JP5549646B2

JP5549646B2 - 建設機械の作業部材の異常変位検出装置

Info

Publication number: JP5549646B2
Application number: JP2011138004A
Authority: JP
Inventors: 宏下垣内
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2031-06-22
Also published as: JP2013002255A

Description

本発明はショベルや解体機等の建設機械において、作業アタッチメントを構成する作業部材の異常変位を検出する作業部材の異常変位検出装置に関するものである。

ショベルや、ショベルを母体として構成される解体機等の建設機械は、下部走行体上に上部旋回体を旋回自在に搭載してベースマシンを構成し、このベースマシン(上部旋回体)に作業アタッチメントを取付けて構成される。

作業アタッチメントは、ブームを含む複数の作業部材によって構成される。

たとえば解体機では、作業部材として、上部旋回体に起伏自在に取付けられたブームと、このブームの先端に水平軸まわりに回動自在に取付けられたアームを備え、このアームの先端に圧砕式その他の解体装置を取付けるとともに、ブームを起伏作動させるブームシリンダ、アームを作動させるアームシリンダ等の駆動アクチュエータを設けて構成される(特許文献１参照)。

特開平１１−１９３５４３号公報

作業アタッチメントを構成する作業部材(上記例ではブーム及びアーム。以下、ブームを例にとって説明する)は、板材等の構成材を溶接して組立てる溶接構造物であるため、溶接部分から亀裂が発生する可能性がある。

とくに作業アタッチメントの作業部材は長尺であるため、作業時の負荷モーメントが大きくて亀裂が進展し易く、ブームの折損、破断につながるおそれがある。

このため、亀裂による作業部材の異常変位(たわみや変形)を監視する必要がある。

ところが、従来はこの異常変位の検知を作業員による日常点検や、作業中のオペレータの目視による発見のみに頼っており、長尺ゆえに点検作業や監視が面倒、困難である上に、確実な検知はできないのが実情であった。

また、作業中は負荷によって作業部材がたわみ変形するため、外観のみで異常変位を判断することはきわめて困難であるという事情もあった。

そこで本発明は、ブームやアーム等の作業部材の異常変位を自動的に、かつ、確実に検出することができる建設機械の作業部材の異常変位検出装置を提供するものである。

上記課題を解決する手段として、本発明においては、ブームを含む作業部材によって構成された作業アタッチメントをベースマシンに取付け、この作業アタッチメントによって作業を行う建設機械の作業部材の異常変位検出装置であって、異常変位を検出すべき作業部材である対象作業部材の長さ方向の一端部にレーザ光を発するレーザ発信機、他端部に上記レーザ光を受ける受光部をそれぞれ設けて変位測定装置を構成し、かつ、上記作業部材が無負荷状態であることを検出する無負荷検出手段と、上記変位測定装置からの変位信号及び上記無負荷検出手段からの検出信号が入力される制御手段を設け、上記制御手段は、上記対象作業部材が無負荷状態であることを条件として、上記変位信号に基づいて上記対象作業部材の異常変位を判断するように構成したものである。

この構成によれば、検出対象となる作業部材の長さ方向の両端部間でレーザ光の授受を行い、受光量の有無や変化によって作業部材の異常変位を判断するため、異常検出を自動的にかつ確実に行うことができる。

ところで、建設機械の作業アタッチメントを構成する作業部材は、作業時に作業負荷によってたわみ変形するため、この種の作業部材に特有の問題として、作業負荷による「作業時変位」を異常変位と混同して誤検出する可能性がある。

この点、本発明によると、無負荷検出手段によって作業部材が無負荷状態であることを検出し、無負荷状態であることを条件として異常変位か否かを判断するため、異常変位を作業時変位と区別して正確に検出することができる。

この場合、無負荷検出手段として、作業アタッチメント全体の負荷によって変化するブームシリンダの負荷圧を検出する圧力センサを設け、このブームシリンダ負荷圧に基づいて無負荷状態であることを判断するように構成してもよいし(請求項２)、ブームシリンダ負荷圧について、作業アタッチメントの作業姿勢に基づいて求められる基準値と圧力センサによる検出値を比較して無負荷状態であることを判断するように構成してもよい(請求項３)。

また本発明においては、制御手段は、対象作業部材の異常変位を判断したときに警報器を作動させるように構成するのが望ましい(請求項４)。

こうすれば、すぐさまオペレータに作業部材の異常を知らせ、機械の停止等の危険回避処理を促すことができる。

本発明によると、ブームやアーム等の作業部材の異常変位を自動的に、かつ、確実に検出し、作業部材の折損、破断を未然に防止して安全性を確保することができる。

本発明の適用対象である解体機の全体概略側面図である。第１実施形態の異常変位検出装置のシステム構成を示す図である。第１実施形態の作用を説明するためのフローチャートである。本発明の第２実施形態の異常変位検出装置のシステム構成を示す図である。第２実施形態の作用を説明するためのフローチャートである。

実施形態は解体機を適用対象とし、かつ、作業アタッチメントのブームを異常変位の検出対象としている。

適用対象としての解体機は、図１に示すように下部走行体１と、この下部走行体１上に旋回自在に搭載された上部旋回体２とによってベースマシン３が構成され、このベースマシン３の上部旋回体２に解体作業を行う作業アタッチメント４が取付けられて構成される。

作業アタッチメント４は、溶接構造物であるブーム５の先端に、同じく溶接構造物であるアーム６が水平軸(ブームトップピン)７まわりに回動自在に取付けられるとともに、このアーム６の先端に作業装置としての圧砕装置８が水平軸(アームトップピン)９まわりに回動自在に取付けられて成り、ブーム５の基端部が上部旋回体２にブームフットピン１０を中心として回動(ブーム起伏)自在に取付けられる。

図１中、１１はブーム５(作業アタッチメント全体)を起伏させるブームシリンダ、１２はアーム６を上下回動させるアームシリンダ、１３は圧砕装置８を上下回動させる圧砕装置シリンダである。

第１及び第２両実施形態に共通の構成として、ブーム５の長さ方向の一端部、すなわちブームフットピン１０の位置またはその近傍に、ブーム先端に向けてレーザ光を発するレーザ発信機１４Ａ，１４Ｂ、他端部、すなわちブームトップピン７の位置またはその近傍に、レーザ光を受ける受光部１５Ａ，１５Ｂがそれぞれ設けられて変位測定装置１６Ａ，１６Ｂ(図２、図４に符号を付している)が構成されるとともに、上部旋回体２に制御手段としてのコントローラ１７Ａ，１７Ｂと、このコントローラ１７Ａ，１７Ｂからの作動指令に応じて作動する警報器１８が設けられている。

第１実施形態(図２，３参照)
第１実施形態においては、レーザ発信機１４Ａからのレーザ光を受光部１５Ａが受けているか否かによってブーム５の異常変位を判断する構成がとられている。

詳述すると、ブーム５に異常変位がなければ、レーザ発信機１４Ａから放射されたレーザ光が受光部１５Ａで正常に受けられる。

これに対し、ブーム５に異常変位が発生すると、図２中に二点鎖線で例示するようにブーム５とともに受光部１５Ａが移動して光路から外れるため、受光しなくなる。

この受光部１５Ａでの受光状態がレーザ発信機１４Ａに反映されてコントローラ１７Ａに受光状態信号として送られ、コントローラ１７Ａで受光の有無がブーム異常変位の有無として判断される。

この場合、ブーム５は、作業時であれば作業負荷によってたわみ変形し、この「作業時変位」により受光部１５Ａも移動するため、受光状態信号のみによると、作業時変位を異常変位と混同して誤検出する可能性がある。

そこで、無負荷状態であることを検出する無負荷検出手段として、作業負荷がかかるブームシリンダ１１の負荷圧(ヘッド側圧力)を検出する圧力センサ１９が設けられ、検出されたブームシリンダ負荷圧がコントローラ１７Ａに送られる。

コントローラ１７Ａは、このブームシリンダ負荷圧と受光状態信号とに基づき、作業アタッチメント４が無負荷状態であることを条件としてブーム５の異常変位を判断する。

図３のフローチャートによって説明すると、ステップＳ１で受光部１５Ａがレーザ光を受光したか否かが判断され、ＮＯ(受光していない)の場合、ステップＳ２で無負荷状態か否かが判断される。

ここでＹＥＳ(無負荷状態)となると、ブーム５の異常変位であるとして警報器１８を作動させる。

この警報器１８は、特定の警報音を発するものでもよいし、警報音とともに、あるいは単独で異常変位発生のメッセージを音声表示または画面表示するものでもよい。

なお、ステップＳ１でＹＥＳの場合は異常変位無しとして、またステップＳ２でＮＯの場合は無負荷状態でないとしてそれぞれステップＳ１に戻る。

このように、検出対象となるブーム５の長さ方向の両端部間でレーザ光の授受を行い、受光量の有無によってブーム５の異常変位を判断するため、異常検出を自動的にかつ確実に行うことができる。

この場合、ブーム５が無負荷状態であることを検出し、無負荷状態であることを条件として異常変位か否かを判断するため、異常変位を作業時変位と区別して正確に検出することができる。

また、ブーム５の異常変位を判断したときに警報器１８を作動させるため、ブーム５の異常変位をすぐさまオペレータに知らせ、機械の停止等の危険回避処理を促すことができる。

なお、異常発生時に警報器１８の作動とともに機械の稼動を強制停止させるように構成してもよい。

また、受光部１５Ａからコントローラ１７Ａに受光状態信号を送るようにしてもよい。

第２実施形態(図４，５参照)
第１実施形態との相違点のみを説明する。

第２実施形態においては、第１実施形態との第１の相違点として、受光部１５Ｂの受光量の変化からブーム５の変位量αを求め、この変位量が、異常変位を示す設定値以上のときに異常変位を判断するように構成されている。

なお、この構成をとる場合、レーザ発信機１４Ｂとして、プリズムユニットによって光路を受光部１５Ｂに誘導し、そのときのプリズム回転角をパルスエンコーダで測定することによって受光部１５Ｂの変位量(＝ブーム変位量)αを計測する公知のレーザ発信機が用いられる。

一方、ブームシリンダ負荷圧は、負荷そのものの変化に加えて作業アタッチメント４の作業姿勢によっても変化する。

そこで、無負荷検出手段として、圧力センサ１９に加えてブーム角度センサ２０とアーム角度センサ２１とが設けられ、コントローラ１７Ｂにおいて、検出されるブーム角度及びアーム角度から作業アタッチメント４の作業姿勢を演算し、ブームシリンダ負荷圧について、作業姿勢に基づいて求められる基準値と圧力センサ１９による検出値とを比較して無負荷状態であることを判断するように構成されている。

図５のフローチャートによってまとめて説明すると、ステップＳ１１でブーム変位量αが演算された後、ステップＳ１２で、演算されたブーム変位量αが設定値以上か否かが判断される。

ここでＹＥＳとなると、ステップＳ１３において作業アタッチメント４の作業姿勢及びこれに基づくブームシリンダ負荷圧が演算され、シリンダシリンダ負荷圧の検出値と比較される。

次いで、ステップＳ１４で無負荷状態か否かが判断され、ＹＥＳとなると、ブーム異常変位として警報器１８を作動させる(ステップＳ１５)。

なお、ステップＳ１２でＮＯ(変位量αが設定値未満)の場合、及びステップＳ１４でＮＯ(無負荷状態でない)の場合はいずれもステップＳ１１に戻る。

この第２実施形態によると、ブーム異常変位をより正確に検出することができる。

なお、第１、第２両実施形態を組み合わせ、たとえば受光部がレーザ光を受けているか否かの受光状態信号のみに基づいて、無負荷状態下で異常変位を判断する構成をとってもよい。

他の実施形態
(１) レーザ発信機１４Ａ，１４Ｂをブーム５の先端部に、受光部１５Ａ，１５Ｂをブーム基端部にそれぞれ設けてもよい。

(２) 図１に示す解体機においては、ブーム５とともに、あるいはブーム５に代えてアーム６の異常変位を検出することもできる。

この場合、レーザ発信機と受光部の一方をアーム基端部に、他方をアーム先端部に設ければよい。

(３) 本発明は、作業アタッチメントを構成する一つの長尺の個体としての作業部材の異常変位検出装置として広く適用可能であり、図１に示す解体機に限らず、ブームがメインブームとフロントブームで構成される解体機にも、また解体機に限らず、アームの先端にバケットを取付けるショベル等の他の建設機械のブームまたはアームの異常変位検出装置としても適用することができる。

１ベースマシンを構成する下部走行体
２同、上部旋回体
３ベースマシン
４作業アタッチメント
５作業アタッチメントを構成する対象作業部材としてのブーム
６同、アーム
８同、圧砕装置
１１ブームシリンダ
１４Ａ，１４Ｂレーザ発信機
１５Ａ，１５Ｂ受光部
１６Ａ，１５Ｂ変位測定装置
１７Ａ，１７Ｂ制御手段としてのコントローラ
１８警報器
１９無負荷検出手段としての圧力センサ
２０同、ブーム角度センサ
２１同、アーム角度センサ

Claims

ブームを含む作業部材によって構成された作業アタッチメントをベースマシンに取付け、この作業アタッチメントによって作業を行う建設機械の作業部材の異常変位検出装置であって、異常変位を検出すべき作業部材である対象作業部材の長さ方向の一端部にレーザ光を発するレーザ発信機、他端部に上記レーザ光を受ける受光部をそれぞれ設けて変位測定装置を構成し、かつ、上記作業部材が無負荷状態であることを検出する無負荷検出手段と、上記変位測定装置からの変位信号及び上記無負荷検出手段からの検出信号が入力される制御手段を設け、上記制御手段は、上記対象作業部材が無負荷状態であることを条件として、上記変位信号に基づいて上記対象作業部材の異常変位を判断するように構成したことを特徴とする建設機械の作業部材の異常変位検出装置。
上記無負荷検出手段として、上記ブームを起伏作動させるブームシリンダの負荷圧を検出する圧力センサを設け、上記制御手段は、上記ブームシリンダの負荷圧に基づいて無負荷状態であることを判断するように構成したことを特徴とする請求項１記載の建設機械の作業部材の異常変位検出装置。
上記無負荷検出手段として、上記ブームを起伏作動させるブームシリンダの負荷圧を検出する圧力センサと、上記作業アタッチメントの作業姿勢を検出する作業姿勢検出手段とを設け、上記制御手段は、上記ブームシリンダの負荷圧について、作業アタッチメントの作業姿勢に基づいて求められる基準値と上記圧力センサによる検出値を比較して無負荷状態であることを判断するように構成したことを特徴とする請求項１記載の建設機械の作業部材の異常変位検出装置。
上記制御手段は、対象作業部材の異常変位を判断したときに警報器を作動させるように構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設機械の作業部材の異常変位検出装置。