JPS62220619A - Automatic excavator for loading machine - Google Patents

Automatic excavator for loading machine

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JPS62220619A
JPS62220619A JP6518186A JP6518186A JPS62220619A JP S62220619 A JPS62220619 A JP S62220619A JP 6518186 A JP6518186 A JP 6518186A JP 6518186 A JP6518186 A JP 6518186A JP S62220619 A JPS62220619 A JP S62220619A
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excavation
bucket
boom
resistance
vertical
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JP6518186A
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Shinji Takasugi
高杉 信爾
Tadayuki Hanamoto
忠幸 花本
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Komatsu Ltd
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  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enhance the efficiency of excavation by preventing excessive increasing of excavation resistance by a method in which only when the calculated vertical excavation resistance of a bucket is smaller than a set value, a boom is automatically controlled to perform upward rotation work. CONSTITUTION:In an automatic controller, an upper limit set value Rhu and a lower limit set value Rhd for horizontal excavation resistance and a set value Rvs for vertical resistance are set, and a loading machine is and excavation is made by a bucket 1. In this case, in the controller, the horizontal component Rh and vertical component Pv of excavation resistance to be applied to the bucket 1 are calculated. Only when Rhu>Rh>Rhd and Rv<Rvs, a boom 3 is put to upward rotating operation. Also, after Rv>Rvs results, the bucket 1 is put to tilting operation only until the end of period of a given excavation.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業−にの利用分野〕 この発明は、ホイールローダ、ペイローダやトラクタシ
ョベル等の積込機械において、作業機アクチュエータを
負荷に応じてマイクロコンピュータ制御することにより
運転者の技術によらない効率良い掘削作業をなし得るよ
うにした積込機械の自動掘削装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Field of Application] The present invention is applicable to loading machines such as wheel loaders, payloaders, and tractor excavators by controlling the work implement actuator with a microcomputer according to the load. This invention relates to an automatic excavation device for a loading machine that enables efficient excavation work without relying on technology.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

作業機アクチュエータとしてブームおよびバケットを有
するホイールローダ、ペイローダあるいはトラクタショ
ベル等の積込機械は、コンパクトで小回りがきき、しか
も購入価格が安い等の点で1−木作業現場、畜産分野、
園芸造園分野、除雪作業等の幅広い分野で使用されてい
る。
Loading machines such as wheel loaders, payloaders, and tractor excavators that have booms and buckets as work equipment actuators are compact, have a small turning radius, and are inexpensive to purchase.
It is used in a wide range of fields such as horticulture, landscaping, and snow removal work.

この種の積込機械においては、ブームシリンダによって
ブームを」1下に回動するとともにバケットシリンダに
よってバケットにチルトおよびダンプ動作を行なわせる
ようになっており、これらブームおよびバケットの回動
動作によって土砂等の掘削および積込作業を行なう。
In this type of loading machine, the boom cylinder rotates the boom 1" downward, and the bucket cylinder tilts and dumps the bucket. These rotational movements of the boom and bucket move the earth and sand. Perform excavation and loading work such as

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

ところで、かかる積込機械の油圧回路には通常バケット
優先のタンデム回路が用いられ、またブームシリンダお
よびバケットシリンダを駆動する各切換バルブは流量固
定のオン・オフ制御が行なわれているため、ブームおよ
びバケットを同時操作することができず、各作業機アク
チュエータを1−手く切換えて能率良い掘削を行なうに
は極めて高疫な熟練を要し、この為、未熟な運転者では
、バケッ]・を水平方向に突込み過ぎで垂直抵抗が過大
になり車両後部が持ち上がる、バケットが早く−にかり
過ぎて掘削土mが不足する、あるいは負荷が過大となり
タイヤがスリップすること等が多くあり、運転者の運転
技術によって作業能率か大きく変化するという問題点が
ある。
By the way, the hydraulic circuit of such a loading machine usually uses a tandem circuit that prioritizes the bucket, and each switching valve that drives the boom cylinder and bucket cylinder is controlled on and off with a fixed flow rate. It is not possible to operate the buckets at the same time, and it requires extremely high level of skill to manually switch each work equipment actuator for efficient excavation. There are many cases where the rear of the vehicle lifts due to excessive vertical resistance due to excessive thrusting in the horizontal direction, the bucket is covered too quickly and the excavated soil is insufficient, or the load is excessive and the tires slip, etc. There is a problem in that work efficiency varies greatly depending on driving technique.

この発明は−1,記実情に鑑みてなされたもので、現(
1:の主流である流は固定でかつ一方のアクチュエータ
の11i独操作しかできない油圧回路が搭載された積込
機械において、その構成をほとんど変えることなく、運
転者の技術に左右されずに常に所定上置の掘削を能率良
くなし得る積込機械の自動掘削装置を提供しようとする
ものである。
This invention was made in view of the current situation (1).
1: In a loading machine equipped with a hydraulic circuit in which the main flow is fixed and can only be operated independently by one actuator, the flow is always maintained at the specified level without changing the configuration, regardless of the operator's skill. It is an object of the present invention to provide an automatic excavation device for a loading machine that can efficiently perform overhead excavation.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

かかる問題点を解決するために、この発明では、バケッ
トに力1目つる掘削抵抗の水![成分および垂直成分を
逐次算出する手段と、前記水・P掘削抵抗の1−限およ
び下限設定値と垂直掘削抵抗設定値とを設定する手段と
、前記算出した水平掘削抵抗か前記1−限設定値と下限
設定値との間にあって、前記算出した垂直掘削抵抗が同
垂直掘削抵抗の設定値より小なるときにのみ、ブームの
−1−げ回動を行ない、前記算出した垂II″(掘削抵
抗が同垂直掘削抵抗の設定値より大となってから所定の
掘削終了時までの間にのみバケットのチルト駆動を行な
うべくブー  3  = 一方およびバケットを夫々駆動する各作業機バルブの切
替え制御を行なう制御手段とを具えるようにする。
In order to solve this problem, in this invention, the bucket has a force of 1 vine that resists digging! [Means for sequentially calculating the components and vertical components; means for setting the 1-limit and lower limit set values of the water/P excavation resistance; and means for setting the vertical excavation resistance set values; Only when the calculated vertical excavation resistance is between the set value and the lower limit set value and is smaller than the set value of the vertical excavation resistance, the boom is rotated by -1 and the calculated vertical II'' ( Boo 3 = Switching control of each working machine valve that drives one and the bucket, respectively, in order to tilt the bucket only between the time when the excavation resistance becomes larger than the set value of the vertical excavation resistance and the end of the specified excavation. and control means for performing the same.

〔作用〕[Effect]

かかる構成によれば、水平掘削抵抗値に応じて、貫入走
行−貫入走行・ブーム上昇−貫入走行のサイクル動作が
行なわれ、その後垂直掘削抵抗値が所定の設定値より大
となった時点でバケットのチルト動が開始されることに
なる。
According to this configuration, a cycle operation of penetration travel-penetration travel/boom raising-penetration travel is performed according to the horizontal excavation resistance value, and then when the vertical excavation resistance value becomes greater than a predetermined set value, the bucket The tilt movement will begin.

〔実施例〕〔Example〕

第2図は、この発明を適用するホイールローダの外観構
成例を示すものであり、このホイールローダには、バケ
ット1の回転角θ1を検出するバケット角センサ2、ブ
ーム3の回転角θ2を検出するブーム角センサ4、ブー
ムシリンダ5に供給する圧油の油圧Paを検出する油圧
センサ6(第2図中には図示せず)、バケットシリンダ
7に供給する圧油の油圧Pl)を検出する油圧センサ8
(第2図中には図示せず)が設けられている。
FIG. 2 shows an example of the external configuration of a wheel loader to which the present invention is applied. This wheel loader includes a bucket angle sensor 2 that detects the rotation angle θ1 of the bucket 1, and a bucket angle sensor 2 that detects the rotation angle θ2 of the boom 3. A boom angle sensor 4 detects the hydraulic pressure Pa of the pressure oil supplied to the boom cylinder 5 (not shown in FIG. 2), and a hydraulic pressure Pl of the pressure oil supplied to the bucket cylinder 7. Oil pressure sensor 8
(not shown in FIG. 2) is provided.

これらバケット角センサ2、ブーム角センサ4、油圧セ
ンサ6および8の検出値θ1、θ2、PaおよびP b
は、第1図に示すようにマイクロコンピュータ10に入
力される。マイクロコンピュータ10においては、これ
ら検出値を用い掘削中にバケット1に加わる掘削抵抗の
水平成分Rhおよび垂直成分Rvを逐次計算し、自動掘
削モードのときこれら計算値RhおよびRvに基づいて
油圧回路20の駆動制御を行なう。
Detection values θ1, θ2, Pa, and P b of these bucket angle sensor 2, boom angle sensor 4, and oil pressure sensors 6 and 8
is input to the microcomputer 10 as shown in FIG. The microcomputer 10 sequentially calculates the horizontal component Rh and vertical component Rv of the excavation resistance applied to the bucket 1 during excavation using these detected values, and in the automatic excavation mode, the hydraulic circuit 20 is activated based on these calculated values Rh and Rv. The drive control is performed.

この油圧回路20は、ブームシリンダ5を駆動するブー
ムコントロールバルブ21、バケットシシリンダ7を駆
動するバケットコントロールバルブ22、タンク23、
作業機ポンプ24、パイロットオペレートコン]・ロー
ル(POC)ポンプ25、ブームコントロールバルブ2
1の切換え制御を行なうリフト用パイロット弁26、バ
ケットコントロールバルブ22の切換え制御を行なうチ
ルト用パイロット弁27で構成される通常のON・OF
F制御形式のタンデム回路構成に、マイクロコンピュー
タ10からの切替信号S1およびS2によって夫々作動
する切替弁30および40を追加するように17だ。切
替弁30はリフト用パイロット弁26からブームコント
ロールバルブ21の上側(あげがわ)リフトスプール2
8へのパイロット管路に配設されており、切替信号S1
が未入力のときにはパイロット弁26と上側リフトスプ
ール28とを接続するが、切替信号S1が入力されたと
きにはPOCポンプ25を−1−側リフトスプール28
に直結する。切替弁40はチルト用パイロット弁27か
らバケットコントロールバルブ22のチルト側ダンプス
プール29へのパイロット管路に配設されており、切替
信号S2が未入力のときにはパイロット管27とチルト
側ダンプスプール29とを接続するが、切替信号S2が
人力されたときには、POCポンプ25をチルト側ダン
プスプール29に直結する。これら切替信号S1および
S2はスイッチ11の投入によって自動掘削モードが指
定された時、マイクロコンピュータ10から入力される
This hydraulic circuit 20 includes a boom control valve 21 that drives the boom cylinder 5, a bucket control valve 22 that drives the bucket cylinder 7, a tank 23,
Work equipment pump 24, pilot operating control/roll (POC) pump 25, boom control valve 2
A normal ON/OF valve consisting of a lift pilot valve 26 that performs switching control of the bucket control valve 22 and a tilt pilot valve 27 that performs switching control of the bucket control valve 22.
17 so as to add switching valves 30 and 40 operated by switching signals S1 and S2 from the microcomputer 10, respectively, to the F control type tandem circuit configuration. The switching valve 30 connects the lift pilot valve 26 to the upper lift spool 2 of the boom control valve 21.
8, and the switching signal S1
When is not input, the pilot valve 26 and the upper lift spool 28 are connected, but when the switching signal S1 is input, the POC pump 25 is connected to the -1- side lift spool 28.
Directly connected to. The switching valve 40 is disposed in the pilot pipe line from the tilt pilot valve 27 to the tilt side dump spool 29 of the bucket control valve 22, and when the switching signal S2 is not input, the pilot pipe 27 and the tilt side dump spool 29 are connected to each other. However, when the switching signal S2 is manually input, the POC pump 25 is directly connected to the tilt side dump spool 29. These switching signals S1 and S2 are input from the microcomputer 10 when the automatic excavation mode is designated by turning on the switch 11.

ここで、かかる実施例構成による自動掘削動作を説明す
る前に、第3図および第4図に従って水・1人抵抗Rh
および垂直抵抗Rvの導出方法の一例を説明する。
Here, before explaining the automatic excavation operation according to the configuration of this embodiment, let us explain the water/one-person resistance Rh according to FIGS. 3 and 4.
An example of a method for deriving vertical resistance Rv will be explained.

この方法では、入力情報として、バケット回転(fJθ
1、ブーム回転角θ2、ブームシリンダ5に供給する圧
油の油圧Paおよびバケットシリンダ7に供給する圧油
の油圧P I)を用い、これら検出値を用いて水平抵抗
Rhおよび垂直抵抗Rvを導出する。
In this method, the bucket rotation (fJθ
1. Using the boom rotation angle θ2, the hydraulic pressure Pa of the pressure oil supplied to the boom cylinder 5, and the hydraulic pressure P I of the pressure oil supplied to the bucket cylinder 7, derive the horizontal resistance Rh and vertical resistance Rv using these detected values. do.

いま、ブームシリンダ5およびバケットシリンダ7の断
面積を夫々Sa、Sbとすると、各シリンダ5および7
のシリンダ力FaおよびF bはFa =Pa−8a 
        −(1)Fb=Pb −8b    
     ・・・(2)となる。
Now, if the cross-sectional areas of the boom cylinder 5 and bucket cylinder 7 are Sa and Sb, respectively, then each cylinder 5 and 7
The cylinder forces Fa and F b are Fa = Pa-8a
−(1) Fb=Pb −8b
...(2).

ここで、抵抗作用点PD  (XD、YD)がバケット
1の同転(回転角θ1)に対応して第4図に示す如く変
移していくと仮定する。この第4図に示すグラフにおい
て、縦軸はバケットの底板の先端点と抵抗作用点PDと
の間隔DI7、横軸はバケット回転角θ1であり、θh
 (固定値)はバケツ=   7  − ト1のサイドエツジ1aが水平となる角度、Lcはサイ
ドエツジ1aの部分の長さである。
Here, it is assumed that the resistance application point PD (XD, YD) changes as shown in FIG. 4 in response to the same rotation of the bucket 1 (rotation angle θ1). In the graph shown in FIG. 4, the vertical axis is the distance DI7 between the tip point of the bottom plate of the bucket and the point of resistance PD, and the horizontal axis is the bucket rotation angle θ1, θh
(Fixed value) is the angle at which the side edge 1a of bucket 1 becomes horizontal, and Lc is the length of the side edge 1a.

ここで、ピンpoを中心とするX−Y座標を考え、バケ
ット1が回動前のときのピンP1の座標を夫々(X+’
 、Y+’ )とすると、ブーム3か02回転した後の
Plの座標(XI、Yl)はとなり、またバケットピン
P1とバケット底板先端点に関する図示間隔をpl、バ
ケット底板とバケットのサイドエツジ1aとのなす角を
ψとすると、バケット1およびブーム3が夫々θ1およ
びθ2回転した後のpnの座標(XD、Yl))は、X
I)−X1+(1+、cosθ1− D L、cosψ
−(4)YD=Y+ 十Ω+−5inθ1−DI、−5
in ψ−= (5’)となり、第4図のグラフに基づ
き、θ1.θ2回転後のPDの座標を特定することがで
きる。
Here, considering the X-Y coordinates centered on pin po, the coordinates of pin P1 before bucket 1 is rotated are (X+'
, Y+'), then the coordinates (XI, Yl) of Pl after 3 or 02 rotations of the boom are, and the illustrated distance between the bucket pin P1 and the tip point of the bucket bottom plate is pl, and the distance between the bucket bottom plate and the side edge 1a of the bucket is If the angle formed is ψ, the coordinates of pn (XD, Yl) after bucket 1 and boom 3 rotate θ1 and θ2, respectively, are
I) -X1+(1+, cosθ1- D L, cosψ
-(4) YD=Y+ 10Ω+-5inθ1-DI, -5
in ψ-= (5'), and based on the graph in FIG. 4, θ1. The coordinates of PD after θ2 rotation can be specified.

いま、ここで第3図図示の各寸法をLl、L2゜L3.
L4.L5とし、ピンPoまわりのモーメントのつり合
いを考えると Rv−XD十R11・YD−Fa−L4−Fl)  ・
 L5 = 0              ・・・ 
(6)となり、またピンP1まわりのモーメントのつり
合いを考えると Rv・ (XD+X1)−Rh・ (Yl−Yl))−
Fb’  ・L3=0       ・・・(7)とな
る。また か成立するため、これら([i) (7) (8)式を
解くことによりRhおよびRvを求めることができる。
Now, let us define the dimensions shown in Figure 3 as Ll, L2°L3.
L4. L5 and considering the balance of moments around pin Po, Rv-XD+R11 YD-Fa-L4-Fl) ・
L5 = 0...
(6), and considering the balance of moments around pin P1, Rv・(XD+X1)−Rh・(Yl−Yl))−
Fb'・L3=0 (7). Also, Rh and Rv can be obtained by solving these equations ([i), (7), and (8).

次に、第5図に示すフローチャートを参照して、かかる
実施例構成による自動掘削動作を説明する。
Next, the automatic excavation operation according to the configuration of this embodiment will be explained with reference to the flowchart shown in FIG.

オペレータは、自動掘削を行なう場合、自動掘削モート
スイッチ11を投入した後、エンジンを始動し、ギヤを
例えば1速にし、盛」−に対して車両を走行させる(ス
テップ100)。この最初の掘削段階においては、ブー
ム3およびバケット1を初期位置に停止]−させた状態
で車両を走行させる水平突込み(日入)掘削を行なう。
When carrying out automatic excavation, the operator turns on the automatic excavation mode switch 11, starts the engine, sets the gear to, for example, 1st gear, and drives the vehicle toward the top (step 100). In this initial excavation stage, horizontal plunge (sunset) excavation is performed in which the vehicle is driven with the boom 3 and bucket 1 stopped at their initial positions.

マイクロコンピユータ10は、−11記スイツチ】1の
没入を検知すると、バケット角センサ2、ブーム角セン
サ4、油圧センサ6および油圧センサ8の各検出値θ1
゜θ2.Paおよびpbを取込み、これら検出値を用い
て先の第3図および第4図で説明した方法にしたがって
水平抵抗Rhを演算する(ステップ110)。そして、
マイクロコンピュータ10は、該算出した水平抵抗Rh
を予設定した水平抵抗の」1限設定値Rhuと比較しく
ステップ120)、Rh≦Rhuである場合はステップ
100に戻り、ステップ100、ステップ110の手順
を再び実行する。すなわち、掘削開始からRhか−1−
限設定値Rhuを超えるまでの間はブーム3およびバケ
ット1は回動しないで水平方向への突込み掘削を行なう
When the microcomputer 10 detects that the switch 11 is retracted, the microcomputer 10 detects each detection value θ1 of the bucket angle sensor 2, the boom angle sensor 4, the oil pressure sensor 6, and the oil pressure sensor 8.
゜θ2. Pa and pb are taken in, and using these detected values, the horizontal resistance Rh is calculated according to the method described above in FIGS. 3 and 4 (step 110). and,
The microcomputer 10 calculates the calculated horizontal resistance Rh.
is compared with a preset first limit set value Rhu of the horizontal resistance (step 120), and if Rh≦Rhu, the process returns to step 100 and the procedures of steps 100 and 110 are executed again. In other words, from the start of excavation, Rh -1-
Until the limit set value Rhu is exceeded, the boom 3 and the bucket 1 do not rotate and perform horizontal plunging excavation.

しかし、Rh>Rbuとなったときには、マイクロコン
ピュータ10は切替信号S1を出力することにより切替
弁30を切替え、POCポンプ25の油圧をブームコン
トロールバルブ21の」−側スプール28へ送り、ブー
ムシリンダ5を上側(あげがわ)に駆動することにより
、ブーム3を上臂させる(ステップ130)。尚、自動
掘削モードのときに切替信号S1が人力されていない場
合、切替弁30はパイロット弁26側に接続されている
が、該パイロット弁26のレバーが中立位置にあるので
、ブームコントロールバルブ21のスプール28へ油圧
が送られることはなく、この場合ブーム3は停止1−シ
ている。
However, when Rh>Rbu, the microcomputer 10 outputs a switching signal S1 to switch the switching valve 30, sends the hydraulic pressure of the POC pump 25 to the "-" side spool 28 of the boom control valve 21, and sends the hydraulic pressure to the boom cylinder 5. By driving the boom 3 upward (step 130). Note that when the switching signal S1 is not manually input in the automatic excavation mode, the switching valve 30 is connected to the pilot valve 26 side, but since the lever of the pilot valve 26 is in the neutral position, the boom control valve 21 is connected to the pilot valve 26 side. No hydraulic pressure is sent to the spool 28 of the boom 3, and in this case the boom 3 is at rest.

次に、マイクロコンピュータ10は再びセンサ2.4.
6および8の検出値θ1.θ2.PaおよびP hを取
込み、これら検出値を用い前記<6)(7)(8)式等
に従って水平抵抗Rhおよび垂直抵抗Rvを算出する(
ステップ140)。そして、マイクロコンピュータ10
は今度は該算出した垂直抵抗Rvを予め設定した垂直抵
抗設定値Rvsと比較する(ステップ150)。尚、垂
直抵抗設定値Rvsは、垂直抵抗Rvによる前輪まわり
のモーメントを考えた場合、前輪からバケット重心まで
の距離の水弔成分がブーム3の回動に伴なってその長さ
が変化するため、前記垂直抵抗Rvによる前輪まわりの
モーメントを一定とすべくバケットピンP1の高さy(
掘削開始時を0としたバケットピン高さ)に応じて第6
図に示す如く変化させる。
Next, the microcomputer 10 again uses the sensors 2.4.
6 and 8 detected values θ1. θ2. Take in Pa and Ph h, and use these detected values to calculate the horizontal resistance Rh and vertical resistance Rv according to the formulas <6), (7), and (8) above (
Step 140). And microcomputer 10
Next, the calculated vertical resistance Rv is compared with a preset vertical resistance setting value Rvs (step 150). Note that the vertical resistance setting value Rvs is determined because when considering the moment around the front wheel due to the vertical resistance Rv, the length of the water component of the distance from the front wheel to the center of gravity of the bucket changes as the boom 3 rotates. , the height y of the bucket pin P1 (
6th depending on the bucket pin height (0 at the start of excavation)
Change as shown in the figure.

なお、第6図においてyaは掘削終了ピン高さの設定値
である。
In addition, in FIG. 6, ya is a set value of the excavation end pin height.

前述の比較の結果、RvがRvsに満たない場合(Rv
s≧Rv)、マイクロコンピュータ10は、今度は前記
算出した水平抵抗Rhを予め設定した水平抵抗の下限設
定値Rhdと比較しくステップ160) 、Rh >R
hdである場合は切替信号S1を出力して前記同様ブー
ムシリンダ5を−L側に駆動することによりブーム3を
」1昇させる(ステップ130)。そして、以後、ステ
ップ150およびステップ160の各比較の結果がRv
≦RvsでかつRh>Rhdである限りマイクロコンピ
ュータ10は切替信号S1を出力してブーム3の−に昇
動作を続行させる。
As a result of the above comparison, if Rv is less than Rvs (Rv
s≧Rv), the microcomputer 10 then compares the calculated horizontal resistance Rh with a preset lower limit set value Rhd of the horizontal resistance (step 160), Rh>R
If it is HD, the switching signal S1 is output and the boom cylinder 5 is driven to the -L side in the same manner as described above, thereby raising the boom 3 by 1" (step 130). Thereafter, the results of each comparison in step 150 and step 160 are Rv
As long as ≦Rvs and Rh>Rhd, the microcomputer 10 outputs the switching signal S1 to cause the boom 3 to continue its upward movement.

しかし、ステップ160における比較の結果がRb≦R
1+dとなった場合、マイクロコンピュータ10は切替
信号S1の出力を停止し、ブーム3をE’−停+I−す
る。車両は常に前進しているので、ブーム3の上昇を一
時停止1−するようにすれば、負荷による水平抵抗Rh
が増大するようになり、掘削」−計不足を防市すること
ができる。この場合、この後手順は再びステップ100
に戻り、その後、算出した水平抵抗Rhが水平抵抗の」
1限設定値Rhuを超えるまではブーム3の停止状態を
維持し、Rh>Rhuとなった時点でブーム3は前記一
時停止位置からの上昇運動を再開する。
However, if the result of the comparison in step 160 is Rb≦R
1+d, the microcomputer 10 stops outputting the switching signal S1 and stops the boom 3 at E'-stop+I-. Since the vehicle is always moving forward, if the raising of the boom 3 is temporarily stopped 1-, the horizontal resistance Rh caused by the load can be reduced.
As the amount of excavation increases, the shortage of excavation can be prevented. In this case, the procedure then returns to step 100.
Then, the calculated horizontal resistance Rh is the horizontal resistance.
The boom 3 remains stopped until the first limit set value Rhu is exceeded, and when Rh>Rhu, the boom 3 resumes its upward movement from the temporary stop position.

前記したブーム3の上昇駆動は、ステップ150におけ
る比較の結果かRy>Rvsとなった時点で終了する(
ステップ180)。マイクロコンピュータ10はRv>
Rvsとなった場合、切替信号S1の出力を停止]二し
てブーム3の上昇駆動を終了するとともに今度は切替信
号S2を出力することにより切替弁40を切替え、これ
によりPOCポンプ25の油圧をバケットコントロール
バルブ22のチルト側スプール29へ送り、バケットシ
リンダ7をチルト側に駆動することによりバケット1の
チルト動作を開始する(ステップ190)。そして、こ
の後マイクロコンピュータ10は所定の掘削終了時まで
、前記1;IJ M信′−′3′S2を出力し続けるこ
とによりバケット1を所定角チルトさせた後、今回の掘
削動作を終了する(ステップ200)。なお、掘削終了
時の検出方法としては、バケット1のサンドニッジ1a
が水平になった時点を掘削終了時とする方法、バケット
ピンP1の地−に高か所定高さとなった時点を掘削終了
時とする方法、バケットシリングのストロークエンドを
検出する方法等がある。
The above-mentioned upward drive of the boom 3 ends when Ry>Rvs as a result of the comparison in step 150 (
Step 180). The microcomputer 10 is Rv>
Rvs, the output of the switching signal S1 is stopped] Then, the lifting drive of the boom 3 is finished, and the switching signal S2 is outputted this time to switch the switching valve 40, thereby reducing the hydraulic pressure of the POC pump 25. The tilting operation of the bucket 1 is started by sending it to the tilt side spool 29 of the bucket control valve 22 and driving the bucket cylinder 7 to the tilt side (step 190). Thereafter, the microcomputer 10 continues to output the above-mentioned 1; (Step 200). In addition, as a detection method at the end of excavation, sand ridge 1a of bucket 1
There are a method of determining the end of excavation when the bucket pin P1 becomes horizontal, a method of determining the end of excavation when the bucket pin P1 reaches a predetermined height above the ground, and a method of detecting the stroke end of the bucket sill.

第7図は、かかる実施例によるバケットの軌跡例を示す
ものであり、状態(1)は掘削開始段階における討入走
行のみの状態(第5図ステップ100.110,120
)を示し、状態(I[)はブームが1゛昇駆動されてい
る状態での貫入走行を示しく130,140,150,
160)、状態(III)はブームか一時停止した状態
での貫入走行を示しくステップ170,100,110
゜120)、状態(IV)はブームが上昇駆動されてい
る状態での貫入走行を示しくステップ130゜140.
150,160)、状態(V)はバケットがチルト駆動
されている状態での貫入走行を示している。
FIG. 7 shows an example of the trajectory of the bucket according to this embodiment, and state (1) is a state where only the digging operation is performed at the start stage of excavation (steps 100, 110, 120 in FIG. 5).
), and state (I[) indicates penetration travel with the boom being driven 1° up.130, 140, 150,
Steps 170, 100, 110), state (III) indicates penetration travel with the boom temporarily stopped;
120), state (IV) indicates penetration travel with the boom being driven upward, and steps 130, 140.
150, 160), state (V) indicates penetration travel in a state where the bucket is tilt-driven.

かかる実施例によれば、水平抵抗に関しては上限および
下限設定値RhuおよびR1旬を設定し、垂直抵抗に関
しては第6図に示すような設定値RVSを設定し、逐次
検出した水平抵抗Rhと前記」1限および下限設定値と
の比較結果に応じて貫入走行−貫入走行・ブーム上昇−
貫入走行のサイクル制御を行なうとともに、その後垂直
抵抗の検出値Rvが前記設定値RVSを超えた時点でブ
ームの−1−昇を終了しかつバケットのチルト動を開始
するような自動掘削を行なうようにしたので、タイヤス
リップ、掘削−に爪不足等の不具合が起こることなく、
常に所定はの土砂を自動掘削することができる。また、
この自動掘削制御によれば、作動させているアクチュエ
ータは、常にバケットシリンダおよびブームシリンダの
うちのいずれか一方であるので、現行の主流機種である
流量固定のタンデム回路構成の油圧回路が搭載された積
込機械の内=   15  = 部構成を一部変更するのみで能率的な掘削をなし得る自
動掘削機械を実現することができる。
According to this embodiment, the upper and lower limit set values Rhu and R1 are set for the horizontal resistance, and the set value RVS as shown in FIG. 6 is set for the vertical resistance, and the sequentially detected horizontal resistance Rh and the above-mentioned ” Penetration travel according to the comparison results with the 1st limit and lower limit setting values - Penetration travel / Boom raising -
In addition to performing cycle control of penetration travel, automatic excavation is performed such that when the detected value Rv of vertical resistance exceeds the set value RVS, the -1-rise of the boom is completed and the tilting movement of the bucket is started. As a result, there is no problem such as tire slippage or lack of nails during excavation.
A predetermined amount of soil can be automatically excavated at any time. Also,
According to this automatic excavation control, the actuator being operated is always either the bucket cylinder or the boom cylinder, so the current mainstream model is equipped with a hydraulic circuit with a tandem circuit configuration with a fixed flow rate. It is possible to realize an automatic excavation machine that can perform efficient excavation by only partially changing the configuration of the loading machine.

なお、−1−記実施例において、水平抵抗の上限および
下限設定値RhuおよびRhdと垂直抵抗設定値Rvと
を掘削が1回終了する毎に任意に変更できるような構成
としてもよい。
In the embodiment described in -1-, a configuration may be adopted in which the horizontal resistance upper and lower limit set values Rhu and Rhd and the vertical resistance set value Rv can be arbitrarily changed each time one excavation is completed.

また、水平抵抗Rhおよび垂直抵抗Rvを求めるための
演算方法も、第3図および第4図を用いて説明した方法
に限るわけでなく、例えば他にロードセル等の荷重計に
よってバケットに加わる負荷を検出し、該検出値と水平
および垂直抵抗RhおよびRvとの力のつり合いに括づ
きRhおよびRvを求めるようにしてもよい。
Furthermore, the calculation method for determining the horizontal resistance Rh and the vertical resistance Rv is not limited to the method explained using FIGS. 3 and 4. Rh and Rv may be determined based on the detected value and the force balance between the horizontal and vertical resistances Rh and Rv.

また、本発明を適用する積込機械もホイールローダに限
るわけでなく、他にペイローダ、トラクタショベル等、
作業機アクチュエータとしてブームおよびバケットを有
するもの全ての機械に適用可能である。
Furthermore, the loading machine to which the present invention is applied is not limited to wheel loaders, but may also include payloaders, tractor excavators, etc.
It is applicable to all machines that have a boom and a bucket as work equipment actuators.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、この発明によれば、(1) I%
il削抵抗に応じてブーム駆動およびバケット駆動を切
替え制御するようにしたので、掘削抵抗が過大になると
いったことがなくなりこれによりタイヤスリップを防1
1−シタイヤを長寿命化することができるとともに、掘
削効率を大幅に向」−させることができる (2)オペレータの経験および技術によらずに、常に均
一な土量を掘削することかできる(3)作動させている
アクチュエータは常にバケットおよびブームのうちのい
ずれか一方であるので、現在の主流であるタンデム回路
構成の積込機械に適用して好適である 等の優れた効果を奏する。
As explained above, according to the present invention, (1) I%
Since the boom drive and bucket drive are switched and controlled according to the excavation resistance, the excavation resistance does not become excessive and this prevents tire slip.
(1) It is possible to extend the life of the tire and greatly improve the excavation efficiency. (2) It is possible to always excavate a uniform amount of soil regardless of the operator's experience and skill. 3) Since the actuator that is being operated is always either the bucket or the boom, it has excellent effects such as being suitable for application to loading machines with a tandem circuit configuration, which is the mainstream at present.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の一実施例装置について全体的制御構
成例を示す概略図、第2図はホイールローダの外観的構
成および各センサの配設例を示す側面図、第3図は水平
・垂11!7抵抗Rh、Rvを求めるための演算例を説
明するための図、第4図は同演算例に用いる抵抗作用点
の設定移動軌跡の1例を示すグラフ、第5図は同実施例
装置の具体作用例を示すフローチャート、第6図は垂直
抵抗設定値Rvsとバケット高さyとの関係を示すグラ
フ、第7図は本実施例装置によるバケット軌跡例を示す
図である。 1・・・バケツ!・、2・・・バケット角センサ、3・
・・ブーム、4・・・ブーム角センサ、5・・・ブーム
シリンダ、6.8・・・油圧センサ、7・・・バケット
シリンダ、10・・・マイクロコンピュータ、20・・
・油圧回路、21・・・ブームコントロールバルブ、2
2・・・バケットコントロールバルブ、23・・・タン
ク、24・・・作業機ポンプ、25・・・POCポンプ
、26・・・リフト用パイロット弁、27・・・チルト
用パイロット弁、28.29・・・スプール、30.4
0・・・切替弁。 第3図 θh      θl
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the overall control configuration of a device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view showing the external configuration of a wheel loader and an example of arrangement of each sensor, and FIG. 11!7 A diagram for explaining a calculation example for determining the resistances Rh and Rv. Fig. 4 is a graph showing an example of a set movement locus of the resistance application point used in the calculation example. Fig. 5 is the same example. FIG. 6 is a flowchart showing a specific example of the operation of the device, FIG. 6 is a graph showing the relationship between the vertical resistance setting value Rvs and the bucket height y, and FIG. 7 is a diagram showing an example of the bucket trajectory by the device of this embodiment. 1...Bucket!・, 2... Bucket angle sensor, 3.
... Boom, 4... Boom angle sensor, 5... Boom cylinder, 6.8... Oil pressure sensor, 7... Bucket cylinder, 10... Microcomputer, 20...
・Hydraulic circuit, 21...Boom control valve, 2
2... Bucket control valve, 23... Tank, 24... Work equipment pump, 25... POC pump, 26... Lift pilot valve, 27... Tilt pilot valve, 28.29 ...Spool, 30.4
0...Switching valve. Figure 3 θh θl

Claims (1)

【特許請求の範囲】 ブームおよびバケットを有する積込機械を走行させた状
態でブームおよびバケットを自動的に駆動制御すること
により掘削を行なう積込機械の自動掘削装置において、 バケットに加わる掘削抵抗の水平成分および垂直成分を
逐次算出する手段と、 前記水平掘削抵抗の上限および下限設定値と垂直掘削抵
抗設定値とを設定する手段と、 前記算出した水平掘削抵抗が前記上限設定値と下限設定
値との間にあって、前記算出した垂直掘削抵抗が同垂直
掘削抵抗の設定値より小なるときにのみ、ブームの上げ
回動を行ない、前記算出した垂直掘削抵抗が同垂直掘削
抵抗の設定値より大となってから所定の掘削終了時まで
の間にのみバケットのチルト動を行なうべくブームおよ
びバケットを夫々駆動する各作業機バルブの切替え制御
を行なう切替制御手段とを具えた積込機械の自動掘削装
置。
[Claims] In an automatic excavation device for a loading machine that performs excavation by automatically driving and controlling the boom and bucket while the loading machine is running, means for sequentially calculating a horizontal component and a vertical component; means for setting upper and lower limit setting values of the horizontal excavation resistance and vertical excavation resistance setting values; and means for setting the horizontal excavation resistance so calculated as the upper and lower limit setting values. The boom is raised and rotated only when the calculated vertical excavation resistance is smaller than the set value of the same vertical excavation resistance, and the calculated vertical excavation resistance is larger than the set value of the same vertical excavation resistance. automatic excavation of a loading machine, comprising a switching control means for controlling the switching of each working machine valve that drives the boom and the bucket, respectively, so that the bucket is tilted only between the time when the excavation is completed and the end of a predetermined excavation. Device.
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