JP2009155902A - 作業機械のフロント制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業機械のフロント制御装置に関し、フロントの移動による転倒を確実且つ快適に防止することができるようにする。
【解決手段】油圧モータ２Ａで駆動される走行装置、油圧シリンダ１１Ａ，１２Ａ，１３Ａで駆動されるフロント装置、油圧ポンプ２１、走行装置の第一操作量を検出する第一操作量検出手段２Ｅ、フロント装置の第二操作量を検出する第二操作量検出手段１１Ｅ，１２Ｅ，１３Ｅ、フロント装置の姿勢を検出する姿勢検出手段１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ、並びに、第一操作量，第二操作量及び姿勢に基づき油圧ポンプ２１の吐出流量を制御する制御手段３０を備え、制御手段３０が、姿勢に基づき、作業機械の安定度を算出する安定度算出手段３３と、第一操作量及び第二操作量がともに検出された場合に安定度に応じて吐出流量を低減させる制限制御を実施する制限手段３５とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、作業機械の転倒を防止するためのフロント制御装置に関するものである。

油圧ショベルには、図６に示すように、より遠い位置まで作業することができるように、標準より長いブームやアームを有するロングリーチフロント１００を備えたものがある。
このロングリーチフロント１００を機体前方へ倒す際、ロングリーチフロント１００の重心位置が前方へ移って機体のバランスが崩れ、転倒することを回避するために、様々な転倒防止策が講じられている。

例えば、上部旋回体の後端部に備えられてフロントとの重量バランスをとるカウンタウエイトを増量し、機体の安定性を高める策が講じられている。また、例えば、フロントの重心位置が転倒領域に入る以前に、フロントの動作を停止する策が講じられている。なお、後者の策にかかる技術は、例えば特許文献１に開示されている。
特開平７−２０７７１１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたような技術によれば、ロングリーチフロント１００が高速移動中に急停止すると、その慣性力でショック（機体の振動）が発生するおそれがある。このようなショックはオペレータに伝わり、好ましくない。
本発明はこのような課題に鑑みて案出されたもので、フロントの移動による転倒を確実且つ快適に防止することができるようにした、作業機械のフロント制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明の作業機械のフロント制御装置は、油圧モータで駆動される走行装置を有する下部走行体と、該下部走行体の上部に旋回自在に結合された上部旋回体と、該上部旋回体に取り付けられ、油圧シリンダで駆動されるブーム及びアームを有するフロント装置と、該油圧モータ及び該油圧シリンダへ供給される作動油を吐出する可変流量型の油圧ポンプと、該走行装置の第一操作量を検出する第一操作量検出手段と、該フロント装置の第二操作量を検出する第二操作量検出手段と、該フロント装置の姿勢を検出する姿勢検出手段と、第一操作量検出手段で検出された該第一操作量，該第二操作量検出手段で検出された該第二操作量及び該姿勢検出手段で検出された該姿勢に基づき、該油圧ポンプの吐出流量を制御する制御手段とを備えた、作業機械のフロント制御装置であって、該制御手段が、該姿勢に基づき、該作業機械の安定度を算出する安定度算出手段と、該第一操作量及び該第二操作量がともに検出された場合に、該安定度に応じて該吐出流量を低減させる制限制御を実施する制限手段とを有していることを特徴としている。

請求項２記載の本発明の作業機械のフロント制御装置は、請求項１記載の作業機械のフロント制御装置において、該安定度算出手段は、該姿勢に基づき該フロント装置の先端位置を算出することで、該作業機械の安定度を算出することを特徴としている。
請求項３記載の本発明の作業機械のフロント制御装置は、請求項１記載の作業機械のフロント制御装置において、該安定度算出手段は、該姿勢に基づき該フロント装置の重心位置を算出することで、該作業機械の安定度を算出することを特徴としている。

請求項４記載の本発明の作業機械のフロント制御装置は、請求項１〜３の何れか１項に記載の作業機械のフロント制御装置において、該油圧モータに供給される作動油の流量及び流通方向を制御する油圧パイロット式の第一コントロールバルブと、該油圧シリンダに供給される作動油の流量及び流通方向を制御する油圧パイロット式の第二コントロールバルブと、該第一コントロールバルブ及び該第二コントロールバルブのスプールの中立位置に設けられたセンタバイパスラインと、該センタバイパスラインのうちの該第一コントロールバルブ及び該第二コントロールバルブの下流側から分岐して配設された第一ネガティブコントロールラインと、該センタバイパスラインの下流側に配設され、該第一ネガティブコントロールラインに第一ネガティブコントロール圧を発生させるネガティブコントロール圧発生手段と、該第一コントロールバルブ及び該第二コントロールバルブに接続されたパイロットラインと、該パイロットラインにパイロット圧を作用させるパイロットポンプと、該パイロットラインに配設されて該第一コントロールバルブのスプールの位置を切り換える第一リモコンバルブと、該パイロットラインに該第一リモコンバルブと並列に配設されて該第二コントロールバルブのスプールの位置を切り換える第二リモコンバルブと、該パイロットラインの該第一リモコンバルブ及び該第二リモコンバルブの上流側から分岐して配設された第二ネガティブコントロールラインと、該第二ネガティブコントロールラインに配設され、該パイロットポンプから供給された該パイロット圧を減じて第二ネガティブコントロール圧を発生させる電磁比例弁と、該第一ネガティブコントロールラインと該第二ネガティブコントロールラインとに接続されて該第一ネガティブコントロール圧と該第二ネガティブコントロール圧とのうちの高圧側の圧が選択入力されるとともに、該油圧ポンプに続くラインに接続されて該ラインに該高圧側の圧を出力する高圧選択弁とを備え、該第一操作量検出手段は、該第一リモコンバルブの直下流側のパイロット圧を検出することで、該第一操作量を検出し、該第二操作量検出手段は、該第二リモコンバルブの直下流側のパイロット圧を検出することで、該第二操作量を検出し、該制限手段は、該第一操作量及び該第二操作量がともに検出された場合に、該安定度に応じた信号を該電磁比例弁に送り、該第二ネガティブコントロール圧を該安定度に応じて該第一ネガティブコントロール圧よりも高めて該制限制御を実施することを特徴としている。

なお、該油圧ポンプは周知のレギュレータを有するものであり、該高圧選択弁が接続される該油圧ポンプに続くラインとは、該レギュレータに接続されるラインである。

請求項１記載の本発明の作業機械のフロント制御装置によれば、走行装置が作動している走行中にフロント装置も作動している場合に、フロント装置の姿勢に基づき算出された安定度に応じて油圧ポンプの吐出流量を低減させる制限制御が実施されるので、安定度が悪化するにつれ（すなわち、フロント装置が転倒領域に近づくにつれ）、油圧ポンプの吐出流量が次第に低減してフロント装置の移動速度が次第に遅くなり、フロント装置を滑らかに停止させることができる。したがって、フロント装置の転倒領域への進入防止のためにフロント装置を急停止させることがないので、急停止によるショックを防止することができ、フロント装置の移動による転倒を確実且つ快適に防止することができる。また、制限制御が実施される条件として、フロント装置に係る条件に、走行装置に係る条件を加えるので、走行中は安定度が悪化しやすいという実情に良好に対応することができる。つまり、ある所定のフロント装置の姿勢において、走行装置が作動しておらず停止中のときには機体は転倒しないが、走行装置が作動し走行中のときには機体が転倒する可能性がある。そのため、走行装置にかかる条件を加えるか否かで、フロント装置の姿勢に基づき算出される安定度が異なる。安定度の算出の精度が比較的低ければ、フロント装置の転倒領域を大きな余裕をもって設定することが必要となり、本来であればまだ転倒する姿勢ではないにもかかわらず、フロント装置の移動速度を過剰に制限して、フロント装置の作業効率が悪化することが考えられるが、本発明の作業機械のフロント制御装置のように、走行装置に係る条件を加えれば、フロント装置の転倒領域をより精密に設定することができ、フロント装置の姿勢に基づき安定度を精度良く算出することができる。

請求項２記載の本発明の作業機械のフロント制御装置によれば、安定度がフロント装置の先端位置を算出することで算出されるので、安定度を比較的容易に算出することができる。つまり、フロント装置の先端には、通常、例えばカッター（切断機）やグラップル（把持機）等の複数種類のツールアタッチメントが交換可能になっているが、フロント装置の先端位置は、ツールアタッチメントの重量によらずに算出されるので、ツールアタッチメントを様々に交換した場合にも容易に対応することができる。

請求項３記載の本発明の作業機械のフロント制御装置によれば、安定度がフロント装置の重心位置を算出することで算出されるので、安定度を比較的精度良く算出することができる。そして、安定度の算出の精度が比較的低ければ、上述のように、フロント装置の転倒領域を大きな余裕を持って設定することが必要となり、本来であればまだ転倒する姿勢ではないにもかかわらず、フロント装置の移動速度を過剰に制限して、フロント装置の作業効率が悪化することが考えられるが、本発明の作業機械のフロント制御装置によれば、安定度が比較的精度良く算出されるので、フロント装置の転倒領域をより精密に設定することができ、フロント装置の作業効率を良好に確保することができる。

請求項４記載の本発明の作業機械のフロント制御装置によれば、油圧ポンプの吐出流量を変更するために油圧ポンプに作用する圧として、第一ネガティブコントロール圧と第二ネガティブコントロール圧とのうちの高圧側が選択されるように構成されているので、一般的に備えられている第一ネガティブコントロール圧にかかる既設の回路に、第二ネガティブコントロール圧にかかる新たな回路を追加するだけで、新たな装置や機器を多数追加したり大幅に設計変更したりすることなく、安価に制限制御を実施することができる。また、電磁比例弁を制御してパイロット圧を減じて第二ネガティブコントロール圧を発生させるので、第二ネガティブコントロール圧を容易且つ高精度に制御することができる。

以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図５は、本発明の一実施形態の作業機械のフロント制御装置を示す模式的な図であって、図１はその油圧・電気回路図、図２はその角度センサで検出される角度を説明するためのフロントの簡略図、図３はその記憶部に記憶されたポンプ吐出流量にかかるマップ、図４はその制御の順序を説明するためのフローチャート、図５はその作業機械の全体像を示す側面図である。

＜構成＞
図５に示すように、油圧ショベル１は、走行用油圧モータ（以下、走行モータという）２Ａ（図１参照）で駆動されるクローラ（走行装置）２Ｂを有する下部走行体２と、下部走行体２の上部に旋回自在に結合された上部旋回体（機体）３と、上部旋回体３から前方へ延出するように取り付けられたロングリーチフロント（以下、単にフロントともいう）４とを備えて構成されている。

ロングリーチフロント４は、ブーム１１，ロアアーム１２アッパーアーム１３を有するフロント基部１０と、フロント基部１０の先端に設けられるツール１４と、ブーム１１，ロアアーム１２及びアッパーアーム１３をそれぞれ駆動するブーム用油圧シリンダ（以下、ブームシリンダという）１１Ａ，ロアアーム用油圧シリンダ（以下、ロアアームシリンダという）１２Ａ及びアッパーアーム用油圧シリンダ（以下、アッパーアームシリンダという）１３Ａと、ツール１４を駆動するツール用油圧モータ（以下、ツールモータという）１４Ａとを有している。なお、以下、ブームシリンダ１１Ａ，ロアアームシリンダ１２Ａ及びアッパーアームシリンダ１３Ａをまとめてフロントシリンダ１０Ａともいう。

上部旋回体３の後端部には、フロント４との重量バランスをとるためのカウンタウエイト５が配設され、上部旋回体３の前部には、オペレータが搭乗するキャブ６が配設されている。
キャブ６内には、クローラ２Ｂを走行駆動するために操作される左右一対の走行用操作ペダル７ａ，７ａ（図１参照）と、フロント基部１０を動作させるため及び上部旋回体３を旋回駆動するために操作される左右一対の作業用操作レバー８，９（図１参照）と、ツール１４を動作させるために操作されるツール用操作レバー（図示略）とが配設されている。

走行用操作ペダル７ａ，７ａは、前後に傾倒可能なものであって、右ペダル７ａの傾倒が右側のクローラ２Ｂの回転動作に対応し、左ペダル７ａの傾倒が左側のクローラ２Ｂの回転動作に対応している。そして、右ペダル７ａと左ペダル７ａともに前傾させれば前進し、右ペダル７ａと左ペダル７ａともに後傾させれば後退し、一側のペダル７ａを前傾させるとともに他側のペダル７ａを後傾させれば、ターンするようになっている。作業用操作レバー８，９は、前後左右に傾倒可能なものであって、例えば、右レバー８の前後方向の傾倒がブーム１１の動作に対応し、右レバー８の左右方向の傾倒がロアアーム１２の動作に対応し、左レバー９の前後方向の傾倒がアッパーアーム１３の動作に対応し、左レバー９の左右方向の傾倒が旋回動作に対応している。なお、ここでの作業用操作レバー８，９の傾倒とフロント基部１０及び上部旋回体３の動作との対応関係は一例であって、この限りではない。

ブーム１１，ロアアーム１２及びアッパーアーム１３にはそれぞれ、その角度（姿勢）を検出する角度センサ（姿勢検出手段）１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂが取り付けられている。詳しくは、ブーム１１に取り付けられた角度センサ１１Ｂは、図２に示すように、上部旋回体３の旋回面に対するブーム１１の長手方向の角度（仰角）θ_bmを検出するようになっている。ロアアーム１２に取り付けられた角度センサ１２Ｂは、ブーム１１の長手方向に対するロアアーム１２の長手方向の角度θ_laを検出するようになっている。アッパーアーム１３に取り付けられた角度センサ１３Ｂは、ロアアーム１２の長手方向に対するアッパーアーム１３の長手方向の角度θ_uaを検出するようになっている。そして、ロアアーム角度θ_la及びアッパーアーム角度θ_uaは、ロアアーム１２及びアッパーアーム１３がそれぞれブーム１１及びロアアーム１２の延長方向へまっすぐ伸びた状態で（ブーム１１及びロアアーム１２に対して平行であるときに）０°として検出され、イン側（シリンダ伸長側）に回動動作したときに増大して検出されるようになっている。換言すると、ロアアーム角度θ_laはブーム１１の仰角とロアアーム１２の仰角との差の角度、アッパーアーム角度θ_uaはロアアーム１２の仰角とアッパーアーム１３の仰角との差の角度を意味している。なお、図２において、Ｌ_bmはブーム１１の長さを示し、Ｌ_laはロアアーム１２の長さを示し、Ｌ_uaはアッパーアーム１３の長さを示している。

ここで、ロングリーチフロント４の動作制御にかかる油圧・電気回路について説明する。
図１に示すように、油圧回路は、メインポンプ（第一の油圧ポンプ）２１から吐出された作動油が流通するメインラインＬ_Mと、パイロットポンプ（第二の油圧ポンプ）２２から吐出されたパイロット圧が作用するパイロットラインＬ_piとを備えている。

メインラインＬ_Mには、走行モータ２Ａ及び各フロントシリンダ１０Ａ（１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ）と、走行モータ２Ａ及び各フロントシリンダ１０Ａへ作動油を供給するメインポンプ２１と、走行モータ２Ａ及びメインポンプ２１間に介装されたツール用コントロールバルブ（第二コントロールバルブ）２Ｃと、各フロントシリンダ１０Ａ及びメインポンプ２１間に介装された各フロント用コントロールバルブ（第一コントロールバルブ）１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃ（ブーム用コントロールバルブ１１Ｃ，ロアアーム用コントロールバルブ１２Ｃ，アッパーアーム用コントロールバルブ１３Ｃ）と、作動油が還流する作動油タンク２３とが配設されている。なお、図１において、図面の簡略化のために、各フロントシリンダ１０Ａと各フロント用コントロールバルブ１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃとをまとめて示す。また、走行モータ２Ａについても、左右一対のクローラ２Ｂに対応して左右一対の走行モータ２Ａが備えられているものであるが、図面の簡略化のために、一側の走行モータ２Ａに関する油圧回路のみ示す。

各コントロールバルブ２Ｃ，１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃは、油圧パイロット式の３位置切換弁として構成されており、メインラインＬ_Mにおいて互いに並列に接続されている。そして、スプールの位置を切り換えて、走行モータ２Ａ及び各フロントシリンダ１０Ａに供給される作動油の流通方向及び流量を可変制御し、クローラ２Ｂ及びフロント基部１０の動作を制御できるようになっている。

各コントロールバルブ２Ｃ，１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃのスプールの位置の切換えは、パイロットラインＬ_piから導入されるパイロット圧に応じて設定されるようになっている。コントロールバルブ２Ｃ，１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃを代表してブーム用コントロールバルブ１１Ｃのスプールの位置の切換えについて詳述すると、第一位置では、ブームシリンダ１１Ａのロッド側油室に作動油が供給されてブームシリンダ１１Ａが縮み、中立位置である第二位置では、ブームシリンダ１１Ａへの作動油の供給が遮断され、第三位置では、ブームシリンダ１１Ａのヘッド側油室に作動油が供給されてブームシリンダ１１Ａが伸びるようになっている。

また、各コントロールバルブ２Ｃ，１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃの内部においてその中立位置には、センタバイパス通路が設けられている。これらセンタバイパス通路は、互いに直列に接続されて、センタバイパスラインＬ_ce-bypassとして作動油タンク２３に連通されている。センタバイパスラインＬ_ce-bypassは、メインラインＬ_M上のコントロールバルブ１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃ，１４Ｃの上流から分岐したかたちになっている。そして、センタバイパスラインＬ_ce-bypassの下流側には、ネガティブコントロール圧（第一ネガティブコントロール圧）Ｐ_negaを発生させるネガティブコントロールバルブ（ネガティブコントロール圧発生手段）２４が設けられている。なお、以下、ネガティブコントロールをネガコンと略す。

また、センタバイパスラインＬ_ce-bypassのコントロールバルブ２Ｃ，１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃ及びネガコンバルブ２４間には、ネガコンライン（第一ネガコンライン）Ｌ_negaが分岐して設けられており、ネガコン圧Ｐ_negaは、ネガコンラインＬ_negaを介して油圧ポンプ２１のレギュレータ２１ａに作用し、油圧ポンプ２１の吐出流量Ｑを制御するようになっている。そして、油圧ポンプ２１は、ネガコン圧Ｐ_negaが大きいほど、その吐出流量Ｑが小さくなるようになっている。

パイロットラインＬ_piは、各コントロールバルブ２Ｃ，１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃのパイロット圧作用部に接続されたものであって、パイロットラインＬ_pi上には、パイロットポンプ２２と、リモコンバルブ２Ｄ，１１Ｄ，１２Ｄ，１３Ｄとが配設されている。
リモコンバルブ２Ｄ，１１Ｄ，１２Ｄ，１３Ｄは、各コントロールバルブ２Ｃ，１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃのパイロット圧作用部に作用させるパイロット圧を制御するためのものである。そして、リモコンバルブ２Ｄは、走行用操作ペダル７ａに対応して備えられ、リモコンバルブ１１Ｄ，１２Ｄ，１３Ｄは、作業用操作レバー８，９の傾倒方向にそれぞれ対応して備えられている。

また、パイロットラインＬ_piに対して、クローラ２Ｂ用のリモコンバルブ２Ｄのパイロット圧を検出することによりクローラ２Ｂの操作量を検出する圧力センサ（第一操作量検出手段）２Ｅと、フロント基部１０用のリモコンバルブ１１Ｄ，１２Ｄ，１３Ｄのパイロット圧を検出することによりフロント基部１０の各操作量を検出する圧力センサ（第一操作量検出手段）１１Ｅ，１２Ｅ，１３Ｅとが配設されている。

また、パイロットラインＬ_piのパイロットポンプ２２及びリモコンバルブ２Ｄ，１１Ｄ，１２Ｄ，１３Ｄ間には、パイロットバイパスライン（第二のネガコンライン）Ｌ_pi-bypassが分岐して設けられている。そして、パイロットバイパスラインＬ_pi-bypassには、電磁比例弁２５と、シャトルバルブ（高圧選択弁）２６とが配設されている。
電磁比例弁２５は、後述するコントローラ３０によって制御され、コントローラ３０から入力された電気信号に応じて、パイロットポンプ２２から供給されたパイロット圧である一次圧を減圧した二次圧（第二のネガコン圧）Ｐ₂を生成するようになっている。なお、コントローラ３０から電気信号が入力されない通常時には、最低圧力になるように設定されている。一方、コントローラ３０から電気信号が入力された後述の制限制御時には、ネガコン圧Ｐ_negaよりも二次圧Ｐ₂が高くなるように設定されている。

シャトルバルブ２６は、一方の入口にネガコンラインＬ_negaが連通され、他方の入口にパイロットバイパスラインＬ_pi-bypassが連通され、且つ、出口にメインポンプ２１のレギュレータ２１ａに続くラインが連通されている。そして、ネガコンラインＬ_negaを介して入力されたネガコン圧Ｐ_negaとパイロットバイパスラインＬ_pi-bypassを介して入力された二次圧Ｐ₂とのうちの高圧側を選択して、レギュレータ２１ａに作用させるようになっている。なお、図１において、符号２７はリリーフバルブを示し、符号２８はチェックバルブを示す。

コントローラ（制御手段）３０は、入力側で各角度センサ１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ及び各圧力センサ２Ｅ，１１Ｅ，１２Ｅ，１３Ｅに接続されるとともに、出力側で電磁比例弁２５に接続され、記憶部３１と判断部３２と第一演算部３３と第二演算部３４と指令部３５とを有している。そして、各角度センサ１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂで検出された角度θ_bm，θ_la，θ_ua及び各圧力センサ２Ｅ，１１Ｅ，１２Ｅ，１３Ｅで検出された圧力に基づき、電磁比例弁２５を制御してメインポンプ２１の吐出流量Ｑを制限する制限制御を実施するようになっている。

コントローラ３０の各部について詳述すると、記憶部３１は、ブーム１１の長さＬ_bm，ロアアーム１２の長さＬ_la及びアッパーアーム１３の長さＬ_uaを記憶している。また、図３に示すような、フロント４の先端位置Ｘ_Fとメインポンプ２１の制限流量値Ｑ_limitとの対応関係を規定するマップを記憶している。このマップにおいては、ブーム１１の基端部Ｏを原点とし、フロント４の先端位置Ｘ_Fが原点Ｏから機体前方へ離れている距離Ｘに応じて、メインポンプ２１の吐出流量Ｑが制限されるべく、制限流量値Ｑ_limitが設定されるようになっている。つまり、フロント４の先端位置Ｘ_Fが機体前方へと離れて転倒領域に近づくにつれ、メインポンプ２１の吐出流量Ｑが制限されるようになっている。そして、メインポンプ２１の制限流量値Ｑ_limitは、フロント４の先端位置Ｘ_Fが第１所定位置Ｘ₁に到達するまでは通常時と同じ値に設定されているが、第１所定位置Ｘ₁と第２所定位置Ｘ₂との間で次第に減少し、第２所定位置Ｘ₂で下限値になるように設定されている。なお、転倒領域とは、フロント４の先端位置Ｘ_Fがその領域に入ると機体の安定度が悪化して転倒するおそれのある領域である。マップ中の第２所定位置Ｘ₂は、転倒領域よりも余裕を持ってわずかに機体中央寄りに設定されている。

判断部３２は、圧力センサ２Ｅ，１１Ｅ，１２Ｅ，１３Ｅで検出された圧力に基づき、クローラ２Ｂが作動中であるか否か、及び、フロント基部１０が作動中であるか否かを判断するようになっている。つまり、判断部３２は、圧力センサ２Ｅで検出された圧力が予め設定された所定の圧力よりも高ければ、クローラ２Ｂは作動中であると判断するようになっている。また、判断部３２は、各圧力センサ１１Ｅ，１２Ｅ，１３Ｅで検出された圧力の少なくとも１つが予め設定された所定の圧力よりも高ければ、フロント基部１０は作動中であると判断するようになっている。そして、その判断結果を指令部３５へ出力するようになっている。

第一演算部（安定度算出手段）３３は、角度センサ１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂから入力されたブーム角度θ_bm，ロアアーム角度θ_la及びアッパーアーム角度θ_uaと、記憶部３１に記憶されたブーム長さＬ_bm，ロアアーム長さＬ_la及びアッパーアーム長さＬ_uaとに基づき、アッパーアーム１３の先端位置Ｘ_ua、すなわち、現在のフロント４の先端位置Ｘ_Fを算出するようになっている。このフロント４の先端位置Ｘ_Fの算出は、フロント４の先端位置Ｘ_Fが前方へ離れるにつれ機体の安定度が悪化するという既知の事実から、機体の安定度を算出することを意味している。

詳述すると、まず、ブーム角度θ_bmとブーム長さＬ_bmとから、数式（１）に基づき、ブーム先端位置Ｘ_bmを算出する。

次に、ブーム角度θ_bm，ロアアーム角度θ_la，ロアアーム長さＬ_la及びブーム先端位置Ａから、数式（２）に基づき、ロアアーム先端位置Ｘ_laを算出する。

最後に、ブーム角度θ_bm，ロアアーム角度θ_la，アッパーアーム角度θ_ua，アッパーアーム長さＬ_ua及びロアアーム先端位置Ｘ_laから、数式（３）に基づき、アッパーアーム先端位置Ｘ_uaを算出する。

そして、算出されたアッパーアーム先端位置Ｘ_uaをフロント先端位置Ｘ_Fとして、第二演算部３４に出力するようになっている。
第二演算部３４は、第一演算部３３から入力されたフロント先端位置Ｘ_Fと記憶部３１に記憶されているマップとに基づき、現在のフロント先端位置Ｘ_Fに対応したメインポンプ２１の制限流量値Ｑ_limitを設定する。続いて、この制限流量値Ｑ_limitへの制限のために作用させる必要があるレギュレータ２１ａへの制限圧を算出し、且つ、算出した制限圧を生成可能な電磁比例弁２５の設定を算出する。そして、算出した電磁比例弁２５の設定を指令部３５へ出力するようになっている。

指令部３５は、判断部３２によりクローラ２Ｂとフロント基部１０とがともに作動していると判断された場合に、第二演算部３４から入力された制限流量値Ｑ_limitにメインポンプ２１の吐出流量Ｑが制限されるように（制限制御が実施されるように）、電磁比例弁２５に指令を送るようになっている。
そして、コントローラ３０は、図４に示すフローチャートのような順序で、制限制御を実施するようになっている。

まず、ステップＳ１０では、判断部３２により、クローラ２Ｂが作動して走行中であるか否かが判断されるようになっている。つまり、判断部３２が、圧力センサ２Ｅで検出された圧力が予め設定された所定の圧力よりも高ければ、クローラ２Ｂは作動中であると判断するようになっている。そして、クローラ２Ｂが作動中であれば、ステップＳ２０に進む。一方、フロント基部１０が作動中でなければ、ステップＳ６０に進む。

ステップＳ２０では、再び判断部３２により、フロント基部１０が作動中であるか否かが判断されるようになっている。つまり、判断部３２が、各圧力センサ１１Ｅ，１２Ｅ，１３Ｅで検出された圧力の少なくとも１つが予め設定された所定の圧力よりも高ければ、フロント基部１０は作動中であると判断するようになっている。そして、フロント基部１０が作動中であれば、ステップＳ３０に進む。一方、フロント基部１０が作動中でなければ、ステップＳ６０に進む。

ステップＳ３０では、第一演算部３３により、ブーム角度θ_bm，ロアアーム角度θ_la及びアッパーアーム角度θ_uaと、ブーム長さＬ_bm，ロアアーム長さＬ_la及びアッパーアーム長さＬ_uaとに基づき、上述の数式（１）〜（３）を利用して、現在のフロント４の先端位置Ｘ_Fが算出されるようになっている。そして、ステップＳ４０に進む。
ステップＳ４０では、第二演算部３４により、記憶部３１に記憶されたマップに基づき、フロント４の先端位置Ｘ_Fに対応したメインポンプ２１の制限流量値Ｑ_limitが設定されるようになっている。そして、その後、ステップＳ５０に進む。

ステップＳ５０では、指令部３５により、メインポンプ２１の吐出流量Ｑが上記制限流量値Ｑ_limitになるように、電磁比例弁２５へ電気信号が送られるようになっている。
ステップＳ６０では、メインポンプ２１の吐出流量Ｑが通常値に復帰するように、電磁比例弁２５へ電気信号が送られないようになっている。
なお、このフローチャートは、機体の作動中、所定の周期で繰り返されるようになっている。

＜作用・効果＞
本発明の一実施形態にかかる作業機械のフロント制御装置は上述のように構成されているので、以下のような作用・効果がある。
オペレータが何れの操作手段７ａ，８，９も操作しない場合、つまり、走行しておらず且つフロント４が静止している場合には、各コントロールバルブ２Ｃ，１１Ｃ〜１３Ｃのスプールは中立位置にあり、ネガコンラインＬ_negaに最大のネガコン圧Ｐ_negaが発生し、この最大のネガコン圧Ｐ_negaはシャトルバルブ２６の一方の入口を経てメインポンプ２１のレギュレータ２１ａに入力され、メインポンプ２１の吐出流量Ｑは予め設定された最小値に制御される。

ここで、オペレータが走行用操作レバー７と作業用操作レバー８，９とを同時に操作した場合には、リモコンバルブ２Ｄ，１１Ｄ〜１３Ｄがその操作量に応じたパイロット圧をコントロールバルブ２Ｃ，１１Ｃ〜１３Ｃに作用させ、コントロールバルブ２Ｃ，１１Ｃ〜１３Ｃのスプール位置を中立位置から他の位置へ切り換える。したがって、ネガコンラインＬ_negaのネガコン圧Ｐ_negaは低下する。しかしながら、このとき、フロント４の先端位置Ｘ_Fに応じて電磁比例弁２５の設定を変更し、ネガコン圧Ｐ_negaよりも高圧の二次圧Ｐ₂を生成するので、シャトルバルブ２６の他方の入口に高圧の二次圧Ｐ₂が作用し、シャトルバルブ２６は高圧の二次圧Ｐ₂を選択してメインポンプ２１のレギュレータ２１ａに高い圧力を作用させて、メインポンプ２１の吐出流量Ｑをフロント４の先端位置Ｘ_Fに応じて低減させることができる。

つまり、フロント４の先端位置Ｘ_Fが機体より前方へ遠い場合には機体の安定度が低下するが、そのフロント４の先端位置Ｘ_Fに応じてメインポンプ２１の吐出流量Ｑを制限するので、安定度が悪化するにつれ、すなわち、フロント４が転倒領域に近づくにつれ、メインポンプ２１の吐出流量Ｑが次第に低減してフロント４の移動速度が次第に遅くなり、フロント４を滑らかに停止させることができる。したがって、フロント４の転倒領域への進入防止のためにフロント４を急停止することがないので、転倒を確実に防止しながら、急停止によるショックを防止することができる。

また、オペレータが走行用操作ペダル７と作業用操作レバー８，９とのうち一方のみを操作した場合には、電磁比例弁２５の設定の変更が解除され、通常通りにネガコン圧Ｐ_negaがレギュレータ２１ａに作用して、メインポンプ２１の吐出流量Ｑはネガコン圧Ｐ_negaに応じた通常値に制御される。
また、制限制御が実施される条件として、フロント４に係る条件に、クローラ２Ｂに係る条件を加えるので、走行中は安定度が悪化しやすいという実情に良好に対応することができる。つまり、ある所定のフロント４の姿勢において、クローラ２Ｂが作動しておらず停止中のときには機体は転倒しないが、クローラ２Ｂが作動し走行中のときには機体が転倒する可能性がある。そのため、クローラ２Ｂにかかる条件を加えるか否かで、フロント４の姿勢に基づき算出される安定度が異なる。安定度の算出の精度が比較的低ければ、フロント４の転倒領域を大きな余裕をもって設定することが必要となり、本来であればまだ転倒する姿勢ではないにもかかわらず、フロント４の移動速度を過剰に制限して、フロント装置の作業効率が悪化することが考えられるが、本発明のように、クローラ２Ｂに係る条件を加えれば、フロント４の転倒領域をより精密に設定することができ、フロント４の姿勢に基づき安定度を精度良く算出することができる。

また、メインポンプ２１の吐出流量Ｑを変更するためにメインポンプ２１に作用する圧として、ネガコン圧Ｐ_negaと二次圧Ｐ₂とのうちの高圧側が選択されるように構成されているので、一般的に備えられているネガコン圧Ｐ_negaにかかる既設の回路に、二次圧Ｐ₂にかかる新たな回路を追加するだけで、新たな装置や機器を多数追加したり大幅に設計変更したりすることなく、安価に制限制御を実施することができる。また、電磁比例弁２５を制御してパイロット圧を減じて二次圧Ｐ₂を発生させるので、二次圧Ｐ₂を容易且つ高精度に制御することができる。

［その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
例えば、上記実施形態において、油圧式の操作手段であるリモコンバルブ２Ｄ，１１Ｄ，１２Ｄ，１３Ｄ付きの走行用操作ペダル７ａ，７ａ及び作業用操作レバー８，９と、リモコンバルブ２Ｄ，１１Ｄ，１２Ｄ，１３Ｄから出力されるパイロット圧を検出する圧力センサ２Ｅ，１１Ｅ，１２Ｅ，１３Ｅとを備え、クローラ２Ｂ及びフロント基部１０の作動（操作量）を検出したが、例えば、電気式の操作手段と、電気式の操作手段から出力される電気信号を検出するセンサとを備えて、クローラ２Ｂ及びフロント基部１０の作動を検出するようにしても良い。

また、上記実施形態において、角度センサ１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂを備えてフロント４の姿勢としての角度θ_bm，θ_la，θ_uaを検出したが、フロント４の姿勢を検出する手段はこれに限らず、例えば、各フロントシリンダ１０Ａに供給される作動油の流量を検出する流量センサを備えて、各フロントシリンダ１０Ａに供給された作動油の流量に基づき、フロント４の姿勢を検出するようにしても良い。

また、上記実施形態において、コントローラ３０は、フロント４の先端位置Ｘ_Fを算出し、先端位置Ｘ_Fによってメインポンプ２１の吐出流量Ｑを制限したが、フロント４の重心位置を算出し、この重心位置によってメインポンプ２１の吐出流量Ｑを制限しても良い。つまり、フロント４の先端位置Ｘ_Fを算出することで機体の安定度を算出しても良いし、フロント４の重心位置を算出することで機体の安定度を算出しても良い。

安定度をフロント４の先端位置を算出することで算出した場合には、安定度を比較的容易に算出することができるという利点がある。つまり、ツール１４には、例えばカッター（切断機）やグラップル（把持機）等の複数種類がアタッチメントとして用意されているのが一般的であるが、フロント４の先端位置は、ツール１４の重量によらずに算出されるので、ツール１４を様々に変更した場合にも容易に対応することができる。

また、安定度をフロント４の重心位置を算出することで算出した場合には、安定度を比較的精度良く算出することができるという利点がある。そして、安定度の算出の精度が比較的低ければ、フロント４の転倒領域を大きな余裕を持って設定することが必要となり、本来であればまだ転倒する姿勢ではないにもかかわらず、フロント４の移動速度を過剰に制限して、フロント４の作業効率が悪化することが考えられるが、重心位置を利用して安定度が比較的精度良く算出されれば、フロント４の転倒領域を精密に設定することができ、フロント４の作業効率を良好に確保することができる。

また、機体の安定度を算出する際に、上部旋回体３の旋回角度や路面の傾斜角度等をさらに考慮すると好ましい。つまり、クローラ２Ｂの延伸方向に対して上部旋回体３の旋回角度が異なれば転倒領域、ひいては算出される機体の安定度が変わるので、これを考慮するとより好ましい。また、路面が傾斜している場合にも転倒領域が変わるので、これを考慮するとより好ましい。

また、上記実施形態では、本発明の作業機械のフロント制御装置を、ロングリーチフロント４を有する油圧ショベル１に適用した場合について説明したが、通常の長さのフロントを有する油圧ショベルに適用しても良い。また、適用する作業機械の種類も油圧ショベルに限らず、クレーン等の他の作業機械に適用しても勿論良い。

本発明の一実施形態に係る作業機械のフロント制御装置の油圧・電気回路図である。 本発明の一実施形態に係る作業機械のフロント制御装置の、角度センサで検出する角度を説明するためのフロントの簡略図である。 本発明の一実施形態に係る作業機械のフロント制御装置の記憶部に記憶された、フロントの先端位置とメインポンプの制限流量値との対応関係を規定するマップである。 本発明の一実施形態に係る作業機械のフロント制御装置の、制御の順序を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る作業機械の全体像を示す側面図である。 本発明の従来技術に係る作業機械の全体像を示す側面図である。

符号の説明

１ 油圧ショベル（作業機械）
２ 下部走行体
２Ａ 走行用油圧モータ（油圧モータ）
２Ｂ クローラ（走行装置）
２Ｃ 走行用コントロールバルブ
２Ｄ 走行用リモコンバルブ
２Ｅ 走行用圧力センサ（第一操作量検出手段）
３ 上部旋回体（機体）
４ ロングリーチフロント（フロント装置）
５ カウンタウエイト
６ キャブ
７ａ 走行用操作ペダル
８，９ 作業用操作レバー
１０ フロント基部
１１ ブーム
１１Ａ ブームシリンダ（油圧シリンダ）
１１Ｂ ブーム用角度センサ（姿勢検出手段）
１１Ｃ ブーム用コントロールバルブ
１１Ｄ ブーム用リモコンバルブ
１１Ｅ ブーム用圧力センサ（第二操作量検出手段）
１２ ロアアーム
１２Ａ ロアアームシリンダ（油圧シリンダ）
１２Ｂ ロアアーム用角度センサ（姿勢検出手段）
１２Ｃ ロアアーム用コントロールバルブ
１２Ｄ ロアアーム用リモコンバルブ
１２Ｅ ロアアーム用圧力センサ（第二操作量検出手段）
１３ アッパーアーム
１３Ａ アッパーアームシリンダ（油圧シリンダ）
１３Ｂ アッパーアーム用角度センサ（姿勢検出手段）
１３Ｃ アッパーアーム用コントロールバルブ
１３Ｄ アッパーアーム用リモコンバルブ
１３Ｅ アッパーアーム用圧力センサ（第二操作量検出手段）
１４ ツール
２１ メインポンプ（油圧ポンプ）
２２ パイロットポンプ
２３ 作動油タンク
２４ ネガコンバルブ（ネガティブコントロール圧発生手段）
２５ 電磁比例弁
２６ シャトルバルブ（高圧選択弁）
２７ リリーフバルブ
２８ チェックバルブ
３０ コントローラ（制御手段）
３１ 記憶部
３２ 判断部
３３ 第一演算部（安定度算出手段）
３４ 第二演算部
３５ 指令部（制限手段）
１００ ロングリーチフロント
Ｌ_bm ブーム長さ
Ｌ_la ロアアーム長さ
Ｌ_ua アッパーアーム長さ
Ｌ_M メインライン
Ｌ_pi パイロットライン
Ｌ_ce-bypass センタバイパスライン
Ｌ_nega ネガティブコントロールライン（第一ネガティブコントロールライン）
Ｌ_pi-bypass パイロットバイパスライン（第二ネガティブコントロールライン）
Ｘ_F フロントの先端位置
θ_bm ブーム角度
θ_la ロアアーム角度
θ_ua アッパーアーム角度

Claims (4)

1. 油圧モータで駆動される走行装置を有する下部走行体と、
   該下部走行体の上部に旋回自在に結合された上部旋回体と、
   該上部旋回体に取り付けられ、油圧シリンダで駆動されるブーム及びアームを有するフロント装置と、
   該油圧モータ及び該油圧シリンダへ供給される作動油を吐出する可変流量型の油圧ポンプと、
   該走行装置の第一操作量を検出する第一操作量検出手段と、
   該フロント装置の第二操作量を検出する第二操作量検出手段と、
   該フロント装置の姿勢を検出する姿勢検出手段と、
   第一操作量検出手段で検出された該第一操作量，該第二操作量検出手段で検出された該第二操作量及び該姿勢検出手段で検出された該姿勢に基づき、該油圧ポンプの吐出流量を制御する制御手段とを備えた、作業機械のフロント制御装置であって、
   該制御手段が、
   該姿勢に基づき、該作業機械の安定度を算出する安定度算出手段と、
   該第一操作量及び該第二操作量がともに検出された場合に、該安定度に応じて該吐出流量を低減させる制限制御を実施する制限手段とを有している
   ことを特徴とする、作業機械のフロント制御装置。
2. 該安定度算出手段は、該姿勢に基づき該フロント装置の先端位置を算出することで、該作業機械の安定度を算出する
   ことを特徴とする、請求項１記載の作業機械のフロント制御装置。
3. 該安定度算出手段は、該姿勢に基づき該フロント装置の重心位置を算出することで、該作業機械の安定度を算出する
   ことを特徴とする、請求項１記載の作業機械のフロント制御装置。
4. 該油圧モータに供給される作動油の流量及び流通方向を制御する油圧パイロット式の第一コントロールバルブと、
   該油圧シリンダに供給される作動油の流量及び流通方向を制御する油圧パイロット式の第二コントロールバルブと、
   該第一コントロールバルブ及び該第二コントロールバルブのスプールの中立位置に設けられたセンタバイパスラインと、
   該センタバイパスラインのうちの該第一コントロールバルブ及び該第二コントロールバルブの下流側から分岐して配設された第一ネガティブコントロールラインと、
   該センタバイパスラインの下流側に配設され、該第一ネガティブコントロールラインに第一ネガティブコントロール圧を発生させるネガティブコントロール圧発生手段と、
   該第一コントロールバルブ及び該第二コントロールバルブに接続されたパイロットラインと、
   該パイロットラインにパイロット圧を作用させるパイロットポンプと、
   該パイロットラインに配設されて該第一コントロールバルブのスプールの位置を切り換える第一リモコンバルブと、
   該パイロットラインに該第一リモコンバルブと並列に配設されて該第二コントロールバルブのスプールの位置を切り換える第二リモコンバルブと、
   該パイロットラインの該第一リモコンバルブ及び該第二リモコンバルブの上流側から分岐して配設された第二ネガティブコントロールラインと、
   該第二ネガティブコントロールラインに配設され、該パイロットポンプから供給された該パイロット圧を減じて第二ネガティブコントロール圧を発生させる電磁比例弁と、
   該第一ネガティブコントロールラインと該第二ネガティブコントロールラインとに接続されて該第一ネガティブコントロール圧と該第二ネガティブコントロール圧とのうちの高圧側の圧が選択入力されるとともに、該油圧ポンプに続くラインに接続されて該ラインに該高圧側の圧を出力する高圧選択弁とを備え、
   該第一操作量検出手段は、該第一リモコンバルブの直下流側のパイロット圧を検出することで、該第一操作量を検出し、
   該第二操作量検出手段は、該第二リモコンバルブの直下流側のパイロット圧を検出することで、該第二操作量を検出し、
   該制限手段は、該第一操作量及び該第二操作量がともに検出された場合に、該安定度に応じた信号を該電磁比例弁に送り、該第二ネガティブコントロール圧を該安定度に応じて該第一ネガティブコントロール圧よりも高めて該制限制御を実施する
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の作業機械のフロント制御装置。

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