JP2008215421A - 油圧作業機械の安全装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気レバーの操作信号に異常があっても油圧アクチュエータの駆動を可能にする。
【解決手段】油圧源２１から油圧アクチュエータ１５〜１７への圧油の流れを制御する制御弁２２〜２４と、レバー操作に応じて、油圧アクチュエータ１５〜１７の駆動指令である電気的な操作信号を出力する電気レバー装置５１〜５３と、操作信号に応じて制御弁２２〜２４を制御する制御手段２５〜３０，５０と、操作信号が正常範囲内か否かを判定する判定手段５０ｃとを備え、判定手段により操作信号が正常範囲内でないと判定されると、正常範囲内と判定されたときよりも、油圧アクチュエータ１５〜１７への圧油の流れを制限しつつ油圧アクチュエータ１５〜１７の駆動を許可する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気レバーにより操作される油圧作業機械の安全装置に関する。

従来より、電気レバーの操作量に応じて電磁比例弁を駆動し、この電磁比例弁の駆動によって発生したパイロット圧を制御弁に作用させて、油圧アクチュエータを駆動するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開平７−１９２０７号公報

しかしながら、電気レバー自体が故障すると、電気レバーから操作量に応じた信号が出力されないため、油圧アクチュエータの駆動が困難になり、作業機械を安全な修理場所に移動させる際に、アクチュエータの姿勢を変更するなどの動作を行えず、修理作業等に支障を来す可能性がある。

本発明は、油圧源と、この油圧源からの圧油により駆動する油圧アクチュエータと、油圧源から油圧アクチュエータへの圧油の流れを制御する制御弁と、レバー操作に応じて、油圧アクチュエータの駆動指令である電気的な操作信号を出力する電気レバー装置と、操作信号に応じて制御弁を制御する制御手段と、操作信号が正常範囲内か否かを判定する判定手段とを備え、制御手段は、判定手段により操作信号が正常範囲内でないと判定されると、正常範囲内と判定されたときよりも、油圧アクチュエータへの圧油の流れを制限しつつ油圧アクチュエータの駆動を許可することを特徴とする。
判定手段により正常範囲内でないと判定されると、正常範囲内と判定されたときよりも、レバー中立状態からレバー操作により油圧アクチュエータに圧油が供給されるまでの不感帯域を大きくするようにしてもよい。
判定手段により正常範囲内でないと判定されると、正常範囲内と判定されたときよりも、制御弁の被操作量を小さくすることもできる。
判定手段により操作信号が正常範囲内でないと判定されたとき、さらに操作信号が正常範囲よりも所定量だけ外側の制限範囲内か否かを判定し、判定手段により操作信号が制限範囲内と判定されると、油圧アクチュエータへの圧油の流れを制限しつつ油圧アクチュエータの駆動を許可し、制限範囲を超えたと判定されると、油圧アクチュエータへの圧油の流れを禁止することもできる。
電気レバー装置に操作信号を出力するための電力を供給する電力供給手段をさらに備え、判定手段により電力供給手段の異常を併せて判定することもできる。
電力供給手段を複数備えた場合、判定手段により少なくとも一の電力供給手段の異常が判定されると、その異常判定された電力供給手段から電力が供給される電気レバー装置の出力のみ無効化することが好ましい。

本発明によれば、電気レバー装置の操作信号が正常範囲内でないと判定されると、油圧アクチュエータへの圧油の流れを制限しつつ油圧アクチュエータの駆動を許可するので、電気レバー装置に異常が生じた場合にも安全に油圧アクチュエータを駆動できる。

以下、図１〜図１０を参照して本発明による油圧作業機械の安全装置の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態に係る安全装置が適用される油圧作業機械の一例である破砕機の外観側面図である。破砕機は、油圧ショベルをベースマシンとして構成され、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、旋回体２に回動可能に設けられたブーム３と、ブーム先端部に回動可能に設けられたアーム４と、アーム先端部に回動可能に設けられた破砕機用アタッチメント５とを有する。走行体１にはオプション品としてブレード６が取り付けられている。なお、標準仕様の油圧ショベルには、アタッチメント５の代わりにバケットが取り付けられる。

ブーム３はブームシリンダ１１により上下方向に回動可能に支持され、アーム４はアームシリンダ１２により上下方向に回動可能に支持され、アタッチメント５はバケットシリンダ１３により上下方向に回動可能に支持される。走行体１は左右の走行用油圧モータ１４により駆動する。これらシリンダ１１〜１３およびモータ１４等の油圧アクチュエータは、標準仕様の油圧ショベル自体に元々備えられている。これに加え本実施の形態では、図２に示すようにアタッチメント５の先端部を開閉する油圧シリンダ１５と、アーム４に対してアタッチメント５を相対回転させる油圧モータ１６と、ブレード６を駆動する油圧シリンダ１７を、オプション仕様の油圧アクチュエータとして新たに追加する。

標準仕様の油圧アクチュエータ１１〜１４は、それぞれ油圧パイロット方式により駆動する。すなわち、各アクチュエータ１１〜１４に対応して設けた操作レバーの操作により減圧弁を駆動してパイロット圧を発生させ、このパイロット圧によりそれぞれ方向制御弁（不図示）を切り換えて油圧アクチュエータ１１〜１４を駆動する。一方、オプション仕様の油圧アクチュエータ１５〜１７を油圧パイロット方式とすると、回路構成が複雑となるため、油圧アクチュエータ１５〜１７は油圧パイロット方式とせずに、電気レバーにより操作する電気レバー方式とする。

図２は、本実施の形態に係る安全装置の構成を示す油圧回路図であり、とくに電気レバー方式で駆動される油圧アクチュエータ１５〜１７の駆動回路を示している。エンジン（不図示）により駆動される油圧ポンプ２１からの圧油は、それぞれ方向制御弁２２〜２４を介して油圧アクチュエータ１５〜１７に供給される。パイロットポンプ３１からの圧油は電磁比例減圧弁（以下、電磁比例弁）２５〜３０で減圧されて、方向制御弁２２〜２４の各パイロットポートにそれぞれ作用し、このパイロット圧により方向制御弁２２〜２４が切り換わる。

コントローラ５０にはアタッチメント５の開閉動作を指令する電気レバー５１と、アタッチメント５の回転動作を指令する電気レバー５２と、ブレード６の駆動を指令する電気レバー５３が接続されている。電気レバー５１，５２には、コントローラ５０内の電力供給回路５０ａから所定電圧ｖｘ（例えば５ｖ）が印加され、電気レバー５３には電力供給回路５０ｂから所定電圧（例えば５ｖ）が印加される。電気レバー５１〜５３は操作量に応じて抵抗値が変化する可変抵抗式であり、電気レバー５１〜５３の操作量に応じた電気信号がコントローラ５０内の制御回路５０ｃに入力される。コントローラ５０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。なお、５４は、コントローラ５０に所定電圧（例えば２４Ｖ）の電力を供給するバッテリである。

図３は、電気レバー５１〜５３から出力されるレバー信号ｖとこれに対応する制御圧力Ｐとの関係を示す図である。図の特性ｆ１，ｆ２は、電気レバー５１〜５３が正常のときのレバー特性として予めコントローラ５０に記憶されている。特性ｆ１は、電磁比例弁２５，２７，２９に出力される制御圧Ｐの特性であり、特性ｆ２は、電磁比例弁２６，２８，３０に出力される制御圧の特性である。制御回路５０ｃは、制御弁２２〜２４に作用するパイロット圧がこのレバー信号ｖに対応した制御圧力Ｐとなるように電磁比例弁２５〜３０を制御する。

図３において、操作レバー３１〜３３が中立時におけるレバー信号はｖ０（例えば2.5ｖ）であり、そのｖ０を挟むレバー信号がｖａ１（例えば2.3ｖ）≦ｖ≦ｖｂ１（例えば2.7ｖ）の範囲で、制御圧が０（Ｐ＝０）の不感帯域となっている。レバー信号がｖａ２≦ｖ＜ｖａ１およびｖｂ１＜ｖ≦ｖｂ２の範囲は、特性ｆ１，ｆ２に沿って操作レバー３１〜３３の操作量の増加に伴い制御圧Ｐが増加する制御圧可変領域である。レバー信号がｖ＜ｖａ２およびｖｂ２＜ｖの範囲は、制御圧Ｐが最大（Ｐ＝Ｐａ）の制御圧最大領域である。

このように構成された電気レバー方式の油圧回路において、電磁比例弁２５〜３０が故障（例えばスティック）すると、油圧アクチュエータ１５〜１７を正常に動作することができない。そこで、本実施の形態では、以下のように電磁比例弁２５〜３０の異常を監視し、異常時に油圧アクチュエータ１５〜１７の動作を制限する。なお、以下では、電気レバー５１〜５３のレバー信号ｖをそれぞれｖ５１〜ｖ５３で、電磁比例弁２５〜３０の制御圧ＰをそれぞれＰ２５〜Ｐ３０で表すこともある。

図２に示すように方向制御弁２２のパイロットポートと電磁比例弁２５，２６を接続する管路Ｌ１，Ｌ２および方向制御弁２３のパイロットポートと電磁比例弁２７，２８を接続する管路Ｌ３，Ｌ４にはそれぞれシャトル弁４１，４２が接続されている。管路Ｌ１，Ｌ２および管路Ｌ３，Ｌ４内の高圧側の圧油はシャトル弁４１，４２を介してそれぞれ管路Ｌ７およびＬ８に導かれる。さらに管路Ｌ７，Ｌ８にはシャトル弁４３が接続され、管路Ｌ７，Ｌ８内の高圧側の圧油はシャトル弁４３を介して管路Ｌ９に導かれる。管路Ｌ９に導かれた圧油の圧力、すなわち管路Ｌ１〜Ｌ４の最大圧力Ｐ１は圧力センサ４５で検出される。シャトル弁４１〜４３と圧力センサ４５は、電磁比例弁２５〜２８の異常を検出するための第１の異常検出回路を構成する。

方向制御弁２４のパイロットポートと電磁比例弁２９，３０を接続する管路Ｌ５，Ｌ６にはシャトル弁４４が接続され、管路Ｌ５，Ｌ６内の高圧側の圧油はシャトル弁４４を介して管路Ｌ１０に導かれる。管路Ｌ１０に導かれた圧油の圧力、すなわち管路Ｌ５，Ｌ６の最大圧力Ｐ２は圧力センサ４６で検出される。シャトル弁４４と圧力センサ４６は、電磁比例弁２９，３０の異常を検出するための第２の異常検出回路を構成する。

パイロットポンプ３１と電磁比例弁２５〜２８の間には電磁切換弁４７が設けられ、パイロットポンプ３１と電磁比例弁２９，３０の間には電磁切換弁４８が設けられている。電磁切換弁４７，４８は制御回路５０ｃからの信号により切り換わる。電磁切換弁４７が位置イに切り換わると、電磁比例弁２５〜２９へのパイロット圧の流れが許可され、位置ロに切り換わると、電磁比例弁２５〜２９へのパイロット圧の流れが禁止される。電磁切換弁４８が位置イに切り換わると、電磁比例弁２９，３０へのパイロット圧の流れが許可され、位置ロに切り換わると、電磁比例弁２９，３０へのパイロット圧の流れが禁止される。

以上の構成では、一の作業（破砕作業）を行う油圧アクチュエータ１５，１６の駆動回路と、他の作業（ブレード作業）を行う油圧アクチュエータ１７の駆動回路とを別々にグループ化する。そして、各グループ毎の異常をそれぞれ圧力センサ４５，４６で検出するとともに、異常検出時には電磁切換弁４７，４８の切換により各グループ毎にアクチュエータ１５〜１７の駆動を禁止する。したがって、油圧アクチュエータの数（３つ）よりも少ない数（２つ）の圧力センサ４５，４６と電磁切換弁４７，４８を設ければよいので、効率的である。

図４は、本実施の形態に係る制御回路５０ｃにおけ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ってスタートする。初期状態では電磁切換弁４７，４８は位置イに切り換わっている。ステップＳ１では、電気レバー５１〜５３のレバー信号ｖ５１〜ｖ５３をそれぞれ読み取る。ステップＳ２では、予め定めた図３の特性に基づき、レバー信号ｖ５１〜ｖ５２に応じた制御圧Ｐ２５〜Ｐ３０をそれぞれ演算する。さらに制御圧Ｐ２５〜Ｐ２８の最大値Ｐ１ｍａｘと制御圧Ｐ２９，Ｐ３０の最大値Ｐ２ｍａｘも演算する。ステップＳ３では、制御弁２２〜２４に作用するパイロット圧がこの制御圧Ｐ２５〜Ｐ３０と等しくなるように電磁比例弁２２〜２４に制御信号を出力する。ステップＳ４では、圧力センサ４５，４６による検出値Ｐ１，Ｐ２を読み込む。

ステップＳ５では、制御圧Ｐ２５〜Ｐ２８の最大値Ｐ１ｍａｘと圧力センサ４５の検出値Ｐ１との偏差ΔＰ１を演算し、この偏差ΔＰ１が所定値以下か否かを判定する。これは、電磁比例弁２５〜２８の異常の有無を判定する処理であり、偏差ΔＰ１が所定値以下であれば、電磁比例弁２５〜２８の出力が正常と判定する。

ステップＳ５が肯定されると、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、電磁切換弁４７に制御信号を出力して電磁切換弁４７を位置イに切り換える。これにより電磁比例弁２５〜２８へのパイロット圧の流れが許可される。一方、ステップＳ５が否定されるとステップＳ７に進む。この場合は、最大制御圧Ｐ１ｍａｘを発生している電磁比例弁２５〜２８のいずれかの出力が異常であると判定し、電磁切換弁４７に制御信号を出力して電磁切換弁４７を位置ロに切り換える。これにより電磁比例弁２５〜２８へのパイロット圧の流れが禁止される。

ステップＳ８では、制御圧Ｐ２９，Ｐ３０の最大値Ｐ２ｍａｘと圧力センサ４６の検出値Ｐ２との偏差ΔＰ２を演算し、この偏差ΔＰ２が所定値以下か否かを判定する。これは、電磁比例弁２９，３０の異常の有無を判定する処理であり、偏差ΔＰ２が所定値以下であれば、電磁比例弁２９，３０の出力が正常と判定する。

ステップＳ８が肯定されると、ステップＳ９に進む。ステップＳ９では、電磁切換弁４８に制御信号を出力して電磁切換弁４８を位置イに切り換える。これにより電磁比例弁２９，３０へのパイロット圧の流れが許可される。一方、ステップＳ８が否定されるとステップＳ１０に進む。この場合は、最大制御圧Ｐ２ｍａｘを発生している電磁比例弁２９，３０のいずれかの出力が異常であると判定し、電磁切換弁４８に制御信号を出力して電磁切換弁４８を位置ロに切り換える。これにより電磁比例弁２９，３０へのパイロット圧の流れが禁止される。ステップＳ１１では、表示器５５（図２）に制御信号を出力し、電磁比例弁２５〜３０の異常情報を表示する。

第１の実施の形態に係る安全装置の動作をより具体的に説明する。
（１）正常時
まず、電磁比例弁２５〜３０が全て正常の場合について説明する。例えば電気レバー５１の操作により電磁比例弁２５に駆動信号が出力されると（ステップＳ３）、電磁比例弁２５を介して方向制御弁２２にパイロットポンプ３１からのパイロット圧が作用する。このパイロット圧はシャトル弁４１，４３を介して管路Ｌ９内にも導かれ、圧力センサ４５で検出される。このとき、電磁比例弁２５が正常に動作していれば、第１の異常検出回路における制御圧の最大値Ｐ１ｍａｘ（＝Ｐ２５）とパイロット圧の検出値Ｐ１とは同等である。そのため、電磁切換弁４７は位置イに切り換えられ（ステップＳ６）、方向制御弁２２へのパイロット圧の流れが許可され、レバー操作量に応じてアクチュエータ１５を駆動できる。

また、例えば電気レバー５２の操作により電磁比例弁２７に駆動信号が出力されると、電磁比例弁２７を介して方向制御弁２３にパイロット圧が作用するとともに、このパイロット圧はシャトル弁４２，４３を介して管路Ｌ９内にも導かれ、圧力センサ４５で検出される。このとき、電磁比例弁２７が正常に動作していれば、制御圧の最大値Ｐ１ｍａｘ（＝Ｐ２７）とパイロット圧の検出値Ｐ１とは同等である。そのため、電磁切換弁４７は位置イに切り換えられ、方向制御弁２３へのパイロット圧の流れが許可され、レバー操作量に応じてアクチュエータ１６を駆動できる。なお、説明は省略するが、他の電磁比例弁２６，２８〜３０を操作したときの動作も同様である。

（２）異常時
電磁比例弁２５〜３０の少なくとも１つの出力が異常である場合について説明する。例えば電磁比例弁２５の出力が異常のときは、電気レバー５１の操作量に応じた制御信号を電磁比例弁２５に出力しても、方向制御弁２２には制御圧Ｐ２５相当のパイロット圧が作用せず、制御圧の最大値Ｐ１ｍａｘ（＝Ｐ２５）とパイロット圧の検出値Ｐ１との偏差ΔＰ１が所定値以上となる。これにより電磁切換弁４７が位置ロに切り換えられ（ステップＳ７）、方向制御弁２２，２３のパイロットポートがタンクに連通し、方向制御弁２２，２３が強制的に中立位置に切り換わる。その結果、アクチュエータ１５，１６の駆動が禁止され、電磁比例弁２５の故障に伴うアクチュエータ１５の誤作動を防止できる。

このとき、電磁比例弁２９，３０の出力が正常であれば、電磁切換弁４８は初期状態である位置イを保持し（ステップＳ９）、電気レバー５３の操作によるアクチュエータ１７の作動は許可される。したがって、電磁比例弁２５が故障した場合であっても、故障の影響を受けないアクチュエータ１７の駆動は制限されず、電磁比例弁２５に発生した影響を最小限に抑えることができる。

また、電磁比例弁２７が異常のときは、電気レバー５２の操作量に応じた制御信号を電磁比例弁２７に出力しても、方向制御弁２３には制御圧Ｐ２７相当のパイロット圧が作用せず、制御圧の最大値Ｐ１ｍａｘ（＝Ｐ２７）とパイロット圧の検出値Ｐ１との偏差ΔＰ１が所定値以上となる。これにより電磁切換弁４７が位置ロに切り換えられ、アクチュエータ１６の駆動が禁止される。これにより単一の圧力センサ４５で、電磁比例弁２５の故障だけでなく電磁比例弁２７の故障も検出できるので、センサの個数を節約でき、コストを低減できる。

このように本実施の形態では、方向制御弁２２，２３に作用するパイロット圧をシャトル弁４１〜４３を介して圧力センサ４５で検出するとともに、方向制御弁２４に作用するパイロット圧をシャトル弁４４を介して圧力センサ４６で検出するようにした。これにより、少ない圧力センサ４５，４６で、より多くの電磁比例弁２５〜３０の異常を検出することができ、安全装置のコストを低減できる。

また、電磁比例弁２５〜２８とパイロットポンプ３１の間および電磁比例弁２９，３０とパイロットポンプ３１の間にそれぞれ電磁切換弁４７，４８を設け、圧力センサ４５，４６によって電磁比例弁２５〜３０の異常が検出されると、異常が検出された電磁比例弁によって作動するアクチュエータの駆動のみを禁止するようにした。これにより、アクチュエータ１５〜１７の駆動が必要以上に制限されることがなく、正常な電磁比例弁を用いて作業を継続することができる。

アタッチメント用のアクチュエータ１５，１６の異常をシャトル弁４１〜４３を介して単一の圧力センサ４５で検出するようにした。すなわち、この場合は、電磁比例弁２５〜２８の少なくとも１つに異常があると、アタッチメント５を正常に作動できないため、圧力センサ４５でアタッチメント５が正常に動作できるか否かを検出するようにした。これにより圧力センサの数をさらに節約することができ、効率的である。

ところで、電気レバー方式による駆動回路では、電磁比例弁２５〜３０だけでなく電気レバー５１〜５３自体が故障することもあり、その場合には電気レバー５１〜５３の操作量に応じてアクチュエータ１５〜１７を駆動することができず、作業に支障を来すおそれがある。そこで、本実施の形態では、電気レバー５１〜５３の異常にも対処するため、以下のように安全装置を構成する。

図５は、電気レバー５１〜５３の操作角ｓに対するレバー信号ｖの関係を示す図である。電気レバー５１〜５３が正常なときは、図の特性ｇ１（実線）に沿ってレバー信号ｖが変化する。特性ｇ１によれば、電気レバー５１〜５３の中立時（ｓ＝０）におけるレバー信号はｖ０であり、電気レバー５１〜５３が一方向に最大に操作されると（ｓ＝−ｓ１）、レバー信号はｖａ３（例えば0.5ｖ）となり、反対方向に最大に操作されると（ｓ＝＋ｓ１）、レバー信号はｖｂ３（例えば4.5ｖ）となる。なお、レバー信号ｖａ３，ｖｂ３は、図３に示すようにｖａ３＜ｖａ２，ｖｂ２＜ｖｂ３の条件を満たす。

可変抵抗式の電気レバー５１〜５３は、予めレバーの基端部に設けられた抵抗体のパターン上を摺動してレバー信号ｖを出力する。そのため、レバー５１〜５３の摺動によりパターンが磨耗するおそれがあり、パターンが磨耗すると電気レバー５１〜５３の出力特性は例えばｇ２（点線）に示すようにシフトする。一方、パターンの一部にパターンの磨耗粉が付着すると抵抗値が増加するため、レバー信号ｖは特性ｇ３（点線）に示すように局所的に減少する。反対に、パターンの一部が剥離すると抵抗値が減少するため、レバー信号ｖは特性ｇ４（点線）に示すように局所的に増加する。このような特性ｇ２〜ｇ４が出力される場合、電気レバー５１〜５３自体が異常であり、この場合には以下のようにレバー信号ｖの出力を制限する。

図６は、電気レバー５１〜５３の異常時に対応した処理を含むフローチャートの一例である。このフローチャートは、図４のステップＳ２の処理を変更したものである。すなわちステップＳ１でレバー信号ｖ５１〜ｖ５３を読み取ると、ステップＳ１０１に進み、レバー信号ｖ５１〜ｖ５３が正常範囲内か否かを判定する。正常範囲は、図７に示すようにレバー信号がｖａ３≦ｖ≦ｖｂ３の範囲、すなわち図５の正常時の出力特性ｇ１の範囲である。ステップＳ１０１が肯定されるとステップＳ１０２に進み、図３の特性ｆ１，ｆ２に基づき制御圧Ｐ２５〜Ｐ３０を演算する。そして、ステップＳ３で、制御弁２２〜２４に作用するパイロット圧がこの制御圧Ｐ２５〜Ｐ３０となるように電磁比例弁２５〜３０を制御する。

一方、ステップＳ１０１でレバー信号が正常範囲ではないと判定されるとステップＳ１０３に進み、レバー信号が第１のエラー範囲内か否かを判定する。第１のエラー範囲は、図７に示すようにレバー信号がｖａ４（例えば0.4ｖ）≦ｖ＜ｖａ３およびｖｂ３＜ｖ≦ｖｂ４（例えば4.6ｖ）の範囲、すなわち正常範囲よりも所定量（例えば0.1ｖ）だけ外側の範囲である。この第１のエラー範囲は、図５の特性ｇ２〜ｇ４に対応して設定される。ステップＳ１０３が肯定されるとステップＳ１０４に進み、図８の特性ｆ３，ｆ４に基づき制御圧Ｐ２５〜Ｐ３０を演算する。そして、ステップＳ３で、制御弁２２〜２４に作用するパイロット圧がこの制御圧Ｐ２５〜Ｐ３０となるように電磁比例弁２５〜３０を制御する。

図８の特性ｆ３は、電磁比例弁２５，２７，２９に出力される制御圧の特性であり、特性ｆ４は、電磁比例弁２６，２８，３０に出力される制御圧の特性である。図８では、ｖａ５≦ｖ≦ｖｂ５の範囲で、制御圧が０（Ｐ＝０）の不感帯域となっている。この不感帯域は正常時の不感帯域（ｖａ１≦ｖ≦ｖｂ１）よりも広くなっている。レバー信号がｖａ２≦ｖ≦ｖａ５およびｖｂ５≦ｖ≦ｖｂ２の範囲は、特性ｆ３，ｆ４に沿って操作レバー５１〜５３の操作量の増加に伴い制御圧Ｐが増加する制御圧可変領域である。レバー信号がｖ≦ｖａ２およびｖｂ２≦ｖの範囲は、制御圧Ｐが最大（Ｐ＝Ｐｂ）の制御圧最大領域である。異常時の最大制御圧Ｐｂは、正常時の最大制御圧Ｐａよりも小さく、例えばＰｂはＰａの０．４〜０．６培程度である。

ステップＳ１０３でレバー信号が第１のエラー範囲ではない、つまり図７の第２のエラー範囲（ｖ＜ｖａ４，ｖ＞ｖｂ４）と判定されるとステップＳ１０５に進み、この電気レバー５１〜５３によって操作される電磁比例弁２５〜３０への制御信号の出力を停止する。次いで、ステップＳ１１でレバー５１〜５３が異常である旨の情報を表示器３５に表示させる。

以上では、電気レバー５１〜５３が正常であれば、レバー５１〜５３の全操作範囲において、正常範囲ｖａ３≦ｖ≦ｖｂ３内でレバー信号が出力される（図５の特性ｇ１）。このため、電磁比例弁２５〜３０は図８の特性ｆ１，ｆ２に基づき制御され（ステップＳ１０２）、レバー最大操作時には方向制御弁２２〜２４に所定の最大パイロット圧Ｐａを作用させることができ、油圧アクチュエータ１５〜１７を高速で駆動できる。

これに対し、例えばパターンの磨耗により、電気レバー５１の出力特性が図５の特性ｇ２に示すようにシフトすると、電気レバー５１を最大操作したときのレバー信号が正常範囲を超える（ｖ＜ｖａ３）。また、パターンの一部にパターンの磨耗粉が付着し、あるいはパターンの一部が剥離して、電気レバー５１の出力特性が図５の特性ｇ３，ｇ４に示すように急変化したときも、レバー信号が正常範囲を超える。この場合は、電磁比例弁２５，２６は図８の特性ｆ３，ｆ４に基づき制御される（ステップＳ１０４）。

したがって、正常時に比べ、レバー中立状態からレバー操作により制御弁２２が開口するまでの不感帯域が広くなり、レバー操作時の安全性が向上する。また、レバー最大操作時の最大制御圧Ｐｂは正常時の最大制御圧Ｐａよりも小さく、制御弁２２の最大操作量が小さくなる。このため、レバー最大操作時の油圧アクチュエータ１５の駆動速度が抑えられ、電気レバー５１に異常があっても最低限の作業を安全に行うことができる。

一方、例えば電気レバー５１の配線に断線等が生じた場合は、レバー信号が第１のエラー範囲を超え、第２のエラー範囲となる。このため、電磁比例弁２５，２６への制御信号の出力が停止され、方向制御弁２２にパイロット圧が作用することなく、方向制御弁２２が中立位置に保持される。したがって、油圧アクチュエータ１５は停止状態を保ち、油圧アクチュエータ１５の不所望な駆動を防止できる。この場合、電気レバー５１の異常状態が表示器５５に表示されるので、作業員は異常状態を容易に認識できる。

このように電気レバー５１〜５３のレバー信号ｖが正常範囲内にあるか否かを判定し、正常範囲内のときは正常時の特性ｆ１，ｆ２に基づき電磁比例弁２５〜３０を制御し、正常範囲外（第１のエラー範囲）のときは異常時の特性ｆ３，ｆ４に基づき電磁比例弁２５〜３０を制御するようにした。これによりレバー信号ｖに異常が生じた場合であっても、油圧アクチュエータ１５〜１７の動作を制限しながら油圧アクチュエータ１５〜１７を駆動することができ、安全に作業を行うことができる。

レバー信号ｖが正常範囲を超えると（第１のエラー範囲）、レバー中立時の不感帯域を広げるようにしたので、レバー操作量を大きくしないと油圧アクチュエータ１５〜１７が駆動せず、レバー信号ｖが異常である場合の作業の安全性が向上する。また、制御弁２２〜２４に作用する最大制御圧Ｐｂを正常時の最大制御圧Ｐａよりも小さくするので、油圧アクチュエータ１５〜１７の駆動速度が抑えられ、安全に作業を行うことができる。

レバー信号ｖが第１のエラー範囲を超えると（第２のエラー範囲）、電磁比例弁２５〜３０への制御信号の出力を停止するので、電気レバー５１〜５３の信号線に断線等が生じた場合は、油圧アクチュエータ１５〜１７の駆動を禁止することができ、安全性が高い。電気レバー５１〜５３からのレバー信号ｖに異常がある場合、その電気レバー５１〜５３により操作される油圧アクチュエータ１５〜１７のみ駆動を制限するので、油圧アクチュエータ１５〜１７の動作制限を最小限に抑えることができる。

なお、上記実施の形態では、レバー操作量に応じたレバー信号ｖを電気レバー５１〜５３から出力して電磁比例弁２５〜３０を制御するようにしたが、電気レバー５１〜５３の構成は上述したものに限らない。例えば図９に示すように電気レバー５１〜５３の操作量に応じた信号を信号線ａ（メイン）および信号線ｂ（サブ）からそれぞれ取り出し、信号線ａからの出力（メイン出力ｖｍ）と信号線ｂからの出力（サブ出力ｖｓ）に基づき電磁比例弁２５〜３０を制御してもよい。以下、この点について説明する。なお、図９では、信号線ｃは電源に、信号線ｄはグランドに接続されている。

図９の電気レバー５１〜５３の正常時の出力特性は例えば図１０に示すようになる。図中、実線はメイン出力ｖｍの特性であり、点線はサブ出力ｖｓの特性である。レバー中立付近にはレバー機構の機械的な不感帯域を設けている。メイン出力ｖｍとサブ出力ｖｓは基準信号ｖ０に対して互いに対称であり、両者の和の平均ｖｍｅａ（＝（ｖｍ＋ｖｓ）／２）は、レバー操作角ｓに拘わらず常に基準信号ｖ０に等しい。

そこで、メイン出力ｖｍとサブ出力ｖｓの和の平均ｖｍｅａを算出し、これが基準信号ｖ０よりも大きいまたは小さい場合には、レバー信号ｖが異常と判定する。これによりパターンの磨耗によって出力特性がシフトした場合、電気レバー５１〜５３を最大に操作しなくても電気レバー５１〜５３の異常判定が可能となる。この場合、ｖｍｅａとｖ０が等しければ、図８の特性ｆ１，ｆ２に基づき電磁比例弁２５〜３０を制御し、ｖｍｅａとｖ０の差が所定値以内であれば、図８の特性ｆ３，ｆ４に基づき電磁比例弁２５〜３０を制御し、ｖｍｅａとｖ０の差が所定値を超えると、電磁比例弁２５〜３０への信号出力を停止すればよい。

メイン出力ｖｍとサブ出力ｖｓがそれぞれ正常範囲内にあるか否かを判定し、メイン出力ｖｍのみが正常範囲内にない場合は、サブ出力ｖｓをレバー信号ｖとして特性ｆ１，ｆ２に基づき電磁比例弁２５〜３０を制御し、サブ出力ｖｓのみが正常範囲内にない場合は、メイン出力ｖｍをレバー信号ｖとして特性ｆ１，ｆ２に基づき電磁比例弁２５〜３０を制御してもよい。

本実施の形態では、図２に示すようにコントローラ５０の電力供給回路５０ａ，５０ｂからの信号を制御回路５０ｃに取り込み、電力供給回路５０ａ，５０ｂの異常判定も行う。この場合、制御回路５０ｃでは、電力供給回路５０ａ，５０ｂからの信号が所定電圧ｖｘ（５ｖ）であるか否かを判定し、所定電圧ｖｘでない場合には、電力供給回路５０ａ，５０ｂが異常と判定する。これにより操作信号ｖが正常範囲内にない場合に、電力供給回路５０ａ，５０ｂが異常であるのか、電気レバー自体が異常であるのかを判断することができ、故障箇所を特定できる。複数の電力供給回路５０ａ，５０ｂのうち、少なくとも一の電力供給回路（例えば５０ａ）が異常と判定されたとき、その異常判定された電力供給回路５０ａから電力が供給される電気レバー５１，５２の出力のみを無効化するようにしてもよい。これにより、異常でない電力供給回路５０ｂからの電力により、電気レバー５３を支障なく操作することができる。

なお、上記実施の形態（図２）では、シャトル弁４１〜４３と圧力センサ４５によって構成した第１の異常検出回路により、油圧アクチュエータ１５，１６駆動用の電磁比例弁２５〜２８の出力の異常を検出するとともに、シャトル弁４４と圧力センサ４６によって構成した第２の異常検出回路により、油圧アクチュエータ１７駆動用の電磁比例弁２９，３０の出力の異常を検出したが、油圧アクチュエータの種類に応じて異常検出回路の構成を変更してもよい。例えば油圧アクチュエータ１７と同種の油圧アクチュエータを設ける場合、この油圧アクチュエータ駆動用の電磁比例弁と電磁比例弁２９，３０の出力をシャトル弁で選択して異常判定してもよい。

以上では、同一の作業を行う油圧アクチュエータ１５，１６に対応する電磁比例弁２５〜２８の出力異常を、一の異常検出回路で検出するようにしたが、電磁比例弁の組み合わせは上述したものに限らず、適宜組み合わせを変更してもよい。すなわち同一の作業を行うために設けた電磁比例弁２５〜２８のみをグループ化するのではなく、個々の作業アタッチメントの特性や作業条件等に応じて、電磁比例弁をグループ化してもよい。

なお、上記実施の形態では、制御回路５０ｃで、レバー信号ｖが正常範囲内、第１のエラー範囲内、第２のエラー範囲内のいずれにあるを判定したが、少なくともレバー信号ｖが正常範囲内か否かを判定するのであれば、判定手段の構成はいかなるものでもよい。したがって、電力供給手段としての電力供給回路５０ａ，５０ｂの異常判定を併せて行わなくてもよい。レバー信号ｖが正常範囲内を超えると、特性ｆ３，ｆ４に基づき電磁比例弁２５〜３０を制御するようにしたが、少なくともレバー信号ｖが正常範囲内でないと判定されると、正常範囲内と判定されたときよりも、油圧アクチュエータ１５〜１７への圧油の流れを制限しつつ油圧アクチュエータ１５〜１７の駆動を許可するのであれば、他の特性に基づき電磁比例弁２５〜３０を制御してもよい。

また、操作信号ｖに応じて電磁比例弁２５〜３０を制御することで、方向制御弁２２〜２４を制御するようにしたが、操作信号ｖに応じて制御弁２２〜２４を制御するのであれば、制御手段の構成はいかなるものでもよい。操作信号ｖが第１のエラー範囲内（制限範囲内）にあれば、特性ｆ３，ｆ４に基づき電磁比例弁を制御することで油圧アクチュエータ１５〜１７の駆動を制限しつつ油圧アクチュエータ１５〜１７の駆動を許可し、操作信号ｖが第１のエラー範囲を超えれば、電磁比例弁２５〜３０への出力を停止して油圧アクチュエータ１５〜１７の駆動を禁止するようにしたが、制御手段の構成はこれに限らない。図２では、油圧アクチュエータ１５〜１７の駆動用回路を例示したが、油圧回路の構成はこれに限らない。レバー操作により操作信号ｖを出力するのであれば、電気レバー装置としての電気レバー５１〜５３の構成はいかなるものでもよい。

上記実施の形態は、油圧ショベルをベースマシンとした破砕機（図１）に適用したが、電気レバーにより操作される他の油圧作業機械にも同様に適用することができる。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油圧作業機械の安全装置に限定されない。

本発明の実施の形態に係る安全装置が適用される破砕機の外観側面図。 本実施の形態に係る安全装置の構成を示す油圧回路図。 電磁比例弁の出力特性の一例を示す図。 図２の制御回路における処理の一例を示すフローチャート。 図２の電気レバーの出力特性を示す図。 図４の変形例を示すフローチャート。 操作信号の正常範囲とエラー範囲を示す図。 電磁比例弁の出力特性の他の例を示す図。 電気レバーの変形例を示す図。 図９の電気レバーの出力特性を示す図。

符号の説明

１５〜１７ 油圧アクチュエータ
２１ 油圧ポンプ
２２〜２４ 方向制御弁
２５〜３０ 電磁比例弁
５０ コントローラ
５０ａ，５０ｂ 電源供給回路
５０ｃ 制御回路
５１〜５３ 電気レバー

Claims (6)

1. 油圧源と、
   この油圧源からの圧油により駆動する油圧アクチュエータと、
   前記油圧源から前記油圧アクチュエータへの圧油の流れを制御する制御弁と、
   レバー操作に応じて、前記油圧アクチュエータの駆動指令である電気的な操作信号を出力する電気レバー装置と、
   前記操作信号に応じて前記制御弁を制御する制御手段と、
   前記操作信号が正常範囲内か否かを判定する判定手段とを備え、
   前記制御手段は、前記判定手段により操作信号が正常範囲内でないと判定されると、正常範囲内と判定されたときよりも、前記油圧アクチュエータへの圧油の流れを制限しつつ油圧アクチュエータの駆動を許可することを特徴とする油圧作業機械の安全装置。
2. 請求項１に記載の油圧作業機械の安全装置において、
   前記制御手段は、前記判定手段により正常範囲内でないと判定されると、正常範囲内と判定されたときよりも、レバー中立状態からレバー操作により前記油圧アクチュエータに圧油が供給されるまでの不感帯域を大きくすることを特徴とする油圧作業機械の安全装置。
3. 請求項１または２に記載の油圧作業機械の安全装置において、
   前記制御手段は、前記判定手段により正常範囲内でないと判定されると、正常範囲内と判定されたときよりも、前記制御弁の被操作量を小さくすることを特徴とする油圧作業機械の安全装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の油圧作業機械の安全装置において、
   前記判定手段は、前記操作信号が正常範囲内でないと判定されたとき、さらに操作信号が正常範囲よりも所定量だけ外側の制限範囲内か否かを判定し、
   前記制御手段は、前記判定手段により操作信号が前記制限範囲内と判定されると、前記油圧アクチュエータへの圧油の流れを制限しつつ油圧アクチュエータの駆動を許可し、前記制限範囲を超えたと判定されると、前記油圧アクチュエータへの圧油の流れを禁止することを特徴とする油圧作業機械の安全装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の油圧作業機械の安全装置において、
   前記電気レバー装置に前記操作信号を出力するための電力を供給する電力供給手段をさらに備え、
   前記判定手段は、前記電力供給手段の異常を併せて判定することを特徴とする油圧作業機械の安全装置。
6. 請求項５に記載の油圧作業機械の安全装置において、
   前記電力供給手段を複数備え、
   前記制御手段は、前記判定手段により少なくとも一の前記電力供給手段の異常が判定されると、その異常判定された電力供給手段から電力が供給される電気レバー装置の出力のみ無効化することを特徴とする油圧作業機械の安全装置。

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