JP2009138495A - 掘削作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】アームをアームクラウド方向に操作して行なう掘削作業における作業効率を向上させ、かつ燃料消費の悪化を防止することができ、しかも構造が簡素で製作コストを安価にできる掘削作業支援装置を提供する。
【解決手段】アーム１０７がアームクラウド方向に操作される掘削作業において、角度センサ１１により検出されたアーム角度αと圧力センサ１２により検出された検出圧力Ｐとに基づいて、アーム角度αがアーム１０７がブーム１０６に対して掘削力が最大となる最大掘削力角度α１とその前後の微少角度α０を含む所定の角度範囲にありかつ検出圧力Ｐが設定値Ｐ０以上であるときに、ランプ１４を点灯させることによりアーム１０７がブーム１０６に対して掘削力が最大となる位置関係にあることをオペレータに知らせる。
【選択図】 図１

Description

本発明は掘削作業機（油圧ショベル）に係わり、特に作業効率の向上を図ることができる掘削作業機に関する。

掘削作業機（油圧ショベル）は、下部走行体と、下部走行体上に旋回可能に設けた上部旋回体と、この上部旋回体に俯仰可能に設けられたフロント作業装置を備えている。フロント作業装置はブームとアームとバケットから構成され、このブーム、アーム、バケットはそれぞれブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダにより駆動される。このような掘削作業機は、ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダの油圧シリンダを直線状に伸縮させることにより、ブーム、アーム、バケットをそれぞれ回動させて、掘削作業を行なう。

このような掘削作業機において、アームクラウド操作時の最大掘削力を増大させるものとして、例えば特許文献１〜３記載のものがある。

特許文献１記載の掘削作業機は、上記基本構成と、アームの一端部に旋回自在に装着されるとともに、アームシリンダの一端に連結されるベルクランクと、ベルクランクとアームとの間に介在され、ベルクランクを旋回作動させることにより、ベルクランクのアームシリンダとの連結部とアームの他端との間の長さを変化させる、ベルクランクシリンダとを備え、ベルクランクシリンダを伸長作動させることにより、アームの回動中心とアームシリンダとの垂直距離を増加させ、アームクラウド操作時の最大掘削力を増加させるものである。

特許文献２記載の掘削作業機は、上記基本構成と、アームシリンダのロッド端とピンの間に介在された油圧シリンダを備え、アームは、アームの上部先端に設けられ、アームシリンダのロッド端がスライド可能に連結するための長穴を有しており、油圧シリンダを伸長させることによりアームシリンダのロッド端を長穴に沿ってスライドさせ、アームの回動中心とアームシリンダとの垂直距離を増加させ、アームクラウド操作時の最大掘削力を増加させるものである。

特許文献３記載の掘削作業機は、上記基本構成のうちアームシリンダとして取付け角度が異なる２本のアームシリンダを備え、アームクラウド操作時の掘削開始時の掘削力を増大させるものである。

特開平９−７１９６３号公報 実開平７−３１９５４号公報 実開平７−３１９５５号公報

しかしながら、上記従来技術には次のような問題がある。

掘削作業機では、直線状に伸縮する油圧シリンダでブーム、アーム、バケットを回動させている。そのためバケット先端で出せる力（掘削力）は、その時のフロント作業装置の姿勢によって異なりブームに対するアームの回動支点とアームを回動させるアームシリンダまでの垂直距離が最大となったときに最大の掘削力が得られる。そしてアームシリンダを縮めた状態から伸ばしながらアームクラウド方向に操作してバケットで掘削する作業を想定した場合、アームシリンダが最小収縮位置にあるときの姿勢から掘削力が最大となる姿勢までの間は、掘削の抵抗が増すとともに、アームの回動支点とアームのシリンダの垂直距離が大きくなり掘削力が大きくなるが、掘削力が最大となる姿勢からアームシリンダが最大伸長位置となる姿勢までの間は、掘削の抵抗が増大するが、掘削力は徐々に小さくなる。そのため、掘削力が最大となる姿勢からアームシリンダが最大伸長位置となる姿勢までの間は、作業効率および燃料消費が悪化するという問題がある。

上記特許文献１〜３記載の従来技術ではアームクラウド操作時の最大掘削力を増加させる機構を付加しているため、作業効率低下の問題は解決できる。しかし、そのために特別な機構を採用しており、構造が複雑となり製作コストも高価となる。また、燃料を消費することに変わりはなく、燃料消費悪化の問題は解決できない。

本発明の目的は、アームをアームクラウド方向に操作して行う掘削作業における作業効率を向上させ、かつ燃料消費の悪化を防止することができ、しかも構造が簡素で製作コストが安価である掘削作業機の掘削作業支援装置を提供することである。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、下部走行体と、この下部走行体上に旋回可能に設けた上部旋回体と、この上部旋回体に俯仰可能に設けられブーム、アーム、バケットからなる多関節型のフロント作業装置と、前記ブーム、アーム、バケットをそれぞれ駆動するブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダとを備えた掘削作業機の掘削作業支援装置において、前記ブームに対する前記アームの位置関係を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された位置関係に基づいて、前記アームが前記ブームに対して掘削力が最大となる位置関係にあることをオペレータに知らせる報知手段とを備えたものとする。

このように検出手段と報知手段とを設け、アームがブームに対して掘削力が最大となる位置関係にあることをオペレータに知らせることにより、アームをアームクラウド方向に操作して行う掘削作業において、オペレータは、アームがブームに対して掘削力が最大となる位置関係になるとそのことを認識し、作業効率および燃料消費が悪化する範囲での掘削を極力避け、それ以外の範囲で掘削をするよう操作を調整する。これにより作業効率を向上させかつ、燃料消費の悪化を防止することができる。

また、掘削作業支援装置は検出手段と報知手段とから構成され、複雑な機構を必要としないので、構造が簡素で製作コストを安価にできる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記アームがアームクラウド方向に操作されたときの作業負荷を検出する作業負荷検出手段を更に備え、前記報知手段は、前記検出手段により検出された位置関係と前記作業負荷検出手段により検出された作業負荷とに基づいて、前記アームが前記ブームに対して掘削力が最大となる位置関係にありかつ前記作業負荷が設定値以上であることをオペレータに知らせる。

このように検出手段と作業負荷検出手段と報知手段とを設け、アームがブームに対して掘削力が最大となる位置関係にありかつ作業負荷が設定値以上であることをオペレータに知らせることにより、上記（１）と同様、アームをアームクラウド方向に操作して行う掘削作業において、オペレータは、アームがブームに対して掘削力が最大となる位置関係になるとそのことを認識し、作業効率および燃料消費が悪化する範囲での掘削を極力避け、それ以外の範囲で掘削をするよう操作を調整する。これにより作業効率を向上させかつ、燃料消費の悪化を防止することができる。

一方、アームがアームダンプ方向に操作されたときや、アームがアームクラウド方向に操作されたときでも軽負荷作業時は、作業負荷検出手段により検出された作業負荷が設定値以上にならず報知手段は作動しなため、オペレータは、不必要に報知手段が作動することによる煩わしさを感じることとなく、快適に作業を行なうことができる。

（３）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記報知手段は、前記アームが前記ブームに対して掘削力が最大となる角度とその前後の微少角度を含む所定の角度範囲内にあるときに報知信号を出力する。

これにより報知手段は、アームがブームに対して掘削力が最大となる位置関係にあることを的確にオペレータに知らせることができる。

（４）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記報知手段は、前記アームが前記ブームに対して掘削力が最大となる角度を始点又は終点とする所定の角度範囲内にあるときに報知信号を出力する。

これによっても報知手段は、アームがブームに対して掘削力が最大となる位置関係にあることを的確にオペレータに知らせることができる。

本発明によれば、アームをアームクラウド方向に操作して行なう掘削作業における作業効率を向上させ、かつ燃料消費の悪化を防止することができ、しかも構造が簡素で製作コストを安価にできる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。

〜構成〜
図１は本発明の一実施の形態（第１の実施形態）に係わる掘削作業支援装置を備えた掘削作業機（油圧ショベル）を掘削作業支援装置とともに示す図である。

図１において、本実施の形態に係わる掘削作業支援装置を備えた掘削作業機は、下部走行体１０１と、この下部走行体１０１上に旋回可能に設けた上部旋回体１０２と、この上部旋回体に俯仰可能に設けられ、ブーム１０６、アーム１０７、バケット１０８からなる多関節型のフロント作業装置１０３とを備えている。上部旋回体１０２には運転室（キャビン）１０４が設けられている。ブーム１０６、アーム１０７、バケット１０８はそれぞれブームシリンダ１０９、アームシリンダ１１０、バケットシリンダ１１１により駆動される。

図２は図１で示した掘削作業機に搭載される油圧システムを掘削作業支援装置とともに示す図である。

図２において、掘削作業機の油圧システムは、油圧ポンプ２と、複数の方向切換弁３１〜３３と、上記のブームシリンダ１０９、アームシリンダ１１０、バケットシリンダ１１１とを有し、油圧ポンプ２はエンジン１により駆動され、ブームシリンダ１０９、アームシリンダ１１０、バケットシリンダ１１１は油圧ポンプ２から供給される圧油により駆動され、複数の方向切換弁３１〜３３は油圧ポンプ２からブームシリンダ１０９、アームシリンダ１１０、バケットシリンダ１１１にそれぞれ供給される圧油の方向と流量を制御する。

また、掘削作業機の油圧システムは、エンジン１により駆動されるパイロットポンプ３と、パイロットポンプ３から供給される圧油を元圧として方向切換弁３１〜３３を操作するための制御パイロット圧ａ〜ｆを生成するリモコン弁４１〜４３とを有し、パイロットポンプ３の吐出圧はパイロットリリーフ弁４４によって一定に保たれている。リモコン弁４１〜４３は、運転室１０４の左右に設けられた左右のコントロールレバー４６，４７によりそれぞれ操作される。

コントロールレバー４６はブームおよびバケット用であり、コントロールレバー４６がブーム上げ方向に操作されるとリモコン弁４１は制御パイロット圧ａを生成し、この制御パイロット圧ａが方向切換弁３１の受圧部３１ａに導かれ、方向切換弁３１は中立位置Ｉから図示右側の作動位置ＩＩに切り換わる。これにより油圧ポンプ２からの圧油は方向切換弁３１を介してブームシリンダ１０９のボトム側に流入し、ブームシリンダ１０９が伸長して、ブーム１０６はブーム上げ方向（図１に示すＡ方向）に回動する。

コントロールレバー４６がブーム下げ方向に操作されるとリモコン弁４１は制御パイロット圧ｂを生成し、この制御パイロット圧ｂが方向切換弁３１の受圧部３１ｂに導かれ、方向切換弁３１は中立位置Ｉから図示左側の作動位置ＩＩＩに切り換わる。これにより油圧ポンプ２からの圧油は方向切換弁３１を介してブームシリンダ１０９のロッド側に流入し、ブームシリンダ１０９が収縮して、ブーム１０６はブーム下げ方向（図１に示すＢ方向）に回動する。

コントロールレバー４６がバケットクラウド方向に操作されるとリモコン弁４３は制御パイロット圧ｅを生成し、この制御パイロット圧ｅが方向切換弁３３の受圧部３３ａに導かれ、方向切換弁３３は中立位置Ｉから図示右側の作動位置ＩＩに切り換わる。これにより油圧ポンプ２からの圧油は方向切換弁３３を介してバケットシリンダ１１１のボトム側に流入し、バケットシリンダ１１１が伸長して、バケット１０８はバケットクラウド方向（図１に示すE方向）に回動する。

コントロールレバー４６がバケットダンプ方向に操作されるとリモコン弁４３は制御パイロット圧ｆを生成し、この制御パイロット圧ｆが方向切換弁３３の受圧部３３ｂに導かれ、方向切換弁３３は中立位置Ｉから図示左側の作動位置ＩＩＩに切り換わる。これにより油圧ポンプ２からの圧油は方向切換弁３３を介してバケットシリンダ１１１のロッド側に流入し、バケットシリンダ１１１が収縮して、バケット１０８はバケットダンプ方向（図１に示すF方向）に回動する。

コントロールレバー４７はアーム用および旋回用であり、コントロールレバー４７がアームクラウド方向に操作されるとリモコン弁４２は制御パイロット圧ｃを生成し、この制御パイロット圧ｃが方向切換弁３２の受圧部３２ａに導かれ、方向切換弁３２は中立位置Ｉから図示右側の作動位置ＩＩに切り換わる。これにより油圧ポンプ２からの圧油は方向切換弁３２を介してアームシリンダ１１０のボトム側に流入し、アームシリンダ１１０が伸長して、アーム１０７はアームクラウド方向（図１に示すＣ方向）に回動する。

コントロールレバー４７がアームダンプ方向に操作されるとリモコン弁４２は制御パイロット圧ｄを生成し、この制御パイロット圧ｄが方向切換弁３２の受圧部３２ｂに導かれ、方向切換弁３２は中立位置Ｉから図示左側の作動位置ＩＩＩに切り換わる。これにより油圧ポンプ２からの圧油は方向切換弁３２を介してアームシリンダ１１０のロッド側に流入し、アームシリンダ１１０が収縮して、アーム１０７はアームダンプ方向（図１に示すD方向）に回動する。

掘削作業機の油圧システムには下部走行体１０１を駆動する走行モータや上部旋回体１０２を下部走行体１０１に対して旋回させる旋回モータ等のその他の油圧アクチュエータとそれらを制御する方向切換弁が備えられているが、図２に示す油圧システムではそれらの図示を省略している。

本実施の形態に係わる掘削作業支援装置は以上のような掘削作業機に備えられるものであり、図１および図２においてその全体に符号１０を付して示している。この掘削作業支援装置１０は、ブーム１０６に対するアーム１０７の角度（アーム角度）を検出する角度センサ１１と、アームシリンダ１１０のボトム側の圧力を検出する圧力センサ１２と、角度センサ１１および圧力センサ１２の検出信号を入力して所定の演算処理を行なうコントローラ１３と、コントローラ１３からの出力信号により点灯するランプ１４とを備えている。

角度センサ１１は、図１に示すように、ブーム１０６とアーム１０７との回動支点１１２に取付けられたポテンションメータであり、アーム角度に応じた位置信号（角度信号）を出力する。コントローラ１３はその位置信号に基づいてアーム角度を演算する。

圧力センサ１２は、図２に示すように、方向切換弁３２のアクチュエータポートとアームシリンダ１１０のボトム側のポートとを接続するアクチュエータラインに接続されている。コントローラ１３はその検出信号に基づいてアームシリンダ１１０のボトム側の圧力を演算する。

図３は、角度センサ１１の検出信号を用いて演算されるアーム角度の概念およびランプ１４の点灯範囲を示す作用説明図である。

図３において、アーム１０７はブーム１０６に対して位置Ａと位置Ｃとの間で回動する。位置Ａはアーム１０７をブーム１０６に対して最大にダンプ方向に回動させ、ブーム１０６に対するアーム１０７の角度が最大となる位置であり、アームシリンダ１１０の最小収縮位置（最小ストローク位置）に対応する。位置Ｃはアーム１０７をブーム１０６に対して最も近づくようクラウド方向に回動させブーム１０６に対するアーム１０７の角度が最小となる位置であり、アームシリンダ１１０の最大伸長位置（最大ストローク位置）に対応する。アーム１０７が位置Ａにあるとき、角度センサ１１は検出信号として最小の位置信号（角度信号）を出力し、アーム１０７が位置Ｃにあるとき、角度センサ１１は検出信号として最大の位置信号（角度信号）を出力する。

コントローラ１３は角度センサ１１の位置信号を入力し、その位置信号に基づいて位置Ａを基準としてアーム角度αを計算する。アーム角度αは、アーム１０７が位置Ａにあるときは最小αｍｉｎであり、アーム１０７がクラウド方向に回動するにしたがって増加し、アーム１０７が位置Ｃに回動されたとき最大αｍａｘとなる。図３中、α１はアーム１０７がブーム１０６に対して掘削力が最大となる角度（最大掘削力角度）である。

図４はコントローラ１３の処理内容を示すフローチャートである。

図４において、コントローラ１３は、角度センサ１１からの検出信号と圧力センサ１２からの検出信号を入力する（ステップＳ１）。次いでコントローラ１３は、角度センサ１１の検出信号に基づいて計算したアーム角度αが最大掘削力角度α１を中心としてその前後の微少角度±α０°の範囲内にあるかどうか、すなわちα１−α０°＜α＜α１+α０°であるかどうかを判定する（ステップＳ２）。微少角度α０°はアーム角度αが最大掘削力角度α１近傍にあるかどうかを判断するためのものであり、例えば５°程度に設定されている。

図５は、アーム角度αが最大掘削力角度α１となるときのアーム１０７とアームシリンダ１１０との位置関係の詳細を示す図である。

アーム１０７はブーム１０６に回動支点１１２においてピン結合されており、アームシリンダ１１０のロッド先端部はアーム１０７に回動支点１２０においてピン結合されている。アームシリンダ１１０が最小収縮位置から最大伸長位置へと伸長するにしたがって、アームシリンダ１１０のロッド先端部とアーム１０７との回動支点１２０は図示の位置Ａから位置Ｂへ、さらに位置Ｃへと移動する。

バケット１０８先端で出すことのできる力（掘削力）はそのときのフロント作業装置１０３の姿勢によって異なり、図５の位置Ｂに示すように、アーム１０７とブーム１０６との回動支点１１２とアームシリンダ１１０までの垂直距離Ｌが最大になったときに最大の掘削力が得られる。最大掘削力角度α１はこのときのアーム角度である。

図４に戻り、ステップＳ２において判定が否定されると（α１−α０°＜α＜α１+α０°ではないと判定されると）、ランプ１４を消灯する（ステップＳ４）。すなわち、今までランプ１４が点灯していた場合はランプ１４へ出力していたの点灯信号を停止し、既にランプ１４が消灯している場合はその状態を維持する。一方、ステップＳ２において判定が肯定されると（α１−α０°＜α＜α１+α０°であると判定されると）、圧力センサ１２の検出信号から得たアームシリンダ１１０のボトム側の圧力Ｐが所定の値Ｐ０より高いかどうかを判定する（ステップＳ３）。ここでアームシリンダ１１０のボトム側の圧力Ｐの所定の値Ｐ０は、アームクラウド方向に操作しバケット１１１により土砂を掘削する掘削作業中であるかどうかを判定するための値であり、値Ｐ０として掘削作業中の平均的な掘削圧力を基準としてそれよりも低めの値に設定されている。そしてステップＳ３の判定が否定されると（Ｐ＞Ｐ０でないと判定されると）ランプ１４を消灯し（ステップＳ４）、ステップＳ３の判定が肯定されると（Ｐ＞Ｐ０であると判定されると）ランプ１４に点灯信号を出力し、ランプ１４を点灯する（ステップＳ５）。

以上において、角度センサ１１は、ブーム１０６に対するアーム１０７の位置関係を検出する検出手段を構成し、コントローラ１３およびランプ１４は、角度センサ１１により検出された位置関係に基づいて、アーム１０７がブーム１０６に対して掘削力が最大となる位置関係にあることをオペレータに知らせる報知手段を構成する。

また、圧力センサ１２は、アーム１０７がアームクラウド方向に操作されたときのアームシリンダ１１０のボトム側負荷圧を検出する作業負荷検出手段を構成し、上記コントローラ１３およびランプ１４が構成する報知手段は、角度センサ１１により検出された位置関係と圧力センサ１２により検出された作業負荷とに基づいて、アーム１０７がブーム１０６に対して掘削力が最大となる位置関係にありかつ作業負荷が設定値以上であることをオペレータに知らせる。

〜動作〜
次に本実施の形態の動作を説明する。

オペレータが掘削作業を意図してアーム用のコントロールレバー４７をアームクラウド方向に操作すると、アームシリンダ１１０が伸長して、アーム１０７はアームクラウド方向に回動する。アーム１０７がアームクラウド方向に回動するにしたがって、図３に示す位置Ａを基準としたアーム角度αは増加し、コントローラ１３は、角度センサ１１の位置信号に基づいてそのアーム角度αを演算する。また、このとき、コントローラ１３は、圧力センサ１２の検出信号を入力し、アームシリンダ１１０のボトム側の圧力（負荷圧Ｐ）を演算する。

アーム１０７がアームクラウド方向に回動するとき、アーム角度αが最大掘削力角度α１近傍に達する前は、コントローラ１３はα１−α０°＜α＜α１+α０°ではないと判定し、図４のステップＳ２の判定を否定し、ランプ１４を消灯し続ける（Ｓ１→Ｓ２→Ｓ４）。アーム角度αが最大掘削力角度α１近傍まで増加すると、コントローラ１３はα１−α０°＜α＜α１+α０°であると判定し、ステップＳ２の判定を肯定する。また、このとき、バケット１０８の先端が土砂に当たった掘削状態にあるとすると、アームシリンダ１１０のボトム側に大きな負荷圧が発生するため、コントローラ１３はＰ＞Ｐ０であると判定して、さらにステップＳ３の判定を肯定し、ランプ１４を点灯させる（Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ５）。

一般に、アームシリンダ１１０を縮めた状態から伸ばしながらバケット１０８で掘削する作業を想定した場合、図３の位置Ａから位置Ｂまでの間は、掘削の抵抗が増すとともに、アームの回動支点１１２とアームのシリンダ１１０の垂直距離Ｌが大きくなり、掘削力が大きくなる。一方、位置Ｂから位置Ｃまでの間は、掘削の抵抗が増大するが、掘削力は徐々に小さくなる。そのため、位置Ｂから位置Ｃまでの間は、作業効率および燃料消費が悪化する。

オペレータは、ランプ１４が点灯するとアーム１０７が最大掘削力角度α１（アーム１０７がブーム１０８に対して掘削力が最大となる位置関係）にあることを認識し、作業効率および燃料消費が悪化する位置Ｂから位置Ｃまでの範囲での掘削を極力避け、それ以外の範囲で掘削をするよう操作を調整する。これにより作業効率を向上させかつ、燃料消費の悪化を防止することができる。

掘削作業後、オペレータがバケット１０８内の土砂をダンプトラックに積み込む放土作業を意図してアーム用のコントロールレバー４７をアームダンプ方向に操作するときは、アームシリンダ１１０が収縮して、アーム１０７はアームダンプ方向に回動し、アーム角度αは減少する。しかし、このときはアーム角度αが最大掘削力角度α１近傍になっても、アームシリンダ１１０のボトム側に大きな負荷圧は発生せず、Ｐ＜Ｐ０であるため、コントローラ１３はステップＳ３の判定を否定し、ランプ１４を消灯し続ける（Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４）。これによりオペレータは、不必要にランプ１４が点灯することによる煩わしさを感じることとなく、快適に作業を行なうことができる。
オペレータが均し作業など軽負荷となる作業を意図してアーム用のコントロールレバー４７をアームクラウド方向に操作した場合も、アーム１０７はアームクラウド方向に回動し、アーム角度αは増加するが、アーム角度αが最大掘削力角度α１近傍になっても、アームシリンダ１１０のボトム側に大きな負荷圧は発生せず、Ｐ＜Ｐ０であるため、コントローラ１３はステップＳ３の判定を否定し、ランプ１４を消灯し続ける（Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４）。これによりオペレータは、不必要にランプ１４が点灯することによる煩わしさを感じることとなく、快適に作業を行なうことができる。

〜効果〜
以上のように本実施の形態においては、アーム１０７がアームクラウド方向に操作される掘削作業において、アーム角度αが最大掘削力角度α１の近傍にあるときに、ランプ１４を点灯させてアーム１０７がブーム１０８に対して掘削力が最大となる位置関係にあることをオペレータに知らせるため、オペレータはランプ１４の点灯により掘削力が最大となる位置関係にあることを認識し、作業効率および燃料消費が悪化する範囲での掘削を極力避け、それ以外の範囲で掘削をするよう操作を調整するようになり、これにより作業効率を向上させかつ、燃料消費の悪化を防止することができる。

また、アーム１０７がブーム１０６に対して掘削力が最大となる位置関係にありかつ圧力センサ１２の検出圧力Ｐが設定値Ｐ０以上であるときに、ランプ１４を点灯させてアーム１０７がブーム１０８に対して掘削力が最大となる位置関係にあることをオペレータに知らせるため、アーム１０７がアームダンプ方向に操作されたときや、アーム１０７がアームクラウド方向に操作されたときでも軽負荷作業時は、ランプ１４は点灯せず、これによりオペレータは、不必要にランプ１４が点灯による煩わしさを感じることとなく、快適に作業を行なうことができる。

さらに、掘削作業支援装置１０は、角度センサ１１と圧力センサ１２とコントローラ１３とランプ１４とから構成され、複雑な機構を必要としないので、構造が簡素であり、製作コストを安価にできる。

〜その他の実施の形態〜
本発明の第２の実施の形態を図６および図７を用いて説明する。図６は、本実施の形態におけるアーム角度の概念およびランプ１４の点灯範囲を示す作用説明図であり、図７は本実施の形態におけるコントローラの処理内容を示すフローチャートである。図中、図３および図４に示したものと同等なものは同じ符号を付している。

第１の実施の形態では、図３に示したように、アーム１０７がブーム１０８に対して掘削力が最大となる位置関係にあることをオペレータに知らせるのに、アーム１０７がブーム１０８に対して掘削力が最大となる角度である最大掘削力角度α１とその前後の微少角度±α０°を含む所定の角度範囲内にあるときに、ランプ１４を点灯するようにした。本実施の形態はその点の変形例を示すものである。すなわち、本実施の形態では、図６に示すように、アーム１０７がブーム１０８に対して掘削力が最大となる角度である最大掘削力角度α１を終点とするアーム角度αｍｉｎ〜α１の角度範囲にアーム角度αがあるとき、ランプ１４を点灯するようにする。この場合コントローラは、図７に示すように、ステップＳ２Ａにおいて、アーム角度αが最大掘削力角度α１以下かどうかを判定すればよい。

このように構成した本実施の形態においても、ランプ１４の消灯によりアーム１０７がブーム１０８に対して掘削力が最大となる位置関係にあることをオペレータに知らせることができ、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。

本発明の第３の実施の形態を図８および図９を用いて説明する。図８は、本実施の形態におけるアーム角度の概念およびランプ１４の点灯範囲を示す作用説明図であり、図９は本実施の形態におけるコントローラの処理内容を示すフローチャートである。図中、図３および図４に示したものと同等なものは同じ符号を付している。本実施の形態はランプ１４を点灯させる範囲についてのさらに他の変形例を示すものである。すなわち、本実施の形態では、図８に示すように、アーム１０７がブーム１０８に対して掘削力が最大となる角度である最大掘削力角度α１を始点とするアーム角度α１〜αｍａｘの角度範囲にアーム角度αがあるとき、ランプ１４を点灯するようにする。この場合コントローラは、図９に示すように、ステップＳ２Ｂにおいて、アーム角度αが最大掘削力角度α１以上かどうかを判定すればよい。

このように構成した本実施の形態においても、ランプ１４の点灯によりアーム１０７がブーム１０８に対して掘削力が最大となる位置関係にあることをオペレータに知らせることができ、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。

以上に本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に制限されず、本発明の精神の範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態では、報知手段の報知端末として、コントローラ１３からの出力信号により点灯するランプ１４を用いたが、コントローラ１３からの出力信号により奏鳴するブザーを用いてもよい。

また、上述した実施の形態では、ブーム１０６に対するアーム１０７の位置関係を検出する検出手段として、ブーム１０６とアーム１０７との回動支点１１２に角度センサ１１を取付け、ブーム１０６に対するアーム１０７の角度（アーム角度α）を検出したが、ブーム１０６に対するアーム１０７の位置関係を検出できるのであれば他の角度や変位を検出してもよい。

例えば、アーム１０７を駆動するアームシリンダ１１０の基端はブーム１０６の背部に回動支点１１３にて回動可能に取り付けられており、この回動支点１１３回りのブーム１０６に対するアームシリンダ１１０の回動角度はアーム角度αと連動して変化する。したがって回動支点１１３に角度センサを取り付け、ブーム１０６に対するアームシリンダ１１０の回動角度を検出してもよい。また、アームシリンダ１１０にストロークセンサを取り付け、アームシリンダ１１０のストローク長を検出してもよい。さらに、ブーム１０６あるいはアーム１０７に距離センサや近接スイッチを設け、ブーム１０６とアーム１０７間の距離を検出してもよい。

また、アーム１０７がアームクラウド方向に操作されたときの作業負荷を検出する作業負荷検出手段として、アームシリンダ１１０のボトム側の圧力を検出する圧力センサ１２を用いたが、油圧ポンプ２の吐出圧を検出する圧力センサであってもよい。

以上のような変形例においても、上記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

本発明の一実施の形態に係わる掘削作業支援装置を備えた掘削作業機（油圧ショベル）を掘削作業支援装置とともに示す図である。 図１で示した掘削作業機に搭載される油圧システムを掘削作業支援装置とともに示す図である。 図３は角度センサの検出信号を用いて演算されるアーム角度の概念およびランプの点灯範囲を示す作用説明図である。 図４はコントローラの処理内容を示すフローチャートである。 アーム角度が最大掘削力角度となるときのアームとアームシリンダとの位置関係の詳細を示す図である。 本発明の第２の実施の形態におけるアーム角度の概念およびランプの点灯範囲を示す作用説明図である。 本発明の第２の実施の形態におけるコントローラの処理内容を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態におけるアーム角度の概念およびランプの点灯範囲を示す作用説明図である。 本発明の第３の実施の形態におけるコントローラの処理内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ 油圧ポンプ
３ パイロットポンプ
１０ 掘削作業支援装置
１１ 角度センサ
１２ 圧力センサ
１３，１３Ａ，１３Ｂ コントローラ
１４ ランプ
３１〜３３ 方向切換弁
４１〜４３ リモコン弁
４４ パイロットリリーフ弁
４６，４７ コントロールレバー
１０１ 下部走行体
１０２ 上部旋回体
１０３ フロント作業装置
１０４ 運転室
１０６ ブーム
１０７ アーム
１０８ バケット
１０９ ブームシリンダ
１１０ アームシリンダ
１１１ バケットシリンダ
１１２ 回動支点
１１３ 回動支点
１２０ 回動支点

Claims (4)

1. 下部走行体と、この下部走行体上に旋回可能に設けた上部旋回体と、この上部旋回体に俯仰可能に設けられブーム、アーム、バケットからなる多関節型のフロント作業装置と、前記ブーム、アーム、バケットをそれぞれ駆動するブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダとを備えた掘削作業機の掘削作業支援装置において、
   前記ブームに対する前記アームの位置関係を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された位置関係に基づいて、前記アームが前記ブームに対して掘削力が最大となる位置関係にあることをオペレータに知らせる報知手段とを備えたことを特徴とする掘削作業機の掘削作業支援装置。
2. 請求項１記載の掘削作業機の掘削作業支援装置において、
   前記アームがアームクラウド方向に操作されたときの作業負荷を検出する作業負荷検出手段を更に備え、
   前記報知手段は、前記検出手段により検出された位置関係と前記作業負荷検出手段により検出された作業負荷とに基づいて、前記アームが前記ブームに対して掘削力が最大となる位置関係にありかつ前記作業負荷が設定値以上であることをオペレータに知らせることを特徴とする掘削作業機の掘削作業支援装置。
3. 請求項１又は２記載の掘削作業機の掘削作業支援装置において、
   前記報知手段は、前記所定の角度範囲として前記アームが前記ブームに対して掘削力が最大となる角度とその前後の微少角度を含む所定の角度範囲内にあるときに報知信号を出力することを特徴とする掘削作業機の掘削作業支援装置。
4. 請求項１又は２記載の掘削作業機の掘削作業支援装置において、
   前記報知手段は、前記所定の角度範囲として前記アームが前記ブームに対して掘削力が最大となる角度を始点又は終点とする所定の角度範囲内にあるときに報知信号を出力することを特徴とする掘削作業機の掘削作業支援装置。

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