JP4455086B2

JP4455086B2 - 伸縮アームを有する作業機のアーム縮小動作制御装置

Info

Publication number: JP4455086B2
Application number: JP2004031820A
Authority: JP
Inventors: 重夫梶田; 信明的場; 頼道久保田; 晋也野崎
Original assignee: Caterpillar Japan Ltd
Current assignee: Caterpillar Japan Ltd
Priority date: 2004-02-09
Filing date: 2004-02-09
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2024-02-09
Also published as: JP2005220684A

Description

この発明は、伸縮アームを有する油圧ショベル等の作業機のアーム縮小動作制御装置に関する。

図８に作業機の一例として伸縮アームを装着した油圧ショベルを示す。同図において、１は下部走行体、２は下部走行体１に回転自在に結合された上部旋回体、３は上部旋回体２に揺動自在に取付けられたブーム、４はブーム３の先端に揺動自在に取付けられた伸縮機能を有する伸縮アーム、５は伸縮アーム４の先端に取付けられたクラムシェルバケットである。３ａはブーム３を起伏するブームシリンダ、４ａは伸縮アームを駆動するアームシリンダである。伸縮アーム４には、図示していない伸縮用シリンダが設けられ、伸縮アーム４を伸縮させることができる。また、クラムシェルバケット５は、図示していない油圧シリンダで開閉することができる。上記の構成からなる作業機は、伸縮アーム４を伸縮してクラムシェルバケット５で竪穴を掘削するものである。

上記の作業機では、伸縮アーム４を伸ばしてクラムシェルバケット５で竪穴の底の土砂を掘削した後、伸縮アーム４を縮めて地上に排出するが、この時伸縮アーム４がストロークエンドになるとストッパに当り著しい衝撃が生じるので、その衝撃を回避するために、衝突部に緩衝用ゴムを設けている。しかし、この手段では衝撃が緩和されるだけであり、またゴムの劣化等により緩衝作用が低下してしまうという問題がある。

そこで、伸縮アームの縮小動作を減速させることで、伸縮アームのストロークエンド時の衝撃を緩和させる技術が特開平１１−２７０５０５号（特許文献１であり、以下公知技術１という）において提案されているので、その技術を図９及び図１０において示す。この公知技術１は、伸縮アーム４のストロークエンドとなる近傍箇所に検出センサ４０を設けるとともに、伸縮駆動用油圧シリンダ９を制御する方向制御弁４１のパイロット管路に切換式減圧弁４２を設け、制御部４３が、前記センサ４０からの検出信号があると、切換式減圧弁４１を減圧位置に変え、方向制御弁４１を中立位置に変える制御を行うもので、この制御により、伸縮アーム４が縮小し、前記検出センサ４０がストローク近傍位置であることを検知すると、それ以降の縮小動作は減速するので、ストロークエンド時のストッパの衝撃は減速する分緩和されることになる。

また、図１１に示す回路は、他の衝撃回避装置の回路を示している（以下公知技術２という）。この公知技術２は、伸縮アーム４のストロークエンドとなる近傍箇所にリミットスイッチ１４ａを設けるとともに、伸縮駆動用油圧シリンダ９を制御するコントロールバルブ８のパイロット管路（ただし縮小側のみ）に電磁比例減圧弁１３を設け、制御器１４ｂが、前記リミットスイッチ１４ａからの検出信号があると、電磁比例減圧弁１３の二次圧を最小設定圧の近傍まで減圧させ、リモコンバルブ８の二次圧を減圧させて中立位置に戻す制御を行うもので、この制御により、図１２に示すように、伸縮アーム４が縮小し、前記リミットスイッチ１４ａが作動すると、それ以降の縮小動作が減速するとともに、それにより伸縮アーム４をストッパに衝突する直前で停止させる。つまり、ストロークエンド時には、衝突時の衝撃が一切ない。
特開平１１−２７０５０５号（図２、図３）

前記公知技術１によれば、センサ４０からの検出信号以降はアーム縮小動作は減速され、衝突時の衝撃は緩和されるものの、衝突が前提となるので、衝撃自体は残存してしまう。また、ストッパにもそれなりの強度が要求されることになる。

これに対して、公知技術２は、減速に加えてエンドストローク直前で伸縮アーム４の縮小動作を止めるので、公知技術１のような問題はない。しかし一方で、公知技術２は図１２に示すように最大速度でストロークエンドに達した時にストッパに当たらないように電磁比例減圧弁１３を制御するため、輸送時やメンテナンス時にストロークエンド近傍でリモコンバルブ１１を微操作して伸縮アーム４を最縮姿勢にできないという問題がある。

この発明は、従来技術の以上のような問題に鑑み創案されたもので、アーム縮小時の衝撃をまったく生じないようにさせながら、必要なときには、伸縮アームを最縮小状態にさせることもできる制御装置を提供しようとするものである。

このため、この発明に係る伸縮アームを有する作業機のアーム縮小動作制御装置は、伸縮アームの任意の縮小位置を検出する検出手段を設け、伸縮アームを縮小操作した際、該伸縮アームのシリンダに対し、前記検出手段の検出信号が出力されるまでは、通常の操作圧で縮小動作を行わせ、前記検出手段の検出信号が出力されると、前記操作圧を減圧させながら、ストロークエンド直前の任意の設定位置でストロークを停止させる制御を行う、伸縮アームを有する作業機のアーム縮小動作制御装置において、減圧制御開始時から、またはそれ以降の時で、伸縮アームが前記任意の設定位置より手前の所定位置に至った時から、のいずれかの時から計時を開始し、予め設定した下記の設定時間を計時する計時手段を設け、該計時手段が前記設定時間を計時した後に、伸縮アームのシリンダに対し、通常の操作圧制御に復帰させる制御を行うことを特徴とする。

設定時間：計時の開始時の位置から、伸縮アームが前記任意の設定位置に至るまでに要する時間以上の時間。

前記通常の操作圧とは、伸縮アームを縮小させる操作をした場合に設定される任意の操作圧を指す。一般的には、アーム縮小動作は最速で行う必要があることから、通常の操作圧は最大圧に設定されるが、必ずしも最大圧でなくても良い。

本発明に係る制御装置では、伸縮アームの縮小操作をした場合、通常の操作圧で伸縮アームのシリンダが縮小していき、検出手段が検出信号を出力する位置まで縮小すると、出力される検出信号を開始キーとして、操作圧が減圧されながら、ストロークエンド直前の任意の設定位置でストロークが停止する。一方、減圧制御開始時から、またはそれ以降の時で、伸縮アームが前記任意の設定位置より手前の所定位置に至った時から、のいずれかの時から、計時手段の計時が開始される。計時手段は設定時間まで計時を継続するが、その設定時間は、前計時開始時の位置から、伸縮アームが前記任意の設定位置に至るまでに要する時間以上の時間として設定されているので、計時終了の時点が一番早い設定でシリンダが停止した時となり、必要に応じて、停止時以降の任意の時となる。いずれにしても、計時終了時点では、シリンダはストロークエンド直前で停止している状態となっている。計時手段の設定時間が経過すると、その計時終了を解除キーとして、伸縮アームに対する前記減圧制御は解除され、通常の操作圧制御に復帰させる。したがって、それ以降、伸縮アームの縮小操作を再始動すれば、ストロークエンド直前で停止している伸縮アームはストロークエンドまで縮小する。なお、伸縮アームのシリンダがストロークエンドまで縮小するときエンドのストッパに衝突するが、その際のストロークはわずかであるので衝撃はない。

以上説明したように、本願に係る発明によれば、アーム縮小動作におけるストロークエンド時の衝撃が回避できるのみならず、輸送時やメンテナンス時などの必要なときに、伸縮アームをエンドストロークまで縮小させる操作が可能となる。

・実施形態例１
本形態例は、請求項１の発明に係る形態例であり、伸縮アームを備えた図８に示す油圧ショベルに適用される例である（このため、同図に示される部材は同図の符号を用いる。以下の形態例でも同じ）。

図１は本形態例の制御装置に関する制御回路を示す。同図において、４は多段伸縮アーム、６は駆動源であるエンジン、７はエンジン6によって駆動される油圧ポンプ、８は油圧ポンプから供給される圧油を制御するコントロールバルブ、９は伸縮アーム４のシリンダである。１０はパイロット油圧源、１１はコントロールバルブ８を制御するリモコンバルブである。１５ａ，１５ｂは多段伸縮アーム４に取付けられたストロークエンドを検出するためのリミットスイッチ、１３は多段伸縮アーム４の縮み側パイロット回路に設けられた電磁比例減圧弁である。１６はリミットスイッチ１５ａ，１５ｂの信号に基づき電磁比例減圧弁１３を制御する制御器である。

前記制御器１６は図２に示す構成よりなり、同図において、１８はリミットスイッチ１５ａの信号に基づいて電磁比例減圧弁１３の制御信号を設定する信号設定器、１９も同様にリミットスイッチ１５ｂの信号に基づいて電磁比例減圧弁１３の制御信号を設定する信号設定器、２０は信号設定器１８と信号設定器１９の出力の低い信号を選択する最小信号選択器、２１は計時手段であるタイマ、２２は電磁比例減圧弁１３の最大設定圧を設定する最大信号設定器、２３は前記タイマ２１の信号に基づき最小信号選択器２０と最大信号設定器２２の信号を切換える切換器である。

図１に示すように、本形態例においては、多段伸縮アーム４がエンドストローク近傍であることを検知するリミットスイッチ１５ａ，１５ｂが、そのエンドストロークよりやや上方の高さ位置となるシリンダ９端部側の上下２箇所に配置される。図３に示すように、多段伸縮アーム４が縮小してリミットスイッチ１５ａがシリンダ９のロッド先端を検知したときは、信号設定器１８が電磁比例減圧弁１３の設定圧を半減させる信号を出力し、さらにアーム４が縮小してリミットスイッチ１５ｂがシリンダ９を検知したときは、信号設定器１９が電磁比例減圧弁１３の最小設定圧の信号を出力する。信号設定器１９の最小設定圧は、図３に示すように多段伸縮アーム４がストロークエンドにあっても０とはせず、後述のように、この設定圧状態においてはアーム４はストロークエンド直前で停止する。

前記タイマ２１は、リミットスイッチ１５ｂの検知信号を計時開始とし、設定された時間の経過後に切換器２３に対してＯＮ信号を出力する。本形態例の設定時間は、図４に示すように、リミットスイッチ１５ｂの検知信号出力によって最小設定圧に減圧されてから任意の時間が経過するまでの間であり、その設定時間経過後は、多段伸縮アーム４はストロークエンド直前で停止されている状態となる。

前記切換器２３は、タイマ２１からのＯＮ信号を受ければ、最大信号設定器２２の信号を選択して電磁比例減圧弁１３の設定圧を最大に制御し、ＯＮ信号を受けなければＯＦＦ信号として、最小信号選択器２０の信号を選択して電磁比例減圧弁１３を制御するので、電磁比例減圧弁１３の設定圧は、図４に示すように、リミットスイッチ１５ａが検知信号を出力するまでは最大圧（通常制御）、アーム４が縮小してリミットスイッチ１５ａが検知信号を出力した後は最大圧の半分の圧力、さらにアーム４が縮小してリミットスイッチ１５ｂが検知信号を出力した後は最小圧に制御され（以上、減圧制御）、さらにリミットスイッチ１５ｂの作動後タイマ２１の設定時間後は、タイマ２１からのＯＮ信号により最大の設定圧（通常制御）に戻すよう制御される。

次に、このような本形態例の作動例を説明する。リミットスイッチ１５ａ、１５ｂが作動しない状態では、図２に示すように、信号設定器１８および１９は最大設定圧信号を出力するので、最小出力選択器２３は最大設定圧信号を出力する。従って、制御器１６は電磁比例減圧弁の二次圧が最大設定圧になるように制御するので、リモコンバルブ１１の二次圧は電磁比例減圧弁１３で減圧されることなくコントロールバルブ８に導かれ、リモコンバルブ１１の二次圧でコントロールバルブ８は制御される。すなわち、リミットスイッチ１５ａ，１５ｂが作動しない位置までは、多段伸縮アーム４の縮小動作は最大速度で行われる。

上記の状態から多段伸縮アーム４が縮小しストロークエンド近傍に達すると、ロッド先端を検知したリミットスイッチ１５ａが作動し、減圧制御が開始される。すなわち、制御器１６の信号設定器１８は、図３に示すように、電磁比例減圧弁１３の設定圧を半減し、リモコンバルブ１１の二次圧を減圧してコントロールバルブ８を絞り、このため、多段伸縮アーム４はリミットスイッチ１５ａが作動した時点から減速していく。さらに多段伸縮アーム４が縮小するとリミットスイッチ１５ｂが作動し、減圧制御は継続していく。すなわち、信号設定器１９から最小設定圧近傍の制御信号が出力され、リモコンバルブ１１の二次圧を減圧してコントロールバルブ８を中立位置に戻し、多段伸縮アーム４はストッパへの衝撃がないように停止させることができる。

一方、ロッド先端を検知したリミットスイッチ１５ｂが作動すると、タイマ２１の計時が開始され、前記設定時間が経過すると、切換器２３に対してＯＮ信号が出力される。切換器２３は最大設定圧器２２の信号を選択するので、電磁比例減圧弁１３は最大設定圧に制御される（通常制御の復帰）。このとき、上述のように多段伸縮アーム４はストロークエンド直前で停止している状態であるが、この状態でリモコンバルブ１１を操作すると、操作圧は最大圧制御となっているので、伸縮アームをさらに縮小させて最縮状態にすることができる。

上記の作用により、多段伸縮アーム４を縮めた際に、ストッパに当たる衝撃を回避でき、その後、輸送やメンテナンス時に最縮姿勢にすることができる。

・実施形態例２
本形態例は、請求項１の発明に係る他の形態例であり、前記形態例１と同様に図８に示す多段伸縮アームを備えた油圧ショベルに適用される例である。

図５は本形態例の制御装置に関する制御回路を示す。同図において、１２は多段伸縮アーム４に取付けられたストロークエンドを検出するためのリミットスイッチ、２４はリミットスイッチ１２の信号に基づき電磁比例減圧弁１３を制御する制御器であるが、他の符号は前記形態例１と同じ手段を示し、このため説明を省略する。

前記制御器２４は図６に示す構成であり、同図において、２５はリミットスイッチ１２の信号に基づいて電磁比例減圧弁１３の制御信号を設定する信号設定器、２６は計時手段であるタイマ、２７は電磁比例減圧弁１３の最大設定圧を設定する最大信号設定器、２８はタイマ２６の信号に基づき信号設定器２５と最大信号設定器２７の信号を切換える切換器である。

本形態例においては、リミットスイッチ１２が形態例１と異なり、アーム４のエンドストロークよりやや上方の高さ位置となるシリンダ９端部側の１箇所のみに配置される。また、リミットスイッチ１２が検知信号を出力した後の、信号設定器２５からの電磁比例減圧弁１３に対する減圧制御についても、最小設定値まで直ちに減圧指令を出力する形態例１と異なり、図７に示すように、漸次減少する指令（ただし最小設定圧は同じ）を出力する。

前記タイマ２６は、リミットスイッチ１２の検知信号を計時開始とし、設定された時間の経過後に切換器２８に対してＯＮ信号を出力する。本形態例の設定時間も、実施形態例１と同様に、リミットスイッチ１２の検知信号出力によって最小設定圧に減圧されてから任意の時間が経過するまでの間であり、その設定時間経過後は、多段伸縮アーム４はストロークエンド直前で停止されている状態となる。

前記切換器２８は、タイマ２６からのＯＮ信号を受ければ、最大信号設定器２７の信号を選択して電磁比例減圧弁１３の設定圧を最大に制御し、ＯＮ信号を受けなければＯＦＦ信号として、最小信号選択器２５の信号を選択して電磁比例減圧弁１３を制御するので、電磁比例減圧弁１３の設定圧は、図７に示すように、リミットスイッチ１２が検知信号を出力するまでは最大圧（通常制御）、多段伸縮アーム４が縮小してリミットスイッチ１２が検知信号を出力した後は設定圧を漸減するように制御され（減圧制御）、さらに最小設定圧まで低減した後タイマ２６の設定時間後は、タイマ２６からのＯＮ信号により最大の設定圧（通常制御）に戻すよう制御される。

次に、このような本形態例の作動例を説明する。リミットスイッチ１２が作動しない状態では、信号設定器２５は最大設定圧信号を出力する。一方、リミットスイッチ１２は作動していないのでタイマ２６はＯＦＦ信号を出力し、切換器２８は最大設定圧信号を出力する。従って、制御器２４は電磁比例減圧弁１３の二次圧が最大設定圧になるように制御するので、リモコンバルブ１１の二次圧は電磁比例減圧弁１３で減圧されることなくコントロールバルブ８に導かれ、リモコンバルブ１１の二次圧でコントロールバルブ８は制御される。すなわち、リミットスイッチ１２が作動しない位置までは、多段伸縮アーム４の縮小動作は最大速度で行われる。

上記の状態から、多段伸縮アーム４が縮みストロークエンド近傍に達すると、ロッド先端を検知したリミットスイッチ１２が作動し、減圧制御が開始される。すなわち、制御器２４の信号設定器２５は、図７に示すように、電磁比例減圧弁１３の設定圧を漸減するよう指令し、リモコンバルブ１１の二次圧を減圧してコントロールバルブ８を絞り、このため、伸縮アーム４はリミットスイッチ１２が作動した時点から減速していく。最終的にはコントロールバルブ８を中立位置に戻し、これにより、多段伸縮アーム４はストッパへの衝撃がないように停止させることができる。

一方、リミットスイッチ１２が作動するとタイマ２６の計時が開始し、前記設定時間が経過するとタイマ２６からＯＮ信号が出力される。切換器２８は最大設定圧器２７の信号を選択するので、図７に示すように、電磁比例減圧弁１３は最大設定圧に制御される（通常制御の復帰）。このとき、上述のように多段伸縮アーム４はストロークエンド直前で停止している状態であるが、この状態でリモコンバルブ１１を操作すると多段伸縮アーム４をさらに縮小させて最縮状態にすることができる。

上記の作用により、形態例１と同様に、多段伸縮アーム４を縮めた際に、ストッパに当たる衝撃を回避でき、かつ輸送やメンテナンス時に最縮姿勢にすることができる。

なお、以上の形態例の各構成は適宜変更可能であり、例えばリミットスイッチに換えて光学式センサや磁気センサを用いたり、またタイマの設定時間の終期を最小設定圧に下がった時点にしたり、あるいは減圧制御の回路機構や減圧制御と通常制御との切替機構を他の機構に代替する等しても良い。もちろん、本発明が上記２つの形態例に限定されるものでないことも当然であり、本発明の請求の範囲に記載された技術思想の範囲内であれば、種々の態様が想定されるものである。

この発明は、伸縮する伸縮アームを有する作業機であれば適用可能である。

形態例１の制御機構を示す回路図である。形態例１の制御器の構成を示す説明図である。形態例１の多段伸縮アームのストロークと電磁比例減圧弁の設定圧との関係を示したグラフである。形態例１の時間の経過と電磁比例減圧弁の設定圧との関係を示したグラフである。形態例２の制御機構を示す回路図である。形態例２の制御器の構成を示す説明図である。形態例２の時間の経過と電磁比例減圧弁の設定圧との関係を示したグラフである。伸縮アームを備えた作業機の一例を示した概要図である。特開平１１−２７０５０５号に開示された減速制御装置を示す伸縮アームの構造図である。特開平１１−２７０５０５号に開示された減速制御装置を示す回路図である。他の公知技術である減速制御装置を示す回路図である。図９の制御装置における伸縮アームのストロークと電磁比例減圧弁の設定圧との関係を示したグラフである。

符号の説明

１下部走行体
２上部旋回体
３ブーム
４伸縮アーム（多段伸縮アーム）
５クラムシェルバケット
６エンジン
７油圧ポンプ
８コントロールバルブ
９シリンダ
１０パイロット油圧源
１１リモコンバルブ
１２、１５リミットスイッチ
１３電磁比例減圧弁
１６、２４、３０制御器
１８、１９、２５、３１信号設定器
２０最小信号選択器
２１、２６、３２タイマ（計時手段）
２２、２７、３３最大信号設定器
２３、２８、３４切換器
２９圧力検出器

Claims

伸縮アームの任意の縮小位置を検出する検出手段を設け、
伸縮アームを縮小操作した際、該伸縮アームのシリンダに対し、前記検出手段の検出信号が出力されるまでは、通常の操作圧で縮小動作を行わせ、前記検出手段の検出信号が出力されると、前記操作圧を減圧させながら、ストロークエンド直前の任意の設定位置でストロークを停止させる制御を行う、伸縮アームを有する作業機のアーム縮小動作制御装置において、
減圧制御開始時から、またはそれ以降の時で、伸縮アームが前記任意の設定位置より手前の所定位置に至った時から、のいずれかの時から計時を開始し、予め設定した下記の設定時間を計時する計時手段を設け、該計時手段が前記設定時間を計時した後に、伸縮アームのシリンダに対し、通常の操作圧制御に復帰させる制御を行うことを特徴とする、伸縮アームを有する作業機のアーム縮小動作制御装置。

設定時間：計時の開始時の位置から、伸縮アームが前記任意の設定位置に至るまでに要する時間以上の時間。