JP3065329B2 - 作業用機械の運転状態報知システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、作業用機械使用中の作業モード毎の作業
装置への負荷状態の適否を運転室内の運転者に、音、振
動などの媒体により詳細に感知させるようにするシステ
ムに関するものである。

従来の技術 機械にパワープラントを搭載し、その動力で自走し、
作業装置を作動させて各種作業をする移動式の作業用機
械には、その作業現場における外部環境に対する騒音、
振動公害の防止については、極めて厳しい要求が課され
てきた。例えば、建設工事現場の騒音は、工事区間の境
界で所定のレベルを越えてはならないこととなっている
が、それらの騒音の大部分は建設機械が音源となるもの
であり、かつ、その建設機械が発する騒音のうち、当該
機械の動力源となるエンジン、油圧ポンプ、関連機器、
重電気機器、その他を含むパワープラントが騒音発生源
となり、しかも、全騒音の可成り大きな割合いを占める
ことは、つとに知られている。従って、従来は、エンジ
ンその他のパワープラントを雨露から守ることを主眼と
したボンネットに代り、近年の上述の如き外部要因と、
運転者の健康、作業の安全を期する内部要因をも兼ねて
対処するべく、作業用機械のパワープラントは、独立し
た、ほぼ密閉状態のパワープラント室に収納すべく、防
音と内部熱を放出できるボンネットで囲うようになって
いる。

例えば、作業用機械のうち最も稼動台数の多い建設機
械である油圧ショベルでは、第３図に示す如く、上部の
フレーム上に緩衝部材を介してキャビン１を搭載し、中
央前方には作業装置29の基端部を枢支している。そうし
て、エンジンなどのパワープラントは吸音、制振性の高
い複数の層からなる材料と遮音効果の高い構造のボンネ
ット２で取囲まれ、またフレームの下面からも騒音が洩
れないよう配慮され、大いなる効果をもたらせている。

発明が解決しようとする課題 ところで、作業用機械全般に共通する傾向であるが、
従来は人力で補助しながら、または、他の機械、他の作
業方法でなされていた作業も、すべて１台の機械で実施
し、しかも、作業内容の多様化に伴なう多工程の作業を
も１台の機械でまかなう傾向が強くなっている。

例えば、前記で例示した油圧ショベルにおいても、本
来の目的である通常の土砂掘削作業に最も適した性能が
付与されているのであるが、特定作業として土中に埋没
した機材の引抜き、地面下の掘削穴への資材の吊込みな
どがあり、或瞬間だけ速度を無視して部分的な作業能力
を増大させることを望まれる。このようなとき、一時的
により大型の油圧ショベルと入れかえるなどすること
は、時間的にも、経済効果的にも不利であるので、その
対応のため、１例として第４図に示すような油圧回路を
予め設けておくことがなされる。すなわち、通常の土砂
掘削など、本来の土工作業時では、パイロットバルブ25
並びに、図示を簡略化して１個のみとしたが、他のパイ
ロットバルブを操作して油圧切換弁群14、15に属する油
圧切換弁の１または複数を切換えて油圧ポンプの圧油を
作業装置29作動用のシリンダに供給し、所望の作業をす
るのであるが、上述のような瞬発力を必要とするとき
は、操作レバー上または、その近くに配置した操作手段
で指令バルブ26を操作する。そうすると、パイロットポ
ンプなどからの操作系の圧油が、該指令バルブ26を通
り、パイロット圧としてメインリリーフバルブ27、オー
バロードリリーフバルブ28の受信部に作用して、それぞ
れのリリーフ設定圧力を通常の値よりも昇圧させる。勿
論、回路図示は省略したが、当該アクチュエータへ流入
する油量をも同時に制限し、作業の安全を計っているこ
とは云うまでもない。また、第４図の例では作業装置29
を上方に回動させるアクチュエータへの回路の昇圧を示
しているが、その他のアクチュエータの回路圧を昇圧さ
せるようにすることもある。

上述の昇圧操作を常時、頻繁に使用することは機械の
耐久性、安全性の上からも好ましいことではなく、更
に、みだりに頻度高く、または、長時間使用すると作業
能率は極端に低下する。このようなことを防止する目安
として、従来機においては、指令バルブ26が操作され、
当該回路圧力が上昇したり、エンジン負荷が大きくなっ
たりしたときの変化は、パワープラントから発する騒
音、振動の増大というかたちで、直接、運転室内の運転
者に、体感的に伝わり、常時、そのとき、どきの運転状
態が把握できるので、その機械における運転経験も加味
され、作業内容に対応する適切な指令バルブ26の操作が
可能であった。

しかしながら、近年における前述の油圧ショベルのよ
うに、周囲環境、キャビン内環境の飛躍的な改善にとも
ない、運転者は、上述のようなパワープラント内で発生
している負荷変動の状態を直接感知できないまま運転を
続けることになりがちで、不適正な運転操作となる。

この発明は、上述のような不適正な運転操作を回避す
る目的で、パワープラントおよび関連部分の負荷状態を
検出し、組合わせて得られる信号により、運転者は目視
などに頼ることなく、体感的に、しかも、確実に感知で
きるシステムの実現を課題とするものである。

課題を解決するための手段 エンジンで駆動される油圧ポンプの吐出圧油で作動さ
れる作業装置用アクチュエータと、少なくともエンジン
と油圧ポンプを有する動力発生装置を有し、前記動力発
生装置を内装するパワープラント室と、運転操作装置お
よび関連機器類を配置した運転室とが独立して機体上に
設けられた作業用機械の運転状態報知システムにおい
て、前記動力発生装置の少なくとも１つの負荷状態を検
出して信号を発信する負荷検出手段と、運転状態に対す
る報知基準が異なる複数の作業モードのうちの１つを選
択する選択手段と、前記負荷検出手段からの信号のう
ち、前記選択手段により選択された作業モードにおける
運転状態の報知に必要な信号を選択し、この選択された
信号がそれに対応する予め記憶された所定の値を超えた
ときに出力信号を出力するコントローラと、前記コント
ローラからの出力信号で作動して前記運転状態を報知す
る報知手段とを備えた。例えば、エンジンの回転数を検
出する回転速度検出手段、エンジンを含むパワープラン
ト構成部分のうち、負荷時に最も振動を発生し易い部分
に取付け、その振動の大小を検出する加速度検出手段、
上記エンジンで駆動され圧油を発生する圧油回路で、負
荷に比例して高圧となる回路圧を検出する圧力検出手
段、作動油の温度を検出する温度検出手段、ボンネット
内部の騒音の大小を検出する音圧レベル検出手段などの
全部または１部の検出手段と、該検出手段に必要な電源
部と検出した各種信号を所定の信号値に変換する信号変
換手段と、該信号変更手段からの信号を作業内容に応じ
て取捨選択するセレクタ装置を有し、該セレクタを介し
て得た上記信号変換手段からの信号を組合わせて演算
し、その大きさと種類に応じた信号を出力するコントロ
ーラと、運転室内に設け、該コントローラからの出力の
大きさに応じた警音を発するスピーカ、運転席シートに
振動を与える起振装置から構成される報知手段を設け
る。

作用 当該機械の作業内容、例えば通常の騒音規制下での土
工作業、環境騒音に特別の規制がなされる病院、学校の
付近、夜間における作業、特定のアクチュエータのみ瞬
間的に昇圧させて機能増大を計る作業など、各種の作業
毎に対応して検出すべき項目をセレクタで選択するよう
にしておき、その信号をコントローラへ導入する。そう
して、コントローラには、それらの信号の大小、種類或
いは組合わせなどを演算した値が、予め記憶した所定値
以内か以上か、さらに大きいか、および信号の種類など
を判別して報知手段に信号を出力するようにしておく。

例えば、特定のアクチュエータのみ、瞬間的に通常の
リリーフ設定圧力よりも昇圧させて作業を遂行するよう
なとき、回転速度検出手段と圧力検出手段から得た信号
を選択してコントローラに入力するべく、セレクタをそ
の位置に設定して作業を開始する。特定アクチュエータ
の昇圧操作をしたとき、その負荷圧力が適正であり、か
つ、エンジンの回転数、すなわち、アクチュエータ作動
用の油圧量が過大でないときは、報知手段であるスピー
カから負荷圧力に比例する音量が、また、昇圧後の設定
圧力を越えると、不快音で、そのことを知らせる。ま
た、万一昇圧状態で流入油量が異常に多いときは、他の
報知手段である運転席シート下方の起振装置が作動して
振動を発生し、更に昇圧の持続時間が異常に長いときに
は、上記スピーカから更に大音量または不愉快音を発す
るよう、コントローラに記憶させてある。なお、この引
例におけるアクチュエータ作動用の圧油量の大小を検出
する手段は、その機械の制御方式により異り、例えば、
可変容積形油圧ポンプの斜板角度検出手段によるとか、
アクチュエータへの配管途中に設けた流量検出手段によ
るなど、多くの方法の中から適宜選定すればよい。

実施例 以下に、この発明の実施例を図に基づいて説明する。

第１図は作業用機械における独立した運転室Ｂ、パワ
ープラウント室Ｃに設けるこの発明の装置配列を示すブ
ロック図であり、第２図は、第１図のパワープラント室
におけるＡ−Ａ矢視方向から見た内部機器の１例を示す
ブロック図である。

これらの図において、１は運転室Ｂを形成し、内部に
運転席５ならびに、図示は省略したが各種の操作装置が
配置されたキャビンで、防音・断熱構造となっており、
更に、外部からの不快振動をも吸収するべく、フレーム
３上に緩衝部材４を介して取付けるなど免振構造となっ
ている。２はパワープラント室Ｃの外周壁を構成し、同
じく、フレーム３上に設けられ、底面をも含み、ほぼ密
閉状にしたボンネットで、パワープラントＣ内で発生す
る騒音が外部に洩れたり、振動がフレームを介して外部
に影響を与えたりし難いような構造と材料とから作られ
ており、内部には、主要動力機器であるエンジン12、油
圧ポンプ13、油圧切換弁群14,15、管路16,17,19並びに
これら主要機器の各種制御手段が配置され、運転中は振
動、騒音の主たる発生源であり、その大きさは、おおむ
ね、回転機器の回転速度と作業負荷の大きさに比例す
る。

第２図では上記の個々の機器および相互効果として現
われる振動、騒音およびその発生要素のレベルを検出す
る検出器配置の１例を示しており、この例において、20
はエンジン12とこれに直結された油圧ポンプ13の振動の
大きさを検出する加速度検出器、21はエンジン12の回転
を検出する回転速度検出器、22は油圧ポンプ13の吐出口
に通じる管路16,17の圧油を、シャトル弁18で管路19に
取出し、その圧力の大きさを検出する圧力検出器、23は
ボンネット２内の内部綜合騒音のレベルを検出する音圧
レベル検出器、24は作動油の温度を検出する温度検出器
であり、また、８はこれらの各検出器の作動に要する電
源部を含み、各検出器からの信号を所定の信号としてコ
ントローラ９に、それぞれ供給する信号変換器であり、
前記の如き各検出器と該信号変換器８とが対をなして、
それぞれ、加速度検出手段（20,8）、回転速度検出手段
（21,8）、圧力検出手段（22,8）、音圧レベル検出手段
（23,8）、温度検出手段（24,8）などを形成している
（これら各種検出手段が負荷検出手段に相当する）。10
はコントローラ９に付属したセレクタ装置（選択手段に
相当する）で、上記の各種検出手段から得られる信号の
うち、１または複数の信号のみをコントローラに選択的
に入力する複数のノッチ位置を備えており、それぞれの
ノッチ位置は、その機械の作業内容のモードを示し、例
えば、前述の作用の欄で例示した昇圧のモードのほか、
夜間作業モード、特定地区作業モード、防振モード、耐
酷熱モードなどのノッチ位置を有し、それぞれのモード
に関して運転者が把握しておくべき運転状態を示す要素
となる検出信号をコントローラ９に供給する。該コント
ローラ９には、それぞれのモードに供給されてくる検出
値毎に、あるいは組合わせた検出値毎に、１ないし複数
段階の限界値が記憶され、また、各種検出値に比例する
信号を出力するとともに、前記１ないし複数段階の限界
値を超過する毎に異なる信号を発信する。11は増巾装置
であり、コントローラ９からの出力信号を増巾し、キャ
ビン１内に設けたスピーカ６からの快適、軽快な音ある
いは不愉快音、大音を発生させたり、また、運転席のシ
ート５の下方に取付けた起振装置７を強弱に作動させた
りするものであり、該スピーカ６、起振装置７は、運転
者に、パワープラントの運転、負荷状態を、目視するこ
となく、体感的に伝達する報知手段の具体例を示すもの
である。

次に、上述の如き構成からなる、この発明の作動につ
いて説明する。

特定のアクチュエータの作動回路圧力を短時間昇圧さ
せて作業装置に瞬発力を付与したときの運転者の体感的
確認、運転状態の把握に関しては、さきの作用の欄にて
述べたので省略し、他の作業状態について述べる。例え
ば夜間作業において、外部環境保全のため、機械からの
発生騒音が一定の騒音レベル以下に規制されるときの作
業では、セレクタ10のノッチ位置は夜間作業モードにし
ておく。一般に、パワープラントで発生する騒音がボン
ネット外に洩れる音の大小は、ボンネット内部の綜合騒
音が高い程、また、作業装置への負荷が増大することに
よるエンジン排気騒音が高くなる程高くなる。従って、
夜間作業モードでは、音圧レベル検出手段（23,8）と圧
力検出手段（22,8）からの信号を前記セレクタ10を介し
てコントローラ９に入力させ、音圧レベル検出手段（2
3,8）からの信号が、予めコントローラ９に記憶させた
限界値に近づき、更にそれ以上になるに従って軽快音か
ら不愉快音へと変化する音をスピーカ６が発するような
信号を増巾装置11へ該コントローラ９が送り、また、音
圧レベル検出手段（23,8）からの信号が予め記憶させて
ある値よりも大きく、かつ、圧力検出手段（22,8）から
の信号が、予め記憶させた値よりも大きいときは、コン
トローラ９は、更に、起振装置７をも作動させるような
信号を、増巾装置11に出力する。従って、運転者は、こ
のような報知手段により、密閉状のキャビン１内に居な
がら、運転室内の表示装置を目視したりすることなく、
運転操作に専念しながら体感的に、外部への騒音の影響
が規制値を越えていないか、また越えているときは作業
装置への負荷が過大であるのか、更には、その負荷を減
少させても規制値以上の騒音を発していることが感知さ
れれば、エンジン回転数を低減などの対応処置を講ずる
ことが可能である。

以上の他、例えば、コントローラ９に記載させる音圧
レベルの値、圧力信号の値などを実験的に求め、作業形
態に応じて複数種類のノッチ位置をセレクタ装置10に設
けたり、温度検出手段（24,8）と回転速度検出手段（2
1,8）とから作動油温の状態、原因を感知したり、ある
いは、加速度検出手段（20,8）と圧力検出手段（22,8）
とから機体を通じて外部への振動伝達の大小、振動原因
としての作業装置29への負荷の適否など、種々の組合わ
せや、単独の検出手段からの信号により、作業用機械の
運転状態を体感的に感知することが可能である。

発明の効果 以上述べた使用例のように、この発明によれば作業用
機械のキャビン内に報知手段を設け、パワープラント用
のボンネット内の主要機器、環境などの運転状態、特
に、騒音、作業負荷、振動、エンジン回転、温度などの
検出手段で得られる信号のうち、その機械の作業モード
に応じた規制限界値を予めコントローラに記憶させてお
き、作業のモード毎に要求される規制の要因となる信号
のみをセレクタ装置で上記コントローラに入力すると、
該コントローラは必要に応じ演算処理し、報知手段に信
号を出力して作動せしめるので、密閉状態のキャビン内
で運転操作をする運転者にも、その作業内容に適した運
転状態であるか、不適当なときの原因は何であるかなど
を体感的に知り、直ちに対処が可能で、しかも、メー
タ、ゲージなどを目視する必要がなく感知できるので、
運転操作の妨げとなることも安全である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のシステムを構成する装置類の配列を
示すブロック図、第２図は第１図におけるＡ−Ａ矢視断
面図、第３図は油圧ショベルの外観側面図、第４図は第
３図の油圧ショベルにおける要部油圧系統図である。 ６……スピーカ ７……起振装置 ８……信号変換器 ９……コントローラ 10……セレクタ装置 11……増巾装置 20……加速度検出器 21……回転速度検出器 22……圧力検出器 23……音圧レベル検出器 24……温度検出器

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンで駆動される油圧ポンプの吐出圧
   油で作動される作業装置用アクチュエータと、少なくと
   もエンジンと油圧ポンプを有する動力発生装置を有し、
   前記動力発生装置を内装するパワープラント室と、運転
   操作装置および関連機器類を配置した運転室とが独立し
   て機体上に設けられた作業用機械の運転状態報知システ
   ムにおいて、 前記動力発生装置の少なくとも１つの負荷状態を検出し
   て信号を発信する負荷検出手段と、運転状態に対する報
   知基準が異なる複数の作業モードのうちの１つを選択す
   る選択手段と、前記負荷検出手段からの信号のうち、前
   記選択手段により選択された作業モードにおける運転状
   態の報知に必要な信号を選択し、この選択された信号が
   それに対応する予め記憶された所定の値を超えたときに
   出力信号を出力するコントローラと、前記コントローラ
   からの出力信号で作動して前記運転状態を報知する報知
   手段とを備えたことを特徴とする作業用機械の運転状態
   報知システム。