JP2000007283A - 移動式クレーンの軸力による異常判定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 移動式クレーンにおいて、任意の作業機姿勢
や任意の吊荷質量においても、負荷検出の正否を判断で
きる装置を提供する。 【解決手段】 移動式クレーンにおいて、規定軸力を予
め作業機長さと作業機起伏角度により決まる数値として
記憶しておき、実際に計測した軸力と比較し、実際に計
測した軸力がある基準値を超えた大きな差として算出さ
れた場合に、異常と判断するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動式クレーン等
において、過大な吊荷質量による転倒や機体の破損を防
止する過負荷防止装置等の安全装置を装着したものに利
用され、負荷検出器の異常や車体の姿勢異常を早期に発
見する装置に関わる。

【０００２】

【従来の技術】移動式クレーンには、過大な吊荷質量
や、無理な作業機姿勢による転倒や機体の破損を防止す
る過負荷防止装置、過負荷制限装置等が装着されてい
る。この過負荷防止装置は、図１に示すように、作業機
の長さや、作業機の起伏角度や、負荷の程度をそれぞれ
検出し、当該作業機姿勢に関しての許容荷重内の吊荷で
あるかを常時監視し、許容荷重を越えると判断された場
合には、警報・表示したり、関係する作業機を停止する
ようにするものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような過負荷防止
装置等においては、移動式クレーンが転倒したり破損し
たりする危険を防ぐため、全ての作業および全ての作業
段階において正しく機能する必要がある。従って過負荷
防止装置等に使用される各検出装置自体も全ての作業お
よび全ての作業段階において正しい計測が可能なもので
なければならない。ここで現行の過負荷防止装置等では
作業機姿勢の検出装置、例えば、作業機長さ検出器や作
業機起伏角度検出器単独の出力は、移動式クレーンの稼
動前の始業点検において、最大長さ、最小長さ、最大起
伏角度、最小起伏角度等の各状態の出力を、装備された
表示装置による表示を目視することにより行われてい
る。即ち、オペレータは、作業機を検出器が既知の出力
をなす状態にセットすることで、各検出器の正否（検出
器が正しい作動をしているか否か）を認識することがで
きるから、作業機の実作業時の姿勢においてもそれらの
検出装置に問題があるか否かは、予測がつくものであ
る。一方、負荷の検出については、現行の過負荷防止装
置等では、作業機の長さ、起伏角度を特定の状態にした
時の、フック自重の算出重量から判断している。しかし
ながら、負荷の検出は、そのような姿勢および状態のみ
ならず任意の実際の作業機姿勢や任意の吊荷質量におい
ても必要なものであり、かつ、作業機長さの検出や作業
機起伏角度の検出とは性質が異なり、作業機の長さ、起
伏角度を限定した姿勢でのフック自重の算出質量が正し
いとしても、負荷に関する限りは通常の算出負荷が正し
いものになるとはいえない。この点先行技術では、任意
の作業機姿勢や、任意の吊荷質量により広範囲に変動す
る負荷の検出の良否を判断する手段は有していない。従
って本発明では、任意の作業機姿勢や任意の吊荷質量に
おいても、負荷の正否を判断できる装置を提供しようと
することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明では、任意の作業
機姿勢、任意の吊荷の場合の作業中の軸力は、当該姿勢
における吊荷の無い時の軸力（以下、規定軸力という）
以上の数値となるべき事を利用し、規定軸力を予め作業
機長さと作業機起伏角度により決まる数値として記憶し
ておき、実際に計測した軸力と比較し、実際に計測した
軸力がある基準値を超えた大きな差として算出された場
合に、異常と判断するようにする。

【０００５】

【発明の実施の形態】〔実施例１〕始めに、さまざまに
作業機機構がとる形態の中で、模式化した図である図２
に示されるように移動式クレーンの最も基本的形態であ
るブーム長と作業機起伏角度が可変される機構（ブーム
作業）に適用する場合の実施例を説明する。

【０００６】本発明の実施例１をそのプロセスに沿って
説明すると、図３の流れ図に概略に示すように、 ・予め、吊荷のない状態での、作業機の長さと作業機起
伏角度毎に、起伏用アクチュエータの軸力をメモリー等
に記憶する段階； ・実際の稼動中に、作業機長さ検出器および作業機起伏
角度検出器から、作業機長さおよび作業機起伏角度を得
て、この条件の時にあるべき規定軸力をメモリーから読
み出すか、メモリーに基づいて計算する段階； ・実際の稼動中の、起伏アクチュエータの軸力を計測す
る段階； ・実際に計測した軸力と、その状態の作業機長さおよび
作業機起伏角度に対応した規定軸力を比較し、比較の結
果、必要なら何らかの対応のための出力をなす段階； からなる。以下、さらにこれらについて詳述する。

【０００７】（１）予め吊荷のない状態で、作業機の長
さおよび作業機起伏角度毎に、起伏アクチュエータの軸
力をメモリー等に記憶する段階； 予め、吊荷のない状態において、作業機の長さや作業機
起伏角度を変更していく一方、作業機アクチュエータの
軸力を毎回計測し、図４のようなマップを求め、メモリ
ー等にこのマップ記憶しておく（数値的事項については
後述の図５参照）。なお規定軸力に限っていえば、上記
のように実際の軸力を求めるのではなく、作業機の自重
や重心位置から計算によって求めることができる。

【０００８】（２）実際の稼動中に、作業機の長さおよ
び起伏角度から、この条件の時の規定軸力を前記マップ
から求める段階；実際の稼動中には、作業機は、マップ
として標準的に記憶されている長さおよび起伏角度のみ
ならず、それらの中間値をもとりうる。このような場合
は、当該姿勢の軸力を直線補間等によって求める。これ
を図５に基づいて説明すると、例えば規定軸力マップに
は、標準値としてブーム長は５ｍ毎に、ブーム角度は１
０度毎に規定軸力が記憶されているとする。そうして実
際の稼動中に作業機の長さについては７ｍ、ブーム角度
については５度が計測されたとすると、このような条件
に該当する軸力は、マップ上に存在しないことになる。
このような場合は、このような実際のブーム長の直近の
上下値５ｍ、１０ｍと、ブーム角度に直近の上下値０
度、１０度に関する軸力値ｆ１１，ｆ１２，ｆ２１，ｆ
２２を利用して補間計算する。 ＜計算例＞ ｆａ＝ｆ１１＋（ｆ２１−ｆ１１）×（７−５）／５ ｆｂ＝ｆ１２＋（ｆ２２−ｆ１２）×（７−５）／５ ｆｃ＝ｆａ＋（ｆｂ−ｆｃ）×（１０−５）／１０ ここで、規定軸力ｆｔ＝ｆｃである。この算出手順は図
示すると図６で示される。当然ながらこの算出手順は、
ブーム角度水準を先に計算しても良い。

【０００９】（３）実際の稼動中の起伏アクチュエータ
の軸力を計測する段階；起伏アクチュエータの軸力の計
測は、油圧シリンダの場合には、油圧シリンダのボトム
側、ヘッド側の圧力の計測と、それぞれの受圧面の面積
から算出するか、ロッド部に装着した荷重センサにより
計測する。前者の場合には、図７に示すように、ヘッド
側圧力をＰＨ、ボトム側圧力をＰＢ、ヘッド側断面積を
ＡＨ、ボトム側断面積をＡＢとすると、 軸力Ｆ＝ＰＢ×ＡＢ−ＰＨ×ＡＨ により求められる。

【００１０】（４）実際に計測した軸力と、その状態に
おける作業機の長さおよび起伏に対応した規定軸力を対
比し、比較の結果、必要なら何らかの対応のための出力
をなす段階；規定軸力は、吊荷がない状態での値である
から、通常（正常）の場合には、必ず実際の軸力≧規定
軸力となる。そこで、 規定軸力−実際の軸力≧Ｋ（但し、Ｋは正の数値） の場合には軸力検出異常かそれ以外の要因による何らか
の異常として、警報・表示および／または作業停止回路
に指令のための信号が出力される。ところで、前記のよ
うに規定軸力−実際の軸力≧Ｋとなりうるのは、次のよ
うな場合と考えられる。 作業機機構の誤設定 ブーム長、ブーム角度の計算値の異常 軸力検出値の異常 車体設置状態の異常（車体傾斜） ここで、，，は、例えば、ブーム長さ、角度の最
長、最短、最起こし、最伏せの状態での表示の確認、車
両に標準装備の水準器による確認等、人為的なチェック
が可能である。よって、そのような項目が順次正規であ
ることが確認された場合、の異常の推定が可能とな
る。また、前記およびは、別設置のセンサやリミッ
トスイッチによってその異常の有無を確認することもで
き、またについても車両傾斜角度計を装着しておけ
ば、異常の有無を確認できるものであるから、これらの
計器等を用意しておけば、前述のように、規定軸力より
検出した軸力が軽いと判断された場合は、コントローラ
によって，，の自動診断を次々と行ない、の軸
力計測値の異常であるかを自動的に判断することもでき
る。なお、警報判定しきい値Ｋは、作業条件全域に関し
て一定値でも良いし、ブーム長、ブーム角度、旋回角
度、アウトリガ張出幅、作業機機構状態のパラメータ等
により可変する事も可能である。

【００１１】以上の実施例１における実際の作業時の判
定を機能ブロック図にまとめると図８のようになる。主
なる点を説明すると、ブーム長、ブーム起伏角度の検出
値を用い、予め記憶しておいた規定軸力マップから、規
定軸力（吊荷の無い時の軸力）を補間計算により算出す
る機能；この規定軸力と、実際に検出した軸力との差を
計算し、その値が警報しきい値より、大きい場合に、何
らかの異常と判断し警報発令、あるいは、作業機等の停
止を行う機能；を含んでいる。

【００１２】〔実施例２〕実際の移動式クレーンでは、
実施例１で示したような（１）ブーム作業（主フック作
業）のみならず、次の（２）〜（４）の作業状態もとり
うる。 （１）ブーム作業（主フック作業） （２）シングルトップ作業（補フック作業） （３）補ジブ作業１段（補フック作業） 補ジブ角度（５，２５，４５度） （４）補ジブ作業２段（補フック作業） 補ジブ角度（５，２５，４５度） これらの作業の種類は、わかり易く模式的に示すと図９
（ａ）〜（ｄ）に示すような作業内容を表わしている。
このように作業機の機構状態が異なる場合は、ブーム長
さや、ブーム角度が同じであっても、規定軸力値は、同
一ではない。即ち、補ジブ等を先端に装着した場合は、
ブーム作業よりも大きい軸力値となる。従って、作業機
の機構状態毎に、規定軸力マップを持つ必要がある。作
業機の機構状態は、過負荷防止装置において人為による
スイッチ設定がなされるので、その情報を利用して、規
定軸力マップを切り替えて、機能させる。この実施例２
の全体の流れ図を図１０の実線枠で、機能ブロック図を
図１１の実線枠で示す。なお、実際の作業機機構が主ジ
ブで、作業機機構の設定が補ジブの場合には、同一作業
機長さ、同一作業機起伏角度の場合であっても、実際の
軸力は規定軸力よりも小さくなる。即ち、本機能によ
り、人為的な作業機機構の設定、あるいは検出機能の異
常として警報をだすことも可能になる。

【００１３】〔実施例３〕作業機の機構状態は各種リミ
ットスイッチ、近接スイッチ、角度センサ（補ジブ角
度）、長さセンサ（補ジブ長さ）等により、自動検知
し、規定軸力マップを切り替えるよう機能させてもよ
い。例えば、補ジブを１段ブームに横抱きしているか
（格納状態）、先端に装着しているか、シングルトップ
を張り出しているかどうか、補ジブの角度、段数はどう
か等を検出するのである。このような実施例の場合の全
体の流れ図は、図１０において、「作業機機構設定スイ
ッチ」にかわり、点線枠で示される「作業機機構検出ス
イッチセンサ」で作業機機構の状態の判定がなされる以
外は実施例２と同じである。また、この実施例３の場合
の機能ブロック図は、図１１において実線枠の「作業機
機構状態の手動設定手段」にかわり、右側点線枠の「作
業機機構状態の検出手段」が作業機機構の判断手段につ
ながる以外は実施例２と同じである。

【００１４】〔実施例４〕軸力の計測を油圧シリンダの
ボトム圧、ヘッド圧の検出により行う等により軸力を計
測する際、ヒステリシスなどで作業機の起こしと伏せで
軸力が異なることが経験的に知られている。このような
場合には、作業機の起伏操作方向も検出し、動作方向を
考慮し、それぞれに対応する規定軸力と比較することも
考えられる。この場合、ブームの起伏方向に応じ、規定
軸力マップを起伏角度増と、減の場合の２水準を持つ事
になる。つまり、この実施例４の場合の規定軸力マップ
は、図５のようなマップがブーム角度起こしと、伏せの
時についてそれぞれのマップが作成されることになる。
規定軸力マップの作成において、実機において計測でも
とめる場合には、ブーム長、起伏角度、軸力計測手段か
らの検出信号を用いる。その場合には、それぞれのマッ
プデータを、起伏角度増、及び減の操作により取得する
ものとする。起伏方向の判断は、起伏角度センサの時
系列的な検出値の傾向で起伏を判断する、別に設置し
た、起伏操作レバー等の操作方向検出手段により判断す
る、この２方式を併用する、等により判断し、規定軸
力マップからその起伏方向の軸力マップを選定して、異
常判断を行う。なお、ヒステリシスが存在する場合であ
っても、判定しきい値Ｋがヒステリシス幅と比べて充分
に大きい場合には、このような処置を行わなくて良い。

【００１５】〔実施例５〕以上の実施例１〜５は、吊荷
なしの規定軸力よりも実際の検出した軸力がある基準値
以上小さい場合の異常判定であるが、オペレータの吊荷
なしの確認の上にスイッチ操作等により吊荷の無い軸力
を実測し、規定軸力と比較することにより、実際に検出
した軸力がある基準値以上大きい場合に警報・表示、作
業機停止等を行う事もできる。本機能により、吊荷なし
の検出軸力値が、規定軸力値より大きくなった異常の場
合を検出する事が可能となる。軸力値を大きく算出する
と、吊り荷重量を重く算出してしまい、正常な場合には
吊り上げる事ができる吊荷を自動停止機能により吊り上
げられなくなるなど、性能上の制約ができてしまう。よ
って、吊荷なし確認スイッチがある場合には、それによ
って吊荷なし状態であるのか、吊荷を吊っているのか
を、自動的に判断することができる（図１３参照）。ま
た、吊荷なし確認スイッチによる方法の他、吊フック
部、あるいは、作業機先端部に併設した吊荷重量計によ
り、吊荷なしの状態を判別する方法もある。

【００１６】〔実施例６〕以上の実施例１〜５は吊荷な
しの軸力に関するものであったが、吊荷なしの軸力の他
に、許容荷重相当の軸力（以下、最大許容軸力と称す
る）を作業機長さと作業機起伏角度に対して記憶するマ
ップを別に持ち、実際の計測軸力が最大許容軸力をある
基準値以上超えた場合に警報・表示、作業機停止を行う
機能を持ちたせることもできる。その場合の判断方法
は、以下となる。 実際の検出軸力Ｆ１−最大許容軸力Ｆｍａｘ≧Ｋｍａｘ 但しＫｍａｘは正の数

【００１７】〔実施例７〕実際の車両においては、作業
機自重や吊荷による負荷のため車体がねじられ、軸力に
影響を及ぼすことがあるので、図１４に示すように上記
のマップを旋回角度方向毎に持ち、旋回角度検出器によ
る計測を追加して、ブーム長、ブーム起伏角度、旋回角
度の関数として、規定軸力を与え、より厳密に判定を行
うこともできる。

【００１８】〔実施例８〕これまでは、主にブーム作業
の場合を説明しているが、例えば、パワーチルトジブ車
（ブーム先端部の油圧アクチュエータで、補ジブ角度を
連続可変できる車両）においては、規定軸力は、ブーム
長、ブーム角度、補ジブ段数、補ジブ角度等の関数とな
るから、各設定条件毎の規定軸力マップを用意し、その
補間値で、当該姿勢における規定軸力を算出するように
することができる。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、任意の作業機姿勢や任
意の吊荷質量においても、負荷検出の正否を判断でき
る。そして、この負荷検出の正否の判断は、作業機状態
の設定や検出を実施することにより作業機状態が変わっ
た時でも可能である。また、現行の過負荷防止装置等の
作業機状態の入力は手動であるので、オペレータが一
度、作業について確認をなすことになるが、本発明によ
ることで作業機設定の誤りが防がれる。作業機状態の入
力が、作業機状態の検出手段によってなされる場合に
は、常に作業機状態に相応した負荷検出の正否の判断が
なされる。作業機状態の入力は、作業機の起伏動作の方
向も含む場合は、より精密に負荷検出の異常を判断でき
る。オペレータは、警報または表示によって迅速に負荷
検出の異常を判断できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】公知の過負荷防止装置のシステム概要図であ
る。

【図２】クレーンの主ブーム作業を模式的に示した図で
ある。

【図３】主ブーム作業に関する全体の流れ図である。

【図４】規定軸力マップの例である。

【図５】主ブーム作業の場合の規定軸力の算出方法を示
す図である。

【図６】規定軸力を補完法で求める場合の算出手順を示
すための図である。

【図７】実作業時の軸力を起伏アクチュエータの軸力で
計測する場合の関係要素図である。

【図８】主ブーム作業の場合の機能ブロック図である。

【図９】移動クレーンの作業の種類を模式的に示す図で
ある。

【図１０】各種の作業の場合の全体の流れ図である。

【図１１】各種の作業の場合の機能ブロック図である。

【図１２】ブーム角度の起こしと伏せを別々に記憶する
場合の機能ブロック図である。

【図１３】実際の検出軸力が規定軸力よりも大きい時に
も警報等が可能なことを示す模式的で吊荷なし確認スイ
ッチを有する場合を示す図である。

【図１４】規定軸力マップは旋回角度方向毎に記憶しう
ることを示す模式図である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 起伏アクチュエータの軸力検出手段、作
   業機姿勢に関わるデータの検出手段、予め作業機姿勢毎
   に規定軸力を記憶すると共に、予め記憶した規定軸力と
   計測軸力を、作業機姿勢をもとに比較し、異常の有無を
   判断するコントローラ、からなる移動式クレーンの軸力
   による異常判定装置。
2. 【請求項２】 コントローラへ作業機状態を入力する手
   段を有し、コントローラは規定軸力の記憶と、規定軸力
   と計測軸力の比較に作業機状態を考慮することを特徴と
   する請求項１記載の異常判定装置。
3. 【請求項３】 コントローラへ作業機状態を入力する手
   段は手動入力であることを特徴とする請求項２記載の装
   置。
4. 【請求項４】 コントローラへ作業機状態を入力する手
   段は作業機状態検出手段から入力されることを特徴とす
   る請求項２記載の異常判定装置。
5. 【請求項５】 作業機状態の入力は、作業機の起伏動作
   の方向を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか
   に記載の異常判定装置。
6. 【請求項６】 異常と判断された時に、警報または表示
   手段に作動指令を出力することを特徴とする請求項１〜
   ５のいずれかに記載の異常判定装置。