JP7434106B2 - 作業機 - Google Patents
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Description
特許文献1に開示された作業機は、ファンを回転させるファンモータを備えている。
本発明は、前記問題点に鑑み、ファンモータと、ファンモータに供給される作動油の流量を調節する流量調節弁とを搭載した作業機において、油圧回路内の圧力損失を低減させることを目的とする。
また、前記排出ポートと作動油を貯留するタンクとを連通する流路に設けられた油圧フィルタを備え、前記油圧フィルタは、前記ファン駆動装置の前方且つ前記油圧ポンプよりも後方に配置され、前記ファン回転制御装置は、前記油圧フィルタよりも前方且つ前記油圧ポンプの上方側に配置されている。
また、前記ファン駆動装置は、前記モータハウジングに収容され且つ前記ファンモータに導入する作動油の向きを切り換える方向切換弁を有する。
図4は、本発明に係る作業機1の側面図を示している。図4では、作業機1の一例として、コンパクトトラックローダを示している。但し、本発明に係る作業機1はコンパクトトラックローダに限定されず、例えば、スキッドステア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。
キャビン3は、機体2に搭載されている。このキャビン3の室内にはオペレータが着座する運転席8が設けられている。作業装置4は機体2に装着されている。一対の走行装置5は、機体2の外側に設けられている。機体2内の後部には、原動機6が搭載されている。
ブーム10は、キャビン3の右側及び左側に上下揺動自在に設けられている。作業具11は、例えば、バケットであって、当該バケット11は、ブーム10の先端部(前端部)に上下揺動自在に設けられている。リフトリンク12及び制御リンク13は、ブーム10が上下揺動自在となるように、ブーム10の基部(後部)を支持している。ブームシリンダ14は、伸縮することによりブーム10を昇降させる。バケットシリンダ15は、伸縮することによりバケット11を揺動させる。
リフトリンク12、制御リンク13及びブームシリンダ14は、左側と右側の各ブーム10に対応して機体2の左側と右側にそれぞれ設けられている。
リフトリンク12は、各ブーム10の基部の後部に、縦向きに設けられている。このリフトリンク12の上部(一端側)は、各ブーム10の基部の後部寄りに枢支軸16(第1枢支軸)を介して横軸(機体幅方向に延伸する軸心)回りに回転自在に枢支されている。また、リフトリンク12の下部(他端側)は、機体2の後部寄りに枢支軸17(第2枢支軸)を介して横軸回りに回転自在に枢支されている。第2枢支軸17は、第1枢支軸16の下方に設けられている。
左側のブーム10の前部には、接続部材50が設けられている。接続部材50は、予備アタッチメントに装備された油圧機器と、ブーム10に設けられたパイプ等の管材とを接続する装置である。接続部材50は、油圧カプラ50aと、油圧カプラ50aをブーム10に支持する支持部材(取付ステー)50bとで構成されている。
一対の走行装置5は、油圧駆動型の装置であって、油圧モータで構成される走行モータM1で駆動される。一対の走行装置5のうち、一方の走行装置5は機体2の左側に設けられ、他方の走行装置5は機体2の右側に設けられている。一対の走行装置5は、本実施形態ではクローラ型(セミクローラ型を含む)の走行装置が採用されている。なお、前輪及び後輪を有する車輪型の走行装置を採用してもよい。
図1は、作業機1に搭載された油圧制御システムH1を示している。
油圧制御システムH1は、図1に示すように、第1ポンプP1(第1油圧ポンプ)と、第2ポンプP2(第2油圧ポンプ)とを備えている。第1ポンプP1及び第2ポンプP2は、エンジン6の動力によって駆動される定容量型のギヤポンプであって、作動油を貯留したタンクT1から作動油を吸い込んで吐出する油圧ポンプである。第1ポンプP1は、油圧アクチュエータを駆動する作動油を吐出する油圧ポンプである。第1ポンプP1から吐出される作動油によって駆動される油圧アクチュエータは、例えば、作業装置4のブームシリンダ14及びバケットシリンダ15や、走行装置5の走行モータM1や、バケット11の代わりに装着されるアタッチメントに装備される油圧アクチュエータ等である。第2ポンプP2から吐出される作動油は、信号用や制御用の作動油(パイロット油)を供給するために使用される。
図1に示すように、第2ポンプP2の吐出ポートには、当該第2ポンプP2から吐出した作動油が流れる油路である吐出油路81が接続されている。吐出油路81の下流側には、冷却装置82が設けられている。冷却装置82は、冷却対象83を冷却する装置である。冷却対象83は、例えば、エンジン6を冷却する冷却水を冷却するラジエータ24、エアコン(エア・コンディショナ)の冷媒を凝縮するコンデンサ27、油圧機器を作動する作動油を冷却する図示省略のオイルクーラを含む。
図1に示すように、第1ファン装置25は、第2ポンプP2から吐出した作動油(油圧)により駆動される油圧ファンである。第1ファン装置25は、冷却対象83の一方面側X1(ラジエータ24の一方面側X1)に配置されている。ラジエータ24の他方面側X2(第1ファン装置25の配置側とは反対側)にコンデンサ27が配置されている。
第1ファン25Aは、中心ボス部の外周に放射状に設けられた複数の羽根を有し、回転することで気流を発生させる。第1ファン25Aは、冷却対象83(ラジエータ24)の一方面側X1に配置されている。第1ファン25Aは、ファンモータ85の出力軸85Aに連結され、ファンモータ85が回転駆動されることで回転する。第1ファン25Aは、ファンモータ85を正転させることで第1方向に回転し、該第1方向に回転することで冷却対象83の他方面側X2から一方面側X1に向かう方向の第1気流(冷却風)FL1を発生させる。
ファンモータ85は、第1ファン25Aを回転駆動するモータであって、第2ポンプP2からの作動油によって駆動する油圧モータによって構成されている。詳しくは、ファンモータ85は、第1モータポート85aと第2モータポート85bとを有し、第1モータポート85a及び第2モータポート85bの一方から作動油が流入し、流入した作動油が他方から流出することで、つまり、ファンモータ85を作動油が通過することで、該ファンモータ85が回転駆動される。ファンモータ85は、該ファンモータ85を駆動する作動油の流れ方向を切り換えることで正逆転可能である。ファンモータ85の出力軸85Aは、モータハウジング86から外部に突出している。
モータ駆動油路87は、第1導入ポート86a及び第1排出ポート86bに接続され且つ作動油を第1導入ポート86aからファンモータ85を通過して第1排出ポート86bに流す油路である。つまり、モータ駆動油路87は、ファンモータ85を駆動する作動油が流通する油路である。モータ駆動油路87は、例えば、モータハウジング86に孔を穿孔することで形成される。モータ駆動油路87は、第1油路87aと、第2油路87bと、第3油路87cと、第4油路87dとを有している。モータ駆動油路87には、ファンモータ85と方向切換弁73とが設けられる。
第1ファン装置25にあっては、方向切換弁73が第1位置73bにあるときは、第1導入ポート86aから流入した作動油は、第1油路87a→方向切換弁73→第2油路87b→ファンモータ85→第3油路87c→方向切換弁73→第4油路87dを経て第1排出ポート86bから流出する。また、方向切換弁73が第2位置73cにあるときは、第1導入ポート86aから流入した作動油は、第1油路87a→方向切換弁73→第3油路87c→ファンモータ85→第2油路87b→方向切換弁73→第4油路87dを経て第1排出ポート86bから流出する。
バルブハウジング94は、流量調節弁72及びアンロード弁71を収容するケーシングである。つまり、バルブハウジング94に流量調節弁72及びアンロード弁71が内蔵されている。バルブハウジング94は、油路が形成可能なブロック体であり、導入ポート(第2導入ポートという)94aと、出力ポート94bと、排出ポート(第2排出ポートという)94cと、第1内部油路95と、第2内部油路96とを有している。
第1内部油路95は、少なくとも第2導入ポート94aと出力ポート94bとを接続する油路であって流量調節弁72が設けられた油路である。詳しくは、第1内部油路95は、第2導入ポート94aと出力ポート94bとを接続するポンプ油路99と、ポンプ油路99から分岐して第2排出ポート94cに接続されるバイパス油路100とを含み、バイパス油路100に流量調節弁72が設けられている。
また、バイパス油路100を流れる作動油の流量(圧力)を調節することにより、第2導入ポート94a、ポンプ油路99、出力ポート94b、第1外部油路97を介してファン駆動装置25Bに供給される作動油の流量が調節される。つまり、ファンモータ85に供給される作動油の流量が調節される。ファンモータ85に供給される作動油の流量を調節することにより、第1ファン25Aの回転数を調節(制御)することができる。
第1ファン装置25は、例えば、冷却対象83の温度である冷媒や冷却水や作動油の温度を下げるための回転数の制御(冷却対象83の温度に基づく回転数の制御)、エンジン6に作用する負荷(エンジン6の目標回転数と、エンジン6の実際の回転数であるエンジン実回転数との差)に基づく回転数の制御が行われる。
また、ファン駆動装置25Bに流量調節弁72とアンロード弁71とを内蔵し、且つファン駆動装置25Bをコンパクトに形成しようとすると、低温時に作動油の粘性の影響で圧力損失が増加し、ファンモータ85の上流の第2ポンプP2に許容量以上の圧力が生じる場合が考えられるため、第2ポンプP2直近には保護用のリリーフ弁が必要であり、コスト面の影響が大きい。
また、ファン駆動装置25Bに流量調節弁72とアンロード弁71とを内蔵したものにあっては、第2ポンプP2とファン駆動装置25Bとの間の区間(第1配策区間という)、ファン駆動装置25Bと油圧フィルタ89との間の区間(第2配策区間という)の油圧ホースの長さがレイアウト上の制約で長くなる場合がある。第1配策区間、第2配策区間の油圧ホースの長さが長くなると、アンロード弁71を作動させた時の、第1配策区間及び第2配策区間での圧力損失が大きくなる。
油圧フィルタ89を保護する前記リリーフ弁106は、油圧フィルタ89の近傍に配置される。詳しくは、図4に示すように、リリーフ弁106は、油圧フィルタ89の前方且つ下方に配置されている。
ファン回転制御装置70は、例えば、ポンプユニットPUの近傍に配置される。図例では、ファン回転制御装置70は、ポンプユニットPUの前部の側方(右側方)且つ上方に配置されている。本実施形態では、ファン回転制御装置70と油圧フィルタ89とは、機体幅方向の同じ側(右側)に配置されている。
なお、第2ポンプP2から吐出する作動油の全量が流れる第2ポンプP2とファン回転制御装置70(アンロード弁71)との間の区間(吐出油路81)は、太いホースが採用され、ファン回転制御装置70(アンロード弁71)下流側の流量が少ない油路及び第1ファン装置25(ファンモータ85)下流側の油路は、吐出油路81を形成するホースよりも細いホースが採用される。
第2ファン装置26は、ファン(第2ファンという)26Aと、該第2ファン26Aを駆動する電動モータ26Bとを有する。
また、冷却対象83に付着したダストを吹き飛ばすときには、第1ファン装置25を逆転させて第2気流FL2を発生させるが、第1ファン装置25の回転のみでは、ダストを吹き飛ばすために十分な風量が得られない場合がある。特に、第1ファン25Aの中心付近(回転軸に近い部分)で発生する風量は、外周付近(回転軸から離れた部分)で発生する風量に比べて小さいため、当該中心付近に対応する部分ではダストを十分に吹き飛ばすことができない場合がある。
第1ファン装置25及び第2ファン装置26の第2気流FL2によってダストを吹き飛ばす「ダスト清掃」は、自動で行われる場合と、オペレータによる手動操作によって行われる場合とがある。
また、「ダスト清掃」が行われている際に、第2スイッチ64BをON操作すると、「ダスト清掃」をキャンセルすることができる。
次に、「ダスト清掃」が行われるときの流量調節弁72、方向切換弁73、第2ファン装置26、アンロード弁71の動作について説明する。
図2は、制御装置60により制御された流量調節弁72、方向切換弁73、第2ファン装置26、アンロード弁71の動作パターンの一例を示す図であり、横軸は時間軸である。
そして、この第1ファン25Aの回転数を最低回転数に継続している間(点b-点c間)に、方向切換弁73をON動作して第2位置73cに切り換える。即ち、制御装置60は、ファンモータ85を駆動する作動油の流れ方向を切り換える際に流量調節弁72を徐々に開いていくと共に流量調節弁72を全開して第1ファン25Aの回転数を最低回転数に低下させた状態で、方向切換弁73に制御信号を出力して第1ファン25Aの回転方向を切り換える。本実施形態では、制御装置60は、流量調節弁72を全開し且つアンロード弁71を全開位置71cに切り換えて第1ファン25Aの回転数を最低回転数に低下させた状態で、方向切換弁73に制御信号を出力して第1ファン装置25の回転方向を切り換える。
なお、第2ファン26A(第2ファン装置26)の回転(回転開始)は、第1ファン25A(第1ファン装置25)の回転数を最低回転数に低下させた状態の前或いは後に行うこともできる。
次に、制御装置60は、第1ファン25Aの回転方向を切り換えてから所定時間経過した時点(点c)でアンロード弁71をOFF動作して全閉位置71bに切り換えると共にファン回転数が最高回転数に至る(点d)まで流量調節弁72を徐々に閉じる(STEP3)。図2に示す例では、アンロード弁71をOFF動作して全閉位置71bに切り換えたとき(点c)には、第2ファン装置26はON状態(回転状態)である。
そして、第1ファン25Aの回転数を最低回転数に継続している間(点f-点g間)に、方向切換弁73をOFF動作して第1位置73bに切り換える。
また、第2ファン26A(第2ファン装置26)の回転停止は、第1ファン25A(第1ファン装置25)の回転数を最低回転数に低下させた状態の前であって、STEP4の終了時点(点e)から、流量調節弁72を全開した時点(点f)までの間に行うこともできる。また、第2ファン26A(第2ファン装置26)の回転停止は、第1ファン25A(第1ファン装置25)の回転数を最低回転数に低下させた状態の後に行うこともできる。
ところで、従来にあっては、「ダスト清掃」を行う場合において、例えばファンモータ85の回転方向を正転から逆転に切り換える際、切り換え時のファンモータ85の回転数が高いと、ファンモータ85の上流側の第2ポンプP2等にサージ圧が生じる。
本実施形態では、流量調節弁72を全開し且つアンロード弁71を全開位置71cに切り換えて第1ファン25Aの回転数を最低回転数に低下させた状態で、つまり、第1ファン25Aの回転を十分に低下させた状態で、方向切換弁73に制御信号を出力して第1ファン25Aの回転方向を切り換えるようにしているので、ファンモータ85の回転方向の切り換え時における油圧回路内のサージ圧の発生を良好に抑制することができる。
また、第1ファン装置25と並列に配置した第2ファン装置26については、電動モータ26Bが停止している状態で、第2ファン26Aが全く回転しないように構成される場合もあるし第2ファン26Aの回転がフリーとなる状態に構成される場合もある。第2ファン26Aの回転がフリーとなる状態に構成される場合、第1ファン25Aによって生じる第1気流FL1によって第2ファン26Aが連れ回りする可能性がある。第2ファン26Aが第1ファン25Aと連れ回りすると、第2ファン装置26のON/OFF切り換え時に電気回路にサージ電圧が発生する懸念がある。
この図3に示す他の実施形態に係る油圧制御システムH1は、予備用制御弁(SP制御弁という)130を備えていると共に、冷却装置82の下流側に、SP制御弁130を操作する一対の電磁弁である予備用電磁弁(SP電磁弁という)131,132と、HST172とを備えている点が上記実施形態の油圧制御システムH1と構成が異なる。
SP制御弁130には、第1ポンプP1の吐出路e1に連通する作業系供給油路f1が接続されている。また、SP制御弁130には、排油路k1を介してバイパス油路h1が接続され、タンクT1側に戻るドレン油路g1も接続されている。
一方のSP電磁弁131は、第1パイロット油路q1を介してSP制御弁130の一側の受圧部142aに接続されている。他方のSP電磁弁132は、第2パイロット油路r1を介してSP制御弁130の他側の受圧部142bに接続されている。SP電磁弁131,132には、パイロット圧供給油路t12を介して第2ポンプP2からのパイロット油(圧油)が供給可能である。したがって、SP電磁弁131によって、SP制御弁130を第1位置135bに切り換えると、一方の流路139iから予備アクチュエータ133へと第1ポンプP1からの作動油が供給されると共に予備アクチュエータ133からの戻りの油が他方の流路139jから排油路k1に流れる。
以上の油圧制御システムH1では、SP電磁弁131,132を作動させることにより、SP制御弁130を介して予備アタッチメントの予備アクチュエータ133を作動させることができる。
さて、油圧制御システムH1にあっては、SP電磁弁131,132は、油圧フィルタ89の下流側に設けられている。第1ファン装置25(ファン駆動装置25B)及びファン回転制御装置70から排出されて油圧フィルタ89を通過したパイロット油(圧油)は、パイロット圧供給油路t12を介してSP電磁弁131,132に供給される。
また、HST172は、低圧側の変速用油路176a,176bに作動油を補充するチャージ回路175を有している。チャージ回路175は、高圧側の変速用油路176a,176bの圧が設定以上になると低圧側の変速用油路176a,176bに逃がす高圧リリーフ弁177a,177bと、高圧リリーフ弁177aと高圧リリーフ弁177bとの間の油路180とを有している。油路180は、補充油路179を介してパイロット圧供給油路t12に接続されている。したがって、第2ポンプP2から吐出されてファンモータ85、油圧フィルタ89を通過した作動油が補充油路179を介してチャージ回路175に流れる。また、チャージ回路175は、該チャージ回路175の回路圧を設定するチャージリリーフ弁178を有しており、該チャージリリーフ弁178は補充油路179及びタンクT1に連通している。
また、作動油を吐出する油圧ポンプP2を備え、バルブハウジング94は、油圧ポンプP2から吐出した作動油が導入される第2導入ポート94aと、出力ポート94bと第2導入ポート94aとを接続し且つ流量調節弁72が設けられた第1内部油路95と、を有している。
また、バルブハウジング94は、第1内部油路95に連通する第2内部油路96と、第2内部油路96に設けられ且つ第2内部油路96を閉鎖する全閉位置71bと第2内部油路96を開放する全開位置71cとに切り換え可能なアンロード弁71と、第2内部油路96に連通し且つ当該第2内部油路96の作動油を排出する排出ポート94cと、を有している。
この構成によれば、流量調節弁72及びアンロード弁71を含むファン回転制御装置70を簡潔に形成することができる。
この構成によれば、流量調節弁72がファン駆動装置25Bとは別置きであるので、モータハウジング86に方向切換弁73を収容してもモータハウジング86に形成される内部油路の内径を十分に確保できる。
また、ファンモータ85に供給される作動油を排出するアンロード油路101と、アンロード油路101に設けられ、当該アンロード油路101を閉鎖する全閉位置71bと当該アンロード油路101を開放する全開位置71cとに切り換え可能なアンロード弁71と、を備え、制御装置60は、アンロード弁71を制御可能であり、流量調節弁72を全開し且つアンロード弁71を全開位置71cに切り換えて第1ファン25Aの回転数を最低回転数に低下させる。
また、制御装置60は、アンロード弁71が全閉位置71bの状態で流量調節弁72を徐々に開いていくと共に流量調節弁72が全開になるとアンロード弁71を全開位置71cに切り換える。
この構成によれば、第1ファン25Aの回転数を低下させる際における流量調節弁72及びアンロード弁71による急減圧を抑制することにより、サージ圧の発生を抑制することができる。
この構成によれば、第1ファン25Aの回転数を上昇させる際における流量調節弁72及びアンロード弁71による急加圧を抑制することにより、サージ圧の発生を抑制することができる。
また、制御装置60は、第1ファン25Aの回転数を最低回転数に低下させた状態で、又は当該状態の前或いは後で、第2ファン26Aの回転を行う。
また、制御装置60は、第2ファン26Aの回転を行った後に、或いは第2ファン26Aの回転を行う前に、方向切換弁73に制御信号を出力して第1ファン25Aの回転方向を切り換えるようにしてもよい。
73 方向切換弁
85 ファンモータ
86 モータハウジング
86a 第1導入ポート
70 ファン回転制御装置
71 アンロード弁
71b 全閉位置
71c 全開位置
72 流量調節弁
94 バルブハウジング
94a 第2導入ポート
94b 出力ポート
94c 排出ポート(第2排出ポート)
95 第1内部油路
96 第2内部油路
97 外部油路
99 ポンプ油路
100 バイパス油路
101 アンロード油路
P2 油圧ポンプ(第2ポンプ)
Claims (5)
- 第1導入ポートを含むモータハウジングと、前記モータハウジングに収容され且つ前記第1導入ポートに導入された作動油によって回転するファンモータと、を有するファン駆動装置と、
前記モータハウジングとは離れた位置に配置され且つ作動油を導入する第2導入ポート、作動油を出力する出力ポート及び作動油を排出する排出ポートを含むバルブハウジングと、前記バルブハウジングに収容され且つ前記出力ポートから出力されて前記第1導入ポートに導入される作動油の流量を調節する流量調節弁と、前記バルブハウジングに収容され且つ前記第2導入ポートから導入される作動油を前記排出ポートに導くアンロード油路を閉鎖する全閉位置と前記アンロード油路を開放する全開位置とに切り換え可能なアンロード弁と、を有するファン回転制御装置と、
前記モータハウジングの前記第1導入ポートと、前記バルブハウジングの出力ポートとを接続する外部油路と、
前記第2導入ポートに供給する作動油を吐出する油圧ポンプと、
を備え、
前記ファン回転制御装置は、前記ファン駆動装置よりも前記油圧ポンプに近い位置に配置されている作業機。 - 機体と、
前記機体に搭載された原動機と、
を備え、
前記ファン駆動装置は、前記原動機の上方に配置され、
前記油圧ポンプは、前記原動機の前方に設けられている請求項1に記載の作業機。 - 前記排出ポートと作動油を貯留するタンクとを連通する流路に設けられた油圧フィルタを備え、
前記油圧フィルタは、前記ファン駆動装置の前方且つ前記油圧ポンプよりも後方に配置され、
前記ファン回転制御装置は、前記油圧フィルタよりも前方且つ前記油圧ポンプの上方側に配置されている請求項2に記載の作業機。 - 静油圧式無段変速機の一部を構成するHSTポンプであって前記原動機の前方に取り付けられたHSTポンプを備え、
前記油圧ポンプは、前記HSTポンプの前方に取り付けられ、
前記ファン回転制御装置は、前記油圧ポンプの近傍に配置されている請求項2または3に記載の作業機。 - 前記ファン駆動装置は、前記モータハウジングに収容され且つ前記ファンモータに導入する作動油の向きを切り換える方向切換弁を有する請求項1~4のいずれか1項に記載の作業機。
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