可されている場合、水平制御弁41を停止位置43aに保持し、制振動作が不許可である場合、水平制御弁41を作動位置に保持する。
水平制御弁41が停止位置43aに保持された状態で、水平動作の許可が行われていない場合、又は、ブーム10を上昇させない場合に、水平制御弁41は停止位置43aに保持可能である。
上述した実施形態では、作動油の排出は、作動油タンクにしていたが、その他の場所であってもよい。即ち、作動油を排出するための油路は、作動油タンク以外に接続されていてもよく、例えば、油圧ポンプの吸込部(作動油を吸い込む部分)に接続してもよいし、その他の個所に接続してもよい。
10 ブーム
14 ブームシリンダ
17 作業具シリンダ
20A ブーム制御弁
20B 作業具制御弁
42 制御装置
43 水平制御弁
43a 停止位置
43b 作動位置
54 ライドコントロール装置
100 始動スイッチ
111 第1情報取得部
112 第2情報取得部
113 第3情報取得部
114 水平制御部
Claims (11)
- ブームを上昇又は下降させるブームシリンダと、
前記ブームに装着された作業具を作動させる作業具シリンダと、
前記ブームシリンダを制御するブーム制御弁と、
前記作業具シリンダを制御する作業具制御弁と、
前記作業具の水平動作を行う作動位置と、前記水平動作を停止する停止位置とに切り換え可能な水平制御弁と、
前記水平制御弁における水平動作の許可又は不許可を取得する第1情報取得部と、少なくとも前記ブームの上昇の操作及び動作のいずれかを取得する第2情報取得部と、前記第1情報取得部が前記不許可を取得し且つ前記第2情報取得部が前記ブームの上昇の操作及び動作のいずれかを取得した場合に前記水平制御弁を前記停止位置に切り換える水平制御部と、を有している制御装置と、
を備えている作業機の油圧システム。 - 少なくとも前記制御装置の起動を指令する始動スイッチを備え、
前記水平制御部は、前記始動スイッチによって前記起動の指令が行われた場合、前記水平制御弁を前記作動位置に保持する請求項1に記載の作業機の油圧システム。 - 前記水平制御部は、前記水平動作が不許可である状態で前記第2情報取得部が前記ブームの上昇の操作及び動作のいずれかを取得しない場合に、前記作動位置に保持する請求項1又は2に記載の作業機の油圧システム。
- 前記水平制御部は、前記第2情報取得部が前記ブームの上昇の操作及び動作のいずれかを取得して前記水平制御弁を前記作動位置から停止位置に切り換えた後、前記第2情報取得部が前記ブームの上昇の操作及び動作のいずれかの取得が無くなった場合に、前記停止位置から作動位置に切り換える請求項1~3のいずれかに記載の作業機の油圧システム。
- 前記水平制御部は、前記水平動作が許可である状態では、前記ブームの操作及び動作に関係なく前記水平制御弁を前記作動位置にする請求項1~4のいずれかに記載の作業機の油圧システム。
- 前記水平制御部は、前記水平動作が許可である状態で、前記第1情報取得部が前記不許可を取得し且つ前記第2情報取得部が前記ブームの上昇の操作及び動作のいずれかを取得した場合に、前記水平制御弁を前記作動位置から前記停止位置に切り換える請求項1~5のいずれかに記載の作業機の油圧システム。
- 前記水平制御部は、前記水平動作が許可に保持された状態で、前記第1情報取得部が前記不許可を取得しなかった場合、及び/又は、前記第2情報取得部が前記ブームの上昇の操作及び動作のいずれかを取得しなかった場合、前記水平制御弁の前記作動位置の保持を継続する請求項1~6のいずれかに記載の作業機の油圧システム。
- 前記ブームシリンダの圧力変動を抑制する制振動作を行うライドコントロール装置を備え、
前記制御装置は、前記ライドコントロール装置における制振動作の許可又は不許可を取得する第3情報取得部を有し、
前記水平制御部は、前記第3情報取得部が前記制振動作の許可を取得した場合、前記水平制御弁を前記停止位置に保持し、前記第3情報取得部が前記制振動作の不許可を取得した場合、前記水平制御弁を前記作動位置に保持する請求項1~7のいずれかに記載の作業機の油圧システム。 - ブームを上昇又は下降させるブームシリンダと、前記ブームに装着された作業具を作動させる作業具シリンダと、前記ブームシリンダを制御するブーム制御弁と、前記作業具シリンダを制御する作業具制御弁と、前記作業具の水平動作を行う作動位置と前記水平動作を停止する停止位置とに切り換え可能な水平制御弁と、前記水平制御弁を制御する制御装置とを備えた作業機の油圧システムの制御方法であって、
前記制御装置は、
前記水平制御弁における水平動作の許可又は不許可を取得するステップと、
前記水平動作が不許可であり、且つ前記ブームの上昇の操作及び動作のいずれかを取得した場合に前記水平制御弁を前記停止位置に切り換えるステップと、
を含んでいる作業機の油圧システムの制御方法。 - 前記水平動作が不許可である状態で前記ブームの上昇の操作及び動作のいずれかを取得しない場合に、作動位置に保持するステップを有している請求項9に記載の作業機の油圧システムの制御方法。
- 前記ブームの上昇の操作及び動作のいずれかを取得して前記水平制御弁を前記作動位置から停止位置に切り換えた後、前記ブームの上昇の操作及び動作のいずれかの取得が無くなった場合に、前記停止位置から作動位置に切り換えるステップを備えている請求項9に記載の作業機の油圧システムの制御方法。
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