JP4488232B2 - ブームに保持されたバケットを備えた作業機のための制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載された形式の、ブームに保持されたバケットを備えた作業機のための制御装置に関する。

この種の作業機、例えばホイールローダでは、ブームが旋回可能に作業機のフレームに保持されている。ブームの操作は、第１の液圧式のシリンダにより実施される。第１の液圧式のシリンダは作業機のフレームとブームとに作用する。ブームの旋回角は第１のシリンダのストロークにより制限されている。バケットはブームに旋回可能に保持されている。バケットの操作のために、第２の液圧式のシリンダが設けられている。第２の液圧式のシリンダはブームとバケットとに作用する。バケットの旋回角は第２のシリンダのストロークにより制限されている。シリンダの操作は複動式のシリンダの場合、圧力媒体をシリンダの一方のチャンバに供給すると同時に、シリンダのその都度他方のチャンバから圧力媒体を排出することにより実施される。この種の作業機のバケットを上昇させるために、ブームは、作業機のフレームに設けられたその枢設点を中心に旋回させられる。その際、バケットの旋回運動のために設けられたシリンダへの圧力媒体供給が実施されないと、バケットはブームに対するその角度を維持する。すなわち、バケットは、ブームとバケットとの間に剛性的な結合が存在するかのように、ブームの旋回運動に応じて連行される。このことは、バケットが、地面に関するその元々の角度位置に対して傾倒することにつながる。その際、物質が、傾倒したバケットから転落する危険が存在する。バケットから落下する物質はオペレータを、特に作業機のキャビンがこの領域に存在する場合、危険に曝すことになる。この種の危険を排除するためにも、バケットが上昇時に、地面に関するその角度位置を、ブームの旋回運動に関わらず維持することが要求される。

この要求を満たすために、既に種々異なる手段が講じられている。例えば、ブームおよびバケットの運動機構を特別に構成することにより、ブームおよびバケットのための旋回ジョイントの代わりに、ブーム上昇時の、バケットの機械的な平行案内が実現されている。別の解決策は、バケットの、基準面、例えば水平面に関する位置角度を調整することにある。このために、バケットの位置角度が電気的な位置センサにより測定され、位置目標値と比較される。位置センサの出力信号が位置目標値から偏差している場合、バケットの旋回運動のために設けられたシリンダはブームの上昇中、バケットが水平面に関するその本来の位置を再度取るように圧力媒体で負荷される。これにより、バケットが上昇時にその角度位置を維持することが可能である。バケットが上昇時にその角度位置を維持することを可能にする別の可能性は、シリンダに供給される圧力媒体量を制御する弁に対して付加的に、制御ブロックを設け、この制御ブロックが、ブームの上昇時にブームを操作するためのシリンダから押しのけられる圧力媒体の、予め決められた部分を、バケットの旋回運動のためのシリンダに供給する点にある。この種の制御ブロックの使用は、看過できないコストにつながる。さらに、この種の制御ブロックは付加的なスペースを要求すると共に、制御ブロックのポートを、ブームおよびバケットを操作するためのシリンダおよび弁に配管することを必要とする。

本発明の課題は、安価な、冒頭で述べた形式の制御装置を提供することである。

上記課題は、請求項１の特徴部に記載された特徴により解決される。本発明の実現のために、一般にはプレート構造（Ｓｃｈｅｉｂｅｎｂａｕｗｅｉｓｅ）で構成される制御ブロックにおいて、負荷に依存しない通流量分配のために使用される構成群が起用されることができる。

本発明の有利な構成は従属請求項に記載されている。本発明の有利な構成は、圧力媒体をシリンダに供給するための、圧力制御式の弁を備えた、本発明による制御装置の各部に該当する。

以下に本発明について、その各部と共に、図面に示した実施例を参照しながら詳細に説明する。
図１：ブームに保持されたバケットを備えた作業機械と、この種の作業機械のための、本発明による制御装置とを概略的に示す図である。
図２：図１に示した制御装置の第１の構成を示す図である。
図３：図１および図２に示した制御装置の、ブームの上昇運動を説明するのに必要なだけの各部を示す図である。
図４：ブームの下降運動時の圧力媒体流の詳細を示す図である。
図５：弁に供給される制御圧と、シリンダに供給される圧力媒体量との間の関係をグラフの形で示す図である。
図６：バケットを操作する弁のスプールの構成を概略的に示す図である。
図７：図１に示した制御装置の別の構成を示す図である。

図１には概略的に作業機械１０が示されている。作業機械１０のフレーム１１にはブーム１２が保持されている。ブーム１２は枢設点１３を中心に旋回可能である。ブーム１２にはバケット１４が保持されている。バケット１４は枢設点１５を中心にブーム１２に対して旋回可能である。作業機械１０が立地している地面には符号１６を付与した。第１の複動式の液圧式のシリンダ１８はフレーム１１とブーム１２との間に配置されている。相応の枢設点には符号１９もしくは２０を付与した。ブーム１２の旋回角はシリンダ１８のストロークにより制限されている。第２の複動式の液圧式のシリンダ２２はブーム１２とバケット１４との間に配置されている。相応の枢設点には符号２３もしくは２４を付与した。バケット１４の旋回角はシリンダ２２のストロークにより制限されている。液圧式の圧力媒体のための６つのポートＰ，Ｔ，Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２を備えた制御装置２７は、ポンプ２８からシリンダ１８，２２への圧力媒体流およびシリンダ１８，２２からタンク２９への圧力媒体戻り流を制御する。ポンプ２８は有利には可変容量形ポンプとして形成されている。ポンプ２８は第１の液圧式の管路３１を介してタンク２９に接続されており、別の管路３２を介して制御装置２７のポートＰに接続されている。タンク２９は別の液圧式の管路３３を介して制御装置２７のポートＴに接続されている。シリンダ１８の両チャンバは管路３５，３６を介して制御装置２７のポートＡ１もしくはＢ１に接続されている。同様に、シリンダ２２のチャンバは管路３８，３９を介して制御装置２７のポートＡ２もしくはＢ２に接続されている。概略的に示した２つの液圧式の弁４１，４２は、シリンダ１８もしくは２２に供給される圧力媒体量を制御する。弁４１に供給される制御信号ｙ_ｓｔ１は、シリンダ１８に供給される圧力媒体量を規定する。この圧力媒体量を以下Ｑ_１と呼ぶ。同様に、弁４２に供給される制御信号ｙ_ｓｔ２は、シリンダ２２に供給される圧力媒体量を規定する。この圧力媒体量を以下Ｑ_２と呼ぶ。弁４１に供給される制御信号ｙ_ｓｔ１は付加的にブロック４４に供給されている。ブロック４４の出力信号は弁４２に制御信号ｙ_ｓｔ２として供給されている。その際、ブロック４４の伝送特性は、シリンダ２２，１８に供給される圧力媒体量Ｑ_２もしくはＱ_１の比Ｑ_２／Ｑ_１が、弁４１，４２の構造的な構成の考慮下で、制御信号ｙ_ｓｔ１の大きさに関わらず、コンスタントな値に維持されているように選択されている。この値を以下Ｋ_Ｑと呼ぶ。それにより、シリンダ２２に供給される圧力媒体量Ｑ_２に関して、関係式Ｑ_２＝Ｋ_Ｑ×Ｑ_１が成立する。

バケット１４の上昇のために、制御装置２７はシリンダ１８に管路３５を介して圧力媒体を供給する。供給される圧力媒体量Ｑ_１は、弁４１に供給される制御信号ｙ_ｓｔ１により規定されている。シリンダ１８のピストンは、供給される圧力媒体量Ｑ_１に応じて走出し、ブーム１２を反時計回りに旋回させる。もし同時に圧力媒体をシリンダ２２に供給しなければ、バケット１４の上縁は反時計回りに地面１６に対して旋回する。バケット上縁が地面１６に対してその本来の角度位置を維持するように、制御装置２７はシリンダ２２に、シリンダ１８への圧力媒体供給と同時に、管路３８を介して、制御信号ｙ_ｓｔ２により規定される圧力媒体量Ｑ_２を供給する。これにより、シリンダ２２のピストンは走出し、バケット１４は時計回りに旋回する。その際、シリンダ２２に供給される圧力媒体量Ｑ_２は、シリンダ１８に供給される圧力媒体量Ｑ_１に合わせて調整されており、それにより、バケット１４の、時計回りに実施される旋回運動が、バケット１４の、ブーム１２の上昇により惹起され、反時計回りに実施される旋回運動をちょうど補償するようになっている。このために、弁４２は、圧力媒体量Ｑ_２が、弁４１に供給される、圧力媒体量Ｑ_１を規定する制御信号ｙ_ｓｔ１の大きさに関わらず、ブーム１２を操作するためのシリンダ１８に供給される圧力媒体量Ｑ_１に対して固定的な比を有しているように起動制御されている。それにより、制御装置２７は弁４２を、圧力媒体量Ｑ_１，Ｑ_２に関して、関係式Ｑ_２＝Ｋ_Ｑ×Ｑ_１が制御信号ｙ_ｓｔ１の大きさに関わらず充足されているように起動制御する。因数Ｋ_Ｑは、作業機械１０の構造的な構成とシリンダ１８，２２の寸法設定とにより規定されているコンスタントな値である。Ｋ_Ｑの値は、ブーム１２の上昇時または下降時にバケット１４が地面１６に関するその角度位置を実質的に維持するように、シリンダ２２に供給される圧力媒体量Ｑ_２が、シリンダ１８に供給される圧力媒体量Ｑ_１に対し、如何なる比を有していなければならないかを暗示している。因数Ｋ_Ｑの大きさは、作業機械１０の構造的な構成とシリンダ１８，２２の寸法設定とに関する計算により規定される。因数Ｋ_Ｑの大きさを求める別の可能性は、作業機械１０の試運転期間中に一時的にバケット１４のための位置調整器を設け、この位置調整器により、特にブーム１２の上昇時および下降時に、バケット１４の上縁の、地面１６に関する角度位置をコンスタントに維持する点にある。この期間中、制御信号ｙ_ｓｔ１と制御信号ｙ_ｓｔ２との間の、ブロック４４を介した接続は遮断されている。制御量ｙ_ｓｔ２として、弁４２にはその代わりに、図１には示されていない位置調整器の操作量が供給されている。シリンダ１８，２２に供給される圧力媒体量Ｑ_１もしくはＱ_２は制御信号ｙ_ｓｔ１に依存して記録される。因数Ｋ_Ｑは、シリンダ２２に供給される圧力媒体量Ｑ_２を、制御信号ｙ_ｓｔ１により予め与えられている、シリンダ１８に供給される圧力媒体量Ｑ_１と比較することにより得られる。因数Ｋ_Ｑが上記のようにして求められれば、位置調整器はもはや不要である。位置調整器は取り外され、制御信号ｙ_ｓｔ１と制御信号ｙ_ｓｔ２との間の、ブロック４４を介した接続が再度形成される。その後、ブロック４４の伝送特性は、因数Ｋ_Ｑに関する、前もって求められた値に基づいて、関係式Ｑ_２＝Ｋ_Ｑ×Ｑ_１が充足されているように調節される。

図２には、図１にまず一般的な形で示した制御装置２７の詳細図が示されている。ただし、図２には、スペース上の理由からシリンダ１８，２２だけが示されており、作業機械１０の構造的な各部、例えばフレーム１１、ブーム１２またはバケット１４は示されていない。弁４１，４２は本実施例では、圧力制御式の方向制御弁として形成されている。弁４１のための制御信号として、ｐ_ｓｔ１Ａ，ｐ_ｓｔ１Ｂと呼ばれる制御圧が役立つ。弁４２のための制御信号として、ｐ_ｓｔ２Ａ，ｐ_ｓｔ２Ｂと呼ばれる制御圧が役立つ。

弁４１はスプール４７を有している。スプール４７は２つのばね４８，４９の間に弾装されている。スプール４７は一方の方向で制御圧ｐ_ｓｔ１Ａによりばね４８の力に抗して負荷されている。他方の方向で、スプール４７は制御圧ｐ_ｓｔ１Ｂによりばね４９の力に抗して負荷されている。ばね４８，４９はスプール４７を、スプール４７が一方の側からも他方の側からも制御圧で負荷されていなければ、所定の静止位置に保持する。スプール４７が制御圧ｐ_ｓｔ１Ａで負荷されていると、スプール４７はばね４８を、制御圧ｐ_ｓｔ１Ａと、スプール４７の、制御圧ｐ_ｓｔ１Ａにより負荷される面積との積がばね４８の力に等しくなるまで圧縮する。スプール４７の、その際に得られる位置は、スプール４７を負荷している制御圧の尺度である。スプール４７には、シリンダ１８への圧力媒体流を制御する第１の切欠きが設けられている。この種の切欠きについては、後で図５を参照しながら、弁４２の構成との関連で詳細に説明する。切欠きはスプール４７の長手方向で延在し、制御エッジと相俟って、弁４７のポートＡ１から管路３５を介してシリンダ１８の、ボトム側のチャンバに流入する圧力媒体流における、弁４１の通流横断面積Ａ_Ａ１の大きさを規定する。切欠きは、スプール４７の、制御エッジに関する位置と、通流横断面積Ａ_Ａ１との間に、直線的な関係が存在するように形成されている。それにより、制御圧ｐ_ｓｔ１Ａと通流横断面積Ａ_Ａ１との間にも、直線的な関係が存在する。制御圧ｐ_ｓｔ１Ａと、シリンダ１８に供給される圧力媒体量Ｑ_１との間の対応関係は本実施例では、スプール４７を制御圧ｐ_ｓｔ１Ａで負荷すると、圧力媒体が上記の通り、弁４１の、Ａ１と呼ばれるポートからシリンダ１８の、ボトム側のチャンバに流入するように選択されている。既に図１を参照しながら説明した通り、この種の圧力媒体流はブーム１２の上昇に至る。

スプール４７に逆側から制御圧ｐ_ｓｔ１Ｂを供給すると、スプール４７はばね４９を、制御圧ｐ_ｓｔ１Ｂと、スプール４７の、制御圧ｐ_ｓｔ１Ｂで負荷される面積との積がばね４９の力に等しくなるまで圧縮する。スプール４７には、別の、やはりスプール４７の長手方向で延在する切欠きが設けられている。この切欠きは別の制御エッジと相俟って、弁４１のポートＢ１から管路３６を介してシリンダ１８の、ロッド側のチャンバへと流れる圧力媒体流のための、弁４１の通流横断面積Ａ_Ｂ１の大きさを規定する。この切欠きも、スプール４７の、制御エッジに関する位置と、通流横断面積Ａ_Ｂ１との間に、直線的な関係が存在するように形成されている。これにより、制御圧ｐ_ｓｔ１Ｂと通流横断面積Ａ_Ｂ１との間にも、直線的な関係が存在する。スプール４７を制御圧ｐ_ｓｔ１Ｂで負荷すると、圧力媒体が、Ｂ１と呼ばれるポートからシリンダ１８の、ロッド側のチャンバ内に流入する。この圧力媒体流はシリンダ１８のピストンを走入させ、ひいてはブーム１２を下降させる。

弁４２は弁４１と同様に構成されている。スプール５０は２つのばね５１，５２の間に保持されている。弁４２に供給される制御圧をｐ_ｓｔ２Ａ，ｐ_ｓｔ２Ｂと呼ぶ。スプール５０には両側に切欠きが設けられている。切欠きは弁４２の制御エッジと協働して、Ａ_Ａ２，Ａ_Ｂ２と呼ばれる通流横断面積の大きさを、スプール５０の変位に依存して規定する。その際、通流横断面積Ａ_Ａ２と、スプール５０に一方の側から供給される制御圧ｐ_ｓｔ２Ａとの間にも、Ａ_Ｂ２と呼ばれる通流横断面積と、スプール５０に他方の側から供給される制御圧ｐ_ｓｔ２Ｂとの間にも、直線的な関係が存在する。スプール５０を制御圧ｐ_ｓｔ２Ａで負荷すると、スプール５０はばね５１に抗して押圧され、圧力媒体はポートＡ２から管路３８を介してシリンダ２２の、ボトム側のチャンバに流入する。既に図１を参照しながら説明した通り、この種の圧力媒体流はバケット１４の、時計回りの旋回に至る。スプール５０を制御圧ｐ_ｓｔ２Ｂで負荷すると、スプール５０はばね５２に抗して押圧され、圧力媒体はポートＢ２から管路３９を介してシリンダ２２の、ロッド側のチャンバに流入する。この圧力媒体流はバケット１４の、反時計回りの旋回に至る。

本発明の実現のために、プレート構造で構成された制御ブロックの構成群が使用されることができる。この種の構成群では、弁のスプールのための孔の直径が一般に同じ大きさにある。これにより、スプールの、制御圧で負荷される面積も同じ大きさにある。これにより、弁の、制御圧に依存した通流横断面積に関する変数として、ばね定数と、制御エッジと協働する切欠きの構成とが存在するにすぎない。ばねのばね定数も同じであれば、弁の、制御圧に依存した通流横断面積に関する変数として、切欠きの構成だけが残される。

有利にはジョイスティックとして形成されている第１のパイロット制御装置５５は弁４１のための制御圧ｐ_ｓｔ１Ａ，ｐ_ｓｔ１Ｂを提供する。制御圧ｐ_ｓｔ１Ａ，ｐ_ｓｔ１Ｂはジョイスティックの変位に応じて生ぜしめられる。制御圧ｐ_ｓｔ１Ａはスプール４７に管路５６を介して供給されている。同様に、制御圧ｐ_ｓｔ１Ｂはスプール４７に別の管路５７を介して供給されている。有利にはやはりジョイスティックとして形成されている別のパイロット制御装置６０は、ｐ_ｓｔ３Ａ，ｐ_ｓｔ３Ｂと呼ばれる制御圧を提供する。制御圧ｐ_ｓｔ３Ａ，ｐ_ｓｔ３Ｂはパイロット制御装置６０のジョイスティックの変位に応じて生ぜしめられる。パイロット制御装置６０から、管路６１，６２が弁４２のスプール５０に通じている。弁４２の、制御圧ｐ_ｓｔ２Ａのための入口の手前には、シャトル弁６５が接続されている。管路５６と、シャトル弁６５の一方の入口との間には、切換弁６６が配置されている。切換弁６６はその作業位置で、シャトル弁６５の一方の入口を制御圧ｐ_ｓｔ１Ａで負荷する。切換弁６６は、図２に示した静止位置で、管路５６とシャトル弁６５との間の接続を遮断する。ただし以下では、切換弁６６がその作業位置にある場合を観察する。シャトル弁６５の他方の入口には、管路６１を介して制御圧ｐ_ｓｔ３Ａが供給されている。シャトル弁６５は、シャトル弁６５に供給される両制御圧のうち、高い方の制御圧を制御圧ｐ_ｓｔ２Ａとして弁４２のスプール５０に導く。相応に、弁４２の、制御圧ｐ_ｓｔ２Ｂのための入口の手前にも、シャトル弁６８が接続されている。管路５７と、シャトル弁６８の一方の入口との間には、別の切換弁６９が配置されている。切換弁６９はその作業位置でシャトル弁６８の一方の入口を制御圧ｐ_ｓｔ１Ｂで負荷する。図２に示した静止位置で、切換弁６９は管路５７とシャトル弁６８との間の接続を遮断する。以下では、ここでも切換弁６９がその作業位置にある場合を観察する。シャトル弁６８の他方の入口には、管路６２を介して制御圧ｐ_ｓｔ３Ｂが供給されている。シャトル弁６８は、シャトル弁６８に供給される両制御圧のうち、高い方の制御圧を制御圧ｐ_ｓｔ２Ｂとして弁４２のスプール５０に導く。

管路３５と管路３６との間ならびに管路３８と管路３９との間には、その都度１つの別のシャトル弁７１もしくは７２が配置されている。シャトル弁７１はシリンダ１８のチャンバ圧のうち、高い方のチャンバ圧を別のシャトル弁７３の一方の入口に導く。シャトル弁７２は、シリンダ２２のチャンバ圧のうち、高い方のチャンバ圧をシャトル弁７３の他方の入口に導く。シャトル弁７３は、シャトル弁７３に供給される圧力のうち、高い方の圧力を指令量としてポンプ調整器７５に導くと共に、弁４１，４２の、ＬＳと呼ばれるポートに導く。この圧力は最高の負荷圧であり、以下Ｐ_Ｌｍａｘと呼ぶ。ポンプ調整器７５はポンプ２８の圧送体積を、ｐ_ｐと呼ばれるポンプ圧が、圧力ｐ_Ｌｍａｘと、圧力ｐ_Ｌｍａｘと同じ方向でポンプ調整器７５に作用するばね７６の圧力当量ｐ_０との計に等しくなるように調節する。いわゆる「欠乏供給（Ｍａｎｇｅｌｖｅｒｓｏｒｇｕｎｇ）」時、すなわち、ポンプ２８の最大の圧送体積が、上記圧力平衡を達成するのに不十分である場合、圧力ｐ_ｐは、相応にｐ_Ｌｍａｘとｐ_０との計よりも小さな値を取る。

本発明による制御装置の機能を説明するために、バケット１４が地面１６上に位置し、バケット１４の上縁が地面１６に対して平行に方向付けられている点から出発する。バケット１４をこの位置から上昇させるために、パイロット制御装置５５のジョイスティックがその静止位置から変位され、弁４１に、例えば制御圧ｐ_ｓｔ１Ａの、ｐ_{ｓｔ１Ａｍａｘ}と呼ばれる最大値の５０％に相当する制御圧ｐ_{ｓｔ１Ａ（５０％）}が供給される。図３との関連でさらに説明される通り、この制御圧には、シリンダ１８の、ボトム側のチャンバに流入する圧力媒体流Ｑ_{１（５０％）}が相当する。この圧力媒体流はブーム１２を反時計回りに枢設点１３を中心に旋回させ、その際バケット１４を上昇させる。さらに、制御圧ｐ_{ｓｔ１Ａ（５０％）}は弁４２に切換弁６６とシャトル弁６５とを介して制御圧ｐ_ｓｔ２Ａとして供給されている。弁４２に供給される制御圧ｐ_ｓｔ２Ａ＝ｐ_{ｓｔ１Ａ（５０％）}は、シリンダ２２の、ボトム側のチャンバ内への圧力媒体流Ｑ_２＝Ｋ_Ｑ×Ｑ_{１（５０％）}に至り、この圧力媒体流はバケット１４を時計回りにちょうど、バケット１４の上縁が上昇時に地面１６に関するその本来の位置（姿勢）を維持するような強さで旋回させる。この考察に際し、制御圧ｐ_ｓｔ３Ａがゼロに等しく、ただし如何なる場合でも制御圧ｐ_ｓｔ１Ａよりも小さい点から出発している。バケット１４が上昇中に空にされるべきならば、制御圧ｐ_ｓｔ３Ａが制御圧ｐ_ｓｔ１Ａに対して高められる。この場合、バケット１４は、制御圧ｐ_ｓｔ３Ａにより規定される速度でもって時計回りに旋回する。バケット１４が今度は、その上縁の位置を維持するための速度よりも大きな速度でもって時計回りに旋回するので、このようにして物質をバケット１４から転落させることが可能である。

図１および図２から出発して、図３には、バケット１４を上昇させるために必要な範囲の、制御装置の別の各部が示されている。弁４１により制御される圧力媒体流Ｑ_１は、下流に接続された圧力補正器もしくは圧力バランサ（Ｄｒｕｃｋｗａａｇｅ）７９、負荷保持弁（Ｌａｓｔｈａｌｔｅｖｅｎｔｉｌ）８０ならびに管路３５を介して、シリンダ１８の、ボトム側のチャンバに流入する。シリンダ１８の、ロッド側のチャンバからタンク２９への、圧力媒体の戻り流は管路３６を介して実施される。弁４２により制御される圧力媒体流Ｑ_２は、下流に接続された圧力バランサ８５、負荷保持弁８６ならびに管路３８を介して、シリンダ２２の、ボトム側のチャンバに流入する。シリンダ２２の、ロッド側のチャンバからタンク２９への、圧力媒体の戻り流は、管路３９内に設けられた、管路３８内の圧力により制御される対抗保持弁（Ｇｅｇｅｎｈａｌｔｅｖｅｎｔｉｌ）８７を介して実施される。対抗保持弁８７は、バケット１４を引張り負荷時にも弁４２の流入横断面積の制御により制御することを許可する。弁４１に制御圧として供給されている圧力ｐ_ｓｔ１Ａは弁４２にも制御圧として供給されている。それにより、制御圧ｐ_ｓｔ２Ａは制御圧ｐ_ｓｔ１Ａに等しい。圧力バランサ７９，８５は、弁４１と圧力バランサ７９との間の、ｐ_Ｖ１と呼ばれる圧力も、弁４２と圧力バランサ８５との間の、ｐ_Ｖ２と呼ばれる圧力も、最高の負荷圧ｐ_Ｌｍａｘに等しく維持されているようにする。このために、最高の負荷圧を有するシリンダに対応配置された圧力バランサは完全に開放されており、その都度他方の圧力バランサは、この圧力バランサにおいて降下する圧力が、最高の負荷圧と、この圧力バランサに対応配置されたシリンダの負荷圧との間の差に等しい調整位置にある。そうすると、弁４１を介した圧力降下Δｐ_１＝ｐ_ｐ−ｐ_Ｖ１は弁４２を介した圧力降下Δｐ_２＝ｐ_ｐ−ｐ_Ｖ２に等しい。ポンプ調整器７５がその調整範囲にある場合、弁４１を介した圧力降下Δｐ_１も、弁４２を介した圧力降下Δｐ_２も、ばね７６の圧力当量ｐ_０に等しい。これにより、シリンダ１８，２２に供給される圧力媒体量Ｑ_１もしくはＱ_２は弁４１，４２の通流横断面積に相当する。弁４１，４２の通流横断面積の比が、バケット１４の上縁の平行な運動のために必要な因数Ｋ_Ｑに応じて選択されると、シリンダ１８，２２に供給される圧力媒体量Ｑ_１もしくはＱ_２の比は、制御圧が同じ（ｐ_ｓｔ２Ａ＝ｐ_ｓｔ１Ａ）場合、制御圧の大きさに依存しない。この関係は欠乏供給の場合にも成立する。この場合、確かに弁４１，４２を介した個々の圧力降下はｐ_０よりも小さいが、圧力降下は両者間で同じままであるために、シリンダ１８，２２に供給される圧力媒体量Ｑ_１，Ｑ_２の間の比に変化はない。

図４には、ブーム１２を下降させると同時に、バケット１４を反時計回りに旋回させる際の圧力媒体流が示されている。シリンダ１８の、ボトム側のチャンバからタンク２９に通じる管路３５内には、対抗保持弁９１が設けられている。対抗保持弁９１は、シリンダ１８の、ロッド側のチャンバへと通じる管路３６内の圧力により制御されている。これにより、ブーム１２を引張り負荷時にも弁４１の流入横断面積の制御により制御することが可能である。

以下の説明のために、再度図２から出発する。弁４１，４２の有利な構成に従えば、バケット１４をブーム１２の上昇時に制御圧ｐ_ｓｔ１Ａだけを介して空にすることが可能である。このために、弁４１には、スプール４７のためのストッパが設けられている。ストッパの位置は圧力媒体量Ｑ_１の最大値Ｑ_１ｍａｘに相当する。ばね４８のばね定数は、スプール４７が既に制御圧ｐ_ｓｔ１Ａの最大値ｐ_{ｓｔ１Ａｍａｘ}の約６５％でストッパに到達するように選択されている。スプール４７のこの位置で、最大の圧力媒体量Ｑ_１ｍａｘが流動する。弁４２には、やはりそのスプール５０のためのストッパが設けられている。ただし、ばね５１のばね定数は、ばね５１が、スプール４７が既にそのストッパに当接する圧力時に、その経路の約６５％をやっと経ているように選択されている。制御圧ｐ_ｓｔ１Ａが、ゼロと０．６５×ｐ_{ｓｔ１Ａｍａｘ}との間の値を有するこの領域で、圧力媒体量Ｑ_２，Ｑ_１の間の関係は、弁４１，４２の通流横断面積を規定する切欠きの、相応の構成により保証されている。ここで、制御圧ｐ_ｓｔ１Ａが０．６５×ｐ_{ｓｔ１Ａｍａｘ}の値を超えてｐ_{ｓｔ１Ａｍａｘ}まで高められると、スプール５０がそのストッパの方向で運動するのに対し、スプール４７はそのストッパにとどまる。これにより、圧力媒体量Ｑ_２，Ｑ_１の間の比は、バケット１４の、時計回りの旋回運動が、ブーム１２の、反時計回りの旋回運動を凌駕するようにシフトし、バケット１４は空にされる。この第２の領域で、関係式Ｑ_２＝Ｋ_Ｑ×Ｑ_１はもはや充足されていない。ただし、これはもはや不要でもある。それというのも、この領域でバケット１４がブームの上昇時に適当に空にされるべきであるからである。

図５には、制御圧ｐ_ｓｔと、シリンダ１８，２２に供給される圧力媒体量Ｑ_１もしくはＱ_２との間の関係が、グラフの形で示されている。制御圧は図５でｐ_ｓｔと略称されている。それというのも、弁４２に供給される制御圧ｐ_ｓｔ２Ａは制御圧ｐ_ｓｔ１Ａに等しいからである。因数Ｋ_Ｑはこのグラフで見てｐ_{ｓｔｍａｘ}の５％〜６５％の領域に関して０．５の値を有している。ｐ_{ｓｔｍａｘ}の０％〜５％の領域は、まだ圧力媒体がシリンダ１８もしくは２２に向かって流れていない、弁４１，４２のポジティブなオーバラップに相当する。

図６には、バケット１４を操作する弁４２のスプール５０の構成の概略図が示されている。符号９４をストッパに付与した。ストッパ９４にスプール５０は、スプール５０を負荷している制御圧ｐ_ｓｔ２Ａがｐ_{ｓｔ１Ａｍａｘ}に等しくなると当接する。図６には、スプール５０が、制御圧で負荷されていないときに取る位置で示されている。スプール５０には切欠き９５が設けられている。切欠き９５は２つの領域９６，９７を有している。制御エッジ９８と相俟って、切欠き９５は、スプール５０を制御圧ｐ_ｓｔ２Ａで負荷した際に、ポートＰからポートＡへの通流横断面積Ａ_Ａ２を生ぜしめる。通流横断面積Ａ_Ａ２は第１の領域９６で、因数Ｋ_Ｑにより予め与えられる、弁４１の相応の通流横断面積Ａ_Ａ１に対する比を有している。第２の領域９７で、弁４１の通流横断面積Ａ_Ａ２との関係は、上記の通り、ブーム１２の上昇中にバケット１４を空にすることが可能であるように選択されている。

図７には、図１に示した制御装置２７の別の構成の、図２に相当する図が示されている。図２に示した、電気的に制御される切換弁６６，６９の代わりに、図７では、液圧式に制御される切換弁６６^＊，６９^＊が設けられている。切換弁６６^＊，６９^＊は、下降方向でのブーム１２の旋回運動のための制御圧ｐ_ｓｔ１Ｂにより、調節可能な閾値ｐ_ｓｔｓまで、図７に示した切換位置を取るように制御されている。制御圧ｐ_ｓｔ１Ｂが閾値ｐ_ｓｔｓを上回ると、切換弁６６^＊，６９^＊は、シャトル弁６５もしくは６８の一方の入口がタンク２９に接続されている別の切換位置を取る。このことは例えば、制御圧ｐ_ｓｔ１Ｂが閾値ｐ_ｓｔｓよりも大きい場合、弁４２に供給される制御圧ｐ_ｓｔ２Ａまたはｐ_ｓｔ２Ｂがパイロット制御装置６０の圧力ｐ_ｓｔ３Ａもしくはｐ_ｓｔ３Ｂに等しいことを意味する。それというのも、この圧力が、タンク圧に等しくない限り、常にタンク圧よりも大きいからである。切換弁６６^＊，６９^＊は、「浮動位置（Ｓｃｈｗｉｍｍｓｔｅｌｌｕｎｇ）」とも呼ばれる第４の位置をブーム１２の下降のために有するスプール４７を備えた弁４２の使用を許可する。スプール４７の浮動位置で、ブーム１２は、負荷に依存した速度でもって下降する。スプール４７のこの位置では、弁４１による下降速度の制御が実施されないので、上に図１〜図３との関連で説明された体積流量分配は、もはや正確に作業することができない。ただし、それにもかかわらずバケット１４のコントロール不能な旋回運動を回避するために、切換弁６６^＊，６９^＊は、バケット１４の旋回運動がパイロット制御装置６０の制御圧ｐ_ｓｔ３Ａまたはｐ_ｓｔ３Ｂによってのみ制御されている切換位置に切り換えられる。浮動位置をアクティブ化するために、制御圧ｐ_ｓｔ１Ｂは、閾値ｐ_ｓｔｓよりも大きな値に高められる。閾値ｐ_ｓｔｓ自体は、最大の下降速度に相当する値よりも大きい。この制御圧は、一方では弁４１のスプール４７が、浮動位置を取るように起動制御されることを生ぜしめ、他方では弁４２のスプール５０の位置が制御圧ｐ_ｓｔ１Ｂによっても制御圧ｐ_ｓｔ１Ａによっても影響を及ぼされることがないことを生ぜしめる。パイロット制御装置５５を、制御圧ｐ_ｓｔ１Ａが少なくとも、制御圧ｐ_ｓｔ１Ｂが閾値ｐ_ｓｔｓよりも大きい場合に、タンク圧に等しいように構成しておけば、弁６６^＊は省略されることができる。それというのも、この場合、弁６６^＊がなくても、圧力ｐ_ｓｔ１Ａが圧力ｐ_ｓｔ３Ａよりも小さいか、または最高でも圧力ｐ_ｓｔ３Ａに等しいことが保証されているからである。それにより、液圧式に制御される弁６６^＊の代わりに、電気的に制御される弁６６（図２に示したような弁）を使用することが可能である。この構成は、本発明による体積流量分配をブーム１２の上昇中任意に無効にすることを許可する。

ブームに保持されたバケットを備えた作業機械と、この種の作業機械のための、本発明による制御装置とを概略的に示す図である。 図１に示した制御装置の第１の構成を示す図である。 図１および図２に示した制御装置の、ブームの上昇運動を説明するのに必要なだけの各部を示す図である。 ブームの下降運動時の圧力媒体流の詳細を示す図である。 弁に供給される制御圧と、シリンダに供給される圧力媒体量との間の関係をグラフの形で示す図である。 バケットを操作する弁のスプールの構成を概略的に示す図である。 図１に示した制御装置の別の構成を示す図である。

Claims (11)

1. ブームに保持されたバケットを備えた作業機、特にホイールローダのための制御装置であって、
   ２つの液圧式のシリンダ（１８，２２）が設けられており、両シリンダ（１８，２２）のうち、第１のシリンダがブームを操作し、第２のシリンダがバケットを操作し、
   シリンダ（１８，２２）にタンク（２９）から圧力媒体を供給するポンプ（２８）が設けられており、
   ２つの弁（４１，４２）が設けられており、両弁のうち、第１の弁（４１）が、ポンプ（２８）から第１のシリンダ（１８）への圧力媒体供給を制御し、第２の弁（４２）が、ポンプ（２８）から第２のシリンダ（２２）への圧力媒体供給を制御しており、各弁（４１，４２）にスプール（４７，５０）が設けられていて、該スプール（４７，５０）の一面が、ばね（４８もしくは４９，５１もしくは５２）の力に抗して作用する調節可能な制御圧（ｐ _ｓｔ１Ａ もしくはｐ _ｓｔ１Ｂ ，ｐ _ｓｔ２Ａ もしくはｐ _ｓｔ２Ｂ ）により負荷可能であり、各スプール（４７，５０）に、その長手方向で延在し、弁（４１，４２）の通流横断面積（Ａ _Ａ１ もしくはＡ _Ｂ１ ，Ａ _Ａ２ もしくはＡ _Ｂ２ ）の大きさを規定する切欠きが設けられており、該切欠きが次のように形成されている、すなわち、弁（４１，４２）のそれぞれの通流横断面積（Ａ _Ａ１ もしくはＡ _Ｂ１ ，Ａ _Ａ２ もしくはＡ _Ｂ２ ）がスプール（４７，５０）の位置により規定されているように形成されている
   形式のものにおいて、
   ２つの圧力バランサ（７９，８５）が設けられており、一方の圧力バランサが、一方の弁（４１）の通流横断面積（Ａ _Ａ１ もしくはＡ _Ｂ１ ）の下流に配置され、他方の圧力バランサが、他方の弁（４２）の通流横断面積（Ａ _Ａ２ もしくはＡ _Ｂ２ ）の下流に配置されており、かつ両圧力バランサ（７９，８５）が、最高の負荷圧により閉鎖方向で負荷され、かつ対応する通流横断面積の下流の圧力により開放方向で負荷されており、前記弁（４２，４１）が次のように起動制御可能である、すなわち、両シリンダ（２２，１８）に供給される圧力媒体量（Ｑ_２，Ｑ_１）の比（Ｑ_２／Ｑ_１）が、第１の弁（４１）に供給される制御圧（ｐ _ｓｔ１Ａ ，ｐ _ｓｔ１Ｂ ）の大きさに関わらず、コンスタントな値（Ｋ_Ｑ）に維持されているように起動制御可能である
   ことを特徴とする、ブームに保持されたバケットを備えた作業機のための制御装置。
2. 両弁（４１，４２）の通流横断面積（Ａ_Ａ１もしくはＡ_Ｂ１，Ａ_Ａ２もしくはＡ_Ｂ２）が直線的に、弁（４１，４２）に供給される制御圧（ｐ_ｓｔ１Ａもしくはｐ_ｓｔ１Ｂ，ｐ_ｓｔ２Ａもしくはｐ_ｓｔ２Ｂ）と共に変化する、請求項１記載の制御装置。
3. 第１の弁（４１）のスプール（４７）の、制御圧（ｐ_ｓｔ１Ａもしくはｐ_ｓｔ１Ｂ）で負荷される面積が、第２の弁（４２）のスプール（５０）の、制御圧（ｐ_ｓｔ２Ａもしくはｐ_ｓｔ２Ｂ）で負荷される面積に等しい、請求項１または２記載の制御装置。
4. 第２の弁（４２）の、制御圧（ｐ_ｓｔ２Ａもしくはｐ_ｓｔ２Ｂ）のための入口の手前に、弁装置（６５，６６；６８，６９）が接続されており、該弁装置（６５，６６；６８，６９）を介して、前記入口に、ブーム（１２）の旋回運動のための制御圧（ｐ_ｓｔ１Ａ，ｐ_ｓｔ１Ｂ）またはバケット（１４）の旋回運動のための制御圧（ｐ_ｓｔ３Ａ，ｐ_ｓｔ３Ｂ）が供給可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載の制御装置。
5. 前記弁装置がシャトル弁（６５，６８）として形成されており、該シャトル弁（６５，６８）の一方の入口に、ブーム（１２）の旋回運動のための制御圧（ｐｓｔ１Ａ，ｐｓｔ１Ｂ）が供給可能であり、他方の入口に、バケット（１４）の旋回運動のための制御圧（ｐ_ｓｔ３Ａ，ｐ_ｓｔ３Ｂ）が供給されている、請求項４記載の制御装置。
6. シャトル弁（６５，６８）の第１の入口に通じる制御圧管路（５６，５７）内に、切換弁（６６，６９）が配置されており、該切換弁（６６，６９）が一方の位置で、ブーム（１２）の旋回運動のための制御圧（ｐ_ｓｔ１Ａ，ｐ_ｓｔ１Ｂ）の、第２の弁（４２）の制御圧（ｐ_ｓｔ２Ａ，ｐ_ｓｔ２Ｂ）のための入口への供給を遮断すると同時に、シャトル弁（６５，６８）の第１の入口に、バケット（１４）の旋回運動のためのそれぞれの制御圧（ｐ_ｓｔ３Ａ，ｐ_ｓｔ３Ｂ）よりも小さいか、またはこれに等しい圧力（タンク圧）を供給する、請求項５記載の制御装置。
7. 弁装置（６９^＊，６８）が、下降方向でのブーム（１２）の旋回運動のための制御圧（ｐ_ｓｔ１Ｂ）の、第２の弁（４２）の制御圧（ｐ_ｓｔ２Ｂ）のための入口への供給を、前記圧力（ｐ_ｓｔ１Ｂ）が、調節可能な値（ｐ_ｓｔｓ）を上回ると遮断する、請求項４から６までのいずれか１項記載の制御装置。
8. 切換弁（６６^＊）が、上昇方向でのブーム（１２）の旋回運動のための制御圧（ｐ_ｓｔ１Ａ）の、対応配置されたシャトル弁（６５）の第１の入口への供給を、下降方向でのブーム（１２）の旋回運動のための圧力（ｐ_ｓｔ１Ｂ）が、調節可能な値（ｐ_ｓｔｓ）を上回ると遮断する、請求項７記載の制御装置。
9. 第２の弁（４２）のスプール（５０）の切欠き（９５）が次のように形成されている、すなわち、第２の弁（４２）のスプール（５０）が、第１の弁（４１）のための、最大の圧力媒体量（Ｑ_１ｍａｘ）のために必要な制御圧（ｐ_{ｓｔ１Ａ（６５％）}，ｐ_{ｓｔ１Ｂ（６５％）}）よりも大きな制御圧（ｐ_ｓｔ２Ａ，ｐ_ｓｔ２Ｂ）で負荷されると、第２の弁（４２）の通流横断面積（Ａ_Ａ２，Ａ_Ｂ２）が、制御圧（ｐ_ｓｔ２Ａ，ｐ_ｓｔ２Ｂ）の上昇と共に、第１の弁（４１）のための、最大の圧力媒体量（Ｑ_１）のために必要な制御圧（ｐ_{ｓｔ１Ａ（６５％）}，ｐ_{ｓｔ１Ｂ（６５％）}）を下回る領域に比べて、著しく増大するように形成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の制御装置。
10. 第１のスプール（４７）に作用するばね（４８もしくは４９）のばね定数が、第２のスプール（５０）に作用するばね（５１，５２）のばね定数に等しい、請求項１から８までのいずれか１項記載の制御装置。
11. 引張り負荷で負荷されるシリンダ（１８，２２）からタンク（２９）に通じる管路（３５，３９）内に、流入圧により制御される対抗保持弁（９１，８７）が配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の制御装置。

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