JP2006056665A

JP2006056665A - 作業車の過負荷防止装置

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Publication number: JP2006056665A
Application number: JP2004240228A
Authority: JP
Inventors: Shuji Katayama; 片山　　周二; Masahiko Ueda; 正彦植田; Iwao Ishikawa; 巌石川
Original assignee: Tadano Ltd
Current assignee: Tadano Ltd
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2006-03-02

Abstract

【課題】非接触ブーム先端位置検出手段を用いることにより、より高精度の過負荷防止装置を提供する。
【解決手段】旋回台２３に対するブーム先端位置２７を非接触で検出する非接触ブーム先端位置検出手段４０と、ブーム２４に作用する実際負荷を検出する実際負荷検出手段１と、を備える一方、ブーム先端２７に作用させることが可能なブーム許容荷重を記憶するブーム許容荷重記憶手段３６と、前記非接触ブーム先端位置検出手段４０からの信号に基づき前記ブーム許容荷重記憶手段３６からブーム許容荷重を読み出してブームに作用可能な限界負荷を算出する限界負荷算出手段７と、前記実際負荷検出手段１が検出した実際負荷と前記限界負荷算出手段７が算出した限界負荷を比較し所定の関係に達すると規制信号を出力する比較手段９と、からなる演算部３７と、前記演算部３７からの規制信号によりブーム関連動作を規制する規制手段１１と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動式クレーンあるいは高所作業車などの作業車に用いられる過負荷防止装置に関するものである。

移動式クレーンあるいは高所作業車などの過負荷防止装置としては図１に示したブロック図の構成が一般的である。過負荷防止装置１０には、検出手段として実際負荷検出手段１、ブーム長さ検出手段２、ブーム角度検出手段３、アウトリガ張出幅検出手段４及び旋回角検出手段５が備えられており、検出手段で検出された信号は演算部６に送られる。各検出手段の詳細は以下のとおりである。

実際負荷検出手段１は、ブームに実際に作用する負荷を検出するものであり、例えば起伏シリンダの保持側油室の圧力を測定する、あるいは起伏シリンダロッド部の変形量を歪ゲージにより測定するなどして、ブームに作用する負荷を検出するようにしたものである。ブーム長さ検出手段２は、ブームが伸縮したときのブーム長さを検出するものであり、例えばコードリールにポテンショメータを組み合わせた長さ検出器をベースブームに取付け、コードリールから引き出したコードの先端をトップブーム先端に連結して、ブームの伸長量をポテンショメータの回転量に変換してブーム長さとして検出するものが使用されている。ブーム角度検出手段３は、ブームが起伏したときのブーム角度を検出するものであり、例えば振り子にポテンショメータを組み合わせた角度検出器をベースブームに取り付け、ブームの起伏角度をポテンショメータの回転量に変換してブーム角度として検出するものが使用される。アウトリガ張出幅検出手段４は、アウトリガの張出幅を検出するものであり、ブーム長さ検出手段と同様にコードリールにポテンショメータを組み合わせた長さ検出器が用いられ、通常４つ備えられるアウトリガそれぞれに取付けられて個別に張出幅を検出する。旋回角検出手段５は、ブームの旋回角度を検出するものであり、旋回台と下部走行体とを連絡するスイベルジョイントと一体とされたポテンショメータにより検出するものである。

演算部６内部には、限界負荷算出手段７、ブーム許容荷重記憶手段８及び比較手段９が備えられている。限界負荷算出手段７は、前記ブーム長さ検出手段２及びブーム角度検出手段３からの信号をもとにその時の作業半径を演算する。ブーム許容荷重記憶手段８はブーム長さ、作業半径、アウトリガ張出幅及び旋回角をパラメータとしてブーム許容荷重を記憶しており、前記限界負荷算出手段から示されたパラメータ（ブーム長さ、作業半径、アウトリガ張出幅、旋回角）に対応するブーム許容荷重を読み出し、当該許容荷重を限界負荷算出手段７に送る。限界負荷算出手段では、当該ブーム許容荷重に基づき前記実際負荷検出手段１が検出する実際負荷と対比可能な物理量としての限界負荷（例えばブーム作用モーメント）を算出する。比較手段９では、実際負荷検出手段１から送られた実際負荷と限界負荷算出手段７から送られた限界負荷を比較し、両者が所定の関係に達すると規制信号を規制手段１１及び警報手段１２に出力する。所定の関係としては、限界負荷に対して実際負荷が９０パーセントあるいは１００パーセントに達した場合などが選ばれる。

規制手段１１は、前記演算部６からの規制信号を受けてブーム関連動作を規制するものであり、例えばブーム伸縮シリンダあるいはブーム起伏シリンダへの供給油路に設けられたアンロード弁が該当し、前記規制信号により当該アンロード弁がアンロード状態になり、実際負荷が増加する方向へのブーム動作を規制する。警報手段１２は、前記演算部６からの規制信号を受けてランプの点灯あるいはブザーの作動によって警報する。

以上のような過負荷防止装置１０においてパラメータとして使用する作業半径は、ブームに荷重が作用するとたわみが発生するため、たわみによる作業半径の増加分を補正する必要がある。従来から使用されてきているたわみによる作業半径の増加分の補正方法として、たわみによる作業半径の増加をブーム起伏角度の減少による作業半径の増加と置きかえて演算する方法が提案されている（例えば「特許文献１」参照。）。具体的には、ブームに基準荷重を作用させたときのブームの基準たわみ角、ブームに基準荷重を作用させたときのブーム起伏支点まわりに作用する基準モーメント、およびブームに吊上られた実際の荷重によってブーム起伏支点まわりに作用する実際モーメントから、たわみ角＝基準たわみ角×（実際モーメント／基準モーメント）を演算する。そして、作業半径＝ブーム長さ×ＣＯＳ（ブーム起伏角度−たわみ角）を演算するものである。
特公昭６１−２４３０９号公報（第２頁、第１図）

ところが、上述した特許文献１によるブームのたわみによる作業半径の補正方法では、基準たわみ角は実測した数値を用いており、さらに実測した実際モーメントを使用して演算により補正後の作業半径を求めるものであるため、測定値誤差の累積の影響が避けられなかった。また、作業車は多数生産されるわけであり、ブームのたわみを含めた作業半径に影響を与える各段ブーム間の隙間寸法のバラツキ等も若干ながら発生するが、このような機体間のバラツキは考慮されていなかった。

そこで、本発明は、従来のブーム長さ検出器とブーム角度検出器に代えて、旋回台に設置されていて旋回台に対するブーム先端位置を非接触で直接検出する非接触ブーム先端位置検出手段を作業車の過負荷防止装置に用いることにより、より高精度の作業車の過負荷防止装置を提供しようとするものである。

本願の請求項１に記載された作業車の過負荷防止装置は、旋回台に設置されていて旋回台に対するブーム先端位置を非接触で検出する非接触ブーム先端位置検出手段と、ブームに作用する実際負荷を検出する実際負荷検出手段と、を備える一方、ブーム先端に作用させることが可能なブーム許容荷重を記憶するブーム許容荷重記憶手段と、前記非接触ブーム先端位置検出手段からの信号に基づき前記ブーム許容荷重記憶手段からブーム許容荷重を読み出してブームに作用可能な限界負荷を算出する限界負荷算出手段と、前記実際負荷検出手段が検出した実際負荷と前記限界負荷算出手段が算出した限界負荷を比較し所定の関係に達すると規制信号を出力する比較手段と、からなる演算部と、前記演算部からの規制信号によりブーム関連動作を規制する規制手段と、を備えたことを特徴とする。

本願の請求項２に記載された作業車の過負荷防止装置は、旋回台に設置されていて旋回台に対するブーム先端位置を非接触で検出する非接触ブーム先端位置検出手段と、ブーム先端に設置されていてブーム先端に対するジブ先端位置を非接触で検出する非接触ジブ先端位置検出手段と、ブームに作用する実際負荷を検出する実際負荷検出手段と、を備える一方、ジブ先端に作用させることが可能なジブ許容荷重を記憶するジブ許容荷重記憶手段と、前記非接触ブーム先端位置検出手段からの信号と非接触ジブ先端位置検出手段からの信号とに基づき前記ジブ許容荷重記憶手段からジブ許容荷重を読み出してブームに作用可能な限界負荷を算出する限界負荷算出手段と、前記実際負荷検出手段が検出した実際負荷と前記限界負荷算出手段が算出した限界負荷を比較し所定の関係に達すると規制信号を出力する比較手段と、からなる演算部と、前記演算部からの規制信号によりブーム及びジブの関連動作を規制する規制手段と、を備えたことを特徴とする。

本願の請求項３に記載された作業車の過負荷防止装置は、前記非接触ブーム先端位置検出手段又は非接触ジブ先端位置検出手段は、非接触測距・追跡装置を備えたものであることを特徴とする。

本願の請求項４に記載された作業車の過負荷防止装置は、前記非接触ブーム先端位置検出手段又は非接触ジブ先端位置検出手段は、２つの非接触追跡装置を備えたものであることを特徴とする。

本願の請求項１に記載された発明によれば、非接触ブーム先端位置検出手段によって旋回台に対するブーム先端位置を検出し、当該非接触ブーム先端位置検出手段からの信号を過負荷防止装置での演算に使用するので、ブームのたわみをも含んだ現実のブーム作業半径等をより高精度に求め使用することができる。また、直接ブーム先端位置を検出するので、測定値の誤差の影響が少なくまた機体間のバラツキの影響も受けないものとなる。

本願の請求項２に記載された発明によれば、非接触ブーム先端位置検出手段によって旋回台に対するブーム先端位置を検出すると共に、さらに非接触ジブ先端位置検出手段によってブーム先端に対するジブ先端位置を検出するようにし、当該非接触ブーム先端位置検出手段及び非接触ジブ先端位置検出手段からの信号を過負荷防止装置での演算に使用するので、ブームのたわみ及びジブのたわみをも含んだ現実のブーム角度、ジブチルト角度及びジブ作業半径をより高精度に求め使用することができる。また、直接ブーム先端位置及びジブ先端位置を検出するので、測定値の誤差の影響が少なくまた機体間のバラツキの影響も受けないものとなる。

本願の請求項３に記載された発明によれば、レーザー測距・追跡装置その他の非接触測距・追跡装置を備えるようにしたので、当該非接触測距・追跡装置は１つの装置でブーム又はジブまでの距離と方向を測定することができるため、過負荷防止装置の検出手段をコンパクトなものにすることができる。

本願の請求項４に記載された発明によれば、２つのレーザー追跡装置その他の非接触追跡装置を２つ備えるようにしたので、追跡機能のみ有する装置によりブーム又はジブまでの距離と方向を測定することができるようになる。

作業車としてクレーン車の一種であるラフテレーンクレーン及びオルテレーンクレーンに本願発明を適用した場合を説明する。

図１に、本発明の実施例１に係るラフテレーンクレーン２１を示す。ラフテレーンクレーン２１は走行車体２２に旋回自在に旋回台２３を搭載し、当該旋回台２３に伸縮自在なブーム２４を起伏自在に枢支して構成されている。詳細には、走行車体２２の前後にはアウトリガ２５が設けられ、旋回台２３の伸縮ブーム２４の一側には走行操作とクレーン操作兼用の運転室２６が設けられている。３１は旋回台２３とブーム２４との間に介装され、ブームを起伏駆動する起伏シリンダである。旋回台２３には図示しないウインチが搭載されており、当該ウインチから繰出されるワイヤ２８はブーム先端２７から吊下されており、当該ワイヤ２８によりフック２９を介して吊荷３０が吊り上げられている。

図１の下半分には本願発明にかかる過負荷防止装置３５のブロック図が上述したラフテレーンクレーン２１との関係を示しながら図示されている。なお、過負荷防止装置３５の構成のうち背景技術で説明した過負荷防止装置１０（図５）と共通するものは同じ番号とすると共に、その詳細な説明を省略する。

起伏シリンダ３１に設けられた保持側油室圧力検出器からなる実際負荷検出手段１から演算部３７に信号が送られる。アウトリガ２５に設けられたアウトリガ張出幅検出手段４及び旋回台２３の図示しないスイベルジョイントに設けられた旋回角検出手段５からも演算部３７に信号が送られる。４０は旋回台２３に設置された非接触ブーム先端位置検出手段であって、ブーム先端２７に設置された検出子４１に向けて光、レーザー、電波、超音波等を発信して旋回台２３に対するブーム先端位置２７を非接触で検出するものである。当該非接触ブーム位置検出手段４０からの信号も演算部３７に送られる。

なお、上述した検出子４１をブーム先端位置２７に代えてブーム先端に継ぎ足されるジブの先端に設置し、当該ジブ先端の検出子に向けて非接触検出手段４０から光等を発信するようにしてもよい。この場合は、直接旋回台２３に対するジブ先端位置を非接触で直接検出することができる。

図２は非接触測距装置の例として、レーザー測距装置５０を非接触ブーム先端位置検出手段４０として用いる場合を説明する図である。図２に示したレーザー測距装置５０は「レーザー光の振幅（または偏向）変調を利用し基準波形と戻ってきた波形の位相のずれを測定することによって距離を求める方法」が使用されている。レーザー光を変調器５１により周波数ｆで振幅変調させ、ブーム先端２７に設置した反射鏡５２（検出子４１）に向けて照射する。反射鏡５２としてコーナーキューブが用いられている。反射鏡５２から反射されたレーザー光を光電検出器５３で受ける。レーザー光が反射鏡５２まで往復する時間があるので、戻ってきたレーザー光の変調の位相は送信光とは異なっている。この位相差Φを位相計５４で計測することにより旋回台２３とブーム先端２７との距離を求める。

図３は非接触追跡装置の例として、レーザー追跡装置６０を非接触ブーム先端位置検出手段４０として用いる場合を説明する図である。光源として半導体レーザー６１を使用し、レーザー光は、コリメートレンズ６２、凹レンズ６３、偏光ビームスプリッタ６４、凸レンズ６７通過した後に、レーザー光を発射する方向を偏光鏡６５で制御し、ブーム先端２７に当てる。装置から発射されたレーザー光は、ブーム先端２７に取付けられた反射鏡５２によって反射される。この反射レーザー光のうち装置に戻って凸レンズ６７の径内にあるものが集光される。４分の１波長シート６８によって偏光方向が９０度回転しているため、偏光ビームスプリッタ６４によって反射され、バンドパスフィルタ６９を透過して４分割光検出器７０の光検出面上に結像する。そこで、４分割光検出器７０の各チャンネルからの光強度信号間の差を利用して、像の位置が４分割光検出器７０の中心からどの程度離れているかを検出し、この像が常に中心位置へ来るようにガルバノスキャナー７１へ制御信号を送る。ガルバノスキャナー７１は電磁力で回転を得る一種のモーターで、これに偏光用の反射鏡６５を取付けることで光の方向が制御できる。このような方式により、スキャナーの可動範囲で目標のブーム先端２７を追跡でき、スキャナー７１の回転角からブーム先端２７の方向が分る。

上述した構成の過負荷防止装置３５の作用は以下のとおりである。図１に示した非接触ブーム先端位置検出手段４０から演算部３７へは、ブーム先端位置検出手段４０に対する検出子４１の位置が距離Ｌと起仰角θの信号として送られる。限界負荷算出手段７では旋回台２３に対するブーム先端位置検出手段４０の取付け位置とブーム先端２７に対する検出子４１の取付け位置がデータとして記憶されており、容易にこれらの信号とデータから作業半径が算出される。算出された作業半径は、ブーム２４のたわみも含んだ実際の作業半径でありその数値は現実のラフテレーンクレーン２１のものに極めて近く信頼性の高いものである。

吊上性能記憶手段８はブーム長さ、作業半径、アウトリガ張出幅及び旋回角をパラメータとして吊上性能（ブーム許容荷重）を記憶しており、前記限界負荷算出手段７から示されたパラメータ（ブーム長さ、作業半径、アウトリガ張出幅、旋回角）に対応する吊上性能を読み出し、当該吊上性能を限界負荷算出手段７に送る。限界負荷算出手段７では、当該吊上性能に基づき前記実際負荷検出手段１が検出する実際負荷と対比可能な物理量としての限界負荷（例えばブーム作用モーメント）を算出する。以降の比較手段９、規制手段１１、警報手段１２での作用は背景技術で説明したものと同じであるので省略する。

以上説明したラフテレーンクレーン２１の過負荷防止装置３５では、たわみをも含んだ実際のブーム長さ及びブーム角度を直接検出し、その数値に基づき過負荷防止制御を行うので、高精度の制御が可能となる。したがって、過負荷防止装置の機能であるクレーンの転倒あるいは損傷の防止がより信頼性が高いものとなり、クレーン作業の安全性が高まるのである。

なお、上記実施例１では非接触ブーム先端位置検出手段４０の例として、レーザー測距装置５０とレーザー追跡装置６０を組み合わせたものを使用する場合を説明したが、非接触ブーム先端位置検出手段４０としては、その他にもいろいろな装置が適用可能である。例えば、レーザー測距装置５０を使用せずに２つのレーザー追跡装置６０を旋回台２３上に所定距離だけ離隔して設置し、共にブーム先端２７の検出子４１を追跡するようにしてもよい。この場合は、演算部３７において三角測量の原理に基づき旋回台２３対するブーム先端２７の位置を演算し、ブーム長さ、作業半径等のデータとして使用することができる。さらに、非接触ブーム先端位置検出手段４０として画像処理技術を用いることも可能である。この場合は２つのカメラによりブーム先端の目標を撮像し、ステレオ視することによりブーム先端までの距離と方向を求めることができる。

図４に、本発明の実施例２に係るオルテレーンクレーン８０を示す。オルテレーンクレーン８０にはブーム先端８３にジブ８４が起伏自在に継ぎ足されている。図４の下半分は上記オルテレーンクレーン８０の過負荷防止装置８１のブロック図である。実施例１の過負荷防止装置３５（図１）のものと比較すると図４に示した過負荷防止装置８１は非接触ジブ先端位置検出手段８５を備えている点が相違する。

非接触ジブ先端位置検出手段８５はブーム先端８３に設置されており、ジブ先端８６に設置された検出子８７に向けて光、レーザー、電波、超音波等を発信してブーム先端８３に対するジブ先端位置を非接触で検出するものである。当該非接触ジブ先端位置検出手段８５からの信号も過負荷防止装置８１の演算部８８に送られる。

上述した構成の過負荷防止装置８１の作用は以下のとおりである。図４に示した非接触ジブ先端位置検出手段８５から演算部３７へは、ジブ先端位置検出手段８５に対する検出子８７の位置が距離Ｌと起仰角θの信号として送られる。限界負荷算出手段７ではブーム先端８３に対するジブ先端位置検出手段８５の取付け位置とジブ先端８６に対する検出子８７の取付け位置がデータとして記憶されており、容易にこれらの信号とデータからジブ長さとブーム８２に対するジブチルト角度が算出される。算出されたジブ長さとジブチルト角度は、ジブ８４のたわみも含んだものである。

吊上性能記憶手段３６はブーム長さ、ブーム起伏角度、ジブ長さ、ジブチルト角度、アウトリガ張出幅及び旋回角をパラメータとして吊上性能（ジブ許容荷重）を記憶しており、前記限界負荷算出手段７から示されたパラメータ（ブーム長さ、ブーム起伏角度、ジブ長さ、ジブチルト角度、アウトリガ張出幅、旋回角）に対応する吊上性能を読み出し、当該吊上性能を限界負荷算出手段７に送る。限界負荷算出手段７では、当該吊上性能に基づき前記実際負荷検出手段１が検出する実際負荷と対比可能な物理量としての限界負荷（例えばブーム作用モーメント）を算出する。以降の比較手段９、規制手段１１、警報手段１２での作用は背景技術で説明したものと同じであるので省略する。

以上説明したオルテレーンクレーン８０の過負荷防止装置８１では、たわみをも含んだ実際のブーム長さ、ブーム角度及びジブ長さ、ジブチルト角度を直接検出し、その数値に基づき過負荷防止制御を行うので、高精度の制御が可能となる。したがって、過負荷防止装置の機能であるクレーンの転倒あるいは損傷の防止がより信頼性が高いものとなり、クレーン作業の安全性が高まるのである。

本願の実施例１に係るラフテレーンクレーン２１と過負荷防止装置３５のブロック図である。本願の発明に係るレーザー測距装置５０を説明する図である。本願の発明に係るレーザー追跡装置６０を説明する図である。本願の実施例２に係るオルテレーンクレーン８０と過負荷防止装置８１のブロック図である。従来の過負荷防止装置のブロック図である。

符号の説明

１：実際負荷検出手段
７：限界負荷算出手段
９：比較手段
１１：規制手段
３６：吊上性能記憶手段
３７と８８：演算部
４０：非接触ブーム先端位置検出手段
５０：レーザー測距装置
６０：レーザー追跡装置
８５：非接触ジブ先端位置検出手段

Claims

旋回台に設置されていて旋回台に対するブーム先端位置を非接触で検出する非接触ブーム先端位置検出手段と、ブームに作用する実際負荷を検出する実際負荷検出手段と、を備える一方、
ブーム先端に作用させることが可能なブーム許容荷重を記憶するブーム許容荷重記憶手段と、前記非接触ブーム先端位置検出手段からの信号に基づき前記ブーム許容荷重記憶手段からブーム許容荷重を読み出してブームに作用可能な限界負荷を算出する限界負荷算出手段と、前記実際負荷検出手段が検出した実際負荷と前記限界負荷算出手段が算出した限界負荷を比較し所定の関係に達すると規制信号を出力する比較手段と、からなる演算部と、
前記演算部からの規制信号によりブーム関連動作を規制する規制手段と、を備えたことを特徴とする作業車の過負荷防止装置。
旋回台に設置されていて旋回台に対するブーム先端位置を非接触で検出する非接触ブーム先端位置検出手段と、ブーム先端に設置されていてブーム先端に対するジブ先端位置を非接触で検出する非接触ジブ先端位置検出手段と、ブームに作用する実際負荷を検出する実際負荷検出手段と、を備える一方
ジブ先端に作用させることが可能なジブ許容荷重を記憶するジブ許容荷重記憶手段と、前記非接触ブーム先端位置検出手段からの信号と非接触ジブ先端位置検出手段からの信号とに基づき前記ジブ許容荷重記憶手段からジブ許容荷重を読み出してブームに作用可能な限界負荷を算出する限界負荷算出手段と、前記実際負荷検出手段が検出した実際負荷と前記限界負荷算出手段が算出した限界負荷を比較し所定の関係に達すると規制信号を出力する比較手段と、からなる演算部と、
前記演算部からの規制信号によりブーム及びジブの関連動作を規制する規制手段と、を備えたことを特徴とする作業車の過負荷防止装置。
前記非接触ブーム先端位置検出手段又は非接触ジブ先端位置検出手段は、非接触測距・追跡装置を備えたものであることを特徴とする請求項１又は２の作業車の過負荷防止装置。
前記非接触ブーム先端位置検出手段又は非接触ジブ先端位置検出手段は、２つの非接触追跡装置を備えたものであることを特徴とする請求項１又は２の作業車の過負荷防止装置。