JP2015059382A - 重心可変装置 - Google Patents

Abstract

【課題】掘削力を有効に高められる掘削機の重心可変装置を提供すること。
【解決手段】自走する走行体６と、走行体６の上部に設けられて走行体６に対して旋回し、後部にカウンタウェイト２１を有する旋回体７と、旋回体７の前部に設けられて掘削動作する掘削体１０と、を備える掘削機５に搭載される重心可変装置１００であって、カウンタウェイト２１に設けられ、カウンタウェイト２１に対して回動する可動ウェイト４０と、掘削体１０によって掘削動作がされているか否かを検知する傾斜角度センサ５１（掘削動作検知部）と、傾斜角度センサ５１によって掘削動作が検知された場合に可動ウェイト４０を回動制御するコントローラ７０と、を備える構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧ショベル等の掘削機に搭載される重心可変装置に関する。

一般に、油圧ショベルには、走行する下部走行体の上部に上部旋回体が旋回可能に設けられる。上部旋回体には、掘削作業を行う掘削体が設けられるとともに、掘削体と釣り合う重量を持つカウンタウェイトが設けられる。これにより、油圧ショベルは、重量の釣り合いがとられ、掘削体が前方に振り出されても転倒しないようになっている。

特許文献１には、油圧ショベルの上部旋回体とカウンタウェイトの間にダンパシリンダが介装され、カウンタウェイトが上下動するのに伴ってダンパシリンダが伸縮作動して上部旋回体の揺れを抑える装置が開示されている。

上記装置は、上部旋回体の後部に取り付けられる加速度センサと、加速度センサからの信号に応じてダンパシリンダの油室に導かれる圧力を制御するコントローラと、を備えている。コントローラは、加速度センサからの信号に応じて上部旋回体の揺れを検出したときに、ダンパシリンダの油室に油圧源から供給される加圧作動油を導くように制御する。これにより、掘削作業時に上部旋回体の揺れが生じたときに、カウンタウェイトがダンパシリンダによって下方向に動かされ、上部旋回体の揺れを抑えられる。

特開平６−１０３７４号公報

しかしながら、このような従来の装置にあっては、カウンタウェイトが上下方向に動かされて、油圧ショベルの重心が上下方向に移動するが、掘削力を有効に高められないという問題があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、掘削力を有効に高められる重心可変装置を提供することを目的とする。

本発明は、自走する走行体と、走行体の上部に設けられて走行体に対して旋回し、後部にカウンタウェイトを有する旋回体と、旋回体の前部に設けられて掘削動作する掘削体と、を備える掘削機に搭載される重心可変装置であって、カウンタウェイトに設けられ、カウンタウェイトに対して回動する可動ウェイトと、掘削体によって掘削動作がされているか否かを検知する掘削動作検知部と、掘削動作検知部によって掘削動作が検知された場合に可動ウェイトを回動制御するコントローラと、を備えることを特徴とする。

本発明では、掘削動作が検知された場合に可動ウェイトをカウンタウェイトに対して回動する。例えば、掘削動作前に可動ウェイトが後方側にあった場合に、掘削動作時に可動ウェイトが前方側に移動するようにカウンタウェイトに対して回動する。これにより、掘削機の重心が前方に移動するので、掘削体による掘削力を高めることができる。

本発明の実施形態に係る掘削機の側面図である。 掘削機の斜視図である。 重心可変装置の構成図である。 掘削作業時を示す掘削機の側面図である。 掘削作業時を示す掘削機の斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１、図２に示すように、掘削機（油圧ショベル）５は、走行する走行体（走行体）６と、走行体６の上部で旋回する旋回体（旋回体）７と、旋回体７から前方に延びて土砂等を掘削する掘削体１０と、を備える。

走行体６は、左右のクローラ装置９と、左右のクローラ装置９を支持する車体４と、を備える。クローラ装置９は、クローラベルト（履帯）１９を循環させて走行する。

旋回体７は、後述するターンテーブル４０の作動によって走行体６に対して鉛直軸まわりに旋回する。旋回体７には、掘削体１０と、運転室２０と、カウンタウェイト２１と、図示しないエンジン、燃料タンク、バッテリ、油圧源等と、が搭載される。

なお、「鉛直軸」は、掘削機５が水平面上にある状態で、掘削機５の鉛直方向に延びる軸を意味する。

掘削体１０は、旋回体７の左右方向に延びる水平軸まわりに回動自在に支持されるブーム１１と、ブーム１１の先端部に回動自在に支持されるアーム１２と、アーム１２の先端部に回動自在に支持されて土砂等を掘削するバケット１３と、を備える。ブーム１１、アーム１２、バケット１３は、それぞれ駆動シリンダ（図示省略）によって駆動される。

なお、「水平軸」は、掘削機５が水平面上にある状態で、掘削機５の水平方向に延びる軸を意味する。

カウンタウェイト２１は、旋回体７の後方に固定して設けられる。カウンタウェイト２１の重量が掘削体１０及び運転室２０等の重量と釣り合うことにより、掘削機５の転倒が防止される。

掘削作業前に、掘削機５は、走行体６を駆動して走行し、足場となる場所に移動する。掘削作業時に、走行体６による走行を停止し、旋回体７を旋回させて掘削体１０を掘削する方向に向ける。旋回体７が旋回を停止した状態で、掘削体１０のブーム１１、アーム１２、バケット１３をそれぞれ作動させることによってバケット１３が土砂等に押し込まれた後に、バケット１３を回動させて掘削した土砂等をすくい取る。その後、旋回体７を旋回させて掘削体１０を他方向に向け、バケット１３を掘削作業時と逆方向に回動させることによってすくい取った土砂等を放出する。掘削作業時には、こうした掘削体１０の動作が繰り返し行われる。

掘削機５は、掘削体１０が土砂等を掘削する掘削作業時に、掘削機５の重心を旋回体７の前後方向について変更可能な重心可変装置１００を備える。

重心可変装置１００は、カウンタウェイト２１と分離して設けられるマス部３０と、マス部３０を旋回体７の前後方向に移動する可動ウェイト４０と、を備える。

重心可変装置１００は、カウンタウェイト２１と分離して設けられる左右のマス部３０をカウンタウェイト２１に対して回動する可動ウェイト４０と、可動ウェイト４０の作動を制御するコントローラ７０と、掘削動作を検知する傾斜角度センサ５１と、を備える。

可動ウェイト４０は、マス部３０を回動させる駆動機構４２を備える。カウンタウェイト２１の後部には、後方に突出する凸状のケーシング部２２が形成される。ケーシング部２２の内部には、駆動機構４２が収容される。

駆動機構４２は、油圧モータ４５（図３参照）によって回転駆動されるシャフト４３と、シャフト４３の両端から延在し、シャフト４３を中心に回動する左右のスイングアーム４１と、を備える。シャフト４３の両端部は、ケーシング部２２の左右の側面２２Ａからそれぞれ突出される。シャフト４３の両端部には、左右のスイングアーム４１の基端部がそれぞれ連結される。駆動機構４２によってシャフト４３が回転駆動されることによって、左右のスイングアーム４１が互いに同期して回動する。

左右のスイングアーム４１の先端部には、マス部３０が連結される。マス部３０は、シャフト４３及び左右のスイングアーム４１によって旋回体７の左右方向に延びる水平軸まわりに回動自在に支持される。

マス部３０は、旋回体７の左右方向に延びる円筒状のセンターマス部３１と、センターマス部３１の両端に設けられる円盤状のサイドマス部３２と、を有する。

図１、図２に示すように、マス部３０がカウンタウェイト２１の後部に吊り下げられた状態で、マス部３０の重量とカウンタウェイト２１の重量とを加算した重量が、旋回体７から前方に延びた掘削体１０の重量と釣り合うように設定される。

図３に示すように、駆動機構４２は、シャフト４３を回転駆動する油圧モータ４５を備える。油圧モータ４５には、油圧源（図示省略）に通じた油圧通路４７が接続される。油圧源から導かれる作動油は、油圧通路４７を通じて油圧モータ４５に給排される。油圧通路４７には、電磁切換弁４６が介装される。

電磁切換弁４６は、ポジションａ、ｂ、ｃを有し、油圧モータ４５に対する作動油の給排を切換える。作動ポジションａでは、油圧源からの作動油が油圧通路４７を通じて油圧モータ４５を一方向に回転させるように導かれる。停止ポジションｂでは、油圧通路４７が遮断されることにより、油圧モータ４５の回転作動が停止される。作動ポジションｃでは、油圧源からの作動油が油圧通路４７を通じて油圧モータ４５を逆方向に回転させるように導かれる。

マス部３０が図１、図２に示すようにカウンタウェイト２１の後部に吊り下げられた後退位置にある状態から、油圧モータ４５がシャフト４３を正方向に回転駆動すると、図４、図５に示すように、マス部３０が旋回体７の前方へと回動してカウンタウェイト２１の中央部上方の前進位置へと移動する。一方、油圧モータ４５がシャフト４３を逆方向に回転駆動すると、マス部３０が前進位置から後退位置へと移動する。

なお、駆動機構４２は、油圧モータ５５に代えて油圧シリンダ及びリンク機構によってシャフト４３を回転駆動する構成としてもよい。

コントローラ７０は、運転者によって操作される操作レバー７４から出力される掘削指令信号Ｓを受信するとともに、傾斜角度センサ５１から出力される傾斜角度Ｄの検出信号を受信し、可動ウェイト４０の作動を制御する。

掘削指令信号Ｓは、運転者による操作レバー７４の操作に基づいて掘削体１０を掘削動作させるときに出力される。

傾斜角度センサ５１は、旋回体７に取り付けられ、旋回体７の前後方向に延びる水平線に対する傾斜角度Ｄを検出する。傾斜角度センサ５１は、掘削機５の傾斜角度を検出する傾斜角度検出器として設けられる。

コントローラ７０は、旋回体７の前部が上向きに回動する傾斜角度Ｄの変化分（増加量）ΔＤを演算するとともに、傾斜角度Ｄの変化分ΔＤの時間的変化である変化速度Ｆを演算する。そして、演算した傾斜角度Ｄの変化分ΔＤがしきい値Ｃを超える掘削作業時に、マス部３０を演算した変化速度Ｆに応じた動作速度Ｖで前方に移動する制御を行う。一方、演算した傾斜角度Ｄの変化分ΔＤがしきい値Ｅを超えた後に低下する掘削作業時に、マス部３０を演算した動作速度Ｖで前方から後方に移動する制御を行う。コントローラ７０が有するメモリにしきい値Ｃ、Ｅが予め記憶されている。動作速度Ｖは、油圧モータ４５がシャフト４３を回転駆動する角速度である。

上記制御において、コントローラ７０は、掘削体１０が作動する掘削作業前に操作者の操作によるリセット信号を受信すると、その時点で検出される傾斜角度Ｄを掘削作業前傾斜角度Ｄ０として記憶する。そして、コントローラ７０は、掘削体１０が作動する掘削作業時に検出される傾斜角度Ｄを掘削作業時傾斜角度Ｄ１として読み込み、傾斜角度Ｄの変化分ΔＤを掘削作業時傾斜角度Ｄ１と掘削作業前傾斜角度Ｄ０との角度差Ｄ１−Ｄ０として演算する。

バケット１３が土砂等に押し込まれる掘削作業時において、土砂等が固い場合には、バケット１３が土砂等から受ける反力によって掘削体１０と共に旋回体７の前部が上向きに回動し、掘削機５の前部が浮き上がる。

上記旋回体７の前部が浮き上がる掘削動作時において、コントローラ７０は、傾斜角度Ｄの変化分ΔＤがしきい値Ｃを超えることを判定すると、スイングアーム４１を回動させる指令をし、マス部３０を図１、図２に示すようにカウンタウェイト２１の後部に吊り下げられた後退位置から、図４、図５に示すようにカウンタウェイト２１の中央部上方の前進位置へと移動する。このときに、旋回体７が上向きになる動きに連動して、マス部３０が前方に移動する。こうしてマス部３０が移動する重量分によって掘削機５の重心が前方から後方へと移動し、掘削機５の浮き上がりが抑えられ、バケット１３が土砂等に押し込まれる掘削力を高められる。

一方、バケット１３が土砂等をすくい取って運ぶ搬送作業時には、バケット１３が土砂等から受ける反力が小さくなるのに伴って旋回体７の前部が下向きに回動し、掘削機５の前部が降下する。

上記旋回体７の前部が降下する動作状態において、コントローラ７０は、傾斜角度Ｄの変化分ΔＤがしきい値Ｅより低下するのことを判定すると、スイングアーム４１を回動させる指令をし、マス部３０を図４、図５に示すようにカウンタウェイト２１の中央部上方の前進位置から図１、図２に示すようにカウンタウェイト２１の後部に吊り下げられる後退位置へと移動する。こうして搬送作業時では、マス部３０が移動される重量分によって掘削機５の重心が前方から後方へと移動し、掘削機５の安定性を高められる。これにより、掘削機５が掘削体１０等の重量によって前方へ転倒することが防止される。

また、掘削機５の掘削作業時以外の搬送作業時や走行時において、コントローラ７０は、傾斜角度Ｄがしきい値Ｈ、Ｉを超えて掘削機５の姿勢が前後方向に大きく傾く場合に、可動ウェイト４０の作動を以下のように制御する。コントローラ７０が有するメモリにしきい値Ｈ、Ｉが予め記憶されている。

掘削機５が坂を上るときに、コントローラ７０は、傾斜角度Ｄがしきい値Ｈを超えて掘削機５の姿勢が後方向に大きく傾くことを判定すると、マス部３０を図１、図２に示すようにカウンタウェイト２１の後部に吊り下げられた後退位置から、図４、図５に示すようにカウンタウェイト２１の中央部上方の前進位置へと移動する。こうしてマス部３０が移動される重量分によって掘削機５の重心が後方から前方へと移動することにより、掘削機５のバランスが維持され、掘削機５が後方向に転倒することを未然に防止できる。

また、掘削機５が上る坂の傾斜が緩やかになるときに、コントローラ７０は、傾斜角度Ｄがしきい値Ｉより小さくなることを判定すると、可動ウェイト４０を作動させてマス部３０を図４、図５に示すようにカウンタウェイト２１の中央部上方の前進位置から図１、図２に示すようにカウンタウェイト２１の後部に吊り下げられる後退位置へと移動する。こうしてマス部３０が移動される重量分によって掘削機５の重心が前方から後方へと移動することにより、掘削機５のバランスが維持され、掘削機５が前方向に転倒することを未然に防止できる。コントローラ７０が有するメモリにしきい値Ｈ、Ｉが予め記憶されている。

上記制御システムでは、掘削体１０によって掘削動作がされているか否かを検知する掘削動作検知部として、傾斜角度センサ５１が用いられる。なお、上述した構成に限らず、掘削体１０によって掘削動作がされているか否かを検知する掘削動作検知部として、掘削機５が傾斜する角速度を検出する角速度センサを用いてもよい。

以上の実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

〔１〕掘削機５の重心を変更可能な重心可変装置１００において、カウンタウェイト２１に設けられ、カウンタウェイト２１に対して回動する可動ウェイト４０と、掘削体１０によって掘削動作がされているか否かを検知する掘削動作検知部（傾斜角度センサ５１）と、掘削動作検知部によって掘削動作が検知された場合に可動ウェイト４０を回動制御するコントローラ７０と、を備える構成とした。

上記構成に基づき、重心可変装置１００では、掘削動作が検知された場合に可動ウェイト４０をカウンタウェイト２１に対して回動する。例えば、掘削動作前に可動ウェイト４０が後方側にあった場合に、掘削動作時に可動ウェイト４０が前方側に移動するようにカウンタウェイト２１に対して回動する。これにより、掘削機５の重心が前方に移動するので、掘削体１０による掘削力を高めることができる。

〔２〕可動ウェイト４０は、旋回体７の左右方向であってカウンタウェイト２１に設けられるシャフト４３と、シャフト４３の両端から延在し、シャフト４３を中心に回動するスイングアーム４１と、スイングアーム４１に設けられ、スイングアーム４１の回動と共に回動するマス部３０と、を備える構成とした。

上記構成に基づき、重心可変装置１００では、シャフト４３が回転すると、シャフト４３を中心にスイングアーム４１が回動すると共にマス部３０が回動する。例えば、可動ウェイト４０の重量を変更したい場合には、マス部３０を取り外して、新たなマス部３０を装着する。これにより、可動ウェイト４０の重量を簡単に変更することができる。

〔３〕掘削動作検知部は、旋回体７の前後方向の水平線に対する傾斜角度Ｄを検出する傾斜角度検出部（傾斜角度センサ５１）を含み、コントローラ７０は、傾斜角度検出部によって検出された傾斜角度Ｄが所定の角度以上であった場合にシャフト４３を回動する構成とした。

上記構成に基づき、重心可変装置１００では、旋回体７の傾斜角度Ｄが所定の角度以上であった場合に可動ウェイト４０を回動する。例えば、掘削機５が坂を下るときに旋回体７の傾斜角度Ｄが所定の傾斜角度以上になった場合に、可動ウェイト４０を前方側から後方側に移動するようにカウンタウェイト２１に対して回動する。これにより、掘削機５の重心が後方に移動するので、掘削機５が坂を下るときであっても掘削機５のバランスを維持することができる。また、例えば、掘削機５が坂を上るときに旋回体７の傾斜角度Ｄが所定の角度以上になった場合に、可動ウェイト４０を後方側から前方側に移動するようにカウンタウェイト２１に対してシャフト４３を回動する。これにより、掘削機５の重心が前方に移動するので、掘削機５が坂を上るときであっても掘削機５のバランスを維持することができる。

〔４〕コントローラ７０は、傾斜角度Ｄの時間的変化である変化速度Ｆを演算し、演算した変化速度Ｆに応じて可動ウェイト４０の動作速度Ｖを決定する構成とした。

上記構成に基づき、重心可変装置１００では、傾斜角度Ｄの変化速度Ｆに応じて可動ウェイト４０の動作速度Ｖを決定する。例えば、掘削機５の前部が上向きに傾いた場合に、その変化速度Ｖを演算する。そして、演算した変化速度Ｖと同じ速度の動作速度で可動ウェイト４０を移動させる。これにより、傾斜角度変化に連動して可動ウェイト４０の動作速度が変化するので、タイミング良く掘削機５のバランスを維持することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記可動ウェイト４０では、スイングアーム４１が回動する機構によってマス部３０が旋回体７の前後方向に移動する構成としたが、他の機構によってマス部３０が旋回体７の前後方向に移動する構成であってもよい。

また、運転者に操作されるスイッチを設け、コントローラ７０はスイッチからの信号を受信し、運転者の指令に基づいて可動ウェイト３０の移動を制御する構成としてもよい。

５ 掘削機
６ 走行体
７ 旋回体
１０ 掘削体
２１ カウンタウェイト
３０ マス部
４０ 可動ウェイト
４１ スイングアーム
４２ 駆動機構
４３ シャフト
５１ 傾斜角度センサ（傾斜角度検出部、掘削動作検知部）
７０ コントローラ
１００ 重心可変装置

Claims (4)

1. 自走する走行体と、前記走行体の上部に設けられて前記走行体に対して旋回し、後部にカウンタウェイトを有する旋回体と、前記旋回体の前部に設けられて掘削動作する掘削体と、を備える掘削機に搭載される重心可変装置であって、
   前記カウンタウェイトに設けられ、前記カウンタウェイトに対して回動する可動ウェイトと、
   前記掘削体によって掘削動作がされているか否かを検知する掘削動作検知部と、
   前記掘削動作検知部によって掘削動作が検知された場合に前記可動ウェイトを回動制御するコントローラと、を備えることを特徴とする重心可変装置。
2. 前記可動ウェイトは、
   前記旋回体の左右方向であって前記カウンタウェイトに設けられるシャフトと、
   前記シャフトの両端から延在し、前記シャフトを中心に回動するスイングアームと、
   前記スイングアームに設けられ、前記スイングアームの回動と共に回動するマス部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の重心可変装置。
3. 前記掘削動作検知部は、前記旋回体の前後方向の水平線に対する傾斜角度を検出する傾斜角度検出部を含み、
   前記コントローラは、前記傾斜角度検出部によって検出された傾斜角度が所定の角度以上であった場合に前記シャフトを回動することを特徴とする請求項２に記載の重心可変装置。
4. 前記コントローラは、前記傾斜角度の時間的変化である変化速度を演算し、演算した変化速度に応じて可動ウェイトの動作速度を決定することを特徴とする請求項３に記載の重心可変装置。

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