JP2005163300A - クレーン機能付き油圧ショベル - Google Patents

Abstract

【課題】油圧ショベルにおけるクレーン作業をより安全に実施することのできるクレーン機能付き油圧ショベルを提供する。
【解決手段】クレーン機能付きの油圧ショベルのアタッチメントが、「クレーン作業モード」とされ（ステップ８０においてＹの判断）、且つ、該アタッチメントのバケット（１８）が完全に閉じていないと検出されたときに（ステップ８２においてＮの判断）、作業者にその旨の警告を発生する（ステップ８４）。この判断は、クレーン作業モードとされている間、常時行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、クレーン機能付き油圧ショベルに関する。

油圧ショベルは土砂や破砕岩等を掘削する機械であるが、作業現場においては荷を吊り上げたい場合がある。このため、油圧ショベルにクレーンとしての機能を持たせたクレーン機能付の油圧ショベルが従来広く使用されている。

図４に従来のクレーン機能付き油圧ショベルの構成例を示す（特許文献１参照）。

この油圧ショベル１２は、アタッチメントＡとして、ブーム１４、アーム１６、およびバケット１８を備える。クレーン作業は、アタッチメントＡの先端のバケット１８の付近に配置された吊り具２２を介して行われる。

油圧ショベル１２をクレーンとして利用する場合には、該クレーン作業中に油圧ショベル１２が転倒するのを防止する対策が講じられなければならない。そのため、このクレーン機能付きの油圧ショベル１２においては、該油圧ショベル１２の旋回軸２４（或いはブーム１４の起点９）から吊り具２２までの旋回半径Ｒ（または作業半径ｒ）等のアタッチメントＡの姿勢情報に応じて許容可能な限界値（定格荷重）を予め定めるとともに、吊り具２２に現に作用している吊り荷重Ｗｇを求め、これをディスプレー装置（図示略）に表示することにより、求められた吊り荷重Ｗｇが前記限界値を超えない範囲でクレーン作業を行うことができるように構成してある。

吊り荷重Ｗｇを計算するために、この油圧ショベル１２にはブーム角度センサ２６、アーム角度センサ２８が取付けられており、ブーム角度センサ２６により揺動中心（ブーム１４の起点）９におけるブーム１４の揺動角度（ブーム角）θ１を、アーム角度センサ２８により揺動中心１１におけるアーム１６の揺動角度（アーム角）θ２をそれぞれ検出している。また、ブームシリンダ３４のボトム圧Ｐｂ１を検出する圧力センサ３６が備えられている。

各検出値から吊り荷重Ｗｇと定格荷重Ｗｓを演算した結果、吊り荷重Ｗｇが定格荷重Ｗｓを超えたと判断されたときには警報を発するようにしている。

ところで、クレーン作業を行う場合、掘削用のバケット１８は完全閉塞の位置（いわゆるクラウド位置）に退避させた上で行うことが前提とされている。これは、バケット１８と吊り荷Ｗの接触等の物理的な干渉を避けるためである。そのため、各演算式は、バケット１８が完全閉塞の状態にあることを前提として設定されているため、現実のバケット１８の位置（揺動角度）が全閉状態でないと、吊り荷Ｗの限界演算の結果自体の信頼性が失われてしまう。

この点を考慮して、特開２００１−１８２１０２号公報においては、バケットが全閉位置に格納された場合にのみ、吊り具に作用する吊り荷重を表示する表示手段の作動を許容する（全閉位置に格納されていない状態では表示手段の作動を許容しない）ようにし、正確な吊り荷重を表示することができるように工夫した技術が提案されている（特許文献２参照）。

特開平１１−２３０８２１号公報 特開２００１−１８２１０２号公報

しかしながら、現実の作業中においては、バケットが完全に全閉位置に到達しないうちにクレーン作業に掛かってしまうこともあり、この場合、たとえ表示手段が非作動状態を維持して吊り荷の荷重表示を中止していたとしても、吊り荷自体は既に吊り上げが開始されてしまっていることがあるという問題があった。

また、従来のこの種の油圧ショベルには、クレーン作業モードとされたときに、作業者の不注意によってバケット開閉用のリモコンバルブが操作され、その結果バケットが突然開方向に作動して吊り荷と干渉してしまうような事態が発生するのを未然に防止するために、クレーン作業モード時にはリモコンバルブを操作してもバケットが開方向に作動しないように配慮したフェイルセーフ機能が備えられているものが多い（バケットの閉方向への作動は可能）。

しかし、クレーン作業モード時にバケットが開方向に作動しないようにした油圧ショベルにおいても、クレーン作業中に油圧のリークによって自然にバケットが開いてくることもあり、バケットが多少開いたままの状態でクレーン作業が行われることになるという問題が生じる。

本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、油圧ショベルにおけるクレーン作業を正確な吊り荷重情報の下でより安全に、且つ円滑に実施することのできるクレーン機能付き油圧ショベルを提供することをその課題としている。

本発明は、アタッチメントを掘削作業に使用する掘削作業モードと、該アタッチメントを物の昇降・移動させる作業に使用するクレーン作業モードとに切り替え可能に構成したクレーン機能付き油圧ショベルにおいて、前記作業アタッチメントにおける作業が、前記クレーン作業モードとされたか否かを検出する手段と、前記掘削作業モード時において使用する前記アタッチメントのバケットが、全閉位置にあるか否かを検出する手段と、前記アタッチメントにおける作業がクレーン作業モードとされ、且つ前記バケットが全閉位置でないと検出されたときに、前記バケットを自動的に全閉位置にまで駆動する手段と、を備えたことにより、上記課題を解決したものである。

本発明においては、アタッチメントにおける作業がクレーン作業モードとされ、かつバケットが全閉位置でないと検出されると、その時点で作業者のバケットのリモコンバルブの操作に関係なく、またフェイルセーフ機能の存在の有無に関係なく、該バケットを自動的に（強制的に）全閉位置にまで駆動する。

この結果、万一、作業者が全閉を確認しないままクレーン作業モードに入ったとしても、バケットは確実に全閉位置にまで駆動されるため、バケットと吊り荷の緩衝を確実に防止でき、また常に信頼性の高い吊り荷重を演算することができるようになる。また、作業者の手を煩わせることなく、全閉操作が自動的に行われるため、作業の円滑性を向上させることもできる。この作用は、クレーン作業モード時にバケット開閉用のリモコンバルブの操作を不能にするフェイルセーフ手段を備えた油圧ショベルにおいて、特に有効に機能する。

油圧ショベルにおけるクレーン作業常に確実に安全な状態の下で、且つ円滑に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態の一例を図面に従って詳述する。なお、理解を容易にするために、従来と同様の部材については同一の符号を用いる。

図２は、本発明が適用されたクレーン付きの油圧ショベル１２Ｓの要部構成を示す。

アタッチメントＡは、ブーム１４、アーム１６、バケット１８を備え、それぞれブームシリンダ３４、アームシリンダ３６、バケットシリンダ３８によって駆動される。この基本構成は従来と同様である。また、ブーム１４のブーム角θ１、アーム１６のアーム角θ２、バケット１８のバケット角θ３を検出するために、それぞれの揺動中心（起点）９、１１、１３にブーム角度センサ２６、アーム角度センサ２８、バケット角度センサ２９がそれぞれ配置されている。また、ブームシリンダ３４のボトム側３４ａとロッド側３４ｂにそれぞれ該ブームシリンダ３４のボトム圧Ｐｂ１及び同ロッド圧Ｐｂ２を求めるための圧力センサ３５、３７がそれぞれ配置されている。

これらの各センサの出力信号は、それぞれコントローラＣＬのアナログポート５０〜５４に入力され、アナログ−デジタル変換された後、後述するような演算処理のパラメータとして用いられる。

一方、図２の下半部には、本油圧ショベル１２Ｓの各シリンダを駆動するための油圧回路のうち、バケットシリンダ３８の駆動油圧回路Ｃｂの要部が図示されている。なお、ブームシリンダ３４、アームシリンダ３６の駆動においても、基本的には同様の油圧回路が組み込まれている。

油圧回路Ｃｂは、作業者の操作によって切り換えられ、バケット１８の駆動方向を確定するパイロット圧の発生態様を切り換えるリモコンバルブ６０と、該リモコンバルブ６０によって発生されたパイロット圧によって切り換えられ、実際にバケットシリンダ３８のロッド側３８ａおよびボトム側３８ｂに所定の油圧を供給するコントロールバルブ６２と、から主に構成されている。

また、符号６６は、油圧ショベル１２Ｓがクレーン作業モードとされたときに、後述の操作を行うために配置された規制ソレノイドバルブを示している。なお、符号７０は、デジタルポート５６からの信号により吊り上げられた吊り荷Ｗの吊り荷重Ｗｇや定格荷重Ｗｓ等を表示するモニタであり、７２はデジタルポート５７からの信号により警報を発生するブザー、７４はデジタルポート５８からの信号により発光する警報用のライトである。

なお、掘削作業モードとクレーン作業モードとの切り換えは、モニタ７０に取り付けたスイッチ（図示略）により行い、作業者は該スイッチを操作して希望する作業モードをコントローラＣＬに入力する。

以下、便宜上、上記個々の部材のより詳細な構成の説明とそれらの作用の説明とを併せて行う。

バケット１８の閉方向への操作を行うために、作業者によってリモコンバルブ６０がバケット閉側６０ａに駆動されると、パイロットラインＬｏからのパイロット圧ＰｏがパイロットラインＬ１側にパイロット圧Ｐ１として出力される。一方、開操作の場合はリモコンバルブ６０がバケット開側６０ｂに駆動され、パイロットラインＬ２側にパイロット圧Ｐ２が出力される。

今、例えば、運転席上で作業者がバケット１８の開方向への操作をしたとする。この場合、パイロットラインＬ２側に発生したパイロット圧Ｐ２は、規制ソレノイドバルブ６６、及びラインＬ３を介してコントロールバルブ６２に到達し、該コントロールバルブ６２を開位置６２ｂに切り換える。この結果、油圧源６４からのライン圧ＰＬが該コントロールバルブ６２、ラインＬ４を介してバケットシリンダ３８のロッド側３８ａに導出され、バケット１８が開かれる。

なお、このときコントロールバルブ６２のボトム側のラインＬ５は、ドレン６５に連通され、当該バケット１８の開操作が円滑に行われるようになっている。

バケット１８を任意の位置で停止させるときには、リモコンバルブ６０が図２で示された中立状態とされる。この状態ではリモコンバルブ６０からのパイロットラインＬ１、Ｌ２（Ｌ３）がともにドレン６７に解放された状態とされるため、コントロールバルブ６２が図２で示された位置（中立位置）に戻され、ロッド側のラインＬ４、ボトム側のラインＬ５とも遮断（封鎖）状態とされる。その結果バケットシリンダ３８はその状態に固定・維持され、バケット１８は停止する。

これに対し、運転席上で作業者がバケット１８を閉方向に操作したとすると、この場合はパイロットラインＬ１側に発生したパイロット圧Ｐ１が、コントロールバルブ６２を閉位置６２ａに切り換える。この結果、油圧源６４からのライン圧ＰＬが該コントロールバルブ６２、ラインＬ５を介してバケットシリンダ３８のボトム側３８ｂに導出され、最大で図２に示されているような全閉位置にまでバケット１８が閉じられるようになっている。

なお、規制ソレノイドバルブ６６は、通常時は図示の位置（すなわちラインＬ２のパイロット圧Ｐ２をラインＬ３側に伝達可能とする位置）に位置している。この規制ソレノイドバルブ６６は、アタッチメントＡがクレーン作業モードとされたときにコントローラ５０の出力ポート５５からの信号により、もう一方の位置６６ａ側に切り換えられ、作業者によってリモコンバルブ６０がバケット開側６０ｂに不慮操作されたとしても、そのパイロット圧Ｐ２がパイロットラインＬ３側に伝達されるのを防止し、コントロールバルブ６２が開側６２ｂに切り換わるのを規制する。そのため、この規制ソレノイドバルブ６６の機能により、クレーン作業モード中はリモコンバルブ６０の操作状態の如何に関わらず、バケット１８が積極的に開側に操作されてしまう恐れはない。

また、閉駆動ソレノイドバルブ６８は、通常時は図示の位置（すなわちラインＬｏのパイロット圧ＰｏをラインＬ１側に対して遮断する位置）に位置している。この閉駆動ソレノイドバルブ６８は、アタッチメントＡがクレーン作業モードとされたときにコントローラ５０の出力ポート５９からの信号により、もう一方の位置６８ａ側に切り換えられる。その結果、リモコンバルブ６２の位置の如何に関わらず、パイロットラインＬｏのパイロット圧Ｐｏをチェックバルブ６９を介してコントロールバルブ６２の閉側６２ａにダイレクトに伝達し、バケット１８を閉じさせるように機能する。なお、チェックバルブ６９は、通常作業時においてリモコンバルブ６０からラインＬ１に出力されるパイロット圧Ｐ１が、第２ソレノイドバルブ６８を介してドレンしてしまわないようにすることを目的として挿入されたものである。

図３にコントローラＣＬ内において実行される吊り荷重Ｗｇの演算作業の概略を示す。この吊り荷重Ｗｇの演算作業は、これ自体は、公知の手法に係るものであるため、ここでは、図３を参照しながらその概略を説明するに止める。

吊り荷重Ｗｇを演算するためには、ブーム角度センサ２６、アーム角度センサ２８、ブームシリンダ３４のボトム側３４ａ、ロッド側３４ｂに配置された圧力センサ３５、３７からの情報が主に利用される。これらの信号のうち、ブーム角θ１、アーム角θ２の情報は、それぞれのＡ／Ｄ変換部５１、５２でアナログ−デジタル変換された後、姿勢演算回路８８に入力され、ここで各種情報（寸法データ）を記憶しているＲＯＭ８９との情報と合わせてアタッチメントＡの作業半径ｒと自重モーメントＭが求められる。一方、荷重演算回路９０においては、この求められた作業半径ｒ及び自重モーメントＭの情報と、圧力センサ３５、３７から送られてきたボトム圧Ｐｂ１、ロッド圧Ｐｂ２の情報とにより、吊り荷重Ｗｇの演算を行う。この演算は、より具体的には図３の下段に示されるような方法で行われる。

まず、距離演算ブロック９２により、ブーム角θ１に基づいて、ブーム１４の揺動中心（ブームフート）９とブームシリンダ３４との（垂直）距離Ｄが演算される。又、推力演算ブロック９３によってブームシリンダ３４のボトム圧Ｐｂ１とロッド圧Ｐｂ２の情報に基づいて、ブームシリンダ３４の推力Ｆが演算される。求められた距離Ｄ及びシリンダ推力Ｆは、推力モーメント演算ブロック９４に入力され、ブームシリンダ３４の推力モーメントＭｂが演算される。推力モーメントＭｂは、距離Ｄとシリンダ推力Ｆの乗算によって求められる。次いで、吊り荷モーメント演算ブロック９５において、推力モーメント演算ブロック９４において求められたブームシリンダ３４の推力モーメントＭｂと姿勢演算ブロック８８で求められた自重モーメントＭの情報に基づいて、吊り荷モーメントＭｗが求められる。この演算は、推力モーメントＭｂから自重モーメントＭを減算することによって行なわれる。吊り荷モーメントＭｗが求められると、吊り荷重演算ブロック９６において、（姿勢演算ブロック８８によって求められた）作業半径ｒと該吊り荷モーメントＭｗの情報から、吊り荷重Ｗｇが演算される。この演算は、吊り荷モーメントＭｗを作業半径ｒで除算することによって行なわれる。

こうして、吊り荷重Ｗｇが演算されると、この吊り荷重Ｗｇと定格荷重Ｗｓとを比較し、吊り荷重Ｗｇが定格荷重Ｗｓを超えたときに、ブザー７２を鳴らすと共にモニタ７０に設けた警告ランプ（図示略）を点灯若しくは点滅させて警報を発し、作業者に該吊り荷重Ｗｇが過負荷であることを知らせる（警報する）。

一般に、クレーン仕様の油圧ショベルでは、各機種毎にアタッチメントの姿勢に応じて、予め定格荷重Ｗｓが決められている。定性的には、作業半径ｒが大きくなるほど定格荷重Ｗｓは小となる。

なお、コントローラＣＬは作業者の操作するモニタ７０に取り付けたスイッチの操作によりショベル作業モードかクレーン作業モードかを判別し、判別の結果、掘削作業モードの場合は上記吊り荷重Ｗｇの演算処理等は実行しない。一方、クレーン作業モードであると判別されたときは、コントローラＣＬは、上記吊り荷重Ｗｇの演算に入る前に、以下のような所定の作業を行う。本発明の核心部分の制御に当たるため、以下詳細に説明する。

クレーン作業モードに入る場合には、作業者はバケット１８を予め全閉状態（クラウド状態）としておくことが要求されるが、ときに完全に閉状態とならないうちにクレーン作業モードに入ってしまうことがある。この場合、この状態で吊り荷重Ｗｇ等を演算しても、これらの演算はバケット１８が完全に閉じた状態にあることを前提としてその演算式等が組み込まれているため、得られる吊り荷重Ｗｇは必ずしも適切な値でないこともある。したがって、その演算結果をベースにして判定される「安全」あるいは「過負荷」の結論もそれだけ信頼性の低いものとなってしまう。

そこで、この実施形態においては、図１に示されるように、作業者によってモニタ７０に取り付けたスイッチがクレーン作業モードに変更されたと判断されたときには（ステップ８０でＹ）、バケット角度センサ２９の出力から、バケット１８が完全に閉じられた状態にあるか否を確認する（ステップ８２）。確認の結果、「完全に閉じられた状態でない」と判断されたときにはステップ８４に進み、バケット１８を自動的に（強制的に）全閉状態とするべく、閉駆動ソレノイドバルブ６８に対して切り換え指令を出力する。この結果、該閉駆動ソレノイドバルブ６８の状態はもう一方の６８ａ側に切り換えられ、パイロットラインＬ０のパイロット圧Ｐ０が閉駆動ソレノイドバルブ６８、及びチェックバルブ６９を介してコントロールバルブ６２に直接伝えられる。そのため、該コントローラバルブ６２は閉側６２ａに切り換えられ、バケット１８は閉側に駆動される。即ち、そのときのリモコンバルブ６０の位置或いは規制ソレノイドバルブ６６の機能の有無の如何に関わらず、バケット１８は必ず閉方向に駆動される。

なお、このとき、「バケット１８が閉じられていない」ため現在強制駆動中である旨の警報が発生されるようにすると、一層良好である。警報は、ブザー７２による警鐘、モニタ７０に設けた警告ランプの点灯或いは点滅のいずれか、或いはこれらの組み合わせによって行う。即ち、バケット１８が完全に閉じられていなかった場合には、そのときに現実に吊り上げようとしている吊り荷重Ｗｇの大小の如何に関わらず、その時点でバケット１８は速やかに全閉位置に駆動され、且つ警報が発生されることになる。この結果、作業者の手を煩わせることなく、「吊り荷Ｗを吊り上げた後にその吊り荷重Ｗｇが所定の定格荷重Ｗｓよりも実は大きかったことが判明する」というような不具合が発生するのを確実に防止できる。

これらの判断及び作業は、クレーン作業モードに入った直後のみならず、クレーン作業モードとされている間、常時行われる。それは、当初バケット１８を完全に閉じた状態でクレーン作業に入ったとしても、その後、例えば長時間のクレーン作業中に油圧洩れ等が発生してバケット１８が開いてくることが有り得るからである。この実施形態では、このような場合でも、バケット１８が開き始めたことを速やかに作業者に警告することができる。

なお、このクレーン作業に入った後の警報は、必ずしも常時行う必要はなく、所定時間ごとに行うだけでもよい。場合によってはクレーン作業に入った後の警報を省略してもよい。

なお、本発明においては、バケット１８が完全に閉じられていない旨の判断がなされたときの作業中に、クレーン作業自体をそのまま許容する設計とするか否かについては、特に拘束するものではない。バケット１８の閉じ作業が行われているときにクレーン作業自体を中止するように設計するようにすると、一層安全な作業ができるが作業性は若干低下する。なお、バケット１８の閉じ作業が行われているときにクレーン作業自体を規制する構成を得るには、例えば、当該条件の成立時に、クレーン作業に寄与するブームシリンダ３４やアームシリンダ３６が、対応するリモコンバルブ（図示略）を操作しても反応しないようにすればよい。この構成は、当該ブームシリンダ３４やアームシリンダ３６を駆動するための油圧回路に、前記規制ソレノイドバルブ６６に相当するソレノイドバルブ（図示略）を挿入することにより、実現可能である。

本発明が適用されたクレーン機能付き油圧ショベルのコントローラにおいて実行される制御フローを示す流れ図 上記クレーン機能付き油圧ショベルの要部構成図 コントローラ内で実行される吊り荷重の演算過程を示すブロック図 従来のクレーン機能付き油圧ショベルの概略構成を示す正面図

符号の説明

Ａ…アタッチメント
１２…油圧ショベル
１４…ブーム
１６…アーム
１８…バケット
２６…ブーム角度センサ
２８…アーム角度センサ
２９…バケット角度センサ
３４…ブームシリンダ
３６…アームシリンダ
３８…バケットシリンダ
３５、３７…圧力センサ
６０…リモコンバルブ
６２…コンロールバルブ
６６…規制ソレノイドバルブ
６８…閉駆動ソレノイドバルブ
７０…モニタ
７２…ブザー
７４…ライト
ＣＬ…コントローラ

Claims (4)

1. アタッチメントを掘削作業に使用する掘削作業モードと、該アタッチメントを物の昇降・移動させる作業に使用するクレーン作業モードとに切り替え可能に構成したクレーン機能付き油圧ショベルにおいて、
   前記作業アタッチメントにおける作業が、前記クレーン作業モードとされたか否かを検出する手段と、
   前記掘削作業モード時において使用する前記アタッチメントのバケットが、全閉位置にあるか否かを検出する手段と、
   前記アタッチメントにおける作業がクレーン作業モードとされ、且つ前記バケットが全閉位置でないと検出されたときに、前記バケットを自動的に全閉位置にまで駆動する手段と、
   を備えたことを特徴とするクレーン機能付き油圧ショベル。
2. 請求項１において、
   前記クレーン作業モードとされ、且つバケットが全閉位置にあるか否かの検出を、クレーン作業モードとされた瞬間、及びその後所定時間ごとに行う
   ことを特徴とするクレーン機能付き油圧ショベル。
3. 請求項１において、
   前記クレーン作業モードとされ、且つバケットが全閉位置にあるか否かを検出を、クレーン作業モードが検出されている間、常時行う
   ことを特徴とするクレーン機能付き油圧ショベル。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記アタッチメントにおける作業がクレーン作業モードとされ、且つ前記バケットが全閉位置でないと検出されたときに、前記バケットを自動的に全閉位置にまで駆動すると共に、その旨の警報を合わせて発生する
   ことを特徴とするクレーン機能付き油圧ショベル。

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