JP6510930B2 - ウェイト調整装置および旋回式作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、アタッチメントが連結される上部旋回体が下部走行体に旋回可能に搭載された旋回式作業機械に設けられるウェイト調整装置、および当該ウェイト調整装置を備える旋回式作業機械に関する。

例えば、吊り荷を吊り上げるためのブームやジブ等からなるアタッチメントが上部旋回体の前部に連結される作業機械においては、前方安定度（前方への転倒しにくさ）を向上させるため、上部旋回体の後部にカウンタウェイトが設けられる。しかしながら、カウンタウェイトを設けると前方安定度は向上するが、後方安定度（後方への転倒しにくさ）が低下するおそれがある。そこで、特許文献１では、下部走行体のカーボディにカーボディウェイトを設けることで、前方安定度および後方安定度の両方の向上が図られている。

特開２０１２−１１１６１８号公報

ここで、特許文献１のカーボディウェイトは、下部走行体のカーボディに固定されているため、上部旋回体の旋回動作に追随することができない。よって、上部旋回体の旋回角度に応じて、作業機械の安定度を向上させるためのカーボディウェイトの最適位置が変化する場合においても、この変化に対応することができず、カーボディウェイトを十分に有効活用できているとは言い難かった。

そこで、本発明は、カーボディウェイトを有する旋回式作業機械の安定度を従来よりも向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、アタッチメントが連結される上部旋回体が下部走行体に旋回可能に搭載された旋回式作業機械に設けられるウェイト調整装置であって、前記下部走行体のカーボディの前後両側に設けられる一対のカーボディウェイトと、前記一対のカーボディウェイトをそれぞれ前後左右に移動させる駆動機構と、前記一対のカーボディウェイトのそれぞれの位置を決定し、当該それぞれの位置に前記一対のカーボディウェイトを移動させるべく前記駆動機構を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明にかかるウェイト調整装置は、カーボディの前後両側に設けられた一対のカーボディウェイトをそれぞれ前後左右に移動させる駆動機構と、一対のカーボディウェイトのそれぞれの位置を決定し、当該それぞれの位置に一対のカーボディウェイトを移動させるべく駆動機構を制御する制御部とを有している。したがって、例えば上部旋回体の旋回角度に応じて、カーボディウェイトを適切な位置に移動させることができ、旋回式作業機械の安定度を従来よりも向上させることが可能となる。

本発明の実施形態にかかるクローラクレーンの側面図である。 下部走行体を模式的に示す上面図である。 駆動機構の構成を示す模式図である。 カーボディウェイトの位置制御を模式的に示す上面図である。 カーボディウェイトの位置制御を模式的に示す上面図である。 カーボディウェイトの位置制御を模式的に示す上面図である。

以下、本発明にかかるウェイト調整装置がクローラクレーンに設けられた実施形態について、図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明にかかるウェイト調整装置はクローラクレーンに限定されず、クローラ以外の移動手段を用いた移動式クレーンや、移動手段を持たない固定式クレーン等の他の旋回式作業機械に適用することも可能である。また、以下では、クローラクレーンにアタッチメントとしてブームが取り付けられている場合について説明するが、アタッチメントの種類は適宜変更が可能である。

図１は、本発明の実施形態にかかるクローラクレーンの側面図である。クローラクレーン１は、上部旋回体２が旋回ベアリング３を介して下部走行体４に旋回可能に搭載された構成となっている。上部旋回体２は、キャブ５およびカウンタウェイト６等を有しており、アタッチメントとしてブーム７が上部旋回体２の前部に連結されている。キャブ５は、上部旋回体２の前部に設けられた運転室である。カウンタウェイト６は、上部旋回体２の後部に配設されており、クローラクレーン１の前方安定度を向上させるためのおもりである。ブーム７は、上部旋回体２の前部に起伏可能に連結されており、上部旋回体２とともに旋回する。クローラクレーン１は、ブーム７の先端部から吊り下げられたフック８によって吊り荷を吊り上げ、荷役作業等を行うことができる。

図２は、下部走行体を模式的に示す上面図である。下部走行体４は、左右一対のクローラ９のクローラフレーム１０が、カーボディ１１によって連結された構成となっている。カーボディ１１の上面には、旋回ベアリング３が取り付けられている。カーボディ１１の前後両側には、一対のカーボディウェイト１２が、駆動機構１３によってそれぞれ前後左右に移動可能に設けられている。ウェイト調整装置１００は、一対のカーボディウェイト１２、駆動機構１３および制御部２０を有して構成される。

駆動機構１３は、カーボディ１１に固定された前後方向に延びる左右一対の第１ガイド１４と、左右一対の第１ガイド１４の間にわたって設けられた左右方向に延びる第２ガイド１５とを有している。第２ガイド１５には、カーボディウェイト１２が第２ガイド１５に沿って左右方向に移動可能に取り付けられており、また、第２ガイド１５は第１ガイド１４に沿って前後方向に移動可能に構成されている。これによって、カーボディウェイト１２が前後左右に移動可能となっている。なお、前後一対のカーボディウェイト１２の質量および形状は略同一であり、前後の駆動機構１３についても設置方向が異なるのみで構成は略同一である。

図３は、駆動機構の構成を示す模式図であり、図３（ａ）は駆動機構１３を図２のＩから見た図、図３（ｂ）は駆動機構１３を図２のＩＩから見た図を示す。図３（ａ）に示すように、第２ガイド１５の左右両端には箱状の支持体１６が取り付けられている。各支持体１６には、左右一対の車輪１７が前後方向に２組ずつ設けられており、左右一対の車輪１７で第１ガイド１４の上部に形成されたレール部１４ａを挟み込んでいる。車輪１７を駆動するための不図示のモータが第２ガイド１５に設けられており、制御部２０がこのモータを駆動させることで、第２ガイド１５がカーボディウェイト１２とともに第１ガイド１４に沿って前後方向に移動する。

図３（ｂ）に示すように、第２ガイド１５の上方には、前後一対の車輪１９が左右方向に２組設けられた駆動体１８が設置されており、前後一対の車輪１９で第２ガイド１５の上部に形成されたレール部１５ａを挟み込んでいる。駆動体１８の前後両端には側面視で凹形状を有するカーボディウェイト１２が取り付けられており、駆動体１８とカーボディウェイト１２とで形成される中空空間に第２ガイド１５が位置する。カーボディウェイト１２には、車輪１９を駆動するための不図示のモータが設けられており、制御部２０がこのモータを駆動させることで、駆動体１８がカーボディウェイト１２とともに第２ガイド１５に沿って左右方向に移動する。

後述の旋回作業時のカーボディウェイト１２の位置制御の説明の際には、上部旋回体２の旋回中心（旋回ベアリング３の中心）に原点Ｏ、原点Ｏを通りブーム７が延びる方向にＸ軸、原点Ｏを通りＸ軸に直交する方向にＹ軸を設定し、この座標系に基づいて説明を行う。上部旋回体２（ブーム７）が原点Ｏを中心に旋回するときの旋回角度は、ブーム７が前方にある状態から図２において時計回りに旋回したときの角度を正と定義する。以下の説明においては、前側のカーボディウェイト１２をウェイト１２Ａと表記し、後側のカーボディウェイト１２をウェイト１２Ｂと表記する。

以下、図４〜図６を参照しつつ、ウェイト１２Ａ、１２Ｂの位置制御について説明する。なお、図４〜図６においては、図が煩雑になることを避けるため、駆動機構１３の図示は省略し、ウェイト１２Ａ、１２Ｂのそれぞれの可動範囲ＲＡ、ＲＢをハッチングで図示している。ウェイト１２Ａの可動範囲ＲＡおよびウェイト１２Ｂの可動範囲ＲＢは、原点Ｏに関して前後左右対称である。また、ウェイト１２Ａ、１２Ｂの位置は、それぞれの重心位置によって定義する。

制御部２０は、例えば組立モード１、組立モード２、地切りモードおよび旋回作業モードの４つの制御モードを実行可能である。クローラクレーン１には不図示の操作部が設けられており、操作部を介して作業者が制御モードを選択すると、その制御モードに応じて、制御部２０がウェイト１２Ａ、１２Ｂのそれぞれの位置を決定し、当該それぞれの位置にウェイト１２Ａ、１２Ｂを移動させるべく駆動機構１３を制御する。

組立モード１は、上部旋回体２にカウンタウェイト６もブーム７も取り付けられていない状態で実行されるモードである。組立モード２は、上部旋回体２にカウンタウェイト６のみが取り付けられ、ブーム７がまだ取り付けられていない状態で実行されるモードである。地切りモードは、クローラクレーン１の組立完了後の地切り時に実行されるモードである。旋回作業モードは、旋回作業時に上部旋回体２の旋回角度に基づいて位置制御が実行されるモードである。なお、制御部２０が実行し得る制御モードの種類や数は適宜変更が可能である。

組立モード１が選択されると、図４（ａ）に示すように、制御部２０は、ウェイト１２Ａ、１２Ｂをそれぞれの可動範囲ＲＡ、ＲＢの中心位置に移動させる。これによって、クローラクレーン１の前後方向および左右方向のバランスを良好に維持することができる。組立モード２が選択されると、図４（ｂ）に示すように、制御部２０は、ウェイト１２Ａ、１２Ｂをそれぞれの可動範囲ＲＡ、ＲＢの前端中央位置に移動させる。これによって、カウンタウェイト６によって低下する後方安定度を向上させることができる。地切りモードが選択されると、図４（ｃ）に示すように、制御部２０は、ウェイト１２Ａ、１２Ｂをそれぞれの可動範囲ＲＡ、ＲＢの後端中央位置に移動させる。これによって、ブーム７や吊り荷によって低下する前方安定度を向上させることができる。

次に、図５、図６を参照しつつ、旋回作業モードにおける位置制御について説明する。基本的に、旋回作業時には、ブーム７や吊り荷によってＸ軸プラス側の安定度が低下し、Ｘ軸プラス側へ転倒しやすくなるので、ウェイト１２Ａ、１２ＢをできるだけＸ軸マイナス側に移動させるように位置制御が行われる。また、Ｙ軸方向のバランスを維持するため、ウェイト１２Ａ、１２ＢのＹ座標の和がゼロとなるように、ウェイト１２Ａ、１２Ｂの位置が決められる。

旋回角度が０度のとき、図５（ａ）に示すように、制御部２０は、地切りモードと同様に、ウェイト１２Ａ、１２Ｂをそれぞれの可動範囲ＲＡ、ＲＢの後端中央位置に移動させる。このとき、ウェイト１２Ａ、１２ＢはともにＸ軸上でＸ座標が最小となる位置にあり、また、ウェイト１２Ａ、１２ＢのＹ座標の和がゼロとなっている。

旋回角度が０度から大きくなり、Ｘ軸が時計回りに回転するのに伴って、制御部２０は、ウェイト１２Ａ、１２ＢをともにＸ軸上でＸ座標が最小となる位置に維持するように制御する。具体的には、制御部２０は、前側のウェイト１２Ａを可動範囲ＲＡの後端縁に沿って右方へ、後側のウェイト１２Ｂを可動範囲ＲＢの後端縁に沿って左方へ移動させる。その結果、例えば旋回角度が１５度のときには、図５（ｂ）に示すように、ウェイト１２Ａ、１２ＢがともにＸ軸上に配置された状態を維持する。

旋回角度がさらに大きくなるのに伴って、後側のウェイト１２Ｂを左方へ移動させ続けると、図５（ｃ）に示すように、やがてウェイト１２Ｂが可動範囲ＲＢの左後角位置に至り、それ以上左方に移動できなくなる。このときの旋回角度をθａ度（ここでは１５＜θａ＜３０）とする。

ここで、Ｘ軸プラス側の安定度を向上させることに重点を置けば、旋回角度が０〜θａ度のとき、後側のウェイト１２Ｂを可動範囲ＲＢ内でＸ座標が最小となる左後角位置に維持することが好ましい。しかしながら、そうすると、旋回角度が０度から１度に変化した瞬間に、ウェイト１２Ｂを可動範囲ＲＢの後端中央位置（図５（ａ）の位置）から左後角位置（図５（ｃ）の位置）に移動させることになり、急激な変位を伴う移動によって位置制御が不安定となるおそれがある。

そこで、本実施形態では、上述のように、旋回角度が０〜θａ度のとき、換言すると、Ｘ軸がウェイト１２Ａ、１２Ｂのそれぞれの可動範囲ＲＡ、ＲＢの前後方向全域を通っている場合には、制御部２０は、ウェイト１２Ａ、１２ＢをともにＸ軸上でＸ座標が最小となる位置に維持するように制御する。これによって、ウェイト１２Ａ、１２ＢをＸ軸の回転とともに連続的に移動させることができ、位置制御を安定化させることができる。ただし、特に位置制御が不安定とならない場合には、旋回角度が０度から１度に変化した瞬間に、ウェイト１２Ｂを可動範囲ＲＢの左後角位置へ移動させるようにしてもよい。

旋回角度がθａ度よりも大きくなると、Ｘ軸がウェイト１２Ａ、１２Ｂのそれぞれの可動範囲ＲＡ、ＲＢの前後方向全域を通らなくなり、後側のウェイト１２Ｂを可動範囲ＲＢの後端縁に沿ってさらに左方に移動させることができない。そこで、制御部２０は、ウェイト１２Ｂを可動範囲ＲＢ内でＸ座標が最小となる左後角位置に維持する。このとき、ウェイト１２Ｂの重心はＸ軸から所定の距離だけ離れることになる。

そして、制御部２０は、ウェイト１２Ａ、１２ＢのＹ座標の和がゼロとなるように、且つ、ウェイト１２ＡのＸ座標ができるだけ小さくなるように、前側のウェイト１２Ａの位置を決定する。その結果、例えば旋回角度がθａ→３０→４５度と大きくなるにつれて、図５（ｃ）〜（ｅ）に示すように、前側のウェイト１２Ａは可動範囲ＲＢの後端縁に沿って左方に移動する。

旋回角度がさらに大きくなると、図６（ａ）に示すように、やがて前側のウェイト１２Ａが可動範囲ＲＡの左後角位置に至り、それ以上左方に移動できなくなる。このときの旋回角度をθｂ度（ここでは４５＜θｂ＜６０）とする。旋回角度がθｂ度よりも大きくなると、前側のウェイト１２Ａを可動範囲ＲＡの後端縁に沿ってさらに左方に移動させることができないので、制御部２０は、ウェイト１２Ａを可動範囲ＲＡ内でＸ座標が最小となる左後角位置に維持する。

そして、制御部２０は、ウェイト１２Ａ、１２ＢのＹ座標の和がゼロとなるように、且つ、ウェイト１２ＢのＸ座標ができるだけ小さくなるように、後側のウェイト１２Ｂの位置を決定する。その結果、例えば旋回角度がθｂ→６０→７５度と大きくなるにつれて、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、後側のウェイト１２Ｂは可動範囲ＲＢの左端縁に沿って前方に移動する。

旋回角度が９０度になると、図６（ｄ）に示すように、後側のウェイト１２Ｂは可動範囲ＲＢの左前角位置に至る。このとき、ウェイト１２Ａ、１２Ｂはともにそれぞれの可動範囲ＲＡ、ＲＢ内でＸ座標が最小となる位置に配置されており、且つ、ウェイト１２Ａ、１２ＢのＹ座標の和がゼロとなっている。以下、旋回角度が９０〜３６０度においても、旋回角度が０〜９０度のときと同様に位置制御が実行される。また、ここでは、Ｘ軸が時計回りに回転する場合を示したが、Ｘ軸が反時計回りに回転する場合においても、同様に位置制御が実行される。

以上のように、Ｘ軸がウェイト１２Ａ、１２Ｂのそれぞれの可動範囲ＲＡ、ＲＢの前後方向全域を通っている場合（旋回角度が０〜θａ度の場合）には、制御部２０は、ウェイト１２Ａ、１２ＢをともにＸ軸上でＸ座標が最小となる位置に維持する。一方、Ｘ軸がウェイト１２Ａ、１２Ｂのそれぞれの可動範囲ＲＡ、ＲＢの前後方向全域を通らない場合（旋回角度がθａ〜９０度の場合）には、制御部２０は、ウェイト１２Ａ、１２Ｂのいずれか一方を可動範囲ＲＡ（またはＲＢ）内でＸ座標が最小となる位置に維持する。同時に、制御部２０は、ウェイト１２Ａ、１２Ｂの他方の位置を、ウェイト１２Ａ、１２ＢのＹ座標の和がゼロとなり、且つ、Ｘ座標が最小となる位置に決定する。その結果、ウェイト１２Ａ、１２ＢはともにＸ座標ができるだけ小さくなるように、それぞれの可動範囲ＲＡ、ＲＢの周縁（より詳細にはＸ軸マイナス側の周縁）に沿って連続的に移動することになり、Ｘ軸プラス側の安定度を向上させることができる。

（効果）
以上のように、本実施形態のウェイト調整装置１００は、下部走行体４のカーボディ１１の前後両側に設けられる一対のウェイト１２Ａ、１２Ｂと、一対のウェイト１２Ａ、１２Ｂをそれぞれ前後左右に移動させる駆動機構１３と、一対のウェイト１２Ａ、１２Ｂのそれぞれの位置を決定し、当該それぞれの位置にウェイト１２Ａ、１２Ｂを移動させるべく駆動機構１３を制御する制御部２０とを有して構成される。したがって、例えば上部旋回体２の旋回角度に応じて、ウェイト１２Ａ、１２Ｂを適切な位置に移動させることができ、クローラクレーン１の安定度を従来よりも向上させることが可能となる。

また、本実施形態では、制御部２０は、上部旋回体２が旋回するのに伴って、ウェイト１２Ａ、１２Ｂをそれぞれ連続的に移動させる。このようにウェイト１２Ａ、１２Ｂを連続的に移動させることで、急激な変位を伴う移動を回避し、位置制御の安定性を高めることができる。

また、本実施形態では、制御部２０は、ウェイト１２Ａ、１２ＢのＹ座標の和がゼロとなるように、ウェイト１２Ａ、１２Ｂの位置を決定するので、Ｙ方向のバランスを良好に維持することができる。

また、本実施形態では、制御部２０は、クローラクレーン１の作業状態および組立状態に応じて、複数の制御モード（組立モード１、組立モード２、地切りモードおよび旋回作業モード）を実行可能に構成されている。したがって、旋回作業中だけでなく、組立作業中等においても、クローラクレーン１の安定度を向上させることができる。

（その他の実施形態）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上記実施形態の要素を適宜組み合わせまたは種々の変更を加えることが可能である。

上記実施形態では、駆動機構１３の具体的構成として、車輪がレール部を走行することでカーボディウェイト１２を前後左右に移動させるものとした。しかしながら、駆動機構１３はその他の公知の駆動機構を適宜採用することが可能である。例えば、第１ガイド１４に前後方向に沿ってラック部を形成するとともに、第２ガイド１５の左右両端にこのラック部に噛み合うピニオン部を形成することによって、第２ガイド１５がカーボディウェイト１２とともに前後方向に移動するようにしてもよい。同様に、第２ガイド１５に左右方向に沿ってラック部を形成するとともに、駆動体１８にこのラック部に噛み合うピニオン部を形成することによって、駆動体１８がカーボディウェイト１２とともに左右方向に移動するようにしてもよい。

１：クローラクレーン（旋回式作業機械）
２：上部旋回体
４：下部走行体
７：ブーム（アタッチメント）
１１：カーボディ
１２（１２Ａ、１２Ｂ）：カーボディウェイト
１３：駆動機構
２０：制御部
１００：ウェイト調整装置

Claims (5)

1. アタッチメントが連結される上部旋回体が下部走行体に旋回可能に搭載された旋回式作業機械に設けられるウェイト調整装置であって、
   前記下部走行体のカーボディの前後両側に設けられる一対のカーボディウェイトと、
   前記一対のカーボディウェイトをそれぞれ前後左右に移動させる駆動機構と、
   前記一対のカーボディウェイトのそれぞれの位置を決定し、当該それぞれの位置に前記一対のカーボディウェイトを移動させるべく前記駆動機構を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とするウェイト調整装置。
2. 前記制御部は、前記上部旋回体が旋回するのに伴って、前記一対のカーボディウェイトをそれぞれ連続的に移動させる請求項１に記載のウェイト調整装置。
3. 平面視において、前記上部旋回体の旋回中心を通り、前記アタッチメントが延びる方向にＸ軸を設定し、前記旋回中心を通り、前記Ｘ軸に直交する方向にＹ軸を設定するとき、
   前記制御部は、前記一対のカーボディウェイトのＹ座標の和がゼロとなるように、前記一対のカーボディウェイトのそれぞれの位置を決定する請求項１または２に記載のウェイト調整装置。
4. 前記制御部は、前記旋回式作業機械の作業状態および組立状態に応じて、複数の制御モードを実行可能である請求項１ないし３のいずれか１項に記載のウェイト調整装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載のウェイト調整装置を備えることを特徴とする旋回式作業機械。

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