JPH0624444Y2 - ブーム型作業機の制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、バックホー等のブーム型作業機の制御装置に
関するものである。

（従来の技術） 先端に作業具を有するブームを車体に縦軸廻りに揺動自
在に設け、作業時にブームを縦軸廻りに揺動させなが
ら、作業具により所定の作業を行うブーム型作業機に
は、例えばバックホー等がある。

バックホーは、車体に装着された機枠に、揺動シリンダ
の伸縮により縦軸廻りに揺動自在に揺動枠を備え、この
揺動枠に、ブームシリンダの伸縮により縦軸廻りに上下
動自在にブームを備え、このブームの先端にアームを介
してバケットを屈折自在に枢着し、揺動シリンダ、ブー
ムシリンダ、アームシリンダ及びバケットシリンダを、
操作レバーに連動する制御弁により伸縮制御するように
なっている。

（考案が解決しようとする課題） この種のバックホーで溝掘作業を行う場合、バケットに
土砂を掬い込んだ後、揺動枠と共にブームを側方の排土
位置まで揺動させて排土する必要がある。従って、掘削
作業中は、ブームを掘削位置と排土位置との間で繰返し
揺動させなければならず、従来の操作レバーによる人為
的操縦では運転が非常に煩雑であり、熟練度を要する欠
点があった。

特に掘削すべき溝幅が狭い場合には、排土後にブームを
掘削位置に停止させる際の停止精度が要求されるが、常
に目的の停止位置、即ち掘削位置に確実に停止させるこ
とは困難である。そのため、従来ではブームを目的の停
止位置の近傍で一旦停止させた後、そのオーバーラン位
置又はアンダーラン位置より、再度、揺動シリンダを微
動させながらブームを最終目的の停止位置まで揺動させ
る方法を採ることが度々あった。

また掘削位置にブームを戻す場合には、次の掘削姿勢に
移るべくアーム、バケットを制御する必要があるので、
ブームの停止位置の制御にのみ専念できない欠点があっ
た。

本考案は、前述のような従来の問題点に鑑み、作業開始
時にブームを停止させるべき目標位置を設定しておけ
ば、作業時に必ずその目標位置にブームを自動的に停止
させ得ると共に、ブームが目標位置まで揺動して停止す
る際に、ブームが目標位置に近づくに伴って揺動速度が
徐々に低下し、ブームを目標位置にスムーズに停止させ
得る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） 本考案は、そのための手段として、先端に作業具18を有
するブーム16を車体１に縦軸14廻りに揺動自在に設け、
このブーム16を揺動制御する制御弁60を備えたブーム型
作業機の制御装置において、ブーム16が揺動を停止すべ
き目標位置を設定する設定手段89と、ブーム16の揺動位
置を検出する位置検出手段24と、設定手段89からの設定
信号と位置検出手段24からの検出信号との偏差を求める
偏差手段90と、偏差手段90からの偏差信号の大小により
ブーム16の動作方向を判別する判別手段115と、偏差信
号をパルス幅変調するパルス幅変調手段96と、このパル
ス幅変調手段96からのパルス信号により、判別手段115
で判別されたブーム16の動作方向に制御弁60を前記偏差
信号と比例して駆動する駆動手段とを備えたものであ
る。

（作用） 排土後、ブーム16を左右中央の掘削位置に戻す場合に
は、設定手段89によりその目標位置を予め設定しておけ
ば、手動・自動切換スイッチ92を押すだけで、ブーム16
が目標位置に自動的に停止する。

位置検出手段24が揺動枠15の現在位置を検出し、可変抵
抗91から検出信号が偏差手段90に入力しているので、偏
差手段90が設定手段89からの設定信号と位置検出手段24
からの検出信号との偏差を求め、その偏差信号を切換ス
イッチ92を介して判別手段115及びパルス幅変調手段96
に送る。すると、判別手段115が左揺動指令と判別して
左揺動信号を出力し、アナログスイッチ105がオンす
る。一方、パルス幅変調手段96が偏差信号をパルス幅変
調するので、アナログスイッチ105、駆動手段111を介し
て電磁制御弁60の左ソレノイド61が励磁する。そのため
電磁制御弁60は偏差信号に比例した開度で右揺動側に切
換わり、揺動シリンダ22,23の伸縮動作によって揺動枠1
5、ブーム16が縦軸14廻りに目標位置へと揺動する。こ
の場合、目標位置に接近するに従って偏差信号が小さく
なるので、徐々に速度で低下して行く。そして、目標位
置まで達すると、偏差信号が零になるので、電磁制御弁
60が中立に戻り、揺動枠15、ブーム16は目標位置にスム
ーズに停止する。

（実施例） 図面は、トラクタの前後にフロントローダとバックホー
とを装着した場合の実施例を例示する。

第２図において、１はトラクタ車体、２は前輪、３は後
輪である。４はハンドル、５は運転席である。

６はトラクタ車体１の前部に装着されたフロントローダ
であって、トラクタ車体１の左右両側に取付けられたマ
スト７と、このマスト７の上端に上下動自在に枢着され
たブーム８と、ブーム８を昇降させるためのブームシリ
ンダ９と、ブーム８の先端に回動自在に枢着されたバケ
ット10と、バケット10を回動させるためのバケットシリ
ンダ11とを有する。

12はトラクタ車体１の後端部に装着されたバックホーで
あって、トラクタ車体１に取付けられた機枠13と、機枠
13に縦軸14廻りに旋回自在に枢着された揺動枠15と、揺
動枠15に横軸廻りに上下動自在に枢着されたブーム16
と、ブーム16の先端に屈折自在に枢着されたアーム17
と、アーム17の先端に回動自在に枢着されたバケット18
と、揺動枠15上に設けられたコントロールボックス19及
び運転席20とを有する。

揺動枠15は第４図に示すように機枠13から後方に突出す
る上下一対のブラケット21に縦軸14を介して支持され、
また下部のブラケット21近傍で機枠13と揺動枠15との間
に介装された左右一対の揺動シリンダ22,23により揺動
操作される。揺動枠15には、これの揺動位置を検出する
ための位置検出手段24が取付けられている。位置検出手
段24は、揺動枠15の揺動位置によって検出信号が連続的
に変化するように可変抵抗91を備えて成る。

ブーム16はブームシリンダ25により上下動自在に、アー
ム17はアームシリンダ26により屈折自在に、バケット18
はバケットシリンダ27により回動自在に夫々操作され
る。

機枠13の左右両側には、第３図に示すようにアウトリガ
ー28,29が装着されている。アウトリガー28,29は油圧シ
リンダ型であって、シリンダ本体30,31側が機枠13に上
下方向に装着され、またピストンロッド32,33の下端に
接地板34,35が取付けられている。アウトリガー28,29に
はその接地板34,35の上下動に連動しかつ接地板34,35の
沈下量を検出するように沈下量検出手段36,37が設けら
れている。沈下量検出手段36,37は、シリンダ本体30,31
に取付けられた筒状のセンサ本体38,39と、このセンサ
本体38,39に上下摺動自在に挿入されたロッド40,41と、
ロッド40,41の下端に設けられた感知板42a,43aとを有
し、センサ本体38,39に対するロッド40,41の相対摺動に
より、センサ本体38,39内に組込まれた可変抵抗42,43の
値が変化するようになっている。感知板42,43は接地板3
4,35に対して上方から係合すると共に、接地板34,35の
沈下時に地面に接地するようになっている。

コントロールボックス19の上面側には、第５図に示すよ
うに直交する二軸廻りに前後及び左右方向に揺動自在な
２本の操作レバー44,45と、前後方向に揺動自在な２本
の操作レバー46,47とが設けられている。操作レバー44
は左右に操作した時に揺動枠15が左右に揺動し、前後に
操作した時にアーム17が屈伸するようになっている。操
作レバー45は左右に操作した時にバケット18がスクイ・
ダンプ動作し、前後に操作した時にブーム16が上下動す
るようになっている。操作レバー46,47はアウトリガー2
8,29用であって、前後に操作した時に可変抵抗48,49の
値が変化するようになっている。

第６図は油圧回路を示し、118は油圧ポンプで、トラク
タ車体１に搭載のエンジンにより駆動される。119は流
量優先弁で、50はハンドル４に連動するステアリング弁
で、ステアリングシリンダ51を介して前輪２のステアリ
ング動作を司るようになっている。52はフロントローダ
６側のブーム制御弁、53はフロントローダ６側のバケッ
ト制御弁であり、これら制御弁52,53の手動操作により
ブームシリンダ９及びバケットシリンダ11を制御するよ
うになっている。

54,55はアウトリガー28,29を制御する流量比例型の電磁
制御弁で、上昇ソレノイド56,57及び下降ソレノイド58,
59を有する。60は揺動シリンダ22,23を制御する流量比
例型の電磁制御弁で、左ソレノイド61及び右ソレノイド
62を有する。63はバックホー12のブームシリンダ25を制
御するブーム制御弁であって、操作レバー45の前後操作
に連動する。64はアームシリンダ26を制御するアーム制
御弁で、操作レバー44の前後操作に連動する。65はバケ
ットシリンダ27を制御するバケット制御弁で、操作レバ
ー45の左右操作に連動する。66〜73リリーフ弁である。

電磁制御弁54,55,60を制御する電気回路は、第１図に示
すように構成されている。可変抵抗42,43はアウトリガ
ー28,29の昇降指令用の可変抵抗で、操作レバー46,47の
前後操作に連動するようになっている。74,75は昇降判
別手段で、上昇比較部76,77と下降比較部78,79とから成
り、可変抵抗42,43からの指令信号が上昇基準値よりも
大の時に上昇比較部76,77から上昇信号を出力し、下降
基準値よりも小の時に下降比較部78,79から下降信号を
出力するようになっている。

80,81はサンプルホールド回路から成る記憶手段で、操
作レバー46,47上端のスイッチ82,83をオンした時に、沈
下量検出手段36,37の可変抵抗48,49からの検出信号を設
定信号として記憶するようになっている。84,85は偏差
手段で、可変抵抗48,49からの検出信号と記憶手段80,81
からの設定信号とを比較して偏差を求め、検出信号が設
定信号よりも小さい時に、その偏差信号を出力するよう
になっている。86,87は手動・自動切換スイッチで、可
変抵抗42,43と偏差手段84,85とを後段に切換接続するよ
うになっており、これら切換スイッチ86,87は互いに連
動するようになっている。

88は揺動指令手段の可変抵抗で、操作レバー44の左右操
作に連動し、かつ操作レバー44の操作量に比例して指令
信号が変化するようになっている。

89は揺動枠15の停止すべき目標位置を設定する設定手段
で、可変抵抗により構成されている。90は偏差手段で、
位置検出手段24の可変抵抗91からの検出信号と設定手段
89からの設定信号との偏差を求め、その偏差信号を出力
するようになっている。92は揺動枠15制御の手動・自動
切換スイッチで、指令手段の可変抵抗88と偏差手段90と
を後段に切換接続するようになっている。なお、切換ス
イッチ86,87はコントロールボックス19の上面に設けら
れている。

93は三角波発振器で、第７図に示すように一定周波数の
三角波信号ａを発振するものである。115は揺動判別手
段で、左右用の比較部116,117を有し、可変抵抗88から
の指令信号を基準値と比較して、その大小関係から左揺
動信号と右揺動信号とを出力するようになっている。9
4,95,96はパルス幅変調手段で、可変抵抗42,43,88又は
偏差手段84,85,90からの信号ｂを三角波信号ａでパルス
幅変調するためのものであって、夫々２つの比較部97,9
8,99、100,101,102から構成されている。比較部97,98,99
と比較部100,101,102とは入力が逆になっており、比較
部97,98,99では第７図に示す如く信号ｂが三角波信号ａ
よりも大の時にオンし小の時にオフするパルス信号ｃを
発生し、比較部100,101,102では第７図と逆に信号ｂが
三角波信号ａよりも小の時オンし大の時にオフするパル
ス信号ｃを発生するようになっている。各比較部97,98,
99、100,101,102の出力側はアナログスイッチ103〜108、
駆動手段109〜114を介して電磁制御弁54,55,60の各ソレ
ノイド56,57,58,59,61,62に夫々接続されており、比較
部97,98,99、100,101,102からのパルス信号により、可変
抵抗42,43,88又は偏差手段84,85,90からの信号に比例し
て電磁制御弁54,55,60を駆動するようになっている。

アナログスイッチ103〜108は、判別手段74,75,115の比
較部76,77,78,79,116,117から信号があった時にオンす
るようになっている。

次に上記構成における作用を説明する。バックホー12に
より掘削作業を行う場合には、フロントローダ６のブー
ム８を下げてバケット10を接地させると共に、バックホ
ー12側の機枠13の両側に設けたアウトリガー28,29の接
地板34,35を降して接地させ、これらフロントローダ６
及び左右一対のアウトリガー28,29によりトラクタ車体
１を支持する。

左右一対のアウトリガー28,29を下げる場合、左右の操
作レバー46,47を前方に操作すると、これに連動して可
変抵抗42,43の抵抗値が小さくなり、その操作量に比例
した指令信号が出る。この指令信号が判別手段74,75に
送られると、指令信号が小であるため、比較部78,79が
下降指令と判別して下降信号を出力し、アナログスイッ
チ106,107がオンする。一方、指令信号ｂがパルス幅変
調手段94,95の比較部97,98,100,101に入力し、三角波発
振器93の三角波信号ａと比較される。この場合、指令信
号が中点電圧よりも小であるため、比較部100,101が両
者を比較し、第７図とは逆に指令信号ｂが三角波信号ａ
よりも小の時にオンとなるパルス信号ｃが比較部100,10
1より発生する。このパルス信号ｃは両者の偏差が大き
い程、パルス幅が広がり、従って、アナログスイッチ10
6,107を介して駆動手段112,113が動作し、電磁制御弁5
4,55の下降ソレノイド58,59を励磁する。その結果、電
磁制御弁54,55はパルス幅に比例した開度で下降側に切
換わり、アウトリガー28,29のシリンダ本体30,31に作動
油を供給するので、アウトリガー28,29の接地板34,35が
下降して接地する。この場合、操作レバー46,47の操作
量に応じて比例的な速度でアウトリガー28,29が作動す
るため、任意の速度で降して行くことができる。

接地板34,35が接地してトラクタ車体１が水平になれ
ば、操作レバー46,47を中立位置に戻し、アウトリガー2
8,29の下降動作を停止すると共に、手動・自動切換スイ
ッチ86,87を自動側に切換えておき、バックホー12によ
る作業に移る。

作業中、切換スイッチ86,87を自動側に切換えておけ
ば、常にトラクタ車体１を所定の地上高で略水平に維持
できる。即ち、アウトリガー28,29の接地板34,35が下降
すれば、沈下量検出手段36,37のロッド40,41が下降し、
接地板34,35の下降量に比例して可変抵抗48,49の抵抗値
が変化する。そこで、トラクタ車体１が略水平になった
時点でスイッチ82,83をオンすると、可変抵抗48,49から
現在の姿勢を示す信号が記憶部80,81に入力し設定信号
として記憶される。作業中、例えば局部的な軟弱地等で
第８図に示すように左側の接地板34が地中に沈下する
と、沈下量検出手段36の感知板42aが地面に接地して相
対的に押上げられるので、可変抵抗48の抵抗値が沈下量
分だけ小さくなる。そして、この検出信号が偏差手段84
に入力するので、偏差手段84が設定信号と検出信号との
偏差を求め、その偏差信号が切換スイッチ86を介して判
別手段74及びパルス幅変調手段94に送られる。従って、
前述の下降時と同時に判別手段74の比較部78から下降信
号が出ると共に、パルス幅変調手段94の比較部100から
偏差信号を三角波信号ａでパルス幅変調したパルス信号
が出力し、アナログスイッチ106、駆動手段112を介して
電磁制御弁54が下降側に切換わり、左側のアウトリガー
28の接地板34が沈下量分だけ下降する。そして、接地板
34が沈下量分だけ下降すれば、沈下量検出手段36の感知
板42aが地面に接地して相対的に下降するため、可変抵
抗48の抵抗値が大となり、その時の検出信号が設定信号
と一致した時点で電磁制御弁54が中立に戻る。これによ
ってトラクタ車体１は常に略水平に制御され、かつ所定
の地上高に維持されるのである。

バックホー12による掘削作業において、バケット18内の
土砂を側方の排土位置に排土する場合には、ブーム16を
上昇させた後、揺動シリンダ22,23の伸縮により揺動枠1
5、ブーム16を縦軸14廻りに排土位置へと揺動させる。
即ち、操作レバー44を左方向に操作すると、これに連動
して可変抵抗88の抵抗値が小さくなり、その操作量に比
例した指令信号が出る。この指令信号が判別手段115に
送られると、指令信号が小であるため、比較部117が右
揺動指令と判別して右揺動信号を出力し、アナログスイ
ッチ108がオンする。一方、指令信号ｂがパルス幅変調
手段96の比較部99,102に入力し、三角波発振器93の三角
波信号ａと比較される。この場合、指令信号ｂが中点電
圧よりも小であるため、比較部102が両者を比較し、第
６図とは逆に指令信号ｂが三角波信号ａよりも小の時に
オンとなるパルス信号ｃが比較部102より発生する。こ
のパルス信号ｃは両者の偏差が大きい程、パルス幅が広
がり、従って、アナログスイッチ108を介して駆動手段1
14が動作し、電磁制御弁60の右ソレノイド62を励磁す
る。その結果、電磁制御弁60はパルス幅に比例した開度
で右揺動側に切換わり、揺動シリンダ22,23に作動油を
供給するので、揺動枠15、ブーム16が縦軸14廻りに右方
向に揺動する。この場合、操作レバー44の操作量に応じ
て比例的な速度でブーム16が揺動するため、任意の速度
でブーム16を動かして行くことができる。

ブーム16が排土位置まで達すれば、操作レバー44を中立
位置に戻し、揺動シリンダ22,23の伸縮を止め、揺動枠1
5、ブーム16を排土位置で停止させた後、バケット18の
土砂を排土する。

排土後、ブーム16を左右中央の掘削位置に戻す場合に
は、設定手段89の可変抵抗によりその目標位置を予め設
定しておけば、手動・自動切換スイッチ92を押すだけ
で、ブーム16を目標位置に自動的に停止させることがで
きる。従って、オペレータは、アーム17、バケット18等
の操作に専念できる。

即ち、位置検出手段24が揺動枠15の現在位置を検出し、
可変抵抗91から検出信号が偏差手段90に入力しているの
で、偏差手段90が設定手段89からの設定信号と位置検出
手段24からの検出信号との偏差を求め、その偏差信号を
切換スイッチ92を介して判別手段115及びパルス幅変調
手段96に送る。すると、前述と同様にして判別手段115
が左揺動指令と判別して左揺動信号を出力し、アナログ
スイッチ105がオンする。一方、パルス幅変調手段96が
偏差信号をパルス幅変調するので、アナログスイッチ10
5、駆動手段111を介して電磁制御弁60の左ソレノイド61
が励磁する。そのため電磁制御弁60は偏差信号に比例し
た開度で右揺動側に切換わり、揺動シリンダ22,23の伸
縮動作によって揺動枠15、ブーム16が縦軸14廻りに目標
位置へと揺動する。この場合、目標位置に接近するに従
って偏差信号が小さくなるので、徐々に速度が低下して
行く。そして、目標位置まで達すると、偏差信号が零に
なるので、電磁制御弁60が中立に戻り、揺動枠15、ブー
ム16は目標位置にスムーズに停止する。

なお、この動作は切換スイッチ92を押し続けている間だ
け行われ、切換スイッチ92を離せば途中でも揺動枠15を
止めることができる。

また車輌、作業機は、トラクタ、バックホーに限定され
るものではない。

（考案の効果） 本考案によれば、ブーム16が揺動を停止すべき目標位置
を設定する設定手段89と、ブーム16の揺動位置を検出す
る位置検出手段24と、設定手段89からの設定信号と位置
検出手段24からの検出信号との偏差を求める偏差手段90
と、偏差手段90からの偏差信号の大小によりブーム16の
動作方向を判別する判別手段115と、偏差信号をパルス
幅変調するパルス幅変調手段96と、このパルス幅変調手
段96からのパルス信号により、判別手段115で判別され
たブーム16の動作方向に制御弁60を前記偏差信号と比例
して駆動する駆動手段とを備えているので、作業開始時
にブーム16を停止させるべき目標位置を設定しておけ
ば、作業時に必ずその位置にブーム16を自動的に停止さ
せることができ、またブーム16が停止する際には、ブー
ム16が目標位置に近づくに伴って揺動速度が徐々に低下
し、ブーム16を目標位置にスムーズに停止させることが
できる。

更に本考案は、このブーム16の揺動指令を出す指令手段
88を備え、この指令手段88からの指令信号と偏差手段90
からの偏差信号とを後段の判別手段115及びパルス幅変
調手段96に選択的に送るための切換スイッチ92を設けて
いるので、指令手段88によるブーム16の制御と、前述の
目標位置での停止制御とを必要に応じて任意に選択でき
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の一実施例を例示するものであって、第１
図は電磁弁制御回路の電気回路図、第２図は全体の側面
図、第３図はアウトリガー部の背面図、第４図は揺動部
の断面平面図、第５図はコントロールボックスの平面
図、第６図は油圧回路図、第７図は波形図、第８図は作
用説明図である。 １……トラクタ車体、６……フロントローダ、12……バ
ックホー、24……位置検出手段、54,55,60……電磁制御
弁、74,75,115……判別手段、89……設定手段、90……
偏差手段、93……三角波発振器、94,95,96……パルス幅
変調手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−6403（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−203131（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−52031（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】先端に作業具18を有するブーム16を車体１
   に縦軸14廻りに揺動自在に設け、このブーム16を揺動制
   御する制御弁60を備えたブーム型作業機の制御装置にお
   いて、ブーム16が揺動を停止すべき目標位置を設定する
   設定手段89と、ブーム16の揺動位置を検出する位置検出
   手段24と、設定手段89からの設定信号と位置検出手段24
   からの検出信号との偏差を求める偏差手段90と、偏差手
   段90からの偏差信号の大小によりブーム16の動作方向を
   判別する判別手段115と、偏差信号をパルス幅変調する
   パルス幅変調手段96と、このパルス幅変調手段96からの
   パルス信号により、判別手段115で判別されたブーム16
   の動作方向に制御弁60を前記偏差信号と比例して駆動す
   る駆動手段とを備えたことを特徴とするブーム型作業機
   の制御装置。
2. 【請求項２】ブーム16の揺動指令を出す指令手段88を備
   え、この指令手段88からの指令信号と偏差手段90からの
   偏差信号とを後段の判別手段115及びパルス幅変調手段9
   6に選択的に送るための切換スイッチ92を設けたことを
   特徴とする実用新案登録請求の範囲１に記載のブーム型
   作業機の制御装置。
3. 【請求項３】パルス幅変調手段96は、三角波発振手段93
   からの三角波信号と偏差手段90からの偏差信号又は指令
   手段88からの指令信号とを比較器89,102で比較してパル
   ス信号を得るようにしたことを特徴とする実用新案登録
   請求の範囲１又は２に記載のブーム型作業機の制御装
   置。