JP2010196253A - 建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】屈曲自在な作業腕の先端部に作業アタッチメントが装着される建設機械において、機体安定性を確保しながら効率よく作業できるように構成する。
【解決手段】解体作業機１の制御装置１７に、アタッチメント位置Ｐを検出する作業位置演算部４２と、アタッチメント位置Ｐに基づいて機体の安定姿勢を確保できる許容作業範囲を判断する作業範囲判断部４３と、作業アタッチメントに作用する外力としての負荷値Ｆを演算する負荷演算部４５と、該負荷演算部４５により演算される負荷値Ｆに基づいて機体バランスを判断し、安定姿勢を損なう惧れがあると判断することに伴い警告を発する過負荷判断部４６とを設ける構成とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、機体の安定性を確保するための制御システムが設けられた建設機械の技術分野に属するものである。

一般に、建設機械は、クローラ式の下部走行体と、該下部走行体に旋回自在に支持される上部旋回体と、該上部旋回体のフロント部に装着されるフロント作業機とを備えると共に、該フロント作業機は、基端部が上部旋回体のフロント部に上下動自在に支持される作業腕の先端部に各種作業アタッチメントを装着して構成されるが、この様な建設機械の一つとして、ビル等の被作業体の解体を行なうための解体用アタッチメントが装着された解体作業機が知られている。
ところで、前記解体作業機では、高所での解体作業を容易に行なえるように、例えば、ブームと多関節アームとからなる長尺の作業腕が用いられるのが一般的であり、この様な長尺の作業腕を用いた場合には、フロント作業機が機体バランスに及ぼす影響が大きいため、解体用アタッチメントの位置によっては機体バランスが損なわれてしまう惧れが生じる。
そこで従来、ブームおよびアームにそれぞれ角度検出器を、また車体にコントローラを設け、角度検出器からの検出信号に基づきコントローラにおいて作業機全体の重心位置と、下部走行体の接地面における安定支点の支持力を演算し、該支持力値を表示器に表示すると共に、支持力が安全作業確保上の限界値以下になった場合に警報を発するように構成した技術が提唱されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平７−２４７５７８号公報

ところで、解体用アタッチメントによる作業を行う場合では、被作業体からの反力が外力として解体用アタッチメントに作用することになり、該外力は機体の支持力を損なうように作用する。特に、前述したように、長い作業腕を用いて解体作業を行うような場合では、被作業体から解体用アタッチメントが受ける外力が機体の支持力に対して大きく作用する。しかるに、前記従来のものでは、機体の安定支点における支持力を、ブームやアームの位置から算出される作業アタッチメント位置に基づいて演算し、該支持力を基準として機体の安全作業が確保できるか否かを判断しており、解体用アタッチメントに作用する外力については一切考慮されることはない。このため、解体作業の過程で、解体用アタッチメント位置に基づく支持力が限界値に達していない場合であっても、解体用アタッチメントに大きな外力が作用した場合では、支持力が低下するようなことが想定される場合があり、ここに本発明が解決しようとする課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、クローラ式の下部走行体と、該下部走行体に旋回自在に支持される上部旋回体と、該上部旋回体のフロント部に装着されるフロント作業機とを備えると共に、該フロント作業機を、基端部が上部旋回体に上下揺動自在に支持される作業腕の先端部に作業アタッチメントを装着して構成してなる建設機械において、該建設機械に、作業アタッチメントの位置を検出するアタッチメント位置検出手段と、作業アタッチメントの位置に基づいて機体の安定姿勢を確保できる許容作業範囲を判断する作業範囲判断手段とを具備した制御システムを設けるにあたり、前記制御システムに、作業アタッチメントに作用する負荷を検出する負荷検出手段と、該負荷検出手段により検出される負荷値に基づいて機体バランスを判断し、安定姿勢を損なう惧れがあると判断することに伴い警告を発するよう報知手段を駆動する過負荷判断手段とが設けられていることを特徴とする建設機械である。
請求項２の発明は、過負荷判断手段は、作業アタッチメントの位置が許容作業範囲内に位置する場合に、機体バランスを判断するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の建設機械である。
請求項３の発明は、過負荷判断手段は、負荷値に基づく機体バランスを示す数値として安定係数を算出し、該安定係数を、機体の安定を確保できる予め設定される基準安定係数と比較して、機体バランスを判断するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の建設機械である。
請求項４の発明は、報知手段は、モニタ表示器を備えて構成されており、過負荷判断手段は、負荷値に基づく安定係数が機体の安定姿勢を確保できると判断することに伴い、負荷値と安定係数とをモニタ表示器に表示するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の建設機械である。

請求項１の発明とすることにより、機体の安定性を、アタッチメント位置に基づくだけでなく、アタッチメントに作用する負荷に基づいて検出することができて、機体の安定性を一層確実に確保できて、作業効率の向上を図れる。
請求項２の発明とすることにより、オペレータは警告に従って作業状態や機体の姿勢を調整することができて、一層の作業効率の向上が図れる。
請求項３の発明とすることにより、作業状況に合わせた警告を発することができて、さらなる作業効率の向上が図れる。
請求項４の発明とすることにより、アタッチメント位置に作用する外力を確認しながらの作業が可能となる。

図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ解体作業機の側面図、平面図である。 ブーム用シリンダ、第一、第二アーム用シリンダの油圧回路図である。 制御装置の入出力、および制御を示すブロック図である。 解体作業機の作業許容範囲を示す側面図である。 図５（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ解体作業機のアタッチメント位置における外力の算出方法を説明する側面図、図５（Ａ）の位置関係を説明する要部概略図である。 制御装置における制御手順を示すフローチャートである。 過負荷判断制御の制御手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１において、１は建設機械の一例である解体作業機であって、該解体作業機１は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２に旋回自在に支持される上部旋回体３、該上部旋回体３のフロント部に装着されるフロント作業機４を具備して構成されるとともに、該フロント作業機４は、基端部が上部旋回体３に上下方向揺動自在に支持されるブーム５、該ブーム５の先端部に上下方向揺動自在に支持される第一アーム６、該第一アーム６の先端部に上下方向揺動自在に支持される第二アーム７とにより屈曲自在に構成される作業腕と、該作動腕の先端部となる第二アーム７の先端部に取付けられる破砕機８（解体用アタッチメントの一つであって、本発明の作業アタッチメントに相当する）とを用いて構成されている。さらに、フロント作業機４は、ブーム５、第一、第二アーム６、７、破砕機８を揺動せしめるべく伸縮作動するブーム用シリンダ９、第一アーム用シリンダ１０、第二アーム用シリンダ１１、アタッチメント用シリンダ１２等の部材が設けられている。

さらに、フロント作業機４には、ブーム５の上部旋回体３に対する揺動角度（ブーム角度α）を検出するブーム角度センサ１３、第一アーム６のブーム５に対する揺動角度（第一アーム角度β）を検出する第一アーム角度センサ１４、第二アーム７の第一アーム６に対する揺動角度（第二アーム角度γ）を検出する第二アーム角度センサ１５、下部走行体２に対する上部旋回体３の旋回角度（旋回角度φ）を検出する旋回角度センサ１６とが設けられており、これら各角度センサ１３〜１６は本発明のアタッチメント位置検出手段を構成しており、各角度センサ１３〜１６からの検出信号は、本発明の制御システムに相当する後述する制御装置１７に入力されるように構成されている。

また、第一アーム用シリンダ１０にはヘッド側油室の圧力（第一ヘッド圧Ｐ１ｈ）を検出する第一アームヘッド側圧力センサ１８と、第一アーム用シリンダ１０のロッド側油室の圧力（第一ロッド圧Ｐ１ｒ）を検出する第一アームロッド側圧力センサ１９とが設けられ、第二アーム用シリンダ１１にはヘッド側油室の圧力（第二ヘッド圧Ｐ２ｈ）を検出する第二アームヘッド側圧力センサ２０と、第二アーム用シリンダ１１のロッド側油室の圧力（第二ロッド圧Ｐ２ｒ）を検出する第二アームロッド側圧力センサ２１とが設けられており、これら各圧力センサ１８〜２１は本発明の負荷検出手段を構成しており、第一、第二アーム用シリンダ１０、１１に作用する圧力を検出し、各圧力センサ１８〜２１からの検出信号は前記制御装置１７に入力されるように構成されている。

ついで、図２に、前記ブーム用、第一アーム用、第二アーム用の各シリンダ９〜１１の油圧回路を示すが、該図２において、２２は前記各シリンダ９〜１１の油圧源になる油圧ポンプ、２３はパイロット油圧源になるパイロットポンプ、２４は油タンク、２５〜２７はブーム用、第一アーム用、第二アーム用の各コントロールバルブである。

前記ブーム用、第一アーム用、第二アーム用の各コントロールバルブ２５〜２７は、伸長側、縮小側パイロットポート２５ａ〜２７ａ、２５ｂ〜２７ｂを備えた三位置切換弁であって、両パイロットポート２５ａ〜２７ａ、２５ｂ〜２７ｂにパイロット圧が入力されていない状態では、ブーム用、第一アーム用、第二アーム用の各シリンダ９〜１１に対する油給排を行なわない中立位置Ｎに位置しているが、伸長側或いは縮小側パイロットポート２５ａ〜２７ａ、２５ｂ〜２７ｂにパイロット圧が入力されることにより伸長側位置Ｌ或いは縮小側位置Ｓに切換わって、各シリンダ９〜１１を伸長或いは縮小せしめるべく油給排制御を行なうように構成されている。

また、２８〜３０はブーム用、第一アーム用、第二アーム用の各パイロットバルブであって、これらパイロットバルブ２８〜３０は、ブーム用、第一アーム用、第二アーム用の各操作具３１〜３３の操作に基づいて、前記ブーム用、第一アーム用、第二アーム用の各コントロールバルブ２５〜２７の伸長側、縮小側パイロットポート２５ａ〜２７ａ、２５ｂ〜２７ｂにパイロット圧を出力するように構成されている。そして、ブーム用、第一アーム用、第二アーム用の各操作具３１〜３３の操作が適宜なされることに伴い、パイロットバルブ２８〜３０から対応するパイロット圧が出力されることにより、コントロールバルブ２５〜２７が伸長側位置Ｌ或いは縮小側位置Ｓに切換えられて、ブーム用、第一アーム用、第二アーム用の各シリンダ９〜１１の伸縮作動が行われるように構成されている。

さらに、３４Ａ〜３６Ａ、３４Ｂ〜３６Ｂはブーム用、第一アーム用、第二アーム用の伸長側、縮小側電磁比例減圧弁であって、これら電磁比例減圧弁３４Ａ〜３６Ａ、３４Ｂ〜３６Ｂは、前記パイロットバルブ２８〜３０からコントロールバルブ２５〜２７の伸長側、縮小側パイロットポート２５ａ〜２７ａ、２５ｂ〜２７ｂに至るパイロット油路に配されている。そして、これらブーム用、第一アーム用、第二アーム用の伸長側、縮小側電磁比例減圧弁３４Ａ〜３６Ａ、３４Ｂ〜３６Ｂが、後述する制御装置１７からの制御指令に基づいて、パイロットバルブ２８〜３０から伸長側、縮小側パイロットポート２５ａ〜２７ａ、２５ｂ〜２７ｂへの出力パイロット圧を遮断、或いは減圧することによって、操作具３１〜３３が操作されてもコントロールバルブ２５〜２７の伸長側、縮小側パイロットポート２５ａ〜２７ａ、２５ｂ〜２７ｂにパイロット圧が入力されない、或いは減圧されることになり、これによって各シリンダ９〜１１の伸縮作動を停止、或いは減速させることができるように構成されている。

一方、前記制御装置１７は、マイクロコンピュータ等を用いて構成されるものであって、図３のブロック図に示すごとく、入力側に、前記ブーム角度センサ１３、第一アーム角度センサ１４、第二アーム角度センサ１５、旋回角度センサ１６、第一アームヘッド側圧力センサ１８、第一アームロッド側圧力センサ１９、第二アームヘッド側圧力センサ２０、第二アームロッド側圧力センサ２１が接続されている。また、出力側には、前記ブーム用、第一アーム用、第二アーム用の伸長側、縮小側電磁比例減圧弁３４Ａ〜３６Ａ、３４Ｂ〜３６Ｂ、本発明の報知手段であって、本実施の形態では、解体作業機１のキャブ１ａ内に配されるモニタ表示装置３７とブザー等の警報器３８とが接続されている。

そして、前記制御装置１７は、前記図３に示すようにメモリ３９を備えて構成されており、該メモリ３９には、部材データ部４０と許容作業範囲データ部４１とが設けられている。前記部材データ部４０には、フロント作業機４を構成する各部材のデータ（ブーム５、第一アーム６、第二アーム７、破砕機８の寸法（長さ）Ｌｂ、Ｌ１ａ、Ｌ２ａ、Ｌｃ、ブーム５、第一アーム６、第二アーム７、破砕機８の重量Ｗｂ、Ｗ１ａ、Ｗ２ａ、Ｗｃ、ブーム５、第一アーム６、第二アーム７、破砕機８の重心位置Ｂｂ、Ｂ１ａ、Ｂ２ａ、Ｂｃ）や上部旋回体３、下部走行体２の寸法、上部旋回体３、下部走行体２の重量Ｗｐ、Ｗｔ、上部旋回体３、下部走行体２の重心位置Ｂｐ、Ｂｔ、下部走行体２の前方安定支点位置Ｒ等の必要なデータが保存されている。因みに、各部材データのうち、位置を表わすデータは、下部走行体２の接地部位となる前後方向をＸ軸、ブーム５の基端部の揺動支軸を通る上下方向をＺ軸とする座標を用いて表わされるデータとして保存されている。

また、前記許容作業範囲データ部４１には、破砕機８の各作業位置において、解体作業機１の機体安定性を確保できる状態で作業を行うことができる許容作業範囲が、データとして保存されている。この場合、下部走行体２に対するフロント作業機４の向き、つまり、上部旋回体３の旋回角度φによって機体安定性が異なるため、許容作業範囲データ部４１には、上部旋回体３の旋回角度φに応じた許容作業範囲のデータが保存されている。また、本実施の形態では、図４に示すように、許容作業範囲の外側境界線Ｍ（安全作業確保上の限界値に相当する）に近い部分に、外側境界線Ｍに近いことをオペレータに警告するための警告領域が設定されているとともに、前記外側境界線Ｍの外側であって、機体安定性を確保できない惧れがある領域として危険領域が設定されており、許容作業範囲データ部４１には、体安定性を確保できる許容作業範囲領域とともに、警告領域、危険領域の各データが、上部旋回体３の旋回角度φに応じてそれぞれ保存されている。尚、前記部材データ部４０および許容作業範囲データ部４１のデータは、フロント作業機４を構成する各部材の寸法や重量、種類等に応じて適宜書換可能に構成されている。

また、４２は作業位置演算部であって、該作業位置演算部４２は、前記ブーム角度センサ１３、第一、第二アーム角度センサ１４、１５により検出されるブーム角度α、第一アーム角度β、第二アーム角度γと、前記部材データ部４０に保存されているフロント作業機４の各部材のデータ等が入力され、これら入力信号に基づいて、第二アーム７の先端部位置Ｐを演算し、該演算値を、本発明の作業範囲判断手段に相当する作業範囲判断部４３に出力するように構成されている。尚、本実施の形態では、作業アタッチメントである破砕機８の基端部が取付けられる第二アーム７の先端部位置Ｐを、破砕機８の位置、つまりアタッチメント位置Ｐとして演算するように構成されており、該構成が本発明のアタッチメント位置検出手段に相当する。ここで、破砕機８の位置（アタッチメント位置）Ｐは、前述したように、下部走行体２の接地部位となる前後方向をＸ軸、ブーム５の基端部の揺動支軸を通る上下方向をＺ軸とする座標を用いて表わされるように設定されている。

さらに、本実施の形態の制御装置１７には、許容作業範囲設定部４４が設けられている。前記許容作業範囲設定部４４は、前記旋回角度センサ１６により検出される旋回角度φと、許容作業範囲データ部４１とからの信号入力により、旋回角度φにおいて機体安定性を確保できる状態で破砕機８の作業を行うことができる許容作業範囲、および、該許容作業範囲の外側境界線Ｍ（許容作業範囲の限界線）に近いことをオペレータに警告するための警告領域と、外側境界線Ｍの外側となる危険領域とを設定し、これら設定された許容作業範囲、警告領域、危険領域を、前記作業範囲判断部４３に出力するように構成されている。そして、作業範囲判断部４３は、作業位置演算部４２からの信号（破砕機８の位置であるアタッチメント位置Ｐ）と許容作業範囲設定部４４からの信号に基づいて、アタッチメント位置Ｐに対応する許容作業範囲領域、警告領域、危険領域を判断し、後述する制御を行なうように構成されている。

また、制御装置１７には負荷演算部４５が設けられている。前記負荷演算部４５は、本実施の形態では、部材データ部４０からの信号、作業位置演算部４２からの信号（アタッチメント位置Ｐ）、さらには、前記第一、第二アームヘッド側圧力センサ１８、２０、第一、第二アームロッド側圧力センサ１９、２１により検出される第一、第二ヘッド圧Ｐ１ｈ、Ｐ２ｈ、第一、第二ロッド圧Ｐ１ｒ、Ｐ２ｒとが入力され、これら入力信号から後述する手順に基づいてアタッチメント位置Ｐに作用する外力、即ち、作業アタッチメントに作用する外力である負荷値Ｆを演算するように構成されている。さらに、本実施の形態の負荷演算部４５は、アタッチメント位置Ｐに負荷値Ｆが作用したときの解体作業機１の機体バランスを数値化するべく、前方安定支点位置Ｒを基準とする機体上部の作業部近傍における荷重と負荷値Ｆとに基づくモーメントと、機体下部の荷重に基づくモーメントとの割合を示す数値を安全係数ｆｓとして演算するように構成されている。即ち、安全係数ｆｓは、前記負荷値ＦのＸ、Ｚ方向におけるモーメントとフロント作業機４（ブーム５、第一、第二アーム６、7、破砕機８）の前方安定支点位置Ｒを基準とするモーメントの和を、上部旋回体３と下部走行体２との前方安定支点位置Ｒを基準とするモーメントの和で除した数値として演算されている。このように、各圧力センサ１９、２０、２１、２２に基づいてアタッチメント位置Ｐにおける負荷値Ｆ、および、安全係数ｆｓを演算する構成が本発明の負荷検出手段に相当する。

さらに、制御装置１７には過負荷判断手段４６が設けられている。前記過負荷判断手段４６には、破砕機８（作業アタッチメント）に作用する負荷値Ｆ（外力）により解体作業機１が安定姿勢を確保できる限界での安定係数を基準安定係数ｆｂとしてが予め保存されており、過負荷判断手段４６は、前記負荷演算部４５からの入力信号である安定係数ｆｓが、前記基準安定係数ｆｂと比較して数値が大きいか否かを判断し、これによって、アタッチメント位置Ｐに作用する負荷値Ｆが、機体安定性を損なう惧れがある大きさであるか否かを判断するように構成されており、該構成が本発明の過負荷判断手段に相当する。尚、過負荷判断手段は、本実施の形態では、負荷値に基づいて機体の前方安定支点位置Ｒを基準とするモーメントに係わる安定係数を求め、該安定係数に基づいて機体の安定姿勢を判断しているが、該判断の基準は安定係数に限らず、負荷値に基づいて機体バランスを数値化したものであればよい。

つぎに、制御装置１７の制御手順について図６、７のフローチャートに基づいて説明する。
前記制御装置１７は、解体作業機１に設けられる図示しないキースイッチをＯＮ作動することに基づいて起動して初期設定がなされる。続いて、制御装置１７は、部材データ４０に保存されている各種データを読み込み（ステップ１）、ブーム角度センサ１３、第一アーム角度センサ１４、第二アーム角度センサ１５、旋回角度センサ１６により検出されるブーム角度α、第一アーム角度β、第二アーム角度γ、旋回角度φを読み込み（ステップ２）、第一、第二アームヘッド側圧力センサ１８、２０、第一、第二アームロッド側圧力センサ１９、２１により検出される第一、第二ヘッド圧Ｐ１ｈ、Ｐ２ｈ、第一、第二ロッド圧Ｐ１ｒ、Ｐ２ｒを読み込む（ステップ３）。つぎに、制御装置１７は、作業位置演算部４２においてブーム角度α、第一アーム角度β、第二アーム角度γに基づいて第二アーム７の先端部位置である破砕機８の位置（アタッチメント位置）Ｐを演算し、該演算値を作業範囲判断部４３に出力する（ステップ４）。また、制御装置１７は、許容作業範囲設定部４４において旋回角度φに基づいて許容作業範囲データ部４１から許容作業範囲、警告領域、危険領域を設定して作業範囲判断部４３に出力する（ステップ５）。この状態において、制御装置１７は、作業範囲判断部４３においてアタッチメント位置Ｐが警告領域に侵入したか否かを判断し（ステップ６）、警告領域に侵入していないと判断された場合では、アタッチメント位置Ｐは許容作業範囲内に位置していると判断し、後述する過負荷判断制御に移行して破砕機８（アタッチメント位置Ｐ）に作用する負荷を演算して、機体の安定姿勢を確保できるか否か（過負荷状態であるか否か）を判断をするように構成されている（ステップ７）。

一方、ステップ６において、作業範囲判断部４３により、アタッチメント位置Ｐが警告領域内に侵入していると判断した場合では、続けて、アタッチメント位置Ｐが外側境界線Ｍを越えて危険領域内に侵入したか否かを判断し（ステップ８）、危険領域に侵入していない、即ち、アタッチメント位置Ｐが警告領域内に位置していると判断された場合では、制御装置１７は、モニタ表示器３７に警告領域内に侵入したことを表示するとともに、警報器３８を断続的に発音させるべく制御指令を出力する（ステップ９）ように構成されている。尚、ステップ９において、制御装置１７は、破砕機８が許容作業範囲の外側境界線Ｍに近づく方向へのブーム用シリンダ９、第一アーム用シリンダ１０、第二アーム用シリンダ１１の伸縮作動を減速するべく、前記ブーム用、第一アーム用、第二アーム用の伸長側、縮小側電磁比例減圧弁３４Ａ〜３６Ａ、３４Ｂ〜３６Ｂに対して、パイロットバルブ２８〜３０からコントロールバルブ２５〜２７の伸長側、縮小側パイロットポート２５ａ〜２７ａ、２５ｂ〜２７ｂへの出力パイロットを減圧するように制御指令を出力する構成としてもよく、このようにすることにより、警告領域内において作業する場合では、破砕機８が許容作業範囲の外側境界線Ｍに近づく方向に移動する速度を減速させることができる。

これに対し、ステップ８において、作業範囲判断部４３により、アタッチメント位置Ｐが外側境界線Ｍを越えて危険領域内に侵入していると判断された場合では、モニタ表示装置３７に危険領域に達したことを表示すると共に、警報器３８を連続的に発音させるべく制御指令を出力する（ステップ１０）。さらに、破砕機８が許容作業範囲外に出ようとする方向のブーム用シリンダ９、第一アーム用シリンダ１０、第二アーム用シリンダ１０の伸縮作動を停止するべく、前記ブーム用、第一アーム用、第二アーム用の伸長側、縮小側電磁比例減圧弁３４Ａ〜３６Ａ、３４Ｂ〜３６Ｂに対して、パイロットバルブ２８〜３０からコントロールバルブ２５〜２７の伸長側、縮小側パイロットポート２５ａ〜２７ａ、２５ｂ〜２７ｂへの出力パイロットを遮断するように制御指令を出力する（ステップ１１）。これによって、アタッチメント位置Ｐが外側境界線Ｍを越えた場合では、ブーム用シリンダ９、第一アーム用シリンダ１０、第二アーム用シリンダ１０の伸縮作動が停止して、破砕機８が許容作業範囲の外側境界線Ｍより外側の危険領域に侵入することを阻止できるように構成されている。

一方、ステップ６において、作業範囲判断部４３により、破砕機８が許容作業範囲に位置すると判断され、ステップ７に進んで過負荷判断制御する場合について、図５に基づいて説明する。
前記過負荷判断制御において、制御装置１７は、負荷演算部４５に入力された各種信号に基づいてアタッチメント位置Ｐに作用する外力Ｆを演算するが、まず、部材データ部４０からの各種データ、第一、第二アーム角度β、γとに基づいて、無負荷状態における第一、第二アーム用シリンダ１０、１１の保持力Ｆ１ａ０、Ｆ２ａ０を算出し（ステップ２０）、ブーム５と第一アーム６との枢支部から第一アーム用シリンダ１０までの距離である第一アーム用シリンダ１０のモーメントアームＬＭ１ａと、第一アーム６と第二アーム７との枢支部から第二アーム用シリンダ１１までの距離であるＬＭ２ａを算出する（ステップ２１）。つぎに、ブーム５と第一アーム６との枢支部からアタッチメント位置Ｐまでの距離である基準距離Ｌｐを算出する（ステップ２２）。さらに、予め読み込まれている第一、第二ヘッド圧Ｐ１ｈ、Ｐ２ｈ、第一、第二ロッド圧Ｐ１ｒ、Ｐ２ｒに基づいて、第一、第二アーム用シリンダ１０にそれぞれ作用する推力Ｆ１ａｆ、Ｆ２ａｆを算出する（ステップ２３）。

続いて、第一アーム用シリンダ１０に作用する外力に基づく反力Ｆ１ａを算出する。前記反力Ｆ１ａは、第一アーム用シリンダ１０に作用する推力Ｆ１ａｆから無負荷状態での保持力Ｆ１ａ０を差し引くことで求めることができ、次式、
Ｆ１ａ＝Ｆ１ａｆ−Ｆ１ａ０
に基づいて反力Ｆ１ａを算出する（ステップ２４）。同様にして、第二アーム用シリンダ１１に作用する外力に基づく反力Ｆ２ａを、次式、
Ｆ２ａ＝Ｆ２ａｆ−Ｆ２ａ０
に基づいて算出する（ステップ２５）。

つぎに、前記第一アーム用シリンダ１０に作用する外力に基づく反力Ｆ１ａがアタッチメント位置Ｐに作用する力Ｆ１ａｐを算出する。前記力Ｆ１ａｐは、前記反力Ｆ１ａに、第一アーム用シリンダのモーメントアームＬＭ１ａを基準距離Ｌｐで除した値を乗ずることで求めることができ、アタッチメント位置Ｐにおける第一アーム用シリンダ１０に基づく力Ｆ１ａｐは、次式、
Ｆ１ａｐ＝Ｆ１ａ×ＬＭ１ａ／Ｌｐ
に基づいて算出される（ステップ２６）。
同様に、第二アーム用シリンダ１１に作用する外力に基づく反力Ｆ２ａがアタッチメント位置Ｐに作用する力Ｆ２ａｐを算出する。前記力Ｆ２ａｐは、前記反力Ｆ２ａに、第二アーム用シリンダのモーメントアームＬＭ２ａを第二アーム７の長さＬ２ａ（部材データ部４０のデータ）で除した値を乗ずることで求めることができ、アタッチメント位置Ｐにおける第二アーム用シリンダ１０に基づく力Ｆ２ａｐは、次式、
Ｆ２ａｐ＝Ｆ２ａ×ＬＭ２ａ／Ｌ２ａ
に基づいて算出される（ステップ２７）。

そして、前記アタッチメント位置Ｐに作用する力Ｆ１ａｐ、Ｆ２ａｐの合力がアタッチメント位置Ｐに作用する外力、即ち、アタッチメント位置Ｐに作用する負荷値Ｆと見做すことができ、該負荷値Ｆ（前記合力）を算出する（ステップ２８）。
つぎに、ステップ２８における負荷値Ｆの算出手順について、図５（Ｂ）に示す要部概略図に基づいて説明する。
前記アタッチメント位置Ｐにおいて作用する力Ｆ１ａｐは基準距離Ｌｐを設定する直線に直交する方向を向く力であり、力Ｆ２ａｐは第二アーム７の長さＬ２ａを設定する直線に直行する方向を向く力であり、これらの力Ｆ１ａｐ、Ｆ２ａｐの合力である負荷値Ｆは、アタッチメント位置Ｐと、各力Ｆ１ａｐ、Ｆ２ａｐを示すベクトルの先端に直交する直線ｍ、ｎ同士の交点Ｑとを結んだベクトルとして示される。
従って、前記直線ｍを示す式を、
ｙ＝ａ１ｘ＋ｂ１・・・（１）
直線ｎを示す式を、
ｙ＝ａ２ｘ＋ｂ２・・・（２）
としたとき、Ｘ軸に対する基準距離Ｌｐを設定する直線の傾きをθ１、Ｘ軸に対する第二アーム７の長さＬ２ａを設定する直線の傾きをθ２とすると、
ａ１＝ｔａｎθ１・・・（３）
ａ２＝ｔａｎθ２・・・（４）
ｂ１＝Ｆ１ａｐ／ｃｏｓθ１・・・（５）
ｂ２＝Ｆ２ａｐ／ｃｏｓθ２・・・（６）
と表わすことができる。
そして、式（３）〜（６）を式（１）、（２）にそれぞれ代入して、式（１）、（２）の連立方程式をとくことにより、交点Ｑの座標、即ち、負荷値Ｆのベクトルを求めることができる。

さらに、負荷演算部４５は、解体作業機１の機体バランスを数値化するために、前記交点Ｑの座標（Ｘｑ、Ｚｑ）に基づいて機体上部の作業部近傍における荷重と負荷値Ｆに基づくモーメントに対する機体下部の荷重に基づくモーメントの割合を示す数値を前記安定係数ｆｓとして算出する（ステップ２９）。
前記安定係数ｆｓは、前述したように、前方安定支点位置Ｒを基準とし、機体上部の作業部近傍における荷重と負荷値Ｆに基づくモーメントに対する機体下部の荷重に基づくモーメントの割合を示す数値であり、負荷値ＦのＸ、Ｚ方向におけるモーメントと、フロント作業機４（ブーム５、第一、第二アーム６、7、破砕機８）の荷重に基づいて前方安定支点位置Ｒを基準とするモーメントとの和を、上部旋回体３と下部走行体２との荷重に基づいて前方安定支点位置Ｒを基準とするモーメントの和で除した数値として表わすことができる。従って、前記安定係数ｆｓは、ステップ２８で算出した負荷値Ｆの座標（Ｘｑ、Ｚｑ）から求められる負荷値ＦのＸ方向の分力をＸ分力Ｆｘ、Ｚ方向の分力をＺ分力Ｆｚを算出し、部材データ部４０からのデータとともに、式、
ｆｓ＝｛Ｆｘ×Ｚｑ＋Ｆｚ×Ｘｑ＋〔Ｗｂ×（Ｂｂ−Ｒ）＋Ｗ１ａ×（Ｂ１ａ−Ｒ）＋Ｗ２ａ×（Ｂ２ａ−Ｒ）＋Ｗｃ×（Ｂｃ−Ｒ）〕｝／〔Ｗｔ×（Ｂｔ−Ｒ）＋Ｗｐ×（Ｂｐ−Ｒ）〕・・・（７）
に基づいて求めることができる。

つぎに、制御装置１７は、過負荷判断部４６において、前記算出された安定係数ｆｓが予め設定される前記基準安定係数ｆｂ、即ち、解体作業機１が安定姿勢を確保する限界値に設定されている基準安定係数ｆｂよりも大きいか否かを判断するように構成されている（ステップ３０）。因みに、前記基準安定係数ｆｂは、作業現場の環境や作業条件に合わせてオペレータが適宜変更することができるように構成することができる。
そして、過負荷判断部４６において、算出された安定係数ｆｓが基準安定係数ｆｂよりも大きいと判断された場合、即ち、アタッチメント位置Ｐに作用する外力が大きく、前方安定支点位置Ｒを基準とする機体上部の作業部近傍のモーメントが機体下部のモーメントに対して大きくなって、機体バランスが悪く安定姿勢を損なう惧れがあると判断された場合、モニタ表示装置３７に転倒の惧れがあることを表示すると共に、警報器３８を連続的に発音させるべく制御指令を出力するように構成されている（ステップ３１）。
一方、算出された安定係数ｆｓが基準安定係数ｆｂよりも小さいと判断された場合、即ち、前方安定支点位置Ｒを基準とする機体上部の作業部近傍のモーメントが機体下部のモーメントに対して小さく、機体バランスがよく安定姿勢を損なう惧れはないと判断されている場合では、モニタ表示装置３７に安定係数ｆｓ、および、アタッチメント位置Ｐに作用する外力、即ち、作業アタッチメントに作用する負荷値Ｆを表示するように構成されており（ステップ３２）、これによって、オペレータが破砕機８に作用する外力を常に認識できるように構成されている。

叙述の如く構成された本形態において、解体作業機１には、フロント作業機４の姿勢を検出するブーム角度センサ１３、第一、第二アーム角度センサ１４、１５、旋回角度センサ１６、さらには、第一、第二アーム用シリンダ１０、１１のヘッド側とロッド側の圧力を検出する圧力センサ１８、１９、２０、２１とが設けられており、制御装置１７は、部材データ部４０、許容作業範囲データ部４１、作業位置演算部４２、許容作業範囲設定部４４、作業範囲判断部４３、負荷演算部４５、過負荷判断部４６により、作業アタッチメント（破砕機８）の位置であるアタッチメント位置Ｐが許容作業範囲に位置するか否かを判断するとともに、アタッチメント位置Ｐに作用する外力である負荷値Ｆを算出し、該負荷値Ｆが解体作業機１の機体の安定姿勢を損なう大きさであるか否かの判断をし、機体バランスを損なう惧れがあると判断された場合に、報知手段であるモニタ表示器３７に警告を表示するとともに警報器３８を断続的に発音する。これによって、アタッチメント位置Ｐに基づく機体の安定性だけでなく、アタッチメント位置Ｐに作用する負荷値Ｆに基づく機体の安定性についても検出して、オペレータに告知することができる。
この結果、オペレータは、モニタ表示装置３７に表示された警告と、警報器３８の警報音により、破砕機８に作用する外力が大きく機体の安定姿勢が損なわれる惧れがあることを認識できる。これによって、例えば、負荷値Ｆに基づいて警告が発せられた場合では、負荷値Ｆがこれ以上大きくならないような作業変更や、機体の姿勢変更を速やかに行う等、迅速に対処することが可能となって、機体の安定性を一層確実に確保できるとともに、破砕機８の作業を効率良く行うことができ、作業性の大幅な向上を期待できる。

しかも、このものでは、作業範囲判断部４３によりアタッチメント位置Ｐが許容作業範囲に位置する場合に負荷演算部４５が負荷値Ｆを算出し、該負荷値Ｆのに基づいて過負荷判断部４６が機体の安定性を判断するようにしたので、アタッチメント位置Ｐが許容作業範囲内であってもアタッチメント位置Ｐに作用する負荷値Ｆが大きい場合では警告が発せられることになって、オペレータは警告に従って作業状態や機体の姿勢を調整することができて、より一層の作業効率の向上に貢献できる。

また、このものにあっては、負荷値Ｆに基づいて前方安定支点Ｒを基準とする機体上部の作業部近傍におけるモーメントに対する機体下部のモーメントの割合を示す数値として安定係数ｆｓを算出することで機体バランスを数値化し、該数値化された安定係数ｆｓが、機体が確実に安定姿勢を確保できる予め設定される基準安定係数ｆｂよりも大きいか否かを判断するようにしたので、作業現場の環境や、作業条件に伴い基準安定係数ｆｂを変化させることで、作業状況に合わせた警告を発することができて、さらなる作業効率の向上が図れる。

さらには、過負荷判断部４６により安定係数ｆｓが基準安定係数ｆｂよりも小さいと判断された場合に、モニタ表示器３７に負荷値Ｆと安定係数ｆｓを表示するようにしたので、オペレータは常にアタッチメント位置Ｐに作用する外力を確認しながら作業することができるという利点もある。

尚、本発明は、前記実施の形態に限定されないことは勿論であって、前記実施の形態において、作業腕はブームと第一、第二アームとから構成されているが、これに限定されることなく、例えば、ブームと一本のアームとから構成されるもの、或いは伸縮自在なブームやアームが用いられているもの等であっても良い。また、解体用アタッチメントとしては、例えば油圧ブレーカ等の他のアタッチメントが装着されるものであっても、勿論良い。さらに、フロント作業機の作業姿勢を検出するセンサ（角度センサ、圧力センサ）は、フロント作業機を構成する各種部材に応じた検出手段を、適宜採用することができる。

本発明は、作業腕の先端部に設けられる作業アタッチメントにより作業を行う場合に、作業アタッチメントに大きな外力が作用する建設機械に利用することができる。

１ 解体作業機
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ フロント作業機
５ ブーム
６ 第一アーム
７ 第二アーム
８ 破砕機
９ ブーム用シリンダ
１０ 第一アーム用シリンダ
１１ 第二アーム用シリンダ
１３ ブーム角度センサ
１６ 旋回角度センサ
１７ 制御装置
１８ 第一アームヘッド側圧力センサ
２２ 油圧ポンプ
３７ モニタ表示装置
３８ ブザー等の警報器
４１ 許容作業範囲データ部
４２ 作業位置演算部
４３ 作業範囲判断部
４５ 負荷演算部
４６ 過負荷判断手段

Claims (4)

1. クローラ式の下部走行体と、該下部走行体に旋回自在に支持される上部旋回体と、該上部旋回体のフロント部に装着されるフロント作業機とを備えると共に、該フロント作業機を、基端部が上部旋回体に上下揺動自在に支持される作業腕の先端部に作業アタッチメントを装着して構成してなる建設機械において、該建設機械に、作業アタッチメントの位置を検出するアタッチメント位置検出手段と、作業アタッチメントの位置に基づいて機体の安定姿勢を確保できる許容作業範囲を判断する作業範囲判断手段とを具備した制御システムを設けるにあたり、前記制御システムに、作業アタッチメントに作用する負荷を検出する負荷検出手段と、該負荷検出手段により検出される負荷値に基づいて機体バランスを判断し、安定姿勢を損なう惧れがあると判断することに伴い警告を発するよう報知手段を駆動する過負荷判断手段とが設けられていることを特徴とする建設機械。
2. 過負荷判断手段は、作業アタッチメントの位置が許容作業範囲内に位置する場合に、機体バランスを判断するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の建設機械。
3. 過負荷判断手段は、負荷値に基づく機体バランスを示す数値として安定係数を算出し、該安定係数を、機体の安定を確保できる予め設定される基準安定係数と比較して、機体バランスを判断するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の建設機械。
4. 報知手段は、モニタ表示器を備えて構成されており、過負荷判断手段は、負荷値に基づく安定係数が機体の安定姿勢を確保できると判断することに伴い、負荷値と安定係数とをモニタ表示器に表示するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の建設機械。

Images