WO2019131758A1 - ホイールローダ - Google Patents

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WO2019131758A1
WO2019131758A1 PCT/JP2018/047839 JP2018047839W WO2019131758A1 WO 2019131758 A1 WO2019131758 A1 WO 2019131758A1 JP 2018047839 W JP2018047839 W JP 2018047839W WO 2019131758 A1 WO2019131758 A1 WO 2019131758A1
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wheel loader
predetermined
input torque
time
hydraulic pump
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PCT/JP2018/047839
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幸次 兵藤
田中 哲二
勇 青木
浩司 島▲崎▼
純平 神谷
Original Assignee
株式会社Kcm
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Publication date
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
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    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2253Controlling the travelling speed of vehicles, e.g. adjusting travelling speed according to implement loads, control of hydrostatic transmission
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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    • E02F9/2296Systems with a variable displacement pump
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
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    • B60Y2200/40Special vehicles
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    • B60Y2200/415Wheel loaders
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    • E02F9/2221Control of flow rate; Load sensing arrangements
    • E02F9/2232Control of flow rate; Load sensing arrangements using one or more variable displacement pumps
    • E02F9/2235Control of flow rate; Load sensing arrangements using one or more variable displacement pumps including an electronic controller
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/50Input parameters for engine control said parameters being related to the vehicle or its components
    • F02D2200/501Vehicle speed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/60Input parameters for engine control said parameters being related to the driver demands or status
    • F02D2200/602Pedal position

Definitions

  • the present invention relates to a wheel loader that carries out loading and unloading operations for excavating earth and sand, minerals, etc. and loading them onto a dump truck etc.
  • Patent Document 1 shows a wheel loader equipped with a torque converter type traveling drive system, and limiting the maximum rotational speed of the engine with the passage of time if the condition satisfying the digging state is continuously satisfied for a predetermined time. It is disclosed that the value is reduced to limit traction. In this wheel loader, workability is improved by suppressing the traction at the time of the digging operation.
  • the digging operation is roughly divided into three operations: pushing the bucket into the object to be excavated, crawling the object to be excavated with the bucket, and lifting the bucket with the object to be excavated loaded. It is required that the lifting work be performed in as short a time as possible.
  • the wheel loader described in Patent Document 1 when the work of scooping the object to be excavated with the bucket is started, the traction force is only gradually reduced to a predetermined limit value as time passes. It is difficult to quickly lift the load-loaded lift arm in the bucket during the bucket lifting operation. In this case, it takes time to lift the lift arm, that is, to lift the bucket, and the working efficiency is reduced.
  • the objective of this invention is providing the wheel loader which can raise a lift arm in a short time at the time of excavation operation.
  • the present invention provides a vehicle body, a plurality of wheels and an engine provided on the vehicle body, and a traveling drive for transmitting the power from the engine to the plurality of wheels to travel the vehicle body
  • a device a hydraulic pump for a variable displacement working machine driven by the engine, and a front working machine provided at the front of the vehicle body and driven by hydraulic oil supplied from the hydraulic pump for the working machine;
  • a wheel loader comprising: a traveling state detector for detecting a traveling state of the wheel loader; an operating state detector for detecting an operating state of the front work machine; a maximum traction force of the wheel loader; and the work machine
  • a controller for controlling the input torque of the hydraulic pump, and the controller is configured to detect the traveling state detected by the traveling state detector and the motion.
  • a specific condition determination unit that determines whether or not a specific condition that specifies the digging operation of the wheel loader is satisfied based on the operating state detected by the state detector, and an elapsed time from the start of the digging operation of the wheel loader
  • the traction force control unit, the traction force control unit controlling the maximum traction force of the wheel loader, and the input torque control unit controlling the input torque of the hydraulic pump for the work machine The unit is determined that the specific condition determination unit determines that the specific condition is satisfied, and the elapsed time measurement unit measures the elapsed time of a predetermined first set time from the start of the digging operation.
  • the maximum traction force of the wheel loader is limited to a predetermined first limit value as time elapses from the time when 1 set time elapses to the time when a predetermined second set time elapses, and the input torque control unit
  • the input torque of the hydraulic pump for a working machine is limited to a predetermined first input torque value
  • the elapsed time measurement unit determines the predetermined value.
  • the input torque of the hydraulic pump for the work machine is calculated based on the predetermined first input torque value and the predetermined first input torque value.
  • the second input torque value is larger than the second input torque value.
  • the lift arm can be raised in a short time during the digging operation.
  • FIG. 1 is a side view showing an appearance of a wheel loader 1 according to each embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a layout of the cab 12.
  • 3 (a) to 3 (c) are explanatory views for explaining the digging operation of the wheel loader 1. As shown in FIG.
  • the wheel loader 1 includes a vehicle body including a front frame 1A and a rear frame 1B, and a front work implement 2 provided at the front of the vehicle body.
  • the wheel loader 1 is an articulated work vehicle that is steered by bending the vehicle body in the vicinity of the center.
  • the front frame 1A and the rear frame 1B are pivotally connected by the center joint 10 in the left-right direction, and the front frame 1A bends in the left-right direction with respect to the rear frame 1B.
  • the front frame 1A is provided with a pair of left and right front wheels 11A and a front work implement 2.
  • the rear frame 1B includes a pair of left and right rear wheels 11B, a cab 12 on which an operator rides, a machine room 13 for storing various devices such as an engine, a controller, and a cooler, and a balance for keeping the vehicle body from tilting.
  • a counterweight 14 is provided.
  • FIG. 1 shows only the left front wheel 11A and the rear wheel 11B among the left and right front wheels 11A and the rear wheels 11B.
  • the front work machine 2 includes a lift arm 21 capable of rotating in the vertical direction, a pair of lift arm cylinders 22 for driving the lift arm 21 by expanding and contracting, and a bucket 23 attached to the tip of the lift arm 21; A bucket cylinder 24 for rotating the bucket 23 in the vertical direction with respect to the lift arm 21 by expansion and contraction, and a bell crank that is pivotally connected to the lift arm 21 and constitutes a link mechanism between the bucket 23 and the bucket cylinder 24 And a plurality of pipes (not shown) for guiding the pressure oil to the pair of lift arm cylinders 22 and the bucket cylinder 24.
  • FIG. 1 only the lift arm cylinder 22 disposed on the left side among the pair of lift arm cylinders 22 is indicated by a broken line.
  • the lift arms 21 rotate upward by the extension of the rods 220 of the lift arm cylinders 22 and rotate downward by the contraction of the rods 220.
  • the bucket 23 pivots (tilts) upward with respect to the lift arm 21 by extension of the rod 240 of the bucket cylinder 24, and pivots (dump) relative to the lift arm 21 by contraction of the rod 240.
  • a seat 121 on which an operator is seated a steering wheel 122 disposed in front of the seat 121 for steering the vehicle body in the left-right direction, and a vehicle body
  • a monitor 126 as a display device for displaying the traveling state of the vehicle body, the operation state of the front work machine 2 and the like is provided.
  • the monitor 126 displays information on the maximum traction of the wheel loader 1 and the input torque of the working machine hydraulic pump 43 (see FIG. 4) that supplies the hydraulic fluid for driving the front working machine 2. It has a display portion 126A.
  • the display unit 126A lights up in red when, for example, the maximum traction force of the wheel loader 1 is limited, and blinks in red when the input torque of the hydraulic pump 43 for work implement is limited, etc. Can be notified of a predetermined limit state in the wheel loader 1.
  • the wheel loader 1 is a work vehicle for carrying out cargo handling work for excavating earth and sand, minerals and the like and loading the same into a dump truck or the like, for example, in an open pit mine or the like.
  • the digging operation first, the wheel loader 1 advances with full acceleration toward the ground 100 to be excavated, and pushes the bucket 23 into the ground 100 (the state shown in FIG. 3A).
  • the wheel loader 1 tilts the bucket 23 to scoop up the excavated object (the state shown in FIG. 3B).
  • the wheel loader 1 lifts the lift arm 21 so as to lift the bucket 23 in a state in which the object to be excavated is loaded (the state shown in FIG. 3C).
  • a series of these operations shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c) is referred to as "drilling operation".
  • FIG. 4 is a diagram showing a hydraulic circuit and an electric circuit of the wheel loader 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the maximum vehicle speed and the driving force for each speed gear.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the accelerator pedal depression amount and the target engine rotational speed.
  • the traveling of the vehicle body is controlled by a traveling drive device 4 of a torque converter type, and the engine 3 and the input shaft are connected to the output shaft of the engine 3 as shown in FIG.
  • the torque converter 41 hereinafter referred to as "torque 41"
  • the transmission 42 connected to the output shaft of the torque converter 41
  • the controller 5 for controlling each device such as the engine 3 are provided.
  • the rotation of the engine 3 is transmitted to the transmission 42 after being changed in speed.
  • the transmission 42 is a transmission that can be switched to a plurality of speed stages, and changes the rotation of the output shaft of the torque converter 41.
  • the transmission 42 has four speed stages as shown in FIG. 5, and the maximum vehicle speed increases in the order of one speed stage, two speed stages, three speed stages, and four speed stages (S1 ⁇
  • the maximum driving force increases in the order of S2 ⁇ S3 ⁇ S4), 4 speed stages, 3 speed stages, 2 speed stages, and 1 speed stage (F4 ⁇ F3 ⁇ F2 ⁇ F1).
  • one speed stage is a speed stage corresponding to the low speed stage selected during the excavation operation of the wheel loader 1.
  • the “two speed stages” is a speed stage selected when the wheel loader 1 travels toward the dump truck in the loading operation (at the time of a rise run operation).
  • the “three speed stages” and the “four speed stages” are speed stages selected when the wheel loader 1 travels the conveyance path.
  • one speed stage is indicated by a solid line
  • two speed stages are indicated by a broken line
  • three speed stages are indicated by an alternate long and short dash line
  • four speed stages are indicated by an alternate long and two short dashed line.
  • the switching of the 1 to 4 speed stages is performed by the selection of the shift switch 125.
  • a speed stage signal related to the selected speed stage is output from the shift switch 125 to the controller 5.
  • the controller 5 outputs the speed stage signal to the transmission control unit 420.
  • the transmission control unit 420 has a solenoid valve corresponding to each of the 1 to 4 speed stages, and when receiving the speed stage signal, the solenoid valve based on the speed stage signal is driven to drive the hydraulic oil to the clutch of the transmission 42. Let it work. As a result, the clutch corresponding to the desired gear is engaged to switch the gear.
  • a signal is output from the controller 5 to the transmission control unit 420 so as to shift at an optimum vehicle speed according to the depression amount of the accelerator pedal 123 using the torque converter speed ratio as a parameter.
  • the traveling direction of the wheel loader 1 that is, forward or reverse is switched.
  • the switching between forward and reverse is performed by the forward and reverse changeover switch 124.
  • a forward / backward switching signal indicating forward is output to the controller 5, and the controller 5 performs transmission control of a command signal for engaging the forward clutch of the transmission 42.
  • the clutch control valve provided in the transmission control unit 420 operates to engage the forward movement clutch, and the traveling direction of the vehicle body switches to forward movement.
  • the reverse mechanism of the vehicle body is also switched by the same mechanism.
  • the torque converter travel drive device 4 first, when the operator depresses the accelerator pedal 123, the engine 3 rotates, and the input shaft of the torque converter 41 rotates with the rotation of the engine 3. Then, the output shaft of the torque converter 41 is rotated according to the set torque converter speed ratio, and the output torque from the torque converter 41 is transmitted to the front wheel 11A and the rear wheel 11B via the transmission 42, the propeller shaft 16 and the axle 15. Thus, the wheel loader 1 travels.
  • the depression amount of the accelerator pedal 123 is detected by the depression amount detector 70 and input to the controller 5. As shown in FIG. 6, the depression amount of the accelerator pedal 123 and the target engine rotational speed are in a proportional relationship, and the target engine rotation speed becomes faster as the depression amount of the accelerator pedal 123 becomes larger. By using this relationship, a command signal according to the target engine rotational speed corresponding to the stepping amount input to the controller 5 is output from the controller 5 to the engine 3.
  • the rotational speed of the engine 3 is controlled based on the target engine rotational speed. Therefore, when the depression amount of the accelerator pedal 123 is large, the rotational speed of the output shaft of the torque converter 41 is increased and the vehicle speed is increased. As shown in FIG. 4, the rotational speed of the engine 3 is detected by the first rotational speed sensor 71 provided on the output shaft side of the engine 3, and the vehicle speed is detected by the second rotational speed sensor 72 as the rotational speed of the propeller shaft 16. Be done.
  • the minimum target engine rotation speed Vmin regardless of the target engine rotation speed.
  • the target engine rotation speed is the maximum target engine rotation speed regardless of the depression amount of the accelerator pedal 123.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the lift arm raising operation amount and the spool opening area.
  • the wheel loader 1 is driven by the engine 3 and supplies a hydraulic fluid to the front working device 2.
  • a hydraulic pump 43 for working machine a hydraulic oil tank 44 for storing the hydraulic oil, and a lift arm. 21.
  • the working machine hydraulic pump 43 is a swash plate or oblique axis variable displacement hydraulic pump whose displacement volume is controlled in accordance with a tilt angle.
  • the tilt angle is adjusted by the regulator 430 in accordance with the command signal output from the controller 5.
  • the discharge pressure from the work implement hydraulic pump 43 is detected by the pressure detector 73, and a signal related to the detected discharge pressure is output to the controller 5.
  • a pilot pressure corresponding to the amount of operation is generated.
  • the pilot pressure corresponds to the amount by which the lift arm 21 is raised by the lift arm control lever 210.
  • the generated pilot pressure acts on the control valve 45, and the spool in the control valve 45 travels in response to the pilot pressure.
  • the hydraulic fluid discharged from the work implement hydraulic pump 43 flows into the lift arm cylinder 22 via the control valve 45, whereby the rod 220 of the lift arm cylinder 22 extends.
  • the raising operation amount [%] of the lift arm 21 and the opening area [%] of the spool of the control valve 45 are in a proportional relationship, and the opening area of the spool when the raising operation amount of the lift arm 21 increases. Will also grow. Therefore, when the lift arm operation lever 210 is operated to a large extent in the direction to lift the lift arm 21, the amount of hydraulic fluid flowing into the lift arm cylinder 22 increases, and the rod 220 extends quickly.
  • the spool in the range of 0 to 20% of the lift operation amount of the lift arm 21, the spool does not open and the opening area is 0% (dead zone). In the range of 85 to 100% of the lift operation amount of the lift arm 21, the opening area of the spool is constant at 100%, and the full lever operation state is maintained.
  • the pilot pressure generated according to the operation amount of the bucket operation lever 230 acts on the control valve 45 to control the opening area of the spool of the control valve 45 as to the operation of the bucket 23.
  • the amount of hydraulic fluid flowing into and out of the bucket cylinder 24 is adjusted.
  • each of the operation amount (pilot pressure) detectors for detecting the amount of lowering operation of the lift arm 21 and the amount of tilting and dumping operation of the bucket 23 also includes hydraulic circuit It is provided on the pipeline.
  • the engine 3 is a drive source of the travel drive device 4 and also a drive source of the front work machine 2. Therefore, the total output torque with respect to the actual rotational speed in the engine 3 is the sum of the input torque of the hydraulic pump 43 for the working machine with respect to the actual rotational speed of the engine 3 and the input torque with the torque converter 41 with respect to the actual rotational speed of the engine 3 It is.
  • the controller 5 controls the input torque of the working machine hydraulic pump 43 and the maximum traction force of the wheel loader 1.
  • FIG. 8 is a functional block diagram showing functions of the controller 5.
  • FIG. 9 is a flow chart showing the overall flow of processing executed by the controller 5.
  • FIG. 10 is a flow chart showing the flow of the maximum traction control process executed by the controller 5.
  • FIG. 11 is a graph showing the time transition of the maximum traction.
  • FIG. 12 is a flowchart showing a flow of an input torque control process of the hydraulic pump for a working machine performed by the controller 5.
  • FIG. 13 is a graph showing the time transition of the input torque of the working machine hydraulic pump.
  • the controller 5 is configured by connecting a CPU, a RAM, a ROM, an input I / F, and an output I / F to one another via a bus. Then, various operation devices such as the forward / reverse changeover switch 124 and the shift switch 125, and various detectors such as the depression amount detector 70 and the pressure detector 73 are connected to the input I / F, and hydraulic pressure for the engine 3 and the work machine
  • the regulator 430 of the pump 43, the monitor 126, etc. are connected to the output I / F.
  • the CPU reads out an arithmetic program (software) stored in a recording medium such as a ROM or an optical disk, develops it on the RAM, and executes the expanded arithmetic program.
  • arithmetic program software stored in a recording medium such as a ROM or an optical disk
  • the hardware cooperates to realize the function of the controller 5.
  • the controller 5 is described as a computer configured by a combination of software and hardware.
  • the present invention is not limited to this, and the controller 5 may be executed by the wheel loader 1 as an example of another computer configuration.
  • An integrated circuit that implements the functions of the computer program may be used.
  • the controller 5 includes a data acquisition unit 51, a determination unit 52, an elapsed time measurement unit 53, a control unit 54, a storage unit 55, and a signal output unit 56.
  • the data acquisition unit 51 receives the forward / backward switching signal from the forward / reverse switching switch 124, the depression amount of the accelerator pedal 123 detected by the depression amount detector 70, and the discharge of the working machine hydraulic pump 43 detected by the pressure detector 73. Data on the pressure Pa and the speed stage signal from the shift switch 125 are acquired respectively.
  • the determination unit 52 determines whether or not a specific condition determination unit 52A that determines whether a specific condition that specifies the digging operation of the wheel loader 1 is satisfied, and a release condition that releases the digging operation of the wheel loader 1. And a cancellation condition determination unit 52B.
  • the specific condition determination unit 52A and the release condition determination unit 52B both use the forward / backward switching signal from the forward / reverse switching switch 124, the depression amount of the accelerator pedal 123 from the depression amount detector 70, and the work machine from the pressure detector 73. Each condition is determined based on the discharge pressure Pa of the hydraulic pump 43.
  • the “specific condition” is a condition for specifying a series of operations shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c) which are excavating operations of the wheel loader 1.
  • the “cancel condition” is a condition for canceling the digging operation of the wheel loader 1 when the specific condition is not continuously satisfied. Note that "when the specific condition is not satisfied continuously” means that the drilling operation is interrupted or interrupted halfway by the operation of the operator, or the drilling operation is completed.
  • the forward / backward changeover switch 124 and the depression amount detector 70 are one aspect of a traveling state detector for detecting the traveling state of the wheel loader 1, respectively, and the pressure detector 73 detects the operating state of the front work machine 2 It is an aspect of the operation state detector. That is, the determination unit 52 determines the specific condition and the release condition based on the traveling state of the wheel loader 1 detected by the traveling state detector and the operation state of the front work machine 2 detected by the operation state detector. I do.
  • the traveling state of the vehicle body is determined by the forward / backward switching signal output from the forward / reverse switching switch 124 and the depression amount of the accelerator pedal 123 detected by the depression amount detector 70.
  • the traveling state of the vehicle body may be comprehensively determined based on the traveling states detected by a plurality of other traveling state detectors mounted on the vehicle body.
  • the operation state of the front work machine 2 is determined by the discharge pressure Pa of the work machine hydraulic pump 43 detected by the pressure detector 73.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the operation state of the front working unit 2 may be determined by detecting a pilot pressure applied to the wheel 22 or the bucket cylinder 24.
  • the elapsed time measurement unit 53 measures an elapsed time from the start of the digging operation of the wheel loader 1.
  • the control unit 54 controls the maximum traction of the wheel loader 1 according to the elapsed time measured by the elapsed time measurement unit 53, and according to the elapsed time measured by the elapsed time measurement unit 53.
  • an input torque control unit 54B that controls the input torque of the work implement hydraulic pump 43.
  • “maximum traction force of the wheel loader 1” may be simply referred to as “maximum traction force”
  • “input torque of the working machine hydraulic pump 43” may be simply referred to as “input torque”.
  • the storage unit 55 has a predetermined set value Pth related to the discharge pressure of the working machine hydraulic pump 43, a predetermined first set time ST1 regarding an elapsed time from the start of the digging operation, a predetermined second set time ST2, and a predetermined Third set time ST3, predetermined first limit value R1 for maximum traction and predetermined second limit value R2 (R2 ⁇ R1) smaller than predetermined first limit value R1, and predetermined first limit for input torque
  • Rp1 and a predetermined second input torque value Tp2 (Tp2> Tp1) larger than the predetermined first input torque value Tp1 are stored.
  • predetermined is abbreviate
  • the “first set time ST1” is a time corresponding to an operation of pushing the bucket 23 into the ground 100 while moving the vehicle forward (see the state shown in FIG. 3A).
  • the “second set time ST2” is a time corresponding to an operation (see the state shown in FIG. 3B) in which the bucket 23 is tilted to crawl the excavating object.
  • the signal output unit 56 outputs a command signal according to the processing in the traction control unit 54A to the engine 3 and outputs a command signal according to the processing in the input torque control unit 54B to the regulator 430 of the hydraulic pump 43 for work machine .
  • the signal output unit 56 outputs, to the monitor 126, a display signal for displaying a state (see FIG. 11) in which the maximum traction force is limited to the second limit value R2 based on the limitation state in the traction force control unit 54A.
  • the display 126 causes the monitor 126 to display a state (see FIG. 13) in which the input torque of the working machine hydraulic pump 43 is controlled to the second input torque value Tp2 based on the control state in the input torque control unit 54B.
  • the data acquisition unit 51 receives a forward / reverse switching signal from the forward / reverse switching switch 124, a stepping amount of the accelerator pedal 123 from the stepping amount detector 70, and a working machine from the pressure detector 73.
  • the discharge pressure Pa of the hydraulic pump 43 and the speed stage signal from the shift switch 125 are obtained (step S501).
  • step S502 based on the forward / backward switching signal acquired in step S501, the depression amount of the accelerator pedal 123, and the discharge pressure Pa of the hydraulic pump 43 for the work machine, the specific condition determination unit 52A satisfies the specific condition It is determined whether or not (step S502).
  • step S502 When it is determined in step S502 that the specific condition is satisfied (step S502 / YES), the specific condition determination unit 52A determines whether the speed stage signal acquired in step S501 is "low speed stage" (step S503).
  • step S503 If it is determined in step S503 that the speed gear is "low speed gear” (YES in step S503), the specific condition determination unit 52A determines that the discharge pressure Pa of the working machine hydraulic pump 43 acquired in step S501 is a storage unit. It is determined whether or not it is equal to or greater than the set value Pth read out from 55 (step S504).
  • step S504 If it is determined in step S504 that the discharge pressure Pa of the working machine hydraulic pump 43 is equal to or higher than the set value Pth (Pa P Pth) (step S504 / YES), the controller 5 performs maximum traction control processing of the wheel loader 1 (Step S510) The process proceeds to the input torque control process (Step S530) of the working machine hydraulic pump 43.
  • step S502 determines whether the specific condition is not satisfied (step S502 / NO) or if it is determined in step S503 that the speed gear is not the "low speed gear” (step S503 / NO), then in step S504.
  • discharge pressure Pa of hydraulic pump 43 for work machine is not equal to or larger than predetermined set value Pth, that is, discharge pressure Pa of hydraulic pump 43 for work machine is less than predetermined set value Pth (Pa ⁇ Pth) (Pa ⁇ Pth) Step S504 / NO)
  • the controller 5 ends the process.
  • the specific condition determination unit 52A sets the speed stage of the transmission 42 to the "low speed stage” and the discharge pressure Pa of the work machine hydraulic pump 43 is equal to or higher than the set value Pth ( By determining that the specific condition is satisfied when Pa P Pth, it is possible to more accurately determine the digging operation of the wheel loader 1.
  • the controller 5 need not necessarily execute the process of step S503 and the process of step S504, and may proceed to the process of step S510 and the process of step S530 if YES in at least step S502.
  • step S510 the maximum traction control process of the wheel loader 1 will be described with reference to FIG. 10 and FIG.
  • the maximum traction force is gradually limited from the initial value R0 to the first limit value R1 in about half of the second set time ST2, and thereafter, the second set time
  • the present invention is not limited to this, and the first limit value is gradually increased from the initial value R0 over the entire second setting time ST2 It may be limited to the value R1.
  • the signal output unit 56 outputs the display signal according to the limitation state in the traction control unit 54A to the monitor 126 (step S515).
  • the display 126A of the monitor 126 displays that the maximum traction force of the wheel loader 1 is limited to the second limit value R2, and the operator is in the limit state. While confirming the timing of the restriction by the controller 5.
  • the traction control unit 54A returns the maximum traction from the second limit value R2 to the first limit value R1
  • the present invention is not limited to this, and is larger than the second limit value R2. If it is a value, it may not be the first limit value R1.
  • the signal output unit 56 outputs, to the monitor 126, a display signal according to the control state by the traction control unit 54A (step S518).
  • the display that the maximum traction of the wheel loader 1 is limited to the second limit value R2 disappears from the display portion 126A, and the operator limits the maximum traction to the second limit value R2. It can be confirmed that it has been released.
  • the release condition determination unit 52B continuously determines whether the specific condition is satisfied, that is, whether the release condition is satisfied (step S519).
  • the traction control unit 54A cancels the limitation to the first limit value R1 and the second limit value R2 of the maximum traction force (step S520). )
  • the controller 5 ends the process.
  • the maximum traction force is larger than the first limit value R1 and the second limit value R2 by releasing the limitation of the maximum traction force.
  • the initial value R0 it is possible to set the initial value R0), and it is possible to increase the vehicle speed when traveling the vehicle with a full acceleration.
  • step S519 When it is determined in step S519 that the release condition is not satisfied (step S519 / NO), the controller 5 does not proceed to the next step S520 until the release condition is satisfied (step S519 / YES).
  • step S519 which is the final process, but, for example, the digging operation has been canceled or interrupted by the operation of the operator.
  • the cancellation condition is determined in the middle of the process prior to step S519.
  • step S530 the input torque control process (step S530) of the working machine hydraulic pump 43 will be described with reference to FIG. 12 and FIG.
  • the first input torque value Tp1 is limited (step S531).
  • the input torque of the engine 3 is limited by limiting the input torque to the first input torque value Tp1 in the initial stage of the digging operation (states shown in FIGS. 3A and 3B). More can be used on the traveling drive 4 side than on the working machine hydraulic pump 43 side. At this time, since the tilting operation of the bucket 23 is performed slowly, there is no problem even if the input torque of the working machine hydraulic pump 43 is limited. That is, the first input torque value Tp1 needs to be a value that does not affect the tilt operation of the bucket 23.
  • the input torque control unit 54B determines the input torque
  • the first input torque value Tp1 is set to a second input torque value Tp2 (> Tp1) (step S533).
  • the maximum traction force is limited from the first limit value R1 to the second limit value R2 at the timing when the tilt operation of the bucket 23 is finished and the lift operation of the lift arm 21 is started, and the input torque is In order to increase from the one input torque value Tp1 to the second input torque value Tp2, the rising speed of the lift arm 21 is higher than in the case where only the maximum traction force is limited and in the case where only the input torque is controlled. It is possible to speed up the lift arm 21 in a shorter time.
  • the signal output unit 56 outputs the display signal according to the control state of the input torque control unit 54B in step S533 to the monitor 126 (step S534). As a result, it is displayed that the input torque of the working machine hydraulic pump 43 is controlled to the second input torque value Tp2 on the display unit 126A of the monitor 126, and the operator operates the working machine hydraulic pump 43. While being able to confirm that an input torque exists in the said control state, it becomes possible to recognize the timing of control by the controller 5.
  • step S535 the release condition determination unit 52B continuously determines whether the specific condition is satisfied, that is, whether the release condition is satisfied (step S535).
  • step S535 the release condition is satisfied
  • step S535 / YES the input torque control unit 54B releases the restriction to the first input torque value Tp1 and the second input torque value Tp2 of the input torque.
  • the input torque is released from the input torque by the first input torque value Tp1 and the second input torque by releasing the restriction of the input torque. Since the input torque value can be made larger than the value Tp2, the operation speed can be increased when performing the single operation of the front work machine 2, and the work efficiency can be improved.
  • step S535 When it is determined in step S535 that the release condition is not satisfied (step S535 / NO), the controller 5 does not proceed to the next step S536 until the release condition is satisfied (step S535 / YES).
  • step S536 is the final process of the input torque control process of the work machine hydraulic pump 43.
  • the determination of the release condition is performed in the middle of the process before step S536.
  • FIG. 14 the same components as those described in the wheel loader 1 according to the first embodiment will be assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
  • FIG. 14 is a diagram showing a hydraulic circuit and an electric circuit of the wheel loader 1 according to the second embodiment.
  • the traveling of the vehicle body is controlled by an HMT traveling drive device 4A.
  • the traveling drive device 4A includes an engine 3, an HST pump 46 as a traveling hydraulic pump driven by the engine 3, and an HST motor 47 as a traveling hydraulic motor connected to the HST pump 46 in a closed circuit. And a mechanical transmission unit 80. That is, the traveling drive device 4A includes the mechanical transmission unit 80 in the HST 40 (HST type traveling drive device) in which the HST pump 46 and the HST motor 47 are connected in a closed circuit.
  • the HST pump 46 is a swash plate or oblique axis variable displacement hydraulic pump whose displacement volume is controlled in accordance with the tilt angle.
  • the tilt angle is adjusted by the pump regulator 460 in accordance with the command signal output from the controller 5.
  • the HST motor 47 is a swash plate type or oblique axis type variable displacement hydraulic motor whose displacement volume is controlled according to the tilt angle, and transmits the driving force of the engine 3 to the wheels (front wheel 11A and rear wheel 11B) Do.
  • the tilt angle is adjusted by the motor regulator 470 in accordance with the command signal output from the controller 5 as in the case of the HST pump 46.
  • the planetary gear mechanism 81 includes a sun gear 811 fixed to the input shaft 82, a plurality of planetary gears 812 meshed with the outer periphery of the sun gear 811, and a plurality of planet carriers 813 supporting the plurality of planetary gears 812.
  • a ring gear 814 meshed with the outer periphery of the planetary gear 812 and a pump input gear 815 meshed with the outer periphery of the ring gear 814 are provided.
  • the output torque of the engine 3 is transmitted to the input shaft 82 via the clutch device 83 having the forward hydraulic clutch 83A, the reverse hydraulic clutch 83B, and the clutch shaft 83C, and transmitted from the input shaft 82 to the planetary gear mechanism 81. Ru.
  • the planet carrier 813 of the planet gear mechanism 81 is fixed to the output shaft 84, whereby the driving force of the engine 3 is transmitted to the mechanical transmission unit 80.
  • the driving force of the engine 3 transmitted to the mechanical transmission unit 80 is transmitted to the axle 15 via the propeller shaft 85 connected to the output shaft 84, whereby the front wheel 11A and the rear wheel 11B are driven.
  • the pump input gear 815 of the planetary gear mechanism 81 is fixed to the rotation shaft of the HST pump 46, and the driving force of the engine 3 is also transmitted to the HST 40.
  • a motor output gear 86 is fixed to the rotation shaft of the HST motor 47, and the motor output gear 86 meshes with a gear 840 of the output shaft 84. Therefore, the driving force of the engine 3 transmitted to the HST 40 is also transmitted to the axle 15 via the propeller shaft 85 connected to the output shaft 84, whereby the front wheel 11A and the rear wheel 11B are driven.
  • the wheel loader 1 can perform smooth start and stop with little impact. It is not necessary to control the vehicle speed by adjusting the discharge flow rate on the HST pump 46 side, and the vehicle speed may be controlled by adjusting the displacement volume on the HST motor 47 side.
  • the vehicle speed is detected by the motor rotational speed sensor 74 as the rotational speed of the HST motor 47.
  • the command signal for controlling the maximum traction force output from the controller 5 is input to the pump regulator 460 of the HST pump 46 or the motor regulator 470 of the HST motor 47. Therefore, the present embodiment and the first embodiment only differ in the output destination of the command signal according to the control of the maximum traction force from the controller 5, and the operation and effect similar to those of the first embodiment also in the present embodiment. Is obtained.
  • the HMT-type travel drive device 4A has been described. However, the present invention is not limited to this, and an HST-type travel drive device not having a mechanical transmission unit may be used.
  • FIG. 15 the same components as those described in the wheel loader 1 according to the first embodiment and the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • FIG. 15 is a view showing a hydraulic circuit and an electric circuit of the wheel loader 1 according to the third embodiment.
  • traveling of the vehicle body is controlled by an EMT traveling drive device 4B.
  • EMT traveling drive device 4B In this EMT travel drive system, in the HMT travel drive device 4A described in the second embodiment, a generator 91 is provided instead of the HST pump 46, and an electric motor 92 is provided instead of the HST motor 47. .
  • the command signal relating to the control of the maximum traction force output from the controller 5 is input to the electric motor 92. Therefore, the present embodiment and the first embodiment and the second embodiment only differ in the output destination of the command signal related to the control of the maximum traction force from the controller 5, and also in the present embodiment, the first embodiment and the first embodiment. Similar actions and effects are obtained.
  • the present invention has been described above.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes various modifications.
  • the above-described embodiment is described in detail to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to one having all the described configurations.
  • part of the configuration of the present embodiment can be replaced with the configuration of the other embodiment, and the configuration of the other embodiment can be added to the configuration of the present embodiment.
  • the controller 5 performs both the maximum traction control process of the wheel loader 1 and the input torque control process of the working machine hydraulic pump 43 when the specific condition is satisfied. At least one of the maximum traction control process of the wheel loader 1 and the input torque control process of the hydraulic pump 43 for the working machine may be performed. In addition, when the controller 5 executes only the maximum traction control process of the wheel loader 1, it is also possible to use a fixed displacement hydraulic pump 43 for the working machine.
  • the method of the traveling drive device of the wheel loader 1 is not particularly limited.
  • Wheel loader 2 Front work machine 3: Engine 4, 4A, 4B: Traveling drive device 5: Controller 11A: Front wheel (wheel) 11B: Rear wheel (wheel) 42: Transmission 43: Hydraulic pump for working machine 52A: Specific condition determination unit 52B: Release condition determination unit 53: Elapsed time measurement unit 54A: Traction force control unit 54B: Input torque control unit 70: Stepping amount detector (traveling state detection vessel) 73: Pressure detector (operating condition detector) 124: Forward / reverse selector switch (traveling state detector) 126: Monitor (display device) Pa: discharge pressure Pth: predetermined set value R1: predetermined first limit value R2: predetermined second limit value ST1: predetermined first set time ST2: predetermined second set time Tp1: predetermined first input torque Value Tp2: predetermined second input torque value

Abstract

掘削作業時においてリフトアームを短時間で上昇させることが可能なホイールローダを提供する。 エンジン3と、走行駆動装置4と、可変容量型の作業機用油圧ポンプ43と、フロント作業機2と、を備えたホイールローダ1おいて、踏込量検出器70及び前後進切換スイッチ124と、圧力検出器73と、ホイールローダ1の最大けん引力及び作業機用油圧ポンプ43の入力トルクをそれぞれ制御するコントローラ5と、を備え、コントローラ5は、掘削作業を特定する特定条件を満たすか否かを判定する特定条件判定部52Aと、掘削作業開始時からの経過時間を計測する経過時間計測部53と、入力トルク制御部54Bと、を含み、入力トルク制御部54Bは、特定条件を満たした時に入力トルクを第1入力トルク値Tp1に制限し、第1設定時間ST1経過時から第2設定時間ST2が経過すると入力トルクを第1入力トルク値Tp1から大きくする。

Description

ホイールローダ
 本発明は、土砂や鉱物等を掘削してダンプトラック等へ積み込む荷役作業を行うホイールローダに関する。
 ホイールローダでは、掘削作業を行う場合にけん引力(走行駆動力)が大きいと土砂や鉱物等の掘削対象物にバケットを突っ込んだ際にリフトアームに作用する反力が大きくなり、当該反力が抵抗となってリフトアームの上げ動作の妨げになるため、結果としてリフトアームの持ち上げ力が低下してしまう。したがって、掘削作業時には、けん引力とリフトアームの持ち上げ力とのバランスを調整する技術が必要となる。
 例えば特許文献1には、トルクコンバータ式の走行駆動システムが搭載されたホイールローダであって、掘削状態を満たす条件が所定時間継続して成立すると、時間経過に伴ってエンジンの最高回転速度の制限値を小さくしてけん引力を制限しているものが開示されている。このホイールローダでは、掘削作業時においてけん引力を抑制することにより作業性を向上させている。
国際公開第2009/054499号
 掘削作業は、掘削対象物にバケットを突っ込む作業、掘削対象物をバケットで掬う作業、及び掘削対象物が積まれた状態のバケットを持ち上げる作業の3つの作業に大きく分かれるが、このうちのバケットの持ち上げ作業はできる限り短時間で行うことが求められる。しかしながら、特許文献1に記載のホイールローダでは、掘削対象物をバケットで掬う作業が開始されると時間の経過に伴って所定の制限値まで徐々にけん引力を小さくしていくのみであるため、バケットの持ち上げ作業においてバケット内の積荷の荷重がかかったリフトアームを素早く上昇させることが難しい。この場合、リフトアームが上がりきるまで、すなわちバケットが持ち上がるまでに時間がかかり、作業効率が低下してしまう。
 そこで、本発明の目的は、掘削作業時においてリフトアームを短時間で上昇させることが可能なホイールローダを提供することにある。
 上記の目的を達成するために、本発明は、車体と、前記車体に設けられた複数の車輪及びエンジンと、前記エンジンからの動力を前記複数の車輪に伝達して前記車体を走行させる走行駆動装置と、前記エンジンにより駆動される可変容量型の作業機用油圧ポンプと、前記車体の前部に設けられて前記作業機用油圧ポンプから供給される作動油により駆動されるフロント作業機と、を備えたホイールローダおいて、前記ホイールローダの走行状態を検出する走行状態検出器と、前記フロント作業機の動作状態を検出する動作状態検出器と、前記ホイールローダの最大けん引力及び前記作業機用油圧ポンプの入力トルクをそれぞれ制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記走行状態検出器で検出された走行状態、及び前記動作状態検出器で検出された動作状態に基づいて、前記ホイールローダの掘削作業を特定する特定条件を満たすか否かを判定する特定条件判定部と、前記ホイールローダの掘削作業開始時からの経過時間を計測する経過時間計測部と、前記ホイールローダの最大けん引力を制御するけん引力制御部と、前記作業機用油圧ポンプの入力トルクを制御する入力トルク制御部と、を含み、前記けん引力制御部は、前記特定条件判定部にて前記特定条件を満たすと判定され、かつ前記経過時間計測部にて掘削作業開始時から所定の第1設定時間の経過が計測されると、前記所定の第1設定時間経過時から所定の第2設定時間経過時までの間に、前記ホイールローダの最大けん引力を時間経過に伴って所定の第1制限値まで制限し、前記入力トルク制御部は、前記特定条件判定部にて前記特定条件を満たすと判定された時、前記作業機用油圧ポンプの入力トルクを所定の第1入力トルク値に制限し、前記経過時間計測部にて前記所定の第1設定時間経過時からさらに前記所定の第2設定時間の経過が計測されると、前記作業機用油圧ポンプの入力トルクを前記所定の第1入力トルク値から前記所定の第1入力トルク値よりも大きい所定の第2入力トルク値にすることを特徴とする。
 本発明によれば、掘削作業時においてリフトアームを短時間で上昇させることができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の各実施形態に係るホイールローダの外観を示す側面図である。 運転室のレイアウトについて示す模式図である。 ホイールローダの掘削作業について説明する説明図である。 第1実施形態に係るホイールローダの油圧回路及び電気回路を示す図である。 速度段毎の最高車速と駆動力との関係を示すグラフである。 アクセルペダル踏込量と目標エンジン回転速度との関係を示すグラフである。 リフトアーム上げ操作量とスプールの開口面積との関係を示すグラフである。 コントローラが有する機能を示す機能ブロック図である。 コントローラで実行される処理の全体の流れを示すフローチャートである。 コントローラで実行される最大けん引力制御処理の流れを示すフローチャートである。 最大けん引力の時間推移を示すグラフである。 コントローラで実行される作業機用油圧ポンプの入力トルク制御処理の流れを示すフローチャートである。 作業機用油圧ポンプの入力トルクの時間推移を示すグラフである。 第2実施形態に係るホイールローダの油圧回路及び電気回路を示す図である。 第3実施形態に係るホイールローダの油圧回路及び電気回路を示す図である。
 本発明の各実施形態に係るホイールローダの全体構成及びその動作について、図1~3を参照して説明する。
 図1は、本発明の各実施形態に係るホイールローダ1の外観を示す側面図である。図2は、運転室12のレイアウトについて示す模式図である。図3(a)~(c)は、ホイールローダ1の掘削作業について説明する説明図である。
 ホイールローダ1は、前フレーム1A及び後フレーム1Bで構成される車体と、車体の前部に設けられたフロント作業機2と、を備えている。ホイールローダ1は、車体が中心付近で中折れすることにより操舵するアーティキュレート式の作業車両である。前フレーム1Aと後フレーム1Bとは、センタジョイント10によって左右方向に回動自在に連結されており、前フレーム1Aが後フレーム1Bに対して左右方向に屈曲する。
 前フレーム1Aには、左右一対の前輪11A、及びフロント作業機2が設けられている。後フレーム1Bには、左右一対の後輪11B、オペレータが搭乗する運転室12、エンジンやコントローラ、冷却器等の各機器を収容する機械室13、及び車体が傾倒しないようにバランスを保つためのカウンタウェイト14が設けられている。
 なお、以下において、ホイールローダ1の左右方向のうち、運転室12のシート121(図2参照)に座ったオペレータから見て左の方向を「左方向」とし、右の方向を「右方向」とする。図1では、左右一対の前輪11A及び後輪11Bのうち、左側の前輪11A及び後輪11Bのみを示している。
 フロント作業機2は、上下方向に回動可能なリフトアーム21と、伸縮することによりリフトアーム21を駆動させる一対のリフトアームシリンダ22と、リフトアーム21の先端部に取り付けられたバケット23と、伸縮することによりバケット23をリフトアーム21に対して上下方向に回動させるバケットシリンダ24と、リフトアーム21に回動可能に連結されてバケット23とバケットシリンダ24とのリンク機構を構成するベルクランク25と、一対のリフトアームシリンダ22やバケットシリンダ24へ圧油を導く複数の配管(不図示)と、を有している。なお、図1では、一対のリフトアームシリンダ22のうち、左側に配置されたリフトアームシリンダ22のみを破線で示している。
 リフトアーム21は、各リフトアームシリンダ22のロッド220が伸びることにより上方向に回動し、各ロッド220が縮むことにより下方向に回動する。バケット23は、バケットシリンダ24のロッド240が伸びることによりリフトアーム21に対して上方向に回動(チルト)し、ロッド240が縮むことによりリフトアーム21に対して下方向に回動(ダンプ)する。
 図2に示すように、運転室12には、オペレータが着座するシート121と、シート121の前方に配置され、車体の左右方向への操縦を行うためのハンドル122と、車体を走行させるためのアクセルペダル123と、車体の前進、停止、及び後進のいずれかを切り換えるための前後進切換スイッチ124と、車体の速度段を選択するためのシフトスイッチ125と、ハンドル122のさらに前方に配置され、車体の走行状態やフロント作業機2の動作状態等を表示する表示装置としてのモニタ126と、が設けられている。
 本実施形態では、モニタ126は、ホイールローダ1の最大けん引力及びフロント作業機2を駆動させるための作動油を供給する作業機用油圧ポンプ43(図4参照)の入力トルクに関する情報を表示する表示部126Aを有している。表示部126Aは、例えば、ホイールローダ1の最大けん引力が制限されている状態のときには赤く点灯し、作業機用油圧ポンプ43の入力トルクが制限されている状態のときには赤く点滅する等により、オペレータに対してホイールローダ1における所定の制限状態を知らせることができる。
 このホイールローダ1は、例えば露天掘り鉱山等において、土砂や鉱物等を掘削してダンプトラック等へ積み込む荷役作業を行うための作業車両である。掘削作業では、まず、ホイールローダ1は、掘削対象である地山100に向かってフルアクセルで前進し、バケット23を地山100に突入させる(図3(a)に示す状態)。次に、ホイールローダ1は、バケット23をチルトして掘削対象物を掬い上げる(図3(b)に示す状態)。そして、掘削対象物が積まれた状態のバケット23を上方に持ち上げるべく、ホイールローダ1はリフトアーム21の上げ動作を行う(図3(c)に示す状態)。図3(a)~(c)に示すこれら一連の作業を「掘削作業」とする。
 次に、ホイールローダ1の駆動システムについて、実施形態ごとに説明する。
<第1実施形態>
 第1実施形態に係るホイールローダ1の駆動システムについて、図4~13を参照して説明する。
(走行駆動装置4の構成)
 まず、本実施形態に係るホイールローダ1の駆動システムのうち、車体の走行駆動システムとしての走行駆動装置4の構成について、図4~6を参照して説明する。
 図4は、第1実施形態に係るホイールローダ1の油圧回路及び電気回路を示す図である。図5は、速度段毎の最高車速と駆動力との関係を示すグラフである。図6は、アクセルペダル踏込量と目標エンジン回転速度との関係を示すグラフである。
 本実施形態に係るホイールローダ1は、トルクコンバータ式の走行駆動装置4によって車体の走行が制御されており、図4に示すように、エンジン3と、入力軸がエンジン3の出力軸に連結されたトルクコンバータ41(以下、「トルコン41」とする)と、トルコン41の出力軸に連結されたトランスミッション42と、エンジン3等の各機器を制御するコントローラ5と、を備えている。
 トルコン41は、インペラ、タービン、及びステータで構成された流体クラッチであり、入力トルクに対して出力トルクを増大させる機能、すなわちトルク比(=出力トルク/入力トルク)を1以上とする機能を有する。このトルク比は、トルコン41の入力軸の回転速度と出力軸の回転速度の比であるトルコン速度比(=出力軸回転速度/入力軸回転速度)が大きくなるにつれて小さくなる。これにより、エンジン3の回転を変速した上でトランスミッション42に伝達する。
 トランスミッション42は、複数の速度段に切り換え可能な変速機であり、トルコン41の出力軸の回転を変速する。本実施形態では、トランスミッション42は、図5に示すような4つの速度段を有しており、1速度段、2速度段、3速度段、4速度段の順に最高車速が大きくなり(S1<S2<S3<S4)、4速度段、3速度段、2速度段、1速度段の順に最大駆動力が大きくなるように(F4<F3<F2<F1)、それぞれ設定されている。
 ここで、「1速度段」は、ホイールローダ1の掘削作業時に選択される低速度段に相当する速度段である。「2速度段」は、積込作業においてホイールローダ1がダンプトラックに向かって走行するとき(ライズラン操作時)に選択される速度段である。「3速度段」及び「4速度段」は、ホイールローダ1が搬送路を走行するとき等に選択される速度段である。図5では、1速度段を実線で、2速度段を破線で、3速度段を一点鎖線で、4速度段を二点鎖線で、それぞれ示している。
 1~4速度段の切り換えは、シフトスイッチ125の選択によって行われる。オペレータがシフトスイッチ125で所望の速度段を選択すると、選択された速度段に係る速度段信号がシフトスイッチ125からコントローラ5に出力される。そして、コントローラ5は、当該速度段信号をトランスミッション制御部420に出力する。トランスミッション制御部420は1~4速度段のそれぞれに対応したソレノイド弁を有しており、速度段信号を受信すると当該速度段信号に基づくソレノイド弁が駆動して、トランスミッション42のクラッチに作動油を作用させる。これにより、所望の速度段に対応したクラッチが係合して速度段が切り換わる。
 なお、速度段の切り換えについては、シフトスイッチ125を用いずに自動で行うことも可能である。この場合、トルコン速度比をパラメータとしてアクセルペダル123の踏込量に応じて最適な車速で変速するように、コントローラ5からトランスミッション制御部420へ信号が出力される。
 また、トランスミッション42のクラッチの係合に応じて、ホイールローダ1の進行方向、すなわち前進又は後進が切り換わる。前進又は後進の切り換えは、前後進切換スイッチ124によって行われる。オペレータが前後進切換スイッチ124を前進の位置に切り換えると、前進を示す前後進切換信号がコントローラ5に出力され、コントローラ5はトランスミッション42の前進クラッチを係合状態とするための指令信号をトランスミッション制御部420に出力する。トランスミッション制御部420が前進に係る指令信号を受信すると、トランスミッション制御部420に設けられたクラッチ制御弁が作動して前進クラッチが係合状態となり、車体の進行方向が前進に切り換わる。車体の後進についても、同様の仕組みによって切り換わる。
 トルクコンバータ式の走行駆動装置4では、まず、オペレータがアクセルペダル123を踏み込むとエンジン3が回転し、エンジン3の回転に伴ってトルコン41の入力軸が回転する。そして、設定されたトルコン速度比にしたがってトルコン41の出力軸が回転し、トルコン41からの出力トルクがトランスミッション42、プロペラシャフト16、及びアクスル15を介して前輪11A及び後輪11Bに伝達されることにより、ホイールローダ1が走行する。
 アクセルペダル123の踏込量は踏込量検出器70によって検出されて、コントローラ5に入力される。図6に示すように、アクセルペダル123の踏込量と目標エンジン回転速度とは比例関係にあり、アクセルペダル123の踏込量が大きくなると目標エンジン回転速度は速くなる。この関係性を用いることにより、コントローラ5に入力された踏込量に対応する目標エンジン回転速度にしたがった指令信号がコントローラ5からエンジン3へ出力される。
 エンジン3は、この目標エンジン回転速度に基づいて回転数が制御される。したがって、アクセルペダル123の踏込量が大きいとトルコン41の出力軸の回転速度が上昇して車速が上昇する。図4に示すように、エンジン3の回転速度はエンジン3の出力軸側に設けられた第1回転速度センサ71で、車速はプロペラシャフト16の回転速度として第2回転速度センサ72で、それぞれ検出される。
 なお、図6において、アクセルペダル123の踏込量が少ない所定の領域(0%~20あるいは30%の範囲)では、目標エンジン回転速度がアクセルペダル123の踏込量にかかわらず最低目標エンジン回転速度Vminに維持されるように、アクセルペダル123の踏込量が多い所定の領域(70あるいは80%~100%の範囲)では、目標エンジン回転速度がアクセルペダル123の踏込量にかかわらず最高目標エンジン回転速度Vmaxに維持されるように、それぞれ設定されている。なお、これらの設定は、任意に変更可能である。
(フロント作業機2の駆動システム)
 次に、ホイールローダ1の駆動システムのうち、フロント作業機2の駆動システムについて、図4及び図7を参照して説明する。
 図7は、リフトアーム上げ操作量とスプール開口面積との関係を示すグラフである。
 ホイールローダ1は、図4に示すように、エンジン3により駆動され、フロント作業機2に作動油を供給する作業機用油圧ポンプ43と、当該作動油を貯蔵する作動油タンク44と、リフトアーム21を操作するためのリフトアーム操作レバー210と、バケット23を操作するためのバケット操作レバー230と、作業機用油圧ポンプ43からリフトアームシリンダ22及びバケットシリンダ24にそれぞれ供給される圧油の流れを制御するコントロールバルブ45と、を備える。
 作業機用油圧ポンプ43は、傾転角に応じて押し退け容積が制御される斜板式あるいは斜軸式の可変容量型の油圧ポンプである。傾転角は、コントローラ5から出力された指令信号にしたがって、レギュレータ430により調整される。作業機用油圧ポンプ43からの吐出圧は圧力検出器73で検出され、検出された吐出圧に係る信号がコントローラ5へ出力される。
 例えば、オペレータがリフトアーム21を上げる方向にリフトアーム操作レバー210を操作すると、その操作量に応じたパイロット圧が生成される。このパイロット圧はリフトアーム操作レバー210によるリフトアーム21の上げ操作量に相当する。
 そして、生成されたパイロット圧はコントロールバルブ45に作用し、コントロールバルブ45内のスプールが当該パイロット圧に応じてストロークする。作業機用油圧ポンプ43から吐出された作動油はコントロールバルブ45を介してリフトアームシリンダ22に流入し、これによりリフトアームシリンダ22のロッド220が伸長する。
 図7に示すように、リフトアーム21の上げ操作量[%]とコントロールバルブ45のスプールの開口面積[%]とは比例関係にあり、リフトアーム21の上げ操作量が増えるとスプールの開口面積も大きくなる。したがって、リフトアーム21を上げる方向にリフトアーム操作レバー210を大きく操作すると、リフトアームシリンダ22へ流入する作動油量が多くなり、ロッド220が速く伸長する。
 なお、図7において、リフトアーム21の上げ操作量0~20%の範囲では、スプールは開口せず、開口面積は0%である(不感帯)。また、リフトアーム21の上げ操作量85~100%の範囲では、スプールの開口面積は100%で一定となっており、フルレバー操作状態が維持されている。
 バケット23の操作についても、リフトアーム21の操作と同様に、バケット操作レバー230の操作量に応じて生成されたパイロット圧がコントロールバルブ45に作用することによってコントロールバルブ45のスプールの開口面積が制御され、バケットシリンダ24へ流出入する作動油量が調整される。
 なお、図4では図示を省略しているが、リフトアーム21の下げ操作量やバケット23のチルト及びダンプ操作量をそれぞれ検出するための操作量(パイロット圧)検出器についても、油圧回路の各管路上に設けられている。
 以上より、エンジン3は、走行駆動装置4の駆動源であると共に、フロント作業機2の駆動源でもある。したがって、エンジン3における実回転速度に対する全出力トルクは、エンジン3の実回転速度に対する作業機用油圧ポンプ43の入力トルクと、エンジン3の実回転速度に対するトルコン41の入力トルクとを足し合わせたものである。掘削作業においては、フロント作業機2の駆動力と走行駆動力とのバランスを適宜調整することにより作業効率を向上させることができる。そこで、作業機用油圧ポンプ43の入力トルクとホイールローダ1の最大けん引力とをコントローラ5によって制御する。
(コントローラ5の構成及び機能)
 次に、コントローラ5の構成及び機能について、図8~13を参照して説明する。
 図8は、コントローラ5が有する機能を示す機能ブロック図である。図9は、コントローラ5で実行される処理の全体の流れを示すフローチャートである。図10は、コントローラ5で実行される最大けん引力制御処理の流れを示すフローチャートである。図11は、最大けん引力の時間推移を示すグラフである。図12は、コントローラ5で実行される作業機用油圧ポンプの入力トルク制御処理の流れを示すフローチャートである。図13は、作業機用油圧ポンプの入力トルクの時間推移を示すグラフである。
 コントローラ5は、CPU、RAM、ROM、入力I/F、及び出力I/Fがバスを介して互いに接続されて構成される。そして、前後進切換スイッチ124やシフトスイッチ125といった各種の操作装置、及び踏込量検出器70や圧力検出器73といった各種の検出器等が入力I/Fに接続され、エンジン3や作業機用油圧ポンプ43のレギュレータ430、モニタ126等が出力I/Fに接続されている。
 このようなハードウェア構成において、ROMや光学ディスク等の記録媒体に格納された演算プログラム(ソフトウェア)をCPUが読み出してRAM上に展開し、展開された演算プログラムを実行することにより、演算プログラムとハードウェアとが協働して、コントローラ5の機能を実現する。
 なお、本実施形態では、コントローラ5をソフトウェアとハードウェアとの組み合わせによって構成されるコンピュータとして説明しているが、これに限らず、他のコンピュータの構成の一例として、ホイールローダ1の側で実行される演算プログラムの機能を実現する集積回路を用いてもよい。
 図8に示すように、コントローラ5は、データ取得部51と、判定部52と、経過時間計測部53と、制御部54と、記憶部55と、信号出力部56と、を含む。
 データ取得部51は、前後進切換スイッチ124からの前後進切換信号、踏込量検出器70で検出されたアクセルペダル123の踏込量、圧力検出器73で検出された作業機用油圧ポンプ43の吐出圧Pa、及びシフトスイッチ125からの速度段信号に関するデータをそれぞれ取得する。
 判定部52は、ホイールローダ1の掘削作業を特定する特定条件を満たすか否かを判定する特定条件判定部52Aと、ホイールローダ1の掘削作業を解除する解除条件を満たすか否かを判定する解除条件判定部52Bと、を含む。特定条件判定部52A及び解除条件判定部52Bは、いずれも前後進切換スイッチ124からの前後進切換信号、踏込量検出器70からのアクセルペダル123の踏込量、及び圧力検出器73からの作業機用油圧ポンプ43の吐出圧Paに基づいてそれぞれの条件を判定する。
 ここで、「特定条件」とは、ホイールローダ1の掘削作業である図3(a)~(c)に示す一連の作業を特定するための条件である。「解除条件」とは、継続して特定条件を満たさない場合にホイールローダ1の掘削作業を解除するための条件である。なお、「継続して特定条件を満たさない場合」とは、オペレータの操作により掘削作業を途中で中止・中断した場合や、掘削作業をひと通り終えた場合のことをいう。
 また、前後進切換スイッチ124及び踏込量検出器70はそれぞれ、ホイールローダ1の走行状態を検出する走行状態検出器の一態様であり、圧力検出器73は、フロント作業機2の動作状態を検出する動作状態検出器の一態様である。すなわち、判定部52は、走行状態検出器で検出されたホイールローダ1の走行状態、及び動作状態検出器で検出されたフロント作業機2の動作状態に基づいて、特定条件及び解除条件についての判定を行う。
 なお、本実施形態では、前後進切換スイッチ124から出力された前後進切換信号、及び踏込量検出器70で検出されたアクセルペダル123の踏込量によって車体の走行状態を判定しているが、これに限らず、車体に搭載された他の複数の走行状態検出器で検出された各走行状態を踏まえて総合的に車体の走行状態を判定してもよい。同様に、本実施形態では、圧力検出器73で検出された作業機用油圧ポンプ43の吐出圧Paによってフロント作業機2の動作状態を判定しているが、これに限らず、例えばリフトアームシリンダ22やバケットシリンダ24に作用されるパイロット圧を検出してフロント作業機2の動作状態を判定してもよい。
 経過時間計測部53は、ホイールローダ1の掘削作業開始時からの経過時間を計測する。制御部54は、経過時間計測部53で計測された経過時間に応じてホイールローダ1の最大けん引力を制御するけん引力制御部54Aと、経過時間計測部53で計測された経過時間に応じて作業機用油圧ポンプ43の入力トルクを制御する入力トルク制御部54Bと、を含む。なお、以下では、「ホイールローダ1の最大けん引力」を単に「最大けん引力」とし、「作業機用油圧ポンプ43の入力トルク」を単に「入力トルク」とする場合がある。
 記憶部55は、作業機用油圧ポンプ43の吐出圧に係る所定の設定値Pth、掘削作業開始時からの経過時間に関する所定の第1設定時間ST1、所定の第2設定時間ST2、及び所定の第3設定時間ST3、最大けん引力に係る所定の第1制限値R1及び所定の第1制限値R1よりも小さい所定の第2制限値R2(R2<R1)、ならびに入力トルクに係る所定の第1入力トルク値Tp1及び所定の第1入力トルク値Tp1よりも大きい所定の第2入力トルク値Tp2(Tp2>Tp1)をそれぞれ記憶している。なお、記憶部55に記憶されているこれらの値について、以下では「所定の」は省略する。
 ここで、「第1設定時間ST1」とは、車体を前進させながらバケット23を地山100に突っ込む作業(図3(a)に示す状態参照)に対応させた時間である。「第2設定時間ST2」とは、バケット23をチルトさせて掘削対象物を掬う作業(図3(b)に示す状態参照)に対応させた時間である。「第3設定時間ST3」とは、掘削対象物を積んだ状態のバケット23を上方に持ち上げる作業、すなわちリフトアーム21の上げ動作(図3(c)に示す状態参照)に対応させた時間である。したがって、図11及び図13において、掘削作業開始時がT=0であり、バケット23のチルト操作開始時がT=T1であり、リフトアーム21の上げ操作開始時がT=T2となる。
 信号出力部56は、けん引力制御部54Aにおける処理にしたがった指令信号をエンジン3に出力し、入力トルク制御部54Bにおける処理にしたがった指令信号を作業機用油圧ポンプ43のレギュレータ430に出力する。
 また、信号出力部56は、けん引力制御部54Aにおける制限状態に基づいて、最大けん引力が第2制限値R2に制限されている状態(図11参照)を表示させる表示信号をモニタ126に出力すると共に、入力トルク制御部54Bにおける制御状態に基づいて、作業機用油圧ポンプ43の入力トルクが第2入力トルク値Tp2に制御されている状態(図13参照)を表示させる表示信号をモニタ126に出力する。
 次に、コントローラ5内で実行される具体的な処理の流れについて説明する。
 図9に示すように、まず、データ取得部51は、前後進切換スイッチ124からの前後進切換信号、踏込量検出器70からのアクセルペダル123の踏込量、圧力検出器73からの作業機用油圧ポンプ43の吐出圧Pa、及びシフトスイッチ125からの速度段信号をそれぞれ取得する(ステップS501)。
 次に、特定条件判定部52Aは、ステップS501で取得した前後進切換信号、アクセルペダル123の踏込量、及び作業機用油圧ポンプ43の吐出圧Paに基づいて、ホイールローダ1が特定条件を満たすか否かを判定する(ステップS502)。
 ステップS502において特定条件を満たすと判定された場合(ステップS502/YES)、特定条件判定部52Aは、ステップS501で取得した速度段信号が「低速度段」であるか否かを判定する(ステップS503)。
 ステップS503において速度段が「低速度段」であると判定された場合(ステップS503/YES)、特定条件判定部52Aは、ステップS501で取得した作業機用油圧ポンプ43の吐出圧Paが記憶部55から読み出した設定値Pth以上であるか否かを判定する(ステップS504)。
 ステップS504において作業機用油圧ポンプ43の吐出圧Paが設定値Pth以上である(Pa≧Pth)と判定された場合(ステップS504/YES)、コントローラ5は、ホイールローダ1の最大けん引力制御処理(ステップS510)及び作業機用油圧ポンプ43の入力トルク制御処理(ステップS530)に進む。
 一方、ステップS502において特定条件を満たさないと判定された場合(ステップS502/NO)、ステップS503において速度段が「低速度段」でないと判定された場合(ステップS503/NO)、及びステップS504において作業機用油圧ポンプ43の吐出圧Paが所定の設定値Pth以上でない、すなわち作業機用油圧ポンプ43の吐出圧Paが所定の設定値Pth未満である(Pa<Pth)と判定された場合(ステップS504/NO)、コントローラ5は処理を終了する。
 このように、本実施形態では、特定条件判定部52Aは、トランスミッション42の速度段が「低速度段」であって、かつ作業機用油圧ポンプ43の吐出圧Paが設定値Pth以上である(Pa≧Pth)場合に特定条件を満たすと判定することにより、ホイールローダ1の掘削作業の判定をより精度よく行うことができる。なお、コントローラ5は、必ずしもステップS503の処理及びステップS504の処理を実行する必要はなく、少なくともステップS502においてYESの場合にステップS510の処理及びステップS530の処理に進めばよい。
 次に、ホイールローダ1の最大けん引力制御処理(ステップS510)について、図10及び図11を参照して説明する。
 ホイールローダ1の最大けん引力制御処理(ステップS510)では、まず、経過時間計測部53が、掘削作業開始時(ステップS502において特定条件を満たすと判定された時;時間T=0)から第1設定時間ST1が経過したか否かを計測する(ステップS511)。
 ステップS511において掘削作業開始時(時間T=0)から第1設定時間ST1の経過が計測されたと判断されると(ステップS511/YES)、けん引力制御部54Aは、第1設定時間ST1経過時(時間T=T1)から第2設定時間ST2経過時(時間T=T2)までの間(=T2-T1)に、最大けん引力を時間経過に伴って初期値R0から第1制限値R1まで小さく制限する(ステップS512)。
 本実施形態では、図11に示すように、最大けん引力は、第2設定時間ST2のうち約半分の時間で初期値R0から徐々に第1制限値R1に制限され、その後、第2設定時間ST2の経過時(時間T=T2)まで第1制限値R1のまま一定となっているが、これに限らず、第2設定時間ST2の全時間をかけて初期値R0から徐々に第1制限値R1に制限されてもよい。
 なお、コントローラ5は、ステップS511において掘削作業開始時(時間T=0)から第1設定時間ST1の経過が計測されない場合には(ステップS511/NO)、掘削作業開始時(時間T=0)から第1設定時間ST1が経過するまで(ステップS511/YES)次のステップS512に進まない。
 次に、経過時間計測部53は、第1設定時間ST1経過時(時間T=T1)からさらに第2設定時間ST2が経過したか否かを計測する(ステップS513)。ステップS513において第1設定時間ST1経過時(時間T=T1)からさらに第2設定時間ST2の経過が計測されたと判断されると(ステップS513/YES)、けん引力制御部54Aは、最大けん引力を第1制限値R1から第2制限値R2(<R1)に制限する(ステップS514)。
 図11に示すように、第1設定時間ST1経過時(時間T=T1)からさらに第2設定時間ST2が経過した時(時間T=T2)とは、バケット23のチルト操作が終了してリフトアーム21の上げ操作を開始するタイミングである。このタイミングで最大けん引力を第1制限値R1からさらに第2制限値R2に下げる(初期値R0から2段階下げる)ことにより、最大けん引力が第1制限値R1の場合よりも小さくなり、リフトアーム21が上方に上がりやすくなる。
 なぜならば、リフトアーム21には、けん引力に対する反力が作用してリフトアーム21の上げ動作の妨げとなるが、この反力が第1制限値R1のときよりも抑制されて、リフトアーム21の持ち上げ力が大きくなるからである。これにより、リフトアーム21の上昇速度が速くなり、荷が入った状態のバケット23であっても短時間で持ちあげることが可能となる。
 なお、コントローラ5は、ステップS513において第1設定時間ST1経過時(時間T=T1)から第2設定時間ST2の経過が計測されない場合には(ステップS513/NO)、第1設定時間ST1経過時(時間T=T1)から第2設定時間ST2が経過するまで(ステップS513/YES)次のステップS514に進まない。
 信号出力部56は、けん引力制御部54Aでの制限状態にしたがった表示信号をモニタ126に出力する(ステップS515)。これにより、モニタ126の表示部126Aには、ホイールローダ1の最大けん引力が第2制限値R2に制限されている状態であることが表示され、オペレータはホイールローダ1が当該制限状態にあることを確認することができると共に、コントローラ5による制限のタイミングを認識することが可能となる。
 次に、経過時間計測部53は、第2設定時間ST2経過時(時間T=T2)からさらに第3設定時間ST3が経過したか否かを計測する(ステップS516)。ステップS516において第2設定時間ST2経過時(時間T=T2)からさらに第3設定時間ST3の経過が計測されたと判断されると(ステップS516/YES)、けん引力制御部54Aは、最大けん引力を第2制限値R2から第1制限値R1に戻す(ステップS517)。
 図11に示すように、第2設定時間ST2経過時(時間T=T2)からさらに第3設定時間ST3が経過した時(時間T=T3)とは、リフトアーム21の上げ動作が終わった頃合いである。例えば、第2制限値R2が第1制限値R1よりもある程度小さい値であるような場合、最大けん引力を第1制限値R1から第2制限値R2に下げた時にけん引力不足(トルク抜け)を感じやすくなってしまう。
 そこで、リフトアーム21の上げ動作が終わった頃合いに、最大けん引力を第2制限値R2から第1制限値R1に上昇させることにより、けん引力不足を抑制することができる。したがって、けん引力不足を防止させる観点からは、最大けん引力を第2制限値R2に制限している時間、すなわち第3設定時間ST3は短く設定した方がよい。
 なお、図10及び図11では、けん引力制御部54Aは、最大けん引力を第2制限値R2から第1制限値R1に戻しているが、これに限らず、第2制限値R2よりも大きい値であれば第1制限値R1でなくてもよい。
 そして、信号出力部56は、けん引力制御部54Aでの制御状態にしたがった表示信号をモニタ126に出力する(ステップS518)。これにより、ホイールローダ1の最大けん引力が第2制限値R2に制限されている状態であることの表示が表示部126Aから消え、オペレータは最大けん引力の第2制限値R2への制限状態が解除されたことを確認することができる。
 次に、解除条件判定部52Bは、継続して特定条件を満たすか否か、すなわち解除条件を満たすか否かを判定する(ステップS519)。ステップS519において解除条件を満たすと判定された場合(ステップS519/YES)、けん引力制御部54Aは、最大けん引力の第1制限値R1及び第2制限値R2への制限を解除し(ステップS520)、コントローラ5は処理を終了する。
 このように、ホイールローダ1が掘削作業以外の作業を行っているときには、最大けん引力の制限を解除することで、最大けん引力を第1制限値R1及び第2制限値R2よりも大きな値(例えば初期値R0)にすることができ、フルアクセルで車体を走行させるような場合に車速を上げることが可能となる。
 なお、コントローラ5は、ステップS519において解除条件を満たさないと判定された場合には(ステップS519/NO)、解除条件を満たすまで(ステップS519/YES)次のステップS520に進まない。
 本実施形態では、ホイールローダ1の最大けん引力制御処理のうち、最後の処理であるステップS519において解除条件の判定を行っているが、例えばオペレータの操作により掘削作業が中止・中断されたような場合には、ステップS519よりも前の処理の途中で解除条件の判定を行うことになる。
 次に、作業機用油圧ポンプ43の入力トルク制御処理(ステップS530)について、図12及び図13を参照して説明する。
 作業機用油圧ポンプ43の入力トルク制御処理(ステップS530)では、まず、入力トルク制御部54Bは、特定条件を満たすと判定された時(掘削作業開始時;時間T=0)、入力トルクを第1入力トルク値Tp1に制限する(ステップS531)。
 図13に示すように、掘削作業の初期段階(図3(a)及び図3(b)に示す状態)では入力トルクを第1入力トルク値Tp1に制限することで、エンジン3の入力トルクを作業機用油圧ポンプ43側よりも走行駆動装置4側に多く使用することができる。なお、このとき、バケット23のチルト操作はゆっくりと行うため、作業機用油圧ポンプ43の入力トルクを制限しても問題はない。すなわち、第1入力トルク値Tp1は、バケット23のチルト操作に影響を与えない程度の値とする必要がある。
 次に、経過時間計測部53は、第1設定時間ST1経過時(時間T=T1)からさらに第2設定時間ST2が経過したか否かを計測する(ステップS532)。ステップS532において第1設定時間ST1経過時(時間T=T1)からさらに第2設定時間ST2の経過が計測されたと判断されると(ステップS532/YES)、入力トルク制御部54Bは、入力トルクを第1入力トルク値Tp1から第2入力トルク値Tp2(>Tp1)にする(ステップS533)。
 前述したように、第1設定時間ST1経過時(時間T=T1)からさらに第2設定時間ST2が経過した時(時間T=T2)とは、バケット23のチルト操作が終了してリフトアーム21の上げ操作を開始するタイミングである。図13に示すように、このタイミングで入力トルクを第1入力トルク値Tp1よりも大きい第2入力トルク値Tp2にすることにより、作業機用油圧ポンプ43からリフトアームシリンダ22に供給される作動油の流量が第1入力トルク値Tp1に制限していた場合と比べて多くなるため、リフトアーム21の上昇速度が速くなる。
 なぜならば、作業機用油圧ポンプ43の入力トルクは作業機用油圧ポンプ43の吐出圧と押し退け容積との積で表されるため(入力トルク=吐出圧×押し退け容積)、入力トルクが大きくなると、作業機用油圧ポンプ43の吐出圧Paに対する押し退け容積も大きくなるからである。これにより、リフトアーム21の上げ動作の作業時間を短縮することができ、作業効率の向上につながる。
 本実施形態では、バケット23のチルト操作が終了してリフトアーム21の上げ操作を開始するタイミングで、最大けん引力を第1制限値R1から第2制限値R2に制限すると共に、入力トルクを第1入力トルク値Tp1から第2入力トルク値Tp2に上げるため、最大けん引力の制限のみを行った場合及び入力トルクの制御のみを行った場合のそれぞれと比べて、リフトアーム21の上昇速度がより速くなり、より短時間でリフトアーム21を上昇させることが可能となる。
 なお、コントローラ5は、ステップS532において第1設定時間ST1経過時(時間T=T1)からさらに第2設定時間ST2の経過が計測されない場合には(ステップS532/NO)、第1設定時間ST1経過時(時間T=T1)から第2設定時間ST2が経過するまで(ステップS532/YES)次のステップS533に進まない。
 信号出力部56は、ステップS533における入力トルク制御部54Bでの制御状態にしたがった表示信号をモニタ126に出力する(ステップS534)。これにより、モニタ126の表示部126Aには、作業機用油圧ポンプ43の入力トルクが第2入力トルク値Tp2に制御されている状態であることが表示され、オペレータは作業機用油圧ポンプ43の入力トルクが当該制御状態にあることを確認することができると共に、コントローラ5による制御のタイミングを認識することが可能となる。
 次に、解除条件判定部52Bは、継続して特定条件を満たすか否か、すなわち解除条件を満たすか否かを判定する(ステップS535)。ステップS535において解除条件を満たすと判定された場合(ステップS535/YES)、入力トルク制御部54Bは、入力トルクの第1入力トルク値Tp1及び第2入力トルク値Tp2への制限を解除し(ステップS536)、コントローラ5は処理を終了する。
 このように、ホイールローダ1が掘削作業以外の作業を行っているときには、入力トルクの制限を解除することで、作業機用油圧ポンプ43の入力トルクを第1入力トルク値Tp1及び第2入力トルク値Tp2よりも大きな入力トルク値にすることができるため、フロント作業機2の単独操作を行うような場合に操作速度を速くすることができ、作業効率を向上させることが可能となる。
 なお、コントローラ5は、ステップS535において解除条件を満たさないと判定された場合には(ステップS535/NO)、解除条件を満たすまで(ステップS535/YES)次のステップS536に進まない。
 本実施形態では、ホイールローダ1の最大けん引力制御処理(ステップS510)と同様に、作業機用油圧ポンプ43の入力トルク制御処理のうち、最後の処理であるステップS536において解除条件の判定を行っているが、例えばオペレータの操作により掘削作業が中止・中断されたような場合には、ステップS536よりも前の処理の途中で解除条件の判定を行うことになる。
<第2実施形態>
 次に、本発明の第2実施形態に係るホイールローダ1について、図14を参照して説明する。図14において、第1実施形態に係るホイールローダ1について説明したものと共通する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
 図14は、第2実施形態に係るホイールローダ1の油圧回路及び電気回路を示す図である。
 本実施形態に係るホイールローダ1は、HMT式の走行駆動装置4Aによって車体の走行が制御されている。この走行駆動装置4Aは、エンジン3と、エンジン3により駆動される走行用油圧ポンプとしてのHSTポンプ46と、HSTポンプ46と閉回路状に接続された走行用油圧モータとしてのHSTモータ47と、機械伝動部80と、を備えている。すなわち、走行駆動装置4Aは、HSTポンプ46及びHSTモータ47が閉回路状に接続されたHST40(HST式走行駆動装置)に機械伝動部80を備えたものである。
 HSTポンプ46は、傾転角に応じて押し退け容積が制御される斜板式あるいは斜軸式の可変容量型の油圧ポンプである。傾転角は、コントローラ5から出力された指令信号にしたがってポンプ用レギュレータ460により調整される。
 HSTモータ47は、傾転角に応じて押し退け容積が制御される斜板式あるいは斜軸式の可変容量型の油圧モータであり、エンジン3の駆動力を車輪(前輪11A及び後輪11B)に伝達する。傾転角は、HSTポンプ46の場合と同様に、コントローラ5から出力された指令信号にしたがってモータ用レギュレータ470により調整される。
 アクセルペダル123をオペレータが踏み込むとエンジン3が回転し、エンジン3の駆動力は遊星歯車機構81を経由してHST40及び機械伝動部80へパラレルに伝達される。
 遊星歯車機構81は、入力軸82に固定されたサンギア811と、サンギア811の外周に歯合された複数のプラネタリギア812と、複数のプラネタリギア812をそれぞれ軸支する遊星キャリア813と、複数のプラネタリギア812の外周に歯合されたリングギア814と、リングギア814の外周に歯合されたポンプ入力ギア815と、を有している。
 エンジン3の出力トルクは、前進用油圧クラッチ83A、後進用油圧クラッチ83B、及びクラッチシャフト83Cを有するクラッチ装置83を経由して入力軸82に伝達され、入力軸82から遊星歯車機構81に伝達される。
 ここで、遊星歯車機構81の遊星キャリア813は出力軸84に固定されており、これにより、エンジン3の駆動力が機械伝動部80に伝達される。機械伝動部80に伝達されたエンジン3の駆動力は、出力軸84に接続されたプロペラシャフト85を介してアクスル15に伝達され、これにより前輪11A及び後輪11Bが駆動される。
 また、遊星歯車機構81のポンプ入力ギア815はHSTポンプ46の回転軸に固定されており、エンジン3の駆動力がHST40にも伝達される。HSTモータ47の回転軸には、モータ出力ギア86が固定されており、モータ出力ギア86は、出力軸84のギア840に歯合している。したがって、HST40に伝達されたエンジン3の駆動力についても、出力軸84に接続されたプロペラシャフト85を介してアクスル15に伝達され、これにより、前輪11A及び後輪11Bが駆動される。
 走行駆動装置4Aにおける車速の調整(変速)は、HSTポンプ46の吐出流量を連続的に増減させることによって行うため、ホイールローダ1は滑らかな発進、及び衝撃の少ない停止が可能となる。なお、必ずしもHSTポンプ46側において吐出流量を調整することで車速を制御する必要はなく、HSTモータ47側において押し退け容積を調整することで車速を制御してもよい。車速は、HSTモータ47の回転速度としてモータ回転速度センサ74で検出する。
 本実施形態では、コントローラ5から出力された最大けん引力の制御に係る指令信号は、HSTポンプ46のポンプ用レギュレータ460又はHSTモータ47のモータ用レギュレータ470に入力される。したがって、本実施形態と第1実施形態とでは、コントローラ5からの最大けん引力の制御に係る指令信号の出力先が異なるだけであり、本実施形態においても第1実施形態と同様の作用及び効果が得られる。なお、本実施形態では、HMT式の走行駆動装置4Aについて説明したが、これに限らず、機械伝動部を備えていないHST式の走行駆動装置であってもよい。
<第3実施形態>
 次に、本発明の第3実施形態に係るホイールローダ1について、図15を参照して説明する。図15において、第1実施形態及び第2実施形態に係るホイールローダ1について説明したものと共通する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
 図15は、第3実施形態に係るホイールローダ1の油圧回路及び電気回路を示す図である。
 本実施形態に係るホイールローダ1は、EMT式の走行駆動装置4Bによって車体の走行が制御されている。このEMT走行駆動システムでは、第2実施形態において説明したHMT式の走行駆動装置4Aにおいて、HSTポンプ46に代えて発電機91が、HSTモータ47に代えて電動モータ92が、それぞれ設けられている。
 本実施形態では、コントローラ5から出力された最大けん引力の制御に係る指令信号は、電動モータ92に入力される。したがって、本実施形態と第1実施形態及び第2実施形態とは、コントローラ5からの最大けん引力の制御に係る指令信号の出力先が異なるだけであり、本実施形態においても第1実施形態と同様の作用及び効果が得られる。
 以上、本発明の実施形態について説明した。なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、本実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、本実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。またさらに、本実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
 例えば、上記実施形態では、コントローラ5は、特定条件を満たす場合にホイールローダ1の最大けん引力制御処理及び作業機用油圧ポンプ43の入力トルク制御処理の両方を行っていたが、これに限らず、少なくともホイールローダ1の最大けん引力制御処理及び作業機用油圧ポンプ43の入力トルク制御処理のうちいずれかの処理を行えばよい。なお、コントローラ5がホイールローダ1の最大けん引力制御処理のみを実行する場合には、作業機用油圧ポンプ43は固定容量型を用いることも可能である。
 また、上記実施形態で説明したように、ホイールローダ1の走行駆動装置の方式については、特に制限はない。
1:ホイールローダ
2:フロント作業機
3:エンジン
4,4A,4B:走行駆動装置
5:コントローラ
11A:前輪(車輪)
11B:後輪(車輪)
42:トランスミッション
43:作業機用油圧ポンプ
52A:特定条件判定部
52B:解除条件判定部
53:経過時間計測部
54A:けん引力制御部
54B:入力トルク制御部
70:踏込量検出器(走行状態検出器)
73:圧力検出器(動作状態検出器)
124:前後進切換スイッチ(走行状態検出器)
126:モニタ(表示装置)
Pa:吐出圧
Pth:所定の設定値
R1:所定の第1制限値
R2:所定の第2制限値
ST1:所定の第1設定時間
ST2:所定の第2設定時間
Tp1:所定の第1入力トルク値
Tp2:所定の第2入力トルク値
 

Claims (7)

  1.  車体と、前記車体に設けられた複数の車輪及びエンジンと、前記エンジンからの動力を前記複数の車輪に伝達して前記車体を走行させる走行駆動装置と、前記エンジンにより駆動される可変容量型の作業機用油圧ポンプと、前記車体の前部に設けられて前記作業機用油圧ポンプから供給される作動油により駆動されるフロント作業機と、を備えたホイールローダおいて、
     前記ホイールローダの走行状態を検出する走行状態検出器と、
     前記フロント作業機の動作状態を検出する動作状態検出器と、
     前記ホイールローダの最大けん引力及び前記作業機用油圧ポンプの入力トルクをそれぞれ制御するコントローラと、を備え、
     前記コントローラは、
     前記走行状態検出器で検出された走行状態、及び前記動作状態検出器で検出された動作状態に基づいて、前記ホイールローダの掘削作業を特定する特定条件を満たすか否かを判定する特定条件判定部と、
     前記ホイールローダの掘削作業開始時からの経過時間を計測する経過時間計測部と、
     前記ホイールローダの最大けん引力を制御するけん引力制御部と、
     前記作業機用油圧ポンプの入力トルクを制御する入力トルク制御部と、を含み、
     前記けん引力制御部は、
     前記特定条件判定部にて前記特定条件を満たすと判定され、かつ前記経過時間計測部にて掘削作業開始時から所定の第1設定時間の経過が計測されると、前記所定の第1設定時間経過時から所定の第2設定時間経過時までの間に、前記ホイールローダの最大けん引力を時間経過に伴って所定の第1制限値まで制限し、
     前記入力トルク制御部は、
     前記特定条件判定部にて前記特定条件を満たすと判定された時、前記作業機用油圧ポンプの入力トルクを所定の第1入力トルク値に制限し、
     前記経過時間計測部にて前記所定の第1設定時間経過時からさらに前記所定の第2設定時間の経過が計測されると、前記作業機用油圧ポンプの入力トルクを前記所定の第1入力トルク値から前記所定の第1入力トルク値よりも大きい所定の第2入力トルク値にすることを特徴とするホイールローダ。
  2.  請求項1に記載のホイールローダおいて、
     前記けん引力制御部は、
     前記経過時間計測部にて前記所定の第1設定時間経過時からさらに前記所定の第2設定時間の経過が計測されると、前記ホイールローダの最大けん引力を前記所定の第1制限値から前記所定の第1制限値よりも小さい所定の第2制限値に制限することを特徴とするホイールローダ。
  3.  請求項1に記載のホイールローダにおいて、
     前記走行駆動装置は、複数の速度段に切り換え可能なトランスミッションを有し、
     前記特定条件判定部は、前記トランスミッションの速度段が掘削作業時に選択される低速度段であって、かつ前記作業機用油圧ポンプの吐出圧が所定の設定値以上である場合に前記特定条件を満たすと判定することを特徴とするホイールローダ。
  4.  請求項1に記載のホイールローダにおいて、
     前記コントローラは、
     前記走行状態検出器で検出された走行状態、及び前記動作状態検出器で検出された動作状態に基づいて、前記ホイールローダの掘削作業を解除する解除条件を満たすか否かを判定する解除条件判定部を含み、
     前記入力トルク制御部は、
     前記解除条件判定部にて前記解除条件を満たすと判定されると、前記作業機用油圧ポンプの入力トルクの前記所定の第1入力トルク値及び前記所定の第2入力トルク値への制限を解除することを特徴とするホイールローダ。
  5.  請求項2に記載のホイールローダにおいて、
     前記ホイールローダの最大けん引力及び前記作業機用油圧ポンプの入力トルクに関する情報をそれぞれ表示する表示装置を備え、
     前記表示装置は、前記入力トルク制御部における制御状態に基づいて、前記作業機用油圧ポンプの入力トルクが前記所定の第2入力トルク値に制御されている状態であることを表示すると共に、前記けん引力制御部における制限状態に基づいて、前記ホイールローダの最大けん引力が前記所定の第2制限値に制限されている状態であることを表示することを特徴とするホイールローダ。
  6.  車体と、前記車体に設けられた複数の車輪及びエンジンと、前記エンジンからの動力を前記複数の車輪に伝達して前記車体を走行させる走行駆動装置と、前記エンジンにより駆動される作業機用油圧ポンプと、前記車体の前部に設けられて前記作業機用油圧ポンプから供給される作動油により駆動されるフロント作業機と、を備えたホイールローダおいて、
     前記ホイールローダの走行状態を検出する走行状態検出器と、
     前記フロント作業機の動作状態を検出する動作状態検出器と、
     前記ホイールローダの最大けん引力及び前記作業機用油圧ポンプの入力トルクをそれぞれ制御するコントローラと、を備え、
     前記コントローラは、
     前記走行状態検出器で検出された走行状態、及び前記動作状態検出器で検出された動作状態に基づいて、前記ホイールローダの掘削作業を特定する特定条件を満たすか否かを判定する特定条件判定部と、
     前記ホイールローダの掘削作業開始時からの経過時間を計測する経過時間計測部と、
     前記ホイールローダの最大けん引力を制御するけん引力制御部と、を含み、
     前記けん引力制御部は、
     前記特定条件判定部にて前記特定条件を満たすと判定され、かつ前記経過時間計測部にて掘削作業開始時から所定の第1設定時間の経過が計測されると、前記所定の第1設定時間経過時から所定の第2設定時間経過時までの間に、前記ホイールローダの最大けん引力を時間経過に伴って所定の第1制限値まで制限し、
     前記経過時間計測部にて前記所定の第1設定時間経過時からさらに前記所定の第2設定時間の経過が計測されると、前記ホイールローダの最大けん引力を前記所定の第1制限値から前記所定の第1制限値よりも小さい所定の第2制限値に制限することを特徴とするホイールローダ。
  7.  請求項6に記載のホイールローダにおいて、
     前記けん引力制御部は、
     前記経過時間計測部にて前記所定の第2設定時間経過時からさらに所定の第3設定時間の経過が計測され、かつ前記特定条件判定部にて前記特定条件を継続して満たすと判定されると、前記ホイールローダの最大けん引力を前記所定の第2制限値から前記所定の第2制限値よりも大きい値にし、又は前記所定の第1制限値に戻すことを特徴とするホイールローダ。
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