JP2007508989A - アウトリガーを備えた移動作業機 - Google Patents

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Abstract

本発明は、シャーシー(10)と、走行位置から少なくとも1つの支持位置へ張り出し可能で、それぞれ1つの伸縮可能な支持脚(28)で地面(36)で支持可能な前部及び後部のそれぞれ2つのアウトリガー(22,24)と、支持脚(28)での支持力を測定するためのそれぞれ1つの測定要素(38)とを備えた移動作業機、特にオートコンクリートポンプに関する。アウトリガー固定の伸縮部材(30)を備えた伸縮可能な支持脚(28)が枢着軸部材(32)により支持脚ケース(26)に枢着されていると、枢着軸部材(32)を、支持荷重を測定するための測定部材(38)として構成することが可能である。ひずみゲージは、コンピュータ援用型電子評価装置を備えた、安定性を監視するための装置の中に取り込むことができる。安定性をコントロールするため、すべての支持脚の支持荷重測定値の総和と現時点で最も荷重を受けている2つの支持脚の支持荷重測定値の部分和との商から安定性度数(S)を特定するためのソフトウェアルーチンを設ける。さらに、安定性度数に対する所定の閾値を下回ったときに警報状態を発動するアラームルーチン(S,S,S)を設ける。

Description

本発明は、シャーシーと、走行位置から少なくとも1つの支持位置へ張り出し可能で、それぞれ1つの伸縮可能な支持脚で地面で支持可能な前部及び後部それぞれ2つのアウトリガーと、支持脚での支持力を測定するためのそれぞれ1つの測定要素とを備えた移動作業機、特にオートコンクリートポンプに関するものである。
この種の移動作業機は、使用場所で作業機の安定性を改善する張り出し可能なアウトリガーを備えている。アウトリガーは車両のスプリングサスペンションを排除して車輪の荷重を軽減させる課題を持つとともに、作業ブームを介して大きな傾動モーメントが発生したときにアウトリガーが傾動する危険を低減させるという課題をも持っている。アウトリガーの支持脚は四角形の隅角部を形成しており、四角形の4つの辺は、安定性を保証するために作業機全体の重心がその内側に位置していなければならないような面を囲んでいる。張り出した作業ブームは回転可能であるので、作業機全体の重心は作業ブームが1回転したときに真円を描く。この真円は作業ブームの作業範囲において四角形の面の内側になければならない。建築現場でのスペースは狭いので、完全支持を断念することがある。これにより作業ブームの回動範囲は制限される。
傾動を阻止するため、すでに監視装置が提案されている(非特許文献1)。この場合、支持脚の4つの液圧操作式伸縮部材内の圧力が監視される。2つの支持脚シリンダ内の圧力が低下すると、ブームの運動およびコンクリートポンプの作動を停止させる。この技術は、スペース上の理由から作業機が完全支持されていないようなケースに対しても適用できる。種々の実験により、支持脚の確実な監視のためには、支持脚の伸縮シリンダ内の圧力を測定するだけでは十分でないことが明らかになった。これはとりわけ伸縮シリンダのうちの1つが衝突したときに言えることである。動力学的支持効果もこの監視システムでは検知できない。
このような欠点を解消するため、各支持脚の足部分にパワーセンサ対を配置することが提案された(特許文献1)。このためには、このためだけに構成されたアウトリガーが必要であるが、このようなアウトリガーは構成が複雑である。さらに特許文献1には、それぞれのパワーセンサを電気測定回路内に配置して、支持荷重に応じた測定信号を発生させることが記載されている。この場合監視装置は電子評価装置を有し、電子評価装置は所定のサンプリングレートでアウトリガーの支持荷重測定値で付勢され、該支持荷重測定値は安定性を決定する少なくとも1つの所定の閾値と比較される。電子評価装置は、それぞれのサンプリングレートのうちで2番目に低いアウトリガー支持荷重測定値を検出してこれを安定性決定閾値と比較するソフトウェアを有している。この場合の欠点は、閾値が構造に依存し寸法に応じて影響を受ける量であること、安定性の点で重要な荷重値を測定するため、低荷重の場合でも高精度の測定が必要なことである。
雑誌「コンクリート」、6/96、第362頁、第364頁 独国特許出願公開第10110176号明細書
本発明の課題は、アウトリガーを備えた移動作業機において、支持脚の支持荷重を簡単な手段で高精度で測定でき、確実な安定性監視を可能にすることである。
上記課題を解決するため、請求項1および請求項17に記載の構成を提案する。本発明の他の有利な構成は従属項から明らかである。
本発明による解決手段は、アウトリガー固定の伸縮部材を備えた伸縮可能な支持脚が枢着軸部材により支持脚ケースに枢着されているようなアウトリガーの場合、枢着軸部材を、支持荷重を測定するための測定要素として構成できるという認識に基づくものである。本発明の有利な構成によれば、支持過程の際に発生する枢着軸部材の弾性曲げ荷重を、支持脚の支持荷重を表わす量として特定するための手段が設けられている。この場合、枢着軸部材は軸部材曲げ荷重を測定するための少なくとも1つのひずみゲージを担持している。
本発明の有利な構成によれば、枢着軸部材は軸線平行に延びてひずみゲージを受容している少なくとも1つの縦溝を有している。有利には、枢着軸部材がそれぞれ2つのひずみゲージを受容するための2つの縦溝であって互いに対向して互いに逆側で開口している前記2つの縦溝を有し、ひずみゲージの接続部がブリッジ回路として構成された測定回路内で互いに接続されているのがよい。さらに、枢着軸部材が、片側が開口している中心穴と、少なくとも1つの縦溝から中心穴のほうへ延びて測定ケーブルを受容している横穴とを有しているのが合目的である。
本発明の他の実施態様によれば、支持過程の際に枢着軸部材の支持部位の領域に発生する弾性剪断変形を、支持脚の支持荷重を表わす量として特定するための手段が設けられている。この場合、枢着軸部材、支持部位の領域に、前記剪断変形を測定するための少なくとも1つのひずみゲージを担持している。このため、有利には、枢着軸部材が、支持部位の領域に、支持方向に指向する少なくとも1つの破断部を有し、該破断部内に、枢着軸部材の材料といったいに結合された且つ少なくとも1つのひずみゲージを担持しているダイアフラムが配置されているのがよい。有利には、枢着軸部材が、両支持部位に、ダイアフラムを備えたそれぞれ1つの破断部を有し、ダイアフラムが支持脚の内側軸受と外側軸受との間の剪断面内に配置されているのがよい。外側軸受は支持脚ケース内の軸部材のための支持部を形成し、他方内側軸受には、定置の伸縮部材が支持されている。合目的には、ダイアフラムの互いに逆側の幅広面にそれぞれ剪断面に対し平行に延びるひずみゲージが配置され、ひずみゲージが好ましくはブリッジ回路として構成された測定回路内で互いに接続されているのがよい。
上記両実施態様において、測定回路は出力側を信号増幅器を介してコンピュータ援用型電子評価装置に接続されている。
本発明の有利な択一的な構成によれば、電子評価装置は、すべての支持脚の支持荷重測定値の総和と現時点で最も荷重を受けている2つの支持脚の支持荷重測定値の部分和との商から安定性度数を特定するためのソフトウェアルーチンと、安定性度数に対する所定の閾値を下回ったときに警報状態を発動するアラームルーチンとを有している。本発明によるこの構成により、個々の支持脚の領域の支持荷重を狭いタイムスロットでリアルタイムで監視することが可能になる。その結果、作業機作動時の動力学的作用および慣性作用をも監視に取り込むことができる。
作動中の作業機の傾動を阻止するため、安定性に対する複数の段階的閾値によりアラーム発動させる。第1の閾値を下回ったときに操作者は音響信号および/または光学信号を介して警告を受ける。第1の閾値よりも小さな第2の閾値を下回ったときには、荷を移動させる作業運動を解除可能にブロックさせる。最後に、第2の閾値よりも小さな第3の閾値を下回ったときには、荷を移動させる作業運動を解除不能にブロックさせる。
次に、本発明の実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。
図1に図示した走行可能なコンクリートポンプは、実質的に、多軸のシャーシー10と、該シャーシーに位置固定の上下軸線13を中心にして回転可能であるように前軸付近のブーム台12で支持され、コンクリート分配ブームとして形成された作業ブーム14と、前部アウトリガー22と後部アウトリガー24とを有する支持構造部15とから構成されている。アウトリガー22,24は下方へ指向する支持脚ケース26を有し、支持脚ケース26内には、アウトリガー固定の伸縮部材30を備えた伸縮自在な支持脚28が固定されている。支持脚28は足板34により地面36で支持可能である。前部アウトリガー22と後部アウトリガー24とは、液圧手段によりシャーシー付近の走行位置から支持位置へ張り出し可能である。図1に図示した例では、道路側で幅狭支持が選択されている。建設現場でのスペース上の問題を考慮したこの幅狭支持により、分配ブーム14の回転角は強制的に制限される。
地面上に直立している4個の支持脚28は四角形を張る。四角形の辺はそれぞれ傾動辺を形成する。安定性を保障するには、分配ブーム14が移動する際にシステム全体の重心が四角形の辺を外側へ越えてはならない。本発明を適用するにあたっては、支持脚28内部に設けた測定要素38によってシステム全体の重心が傾動四角形内部にあることを監視できるという認識に基づいている。このため、それぞれの支持脚28内には測定要素38が配置されている。測定要素38は、図示した実施形態の場合、それぞれ電気測定回路44と演算増幅器46とを備えたそれぞれ4個のひずみゲージDMS1ないしDMS4を有している。それぞれの測定回路44は、その演算増幅器46を介して、支持荷重に応じた測定信号を所定の時間周期で放出する。この測定信号はホストコンピュータ50を接続した電子評価装置48で処理される。
本発明の特徴は、支持脚の支持荷重を特定するための測定要素がたとえば枢着ボルト等の枢着軸部材32によって形成されていることにある。図4と図5に図示した実施形態の場合には、測定要素38は、支持過程の際に発生する枢着軸部材の曲げ荷重を、支持脚の支持荷重を表わす量として特定するための手段を有している。このため、枢着軸部材32は、それぞれ2つのひずみゲージDMS1,DMS3またはDMS2,DMS4を受容するための縦溝54であって曲げ面52に関し互いに対向しあって互いに逆の側が開口している前記2つの縦溝54を有している。図4の実施形態の場合には、2つのひずみゲージは縦溝54内に互いに平行に位置するように枢着軸部材32の縦方向に配置されており、他方図5の実施形態の場合には、縦溝内に、枢着軸部材32の縦方向に平行に指向するひずみゲージと枢着部材32の縦方向に対し横方向に指向するひずみゲージとが配置されている。
図6に図示した実施形態では、測定要素38は、支持過程の際に枢着軸部材32の支持部位56の領域に発生する弾性剪断変形を、支持脚の支持荷重を表わす量として特定するための手段を有している。このため、枢着軸部材32は、支持部位56の領域にそれぞれ破断部58を有している。破断部58内には、枢着軸部材の材料と一体に結合されているダイアフラム60が配置されている。この場合ダイアフラム60は、支持荷重の方向において支持脚28の内側軸受と外側軸受との間の剪断面62内に配置されている。ダイアフラム60の互いに逆側の2つの幅広面には、それぞれ剪断面62に対し平行に且つ支持方向に対し傾斜して延びているひずみゲージDMS1,DMS2またはDMS3,DMS4が配置され、これらのひずみゲージは対を成して90゜の角度で交差している。
上記個々の実施形態のひずみゲージDMS1ないしDMS4はブリッジ回路として構成した測定回路44内で互いに接続されている。測定回路44の対角タップ64は演算増幅器46の入力部に接続されている。測定回路44への給電は補助電源66を介して行なう。測定回路44の出力信号は信号処理回路68を介してデジタル表示器70またはアナログ表示器72へ送られる。さらに前記出力信号はホストコンピュータ74へ送られて更なる処理の下に置かれ、特に安定性の監視に用いられる。電子測定装置44は信号処理回路68とともにハウジング76内に設けられている。ハウジング76はそれぞれの枢着軸部材32の一端にて支持脚ケース26から外側へ突出している。このため、枢着軸部材32は、片側が開口した中心穴55’と、少なくとも1つの縦溝54から中心穴55’のほうへ延びて、ハウジング76内へ案内されている測定ケーブルを受容している横穴55”とを有している。
安定性を監視する場合、以下のような考慮を行なうのが重要である。オートコンクリートポンプの安定性は立体的なパワーシステムの平衡条件から生じる。この場合、作用方向が異なる力は例えば時間的に且つ位置的に変化する固有荷重および作動荷重、加速過程および制動過程による慣性力、或いは力と大きさの点で偶然に作用する作用荷重である。このような影響量の作用は現在の支持脚力の大きさと平衡状態になる。
前述したように、支持脚力は片持ち梁の測定原理により、或いは、剪断力測定により特定することができる。4つの支持脚力全部の現時点の大きさに関する情報は一定のサンプリングレートでたとえばケーブルを介して或いは遠隔計測でホストコンピュータ74に送られる。ホストコンピュータ74では、入力されたパワー値を並行的に演算する。このため、まずすべての支持脚力Fi(i=1ないし4)の和を特定する。安全度数Sを求めるため、この和を、現時点の2つの最大支持脚力Fa(^)、Fb(^)の和で割る。
Figure 2007508989
2つの最大支持脚力の和がすべての支持脚力の和に達すると、機械は安定な平衡状態(たとえば3点支持)から不安定な平衡状態になり、安定性がなくなる。力の平衡状態は前記傾動辺の1つのまわりでのモーメント平衡状態に相当している。作業機のタイプに依存しない安定度数、たとえば
Figure 2007508989
を確定することにより、作業機のタイプに関係なく、支持脚の位置、風荷重、および他のパラメータから一定の境界安定性を達成することができる。
安定な支持のための重要な境界条件は、シャーシー10の車輪が地面36から持ち上がった状態で作業機を据えることである。どの作業機に対しても、重量測定により、十分な安全性のための最小重量は既知である。この値はホストコンピュータ74にファイルすることができる。作業ブーム14を張り出す前に支持脚28を突出させた後、支持脚力を測定することにより作業機の実際の重量を特定し、ファイルした基準値と比較することができる。基準値を下回っている場合には、シャーシー10の車輪はまだ地面上にあり、その結果安全性は十分に保障されているとは言えない。測定した作業機の重量がファイルした基準値に達するか、或いは、基準値を上回ったときにはじめて、作業機の制御により作業ブーム14を使用可能にすることができる。
作動中に作業機の傾動を阻止するため、3つの閾値S,S,Sを区別する。第1の閾値S(たとえばS=1.25)に達した場合、作業をさらに進めれば作業ブーム14が安定性境界に接近しているとの情報を操作者は光学信号または音響信号を介して得る。操作者が安定性の点で危険な範囲へさらに運転を進めると、第2の閾値S(たとえばS=1.1)に達したときに作業ブーム14の駆動を停止させる。たとえば遠隔操作により遮断機能を解除することにより、作業ブーム14を再び作動させることができる。作業ブーム14の種々の駆動アッセンブリを操作することにより作業ブーム14を臨界状態からさらに操縦し続けることは可能でなければならないので、安全性の監視と音響信号/光学信号との連動は必要である。この場合、作業ブーム14の特定の駆動アッセンブリを遮断するか、或いは、1つの方向でのみ作動させるような制御機能を導入してもよい。このためには、作業ブーム14の操作態様に応じて、たとえばコンクリート分配ブームの折りたたみに応じて、種々の方策が必要である。
しかしながら、最悪の場合には、操作者は安定性の点で危険の操縦範囲へ入る。安定性度数に相当する境界値S(たとえばS=1.05)に達すると、作業ブーム14の駆動を完全に停止しなければならない。駆動は下部構造を補助的に安定させることにより、たとえば支持脚28に安全錘をぶら下げたり、タンクとして構成された個々の支持脚28を満タンにしたり、1つの支持脚28の内容物を他の支持脚28へポンプで移し変えたりすることにより、より高い閾値Sに相当する平衡状態が再び達成される場合にだけ可能である。
以上の説明を総括すると以下のようになる。本発明は、シャーシー10と、走行位置から少なくとも1つの支持位置へ張り出し可能で、それぞれ1つの伸縮可能な支持脚28で地面36で支持可能な前部及び後部のそれぞれ2つのアウトリガー22,24と、支持脚28での支持力を測定するためのそれぞれ1つの測定要素38とを備えた移動作業機、特にオートコンクリートポンプに関する。アウトリガー固定の伸縮部材30を備えた伸縮可能な支持脚28が枢着軸部材32により支持脚ケース26に枢着されていると、枢着軸部材32を、支持荷重を測定するための測定部材38として構成することが簡単な手段で可能である。測定要素は、コンピュータ援用型電子評価装置を備えた、安定性を監視するための装置の中に取り込むことができる。安定性をコントロールするため、すべての支持脚の支持荷重測定値の総和と現時点で最も荷重を受けている2つの支持脚の支持荷重測定値の部分和との商から安定性度数Sを特定するためのソフトウェアルーチンを設ける。さらに、安定性度数に対する所定の閾値S,S,Sを下回ったときに警報状態を発動するアラームルーチンを設ける。
道路わきに設置されているオートコンクリートポンプを示す図で、アウトリガーにより道路側で幅狭に支持されている実施態様を示す図である。 アウトリガーの側面図である。 図3aは測定要素として構成された測定軸部材を備える支持脚を引き込み状態で示した図、図3bは張り出し状態で示した図である。 図4aは片持ち梁としての枢着軸部材の平面図、図4bはその断面図である。 図5aは片持ち梁としての枢着軸部材の第2実施形態の平面図、図5bはその断面図である。 図6aは剪断軸部材としての枢着軸部材の縦断面図、図4bはその横断面図である。 コンピュータ援用型電子評価装置を備えたブリッジ回路の中に設けられるそれぞれ4個のひずみゲージのための回路構成概略図である。

Claims (22)

  1. シャーシー(10)と、走行位置から少なくとも1つの支持位置へ張り出し可能で、それぞれ1つの伸縮可能な支持脚(28)で地面(36)で支持可能な前部及び後部それぞれ2つのアウトリガー(22,24)と、支持脚(28)での支持力を測定するためのそれぞれ1つの測定要素(38)とを備えた移動作業機、特にオートコンクリートポンプにおいて、
    アウトリガー固定の伸縮部材(30)を備えた伸縮可能な支持脚(28)が枢着軸部材(32)により支持脚ケース(26)に枢着されていること、
    枢着軸部材(32)が支持荷重を測定するための測定部材(38)として構成されていること、
    を特徴とする移動作業機。
  2. 支持過程の際に発生する枢着軸部材(32)の弾性曲げ荷重を、支持脚の支持荷重を表わす量として特定するための手段が設けられていることを特徴とする、請求項1に記載の移動作業機。
  3. 枢着軸部材(32)が軸部材曲げ荷重を測定するための少なくとも1つのひずみゲージ(DMS1ないしDMS4)を担持していることを特徴とする、請求項2に記載の移動作業機。
  4. 枢着軸部材(32)が軸線平行に延びてひずみゲージ(DMS1ないしDMS4)を受容している少なくとも1つの縦溝(54)を有していることを特徴とする、請求項3に記載の移動作業機。
  5. 枢着軸部材(32)がそれぞれ2つのひずみゲージ(DMS1,DMS3またはDMS2,DMS4)を受容するための2つの縦溝(54)であって互いに対向して互いに逆側で開口している前記2つの縦溝(54)を有していること、ひずみゲージの接続部がブリッジ回路として構成された測定回路(44)内で互いに接続されていることを特徴とする、請求項4に記載の移動作業機。
  6. 枢着軸部材(32)が、片側が開口している中心穴(55’)と、少なくとも1つの縦溝(54)から中心穴のほうへ延びて測定ケーブルを受容している横穴(55”)とを有していることを特徴とする、請求項4または5に記載の移動作業機。
  7. 支持過程の際に枢着軸部材(32)の支持部位(56)の領域に発生する弾性剪断変形を、支持脚の支持荷重を表わす量として特定するための手段が設けられていることを特徴とする、請求項1から6までのいずれか一つに記載の移動作業機。
  8. 枢着軸部材(32)が、支持部位(56)の領域に、前記剪断変形を測定するための少なくとも1つのひずみゲージ(DMS1ないしDMS4)を担持していることを特徴とする、請求項7に記載の移動作業機。
  9. 枢着軸部材(32)が、支持部位(56)の領域に、支持方向に指向する少なくとも1つの破断部(58)を有し、該破断部(58)内に、枢着軸部材の材料と一体に結合され且つ少なくとも1つのひずみゲージ(DMS1ないしDMS4)を担持しているダイアフラム(60)が配置されていることを特徴とする、請求項8に記載の移動作業機。
  10. 枢着軸部材(32)が、両支持部位(56)に、ダイアフラム(60)を備えたそれぞれ1つの破断部(58)を有し、ダイアフラム(60)が支持脚(28)の内側軸受と外側軸受との間の剪断面(62)内に配置されていることを特徴とする、請求項9に記載の移動作業機。
  11. ダイアフラム(60)の互いに逆側の幅広面にそれぞれ剪断面(62)に対し平行に延びるひずみゲージ(DMS1ないしDMS4)が配置されていること、ひずみゲージが好ましくはブリッジ回路として構成された測定回路(44)内で互いに接続されていることを特徴とする、請求項10に記載の移動作業機。
  12. ダイアフラム(60)の両幅広面に配置されているひずみゲージが支持方向に対し傾斜して指向していることを特徴とする、請求項9から11までのいずれか一つに記載の移動作業機。
  13. ダイアフラム(60)の両幅広面に配置されているひずみゲージ(DMS1ないしDMS4)が互いに対を成して互いに45゜ないし90゜の角度で交差していることを特徴とする、請求項12に記載の移動作業機。
  14. 測定回路(44)が、演算増幅器として構成された信号増幅器(46)を介して、コンピュータ援用型電子評価装置(48,50)に接続されていることを特徴とする、請求項4から13までのいずれか一つに記載の移動作業機。
  15. 枢着軸部材(32)が、支持脚ケースから突出している部分に、評価回路(44)および電子評価装置(68)を受容するためのハウジング(76)を担持していることを特徴とする、請求項1から14までのいずれか一つに記載の移動作業機。
  16. 電子評価装置(48,50)が、すべての支持脚の支持荷重測定値の総和と現時点で最も荷重を受けている2つの支持脚の支持荷重測定値の部分和との商から安定性度数(S)を特定するためのソフトウェアルーチンと、安定性度数に対する所定の閾値を下回ったときに警報状態を発動するアラームルーチンとを有していることを特徴とする、請求項14または15に記載の移動作業機。
  17. シャーシー(10)と、走行位置から少なくとも1つの支持位置へ張り出し可能で、それぞれ1つの伸縮可能な支持脚(28)で地面(36)で支持可能な前部及び後部のそれぞれ2つのアウトリガー(22,24)と、支持脚(28)での支持力を測定するためのそれぞれ1つの測定要素(38)と、安定性を監視するための監視装置とを備え、監視装置が所定のサンプリングレートで支持脚の支持荷重値を作用可能な電子評価装置(68,74)を有している移動作業機、特にオートコンクリートポンプにおいて、
    すべての支持脚の支持荷重測定値の総和と現時点で最も荷重を受けている2つの支持脚の支持荷重測定値の部分和との商から安定性度数(S)を特定するためのソフトウェアルーチンと、安定性度数に対する所定の閾値を下回ったときに警報状態を発動するアラームルーチンとが設けられていることを特徴とする移動作業機。
  18. 警報を発動する閾値が1.05と1.25の間にあることを特徴とする、請求項16または17に記載の移動作業機。
  19. 安定性に対する複数の段階的閾値(S,S,S)によりアラームを発動させることを特徴とする、請求項14から18までのいずれか一つに記載の移動作業機。
  20. 第1の閾値(S)を下回ったときに音響信号および/または光学信号を発動可能であることを特徴とする、請求項19に記載の移動作業機。
  21. 第1の閾値よりも小さな第2の閾値(S)を下回ったときに、荷を移動させる作業運動を解除可能にブロックすることを特徴とする、請求項20に記載の移動作業機。
  22. 第2の閾値よりも小さな第3の閾値(S)を下回ったときに、荷を移動させる作業運動を解除不能にブロックすることを特徴とする、請求項21に記載の移動作業機。
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