JP2006336409A - 角度計の故障判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レバーの破損による角度計の故障の有無を判定する。
【解決手段】第１の部材４に回動可能に支持された第２の部材５の回動動作に連動して回動するレバー部材２２と、レバー部材２２の回動角に応じた検出信号を出力する角度センサ２１とを有し、第１の部材４に対する第２の部材５の回動角を検出する角度計の故障判定装置であって、第１の部材４に対する第２の部材５の回動動作を検出する回動検出手段３７，３８と、回動検出手段３７，３８により第２の部材５の回動動作が検出されたときに角度センサ２１の検出信号が変化しないと、角度計２０の故障と判定する故障判定手段４０とを備える。
【選択図】図８

Description

本発明は、ブームの回動角あるいはブームに対するアームの回動角等を検出する角度計の故障判定装置に関する。

従来より、ブームまたはアームの一方に角度センサを装着し、この角度センサにレバーの一端を連結するとともに、レバーの他端をブームまたはアームの他方に連結し、レバーの回動量を角度センサにより検出することでブームに対するアームの相対角を検出するようにした角度計が知られている（例えば特許文献１参照）。

実開平７−８４５７号公報

ところで、この種の角度計のレバーはブームおよびアームの外側面に設けられるため、作業時に衝撃が作用してレバーが破損するおそれがある。そのため、作業を行う前にレバーの破損の有無を目視にて点検する必要があり、煩わしかった。

本発明による角度計の故障判定装置は、第１の部材に回動可能に支持された第２の部材の回動動作に連動して回動するレバー部材と、このレバー部材の回動角に応じた検出信号を出力する角度センサとを有し、第１の部材に対する第２の部材の回動角を検出する角度計の故障判定装置であって、第１の部材に対する第２の部材の回動動作を検出する回動検出手段と、回動検出手段により第２の部材の回動動作が検出されたときに角度センサの検出信号が変化しないと、角度計の故障と判定する故障判定手段とを備えることを特徴とする。
第１の部材に対する第２の部材の回動角が制限状態に達したか否かを判定する制限状態判定手段を有し、制限状態判定手段により回動角が制限状態に達していないと判定されることを条件として、回動検出手段により第２の部材の回動動作が検出されたときに角度センサの検出信号が変化しないと、角度計の故障と判定するようにしてもよい。
判定手段による判定結果を報知する報知手段をさらに備えることもできる。

本発明によれば、第１の部材に対する第２の部材の回動動作が検出されたときに、レバー部材の回動角に応じた検出信号を出力する角度センサの検出信号が変化しないと、角度計の故障と判定するので、レバーの破損による角度計の故障の有無を判定することができる。

以下、図１〜図８を参照して本発明による角度計の故障判定装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明が適用される油圧ショベルの側面図である。油圧ショベルは、走行体１と、走行体１上に旋回可能に設けられた旋回体２と、フロント装置３とを有する。フロント装置３は、旋回体２の前部に連結ピン（不図示）により回動可能に軸支されたブーム４と、ブーム４の先端部に連結ピンＰ１により回動可能に軸支されたアーム５と、アーム５の先端部に連結ピンＰ２により回動可能に軸支されたバケット６と、ブーム４，アーム５，バケット６をそれぞれ回動駆動させるブームシリンダ４ａ，アームシリンダ５ａ，バケットシリンダ６ａとを有する。バケット６の上部背面側に設けられたブラケット６ｂにはピン８を介してバケットリンク７の一端が連結されている。さらにブラケット６ｂには鉤状のフック１０が取り付けられている。

油圧シリンダ４ａ，５ａ，６ａはそれぞれ操作レバーの操作により伸縮する。ブームシリンダ４ａを伸縮操作するとブーム４が起伏し、アームシリンダ５ａを伸縮操作するとアーム５がクラウドまたはダンプし、バケットシリンダ６ａを伸縮操作するとバケット６がクラウドまたはダンプする。これにより掘削作業を行う。掘削作業時には予めフック１０をブラケット６ｂの内側に格納しておく。なお、シリンダ駆動用油圧回路の一例として、アームシリンダ５ａの駆動用油圧回路を後述する図６に示す。

図１の油圧ショベルはクレーンとしての機能も有し、掘削作業だけでなくクレーン作業も行うことができる。クレーン作業時には図示のようにバケットシリンダ６ａを伸長操作してバケット６をクラウドし、フック１０の下方を開放した状態で、図示しないワイヤロープ等を介してフック１０に吊り荷を吊り下げる。この状態でブームシリンダ４ａおよびアームシリンダ５ａを伸縮操作し、フック１０の位置を上下方向に移動させて、吊り荷を昇降する。

このようなクレーン作業が可能な油圧ショベルには、旋回体２に対するブーム４の相対角度を検出するブーム角度計、およびブーム４に対するアーム５の相対角度を検出するアーム角度計がそれぞれ設けられ、これら角度計の検出値に基づき作業半径が演算される。また、シリンダ４ａ，５ａには圧力センサが設けられ、これら圧力検出値に基づき実吊り荷重が演算される。そして、実吊り荷重と予め作業半径に応じて定められた定格荷重とを比較し、実吊り荷重が定格荷重を越えないようにシリンダ４ａ，５ａの駆動が制限される。

ここで、ブーム角度計はブーム基端部に設けられ、アーム角度計はアーム基端部（連結ピンＰ１付近）に設けられるが、両角度計の構成は同様であるため、以下ではアーム角度計の構成について説明する。

図２は図１に示すフロント装置３の連結ピンＰ１付近の拡大図であり、図３は図２のIII方向から見た図（矢視III図）、図４は図３の要部拡大図である。連結ピンＰ１にはアーム角度計２０を構成する角度センサ２１が取り付けられ、角度センサ２１にはレバー２２の一端部が連結されている。

図４に示すように連結ピンＰ１の側端面にはその軸心と同軸に断面形状が略円形である凹部２３が形成され、この凹部２３に角度センサ２１が配設されている。角度センサ２１はケース２１ａと入力軸２１ｂとセンサ部２１ｃとを有し、図示のようにケース２１ａが凹部２３に収納された状態で入力軸２１ｂが連結ピンＰ１の端面から突出している。なお、凹部２３は連結ピンＰ１と同軸となるように形成するのが検出精度上は好ましいが、凹部２３に配設された角度センサ２１の入力軸２１ｂと連結ピンＰ１との同軸度が所定範囲内、すなわち許容精度が保証される範囲内であれば、凹部２３は連結ピンＰ１と厳密に同軸となっていなくてもよい。

ケース２１ａの端面にはフランジ２４が突設され、ボルト２５を用いてフランジ２４を連結ピンＰ１の端面に固定することで角度センサ２１が連結ピンＰ１に取り付けられる。フランジ２４の端面には入力軸２１ｂを土砂の衝突から保護する保護カバー２６がボルト２５により取り付けられている。入力軸２１ｂにはレバー２２の一端部が連結され、レバー２２の他端部はブラケット２７を介してアーム５に固定されている。これにより連結ピンＰ１を支点としてアーム５を回動すると、その回動に伴いレバー２２が回動し、レバー２２によって角度センサ２１の入力軸２１ｂが回転駆動される。この入力軸２１ｂの回転駆動をセンサ部２１ｃが電気的に検出する。センサ部２１ｃはケーブルを介してコントローラに接続され、センサ部２１ｃからの信号に基づきアーム５の回動角が検出される。

図５（ａ）は角度センサ２１およびレバー２２をブーム側方から見た図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の保護カバー２６を外した状態を示す図である。レバー２２の端部はブラケット２７を介してアーム５に固定されており、アーム５を回動するとレバー２２は角度センサ２１の入力軸２１ｂを回転させる。ブーム４に対するアーム５の回動はアームシリンダ５ａ（図２）のストロークにより所定範囲内に制限され、図５（ｂ）に示す例ではアーム５に連動するレバー２２が二点鎖線で示す範囲Ａ１〜Ａ２（±α°）で回動する。なお、図２の実線で示したアーム５の状態、すなわちシリンダ５ａが最大縮退のときのレバー２２の位置はＡ１となり、図２の破線で示したアーム５の状態、すなわちシリンダ５ａが最大伸長のときのレバー２２の位置はＡ２となる。この場合、レバー２２の反対側に略円弧状にフランジ２４を形成することで、レバー２２とフランジ２４との干渉を防止する。

このように構成された角度計において、掘削作業時等にレバー２２に過大な衝撃が作用するとレバー２２が破損するおそれがある。このとき角度センサ２１のセンサ部２１ｃは故障していないため、センサ自体からはエラー信号が出力されず、作業員はレバー２２の破損に気づかずに誤って作業を行うおそれがある。これを防止するために、本実施の形態では以下のようにレバー２２の破損の有無を判定し、判定結果を作業員に報知する。

図６は本実施の形態に係るアームシリンダ５ａの駆動用油圧回路図である。操作レバー３１を操作するとパイロット弁３２が駆動され、パイロット弁３２の駆動により制御弁３３が切り換えられる。制御弁３３の切換により油圧ポンプ３４からアームシリンダ５ａへの圧油の流れが制御され、アームシリンダ５ａが伸縮する。アームシリンダ５ａのボトム室への圧油の供給管路３５およびロッド室への圧油の供給管路３６にはそれぞれ圧力センサ３７，３８が設けられ、圧力センサ３７，３８によりシリンダ５ａの駆動が検出される。油圧ポンプ３４からの吐出圧（最高圧）はリリーフ弁３９により規制される。なお、図示は省略するがブームシリンダ４ａの駆動用油圧回路も図６と同様である。

図７は本実施の形態に係る故障判定装置の構成を示すブロック図である。コントローラ４０にはアーム角度計２０の角度センサ２１（センサ部２１ｃ）と圧力センサ３７，３８が接続されている。コントローラ４０ではこれらからの入力信号に基づき以下のような処理を実行し、警報発生器４１に制御信号を出力して警報発生器４１の作動を制御する。警報発生器４１は運転室に設けられたモニタやランプ，ブザー等により構成することができ、作業員に対し視覚的または聴覚的に警報を出力する。

図８はコントローラ４０で実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは例えばエンジンキースイッチのオンによりスタートする。まず、ステップＳ１で圧力センサ３７，３８の検出値に変化があるか否か、すなわち操作レバー３１の操作によりアームシリンダ５ａが駆動されたか否かを判定する。ステップＳ１が肯定されるとステップＳ２に進み、否定されるとステップＳ５に進む。

ステップＳ２では、アームシリンダ５ａの駆動に対応して角度センサ２１の出力が変化したか否かを判定する。すなわちアーム角度計２０のレバー２２が破損することなく角度計２０が正常に作動している場合には、圧力センサ３７による圧力検出値が増加（シリンダ５ａが伸長）すると角度センサ２１は回動角の減少を検出し、圧力センサ３８による圧力検出値が増加（シリンダ５ａが縮退）すると回動角の増加を検出する。したがって、ステップＳ２では圧力センサ３７，３８の検出値の変化に応じて角度センサ２１の出力が変化したか否かを検出することにより、角度計２０の故障の有無を判定する。

ステップＳ２が肯定されるとステップＳ５に進み、警報発生器４１に警報停止の制御信号を出力する。ステップＳ２が否定されるとステップＳ３に進み、圧力センサ３７，３８により検出された圧力が所定値以上か否かを判定する。これは、アームシリンダ５ａが最大伸長され、または最大縮退されて、アーム５の回動角が制限状態にあるか否かの判定であり、所定値はリリーフ弁３９のリリーフ圧に設定される。ステップＳ３が肯定されるとステップＳ５に進み、否定されるとステップＳ４に進む。ステップＳ４では、警報発生器４１に警報発生の制御信号を出力する。なお、説明は省略するがブーム角度計の故障判定も同様に行われる。

本実施の形態に係る故障判定装置の動作を説明する。
作業時に操作レバー３１の操作によりアームシリンダ５ａのボトム室に圧油を供給すると、圧力センサ３７の検出値が増加し、アームシリンダ５ａが伸長してアーム５が下方に回動する。このときアーム角度計２０が正常状態にあれば、アーム５の回動に伴いレバー２２が回動し、角度センサ２１はアーム角度の減少を検出するため、警報は発生しない（ステップＳ２→ステップＳ５）。アームシリンダ５ａが最大伸長すると、角度センサ２１の出力値は変化しないが、圧力センサ３７の検出値がリリーフ圧以上となるため、この場合も警報は発生しない（ステップＳ３→ステップＳ５）。

一方、掘削作業時等にレバー２２に衝撃が作用してレバー２２が破損すると、アーム５の回動が角度センサ２１に伝達されず、アームシリンダ５ａを伸長しても角度センサ２１の出力値は変化しない。このとき圧力検出値が所定値以上でなければコントローラ４０は角度計２０の故障と判定し、警報発生器４１から警報を発生する（ステップＳ４）。これにより作業員は角度計２０の故障を認識することができる。したがって、掘削作業の終了後、クレーン作業を行う場合に、目視にてレバー２２の破損の有無を点検する必要がなく、作業性が向上する。なお、角度センサ２１のセンサ部２１ｃが故障した場合も出力値が変化しないので警報が発生し、角度センサ自体の故障の有無も同様に判定できる。

以上の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）圧力センサ３７，３８によりアーム５の駆動を検出した際に、角度センサ２１の出力値が変化したか否かを判定するので（ステップＳ２）、レバー２２の破損による角度計２０の故障の有無を判定することができる。
（２）角度計２０の故障が判定されると警報発生器４１から警報を発生するので、作業員は角度計２０の故障の有無を認識することができ、角度計２０の故障に気づかずに誤って作業を行うことを防止できる。また、作業前にレバー２２の破損の有無を目視にて点検する必要がないため、作業性が向上する。
（３）シリンダ５ａに作用する圧力が所定値以上のときは、角度センサ２１の出力値に変化がない場合でも角度計２０を正常と判定するので、シリンダ５ａの最大伸縮時に警報発生器４１が作動することを防止できる。

なお、上記実施の形態では、角度センサ２１を連結ピンＰ１に取り付けてブーム４（第１の部材）に対するアーム５（第２の部材）の回動角を検出したが、角度センサ２１を回動軸以外に取り付けてもよい。また、アーム角度計２０のレバー２２の一端を角度センサ２１に連結し、他端をアーム側に連結したが、角度センサ２１をアーム側に設け、レバー２２の他端をブーム側に連結してもよい。また、リンク等を介してレバー２２を角度センサ２１やブーム４，アーム５に連結してもよい。すなわちブーム４やアーム５の回動動作に連動して回動するのであればレバー部材は上述したものに限らない。

圧力センサ３７，３８によりアーム５の回動動作を検出するようにしたが、ストロークセンサやリミットスイッチのオンオフ等により回動動作を検出してもよく、回動検出手段は上述したものに限らない。アーム５の回動動作時に角度センサ２１の出力変化がなく、圧力センサ３７，３８の検出値が所定値以上でないときに角度計２０の故障と判定するようにしたが、少なくともアーム５の回動動作時に角度センサ２１の出力変化がない場合に角度計２０の故障と判定するのであれば、故障判定手段としてのコントローラ４０における処理は上述したものに限らない。

圧力センサ３７，３８の検出値が所定値以上か否かにより回動動作が制限状態に達したか否かを判定したが、制限状態判定手段はこれに限らない。例えば、フロント装置３が運転室や障害物等に衝突することを防止するために作業範囲制限領域を設けてフロント装置３の動作を制限している場合には、フロント装置３がその作業範囲制限領域に達したときに制限状態に達したと判定してもよい。角度計２０の故障の判定結果を警報発生器４１から出力するようにしたが、報知手段はこれに限らない。また、判定結果を報知するだけでなく、角度計が故障と判定された場合にはフロント装置３の動作を制限するようにしてもよい。

上記実施の形態では、油圧ショベルのブーム４に対するアーム５の回動角を検出するアーム角度計２０の故障判定について説明したが、回動可能に設けられた回動部材の回動角を検出するレバー式の角度計を有する他の建設機械（例えばクレーン等）にも本発明を同様に適用できる。すなわち本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の故障判定装置に限定されない。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係になんら限定も拘束もされない。

本発明が適用される油圧ショベルの側面図。 図１の要部拡大図。 図２の矢視III図。 図３の要部拡大図。 （ａ）は図２の角度センサおよびレバーをブーム側方から見た図であり、（ｂ）は保護カバーを外した状態を示す図。 本実施の形態に係るアームシリンダの駆動用油圧回路図。 本実施の形態に係る故障判定装置の構成を示すブロック図。 図７のコントローラで実行される処理の一例を示すフローチャート。

符号の説明

４ ブーム
５ アーム
２０ アーム角度計
２１ 角度センサ
２２ レバー
３７，３８ 圧力センサ
４０ コントローラ
４１ 警報発生器

Claims (3)

1. 第１の部材に回動可能に支持された第２の部材の回動動作に連動して回動するレバー部材と、このレバー部材の回動角に応じた検出信号を出力する角度センサとを有し、前記第１の部材に対する第２の部材の回動角を検出する角度計の故障判定装置であって、
   前記第１の部材に対する第２の部材の回動動作を検出する回動検出手段と、
   前記回動検出手段により第２の部材の回動動作が検出されたときに前記角度センサの検出信号が変化しないと、前記角度計の故障と判定する故障判定手段とを備えることを特徴とする角度計の故障判定装置。
2. 請求項１に記載の角度計の故障判定装置において、
   前記第１の部材に対する第２の部材の回動角が制限状態に達したか否かを判定する制限状態判定手段を有し、
   前記制限状態判定手段により回動角が制限状態に達していないと判定されることを条件として、前記故障判定手段は、前記回動検出手段により第２の部材の回動動作が検出されたときに前記角度センサの検出信号が変化しないと、前記角度計の故障と判定することを特徴とする角度計の故障判定装置。
3. 請求項１または２に記載の角度計の故障判定装置において、
   前記判定手段による判定結果を報知する報知手段をさらに備えることを特徴とする角度計の故障判定装置。

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