(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
車体と、この車体に取り付けられ上下方向に回動可能なブーム、及びこのブームを駆動するブームシリンダを含む作業装置と、上記ブームの下げ動作に応じて発電する電動機とを有する作業機械において、
一端が上記ブームに接続され、他端が上記車体に接続され、上記ブームの下げ動作に応じて上記電動機を発電させる電気式直動アクチュエータと、
上記ブームの上げ動作を上記ブームシリンダで行なわせ、上記ブームの下げ速度を上記電気式直動アクチュエータによって決めるように、これらのブームシリンダと電気式直動アクチュエータを制御するブーム駆動制御装置とを備え、
上記ブーム駆動制御装置は、
上記ブームシリンダを作動させる圧油を供給する油圧ポンプと、タンクと、上記油圧ポンプから上記ブームシリンダに供給される圧油の流れを制御する方向制御弁と、この方向制御弁を切り換え操作する操作装置と、
上記ブームの上げ動作を行わせるように上記操作装置が操作されたときに切り換えられて、上記ブームシリンダのボトム室と上記方向制御弁とを接続し、上記ボトム室と上記タンクとの間を遮断する第1切換位置、及び上記ブームの下げ動作を行わせるように上記操作装置が操作されたときに切り換えられて、上記ブームシリンダの上記ボトム室と上記タンクとを接続し、上記ブームシリンダの上記ボトム室と上記方向制御弁との間を遮断する第2切換位置を有する切換弁を含むとともに、
上記電気式直動アクチュエータに所定の推力を生じさせるように上記電動機を制御するパワーコントロールユニットと、
このパワーコントロールユニットの制御により、上記電動機で発電した電気を蓄える蓄電装置とを含むことを特徴とする作業機械。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述した従来技術は、ブームの駆動に際し、ブーム上げ動作をブームに取り付けたブーム駆動モータによって行うことから、消費電力が大きくなり、経済性が悪化する懸念がある。また、車体を形成する旋回体上に、ブームに取り付けたブーム駆動モータの回動軌跡に相応する大きなラックギヤを設置しなければならず、旋回体上のブーム駆動モータ、すなわち電動機の駆動に関係する部材のための占有領域が著しく大きくなり、実用性の点で問題がある。
【0005】
本発明は、上述した従来技術における実状からなされたもので、その目的は、ブーム駆動に要する消費電力を少なく抑えることができ、また、ブーム下げ動作に伴う電動機の駆動に関係する部材の車体上の占有領域を小さくすることができる建設機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この目的を達成するために、本発明は、車体と、この車体に取り付けられ上下方向に回動可能なブーム、及びこのブームを駆動するブームシリンダを含む作業装置と、上記ブームの下げ動作に応じて発電する電動機とを有する作業機械において、一端が上記ブームに接続され、他端が上記車体に接続され、上記ブームの下げ動作に応じて上記電動機を発電させる電気式直動アクチュエータと、上記ブームの上げ動作を上記ブームシリンダで行なわせ、上記ブームの下げ速度を上記電気式直動アクチュエータによって決めるように、これらのブームシリンダと電気式直動アクチュエータを制御するブーム駆動制御装置とを備え
、上記ブーム駆動制御装置は、上記ブームシリンダを作動させる圧油を供給する油圧ポンプと、タンクと、上記油圧ポンプから上記ブームシリンダに供給される圧油の流れを制御する方向制御弁と、この方向制御弁を切り換え操作する操作装置と、上記ブームの上げ動作を行わせるように上記操作装置が操作されたときに切り換えられて、上記ブームシリンダのボトム室と上記方向制御弁とを接続し、上記ボトム室と上記タンクとの間を遮断する第1切換位置、及び上記ブームの下げ動作を行わせるように上記操作装置が操作されたときに切り換えられて、上記ブームシリンダの上記ボトム室と上記タンクとを接続し、上記ブームシリンダの上記ボトム室と上記方向制御弁との間を遮断する第2切換位置を有する切換弁を含むとともに、上記電気式直動アクチュエータに所定の推力を生じさせるように上記電動機を制御するパワーコントロールユニットと、このパワーコントロールユニットの制御により、上記電動機で発電した電気を蓄える蓄電装置とを含むことを特徴としている。
【0007】
このように構成した本発明は、ブーム上げ動作時には、ブーム駆動制御装置の制御により、ブーム上げ動作をブームシリンダの油圧力によって行うことができる。これにより、仮に電気式直動アクチュエータの駆動力を併せて活用した場合でも、ブーム駆動に要する消費電力を少なく抑えることができる。
【0008】
また、ブームの下げ動作時には、ブーム駆動制御装置により電気式直動アクチュエータが駆動してブームの下げ速度が制御され、このブームの下げ動作を安定して行うことができる。また、このときブームの下げ動作に応じて電気式直動アクチュエータが駆動され、この電気式直動アクチュエータの駆動によって電動機を発電させることができる。このようにして電動機を発電させる電気式直動アクチュエータは、ブームに沿って配置することができる。したがって、仮に電動機を車体上に配置した場合でもブーム下げ動作に伴う電動機の駆動に関係する部材の車体上の占有領域を小さくすることができる。
【0009】
また本発明は、
ブームの上げ動作に際して操作装置を操作すると、方向制御弁が切り換えられ、油圧ポンプの圧油が方向制御弁、及び切換弁の第1切換位置を介してブームシリンダのボトム室に供給され、ブームシリンダが伸長して所望のブーム上げ動作が行われる。
【0011】
また、ブーム下げ動作に際し操作装置を操作すると、切換弁が第2切換位置に切り換えられ、ブームシリンダのボトム室と方向制御弁の間が遮断され、ブームシリンダのボトム室がタンクに接続される。これによりブームシリンダのボトム室の油がタンクに戻され、ブームシリンダが収縮可能な状態となる。このとき、例えば蓄電装置で蓄えられた電力がパワーコントロールユニットの制御によって電動機に供給されて、この電動機が駆動される。この電動機の駆動によって電気式直動アクチュエータにブームの自重降下に抵抗する推力が生じる。この電気式直動アクチュエータの推力により、ブームの下げ速度が決定される。したがって、電動機を介してパワーコントロールユニットが電気式直動アクチュエータの推力を制御することにより、ブームの下げ動作を安定して行わせることができる。
【0012】
また本発明は、上記発明において、上記ブームの下げ動作時の上記操作装置の操作量を検出する操作量検出手段を備え、上記パワーコントロールユニットは、上記ブームの下げ動作時の上記操作装置の操作量と、上記ブームの下げ速度を決める上記電動式直動アクチュエータの推力との関係が予め設定される設定部を有するものから成り、上記パワーコントロールユニットは、上記ブームの下げ動作時に、上記設定部で設定された関係に基づいて上記操作量検出手段で検出された上記操作装置の操作量に応じた上記電気式直動アクチュエータの推力を生じさせるように上記電動機を制御することを特徴としている。
【0013】
このように構成した本発明は、操作装置の操作量に応じた電気式直動アクチュエータの推力を生じさせ、ブームの下げ速度を操作装置の操作量に応じて制御することができる。
【0014】
また本発明は、上記発明において、上記電動機を、上記電気式直動アクチュエータの内部に配置したことを特
徴としている。
【0015】
このように構成した本発明は、電動機も車体上に配置しないで済むので、電動機の駆動に関係する部材の車体上の占有領域をさらに小さくすることができる。
【発明の効果】
【0016】
本発明は、一端がブームに接続され、他端が車体に接続され、ブームの下げ動作に応じて電動機を発電させる電気式直動アクチュエータと、ブームの上げ動作をブームシリンダで行なわせ、ブームの下げ速度を電気式直動アクチュエータによって決めるように、これらのブームシリンダと電気式直動アクチュエータを制御するブーム駆動制御装置とを備えた構成にしてある。この構成により、ブーム上げ動作時には、ブームシリンダの油圧力を活用させて、ブーム駆動に要する消費電力を少なく抑えることができ、従来に比べて高い経済性を確保することができる。また、電動機で発電させる電気式直動アクチュエータをブームに沿って配置でき、ブーム下げ動作に伴う電動機の駆動に関係する部材の車体上の占有領域を小さくすることができ、従来に比べて高い実用性を確保することができる。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明に係る作業機械の実施の形態を図に基づいて説明する。
【0019】
図1は本発明の作業機械の一実施形態を構成する油圧ショベルを示す側面図、
図2は
図1の要部拡大図、
図3は本実施形態に備えられる電気式直動アクチュエータの要部構成を示す図である。
【0020】
本実施形態に係る油圧ショベルは、
図1に示すように、走行体1と、この走行体1上に配置される旋回体2とを備えている。これらの走行体1と旋回体2によって車体が構成されている。また、旋回体2に取り付けられ、土砂の掘削作業等を行う作業装置3を備えている。この作業装置3は、旋回体2に上下方向の回動可能に取り付けられるブーム4と、このブーム4の先端に上下方向の回動可能に取り付けられるアーム5と、このアーム5の先端に回動可能に取り付けられるバケット6とを含んでいる。また、この作業装置3は、ブーム4を駆動するブームシリンダ7と、アーム5を駆動するアームシリンダ8と、バケット6を駆動するバケットシリンダ9も含んでいる。
【0021】
旋回体2の旋回フレーム2aの前側位置には運転室10が配置され、後側位置には重量バランスを確保するカウンタウエイト11が配置されている。また、運転室10とカウンタウエイト11との間には、エンジンとともに、このエンジンによって駆動される後述の油圧ポンプ30、パイロットポンプ34等が収容される機械室12が配置されている。
【0022】
本実施形態に係る油圧ショベルは、ブーム4の下げ動作に応じて発電する電動機27を有するとともに、一端がブーム4に接続され、他端が旋回体2に接続され、ブーム4の下げ動作に応じて電動機27を発電させる電気式直動アクチュエータ20を備えている。さらに、本実施形態は、ブーム4の上げ動作をブームシリンダ7で行わせ、ブーム4の下げ速度を電気式直動アクチュエータ20によって決めるように、これらのブームシリンダ7と電気式直動アクチュエータ20を制御する後述のブーム駆動制御装置を備えている。
【0023】
電気式直動アクチュエータ20は、ブームシリンダ7に並設されるようにブーム4の側面に沿って配置されており、
図2に示すように、上端がブーム4に固定されたブラケット21に相対的に回動可能に連結され、下端が旋回体2の旋回フレーム2aに固定されたブラケット22に相対的に回動可能に連結されている。また、ブームシリンダ7も同様に、上端がブーム4に固定されたブラケット21に相対的に回動可能に連結され、下端が旋回体2の旋回フレーム2aに固定されたブラケット22に相対的に回動に連結されている。すなわち、ブームシリンダ7と、電気式直動アクチュエータ20と、ブラケット21と、ブラケット22とによって平行四辺形リンク機構が形成されている。
【0024】
上述した電気式直動アクチュエータ20は、
図3に示すように、大きな剛性を有する筒体23と、この筒体23に取り付けられ、内側にねじ部を有するナット部24と、筒体23に対して出入可能であって、外表面にナット部24のねじ部に螺合するねじ部が形成されたねじ棒部25とを含んでいる。ねじ棒部25の上端の接続部26が、上述したブラケット21に相対的に回動可能に連結されるようになっている。この電気式直動アクチュエータ20のストロークは、ブームシリンダ7のストローク以上となるように設定されている。
【0025】
ブーム4の下げ動作に応じて発電する電動機27は、例えば
図3に示すように、電気式直動アクチュエータ20の筒体23内に配置してある。この電動機27は、ねじ棒部25の下端に連結されており、ねじ棒部25の回転によって回されて電気を発生する。また、ねじ棒部25の軸方向に対してはねじ棒部25と一体的に移動するように形成され、外側のケース部分は、ねじ棒部25が回転しても筒体23によって回転が阻止されるように保持されている。
【0026】
図4は本実施形態に備えられるブーム駆動制御装置の要部構成を示す電気・油圧回路図である。
【0027】
本実施形態に備えられる上述のブーム駆動制御装置は、例えば
図4に示すように、ブームシリンダ7を作動させる圧油を供給する油圧ポンプ30と、タンク31と、油圧ポンプ30からブームシリンダ7に供給される圧油の流れを制御する方向制御弁32と、この方向制御弁32を切り換え操作する操作装置33とを含んでいる。
【0028】
上述した方向制御弁32と、ブームシリンダ7のボトム室7aとは第1主管路35で接続され、方向制御弁32とブームシリンダ7のロッド室7bとは第2主管路36で接続されている。また、操作装置33は、パイロット圧を発生するパイロットポンプ34に接続されている。この操作装置33によってブーム4の下げ動作が行われたときには、パイロット管路40を介してパイロット圧が方向制御弁32の一方の制御室に供給されて、この方向制御弁が一方向に切り換えられる。操作装置33によってブーム4の上げ動作が行われたときには、パイロット管路42を介してパイロット圧が方向制御弁32の他方の制御室に供給されて、この方向制御弁32が他方向に切り換えられるようになっている。
【0029】
上述のパイロット管路40には、操作装置33がブーム4の下げ側に操作されたことを検出するとともに、その操作量を検出する圧力センサ41が設けられている。また、パイロット管路42には、操作装置33がブーム4の上げ側に操作されたことを検出するとともに、その操作量を検出する圧力センサ43が設けられている。上述したパイロット管路40と、圧力センサ41とによって、ブーム4の下げ動作時の操作装置33の操作量を検出する操作量検出手段が構成されている。
【0030】
また、ブーム駆動制御装置は、同
図4に示すように、第1主管路35に設けられ、例えば電磁弁から成る切換弁37を含んでいる。この切換弁37は、ブーム4の上げ動作を行わせるように操作装置33が操作されたときに切り換えられて、ブームシリンダ7のボトム室7aと方向制御弁32とを接続し、ボトム室37aとタンク31との間を遮断する第1切換位置37aと、ブーム4の下げ動作を行わせるように操作装置33が操作されたときに切り換えられて、ブームシリンダ7のボトム室7aとタンク31とを接続し、ブームシリンダ7のボトム室7aと方向制御弁32との間を遮断する第2切換位置37bとを有している。
【0031】
また、このブーム駆動制御装置は、同
図4に示すように、圧力センサ41から出力される信号に応じて、切換弁37を第2切換位置37bに切り換える制御信号を出力するとともに、圧力センサ41から出力される信号の値(操作量)に応じて電気式直動アクチュエータ20に所定の推力を生じさせるように電動機27を制御するパワーコントロールユニット44と、このパワーコントロールユニット44の制御により、電動機27で発生した電気を蓄える蓄電装置45を含んでいる。
【0032】
上述したパワーコントロールユニット44は例えば、ブーム4の下げ動作時の操作装置33の操作量と、ブーム4の下げ速度を決める電気式直動アクチュエータ20の推力との関係が予め設定される設定部を有するものから成り、パワーコントロールユニット44は、ブーム4の下げ動作時に、上述の設定部で設定された関係に基づいて圧力セン41で検出された操作装置33の操作量に応じた電気式直動アクチュエータ20の推力を生じさせるように電動機27を制御する。
【0033】
図5は本実施形態に備えられるパワーコントロールユニットの設定部で予め設定される操作量と推力の関係を示す図である。
【0034】
この
図5の横軸はブーム4の下げ動作における操作装置33の操作量を示し、縦軸は推力を示している。同
図5中、Aは、ブームシリンダ7の推力Cと電気式直動アクチュエータ20の推力Bを合計した目標推力である。ブームシリンダ7の推力は、ブームシリンダ7のボトム室7aとタンク31とを連絡する管路等に生じる圧損による推力である。同
図5中、Dは、ブーム4が空中に停止保持されているときの保持力を示している。この保持力Dと目標推力Aとの差によって、ブーム4の下げ速度が決まる。本実施形態では、例えばブームシリンダ6の推力Cを経験的に、あるいは実験的に求め、通常実施されているブーム4の下げ速度に相応する目標推力Aからブームシリンダ7の推力を引いた値を、電動機27の制御によって得られる電気式直動アクチュエータ20の推力Bとするように、パワーコントロールユニット44の設定部で予め設定してある。
【0035】
このように構成した本実施形態は、ブーム4の上げ動作に際して操作装置33を操作すると、その操作が圧力センサ43で検出され、この圧力センサ43の検出信号に応じてパワーコントロールユニット44は、切換弁37を第1切換位置37aに保持する制御信号を出力する。このとき例えば、パワーコントロールユニット44から電動機27には、この電動機27を駆動する信号は出力されない。
【0036】
上述した操作装置33の操作に伴って方向制御弁32が切り換えられ、油圧ポンプ30から吐出される圧油が切換弁27の第1切換位置37aを介してブームシリンダ7のボトム室7aに供給される。したがって、ブームシリンダ7が伸長して所望のブーム4の上げ動作が行われる。
【0037】
なお、上記では、ブーム4の上げ動作時にパワーコントロールユニット44から電動機27に駆動信号を出力させないようにしたが、パワーコントロールユニット44は、蓄電装置45に蓄えられた電力を電動機27に供給するように制御して電気式直動アクチュエータ20のねじ棒部25を回転させながら伸長させて、ブームシリンダ7による油圧力を支援するようにしてもよい。
【0038】
また、ブーム4の下げ動作に際して、操作装置33を操作すると、圧力センサ41で検出される信号に基づいてパワーコントロールユニット44から切換弁37を第2切換位置37bに切り換える信号が出力される。これにより、ブームシリンダ7のボトム室7aと方向制御弁32の間が遮断され、ブームシリンダ7のボトム室7aがタンク31に接続される。これにより、ブームシリンダ7が収縮可能な状態となる。
【0039】
このとき圧力ンサ41で検出される信号(操作量)に応じた電気式直動アクチュエータ20の推力が
図5に示すパワーコントロールユニット44の設定部の設定に基づいて求められる。求められた推力に相応する駆動信号、例えば蓄電装置45で蓄えられた電力により生成された駆動信号がパワーコントロールユニット44から電動機27に供給されて、この電動機27が駆動される。この電動機27の駆動によって電気式直動アクチュエータ20にブーム4の自重降下に抵抗する推力が生じる。この電気式直動アクチュエータ20の推力により、上述のようにブーム4の下げ速度が決定される。したがって、電動機27を介してパワーコントロールユニット44が電気式直動アクチュエータ20の推力を制御することにより、ブーム4の下げ動作を安定して行わせることができる。
【0040】
また、上述のようにブーム4の下げ動作時に電気式直動アクチュエータ20に自重降下に抵抗する推力を生じさせるものの、その推力よりも大きいブーム4の降下力によって電気式直動アクチュエータ20のねじ棒部24がその軸心回りに回転しながら収縮する。このねじ棒部24の回転により電動機27は、パワーコントロールユニット44から出力される駆動信号による回転方向とは逆の回転方向に回され、電気を発生する。この電気は、バワーコントロールユニット44の制御により蓄電装置45に蓄えられる。このようにして蓄電装置45に蓄えられた電力は、上述のようにブーム4の上げ動作の支援に活用させることもでき、またブーム4以外の駆動、例えば旋回体2の駆動等に活用することもできる。
【0041】
このように構成した本実施形態によれば、ブーム駆動に際して、ブーム4の上げ動作を主にブームシリンダ7の油圧力によって行うことができるので、このブーム駆動に要する消費電力を少なく抑えることができ、高い経済性を確保することができる。また、電動機27を発電させる電気式直動アクチュエータ27は、ブーム4の延設方向に沿って配置することができる。したがって、ブーム4の下げ動作に伴う電動機27の駆動に関係する部材の旋回体2上の占有領域を小さくすることができ、高い実用性を確保することができる。
【0042】
また、パワーコントロールユニット44の設定部に
図5に示す操作装置33の操作量と推力との関係を予め設定し、ブーム4の下げ動作時に操作装置33の操作量に応じた電気式直動アクチュエータ20の推力を発生させるようにしてあることから、ブーム4の下げ速度を操作装置33の操作量に応じて制御することができる。
【0043】
また、電動機27を電気式直動アクチュエータ20の内部に配置したことから、電動機27も旋回体2上に配置しないで済み、電動機27の駆動に関係する部材のための旋回体2上の占有領域をさらに小さくすることができる。