(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記エンドアタッチメント駆動アクチュエータとコントロールバルブとを接続する管路と、当該管路への作動油の吐出流量を制御するエンドアタッチメント駆動制御部とを有し、
前記エンドアタッチメント駆動制御部は、
前記エンドアタッチメントシリンダのシリンダ位置がエンド位置近傍に達すると、前記管路への吐出流量を制限することにより前記エンドアタッチメント駆動アクチュエータの出力を抑制することを特徴とする請求項1に記載の作業機械。
【発明を実施するための形態】
【0011】
図1は、本実施形態に係る作業機械の側面図を示す。本実施形態において作業機械の一例としてショベルを例に取り説明する。以下、作業機械をショベルと称する。ショベルの下部走行体1には、旋回機構2を介して上部旋回体3が旋回可能に搭載され、上部旋回体3の前方左側部にキャブ10が設けられている。上部旋回体3の前側中央部にはアタッチメント部50が装着されている。
【0012】
ここで、本明細書において、上部旋回体3の前側とは、上部旋回体3の中央から見てアタッチメント部50が取付けられている側の部分である。また、左側とは上部旋回体3において前方(アタッチメント部50が延在する方向)を向いた時に左となる部分である。また、右側とは上部旋回体3において前方(アタッチメント部50が延在する方向)を向いた時に、右となる部分である。
【0013】
上部旋回体3の後方側には、エンジンフードにより覆われたエンジン室32が設置されている。エンジン室32内には動力用のエンジン11が収容されており、後端にはカウンタウエイト33が取付けられている。
【0014】
アタッチメント部50は、上部旋回体3の前方中央部にブームシリンダ7により俯仰自在なブーム4と、該ブーム4の先端に基端側が枢着され、アームシリンダ8により回動可能なアーム5と、該アーム5の先端に枢着され、エンドアタッチメントシリンダ9(以下、EAシリンダ9と略す)により回動可能なエンドアタッチメントとしての油圧ブレーカ60とを有している。なお、油圧ブレーカ60は、ショベルの使用目的に応じて現場で取り外し、同じくエンドアタッチメントとしての破砕機、バケット(図示せず)等と交換できるようになっている。
【0015】
油圧ブレーカ60は、内部に搭載されたエンドアタッチメント駆動アクチュエータとしてのブレーカシリンダ61により振動して岩盤などの粉砕作業をならしめる。
【0016】
本実施形態のEAシリンダ9には、シリンダのストローク量を検出するセンサ部としてのストロークセンサ9Sが取付けられている。したがって、EAシリンダ9のストローク量からシリンダ位置を検出することができる。
【0017】
油圧ブレーカ60は、エンドアタッチメントリンク62を構成する第1リンク62aと第2リンク62bによりアーム5と接続されている。
【0018】
上部旋回体3のキャブ10内には、操作者がアタッチメント部50の操作を行う画像表示装置やレバー、アクセルなどの各種操作機器が搭載されている。
【0019】
次に、ショベルの構成を
図2に示すブロック図から説明する。
ショベルの動力系は、主に、エンジン11、メインポンプ14、パイロットポンプ15、コントロールバルブ17、操作装置26、コントローラ30、及びエンジン制御装置(ECU)74等を含む。
【0020】
エンジン11は、アタッチメント部50の駆動源であり、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。エンジン11の出力軸はメインポンプ14及びパイロットポンプ15の入力軸に接続される。特許請求の範囲で記載した「油圧ポンプ」とは、特にメインポンプ14を指す。
【0021】
メインポンプ14は、高圧油圧ライン16を介して作動油をコントロールバルブ17に供給する油圧ポンプであり、例えば、斜板式可変容量型油圧ポンプである。メインポンプ14は、斜板の角度(傾転角)を変更することでピストンのストローク長を調整し、吐出流量、すなわち、ポンプ出力を変化できる。メインポンプ14の斜板は、レギュレータ14aにより制御される。レギュレータ14aは、電磁比例弁(不図示)に対する制御電流の変化に対応して、斜板の傾転角を変化させる。例えば、制御電流を増加させることにより、レギュレータ14aは、斜板の傾転角を大きくして、メインポンプ14の吐出流量を多くする。また、制御電流を減少させることにより、レギュレータ14aは、斜板の傾転角を小さくして、メインポンプ14の吐出流量を少なく(低減)する。
【0022】
パイロットポンプ15は、パイロットライン25を介して各種油圧制御機器に作動油を供給するための油圧ポンプであり、例えば、固定容量型油圧ポンプである。
【0023】
コントロールバルブ17は、アタッチメント部50における油圧システムを制御する油圧制御バルブである。コントロールバルブ17は、後述するレバー又はペダル26A〜26Cの操作方向及び操作量に応じた圧力変化に応じて、例えば、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、EAシリンダ9、走行用油圧モータ1A(右用)、走行用油圧モータ1B(左用)、及び旋回用油圧モータ2Aのうちの一又は複数のものに対し、メインポンプ14から高圧油圧ライン16を通じて供給された作動油を選択的に供給する。なお、以下の説明では、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、EAシリンダ9、走行用油圧モータ1A(右用)、走行用油圧モータ1B(左用)、及び旋回用油圧モータ2Aを集合的に「油圧アクチュエータ」と称する。
【0024】
エンドアタッチメント駆動アクチュエータとしてのブレーカシリンダ61とコントロールバルブ17とは管路18により接続されている。
【0025】
コントロールバルブ17は、管路18への吐出流量を制限するエンドアタッチメント駆動制御部としての機能を有している。コントロールバルブ17は、例えばストロークセンサ9Sから、EAシリンダ9のストローク位置がエンド位置近傍である信号を取得すると、管路18への吐出流量を制限(低減)する機能を有して良い。また、ストロークセンサ9Sから、EAシリンダ9のストローク位置がエンド位置近傍である信号を取得すると、EAシリンダ9のストローク動作を制限してエンド位置へこれ以上進行しないように制御して良い。エンド位置とはストロークエンドのことを指し、エンド位置近傍とは、例えばストローク量が10%〜15%程度になる位置を指す。ストローク量は、収縮側ストロークエンドのとき0%であり、伸張側ストロークエンドのとき100%である。
【0026】
操作装置26は、操作者が油圧アクチュエータの操作のために用いる装置である。操作装置26は、パイロットライン25を介してパイロットポンプ15から供給された作動油をパイロットライン25aを通じて、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する流量制御弁のパイロットポートに供給する。なお、パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応するレバー又はペダル26A〜26Cの操作方向及び操作量に応じた圧力とされる。また、レバーにはスイッチが設けられている。操作者は作動、停止をスイッチ若しくはべダルを操作することで、レバーから手を離さずに油圧ブレーカ60を作動させることができる。
【0027】
制御部としてのコントローラ30は、アタッチメント部50を制御するための制御装置であり、例えば、CPU、RAM、ROM等を備えたコンピュータで構成される。コントローラ30のCPUは、ショベルの動作や機能に対応するプログラムをROMから読み出してRAMにロードしながらプログラムを実行することで、それらプログラムのそれぞれに対応する処理を実行させる。
【0028】
コントローラ30は、メインポンプ14の吐出流量の制御を行う。例えば、ネガコン弁(不図示)のネガコン圧に応じて制御電流を変化させ、レギュレータ14aを介してメインポンプ14の吐出流量を制御する。また、本実施形態では、EAシリンダ9に内蔵されたストロークセンサ9Sから送信されるEAシリンダ9のシリンダ位置情報に基づいて制御電流を変化させ、レギュレータ14aを介してメインポンプ14の吐出流量を制御する。特に、コントローラ30は、ストロークセンサ9Sから、EAシリンダ9のシリンダ位置がエンド位置近傍である信号を取得すると、メインポンプ14の吐出流量を抑制して、アタッチメント部50全体の動作を抑制させる制御を行う。即ち、本実施形態のコントローラ30は、EAシリンダ9がエンド位置に達しないように流量制御する。
【0029】
また、コントローラ30は、ストロークセンサ9Sから、EAシリンダ9のシリンダ位置がエンド位置近傍である信号を取得すると、コントロールバルブ17に対して、管路18への吐出流量を制限させる信号、又はEAシリンダ9のストローク動作を制限させる信号を送信する構成としてエンドアタッチメント駆動制御部としての機能を有して良い。
【0030】
エンジン制御装置(ECU)74は、エンジン11を制御する装置である。例えば、コントローラ30からの指令に基づき、後述するエンジン回転数調整ダイヤル75により操作者が設定したエンジン回転数(モード)に応じて、エンジン11の回転数を制御するための燃料噴射量等をエンジン11に出力する。また、本実施形態では、後述する画像表示装置40の入力部42において、操作者が選択したダンパー作業に応じたコントローラ30からの指令に基づき、エンジン回転数の制御を行う。
【0031】
エンジン回転数調整ダイヤル75は、キャブ10内に設けられるエンジンの回転数を調整するためのダイヤルであり、本実施形態ではエンジン回転数を5段階で切り換えできるようにする。即ち、エンジン回転数調整ダイヤル75により、Rmax、R4、R3、R2及びR1の5段階でエンジン回転数を切り換えることができるようにする。なお、
図2は、エンジン回転数調整ダイヤル75でR4が選択された状態を示す。
【0032】
エンジン11は、エンジン回転数調整ダイヤル75で設定されたエンジン回転数で一定に回転数制御される。なお、ここでは、エンジン回転数調整ダイヤル75による5段階でのエンジン回転数調整の事例を示したが、5段階には限られず何段階であってもよい。
【0033】
また、運転者による運転を補助するために画像表示装置40をキャブ10の運転席の近傍に配置する。運転者は画像表示装置40の入力部42を利用して情報や指令をコントローラ30に入力できる。また、アタッチメント部50の運転状況や制御情報を画像表示装置40の画像表示部41に表示させることで、運転者に情報を提供できる。
【0034】
画像表示装置40は、画像表示部41及び入力部42を含む。画像表示装置40は、運転席内のコンソールに固定される。なお、一般的に、運転席に着座した運転者からみて右側にブーム4が配置されており、運転者はブーム4の先端に取り付けられたアーム5、油圧ブレーカ60を視認しながらアタッチメント部50を操作することが多い。
【0035】
キャブ10の右側前方のフレームは運転者の視界の妨げとなる部分であるが、本実施形態では、この部分を利用して画像表示装置40を設けている。これにより、もともと視界の妨げとなっていた部分に画像表示装置40が配置されるので、画像表示装置40自体が運転者の視界を大きく妨げることは無い。フレームの幅にもよるが、画像表示装置40全体がフレームの幅に入るように、画像表示装置40は、画像表示部41が縦長となるように構成されてもよい。
【0036】
本実施形態では、画像表示装置40は、Controller Area Network(CAN)、Local Interconnect Network(LIN)等の通信ネットワークを介してコントローラ30に接続される。なお、画像表示装置40は、専用線を介してコントローラ30に接続されてもよい。
【0037】
また、画像表示装置40は、画像表示部41上に表示する画像を生成する変換処理部40aを含む。本実施形態では、変換処理部40aは、撮像装置80の出力に基づいて画像表示部41上に表示するカメラ画像を生成する。そのため、撮像装置80は、例えば専用線を介して画像表示装置40に接続される。また、変換処理部40aは、コントローラ30の出力に基づいて画像表示部41上に表示する画像を生成する。また、画像表示部41は、コントローラ30又はストロークセンサ9Sからの信号に基づいて警告メッセージが表示される報知手段としての機能を有している。本実施形態では特にストロークセンサ9SからEAシリンダ9のシリンダ位置がエンド位置近傍である信号を取得すると警告メッセージが表示される。
【0038】
なお、変換処理部40aは、画像表示装置40が有する機能としてではなく、コントローラ30が有する機能として実現されてもよい。この場合、撮像装置80は、画像表示装置40ではなく、コントローラ30に接続される。
【0039】
また、画像表示装置40は、入力部42としてのスイッチパネルを含む。スイッチパネルは、各種ハードウェアスイッチを含むパネルである。本実施形態では、スイッチパネルは、ハードウェアボタンとしてのライトスイッチ42a、ワイパースイッチ42b、及びウインドウォッシャスイッチ42c、ブレーカスイッチ42dを含む。ライトスイッチ42aは、キャブ10の外部に取り付けられるライトの点灯・消灯を切り換えるためのスイッチである。ワイパースイッチ42bは、ワイパーの作動・停止を切り換えるためのスイッチである。また、ウインドウォッシャスイッチ42cは、ウインドウォッシャ液を噴射するためのスイッチである。ブレーカスイッチ42dは、ブレーカモードを選択するための選択スイッチである。
【0040】
また、画像表示装置40は、蓄電池70から電力の供給を受けて動作する。なお、蓄電池70はエンジン11のオルタネータ11a(発電機)で発電した電力で充電される。蓄電池70の電力は、コントローラ30及び画像表示装置40以外のショベルの電装品72等にも供給される。また、エンジン11のスタータ11bは、蓄電池70からの電力で駆動され、エンジン11を始動する。
【0041】
また、キャブ10内には警告を報知する報知部43(報知手段)が設けられている。本実施形態では特にEAシリンダ9のシリンダ位置がエンド位置近傍である場合に警告音や警告メッセージなどが報知される。
【0042】
エンジン11は、上述のとおり、エンジン制御装置(ECU)74により制御される。
ECU74からは、エンジン11の状態を示す各種データ(例えば、水温センサ11cで検出される冷却水温データ)がコントローラ30に常時送信される。したがって、コントローラ30は一時記憶部(メモリ)30aにこのデータを蓄積しておき、必要なときに画像表示装置40に送信することができる。
【0043】
また、コントローラ30には各種のデータが供給され、コントローラ30の一時記憶部30aに格納されてよい。
【0044】
まず、可変容量式油圧ポンプであるメインポンプ14のレギュレータ14aから斜板の傾転角を示すデータがコントローラ30に供給される。また、メインポンプ14の吐出圧力を示すデータが、吐出圧力センサ14bからコントローラ30に送られる。これらのデータは一時記憶部30aに格納される。また、メインポンプ14が吸入する作動油が貯蔵されたタンクとメインポンプ14との間の管路には、油温センサ14cが設けられており、その管路を流れる作動油の温度を表すデータが、油温センサ14cからコントローラ30に供給される。
【0045】
また、レバー又はペダル26A〜26Cを操作した際に、パイロットライン25aを通じてコントロールバルブ17に送られるパイロット圧が、油圧センサ15a、15bで検出され、検出したパイロット圧データがコントローラ30に供給される。
【0046】
また、エンジン回転数調整ダイヤル75からは、エンジン回転数の設定状態を示すデータがコントローラ30に常時送信される。
【0047】
次に、
図1、
図2で説明したショベルの具体的な制御処理について
図3に示すフローチャートから説明する。
図3は、EAシリンダ9がエンド位置に達しないように制御する動作フローである。
【0048】
ステップ(以下、STという)1で、コントローラ30は、操作者が入力部42のブレーカスイッチ42dを押してブレーカ作業モードになっているかを確認する。ブレーカ作業モードの入力操作が、タッチパネル形式の画像表示部41により入力される構成であって良い。ST1でブレーカ作業モードになっていない場合(NO)、ブレーカ作業モードが入力されるまで待機する。
【0049】
ST1で、ブレーカ作業モードになっている場合(YES)、コントローラ30は、ストロークセンサ9Sから常時入力されるEAシリンダ9のシリンダ位置がエンド位置近傍であるかを確認する(ST2)。エンド位置近傍とは、例えばストローク量が10%程度になる位置を指す。
【0050】
ST2で、シリンダ位置がエンド位置近傍である場合(YES)、ST3に進む。ST3で、コントローラ30は、先ず油圧ブレーカ60がON状態であるかを確認する。これは、操作者がレバー又はペダル26A〜26C上のプロポーショナルスイッチを入力しているかを確認するステップである。油圧ブレーカ60がON状態ではない場合(NO)、油圧ブレーカ60は不使用状態であるので、油圧ブレーカ60が動作されるまで待機する。
【0051】
ST3で、油圧ブレーカ60がON状態である場合(YES)、コントローラ30は、画像表示部41上に「ブレーカ作業を中止してください」などの警告メッセージを表示させると共に、報知部43に警告音を出力させる。また、コントローラ30は、メインポンプ14の吐出流量を抑制して、アタッチメント部50全体の動作を抑制させる制御を行う(ST4)。このときコントローラ30は、吐出流量を徐々に落としていく制御を行うことが好ましい。上記のようにコントローラ30によりメインポンプ14の吐出流量が抑制されると、上記各ステップが終了される。
【0052】
上記ST1〜ST4は、ブレーカ作業モードにおいて、ブレーカ作業開始時に既にEAシリンダ9がエンド位置近傍にある場合の制御処理を示している。以下に、ブレーカ作業開始時にはEAシリンダ9が良好なシリンダ位置にあり、ブレーカ作業時においてEAシリンダ9がエンド位置近傍に達した場合の制御処理を説明する。
【0053】
即ち、ST2で、EAシリンダ9のシリンダ位置がエンド位置近傍にない場合(NO)、コントローラ30は、油圧ブレーカ60がON状態であるかを確認する(ST5)。油圧ブレーカ60がON状態ではない場合(NO)、油圧ブレーカ60がON状態となるまで待機する。
【0054】
ST5で、油圧ブレーカ60がON状態である場合(YES)、油圧ブレーカ60はエンド位置近傍に無いので、通常のブレーカ作業が行われる(ST6)。
【0055】
ST7で、コントローラ30は、ストロークセンサ9Sから常時入力されるEAシリンダ9のシリンダ位置がエンド位置近傍であるかを確認する。ST7で、シリンダ位置がエンド位置近傍で無い場合(NO)、ST7で監視を続ける。
【0056】
ST7で、シリンダ位置がエンド位置近傍である場合(YES)、コントローラ30は、画像表示部41上に「ブレーカ作業を中止してください」などの警告メッセージを表示させると共に、報知部43に警告音を出力させる。また、コントローラ30は、メインポンプ14の吐出流量を抑制して、アタッチメント部50全体の動作を抑制させる制御を行う(ST8)。このときコントローラ30は、吐出流量を徐々に落としていく制御を行うことが好ましい。上記のようにコントローラ30によりメインポンプ14の吐出流量が抑制されると、上記各ステップが終了する。
【0057】
上記した制御処理により、EAシリンダ9がエンド位置に達する前に、アタッチメント部50全体の動作を抑制することで、EAシリンダ9がエンド位置でブレーカ作業を行うことを確実に防止して、アタッチメント部50の全体に高振動・高衝撃が加わって周辺機器が破損してしまうことを回避できる。
【0058】
本発明のショベルは、
図3に示す制御処理の限りではない。
図4に示す制御処理も実施可能である。
【0059】
ステップ(以下、STという)21で、コントローラ30は、操作者が入力部42のブレーカスイッチ42dを押してブレーカ作業モードになっているかを確認する。ST21でブレーカ作業モードになっていない場合(NO)、ブレーカ作業モードが入力されるまで待機する。
【0060】
ST21で、ブレーカ作業モードになっている場合(YES)、コントローラ30は、ストロークセンサ9Sから常時入力されるEAシリンダ9のシリンダ位置がエンド位置近傍であるかを確認する(ST22)。
【0061】
ST22で、シリンダ位置がエンド位置近傍である場合(YES)、ST23に進む。ST23で、コントローラ30は、先ず油圧ブレーカ60がON状態であるかを確認する。油圧ブレーカ60がON状態ではない場合(NO)、油圧ブレーカ60がON状態となるまで待機する。
【0062】
ST23で、油圧ブレーカ60がON状態である場合(YES)、コントローラ30は、画像表示部41上に「ブレーカ作業を中止してください」などの警告メッセージを表示させると共に、報知部43に警告音を出力させる。また、コントローラ30は、コントロールバルブ17に、ブレーカシリンダ61へ作動油を供給する管路18の流量制限を行わせる(ST24)。また、コントローラ30を介さずに、コントロールバルブ17自身が、ストロークセンサ9SからEAシリンダ9のエンド位置情報を取得すると、管路18の流量制限を行う構成であっても良い。
【0063】
上記のように管路18の流量を制限することで、油圧ブレーカ60のみの動作抑制が行える。すると、アタッチメント部50全体の動作に影響を与えることなく、EAシリンダ9がエンド位置でブレーカ作業を行うことを確実に防止し、周辺機器の破損を回避できる。上記したように管路18の流量制御が行われて、油圧ブレーカ60の動作が直接制御されると、上記各ステップが終了される。
【0064】
上記ST21〜ST24は、ブレーカ作業モードにおいて、ブレーカ作業開始時に既にEAシリンダ9がエンド位置近傍にある場合の制御処理を示している。以下に、ブレーカ作業開始時にはEAシリンダ9が良好なシリンダ位置にあり、ブレーカ作業時においてEAシリンダ9がエンド位置近傍に達した場合の制御処理を説明する。
【0065】
即ち、ST22で、EAシリンダ9のシリンダ位置がエンド位置近傍にない場合(NO)、コントローラ30は、油圧ブレーカ60がON状態であるかを確認する(ST25)。油圧ブレーカ60がON状態ではない場合(NO)、油圧ブレーカ60がON状態となるまで待機する。
【0066】
ST25で、油圧ブレーカ60がON状態である場合(YES)、油圧ブレーカ60はエンド位置近傍に無いので、通常のブレーカ作業が行われる(ST26)。
【0067】
ST27で、コントローラ30は、ストロークセンサ9Sから常時入力されるEAシリンダ9のシリンダ位置がエンド位置近傍であるかを確認する。(ST27)ST27で、シリンダ位置がエンド位置近傍で無い場合(NO)、ST27で監視を続ける。
【0068】
ST27で、シリンダ位置がエンド位置近傍である場合(YES)、コントローラ30は、画像表示部41上に「ブレーカ作業を中止してください」などの警告メッセージを表示させると共に、報知部43に警告音を出力させる。また、コントローラ30は、コントロールバルブ17に、EAシリンダ9のストローク動作を制限してこれ以上エンド位置へ進行しないように制御する。
【0069】
上記の実施形態では、シリンダに取付けられたストロークセンサ9SからEAシリンダ9のシリンダ位置を取得する構成としていたが、この限りではなくブーム4、アーム5、油圧ブレーカ60の所定の箇所にストロークセンサとして設けたそれぞれの傾斜センサ(加速度センサ)等から、EAシリンダ9のシリンダ位置を算出する方法で実施しても良い。この場合、それぞれの箇所に備えられた傾斜センサの検出値の相対的な関係により、EAシリンダ9のピストンがエンド位置近傍かどうかを算出することができる。また、EAシリンダ9とアーム5との間にストロークセンサとして角度センサを備えても良い。この場合、角度センサの検出値により、EAシリンダ9のピストンがエンド位置近傍かどうかを算出することができる。また、角度センサをEAシリンダ9とエンドアタッチメントリンク62との間に設けても良い。
【0070】
上記した制御処理により、EAシリンダ9がエンド位置に達する前に、油圧ブレーカ60の動作を直接制限できる。またEAシリンダ9のストローク動作を直接制限することができる。すると、EAシリンダ9がエンド位置でブレーカ作業を行うことを確実に防止でき、アタッチメント部50の全体に高振動・高衝撃が加わって周辺機器が破損してしまう虞を回避できる。
【0071】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更等が可能である。