JP2012225084A

JP2012225084A - 建設機械

Info

Publication number: JP2012225084A
Application number: JP2011094975A
Authority: JP
Inventors: Kazuharu Tajima; 一治但馬
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2012-11-15

Abstract

【課題】アタッチメント先端を上下移動させて行う上下動作業時におけるブーム操作量とアタッチメント先端の上下移動量の関係をリーチの変化に関係なく一定とする。
【解決手段】負荷方向の操作時であるブーム上げ操作時には、ブーム上げ操作量によって決まるポンプ流量をリーチに応じて補正することにより、ポンプ流量を大リーチで減少、小リーチで増加させる。一方、アタッチメント自重が働くブーム下げ時には、ブーム下げ側パイロットライン１４ｂに設けた比例弁１７の二次圧をリーチに応じて補正することにより、コントロールバルブの開度を大リーチで小さく、小リーチで大きくする。この制御によりブームシリンダのストロークをリーチに応じて増減させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は油圧ショベルのようにブームを備えた作業アタッチメントがベースマシンに取付けられ、ブームの起伏作動等により作業アタッチメントの姿勢が変化してリーチが変化する建設機械に関するものである。

油圧ショベルを例にとって背景技術を説明する。

油圧ショベルは、図７，８に示すようにクローラ式の下部走行体１上に上部旋回体２が地面に対して鉛直となる軸のまわりに旋回自在に搭載されてベースマシンが構成される。

このベースマシンの上部旋回体２には、ブーム３、アーム４、バケット５、及びこれらを駆動するブーム、アーム、バケット各シリンダ(油圧シリンダ)６,７,８から成る作業アタッチメント９が装着され、ブームフットピン１０を支点とするブーム３の起伏(上げ／下げ)、アーム４の押し(上向き回動)／引き(下向き回動)、バケット５のすくい／戻しの各単独または複合操作によって掘削、積み込み、均し、土羽打ち、土まき等の各種作業が行われる。

このアタッチメント作業時における操作に対するアクチュエータ動作の応答に関する技術として特許文献１に示されたものが公知である。

特開平１０−１０３３０６号公報

上記アタッチメント作業において、ブーム３の起伏及びアーム４の作動によって作業アタッチメント９の姿勢が変化し、これによって同アタッチメント９の作業半径としてのリーチ(起伏支点であるブームフットピン１０からアーム先端までの水平距離)が変化する。

このリーチが大小変化すると、土羽打ちのようにバケット５を上下移動させる作業時(以下、上下動作業時という)に、ブーム３の上げ／下げの操作量(ブームシリンダ６の伸縮ストローク)に対するアタッチメント先端(バケット５)の移動量が変化する。

すなわち、ブーム３の上げ／下げの操作量が同じでも、アタッチメント先端の上下移動量が大リーチで大きく、小リーチで小さくなる。

図７は小リーチＲ１での上下動作業時、図８は大リーチＲ２での上下動作業時を示し、両作業時にアタッチメント先端を同じ距離Ａだけ上下動させるのに要するブームシリンダ６のストロークＳ１，Ｓ２の関係は、
Ｓ１＞Ｓ２
となる。なお、両図においてブームシリンダ６のみ誇張して示している。

このような事情から、リーチに関係なく同じ操作量で同じアタッチメント先端移動量を得たいという一般的なオペレータの要望に応えられず、操作性及び作業性が悪くなっていた。

なお、ブーム操作とブームシリンダの動きの関係に関して、特許文献１に示されているように、操作に対するアクチュエータ作動の応答性を作業の種類に応じて選択する技術等が公知であるが、上記のようにリーチとアタッチメント先端の上下移動量に関する課題を解決するものはない。

そこで本発明は、上下動作業時におけるブーム操作量とアタッチメント先端の上下移動量の関係をリーチの変化に関係なく一定とすることができる建設機械を提供するものである。

上記課題を解決する手段として、本発明においては、ブームシリンダによって起伏作動するブームを備えた作業アタッチメントがベースマシンに取付けられ、上記ブームシリンダは、油圧ポンプを油圧源としてコントロールバルブによって作動が制御され、操作手段の操作量に応じて上記コントロールバルブの開度と、上記油圧ポンプから吐出されるポンプ流量を制御するように構成された建設機械において、上記作業アタッチメントの作動に応じて変化する作業半径としてのリーチを検出するリーチ検出手段と、ブーム下げ操作時に上記操作手段から上記コントロールバルブに出力される開度指令を調整する開度指令調整手段と、上記ポンプ流量を制御するポンプレギュレータと、上記開度指令調整手段に対する開度補正指令及び上記ポンプレギュレータに対するポンプ流量補正指令を出力する制御手段とを具備し、この制御手段は、上記リーチ検出手段によって検出されたリーチに応じて、ブーム上げ操作時はポンプ流量を大リーチで減少、小リーチで増加させ、ブーム下げ操作時は上記コントロールバルブの開度を大リーチで小さく、小リーチで大きくする方向に上記ポンプレギュレータ及び開度指令調整手段を制御するように構成したものである。

このように、ブーム上げ操作時、つまり負荷方向の操作時にはポンプ流量を大リーチで減少、小リーチで増加させ、アタッチメント自重が働くブーム下げ時にはコントロールバルブの開度を大リーチで小さく、小リーチで大きくすることによってブームシリンダのストロークをリーチに応じて増減させることにより、リーチの変化に関係なく、ブーム操作量とアタッチメント先端の上下移動量の関係を一定とすることができる。

ここで、リーチの変化とこれに伴うアタッチメント先端の上下移動量の変化は、油圧ショベルのようにブームとアームによって屈伸する作業アタッチメントを備えた建設機械(請求項２)において激しいため、この屈伸式アタッチメントを備えた建設機械において上記効果が顕著となる。

この場合、ブーム及びアームの長さは既知であるため、請求項２に記載のようにブームの角度(対地角度)及びアームの角度(対ブーム角度)を検出して作業アタッチメントの姿勢を割り出し、その水平成分をリーチとして求めることができる。

また、コントロールバルブとして油圧パイロット切換弁、操作手段としてリモコン弁を用いる建設機械においては、ブーム下げ側のパイロットラインに電磁比例減圧弁(以下、単に比例弁という)を設け、ブーム下げ操作時に、この比例弁の二次圧をリーチに応じて制御することにより、ブーム下げ操作量とアタッチメント先端の下方移動量の関係をリーチの変化に関係なく一定とすることができる(請求項３)。

一方、ブーム上げ操作時にリーチに応じてポンプ流量を増減させるための具体的手法として、操作手段のブーム上げ操作量に応じたポンプ流量の特性と、リーチに応じたポンプ最大流量の特性とを予め設定・記憶しておき、ブーム上げ操作時に、この二つの特性から求めたポンプ流量補正指令を上記ポンプレギュレータに出力する構成をとることができる(請求項４)。

また、ブーム下げ操作時にリーチに応じてコントロールバルブの開度を増減させるための具体的手法として、操作手段のブーム下げ操作量に応じた開度指令調整手段の出力の特性と、リーチに応じた開度指令調整手段の最大出力の特性とを予め設定・記憶しておき、ブーム下げ操作時に、この二つの特性から求めた開度補正指令を開度調整手段に出力する構成をとることができる(請求項５)。

本発明によると、上下動作業時におけるブーム操作に対するアタッチメント先端の上下移動量を、リーチの変化に関係なく一定とし、上下動作業時の操作性と作業性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る油圧回路と制御系の構成を示す図である。実施形態におけるブーム上げリモコン圧とポンプ流量の関係を示す図である。実施形態におけるリーチとポンプ最大流量の関係を示す図である。実施形態におけるブーム下げ操作量と比例弁二次圧の関係を示す図である。実施形態におけるリーチと比例弁最大二次圧の関係を示す図である。実施形態の作用を説明するためのフローチャートである。油圧ショベルによる小リーチでの上下動作業時の状況を示す概略側面図である。油圧ショベルによる大リーチでの上下動作業時の状況を示す概略側面図である。

本発明の実施形態を図１〜図６によって説明する。

実施形態は、図１に示すように油圧ショベルを適用対象としている。

図１中の油圧ショベルにおいて、図７，８に示す部分と同一部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。なお、図の簡略化のためアーム、バケット両シリンダの図示を省略している。

同図中、１１はブームシリンダ６の油圧源としての油圧ポンプで、この油圧ポンプ１１とブームシリンダ６とがコントロールバルブ１２を介して接続され、このコントロールバルブ１２のスプール・ストローク作動によってブームシリンダ６に対する圧油の給排(シリンダ作動方向と速度)が制御される。Ｔはタンクである。

コントロールバルブ１２は、操作手段としてのリモコン弁１３からのパイロット圧によって制御される油圧パイロット切換弁として構成されている。

このコントロールバルブ１２のブーム上げ側及びブーム下げ側両パイロットポート１２ａ，１２ｂはブーム上げ側及びブーム下げ側両パイロットライン１４ａ，１４ｂによってリモコン弁１３の二次側に接続され、ブーム上げ操作時にはパイロットポート１２ａに、ブーム下げ操作時にはパイロットポート１２ｂにそれぞれ操作量に応じたパイロット圧が供給される。

これにより、コントロールバルブ１２が中立、ブーム上げ、ブーム下げの各位置イ，ロ，ハ間で切換わり、かつ、ブーム上げ、下げ両位置ロ，ハでの開度が操作量に応じて変化する。

油圧ポンプ１１は、ポンプレギュレータ１５により傾転が変化して吐出流量(ポンプ流量)が変化する可変容量型ポンプとして構成され、ブーム上げ操作時に、制御手段としてのコントローラ１６からポンプレギュレータ１５に送られるポンプ流量指令に基づき、基本的にはリモコン弁１３のブーム上げ操作量に応じてポンプ流量が制御される。

一方、ブーム下げ側パイロットライン１４に開度指令調整手段としての比例弁１７が設けられ、ブーム下げ操作時に、コントローラ１６からこの比例弁１７に送られる開度補正指令に基づいて、リモコン弁１３からコントロールバルブ１２のブーム下げ側パイロットポート１２ｂに送られるパイロット圧がリーチに応じて調整(補正)される。

また、ブーム上げ／下げの操作量を求めるセンサとして、ブーム上げ、下げ両パイロットライン１３，１４に圧力センサ１８，１９が設けられるとともに、リーチを求めるためのセンサとして、ブーム３の対地角度を検出するブーム角度センサ２０と、アーム４の対ブーム角度を検出するアーム角度センサ２１とが設けられ、これら各センサ１８，１９，２０，２１からの検出信号がコントローラ１６に送られる。

コントローラ１６には、上記ブーム上げ操作量とポンプ流量、リーチとポンプ最大流量の関係、及びブーム下げ操作と比例弁二次圧、リーチと比例弁最大二次圧の各関係が予め設定・記憶されている。

すなわち、図２はブーム上げ操作量(ブーム上げパイロット圧)とポンプ流量の関係を示し、操作量の増加に応じてポンプ流量が増加する。図中、Ｐｕａは最小操作量、Ｐｕｂは最大操作量、Ｑｍは最大ポンプ流量である。

図３は作業アタッチメント９のリーチとポンプ最大流量Ｑｍの関係を示し、リーチの増加に応じてポンプ最大ポンプ流量Ｑｍが減少する。図中、Ｑｍ１はポンプ最大流量の最小値、Ｑｍ２は同最大値である。

図４はブーム下げ操作量と比例弁二次圧の関係を示し、操作量の増加に応じて比例弁二次圧が増加する。図中、Ｐｄａは最小操作量、Ｐｄｂは最大操作量、Ｐａは最小二次圧、Ｐｂは最大二次圧である。

図５はリーチと比例弁最大二次圧Ｐｂの関係を示し、リーチの増加に応じて比例弁最大二次圧がＰｂ２からＰｂ１まで減少する。

このコントローラ１６の作用を図６のフローチャートによって説明する。

制御開始後、ステップＳ１で、ブーム角度、アーム角度両センサ２０，２１によって検出されたブーム角度及びアーム角度から作業アタッチメント９のリーチＲが演算される。

ステップＳ２では、圧力センサ１８，１９からの検出信号に基づいてブーム上げ操作が行われたか否かが判断され、ＮＯの場合はステップＳ３でブーム下げ操作が行われた否かが判断される。

ここでＮＯの場合は、ステップＳ４でブーム上げ、下げいずれの操作もないとして、比例弁指令＝スタンバイの処理を行った後ステップＳ１に戻る。

ステップＳ２でＹＥＳ、つまりブーム上げ操作が行われた場合は、ステップＳ５に移行し、図２のブーム上げ操作量／ポンプ流量の特性、及び図３のリーチ／ポンプ最大流量の特性に基づいて、ブーム上げ操作量とリーチに応じたポンプ流量を演算し、ステップＳ６でこのポンプ流量指令をポンプレギュレータ１５に出力する。

詳しくは、図２の特性からブーム上げ操作量に応じたポンプ流量の値(基本値)を求めるとともに、図３の特性からリーチに応じたポンプ最大流量の値(制限値)を求め、基本値がこの制限値を超えない値に補正した上で、この補正値をポンプ流量指令としてポンプレギュレータ１５に出力する。

これにより、ブーム上げ操作時に、操作量に対するポンプ流量(ブームシリンダ６に供給される流量＝同シリンダ６の伸長ストローク)が、大リーチほど相対的に少なく、小リーチほど多くなる。

一方、ステップＳ３でＹＥＳ、つまりブーム下げ操作が行われた場合は、ステップＳ７に移行し、図４のブーム下げ操作量／比例弁二次圧の特性、及び図５のリーチ／比例弁最大二次圧の特性に基づいて、ブーム下げ操作量とリーチに応じた比例弁二次圧を演算し、ステップＳ８でこの演算値を比例弁指令として比例弁１７に出力する。

詳しくは、図４の特性からブーム下げ操作量に応じた比例弁二次圧の値(基本値)を求めるとともに、図５の特性からリーチに応じた比例弁最大二次圧の値(制限値)を求め、基本値がこの制限値を超えない値に補正した上で、この補正値を比例弁二次圧の指令として比例弁１７に出力する。

これにより、アタッチメント自重が働くブーム下げ操作時に、コントロールバルブ１２のブーム下げ側の開度(ブームシリンダ６からタンクＴへの戻り流量＝同シリンダ６の縮小ストローク)が、大リーチほど相対的に小さく、小リーチほど大きくなる。

こうして、ブーム上げ／下げの両操作時における操作量とアタッチメント先端の上下移動量の関係をリーチの変化に関係なく「一定」とすることができる。このため、上下動作業時の操作性及び作業性を改善することができる。

なお、「一定」とは、操作量とアタッチメント先端移動量の関係がリーチ変化にかかわらず「完全同一」となる場合だけでなく、オペレータが同一と認識する範囲での誤差を持った「ほぼ同一」の場合をも含むものとする。

ところで、本発明は、レバー操作に応じて電気出力信号が変化する電気式の操作装置、コントロールバルブとしてこの操作装置からの電気指令信号に応じて開度が変化する電磁式切換弁を用いた油圧ショベルにも適用することができる。

この場合、開度指令調整手段として、上記電気指令信号をリーチに応じた補正値に変換してコントロールバルブの電磁ソレノイドに出力する装置を用いればよい。

また、本発明は油圧ショベルに限らず、ベースマシンに作業アタッチメントが取付けられ、この作業アタッチメントは、ブームシリンダによって起伏作動するブームを備えた建設機械に広く適用することができる。

１下部走行体
２上部旋回体
３ブーム
４アーム
５バケット
６ブームシリンダ
９作業アタッチメント
１０ブームフットピン
１１油圧ポンプ
１２コントロールバルブ
１２ａブーム上げパイロットポート
１２ｂブーム下げパイロットポート
１４リモコン弁とブーム下げパイロットポートとを結ぶパイロットライン
１３リモコン弁
１３側両パイロットライン
１３両パイロットライン
１４側パイロットライン
１５ポンプレギュレータ
１６制御手段であってリーチ検出手段を構成するコントローラ
１７比例弁
１８圧力センサ
２０リーチ検出手段を構成するブーム角度センサ
２１同、アーム角度センサ

Claims

ブームシリンダによって起伏作動するブームを備えた作業アタッチメントがベースマシンに取付けられ、上記ブームシリンダは、油圧ポンプを油圧源としてコントロールバルブによって作動が制御され、操作手段の操作量に応じて上記コントロールバルブの開度と、上記油圧ポンプから吐出されるポンプ流量を制御するように構成された建設機械において、上記作業アタッチメントの作動に応じて変化する作業半径としてのリーチを検出するリーチ検出手段と、ブーム下げ操作時に上記操作手段から上記コントロールバルブに出力される開度指令を調整する開度指令調整手段と、上記ポンプ流量を制御するポンプレギュレータと、上記開度指令調整手段に対する開度補正指令及び上記ポンプレギュレータに対するポンプ流量補正指令を出力する制御手段とを具備し、この制御手段は、上記リーチ検出手段によって検出されたリーチに応じて、ブーム上げ操作時はポンプ流量を大リーチで減少、小リーチで増加させ、ブーム下げ操作時は上記コントロールバルブの開度を大リーチで小さく、小リーチで大きくする方向に上記ポンプレギュレータ及び開度指令調整手段を制御するように構成したことを特徴とする建設機械。
上記ブームの先端に、アームシリンダによって左右方向の水平軸を中心に回動するアームを取付け、上記リーチ検出手段は、上記ブーム及びアームの角度を検出し、この角度からリーチを求めるように構成したことを特徴とする請求項１記載の建設機械。
上記コントロールバルブとして油圧パイロット切換弁、上記操作手段としてこのコントロールバルブにパイロット圧を送るリモコン弁をそれぞれ用い、上記開度指令調整手段として、上記リモコン弁とコントロールバルブのブーム下げパイロットポートとを結ぶパイロットラインに電磁比例減圧弁を設け、上記制御手段は、ブーム下げ操作時に上記電磁比例減圧弁の二次圧をリーチに応じて制御するように構成したことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械。
上記制御手段は、上記操作手段のブーム上げ操作量に応じたポンプ流量の特性と、リーチに応じたポンプ最大流量の特性とを予め設定・記憶しておき、ブーム上げ操作時に、この二つの特性から求めたポンプ流量補正指令を上記ポンプレギュレータに出力するように構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設機械。
上記制御手段は、上記操作手段のブーム下げ操作量に応じた開度指令調整手段の出力の特性と、リーチに応じた開度指令調整手段の最大出力の特性とを予め設定・記憶しておき、ブーム下げ操作時に、この二つの特性から求めた開度補正指令を開度調整手段に出力するように構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の建設機械。