JP3877871B2 - クレーン仕様の油圧ショベルに於ける吊り荷重演算方法 - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はクレーン仕様の油圧ショベルに於ける吊り荷重演算方法に関するものであり、特に、油圧ホース破損時の安全対策バルブを備えたクレーン仕様の油圧ショベルに於ける吊り荷重演算方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は油圧ショベルのアタッチメント１０を示し、ブーム１１の先端にアーム１３が連結され、アーム１３の先端にバケット１５が装着されている。作業内容によっては、アタッチメント１０の先端部に吊りフック２２を装着し、この吊りフック２２に吊り荷を係止してクレーンとして使用する場合がある。このようなクレーン仕様の油圧ショベルは、角度センサにてブーム角度とアーム角度を検出するとともに、圧力センサにてブームシリンダ１２のボトム圧とロッド圧を検出し、各検出値から吊り荷重と定格荷重を演算し、吊り荷重が定格荷重を超えたときに警報を発するようにしている。
【０００３】
図示は省略するが、前記クレーン仕様の油圧ショベルには、ブーム下げラインに油圧ホース破損時の安全対策バルブを装備することが義務づけられている。該安全対策バルブはチェックバルブ及び切換バルブ等から構成され、ブームシリンダ１２の近くに設けられている。そして、万一油圧ホースが破損して作動油が漏出した場合であっても、該安全対策バルブ内部のチェックバルブにてブーム下げラインの作動油を遮断し、アタッチメント１０と吊り荷の落下を防止する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、アタッチメント１０の動きを停止してブーム１１を保持しているときに、前記安全対策バルブの切換バルブから僅かな漏れがあり、この漏れによりブームシリンダ１２の圧力が徐々に低下して、シリンダロッドの摩擦力の限界を超えた時点でブーム１１が少量だけ下降する。このように、安全対策バルブの漏れによってブーム１１の保持圧が低下するため、アタッチメント１０を停止して保持時間が長くなると、同一の吊り荷であっても吊り荷重の演算値が停止直後より小さくなる。従って、吊り荷重が定格荷重を僅かに超えて警報が発せられた場合、この状態でアタッチメント１０を停止して放置すると、時間の経過に伴って警報が停止するという不具合があった。
【０００５】
一方、アタッチメント１０の動きが停止したときは、上記理由から吊り荷重の新たな演算を中止し、そのときまでに演算した吊り荷重を保持することも考えられる。しかし、図６に示すように、アタッチメント１０の停止中に吊り荷を追加したり、或いは吊り荷を減少した場合であっても、吊り荷重の新たな演算を行わないため、吊り荷を増減した後に吊り荷重の表示値が変わらず、万一、実際の吊り荷重が定格荷重を超えたとしても警報が発せられないという危険がある。
【０００６】
そこで、クレーン仕様の油圧ショベルに於いて、アタッチメントの動きを停止したときに、安全対策バルブから作動油の漏れがあった場合や吊り荷を増減した場合であっても、吊り荷重を正確に演算して安全性を確保するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、アタッチメントの先端部に吊りフックを装着するとともに、ブーム下げラインに油圧ホース破損時の安全対策バルブを備え、ブーム角度とアーム角度の検出値並びにブームシリンダのボトム圧とロッド圧の検出値から吊り荷重と定格荷重を演算し、吊り荷重が定格荷重を超えたときに警報を発するように構成したクレーン仕様の油圧ショベルに於いて、前記ブームシリンダのボトム圧とロッド圧の検出値の変化が所定の割合以下の場合をアタッチメントの停止状態とし、該アタッチメントが所定時間以上停止状態になった場合は停止状態での吊り荷重の増減を判別し、該停止状態で吊り荷重の増減がないときは、そのときまでに演算した吊り荷重の演算値を保持して新たな演算を中断し、一方、該停止状態で吊り荷重の増減があったときは吊り荷重を新たに演算するクレーン仕様の油圧ショベルに於ける吊り荷重演算方法を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に従って詳述する。尚、説明の都合上、従来公知の構成部分についても同時に説明する。図１はクレーン仕様の油圧ショベルに於ける制御回路を示し、アタッチメント１０にはブーム１１を上下動させるブームシリンダ１２と、アーム１３を回動させるアームシリンダ１４と、バケット１５を開閉させるバケットシリンダ１６が設けられており、ブーム１１の回動基部に角度センサ１７を設けるとともに、アーム１３の回動基部に角度センサ１８を設け、夫々の角度センサ１７，１８の検出信号をコントローラ１９へ入力してブーム角度θ1 とアーム角度θ2 を検出する。また、ブームシリンダ１２のボトム側とロッド側に夫々圧力センサ２０，２１を設け、夫々の検出信号をコントローラ１９へ入力してブームシリンダ１２のボトム圧Ｐ1 とロッド圧Ｐ2 を検出する。
【０００９】
油圧ポンプ２５から吐出される作動油は、ブーム用のコントロールバルブ３０とバケット用のコントロールバルブ４０に供給されるほか、アーム用のコントロールバルブ（図示せず）にも供給される。前記ブーム用のコントロールバルブ３０はリモコンバルブ３１の操作にて制御され、ブームシリンダ１２のボトムラインＬ1 に安全対策バルブとしてＨＢＣＶ（ホースバーストチェックバルブ）３２をブームシリンダ１２に接近して設置し、該ＨＢＣＶ３２とコントロールバルブ３０との間に保持バルブ３３を介装する。
【００１０】
該ＨＢＣＶ３２には２つのチェックバルブ３４と３５が並列に設けられており、一方のパイロット式のチェックバルブ３４は、パイロットラインＬ3 のパイロット圧Ｐ3 がゼロになったときに逆流が可能となる。更に、該チェックバルブ３４のポンプ側に切換バルブ３６を介装してある。該切換バルブ３６は通常時は閉止位置３６ａにあって、パイロットポート３７にパイロット圧が掛かると絞り位置３６ｂに切り換わる。然るときは、前記パイロットラインＬ3 がタンク５０に連通してパイロット圧Ｐ3 がゼロになる。尚、該切換バルブ３６のパイロットポート３７には、リモコンバルブ３１のブーム下げ側のパイロットラインＬ5 が接続されている。また、符号３８はリリーフバルブであり、前記ボトムラインＬ1 が規定以上の高圧になったときに開放する。
【００１１】
そして、前記リモコンバルブ３１がブーム上げ側３１ａに操作されたときはパイロットラインＬ4 にパイロット圧Ｐ4 が発生し、前記コントロールバルブ３０が上げ位置３０ａに切り換わる。然るときは、作動油がブームシリンダ１２のボトムラインＬ1 へ導出され、保持バルブ３３を通ってＨＢＣＶ３２に至り、該ＨＢＣＶ３２のチェックバルブ３５を通過してブームシリンダ１２のボトム側に供給される。従って、ブームシリンダ１２が伸長し、ブームシリンダ１２のロッド側の作動油はロッドラインＬ2 を通ってタンク５０に戻る。斯くして、ブーム１１が上昇する。
【００１２】
これに対して、リモコンバルブ３１がブーム下げ側３１ｂに操作されたときはパイロットラインＬ5 にパイロット圧Ｐ5 が発生し、前記コントロールバルブ３０が下げ位置３０ｂに切り換わる。然るときは、作動油がロッドラインＬ2 へ導出されてブームシリンダ１２のロッド側へ供給される。従って、ブームシリンダ１２が収縮し、ブームシリンダ１２のボトム側の作動油は前記ボトムラインＬ1 を通って前記ＨＢＣＶ３２に至る。
【００１３】
前述したように、切換バルブ３６のパイロットポート３７にはパイロットラインＬ5 が接続されており、ブーム下げ時はパイロット圧Ｐ5 によって切換バルブ３６が絞り位置３６ｂに切り換わるため、パイロットラインＬ3 のパイロット圧Ｐ3 がゼロになってチェックバルブ３４が開き、前記ボトムラインＬ1 の逆流が可能となる。従って、ボトム側の作動油がチェックバルブ３４及び切換バルブ３６を通過し、保持バルブ３３及びコントロールバルブ３０を通ってタンク５０に戻る。斯くして、ブーム１１が下降する。
【００１４】
一方、前記バケット用のコントロールバルブ４０はリモコンバルブ４１の操作にて制御され、該リモコンバルブ４１がバケット閉じ側４１ａに操作されたときはパイロットラインＬ6 にパイロット圧Ｐ6 が発生し、前記コントロールバルブ４０が閉じ位置４０ａに切り換わる。然るときは、作動油がバケットシリンダ１６のボトムラインＬ8 へ導出され、バケットシリンダ１６が伸長して図示したようにバケット１５が閉じ姿勢となる。
【００１５】
これに対して、リモコンバルブ４１がバケット開き側４１ｂに操作されたときはパイロットラインＬ7 にパイロット圧Ｐ7 が発生し、前記コントロールバルブ４０が開き位置４０ｂに切り換わる。然るときは、作動油がバケットシリンダ１６のロッドラインＬ9 へ導出され、図示は省略するが、バケットシリンダ１６が収縮してバケット１５が開き姿勢となる。
【００１６】
ここで、前記パイロットラインＬ7 の途中に電磁切換バルブ４２を介装してあり、コントローラ１９からの信号が入力されたときは、該電磁切換バルブ４２が開放位置４２ａから閉止位置４２ｂに切り換わる。従って、アタッチメント１０に吊りフック２２を装着してクレーン仕様にした場合は、該電磁切換バルブ４２を閉止位置４２ｂに切り換えて前記パイロットラインＬ7 を遮断し、リモコンバルブ４１がバケット開き側４１ｂに不慮操作された場合であっても、バケット１５が開かないように規制しておく。
【００１７】
尚、符号２６は油圧ポンプ２５の吐出圧を規制するリリーフバルブ、２７はリモコンバルブの油圧源である。また、符号６０は演算された吊り荷重ＷX や定格荷重ＷM 等を表示するモニタであり、６１は警報を発するブザー、６２は警報用のランプである。前記コントローラ１９は、ブーム角度θ1 とアーム角度θ2 並びにブームシリンダ１２のボトム圧Ｐ1 とロッド圧Ｐ2 を検出して、各検出値の変化からアタッチメント１０の動作状態を判断するとともに、夫々の状態で定格荷重ＷM と吊り荷重ＷX を演算する。また、演算された吊り荷重ＷX と定格荷重ＷM 並びに吊り支点までの距離ｄX 等を選択的若しくは同時に前記モニタ６０に表示する。
【００１８】
後述するように、コントローラ１９にて吊り荷重ＷX と定格荷重ＷM を比較し、吊り荷重ＷX が定格荷重ＷM を超えたときは、ブザー６１を鳴らすとともにランプ６２を点灯若しくは点滅させて警報を発し、オペレータに過負荷であることを知らせるように構成されている。
【００１９】
更に、通常のショベル仕様の作業とクレーン仕様の作業とを指定するスイッチ６３を設け、オペレータは該スイッチ６３によって作業仕様をコントローラ１９に入力する。コントローラ１９は該スイッチ６３の操作によりショベル仕様かクレーン仕様かを判別し、ショベル仕様の場合は吊り荷重ＷX の演算処理や警報処理を実行しない。また、アタッチメント１０をクレーン仕様にした場合は、予めオペレータがバケット１５を最大閉じ状態にしておくが、コントローラ１９はクレーン仕様と判別したときに前記電磁切換バルブ４２へ信号を出力し、電磁切換バルブ４２を閉止位置４２ｂに切り換えてバケット１５を閉じ姿勢に保持する。
【００２０】
次に、吊り荷重ＷX を演算する手順について説明する。図２に示すように、アタッチメント１０に作用している回転モーメントＭは、ブームシリンダ１２に掛かる力Ｆと、ブームフート１１ａからブームシリンダ１２の軸線までの距離Ｄの積で表される。
【００２１】
【数１】
【００２２】
アタッチメント１０が図示した現在の姿勢で、吊り荷がないものと仮定した場合の回転モーメントＭ0 は、
【００２３】
【数２】
【００２４】
１式及び２式から、吊り荷重ＷX により発生するモーメントＭX は、
【００２５】
【数３】
【００２６】
従って、吊り荷重ＷX は次式で表される。
【００２７】
【数４】
【００２８】
また、クレーン仕様の油圧ショベルでは、各機種毎にアタッチメント１０の姿勢に応じて、予め定格荷重ＷM が決められており、吊り支点までの距離ｄX が大きくなるほど定格荷重ＷM は小となる。
【００２９】
ここで、図１に示したリモコンバルブ３１を中立位置にしてブーム１１の上下動を停止したときは、パイロットラインＬ5 にパイロット圧Ｐ5 が発生しないので、前記ＨＢＣＶ３２内の切換バルブ３６は閉止位置３６ａとなり、パイロットラインＬ3 にパイロット圧Ｐ3 が発生するのでチェックバルブ３４が閉じ、ブームシリンダ１２のボトム側からの逆流が阻止される。従って、前記ボトムラインＬ1 が遮断されてブーム１１は停止状態に保持される。
【００３０】
しかし、前記切換バルブ３６は構造上僅かな漏れがあり、この漏れをなくすことは極めて難しい。このため、切換バルブ３６が閉止位置３６ａにあるときでも、ブームシリンダ１２のボトム側の作動油がチェックバルブ３４のパイロットラインＬ3 から切換バルブ３６を通ってタンク５０へ漏出する。
【００３１】
従って、図３に示すように、ブームシリンダのボトム圧Ｐ1 が徐々に低下し、シリンダロッドの摩擦力ｆの限界を超えた時点ｔでブーム１１が少量だけ下降する。摩擦力ｆについて述べれば、ブーム１１の動きを停止した直後は、それまで動いていた動摩擦力のみであるため、摩擦力ｆは極めて小さい。これに対して、ブーム１１を停止して保持時間が長くなると動摩擦から静摩擦に変わり、且つ、前述したＨＢＣＶ３２内の油漏れにより、時間の経過に伴ってボトム圧Ｐ1 が低下するため、シリンダロッドが動きだす直前に摩擦力ｆが最大となる。
【００３２】
そして、ブーム１１の下降によってブームシリンダ１２のボトム側の容積が減少し、この容積減により再びボトム圧Ｐ1 が上昇するのでブーム１１の下降は停止する。このように、アタッチメント１０の動きを停止してブーム１１を保持した状態では、ブームシリンダのボトム圧Ｐ1 が前記変動を繰り返す。
【００３３】
ここで、シリンダロッドの摩擦力ｆを考慮すれば、前述した回転モーメントＭは次式で表される。
【００３４】
【数５】
【００３５】
しかし、作業中に刻々と変化するシリンダロッドの摩擦力ｆを検出することは不可能であるので、前述した１式によって回転モーメントＭを演算する。このため、アタッチメント１０の動きを停止した直後は吊り荷重ＷX を正確に演算できるが、停止後の時間の経過に伴って前記ボトム圧Ｐ1 が低下するので吊り荷重ＷX を正確に演算できなくなる。アタッチメント１０の動きを停止してから、摩擦力ｆの限界を超えてブーム１１が下降し始める時点ｔまでの時間は、油圧ショベルの機種や吊り荷重によって異なるが、本願出願人の実験結果では数分でブーム１１が下降し始めることが判明している。
【００３６】
従って、本発明では吊り荷重ＷX を正確に演算するため、図４に示すフローチャートに従って吊り荷重ＷX の演算を行う。先ず、角度センサ１７，１８にてブーム角度θ1 とアーム角度θ2 を検出し（ステップ１）、圧力センサ２０，２１にてブームシリンダ１２のボトム圧Ｐ1 とロッド圧Ｐ2 を検出する（ステップ２）。各検出値に基づき、１式からアタッチメント１０の回転モーメントＭを演算するとともに（ステップ３）、アタッチメント１０の姿勢を判別して吊り支点までの距離ｄX を演算する（ステップ４）。クレーン仕様の油圧ショベルでは、各機種毎にアタッチメント１０の姿勢に応じて、予め定格荷重ＷM が決められており、吊り支点までの距離ｄX が分かればその状態での定格荷重ＷM を演算できる（ステップ５）。
【００３７】
次に、ブームシリンダ１２のボトム圧Ｐ1 とロッド圧Ｐ2 の変化を読み取ってアタッチメント１０の動作状態を監視する。ボトム圧Ｐ1 とロッド圧Ｐ2 が一定の割合で僅かに変化しているときは、前述したようにブーム１１を保持しているときに発生するＨＢＣＶ３２内の油漏れが原因であり、アタッチメント１０の動きが停止している。然るときは、タイマにてアタッチメント１０停止後の経過時間を計測し、所定時間（ｎ秒）以上停止状態が継続したか否かを判別する（ステップ６）。
【００３８】
ここで、ステップ６に於いて、ブームシリンダ１２のボトム圧Ｐ1 とロッド圧Ｐ2 が刻々と変化してアタッチメント１０が作動中である場合や、或いは、アタッチメント１０が停止した場合でも停止時間がｎ秒未満である場合には、前述した４式によって吊り荷重ＷX を演算する（ステップ８）。一方、アタッチメント１０がｎ秒以上停止状態になったときはステップ７へ進み、前記ボトム圧Ｐ1 とロッド圧Ｐ2 の急激な変化の有無をみて、停止状態で吊り荷重の増減があったか否かを判別する。もし、ステップ７に於いて、停止状態で吊り荷重の増減があったときはステップ８へ進み、吊り荷重ＷX を新たに演算する。
【００３９】
これに対しステップ７に於いて、停止状態で吊り荷重の増減がないとき、即ち、アタッチメント１０がｎ秒以上停止状態になってブーム１１を保持しているときは、前述したように、停止後の時間経過に伴って吊り荷重ＷX を正確に演算できなくなる虞があるため、そのときまでに演算した吊り荷重の演算値を保持して新たな演算を中断し、ステップ９へジャンプする。尚、ｎ秒の所定時間は、油圧ショベルの機種や吊り荷重によって異なるが、おおよそ３０秒程度に設定する。
【００４０】
ステップ９では、ステップ５で演算した定格荷重ＷM と、ステップ８で演算した吊り荷重ＷX とを比較し、万一、吊り荷重ＷX が定格荷重ＷM を超えたときは、前述したように、ブザー６１を鳴らすとともにランプ６２を点灯若しくは点滅させて警報を発し（ステップ１０）、オペレータに過負荷であることを知らせる。一方、ステップ９で吊り荷重ＷX が定格荷重ＷM 以内であれば、ステップ１１へジャンプする。そして、ステップ１１では、前記吊り荷重ＷX と定格荷重ＷM 並びに吊り支点までの距離ｄX 等を選択的若しくは同時に前記モニタ６０に表示する。尚、ステップ９に於いて、吊り荷重ＷX が定格荷重ＷM 以下であっても定格荷重ＷM に接近したときは、警報の前段階として注意報を発するようにしてもよい。警報と注意報はブザー６１の吹鳴パターン及びランプ６２の点灯色を変えることによって区別する。
【００４１】
ここで、ステップ６に於いて、ブームシリンダ１２のボトム圧Ｐ1 とロッド圧Ｐ2 の変化によりアタッチメント１０が動作中であるか停止しているかを判別しているが、このほか、ブーム角度θ1 とアーム角度θ2 の変化から、アタッチメント１０の動作状態を判別することもできる。また、アタッチメント１０が動作中のときは、ブームシリンダ１２のボトム圧Ｐ1 とロッド圧Ｐ2 が安定しないため、この間は吊り荷重ＷX の演算を行わず、アタッチメント１０が停止してからｎ秒までの間に吊り荷重ＷX を演算するようにしてもよい。
【００４２】
而して、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は上記一実施の形態に詳述したように、油圧ホース破損時の安全対策バルブを装備したクレーン仕様の油圧ショベルに於いて、アタッチメントが所定時間以上停止状態になったときは、吊り荷重の新たな演算を中断するように構成したので、アタッチメントを保持しているときに安全対策バルブから作動油の漏れが生じた場合であっても、吊り荷重を正確に演算することができる。また、アタッチメントが停止状態であっても、吊り荷が増減されたときは吊り荷重を新たに演算するため、アタッチメント停止時での吊り荷重の変化を正確に検出できる。
【００４４】
斯くして、吊り荷重の演算誤差による警報停止がなくなり、クレーン仕様の油圧ショベルに於ける作業の安全性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の一実施の形態を示すものである。
【図１】クレーン仕様の油圧ショベルに於ける制御回路図。
【図２】アタッチメントに作用する回転モーメントと吊り荷重を示す解説図。
【図３】ブームシリンダのボトム圧とシリンダロッドの摩擦力の変化を示すグラフ。
【図４】吊り荷重の演算手順を示すフローチャート。
【図５】クレーン仕様のアタッチメントを示す側面図。
【図６】停止中のアタッチメントに吊り荷を増加する状態の側面図。
【符号の説明】
１０ アタッチメント
１１ ブーム
１２ ブームシリンダ
１３ アーム
１５ バケット
１７，１８ 角度センサ
１９ コントローラ
２０，２１ 圧力センサ
２２ 吊りフック
３２ ＨＢＣＶ（ホースバーストチェックバルブ）
６１ ブザー
６２ ランプ
θ1 ブーム角度
θ2 アーム角度
Ｐ1 ボトム圧
Ｐ2 ロッド圧
【発明の属する技術分野】
本発明はクレーン仕様の油圧ショベルに於ける吊り荷重演算方法に関するものであり、特に、油圧ホース破損時の安全対策バルブを備えたクレーン仕様の油圧ショベルに於ける吊り荷重演算方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は油圧ショベルのアタッチメント１０を示し、ブーム１１の先端にアーム１３が連結され、アーム１３の先端にバケット１５が装着されている。作業内容によっては、アタッチメント１０の先端部に吊りフック２２を装着し、この吊りフック２２に吊り荷を係止してクレーンとして使用する場合がある。このようなクレーン仕様の油圧ショベルは、角度センサにてブーム角度とアーム角度を検出するとともに、圧力センサにてブームシリンダ１２のボトム圧とロッド圧を検出し、各検出値から吊り荷重と定格荷重を演算し、吊り荷重が定格荷重を超えたときに警報を発するようにしている。
【０００３】
図示は省略するが、前記クレーン仕様の油圧ショベルには、ブーム下げラインに油圧ホース破損時の安全対策バルブを装備することが義務づけられている。該安全対策バルブはチェックバルブ及び切換バルブ等から構成され、ブームシリンダ１２の近くに設けられている。そして、万一油圧ホースが破損して作動油が漏出した場合であっても、該安全対策バルブ内部のチェックバルブにてブーム下げラインの作動油を遮断し、アタッチメント１０と吊り荷の落下を防止する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、アタッチメント１０の動きを停止してブーム１１を保持しているときに、前記安全対策バルブの切換バルブから僅かな漏れがあり、この漏れによりブームシリンダ１２の圧力が徐々に低下して、シリンダロッドの摩擦力の限界を超えた時点でブーム１１が少量だけ下降する。このように、安全対策バルブの漏れによってブーム１１の保持圧が低下するため、アタッチメント１０を停止して保持時間が長くなると、同一の吊り荷であっても吊り荷重の演算値が停止直後より小さくなる。従って、吊り荷重が定格荷重を僅かに超えて警報が発せられた場合、この状態でアタッチメント１０を停止して放置すると、時間の経過に伴って警報が停止するという不具合があった。
【０００５】
一方、アタッチメント１０の動きが停止したときは、上記理由から吊り荷重の新たな演算を中止し、そのときまでに演算した吊り荷重を保持することも考えられる。しかし、図６に示すように、アタッチメント１０の停止中に吊り荷を追加したり、或いは吊り荷を減少した場合であっても、吊り荷重の新たな演算を行わないため、吊り荷を増減した後に吊り荷重の表示値が変わらず、万一、実際の吊り荷重が定格荷重を超えたとしても警報が発せられないという危険がある。
【０００６】
そこで、クレーン仕様の油圧ショベルに於いて、アタッチメントの動きを停止したときに、安全対策バルブから作動油の漏れがあった場合や吊り荷を増減した場合であっても、吊り荷重を正確に演算して安全性を確保するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、アタッチメントの先端部に吊りフックを装着するとともに、ブーム下げラインに油圧ホース破損時の安全対策バルブを備え、ブーム角度とアーム角度の検出値並びにブームシリンダのボトム圧とロッド圧の検出値から吊り荷重と定格荷重を演算し、吊り荷重が定格荷重を超えたときに警報を発するように構成したクレーン仕様の油圧ショベルに於いて、前記ブームシリンダのボトム圧とロッド圧の検出値の変化が所定の割合以下の場合をアタッチメントの停止状態とし、該アタッチメントが所定時間以上停止状態になった場合は停止状態での吊り荷重の増減を判別し、該停止状態で吊り荷重の増減がないときは、そのときまでに演算した吊り荷重の演算値を保持して新たな演算を中断し、一方、該停止状態で吊り荷重の増減があったときは吊り荷重を新たに演算するクレーン仕様の油圧ショベルに於ける吊り荷重演算方法を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に従って詳述する。尚、説明の都合上、従来公知の構成部分についても同時に説明する。図１はクレーン仕様の油圧ショベルに於ける制御回路を示し、アタッチメント１０にはブーム１１を上下動させるブームシリンダ１２と、アーム１３を回動させるアームシリンダ１４と、バケット１５を開閉させるバケットシリンダ１６が設けられており、ブーム１１の回動基部に角度センサ１７を設けるとともに、アーム１３の回動基部に角度センサ１８を設け、夫々の角度センサ１７，１８の検出信号をコントローラ１９へ入力してブーム角度θ1 とアーム角度θ2 を検出する。また、ブームシリンダ１２のボトム側とロッド側に夫々圧力センサ２０，２１を設け、夫々の検出信号をコントローラ１９へ入力してブームシリンダ１２のボトム圧Ｐ1 とロッド圧Ｐ2 を検出する。
【０００９】
油圧ポンプ２５から吐出される作動油は、ブーム用のコントロールバルブ３０とバケット用のコントロールバルブ４０に供給されるほか、アーム用のコントロールバルブ（図示せず）にも供給される。前記ブーム用のコントロールバルブ３０はリモコンバルブ３１の操作にて制御され、ブームシリンダ１２のボトムラインＬ1 に安全対策バルブとしてＨＢＣＶ（ホースバーストチェックバルブ）３２をブームシリンダ１２に接近して設置し、該ＨＢＣＶ３２とコントロールバルブ３０との間に保持バルブ３３を介装する。
【００１０】
該ＨＢＣＶ３２には２つのチェックバルブ３４と３５が並列に設けられており、一方のパイロット式のチェックバルブ３４は、パイロットラインＬ3 のパイロット圧Ｐ3 がゼロになったときに逆流が可能となる。更に、該チェックバルブ３４のポンプ側に切換バルブ３６を介装してある。該切換バルブ３６は通常時は閉止位置３６ａにあって、パイロットポート３７にパイロット圧が掛かると絞り位置３６ｂに切り換わる。然るときは、前記パイロットラインＬ3 がタンク５０に連通してパイロット圧Ｐ3 がゼロになる。尚、該切換バルブ３６のパイロットポート３７には、リモコンバルブ３１のブーム下げ側のパイロットラインＬ5 が接続されている。また、符号３８はリリーフバルブであり、前記ボトムラインＬ1 が規定以上の高圧になったときに開放する。
【００１１】
そして、前記リモコンバルブ３１がブーム上げ側３１ａに操作されたときはパイロットラインＬ4 にパイロット圧Ｐ4 が発生し、前記コントロールバルブ３０が上げ位置３０ａに切り換わる。然るときは、作動油がブームシリンダ１２のボトムラインＬ1 へ導出され、保持バルブ３３を通ってＨＢＣＶ３２に至り、該ＨＢＣＶ３２のチェックバルブ３５を通過してブームシリンダ１２のボトム側に供給される。従って、ブームシリンダ１２が伸長し、ブームシリンダ１２のロッド側の作動油はロッドラインＬ2 を通ってタンク５０に戻る。斯くして、ブーム１１が上昇する。
【００１２】
これに対して、リモコンバルブ３１がブーム下げ側３１ｂに操作されたときはパイロットラインＬ5 にパイロット圧Ｐ5 が発生し、前記コントロールバルブ３０が下げ位置３０ｂに切り換わる。然るときは、作動油がロッドラインＬ2 へ導出されてブームシリンダ１２のロッド側へ供給される。従って、ブームシリンダ１２が収縮し、ブームシリンダ１２のボトム側の作動油は前記ボトムラインＬ1 を通って前記ＨＢＣＶ３２に至る。
【００１３】
前述したように、切換バルブ３６のパイロットポート３７にはパイロットラインＬ5 が接続されており、ブーム下げ時はパイロット圧Ｐ5 によって切換バルブ３６が絞り位置３６ｂに切り換わるため、パイロットラインＬ3 のパイロット圧Ｐ3 がゼロになってチェックバルブ３４が開き、前記ボトムラインＬ1 の逆流が可能となる。従って、ボトム側の作動油がチェックバルブ３４及び切換バルブ３６を通過し、保持バルブ３３及びコントロールバルブ３０を通ってタンク５０に戻る。斯くして、ブーム１１が下降する。
【００１４】
一方、前記バケット用のコントロールバルブ４０はリモコンバルブ４１の操作にて制御され、該リモコンバルブ４１がバケット閉じ側４１ａに操作されたときはパイロットラインＬ6 にパイロット圧Ｐ6 が発生し、前記コントロールバルブ４０が閉じ位置４０ａに切り換わる。然るときは、作動油がバケットシリンダ１６のボトムラインＬ8 へ導出され、バケットシリンダ１６が伸長して図示したようにバケット１５が閉じ姿勢となる。
【００１５】
これに対して、リモコンバルブ４１がバケット開き側４１ｂに操作されたときはパイロットラインＬ7 にパイロット圧Ｐ7 が発生し、前記コントロールバルブ４０が開き位置４０ｂに切り換わる。然るときは、作動油がバケットシリンダ１６のロッドラインＬ9 へ導出され、図示は省略するが、バケットシリンダ１６が収縮してバケット１５が開き姿勢となる。
【００１６】
ここで、前記パイロットラインＬ7 の途中に電磁切換バルブ４２を介装してあり、コントローラ１９からの信号が入力されたときは、該電磁切換バルブ４２が開放位置４２ａから閉止位置４２ｂに切り換わる。従って、アタッチメント１０に吊りフック２２を装着してクレーン仕様にした場合は、該電磁切換バルブ４２を閉止位置４２ｂに切り換えて前記パイロットラインＬ7 を遮断し、リモコンバルブ４１がバケット開き側４１ｂに不慮操作された場合であっても、バケット１５が開かないように規制しておく。
【００１７】
尚、符号２６は油圧ポンプ２５の吐出圧を規制するリリーフバルブ、２７はリモコンバルブの油圧源である。また、符号６０は演算された吊り荷重ＷX や定格荷重ＷM 等を表示するモニタであり、６１は警報を発するブザー、６２は警報用のランプである。前記コントローラ１９は、ブーム角度θ1 とアーム角度θ2 並びにブームシリンダ１２のボトム圧Ｐ1 とロッド圧Ｐ2 を検出して、各検出値の変化からアタッチメント１０の動作状態を判断するとともに、夫々の状態で定格荷重ＷM と吊り荷重ＷX を演算する。また、演算された吊り荷重ＷX と定格荷重ＷM 並びに吊り支点までの距離ｄX 等を選択的若しくは同時に前記モニタ６０に表示する。
【００１８】
後述するように、コントローラ１９にて吊り荷重ＷX と定格荷重ＷM を比較し、吊り荷重ＷX が定格荷重ＷM を超えたときは、ブザー６１を鳴らすとともにランプ６２を点灯若しくは点滅させて警報を発し、オペレータに過負荷であることを知らせるように構成されている。
【００１９】
更に、通常のショベル仕様の作業とクレーン仕様の作業とを指定するスイッチ６３を設け、オペレータは該スイッチ６３によって作業仕様をコントローラ１９に入力する。コントローラ１９は該スイッチ６３の操作によりショベル仕様かクレーン仕様かを判別し、ショベル仕様の場合は吊り荷重ＷX の演算処理や警報処理を実行しない。また、アタッチメント１０をクレーン仕様にした場合は、予めオペレータがバケット１５を最大閉じ状態にしておくが、コントローラ１９はクレーン仕様と判別したときに前記電磁切換バルブ４２へ信号を出力し、電磁切換バルブ４２を閉止位置４２ｂに切り換えてバケット１５を閉じ姿勢に保持する。
【００２０】
次に、吊り荷重ＷX を演算する手順について説明する。図２に示すように、アタッチメント１０に作用している回転モーメントＭは、ブームシリンダ１２に掛かる力Ｆと、ブームフート１１ａからブームシリンダ１２の軸線までの距離Ｄの積で表される。
【００２１】
【数１】
アタッチメント１０が図示した現在の姿勢で、吊り荷がないものと仮定した場合の回転モーメントＭ0 は、
【００２３】
【数２】
１式及び２式から、吊り荷重ＷX により発生するモーメントＭX は、
【００２５】
【数３】
従って、吊り荷重ＷX は次式で表される。
【００２７】
【数４】
また、クレーン仕様の油圧ショベルでは、各機種毎にアタッチメント１０の姿勢に応じて、予め定格荷重ＷM が決められており、吊り支点までの距離ｄX が大きくなるほど定格荷重ＷM は小となる。
【００２９】
ここで、図１に示したリモコンバルブ３１を中立位置にしてブーム１１の上下動を停止したときは、パイロットラインＬ5 にパイロット圧Ｐ5 が発生しないので、前記ＨＢＣＶ３２内の切換バルブ３６は閉止位置３６ａとなり、パイロットラインＬ3 にパイロット圧Ｐ3 が発生するのでチェックバルブ３４が閉じ、ブームシリンダ１２のボトム側からの逆流が阻止される。従って、前記ボトムラインＬ1 が遮断されてブーム１１は停止状態に保持される。
【００３０】
しかし、前記切換バルブ３６は構造上僅かな漏れがあり、この漏れをなくすことは極めて難しい。このため、切換バルブ３６が閉止位置３６ａにあるときでも、ブームシリンダ１２のボトム側の作動油がチェックバルブ３４のパイロットラインＬ3 から切換バルブ３６を通ってタンク５０へ漏出する。
【００３１】
従って、図３に示すように、ブームシリンダのボトム圧Ｐ1 が徐々に低下し、シリンダロッドの摩擦力ｆの限界を超えた時点ｔでブーム１１が少量だけ下降する。摩擦力ｆについて述べれば、ブーム１１の動きを停止した直後は、それまで動いていた動摩擦力のみであるため、摩擦力ｆは極めて小さい。これに対して、ブーム１１を停止して保持時間が長くなると動摩擦から静摩擦に変わり、且つ、前述したＨＢＣＶ３２内の油漏れにより、時間の経過に伴ってボトム圧Ｐ1 が低下するため、シリンダロッドが動きだす直前に摩擦力ｆが最大となる。
【００３２】
そして、ブーム１１の下降によってブームシリンダ１２のボトム側の容積が減少し、この容積減により再びボトム圧Ｐ1 が上昇するのでブーム１１の下降は停止する。このように、アタッチメント１０の動きを停止してブーム１１を保持した状態では、ブームシリンダのボトム圧Ｐ1 が前記変動を繰り返す。
【００３３】
ここで、シリンダロッドの摩擦力ｆを考慮すれば、前述した回転モーメントＭは次式で表される。
【００３４】
【数５】
しかし、作業中に刻々と変化するシリンダロッドの摩擦力ｆを検出することは不可能であるので、前述した１式によって回転モーメントＭを演算する。このため、アタッチメント１０の動きを停止した直後は吊り荷重ＷX を正確に演算できるが、停止後の時間の経過に伴って前記ボトム圧Ｐ1 が低下するので吊り荷重ＷX を正確に演算できなくなる。アタッチメント１０の動きを停止してから、摩擦力ｆの限界を超えてブーム１１が下降し始める時点ｔまでの時間は、油圧ショベルの機種や吊り荷重によって異なるが、本願出願人の実験結果では数分でブーム１１が下降し始めることが判明している。
【００３６】
従って、本発明では吊り荷重ＷX を正確に演算するため、図４に示すフローチャートに従って吊り荷重ＷX の演算を行う。先ず、角度センサ１７，１８にてブーム角度θ1 とアーム角度θ2 を検出し（ステップ１）、圧力センサ２０，２１にてブームシリンダ１２のボトム圧Ｐ1 とロッド圧Ｐ2 を検出する（ステップ２）。各検出値に基づき、１式からアタッチメント１０の回転モーメントＭを演算するとともに（ステップ３）、アタッチメント１０の姿勢を判別して吊り支点までの距離ｄX を演算する（ステップ４）。クレーン仕様の油圧ショベルでは、各機種毎にアタッチメント１０の姿勢に応じて、予め定格荷重ＷM が決められており、吊り支点までの距離ｄX が分かればその状態での定格荷重ＷM を演算できる（ステップ５）。
【００３７】
次に、ブームシリンダ１２のボトム圧Ｐ1 とロッド圧Ｐ2 の変化を読み取ってアタッチメント１０の動作状態を監視する。ボトム圧Ｐ1 とロッド圧Ｐ2 が一定の割合で僅かに変化しているときは、前述したようにブーム１１を保持しているときに発生するＨＢＣＶ３２内の油漏れが原因であり、アタッチメント１０の動きが停止している。然るときは、タイマにてアタッチメント１０停止後の経過時間を計測し、所定時間（ｎ秒）以上停止状態が継続したか否かを判別する（ステップ６）。
【００３８】
ここで、ステップ６に於いて、ブームシリンダ１２のボトム圧Ｐ1 とロッド圧Ｐ2 が刻々と変化してアタッチメント１０が作動中である場合や、或いは、アタッチメント１０が停止した場合でも停止時間がｎ秒未満である場合には、前述した４式によって吊り荷重ＷX を演算する（ステップ８）。一方、アタッチメント１０がｎ秒以上停止状態になったときはステップ７へ進み、前記ボトム圧Ｐ1 とロッド圧Ｐ2 の急激な変化の有無をみて、停止状態で吊り荷重の増減があったか否かを判別する。もし、ステップ７に於いて、停止状態で吊り荷重の増減があったときはステップ８へ進み、吊り荷重ＷX を新たに演算する。
【００３９】
これに対しステップ７に於いて、停止状態で吊り荷重の増減がないとき、即ち、アタッチメント１０がｎ秒以上停止状態になってブーム１１を保持しているときは、前述したように、停止後の時間経過に伴って吊り荷重ＷX を正確に演算できなくなる虞があるため、そのときまでに演算した吊り荷重の演算値を保持して新たな演算を中断し、ステップ９へジャンプする。尚、ｎ秒の所定時間は、油圧ショベルの機種や吊り荷重によって異なるが、おおよそ３０秒程度に設定する。
【００４０】
ステップ９では、ステップ５で演算した定格荷重ＷM と、ステップ８で演算した吊り荷重ＷX とを比較し、万一、吊り荷重ＷX が定格荷重ＷM を超えたときは、前述したように、ブザー６１を鳴らすとともにランプ６２を点灯若しくは点滅させて警報を発し（ステップ１０）、オペレータに過負荷であることを知らせる。一方、ステップ９で吊り荷重ＷX が定格荷重ＷM 以内であれば、ステップ１１へジャンプする。そして、ステップ１１では、前記吊り荷重ＷX と定格荷重ＷM 並びに吊り支点までの距離ｄX 等を選択的若しくは同時に前記モニタ６０に表示する。尚、ステップ９に於いて、吊り荷重ＷX が定格荷重ＷM 以下であっても定格荷重ＷM に接近したときは、警報の前段階として注意報を発するようにしてもよい。警報と注意報はブザー６１の吹鳴パターン及びランプ６２の点灯色を変えることによって区別する。
【００４１】
ここで、ステップ６に於いて、ブームシリンダ１２のボトム圧Ｐ1 とロッド圧Ｐ2 の変化によりアタッチメント１０が動作中であるか停止しているかを判別しているが、このほか、ブーム角度θ1 とアーム角度θ2 の変化から、アタッチメント１０の動作状態を判別することもできる。また、アタッチメント１０が動作中のときは、ブームシリンダ１２のボトム圧Ｐ1 とロッド圧Ｐ2 が安定しないため、この間は吊り荷重ＷX の演算を行わず、アタッチメント１０が停止してからｎ秒までの間に吊り荷重ＷX を演算するようにしてもよい。
【００４２】
而して、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は上記一実施の形態に詳述したように、油圧ホース破損時の安全対策バルブを装備したクレーン仕様の油圧ショベルに於いて、アタッチメントが所定時間以上停止状態になったときは、吊り荷重の新たな演算を中断するように構成したので、アタッチメントを保持しているときに安全対策バルブから作動油の漏れが生じた場合であっても、吊り荷重を正確に演算することができる。また、アタッチメントが停止状態であっても、吊り荷が増減されたときは吊り荷重を新たに演算するため、アタッチメント停止時での吊り荷重の変化を正確に検出できる。
【００４４】
斯くして、吊り荷重の演算誤差による警報停止がなくなり、クレーン仕様の油圧ショベルに於ける作業の安全性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の一実施の形態を示すものである。
【図１】クレーン仕様の油圧ショベルに於ける制御回路図。
【図２】アタッチメントに作用する回転モーメントと吊り荷重を示す解説図。
【図３】ブームシリンダのボトム圧とシリンダロッドの摩擦力の変化を示すグラフ。
【図４】吊り荷重の演算手順を示すフローチャート。
【図５】クレーン仕様のアタッチメントを示す側面図。
【図６】停止中のアタッチメントに吊り荷を増加する状態の側面図。
【符号の説明】
１０ アタッチメント
１１ ブーム
１２ ブームシリンダ
１３ アーム
１５ バケット
１７，１８ 角度センサ
１９ コントローラ
２０，２１ 圧力センサ
２２ 吊りフック
３２ ＨＢＣＶ（ホースバーストチェックバルブ）
６１ ブザー
６２ ランプ
θ1 ブーム角度
θ2 アーム角度
Ｐ1 ボトム圧
Ｐ2 ロッド圧
Claims (1)
- アタッチメントの先端部に吊りフックを装着するとともに、ブーム下げラインに油圧ホース破損時の安全対策バルブを備え、ブーム角度とアーム角度の検出値並びにブームシリンダのボトム圧とロッド圧の検出値から吊り荷重と定格荷重を演算し、吊り荷重が定格荷重を超えたときに警報を発するように構成したクレーン仕様の油圧ショベルに於いて、前記ブームシリンダのボトム圧とロッド圧の検出値の変化が所定の割合以下の場合をアタッチメントの停止状態とし、該アタッチメントが所定時間以上停止状態になった場合は停止状態での吊り荷重の増減を判別し、該停止状態で吊り荷重の増減がないときは、そのときまでに演算した吊り荷重の演算値を保持して新たな演算を中断し、一方、該停止状態で吊り荷重の増減があったときは吊り荷重を新たに演算することを特徴とするクレーン仕様の油圧ショベルに於ける吊り荷重演算方法。
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