JP4551911B2 - 荷吊作業可能なパワーショベル - Google Patents

Description

この発明は、アームを左右に移動可能に支持する側溝掘りブームを備えたパワーショベルのアームの先端にフックを装着して荷吊作業を可能にしたパワーショベルの荷吊作業用安全装置に関するものである。

パワーショベルは旋回台を備えた車体と、旋回台に上下揺動自在に装着されたブームと、ブームの先端に上下揺動自在に装着されたアームと、アームの先端に上下揺動自在に設けられたバケットとを備え、主として土砂の掘削や積込み等を行うのに用いられている。このような構造を備えたパワーショベルは、アームの先端にフックを装着することにより、荷吊作業（クレーン作業）を行うことが可能である。

荷吊作業を専門とするトラッククレーン等においては、ワイヤの巻上げによって吊荷の昇降を行い、ジブの上下揺動と旋回とによって積荷の移動を行う。一方、パワーショベルの荷吊作業においては、ジブ（アーム及びブーム）の昇降により吊荷の昇降を行い、ジブの屈伸と旋回により吊荷の移動を行う。

荷吊作業においては、許容吊荷重を超える吊荷を懸吊すると車体が転倒する危険が生ずるので、吊荷の重さが許容荷重を超えたときに警報を発したり機械を停止させたりする安全装置が必要である。この許容荷重は、荷吊点が車体に近いときは大きく、荷吊点が車体から離れるに従って小さくなる。一方、車体から荷吊点までの距離はブームやアームの角度によって変化する。そこでパワーショベルの機種毎にブーム及びアームの角度と許容吊荷重との関係を制御用コンピュータに登録しておき、吊荷重（実荷重）とそのときのブームやアームの角度から求めた許容吊荷重とを対比するようにしている。

実荷重の検出は、フックにロードセル等を設ければ検出することが可能であるが、パワーショベルはアームの先端に装着されたバケットで土砂の掘削や搬送作業を行うので、アームの先端にロードセルなどを設けると、掘削作業時に破損する危険が非常に大きい。そこでパワーショベルにおいては、ブーム及びアームの角度とこれらを操作する作動油の圧力とにより、実荷重を演算によって求めるようにしている。

このようにして求められた許容荷重と実荷重との関係を運転席に表示したり、必要に応じて警報を発したり機械を停止させたりする安全装置は、法規によって設置が定められていることでもあるため、すでに実用されている。

一方、側溝を掘るのに適したパワーショベルとして、側溝掘りブームを備えたパワーショベルが知られている。側溝掘りブームは、ブームの上部をオフセットブームとし、このオフセットブームを左右に揺動可能とすることで、アームを左右に移動させることを可能にしたもので、バケットを車体の中心から変位させて車体の側方に溝を掘削することを可能にしたものである。
特開平５‐２０２５３５号公報

このようなオフセットブームを備えたパワーショベルで荷吊作業を行うときには、吊荷の移動をオフセットブームの揺動によって行うことも可能である。しかし、オフセットブームを揺動させると、吊荷の重心がブームの中心からずれることになり、ブームに曲げと捩じれとの両方の応力を生じさせ、また車体を前方（またはバケット側）のみでなく、側方にも転倒させようとする力が働くことになる。

また、荷吊り作業時における許容荷重は、吊荷を懸吊しているワイヤがアーム先端の軸中心から真っ直ぐに延びていることを前提として導出されたものであり、ワイヤが斜めになったり吊荷の重心がアームやブームの中心線から変位したような場合には、実荷重が許容荷重以下であったとしても、必ずしも安全であるとは言えない。

荷吊作業を可能にしたパワーショベルの荷吊用のフックは、アームの先端のバケットの背面側に付いている。荷吊作業を行うときは、バケットを手前側（操作者側）に一杯に揺動した状態で固定して荷吊作業を行う。この荷吊作業を行っているときに、アームの絶対角θ₃がある角度以上になると、すなわちアーム先端が高く持ち上げられた状態になると、フックから懸吊されているワイヤがバケットの背面に当接して屈曲させられるということが起こる。

このような状態になるとフックにかかる吊荷重が実際の吊荷の荷重より大きくなることが生じ、また吊荷が揺れ動いたりしたときにワイヤとバケットとの背面が摺擦されて、バケットやワイヤを傷つけるということが起き、作業安全上好ましくない。

そこでこの発明は、側溝掘りブームを備えたパワーショベルでの荷吊作業時において、より高い安全性を確保することができるパワーショベルを得ることを課題としている。

この出願の発明は、アーム３を左右に移動可能に支持する側溝掘りブーム４２を備えたパワーショベルであって、車体に対するブーム２の角度θ₁とブームに対するアーム３の角度θ₂とを検出する検出手段を備え、荷吊り作業時にアームの先端に設けたフックの許容吊荷重及び実荷重をこれらの角度との関係において設定ないし演算して警報を発するかまたは機械を停止させる安全装置を備えた荷吊作業可能なパワーショベルにおいて、ブーム本体５０に対するオフセットブーム４３の角度θ₄を検出する角度センサを備え、前記荷吊り作業時にオフセットブームの角度θ₄が設定角度を超えたときに警報を発するかまたはオフセットブームの角度を増大させる方向への操作を停止させる安全装置を更に備えたパワーショベルを提供することにより、上記課題を解決したものである。

請求項２の発明に係る荷吊作業が可能なパワーショベルは、上記事項を備えたパワーショベルにおいて、荷吊り作業時に前記ブームの角度とアームの角度との和で演算されるアーム３の絶対角θ₃が設定角度を超えたときに、警報を発するかまたはジブの上動を停止させる安全装置を更に備えていることを特徴とするパワーショベルである。

オフセットブームを備えたパワーショベルで荷吊作業を行うときブームに生ずる曲げと捩じれの応力や、車体を側方に転倒させようとする力は、オフセットブームのオフセット角θ₄が大きくなるほど大きくなる。

この出願の発明においては、荷吊作業中におけるオフセットブームの揺動による上述の危険を回避するために、荷吊作業中にオフセットブーム４３が設定された角度以上揺動したとき、オフセットブームの設定角以上の揺動とジブの上昇とを制限するようにしている。

また請求項２の発明では、アームの絶対角θ₃が設定された角度すなわちフックから真っ直ぐに懸吊されてワイヤがバケットの背面と当接する限界の角度を超えたときに警報を発しジブの上動を停止させることにより、ワイヤが斜めになったりワイヤがバケット背面に摺接して損傷する等の危険を回避している。

なお、ジブはブームとアームを意味し、ジブの上動動作を停止するとは、アーム先端の上動動作を停止するの意味である。この動作は簡単にはアーム及びブームの上動動作をともに停止することによって実現できるが、アームを下降させそのアームの下降動作に伴うアーム先端の降下量と等しいかまたはそれより小さい量のブームの上昇動作によっても実現できる。従って、ブームの上動動作は必ず制限されるというわけではない。

一方、アームを上動しそのときのアーム先端の上昇量より大きくアーム先端を下降させる方向にブームを下降させれば、ジブは上昇しない。しかし、この動作ではジブが伸長し、従って荷吊点と車体との間隔が大きくなるから、許容荷重は小さくなる。従ってこの動きは通常許容されない。

アームの絶対角θ₃による制限は、アームおよび／またはブームを下降させること並びにアームとブームのいずれか一方を下降させ、他方をそれより小さい角度で上動させることにより回避できる。アームとブームの一方を上動させ他方を下降させる動きは、許容荷重による制限を生じなければ操作可能である。簡単にはアーム及びブームの上昇動作を共に禁止することにより、危険側に操作されることを回避できる。

これらの安全装置の制限が働いたときに、一定の条件下すなわち荷吊点が車体側へ近づきかつアームの絶対角が小さくなるという二つの条件が満足される範囲内であれば、ジブが上昇してもすなわちアーム先端が上昇しても安全側に移行することになる。しかし、アーム先端が上動すると吊荷が高く吊り上げられることになるから、万一事故が起こったときにその被害が大きくなるおそれがあるので、ジブの上昇動作自体を制限するのが好ましい。

以下、実施例を示す図面を参照して、この出願の発明を説明する。まず、図１及び図２を参照して、アームの絶対角を制限する安全装置について説明する。図１は、この発明のパワーショベルに用いられる油圧回路の要部を主として示すブロック図、図２は電気回路の要部を示す図である。図１において、１はパワーショベルの車体、２はブーム、３はアーム、４はバケット、５はブームシリンダ、６はアームシリンダ、７はバケットシリンダ、８はバケットの背部に設けられた荷吊用フック、９は荷吊用ワイヤ、１１及び１２は運転席に設けられているブーム及びアーム操作用の操作レバーである。またθ₁はブーム２の水平面からの起立角度、θ₂はブームに対するアームの角度（通常は負値）、θ₃はθ₁＋θ₂で演算されるアーム３の絶対角である。ブーム２と車体１との連接部の関節部分１３及びアーム３とブーム２とを連接する関節部分１４には、それぞれ角度センサが設けられて前記θ₁及びθ₂を検出している。

油圧源１５の作動油圧力は、ブーム操作弁１６及びアーム操作弁１７を介してブームシリンダ５及びアームシリンダ６に供給される。一方、油圧源１５から減圧弁を経て供給される制御油圧力は、操作レバー１１、１２に連結されたＰＰＣ（プロポーショナルプレッシャーコントロール）バルブ１８、１９、２０、２１を経て操作弁１６、１７のスプール操作用ポート２２、２３、２４、２５に供給されている。ＰＰＣバルブ１８ないし２１はその操作量に応じた油圧力を二次側回路２６ないし２９に発生し、操作弁１６、１７のスプールは、その圧力に応じた量だけ移動して、ブームシリンダ５及びアームシリンダ６への油圧回路を開く。すなわち、操作レバー１１、１２の操作方向及び操作量により、ブームシリンダ５及びアームシリンダ６の動作方向及び動作速度が制御される。

ＰＰＣバルブ１８〜２１と操作弁１６、１７とを繋ぐ制御用の二次側回路２６〜２９のうち、ブームシリンダのヘッドエンド側へ油圧を供給するための二次側回路２６及びアームシリンダ６のロッドエンド側に油圧を供給するための二次側回路２９にはシャットオフバルブ３２、３３が介装されている。シャットオフバルブ３２、３３は電磁駆動バルブで、そのソレノイド３４、３５に電流が印加されたときに動作して、ＰＰＣバルブ１８、２１から操作弁１６、１７の操作用ポート２２、２５に至る二次側回路２６、２９を遮断して、油圧が供給されないようにするとともに、操作用ポート２３、２４の油圧をタンクへ逃がして、操作弁１６、１７のスプールを中立位置に復帰させる。なお、ブームシリンダ５のヘッドエンド側は、ブームを起立させる側すなわちブーム２を上動させる側であり、また、アームシリンダ６のロッドエンド側は、ブームに対してアームを起立させる側、すなわちアームを上動させる側である。

図２において、３６は運転席に設けられた通常作業（掘削作業等）と荷吊作業とを切り換える切換スイッチであり、３２、３３は図１に示したシャットオフバルブである。コントローラ３７には角度センサで検出されたブームの角度θ₁とアームの角度θ₂とが入力されている（実際にはセンサの信号により、コントローラ内で角度が演算される）。コントローラ３７はブーム角度θ₁とアーム角度θ₂によって求まる許容荷重を予め登録された演算テーブルないし演算式を用いて算出する。一方、圧力センサ３８（図１）で検出されたブームシリンダのヘッド側圧力がコントローラ３７に入力され、このシリンダ圧と前記ブーム及びアームの角度θ₁、θ₂とにより、実荷重が演算される。演算された実荷重が許容荷重に達したときに、コントローラ３７は油圧限信号ａを出力する。

またθ₁＋θ₂で求められるアームの絶対角θ₃が設定された角度、すなわちワイヤ９がバケット４の背面に当接する角度に達したとき、コントローラ３７は角度限信号ｂを出力する。油圧限信号ａ及び角度限信号ｂはリレー接点３９、４０を動作させ、シャットオフバルブ３２、３３のソレノイドに電流を供給して、ジブの上動を停止させ、操作弁１６、１７を上昇側に操作する二次側回路を遮断してブーム及びアームの上動を不能にする。同時にリレー３９、４０の電流は運転席に設けられているブザー４１を鳴らす。

図３及び図４は、側溝掘りブームを備えたパワーショベルにおける実施例を示した図で、図１、２に示した装置に加えて設けられる油圧回路及び電気回路を示したものである。側溝掘りブーム４２はブームの上部に左右方向に揺動する平行リンク機構からなるオフセットブーム４３を備えている。このオフセットブームはオフセットシリンダ４４の伸縮により左右に揺動し、オフセットブームの先端に連結されたアーム３を左右に平行移動させる。

運転席に設けたＰＰＣバルブ４５、４６は、オフセットシリンダ操作用の操作弁４７の両側のスプール操作用ポートにそれぞれ接続されており、その二次側回路中にシャットオフバルブ４８、４９が介装されている。オフセットブーム４３とブーム本体５０とを繋ぐ関節部５１には、オフセット角θ₄を検出するセンサが設けられている。

一方、図４のコントローラ３７には図２で示したθ₁とθ₂のほかにオフセット角θ₄が入力されており、またコントローラ３７にはオフセット角θ₄の限界値が予め設定されている。コントローラ３７はθ₁とθ₂から決定される油圧限信号ａ及び角度限信号ｂに加えて、検出されたオフセット角θ₄がプラス側で限界値を超えたときにオフセット限信号＋ｃを、マイナス側で超えたときにオフセット限信号−ｃを出力する。

オフセット限信号＋ｃ、−ｃは、それぞれリレー接点５２、５３をオンにする。リレー接点５２がオンになると、オフセットブーム４３をプラス側（角度センサのプラス側）に揺動させる方向のシャットオフバルブ４８が動作してオフセットブームがそれ以上揺動するのを不可能にし、またリレー接点５３がオンになると、オフセットブーム４３をマイナス側へと揺動させる側のシャットオフバルブ４９が動作してオフセットブームがそれ以上マイナス側に揺動するのを不可能にする。

油圧回路の要部を示すブロック図 制御電気回路の要部を示すブロック図 側溝掘りブームを備えたパワーショベルに付加される油圧回路の要部を示すブロック図 側溝掘りブームを備えたパワーショベルに付加される電気制御回路の要部を示すブロック図

符号の説明

２ ブーム
３ アーム
16 ブーム操作弁
17 アーム操作弁
26,29 二次側回路
32,33 シャットオフバルブ
42 側溝掘りブーム
43 オフセットブーム
50 ブーム本体
θ₁ブームの角度
θ₂アームの角度
θ₃アームの絶対角
θ₄オフセット角

Claims (2)

1. 車体に対するブーム(2)の角度(θ₁)とブームに対するアーム(3)の角度(θ₂)とを検出する検出手段を備え、荷吊り作業時にアームの先端に設けたフックの許容吊荷重及び実荷重をこれらの角度との関係において設定ないし演算して警報を発するかまたは機械を停止させる安全装置を備え、かつアーム(3)を左右に移動可能に支持する側溝掘りブーム(42)を備えた荷吊作業可能なパワーショベルにおいて、ブーム本体(50)に対するオフセットブーム(43)の角度(θ₄)を検出する角度センサを備え、前記荷吊り作業時にオフセットブームの角度(θ₄)が設定角度を超えたときに警報を発するかまたはオフセットブームの角度を増大させる方向への操作を停止させる安全装置を更に備えていることを特徴とする、荷吊作業可能なパワーショベル。
2. 荷吊り作業時に前記ブームの角度とアームの角度との和で演算されるアーム(3)の絶対角(θ₃)が設定角度を超えたときに、警報を発するかまたはジブの上動を停止させる安全装置を更に備えていることを特徴とする、請求項１記載の荷吊作業可能なパワーショベル。

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