JP2007197139A

JP2007197139A - 作業機械の警報装置

Info

Publication number: JP2007197139A
Application number: JP2006016742A
Authority: JP
Inventors: Yuji Hashimoto; 雄士橋本
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2006-01-25
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2007-08-09

Abstract

【課題】安価な装置構成で、所要の警報精度を得ることのできる作業機械の警報装置を提供する。
【解決手段】ブーム５を俯仰させるブーム油圧シリンダ７のシリンダ圧を検出する圧力センサ１５、ブーム５の俯仰位置が所定ブーム角以上の上方位置にあることを検出する位置検出近接スイッチ１６と、圧力センサ１５の出力信号を受けてブーム油圧シリンダ７のシリンダ圧が設定圧以上になったときに過負荷信号を出力するデジタルメータリレー１８と、デジタルメータリレー１８の出力信号を受けて警報を発する警報器１９とを備え、デジタルメータリレー１８は、シリンダ圧の設定圧として、ブーム５の俯仰位置が所定ブーム角未満の下方位置にあるときの設定値である第１設定圧と、この第１設定圧よりも大きな値であってブーム５の俯仰位置が所定ブーム角以上の上方位置にあるときの設定値である第２設定圧との２つの設定圧が設定できるようにされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両本体に俯仰可能に設けられるブームと、このブームの先端部に回動可能に設けられるアームとを備える作業機械の警報装置に関するものである。

従来、油圧ショベルのような作業機械においては、アーム先端のアタッチメントで荷を吊る際の車体の転倒防止のために、過負荷警報装置が備えられている。この過負荷警報装置は、図６に示されるように、ブームシリンダのボトム側圧力を検出することにより吊り荷重を検出する圧力センサ５１と、ブーム角度（ブーム姿勢）およびアーム角度（アーム姿勢）をそれぞれ検出するポテンショメータよりなるブーム角度検出センサ５２およびアーム角度検出センサ５３とを備え、各センサ５１，５２，５３からの検出データを専用コントローラ５４に取り込み、この専用コントローラ５４にてアーム先端位置に対応する吊り荷重を演算するようにし、この吊り荷重が予め設定される許容荷重を越えたときに警報器５５に警報信号を出力し、警報を発するように構成されている（特許文献１，２，３参照）。

特開平５−３２１３０２号公報特開平７−２８５７８７号公報特開平７−２５９１４１号公報

しかしながら、上記従来の過負荷警報装置では、吊り荷重を正確に演算し高精度であるという利点はあるものの、専用コントローラが必要であるほか、ポテンショメータで構成される２個の角度センサが必要であるために、コスト高であるとともに、複雑な構成とならざるを得ず、信頼性を確保することが大変であるという問題点がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、安価な装置構成で、所要の警報精度を得ることのできる作業機械の警報装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明による作業機械の警報装置は、
車両本体に俯仰可能に設けられるブームと、このブームの先端部に回動可能に設けられるアームとを備える作業機械の警報装置であって、
前記ブームを俯仰させるブーム油圧シリンダのシリンダ圧を検出する圧力センサと、
前記ブームの俯仰位置が所定ブーム角以上の上方位置にあるか否かを検出する位置検出スイッチと、
前記圧力センサの出力信号を受けて前記ブーム油圧シリンダのシリンダ圧が設定圧以上になったときに過負荷信号を出力するデジタルメータリレーと、
前記デジタルメータリレーの出力信号を受けて警報を発する警報器とを備え、
前記デジタルメータリレーは、前記シリンダ圧の設定圧として、前記ブームの俯仰位置が前記所定ブーム角未満の下方位置にあるときの設定値である第１設定圧と、この第１設定圧よりも大きな値であって前記ブームの俯仰位置が前記所定ブーム角以上の上方位置にあるときの設定値である第２設定圧との２つの設定圧が設定できるようにされている
ことを特徴とするものである。

本発明においては、アームの先端に許容の吊り荷重を吊った時のブーム油圧シリンダのシリンダ圧を警報圧力（設定圧）とし、実測されるシリンダ圧が前記警報圧力以上になったときにデジタルメータリレーから警報器に過負荷信号が出力され警報が発せられる。ここで、ブームおよびアームを倒伏状態から上方に起立させていくほど、ブームの支持点を中心とするモーメントは小さくなって、より大きな荷重を吊れるようになるが、ブーム油圧シリンダが上向きになるためシリンダ圧は逆に大きくなる。このため、ブームの俯仰位置を位置検出スイッチにより検出し、この俯仰位置が所定ブーム角未満の下方位置にあるときの警報圧力（第１設定圧）と、前記俯仰位置が所定ブーム角以上の上方位置にあるときの警報圧力（第２設定圧）とを切り換えるようにして警報精度の向上が図られている。

本発明によれば、市販のデジタルメータリレーを用いるという安価かつ簡易な構成で、作業機械の転倒防止のための精度の良い警報装置を提供することができる。

次に、本発明による作業機械の警報装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１には、本発明の一実施形態に係る過負荷警報装置のシステム構成図が示されている。本実施形態は、クレーン機能付き油圧ショベルに適用された例を示すものである。

本実施形態の油圧ショベル１は、下部走行体２とその下部走行体２の上方に旋回自在に設けられた上部旋回体３とを備える車両本体４と、この車両本体４の前部にブーム５がブームフートピン６周りに俯仰可能に枢着されて構成されている。車両本体４の前部であってブームフートピン６の斜め下方にはブーム油圧シリンダ（以下、「ブームシリンダ」という。）７の基端部が枢支ピン８にて枢支され、このブームシリンダ７のロッド先端部はブーム５の長手方向の略中央部に枢着されている。また、ブーム５の先端部にはアーム９がアームシリンダ１０により回動可能に枢着され、さらにアーム９の先端部にはバケット１１がバケットシリンダ１２によりリンク機構１３を介して回動可能に枢着されている。また、バケット１１の近傍にはクレーン作業を行うための吊り具１４が配置され、この吊り具１４に吊り荷Ｗ（吊り荷重ＷＬ）が吊り下げられる。

本実施形態では、吊り荷Ｗによりブーム５に加わる負荷を検出するために、ブームシリンダ７のボトム側室の圧力（シリンダ圧）を検出する圧力センサ１５が設けられるとともに、ブーム５の俯仰位置を検出する位置検出近接スイッチ（以下、「ブーム位置検出スイッチ」という。）１６が設けられている。

一方、前記車両本体４の運転室１７内には、デジタルメータリレー１８が設けられるとともに、このデジタルメータリレー１８からの出力信号を受けて警報を発する警報器（警報ブザーおよび警報ランプ）１９が設けられている。前記デジタルメータリレー１８は、前記圧力センサ１５からの出力信号（直流電圧信号）を受けてその信号をデジタル処理し、任意の設定値と比較判定を行うデジタルメータ（例えばオムロン（株）製、「小型デジタルパネルメータＫ３ＧＮ−ＮＤＴ１」）１８ａと、前記ブーム位置検出スイッチ１６からの検出信号および前記デジタルメータ１８ａからの出力信号を受けて警報信号を前記警報器１９に出力するリレー回路１８ｂを備えている。ここで、前記デジタルメータ１８ａにて設定されるブームシリンダ７のシリンダ圧（ブーム圧）、言い換えれば警報圧力値は、２３５ｋｇｆ／ｃｍ^２と２７５ｋｇｆ／ｃｍ^２の２段階とされている。

次に、前記ブーム位置検出スイッチ１６の詳細構造について説明する。図２に示されるように、ブーム５の基端部をブームフートピン６を介して支持する一対のブームフートブラケット２０，２０の一側部には、ブームフートピン６の側方に位置して取付ブラケット２１が固着され、この取付ブラケット２１にブームフートピン６と略平行になるようにブーム位置検出スイッチ１６が取り付けられている。このブーム位置検出スイッチ１６は、静電容量形近接スイッチであり、物体に無接触で物体の有無を検出するタイプの位置センサである。一方、ブーム位置検出スイッチ１６の検出部に対向する側のブーム５の外側面には検出プレート２２が貼着されている。この検出プレート２２は、環状板の一部を扇形に切り取った形状であって、ブーム位置検出スイッチ１６の対向位置に来たときにそのブーム位置検出スイッチ１６がＯＮ作動するように構成されている。そして、この検出プレート２２は、ブーム角度がマックスリーチ姿勢（図３（ａ）参照）における角度θａ（後述する）から警報値切換え角度θｃ（後述する）に達するまではブーム位置検出スイッチ１６がＯＦＦ状態にあり、ブーム角度が切換え角度θｃ以上になったときにはブーム位置検出スイッチ１６がＯＮ作動するようにその大きさ・形状が定められている。

この種の油圧ショベル１においては、図３（ａ）に示されるように、ブーム５に対してアーム９が最大限に伸び切っており、かつブームフートピン６と吊り具１４の支持点（荷重点）１４ａとを結ぶ直線が水平となった作業機姿勢（「マックスリーチ姿勢」という。）を採ったときが、ブームフートピン６周りのモーメントが最大になることから、機体の安定性が最も低い。このときのブーム角度（水平面からのブーム５の起立角度）をθａとする。また、このマックスリーチ姿勢から、作業機姿勢を維持したままブームシリンダ７を伸長させていき、ブーム角度が略鉛直上方を向く図３（ｂ）に示される作業機姿勢に移行させていくと、吊り荷重ＷＬが同じでもブームシリンダ７が上向きになっていくため、このブームシリンダ７のシリンダ圧は徐々に高くなっていく。これに対してブームフートピン６周りのモーメントは小さくなっていくので、機体の安定性は良くなっていくことになる。この図３（ｂ）に示される作業機姿勢は、ブームシリンダ７のシリンダ圧が最大になる姿勢であるので、最大圧力姿勢と呼び、このときのブーム角度をθｂとする。なお、車両重量が２０ｔクラスの油圧ショベルの場合、マックスリーチ姿勢でのブームフートピン６と荷重点１４ａとの水平距離Ｌ１は約９ｍ、最大圧力姿勢でのブームフートピン６と荷重点１４ａとの水平距離Ｌ１は約５ｍである。

また、上述のように、ブーム角度θが大きくなるにしたがってブームシリンダ７のシリンダ圧（ブーム圧）Ｐが変化していくことから、所定の安定限界荷重を吊り下げた場合において、マックスリーチ姿勢から作業機姿勢を維持したままブーム５を上げていったときの、ブーム圧Ｐとブーム角度θとの関係は図４に実線で示される特性曲線Ｃのようになる。ここで、安定限界荷重とは、後述の警報ブーム圧設定のために決められた荷重で、機体の安定性を考慮して転倒防止の観点から設定される定格荷重より小さい荷重である。定格荷重を吊り下げた場合のブーム圧Ｐとブーム角度θとの関係は図４で一点鎖線で示される特性曲線Ｄのようになる。

そこで、本実施形態では、図３（ａ）に示されるマックスリーチ姿勢（ブーム角度θａ）での過負荷警報ブーム圧Ｐａと、図３（ｂ）に示される最大圧力姿勢（ブーム角度θｂ）での過負荷警報ブーム圧Ｐｂとを設定するとともに、これら２つの警報ブーム圧Ｐａ，Ｐｂの中間圧力Ｐｃとなるブーム角度θｃを警報値の切換え角度に設定している。すなわち、ブーム５の俯仰位置がブーム角度θｃより下方位置にあるときには、警報ブーム圧をＰａに設定し、俯仰位置がブーム角度θｃより上方位置にあるときには、警報ブーム圧をＰｂに設定し、これによって警報精度の向上が図られている。これにより、図４においては、ハッチングが付された領域が警報領域となる。マックスリーチ姿勢より高いブーム角度の領域で、定格負荷吊り下げの特性曲線Ｄはすべて警報領域内に入る。本実施形態において前記中間圧力Ｐｃは、Ｐｃ＝（Ｐａ＋Ｐｂ）／２とされる。なお、一例として、上述の２０ｔクラスの油圧ショベルの場合、θｃ＝３０°、Ｐａ＝２３５ｋｇｆ／ｃｍ^２、Ｐｂ＝２７５ｋｇｆ／ｃｍ^２とするのが好ましい。

次に、本実施形態における過負荷警報装置の作動態様を図５に示されるフローチャートにしたがって説明する。

Ｓ１：まず、ブーム５が警報値切換え角度θｃに達しているか否かを判断するために、ブーム位置検出スイッチ１６がＯＮ作動しているか否かを判定する。そして、この判定の結果、ブーム位置検出スイッチ１６がＯＦＦ状態にあるときにはステップＳ２へ進み、ブーム位置検出スイッチ１６がＯＮ作動したときにはステップＳ４へ進む。

Ｓ２〜Ｓ３：ブーム位置検出スイッチ１６がＯＦＦ状態にあるときには、次にシリンダ圧（ブーム圧）Ｐが第１設定値Ｐａ以上（Ｐ≧Ｐａ）であるか否かを判定する。そして、この判定の結果、ブーム圧Ｐが第１設定値Ｐａ未満（Ｐ＜Ｐａ）であるときには、図４に示される警報領域に入っていないので、警報器（警報ブザーおよび警報ランプ）１９をＯＦＦ状態に維持する。一方、ブーム圧Ｐが第１設定値Ｐａ以上（Ｐ≧Ｐａ）であるときにはステップＳ５へ進んで、警報器（警報ブザーおよび警報ランプ）１９をＯＮ作動させる。

Ｓ４〜Ｓ５：ステップＳ１の判定において、ブーム位置検出スイッチ１６がＯＮ作動したときには、ブーム５が警報値切換え角度θｃ以上に達しているということであるので、警報ブーム圧を第２設定値Ｐｂに切り換え、ブーム圧Ｐが第２設定値Ｐｂ以上（Ｐ≧Ｐｂ）であるか否かを判定する。そして、この判定の結果、第２設定値Ｐｂ未満（Ｐ＜Ｐｂ）であるときには、図４に示される警報領域に入っていないので、警報器（警報ブザーおよび警報ランプ）１９をＯＦＦにする。一方、ブーム圧Ｐが第２設定値Ｐｂ以上（Ｐ≧Ｐｂ）であるときには、デジタルメータリレー１８から警報器１９に過負荷信号が出力されてその警報器（警報ブザーおよび警報ランプ）１９がＯＮ作動される。こうして、図４に示される警報領域において警報器１９が作動され、オペレータに報知する。この報知によりオペレータは、過負荷状態を脱するような適切な操作を行えば車両の転倒防止を図ることができる。

以上のように、本実施形態の過負荷警報装置によれば、従来のように専用のコントローラが必要ないばかりか、高価な角度センサも必要なく、市販のデジタルメータリレーを用いるという安価かつ簡易な構成で、油圧ショベルの作業中における転倒防止のための過負荷検出を精度良く行うことができる。また、前記デジタルメータ１８ａにて設定されるブーム圧は容易に変更することができるので、この過負荷警報装置は、重量の異なる他の機種との間でも共用化することができ、従来のような専用のプログラムにて設定値を決定する方式に比べて利用価値が極めて大きいと言える。

本実施形態では、警報値を２段に切り換える例について説明したが、デジタルメータ１８ａとして３段以上に切り換えることのできるものを採用すれば、より警報精度を向上させることができる。また、本実施形態においては、第２設定値Ｐｂをより小さな値とすることで、警報領域をより広げることができる。

本実施形態では、クレーン機能付き油圧ショベルに適用した例について説明したが、本発明は、吊り具の代わりに電磁リフティングマグネットを取り付けたハンドリング仕様の油圧ショベルに対しても適用することができ、また同様の機能を有する油圧ショベル以外の他の作業機械に対しても適用することができる。

本発明の一実施形態に係る過負荷警報装置のシステム構成図ブーム位置検出スイッチの詳細構造を示す図作業機姿勢説明図警報領域説明図過負荷警報装置の作動態様を示すフローチャート従来の過負荷警報装置のブロック図

符号の説明

１油圧ショベル
４車両本体
５ブーム
６ブームフートピン
７ブーム油圧シリンダ
１４吊り具
１５圧力センサ
１６位置検出近接スイッチ
１８デジタルメータリレー
１８ａデジタルメータ
１８ｂリレー回路
１９警報器
２２検出プレート

Claims

車両本体に俯仰可能に設けられるブームと、このブームの先端部に回動可能に設けられるアームとを備える作業機械の警報装置であって、
前記ブームを俯仰させるブーム油圧シリンダのシリンダ圧を検出する圧力センサと、
前記ブームの俯仰位置が所定ブーム角以上の上方位置にあるか否かを検出する位置検出スイッチと、
前記圧力センサの出力信号を受けて前記ブーム油圧シリンダのシリンダ圧が設定圧以上になったときに過負荷信号を出力するデジタルメータリレーと、
前記デジタルメータリレーの出力信号を受けて警報を発する警報器とを備え、
前記デジタルメータリレーは、前記シリンダ圧の設定圧として、前記ブームの俯仰位置が前記所定ブーム角未満の下方位置にあるときの設定値である第１設定圧と、この第１設定圧よりも大きな値であって前記ブームの俯仰位置が前記所定ブーム角以上の上方位置にあるときの設定値である第２設定圧との２つの設定圧が設定できるようにされている
ことを特徴とする作業機械の警報装置。