KR102035046B1 - 작업 기계 - Google Patents

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KR102035046B1
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히로키 다케우치
고오지 이시카와
시호 이즈미
슈우이치 메구리야
다로오 아키타
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히다찌 겐끼 가부시키가이샤
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Abstract

조작에 대한 액추에이터의 응답성과 프론트 제어 기능을 양립시킨다. 그를 위해, 파일럿 라인(51b1) 등에 설치한 비례 전자 밸브(61b) 등을 제어하여 프론트 작업 장치의 동작을 제한하는 제한 지령값을 연산하는 프론트 제어 장치를 구비한 작업 기계에 있어서, 파일럿 라인(51b1) 등에 있어서의 비례 전자 밸브(61b) 등을 우회하는 바이패스 라인(81B) 등과, 바이패스 라인(81B) 등에 설치한 바이패스 밸브(81b) 등과, 프론트 제어 장치의 제어를 온 오프하는 신호를 출력하는 스위치와, 스위치로부터의 신호가 프론트 제어를 온 상태로 하는 온 신호인지 오프 상태로 하는 오프 신호인지를 판정하는 온 오프 판정 장치와, 오프 신호라고 판정된 경우에 바이패스 밸브를 개방하는 개방 지령 신호를 생성하고, 온 신호라고 판정된 경우에 바이패스 밸브를 폐쇄하는 폐쇄 지령 신호를 생성하는 개폐 지령 장치와, 개방 지령 신호 또는 폐쇄 지령 신호를 상기 바이패스 밸브에 출력하는 출력 장치를 구비한다.

Description

작업 기계
본 발명은 예를 들어 영역 제한 굴삭 제어를 하는 프론트 제어 장치를 구비한 작업 기계에 관한 것이다.
유압 셔블 등의 작업 기계에서는 일반적으로 복수의 조작 레버 장치를 복합 조작하여 프론트 작업 장치를 동작시키지만, 소정 영역 내에서 프론트 작업 장치를 동작시켜 굴삭 목표면을 초과하여 굴삭하지 않도록 정교하게 조작 레버 장치를 조종하는 것은 익숙하지 않은 조작자에게는 난이도가 높다.
근년, 버킷 위치 등을 기초로 프론트 작업 장치의 동작을 제한하는 프론트 제어를 실시하는 작업 기계의 활약의 경우가 확대되고 있다. 프론트 제어가 작용하면, 굴삭 목표면의 하측을 굴삭하지 않도록 프론트 작업 장치의 동작이 제한된다. 관련 기술로서, 일본 특허 제3091667호 공보에는, 조작 레버 장치의 파일럿 라인에 비례 전자 밸브를 설치하고, 프론트 작업 장치의 속도가 제한값을 초과하지 않도록 조작 레버 장치로부터 출력된 유압 신호를 비례 전자 밸브에 의해 감압하는 기술이 제창되어 있다.
일본 특허 제3091667호 공보
예를 들어 유압 셔블에서는, 버킷을 조금씩 흔들어 토사 등의 내용물을 분류하는 소위 찌꺼기 분류 작업 시에 레버 조작에 대한 응답성이 요구된다. 법면의 성형 작업인 소위 범핑 작업에서도, 붐을 빠르게 상승 하강시키는 작업에 대하여 효율화를 위해 응답성이 요구되는 경우가 있다. 그러나, 일본 특허 제3091667호 공보에 기재된 기술에서는 파일럿 라인에 비례 전자 밸브가 있기 때문에, 비례 전자 밸브의 압력 손실에 기인하는 레버 조작에 대한 액추에이터의 응답성의 저하가 우려된다.
본 발명의 목적은, 조작에 대한 액추에이터의 응답성과 프론트 제어 기능을 양립시킬 수 있는 작업 기계를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 차체, 상기 차체에 설치한 프론트 작업 장치, 상기 프론트 작업 장치를 구동하는 복수의 유압 액추에이터, 상기 프론트 작업 장치의 자세를 검출하는 자세 검출기, 유압 펌프, 파일럿 펌프, 상기 유압 펌프로부터 대응하는 유압 액추에이터에 공급되는 작동유의 흐름을 제어하는 복수의 컨트롤 밸브, 대응하는 유압 액추에이터의 동작을 지시하는 유압 신호를 조작에 따라서 생성하는 조작 레버 장치, 상기 조작 레버 장치 및 대응하는 컨트롤 밸브의 유압 구동부를 접속하는 복수의 파일럿 라인, 상기 복수의 파일럿 라인 중 적어도 하나에 설치한 비례 전자 밸브, 및 상기 자세 검출기의 검출 신호를 기초로 상기 비례 전자 밸브를 제어하여 상기 프론트 작업 장치의 동작을 제한하는 제한 지령값을 연산하는 프론트 제어 장치를 구비한 작업 기계에 있어서, 상기 파일럿 라인에 있어서의 상기 비례 전자 밸브의 상류측 및 하류측의 부분을 접속하는 바이패스 라인과, 상기 바이패스 라인에 설치한 개폐 밸브인 바이패스 밸브와, 상기 프론트 제어 장치의 제어를 온 오프하는 신호를 출력하는 스위치와, 입력 장치와, 상기 입력 장치를 통해 입력된 상기 스위치로부터의 신호가 상기 프론트 제어 장치에 의한 제어를 온 상태로 하는 온 신호인지 오프 상태로 하는 오프 신호인지를 판정하는 온 오프 판정 장치와, 상기 온 오프 판정 장치에 의해 상기 스위치로부터 입력된 신호가 상기 오프 신호라고 판정된 경우에 상기 바이패스 밸브를 개방하는 개방 지령 신호를 생성하고, 상기 온 신호라고 판정된 경우에 상기 바이패스 밸브를 폐쇄하는 폐쇄 지령 신호를 생성하는 개폐 지령 장치와, 상기 개폐 지령 장치에 의해 생성된 상기 개방 지령 신호 또는 폐쇄 지령 신호를 상기 바이패스 밸브에 출력하는 출력 장치를 구비한다.
본 발명에 따르면, 조작에 대한 액추에이터의 응답성과 프론트 제어 기능을 양립시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 작업 기계의 외관을 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 유압 셔블에 구비된 유압 구동 장치를 컨트롤러 유닛과 함께 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시한 유압 셔블에 구비된 프론트 제어용 유압 유닛의 유압 회로도이다.
도 4는 도 1에 도시한 유압 셔블에 구비된 컨트롤러 유닛의 기능 블록도이다.
도 5는 도 1에 도시한 유압 셔블에 구비된 바이패스 밸브 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 6은 도 5에 도시한 바이패스 밸브 제어 장치에 의한 바이패스 밸브의 개폐 제어의 수순을 설명하는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 작업 기계에 구비된 바이패스 밸브 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 8은 도 7에 도시한 바이패스 밸브 제어 장치에 구비된 거리 연산 장치에 의한 작업 장치의 특정점과 굴삭 목표면의 거리의 연산 방법의 설명도이다.
도 9는 도 7에 도시한 바이패스 밸브 제어 장치에 의한 바이패스 밸브의 개폐 제어의 수순을 설명하는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 작업 기계에 구비된 바이패스 밸브 제어 장치의 다른 예에 의한 바이패스 밸브의 개폐 제어의 설명도이다.
이하에 도면을 사용하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
(제1 실시 형태)
1-1 작업 기계
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 작업 기계의 외관을 도시하는 사시도이다. 본 실시 형태에서는 프론트 작업 장치의 선단의 어태치먼트로서 버킷(23)을 장착한 유압 셔블을 작업 기계의 예로서 설명한다. 단, 버킷 이외의 어태치먼트를 구비하는 유압 셔블이나 불도저 등의 타종의 작업 기계에도 본 발명은 적용될 수 있다. 이후, 운전석에 착석한 조작자로부터 보아 전방측(도 1 중의 좌상측), 후방측(동 우하측), 좌측(동 좌하측), 우측(동 우상측)을 유압 셔블 전, 후, 좌, 우라 하고, 각각 간단히 전방측, 후방측, 좌측, 우측이라 기재한다.
도 1에 도시한 유압 셔블은, 차체(10) 및 프론트 작업 장치(20)를 구비하고 있다. 차체(10)는 주행체(11) 및 차체 본체(12)를 구비하고 있다.
주행체(11)는 본 실시 형태에서는 무한 궤도 크롤러 벨트를 갖는 좌우의 크롤러(주행 구동체)(13)를 구비하고 있고, 좌우의 주행 모터(35)에 의해 좌우의 크롤러(13)를 각각 구동함으로써 주행한다. 주행 모터(35)에는 예를 들어 유압 모터가 사용된다.
차체 본체(12)는 주행체(11) 상에 선회 장치(도시하지 않음)를 통해 선회 가능하게 설치한 선회체이다. 차체 본체(12)의 전방부(본 실시 형태에서는 전방부 좌측)에는, 조작자가 탑승하는 운전실(14)이 설치되어 있다. 차체 본체(12)에 있어서의 운전실(14)의 후방측에는, 엔진이나 유압 구동 장치 등을 수용한 동력실(15)이, 최후방부에는 기체의 전후 방향의 밸런스를 조정하는 카운터 웨이트(16)가 탑재되어 있다. 차체 본체(12)를 주행체(11)에 대하여 연결하는 선회 장치에는 선회 모터(34)(도 2)가 포함되어 있고, 선회 모터(34)에 의해 주행체(11)에 대하여 차체 본체(12)가 선회 구동된다. 선회 모터(34)에는 예를 들어 유압 모터가 사용된다.
프론트 작업 장치(20)는 토사의 굴삭 등의 작업을 행하기 위한 장치이며, 차체 본체(12)의 전방부[본 실시 형태에서는 운전실(14)의 우측]에 설치되어 있다. 이 프론트 작업 장치(20)는 붐(21), 암(22) 및 버킷(23)을 구비한 다관절형의 작업 장치이다. 붐(21)은 좌우로 연장되는 핀(도시하지 않음)에 의해 차체 본체(12)의 프레임에 연결되고, 또한 붐 실린더(31)에 의해서도 차체 본체(12)와 연결되어 있다. 붐 실린더(31)의 신축에 수반하여 차체 본체(12)에 대하여 붐(21)이 상하로 회동하는 구성이다. 암(22)은 좌우로 연장되는 핀(도시하지 않음)에 의해 붐(21)의 선단에 연결되며, 또한 암 실린더(32)에 의해서도 붐(21)과 연결되어 있다. 암 실린더(32)의 신축에 수반하여 붐(21)에 대하여 암(22)이 회동하는 구성이다. 버킷(23)은 수평 좌우로 연장되는 핀(도시하지 않음)에 의해 암(22)의 선단에 연결되며, 또한 버킷 실린더(33)에 의해서도 암(22)과 연결되어 있다. 버킷 실린더(33)의 신축에 수반하여 암(22)에 대하여 버킷(23)이 회동하는 구성이다. 붐 실린더(31), 암 실린더(32) 및 버킷 실린더(33)는 프론트 작업 장치(20)를 구동하는 유압 실린더이다.
또한, 유압 셔블에는, 위치나 자세에 관한 정보를 검출하는 검출기가 적소에 설치되어 있다. 예를 들어, 붐(21), 암(22) 및 버킷(23)의 각 회동 지지점에는 각각 각도 검출기(8a 내지 8c)가 설치되어 있다. 각도 검출기(8a 내지 8c)는 프론트 작업 장치(20)의 위치와 자세에 관한 정보를 검출하는 자세 검출기로서 사용되고, 각각 붐(21), 암(22) 및 버킷(23)의 회동각을 검출한다. 그 밖에, 차체 본체(12)에는, 경사 검출기(8d), 측위 장치(9a, 9b)(도 4), 무선기(9c)(도 4), 유압 구동 장치(30)(도 2), 컨트롤러 유닛(100)(도 4 등)이 구비되어 있다. 경사 검출기(8d)는 차체 본체(12)의 전후 방향 및 좌우 방향 중 적어도 한쪽의 경사를 검출하는 차체 본체(12)의 자세 검출 수단으로서 사용된다. 측위 장치(9a, 9b)에는 예를 들어 RTK-GNSS(Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite System)가 사용되고, 측위 장치(9a, 9b)에 의해 차체(10)의 위치 정보가 취득된다. 무선기(9c)는 기준국 GNSS(도시하지 않음)로부터의 보정 정보를 수신하는 것이다. 측위 장치(9a, 9b) 및 무선기(9c)는 차체 본체(12)의 위치나 방향을 검출하는 수단이다. 나아가, 운전실(14) 내의 조작 패널(도시하지 않음)이나 조작 레버 장치(51 내지 54)(도 2 등) 중 어느 레버부에는, 프론트 제어 장치(120)의 제어를 온 오프하는 스위치(7)(도 3 참조)가 설치되어 있다. 유압 구동 장치(30)나 컨트롤러 유닛(100)에 대해서는 다음에 설명한다.
1-2 유압 구동 장치
도 2는 도 1에 도시한 유압 셔블에 구비된 유압 구동 장치를 컨트롤러 유닛과 함께 도시하는 도면이다. 설명한 것에 대해서는, 동 도에 있어서 기출 도면과 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
유압 구동 장치(30)는 유압 셔블의 피구동 부재를 구동하는 장치이며 동력실(15)에 수용되어 있다. 피구동 부재에는, 프론트 작업 장치(20)[붐(21), 암(22) 및 버킷(23)] 및 차체(10)[크롤러(13) 및 차체 본체(12)]가 포함된다. 이 유압 구동 장치(30)는 유압 액추에이터(31 내지 34), 유압 펌프(36), 컨트롤 밸브(41 내지 44), 파일럿 펌프(37), 조작 레버 장치(51 내지 54), 프론트 제어용 유압 유닛(60) 등을 포함하고 있다.
1-2. 1 유압 액추에이터
유압 액추에이터(31 내지 34)는 붐 실린더(31), 암 실린더(32), 버킷 실린더(33) 및 선회 모터(34)의 총칭이다. 주행 모터(35)는 도 2에서는 도시 생략되어 있다. 붐 실린더(31), 암 실린더(32), 버킷 실린더(33) 및 선회 모터(34) 중 복수를 예로 드는 경우에, 「유압 액추에이터(31 내지 34)」, 「유압 액추에이터(31, 32)」 등이라고 총칭으로 기재하는 경우가 있다. 유압 액추에이터(31 내지 35)는 유압 펌프(36)로부터 토출되는 작동유에 의해 구동된다.
1-2. 2 유압 펌프
유압 펌프(36)는 유압 액추에이터(31 내지 34) 등의 구동원이 되는 가변 용량형 펌프이며, 원동기(17)에 의해 구동된다. 본 실시 형태에 있어서의 원동기(17)는 내연 기관 등의 연소 에너지를 동력으로 변환하는 엔진이다. 도 2에서는 유압 펌프(36)를 1개만 도시하고 있지만, 복수개 설치되는 경우도 있다. 유압 펌프(36)로부터 토출된 작동유는 토출 배관(36a)을 흘러, 컨트롤 밸브(41 내지 44)를 경유하여 각각 유압 액추에이터(31 내지 34)에 공급된다. 유압 액추에이터(31 내지 34)로부터의 각 복귀유는, 각각 컨트롤 밸브(41 내지 44)를 통해 복귀유 배관(36b)에 유입되어 탱크(38)로 되돌려진다. 토출 배관(36a)에는, 토출 배관(36a)의 최고 압력을 규제하는 릴리프 밸브(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 도 2에서는 도시하고 있지 않지만 주행 모터(35)도 마찬가지의 회로 구성에 의해 구동된다. 주행체(11)의 전후의 적어도 한쪽에 배토판을 설치한 경우, 브레이커 등의 액추에이터를 갖는 어태치먼트를 버킷(23) 대신에 프론트 작업 장치(20)에 장착한 경우에는, 배토판이나 어태치먼트의 유압 액추에이터도 마찬가지의 회로 구성에 의해 구동된다.
1-2. 3 컨트롤 밸브
컨트롤 밸브(41 내지 44) 중, 컨트롤 밸브(41)는 붐 실린더용, 컨트롤 밸브(42)는 암 실린더용, 컨트롤 밸브(43)는 버킷 실린더용, 컨트롤 밸브(44)는 선회 모터용이다. 주행 모터용의 컨트롤 밸브는 도시 생략되어 있다. 컨트롤 밸브(41 내지 44)는 유압 펌프(36)로부터 대응하는 유압 액추에이터에 공급되는 작동유의 흐름(방향 및 유량)을 제어하는 유압 구동식의 유량 제어 밸브이며, 각각 유압 신호가 입력되는 유압 구동부(45, 46)를 구비하고 있다. 컨트롤 밸브(41 내지 44)는 유압 구동부(45 또는 46)에 유압 신호가 입력되면 도면 중에서 좌행 또는 우행하고, 유압 신호의 입력이 정지되면 스프링의 힘에 의해 중립 위치로 복귀되는 구성이다. 예를 들어 붐 실린더용의 컨트롤 밸브(41)의 유압 구동부(45)에 유압 신호가 입력되면, 도 2에 있어서 컨트롤 밸브(41)의 스풀이 유압 신호의 크기에 따른 거리만큼 우행한다. 이에 의해, 유압 신호에 따른 유량으로 붐 실린더(31)의 보텀측 유실에 유압 펌프(36)로부터의 작동유가 공급되고, 유압 신호의 크기에 따른 속도로 붐 실린더(31)가 신장되어 붐(21)이 상승된다.
1-2. 4 파일럿 펌프
파일럿 펌프(37)는 컨트롤 밸브(41 내지 44) 등의 제어 밸브의 구동원이 되는 고정 용량형 펌프이며, 유압 펌프(36)와 동일하게 원동기(17)에 의해 구동된다. 이 파일럿 펌프(37)의 토출 배관인 펌프 라인(37a)은 로크 밸브(39)를 통과한 후, 복수로 분기되어 조작 레버 장치(51 내지 54) 및 프론트 제어용 유압 유닛(60)의 각 밸브에 접속하고 있다.
또한, 로크 밸브(39)는 본 예에서는 전자 전환 밸브이며, 그 전자 구동부는 운전실(14)(도 1)에 배치된 게이트 로크 레버(도시하지 않음)의 위치 검출기와 전기적으로 접속하고 있다. 게이트 로크 레버는 눕힌 폐쇄 자세로 조작자의 하차를 방해하도록 운전석의 승강측에 설치된 바이며, 하차하기 위해서는 게이트 로크 레버를 위로 올려 운전석에 대한 승강부를 개방해야만 하도록 되어 있다. 게이트 로크 레버의 포지션으로서, 눕힌 자세를 조작계의 「로크 해제 위치」, 위로 올린 자세를 조작계의 「로크 위치」라 기재한다. 게이트 로크 레버의 포지션은 위치 검출기에 의해 검출되며, 위치 검출기로부터 로크 밸브(39)에 대하여 게이트 로크 레버의 포지션에 따른 신호가 입력된다. 게이트 로크 레버가 로크 위치에 있으면 로크 밸브(39)가 폐쇄되어 펌프 라인(37a)이 차단되고, 로크 해제 위치에 있으면 로크 밸브(39)가 개방되어 펌프 라인(37a)이 개통된다. 펌프 라인(37a)이 차단된 상태에서는, 조작 레버 장치(51 내지 54)의 원압이 끊어지므로, 조작의 유무에 관계없이 컨트롤 밸브(41 내지 44)에는 유압 신호가 입력되지 않게 된다. 즉 조작 레버 장치(51 내지 54)에 의한 조작이 무효화되어, 선회나 굴삭 등의 동작이 금지된다.
1-2. 5 조작 레버 장치
조작 레버 장치(51 내지 54)는 각각 대응하는 유압 액추에이터(31 내지 34)의 동작을 지시하는 유압 신호를 조작에 따라서 생성하여 출력하는 레버 조작식의 조작 장치이며, 운전실(14)(도 1)에 구비되어 있다. 조작 레버 장치(51 내지 54) 중, 조작 레버 장치(51)는 붐 조작용, 조작 레버 장치(52)는 암 조작용, 조작 레버 장치(53)는 버킷 조작용, 조작 레버 장치(54)는 선회 조작용이다. 유압 셔블의 경우, 일반적으로 조작 레버 장치(51 내지 54)는 십자 조작식의 레버 장치이며, 전후 방향으로의 경도 조작에 의해 1개의 유압 액추에이터의 동작을, 좌우 방향으로의 경도 조작에 의해 다른 유압 액추에이터의 동작을 지시할 수 있는 구성으로 되어 있다. 따라서, 4개의 조작 레버 장치(51 내지 54)는 2개씩 2개의 그룹으로 구분되며, 각 그룹에서 1개의 레버부를 공용한다. 따라서, 조작 레버 장치(51 내지 54)의 레버부는 오른손 조작용과 왼손 조작용의 합계 2개이며, 전술한 스위치(7)를 레버부에 설치하는 경우, 2개의 레버부 중 적어도 한쪽에 설치하게 된다. 주행용의 조작 레버 장치는 도시 생략되어 있다.
붐 조작용의 조작 레버 장치(51)는 붐 상승 지령용의 신호 출력 밸브(51a) 및 붐 하강 지령용의 신호 출력 밸브(51b)를 구비하고 있다. 신호 출력 밸브(51a, 51b)의 입력 포트(1차측 포트)에는 펌프 라인(37a)이 접속되어 있다. 붐 상승 지령용의 신호 출력 밸브(51a)의 출력 포트(2차측 포트)는 파일럿 라인(51a1, 51a2)을 통해 붐 실린더용의 컨트롤 밸브(41)의 유압 구동부(45)에 접속되어 있다. 붐 하강 지령용의 신호 출력 밸브(51b)의 출력 포트는 파일럿 라인(51b1)을 통해 컨트롤 밸브(41)의 유압 구동부(46)에 접속되어 있다. 예를 들어 조작 레버 장치(51)를 붐 상승 지령측으로 쓰러뜨리면 신호 출력 밸브(51a)가 조작량에 따른 개방도로 개방된다. 이에 의해 펌프 라인(37a)으로부터 입력된 파일럿 펌프(37)의 토출유가, 신호 출력 밸브(51a)에 의해 조작량에 따라서 감압되어 컨트롤 밸브(41)의 유압 구동부(45)에 대한 유압 신호로서 출력된다. 또한, 파일럿 라인(51a1, 51b1)에는 각각 압력 검출기(6a, 6b)가 설치되어 있어, 신호 출력 밸브(51a, 51b)가 출력하는 압력 신호의 크기(압력값)가 압력 검출기(6a, 6b)에 의해 검출되도록 되어 있다.
마찬가지로, 암 조작용의 조작 레버 장치(52)는 암 클라우드 지령용의 신호 출력 밸브(52a) 및 암 덤프 지령용의 신호 출력 밸브(52b)를 구비하고 있다. 버킷 조작용의 조작 레버 장치(53)는 버킷 클라우드 지령용의 신호 출력 밸브(53a) 및 버킷 덤프 지령용의 신호 출력 밸브(53b)를 구비하고 있다. 선회 조작용의 조작 레버 장치(54)는, 우선회 지령용의 신호 출력 밸브(54a) 및 좌선회 지령용의 신호 출력 밸브(54b)를 구비하고 있다. 신호 출력 밸브(52a, 52b, 53a, 53b, 54a, 54b)의 입력 포트는, 펌프 라인(37a)에 접속되어 있다. 암 조작용의 조작 레버 장치(52)의 신호 출력 밸브(52a, 52b)의 출력 포트는, 각각 파일럿 라인(52a1, 52b1)을 통해 암 실린더용의 컨트롤 밸브(42)의 유압 구동부(45, 46)에 접속되어 있다. 버킷 클라우드 지령용의 신호 출력 밸브(53a)의 출력 포트는, 파일럿 라인(53a1, 53a2)을 통해 버킷 실린더용의 컨트롤 밸브(43)의 유압 구동부(45)에 접속되어 있다. 버킷 덤프 지령용의 신호 출력 밸브(53b)의 출력 포트는, 파일럿 라인(53b1, 53b2)을 통해 컨트롤 밸브(43)의 유압 구동부(46)에 접속되어 있다. 선회 조작용의 조작 레버 장치(54)의 신호 출력 밸브(54a, 54b)의 출력 포트는, 각각 파일럿 라인(54a1, 54b1)을 통해 선회 모터용의 컨트롤 밸브(44)의 유압 구동부(45, 46)에 접속되어 있다. 조작 레버 장치(52 내지 54)의 유압 신호의 출력 원리는 붐 조작용의 조작 레버 장치(51)와 마찬가지이다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 파일럿 라인(51a2, 51b1, 52a1, 52b1, 53a2, 53b2, 54a1, 54b1)의 도중에 셔틀 블록(47)이 설치되어 있다. 조작 레버 장치(51 내지 54)로부터 출력된 유압 신호가, 이 셔틀 블록(47)을 통해 유압 펌프(36)의 레귤레이터(48)에도 입력되도록 되어 있다. 셔틀 블록(47)의 상세 구성은 생략하지만, 유압 신호가 셔틀 블록(47)을 통해 레귤레이터(48)에 입력됨으로써, 유압 펌프(36)의 토출 유량이 유압 신호에 따라서 제어되도록 되어 있다.
1-2. 6 프론트 제어용 유압 유닛
프론트 제어용 유압 유닛(60)은 조작 레버 장치(51 내지 53)로부터 출력되는 유압 신호를 상황에 따라서 증감압하여, 프론트 작업 장치(20)가 굴삭 목표면을 초과하여 굴삭하거나 하지 않도록 하기 위한 하드웨어이다. 프론트 제어용 유압 유닛(60)은 컨트롤러 유닛(100)으로부터의 신호에 의해 구동된다.
도 3은 프론트 제어용 유압 유닛의 유압 회로도이다. 동 도에 있어서 타 도면과 동일한 부호를 붙인 요소는, 타 도면에서 도시된 요소와 마찬가지의 요소이다. 프론트 제어용 유압 유닛(60)은 감압용의 비례 전자 밸브(61b, 62a, 62b, 63a, 63b), 증압용의 비례 전자 밸브(71a, 73a, 73b), 차단 밸브(70), 바이패스 밸브(81b, 82a, 82b, 83a, 83b) 및 셔틀 밸브(91 내지 93)를 구비하고 있다.
ㆍ셔틀 밸브
셔틀 밸브(91 내지 93)는 고압 선택 밸브이며, 각각 2개의 입구 포트와 1개의 출구 포트를 구비하고 있다. 셔틀 밸브(91)의 한쪽의 입구 포트는 파일럿 라인(51a1)을 통해 붐 상승 지령용의 신호 출력 밸브(51a)에, 다른 쪽의 입구 포트는 신호 출력 밸브를 통하지 않고 펌프 라인(37a)을 통해 파일럿 펌프(37)에 접속되어 있다. 셔틀 밸브(91)의 출구 포트는, 파일럿 라인(51a2)을 통해 붐 실린더용의 컨트롤 밸브(41)의 유압 구동부(45)(붐 상승측)에 접속되어 있다. 셔틀 밸브(92)의 한쪽의 입구 포트는 파일럿 라인(53a1)을 통해 버킷 클라우드 지령용의 신호 출력 밸브(53a)에, 다른 쪽의 입구 포트는 신호 출력 밸브를 통하지 않고 펌프 라인(37a)을 통해 파일럿 펌프(37)에 접속되어 있다. 셔틀 밸브(92)의 출구 포트는, 파일럿 라인(53a2)을 통해 버킷 실린더용의 컨트롤 밸브(43)의 유압 구동부(45)(버킷 클라우드측)에 접속되어 있다. 셔틀 밸브(93)의 한쪽의 입구 포트는 파일럿 라인(53b1)을 통해 버킷 덤프 지령용의 신호 출력 밸브(53b)에, 다른 쪽의 입구 포트는 신호 출력 밸브를 통하지 않고 펌프 라인(37a)을 통해 파일럿 펌프(37)에 접속되어 있다. 셔틀 밸브(93)의 출구 포트는, 파일럿 라인(53b2)을 통해 버킷 실린더용의 컨트롤 밸브(43)의 유압 구동부(46)(버킷 덤프측)에 접속되어 있다.
ㆍ감압용 비례 전자 밸브
비례 전자 밸브(61b, 62a, 62b, 63a, 63b)는 노멀 오픈 타입의 비례 밸브이며, 소자되면 최대 개방도가 되고, 컨트롤러 유닛(100)으로부터의 신호에 의해 여자되면 신호의 크기에 비례하여 개방도를 저하시킨다(폐쇄해 간다). 이들은 모두 대응하는 신호 출력 밸브의 파일럿 라인에 설치되어 있으며, 굴삭 목표면보다도 하측을 굴삭하는 것을 억제하기 위해, 대응하는 신호 출력 밸브로부터 출력된 유압 신호의 최댓값을 컨트롤러 유닛(100)으로부터의 신호에 따라서 제한하는 역할을 한다.
구체적으로는, 비례 전자 밸브(61b)는, 붐 하강 지령용의 신호 출력 밸브(51b)의 파일럿 라인(51b1) 상에 설치되어 있어, 컨트롤러 유닛(100)의 신호 S61b에 따라서 붐 하강 지령용의 유압 신호의 최댓값을 제한한다. 비례 전자 밸브(62a)는 암 클라우드 지령용의 신호 출력 밸브(52a)의 파일럿 라인(52a1) 상에 설치되어 있어, 컨트롤러 유닛(100)의 신호 S62a에 따라서 암 클라우드 지령용의 유압 신호의 최댓값을 제한한다. 비례 전자 밸브(62b)는 암 덤프 지령용의 신호 출력 밸브(52b)의 파일럿 라인(52b1) 상에 설치되어 있어, 컨트롤러 유닛(100)의 신호 S62b에 따라서 암 덤프 지령용의 유압 신호의 최댓값을 제한한다. 비례 전자 밸브(63a)는 버킷 클라우드 지령용의 신호 출력 밸브(53a)의 파일럿 라인(53a1) 상에 설치되어 있어, 컨트롤러 유닛(100)의 신호 S63a에 따라서 버킷 클라우드 지령용의 유압 신호의 최댓값을 제한한다. 비례 전자 밸브(63b)는 버킷 덤프 지령용의 신호 출력 밸브(53b)의 파일럿 라인(53b1) 상에 설치되어 있어, 컨트롤러 유닛(100)의 신호 S63b에 따라서 버킷 덤프 지령용의 유압 신호의 최댓값을 제한한다.
ㆍ증압용 비례 전자 밸브
비례 전자 밸브(71a, 73a, 73b)는 노멀 클로즈 타입의 비례 밸브이며, 소자되면 최소 개방도(제로 개방도)가 되고, 컨트롤러 유닛(100)으로부터의 신호에 의해 여자되면 신호의 크기에 비례하여 개방도를 상승시킨다(개방해 간다). 이들은 모두 셔틀 밸브에 연결되는 펌프 라인(37a)에 설치되어 있으며, 조작 레버 장치를 바이패스하여 조작 레버 장치의 조작에 의존하지 않는 유압 신호를 컨트롤러 유닛(100)의 신호에 따라서 출력하는 역할을 한다. 비례 전자 밸브(71a, 73a, 73b)로부터 셔틀 밸브(91 내지 93)의 타방측의 입구 포트에 입력되는 유압 신호는, 셔틀 밸브(91 내지 93)의 일방측의 입구 포트에 입력되는 조작 레버 장치(51, 53)로부터의 유압 신호에 간섭한다. 조작 레버 장치(51, 53)로부터 출력되는 유압 신호보다도 고압의 유압 신호를 출력할 수 있는 점에서, 본원 명세서에서는 비례 전자 밸브(71a, 73a, 73b)를 증압용의 비례 전자 밸브라 칭한다.
구체적으로는, 비례 전자 밸브(71a)는 셔틀 밸브(91)에 연결되는 펌프 라인(37a) 상에 설치되어 있어, 컨트롤러 유닛(100)의 신호 S71a에 따라서 붐 자동 상승 동작용의 유압 신호를 출력한다. 설령 붐 하강 조작이 행해지고 있어도, 컨트롤 밸브(41)의 유압 구동부(45)에 입력되는 유압 신호보다도 비례 전자 밸브(71a)로부터 유압 구동부(46)에 입력되는 유압 신호가 크면, 강제적으로 붐 상승 동작이 행해진다. 이 비례 전자 밸브(71a)는 굴삭 목표면보다 하측을 굴삭하고 있을 때 등에 기능한다.
비례 전자 밸브(73a)는 셔틀 밸브(92)에 연결되는 펌프 라인(37a) 상에 설치되어 있어, 컨트롤러 유닛(100)의 신호 S73a에 따라서 버킷 클라우드 동작을 지령하는 유압 신호를 출력한다. 비례 전자 밸브(73b)는 셔틀 밸브(93)에 연결되는 펌프 라인(37a) 상에 설치되어 있어, 컨트롤러 유닛(100)의 신호 S73b에 따라서 버킷 덤프 동작을 지령하는 유압 신호를 출력한다. 비례 전자 밸브(73a, 73b)가 출력하는 유압 신호는 버킷(23)의 자세를 보정하는 신호이다. 이들 유압 신호가 셔틀 밸브(92, 93)에 의해 선택되어 컨트롤 밸브(43)에 입력됨으로써, 굴삭 목표면에 대하여 일정한 각도가 되도록 버킷(23)의 자세가 보정된다.
ㆍ차단 밸브
차단 밸브(70)는 노멀 클로즈 타입의 전자 구동식의 개폐 밸브(전자 전환 밸브)이며, 소자되면 완전 폐쇄되고(제로 개방도가 되고), 컨트롤러 유닛(100)으로부터의 신호를 받아 여자되면 개방된다. 이 차단 밸브(70)는 펌프 라인(37a)에 있어서의 셔틀 밸브(91 내지 93)에 연결되는 지류의 분기부와 로크 밸브(39)(도 2) 사이에 설치되어 있다. 컨트롤러 유닛(100)으로부터의 지령 신호에 의해 차단 밸브(70)가 폐쇄되면, 조작 레버 장치(51, 53)의 조작에 의하지 않는 유압 신호의 생성, 출력이 금지된다.
ㆍ바이패스 밸브
바이패스 밸브(81b, 82a, 82b, 83a, 83b)는 노멀 오픈 타입의 전자 구동식의 개폐 밸브(전자 전환 밸브)이며, 소자되면 완전 개방 상태가 되고, 컨트롤러 유닛(100)으로부터의 신호를 받아 여자되면 완전 폐쇄된다(제로 개방도가 된다). 본 실시 형태에서는, 이들은 차단 밸브(70)와 신호선을 공용하고 있으므로 개폐 상태가 차단 밸브(70)와 반대로 된다. 바이패스 밸브(81b, 82a, 82b, 83a, 83b)는, 각각 감압용의 비례 전자 밸브(61b, 62a, 62b, 63a, 63b)와 병렬 회로를 구성하도록 설치되어 있다. 예를 들어 붐 하강 지령용의 신호 출력 밸브(51b)의 파일럿 라인(51b1)에는 비례 전자 밸브(61b)의 상류측 및 하류측의 부분을 접속하여 비례 전자 밸브(61)를 바이패스하는 바이패스 라인(81B)이 접속되어 있다. 바이패스 밸브(81b)는 이 바이패스 라인(81B)에 설치되어 있다.
마찬가지로 암 클라우드 지령용의 신호 출력 밸브(52a)의 파일럿 라인(52a1)에는 비례 전자 밸브(62a)를 바이패스하는 바이패스 라인(82A)이 접속되어 있고, 이 바이패스 라인(82A)에 바이패스 밸브(82a)가 설치되어 있다. 암 덤프 지령용의 신호 출력 밸브(52b)의 파일럿 라인(52b1)에는 비례 전자 밸브(62b)를 바이패스하는 바이패스 라인(82B)이 접속되고 있고, 이 바이패스 라인(82B)에 바이패스 밸브(82b)가 설치되어 있다. 바이패스 밸브(83a)를 설치한 바이패스 라인(83A)은, 비례 전자 밸브(63a)를 우회하여 버킷 클라우드 지령용의 신호 출력 밸브(53a)의 파일럿 라인(53a1, 53a2)을 연락하고 있다. 바이패스 밸브(83b)를 설치한 바이패스 라인(83B)은, 비례 전자 밸브(63b)를 우회하여 버킷 덤프 지령용의 신호 출력 밸브(53b)의 파일럿 라인(53b1, 53b2)을 연락하고 있다.
1-2. 7 컨트롤러 유닛
도 4는 컨트롤러 유닛의 기능 블록도이다. 동 도에 도시한 바와 같이, 컨트롤러 유닛(100)은 입력 장치(110), 프론트 제어 장치(120), 바이패스 밸브 제어 장치(130) 및 출력 장치(170) 등의 기능부를 구비하고 있다. 이하, 각 기능부에 대하여 설명한다.
ㆍ입력 장치/출력 장치
입력 장치(110)는 센서류 등으로부터의 신호를 입력하는 기능부이다. 이 입력 장치(110)에는, 압력 검출기(6a, 6b), 스위치(7), 각도 검출기(8a 내지 8c), 경사 검출기(8d), 측위 장치(9a, 9b), 무선기(9c) 등으로부터의 신호가 입력된다.
출력 장치(170)는 프론트 제어 장치(120) 및 바이패스 밸브 제어 장치(130)에 의해 생성된 지령 신호를 프론트 제어용 유압 유닛(60)에 출력하여, 대응하는 밸브를 제어하는 기능부이다. 제어 대상이 될 수 있는 밸브는, 비례 전자 밸브(61b, 62a, 62b, 63a, 63b, 71a, 73a, 73b), 바이패스 밸브(81b, 82a, 82b, 83a, 83b) 및 차단 밸브(70)이다.
ㆍ프론트 제어 장치
프론트 제어 장치(120)는 각도 검출기(8a 내지 8c) 및 경사 검출기(8d)의 신호를 기초로, 굴삭 목표면을 초과하여(굴삭 목표면의 하측을) 굴삭하지 않도록 프론트 작업 장치(20)의 동작을 제한하는 제한 지령값을 연산하는 기능부이다. 프론트 제어란, 굴삭 목표면과 버킷(23)의 특정점의 거리나 유압 액추에이터(31 내지 33)의 신축 속도 등에 의해 프론트 제어용 유압 유닛(60)을 제어하는 제어의 총칭이다. 예를 들어, 감압용의 비례 전자 밸브(61b, 62a, 62b, 63a, 63b) 중 적어도 하나를 제어하여, 굴삭 목표면 근방에서 유압 액추에이터(31 내지 33) 중 적어도 하나의 동작을 감속시키는 제어도 프론트 제어의 하나이다. 증압용의 비례 전자 밸브(71a, 73a, 73b) 중 적어도 하나를 제어하여, 굴삭 목표면의 하측을 굴삭해 버리는 장면에서 강제적으로 붐 상승 동작을 하는 붐 자동 상승 제어나, 버킷(23)의 각도를 일정하게 유지하거나 하는 제어도 프론트 제어에 포함된다. 그 밖에 소위 붐 하강 정지 제어나 버킷 증압 제어 등도 포함된다. 또한, 감압용의 비례 전자 밸브(61b, 62a, 62b, 63a, 63b) 중 적어도 하나와, 증압용의 비례 전자 밸브(71a, 73a, 73b) 중 적어도 하나를 복합적으로 제어하는 것도 프론트 제어에 포함된다. 나아가, 본원 명세서에서는, 프론트 작업 장치(20)가 그리는 궤적을 일정한 궤적으로 제어하는 소위 궤적 제어도 프론트 제어의 하나로 한다. 프론트 제어 장치(120)의 상세에 대해서는 설명을 생략하지만, 이 프론트 제어 장치(120)에는, 예를 들어 일본 특허 공개 평8-333768호 공보나 일본 특허 공개 제2016-003442호 공보 등의 공지 기술을 적절히 적용할 수 있다.
ㆍ바이패스 밸브 제어 장치
도 5는 바이패스 밸브 제어 장치의 기능 블록도이다. 동 도에 도시한 바와 같이, 바이패스 밸브 제어 장치(130)는 온 오프 판정 장치(131) 및 개폐 지령 장치(137)를 구비하고 있다.
온 오프 판정 장치(131)는 입력 장치(110)를 통해 입력된 스위치(7)로부터의 신호가 프론트 제어 장치(120)에 의한 제어를 온 상태로 하는 온 신호인지 오프 상태로 하는 오프 신호인지를 판정하는 기능부이다.
개폐 지령 장치(137)는 바이패스 밸브(81b, 82a, 82b, 83a, 83b)를 개방하는 개방 지령 신호, 및 폐쇄하는 폐쇄 지령 신호를 선택적으로 생성하는 기능부이다. 구체적으로는, 스위치(7)로부터 입력된 신호가 오프 신호라고 온 오프 판정 장치(131)에 의해 판정된 경우, 개폐 지령 장치(137)에 의해 개방 지령 신호가 생성된다. 반대로, 스위치(7)로부터 입력된 신호가 온 신호라고 온 오프 판정 장치(131)에 의해 판정된 경우, 개폐 지령 장치(137)에 의해 폐쇄 지령 신호가 생성된다.
또한, 본 실시 형태에서는 바이패스 밸브(81b, 82a, 82b, 83a, 83b)와 차단 밸브(70)의 개폐 상태가 역의 관계이며, 바이패스 밸브(81b) 등을 노멀 오픈 타입, 차단 밸브(70)를 노멀 클로즈 타입으로 하고 있다. 이에 의해, 바이패스 밸브(81b) 등과 차단 밸브(70)의 신호선을 공용함으로써, 차단 밸브(70)를 폐쇄하는 신호로서 상기 개방 지령 신호를, 차단 밸브(70)를 개방하는 신호로서 상기 폐쇄 지령 신호를 겸용하고 있다. 바이패스 밸브(81b, 82a, 82b, 83a, 83b)는 노멀 오픈 타입의 전자 밸브이기 때문에, 개방 지령은 소자, 폐쇄 지령은 여자라 하게 된다. 따라서, 바이패스 밸브 제어 장치(130)에 의해 폐쇄 지령 신호가 생성된 경우에는, 출력 장치(170)를 통해 바이패스 밸브(81b) 등의 전자 구동부에 여자 전류가 출력되고, 개방 지령 신호가 생성된 경우에는, 여자 전류의 출력이 정지된다. 본 실시 형태에서는, 이러한 전자 구동부의 여자 및 소자를, 출력 장치(170)로부터의 폐쇄 지령 신호 및 개방 지령 신호의 출력으로 취급한다.
1-3 동작
도 6은 바이패스 밸브 제어 장치에 의한 바이패스 밸브의 개폐 제어의 수순을 설명하는 흐름도이다. 운전 중, 바이패스 밸브 제어 장치(130)는 도 6의 수순을 소정의 처리 사이클(예를 들어 0.1s)로 반복하여 실행하고 있다. 먼저, 입력 장치(110)를 통해 스위치(7)의 신호를 입력하고(스텝 S101), 그것이 온 신호인지 오프 신호인지를 온 오프 판정 장치(131)에 의해 판정한다(스텝 S102). 스위치(7)의 신호가 오프 신호이면, 바이패스 밸브 제어 장치(130)는 개폐 지령 장치(137)에 의해 개방 지령 신호를 생성하고, 출력 장치(170)를 통해 개방 지령 신호를 출력함으로써 바이패스 라인(81B) 등을 개통시키고, 도 6의 수순을 종료한다(스텝 S103). 스위치(7)의 신호가 온 신호이면, 바이패스 밸브 제어 장치(130)는 개폐 지령 장치(137)에 의해 폐쇄 지령 신호를 생성하고, 출력 장치(170)를 통해 폐쇄 지령 신호를 출력함으로써 바이패스 라인(81B) 등을 차단하고, 도 6의 수순을 종료한다(스텝 S104). 도 6의 수순에 의해, 스위치(7)를 조작하여 프론트 제어의 기능을 온 상태로 하면 바이패스 밸브(81b, 82a, 82b, 83a, 83b)가 폐쇄되어, 바이패스 라인(81B, 82A, 82B, 83A, 83B)이 차단된다. 반대로, 스위치(7)를 조작하여 프론트 제어의 기능을 오프 상태로 하면 바이패스 밸브(81b, 82a, 82b, 83a, 83b)가 개방되어, 바이패스 라인(81B, 82A, 82B, 83A, 83B)이 개통된다.
1-3. 1 프론트 제어의 유효 시
예를 들어 조작 레버 장치(51)에 의해 붐 하강 조작이 행해진 경우, 붐 하강 지령용의 신호 출력 밸브(51b)가 조작량에 따라서 개방되고, 파일럿 라인(51b1)을 통해 붐 실린더용의 컨트롤 밸브(41)의 유압 구동부(46)에 유압 신호가 입력된다. 이에 의해 붐 실린더(31)가 수축되어, 붐 하강 동작이 실행된다. 프론트 제어의 기능이 온 상태인 경우, 버킷(23)의 굴삭 목표면과의 거리나 하강 속도에 따라서는, 프론트 제어 장치(120)로부터 출력되는 제한 지령값에 의해 비례 전자 밸브(61b)의 개방도가 억제되어, 유압 신호의 최댓값이 제한된다. 비례 전자 밸브(61b)의 개방도로 규정되는 제한값을 초과한 경우, 유압 신호는 파일럿 라인(51b1)을 유통하는 과정에서 비례 전자 밸브(61b)에 의해 제한값으로 감압된다. 그 결과, 조작량에 따른 본래의 속도보다도 붐 하강 동작이 감속되어, 굴삭 목표면보다도 하측에 버킷(23)이 진입하는 것이 억제된다. 프론트 제어의 기능이 온 상태인 경우에는 바이패스 라인(81B)이 차단되어 있으므로, 신호 출력 밸브(51b)로부터 출력되는 압력 신호의 전량이 우회하지 않고 비례 전자 밸브(61b)를 통과하여, 바이패스 라인(81B)을 생략한 경우와 마찬가지의 프론트 제어 기능이 작용한다.
감압용의 비례 전자 밸브와 병렬로 바이패스 밸브를 설치한 다른 파일럿 라인에 압력 신호를 출력하는 조작(암 클라우드, 암 덤프, 버킷 클라우드, 버킷 덤프의 각 조작)에 대해서도 마찬가지이다.
1-3. 2 프론트 제어의 무효 시
예를 들어 조작 레버 장치(51)에 의해 붐 하강 조작이 행해진 경우, 붐 하강 지령용의 신호 출력 밸브(51b)가 조작량에 따라서 개방된다. 프론트 제어 기능이 오프 상태인 경우, 버킷(23)의 위치 등에 상관없이 비례 전자 밸브(61b)는 최대 개방도가 되지만, 바이패스 라인(81B)이 개통되어 있으므로 신호 출력 밸브(51b)로부터 출력되는 압력 신호는 파일럿 라인(51b1) 및 바이패스 라인(81B)으로 분류된다. 파일럿 라인(51b1) 및 바이패스 라인(81B)을 흐르는 유압 신호가, 그 후 합류하여 붐 실린더용의 컨트롤 밸브(41)의 유압 구동부(46)에 입력된다.
감압용의 비례 전자 밸브와 병렬로 바이패스 밸브를 설치한 다른 파일럿 라인에 압력 신호를 출력하는 조작(암 클라우드, 암 덤프, 버킷 클라우드, 버킷 덤프의 각 조작)에 대해서도 마찬가지이다.
1-4 효과
프론트 제어 기능을 탑재하지 않은 유압 셔블(여기에서는 편의적으로 「표준기」라 기재함)과 비교하여, 본 실시 형태의 작업 기계에서는 비례 전자 밸브(61b) 등의 압력 손실의 분만큼 파일럿 라인을 흐르는 유압 신호의 손실이 증가된다. 따라서, 프론트 제어의 기능을 오프로 하였을 때, 비례 전자 밸브(61b) 등의 개방도야말로 최대 개방도가 되지만, 비례 전자 밸브(61b) 등의 압력 손실이 유압 신호에 작용하여, 조작 레버 장치(51 내지 53)의 조작에 대한 유압 액추에이터(31 내지 33)의 동작 응답성이 표준기보다 저하된다.
따라서 본 실시 형태에 있어서는, 비례 전자 밸브(61b) 등을 우회하는 바이패스 라인(81B) 등 및 이들을 개폐하는 바이패스 밸브(81b) 등을 설치하고, 프론트 제어의 기능이 오프 상태일 때에는 바이패스 라인(81B) 등이 개통되도록 구성하였다. 프론트 제어의 기능이 오프 상태인 경우, 바이패스 밸브(81b)가 개방됨으로써 유압 신호의 유로의 합계 개구 면적이 바이패스 밸브(81b) 등의 개구 면적분만큼 증가된다. 이에 의해 비례 전자 밸브(61b) 등의 압력 손실이 미치는 유압 신호에의 영향을 억제할 수 있고, 프론트 제어용의 비례 전자 밸브(61b) 등을 구비하면서, 바이패스 밸브(81b) 등을 개통시킴으로써 표준기와 동등 또는 그것에 가까운 응답성을 확보할 수 있다. 따라서, 조작 레버 장치(51 내지 53)의 조작에 대한 유압 액추에이터(31 내지 33)의 동작의 응답성과 프론트 제어 기능을 양립시킬 수 있다.
또한, 바이패스 라인(81B) 등의 개통 시에는 유압 신호의 손실이 경감되므로, 프론트 제어 기능을 탑재한 유압 셔블의 에너지 효율의 향상에도 공헌할 수 있다.
게다가, 조작 레버 장치(51 내지 54)의 어느 레버부에 스위치(7)가 설치되어 있기 때문에, 운전석(14)으로부터 상황을 확인하면서 프론트 작업 장치(20)의 조작을 하면서 바이패스 밸브(81b) 등의 개폐 동작을 용이하게 전환 조작할 수 있다.
(제2 실시 형태)
본 실시 형태가 제1 실시 형태와 상이한 점은, 프론트 제어 기능이 온 상태에서도 프론트 작업 장치(20)가 굴삭 목표면으로부터 일정 거리 이격되어 있는 경우에 바이패스 밸브(81b, 82a, 82b, 83a, 83b)가 자동적으로 개방되도록 구성한 점이다. 이 제어를 실현하기 위해, 본 실시 형태에서는 바이패스 밸브 제어 장치에 변경이 가해져 있다. 본 실시 형태의 바이패스 밸브 제어 장치에 대하여 다음에 설명한다.
2-1 바이패스 밸브 제어 장치
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 작업 기계에 구비된 바이패스 밸브 제어 장치의 기능 블록도이다. 도 7에 있어서 기출의 요소에는 기출 도면과 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 도 7에 도시한 바이패스 밸브 제어 장치(130A)는, 온 오프 판정 장치(131) 및 개폐 지령 장치(137)에 더하여, 기억 장치(132), 거리 연산 장치(133), 거리 판정 장치(134), 속도 연산 장치(135) 및 속도 판정 장치(136)를 구비하고 있다. 또한, 개폐 지령 장치(137)에는 자동 개폐 지령 장치(138)가 포함되어 있다.
ㆍ기억 장치
기억 장치(132)는 각종 정보를 기억하는 기능부이며, 설정 거리 기억 장치(141), 설정 속도 기억 장치(142), 굴삭 목표면 기억 장치(143) 및 기체 치수 기억 장치(144)를 포함하고 있다. 설정 거리 기억 장치(141)는 프론트 작업 장치(20)의 특정점 P와 굴삭 목표면 S의 거리 D에 대하여 미리 정한 설정 거리 D0(>0)을 기억한 기억 영역이다. 설정 속도 기억 장치(142)는 특정한 유압 액추에이터[예를 들어 붐 실린더(31)]의 동작 속도 V에 대하여 미리 정한 설정 속도 V0(>0)을 기억한 기억 영역이다. 굴삭 목표면 기억 장치(143)는 굴삭 목표면 S를 기억한 기억 영역이다. 굴삭 목표면 S는, 유압 셔블로 굴삭 형성하는(조형하는) 목표 지형이며, 차체 본체(12)를 기준으로 하는 좌표계로 수동 설정한 것이 기억되는 경우도 있고, 지구 좌표계의 삼차원 위치 정보로 미리 기억되어 있는 경우도 있다. 굴삭 목표면 S의 삼차원 위치 정보는, 굴삭 목표면 S를 폴리곤으로 나타낸 지형 데이터에 위치 데이터를 첨부한 정보이며, 미리 작성된 것이다. 기체 치수 기억 장치(144)는 프론트 작업 장치(20) 및 차체 본체(12)의 각 부 치수가 기억된 기억 영역이다.
ㆍ거리 연산 장치
거리 연산 장치(133)는 입력 장치(110)를 통해 입력된 각도 검출기(8a 내지 8c)의 검출 신호를 기초로 프론트 작업 장치(20)의 특정점 P와 굴삭 목표면 S의 거리 D를 연산하는 기능부이다. 거리 D의 연산의 예에 대해서는 후술한다.
ㆍ거리 판정 장치
거리 판정 장치(134)는 거리 연산 장치(133)에 의해 연산된 특정점 P와 굴삭 목표면 S의 거리 D가 설정 거리 기억 장치(141)로부터 판독한 설정 거리 D0보다도 큰지 여부를 판정하는 기능부이다.
ㆍ속도 연산 장치
속도 연산 장치(135)는 입력 장치(110)를 통해 입력된 압력 검출기(6a, 6b)의 신호를 기초로 특정한 유압 액추에이터, 본 예에서는 붐 실린더(31)의 동작 속도 V(신축 속도)를 연산하는 기능부이다. 예를 들어, 속도 연산 장치(135)에는, 붐 실린더용의 컨트롤 밸브(41)의 유량 특성(유통시키는 작동유의 유량과 개방도의 관계 등)을 기억한 기억부가 포함되어 있다. 컨트롤 밸브(41)의 개방도는 압력 검출기(6a, 6b)에 의해 검출된 컨트롤 밸브(41)에의 유압 신호의 크기와 대응하는 관계에 있다. 이것에 기초하여, 컨트롤 밸브(41)의 유량 특성과 압력 검출기(6a, 6b)의 신호를 기초로 붐 실린더(31)의 동작 속도 V가 속도 연산 장치(135)에 의해 연산된다. 또한, 속도 연산 장치(135)에서는, 압력 검출기(6a, 6b)의 신호 중 큰 쪽을 선택하여 연산의 기초로 하여 붐 실린더(31)의 동작 속도를 연산한다. 어느 쪽의 신호를 연산의 기초로 하였는지에 따라, 연산되는 동작 속도 V가, 붐 실린더(31)의 신장 속도인지 수축 속도인지가 구별된다. 말할 필요도 없지만, 예를 들어 붐 하강 지령용의 압력 신호를 검출하는 압력 검출기(6b)의 신호를 기초로 연산된 동작 속도 V는, 붐 하강 동작에 대응하는 붐 실린더(31)의 수축 속도이다. 그리고, 붐 실린더(31)의 수축 방향을 동작 속도 V의 정방향으로 취하고, 신장 속도는 부가 속도로서 취급한다.
ㆍ속도 판정 장치
속도 판정 장치(136)는 속도 연산 장치(135)에 의해 연산된 붐 실린더(31)의 동작 속도 V가 설정 속도 기억 장치(142)로부터 판독한 설정 속도 V0보다도 큰지 여부를 판정하는 기능부이다.
ㆍ개폐 지령 장치
본 실시 형태의 개폐 지령 장치(137)에 포함되는 자동 개폐 지령 장치(138)는, 프론트 제어 기능이 온 상태에서도 일정 조건 하에서 개방 지령 신호를 생성하는 기능부이다. 자동 개폐 지령 장치(138)가 개방 지령 신호를 생성하는 조건은 다음 3가지이다.
(제1 조건) 스위치(7)의 신호가 온 신호인 것;
(제2 조건) 거리 판정 장치(134)로부터 입력되는 판정 신호가 특정점 P와 굴삭 목표면 S의 거리 D가 설정 거리 D0보다 크다는 판정 결과를 나타내는 신호인 것;
(제3 조건) 속도 판정 장치(136)로부터 입력되는 판정 신호가 특정한 유압 액추에이터[본 예에서는 붐 실린더(31)]의 동작 속도 V가 설정 속도 V1보다 작다는 판정 결과를 나타내는 신호인 것:
제1 조건을 만족시킴으로써 개폐 지령 장치(137)에 있어서 자동 개폐 지령 장치(138)의 기능이 온 상태로 되어, 자동 개폐 지령 장치(138)의 처리가 실행된다. 게다가 제2 조건 및 제3 조건이 만족되면, 자동 개폐 지령 장치(138)에 의해 개방 지령 신호가 생성된다. 요컨대, 자동 개폐 지령 장치(138)에 의한 처리와 아울러, 개폐 지령 장치(137)에서는, 제1 내지 제3 조건이 동시에 만족되는 경우 및 프론트 제어의 기능이 오프 상태인 경우에 개방 지령 신호가 생성되고, 그 이외의 경우에는 폐쇄 지령 신호가 생성된다.
그 밖의 하드웨어에 대해서는, 본 실시 형태의 작업 기계는 제1 실시 형태의 작업 기계와 마찬가지의 구성이다.
2-2 특정점과 굴삭 목표면의 거리의 연산예
도 8은 거리 연산 장치에 의한 작업 장치의 특정점과 굴삭 목표면의 거리의 연산 방법의 설명도이다. 도 8에서는 프론트 작업 장치(20)의 동작 평면[붐(21) 등의 회동축에 직교하는 평면]을 직교 방향[붐(21) 등의 회동축의 연장 방향]으로부터 보고 있다. 유압 액추에이터(31 내지 33)에 대해서는 번잡 방지를 위해 도시 생략되어 있다.
도 8에 있어서 특정점 P는 버킷(23)의 선단(발톱 끝)의 위치에 설정되어 있다. 특정점 P는 대표적으로는 버킷(23)의 선단에 설정되지만, 프론트 작업 장치(20)에 있어서의 타 부위에 설정해도 된다. 거리 연산 장치(133)에는, 각도 검출기(8a 내지 8c)가 입력 장치(110)를 통해 입력되고, 굴삭 목표면 기억 장치(143)로부터 굴삭 목표면 S의 정보가 입력된다. 그 밖에, 지구 좌표계로 거리 D를 연산하는 경우에는, 경사 검출기(8d)의 검출 신호, 측위 장치(9a, 9b)에 의해 취득된 차체(10)의 위치 정보, 및 무선기(9c)에 의해 수신된 보정 정보도 입력 장치(110)를 통해 거리 연산 장치(133)에 입력된다. 지구 좌표계로 거리 D를 구하는 경우, 거리 연산 장치(133)에서는, 측위 장치(9a, 9b)의 위치 정보를 보정 정보로 보정하여 차체(10)의 위치나 방향을 연산하고, 경사 검출기(8d)의 신호에 의해 차체(10)의 경사를 연산한다.
굴삭 목표면 S는 프론트 작업 장치(20)의 동작 평면과의 교선으로 정의되며, 차체(10)의 위치, 방향, 경사 등의 정보와 아울러 지구 좌표계로 굴삭 목표면 S와 차체(10)의 위치 관계가 파악된다. 굴삭 목표면 S로부터 상측의 영역이, 특정점 P의 이동이 올바르다고 간주되는 굴삭 영역으로서 규정된다. 굴삭 목표면 S는, 예를 들어 유압 셔블을 기준으로 하는 XY 좌표계에 있어서의 적어도 1개의 직선식에 의해 일단 규정된다. XY 좌표계는 예를 들어 붐(21)의 회동 지지점을 원점으로 하는 직교 좌표계이며, 원점을 통과하여 차체 본체(12)의 선회 중심축에 평행하게 연장되는 축을 Y축(상방향이 정방향), 이 Y축에 대하여 원점에서 직교하여 전방으로 연장되는 축을 X축이라 하고 있다(전방향이 정방향). 또한 굴삭 목표면 S를 수동 설정한 경우에는, 굴삭 목표면 S와 차체(10)의 위치 관계는 기지이다.
XY 좌표계로 규정된 굴삭 목표면 S는, 자기를 1축(Xa축)으로 하는 원점 O의 직교 좌표계인 XaYa 좌표계로 다시 규정된다. 말할 필요도 없지만, Ya축은 원점 O에서 Xa축에 직교하는 축이다. Xa축은 전방향을 정방향, Ya축은 상방향을 정방향으로 한다.
거리 연산 장치(133)에서는, 기체 치수 기억 장치(144)로부터 판독한 프론트 작업 장치(20)의 치수 데이터(L1, L2, L3), 각도 검출기(8a 내지 8c)에 의해 검출된 회동각 α, β, γ의 각 값을 사용하여 버킷 특정점 P의 위치를 계산한다. 특정점 P의 위치는, 예를 들어 유압 셔블을 기준으로 하는 XY 좌표계의 좌표값(X, Y)으로서 구한다. 특정점 P의 좌표값(X, Y)은 하기의 식 (1)과 식 (2)로부터 구해진다.
Figure 112018080287491-pct00001
L1은 붐(21)과 암(22)의 회동 지지점간의 거리, L2는 암(22)과 버킷(23)의 회동 지지점간의 거리, L3은 버킷(23)의 회동 지지점과 특정점 P의 거리이다. α는 Y축(원점으로부터 상측으로 연장되는 부분)과 붐(21)과 암(22)의 회동 지지점을 통과하는 직선 l1[원점으로부터 암(22)의 회동 지지점측으로 연장되는 부분]의 협각이다. β는 직선 l1[암(22)의 회동 지지점으로부터 원점과 반대측으로 연장되는 부분]과 암(22)과 버킷(23)의 회동 지지점을 통과하는 직선 l2[암(22)의 회동 지지점으로부터 버킷(23)의 회동 지지점측으로 연장되는 부분]의 협각이다. γ는 직선 l2[버킷(23)의 회동 지지점으로부터 암(22)의 회동 지지점과 반대측으로 연장되는 부분]와 특정점 P를 통과하는 직선 l3의 협각이다.
거리 연산 장치(133)는 이상과 같이 XY 좌표계로 규정한 특정점 P의 좌표값(X, Y)을 XaYa 좌표계의 좌표값(Xa, Ya)으로 변환한다. 이렇게 하여 구해진 특정점 P의 Ya의 값이, 특정점 P와 굴삭 목표면 S의 거리 D의 값이다. 거리 D는, 특정점 P를 통과하여 굴삭 목표면 S에 직교하는 직선과 굴삭 목표면 S의 교점으로부터 특정점 P까지의 거리이며, Ya의 값의 정부를 구별한다(즉 굴삭 영역에서 거리 D는 정의 값이 되고, 굴삭 목표면 S보다 하측의 영역에서는 부의 값이 된다).
2-3 바이패스 밸브 개폐 제어
도 9는 본 실시 형태에 있어서의 바이패스 밸브 제어 장치에 의한 바이패스 밸브의 개폐 제어의 수순을 설명하는 흐름도이다. 운전 중, 바이패스 밸브 제어 장치(130A)는 도 9의 수순을 소정의 처리 사이클(예를 들어 0.1s)로 반복하여 실행한다.
ㆍ스텝 S201
바이패스 밸브 제어 장치(130A)는 도 9의 수순을 개시하면, 먼저 스텝 S201에서 입력 장치(110)를 통해 스위치(7), 각도 검출기(8a 내지 8c), 압력 검출기(6a, 6b)의 각 신호를 입력한다. 이 예에서는 굴삭 목표면 S와 기체의 위치 관계는 기지의 정보로서 설명하지만, 예를 들어 전술한 바와 같이 지구 좌표계로 기체와 굴삭 목표면 S의 위치 관계를 연산하는 경우에는, 아울러 측위 장치(9a, 9b)나 무선기(9c), 경사 검출기(8d)의 신호도 입력한다.
ㆍ스텝 S202→S205
계속해서, 바이패스 밸브 제어 장치(130A)는, 스위치(7)의 신호가 오프 신호 인지 여부를 판정(스텝 S202)한다. 오프 신호인 경우, 바이패스 밸브 제어 장치(130A)는, 개폐 지령 장치(137)에 의해 개방 지령 신호를 출력하여(스텝 S205), 바이패스 밸브(81b, 82a, 82b, 83a, 83b)를 개방한다. 스텝 S202, S205는, 도 6의 스텝 S102, S103과 마찬가지의 수순이다.
ㆍ스텝 S202→S203→S204→S205
스위치(7)의 신호가 온 신호인 경우, 바이패스 밸브 제어 장치(130A)는, 스텝 S203으로 수순을 이행하여, 거리 연산 장치(133)에 의해 굴삭 목표면 S와 특정점 P의 거리 D를 연산하고, 속도 연산 장치(135)에 의해 붐 실린더(31)의 동작 속도 V를 연산한다. 스텝 S204로 수순을 이행하면, 바이패스 밸브 제어 장치(130A)는, 설정 거리 기억 장치(141)로부터 판독한 설정 거리 D0보다도 거리 D가 큰지 여부를 거리 판정 장치(134)에 의해 판정한다. 설정 거리 D0은 정의 값이며 거리 D의 정부도 전술한 바와 같이 구별되므로, 여기에서는 특정점 P가 굴삭 영역 내에 있으며 굴삭 목표면 S로부터 설정 거리 D0보다 이격되어 있는지가 판정된다. 동시에, 바이패스 밸브 제어 장치(130A)는, 설정 속도 기억 장치(142)로부터 판독한 설정 속도 V0보다도 동작 속도 V가 작은지 여부를 속도 판정 장치(136)에 의해 판정한다. 설정 속도 V0은 정의 값이며 동작 속도 V의 정부도 전술한 바와 같이 구별되므로, 여기에서는 붐 실린더(31)가 설정 속도 V0을 초과하는 속도로 수축되고 있지 않은지가 판정된다. 판정의 결과, D>D0이며 또한 V<V0의 경우(즉 스텝 S202, S204에서 상기 제1 내지 제3 조건이 만족된 경우), 바이패스 밸브 제어 장치(130A)는 스텝 S205로 수순을 이행하여 자동 개폐 지령 장치(138)에 의해 개방 지령 신호를 출력한다.
ㆍ스텝 S202→S203→S204→S206
스텝 S202, S203, S204의 수순을 실행하고, D>D0이며 또한 V<V0의 조건이 만족되지 않은 경우, 바이패스 밸브 제어 장치(130A)는 스텝 S204로부터 스텝 S206으로 수순을 이행한다. 스텝 S206으로 수순을 이행하면, 바이패스 밸브 제어 장치(130A)는 자동 개폐 지령 장치(138)에 의해 폐쇄 지령 신호를 출력하여, 바이패스 밸브(81b, 82a, 82b, 83a, 83b)를 폐쇄한다. 스텝 S206은, 도 6의 스텝 S104에 대응하는 수순이다.
또한, 본 실시 형태의 전기 회로는 도 3에 도시한 대로이기 때문에, 설정 거리 D0은 프론트 제어 장치(120)에 의한 비례 전자 밸브(61b) 등의 제어가 실행되는 판단의 역치에 맞추어져 있다. 즉, 거리 D가 설정 거리 D0 이하인 경우, 바이패스 밸브(81b) 등이 폐쇄됨과 동시에 차단 밸브(70)가 개방되고, 프론트 제어 장치(120)에 의해 비례 전자 밸브(61b) 등이 거리 D 등에 따라서 여자된다(개방도가 변경된다). 반대로, 거리 D가 설정 거리 D0을 초과한 경우, 바이패스 밸브(81b) 등이 개방됨과 동시에 차단 밸브(70)가 폐쇄되고, 비례 전자 밸브(61b) 등도 소자된다.
2-4 효과
본 실시 형태에 있어서도, 스위치(7)로 프론트 제어의 기능을 온 상태로 할 지 오프 상태로 할지에 의해 바이패스 밸브(81b, 82a, 82b, 83a, 83b)가 개폐되므로, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 게다가, 특정점 P가 굴삭 목표면 S로부터 설정 거리 D0을 초과하여 이격되어 있고, 붐 실린더(31)가 설정 속도 V0을 초과하는 속도로 수축하고 있지 않은 경우에는, 프론트 제어의 기능이 온 상태에서도 바이패스 밸브(81b, 82a, 82b, 83a, 83b)가 개방된다. 즉, 굴삭 목표면 S로부터 버킷(23)이 멀어, 프론트 작업 장치(20)의 동작 상황을 고려해도, 바로 버킷(23)이 굴삭 영역 외로 진입할 우려가 없는 경우에는, 프론트 제어의 기능이 온 상태에서도 자동적으로 응답성이 우선된다. 이에 의해 작업 효율의 한층 더한 향상을 기대할 수 있다.
(기타)
제2 실시 형태에 있어서는, D>D0이며 또한 V<V0의 경우에 스텝 S204에서 제1 내지 제3 조건이 만족되어, 프론트 제어의 기능이 온 상태에서도 바이패스 밸브(81b) 등이 개방되도록 한 구성을 예시하였다. 그러나, 동작 속도 V에 관한 상기 제3 조건은 생략해도 된다. 즉, 프론트 제어의 기능이 온 상태에서도, 거리 D가 설정 거리 D0을 초과하고 있으면(제1 조건 및 제2 조건이 만족되어 있으면), 도 10에 도시한 바와 같이 동작 속도 V에 상관없이 바이패스 밸브(81b) 등이 개방되는 구성으로 해도 된다. 도 10은 바이패스 밸브(81b) 등에 대한 지령 신호와 거리 D의 관계를 나타내고 있으며, 거리 D가 설정 거리 D0을 초과한 경우에는 동작 속도 V에 상관없이 개방 지령 신호가 출력되고, 설정 거리 D0 이하의 경우에는 동작 속도 V에 상관없이 폐쇄 지령 신호가 출력되는 예이다. 이 경우에서도 특정점 P가 굴삭 목표면 S로부터 이격되어 있어 버킷(23)이 굴삭 영역 외로 일탈할 가능성이 낮은 상황에서 작업 효율을 향상시킬 수 있고, 제어를 간략화할 수 있는 장점도 있다. 또한, 설정 속도 기억 장치(142), 속도 연산 장치(135), 속도 판정 장치(136)를 생략할 수 있다.
또한, 제2 실시 형태에서는 붐 실린더(31)의 신축 속도를 유압 액추에이터의 동작 속도 V로서 연산하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 암 실린더(32)나 버킷 실린더(33)의 신축 속도를 동작 속도 V로서 바이패스 밸브(81b) 등의 개폐 판단에 가미해도 된다. 물론, 유압 액추에이터(31-33) 중 복수를 선택하여 그 동작 속도 V를 가미하는 구성으로 해도 된다. 또한, 하나 또는 복수의 유압 액추에이터의 동작 속도 V로부터 특정점 P의 이동 속도를 연산하고, 굴삭 목표면 S에 수직인 성분을 추출하여 굴삭 영역에 있어서의 특정점 P의 굴삭 목표면 S에의 접근 속도를 연산할 수 있다. 단순히 유압 액추에이터의 동작 속도 V를 고려하는 것이 아니라, 이것을 특정점 P의 굴삭 목표면 S에의 접근 속도로 변환하여 판단의 기초로 하는 것을 생각할 수 있다.
또한, 거리 연산 장치(133)나 속도 연산 장치(135)에 상당하는 기능부는 프론트 작업 장치(120)에도 구비될 수 있다. 그 경우에는, 프론트 제어 장치(120)에 의해 연산된 거리 D나 동작 속도 V를 바이패스 밸브 제어 장치(130A)의 거리 판정 장치(134)나 속도 판정 장치(136)에 입력하도록 구성해도 된다.
또한, 바이패스 밸브(81b, 82a, 82b, 83a, 83b)와 차단 밸브(70)의 신호선을 공용하고, 이 신호선에 여자 전류를 흘림으로써 바이패스 밸브(81b) 등과 차단 밸브(70)를 동시에 제어하는 구성을 예시하였지만, 바이패스 밸브(81b) 등과 차단 밸브(70)는 신호선을 별도로 해도 된다. 신호선을 별도로 한 경우, 프론트 제어 장치(120)에 의한 비례 전자 밸브(61b) 등의 개방도 변경의 실행ㆍ비실행을 판단하기 위한 특정점 P와 굴삭 목표면 S의 거리(D1이라 함)와는 상이한 값으로 설정 거리 D0을 설정할 수 있다. 단, 비례 전자 밸브(61b) 등에 의해 압력 신호의 최댓값을 제한하는 상황에서는 바이패스 밸브(81b) 등은 폐쇄되어 있어야만 하므로, 0<D1≤D0이 조건이다. 또한, 바이패스 밸브(81b, 82a, 82b, 83a, 83b)에 대하여, 복수의 그룹으로 나누어 각각 설정 거리 D0을 상이한 값으로 설정해도 된다. 또한, 바이패스 밸브(81b, 82a, 82b, 83a, 83b)는 모두가 반드시 필요한 것은 아니며, 이들 중에서 필요한 것을 적어도 하나 선택하여 실장하면 된다. 또한, 설명한 예에서는 붐 상승 지령용의 파일럿 라인(51a1, 51a2)에는 비례 전자 밸브 및 바이패스 밸브를 설치하고 있지 않지만, 필요가 있으면 파일럿 라인(51a1, 51a2)에도 비례 전자 밸브나 바이패스 밸브는 설치된다.
또한, 바이패스 밸브(81b, 82a, 82b, 83a, 83b)는 전자 밸브가 아니라 유압 구동식의 개폐 밸브여도 된다. 예를 들어 바이패스 밸브(81b, 82a, 82b, 83a, 83b)의 유압 구동부에 스위치(7)를 경유하여 펌프 라인(37a)을 유도하고, 스위치(7)로 펌프 라인(37a)이 개폐되도록 구성하면, 바이패스 밸브(81b) 등을 유압 구동식의 개폐 밸브로 해도 회로는 성립한다.
감압용의 비례 전자 밸브(61b, 62a, 62b, 63a, 63b) 및 바이패스 밸브(81b, 82a, 82b, 83a, 83b)를 노멀 오픈 타입, 증압용의 비례 전자 밸브(71a, 73a, 73b) 및 차단 밸브(70)를 노멀 클로즈 타입으로 한 경우를 예시하였다. 이 노멀 오픈 타입 및 노멀 클로즈 타입의 적용의 구별은 필요 시에만 여자 전류를 흘리면 되는 점에서 바람직하지만, 노멀 오픈 타입 및 노멀 클로즈 타입의 적용 관계를 반대로 해도 여자 및 소자의 타이밍을 역전시키면 회로는 성립한다.
또한, 프론트 제어용으로 감압용의 비례 전자 밸브(61b, 62a, 62b, 63a, 63b) 및 증압용의 비례 전자 밸브(71a, 73a, 73b)를 설치한 경우를 예시하여 설명하였지만, 이들 모두가 반드시 필요한 것은 아니다. 이들 중 적어도 하나[예를 들어 붐 하강 지령용의 유압 신호를 감압하는 비례 전자 밸브(61b)]가 있으면 프론트 제어의 1종이 실행될 수 있다. 조작 레버 장치(51 내지 54)의 유압 신호를 감압하는 비례 전자 밸브를 적어도 사용한 작업 기계이면, 그 비례 전자 밸브와 병렬 회로를 구성하도록 바이패스 밸브가 설치되므로, 본 발명의 적용 대상이 될 수 있다.
또한, 유압 액추에이터의 동작 속도 V를 압력 신호의 크기를 기초로 연산하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 예를 들어 각도 검출기(8a 내지 8c)의 신호의 변화율을 기초로 해도 유압 액추에이터의 동작 속도 V를 구할 수 있다. 예를 들어 각도 검출기(8a)의 신호의 변화율을 기초로 하여 붐 실린더(31)의 신축 속도를 구할 수 있다. 유압 액추에이터(31 내지 33)의 스트로크양을 검출하는 스트로크 검출기나 붐(21), 암(22) 및 버킷(23)의 경사각을 검출하는 경사각 검출기를 이용해도 유압 액추에이터의 동작 속도 V를 구할 수 있다.
또한, 원동기(17)에 엔진을 사용하고, 엔진으로 유압 펌프(36) 등을 구동하는 일반적인 유압 셔블을 예로 들어 설명하였지만, 엔진 및 전동기를 원동기로 하여 유압 펌프(36) 등을 구동하는 하이브리드식의 유압 셔블에도 본 발명은 적용 가능하다. 그 밖에, 전동기를 원동기로 하여 유압 펌프를 구동하는 전동식의 유압 셔블 등에도 본 발명은 적용 가능하다.
6a, 6b : 압력 검출기
7 : 스위치
8a 내지 8c : 각도 검출기(자세 검출기)
10 : 차체
20 : 프론트 작업 장치
31 : 붐 실린더(유압 액추에이터)
32 : 암 실린더(유압 액추에이터)
33 : 버킷 실린더(유압 액추에이터)
36 : 유압 펌프
37 : 파일럿 펌프
41-44 : 컨트롤 밸브
51-54 : 조작 레버 장치
51a1, 51a2, 51b1, 52a1, 52b1, 53a1, 53a2, 53b1, 53b2, 54a1, 54b1 : 파일럿 라인
61b, 62a, 62b, 63a, 63b : 비례 전자 밸브
81b, 82a, 82b, 83a, 83b : 바이패스 밸브
81B, 82A, 82B, 83A, 83B : 바이패스 라인
110 : 입력 장치
120 : 프론트 제어 장치
131 : 온 오프 판정 장치
133 : 거리 연산 장치
134 : 거리 판정 장치
135 : 속도 연산 장치
136 : 속도 판정 장치
137 : 개폐 지령 장치
138 : 자동 개폐 지령 장치
141 : 설정 거리 기억 장치
142 : 설정 속도 기억 장치
D : 특정점과 굴삭 목표면의 거리
D0 : 설정 거리
170 : 출력 장치
P : 특정점
S : 굴삭 목표면
V : 유압 액추에이터의 동작 속도
V0 : 설정 속도

Claims (4)

  1. 차체, 상기 차체에 설치한 프론트 작업 장치, 상기 프론트 작업 장치를 구동하는 복수의 유압 액추에이터, 상기 프론트 작업 장치의 자세를 검출하는 자세 검출기, 유압 펌프, 파일럿 펌프, 상기 유압 펌프로부터 대응하는 유압 액추에이터에 공급되는 작동유의 흐름을 제어하는 복수의 컨트롤 밸브, 대응하는 유압 액추에이터의 동작을 지시하는 유압 신호를 조작에 따라서 생성하는 조작 레버 장치, 상기 조작 레버 장치 및 대응하는 컨트롤 밸브의 유압 구동부를 접속하는 복수의 파일럿 라인, 상기 복수의 파일럿 라인 중 적어도 하나에 설치한 비례 전자 밸브, 및 상기 자세 검출기의 검출 신호를 기초로 상기 비례 전자 밸브를 제어하여 상기 프론트 작업 장치의 동작을 제한하는 제한 지령값을 연산하는 프론트 제어 장치를 구비한 작업 기계에 있어서,
    상기 파일럿 라인에 있어서의 상기 비례 전자 밸브의 상류측 및 하류측의 부분을 접속하는 바이패스 라인과,
    상기 바이패스 라인에 설치한 개폐 밸브인 바이패스 밸브와,
    상기 프론트 제어 장치의 제어를 온 오프하는 신호를 출력하는 스위치와,
    입력 장치와,
    상기 입력 장치를 통해 입력된 상기 스위치로부터의 신호가 상기 프론트 제어 장치에 의한 제어를 온 상태로 하는 온 신호인지 오프 상태로 하는 오프 신호인지를 판정하는 온 오프 판정 장치와,
    상기 온 오프 판정 장치에 의해 상기 스위치로부터 입력된 신호가 상기 오프 신호라고 판정된 경우에 상기 바이패스 밸브를 개방하는 개방 지령 신호를 생성하고, 상기 온 신호라고 판정된 경우에 상기 바이패스 밸브를 폐쇄하는 폐쇄 지령 신호를 생성하는 개폐 지령 장치와,
    상기 개폐 지령 장치에 의해 생성된 상기 개방 지령 신호 또는 폐쇄 지령 신호를 상기 바이패스 밸브에 출력하는 출력 장치를 구비한, 작업 기계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력 장치를 통해 입력된 상기 자세 검출기의 검출 신호를 기초로 상기 프론트 작업 장치의 특정점과 굴삭 목표면의 거리를 연산하는 거리 연산 장치와,
    상기 특정점과 굴삭 목표면의 거리에 대하여 미리 정한 설정 거리를 기억한 설정 거리 기억 장치와,
    상기 거리 연산 장치에 의해 연산된 상기 특정점과 굴삭 목표면의 거리가 상기 설정 거리보다도 큰지 여부를 판정하는 거리 판정 장치와,
    상기 특정점과 굴삭 목표면의 거리가 상기 설정 거리보다 크다고 상기 거리 판정 장치에 의해 판정된 경우, 상기 스위치로부터의 신호가 상기 온 신호인지 상기 오프 신호인지에 관계없이 상기 개방 지령 신호를 생성하는 자동 개폐 지령 장치를 구비한, 작업 기계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자세 검출기의 검출 신호를 기초로 상기 프론트 작업 장치의 특정점과 굴삭 목표면의 거리를 연산하는 거리 연산 장치와,
    상기 특정점과 굴삭 목표면의 거리에 대하여 미리 정한 설정 거리를 기억한 설정 거리 기억 장치와,
    상기 거리 연산 장치에 의해 연산된 상기 특정점과 굴삭 목표면의 거리가 상기 설정 거리보다도 큰지 여부를 판정하는 거리 판정 장치와,
    상기 입력 장치를 통해 입력된 상기 조작 레버 장치의 유압 신호의 압력 또는 상기 자세 검출기의 검출 신호를 기초로 특정한 유압 액추에이터의 동작 속도를 연산하는 속도 연산 장치와,
    상기 특정한 유압 액추에이터의 동작 속도에 대하여 미리 정한 설정 속도를 기억한 설정 속도 기억 장치와,
    상기 속도 연산 장치에 의해 연산된 상기 특정한 유압 액추에이터의 동작 속도가 상기 설정 속도보다도 큰지 여부를 판정하는 속도 판정 장치와,
    상기 특정점과 굴삭 목표면의 거리가 상기 설정 거리보다 크다고 상기 거리 판정 장치에 의해 판정되고, 또한 상기 특정한 유압 액추에이터의 동작 속도가 상기 설정 속도보다 작다고 상기 속도 판정 장치에 의해 판정된 경우, 상기 개방 지령 신호를 생성하는 자동 개폐 지령 장치를 구비한, 작업 기계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조작 레버 장치에 상기 스위치가 설치되어 있는, 작업 기계.
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