JP4685417B2 - 作業車両用液圧制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホイールローダ等の作業車両に備えられる作業車両用液圧制御装置に関する。

ホイールローダの掘削／積み込み作業では、バケットに積み込んだ土砂などを所定の場所まで移動させることが多い。積載走行時、バケットの重量が大きくなっているため、車両の上下運動がブームを上下に揺動させ、その結果車両の振動を増幅させてしまう。

この振動を抑制するために、走行時にはブームシリンダのボトム側圧力室とアキュムレータとを連通し、ボトム側圧力室の圧力変動をアキュムレータに吸収させ、一方、バケット掘削作業時は、アキュムレータとの連通を遮断し、掘削力がアキュムレータに吸収されるのを防ぐ。この種の従来技術として、特許文献１に示されるものがある。

図９は、特許文献１に示されている図ではないが、この特許文献１に示される技術の要部を示す図である。以下、これを従来技術として説明する。図９に示す従来技術は、作業車両に備えられた液圧シリンダ、すなわちブームシリンダ５１と、このブームシリンダ５１の圧力室の圧力を制御する操作弁、すなわちコントロール弁５４と、このコントロール弁５４とブームシリンダのボトム側圧力室５１ａ、ロッド側圧力室５１ｂとをそれぞれ接続するメイン管路５２、５３が備えられており、メイン管路５２，５３から分岐された分岐回路５０を有する。分岐回路５０は、メイン管路５２、５３から分岐された分岐管路５５，５６を有し、それぞれ開閉弁５７を介してアキュムレータ５８およびタンク６１に接続されている。開閉弁５７はコントローラ６０からの信号を受けて電磁弁５９が切り替わることで閉位置Ｇ、開位置Ｈに切り換えられる。

バケット掘削作業時は、開閉弁５７は閉位置Ｇの状態であり、ブームシリンダ５１のボトム側圧力室５１ａとアキュムレータ５８との連通は遮断されており、ブームシリンダ５１に作用する掘削力がアキュムレータ５８に吸収されるのを防いでいる。

走行時は電磁弁５９を切り換え、開閉弁５７を開位置Ｈに切り換え、ブームシリンダ５１のボトム側圧力室５１ａとアキュムレータ５８を連通させ、ボトム側圧力室５１ａの負荷変動をアキュムレータ５８に吸収させることで車両の振動が抑制される。
特開２０００−３０９９５３公報

上述した従来技術では、ブームシリンダ５１のボトム側圧力室５１ａとアキュムレータ５８との連通／遮断を切り換える開閉弁５７が設けられているが、連通時は前記開閉弁５７の開度は常に一定となっていた。しかしながら、バケットに積み込まれる積載物や車格、フロントアタッチメント等によってフロント部の重量が変化する。フロント部の重量に対して開閉弁５７の開度が小さすぎると、ブームにかかる負荷をアキュムレータ５７に吸収しきれなくなる場合がある。すなわち、振動を抑制できなくなる場合がある。逆に、フロント部の重量に対して開度が大きすぎると、フロント部の振動が減衰しきれずに作業車両の車体が揺れて不安定になる場合がある。つまり、従来技術ではフロント部の重量変化に伴って振動を十分に吸収できない場合がある。

本発明の目的は、フロント部の重量変化にかかわらず、積載走行時に生じる振動を抑えることができる作業車両用液圧制御装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、作業車両に備えられ、液圧シリンダと、この液圧シリンダの圧力室の圧力を制御する操作弁と、前記液圧シリンダの圧力室に接続管路を介して接続されたアキュムレータと、パイロット室を有し、且つ前記パイロット室の圧力に応じて前記接続管路の連通および遮断を切り換える開閉弁と、前記パイロット室への圧力の供給および排出を切り換える切換手段とを有する作業車両用液圧制御装置において、前記切換手段は、前記開閉弁の開度を可変に制御する制御手段を含み、前記接続管路から分岐し、前記開閉弁に並列に配置されるバイパス管路上に設けられ、通常は前記バイパス管路を連通させ、前記液圧シリンダの負荷圧力が所定圧力以上になったときに前記バイパス管路を遮断する切換弁を備えたことを特徴としている。

このように構成した本発明によれば、フロント部の重量が比較的小さい場合には、開閉弁の開度が小さくなるように制御手段によって制御すればよく、逆にフロント部の重量が大きい場合には、開閉弁の開度が大きくなるように制御手段によって制御すればよい。すなわち、フロント部の重量変化に応じて制御手段によって開閉弁の開度を最適な開度に制御できるので、フロント部の重量変化にかかわらず、積載走行時に生じる振動を抑えることができる。

また本発明は、前記の発明において、前記切換手段が、前記開閉弁を制御する電磁比例弁を含むことを特徴としている。

また本発明は、前記の発明において、前記液圧シリンダの負荷圧力を検知し、その負荷圧力に応じた信号を出力する負荷圧力検知手段を備え、前記制御手段は、この負荷圧力検知手段から出力される信号に応じて前記開閉弁の開度を可変させることを特徴としている。

また本発明は、前記の発明において、前記作業車両の車速を検知し、その車速に応じた信号を出力する車速検知手段を備え、前記制御手段は、この車速検知手段から出力される信号に応じて前記開閉弁の開度を可変にさせることを特徴としている。

また本発明は、前記の発明において、オペレータの入力に応答して前記開閉弁の開度を指示する信号を出力する開度指示手段を備え、前記制御手段は、この開度指示手段から出力される信号に応じて前記開閉弁の開度を可変にさせることを特徴としている。

また本発明は、前記の発明において、前記バイパス管路に、前記液圧シリンダから前記アキュムレータへの圧力のみを伝えるチェック弁を設けたことを特徴としている。

本発明は、制御手段によってフロント部の重量に応じて開閉弁の開度を可変に制御することができるため、フロント部の重量変化にかかわらず、積載走行時に生じる振動を抑えることができ、従来に比べて振動抑制性能を向上させることができる。また、本発明は、開閉弁が閉位置の状態であっても、液圧シリンダとアキュムレータはバイパス管路を介して連通し、アキュムレータの圧力は液圧シリンダの圧力に近づき、双方の圧力差は小さくなり、開閉弁が開状態に切り換えられた瞬間でもフロント部の不所望な動作は緩和でき、車両へのショックを抑えることができる。

以下、本発明に関わる作業車両用液圧制御装置を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。

図１は本発明に係る作業車両用液圧制御装置の一実施形態が適用される作業車両の一例として挙げたホイールローダを示す外観図である。ホイールローダは車体に取り付けられるブーム１と、ブーム１の先端に取り付けられるバケット２を有し、これらのブーム１およびバケット２のそれぞれは一対のブームシリンダ３およびバケットシリンダ４により駆動可能となっている。

［本発明の参考例］
図２は本発明者らが先に提案した作業車両用液圧制御装置の参考例を示す回路図である。この参考例に係る油圧制御装置は、ブームシリンダ３の駆動用のメイン回路から分岐した分岐回路２４を有する。ブームシリンダ３のボトム側圧力室３ａおよびロッド側圧力室３ｂはそれぞれメイン管路１４および１５を介して操作弁１６に接続されている。操作弁１６は、操作レバー１７の操作量に応じて油圧ポンプＰからの圧力をブームシリンダ３のボトム側圧力室３ａまたはロッド側圧力室３ｂへ伝え、他方の圧力室とタンクＴを連通させる。これによりブームシリンダ３は伸縮運動を行う。

分岐回路２４は、メイン管路１４および１５から分岐された分岐管路９および１０を備え、開閉弁５を介してそれぞれアキュムレータ７およびタンクＴに接続可能になっている。ここで、分岐管路９はブームシリンダ３のボトム側圧力室３ａとアキュムレータ７を、分岐管路１０はブームシリンダ３のロッド側圧力室３ｂとタンクＴをそれぞれ接続する。

開閉弁５は、４ポート２位置の切換弁で、圧力源８の圧力が電磁比例弁１２、パイロット管路１３を介して圧力室５ａに伝えられることで駆動される。開閉弁５の他方の圧力室５ｂはドレン管路１１、分岐管路１０を介してタンクＴに接続している。また、圧力室５ｂには復帰ばね６が備えられている。

開閉弁５は通常復帰ばね６に押されて閉位置Ａの状態であり、分岐管路９、１０は遮断されている。圧力室５ａに圧力が伝えられると開位置Ｂへと移行し分岐管路９、１０はそれぞれアキュムレータ７、タンクTへ接続される。

電磁比例弁１２は、開閉弁５の開度を可変に制御する制御手段、例えばコントローラ２１から電気信号を受けて開閉する。電磁比例弁１２が中立保持されている場合は位置Ｃの状態であり、圧力室５ａを、パイロット管路１３を介してタンクＴに接続している。コントローラ２１から信号を受けると信号に応じて電磁比例弁１２は位置Ｄへ移行し、圧力源８の圧力を、パイロット管路１３を介して圧力室５ａへ伝える。コントローラ２１にはブームシリンダ３のボトム側圧力室３ａに接続され、このボトム側圧力室３ａの負荷圧力を検知し、その負荷圧力に応じた信号を出力する負荷圧力検知手段、例えば圧力センサ１８、このホイールローダの走行速度を検知し、車速に応じた信号を出力する車速検知手段、例えば速度センサ１９、オペレータの入力に応答して開閉弁５の開度を指示する信号を出力する開度指示手段、例えば指示スイッチ２０が電気的に接続されており、各信号に相当した制御信号を電磁比例弁１２に出力する。

なお、上述したコントローラ２１と、電磁比例弁１２と、圧力源８によって、開閉弁５のパイロット室５ａへの供給および排出を切り換える切換手段が構成されている。

また、分岐回路２４には、コック２２およびリリーフ弁２３が設けられており、アキュムレータ７とタンクＴとの間に、それぞれ並列に配置されている。

図３は、図２中に示した開閉弁５の開口特性の一例を示している。横軸は電磁比例弁１２がコントローラ２１から受ける制御電流、縦軸は開閉弁５の開度を示している。電磁比例弁１２に制御電流が伝わると、電流値に応じて圧力室５ａに圧力が伝わり開閉弁５がストロークする。開閉弁５の開度の最大値は、ブームシリンダ３の負荷圧力の想定し得る最大値にあわせている。また、開度が最大、即ち開閉弁５がフルストロークしたときの電流値をｉmaxとしている。図３の例では、開閉弁５にはノッチ、すなわち切欠が形成されており、開度を微小に制御可能な範囲を設けている。

図４は、図２中に示したブームシリンダ３のボトム側圧力室３ａの負荷圧力とコントローラ２１で設定される係数関数の関係の一例である。横軸はブームシリンダ３のボトム側圧力室３ａの負荷圧力、縦軸はコントローラ２１内の出力演算用の係数ｅｐを示している。この例では、圧力センサ１8で検出した圧力から、電磁比例弁１２へ出力する制御電流の大きさを決定する係数ｅｐ（０から１の範囲）を演算する。負荷圧力が大きくなるほど係数ｅｐも大きくなり制御電流も大きくなる。

図５は、車速と図２中に示したコントローラ２１で設定される係数関数の関係の一例である。横軸は車両の車速、縦軸はコントローラ２１内の出力演算用の係数ｅｖを示している。この例では、速度センサ１９で検出した走行速度から、電磁比例弁１２へ伝える制御電流の大きさを決定する係数ｅｖ（０から１の範囲）を演算する。車速が所定の値Ｖ０になると、開閉弁５が接続状態になるような値ＳＰになり、開閉弁５が開き始める。車速が大きくなるほど係数ｅｖは大きくなり制御電流も大きくなる。なお、図４、図５で示した係数ｅｐ、ｅｖについては後に説明する。

図６は、図２中に示した指示スイッチ２０の操作量とコントローラ２１で設定される制御電流の関係の一例である。横軸は指示スイッチ２０の操作量すなわちオペレータの指示量、縦軸は電磁比例弁１２への制御電流を示している。この例では、負荷圧力や走行速度に関わらず、オペレータの指示量によって電磁比例弁１２への制御電流の大きさが決定され、指示量が大きいほど開閉弁５の開度が大きくなる。

図７は、図２中に示したコントローラ２１が実行する処理の一例を示すフローチャートである。このホイールローダが作業を行っているとき、コントローラ２１は圧力センサ１８、速度センサ１９、指示スイッチ２０からの信号を受ける（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）。このとき、指示スイッチ２０からの信号があるかを判定し（Ｓ４）、信号があれば指示量に応じた制御電流を出力する（Ｓ５）。信号がなければ負荷圧力や走行速度に応じた制御電流を演算して（Ｓ６）電磁比例弁１２に出力する。

ここで、制御電流の演算について説明する。図４および図５では、コントローラ２１で負荷圧力や走行速度に応じた係数ｅｐやｅｖを演算した。ここで、これらの係数ｅｐ、ｅｖと、図３で示した開閉弁５がフルストロークするための制御電流ｉmaxの積を電磁比例弁１２の制御電流としている。その結果、ブームシリンダ３の負荷が大きくなるほど、走行速度が大きくなるほど制御電流は大きくなり、開閉弁５の開度も大きくなる。また、負荷圧力が大きくても、図５に示すように走行速度がある大きさにならないときは、掘削走行とみなし、制御電流は小さく開閉弁５は開かない。

図２から図７を参照にして本発明の参考例に係る油圧制御装置の動作を説明する。ここで、図１に示すホイールローダの動作をあわせて説明するため、指示スイッチ２０の信号がない場合の動作とする。

図１のホイールローダが掘削や積込作業や掘削走行を行っている場合、図７で説明したように、走行速度が小さいため、電磁比例弁１２への制御電流値は小さく、開閉弁５の圧力室５ａにはばね６のセット荷重に抗うのに十分な圧力が供給されない。よって、開閉弁５は閉位置Ａの状態、即ち、分岐管路９および１０は遮断された状態にある。

ホイールローダが積載走行を行う場合、前述したように負荷圧力や車速に応じた制御電流がコントローラ２１により電磁比例弁１２へ出力され、出力値に応じて圧力源８からの圧力を制御して開閉弁５の圧力室５ａへ伝える。圧力室５ａに加えられた圧力がばね６のセット荷重に抗うのに十分な大きさになると、圧力室５ａの圧力に応じて開閉弁５はストロークし、開位置Ｂ側の状態、すなわち分岐管路９および１０は接続状態になり、走行中ではブーム１の揺れがブームシリンダ３から分岐管路９を介してアキュムレータ７に吸収される。ここで、ホイールローダのフロント部の荷重、すなわちブームシリンダ３の負荷圧力が大きい場合には、開閉弁５の開度が大きくなり、フロント部の荷重が小さい場合には開閉弁５の開度は小さくなる。

このように構成した本発明の参考例によれば、開閉弁５の開度をコントローラ２１によって負荷圧力や車速に応じて可変に制御することから、フロント部の重量、例えば積荷の有無や車格、フロントアタッチメントの変化などによるブームシリンダ３の負荷や、車速に応じた適切な開度に制御でき、走行中のホイールローダの振動を良好に抑制できる。すなわち、優れた振動抑制性能を確保することができる。

［本実施形態］
前述した参考例は、開閉弁５が閉位置Ａの状態にあるとき、アキュムレータ７の圧力は、直前の開位置Ｂの状態であったときのブームシリンダ３のボトム側圧力室３ａとほぼ等しくなっている。しかしながら、ブームシリンダ３の負荷圧力は、積荷の重量やブーム１の保持角度等により常に変化する。そのため、開閉弁５が再び開位置Ｂに切り換えられた瞬間に、ブームシリンダ３のボトム側圧力室３ａとアキュムレータ７との間に圧力差が生じていることが多く、この圧力差によってブーム１の急な落ち込み等の不所望な動作や、それによるショックが発生し乗り心地に悪影響を与える場合がある。

図８は本発明に係る作業車両用液圧制御装置の一実施形態を示す回路図である。本実施形態の説明に際し、前述した参考例と同等の箇所には同一の符号にて示し、説明も省略する。参考例と異なる箇所のみを説明する。

ブームシリンダ３のボトム側圧力室３ａとアキュムレータ７を接続する分岐管路９に、バイパス管路２６を開閉弁５に対し並列に配置し、バイパス管路２６上に、上流から絞り２５、切換弁２７が配置されている。切換弁２７は２ポート２位置の切換弁で、切換弁２７の一方の圧力室２７ａには、絞り２５の下流側の圧力が導かれ、他方の圧力室２７ｂには、ドレン管路３１を介してタンクＴに接続され、また、復帰ばね２８が備えられている。

切換弁２７は、通常は開位置Ｅの状態であり、ブームシリンダ３のボトム側圧力室３ａとアキュムレータ７はバイパス管路２６を介して接続状態となる。ここで、ブームシリンダ３のボトム側圧力室３ａの圧力が上昇し、圧力室２７ａの圧力が復帰ばね２８で設定された圧力よりも大きくなると、切換弁２７は閉位置Ｆに切り換わり、バイパス管路２６を遮断状態になる。

また、切換弁２７の開位置Ｅにはチェック弁２９が設けられており、ブームシリンダ３のボトム側圧力室３ａからアキュムレータ７への流れのみを許容している。

このように構成した本実施形態によれば、開閉弁５が閉位置Ａの状態であっても、ブームシリンダ３のボトム側圧力室３ａとアキュムレータ７はバイパス管路２６を介して接続していることから、アキュムレータ７の圧力はブームシリンダ３のボトム側圧力室３ａの圧力に近づき、双方の圧力差は小さくなり、開閉弁５が開位置Ｂに切り換えられた瞬間でもブーム１の不所望な動作は緩和でき、車両へのショックも抑えられる。また、バイパス管路２６には絞り２５が設けられているため、ブームシリンダ３に作用する掘削力がアキュムレータに吸収されるのを抑制している。その他の作用、効果については前述した参考例と同様である。

なお、前述の参考例、及び本実施形態において、コントローラ２１に、負荷圧力や車速と係数関数ｅｐ、ｅｖの関係を設定しているが、本発明はこれに限らず、負荷圧力や車速と制御電流との関係を設定してもよい。

また、前述の参考例、及び本実施形態において、コントローラ２１に計時手段を設け、速度センサ１９からの信号をコントローラ２１が入力した時点から計時手段が時間を計測し、例えば所定時間の間は、開閉弁５の開度を比較的小さく保つ制御信号、すなわち制御電流をコントローラ２１から電磁比例弁１２に出力させるようにし、上述の所定時間を超えた時点からは開閉弁５の開度を徐々に大きく変化させる制御電流をコントローラ２１から電磁比例弁１２に出力させるように構成してもよい。

このように構成したものでは、積載走行が始まった際に、開閉弁５の開度を閉状態Ａから開状態Ｂに、さらに開度が小さい状態から開度が大きくなる状態へと滑らかに移行させることができる。これにより、開閉弁５の開動作に伴ってホイールローダに与える衝撃の発生を防ぐことができる。

本発明に係る作業車両用液圧制御装置の一実施形態が適用される作業車両の一例として挙げたホイールローダを示す外観図である。 本発明者らが先に提案した作業車両用液圧制御装置の参考例を示す回路図である。 図２に示す参考例で得られる開閉弁の開口特性の一例を示す図である。 図２に示す参考例の負荷圧力とコントローラで設定される係数関数の関係の一例を示す図である。 図２に示す参考例の車速とコントローラで設定される係数関数の関係の一例を示す図である。 図２に示す参考例のオペレータの指示量とコントローラで設定される制御電流の関係の一例を示す図である。 図２に示す参考例のコントローラが実行する処理の一例を示すフローチャートである。 本発明に係る作業車両用液圧制御装置の一実施形態を示す回路図である。 従来の作業車両用液圧制御装置を示す回路図である。

３ ブームシリンダ
３ａ ボトム側圧力室
５ 開閉弁
A 閉位置
B 開位置
７ アキュムレータ
９ 分岐管路
１０ 分岐管路
１２ 電磁比例弁
１８ 圧力センサ（負荷圧力検知手段）
１９ 速度センサ（車速検知手段）
２０ 指示スイッチ（開度指示手段）
２１ コントローラ（制御手段）
２５ 絞り
２６ バイパス管路
２７ 切換弁
２９ チェック弁

Claims (6)

1. 作業車両に備えられ、液圧シリンダと、この液圧シリンダの圧力室の圧力を制御する操作弁と、前記液圧シリンダの圧力室に接続管路を介して接続されたアキュムレータと、パイロット室を有し、且つ前記パイロット室の圧力に応じて前記接続管路の連通および遮断を切り換える開閉弁と、前記パイロット室への圧力の供給および排出を切り換える切換手段とを有する作業車両用液圧制御装置において、
   前記切換手段は、前記開閉弁の開度を可変に制御する制御手段を含み、
   前記接続管路から分岐し、前記開閉弁に並列に配置されるバイパス管路上に設けられ、通常は前記バイパス管路を連通させ、前記液圧シリンダの負荷圧力が所定圧力以上になったときに前記バイパス管路を遮断する切換弁を備えたことを特徴とする作業車両用液圧制御装置。
2. 前記切換手段は、前記開閉弁を制御する電磁比例弁を含むことを特徴とする請求項１に記載の作業車両用液圧制御装置。
3. 前記液圧シリンダの負荷圧力を検知し、その負荷圧力に応じた信号を出力する負荷圧力検知手段を備え、前記制御手段は、この負荷圧力検知手段から出力される信号に応じて前記開閉弁の開度を可変にさせることを特徴とする請求項１に記載の作業車両用液圧制御装置。
4. 前記作業車両の車速を検知し、その車速に応じた信号を出力する車速検知手段を備え、前記制御手段は、この車速検知手段から出力される信号に応じて前記開閉弁の開度を可変にさせることを特徴とする請求項１に記載の作業車両用液圧制御装置。
5. オペレータの入力に応答して前記開閉弁の開度を指示する信号を出力する開度指示手段を備え、前記制御手段は、この開度指示手段から出力される信号に応じて前記開閉弁の開度を可変にさせることを特徴とする請求項１に記載の作業車両用液圧制御装置。
6. 前記バイパス管路に、前記液圧シリンダから前記アキュムレータへの圧力のみを伝えるチェック弁を設けたことを特徴とする請求項１に記載の作業車両用液圧制御装置。

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