(57)【要約】【課題】組立時の労力、時間を減少させ、能率よく組立作業を行うことが可能な作業機の作動速度制御装置を提供する。【解決手段】油圧アクチュエータの作動速度を設定するスイッチ３７等の作動速度モード設定手段を備える。また、スイッチ３７等の作動速度モード設定手段の操作により、電気レバー３６の操作量に対応する指令電流値Ｉの比例定数又は最大値を変更する操作信号変更手段３９を備える。組立や部品交換の際にはスイッチ３７等の作動速度モード設定手段を操作して電気レバー３６の操作量に対応する指令電流値Ｉの比例定数又は最大値を小さくし、繊細な操作を要することなく油圧アクチュエータを微速で作動させることを可能とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定周波数の電源で駆動される交流電動モータと、
前記電動モータにより駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから吐出される作動油によって作動する油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータに流れる作動油量を制御するコントロール弁と、
前記コントロール弁の操作圧を調整する比例電磁弁と、
前記油圧アクチュエータを操作するために設けられ、出力値として電気信号を出力する電気レバーと、
前記電気レバーの操作量に応じた指令電流値を前記比例電磁弁のソレノイドに流すコントローラとを備えた作業機の作動速度制御装置において、
前記油圧アクチュエータの作動速度を設定する作動速度モード設定手段と、
前記作動速度モード設定手段の操作により、前記電気レバーの操作量に対応する前記指令電流値の比例定数又は最大値を変更する操作信号変更手段とを備えたことを特徴とする作業機の作動速度制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の作業機の作動速度制御装置において、
前記作動モード設定手段がスイッチ又は接続、分離が可能なコネクタであることを特徴とする作業機の作動速度制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の作業機の作動速度制御装置において、
前記作動速度モード設定手段が、前記操作レバーの操作量と、前記指令電流値との関係を連続的に調整可能な可変抵抗であることを特徴とする作業機の作動速度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力源として電動モータを用いた油圧ショベル等の作業機において、組立等の整備時に油圧アクチュエータの速度制御を好適に行うことが可能な作業機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、掘削に用いられる油圧ショベル等の作業機においては、操作レバーの操作量に応じてコントロール弁のスプールを動かし、もってコントロール弁の流路の開口面積を変化させることによりレバー操作量に応じた作動速度を得ている。
【０００３】
また、特許文献１に記載の作業機は、レバー操作量に応じて油圧ポンプの吐出量を変更することにより作業内容に合わせたアクチュエータ作動速度を実現している。また、作業機においては一般的に原動機としてエンジンを用いており、特許文献２に記載のように、操作レバーの操作量に応じてエンジン回転速度を変更する制御が行なわれる。このようにエンジンの回転数を制御するものにおいては、エンジンの回転速度を低下させると、油圧ポンプの回転数も下がり、吐出量も減るため、車体組立時やアクチュエータ等の部品交換時等、アクチュエータを非常に低速で操作したい場合においては、低いエンジン回転速度で作業することが多い。
【０００４】
このような作業機において、操作装置としては、操作信号としてパイロット油圧を発生させる操作レバー以外に、電気信号を操作量として発生する電気レバーがある。電気レバーの場合、油圧アクチュエータの速度は、電気レバーの出力である操作量に比例した電気的な操作信号に応じた速度となる。すなわち、電気レバーから出力された電気的な操作信号がコントローラへ入力され、コントローラは操作量に比例した電気的操作信号（電流）を比例電磁弁のソレノイドへ出力する。比例電磁弁においては、ソレノイドへの電流に応じた面積の流路開口を形成し、コントロール弁の操作室にその流路開口面積に応じたパイロット圧が加わり、コントロール弁においてはそのパイロット圧に応じた流量の作動油を油圧アクチュエータに供給する。
【０００５】
このように電気レバーを操作レバーとして用いた作業機において、電気レバーの操作量に対するアクチュエータの速度を調整する手段として、特許文献３には、旋回用電気レバーの出力回路において、操作を行なう左右の旋回速度のバランスをとるための電気油圧回路が開示されている。この電気油圧回路は、旋回用コントロール弁の２つの操作室にそれぞれ接続される比例電磁弁を備えると共に、コントローラから各比例電磁弁に操作電流が加えられる構成を有する。そして各比例電磁弁のソレノイドに対してそれぞれ並列に接続、分離可能な調整用抵抗を備える。そして、２つの比例電磁弁のソレノイドに対し、並列接続される調整用抵抗の抵抗値を増減して２つの比例電磁弁のソレノイドに対するコントローラからの電流を調整し、もって左方向、右方向の旋回速度が同じになるように調整するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２−１２５０３２号公報
【特許文献２】特開２００６−８３８２９号公報
【特許文献３】実開平６−１２５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の作業機として、油圧ポンプを駆動する動力源として、エンジンではなく、一定周波数の電源で駆動される交流電動モータを動力源として用いた作業機がある。このような作業機は、例えば鉱石の露天掘り等を行なう大型油圧ショベルであって、発電所から送電される例えば６．６ｋＶの交流電源からそのままケーブルにより作業機の電動モータに引線し、電動モータをこの電源で駆動するものである。
【０００８】
このような大型油圧ショベルは、組立てた状態では重量およびサイズの点で輸送制限オーバーとなるので、フロントについてはブーム、アーム、バケットに分解して輸送し、作業現場において組立てる。この組立はクレーンを用いて行ない、フロントの組付けの際にはクレーンでブームを吊り、すでに組立てられた上部旋回体に組付ける。そしてこのブームにブームシリンダを連結する際には、整備員がブームシリンダの一端を上部旋回体にピン連結した後、ブームシリンダの操作レバーを操作してブームシリンダの伸長度合を調整しながらブーム側のピン孔にブームシリンダ先端のピン孔の位置を合わせ、ピン孔の位置が一致したところでピンによりブームシリンダをブームに連結する。また、ブームに対するアームの連結も、ブームシリンダの伸長度合や上部旋回体の旋回を整備員が調整しながらブームのピン孔をアームのピン孔に位置合わせし、ピン連結を行なう。さらにアームへのアームシリンダの連結、バケットに対するバケットシリンダの連結も、同様にアームシリンダやバケットシリンダの伸長度合を調整してピン孔の位置合わせを行なう。
【０００９】
ところが、一定周波数の電源で駆動される交流電動モータを原動機として用いた作業機の場合、電動モータのみならず油圧ポンプも一定の回転速度で駆動される。このため、もっぱら電気レバーの操作量の調整のみで油圧シリンダ等の油圧アクチュエータの作動速度制御を行なうことになる。このような電気レバーの操作信号に対するコントロール弁における作動油の流量は、現場での掘削等の作業における能率を考慮した油圧アクチュエータの動作速度を基準に設定される。
【００１０】
しかしながら、前記油圧ショベルの組立の際に、前記ブームシリンダ、アームシリンダおよびバケットシリンダ等の伸長度合調整によりピン孔の位置合わせを行なう場合、極めて微細な位置調整を行なう必要がある。このため、低速での油圧シリンダの伸縮動作を行なわせる必要がある。しかしこのような低速での伸縮動作には、非常に繊細にレバーを動かすことが要求され、整備員に高度の熟練が要求されると共に、多大の労力と時間を要するという問題点があった。
【００１１】
この問題点を解決するため、電動モータの電源として周波数が変更できる電源装置を用い、周波数制御により電動モータの回転速度を変更可能とし、組立等の際には電動モータを低速で運転し、もって油圧ポンプ流量を減少させることによってアクチュエータの速度を低速にすることを可能にすることも考えられる。しかしながら、前述のように露天掘りなどで用いられる交流電動モータを原動機とする油圧ショベルの場合、現場で発電所から供給されている電源は例えば６．６ｋVと高電圧である。このため、電流の周波数制御を行なって電動モータの回転制御を行うには、電源電圧を低下させて大電流用の半導体装置を用いる必要があり、装置が高価かつ大型になり、現実的ではない。
【００１２】
これに対して、前記特許文献３に記載のように比例電磁弁のソレノイドに並列接続可能な調整用抵抗を設けることが考えられる。しかしながらこのような調整用抵抗を挿入した構成では比例電磁弁のソレノイドに入力される電流値（すなわちコントローラの出力電流から調整用抵抗に分流させた電流を差し引いた電流値）をコントローラで直接観測することができず、この電流値を組立に適するアクチュエータの速度（低速）に設定するには試行錯誤が必要で手間がかかる。また、調整用抵抗を付加して組立に適するように速度設定したのち、不具合発生の際には、調整用抵抗か比例電磁弁のいずれかが原因であるかの調査も必要となり、比例電磁弁の交換等の修理時の手間も増えることになる。
【００１３】
本発明は、上記問題点に鑑み、組立時の労力、時間を減少させ、能率よく組立や部品交換作業を行うことが可能な作業機の作動速度制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１の作業機の作動速度制御装置は、
一定周波数の電源で駆動される交流電動モータと、
前記電動モータにより駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから吐出される作動油によって作動する油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータに流れる作動油量を制御するコントロール弁と、
前記コントロール弁の操作圧を調整する比例電磁弁と、
前記油圧アクチュエータを操作するために設けられ、出力値として電気信号を出力する電気レバーと、
前記電気レバーの操作量に応じた指令電流値を前記比例電磁弁のソレノイドに流すコントローラとを備えた作業機の作動速度制御装置において、
前記油圧アクチュエータの作動速度モードを設定する作動速度モード設定手段と、
前記作動速度モード設定手段の操作により、前記電気レバーの操作量に対応する前記指令電流値の比例定数又は最大値を変更する操作信号変更手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２の作業機の作動速度制御装置は、請求項１に記載の作業機の作動速度制御装置において、
前記作動速度モード設定手段がスイッチ又は接続、分離が可能なコネクタであることを特徴とする。
【００１６】
請求項３の作業機の作動速度制御装置は、請求項１に記載の作業機の作動速度制御装置において、
前記作動速度モード設定手段が、前記操作レバーの操作量と、前記指令電流値との関係を連続的に調整可能な可変抵抗であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、作業機の組立や部品交換の際には、作動速度モード設定手段により低速モードに設定することにより、操作レバーの操作量に対応する前記指令電流値の比例定数又は最大値を低い値に変更する。これにより、レバーの操作量に対する油圧アクチュエータの速度の割合を低下させるか、あるいは最大速度を低速とすることが可能となる。これにより、微細なレバー操作が不要となり、組立や部品交換の際に要求されるピン孔の位置合わせ等が容易になる。このため、整備員は労力少なく、従来より短時間で作業機の組立や部品交換が可能となる。
【００１８】
また、本発明においては、比例電磁弁のソレノイドに供給する指令電流値そのものを低減可能としたので、この指令電流値そのものを例えばモニタに表示して監視することにより、指令電流値と油圧アクチュエータの速度とを対比しながら、対応関係を確認することができる。このため、比例電磁弁の系統に不具合が生じた場合、前記指令電流値を監視しながら比例電磁弁の作動状況を監視すれば、コントローラを含む指令系統の不具合かまたは比例電磁弁そのものの不具合かを迅速に判定することができ、整備作業が容易となる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、スイッチのオンオフまたはコネクタの接続、分離により作業モードが設定できるため、比較的容易に作業速度モードの切換えが可能となる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、可変抵抗により作動速度モード設定手段を構成したので、操作レバーの操作量に対応する比例電磁弁に対する指令電流値の比例定数又は最大値を連続的に変更することができる。このため、実機によって異なる特性や整備員の個性に合わせた好適な速度で油圧アクチュエータの速度を調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明が適用される作業機の一例を示す側面図である。
【図２】本発明による作業機の作動速度制御装置の一実施の形態を示す電気油圧回路図である。
【図３】図２の作業機の作動速度制御装置の具体例を示す機能ブロック図である。
【図４】図３の作業機の作動速度制御装置の作用を説明するグラフである。
【図５】本発明の他の実施の形態を示す機能ブロック図である。
【図６】図５の作業機の作動速度制御装置の作用を説明するグラフである。
【図７】本発明のさらに他の実施の形態を示す機能ブロック図である。
【図８】本発明のさらに他の実施の形態を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は本発明を適用する作業機の一例である油圧ショベルを示す側面図である。１は下部走行体であり、この下部走行体１は、トラックフレームを構成する左右のサイドフレーム２の後部に油圧モータでなる走行モータ（図示せず）により駆動される駆動輪３を取付け、サイドフレーム２の前部に従動輪４を取付け、これらの駆動輪３、従動輪４に履帯５を掛け回して構成される。
【００２３】
６は下部走行体１上に旋回装置７を介して設置された上部旋回体である。旋回装置７は油圧モータでなる旋回モータ（図示せず）を有する。上部旋回体６には運転室９や、図２の電気油圧回路に示す電動モータ２０、油圧ポンプ２２、パイロット油圧ポンプ２３、油タンク２４を含むパワーユニット１０等が搭載される。
【００２４】
１１は上部旋回体６に取付けられた作業装置である。この作業装置１１は、上部旋回体６に油圧シリンダでなるブームシリンダ１２により起伏可能に取付けられるブーム１３と、このブーム１３の先端に油圧シリンダでなるアームシリンダ１４により上下方向に回動可能に取付けられるアーム１５と、このアーム１５の先端に油圧シリンダでなるバケットシリンダ１６により回動可能に取付けられるローダバケット１７とを備える。１８はパワーユニット１０の原動機となる交流電動モータ２０に電源を供給するケーブルである。このケーブル１８により例えば６．６ｋVの交流電源が電動モータ２０に供給される。
【００２５】
図２において、２１は前記電動モータ２０および油圧ポンプ２２、パイロット油圧ポンプ２３および油タンク２４等を含む油圧回路である。２５，２６はそれぞれこれらの油圧ポンプ２２，２３の吐出油圧の最高圧を設定するリリーフ弁である。１２は前述のブームシリンダであり、油圧アクチュエータの一例として示された油圧シリンダである。２７はこのブームシリンダ１２のコントロール弁、２８，２９はこのコントロール弁２７のパイロット弁である比例電磁弁である。
【００２６】
比例電磁弁２８，２９は各ソレノイド２８ａ，２９ａへの電流に応じた流路開口面積を形成し、もってパイロット油圧ポンプ２３からそれぞれコントロール弁２７の操作室２７ａ，２７ｂに供給されるパイロット圧油の油圧を制御することにより、コントロール弁２７の切換え制御を行なうと共に、ブームシリンダ１２への油圧ポンプ２２からの作動油の流量を制御し、もってブームシリンダ１２の作動方向、作動速度を制御するものである。
【００２７】
３０，３１はブームシリンダ１２とコントロール弁２７との間の油圧管路、３２，３３はこれらの油圧管路３０，３１と油タンク２４との間に設けられたリリーフ弁である。これらのリリーフ弁３２，３３は油圧管路３０，３１における油圧が過大となることを防止するものである。
【００２８】
３５は作業機のコントローラであり、図示例のように、比例電磁弁２８，２９のソレノイド２８ａ，２９ａへ電流を供給することによりコントロール弁２７を切換え制御し、もってブームシリンダ１２等の各種油圧アクチュエータの制御を行なうものである。３６はブームシリンダ１２を操作する電気レバーであり、操作量に応じた操作用電気信号（電圧）をコントローラ３５に出力するものである。３７は本発明により付加したスイッチであり、このスイッチ３７は、コントローラ３５に対する電気信号をオンオフするものであって、油圧アクチュエータの作動速度モードを設定するものである。なお、コントローラ３５は、ブームシリンダ１２、アームシリンダ１４、バケットシリンダ１６、旋回モータ、走行モータ等の各油圧アクチュエータの負荷信号（圧力信号）を参照し、油圧ポンプ２２，２３のトータルの出力馬力（＝吐出流量×吐出圧）が電動モータ２０の最大出力馬力を超えないように吐出量制御を行なう。したがって組立、分解時等のように負荷が小さい場合には、油圧ポンプ２２の吐出量は大となる。
【００２９】
図３はコントローラ３５における比例電磁弁２８，２９の制御を行なう部分の構成例を示す機能ブロック図であり、３８〜４０がコントローラ３５に含まれる部分である。係数発生手段３８は、スイッチ３７がオン（閉）となるか否かにより、電気レバー３６の操作量に相当する電気信号（電圧Ｖ）に乗じる係数を変えるものである。すなわち作業機本来の作業速度モードである標準モードの際にはスイッチ３７をオフとしておき、係数ａは例えば１とする。反対にスイッチ３７をオンとする低速モードの際には係数より小さい係数ｂに切換える。操作信号変更手段３９は、操作量に相当する電気信号（電圧Ｖ）に係数発生手段３８により発生させた係数ａまたはｂを乗じた値に相当するａＶまたはｂＶを発生させるものである。駆動回路４０はこのａＶまたはｂＶにほぼ比例する指令電流Ｉを比例電磁弁２８，２９のソレノイド２８ａ，２９ａに流すものである。
【００３０】
図４は電気レバー３６の操作量に相当する信号（電圧Ｖ）と指令電流値Ｉとの関係を示すグラフである。図４において、横軸で表されるレバー操作量は右側が比例電磁弁２８への操作量（＋Ｖ）を示し、左側が比例電磁弁２９への操作量（−Ｖ）を示す。また、指令電流値Ｉは上側が比例電磁弁２８のソレノイド２８ａへの電流（＋Ｉ）を示し、下側が比例電磁弁２９のソレノイド２９ａへの電流（−Ｉ）を示す。また、線４１は、作業機が本来の作業状態の際の標準モードであって、スイッチ３７がオフ状態とされ、係数発生手段３８が係数ａを発生している場合のＶ−Ｉ関係を示す。この係数ａによるＶ−Ｉ関係は従来の作業機で設定されている関係である。線４２は本発明により付加されたＶ−Ｉ関係であり、組立や部品交換等における低速モードであり、スイッチ３７がオンとされ、係数発生手段３８が係数ｂを発生している場合のＶ−Ｉ関係である。
【００３１】
図４から分かるように、組立時や部品交換等における低速モードの際には、スイッチ３７をオンとしておくことにより、レバー操作量（Ｖ）に対する指令電流値（Ｉ）の比例定数が小さくなるので、比例電磁弁２８，２９における電気レバー３６の操作量に対する比例電磁弁２８，２９のスプールの移動量は小さくなる。すなわち、比例電磁弁２８，２９のスプールの移動量、すなわち比例電磁弁２８，２９の流路開口面積が狭い状態で微細な調整が容易に行なえる。すなわちパイロット油圧ポンプ２３から比例電磁弁２８，２９を介してコントロール弁２７の操作室２７ａ、２７ｂに加えられるパイロット圧を低圧とした状態、すなわちコントロール弁２７の流路面積が狭い少ない作動油流量状態でブームシリンダ１２の伸長度合を低速で微細に調整可能となる。
【００３２】
このように、ブームシリンダ１２の低速での微細な伸縮が可能となるので、組立時や部品交換を行なう際に、例えばブームシリンダ１２の先端のピン孔とブーム１３のピン孔の位置合わせや、ブーム１３とアーム１５とのピン孔の位置合わせが容易となり、迅速な組立や部品交換が可能となる。アーム１５やバケット１６との組み合わせ等についても同様に容易、迅速な組立や部品交換が可能となる。なお、この実施の形態において、前記係数ｂ，ａの比（ｂ／ａ）は好ましくは０．２〜０．５程度に設定することが好ましい。
【００３３】
図５は本発明の他の実施の形態を示す機能ブロック図である。この実施の形態は、スイッチ３７がオンとなると、操作信号変更手段４３は操作量に相当する電気信号（電圧Ｖ）の最大値±Ｖｍａｘを通常の最大値より低く設定するようにしたものである。
【００３４】
図６はこのように操作信号変更手段４３による制御を示すグラフである。この実施の形態においては、電気レバー３６の操作量が大きくなっても、その操作量に相当する電圧が±Ｖｍａｘに低く制限されるため、指令電流値Ｉも線４４で示すように低い値±Ｉｍａｘに制限される。このため、組立等の際に、電気レバー３６に細心の注意をはらって操作しなくても、コントロール弁２７における作動油流量が少ない状態に維持されるので、ブームシリンダ１２の低速での微細な伸縮が可能となり、前記実施の形態と同様の効果が得られる。なおここで、低速モードでの最大電流値±Ｉｍａｘは標準モードの最大値（１００％）の１０〜３０％とすることが好ましい。
【００３５】
図７は本発明の他の実施の形態であり、この実施の形態は、図３のスイッチ３７の代わりにコネクタ４５を用いたものである。このコネクタ４５は、作業機本来の作業時には分離しておき、組立時や部品交換時等においては接続する。このようなコネクタ４５や前記スイッチ３７を用いれば、コネクタ４５の接続、分離またはスイッチ３７のオンオフにより作業速度が設定できるため、比較的容易に作業速度の切換えが可能となる。
【００３６】
なお、図７の図示例においては操作信号変更手段３９はレバー操作量に相当する電圧Ｖに乗ずる係数ａ，ｂ（ａ＜ｂ）をコネクタ４５の接続、分離によって変更している（通常作業時にはａＶとし、組立時にはｂＶとする。）が、この代わりに、図６で示したように、コネクタ４５を接続した低速モードの状態においては、±Ｖｍａｘを低い値に設定し、これにより低速モードの際の最大電流値±Ｉｍａｘを低い値に制限するようにしてもよい。
【００３７】
図８は本発明の他の実施の形態をさらに示す機能ブロック図である。この実施の形態においては、作動速度モード設定手段として可変抵抗４６を用い、係数発生手段４７その出力電圧に応じて係数α（α≦１）を増減し、操作信号変更手段４８は、前記レバー操作量に相当する電圧Ｖに係数αを乗算し、出力としてαＶを得るようにしたものである。
【００３８】
この実施の形態によれば、可変抵抗４６を調整することにより、駆動回路４０において、ソレノイド２８ａ，２９ｂへの指令電流値Ｉのレバー操作量に対する比例定数を連続的に変更することができる。このため、実機によって異なる特性や整備員の個性に合わせた好適な速度でブームシリンダ１２の速度を調整することが可能となる。
【００３９】
以上本発明を実施の形態により説明したが、本発明を実施する場合、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態以外の種々の変更、付加が可能である。例えば、比例電磁弁２８，２９とコントロール弁２７との間に油圧操作式のパイロット弁を介在させることにより、比例電磁弁２８，２９を小型化し、ソレノイド２８ａ，２９ａに対する指令電流値Ｉが小さい値ですむように構成することができる。また、本発明は、前述した高圧の電源で駆動される電動モータではなく、一定周波数の電源で駆動される交流電動モータを原動機とする他の作業機に用いることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１：下部走行体、２：サイドフレーム、３：駆動輪、４：従動輪、５：履帯、６：上部旋回体、７：旋回装置、９：運転室、１０：パワーユニット、１１：作業装置、１２：ブームシリンダ、１３：ブーム、１４：アームシリンダ、１５：アーム、１６：バケットシリンダ、１７：ローダバケット、１８：電源ケーブル、２０：電動モータ、２２：油圧ポンプ、２３：パイロット油圧ポンプ、２４：油タンク、２５，２６：リリーフ弁、２７：コントロール弁、２８，２９：比例電磁弁、３５：コントローラ、３６：電気レバー、３７：スイッチ、４５：コネクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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