JP2009281062A - 建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 下側掘削作業での生産性を確保しつつ、上側掘削作業でジャッキアップ状態が発生するのを防止する。
【解決手段】 コントローラ３６は、圧力スイッチ２６，２７からの操作信号Ｓam，Ｓbkを用いて、作業装置５の掘削動作を検出する。また、コントローラ３６は、圧力センサ２８，２９による圧力検出信号を用いて、作業装置５の負荷状態を検出する。さらに、コントローラ３６は、ブーム角検出器３４、アーム角検出器３５による角度検出信号を用いて、作業装置５の先端側の高さ位置Ｈを検出する。そして、コントローラ３６は、高さ位置Ｈが高さ判定値Ｈtよりも高いときには、掘削動作および負荷状態に応じて、減圧信号Ｊupを出力してブーム保持圧を低下させるのに対し、高さ位置Ｈが高さ判定値Ｈtよりも低いときには、掘削動作および負荷状態に拘らず、減圧信号Ｊupを出力しない。
【選択図】 図２

Description

本発明は、掘削作業を行う油圧ショベル等の建設機械に関し、特に掘削作業において生じるジャッキアップによる揺動を防止する建設機械に関する。

一般に、油圧ショベル等の建設機械は、自走可能な下部走行体と、該下部走行体上に旋回可能に設けられた上部旋回体と、該上部旋回体に俯仰動可能に設けられブーム、アームおよびバケットが連結された作業装置と、該作業装置のブーム、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、操作レバーの操作量に応じて該各シリンダに供給する圧油の流れを制御する制御弁とを備えている。

また、油圧ショベルの掘削作業において、アームシリンダおよびバケットシリンダを伸長させて掘削を行う場合、これらの各シリンダの出力が極めて大きくなる。このとき、ブームシリンダの保持圧が高いと、油圧ショベルの本体（下部走行体および上部旋回体）を持ち上げる状態（所謂ジャッキアップ状態）となり、油圧ショベルの本体前部が持ち上げられる。この状態で被掘削物が崩れてバケットの先端が被掘削物から離れる際に、それまで持ち上げられていた油圧ショベルの本体が地面に落下する。これにより、油圧ショベルに大きな衝撃を与えると共に、油圧ショベルに設けられた各種の構造物の寿命を低下させ、早期に亀裂を発生させる虞れがある。

特に、大型の油圧ショベルでは、生産性を向上させるために、一般的に連続稼動する場合が多い。このような大型の油圧ショベルにおいて、その構造物に亀裂が生じたときには、亀裂の発生度合いによっては油圧ショベルを長期間に亘って休止させなければならないことがあり、油圧ショベルによる掘削作業の生産性が大きく低下してしまう。

そこで、従来技術として、ジャッキアップ状態によって油圧ショベル本体が揺動するのを防止する構成も知られている（例えば、特許文献１参照）。この場合、特許文献１には、ブーム角、アーム角、バケット角をそれぞれ検出する角度検出器と、角度検出器の各検出値を油圧ショベルの重量に基づいてバケット先端の垂直荷重を求める第１の演算手段と、角度検出器の検出値と油圧シリンダの圧力を用いてバケット先端の掘削力の垂直成分を求める第２の演算手段と、第２の演算手段により得られた値が第１の演算手段により得られた値を超えたときにブームシリンダの保持圧を減少させる手段とを備えた構成が開示されている。

特開昭６２−２４８７２４号公報

ところで、上述した特許文献１による建設機械では、油圧ショベルの全ての掘削範囲を対象として、バケット先端に過大な荷重が作用したときに、ブームシリンダの保持圧を減少させてジャッキアップ状態の発生を防止している。

ここで、例えば大型の油圧ショベルを鉱山等の作業現場で用いる場合には、地面よりも上側の被掘削物を下方に向けてかき落とす掘削作業（上側掘削作業）を行うことがある。この上側掘削作業では、ジャッキアップ状態に伴って各種の構造物の破損等が生じる可能性があるのに加えて、ブームシリンダの保持圧が高いと例えばバケットの上側から岩石等が落下してバケットシリンダのロッド部を破損する虞れもある。このため、これらの破損等を防止する観点から、バケット先端に大きな負荷が作用するときには、ブームシリンダの保持圧を低下させて油圧ショベル本体の揺動を抑制するのが好ましい。

一方、地面の下側を被掘削物を掘削する作業（下側掘削作業）でも、バケット先端に過大な荷重が作用したときには、油圧ショベルの本体後部が持ち上がってジャッキアップ状態となることがある。しかし、下側掘削状態では、上側掘削状態に比べてバケットシリンダのロッド部に岩石が衝突する可能性が低くなる。これに加えて、下側掘削作業は油圧ショベルの主要な掘削作業であるのに対し、この下側掘削作業においてブームシリンダの保持圧を減少させてしまうと、掘削力の低下によって被掘削物の生産量が低下するおそれがある。即ち、下側掘削作業では、ジャッキアップ状態による弊害よりも、生産性の低下の方が大きな問題となる。これに対し、従来技術による建設機械では、このような下側掘削作業での生産性の低下が考慮されていないという問題があった。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、下側掘削作業での生産性を確保しつつ、上側掘削作業でジャッキアップ状態が発生するのを防止することができる建設機械を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、自走可能な下部走行体と、該下部走行体上に旋回可能に設けられた上部旋回体と、該上部旋回体に俯仰動可能に設けられブーム、アームおよびバケットが連結された作業装置と、該作業装置のブーム、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、バケットシリンダからなる油圧シリンダと、操作手段の操作量に応じて該各油圧シリンダに供給する圧油の流れを制御する制御弁とを有する建設機械に適用される。

そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記操作手段の操作量に基づいて前記作業装置の掘削動作を検出する掘削動作検出手段と、前記油圧シリンダの圧力を用いて前記作業装置に負荷が作用した負荷状態を検出する負荷検出手段と、前記掘削動作検出手段によって掘削動作が検出され、かつ該負荷検出手段によって負荷状態が検出されたときに前記油圧シリンダの保持圧を減少させる保持圧減少手段と、前記作業装置の先端側の高さ位置を検出する高さ位置検出手段と、該高さ位置検出手段による高さ検出値が予め決められた所定高さ位置よりも高い上側掘削状態では前記保持圧減少手段を用いて掘削動作および負荷状態に応じて前記油圧シリンダの保持圧を減少させ、高さ検出値が所定高さ位置よりも低い下側掘削状態では前記保持圧減少手段を作動させずに前記油圧シリンダの保持圧を維持する上側掘削処理手段を備える構成としたことにある。

請求項２の発明では、前記掘削動作検出手段は、前記アームのクラウド方向への操作量を検出するアームクラウド操作検出手段と、前記バケットのクラウド方向への操作量を検出するバケットクラウド操作検出手段と、前記アームクラウド操作検出手段による検出操作量とバケットクラウド操作検出手段による検出操作量とのうち少なくともいずれか一方が予め決められた所定操作量を超えたときに掘削動作であると判定する掘削動作判定手段とによって構成している。

請求項３の発明では、前記高さ位置検出手段は、前記ブームの回転角度を検出するブーム回転角検出手段と、前記アームの回転角度を検出するアーム回転角検出手段と、前記ブーム回転角検出手段による検出ブーム角とアーム回転角検出手段による検出アーム角とに基づいて前記アームとバケットとの連結部の高さ位置を演算する高さ位置演算手段とによって構成している。

請求項４の発明では、前記高さ位置検出手段は、前記ブームシリンダの変位量を検出するブームシリンダ変位量検出手段と、前記アームシリンダの変位量を検出するアームシリンダ変位量検出手段と、前記ブームシリンダ変位量検出手段による検出変位量とアームシリンダ変位量検出手段による検出変位量とに基づいて前記アームとバケットとの連結部の高さ位置を演算する高さ位置演算手段とによって構成している。

上述の如く、請求項１に記載の発明によれば、掘削動作検出手段は、操作手段の操作量に基づいて作業装置の掘削動作を検出し、負荷検出手段は、油圧シリンダの圧力を用いて作業装置に負荷が作用する負荷状態を検出する。そして、上側掘削処理手段は、高さ位置検出手段による高さ検出値が予め決められた所定高さ位置よりも高い上側掘削状態と判定したときには、保持圧減少手段を用いて掘削動作および負荷状態に応じて油圧シリンダの保持圧を減少させる。これにより、地面よりも上側を掘削する上側掘削作業では、掘削動作時に作業装置に大きな負荷が作用すると、油圧シリンダの保持圧を低下させて下部走行体および上部旋回体が持ち上がるのを防止できると共に、作業装置の上側から岩石等が落下するのを防止することができる。

一方、上側掘削処理手段は、高さ検出値が所定高さ位置よりも低い下側掘削状態と判定したときには、保持圧減少手段を作動させずに油圧シリンダの保持圧を維持する。これにより、地面よりも下側を掘削する下側掘削作業では、掘削動作時に作業装置に大きな負荷が作用したときでも、油圧シリンダの保持圧を維持して掘削作業における生産性を高めることができる。

請求項２の発明によれば、掘削動作検出手段は、アームクラウド操作検出手段、バケットクラウド操作検出手段および掘削動作判定手段によって構成したから、掘削動作判定手段は、アームクラウド操作検出手段およびバケットクラウド操作検出手段による２つの検出操作量のうち少なくともいずれか一方が予め決められた所定操作量を超えたか否かに基づいて、掘削動作であるか否かを判別することができる。

請求項３の発明によれば、高さ位置検出手段は、ブーム回転角検出手段、アーム回転角検出手段および高さ位置演算手段によって構成した。このため、高さ位置演算手段は、例えばブーム回転角検出手段による検出ブーム角およびブームの長さ寸法を用いてブームとアームとの連結部の高さ位置を演算できると共に、この連結部の高さ位置に基づいて、アーム回転角検出手段による検出アーム角およびアームの長さ寸法を用いてアームとバケットとの連結部の高さ位置を演算することができる。

請求項４の発明によれば、高さ位置検出手段は、ブームシリンダ変位量検出手段、アームシリンダ変位量検出手段および高さ位置演算手段によって構成した。このとき、ブームシリンダ変位量検出手段による検出変位量によってブーム角を演算することができると共に、アームシリンダ変位量検出手段による検出変位量によってアーム角を演算することができる。このため、請求項３の発明と同様に、高さ位置演算手段は、例えばブームシリンダ変位量検出手段による検出変位量およびブームの長さ寸法を用いてブームとアームとの連結部の高さ位置を演算できると共に、この連結部の高さ位置に基づいて、アームシリンダ変位量検出手段による検出変位量およびアームの長さ寸法を用いてアームとバケットとの連結部の高さ位置を演算することができる。

以下、本発明の実施の形態による建設機械として油圧ショベルを例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

まず、図１ないし図６は第１の実施の形態を示している。図中、１は油圧ショベルの下部走行体を示し、該下部走行体１上には上部旋回体２が旋回可能に搭載されている。また、上部旋回体２には、運転室３、機械室４等が配設されている。

５は上部旋回体２の前部に俯仰動可能に取付けられた作業装置（フロント）で、該作業装置５はブーム６、アーム７、バケット８等によって構成され、ブーム６、アーム７、バケット８にはブームシリンダ９、アームシリンダ１０、バケットシリンダ１１等の油圧シリンダが取付けられている。

ここで、ブーム６の基端側は連結部６Ａを介して上部旋回体２に回動可能に連結されると共に、ブーム６の先端側には連結部７Ａを介してアーム７の基端側が回動可能に連結されている。また、アーム７の先端側には連結部８Ａを介してバケット８の基端側が回動可能に連結されている。そして、土砂等の掘削作業時には、ブームシリンダ９等を伸縮させることにより、ブーム６およびアーム７を俯仰動させつつ、バケット８を回動させ、該バケット８の先端側で土砂等を掘削するものである。

次に、ブームシリンダ９およびアームシリンダ１０を駆動するための油圧回路について図２ないし図４を参照しつつ説明する。

１２は油圧源としての油圧ポンプで、該油圧ポンプ１２は上部旋回体２の機械室４内にディーゼルエンジン等の原動機（図示せず）と共に設けられ、油圧ポンプ１２は油路としての主管路１３Ａ，１３Ｂを通じてブームシリンダ９に接続され、主管路１４Ａ，１４Ｂを通じてアームシリンダ１０に接続されると共に、主管路１５Ａ，１５Ｂを通じてバケットシリンダ１１に接続されている。

このとき、主管路１３Ａ，１３Ｂは、ブームシリンダ９のロッド側油室９Ａ、ボトム側油室９Ｂにそれぞれ接続されている。同様に、主管路１４Ａ，１４Ｂは、アームシリンダ１０のロッド側油室１０Ａ、ボトム側油室１０Ｂにそれぞれ接続され、主管路１５Ａ，１５Ｂは、バケットシリンダ１１のロッド側油室１１Ａ、ボトム側油室１１Ｂにそれぞれ接続されている。そして、油圧ポンプ１２は、原動機によって回転駆動され、タンク１６内の作動油を高圧の圧油として各シリンダ９〜１１等に吐出させる。

１７は主管路１３Ａ，１３Ｂの途中に設けられ、油圧ポンプ１２からブームシリンダ９に給排する圧油の方向を切換える方向切換弁（制御弁）で、該方向切換弁１７は、例えば４ポート３位置の油圧パイロット式の方向切換弁によって構成されている。

また、方向切換弁１７の各パイロット部には、一対のパイロット油路１８Ａ，１８Ｂがそれぞれ接続されると共に、パイロット油路１８Ａ，１８Ｂにはパイロット弁１９が設けられている。そして、パイロット弁は、運転室３内のブーム用操作レバー１９Ａ（操作手段）を操作することによって、パイロット油路１８Ａ，１８Ｂのいずれか一方にパイロット圧を発生させる。

このとき、方向切換弁１７は、パイロット油路１８Ａからパイロット圧が供給されるときには、中立位置（ａ1）からブーム下げ位置（ｂ1）に切換わる。これにより、ブームシリンダ９が縮小して、ブーム６は下側に向けて回動する。

一方、方向切換弁１７は、パイロット油路１８Ｂからパイロット圧が供給されるときには、中立位置（ａ1）からブーム上げ位置（ｃ1）に切換わる。これにより、ブームシリンダ９が伸長して、ブーム６は上側に向けて回動する。

２０は主管路１４Ａ，１４Ｂの途中に設けられ、油圧ポンプ１２からブームシリンダ１０に給排する圧油の方向を切換える方向切換弁（制御弁）で、該方向切換弁２０は、方向切換弁１７とほぼ同様に、例えば４ポート３位置の油圧パイロット式の方向切換弁によって構成されている。

また、方向切換弁２０の各パイロット部には一対のパイロット油路２１Ａ，２１Ｂがそれぞれ接続されると共に、パイロット油路２１Ａ，２１Ｂにはアーム操作用のパイロット弁２２が設けられている。このとき、パイロット弁２２は、運転室３内のアーム用操作レバー２２Ａ（操作手段）を操作することによって、パイロット油路２１Ａ，２１Ｂのいずれか一方にパイロット圧を発生させる。

このとき、方向切換弁２０は、パイロット油路２１Ａからパイロット圧が供給されるときには、中立位置（ａ2）からアームダンプ位置（ｂ2）に切換わる。これにより、アームシリンダ１０が縮小して、アーム７は土砂を落とすダンプ側（上側）に向けて回動する。

一方、方向切換弁２０は、パイロット油路２１Ｂからパイロット圧が供給されるときには、中立位置（ａ2）からアームクラウド位置（ｃ2）に切換わる。これにより、アームシリンダ１０が伸長して、アーム７は土砂をかき入れるクラウド側（下側）に向けて回動する。

２３は主管路１５Ａ，１５Ｂの途中に設けられ、油圧ポンプ１２からバケットシリンダ１１に給排する圧油の方向を切換える方向切換弁（制御弁）で、該方向切換弁２３は、方向切換弁１７とほぼ同様に、例えば４ポート３位置の油圧パイロット式の方向切換弁によって構成されている。

また、方向切換弁２３の各パイロット部には一対のパイロット油路２４Ａ，２４Ｂがそれぞれ接続されると共に、パイロット油路２４Ａ，２４Ｂにはアーム操作用のパイロット弁２５が設けられている。このとき、パイロット弁２５は、運転室３内のバケット用操作レバー２５Ａ（操作手段）を操作することによって、パイロット油路２４Ａ，２４Ｂのいずれか一方にパイロット圧を発生させる。

このとき、方向切換弁２３は、パイロット油路２４Ａからパイロット圧が供給されるときには、中立位置（ａ3）からバケットダンプ位置（ｂ3）に切換わる。これにより、バケットシリンダ１１が縮小して、バケット８は土砂を落とすダンプ側に向けて回動する。

一方、方向切換弁２３は、パイロット油路２４Ｂからパイロット圧が供給されるときには、中立位置（ａ3）からバケットクラウド位置（ｃ3）に切換わる。これにより、バケットシリンダ１１が伸長して、バケット８は土砂をかき入れるクラウド側に向けて回動する。

２６はパイロット油路２１Ｂの途中に接続して設けられたアームクラウド操作検出手段としての圧力スイッチで、該圧力スイッチ２６は、パイロット油路２１Ｂにパイロット圧が発生したときに、ＯＮに切換わる。これにより、圧力スイッチ２６は、アーム用操作レバー２２Ａの操作によって方向切換弁２０がアームクラウド位置（ｃ2）に切換わるときに、操作信号Ｓamを出力する。

２７はパイロット油路２４Ｂの途中に接続して設けられたバケットクラウド操作検出手段としての圧力スイッチで、該圧力スイッチ２７は、パイロット油路２４Ｂにパイロット圧が発生したときに、ＯＮに切換わる。これにより、圧力スイッチ２７は、バケット用操作レバー２５Ａの操作によって方向切換弁２３がバケットクラウド位置（ｃ3）に切換わるときに、操作信号Ｓbkを出力する。

２８は主管路１４Ｂの途中に接続して設けられた圧力センサで、該圧力センサ２８は、アームシリンダ１０のボトム側油室１０Ｂの圧力Ｐamを検出し、この圧力Ｐamに応じた圧力検出信号を出力する。

２９は主管路１３Ａの途中に接続して設けられた圧力センサで、該圧力センサ２９は、ブームシリンダ９のロッド側油室９Ａの圧力Ｐbmを検出し、この圧力Ｐbmに応じた圧力検出信号を出力する。

３０は主管路１３Ａの途中に接続された保持圧減少手段としての圧力制御弁で、該圧力制御弁３０は、例えば油圧パイロット式のリリーフ弁によって構成され、チェック弁３１が並列に接続されている。また、圧力制御弁３０の油圧パイロットには、油圧パイロット式の圧力制御切換弁３２を介してブームシリンダ９のロッド側油室９Ａの圧力Ｐbmが作用している。さらに、圧力制御切換弁３２のパイロット部は、電磁弁３３を介して油圧ポンプ１２に接続されている。

そして、後述のコントローラ３６から減圧信号Ｊupが出力されると、電磁弁３３はＯＮとなり、油圧ポンプ１２からの圧油が圧力制御切換弁３２のパイロット部に供給される。これにより、圧力制御切換弁３２は、連通位置から遮断位置に切換わり、圧力制御弁３０の油圧パイロットに作用していたブームシリンダ９のロッド側油室９Ａからの油を遮断する。この結果、圧力制御弁３０の設定圧が低下し、ブーム６を保持するためのブームシリンダ９のロッド側油室９Ａ内の圧力Ｐbmであるブーム保持圧が低下する。

３４はブーム６の傾斜角度（ブーム角α）を検出するブーム角検出器で、該ブーム角検出器３４は、例えばブーム６と上部旋回体２との連結部６Ａの周囲に設けられ、ブーム６が水平方向に対して傾斜した角度を検出し、このブーム角αに応じた角度検出信号を後述のコントローラ３６に向けて出力する。

３５はブーム６に対するアーム７の傾斜角度（アーム角β）を検出するアーム角検出器で、該アーム角検出器３５は、例えばブーム６とアーム７との連結部７Ａの周囲に設けられ、アーム７がブーム角α方向に対して傾斜した角度を検出し、このアーム角βに応じた角度検出信号を後述のコントローラ３６に向けて出力する。

３６は処理装置としてのコントローラで、該コントローラ３６は、図４に示すように、種々の演算、処理を行う中央処理ユニット３７（以下、ＣＰＵ３７という）、ＣＰＵ３７の処理プログラム等を格納する読出し専用メモリ３８（以下、ＲＯＭ３８という）、ＣＰＵ３７の演算、制御の結果等を格納するランダムアクセスメモリ３９（以下、ＲＡＭ３９という）、時刻信号を出力するタイマ４０等によって構成されている。

ここで、ＲＯＭ３８には、上側掘削姿勢検出処理用のプログラムが格納されると共に、後述する操作信号Ｓam，Ｓbkの連続入力時間を判定するための時間判定値Ｔ、圧力Ｐam，Ｐbmを判定するための圧力判定値Ｐamt，Ｐbmt、高さ位置Ｈを判定するための所定高さ位置としての高さ判定値Ｈt、減圧信号Ｊupの出力を継続する時間ΔＴ（例えば、ΔＴ＝５〜１５秒）が格納されている。

このとき、時間判定値Ｔは、オペレータが操作レバー２２Ａ，２５Ａを操作していることを確実に判別するために必要な時間として、例えば０．１〜０．６秒程度の値に設定されている。圧力判定値Ｐamt，Ｐbmtは、下部走行体１、上部旋回体２等の重量を考慮しつつ、ジャッキアップ現象が発生する可能性がある圧力Ｐam，Ｐbmの値として、例えば１５Ｍ〜２５ＭＰa程度の値に設定されている。高さ判定値Ｈtは、地面よりも上側の掘削を行うことが明らかな高さ位置Ｈの値として、例えば０．５〜１．５ｍ程度の値に設定されている。

また、コントローラ３６は、入力インターフェイス４１と出力インターフェイス４２とを備えている。この入力インターフェイス４１には、圧力スイッチ２６，２７、圧力センサ２８，２９、ブーム角検出器３４、アーム角検出器３５が接続されている。一方、出力インターフェイス４２には、電磁弁３３が接続されている。

そして、コントローラ３６は、圧力スイッチ２６，２７の操作信号Ｓam，Ｓbkに基づいて作業装置５の掘削動作を検出すると共に、圧力センサ２８，２９の検出圧力信号に基づいて作業装置５に負荷が作用した負荷状態を検出する。また、コントローラ３６は、ブーム角検出器３４によって検出したブーム角αとアーム角検出器３５によって検出したアーム角βとに基づいて、バケット８とアーム７との連結部８Ａの高さ位置Ｈ（地面からの垂直距離）を演算する。

高さ位置Ｈが高さ判定値Ｈtよりも高い（Ｈ＞Ｈt）ときには、コントローラ３６は、作業装置５が地面よりも上側を掘削する上側掘削状態にあると判定する。この場合、コントローラ３６は、作業装置５の掘削動作および負荷状態に応じて減圧信号Ｊupを出力インターフェイス４２から電磁弁３３に向けて出力する。これにより、電磁弁３３が切換わり、ブームシリンダ９の保持圧を減少させることができる。

一方、高さ位置Ｈが高さ判定値Ｈtよりも低い（Ｈ≦Ｈt）ときには、コントローラ３６は、作業装置５が地面よりも下側を掘削する下側掘削状態にあると判定する。この場合、コントローラ３６は、作業装置５の掘削動作や負荷状態に関係なく、減圧信号Ｊupを出力しなくなる。これにより、ブームシリンダ９の保持圧が維持されるから、作業装置５は大きな掘削力をもって土砂等の掘削作業を行うことができる。

本実施の形態による油圧ショベルは上述の如き構成を有するもので、次にコントローラ３６が実行する上側掘削姿勢検出処理について、図５を参照しつつ説明する。

まず、コントローラ３６は、エンジンを始動させるエンジンスイッチ（いずれも図示せず）をＯＮとすることによりスタートし、上側掘削姿勢検出処理を実行する。

ステップ１では、ブーム角検出器３４およびアーム角検出器３５の角度検出信号を用いて、ブーム角検出器３４によって検出したブーム角αを読込むと共に、アーム角検出器３５によって検出したアーム角βを読込む。

次に、ステップ２では、アーム７がクラウド状態にあることを示す圧力スイッチ２６からの操作信号Ｓamを読込むと共に、バケット８がクラウド状態にあることを示す圧力スイッチ２７からの操作信号Ｓbkを読込む。

次に、ステップ３では、圧力センサ２８による圧力検出信号を用いて、アームシリンダ１０のボトム側油室１０Ｂの圧力Ｐamを読込むと共に、圧力センサ２９による圧力検出信号を用いて、ブームシリンダ９のロッド側油室９Ａの圧力Ｐbmを読込む。

次に、ステップ４では、ブーム角α、アーム角βに基づいて、作業装置５の先端側としてバケット８とアーム７との連結部８Ａの高さ位置Ｈを演算する。具体的には、ブーム６の連結部６Ａの高さ位置Ｈ0、ブーム６の長さ寸法Ｌbm（連結部６Ａ，７Ａ間の距離寸法）およびブーム角αに基づいて、以下の数１の式に示すように、ブーム６の先端部（連結部７Ａ）の高さ位置Ｈ1を演算する。

次に、ブーム６の先端部（連結部７Ａ）の高さ位置Ｈ1、アーム７の長さ寸法Ｌam（連結部７Ａ，８Ａ間の距離寸法）およびアーム角βに基づいて、以下の数２の式に示すように、アーム７の先端部（連結部８Ａ）の高さ位置Ｈを演算する。これにより、バケット８の基端部としてアーム７とバケット８との連結部８Ａの高さ位置Ｈを算出することができる。

次に、ステップ５では、操作レバー２２Ａ，２５Ａの操作量に基づいて、作業装置５が掘削動作をしているか否かを判定する。具体的には、操作レバー２２Ａ，２５Ａの操作量として操作信号Ｓam，Ｓbkの連続入力時間Ｔa，Ｔbを計測し、これらの連続入力時間Ｔa，Ｔbのうち少なくともいずれか一方が所定操作量として例えば０．３秒程度の時間判定値Ｔ（Ｔ＝０．３秒）よりも長時間か否かを判定する。そして、ステップ５で「ＮＯ」と判定したときには、アーム用操作レバー２２Ａおよびバケット用操作レバー２５Ａのいずれも操作されていないから、作業装置５は掘削動作を行っていないものと判定し、ステップ１に移行する。

一方、ステップ５で「ＹＥＳ」と判定したときには、アーム用操作レバー２２Ａおよびバケット用操作レバー２５Ａの片方または両方が時間判定値Ｔよりも長時間に亘って連続して操作されている。このため、操作信号Ｓam，Ｓbkはノイズ等ではなくオペレータの意志に基づいて出力されているもの、即ち作業装置５は掘削動作を行っているものと判定し、ステップ６に移行する。

次に、ステップ６では、アームシリンダ１０のボトム側油室１０Ｂの圧力Ｐamとブームシリンダ９のロッド側油室９Ａの圧力Ｐbmとを用いて、作業装置５に負荷が作用した負荷状態か否かを判定する。具体的には、圧力Ｐam，Ｐbmのうち少なくともいずれか一方が例えば２０ＭＰa程度の圧力判定値Ｐamt，Ｐbmt（Ｐamt＝Ｐbmt＝２０ＭＰa）よりも高いか否かを判定する。そして、ステップ６で「ＮＯ」と判定したときには、アームシリンダ１０の圧力Ｐamとブームシリンダ９の圧力Ｐbmのいずれも低圧となっているから、作業装置５には大きな負荷は作用していない。このため、非負荷状態と判定して、ステップ１に移行する。

一方、ステップ６で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力Ｐam，Ｐbmの片方または両方が圧力判定値Ｐamt，Ｐbmtよりも高圧となっているから、作業装置５にはジャッキアップ現象が生じる程度の大きな負荷が作用している。このため、負荷状態と判定して、ステップ７に移行する。

次に、ステップ７では、ステップ４で演算した高さ位置Ｈが例えば１ｍ程度の高さ判定値Ｈtよりも高いか否かを判定する。そして、ステップ７で「ＮＯ」と判定したときには、作業装置５の先端側の高さ位置Ｈが例えば１ｍ程度の高さ判定値Ｈtよりも低いから、バケット８が地面の下側を掘削する下側掘削状態であると判定し、ステップ１に移行する。

このとき、コントローラ３６は、減圧信号Ｊupを出力しないから、圧力制御弁３０の油圧パイロットには、ブームシリンダ９のロッド側油室９Ａの圧力Ｐbmが作用する。これにより、ブーム保持圧は、作業装置５の掘削動作や負荷状態に拘らず、維持される。

一方、ステップ７で「ＹＥＳ」と判定したときには、作業装置５の先端側の高さ位置Ｈが高さ判定値Ｈtよりも高い（Ｈ＞Ｈt）から、バケット８が地面の上側を掘削する上側掘削状態であると判定し、ステップ８に移行する。

ここで、ステップ８に移行したときには、操作レバー２２Ａ，２５Ａによって掘削動作を行い、各シリンダ９，１０が負荷状態となり、かつ作業装置５の先端側が地面の上側を掘削する上側掘削状態となっている。この場合、下部走行体１の前側が地面から持ち上がるジャッキアップ現象が発生する可能性があるのに加え、例えば作業装置５の上側から岩石等が落下してバケットシリンダ１１のロッド部を破損する虞れがある。このため、ステップ８では、コントローラ３６から電磁弁３３に向けて減圧信号Ｊupを出力し、圧力制御切換弁３２を連通位置から遮断位置に切換える。これにより、圧力制御弁３０の設定圧を低下させて、ブームシリンダ９の保持圧を低下させることができる。

次に、ステップ９では、減圧信号Ｊupが出力を開始してから時間ΔＴが経過したか否かを判定する。そして、ステップ９で「ＮＯ」と判定したときには、減圧信号Ｊupの出力開始から時間ΔＴが経過していないから、ステップ８に戻って、減圧信号Ｊupの出力を継続する。

一方、ステップ９で「ＹＥＳ」と判定したときには、減圧信号Ｊupの出力開始から時間ΔＴが経過したから、ブームシリンダ９の保持圧が十分に低下したと判断して、ステップ１以降の処理を繰り返す。

次に、上側掘削姿勢検出処理を行ったときの動作について具体的に説明する。

まず、オペレータが運転室３内で操作レバー２２Ａ，２５Ａを操作して作業装置５による掘削動作を行うと、図６に示すように、圧力スイッチ２６，２７から操作信号Ｓam，Ｓbkが出力される。

そして、バケット８が掘削対象に接触すると、作業装置５に負荷が作用する。このとき、アームシリンダ１０のボトム側油室１０Ｂの圧力Ｐamとブームシリンダ９のロッド側油室９Ａの圧力Ｐbmは、作業装置５に作用する負荷に応じて、その値が変化する。即ち、負荷が大きいときには、圧力Ｐam，Ｐbmが上昇し、負荷が小さいときには、圧力Ｐam，Ｐbmが低下する。

そして、下部走行体１等が持ち上がるような大きな負荷が作用すると、圧力Ｐam，Ｐbmは、圧力判定値圧力Ｐamt，Ｐbmtを超えて上昇する。ここで、作業装置５の先端側が地面よりも上側に位置した上側掘削状態となっているときには、コントローラ３６は、減圧信号Ｊupを出力する。これにより、図３に示すように、圧力制御弁３０の油圧パイロットに対する圧油の供給が遮断されるから、圧力制御弁３０の設定圧が低下して、ブームシリンダ９の保持圧が低下する。これにより、ブームシリンダ９のロッド側油室９Ａの圧力Ｐbmが低下すると共に、作業装置５に作用する負荷も低下するから、アームシリンダ１０のボトム側油室１０Ｂの圧力Ｐamも、圧力Ｐbmに伴って低下する。

一方、作業装置５の先端側が地面よりも下側に位置した下側掘削状態となっているときには、圧力Ｐam，Ｐbmが圧力判定値圧力Ｐamt，Ｐbmtを超えて上昇しても、コントローラ３６は減圧信号Ｊupを出力しない。このとき、図２に示すように、圧力制御弁３０の油圧パイロットに対してブームシリンダ９のロッド側油室９Ａの圧油が供給される。これにより、図６に示すように、ブームシリンダ９の保持圧（圧力Ｐbm）は維持されるから、作業装置５は大きな掘削力をもって土砂等の掘削を行うことができる。

最後に、土砂等の掘削が終了して、オペレータが操作レバー２２Ａ，２５Ａの操作を止めると、操作信号Ｓam，Ｓbkの出力も停止すると共に、圧力Ｐam，Ｐbmも低下する。

かくして、本実施の形態によれば、コントローラ３６は、操作レバー２２Ａ，２５Ａの操作信号Ｓam，Ｓbkに基づいて作業装置５の掘削動作を検出し、アームシリンダ１０のボトム側油室１０Ｂの圧力Ｐamとブームシリンダ９のロッド側油室９Ａの圧力Ｐbmを用いて作業装置５の負荷状態を検出する。そして、コントローラ３６は、ブーム角α、アーム角βに基づいて演算した高さ位置Ｈが高さ判定値Ｈtよりも高い（Ｈ＞Ｈt）ときには、上側掘削状態と判定して、圧力制御弁３０等を用いて掘削動作および負荷状態に応じてブームシリンダ９の保持圧を減少させる。これにより、地面よりも上側を掘削する上側掘削作業では、掘削動作時に作業装置５に大きな負荷が作用すると、ブームシリンダ９の保持圧を低下させて下部走行体１および上部旋回体２が持ち上がるジャッキアップ現象を防止できると共に、作業装置５の上側から岩石等が落下するのを防止することができる。

一方、コントローラ３６は、高さ位置Ｈが高さ判定値Ｈtよりも低い（Ｈ≦Ｈt）ときには、下側掘削状態と判定して、圧力制御弁３０の油圧パイロットには、ブームシリンダ９のロッド側油室９Ａの圧力Ｐbmが作用する。このとき、圧力制御弁３０の設定圧は低下しないから、ブームシリンダ９の保持圧は維持される。これにより、地面よりも下側を掘削する下側掘削作業では、掘削動作時に作業装置５に大きな負荷が作用したときでも、ブームシリンダ９の保持圧を維持して掘削作業における生産性を高めることができる。

また、コントローラ３６は、アーム用操作レバー２２Ａの操作信号Ｓamとバケット用操作レバー２５Ａの操作信号Ｓbkとを用いて作業装置５が掘削動作を行っているか否かを判定する構成としたから、２つの操作信号Ｓam，Ｓbkのうち少なくともいずれか一方が時間判定値Ｔを超えて継続して出力されたか否かに基づいて、オペレータが掘削動作を行う意志があるか否かを判別することができる。

なお、上側掘削状態では、主としてバケット８およびアーム７の回動によって掘削動作を行い、バケット８を掘削対象に対向させるためにブーム６の下げ操作を徐々に行うことがある。この場合、ブーム用操作レバー１９Ａの操作状態を監視しても掘削動作を行うか否かが把握できないため、掘削動作の判定には操作レバー１９Ａの操作量は用いない。

また、コントローラ３６は、ブーム角検出器３４およびアーム角検出器３５に接続する構成としたから、コントローラ３６は、ブーム角αおよびブーム６の長さ寸法Ｌbmを用いてブーム６とアーム７との連結部７Ａの高さ位置Ｈ1を演算できると共に、この連結部７Ａの高さ位置Ｈ1に基づいて、アーム角検出器３５によるアーム角βおよびアーム７の長さ寸法Ｌamを用いてアーム７とバケット８との連結部８Ａの高さ位置Ｈを演算することができる。

次に、図７は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、ブームシリンダの変位量を検出するブームシリンダ変位量検出手段と、アームシリンダの変位量を検出するアームシリンダ変位量検出手段とを用いて、アームとバケットとの連結部の高さ位置を演算する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

５１はブームシリンダ９の変位量を検出するブームシリンダ変位量検出手段としてのブーム側ストロークセンサで、該ブーム側ストロークセンサ５１は、例えばブームシリンダ９が伸長、縮小するときに、ロッドまたはピストンの変位量を検出し、この変位量に応じた変位量信号Ｓαをコントローラ３６に出力する。このとき、コントローラ３６は、変位量信号Ｓαに基づいてブーム角αを演算する。

５２はアームシリンダ１０の変位量を検出するアームシリンダ変位量検出手段としてのアーム側ストロークセンサで、該アーム側ストロークセンサ５２は、例えばアームシリンダ１０が伸長、縮小するときに、ロッドまたはピストンの変位量を検出し、この変位量に応じた変位量信号Ｓβをコントローラ３６に出力する。このとき、コントローラ３６は、変位量信号Ｓβに基づいてアーム角βを演算する。

そして、コントローラ３６は、演算したブーム角αおよびアーム角β等に基づいて、第１の実施の形態と同様に、アーム７とバケット８との連結部８Ａの高さ位置Ｈを演算する。これにより、コントローラ３６は、上側掘削姿勢検出処理を行うものである。

かくして、第２の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様な作用効果を得ることができる。

なお、前記各実施の形態では、図５中のステップ６が負荷検出手段の具体例を示し、ステップ４が高さ位置検出手段の具体例を示している。また、図５中のステップ７〜９が上側掘削処理手段の具体例を示している。さらに、図５中のステップ５が掘削動作判定手段の具体例を示している。

本発明の第１の実施の形態による油圧ショベルを示す正面図である。 第１の実施の形態による上側掘削姿勢検出処理を行うための全体構成を示す油圧回路図である。 ブームシリンダの保持圧を低下させる状態で示す図２と同様な油圧回路図である。 図２中のコントローラを示すブロック図である。 コントローラによる上側掘削姿勢検出処理を示す流れ図である。 アームシリンダの圧力、バケットシリンダの圧力および操作信号の時間変化を示す特性線図である。 第２の実施の形態による上側掘削姿勢検出処理を行うための全体構成を示す油圧回路図である。

符号の説明

１ 下部走行体
２ 上部旋回体
５ 作業装置
６ ブーム
７ アーム
８ バケット
９ ブームシリンダ
１０ アームシリンダ
１１ バケットシリンダ
１７，２０，２３ 方向切換弁（制御弁）
１９Ａ，２２Ａ，２５Ａ 操作レバー（操作手段）
２６ 圧力スイッチ（アームクラウド操作検出手段）
２７ 圧力スイッチ（バケットクラウド操作検出手段）
２８，２９ 圧力センサ
３０ 圧力制御弁（保持圧減少手段）
３４ ブーム角検出器（ブーム回転角検出手段）
３５ アーム角検出器（アーム回転角検出手段）
３６ コントローラ
５１ ブーム側ストロークセンサ（ブームシリンダ変位量検出手段）
５２ アーム側ストロークセンサ（アームシリンダ変位量検出手段）

Claims (4)

1. 自走可能な下部走行体と、該下部走行体上に旋回可能に設けられた上部旋回体と、該上部旋回体に俯仰動可能に設けられブーム、アームおよびバケットが連結された作業装置と、該作業装置のブーム、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、バケットシリンダからなる油圧シリンダと、操作手段の操作量に応じて該各油圧シリンダに供給する圧油の流れを制御する制御弁とを有する建設機械において、
   前記操作手段の操作量に基づいて前記作業装置の掘削動作を検出する掘削動作検出手段と、
   前記油圧シリンダの圧力を用いて前記作業装置に負荷が作用した負荷状態を検出する負荷検出手段と、
   前記掘削動作検出手段によって掘削動作が検出され、かつ該負荷検出手段によって負荷状態が検出されたときに前記油圧シリンダの保持圧を減少させる保持圧減少手段と、
   前記作業装置の先端側の高さ位置を検出する高さ位置検出手段と、
   該高さ位置検出手段による高さ検出値が予め決められた所定高さ位置よりも高い上側掘削状態では前記保持圧減少手段を用いて掘削動作および負荷状態に応じて前記油圧シリンダの保持圧を減少させ、高さ検出値が所定高さ位置よりも低い下側掘削状態では前記保持圧減少手段を作動させずに前記油圧シリンダの保持圧を維持する上側掘削処理手段を備える構成としたことを特徴とする建設機械。
2. 前記掘削動作検出手段は、前記アームのクラウド方向への操作量を検出するアームクラウド操作検出手段と、前記バケットのクラウド方向への操作量を検出するバケットクラウド操作検出手段と、前記アームクラウド操作検出手段による検出操作量とバケットクラウド操作検出手段による検出操作量とのうち少なくともいずれか一方が予め決められた所定操作量を超えたときに掘削動作であると判定する掘削動作判定手段とによって構成してなる請求項１に記載の建設機械。
3. 前記高さ位置検出手段は、前記ブームの回転角度を検出するブーム回転角検出手段と、前記アームの回転角度を検出するアーム回転角検出手段と、前記ブーム回転角検出手段による検出ブーム角とアーム回転角検出手段による検出アーム角とに基づいて前記アームとバケットとの連結部の高さ位置を演算する高さ位置演算手段とによって構成してなる請求項１または２に記載の建設機械。
4. 前記高さ位置検出手段は、前記ブームシリンダの変位量を検出するブームシリンダ変位量検出手段と、前記アームシリンダの変位量を検出するアームシリンダ変位量検出手段と、前記ブームシリンダ変位量検出手段による検出変位量とアームシリンダ変位量検出手段による検出変位量とに基づいて前記アームとバケットとの連結部の高さ位置を演算する高さ位置演算手段とによって構成してなる請求項１または２に記載の建設機械。

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