JP2015017410A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】走行するとき運転席の屋根よりも高い位置にある上方制限物にフロント作業装置が接触することを回避できる作業機械を提供する。
【解決手段】走行装置と屋根付きの運転席とを有する車体と、前記車体に上下方向に回動可能に取り付けられたフロント作業装置とを備えた油圧ショベルにおいて、走行レバー装置７ｆ，７ｇのパイロット圧を検出する圧力センサ１０ａ，１０ｂと、ブーム角度を検出するブーム角度センサ１１と、ブザー装置１４と、前記走行レバー装置のパイロット圧とブーム角度とに基づき、前記走行レバー装置が操作されかつブーム角度が所定角度以上であるときに前記ブザー装置を作動させるコントローラ１３とを備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、上下方向に回動可能なフロント作業装置を有する作業機械に関する。

走行操作時に警報を発する圧電ブザーを備えた建設機械（作業機械）として、例えば特許文献１記載のものがある。

掘削積込作業における後進操作時でかつバケット（フロント作業装置の一部）が所定位置よりも降下したときに警報を発する警報装置（報知装置）を備えた作業車両（作業機械）として、例えば特許文献２記載のものがある。

掘削作業においてバケット先端（フロント作業装置の一部）の可動範囲を制限する機能を備えた建設機械（作業機械）として、例えば特許文献３記載のものがある。

特開２００３−２１６１５７号公報 特開２０００−２４０１０８号公報 特許第３８０２７０８号公報

作業機械は、工場施設の出入口の通り抜ける場合など、上方制限物（この場合は出入口の上側梁部分）の下側を走行しなければならない。また、小型の作業機械（特に、ミニショベル）は、住宅地の狭い路地、植木に覆われた庭園、樹木が等間隔に整列して植林された果樹園などで用いられることが多いため、樹木の枝、果実などの下側を走行しなければならない。

これらの上方制限物（出入口の上側梁部分、樹木の枝、果実など）の下側を走行する際、通常オペレータは手動操作によりフロント作業装置を車体前方に折り畳んだ走行姿勢をとった上で、運転席の屋根（キャノピータイプの運転席の場合はキャノピー、キャビンタイプの運転席の場合はキャビンの天板）を基準に上方制限物の下を通過できるかどうかを判断している。すなわち、屋根の高さが上方制限物よりも低ければ通過可能と判断し、高ければ通過不可と判断する。

しかし、運転席の屋根の高さが一定であるのに対し、フロント作業装置の高さには手動操作に起因したバラツキがあり、フロント作業装置の一部が運転席の屋根よりも高い位置にある場合、その一部が上方制限物に接触してしまう可能性がある。そのためオペレータは、上方制限物の下を通り抜ける際、運転席の屋根の高さが上方制限物よりも低いかどうかの判断に加え、フロント作業装置の高さが運転席の屋根よりも低い位置にあるかどうかも判断しなければならない。しかし、フロント作業装置の高さを目視で正確に把握することは困難であるため、その判断を誤る可能性がある。

特許文献１〜３記載のいずれの作業機械においても、それらの制御装置は走行するときフロント作業装置の高さが運転席の屋根よりも低い位置にあるかどうかを判断することができず、同様の問題がある。

本発明の目的は、走行するとき運転席の屋根よりも高い位置にある上方制限物にフロント作業装置が接触することを回避できる作業機械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、走行装置と屋根付きの運転席とを有する車体と、前記車体に上下方向に回動可能に取り付けられたフロント作業装置とを備えた作業機械において、前記走行装置の作動状態を検出する走行検出装置と、前記フロント作業装置の高さに関連するパラメータを検出する高さ検出装置と、報知装置と、前記走行検出装置の検出値と前記高さ検出装置の検出値とに基づき、前記走行装置が作動状態にありかつ前記フロント作業装置の高さが前記屋根を基準に設定された所定高さ以上であるときに前記報知装置を作動させる制御装置とを備えるものとする。

このように構成した本発明においては、走行するとき運転席の屋根よりも高い位置にある上方制限物にフロント作業装置が接触することを回避できる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記フロント作業装置は、前記車体に上下方向に回動可能に取り付けられたブームを有し、前記高さ検出装置は、前記ブームの角度を検出するブーム角度センサであり、前記制御装置は、前記ブーム角度センサの検出に基づき、前記フロント作業装置の高さが前記所定高さ以上にあるかどうかを判定する。

これにより、走行するとき運転席の屋根より高い位置にある上方制御物にブームを有するフロント作業装置が接触することを回避できる。

（３）上記（１）において、好ましくは、キャンセルスイッチを更に備え、前記制御装置は、前記キャンセルスイッチがＯＮであるときは、前記報知装置を作動させる機能を禁止する。

これにより、上方制限物の無い場所を走行するときあるいは走行を伴う複合操作を行うときなど警報が不要となる場合に、報知装置の作動を禁止することができる。

本発明によれば、走行するとき運転席の屋根よりも高い位置にある上方制限物にフロント作業装置が接触することを回避できる。

本発明の実施の形態における作業機械の一例である油圧ショベルの外観を示す図である。 本発明の実施の形態における作業機械の一例である油圧ショベルの外観を示す図である。 本発明の実施の形態における作業機械の一例である油圧ショベルに搭載される油圧制御システムの全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態における走行レバー操作量と左右走行パイロット圧との関係を示す図である。 本発明の実施の形態における左右走行パイロット圧と走行用のコントロールバルブのメータイン及びメータアウトの開口面積との関係を示す図である。 本発明の実施の形態におけるブザー装置の制御系を示す図である。 本発明の実施の形態におけるコントローラの処理フローを示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

〜構成〜
図１は、本発明の一実施の形態における作業機械の一例としての油圧ショベルの外観を示す図である。図１に示す油圧ショベル１は、車体１Ａとフロント作業装置１Ｂとを備えている。

車体１Ａは、下部走行体１ｄと上部旋回体１ｅとを有する。下部走行体１ｄは、左右走行油圧モータ３ｅ，３ｆ（左側のみ図示）により駆動されるクローラ式の走行装置で構成されている。下部走行体１ｄの前部には、ブレード１ｆが上下方向に回動可能に取り付けられており、ブレード１ｆは図示しないブレードシリンダの伸縮により上下方向に回動する。上部旋回体１ｅは下部走行体１ｄの上部に旋回可能に搭載され、旋回油圧モータ３ｄにより旋回する。上部旋回体１ｅの上部には、キャノピータイプの運転席１Ｃが備えられており、運転席１Ｃの上部には四本の支柱で支えられたキャノピー１ｇ（運転席の屋根）が設けられている。運転席１Ｃには、オペレータが着座するシート７ｓと、後述する各アクチュエータを操作するための操作装置７ａ〜７ｆ（左側のみ図示）、図示しない各種スイッチ及びブザー装置が配置されている。上部旋回体１ｅの前部には、スイングポスト１ｈが水平方向に回動可能に取り付けられており、スイングポスト１ｈは図示しないスイングシリンダの伸縮により水平方向に回動する。

フロント作業装置１Ｂは、スイングポスト１ｈに上下方向に回動可能に取り付けられている。フロント作業装置１Ｂはブーム１ａとアーム１ｂとバケット１ｃとを有し、ブーム１ａはブームシリンダ３ａの伸縮により上下方向に回動し、アーム１ｂはアームシリンダ３ｂの伸縮により上下・前後方向に回動し、バケット１ｃはバケットシリンダ３ｃの伸縮により上下・前後方向に回動する。ブーム１ａとスイングポスト１ｈとの軸支結合箇所にはブーム角度θを検出するブーム角度センサ１１が取り付けられている。図中θｘは、フロント作業装置１Ｂの一部がキャノピー１ｇ（運転席の屋根）の高さ（以下、所定高さ）に達したときのブーム角度（以下、所定角度）を示しており、図１に示すようにフロント作業装置１Ｂの高さが所定高さよりも低い状態のときは、ブーム角度θは所定角度θｘよりも小さい。

図２は、図１と同様に油圧ショベルの外観を示す図であり、フロント作業装置１Ｂの一部が所定高さを超えた状態を示している。このとき、ブーム角度θは所定角度θｘよりも大きい。本実施の形態において、ブーム角度θおよびブーム角度センサ１１は、それぞれフロント作業装置１Ｂの高さに関連するパラメータおよびフロント作業装置１Ｂの高さ検出装置を構成している。

図３は、図１に示した油圧ショベルに搭載される油圧制御システムの全体構成を示す図である。図３に示す油圧制御システムは、油圧ポンプ２と、ブームシリンダ３ａと、アームシリンダ３ｂと、バケットシリンダ３ｃと、旋回油圧モータ３ｄと、左右走行油圧モータ３ｅ，３ｆと、コントロールバルブ４ａ〜４ｆと、パイロット油圧ポンプ６と、操作装置７ａ〜７ｆと、シャトル弁９ａ，９ｂと、圧力センサ１０ａ，１０ｂと、ブーム角度センサ１１（高さ検出装置）と、キャンセルスイッチ１２と、コントローラ１３（制御装置）と、ブザー装置１４（報知装置）とを備えている。なお、図３において、図１で図示しなかったブレードシリンダ及びスイングシリンダの駆動を制御する油圧回路部分については図示を省略している。

油圧ポンプ２は、各コントロールバルブ４ａ〜４ｆを介して各アクチュエータ３ａ〜３ｆに接続されている。各コントロールバルブ４ａ〜４ｆが図示中立位置から操作されると、油圧ポンプ２から吐出された圧油は、各コントロールバルブ４ａ〜４ｆを介して各アクチュエータ３ａ〜３ｆに供給される。油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆからの戻り油はコントロールバルブ４ａ〜４ｆを介してタンクに戻される。

コントロールバルブ４ａ〜４ｆの左右パイロット受圧部５０ａ，５０ｂ，・・・５５ａ，５５ｂは、左右パイロット油路８０ａ，８０ｂ，・・・，８５ａ，８５ｂを介してそれぞれ操作装置７ａ〜７ｆに接続されている。操作装置７ａ〜７ｆは、パイロット油圧ポンプ６の吐出圧を元圧として、それぞれに設けられた操作レバーの操作量に応じたパイロット圧を、左右パイロット油路８０ａ，８０ｂ，・・・，８５ａ，８５ｂを介してコントロールバルブ４ａ〜４ｆの左右パイロット受圧部５０ａ，５０ｂ，・・・５５ａ，５５ｂに出力する。コントロールバルブ４ａ〜４ｆは、左右パイロット受圧部５０ａ，５０ｂ，・・・５５ａ，５５ｂに出力されたパイロット圧に応じて、図示中立位置から左右いずれかの方向に操作される。

シャトル弁９ａは、入力側が左走行油圧モータ３ｅを操作する操作装置７ｅ（以下、左走行レバー装置）から出力されるパイロット圧をコントロール弁４ｅの左右パイロット受圧部に導く左右パイロット油路８４ａ，８４ｂに接続されており、左走行レバー装置７ｅから出力されたパイロット圧のうち高圧側の圧力（以下、左走行パイロット圧Ｐ１）を圧力センサ１０ａに出力する。シャトル弁９ｂは、入力側が右走行油圧モータ３ｆを操作する操作装置７ｆ（以下、右走行レバー装置）から出力されるパイロット圧をコントロールバルブ４ｆの左右パイロット受圧部に導く左右パイロット油路８５ａ，８５ｂに接続されており、右走行レバー装置７ｆから出力されるパイロット圧の高圧側の圧力（以下、右走行パイロット圧Ｐ２）を圧力センサ１０ｂに出力する。圧力センサ１０ａ，１０ｂは、左右走行パイロット圧Ｐ１，Ｐ２をそれぞれ電気信号に変換し、コントローラ１３に出力する。

図４Ａは、左右走行レバー装置７ｅ，７ｆの操作レバー（以下、走行レバー）の操作量（以下、走行レバー操作量）と左右走行パイロット圧Ｐ１，Ｐ２との関係を示す図であり、図４Ｂは、左右走行パイロット圧Ｐ１，Ｐ２と走行用のコントロールバルブ４ｅ，４ｆのメータイン及びメータアウトの開口面積との関係を示す図である。走行レバー操作量が増大するにしたがって左右走行パイロット圧Ｐ１，Ｐ２は最小圧力Ｐｍｉｎから最大圧力Ｐｍａｘまで増大し（図４Ａ）、左右走行パイロット圧Ｐ１，Ｐ２が増大するにしたがってコントロールバルブ４ｅ，４ｆのメータイン及びメータアウトの開口面積はそれぞれゼロから最大Ａｉｍａｘ及びＡｏｍａｘまで増大する（図４Ｂ）。Ｐｔｈは、コントロールバルブ４ｅ，４ｆの開口面積がゼロから増大し始めるときの走行パイロット圧であり（図４Ｂ）、左右走行パイロット圧Ｐ１，Ｐ２がＰｔｈを超えるとコントロールバルブ４ｅ，４ｆを介して左右走行油圧モータ３ｅ，３ｆに圧油が供給され、走行装置１ｄ（図１）が走行を開始する。コントローラ１３には、走行レバーが操作されたかどうかを判定するためのしきい値としてＰｔｈよりわずかに小さい所定パイロット圧Ｐ０が設定されており、左右走行パイロット圧Ｐ１，Ｐ２が所定パイロット圧Ｐ０よりも高いかどうかを判定することで、走行操作の有無（すなわち、走行装置の作動状態）を検出することができる。本実施の形態において、左右走行パイロット圧Ｐ１，Ｐ２をそれぞれ検出する圧力センサ１０ａ，１０ｂ（図２）は、走行装置１ｄ（図１）の作動状態を検出する走行検出装置を構成している。

図３に戻り、コントローラ１３には、圧力センサ１０ａ，１０ｂ（走行検出装置）の他に、ブーム角度センサ１１（高さ検出装置）、警報音を発することでオペレータに注意を喚起するブザー装置１４（報知装置）、及びブザー装置１４の作動を禁止するキャンセルスイッチ１２が接続されている。

図５は、ブザー装置１４の制御系を示す図である。図５において、コントローラ１３は、圧力センサ１０ａ，１０ｂ（走行検出装置）、ブーム角度センサ１１（高さ検出装置）、及びキャンセルスイッチ１２からの入力信号に基づき、ブザー装置１４（報知装置）の作動を制御する。

図６は、コントローラ１３によるブザー装置１４の制御に関わる部分の処理フローを示す図である。当該処理フローを構成する各ステップの処理内容を、図６を用いて順に説明する。

まず、ステップＳ１００でキャンセルスイッチ１２がＯＦＦ（ブザー有効）かどうかを判定し、ＹＥＳ（ブザー有効）の場合はステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０で左右走行パイロット圧Ｐ１，Ｐ２のいずれかが所定パイロット圧Ｐ０よりも高い（走行操作有り）かどうかを判定し、ＹＥＳ（走行操作有り）の場合はステップＳ１２０に進む。ステップＳ１２０でブーム角度θが所定角度θｘよりも大きい（フロント高さ＞所定高さ）かどうかを判定し、ＹＥＳ（フロント高さ＞所定高さ）の場合はステップＳ１３０に進み、ブザー装置１４を作動させる。

ステップＳ１００，Ｓ１１０，Ｓ１２０のいずれかでＮＯと判定された場合はステップＳ１４０に進み、ブザー装置１４の作動を停止する。

ステップＳ１３０またはＳ１４０の処理を終了した後は、ステップＳ１００に戻り、ステップＳ１００からの処理を繰り返し実行する。

〜動作〜
以上のように構成した油圧ショベルの動作を説明する。

まず、走行停止中でかつフロント作業装置１Ｂの高さが所定高さよりも高い（ブーム角度θが所定角度θｘよりも大きい）状態（図２参照）から走行を開始した場合の動作について説明する。なお、キャンセルスイッチ１２はＯＦＦ位置にある（ブザー有効）とする。

走行停止中は、走行レバーは中立位置にあり（走行レバー操作量＜Ｌ０）、左右走行パイロット圧Ｐ１，Ｐ２はＰｍｉｎとなる（Ｐ１，Ｐ２＜Ｐ０）。このときコントローラ１３は、図６のステップＳ１００（判定：ＹＥＳ）→Ｓ１１０（判定：ＮＯ）→Ｓ１４０の順に処理を実行するため、ブザー装置１４の作動は停止している。

この走行停止状態から走行レバーが操作され、走行レバー操作量がＬ０よりも大きくなると、左右走行パイロット圧Ｐ１，Ｐ２はＰｔｈを超える（Ｐ１，Ｐ２＞Ｐ０）。このときコントローラ１３は、図６のステップＳ１００（判定：ＹＥＳ）→Ｓ１１０（判定：ＹＥＳ）→Ｓ１２０（判定：ＹＥＳ）→Ｓ１３０の順に処理を実行する。その結果、ブザー装置１４が作動して警報音が発せられ、オペレータに注意が喚起される。

次に、走行中でかつフロント作業装置１Ｂの高さが所定高さよりも低い（ブーム角度θが所定角度θｘよりも小さい）状態（図１参照）からブーム上げ動作を行い、フロント作業装置１Ｂの高さが所定高さを超えた場合の動作について説明する。

走行中は、走行レバー操作量がＬ０よりも大きいため、左右走行パイロット圧Ｐ１，Ｐ２はＰｔｈを超えている（Ｐ１，Ｐ２＞Ｐ０）。このときコントローラ１３は、図６のステップＳ１００（判定：ＹＥＳ）→Ｓ１１０（判定：ＹＥＳ）→Ｓ１２０（判定：ＮＯ）→Ｓ１４０の順に処理を実行するため、ブザー装置１４は作動を停止している。

この状態から操作装置７ａを操作してブーム上げ動作を行い、フロント作業装置１Ｂの高さが所定高さを超えると、ブーム角度θが所定角度θｘよりも大きくなる。このときコントローラ１３は、図６のステップＳ１００（判定：ＹＥＳ）→Ｓ１１０（判定：ＹＥＳ）→Ｓ１２０（判定：ＹＥＳ）→Ｓ１３０の順に処理を実行する。この結果、ブザー装置１４が作動して警報音が発せられ、オペレータに注意が喚起される。

なお、上方制限物が無い環境で走行するときあるいは走行とブームの複合操作を伴う作業を行うときなど、警報音が不要な場合あるいは警報音によって作業に支障をきたす場合は、キャンセルスイッチ１２をＯＮ位置に切り替えればよい。このときコントローラ１３は、図６のステップＳ１００（判定：ＮＯ）→Ｓ１４０の順に処理を実行するため、ブザー装置１４の作動が禁止される。

〜効果〜
以上のように、本実施の形態における油圧ショベルによれば、フロント作業装置１Ｂの一部が所定高さを超えた状態で走行を行った場合にブザー装置１４が作動して警報音が発せられ、オペレータに注意が喚起されるため、走行するときキャノピー１ｇ（運転席の屋根）よりも高い位置にある上方制限物にフロント作業装置１Ｂが接触することを回避できる。

〜変形例〜
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、以下のように種々の変形例が可能である。

１．本発明の屋根付き運転席は、キャビンタイプの運転席でも良く、その場合の運転席の屋根はキャビンの天板により構成される。

２．本発明の報知装置は、スピーカーによる音声、モニタ・ランプの点滅、あるいは無線接続した携帯電話を振動させること等によりオペレータに注意を喚起する構成としても良い。

３．本発明の走行検出装置は、走行レバーの揺動支点部に設けたリミットスイッチ、または角度センサなどにより走行操作の有無を検出する構成としても良い。

４．本発明の高さ検出装置は、例えばアームシリンダのヘッド部分がブームの上部に突出するオフセットタイプのフロント作業装置を備えた油圧ショベルの場合は、ブーム角度センサに加えてアーム角度センサも設け、ブーム角度とアーム角度とを演算処理することによりフロント作業装置の高さを検出する構成としても良い。

５．本発明の高さ検出装置は、車体１Ａの前方にカメラを取り付け、このカメラで撮影したフロント作業装置１Ｂの映像データを演算処理することによりフロント作業装置の高さを検出する構成としても良い。

６．本発明の所定高さは、例えば誤差等の余裕をみてキャノピー１ｇ（運転席の屋根）の高さ−５ｃｍ等に設定し、あるいはフロント作業装置１Ｂの可動範囲をできるだけ広げるためにキャノピー１ｇ（運転席の屋根）の高さ＋５ｃｍ等に設定しても良い。

７．本発明の作業機械は、走行装置、屋根付きの運転席、およびフロント作業装置を備える作業機械（例えば、ホイールローダ等）でも良い。

１Ａ 車体
１Ｂ フロント作業装置
１Ｃ 運転席
１ａ ブーム
１ｂ アーム
１ｃ バケット
１ｄ 下部走行体（走行装置）
１ｅ 上部旋回体
１ｆ ブレード
１ｇ キャノピー（運転席の屋根）
２ 油圧ポンプ
３ａ ブームシリンダ
３ｂ アームシリンダ
３ｃ バケットシリンダ
３ｄ 旋回油圧モータ
３ｅ，３ｆ 左右走行油圧モータ
４ａ〜４ｆ コントロールバルブ
６ パイロット油圧ポンプ
７ａ〜７ｆ 操作装置
７ｓ シート
９ａ，９ｂ シャトル弁
１０ａ，１０ｂ 圧力センサ（走行検出装置）
１１ ブーム角度センサ（高さ検出装置）
１２ キャンセルスイッチ
１３ コントローラ（制御装置）
１４ ブザー装置（報知装置）

Claims (3)

1. 走行装置と屋根付きの運転席とを有する車体と、
   前記車体に上下方向に回動可能に取り付けられたフロント作業装置とを備えた作業機械において、
   前記走行装置の作動状態を検出する走行検出装置と、
   前記フロント作業装置の高さに関連するパラメータを検出する高さ検出装置と、
   オペレータに注意を喚起する報知装置と、
   前記走行検出装置と前記高さ検出装置の検出値に基づき、前記走行装置が作動状態にありかつ前記フロント作業装置の高さが前記屋根を基準に設定された所定高さ以上であるときに前記報知装置を作動させる制御装置とを備えることを特徴とする作業機械。
2. 請求項１記載の作業機械において、
   前記フロント作業装置は、前記車体に上下方向に回動可能に取り付けられたブームを有し、
   前記高さ検出装置は、前記ブームの角度を検出するブーム角度センサであり、
   前記制御装置は、前記ブーム角度センサの検出に基づき、前記フロント作業装置の高さが前記所定高さ以上にあるかどうかを判定することを特徴とする作業機械。
3. 請求項１記載の作業機械において、
   キャンセルスイッチを更に備え、
   前記制御装置は、前記キャンセルスイッチがＯＮであるときは、前記報知装置を作動させる機能を禁止することを特徴とする作業機械。

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