JPH05106243A - 自走式作業機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンバインドスト−ル時に一時的に牽引力を
下げてリフト力を大きくし、確実にフロント作業機を動
作させる。 【構成】 自走式作業機は、原動機２０の出力軸に連結
されたトルクコンバ−タ１１を介して駆動される走行駆
動機構１３と、原動機２０に駆動される油圧ポンプ１４
からの圧油で動作するフロント作業機２とを備える。コ
ンバインドストールを検出するとともに、フロント作業
機２の動作速度を検出し、コンバインドストール検出時
に動作速度が所定値になるまで原動機２０の回転数を低
減する。フロント作業機の動作開始をその動作速度で検
出することにより、フロント作業機の姿勢にかかわら
ず、どのような土砂に対してもフロント作業機が動作す
るまで原動機回転数が低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トルクコンバータを搭
載するホイ−ルロ−ダ等のように原動機の出力トルクを
掘削などのフロント力と走行力とにバランスよく配分す
る必要のある自走式作業機の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は自走式作業機を代表するホイ−ル
ロ−ダの一例の全体概略図である。このホイ−ルロ−ダ
１の走行駆動力はエンジンの出力をトルクコンバ−タを
介して取り出して得られる。また、ホイ−ルロ−ダ１は
掘削，積込作業等を行なうためのフロント作業機２と、
このフロント作業機２を駆動するリフトアーム用油圧シ
リンダおよびバケット用油圧シリンダを備えており、こ
れらの油圧シリンダは、例えばエンジンで駆動される油
圧ポンプにより駆動される。

【０００３】ところで、ホイ−ルロ−ダの作業は一般的
に走行と掘削等のいわゆる複合動作で行なわれる。従っ
て、エンジンの出力馬力を走行とフロントに対し如何に
馬力配分するかが性能上重要な問題である。特にトルク
コンバ−タがスト−ル状態にあり、かつローダフロント
油圧回路がリリ−フ状態にある場合をコンバインドスト
−ルと呼び、この状態がエンジンにとって最も負荷条件
が厳しく、このときのエンジンの出力トルクをフロント
作業機側と走行側とにどのように配分するかが問題とな
る。

【０００４】次にこの点について詳述する。図５は、エ
ンジントルクカ−ブＥＴ（ＥＴＨ）とトルクコンバ−タ
スト−ル時の吸収トルクカ−ブＴＴを示したものであ
る。コンバイントスト−ル時にエンジンのトルクカ−ブ
は、図５に示すように実線ＥＴからポンプ吸収トルクＴ
ｂ分だけ低い破線ＥＴＨのカ−ブに下方平行移動する。
そして、この破線で示すトルクカ−ブＥＴＨとトルクコ
ンバ−タの吸収トルクカ−ブＴＴとの交点Ｂがいわゆる
エンジンとトルクコンバ−タのマッチング点となり、ト
ルクＴｂ’が走行駆動トルクとなる。この時、エンジン
回転数はＮｂまで低下する。このように、エンジンとポ
ンプおよびトルクコンバ−タの仕様を設定すると上述の
マッチング点Ｂは結果的に一点のみ決まる。

【０００５】図６は掘削時の土砂が剪断破壊されるメカ
ニズムを示すもので、土砂に作用する垂直応力Ｐｂおよ
び剪断応力τは、走行駆動力による応力σｆとリフト力
σｒによって決定され、上記Ｐｂ，τは図７のようにモ
ールの応力円Ｒの円上に決る。そして、モールの応力円
の応力状態が土砂の破壊条件を満足するとき、土砂の剪
断破壊が起こる。つまり、図７に示す符号Ｌτは土砂の
破壊線図であり、 Ｌτ＝Ｃ＋Ｐｂtanφ ただし、Ｃは土砂の粘着力、φは内部摩擦角 で示されるが、土砂の破壊線図Ｌτがモールの応力円と
接する点Ｑが、土砂が剪断破壊し掘削できる点である。

【０００６】次に図８および図９を参照してリフト力と
牽引力（走行力または走行駆動力）について説明する。
図８はコンバインドストール時のリフト力と牽引力との
マッチング点を示したグラフ、図９はバケット先端にお
けるリフト力と牽引力との力線図である。ここで、コン
バインドスト−ル時は、リフト力を生ずるリフトアーム
用油圧シリンダの推力の一部が牽引力の反力で打消され
るので、牽引力が大きくなるほどリフト力が減少する。
したがって、牽引力が大きすぎる場合（図９（ｂ））、
リフト力が相対的に小さくなるためタイヤに負荷をかけ
にくくなり、タイヤはスリップしやすくなる。一方、リ
フト力が相対的に大きすぎると牽引力が不足し、図９
（ｃ）のように力線図の方向が上向きとなる。すなわ
ち、いわゆる突込み性が悪く、バケットに荷が入り込ま
ないうちにリフトアームが持ち上がってしまう。いずれ
の場合にも、作業効率が悪くなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、土砂の
粒子間の粘着力Ｃや内部摩擦角φ等の特性は土砂の種類
によって千差万別であり、土砂の特性に合わせて所望の
掘削力を得るためには走行駆動力とリフト力とのマッチ
ングをその都度調整しなくてはならないが、上記の様な
唯一のマッチング点を持つ車両にあっては、オペレータ
が頻繁にアクセルペダルやバケット操作レバーを微妙に
操作する必要がある。より具体的には、作業内容に応じ
てアクセルペダルの踏み込み量を調節してエンジン出力
（エンジン回転数）を制御し、これにより牽引力（トル
クコンバ−タ吸収トルク）を増減するとともに、同時に
作業レバーを制御して最適なマッチング点を選択してい
る。そのため、このような同時作業は高い熟練度を要
し、ベテランのオペレータでも容易ではなく、長時間作
業を行うと疲労を招いて作業効率が低下するという問題
がある。

【０００８】そこで、本出願人は先に特願平２ー８６７
６１号 において、車両がコンバインドストールしてい
ることを検出するときにエンジン回転数を低減させるよ
うにした制御装置を提案している。この特許出願におい
て具体的に開示されている制御装置は、 コンバインドストール検出時に所定時間だけエンジン
回転数を所定値まで低減し、 あるいは、コンバインドストール検出時にエンジン回
転数を所定値まで低減し、所定時間たってもリフトアー
ムが動作しないときにはさらにエンジン回転数を低減し
ようとするものである。

【０００９】しかしながら、の方式では土砂によって
はリフトアームが動作しないおそれがあり、の方式で
は、リフトアームの動作をリミットスイッチで検出する
ようにしているので、バケットが常に一定の高さで掘削
を開始するときはよいが、現実にはバケットの高さは一
定でなく、そのため多数のリミットスイッチが必要とな
り、コストアップあるいは機構が複雑化する等の問題が
ある。

【００１０】本発明の目的は、コンバインドスト−ル時
に一時的に牽引力を下げてリフト力を大きくし、確実に
フロント作業機を動作させることができる自走式作業機
の制御装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】一実施例を示す図１，図
２に対応付けて説明すると、本発明は、原動機２０の出
力軸に連結されたトルクコンバ−タ１１を介して駆動さ
れる走行駆動機構（１３など）と、原動機２０に駆動さ
れる油圧ポンプ１４からの圧油で動作するフロント作業
機２とを備えた自走式作業機の制御装置に適用される。
そして、コンバインドストールを検出するコンバインド
ストール検出手段３０，３１，３２と、フロント作業機
２の動作速度を検出する速度検出手段３３，５１と、コ
ンバインドストール検出時に動作速度が所定値になるま
で原動機２０の回転数を低減する回転数制御手段（２
５，５０など）とを具備することにより、上述の目的が
達成される。

【００１２】

【作用】コンバインドストールが検出されると原動機回
転数が低減され、走行トルクが小さくなる。その結果、
牽引力の低下分だけ大きなリフト力が得られる。そし
て、フロント作業機の動作速度が目標値に達するまで原
動機回転数が低減される。

【００１３】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【００１４】

【実施例】図１および図２により本発明の一実施例を説
明する。エンジン２０の出力軸はトルクコンバータ１１
の入力軸に接続され、トルクコンバータ１１の出力軸は
トランスミッション１２の入力軸に接続されている。プ
ロペラシャフト１３などからなる走行駆動機構はトラン
スミッション１２の一方の出力で駆動され、また、油圧
ポンプ１４はトランスミッション１２の他方の出力で駆
動される。１５はリフトアーム用油圧シリンダ、１６は
バケット用油圧シリンダであり、タンデムに接続された
コントロールバルブ１７，１８の切換えによりそれぞれ
駆動制御される。すなわち、油圧ポンプ１４の吐出油は
コントロ−ルバルブ１７を介してバケット用油圧シリン
ダ１６を駆動する一方、コントロールバルブ１７，１８
を介してリフトアーム用油圧シリンダ１５を駆動する。
コントロ−ルバルブ１７，１８は運転席の操作レバーに
より切換え操作される。

【００１５】２１はエンジン２０の回転数を制御するガ
バナで、そのレバー２１ａはフレキシブルケーブル２２
によりばね２３を介してアクセルペダル２４と連結され
ている。２５はガバナレバー２１ａを押動してエンジン
回転数を低減させる油圧シリンダである。ばね２３は、
アクセルペダル２４の踏み込み量に影響を与えずに油圧
シリンダ２５でレバー２１ａを回動させるように機能す
る。油圧シリンダ２５は電磁切換弁２６と電磁比例減圧
弁２７を介して油圧源２８と接続され、電磁比例減圧弁
２７の２次圧力に応じてその伸出量が制御される。油圧
シリンダ２５を伸出することにより、アクセルペダル２
４で設定されているガバナレバー２１ａの位置を時計回
り方向に回動させてエンジン回転数を低減することがで
きる。電磁比例減圧弁２７は、後述する制御装置３１か
ら送出される信号に応じて１次圧を減圧して所望の２次
圧力を出力する。電磁切換弁２６は制御装置３１からの
信号で切り換えられる。

【００１６】制御装置３０は、マイクロコンピュ−タや
図２に示す制御回路などから構成され、その入力側に
は、プロペラシャフト１３の回転数を検出する回転数セ
ンサ３１と、リフトアーム用油圧シリンダ１５の入力側
の圧力を検出する圧力センサ３２と、リフトアームの回
動量に応じた信号を出力する回動角度センサ３３と、ク
ラッチカットオフスイッチ３４とがそれぞれ接続されて
いる。クラッチカットオフスイッチ３４は、ブレーキと
連動するインチングペダル３５の下に設置され、車両停
止時にインチングペダル３５を踏込むことによりトラン
スミッション１２内のクラッチを切ると、このスイッチ
３４はオンする。また、制御装置３０の出力側には、電
磁比例減圧弁２７のソレノイド部と、電磁切換弁２６の
ソレノイド部とが接続されている。

【００１７】図２の制御回路は、コンバインドストール
検出時に電磁切換弁２６をロ位置に切換える信号を出力
する検出部４０と、コンバインドストール時にリフトア
ームが目標速度で動作するようにエンジン回転数を制御
するフィードバック部５０とからなる。検出部４０は、
リフトアームシリンダ圧力Ｐｓが所定値（Ｐｓ≒リリー
フ圧）以上の時にハイレベル信号を出力する関数発生器
４１と、回転数センサ３１で検出されるプロペラシャフ
トの回転数Ｎｐが所定値（Ｎｐ≒０）以上の時ハイレベ
ル信号を出力する関数発生器４２と、この関数発生器４
２の出力を反転しプロペラシャフトの回転数Ｎｐが所定
値未満の時にハイレベル信号を出力するインバータ４３
と、クラッチカットオフスイッチ３４がオフ時にハイレ
ベル信号を出力するインバータ４４と、インバータ４３
と４４の出力の論理積をとるアンドゲード４５と、アン
ドゲード４５の出力および関数発生器４１の出力との論
理積をとるアンドゲード４６とで構成される。

【００１８】フィードバック部５０は、回動角度センサ
３３の出力信号を微分して実角速度信号ωｒを出力する
微分回路５１と、予め定められたリフトアームの目標角
速度ωａと実角速度ωｒとの偏差をとる偏差器５２と、
偏差器５２の出力信号に積分ゲインを与えるゲイン設定
器５３と、このゲイン設定器５３の出力電圧に応じて電
磁比例減圧弁の２次圧力を示す電圧信号を出力する関数
発生器５４と、検出部４０でコンバインドストールが検
出されると閉じるスイッチ５５とで構成される。

【００１９】このように構成された制御装置の動作を説
明する。コンバインドストールが発生するとプロペラシ
ャフト回転数Ｎ≒０およびリフトアームシリンダ圧力Ｐ
≒リリーフ圧となってアンドゲード４６がハイレベル信
号を出力する。この結果、電磁切換弁２６はロ位置に切
換えられ、電磁比例減圧弁２７は制御装置３０から指示
されている２次圧力をエンジン回転数低減用油圧シリン
ダ２５に導く。これにより油圧シリンダ２５は入力する
圧力に応じて伸出し、エンジン回転数を低下させる。図
３は、２次圧力とエンジン回転数との関係を示すグラフ
である。そのため、トルクコンバータの吸収トルクが下
がり、走行駆動力が低下してリフト力が増加する。

【００２０】以上のようなエンジン回転数制御と並行し
て、フィードバック部５０では、目標リフトアーム角速
度ωａと実角速度ωｒの偏差がとられ、関数発生器５４
から偏差に応じた電圧が出力される。検出部４０がコン
バインドストールを検出するとスイッチ５５が閉じてい
るから、関数発生器４５の出力電圧がフィードバック部
５０から出力され、電磁比例減圧弁２７に印加される。
今、（実角速度ωｒ−目標角速度ωａ）が大きいほど関
数発生器５３の出力電圧は大きくなり、電磁比例減圧弁
２７の２次圧力が高くなる。その２次圧力に比例してエ
ンジン回転数は低下し、走行駆動力が小さくなりリフト
力は大きくなる。したがって、リフトアームが目標角速
度ωａで動作するまでエンジン回転数は低下する。そし
て、リフトアームが目標角速度ωａよりも速く動作する
ようになると偏差器５２の出力は負になり、電磁比例減
圧弁２７の２次圧力は低く制御されてエンジン回転数は
上昇し始める。

【００２１】これを図５のトルクカ−ブで説明する。上
述したように、コンバインドスト−ル状態になると、エ
ンジントルクはポンプ吸収トルクＴｂだけ低下するか
ら、エンジントルクカ−ブＥＴは実質上２点鎖線ＥＴＨ
のように表わせる。従ってコンバインドスト−ル時のマ
ッチング点は点Ｂの位置となり、走行トルクがＴｂ'と
なる。さらに、コンバインドストールが検出され、リフ
トアームの実角速度と目標角速度との偏差に応じて油圧
シリンダ２５の伸出量が制御されてエンジン回転数が偏
差がほぼゼロになるまで低下する。これにともなって、
トルクコンバ−タの吸収トルクが減少していき、マッチ
ング点Ａでマッチングする。このとき、マッチング点Ｂ
に設定した場合よりもΔＴだけ走行トルク（駆動力）は
小さくなる。その結果、図８，図９からわかるようにリ
フト力が大きくなる。

【００２２】以上の構成により、コンバインドストール
検出時に電磁切換弁２６を「ロ」位置に切換えることに
より、掘削開始時にはけん引力重視モードでリフト力と
けん引力とがマッチングして掘削対象物に突込み、積込
時にはリフト力重視に切換わるので作業を効率よく行う
ことができる。さらに、コンバインドストール時には、
リフトアームが目標角速度で動作し始めるまでエンジン
回転数が自動的に低減されるから、オペレータはフロン
ト用作業レバーの操作に専念すれば良く、操作性が向上
する。さらにまた、リフトアームの回動量を検出するセ
ンサを用い、リフトアームの回動角速度が目標値になる
ようにフィードバックするようにしているから、リフト
アームの姿勢がいかにあろうと、一つのセンサで確実に
上記制御を行なうことができる。

【００２３】なお、モード切換スイッチを設けて、走行
駆動力とリフト力とのマッチング点を任意に設定するモ
ードを選択できるようにしてもよい。また、モード切換
えスイッチに加えて選択スイッチも設け、上記モードが
選択されているときに選択スイッチを操作してそのモー
ドをキャンセルし、モード切換えスイッチが操作されて
いないときに選択スイッチを操作して上記モードを選択
するようにしてもよい。この選択スイッチはリフトアー
ム操作用レバーのノブに設置するのが好ましい。さらに
以上では、ガバナレバーを油圧シリンダで強制的に戻し
てエンジン回転数を低減するようにしたが、電子ガバナ
を用いる場合には他の方式でエンジン回転数を低減する
ようにしてもよい。さらにまた本発明は、ホイ−ルロ−
ダ以外の各種自走式作業機にも本発明を適用できる。

【００２４】以上の実施例の構成において、エンジン２
０が原動機を、プロペラシャフト１３などが走行駆動機
構を、回転数センサ３１，圧力センサ３２，制御装置３
０がコンバインドストール検出手段を、回動角度センサ
３３と微分回路５１が速度検出手段を、油圧シリンダ２
５，切換弁２６，減圧弁２７，フィードバック部５０が
回転数制御手段をそれぞれ構成する。

【００２５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、コンバインドスト−ルが検出されるとフロント作
業機が目標速度で動作し始めるまで原動機回転数を低減
して牽引力を低減し、これによりリフト力を稼ぐように
したので、予め所望の牽引力を与えて突込み性を高めて
も、土砂にバケットが貫入したコンバインドストール時
に牽引力が自動的に低減されて所望のリフト力が得ら
れ、操作性が向上して疲労の少ない作業機を提供でき
る。とくに、フロント作業機の動作速度を検出するよう
にし、フロント作業機の動作速度が目標速度になるまで
原動機回転数を低減するようにしているので、フロント
作業機の姿勢にかかわらず、どのような土砂に対しても
フロント作業機が動作するまで原動機回転数が低減され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全体構成図

【図２】図１の制御装置の詳細ブロック図

【図３】電磁比例減圧弁の２次圧力とエンジン回転数の
関係を示すグラフ

【図４】ホイ−ルロ−ダの全体概略側面図

【図５】エンジントルクカ−ブとトルクコンバ−タスト
−ル状態での吸収トルクカ−ブとのマッチングを示す線
図

【図６】土砂の破壊メカニズムを説明する図

【図７】土砂破壊線図とモールの応力円を示す図

【図８】牽引力とリフト力の関係を示すグラフ

【図９】牽引力とリフト力を示す力線図

【符号の説明】

１ ホイルローダ ２ フロント作業機 １１ トルクコンバータ １２ トランスミッション １３ プロペラシャフト １４ フロント作業機用油圧ポンプ １５ リフトアーム用油圧シリンダ １６ バケット用油圧シリンダ １７，１８ コントロールバケット ２０ エンジン ２１ ガバナレバー ２４ アクセルペダル ２５ エンジン回転数低減用油圧シリンダ ２６ 電磁切換弁 ２７ 電磁比例減圧弁 ３０ 制御装置 ３１ 回転数センサ ３２ 圧力センサ ３３ 回動角度センサ ４０ 検出部 ５０ フィードバック部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原動機の出力軸に連結されたトルクコン
   バ−タを介して駆動される走行駆動機構と、 前記原動機に駆動される油圧ポンプからの圧油で動作す
   るフロント作業機とを備えた自走式作業機の制御装置に
   おいて、 コンバインドストールを検出するコンバインドストール
   検出手段と、 前記フロント作業機の動作速度を検出する速度検出手段
   と、 コンバインドストール検出時に前記動作速度が所定値に
   なるまで前記原動機の回転数を低減する回転数制御手段
   とを具備することを特徴とする自走式作業機の制御装
   置。