JP2019031377A - 過負荷防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定性を担保できるとともに、作業機の吊上げ性能を作業状態に応じて最大限に利用できる過負荷防止装置を提供する。
【解決手段】過負荷防止装置は、移動式作業機に搭載されるものであって、作業状態ごとに吊上げ性能が設定されている吊上げ性能データと、前方領域、後方領域及び側方領域を含む性能領域を規定する切替角度が設定されている性能領域データとを記憶する記憶部と、移動式作業機の現在の作業状態に対応する吊上げ性能と実負荷とに基づいて移動式作業機の動作を制御する作業機制御部と、を備える。吊上げ性能は、前方領域及び後方領域に対して設定される最大張出幅性能を有し、切替角度は、作業状態ごとに、安定度計算及びジャッキ強度などの強度要因に基づいて設定されている。
【選択図】図８

Description

本発明は、移動式作業機に搭載される過負荷防止装置に関する。

移動式クレーンや高所作業車等の移動式作業機（以下、「作業機」と称する）は、作業時の安定性を確保するために、複数本（例えば、前後２本ずつ計４本）のアウトリガーを備えている。原則として、アウトリガーをすべて最大限に張り出した状態で作業が行われる。ただし、作業機の設置箇所によっては、アウトリガーの張出幅が異なる状態（異張出状態）とすることも許容されている。

また、作業機には、作業を安全に行うために安全装置を取り付けることが義務づけられている。安全装置の一例として、過負荷状態となる場合に作業機の危険側への動作（例えば、ブームの起伏及び旋回）を制限したり、過負荷状態に近いことを報知したりする過負荷防止装置（モーメントリミッター）がある。過負荷防止装置によれば、吊上げ性能（典型的には、定格総荷重）を超える過負荷による作業機の転倒又は破損などの事故を未然に防止することができる。

定格総荷重は、作業機に負荷させることができる最大の荷重（吊り具の質量を含む）であり、作業状態（例えば、ブーム長、作業半径、アウトリガーの張出状態、及び旋回角度）ごとに、作業機の安定度又は構造部品（例えば、ブームやアウトリガーのジャッキ）の強度に基づいて設定される。

以下において、アウトリガーが最大張出幅、最小張出幅、及び中間張出幅（最大張出幅と最小張出幅の中間の張出幅）であるときの状態を、それぞれ、「最大張出状態」、「最小張出状態」、及び「中間張出状態」と称する。

ここで、定格総荷重（特に、安定度に基づく定格総荷重）は、実際には、ブームの旋回角度によって異なる。しかしながら、安全性及び利便性の観点から、定格総荷重は、性能領域（前方領域、後方領域及び側方領域）ごとに同じ値に設定されるのが一般的である。具体的には、安定度が最も悪くなる旋回角度（最小安定方向）において吊上げ可能な荷重が、定格総荷重として設定される。以下において、すべてのアウトリガーが最大張出状態となっている場合に、最小安定方向において吊上げ可能な荷重を「最大張出幅性能」、アウトリガーが異張出状態となっている場合に、最小安定方向において吊上げ可能な荷重を「中間張出幅性能」又は「最小張出幅性能」と称する。

前方領域とは、作業機の前方における性能領域であり、吊上げ性能として最大張出幅性能を設定できる性能領域である。後方領域とは、作業機の後方における性能領域であり、前方領域と同様に、吊上げ性能として最大張出幅性能を設定できる領域である。側方領域とは、前方領域及び後方領域以外の性能領域である。

過負荷防止装置は、例えば、作業状態ごとに設定された吊上げ性能データの中から作業状態に対応する吊上げ性能を参照し、吊り具重量を含む実際の荷重（以下、「実荷重」と称する）と参照した吊上げ性能とに基づいて、作業機の負荷状態（負荷率）を監視する。また、過負荷防止装置は、前方領域、後方領域及び側方領域を規定する性能領域データを有している。性能領域データは、アウトリガーの張出状態に応じて設定される。

以下に、従来の過負荷防止装置で用いられている作業機の吊上げ性能及び性能領域について説明する。

図１は、アウトリガーＯＲ１〜ＯＲ４が等張出状態である場合の吊上げ性能を示す図である。図１は、４本のアウトリガーＯＲ１〜ＯＲ４がすべて最大張出状態である場合の吊上げ性能を示している。

図１に示すように、アウトリガーＯＲ１〜ＯＲ４が等張出状態である場合は、前方領域ＦＡ、後方領域ＲＡ及び側方領域ＳＡ１、ＳＡ２のいずれにおいても、吊上げ性能は同じであり、最大張出幅性能が設定される。

図２Ａ、図２Ｂは、アウトリガーＯＲ１〜ＯＲ４が異張出状態である場合の吊上げ性能を示す図である。図２Ａ、図２Ｂは、４本のアウトリガーＯＲ１〜ＯＲ４のうち前方のアウトリガーＯＲ１、ＯＲ２が中間張出状態、後方のアウトリガーＯＲ３、ＯＲ４が最大張出状態である場合の吊上げ性能を示している。

図２Ａ、図２Ｂに示すように、アウトリガーＯＲ１〜ＯＲ４が異張出状態である場合、前方領域ＦＡ及び後方領域ＲＡでは、最大張出幅性能が吊上げ性能として設定される。一方、側方領域ＳＡ１、ＳＡ２では、アウトリガーＯＲ１〜ＯＲ４の張出状態に応じて、最小張出幅性能又は中間張出幅性能（図２Ａ、図２Ｂでは、中間張出幅性能）が吊上げ性能として設定される。なお、前方領域ＦＡ、後方領域ＲＡ及び側方領域ＳＡ１、ＳＡ２が切り替わる旋回角度θは、性能領域データとして設定されている。

すなわち、前方領域ＦＡ及び後方領域ＲＡでは、アウトリガーＯＲ１〜ＯＲ４の張出状態にかかわらず、最大張出幅性能が吊上げ性能として設定されるが、アウトリガーＯＲ１〜ＯＲ４の張出状態によって、前方領域ＦＡ及び後方領域ＲＡとして規定される旋回角度範囲が異なる。

ここで、性能領域データ、すなわち性能領域が切り替わる旋回角度θ（以下、「切替角度θ」と称する）は、安定度計算によって求められる。例えば、アウトリガーが異張出状態となっている場合に、最大張出幅性能を負荷したときの全周方向に対する安定度を求め、安定度が所定値を満足する範囲が前方領域ＦＡ又は後方領域ＲＡとなり、それ以外の範囲が側方領域ＳＡ１、ＳＡ２となる。安定度は、作業機の転倒に対する安定性を示す指標であり、例えば、安定モーメント／転倒モーメントで表される。

図２Ａ、図２Ｂでは、３０５°〜５５°（作業機の前方向（旋回角度０°）を基準として±５５°）が前方領域ＦＡ、１１５°〜２４５°（作業機の後方向（旋回角度１８０°）を基準として±６５°）が後方領域ＲＡ、５５°〜１１５°が右側方領域ＳＡ１、２４５°〜３０５°が左側方領域ＳＡ２となっている。すなわち、図２Ａ、図２Ｂでは、５５°、１１５°、２４５°、３０５°を切替角度θとして、性能領域が切り替わっている。

また、過負荷防止装置において、現在の作業状態（旋回角度を含む）に対応する吊上げ性能をリアルタイムで演算し、演算により得られた吊上げ性能と実荷重とに基づいて、作業機の負荷状態（負荷率）を監視する方式も提案されている（例えば、特許文献１）。この場合、作業機の性能を最大限に利用することができる。

独国特許出願公開第１０２０１２０１１８７１号明細書

しかしながら、従来は、性能領域を切り換える切替角度θは、アウトリガーの張出状態に依存し、アウトリガーの張出状態が同じであれば、他の作業状態が異なっていても、同じ値に設定されている。そのため、作業状態によって異なる作業機の吊上げ性能を最大限に利用できているとはいえない。

また、特許文献１に開示の方式では、旋回角度に応じた吊上げ性能をリアルタイムで演算するために、過負荷防止装置の演算負荷が増大し、さらには作業状態を検出する検出器の精度等の外乱の影響を受けやすいので、安定性の面で課題がある。

本発明の目的は、安定性を担保できるとともに、作業機の吊上げ性能を作業状態に応じて最大限に利用できる過負荷防止装置を提供することである。

本発明に係る過負荷防止装置は、
自走可能な走行体、前記走行体上に水平旋回可能に配置された旋回台、前記旋回台上に起伏可能に配置されたブーム、及び張出幅を複数段階で設定可能な複数のアウトリガーを備える移動式作業機に搭載される過負荷防止装置であって、
作業状態ごとに吊上げ性能が設定されている吊上げ性能データと、前方領域、後方領域及び側方領域を含む性能領域を規定する切替角度が設定されている性能領域データと、を記憶する記憶部と、
前記移動式作業機の現在の作業状態に対応する前記吊上げ性能と、実負荷とに基づいて、前記移動式作業機の動作を制御する作業機制御部と、を備え、
前記吊上げ性能は、前記前方領域及び前記後方領域に対して設定される最大張出幅性能を有し、
前記切替角度は、作業状態ごとに、安定度計算及びジャッキ強度などの強度要因に基づいて設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、安定性を担保できるとともに、アウトリガーの異張出状態における作業機の性能を最大限に利用できる過負荷防止装置が提供される。

従来方式によって設定された作業機の吊上げ性能の一例（等張出状態）を示す図である。 図２Ａ、図２Ｂは、従来方式によって設定された作業機の吊上げ性能の他の一例（異張出状態）を示す図である。 実施の形態に係る移動式作業機の走行時の状態を示す図である。 移動式作業機の作業時の状態を示す図である。 作業機の制御系統を示す図である。 表示部における表示例を示す図である。 過負荷防止処理の一例を示すフローチャートである。 伸縮ブームのブーム長及びカウンターウエイトの重量を考慮して性能領域データの切替角度を設定した場合の全周方向における吊上げ性能を示す図である。 図９Ａ、図９Ｂは、円筒座標系を用いた吊上げ性能図の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

図３は、本発明の一実施の形態に係る移動式作業機１の走行時の状態を示す図である。図４は、移動式作業機１の作業時の状態を示す図である。図３、図４に示す移動式作業機１は、上部旋回体１０及び下部走行体２０を備える、いわゆるラフテレーンクレーンである（以下「作業機１」と称する）。

作業機１は、下部走行体２０の走行部にタイヤを使用した自走クレーンであり、一つの運転室から走行操作とクレーン操作を行うことができる。作業機１には、過負荷状態になるのを防止する過負荷防止装置１００（図５参照）が搭載されている。

上部旋回体１０は、旋回フレーム１１、キャビン１２（運転室）、起伏シリンダー１３、ジブ１４、フック１５、ブラケット１６、伸縮ブーム１７、カウンターウエイトＣ／Ｗ、及び巻上装置（ウインチ、図示略）等を備える。

旋回フレーム１１は、旋回支持体（図示略）を介して、下部走行体２０に旋回可能に支持される。旋回フレーム１１に対して、キャビン１２、起伏シリンダー１３、ブラケット１６、伸縮ブーム１７、カウンターウエイトＣ／Ｗ、及び巻上装置（図示略）等が取り付けられる。

キャビン１２は、旋回フレーム１１の前部に配置される。キャビン１２には、オペレーターが着座するシート、各種計器類の他、操作部１２１、表示部１２２及び音声出力部１２３（図５参照）が配置される。

伸縮ブーム１７は、支持軸（フートピン、符号略）を介して、ブラケット１６に回動可能に取り付けられる。伸縮ブーム１７は、例えば６段編成であり、伸張したときの基端側から順に、基端ブーム、中間ブーム（４段）、及び先端ブームを有する。先端ブームの先端部には、シーブ（符号略）を有するブームヘッド（符号略）が配置される。中間ブーム及び先端ブームは、内部に配置された伸縮シリンダー（図示略）が伸縮することにより、基端ブームに対して、長手方向にスライドして伸縮する（いわゆるテレスコピック構造）。

なお、伸縮ブーム１７において、中間ブームの数は特に限定されない。また、ブームヘッドには、バケットなどの作業用アタッチメントが取り付けられる場合もある。伸縮ブーム１７のブーム長は、例えば、全収納状態で９．８ｍ（基本ブーム長）、全伸長状態で４４．０ｍ（最大ブーム長）である。

起伏シリンダー１３は、旋回フレーム１１と伸縮ブーム１７との間に架設される。起伏シリンダー１３の伸縮により、伸縮ブーム１７が起伏される。伸縮ブーム１７の起伏角度は、例えば０°〜８４°である。

ジブ１４は、揚程を拡大する場合に、伸縮ブーム１７の先端（ブームヘッド）に回動可能に装着される。ジブ１４は、前方に向けて回動することにより、伸縮ブーム１７の前方に張り出される。

フック１５は、かぎ形状を有する吊り具であり、主巻フック及び補巻フックを有する。フック１５は、伸縮ブーム１７の先端部又はジブ１４の先端部のシーブに掛け回されたワイヤーロープ１９に取り付けられる。巻上装置（図示略）によるワイヤーロープ１９の巻上げ又は繰出しに伴い、フック１５が昇降する。

カウンターウエイトＣ／Ｗは、旋回台フレーム１１の後部に装着される。カウンターウエイトＣ／Ｗは複数の単位ウエイトを組み合わせて構成される。すなわち、カウンターウエイトＣ／Ｗは、単位ウエイトの組合せによって異なる重量となるように設定することができる。

下部走行体２０は、車体フレーム２１、前輪２２、後輪２３（以下「車輪２２、２３」と称する）、フロントアウトリガーＯＲ１、ＯＲ２、リアアウトリガーＯＲ３、ＯＲ４（以下「アウトリガーＯＲ１〜ＯＲ４」と称する）、及びエンジン（図示略）等を備える。

車輪２２、２３には、トランスミッション（図示略）を介してエンジンの駆動力が伝達される。作業機１は、エンジンの駆動力によって車輪２２、２３が回転することにより走行する。また、車輪２２、２３の操舵角（走行方向）は、キャビン１２に設けられたハンドル（図示略）の操作に伴い変化する。

アウトリガーＯＲ１〜ＯＲ４は、走行時には車体フレーム２１に収納される。一方、アウトリガーＯＲ１〜ＯＲ４は、作業時（上部旋回体１０の動作時）に、水平方向及び垂直方向に張り出し、車体全体を持ち上げて支持し、姿勢を安定させる。原則として、アウトリガーＯＲ１〜ＯＲ４をすべて最大限に張り出した状態で作業が行われる。ただし、作業機の設置箇所によっては、アウトリガーＯＲ１〜ＯＲ４の張出幅が異なる状態（異張出状態）とすることも許容されている。本実施の形態では、アウトリガーＯＲ１〜ＯＲ４は、４段階の張出幅（幅広の順に、最大張出幅、第１中間張出幅、第２中間張出幅、最小張出幅）を有するものとする。

図５は、作業機１の制御系統を示す図である。図５に示すように、作業機１は、処理部１０１、記憶部１０２、ブーム長さ検出部１１１、起伏角度検出部１１２、旋回角度検出部１１３、負荷検出部１１４、アウトリガー張出幅検出部１１５、操作部１２１、表示部１２２、音声出力部１２３及び油圧システム１２４等を備える。処理部１０１及び記憶部１０２によって過負荷防止装置１００が構成される。

過負荷防止装置１００は、作業機１の転倒に対する安定性や構成部材の強度を考慮して過負荷を防止する。具体的には、過負荷防止装置１００は、過負荷防止に関する情報（以下、「過負荷防止情報」と称する）に基づいて、過負荷状態となる場合に油圧システム１２４を制御して作業機１の危険側への動作（例えば、伸縮ブーム１７の起伏及び旋回）を制限したり、過負荷状態に近いことを表示部１２２及び／又は音声出力部１２３を通じて報知したりする。過負荷防止情報としては、ブーム長、ブーム起伏角度、作業半径、吊上げ性能（定格総荷重）、実荷重、アウトリガー張出幅、異常発生情報（センサ故障）などが挙げられる。過負荷防止装置１００によれば、吊上げ性能を超える過負荷による作業機１の転倒又は破損などの事故を未然に防止することができる。

処理部１０１は、演算／制御装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）、主記憶装置としてのＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備える（いずれも図示略）。ＲＯＭには、ＢＩＯＳ（Basic Input Output System）と呼ばれる基本プログラムや基本的な設定データが記憶される。ＣＰＵは、ＲＯＭから処理内容に応じたプログラム（例えば、過負荷防止プログラム）を読み出してＲＡＭに展開し、展開したプログラムを実行する。これにより、所定の処理（例えば、過負荷防止処理）が実現される。

本実施の形態では、処理部１０１は、例えば、ＲＯＭ（図示略）に格納された過負荷防止プログラムを実行することにより、作業状態取得部１０１Ａ、吊上げ性能設定部１０１Ｂ、負荷状態判断部１０１Ｃ、駆動制御部１０１Ｄ、及び表示／音声制御部１０１Ｅとして機能する。各部の機能の詳細については、後述する。なお、作業状態取得部１０１Ａ、吊上げ性能設定部１０１Ｂ、負荷状態判断部１０１Ｃ、駆動制御部１０１Ｄ、及び表示／音声制御部１０１Ｅは、作業機１の現在の作業状態に対応する吊上げ性能と実負荷とに基づいて作業機１の動作を制御する作業機制御部を構成する。

記憶部１０２は、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）、又はＳＳＤ（Solid State Drive）等の補助記憶装置である。記憶部１０２は、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital versatile Disc）等の光ディスク、ＭＯ（Magneto-Optical disk）等の光磁気ディスクを駆動して情報を読み書きするディスクドライブであってもよいし、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、ＳＤ（Secure Digital）メモリカード等のメモリカードであってもよい。

記憶部１０２は、作業機１の吊上げ性能データ１０２Ａ及び性能領域データ１０２Ｂを記憶する。吊上げ性能データ１０２Ａには、作業状態ごとに吊上げ性能が設定されている。作業状態は、伸縮ブーム１７のブーム長、伸縮ブーム１７の起伏角度、旋回角度、実負荷、アウトリガーの張出状態、作業半径、並びに旋回台１１に取り付けられるカウンターウエイトＣ／Ｗの重量及びアタッチメント装置の種類を含む。性能領域データ１０２Ｂには、前方領域、後方領域及び側方領域を含む性能領域を規定する切替角度が設定されている。吊上げ性能データ１０２Ａ及び性能領域データ１０２Ｂは、処理部１０１が過負荷防止処理を実行する際に参照される。

なお、吊上げ性能データ１０２Ａ及び性能領域データ１０２Ｂは、処理部１０１のＲＯＭ（図示略）に記憶されてもよい。吊上げ性能データ１０２Ａ及び性能領域データ１０２Ｂは、例えば、当該データが格納されたコンピューター読取可能な可搬型記憶媒体（光ディスク、光磁気ディスク、及びメモリカードを含む）を介して提供される。また例えば、吊上げ性能データ１０２Ａ及び性能領域データ１０２Ｂは、当該データを保有するサーバーから、ネットワークを介してダウンロードにより提供されてもよい。また、吊上げ性能データ１０２Ａ及び性能領域データ１０２Ｂは、作業機１の製造段階で、予め外部のコンピューターによって生成され、記憶部１０２に記憶されてもよいし、適宜更新されてもよい。さらには、吊上げ性能データ１０２Ａ及び性能領域データ１０２Ｂは、処理部１０１によって生成され、記憶部１０２又は処理部１０１のＲＯＭ（図示略）に記憶されてもよい。吊上げ性能データ１０２Ａ及び性能領域データ１０２Ｂの詳細については、後述する。

ブーム長さ検出部１１１は、伸縮ブーム１７のブーム長を検出し、検出したブーム長データを処理部１０１に出力する。
起伏角度検出部１１２は、上部旋回体１０の旋回面に対する伸縮ブーム１７の起伏角度を検出し、検出した起伏角度データを処理部１０１に出力する。
旋回角度検出部１１３は、上部旋回体１０の旋回角度（作業機１の前方向を基準角０°とする）を検出し、検出した旋回角度データを処理部１０１に出力する。
負荷検出部１１４は、伸縮ブーム１７に吊り下げられた荷の重量（フック１５の重量を含む実荷重）検出し、検出した負荷データを処理部１０１に出力する。
アウトリガー張出幅検出部１１５は、アウトリガーＯＲ１〜ＯＲ４の張出状態を検出し、張出状態データを処理部１０１に出力する。

処理部１０１は、ブーム長さ検出部１１１、起伏角度検出部１１２、旋回角度検出部１１３、負荷検出部１１４及びアウトリガー張出状態検出部１１５から取得した検出データに基づいて、作業機１の現在の作業状態を取得する。また、処理部１０１は、吊上げ性能データ及び性能領域データから現在の作業状態に対応する吊上げ性能を読み出し、読み出した吊上げ性能と実荷重とに基づいて、負荷状態（負荷率）を監視し、負荷状態を報知する。さらに、処理部１０１は、作業機１が注意状態又は危険状態である場合に、表示部１２２及び／又は音声出力部１２３を通じて警報を行うとともに、作業機１の起伏動作及び旋回動作を制御する。

操作部１２１は、走行操作（例えば前輪２２及び後輪２３の操舵）及びクレーン操作（例えば伸縮ブーム１７の起伏及び伸縮）を行うための操作レバー、ハンドル、ペダル、スイッチ類等を含む。例えば、操作部１２１は、オーペレ−ターが作業機１の作業状態の入力や、過負荷防止装置１００の設定変更などを行う際に用いられる。また、操作部１２１を通じてオペレーターによるクレーン操作が行われると、処理部１０１（駆動制御部１０１Ｄ）は、オペレーター操作に対応する制御信号を油圧システム１２４に出力する。

表示部１２２は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどのフラットパネルディスプレイで構成される。表示部１２２は、処理部１０１（表示／音声制御部１０１Ｅ）からの制御信号に従って、作業機１の作業状態を示す情報を表示する（図６参照）。図６に示すように、作業状態を示す情報は、伸縮ブーム１７及びジブ１４の長さ３１、伸縮ブーム１７の起伏角度３２、上部旋回体１０の旋回角度３３、アウトリガーＯＲ１〜ＯＲ４の張出状態３４、実荷重３５、現在の吊上げ性能３６、現在の負荷率３７、作業状態に対応する吊上げ性能及び性能領域を示す吊上げ性能図３８等を含む。オペレーターは、主にクレーン作業時に、表示部１２２に表示されている情報を参照する。

なお、操作部１２１及び表示部１２２は、タッチパネル付きのフラットパネルディスプレイによって一体的に構成されてもよい。また、表示部１２２は、ＬＥＤ（light emitting diode）を含み、ＬＥＤの点灯又は点滅により、作業機１の負荷状態を報知できるようにしてもよい。

音声出力部１２３は、例えば、スピーカーで構成される。音声出力部１２３は、処理部１０１（表示／音声制御部１０１Ｅ）からの制御信号に従って、作業機１の負荷状態を示す音声（例えば、警報ブザー）を出力する。

油圧システム１２４は、処理部１３１（駆動制御部１０１Ｄ）からの制御信号に従って、作業機１の各駆動部（油圧シリンダー等）を動作させる。

図７は、処理部１０１による過負荷防止処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、例えば、作業機１のエンジンが起動されることに伴い、ＣＰＵ（図示略）がＲＯＭ（図示略）に格納されている過負荷防止プログラムを実行することにより実現される。

ステップＳ１０１において、処理部１０１は、各検出部１１１〜１１５から作業機１の作業状態を取得する（作業状態取得部１０１Ａとしての処理）。また、処理部１０１は、伸縮ブーム１７のブーム長と起伏角度に基づいて、現在の作業半径を算出する。処理部１０１は、取得又は算出した情報を、表示部１２２に表示させる（表示／音声制御部１０１Ｅとしての処理、図６参照）。

ステップＳ１０２において、処理部１０１は、吊上げ性能データ及び性能領域データから現在の作業状態（例えば、伸縮ブーム１７のブーム長、作業半径及びアウトリガー張出状態）に対応する吊上げ性能を読み出し、設定する（吊上げ性能設定部１０１Ｂとしての処理）。また、処理部１０１は、全周方向に対する吊上げ性能を示す吊上げ性能図３８（図６参照）、及び現在の作業状態（旋回角度を含む）に対応する吊上げ性能３６（図６参照）を、表示部１２２に表示させる（表示／音声制御部１０１Ｅとしての処理）。

具体的には、アウトリガーＯＲ１〜ＯＲ４がすべて最大張出状態である場合は、前方領域、後方領域及び側方領域に対して、すなわち全周方向に対して、最大張出性能が設定されることとなる。吊上げ性能図３８は、例えば、図１に示すような表示となる。

なお、前方領域及び後方領域は、作業機１の重心位置によって、安定度が所定値以上である標準性能領域と、標準性能領域よりも大きい特別性能領域を有していてもよい。標準性能領域及び特別性能領域は、アウトリガーＯＲ１〜ＯＲ４のジャッキ反力に基づいて設定される。標準性能領域に対応する最大張出幅性能を「標準性能」、特別性能領域に対応する最大張出幅性能を「特別性能」と称する。性能領域データの切替角度θは、標準性能領域と特別性能領域を規定する領域内切替角度を有する。作業状態に対応する性能領域データ（領域内切替角度）に基づいて、標準性能領域及び特別性能領域が規定される。

一方、アウトリガーＯＲ１〜ＯＲ４が異張出状態である場合は、作業状態に対応する性能領域データ（第１切替角度θ１、第２切替角度θ２）に基づいて、前方領域、後方領域及び側方領域（遷移領域を含む）が規定されるとともに、前方領域及び後方領域における吊上げ性能（第１の吊上げ性能、ここでは最大張出幅性能）、側方領域（遷移領域を除く）における吊上げ性能（第２の吊上げ性能、ここでは中間張出幅性能又は最小張出幅性能）、並びに遷移領域における吊上げ性能（第３の吊上げ性能）が設定される。遷移領域における吊上げ性能は、吊上げ性能データに含まれる補間データに基づいて算出される。性能領域データに含まれる第１切替角度θ１は、前方領域と側方領域（遷移領域）が切り替わる旋回角度であり、第２切替角度θ２は、側方領域における遷移領域と固定領域が切り替わる旋回角度である。

ステップＳ１０３において、処理部１０１は、現在の吊上げ性能と実荷重に基づいて、現在の負荷状態（負荷率）を算出するとともに、現在の負荷率３７（図６参照）を表示部１２２に表示させる（負荷状態判断部１０１Ｃ、表示／音声制御部１０１Ｅとしての処理）。なお、負荷状態は、現在の吊上げ性能（定格総荷重）と実荷重を用いて算出されてもよいし、これらに対応する定格モーメントと作業モーメントを用いて算出されてもよい。

ステップＳ１０４において、処理部１０１は、現在の負荷状態に基づいて、作業機１の作業状態が安全であるか否かを判定する。処理部１０１は、例えば、現在の負荷状態が所定の許容値以下である場合に安全状態であると判定する。作業機１の作業状態が安全である場合（ステップＳ１０４で“ＹＥＳ”）、ステップＳ１０１の処理に移行する。そして、作業状態の変化に応じて、随時、負荷状態が監視される。一方、作業機１の作業状態が安全でない場合（ステップＳ１０４で“ＮＯ”）、ステップＳ１０５の処理に移行する。

ステップＳ１０５において、処理部１０１は、作業機１の負荷状態に応じた処理を行う。具体的には、処理部１０１は、現在の負荷状態が注意状態である場合は、その旨を表示部１２２に表示させるとともに、音声出力部１２３に警報ブザーを出力させる（表示／音声制御部１０１Ｅとしての処理）。また、処理部１０１は、現在の負荷状態が危険状態である場合は、その旨を表示部１２２に表示させるとともに、音声出力部１２３に警報ブザーを出力させる（表示／音声制御部１０１Ｅとしての処理）、さらに、処理部１０１は、作業機１の動作（例えば、伸縮ブーム１７の起伏動作又は旋回動作）が緩やかに停止するように、油圧システム１２４に制御信号を出力する（駆動制御部１０１Ｄとしての処理）。なお、注意状態における表示部１２２の表示内容及び音声出力部１２３の音声内容は、危険状態における表示内容及び音声内容と異なる。また、注意状態を判断するための判定値（第１の負荷率）は、危険状態を判断するための判定値（第２の負荷率）よりも小さい。

以上の過負荷防止処理によって、作業機１の安全性が確保される。上述した過負荷防止処理は、作業機１のエンジンの停止に伴い、終了する。

本実施の形態では、性能領域データの切替角度（領域内切替角度を含む）は、作業状態ごとに、安定度計算及び強度要因（ジャッキ強度など）に基づいて設定されている。従来は、性能領域データの切替角度は、アウトリガーＯＲ１〜ＯＲ４の張出状態に依存していたのに対して、本実施の形態では、アウトリガーＯＲ１〜ＯＲ４の張出状態だけでなく、作業状態も考慮して設定される。ここでは、伸縮ブーム１７のブーム長Ｌ及びカウンターウエイトＣ／Ｗの重量Ｗの組合せごとに切替角度を設定した場合について説明する。

図８Ａ〜図８Ｄは、伸縮ブーム１７のブーム長Ｌ及びカウンターウエイトＣ／Ｗの重量Ｗを考慮して性能領域データの切替角度を設定した場合の全周方向における吊上げ性能を示す図である。図８Ａ〜図８Ｄでは、前方のアウトリガーＯＲ１、ＯＲ２が第１中間張出状態、後方のアウトリガーＯＲ３、ＯＲ４が最大張出状態となっている場合について示している。また、図８Ａ〜図８Ｄでは、ブーム長Ｌが、全縮状態≦Ｌ＜Ｘ［ｍ］である場合を「ブーム：短」、Ｘ［ｍ］≦Ｌ＜全伸状態である場合を「ブーム：長」と表記し、カウンターウエイトＣ／Ｗの重量Ｗが、Ｙ［ｔｏｎ］≦Ｗ≦最大重量である場合を「Ｃ／Ｗ：大」、最小重量≦Ｗ＜Ｙ［ｔｏｎ］である場合を「Ｃ／Ｗ：小」と表記している。

図８Ａ〜図８Ｄは、それぞれ、カウンターウエイトＣ／Ｗの重量Ｗと伸縮ブーム１７のブーム長Ｌとの組合せ（Ｗ／Ｌ）が、（大／短）、（小／短）、（大／長）、（小／長）である場合を示す。

図８Ａ〜図８Ｄの４つのパターンの中で、図８Ｂに示すパターンが最も性能領域は小さい。図８Ｂに示す性能領域は、従来の方式で切替角度を設定した場合と同等である。これに対して、図８Ａ、図８Ｃ、図８Ｄに示すパターンでは、斜線部分だけ性能領域が拡大されている。

具体的には、カウンターウエイトＣ／Ｗの重量Ｗが大きい場合（図８Ａ、図８Ｃ）は、小さい場合（図８Ｂ、図８Ｄ）に比較して、作業機１の重量が増大し、安定モーメントが大きくなるため、安定度が増大する。安定度の大きさに応じて、前方領域の特別性能領域を拡大することができる。また、ブーム長Ｌが長い場合（図８Ｃ、図８Ｄ）は、短い場合（図８Ａ、図８Ｂ）に比較して、強度や安定度によって決定される定格総荷重は小さくなる。そのため、作業半径が同じであれば、定格総荷重を吊り下げたときの作業機全体の重量は、ブーム長Ｌが長い場合が小さく、ジャッキ反力に与える影響も小さくなる。したがって、ブーム長Ｌが長い方が、ブーム長Ｌが短い場合に比較して、性能領域を広く設定することができる。具体的には、図８Ｃ、図８Ｄに示すように、安定度やジャッキ反力の大きさに応じて、後方領域における標準性能領域を拡大できるとともに、特別性能領域を追加することができる。このように、図８Ａでは、前方のアウトリガーＯＲ１のジャッキ反力に影響が改善され、図８Ｃ、図８Ｄでは後方のアウトリガーＯＲ３、ＲＯ４のジャッキ反力による影響が改善されている。

ところで、従来は、作業状態に応じた吊上げ性能を示す吊上げ性能図には、図１、図２Ａ、図２Ｂ、及び図８Ａ〜図８Ｄに示すように、旋回角度を周方向、吊上げ性能を半径方向にとった二次元極座標系が用いられている。しかしながら、二次元極座標系を用いた吊上げ性能図では、作業半径の変化と吊上げ性能の変化が逆方向となる（例えば、作業半径が増大すると吊上げ性能は小さくなる）ので、作業半径の変化に伴う吊上げ性能の変化を把握しづらい。

そこで、本実施の形態では、旋回角度を周方向、作業半径を半径方向、吊上げ性能を軸方向にとった円筒座標系を利用する。図９Ａ、図９Ｂは、円筒座標系を用いた吊上げ性能図の一例を示す。図９Ｂでは、図９Ａにおける一部を切り欠いて示している。図９Ａ、図９Ｂに示すように、円筒座標系を用いた吊上げ性能図によれば、作業半径及び／又は旋回角度の変化に伴う吊上げ性能の変化を視覚的に把握することができるので、作業効率及び安全性が向上する。特に、旋回角度によって吊上げ性能が変化する場合に有効である。

このように、本実施の形態に係る過負荷防止装置１００は、自走可能な下部走行体２０、下部走行体２０上に水平旋回可能に配置された旋回台１１、旋回台１１上に起伏可能に配置された伸縮ブーム１７、及び張出幅を複数段階で設定可能な複数のアウトリガーＯＲ１〜ＯＲ４を備える作業機１（移動式作業機）に搭載される。
過負荷防止装置１００は、作業状態ごとに吊上げ性能が設定されている吊上げ性能データと、前方領域、後方領域及び側方領域を含む性能領域を規定する切替角度が設定されている性能領域データと、を記憶する記憶部１０２と、作業機１の現在の作業状態に対応する吊上げ性能と実負荷とに基づいて作業機１の動作を制御する作業機制御部と、を備える。
吊上げ性能は、前方領域及び後方領域に対して設定される最大張出幅性能を有し、切替角度は、作業状態ごとに、安定度計算及びジャッキ強度などの強度要因に基づいて設定されている。

過負荷防止装置１００によれば、安定性を担保できるとともに、アウトリガーの異張出状態における作業機１の性能を最大限に利用することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

例えば、本発明は、オールテレーンクレーンやトラッククレーン、又は高所作業車などのアウトリガーによって支持される移動式作業車に搭載される過負荷防止装置に適用することができる。

実施の形態では、処理部１０１（コンピューター）が、作業状態取得部１０１Ａ、吊上げ性能設定部１０１Ｂ、負荷状態判断部１０１Ｃ、駆動制御部１０１Ｄ、表示／音声制御部１０１Ｅとして機能することにより、本発明に係る過負荷防止装置１００を実現しているが、これらの機能の一部又は全部は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）等の電子回路によって構成することもできる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 移動式作業機
１０ 上部旋回体
２０ 下部走行体
１００ 過負荷防止装置
１０１ 処理部
１０１Ａ 作業状態取得部
１０１Ｂ 吊上げ性能設定部
１０１Ｃ 負荷状態判断部
１０１Ｄ 駆動制御部
１０１Ｅ 表示／音声制御部
１０２ 記憶部

Claims (5)

1. 自走可能な走行体、前記走行体上に水平旋回可能に配置された旋回台、前記旋回台上に起伏可能に配置されたブーム、及び張出幅を複数段階で設定可能な複数のアウトリガーを備える移動式作業機に搭載される過負荷防止装置であって、
   作業状態ごとに吊上げ性能が設定されている吊上げ性能データと、前方領域、後方領域及び側方領域を含む性能領域を規定する切替角度が設定されている性能領域データと、を記憶する記憶部と、
   前記移動式作業機の現在の作業状態に対応する前記吊上げ性能と、実負荷とに基づいて、前記移動式作業機の動作を制御する作業機制御部と、を備え、
   前記吊上げ性能は、前記前方領域及び前記後方領域に対して設定される最大張出幅性能を有し、
   前記切替角度は、作業状態ごとに、安定度計算及びジャッキ強度などの強度要因に基づいて設定されていることを特徴とする過負荷防止装置。
2. 前記作業機制御部は、前記移動式作業機の作業状態に応じて前記性能領域を切換えることを特徴とする請求項１に記載の過負荷防止装置。
3. 前記作業状態は、前記ブームのブーム長、前記旋回台に取り付けられるカウンターウエイトの重量、前記旋回台に取り付けられるアタッチメント装置の種類を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の過負荷防止装置。
4. 前記最大張出幅性能は、全周方向に対して設定される第１の性能と、第１の性能よりも大きい第２の性能を有し、
   前記切替角度は、前記前方領域又は前記後方領域において前記第１の性能が設定される第１の性能領域と、前記第２の性能が設定される第２の性能領域とを規定する領域内切替角度を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の過負荷防止装置。
5. 前記移動式作業機の表示部に前記作業状態に関する情報を表示させる表示制御部を備え、
   前記表示制御部は、前記吊上げ性能データ及び前記性能領域データに基づいて生成される吊上げ性能図を、作業半径を半径方向、旋回角度を周方向、吊上げ性能を軸方向とした円筒座標系を用いて立体的に表示させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の過負荷防止装置。

Images