专利名称：摆动式液压铲斗挖土机的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制具有摆动式起重臂、可以用该起重臂进行吊运作业的摆动式液压铲斗挖土机的摆动和吊运作业的互锁的控制装置。
并且，近年来，为了能够适应作业的多样化，希望有也能够在作业机5上进行悬挂货物的吊运作业的摆动式液压铲斗挖土机。因此，例如如图3的铲斗安装部的详细图所示，有在连接设置在铲斗6和摇臂14之间、向铲斗6传递摆动驱动力的前连杆28和在连接于该铲斗6的连接销29上自由转动地安装着吊钩27的底端部的构造。在该情况下，通过将连在挂环上的货物挂在上述吊钩27上，将起重臂12以及/或者摇臂14向上方升起，能够实现吊起货物的吊运作业。
但是，在上述以前的技术中，有下面所述的问题。
在也可以实现吊运作业的摆动式液压铲斗挖土机中，作业机5处于最能保持与配重7的重量平衡的位置、即，相对于上部旋转体1处于中立状态5a时，能够最稳定地进行吊运作业。相反，在将作业机5从中立状态5a向左右摆动的状态下进行吊运作业时，或者在中立状态5a进行吊运作业的过程中摆动作业机5时，由于很难保持平衡，所以摆动式液压铲斗挖土机的稳定性降低，吊运的货物容易晃动。
但是，操作者有时会没有强烈意识到上述的情况而错误地进行吊运作业，在以前的摆动式液压铲斗挖土机中，即使操作者在吊运过程中从中立状态5a摆动作业机5，或者在将作业机5从中立状态5a摆动的状态下进行吊运作业，也没有办法通知操作者由于该作业而导致车辆正处于不稳定的状态。因此，操作者没有意识到该情况而继续吊运作业，所以车辆就变得不稳定，货物晃动，所以有时会产生作业效率降低，或者吊运的货物和外部接触等问题。
为了实现上述目的，本发明的第1发明，是在将作业机向左右方向自由摆动地安装在上部旋转体上的摆动式液压铲斗挖土机的控制装置中，具有输出适于用作业机吊运货物的吊运作业的吊运作业模式的选择指令的模式切换装置，和检测作业机处于朝向上部旋转体的前方的中立状态、还是处于从该中立状态摆动的摆动状态的摆动检测器，和接受来自外部的警告指令、利用报警显示以及/或者警报声发出警告的警告装置，和当输入来自模式切换装置的吊运作业模式的选择指令时、根据摆动检测器的检测信号判断作业机是否为摆动状态，如果作业机为摆动状态，则向警告装置输出通知不进入吊运作业模式的警告指令的控制器。
根据第1发明，即使通过模式切换装置选择吊运作业模式，如果作业机为摆动状态，那么也不会成为吊运作业模式，这时，通过警告装置的报警显示以及/或者警告声通知未进入吊运作业模式的状况(为摆动状态的状况)，所以操作者能够马上知道该状态，能够唤起操作者注意，解除报警状态。这样，促使操作者将作业机从摆动状态回复到中立状态，进行吊运作业，所以能够以稳定的状态进行吊运作业。
而且，第2发明，是在将作业机向左右方向自由摆动地安装在上部旋转体上的摆动式液压铲斗挖土机的控制装置中，具有输出适于用作业机吊运货物的吊运作业的吊运作业模式的选择指令的模式切换装置，和检测作业机处于朝向上部旋转体的前方的中立状态、还是处于从该中立状态摆动的摆动状态的摆动检测器，和接受来自外部的警告指令、利用报警显示以及/或者警报声发出警告的警告装置，和当根据来自模式切换装置的吊运作业模式的选择指令处于吊运作业模式时，基于摆动检测器的检测信号监视作业机是否处于摆动状态，在作业机处于摆动状态的情况下，向警告装置输出通知正在摆动的警告指令的控制器。
根据第2发明，当处于吊运作业模式时，若作业机处于摆动状态，则通过警告装置的报警显示以及/或者警报声通知正在摆动的情况，所以操作者能够马上知道该状态，能够唤起操作者注意而解除报警状态。这样，促使操作者将作业机从摆动状态回复到中立状态，进行吊运作业，所以能够以稳定的状态进行吊运作业。
而且，第3发明，是在第1或第2发明中，其特征在于，上述摆动检测器，是随着作业机的摆动接通或者断开、检测在表示中立状态的规定范围内是否有作业机的极限开关。
根据第3发明，由于利用极限开关检测作业机为中立状态还是摆动状态，所以能够以简单的结构、低成本且可靠地检测。
而且，第4发明，是在第1或者第2发明中，其特征在于，上述摆动检测器，是与作业机的摆动角度等价地检测摆动作业机的摆动缸的行程的检测器。
根据第4发明，能够通过检测与作业机的摆动角度相对应的摆动缸的行程，判断作业机为中立状态或摆动状态。这时，在进行该判断时，可以使表示中立状态的规定的摆动角度范围适合于应用的机械并任意设定，进行判断，所以能够将涉及本发明的控制装置应用于任意机型，能够提高通用性。
图1为应用本发明的摆动式液压铲斗挖土机的侧视图。
图2为图1的主要部分俯视图。
图3为实施例的铲斗的详细图。
图4为实施例的控制装置的硬件构成方块图。
图5为实施例的监视装置的立体图。
图6为实施例的控制流程图。
图7为第2实施例的摆动检测器的安装部的立体图。
图8表示第3实施例的摆动检测器的其它实施例。
图中1—上部旋转体，2—下部行走体，4—履带式行走装置，5—作业机，5a—中立状态，6—铲斗，11—行走驱动部，12—起重臂，13—起重臂驱动缸，14—摇臂，15—摇臂驱动缸，17—铲斗驱动缸，20—摆动检测器，21—托架，22—摆动缸，23、29、43—销，24—作业机安装部，25—凸起部，26—极限开关，27—吊钩，28—前连杆，30—监视装置(警告装置)，31—旋转警告灯，32—控制器，33—模式开关(模式切换装置)，34—显示器，35—第1电磁阀，36—第2电磁阀，37—电动机，38—钢丝绳，39—编码器，40—钢丝绳安装部，41—电位计，42—连接构件，44—滑轮。
首先根据图1～图6说明第1实施例。
图1为应用本发明的摆动式液压铲斗挖土机的侧视图，图2为其主要部分的俯视图。在图1、图2中，摆动式液压铲斗挖土机具有下部行走体2、设置在下部行走体2的上部的上部旋转体1、和设置在上部旋转体1的前部的作业机5。下面将图1中箭头F(前)—R(后)所示的液压铲斗挖土机的行走方向称为前后方向，将与该前后方向垂直的车的宽度方向称为左右方向。
下部行走体2具有左右一对履带式行走装置4，在各个履带式行走装置4的前后方向一侧，设置着用液压马达驱动该行走装置4的行走驱动部11。在下部行走体2的大致中央上部，自由旋转地装载着上部旋转体1，在上部旋转体1的前部大约中央处，设置着具有铲斗6的作业机5。
在设置于上部旋转体1的前端部的作业机安装部24上，通过销23(参照图2)在水平面内向左右方向自由摆动地连接着托架21，该托架21通过安装在该托架21和上部旋转体1之间的摆动缸22的伸缩、以上述销23为中心向左右方向摆动。另外，在托架21的前端部，在上下方向上自由摆动地连接着起重臂12的底端部；在起重臂12的前端部，在前后方向自由摆动地连接着摇臂14的底端部；并且，在摇臂14的前端部，自由摆动地连接着铲斗6。该起重臂12、摇臂14以及铲斗6，分别通过起重臂驱动缸13、摇臂驱动缸15以及铲斗驱动缸17的伸缩而摆动。通过这些构成作业机5。这里，将俯视的从作业机5的中立状态5a向左右摆动的角度称为摆动角θ。而且，将收缩铲斗驱动缸17、使铲斗6向前方摆动的动作称为倾卸动作。
在托架21的后部凸出设置着凸起部25，在该托架21处于朝向车辆前方的中立位置时的该凸起部25附近的上部旋转体1一侧的框架上，安装着极限开关26。该极限开关26，以在托架21处于上述中立位置时、该极限开关26的工作片26a被凸起部25压入而工作的方式设置，当托架21从上述中立位置向左右方向摆动规定角度(例如±5o)以上时，上述的工作片26a的工作就断开，检测出从中立位置附近摆动了的情况，将该检测信号发送到后面所述的控制器中。并且，后面，将托架21、即起重臂12从中立位置摆动规定角度以上的状态、称为正在摆动或者摆动状态。
图3表示的是铲斗安装部的详细图。如图3所示，在连接铲斗6和将上述的铲斗驱动缸17的驱动力向该铲斗6传递并使之摆动的前连杆28的销29上，轴安装着吊钩27的底端部(图1、图2中未图示)。
图4表示本发明的摆动式液压铲斗挖土机的控制装置的硬件构成方块图。
在图4中，本控制装置，配置着进行吊运作业的自动控制的控制器32，和检测作业机5处于中立状态的摆动检测器20，和具有显示运转状态或报警信息的显示器以及模式开关33的监视装置30，和旋转警告灯31，和驱动铲斗6的摆动的第1电磁阀35，和进行行走驱动部11、11的加速/减速的第2电磁阀36，和进行发动机的转速控制的电动机37。摆动检测器20、监视装置30、旋转警告灯31、电磁阀35、36、以及电动机37，均电气连接在控制器32上。摆动检测器20在本实施例中具有上述极限开关26。
控制器32以微型计算机等高速运算装置为主体构成，根据摆动检测器20的检测信号、进行后面所述的控制处理，执行各种吊运作业自动控制或者吊运作业警告处理等。
旋转警告灯31，在吊运作业自动控制过程中，根据控制器32的指令而使灯旋转点亮，通知操作者等正在进行吊运作业自动控制。该旋转警告灯31，被设置在例如图5所示的监视装置30附近等操作者容易看的驾驶席的前方位置。
第1电磁阀35，根据从控制器32发出的指令驱动铲斗驱动缸17的伸缩，进行铲斗6的倾卸动作(向前方摆动)或者铲挖动作。而且，第2电磁阀36，根据从控制器32发出的指令控制行走驱动部11、11的液压马达的流量、即转速，根据速度等级进行行走装置4的加速或者减速。
并且，电动机37，根据从控制器32发出的指令控制其旋转角度，并控制连接在其输出轴上的未图示的发动机节流杆的摆动角度、即发动机的转速。
在图5中表示了监视装置30。监视装置30，具有显示运转状态或报警信息的显示器34，和作为切换、设定吊运作业模式、挖掘作业模式等作业模式的模式切换装置的模式开关33，接受来自控制器32的指令而在显示器34上显示运转状态、报警信息等，并且通过操作者操作模式开关33，可以将作业模式在进行挖掘作业时的挖掘作业模式和进行吊运作业时的吊运作业模式之间切换。这里，显示器34，由可显示信息的液晶显示器、等离子显示器等构成的文字显示器或图像显示器、或者可显示报警信号码(英文数字等)的LED显示器构成，而且模式开关33由瞬时型开关(例如接触开关或按钮开关等)构成。并且，作为警告装置，监视装置30可以是具有进行报警显示的上述显示器34、或者例如发出警告声的蜂鸣器等、或者两者兼备的结构。
下面说明在摆动式液压铲斗挖土机中进行吊运作业的情况下的作用。
在接通钥匙开关(未图示)时，控制器32作为初始状态处于挖掘作业模式。操作者在进行吊运作业时，对监视装置30的模式开关33进行操作，选择吊运作业模式。这时，在作业机处于中立状态5a时，控制器32进入吊运模式。
在吊运模式下，控制器32进行下面的吊运作业自动控制。即、(a)运算吊运的货物重量，对运算得到的载重量值和最大允许值进行比较，当超过最大允许值时，在监视装置30的显示器34上进行报警显示；(b)在监视装置30的显示器34上显示吊运作业过程中的载重量值；(c)在吊运作业自动控制过程中，点亮旋转警告灯31；(d)控制第1电磁阀35，禁止铲斗6的倾卸动作(向前方的摆动动作)；(e)控制第2电磁阀36，限制行走驱动部11的液压马达的转速不超过1速(低速区域)的范围；(f)控制电动机37，限制发动机转速不超过规定的上限值。
通过进行该控制，操作者能够很容易地知道吊运作业时吊运货物的重量以及超载报警的状态，在吊运了超过允许值过载的货物时促使其注意。而且，由于在吊运作业过程中，限制倾卸动作、行走速度的加速、以及作业机加速等使吊运状态不稳定(货物晃动等)的动作，所以能够保持稳定的吊运作业。该吊运作业原则上在不使起重臂12摆动的中立状态下进行。
下面，就操作者在作业模式处于挖掘作业模式时，以将起重臂12从中立位置摆动超过规定的角度的状态、进行吊运作业的情况进行说明。如在背景技术的项目所说明的那样，若以将起重臂12从中立位置摆动的状态进行吊运作业，则摆动式液压铲斗挖土机的车体的稳定性降低，有时货物会晃动。为了防止这种情况，控制器32在起重臂12从中立位置摆动的状态下，即使操作者对模式开关33进行操作以进入吊运作业模式，也不会进入吊运作业模式。
在图6中用流程图表示了操作者对模式开关33进行操作，从挖掘作业模式向吊运模式切换时的控制器32的控制顺序。
控制器32，若选择吊运作业模式(步骤S1)，则根据极限开关26的输出首先判断起重臂12是否为从包含中立位置的规定范围向左右摆动的状态(步骤S2)。如果在步骤2中没有摆动，那么就进入吊运模式，执行上述的(a)～(f)的吊运作业自动控制(步骤S4)。如果在步骤S2中为摆动，则继续保持挖掘作业模式并在监视装置30的显示器34上显示例如“摆动中”等报警信息(步骤S3)。这时，也可以鸣响警告蜂鸣器。并且摆动与否的判断，如上所述，根据极限开关26的信号进行，在起重臂12处于从中立状态离开规定角度(±5o)以内的范围的情况下，判断为没有摆动。而且，在上述的流程图中，不管实际上是否在作业机5上吊着货物与否。
因此，由于即使操作者要在摆动状态下设定为吊运作业模式，旋转警告灯也31不点亮，监视装置30不显示载重量的值，并且显示报警信息，所以操作者会马上察觉到无法立刻进入吊运模式的情况。然后，通过将起重臂12从摆动状态回复到中立状态，改变为进行吊运作业，能够进行稳定的吊运作业。
下面说明在上述的流程图中，在步骤S4进入吊运操作模式后，操作者要进行摆动动作的情况。在该情况下，控制器32通知操作者正在吊运模式下摆动的情况。
即，在图6中，在步骤S4进入吊运模式后，控制器32根据极限开关26的信号监视起重臂12是否处于摆动状态(步骤S5)。然后，如果判断为处于摆动状态，则停止前面所述的吊运作业自动控制的(b)的监视装置30的显示器34的载重量值显示，在该显示器34上显示正在摆动的报警信息(步骤S6)，然后将处理转移到步骤S7。并且，这时也可以鸣响警告蜂鸣器。在于上述步骤S5中未处于摆动状态的情况下，转移到步骤S7，在步骤S7中，判断是否通过模式选择开关33选择了挖掘作业模式。如果未选择，则回到步骤S4重复上述的处理，如果选择了挖掘作业模式，则进入挖掘作业模式(步骤S8)，并返回步骤S1。
因此，由于即使操作者在吊运作业模式下要错误地摆动起重臂12，也不会在监视装置30上显示载重量的值，显示报警信息，并且警告蜂鸣器鸣叫，所以操作者会马上察觉到吊运作业过程中摆动的情况，促使其注意。为了避免这种情况，操作者将起重臂12从摆动状态回复到非摆动状态(中立状态)，稳定地进行吊运作业。
如上所述，根据第1实施例，作为检测起重臂12是否从中立状态进行摆动的摆动检测器20，配置有极限开关26。这样能够以简单的结构、便宜且可靠地检测起重臂12的摆动状态。并且，作为摆动检测器20，也可以采用例如电磁式接近开关等非接触式检测器来代替机械式的极限开关26。
然后，根据上述摆动状态的判断结果，当操作模式开关33以从挖掘作业模式转换到吊运作业模式时，如果处于摆动状态，则不转换为吊运作业模式。因此，不进行前面所述的(a)～(f)的吊运作业自动控制，故不进行旋转警告灯31的点亮、以及向监视装置30显示载重量值，并且显示报警信息，所以操作者能够马上且容易地知道在起重臂12的摆动过程中选择了吊运作业模式的情况，唤起其注意。而且，通过在回复到非摆动状态后再次进入吊运作业模式，能够进行稳定的吊运作业。
而且，当处于吊运作业模式时，一直监视是否为摆动状态。而且，在发生从中立状态偏离的摆动时，通过监视装置30的显示以及/或者蜂鸣器等的警报等发出该信息的警告，所以操作者能够马上且容易地知道起重臂12进入了摆动状态的情况，唤起其注意。并且，在该情况下，除在监视装置30的显示器34上显示报警信息以取代载重量值之外，执行其它吊运作业自动控制，所以不会在吊运作业的中途中断该自动控制，能够防止变得不稳定。然后，通过将起重臂12回复到非摆动状态后继续吊运作业，能够进行稳定的吊运作业。
下面利用图7说明第2实施例。第2实施例的控制装置的硬件构成与图4所示的构成相同，这里说明其中的检测作业机5的摆动状态的摆动检测器20的其它实施例。
图7为涉及第2实施例的摆动式液压铲斗挖土机的起重臂12的底端部的立体图，表示摆动检测器20的安装部。在图7中以相互分离的状态表示上部旋转体1、托架21和起重臂12。
在图7中，作为摆动检测器20，检测起重臂12的摆动角θ的电位计41被设置在自由摆动地连接上部旋转体1的作业机安装部24和上述的托架21的销23的轴线上。
电位计41，通过连接构件42连接在安装在作业机安装部24的上部的销43上。这样，能够正确地检测托架21在水平面内相对于作业机安装部24的角度、即起重臂12的摆动角θ。检测角度被输入到控制器32中，控制器32能够根据该检测角度、进行摆动状态(从中立状态摆动规定角度以上)或者非摆动状态(从中立位置离开规定角度以内的范围)的判断。
而且，在进行摆动状态或者非摆动状态的判断时，前面所述的规定角度的范围不限于±5o，能够对应于应用的机械、根据例如±6o或±10o之类的适当的角度范围进行判断。并且，通过例如在监视装置30上不仅仅显示为摆动状态与否的判断结果、同时也显示摆动角θ，在操作者将作业机5回复到中立位置时，使操作变得容易。
下面利用图8说明第3实施例。这里，控制装置的硬件构成与图4相同。
图8表示涉及第3实施例的摆动式液压铲斗挖土机的摆动检测器20的其它的实施例。在图8中，摆动式液压铲斗挖土机，以具有检测摆动缸22的行程长度的检测器作为摆动检测器20。即，在摆动缸22的缸筒外部，安装沿钢丝绳卷绕方向施力的滑轮44，在连接于托架21上的摆动缸22的活塞前端部，设置有钢丝绳安装部40，在该钢丝绳安装部40和上述滑轮44之间自由卷绕地张挂着钢丝绳38，并设置有检测滑轮44的旋转角度的编码器39。而且，将钢丝绳38的伸送量、即摆动缸22的行程长度作为滑轮44的旋转角度，利用编码器39检测出，该检测信号被输入到控制器32中。
摆动缸22的行程长度，可以根据摆动缸22的缸筒端部安装位置和托架21的摆动中心(销23)的位置的关系、上述活塞前端部的钢丝绳安装部40的位置和托架21的摆动中心位置的关系等由机械结构决定的关系式转换成摆动角θ。并且，也可以根据由上述的机械结构决定的关系式求得的摆动缸22的行程长度和摆动角e的对应数据表求出摆动角θ。
根据本实施例，由于利用编码器39等价地检测摆动角θ，所以与第2实施例相同，能够与应用的机械相适应地容易地设定、判断表示作业机5的中立状态的范围，所以能够扩大本控制装置的应用范围。
并且，虽然作为本发明的应用机械的例，出示了具有履带式行走装置的液压铲斗挖土机，但是并不局限于此，例如也可以是车轮式。
如上所述，根据本发明能够得到下面的效果。
为了稳定地进行吊运作业，在可以选择附加有各种辅助功能、自动控制吊运作业的吊运作业模式的摆动式液压铲斗挖土机中，在作业机的摆动状态和上述吊运作业模式同时出现时，通过警告装置通知操作者处于摆动状态的情况。即，在摆动状态时选择了吊运作业模式的情况下，或者在吊运作业模式时进入摆动状态的情况下，利用报警显示以及/或者蜂鸣器警报声通知操作者处于摆动状态的情况。这样，操作者能够马上且容易地知道报警状态的情况，唤起操作者的注意，所以可容易地进行将作业机回复到中立状态并解除上述报警状态的操作。因此能够以车体稳定的状态进行吊运作业。
这时，采用极限开关作为检测上述的作业机的摆动状态的摆动检测器，则能够以简单的结构便宜地构成。而且，作为摆动角度，通过利用作业机摆动中心轴旋转的角度、或者摆动缸的行程等检测，这样，即使将摆动状态的检测范围设定为与应用的机械相适合的范围，也仅改变判断基准数据即可，能够很容易地适应，所以能够提高本控制装置的通用性。
权利要求
1.一种摆动式液压铲斗挖土机的控制装置，在将作业机(5)向左右方向自由摆动地安装在上部旋转体(1)上的摆动式液压铲斗挖土机的控制装置中，其特征在于，具有输出适于用作业机(5)吊运货物的吊运作业的吊运作业模式的选择指令的模式切换装置(33)，和检测作业机(5)处于朝向上部旋转体(1)的前方的中立状态(5a)、还是处于从该中立状态摆动的状态的摆动检测器(20)，和接受来自外部的警告指令、利用报警显示以及/或者警报声发出警告的警告装置(30)，和当输入来自模式切换装置(33)的吊运作业模式的选择指令时，根据摆动检测器(20)的检测信号判断作业机(5)是否为摆动状态，如果作业机(5)为摆动状态则向警告装置(30)输出通知不进入吊运作业模式的警告指令的控制器(32)。
2.一种摆动式液压铲斗挖土机的控制装置，在将作业机(5)向左右方向自由摆动地安装在上部旋转体(1)上的摆动式液压铲斗挖土机的控制装置中，其特征在于，具有输出适于用作业机(5)吊运货物的吊运作业的吊运作业模式的选择指令的模式切换装置(33)，和检测作业机(5)处于朝向上部旋转体(1)的前方的中立状态(5a)、还是处于从该中立状态摆动的状态的摆动检测器(20)，和接受来自外部的警告指令、利用报警显示以及/或者警报声发出警告的警告装置(30)，和当根据来自模式切换装置(33)的吊运作业模式的选择指令而处于吊运作业模式时，基于摆动检测器(20)的检测信号监视作业机(5)是否处于摆动状态，在作业机(5)处于摆动状态的情况下，向警告装置(30)输出通知正在摆动的警告指令的控制器(32)。
3.根据权利要求1或2所述的摆动式液压铲斗挖土机的控制装置，其特征在于，所述摆动检测器(20)，是随着作业机(5)的摆动接通或者断开、检测在表示中立状态的规定范围内是否有作业机(5)的极限开关(26)。
4.根据权利要求1或2所述的摆动式液压铲斗挖土机的控制装置，其特征在于，所述摆动检测器(20)，是与作业机(5)的摆动角度(θ)等价地检测摆动作业机(5)的摆动缸(22)的行程的检测器(39)。
全文摘要
一种能够进行稳定的吊运作业的摆动式液压铲斗挖土机的控制装置。具有能够选择吊运作业模式的模式切换装置(33)，和检测作业机(5)是否为摆动状态的摆动检测器(20)，和接受来自外部的警告指令、利用报警显示以及/或者警报声发出警告的警告装置(30)，和当输入来自模式切换装置(33)的吊运作业模式的选择指令时、根据摆动检测器(20)的检测信号判断作业机(5)是否为摆动状态，如果为摆动状态则向警告装置(30)输出通知不进入吊运作业模式的警告指令的控制器(32)。控制器(32)，在处于吊运作业模式时，在作业机(5)处于摆动状态的情况下，也可以输出通知正在摆动的警告指令。
文档编号B66C23/88GK1469018SQ0313649
公开日2004年1月21日 申请日期2003年5月22日 优先权日2002年7月15日
发明者小林英一, 北岛修, 杉山清 申请人:株式会社小松制作所