JP2002089516A

JP2002089516A - 建設機械の安全装置

Info

Publication number: JP2002089516A
Application number: JP2000282204A
Authority: JP
Inventors: Toru Kobayashi; 透小林; Yoichi Komori; 陽一古渡; Keiichiro Nakamura; 恵一郎中村
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2000-09-18
Filing date: 2000-09-18
Publication date: 2002-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】センサ類に異常が生じても、少なくとも作業
機を駆動させることができる建設機械の安全装置の提
供。【解決手段】制御装置１３が、ブーム用油圧シリンダ
９を伸長方向へ駆動させるためのパイロット圧Ｐ、およ
び、ブーム６の回動角θを入力し、ブーム６が上げ方向
に操作され、かつ、油圧シリンダ９の上げ方向ストロー
クエンド近傍に達したと判断したときに、電磁比例弁２
１に対しパイロット二次圧をさらに絞る駆動信号を出力
するとともに、角度センサ１２からの角度信号θが異常
と判断した場合には、電磁比例弁２１に対し油圧シリン
ダ９が動作可能なパイロット圧を保持し得る駆動信号Ｉ
を出力することによって、角度センサ１２に異常が生じ
てもブーム６を動作させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベル等の
建設機械に設けられる安全装置に係り、特にブーム等の
作業機を駆動する油圧シリンダがストロークエンド近傍
となったときに衝撃あるいは振動を抑制する建設機械の
安全装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、建設機械のうち特に油圧ショベル
は、道路の補修、家屋の解体等比較的大きな都市におい
ても使用されることが多くなっている。このような都市
における作業では、車の通行量が多く、完全に車両の通
行を遮断することは、特に経済上の理由から困難な状況
となっている。このような状況において、例えば特開平
５−１２５７４４号公報に開示されるように、油圧ショ
ベルの旋回体の後端を極力短くし、すなわち旋回半径を
小さくし、旋回しても周囲の物と衝突することのない機
械が提案されている。このような後方小旋回型の油圧シ
ョベルでは、例えば道路の片側だけを通行止めとし、残
りの車線については車両の運行を許容することができ
る。

【０００３】しかし、特に旋回体を小型化した油圧ショ
ベルでは、掘削等のために設けられているブーム，アー
ム，バケット等から形成される作業機と、この作業機が
取付けられる旋回体とのバランスを取ることが難しくな
っている。すなわち、後端半径を短くした分、旋回体の
後方に設けられるカウンタウェイトの重量を重くする必
要があるが、特にブームを最大に上げた状態では、重心
位置が従来ある機械よりも後方の位置となる。この結
果、ブームを比較的速い速度で上げ方向に操作しストロ
ークエンドに到達させた場合、その衝撃によって車体全
体に衝撃および振動が発生し、操作性が著しく阻害され
ることになる。

【０００４】このような油圧シリンダのストロークエン
ドにおける問題点を解決するための従来技術として、例
えば特開平５−１９６００４号に開示された技術があ
る。この従来技術では、作業機シリンダのストローク位
置および移動方向を検出し、ストロークエンド方向に近
づく方向に動作していると判断した場合、ストロークエ
ンドまでの偏差に応じて、作業機シリンダの速度を制御
するようになっている。すなわち、予めストロークエン
ドまでの距離に応じたゲインを設定し、シリンダの移動
方向がストロークエンドに近づく方向であって、かつ、
ストロークエンドまでの距離が所定の距離よりも近い場
合、シリンダ操作用のレバー信号に上述したゲインを乗
算し、その速度を低下させるようになっている。

【０００５】したがって、この従来技術によればストロ
ークエンドにおける車体の揺れを小さくすることがで
き、また、ストロークエンドから離れる方向へ操作した
場合には通常の操作を連続して行なうことができ、良好
な操作性および作業量を確保することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、建設機械と
して例えば油圧ショベルでは、ブーム，アーム，バケッ
ト等からなる作業機により土砂等を掘削する作業が行わ
れ、作業機に土砂等がぶつかり作業機に設けたセンサ類
の配線が切断されることが考えられる。また、雨や温度
変化等による結露により、センサ類が劣化することもあ
る。

【０００７】上記従来技術においてこのようなセンサ類
の断線や劣化が生じた場合、ストロークエンド近傍とな
っても作業機シリンダの動作速度を遅くすることができ
なかったり、その図２に示すようにストロークエンドに
おけるゲインを０に設定されている場合には、劣化の状
況によっては作業機シリンダを動かすことができなくな
る。特に、後者の場合には作業機を動作させることがで
きず、作業機を安全な姿勢に戻すことができなくなる可
能性もある。

【０００８】このように上記従来技術では、センサ類の
劣化に対する配慮がなされておらず、操作性および作業
性、安全性の面で問題が残されている。

【０００９】本発明は、上記した従来技術による問題点
に鑑みてなされたもので、その目的は、センサ類に異常
が生じても、少なくとも作業機を作動させることができ
る建設機械の安全装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、油圧シリンダにより動作するブームを含
む複数の可動部材からなる作業機と、主油圧ポンプと、
この主油圧ポンプから前記油圧シリンダに供給される圧
油の流れを制御する複数のパイロット操作式方向制御弁
と、パイロット油圧ポンプと、このパイロット油圧ポン
プから供給されたパイロット一次圧を減圧し、前記複数
のパイロット操作式方向制御弁を駆動するパイロット二
次圧を生成する複数の操作手段とを有する建設機械に設
けられ、前記複数の操作手段のうちブーム駆動用の操作
手段によって生成されるパイロット二次圧をさらに減圧
する減圧手段と、前記ブームを駆動する油圧シリンダの
伸縮量および伸縮方向を検出する伸縮量検出手段および
伸縮方向検出手段と、これら伸縮量検出手段および伸縮
方向検出手段からの信号を入力し、これらの信号に基づ
き前記減圧手段への駆動信号を演算し、出力する制御装
置とを備えた建設機械の安全装置において、前記制御装
置が、前記伸縮量検出手段から入力した信号が正常か否
かを判別し、異常と判断した場合、前記減圧手段に対し
前記ブーム用油圧シリンダが動作可能なパイロット圧を
保持し得る駆動信号を出力する異常処理部を備えたこと
を特徴とする。

【００１１】本発明による建設機械の安全装置は上記の
ように構成されており、制御装置では伸縮量検出手段か
らの伸縮量信号が入力されると、この伸縮量信号が正常
か否かを判別する。そして、異常と判断した場合には、
異常処理部により、ブーム駆動用の操作手段によって生
成されたパイロット二次圧を、ブーム用油圧シリンダが
動作できる程度のパイロット圧となるように減圧手段に
対し駆動信号を出力する。

【００１２】したがって、伸縮量検出手段が劣化し、こ
の伸縮量検出手段からの信号が正常ではなくなったとし
ても、少なくともブーム駆動用の油圧シリンダを動かす
ことができる。これにより、必要最小限の操作性と作業
性、および、安全性を確保することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明による建設機械の安
全装置の実施の形態を図に基づき説明する。本実施の形
態は、建設機械として油圧ショベルを対象に適用したも
のであり、図１〜図４は第１の実施の形態の説明図で、
図１は本実施の形態における要部回路図、図２は制御装
置のブロック図、図３はブーム回動角と減圧手段への駆
動信号との関係を示す図、図４はブーム回動角と角度セ
ンサの出力との関係を示す図である。

【００１４】図１に示すように、本実施の形態における
油圧ショベル１は、不図示の走行モータによって走行可
能な走行体４と、運転室３を有し不図示の旋回モータに
よって旋回可能な旋回体２と、油圧シリンダ９，１０，
１１によりそれぞれ回動するブーム６、アーム７、バケ
ット８からなる作業機５とを備えている。なお、ブーム
６は、旋回体２にピン接続され、旋回体２に対し回動可
能に設けられている。また、本実施の形態における油圧
ショベル１は、旋回体２の旋回中心と後端側の最遠点と
を結ぶ直線が走行体４の車幅に対しおおよそ１／２以下
となるように形成されている。

【００１５】また、上述した走行モータ、旋回モータ、
油圧シリンダ９，１０，１１は、それぞれ主油圧ポンプ
２３から供給される圧油によって駆動する。図１には、
ブーム用油圧シリンダ９を駆動するための回路のみを示
す。この油圧回路は、主油圧ポンプ２３から吐出された
圧油の流れを制御しブーム用油圧シリンダ９へ圧油を供
給するパイロット操作式の方向制御弁２２と、この方向
制御弁２２を操作するための操作手段としての操作装置
２０とを備えている。操作装置２０は、操作レバー１９
と、この操作レバー１９の操作量に応じてパイロット油
圧ポンプ１５から吐出されたパイロット一次圧を減圧す
る減圧弁１７，１８とからなる。減圧弁１８から供給さ
れるパイロット二次圧は、ブーム用油圧シリンダ９を伸
長方向に、すなわちブーム６上げ方向への指令圧とな
り、減圧弁１７からのパイロット二次圧は、油圧シリン
ダ９を縮小方向に、すなわちブーム６下げ方向への指令
圧となる。減圧弁１８と方向制御弁２２のパイロット油
室２２ｄとを連絡する管路には、減圧弁１８からのパイ
ロット二次圧をさらに減圧するための減圧手段としての
電磁比例弁２１が設けられている。なお、１６は作動油
の貯油タンクである。

【００１６】また、ブーム６と旋回体２との連結部近傍
には、ブーム６の回動角θを検出する油圧シリンダ９の
伸縮量検出手段としての角度センサ１２が設けられると
ともに、減圧弁１８からのパイロット二次圧Ｐを検出す
る伸縮方向検出手段としての圧力センサ１４が設けられ
ている。そして、角度センサ１２からの角度信号θおよ
び圧力センサ１４からの圧力信号Ｐは、制御装置１３に
入力され、制御装置１３では所定の演算処理が実行され
て電磁比例弁２１に駆動信号Ｉが出力される。

【００１７】制御装置１３は、図２に示すように角度セ
ンサ１２からの角度信号θに基づき角度センサ１２の異
常の有無を判定する故障判定部１３ａと、角度信号θに
基づき油圧シリンダ９の伸縮量を算出するストローク判
別部１３ｂと、圧力センサ１４からの圧力信号Ｐに基づ
き油圧シリンダ９の伸縮方向を判別する移動方向判別部
１３ｃと、ストローク判別部１３ｂによる演算結果およ
び移動方向判別部１３ｃによる判別結果に基づき電磁比
例弁２１への駆動信号を設定する駆動信号設定部１３ｄ
と、故障判定部１３ａによって角度センサ１２が異常と
判定されたときに異常処理を行なう異常処理部１３ｆ
と、駆動信号設定部１３ｄおよび異常処理部１３ｆから
の信号に基づく駆動信号Ｉを電磁比例弁２１に出力する
出力部１３ｅとを備えている。

【００１８】以上のように構成された本発明による第１
の実施の形態では、作業者が操作レバー１９を操作する
と、その操作方向に応じて減圧弁１７または減圧弁１８
のいずれかによりパイロット一次圧が減圧され方向制御
弁２２にパイロット圧が供給され、方向制御弁２２の弁
位置が切換わる。例えば、減圧弁１７が操作された場
合、その操作量に応じたパイロット二次圧が方向制御弁
２２のパイロット油室２２ｃに供給され、パイロット二
次圧に応じた２２ａ側の弁位置に切換わる。そして、主
油圧ポンプ２３から吐出された圧油がその弁位置に応じ
て絞られ、ブーム用油圧シリンダ９のロッド側Ａに供給
されるとともに、ヘッド側Ｂからの戻り油が方向制御弁
２２を介しタンク１６へ戻される。これにより、操作レ
バー１９の操作量に応じた速度でブーム６が図示下方へ
回動する。操作レバー１９が逆方向、すなわち減圧弁１
８を操作した場合には、方向制御弁２２のパイロット油
室２２ｄ側にパイロット圧が供給され、その弁位置が２
２ｂ側に切換わり、ブーム６は図示上方に回動する。

【００１９】一方、制御装置１３では、角度センサ１２
からの角度信号θが故障判定部１３ａに入力され、角度
センサ１２の異常の有無を判定する。図４に示すように
ブーム６の回動角範囲θｍｉｎ〜θｍａｘの領域では、
角度センサ１２からの電気信号はＶｍｉｎ〜Ｖｍａｘと
なるように設定されており、故障判定部１２ａでは入力
した角度信号θがこの電気信号Ｖｍｉｎ〜Ｖｍａｘの範
囲内にあるかどうかで故障の有無を判別する。

【００２０】この結果、角度センサ１２が正常と判断さ
れた場合には、ストローク判別部１３ｂにより角度信号
θに基づき、ブーム用油圧シリンダ９の伸縮量が求めら
れる。この場合、角度θと油圧シリンダ９の伸縮量とは
一般に知られる幾何学的な関係があり、この関係から算
出される。さらに、圧力センサ１４からの圧力信号Ｐが
移動方向判別部１３ｃによって読込まれ、油圧シリンダ
９の伸縮方向が求められる。すなわち、圧力信号Ｐが所
定圧以上であれば、減圧弁１８が操作されたものと判断
し油圧シリンダ９が伸長方向に操作されたと判断する。
逆に、圧力信号Ｐが所定値以下の場合には、少なくとも
伸長方向には操作されていないものと判断する。駆動信
号設定部１３ｄでは、移動方向判別部１３ｃによって油
圧シリンダ９が伸長方向に操作されたと判別した場合、
図３に示す角度信号θと電磁比例弁２１への駆動信号Ｉ
との関係から駆動信号Ｉを求め、出力部１３ｅに結果を
送る。すなわち、油圧シリンダ９が、伸長方向に操作さ
れその伸長量がストロークエンドに近づいた場合（図３
においてθ０以上θｍａｘ以下）には、電磁比例弁２１
に対し、パイロット二次圧を減圧し、ブーム６の回動速
度を低下させるように駆動信号Ｉを選定する。なお、ス
トロークエンドから所定量以上離れている場合には、電
磁比例弁２１が全開となるように駆動信号Ｉｍｉｎを選
定する。

【００２１】また、故障判定部１３ａにより、角度セン
サ１２が異常であると判定した場合、すなわち角度セン
サ１２からの電気信号Ｖが所定の範囲外の場合には、本
実施の形態では異常処理部１３ｆにより、図３に示す電
磁比例弁２１への駆動信号Ｉｍａｘを選定し、出力部１
３ｆに送る。すなわち、電磁比例弁２１に対し減圧弁１
８からのパイロット二次圧を油圧シリンダ９が駆動可能
な最小限度のパイロット圧に近い値まで絞るように駆動
信号Ｉを選定する。このため、方向制御弁２２の弁位置
は２２ｂ側にわずかに切換わるが、少なくともブーム用
油圧シリンダ９を動作させるだけの圧油は確保され、ブ
ーム６を駆動することができる。

【００２２】したがって、この第１の実施の形態によれ
ば、ブーム６の回動角を検出する角度センサ１２に異常
が生じても、少なくともブーム６を駆動するだけの圧油
をブーム用油圧シリンダ９に供給することができ、作業
機を安全な姿勢に戻すことができ、さらに、修復作業以
前に最低限の作業を続行することができる。また、少な
くもブーム６上げ方向ストロークエンド近傍にある場
合、どのような状況でもブーム６の動作速度を速めるこ
とがなく、より安全性を確保することができる。

【００２３】次に、図５〜図７を用い本発明による第２
の実施の形態について説明する。図５はこの第２の実施
の形態における要部回路図、図６は操作指令信号Ｌと電
磁比例減圧弁３２，３３への駆動信号Ｉ１，２との関係
を示す図、図７はブーム回動角θと駆動信号Ｉ１，２へ
乗算するゲインｋとの関係を示す図である。

【００２４】図５に示すように、この第２の実施の形態
では、操作装置として操作レバーの操作量に応じた電気
的な操作指令信号Ｌを出力する電気レバー３０を用いる
とともに、パイロット油圧ポンプ１５から吐出されるパ
イロット一次圧を減圧する減圧弁として電磁比例減圧弁
３２，３３を用いている。また、制御装置３１は、電気
レバー３０からの操作指令信号Ｌおよびブーム用角度セ
ンサからの角度信号θに基づき、電磁比例減圧弁３２，
３３への駆動信号Ｉ１，２を演算出力する。なお、主油
圧ポンプおよび方向制御弁から形成される主油圧回路に
関しては、前述した第１の実施の形態と同様でありその
説明は省略する。

【００２５】このように構成した第２の実施の形態で
は、制御装置３１は、電気レバー３０からの操作指令信
号Ｌと角度信号θとに基づき、図７に示すゲインｋを求
め、操作指令信号Ｌに対応する駆動信号Ｉ１，２にゲイ
ンｋを乗算し、その結果を電磁比例減圧弁３２，３３へ
駆動信号として出力するようになっている。すなわち、
制御装置３１は操作指令信号Ｌを入力すると、図６に示
す関係から操作指令信号Ｌに相当する駆動信号Ｉ１，２
を求める。一方、角度信号θを入力し、図７に示す関係
から角度θに相当するゲインｋを求める。そして、操作
指令信号Ｌがブーム用油圧シリンダ９を伸長させる方向
への信号であった場合、駆動信号Ｉ２にゲインｋを乗算
し、その結果を電磁比例減圧弁３３に出力する。この場
合、角度センサ１２からの角度信号θから算出された油
圧シリンダ９の伸縮量がブーム６上げ方向ストロークエ
ンド近傍（θ０以上θｍａｘ以下）のとき、図７に示す
ようにその角度θに応じてｋｍｉｎ〜１の間の値を選択
し、駆動信号Ｉ１，２に乗算するため、ブーム回動角が
θ０以下の場合よりも小さい駆動信号として電磁比例減
圧弁３３に供給される。これにより、ブーム６上げ方向
ストロークエンド近傍では、油圧シリンダ９の動作速度
が遅くなる。

【００２６】また、角度信号θが所定の範囲から外れて
おり、角度センサ１２が異常であると判断した場合に
は、図７に示す最低ゲインｋｍｉｎが選択される。これ
により、電磁比例減圧弁３３への駆動信号は、ブーム用
油圧シリンダ９を駆動可能な最小限度のパイロット圧に
近い値となる。

【００２７】したがって、この第２の実施の形態によっ
ても、前述した第１の実施の形態と同様に、ブーム６の
回動角を検出する角度センサ１２に異常が生じても、少
なくともブーム６を駆動するだけの圧油をブーム用油圧
シリンダ９に供給することができ、作業機を安全な姿勢
に戻すことができ、さらに、修復作業以前に最低限の作
業を続行することができる。また、少なくもブーム６上
げ方向ストロークエンド近傍にあってブーム６の動作速
度を速めることがなく、より安全性を確保することがで
きる。

【００２８】なお、上述した第１および第２の実施の形
態では、ブーム６上げ方向のストロークエンドについて
のみ動作速度を遅くするように構成したが、下げ方向ス
トロークエンドに対しても動作速度を遅くするようにし
ても良い。

【００２９】また、油圧シリンダ９の伸縮方向を検出す
るために、第１の実施の形態では減圧弁１８からのパイ
ロット二次圧を、第２の実施の形態では電気レバー３０
からの指令信号を用いたが、角度信号θの変化を求め、
伸縮方向を検出するようにしてもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ブーム用油圧シリンダの伸縮量を検出する伸縮量検出手
段に異常が生じても、少なくともブームを駆動するだけ
の圧油をブーム用油圧シリンダに供給することができ、
作業機を安全な姿勢に戻すことができ、さらに、修復作
業以前に最低限の作業を続行することができる。また、
ブーム用油圧シリンダがストロークエンド近傍にあると
き、少なくともブームの動作速度を速めることがなく、
より安全性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施の形態の要部回路図で
ある。

【図２】第１の実施の形態における制御装置のブロック
図である。

【図３】第１の実施の形態における角度信号と駆動信号
との関係を示す図である。

【図４】本発明によるブーム回動角と角度センサからの
出力信号との関係を示す図である。

【図５】本発明による第２の実施の形態の要部回路図で
ある。

【図６】第２の実施の形態における電気レバーからの出
力信号と、駆動信号との関係を示す図である。

【図７】第２の実施の形態におけるブーム回動角とゲイ
ンとの関係を示す図である。

【符号の説明】

１油圧ショベル（建設機械）２旋回体４走行体５作業機６ブーム７アーム（作業部材）８バケット（作業部材）９ブーム用油圧シリンダ１２角度センサ（伸縮量検出手段）１３、３１制御装置１４圧力センサ（伸縮方向検出手段）１５パイロット油圧ポンプ１７減圧弁（操作手段）１８減圧弁（操作手段）１９操作レバー２０操作装置（操作手段）２１電磁比例弁（減圧手段）２２方向制御弁（パイロット操作式方向制御弁）２３主油圧ポンプ３０電気レバー（操作手段）３２電磁比例減圧弁（操作手段）３３電磁比例減圧弁（操作手段，減圧手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村恵一郎茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AB03 AC06 BA07 BB02 DA03 DA04 DB02 DB04 2D015 GA02 GB04 3H082 AA03 BB14 BB17 CC02 DA08 DA19 DA22 DA46 EE02 3H089 AA34 AA67 BB06 BB15 BB16 BB28 CC01 DA02 DA03 DA06 DB63 EE22 EE34 EE35 EE36 FF03 FF09 FF12 FF13 GG02 JJ02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】油圧シリンダにより動作するブームを含
む複数の可動部材からなる作業機と、主油圧ポンプと、この主油圧ポンプから前記油圧シリンダに供給される圧
油の流れを制御する複数のパイロット操作式方向制御弁
と、パイロット油圧ポンプと、このパイロット油圧ポンプから供給されるパイロット一
次圧を減圧し、前記複数のパイロット操作式方向制御弁
を駆動するパイロット二次圧を生成する複数の操作手段
とを有する建設機械に設けられ、前記複数の操作手段のうちブーム駆動用の操作手段によ
って生成されるパイロット二次圧をさらに減圧する減圧
手段と、前記ブームを駆動する油圧シリンダの伸縮量および伸縮
方向を検出する伸縮量検出手段および伸縮方向検出手段
と、これら伸縮量検出手段および伸縮方向検出手段からの信
号を入力し、これらの信号に基づき前記減圧手段への駆
動信号を演算し、出力する制御装置とを備えた建設機械
の安全装置において、前記制御装置が、前記伸縮量検出手段から入力した信号
が正常か否かを判別し、異常と判断した場合、前記減圧
手段に対し前記ブーム用油圧シリンダが動作可能なパイ
ロット圧を保持し得る駆動信号を出力する異常処理部を
備えたことを特徴とする建設機械の安全装置。
【請求項２】前記異常処理部は、前記伸縮量検出手段
からの信号が予め定められた範囲から逸脱した信号であ
るときに異常と判断することを特徴とする請求項１に記
載の建設機械の安全装置。
【請求項３】前記減圧手段は、前記ブームを駆動する
ための操作手段とパイロット式方向制御弁とを連絡する
パイロット管路上に設けた電磁比例弁であることを特徴
とする請求項１に記載の建設機械の安全装置。
【請求項４】前記伸縮方向検出手段が、前記ブームを
駆動するための操作手段によって生成されたパイロット
二次圧を検出する圧力センサからなることを特徴とする
請求項３に記載の建設機械の安全装置。
【請求項５】前記伸縮量検出手段が、前記ブームの回
動角度を検出する角度センサからなることを特徴とする
請求項１〜４のいずれかに記載の建設機械の安全装置。
【請求項６】前記建設機械は、走行体と、この走行体
に対し旋回可能に設けられ、前記作業機を回動可能に保
持する旋回体とをさらに有し、この旋回体の旋回中心と
後端側の最遠点とを結ぶ直線が前記走行体の車幅に対し
おおよそ１／２以下となるように形成されることを特徴
とする請求項１〜５のいずれかに記載の建設機械の安全
装置。