(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体より順次連結されるブーム、アームおよびバケットと、ブーム、アームおよびバケットを駆動する各シリンダと、一端はアームと連結し他端はアームシリンダと連結するパワーリンクと、一端はアームシリンダとパワーリンクとに連結し他端はアームあるいはブームと連結してバケット刃先力を可変にするパワーシリンダと、エンジンにより駆動されるポンプの吐出油を各シリンダへ給排する各方向切換弁とを備えた油圧ショベルのバケツト刃先力可変装置において、前記アームシリンダのストロークを検知する第１検知手段と、前記パワーシリンダのストロークを検知する第２検知手段と、前記第１および第２検知手段からの信号を受けて演算し、その演算結果に基づいてパワーシリンダを所定のストロークにする指令信号をパワーシリンダ用方向切換弁に出力する制御装置とを備えたことを特徴とする油圧ショベルのバケット刃先力可変装置。
【請求項２】
車体より順次連結されるブーム、アームおよびバケットと、ブーム、アームおよびバケットを駆動する各シリンダと、一端はアームと連結し他端はアームシリンダと連結するパワーリンクと、一端はアームシリンダとパワーリンクとに連結し他端はアームあるいはブームと連結してバケット刃先力を可変にするパワーシリンダと、エンジンにより駆動されるポンプの吐出油を各シリンダへ給排する各方向切換弁とを備えた油圧ショベルのバケツト刃先力可変装置において、前記アームシリンダのストロークを検知する第１検知手段と、前記パワーシリンダのストロークを検知する第２検知手段と、バケットの刃先力を選択する刃先力モード選択器と、前記第１検知手段、第２検知手段および刃先力モード選択器からの信号を受けて演算し、その演算結果に基づいてパワーシリンダを所定のストロークにする指令信号をパワーシリンダ用方向切換弁に出力する制御装置とを備えたことを特徴とする油圧ショベルのバケット刃先力可変装置。
【請求項３】
前記アームシリンダのボトム側管路に負荷圧を検知する第３検知手段を設け、この第３検知手段で検知した負荷圧が設定値となったときは前記パワーシリンダを所定のストロークにするために前記パワーシリンダ用方向切換弁の開口量を制御する指令信号を出力する制御装置を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の油圧ショベルのバケット刃先力可変装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちのいずれかに記載の油圧ショベルのバケット刃先力可変装置において、前記パワーシリンダへの圧油の方向を切換える方向切換弁はパワーシリンダ用の操作レバーからの信号に応じて切換操作が可能としたことを特徴とする油圧ショベルのバケット刃先力可変装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は油圧ショベルの作業機の刃先力を増大させるためにアームシリンダの作用点を変更するパワーシリンダを設けるとともに、このパワーシリンダのストローク制御を選択する刃先力モード選択器を備えた油圧ショベルのバケット刃先力可変装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の油圧ショベルの作業機について説明する。
先ず、油圧ショベル２０について図１２により説明する。
下部走行体２１は図示しない走行モータにより前後走行自在となっている。
この下部走行体２１の上部にはスイングサークル２２を介して、図示しない旋回モータにより旋回可能な上部旋回体２３を装着している。
この上部旋回体２３には作業機３０、マシンキャブ２６、オペレータキャビン２７およびカウンタウエイト２８を取着している。
作業機３０はブーム３１、アーム３６、バケット３８、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３７、バケットシリンダ３９等から構成され、土砂の掘削作業を行うようになっている。
ブーム３１およびブームシリンダ３２の一端はそれぞれ上部旋回体２３に固設される旋回フレーム１の前部にピン３３および３４で取着されている。
また、ブームシリンダ３２の他端はブーム３１の中央にピン３５で取着されている。ブーム３１はブームシリンダ３２によりピン３３のまわりに上下揺動自在となっている。
このブーム３１の先端にはアーム３６が取着され、このアーム３６はアームシリンダ３７にて回動自在となっている。更にアーム３６の先端にはバケット３８が取着され、バケット３８はチルトレバー３９ａ、リンク３９ｂを介してバケットシリンダ３９にて回動自在となっている。
【０００３】
図１３は従来の油圧ショベルの作業機部分の側面図である。
図１３において、バケット刃先力ＦＥ，アームシリンダ推力Ｆ，アームシリンダ中心線とアーム回転中心との垂直距離Ｌ，アーム回転中心とバケット刃先との距離Ｒとしたときのバケット刃先力ＦＥ  は次のように表される。
ＦＥ  ＝  Ｆ×Ｌ／Ｒ
この場合、アームシリンダ推力Ｆとアーム回転中心とバケット刃先との距離Ｒが一定の関係にあるときはバケット刃先力ＦＥ  はアームシリンダ中心線とアーム回転中心との垂直距離Ｌによっ決定される。
この垂直距離Ｌはアームの下向きの回動に伴って変化し、その結果バケット刃先力が変化する。バケット刃先力ＦＥ  とアーム回転角θとの関係は図１４に示すようになっている。
このようにアームの回転角θによりバケット刃先力ＦＥ  は一義的に決まっていて変えることはできない。
【０００４】
現在油圧ショベルが使われる作業現場は、各種の岩石や土質、地形条件があり、作業対象物は硬い土の場合や、軟弱な土の場合など様々で、用途に応じてバケット刃先力ＦＥ  を変えられることが望まれている。
【０００５】
そこで、従来と同じ大きさのブームおよびアームを使用して、必要な時に大きなバケット刃先力を出せるようにしたものに、例えば実開平１−１０２２３９号公報がある。同公報によれば、アームをブームに取り付けるためのピン孔とアームシリンダをアームに連結するためのピン孔とを上下に間隔をおいて、複数個アームの取り付け側に設け、ピンを差し替えることによりアームシリンダのロッド位置を変えて、バケット刃先力を増大するようにした技術が記載されている。
【０００６】
また、バケット刃先力を変える先行技術として、出願人は実願平５−５１９５９号（実開平７−１５８４８号）を出願している。同公報によればアームにリンクの一端を取り付け、このリンクの他端をアームシリンダのロッドに連結すると共に、この連結部に新たに設けたシリンダのロッド端を連結し、ボトム端をブームに取着して、このシリンダを伸長することにより、アームに対するアームシリンダの押し力の作用点を上方に移動し、アームによるバケット刃先力を増大するようにした技術が記載されている。
【０００７】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の実開平１−１０２２３９号公報においては、ピンを差し替える時には作業を中断する必要があり、作業中に随時バケット刃先力を変更することができないという問題がある。
【０００８】
また、前記の実願平５−５１９５９号（実開平７−１５８４８号）においては手動でシリンダを伸長することによりアームに対するアームシリンダの押し力の作用点を上方に移動し、アームによるバケット刃先力を増大するようにしているため各種の土質等に対応してバケット刃先力を増大するときに手動でシリンダ（本発明のパワーシリンダに相当する。）を絶えず操作する必要があり繁雑となり、しかも各種の土質等に対応するバケット刃先力が必ずしも運転者の望むように制御されないとの問題があった。
【０００９】
本発明は上記従来の問題点に着目し、油圧ショベルのバケット刃先力を増大させるためにアームシリンダの作用点を変更するパワーシリンダを設けるとともに、このパワーシリンダのストローク制御を選択する刃先力選択器を備え、各種の硬い土石や軟らかい土砂等に対応してバケット刃先力を増大させることができる油圧ショベルのバケット刃先力可変装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る油圧ショベルのバケット刃先力可変装置の第１は、車体より順次連結されるブーム１、アーム２およびバケット３８と、ブーム１、アーム２およびバケット３８を駆動する各シリンダ３２、３、３９と、一端はアーム２と連結し他端はアームシリンダ３と連結するパワーリンク４と、一端はアームシリンダ３とパワーリンク４とに連結し他端はアーム２あるいはブーム１と連結してバケット刃先力を可変にするパワーシリンダ５と、エンジン１８により駆動されるポンプ１０、１１の吐出油を各シリンダ３２、３、３９へ給排する各方向切換弁とを備えた油圧ショベルのバケツト刃先力可変装置であって、前記アームシリンダ３のストロークを検知する第１検知手段３ｃと、前記パワーシリンダ５のストロークを検知する第２検知手段５ｃと、前記第１および第２検知手段３ｃ、５ｃからの信号を受けて演算し、その演算結果に基づいてパワーシリンダ５を所定のストロークにする指令信号をパワーシリンダ用方向切換弁１３に出力する制御装置１６とを備えた構成としたものである。
【００１１】
本発明に係る油圧ショベルのバケット刃先力可変装置の第２は、車体より順次連結されるブーム１、アーム２およびバケット３８と、ブーム１、アーム２およびバケット３８を駆動する各シリンダ３２、３、３９と、一端はアーム２と連結し他端はアームシリンダ３と連結するパワーリンク４と、一端はアームシリンダ３とパワーリンク４とに連結し他端はアーム２あるいはブーム１と連結してバケット刃先力を可変にするパワーシリンダ５と、エンジン１８により駆動されるポンプ１０、１１の吐出油を各シリンダ３２、３、３９へ給排する各方向切換弁とを備えた油圧ショベルのバケツト刃先力可変装置であって、前記アームシリンダ３のストロークを検知する第１検知手段３ｃと、前記パワーシリンダ５のストロークを検知する第２検知手段５ｃと、バケットの刃先力を選択する刃先力モード選択器１７と、前記第１検知手段３ｃ、第２検知手段５ｃおよび刃先力モード選択器１７からの信号を受けて演算し、その演算結果に基づいてパワーシリンダ５を所定のストロークにする指令信号をパワーシリンダ用方向切換弁１３に出力する制御装置１６とを備えた構成としたものである。
【００１２】
また、上記構成において、前記アームシリンダ３のボトム側管路１２ｄに負荷圧を検知する第３検知手段１２ｆを設け、この第３検知手段１２ｆで検知した負荷圧が設定値となったときは前記パワーシリンダ５を所定のストロークにするために前記パワーシリンダ用方向切換弁１３の開口量を制御する指令信号を出力する制御装置１６を備えた構成としたものである。
【００１３】
更に、上記構成において、前記パワーシリンダ５への圧油の方向を切換える方向切換弁１３はパワーシリンダ用の操作手段１５からの信号に応じて切換操作が可能としたものである。
【００１４】
【作用】
上記構成によれば、アームシリンダのストロークを第１検知手段で検知した信号ＬＡ  およびパワーシリンダのストロークを第２検知手段で検知した信号ＬＰ  を制御装置に入力し、アームシリンダのストロークＬＡ信号およびパワーシリンダのストロークＬＰ信号の入力に対応して、バケット刃先力ＦＥ  を増加又は減ずるように制御することができる。
この場合、制御装置はバケット刃先力ＦＥ  を増加するときは信号ｉ０  を出力する。この信号ｉ０  がパワーシリンダ用方向切換弁の一方の操作部に入力されて方向切換弁はａ位置に切換わって、油圧ポンプからの圧油はパワーシリンダのボトム側に流入し、これによりパワーシリンダを伸長させてアームに対するアームシリンダの押し力の作用点を上方へ移動してバケット刃先力を増大させることができる。
これとは逆に、制御装置はバケット刃先力ＦＥ  を減少するときは信号ｉ１  を出力する。この信号ｉ１  がパワーシリンダ用方向切換弁の他方の操作部に入力されて方向切換弁はｂ位置に切換わって、油圧ポンプからの圧油はパワーシリンダのヘツド側に流入し、これによりパワーシリンダを短縮させてアームに対するアームシリンダの押し力の作用点を下方へ移動してバケット刃先力ＦＥ  を減少させることができる。
このようにパワーシリンダの伸縮によりアームに対するアームシリンダの押し力の作用点を変えることによりバケット刃先力をＦＥ  を可変とすることができる。
【００１５】
また、刃先力モード選択器で選択されたモード１〜モード５のうちの選択されたモードに対応してモード１は信号ｍ１  ，モード２は信号ｍ２，モード３は信号ｍ３，モード４は信号ｍ４，モード５は信号ｍ５  を制御装置に入力し、このモード信号ｍ１  〜ｍ５  のうちの例えば信号ｍ１  が制御装置に入力されたときは、制御装置は前記アームシリンダのストロークＬＡ信号およびパワーシリンダのストロークＬＰ信号にモード１の信号ｍ１  を加算して、モード１のバケット刃先力ＦＥ  曲線となるように指令信号ｉ０，ｉ１  をパワーシリンダ用方向切換弁に出力し、モード信号に対応してバケット刃先力ＦＥ  を可変とすることができる。
【００１６】
更に、アームシリンダのフルストロークＳＡ  を９等分、およびパワーシリンダのフルストロークＳＰ  を４等分した時のアーム回転角θに対応するバケット刃先力ＦＥ  を可変とするときは、例えば、アームシリンダのフルストローク量ＳＡ  としてアームシリンダが１／９ストロークするのに必要なアームシリンダのストローク量ＬＡ  は、
ＬＡ  ＝１／９ＳＡ  である。
このときに、パワーシリンダのフルストローク量ＳＰ  としてパワーシリンダが１／４ストロークするのに必要なパワーシリンダのストローク量ＬＰ  は、
ＬＰ  ＝１／４ＳＰ  であり、このアームシリンダが１／９ストロークして、パワーシリンダが１／４ストロークしたときは図８に示すＣ点のバケット刃先力ＦＥ  が得られ、アームシリンダストロークＬＡ  とパワーシリンダストロークＬＰ  との関係を上記のように変えることによりバケット刃先力ＦＥ  を任意に可変とすることができる。
【００１７】
また、バケット刃先力ＦＥ  とアーム回転角θとの関係における目標関数Ｍ，Ｎを設定した場合においては、目標関数Ｍ（Ｍ１  〜Ｍ１２），Ｎ（Ｎａ  〜Ｎｈ  ）を得るために、アームシリンダのストローク量ＬＡ  とパワーシリンダのストローク量ＬＰ  との関係において設定した関数Ｍ１  〜Ｍ１２，  Ｎａ  〜Ｎｈ  を設定して、アームシリンダのフルストロークＳＡ  を９等分、およびパワーシリンダのフルストロークＳＰ  を４等分した時のアーム回転角θに対応するバケット刃先力ＦＥ  は、
例えば、アームシリンダのフルストロークＳＡ  で、アームシリンダが１／９ストロークしたときに作動するアームシリンダストロークＬＡ  は、
ＬＡ  ＝１／９ＳＡ  である。
このときに、パワーシリンダのフルストロークＳＰ  で、パワーシリンダが２／４ストロークしたときに作動するパワーシリンダのストロークＬＰ  は、
ＬＰ  ＝２／４ＳＰ  であり、このアームシリンダが１／９ストロークして、パワーシリンダが２／４ストロークしたときはＭ３  点のバケット刃先力ＦＥ  が得られ、このようにバケット刃先力ＦＥ  を任意に可変とすることができる。
目標関数Ｎを設定したときは、作動するアームシリンダのストロークＬＡ＝１／９ＳＡ  、作動するパワーシリンダのストロークをＬＰ  ＝１／４ＳＰ  としたときはＮｂ  点でのバケット刃先力ＦＥ  が得られる。アームシリンダのストロークＬＡ  とパワーシリンダのストロークＬＰ  との関係を上記のように変えることによりバケット刃先力ＦＥ  を任意に可変とすることができる。
【００１８】
更に、バケット刃先力の増大を望むときはアームを掘削側に操作しているときであり、この場合、アームを駆動するアームシリンダのボトム側管路で負荷圧を検知して、この負荷圧が大きいときはパワーシリンダを伸長させてアームに対するアームシリンダの押し力の作用点を上方へ移動してバケット刃先力ＦＥ  を増加させることができる。
これとは逆に、負荷圧が低いときはパワーシリンダを短縮させてアームに対するアームシリンダの押し力の作用点を下方へ移動してバケット刃先力ＦＥ  を減少させることができる。
即ち、アームシリンダの負荷圧に見合ったバケット刃先力ＦＥ  得るように制御することができる。
【００１９】
そして、制御装置等の電気回路が故障したときは、手動の操作レバーからの信号によってパワーシリンダ用方向切換弁を切換えてパワーシリンダを伸縮してバケット刃先力ＦＥ  を増減することができるようになっている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る油圧ショベルのバケット刃先力可変装置の具体例を図面を参照して説明する。なお、図１２と共通の部品については同一符号を付して説明する。
【００２１】
本発明に係る油圧ショベルのバケット刃先力可変装置の第１実施例を図１乃至図１０を参照して説明する。
先ず、図１に示す油圧ショベルのバケット刃先力可変装置について説明する。
ブーム１の先端にはアーム２が取着され、このアーム２はアームシリンダ３により回動自在となっている。更にアーム２の先端にはバケット３８が取着され、バケット３８はバケットシリンダ３９にて回動自在となっている。
パワーリンク４の一端はアーム２に取着し、他端はアームシリンダ３のロッド端にそれぞれピン６、ピン７により連結されている。
アームシリンダ３のボトム端はブーム１の上面にピン８により連結されている。パワーシリンダ５のボトム端はブーム１およびアーム２をピン９により同一軸心上で連結されている。パワーシリンダ５のロッド端はパワーリンク４およびアームシリンダ３をピン７により同一軸心上で連結されている。
【００２２】
次に、第１実施例の制御回路について図６により説明する。
エンジン１８により駆動される可変容量型油圧ポンプ１０（以下、油圧ポンプ１０と言う。）と油圧ポンプ１１を備えている。この油圧ポンプ１０は管路１０ａを介して第１方向切換弁１２と接続している。油圧ポンプ１１は管路１１ａを介して第２方向切換弁１３と接続している。この第１方向切換弁１２は管路１２ｃ，１２ｄを介してアームシリンダ３と接続している。第２方向切換弁１３は管路１３ｃ，１３ｄを介してパワーシリンダ５と接続している。
アームシリンダ３の操作レバー１４Ａは操作手段１４と接続している。この操作手段１４はパイロット用油圧源１４Ｂと接続している。また操作手段１４は管路１４ａを介して第１方向切換弁１２の操作部１２ｂと接続し、管路１４ｂを介して第１方向切換弁１２の操作部１２ａと接続している。
【００２３】
前記パワーシリンダ５の操作レバー１５Ａは操作手段１５と接続している。この操作手段１５はパイロット用油圧源１５Ｂと接続している。また操作手段１５は管路１５ａを介して第２方向切換弁１３の操作部１３ｂと接続し、管路１５ｂを介して第２方向切換弁１３の操作部１３ａと接続している。
【００２４】
前記アームシリンダ３にストロークを検知するストロークセンサ３ｃ（以下、第１検知手段と言う。）を設けている。この第１検知手段３ｃで検知した信号は制御装置１６に入力している。前記パワーシリンダ５にストロークを検知するストロークセンサ５ｃ（以下、第２検知手段と言う。）を設けている。この第２検知手段５ｃで検知した信号は制御装置１６に入力している。
前記制御装置１６に刃先力モード選択器１７で選択されたモード１，モード２，モード３，モード４，モード５のうちのいずれかのモード信号が入力している。この場合、モード１〜モード５を選択するようにしているが、５モード以上の選択ができるようにしても良い。
本実施例においては、５つのモードにて説明する。
▲１▼モード１は、軟らかい土砂の地盤の掘削が可能なバケット刃先力ＦＥ  が得られる。
▲２▼モード２は、粘質土や砂質土の盛土の地盤の掘削が可能なバケット刃先力ＦＥ  が得られる。
▲３▼モード３は、粘質土や砂質土の締め固まった地盤の掘削が可能なバケット刃先力ＦＥ  が得られる。
▲４▼モード４は、土石混じりの地盤の掘削が可能なバケット刃先力ＦＥ  が得られる。
▲５▼モード５は、硬い土石混じりの地盤の掘削が可能なバケット刃先力ＦＥ  が得られる。
このように刃先力モード選択器１７でモード１〜モード５のうちのいずれかのモードを選択するようになっている。
【００２５】
前記制御装置１６は、アームシリンダ３の第１検知手段からのストローク信号に応じて、アーム２の回転角θを求めることができるようになっている。
また、制御装置１６は、図示のようにバケット刃先力ＦＥ  とアーム回転角θの予め定められた関数を有し、アームシリンダ３のストロークＬＡ信号およびパワーシリンダ５のストロークＬＰ信号の入力により、このストローク信号ＬＡ，ＬＰにより求めるバケット刃先力ＦＥ  に対応する信号ｉ０，ｉ１  を出力する。前記関数はアーム回転角θが最大の時はバケット刃先力ＦＥ  を減じて、アーム回転角θが徐々に小さくなるにしたがってバケット刃先力ＦＥ  を増加して、アーム回転角θが最小になるにしたがってバケット刃先力ＦＥ  を減ずるようにしておりアーム回転角θが、約１／２〜１／３の範囲でバケット刃先力ＦＥ  が最大となるようにしてある。この詳細説明は図２で行う。
【００２６】
この制御装置１６は、アームシリンダ３のストロークＬＡ信号およびパワーシリンダ５のストロークＬＰ信号の入力に対応して、バケット刃先力ＦＥ  を増加又は減ずるように制御しており、バケット刃先力ＦＥ  を増加するときは信号ｉ０  を出力する。この信号ｉ０  がパワーシリンダ５用方向切換弁１３の操作部１３ａに入力されて方向切換弁１３はａ位置に切換わって、油圧ポンプ１１からの圧油は管路１１ａから管路１３ｄを介してパワーシリンダ５のボトム側に流入する。これによりパワーシリンダ５を伸長させてアーム２に対するアームシリンダ３の押し力の作用点を上方へ移動してバケット刃先力を増大させることができる。
バケット刃先力ＦＥ  を減少するときは信号ｉ１  を出力する。この信号ｉ１  がパワーシリンダ５用方向切換弁１３の操作部１３ｂに入力されて方向切換弁１３はｂ位置に切換わって、油圧ポンプ１１からの圧油は管路１１ａから管路１３ｃを介してパワーシリンダ５のヘツド側に流入する。これによりパワーシリンダ５を短縮させてアーム２に対するアームシリンダ３の押し力の作用点を下方へ移動してバケット刃先力を減少させることができる。
【００２７】
次に、刃先力モード選択器１７にてモード１〜５を選択できるようになっており、選択されたモードに対応してモード１は信号Ｍ１  ，モード２は信号Ｍ２，モード３は信号Ｍ３，モード４は信号Ｍ４，モード５は信号Ｍ５  を制御装置１６に入力している。このモード信号Ｍ１  〜Ｍ５  のうちの例えば信号Ｍ１  が制御装置１６に入力されたときは、制御装置１６は前記アームシリンダ３のストロークＬＡ信号およびパワーシリンダ５のストロークＬＰ信号にモード１の信号Ｍ１  を加算して、図に示すモード１のバケット刃先力ＦＥ  曲線となるように指令信号ｉ０，ｉ１  を前記方向切換弁１３に出力するようになっている。モード２〜５も同様に演算されて指令信号を出力するようになっている。
【００２８】
この第１実施例は、図６に示すように手動式の操作レバー１５Ａの操作によって、バイロット油圧源１５Ｂからのパイロット圧は操作手段１５からパイロット管路１５ａを介して方向切換弁１３の操作部１３ｂと接続している。またパイロット圧は操作手段１５からパイロット管路１５ｂを介して方向切換弁１３の操作部１３ａと接続している。このようになっており、操作レバー１５Ａを伸び側に操作するとパイロット圧はパイロット管路１５ｂから方向切換弁１３の操作部１３ａに入力し、方向切換弁１３をａ位置に切換わり、油圧ポンプ１１からの圧油は管路１１ａから管路１３ｄを介してパワーシリンダ５のボトム側に流入する。これによりパワーシリンダ５を伸長させてアーム２に対するアームシリンダ３の押し力の作用点を上方へ移動してバケット刃先力を増大させることができる。また、操作レバー１５Ａを縮み側に操作するとパイロット圧はパイロット管路１５ａから方向切換弁１３の操作部１３ｂに入力し、方向切換弁１３をｂ位置に切換わり、油圧ポンプ１１からの圧油は管路１１ａから管路１３ｃを介してパワーシリンダ５のヘッド側に流入する。これによりパワーシリンダ５を短縮させてアーム２に対するアームシリンダ３の押し力の作用点を下方へ移動してバケット刃先力を減少させることができる。
このように手動でもバケット刃先力ＦＥ  の増減が可能となっている。
【００２９】
図２は、アーム回転角θとバケット刃先力ＦＥ  との関係を示す図である。このバケット刃先力ＦＥ  はモード１〜モード５の５段階に設定可能となっている。
アーム回転角θは、モード１の最も大きく回転するθ１と、モード５はモード１に比して小さく回転するθ５の範囲を設定されている。モード２〜モード４のアーム回転角θは、モード１のアーム回転角θ１〜モード５のアーム回転角θ５の範囲の中にあり、図では省略している。
図に示すモード１のバケット刃先力ＦＥ１、モード５のバケット刃先力ＦＥ５であり、ＦＥ５−ＦＥ１が刃先力増加分ＦＥＡである。
図１に示すアーム２とバケット３８が実線で示す掘削開始時のアーム回転角θの最大を示す、この状態からアームを下方へ回転させて掘削作業を行う。アーム２とバケット３８が２点鎖線で示す状態がアーム回転角θが小さくなって掘削作業終了を示す。このアーム２とバケット３８が実線で示す掘削開始時のバケット刃先力ＦＥ  が図２に示すａ点である。アーム２とバケット３８が２点鎖線で示す掘削終了時のバケット刃先力ＦＥ  が図２に示すｂ点である。
このようにモード１からモード５の範囲で順次バケット刃先力ＦＥ  を変更が可能となっており、図６で説明した制御装置１６によりバケット刃先力ＦＥ  を変更する指令信号を方向切換弁１３に出力して、パワーシリンダ５を所定のストロークに制御が行われる。
【００３０】
更に、前記制御装置１６は、アーム回転角θに対応するバケット刃先力ＦＥ  の演算を下記のように行うことができる。
図８に示すアームシリンダ３のフルストロークＳＡ  を９等分、およびパワーシリンダ５のフルストロークＳＰ  を４等分した時のアーム回転角θに対応するバケット刃先力ＦＥ  を示す図である。
例えば、アームシリンダのフルストロークＳＡ  で、アームシリンダが１／９ストロークするのに必要なアームシリンダのストローク量ＬＡ  は、
ＬＡ  ＝１／９ＳＡ  である。
このときに、パワーシリンダのフルストロークＳＰ  で、パワーシリンダが１／４ストロークするのに必要なパワーシリンダのストローク量ＬＰ  は、
ＬＰ  ＝１／４ＳＰ  であり、このアームシリンダが１／９ストロークして、パワーシリンダが１／４ストロークしたときはＣ点のバケット刃先力ＦＥ  が得られる。このようにバケット刃先力ＦＥ  を任意に可変とすることができる。
【００３１】
次に、図９はバケット刃先力ＦＥ  とアーム回転角θとの関係における目標関数Ｍ，Ｎを設定した線図である。
図１０は、図９の目標関数Ｍ（Ｍ１  〜Ｍ１２），Ｎ（Ｎａ  〜Ｎｈ  ）を得るために、アームシリンダストロークＬＡ  とパワーシリンダストロークＬＰ  との関係において設定した関数ｍ１  〜ｍ１２，  ｎａ  〜ｎｈ  を示す線図である。
図９に示す目標関数Ｍを設定したときは、アームシリンダ３のフルストロークＳＡ  を９等分、およびパワーシリンダ５のフルストロークＳＰ  を４等分した時のアーム回転角θに対応するバケット刃先力ＦＥ  は、
例えば、アームシリンダのフルストロークＳＡ  で、アームシリンダが１／９ストロークするのに必要なアームシリンダのストローク量ＬＡ  は、
ＬＡ  ＝１／９ＳＡ  である。
このときに、パワーシリンダのフルストロークＳＰ  で、パワーシリンダが２／４ストロークするのに必要なパワーシリンダのストローク量ＬＰ  は、
ＬＰ  ＝２／４ＳＰ  であり、このアームシリンダが１／９ストロークして、パワーシリンダが２／４ストロークしたときはＭ３  点のバケット刃先力ＦＥ  が得られる。このようにバケット刃先力ＦＥ  を任意に可変とすることができる。
目標関数Ｎを設定したときに作動するアームシリンダストロークをＬＡ  ＝１／９ＳＡ  、作動するパワーシリンダストロークをＬＰ  ＝１／４ＳＰ  としたときはＮｂ  点でのバケット刃先力ＦＥ  が得られる。
このように両シリンダのストロークを変えることによりバケット刃先力ＦＥ  を任意に可変とすることができる。
【００３２】
図３，図４は、パワーシリンダと、パワーリンクの取付け位置を変更したものである。尚、図１と同一部品は同一符号を付して説明は省略している。
図３に示すパワーリンク４Ａは、３つの取付け孔を有し、パワーリンク４Ａの第１孔４ａはアーム２とピンで連結している。、第２孔４ｂはアームシリンダ３とピンで連結している。第３孔４ｃはパワーシリンダ５Ａとピンで連結している。このような構成によれば、パワーリンクに対するアームシリンダとパワーシリンダの連結部が別々のため、連結部の構造が簡素化される。
【００３３】
図４に示すアーム２Ａにパワーシリンダ５Ｂの取付孔２ａを設けている。この取付孔２ａはパワーシリンダ５Ｂのボトム側と連結している。
このような構成によれば、ブーム１とアーム２Ａとの連結部と離間した位置にパワーシリンダを連結するようにしたので、ブーム１とアーム２Ａとの連結部の構造が簡素化される。
【００３４】
次に、第１実施例の作動を説明する。
ここで、図１３で説明した通り、バケット刃先力ＦＥ，アームシリンダ推力Ｆ，アームシリンダ中心線とアーム回転中心との垂直距離Ｌ，アーム回転中心とバケット刃先との距離Ｒとしたときのバケット刃先力ＦＥ  は次のように表され、
ＦＥ  ＝  Ｆ×Ｌ／Ｒである。
このように、アームシリンダ推力Ｆとアーム回転中心とバケット刃先との距離Ｒを一定の関係にあるときはバケット刃先力ＦＥ  はアームシリンダ中心線とアーム回転中心との垂直距離Ｌによっ決定される。
したがって、図１に示すアームシリンダ推力Ｆとアーム回転中心とバケット刃先との距離Ｒを変えずにアームシリンダ中心線とアーム回転中心との垂直距離Ｘをパワーシリンダ５により変えることによりバケット刃先力ＦＥ  を可変とすることができる。
【００３５】
図１に示すように、油圧ショベルの作業機はブーム１、アーム２およびバケット３８、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３およびバケットシリンダ３９と前記アームシリンダ３の押し力の作用点を変更するパワーシリンダ５とからなっており、図１に示すようにアーム２と連結するバケット３８を固定状態にして、アームシリンダ３を伸長させることによりアーム２は下方へ回転する。このアーム２の下面とブーム１の下面とのなす角をアーム回転角θと言う。
図１に示すアーム２とバケット３８を実線で示す作業姿勢からバケット刃先力ＦＥ  により掘削を開始し、アーム２とバケット３８を２点鎖線で示す作業姿勢が掘削作業終了を示す。図２に、アーム回転角θの範囲の中で、実際に掘削が可能なアーム回転角θ１，θ５  を示している。このバケット刃先力ＦＥ  とアーム回転角θとの関係は、掘削に有効なアーム回転角が大きいθ１  の場合は、バケット刃先力ＦＥ  が比較的小さくθが増加するのに対応して徐々に大きくなり、バケット刃先力ＦＥ  の最大値を超えると徐々にバケット刃先力ＦＥ  が低下する。掘削に有効なアーム回転角θ５  が小さい場合は、バケット刃先力ＦＥ  が大きく刃先力ＦＥ  が最大値を超えてからの低下はアーム回転角θ１  の時に比して大きい。各種の土質等の作業条件によってアーム回転角θ１  とθ５  の範囲の中で選択することが必要となる。
【００３６】
この場合、図６に示すアームシリンダ３のストロークを第１検知手段３ｃで検知した信号ＬＡ  およびパワーシリンダ５のストロークを第２検知手段５ｃで検知した信号ＬＰ  を制御装置１６に入力し、アームシリンダ３のストロークＬＡ信号およびパワーシリンダ５のストロークＬＰ信号の入力に対応して、バケット刃先力ＦＥ  を増加又は減ずるように制御しており、バケット刃先力ＦＥ  を増加するときは信号ｉ０  を出力する。この信号ｉ０  がパワーシリンダ５用方向切換弁１３の操作部１３ａに入力されて方向切換弁１３はａ位置に切換わって、油圧ポンプ１１からの圧油は管路１１ａから管路１３ｄを介してパワーシリンダ５のボトム側に流入する。これによりパワーシリンダ５を伸長させてアーム２に対するアームシリンダ３の押し力の作用点を上方へ移動してバケット刃先力を増大させることができる。
バケット刃先力ＦＥ  を減少するときは信号ｉ１  を出力する。この信号ｉ１  がパワーシリンダ５用方向切換弁１３の操作部１３ｂに入力されて方向切換弁１３はｂ位置に切換わって、油圧ポンプ１１からの圧油は管路１１ａから管路１３ｃを介してパワーシリンダ５のヘツド側に流入する。これによりパワーシリンダ５を短縮させてアーム２に対するアームシリンダ３の押し力の作用点を下方へ移動してバケット刃先力ＦＥ  を減少させることができる。
このようにパワーシリンダ５の伸縮によりアーム２に対するアームシリンダ３の押し力の作用点を変えることによりバケット刃先力をＦＥ  を可変とすることができ。
【００３７】
また、この第１実施例は、刃先力モード選択器１７で選択されたモード１〜モード５のうちの選択されたモードに対応してモード１は信号ｍ１  ，モード２は信号ｍ２，モード３は信号ｍ３，モード４は信号ｍ４，モード５は信号ｍ５  を制御装置１６に入力している。このモード信号ｍ１  〜ｍ５  のうちの例えば信号ｍ１  が制御装置１６に入力されたときは、制御装置１６は前記アームシリンダ３のストロークＬＡ信号およびパワーシリンダ５のストロークＬＰ信号にモード１の信号ｍ１  を加算して、図に示すモード１のバケット刃先力ＦＥ  曲線となるように指令信号ｉ０，ｉ１  を前記方向切換弁１３に出力し、モード信号に対応してバケット刃先力ＦＥ  を可変とすることができる。
【００３８】
更に、第１実施例は、アームシリンダ３のフルストロークＳＡ  を９等分、およびパワーシリンダ５のフルストロークＳＰ  を４等分した時のアーム回転角θに対応するバケット刃先力ＦＥ  を可変とするようになっており、
例えば、アームシリンダのフルストロークＳＡ  で、アームシリンダが１／９ストロークするのに必要なアームシリンダのストローク量ＬＡ  は、
ＬＡ  ＝１／９ＳＡ  である。
このときに、パワーシリンダのフルストロークＳＰ  で、パワーシリンダが１／４ストロークするのに必要なパワーシリンダのストローク量ＬＰ  は、
ＬＰ  ＝１／４ＳＰ  であり、このアームシリンダが１／９ストロークして、パワーシリンダが１／４ストロークしたときはＣ点のバケット刃先力ＦＥ  が得られ、アームシリンダストロークＬＡ  とパワーシリンダストロークＬＰ  との関係を上記のように変えることによりバケット刃先力ＦＥ  を任意に可変とすることができる。
【００３９】
また、バケット刃先力ＦＥ  とアーム回転角θとの関係における目標関数Ｍ，Ｎを設定した場合においては、目標関数Ｍ（Ｍ１  〜Ｍ１２），Ｎ（Ｎａ  〜Ｎｈ  ）を得るために、アームシリンダストロークＬＡ  とパワーシリンダストロークＬＰ  との関係において設定した関数Ｍ１  〜Ｍ１２，  Ｎａ  〜Ｎｈ  を設定して、アームシリンダ３のフルストロークＳＡ  を９等分、およびパワーシリンダ５のフルストロークＳＰ  を４等分した時のアーム回転角θに対応するバケット刃先力ＦＥ  は、
例えば、アームシリンダのフルストロークＳＡ  で、アームシリンダが１／９ストロークするのに必要なアームシリンダのストローク量ＬＡ  は、
ＬＡ  ＝１／９ＳＡ  である。
このときに、パワーシリンダのフルストロークＳＰ  で、パワーシリンダが２／４ストロークするのに必要なパワーシリンダのストローク量ＬＰ  は、
ＬＰ  ＝２／４ＳＰ  であり、このアームシリンダが１／９ストロークして、パワーシリンダが２／４ストロークしたときはＭ３  点のバケット刃先力ＦＥ  が得られ、このようにバケット刃先力ＦＥ  を任意に可変とすることができる。
目標関数Ｎを設定したときは、作動するアームシリンダストロークをＬＡ  ＝１／９ＳＡ  、作動するパワーシリンダストロークをＬＰ  ＝１／４ＳＰ  としたときはＮｂ  点でのバケット刃先力ＦＥ  が得られるアームシリンダストロークＬＡ  とパワーシリンダストロークＬＰ  との関係を上記のように変えることによりバケット刃先力ＦＥ  を任意に可変とすることができる。
【００４０】
更に、制御装置等の電気回路が故障したときは、手動の操作レバー１５Ａからの信号によってパワーシリンダ用方向切換弁１３を切換えてパワーシリンダ５を伸縮してバケット刃先力ＦＥ  を増減することができるようになっている。
【００４１】
次に、本発明の油圧ショベルのバケット刃先力可変装置について図７のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、図６に示すバケット刃先力可変制御回路の制御について説明する。
Ｓ１においてアームシリンダストロークＬＡ，パワーシリンダストロークＬＰ  を検出する。次にＳ２においてパワーシリンダストローク目標値ＬＰ０は、アームシリンダストロークＬＡ  、制御装置１６に記憶されている所定関数ｆにより、
ＬＰ０＝ｆ（ＬＡ  ）を求める。
Ｓ３において偏差値γは、パワーシリンダストロークＬＰ  、パワーシリンダストローク目標値ＬＰ０によりγ＝ＬＰ  −ＬＰ０を求める。
Ｓ４において偏差値γは目標偏差値γ０  に対してγ≦γ０  か判定しており、このγがγ０  に対して小さいか又は同一のときはＳ１に戻り、γがγ０  に対して大きいときはＳ５に移り、Ｓ５においてγは設定値に対して大きいか判定しており、γが設定値より小さいときはＳ６に移り、Ｓ６においてバルブ（図６の方向切換弁１３を言う。）開口量Ｃ１  は偏差値γ、制御装置１６に記憶されている所定関数ｆ１  により、Ｃ１  ＝ｆ１  （γ）を求める。
Ｓ５においてγが設定値より大きいときはＳ７に移り、Ｓ７においてバルブ（図６の方向切換弁１３を言う。）開口量Ｃ２  は偏差値γ、制御装置１６に記憶されている所定関数ｆ２  により、Ｃ２  ＝ｆ２  （γ）を求める。
Ｓ６またはＳ７にてバルブ開口量Ｃ１  又はＣ２  が演算されて、Ｓ８に移り、Ｓ８においてバルブ制御量ＣＱ  は、バルブ開口量Ｃ１  又はＣ２  、制御装置１６に記憶されている所定関数ｆＡ  により、ＣＱ  ＝  ｆＡ  （Ｃ１  ）またはＣＱ  ＝  ｆＡ  （Ｃ２  ）を求める。この演算されたバルブ制御量ＣＱ  により、Ｓ９において方向切換弁１３に指令出力する。
このような、制御フローとなっており、前記アームシリンダストロークＬＡ  信号に、前記モード信号（ｍ１  〜ｍ５  ）を加算して、バルブ制御量ＣＱ  を求めるようにしても良い。
【００４２】
本発明に係る油圧ショベルの作業機刃先力可変装置の第２実施例を図１１を参照して説明する。
尚、図６と同一部品は同一符号を付して説明は省略する。
油圧ポンプ１０から吐出される圧油は管路１０ａから方向切換弁１２を介して管路１２ｃ，１２ｄを通ってアームシリンダ３に供給されている。
この方向切換弁１２とアームシリンダ３のボトム側と接続する管路１２ｄから分岐する管路１２ｅに油圧センサ１２ｆを設けている。この油圧センサ１２ｆで検知した圧力を電気信号に変換されて、この電気信号を制御装置１６に入力されている。尚、第１実施例の図６で説明したアームシリンダ３のストロークを検知する第１検知手段３ｃ、パワーシリンダ５のストロークを検知する第２検知手段５ｃおよび刃先力モード選択器１７からの信号を制御装置１６に入力されている。このアームシリンダ３のボトム側管路１２ｄで圧力を油圧センサ１２ｆ（以下、第３検知手段と言う。）にて検知した信号に応じて下記のようにパワーシリンダ５のストロークを制御する。
【００４３】
この第２実施例の作動を説明する。
アームシリンダ３のストロークを第１検知手段３ｃで検知して信号ＬＡ  およびパワーシリンダ５のストロークを第２検知手段５ｃで検知して信号ＬＰ  を制御装置１６に入力し、アームシリンダ３のストロークＬＡ信号およびパワーシリンダ５のストロークＬＰ信号の入力に対応して、バケット刃先力ＦＥ  を増加又は減ずるように制御している。このバケット刃先力ＦＥ  を増減中にアームシリンダ３のボトム側管路１２ｄに発生する圧力を第３検知手段１２ｆで検知して、この圧力が設定値以上となったときはバケット刃先力ＦＥ  を更に増加信号ｉ０  を出力する。この信号ｉ０  がパワーシリンダ５用方向切換弁１３の操作部１３ａに入力されて方向切換弁１３はａ位置に切換わって、油圧ポンプ１１からの圧油は管路１１ａから管路１３ｄを介してパワーシリンダ５のボトム側に流入する。これによりパワーシリンダ５を伸長させてアーム２に対するアームシリンダ３の押し力の作用点を上方へ移動してバケット刃先力を更に増大させることができる。
これとは逆に、第３検知手段１２ｆで検知した圧力が設定値以下のときはバケット刃先力ＦＥ  を低下させる信号ｉ１  を出力する。この信号ｉ１  がパワーシリンダ５用方向切換弁１３の操作部１３ｂに入力されて方向切換弁１３はｂ位置に切換わって、油圧ポンプ１１からの圧油は管路１１ａから管路１３ｃを介してパワーシリンダ５のヘツド側に流入する。これによりパワーシリンダ５を短縮させてアーム２に対するアームシリンダ３の押し力の作用点を下方へ移動してバケット刃先力を減少させることができる。
即ち、アームシリンダの負荷圧に見合ったバケット刃先力ＦＥ  得るように制御することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の油圧ショベルの刃先力可変装置によれば、アームシリンダのストロークを検知する第１検知手段とパワーシリンダのストロークを検知する第２検知手段で検知した信号を制御装置にて演算し、その演算結果に基づいてバケット刃先力ＦＥ  を増減することができるので各種の土質等の作業に適したバケット刃先力ＦＥ  が得られ作業性が向上する。
【００４５】
また、刃先力モード選択器で選択されたモード信号に対応してバケット刃先力ＦＥ  を可変とすることができるので、運転者は任意にバケット刃先力ＦＥ  を選択することができるので各種の土質等の作業性が向上する。
【００４６】
また、アームシリンダの負荷圧に見合ったバケット刃先力ＦＥ  得ることができるので各種の土や石混じりの地盤での掘削時の作業性が向上する。
【００４７】
そして、制御装置等の電気回路が故障したときは、手動の操作レバーからの信号によってパワーシリンダ用方向切換弁を切換えてパワーシリンダを伸縮してバケット刃先力ＦＥ  を増減することができるので安全性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の油圧ショベルの側面図である。
【図２】同、バケット刃先力とアーム回転角との関係を示す図である。
【図３】同、パワーリンクとパワーシリンダの取付に関する他の説明図である。
【図４】同、パワーシリンダの取付に関する他の説明図である。
【図５】同、作業機の側面図である。
【図６】同、第１実施例の制御回路図である。
【図７】同、第１実施例の制御フローチャートである。
【図８】同、バケット刃先力とアーム回転角との関係を示す他の１例説明図である。
【図９】同、バケット刃先力とアーム回転角との関係を示す他の２例説明図である。
【図１０】同、パワーシリンダストロークとアームシリンダストロークとの関係を示す図である。
【図１１】同、第２実施例の制御回路図である。
【図１２】従来の油圧ショベルの側面図である。
【図１３】従来の油圧ショベルの作業機の説明図である。
【図１４】従来のバケット刃先力とアーム回転角との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  ブーム
２，２Ａ  アーム
３  アームシリンダ
４，４Ａ  パワーリンク
５，５Ａ，５Ｂ  パワーシリンダ
３ｃ  第１検知手段
５ｃ  第２検知手段
１０、１１  油圧ポンプ
１２  第１方向切換弁
１３  第２方向切換弁
１４  アームシリンダ用操作手段
１４Ａ  アームシリンダ用操作レバー
１５  パワーシリンダ用操作手段
１５Ａ  パワーシリンダ用操作レバー
１４Ｂ、１５Ｂ  パイロット用油圧源
１６  制御装置
１７  刃先力モード選択器
２０  油圧ショベル
３８  バケット
３９  バケットシリンダ
【図１】
0003594148.tif 000002
【図２】
0003594148.tif 000003
【図３】
0003594148.tif 000004
【図４】
0003594148.tif 000005
【図５】
0003594148.tif 000006
【図６】
0003594148.tif 000007
【図７】
0003594148.tif 000008
【図８】
0003594148.tif 000009
【図９】
0003594148.tif 000010
【図１０】
0003594148.tif 000011
【図１１】
0003594148.tif 000012
【図１２】
0003594148.tif 000013
【図１３】
0003594148.tif 000014
【図１４】
0003594148.tif 000015