JPS5952255B2 - パワ−ショベルの自動掘削制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はパワーショベルの自動掘削制御装置に関し、特
に、パワーショベルの各油圧シリンダ装置への油圧供給
を電気的に制御するようにした自動掘削制御装置に関す
る。

パワーショベルは、ブーム、アーム、パケット等の油圧
式作業腕を有している。

これら各作業腕の油圧シリンダ装置に対する油圧供給制
御は、従来、運転席のオペレータが作業状態を有視確認
しながら、手動操作により行なっていた。

しかし、パワーショベルを十分に使いこなすにはオペレ
ータに熟練した操作技量が要求され、特に、掘削積込の
完了後積込物排出（土捨て）までの間はパケットの開口
部を上向きに水平位置に保持して、土砂等の積込物を落
とさないようにする必要があり、手動操作により水平位
置に保持することは極めて困難で・あった。

本発明は上述の欠点を除去するために掘削作業゛を自動
化することを目的とするもので、ブーム、アーム及びパ
ケットの相互の傾き角を検出し、各傾き角を合算してパ
ケット開口部の上向きの水平位置に相当する基準範囲値
と比較し、この比較結果に応じてパケット作動用の油圧
切換弁を電気的に制御して、パケットのチル上またはダ
ンプ作動を適宜行わせ、掘削積込完了から積込物排出操
作に至るまでの間パケット開口部を水平位置に保持させ
るようにしたパケット位置保持制御装置を更に具えるパ
ワーショベルの自動掘削制御装置を提供しようとするも
のである。

以下、本発明を図面の実施例に関して詳細に説明しよう
。

まず、本発明に係る自動掘削制御装置が適用されるパワ
ーショベルの概略を第１図とともに説明する。

第１図において、理解を容易にするために油圧制御系統
は取り出して示している。

車両本体１に取り付けられたブーム２はブームシリンダ
３の伸縮により軸Ａを中心にして上（矢印Ｘ）下（矢印
Ｙ）方向に回動する。

ブーム２の先端に取付けられたアーム４はアームシリン
ダ５の伸縮により軸Ｂを中心にして図において時計方向
（矢印Ｗ）及び反時計方向（矢印■）に回動する。

アーム４の先端に取付けられたパケット６はパケットシ
リンダ７の伸縮により軸Ｃを中心にして同様に時計方向
及び反時計方向に回動する。

尚、パケット６が図において反時計方向に回動するとき
、これをチルトを称し、時計方向に回動するとき、これ
をダンプと称する。

（尚、チルト、及びダンプの場合、アーム４等の動き
もともなうことがある） 各シリンダ３． ５． ７は、夫々シリンダ作動用の油
圧切換弁８，９，１０により作動される。

ブームシリンダ作動用の切換弁８は弁切換用のソレノイ
ドＳ１．Ｓ２を有しており、ソレノイドＳ１が付勢され
るとブーム２は上動しく矢印Ｘ）、ソレノイドＳ２が付
勢されるとブーム２は下動（矢印Ｙ）する。

同様に、アームシリンダ作動用油圧切換弁９のソレノイ
ドＳ３が付勢されるとアーム３は時計方向（矢印Ｗ）に
回動し、ソレノイドＳ４が付勢されるとアーム３は反時
計方向（矢印Ｖ）に回動する。

また、パケットシリンダ作動用の切換弁１０のソレノイ
ドＳ５が付勢されるとパケット６は反時計方向に回動し
チルトされ、ソレノイドＳ６が付勢されるとパケット６
は時計方向に回動しダンプされる。

尚、各ソレノイドＳ１〜Ｓ６は後述の本発明に係る自動
掘削制御装置のシーケンス回路に組込まれ、各切換弁８
〜１０の切換操作はシーケンス操作されるが、各油圧切
換弁８〜１０を手動操作することもできるようになって
いる。

第２図は本発明に係るパワーショベルの自動掘削制御装
置の一実施例を示す電気的シーケンス回路図で、本発明
実施例においては掘削開始から掘削積込完了までの掘削
作業を自動制御で行い、掘削積込作業完了からダンプ操
作を行うまではブーム２及びアーム４の操作を手動で行
う一方、パケット６の開口部を水平位置に保持すべくパ
ケット位置保持制御装置によりパケットシリンダ作動用
切換弁１０のソレノイドＳ５．Ｓ６を自動操作してパケ
ット位置を自動制御するようにしている。

。まず、掘削作業の自動制御の詳細について順を追って
第２図とともに説明しよう。

（１）掘削準備 メインスイッチＳＷ１を投入することにより主回路が導
通し、続いて掘削準備完了検出回路のスタートスイッチ
ＳＷ３を投入することによりリレーコイルＲ１が付勢さ
れ、リレー接点Ｒ１−Ｉａが閉成して該リレーコイルＲ
１が自己保持される。

尚、主回路のスイッチＳＷ２は非常停止用のｂ接点スイ
ッチで、通常は閉成している。

リレーコイルＲ１の付勢、自己保持により、ブーム上下
動回路のリレー接点Ｒ１−２ａ、アーム回動回路のリレ
ー接点Ｒ１−３ａ、及びパケットチルトダンプ回路のリ
レー接点Ｒ１−４ａも閉成９され、これに応じて夫々上
記回路中に組込まれた前記ソレノイドＳ１．Ｓ３．Ｓ６
が付勢される。

従って、前述から明らかなように、ブーム２は矢印Ｘ方
向に上動し、アーム４は時計方向（矢印Ｗ）に回動し、
パケット６も時計方向に回動（ダンプ）りする。

そして、第１図の状態Ｉに示すように、ブーム上限位置
、アーム上限位置、パケットダンプ限界位置に達すると
、ブーム２、アーム４及びパケット６に夫々設けられた
ブーム上限検出スイッチ９ＬＳ１、アーム上限検出スイ
ッチＬＳ２、パケットダンプ限界検出スイッチＬＳ３が
夫々オンされ、掘削準備完了検出回路の各リレーコイル
Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が夫々付勢される。

これにより、各リレー接点Ｒ２−１ｂ、Ｒ３−１ｂ、Ｒ
４−１ｂが開放されてブーテム２、アーム４及びパケッ
ト６の動きが止まり、同時に、各リレー接点Ｒ２１ａ、
Ｒａ １ ａ、 Ｒ４−１ａが閉成され、掘削準備
完了ランプＰＬ工が点灯されて、掘削準備完了を運転者
に表示する。

また、同時にリレーコイルＲ５が付勢され、前記り２レ
ーコイルＲ１に直列接続されたリレー接点Ｒ５−１ｂが
開放されてリレーコイルＲ１は消勢される。

かくて、ブーム上下動回路、アーム回動回路及びパケッ
トチルトダンプ回路のリレー接点Ｒ１−テ２ａ、Ｒ１３
ａ、Ｒｓ ４ａが開放され、リレー接点Ｒ２−１ｂ、
Ｒ３−１ｂ、 Ｒ４−１ｂも開放されているから、ソ
レノイドＳ１．Ｓ３．Ｓ６は消勢され、ブーム２、アー
ム４、パケット６は状態■で停止する。

従って、スタートスイッチＳＷ３の投入前２にブーム２
等が如何なる状態であったとしても、確実に所要の掘削
準備位置すなわち状態Ｉに位置されるようになっている
。

これにより、掘削準備が完了する。

（２）掘削開始（その−、ブーム制御） 次に、掘削開始指令回路の掘削スイッチＳＷ４を投入す
るとリレーコイルＲ６が付勢され、リレー接点Ｒ６−１
ａが閉成して該リレーコイルＲ６は自己保持される。

同時にブームアームパケット動作制御回路の主接点であ
るリレー接点Ｒ６−２ａが閉成される。

リレー接点Ｒ６２ａの閉成により、ブーム上下動回路に
組込まれた前述のソレノイドＳ２が付勢され、ブームシ
リンダ用油圧切換弁８が切換わってブーム２は矢印Ｙ方
向に下動する。

これによりブーム上限検出スイッチＬＳ１がオフされる
から、リレー接点Ｒ２−１ａが開放されて掘削準備完了
ランプＰＬ１は消灯される。

下動するブーム２に荷重負荷が加わると（ブーム用油圧
シリンダヘッド側の油圧により検出される）、圧力スイ
ッチＰＳ１が閉成し、ブームアームパケット動作制御回
路のリレーコイルＲ１５が付勢され同時に該コイルＲ１
，は自己保持される。

これにより、リレー接点Ｒｔｓ ｌｂが開放され前記
ソレノイドＳ２が消勢されてブーム２は停止する。

同時にアーム回動回路のリレー接点Ｒ□５−２ａが閉成
されて前述のソレノイドＳ４が付勢され、アーム４が反
時計方向（矢印Ｖ）に回動し始める。

尚、ブーム２に負荷が加わらない場合でも、ブーム２が
所定の設定深さまで下動した場合はアーム４が回動され
るようになっている。

すなわち、ブーム２の軸Ａ附近に所定の設定深さを検出
するブーム設定深さ検出スイッチＬＳ４が設けられ、ブ
ーム２が設定深さに達したとき該スイッチＬｓ４がオン
される。

これによりブームアームパケット動作制御回路のリレー
コイルＲ１ｏが付勢され、ブーム上下動回路のリレー接
点Ｒ１ｏ １ｂが開放されてソレノイドＳ２が消勢さ
れ、アーム回動回路のリレー接点Ｒ１ｏ−２ａが閉成さ
れソレノイドＳ４が付勢される。

従って、ブーム２が停止され、アーム４が反時計方向に
回動し始める。

（３）掘削開始（その二、アーム及びパケット制御） 反時計方向に回動するアーム４に荷重負荷が加わると
（アーム用油圧シリンダボトム側油圧により検出される
）、圧力スイッチＰｓ２が閉成し、リレーコイルＲ１３
が付勢され同時に接点Ｒ１３−１ａの閉成により自己保
持される。

これにより、パケットチルトダンプ回路のリレー接点Ｒ
１３２ａが閉成され、パケットチルト用のソレノイドＳ
５が付勢されて、パケット６は反時計方向に回動してチ
ルト動作を行い始める。

このときパワーショベルは、例えば第１図の状態ＩＩに
示すような状態になっている。

尚、アーム４が無負荷のまま反時計方向に回動し尽くし
てしまった場合（アームシリンダ５が伸びきる）、アー
ム回動限界検出スイッチＬＳ５がオンされ、リレーコイ
ルＲ１□が付勢され自己保持される。

同時にリレー接点Ｒ１□−２ａの閉成によりリレーコイ
ルＲ１７が付勢され、リレー接点Ｒ，７−１ａの閉成に
より該コイルＲ１７は自己保持される。

続いて、走行指示回路のリレー接点Ｒ１７−２ａの閉成
によりリレーコイルＲ１８が付勢され、該コイルＲ１８
は接点Ｒｔｓｌａの閉成により自己保持される。

また同時に、走行指示ランプＲＬ２が点灯される。

そこで、走行レバー（図示せず）を手動操作して車輌本
体１を前進Ｆまたは後進Ｒさせ、適正な掘削位置の微調
整が行われる。

前進または後進にともない走行レバーに連動する前進検
出スイッチＳＦまたは後進検出スイッチＳＲがオンされ
、車体走行回路のリレーコイルＲ２ｏまたＲ２□が付勢
される。

従って走行指示回路のリレー接点Ｒ２ｏ−１ｂまたはＲ
２□−１ｂが開放される。

適正な掘削位置に達すると、アーム４に幾分の負荷（ア
ーム用油圧シリンダボトム側の油圧で検出）がかかり、
圧力スイッチＰＳ３がオンされてリレーコイル上工２が
付勢される。

これによりリレー接点Ｒ１□−１ｂは開放され、リレー
コイルＲ１７が消勢されて、走行指示ランプＰＬ２が消
灯され、リレーコイルＲ１８も消勢される。

尚、前記走行時においては、掘削開始指令回路のリレー
接点Ｒｘ５ｌｂがリレーコイルＲ１８の付勢により開放
されるから、ブームアームパケット動作制御回路の主接
点であるリレー接点Ｒ６−２ａも開放されている。

従って、上述のようにして走行指示ランプＰＬ２が消灯
された後は、再び掘削スイッチＳＷ４が投入され、前述
と同様にして状態ＩＩになるように自動制御される。

（４）掘削 上述のようにパケット６を反時計方向（矢印Ｖ）に回動
させて土砂等の掘削が行われる（尚、アーム４も同様に
矢印Ｙ方向に回動されている）。

このとき、パケット６の負荷が異常になつた場合（パケ
ット用油圧シリンダボトム側の油圧により検出）、圧力
スイッチＰＳ４がオンされ、リレーコイルＲ１４が付勢
される。

この付勢によりブーム上下動回路のリレー接点Ｒ１４−
１ａが閉成され、ソレノイドＳ０が付勢されてブーム２
が上動される。

ブーム２の上動により異常な負荷が解消されるとスイッ
チＰＳ４がオフされリレー接点Ｒ１４−１ａは開放され
、以後掘削が続けられる。

（５）掘削完了（その−、水平検出） 掘削積込の完了は、パケット６の開口部が上向きに水平
になることにより知ることができる。

そこで、本発明ではパケット６の水平を検出するように
している。

第３図に示すように、ブーム２の軸Ａ、アーム４の軸Ｂ
及びパケット６の軸Ｃ付近に夫々ポテンショメータのよ
うな傾角検出装置１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ（図示せず）
が装着される。

軸Ａに関する検出装置１２Ａは垂直線１１ と軸ＡＢ
を結ぶ線１２間の角度θ４を検出しく検出値ＲＡ）、軸
Ｂに関する検出装置１２Ｂは線１２の延長線と軸ＢＣを
結ぶ線１３間の角度θ８を検出しく検出値ＲＢ）、軸Ｃ
に関する検出装置１２Ｃは線１３の延長線とパケット６
開口部早面間の角度θ。

を検出する（検出値ＲＣ）ようになっている。

本発明では角度θ４．θＢ、θ６を夫々ブームに関する
傾角、アームに関する傾角、パケットに関する傾角と称
することにする。

第４図からも明らかなように各傾角θ。

、θ８．θ。の和が２７０度となった場合パケット６の
開口部は上向きに水平となる。

そこで、各傾角検出装置１２Ａ〜１２Ｃを第５図に示す
ようなパケット位置検出回路１１に組み込んで、加算増
幅器ＡＡで傾角θ□〜θ。

の和（合算値ＲＡ十ＲＢ十ＲＣ）を求め、増幅器ＡＡの
出力をコンパレータＣＭの比較入力側に印加するように
している。

コンパレータＣＭの比較基準人力Ｖ。は２７０度±αに
相当する値Ｒｅ１に設定されている。

αは油圧系の応答性を考慮したもので、厳密に２７０度
に設定せずある程度の余裕（α）をもたせてさしつかえ
ない。

従って、パケット６の開口部が上向きに水平になると（
合算値Ｒ，Ａ十ＲＢ＋Ｒ６≧Ｒ６１）、コンパレータＣ
Ｍから水平検出出力Ｐ１が出力される。

（６）掘削完了（その二、パケット制御）パケット位置
検出回路１１のコンパレータＣＭからの検出出力Ｐ１は
、自動掘削制御装置のパケット開口部水平制御回路のス
イッチ部ＡＳ□（たとえばアナログスイッチ）をオンす
るようになってい□る。

これによりリレーコイルＲ３が付勢され、リレー接点Ｒ
８−１ａを閉成し、掘削完了ランプＰＬ３が点灯される
。

同時にリレーコイルＲ９が付勢され、リレー接点Ｒ９−
１ａを閉成して自己保持がなされる。

また、掘削開始指令回路のリレー接点Ｒ９−１ｂは開放
され、リレーコイルＲ６は消勢され、ブームアームパケ
ット動作制御回路のリレー接点Ｒ６−２ａが開放される
。

これにより、アーム４、パケット６の動きは停止し、パ
ケット６開口部は水平位置に保持され、掘削積込が完了
する。

°以上で、一連の自動掘削制御が完了する。

（７）パケット位置保持制御 他方、同時にパケットチルトダンプ回路のリレー接点Ｒ
０−２ａが開成され、該パケットチルトダンプ回路は主
回路に接続される。

ここで、リレ；−接点Ｒ３ｌｂは前記リレーコイルＲ８
の付勢により開放されているから、ソレノイドＳ５は付
勢されない。

以後、手動スイッチＭＳ１５ＭＳ２を適宜操作して、ブ
ーム２、アーム４を手動操作して所要のダンプ位置にパ
ケット６を移動し、所要の位置でパケット６内の積込物
を手動スイッチＭＳ３の操作により排出する。

勿論、適宜の旋回装置により旋回操作も行われるが特に
図示しない。

掘削積込完了から積込物排出操作に至る間、本発明では
パケット位置の水平保持制御がなされる。

これは、前記傾角検出装置１２Ａ〜１２Ｃ、パケット位
置検出回路１１．及びパケット開口部水平制御回路を含
むパケット位置保持制御装置によりなされる。

パケット６を水平位置に保持するには前述のようにイ頃
角θい＋θ８＋θ。

＝２７０±α＝θ１ とすれば゛よいが、油圧系の応答
性等を考慮して、水平位置にはある範囲をもたせている
。

すなわち、θ１≦θ□＋θ８＋θ。

≦θ２ （θ２はθ１よりも適度に大きい角度）の範囲
内であれば、これを水平位置に擬制するようにしている
。

角θ２を検出するには第５図と同様な検出回路を設け、
コンパレータＣＭの比較基準人力Ｖ、を角θ２に相当す
る値Ｒｅ２（Ｒｓ２＞ ＲＳＩ）に設定すればよい。

設定置Ｒｅ２のコンパレータの検出出力Ｒ２はパケット
開口部水子制御回路のスイッチ部ＡＳ２（たとえばアナ
ログスイッチ）をオンするようになっている。

従って、手動操作の過程で、傾角θ３＋θ８＋θＣ〉θ
２ となった場合は、リレーコイルＲ７が付勢され、パ
ケットチルトダンプ回路のリレー接点Ｒ７−１ａが閉成
してパケットダンプ用ソレノイドＳ６が付勢される。

これによりパケット６は時計方向（矢印Ｗ）に回動する
。

この回動により、傾角θ□十θ８＋θ。

≦θ２ となるとスイッチ部ＡＳ２がオフされリレーコ
イルＲ７は消勢され、パケット６は停止される。

また、手動操作の過程で、傾角θ□＋θ８＋θ６〈θ１
となった場合は、スイッチ部ＡＳ１がオフされ、リレ
ーコイルＲ８が消勢されてリレー接点Ｒ８−１ｂが閉成
される。

従ってチルト用ソレノイドＳ５が付勢されパケット６は
反時計方向（矢印■）に回動する。

この回動により傾角θ□十θ８＋θ。≧θ１ となると
スイッチ部ＡＳ１がオンされ、リレーコイルＲ８が付勢
され接点Ｒ５１ｂを開放して、パケット６は停止される
。

以上のようにして、所定の基準範囲値β （Ｒ６１≦β
≦Ｒ６２）内でパケット６開口部を上向きの水平位置に
保持すべく、パケットチルト及びダンプの自動制御がな
される。

尚、上記実施例では水平位置保持制御の際、パケット６
のみの作動制御を行うようにしているが、これに限らず
、アーム４、ブーム２等の作動制御もあわせて行うよう
にしてもよい。

たとえばパケット６を回動させて、回動限界位置に達し
てもなお水平位置にならないような場合に、アーム４等
を作動させてパケット６が所定の水平位置になるように
制御される。

また尚、上記実施例で説明したパケット位置保持制御装
置はパケット開口部を水平に保持するのみならず、ある
所定の傾斜角度を保持するような場合も応用することが
できる。

この場合、コンパレータＣＭの基準人力Ｖ、を所定の傾
斜角度に相当する値に設定すればよい。

このようにすれば、前述と同様にしてパケット６の開口
部が所定の傾斜角度に保持される。

たとえば、パワーショベルにより斜面を掘削整備するよ
うな場合、自動的にパケット開口部が所定傾斜角に保持
されるから、有効である。

以上説明したように本発明によれば、ブーム、アーム及
びパケットの作動状態及び負荷状態に応じて所要の油圧
系の制御が電気的に行われ、パケット内の積込物が排出
されるまで確実にパケットの開口部が水平に保持される
ので、積込物を途中で落としてしまうようなことは起こ
らず、無駄なく極めて能率的である等の優れた効果を有
している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自動掘削制御装置が適用されるパ
ワーショベルの概略を示す側面図、第２図は本発明のパ
ワーショベルの自動掘削制御装置の一実施例に係る電気
的シーケンス回路図、第３図はパケット位置検出の際の
傾角検出の原理説明図、第４図はパケット開口部の水平
検出の原理説明図、第５図はパケット位置検出回路の一
例を示す回路図である。 ２・・・・・・ブーム、３・・・・・・・・・ブームシ
リンダ、４・・・・・・アーム、５・・・・・・アーム
シリンダ、６・・・・・・パケット、７・・・・・・パ
ケットシリンダ、８，９，１０・・・・・・シリンダ用
油圧切換弁、１１・・・・・・パケット位置検出回路、
１２Ａ〜１２Ｃ・・・・・・傾角検出装置、Ｓ１〜Ｓ６
・・・・・・ソレノイド、ＬＳ１〜ＬＳ５・・・・・・
検出スイッチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ブーム、アーム及びパケットを夫々の油圧シリンダ
   の伸縮により各別に回動作動させるパワーショベルの掘
   削制御装置において、手動スイッチの操作により電気的
   に作動されて前記ブーム及びアーム用油圧シリンダへの
   油圧供給を各別に制御する油圧切換弁と、ブーム、アー
   ム及びパケットの傾角θ９．θ８．θ６を夫々検出する
   傾角検出装置と、各傾角θ４．θ８．θ。 の検出値にもとづいてパケット開口部の角度を求める演
   算回路と、求められたパケット開口部の角度とほぼ水平
   な角度の設定値とを比較する比較回路と、パケット作動
   用油圧切換弁と、前記比較回路の出力に応じて前記パケ
   ット作動用油圧切換弁を電気的に作動させ、パケット開
   口部の角度がほは゛水平となるように制御するパケット
   開口部制御回路とを具え、パケット開口部をほぼ水平に
   保持するようにしたことを特徴とするパワーショベルの
   自動掘削制御装置。