JPH05116892A

JPH05116892A - 建設機械の安全装置

Info

Publication number: JPH05116892A
Application number: JP27771591A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Hayashi; 憲彦林; Hideaki Yoshimatsu; 英昭吉松
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1991-10-24
Filing date: 1991-10-24
Publication date: 1993-05-14
Anticipated expiration: 2011-12-18
Also published as: JP2564061B2

Abstract

(57)【要約】【目的】安全確実に上部旋回体の強制自動停止制御を
行い、かつ負荷率演算の容易化を図る。【構成】所要角度算出手段２４により、吊り荷Ｃの振
れを残さずに旋回を制動、停止させるための所要角度｜
θｒ｜を算出し、残り角度算出手段２５により、吊上げ
荷重Ｗが定格荷重Ｗoに到達するまで旋回できる残り角
度θｃを算出する。そして、両角度の比較に基づいて第
２停止制御手段２９４により旋回制動を開始させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、旋回可能なブーム等の
上部旋回体を備えたクレーン等の建設機械において、そ
のアウトリガジャッキの張出し状態に応じた定格荷重を
設定し、かつ、これに基づき強制的な旋回停止制御を行
う安全装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、上記のような建設機械では、そ
の旋回作業中での座屈や転倒等を防ぐことが重要であ
り、このため、作業状態が安全領域を超えた場合に強制
的にブーム等の動作を自動停止させるといった安全装置
が種々提案されている。

【０００３】従来の装置では、許容条件が旋回角にかか
わらず３６０°全域にわたって同等に設定されていた
が、クレーンに備えられるアウトリガジャッキは常に完
全に水平に張り出されるとは限らず、小幅の道路など、
作業場所によっては一部のアウトリガジャッキの水平張
出し量が各々異なることがあるため、この場合には旋回
角によっても許容条件を変える必要がある。

【０００４】そこで、特開昭５７−２７８９３号公報に
は、クレーンの作業状態を時々刻々検出し、その検出値
と各状態に対応して記憶された吊り上げ能力の設定値か
らクレーンの定格荷重を定め、この定格荷重と実荷重と
の比較に基づいて安全動作を行うようにしたものが示さ
れている。

【０００５】また、特開平３−１７７２９９号公報に
は、各アウトリガジャッキの水平張出し量に応じてブー
ムの旋回許容範囲を記憶しておき、実際の作業状態がこ
の範囲を超える前に旋回制動をかけて安全領域内に停止
させるとともに、この停止状態でほとんど荷振れを残さ
ないようにしたものが示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特開昭５７−２７８９
３号公報の装置は、現在のアウトリガジャッキ張出し状
態に基づいて時々刻々定格荷重を算出するものであるた
め、ブームが静止した状態でどれほどの荷重を吊り下げ
られるかといった判断は行うことができるが、ブームの
旋回制御、例えば、ブームが安全領域を超える前に自動
的に制動をかけて安全領域内で停止させるといった積極
的な安全動作を行うことができない。

【０００７】これに対し、特開平３−１１５０９１号公
報に示される装置は、上部旋回体の吊上げ荷重から許容
作業半径を演算し、これに基づいて許容作業範囲を設定
するとともに、この許容作業半径を超えないように一定
の余裕角度をもってブーム旋回に制動をかけるものであ
るため、ブームが限界作業領域を超えるのを確実に防ぐ
ことができる。しかしながら、一般にクレーン等の建設
機械では、安全上、負荷率（定格荷重に対する吊上げ荷
重の比率）に基づく安全動作（警告や強制停止、あるい
は負荷率の表示等）を行うことが強く要望され、既に広
く一般に実施されており、上記装置において上記限界作
業領域を演算しようとするには、上記負荷率の演算とは
全く別に、アウトリガジャッキの張出し量や作業半径に
応じた定格荷重の演算を行わなければならず、その分演
算装置が複雑化され、また必要容量が増大する不都合が
ある。

【０００８】なお、特開平３−７３７９５号公報には、
全周にわたって負荷率を演算し、これを負荷率画像とし
て表示する装置が提案されているが、この公報には、ク
レーンの作業姿勢に応じて具体的などのような負荷率の
演算を行うかが開示されておらず、また、ブームの旋回
停止制御についての記載もなく、よって上記課題の具体
的な解決手段とはならない。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑み、負荷率
及び運転可能領域の双方を求めるのに特別な演算を要さ
ず、しかも、上部旋回体が安全領域から外れるのを確実
に防ぐことができるクレーン等の建設機械の安全装置を
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、旋回可能な上
部旋回体と張出し可能な支持部材とを備え、上記上部旋
回体の所定位置に吊り荷が吊り下げられる建設機械の安
全装置であって、上記旋回体の吊上げ荷重を検出する吊
上げ荷重検出手段と、上記上部旋回体の作業半径を検出
する作業半径検出手段と、上部旋回体の旋回角を検出す
る旋回角検出手段と、各支持部材の張出し量を検出する
支持部材検出手段と、上記作業半径及び各支持部材の張
出し量に応じた定格荷重を各旋回角について算出する全
周定格荷重算出手段と、この全周定格荷重算出手段で算
出された定格荷重に基づいて負荷率を算出する負荷率算
出手段と、この演算された負荷率に基づいて安全動作を
行わせる第１の作動手段と、上記全周定格荷重算出手段
で算出された定格荷重と現在の吊上げ荷重とが合致する
地点まで旋回できる残り角度を算出する残り角度算出手
段と、上記吊り荷の振れを残さずに上部旋回体を制動、
停止させるための制動角加速度を算出する制動角加速度
算出手段と、この制動角加速度で制動、停止させるため
に必要な上部旋回体の旋回角度を算出する所要角度算出
手段と、この算出された所要角度と上記残り角度とを比
較する比較手段と、残り角度が所要角度を超えない間に
上記制動角加速度で旋回制動を開始させる第２の作動手
段とを備えたものである。

【００１１】ここで、「負荷率に基づく安全動作」と
は、負荷率の具体的な値に応じた警告動作や強制停止動
作の他、上記負荷率をそのまま外部に表示する動作等で
あってもよい。

【００１２】

【作用】上記構成によれば、所定の制動角加速度で上部
旋回体を制動してこれを安全領域内で停止させるのに必
要な角度（所要角度）が演算され、この所要角度を確保
できる時点で旋回制動がかけられる。これにより、上部
旋回体は安全領域内で確実に停止し、かつこの停止時に
おいて荷振れがほとんど残らない。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。なお、ここでは建設機械の一例としてクレーンを開
示するが、本発明は上部旋回体を備えた様々な建設機械
について適用が可能なものである。

【００１４】図１５に示されるクレーン１０は、鉛直方
向の旋回軸１０１周りに旋回可能なブームフット（上部
旋回体を構成）１０２を備え、このブームフット１０２
に、Ｎ個のブーム部材Ｂ₁〜Ｂ_Nからなる伸縮可能なブー
ムＢが取付けられている。このブームＢは、水平方向の
回動軸１０３を中心に回動可能（起伏可能）に構成さ
れ、その先端部（ブームポイント）にロープ１０４で吊
り荷Ｃが吊り下げられている。なお、以下の説明でＢｎ
（ｎ＝１，２，…，Ｎ）は、ブームフット１０２側から
数えてｎ番目のブーム部材を示すものとする。

【００１５】このクレーン１０のロアフレームの前後左
右の４隅には、側方に張り出されるアウトリガジャッキ
１０５が配設されている。各アウトリガジャッキ１０５
の水平張出し量は個別に設定可能となっている。

【００１６】このクレーン１０には、図１に示されるよ
うなブーム長センサ１１、ブーム角センサ１２、シリン
ダ圧力センサ１３、アウトリガジャッキ水平張出し量セ
ンサ１４、旋回角センサ１５、旋回角速度センサ１６、
及びロープ長センサ１７が配設され、各センサの検出信
号が演算制御装置２０に入力されるとともに、この演算
制御装置２０からは、警報器３１、ディスプレイ画面を
もつ表示装置３２、及び旋回駆動用の油圧システム３３
に制御信号が出力されるようになっている。

【００１７】図２は、上記演算制御装置２０の機能構成
を示したものである。この演算制御装置２０は、大別し
て、１）負荷率に関する演算制御２）ブームの旋回に関する演算制御の２つを行うように構成されている。

【００１８】１）負荷率の演算制御に関する機能構成図において、作業半径算出手段２１は、ブーム長センサ
１１及びブーム角センサ１２により各々検出されたブー
ム長ＬＢ及びブーム角φから吊り荷Ｃの作業半径Ｒを算
出するものである。吊上げ荷重算出手段（吊上げ荷重検
出手段を構成）２２は、上記ブーム長ＬＢ、ブーム角
φ、及びシリンダ圧力センサ１３により検出されたブー
ムアッパのシリンダ圧力ｐにより、実際に吊り上げられ
た吊り荷Ｃによる荷重Ｗを算出するものである。

【００１９】負荷率算出手段２３は、吊上げ荷重算出手
段２２で算出されたブームＢの吊上げ荷重Ｗと、旋回角
センサ１５で検出された旋回角θと、後述の全周定格荷
重算出手段２４で演算された各旋回角θについての定格
荷重Ｗoとに基づき、この定格荷重Ｗｏに対する実際の
吊上げ荷重Ｗの比、すなわち、負荷率Ｗ／Ｗｏを算出す
るものである。

【００２０】第１警告制御手段（第１の作動手段）２９
１は、上記負荷率算出手段２３により算出された負荷率
Ｗ／Ｗｏが９０％以上となった時点で警報器３１へ制御
信号を出力し、警報を行わせるものである。第１停止制
御手段（第１の作動手段）２９２は、上記負荷率Ｗ／Ｗ
ｏが１００％を超えた時点で油圧システム３０に制御信
号を出力し、旋回動作を除くクレーン動作を強制的に停
止させるものである。

【００２１】以上の手段によって、負荷率Ｗ／Ｗｏの算
出、及びこの負荷率Ｗ／Ｗｏに基づく安全動作の制御が
なされる。

【００２２】２）ブーム旋回の演算制御に関する機能構
成全周定格荷重算出手段２４は、上記作業半径Ｒ、及び上
記アウトリガジャッキ水平張出し量センサ１４で検出さ
れた各アウトリガジャッキ１０５の水平張出し量ｄ₁〜
ｄ₄に基づき、クレーン１０の全周定格荷重、すなわ
ち、その時の作業半径Ｒで安全な範囲の荷重（定格荷
重）Ｗoを全ての旋回角θについて算出するものであ
る。具体的には、図３に示されるような前方能力算出手
段２４１、アウトリガジャッキモード判別手段２４２、
側方能力算出手段２４３、扁平率算出手段２４４、変曲
角算出手段２４５、補間演算手段２４６、曲線設定手段
２４７とを備え、ここで設定される定格荷重Ｗo は、旋
回角θとの関係式Ｗo＝ｆ(θ）で与えられる。

【００２３】残り角度算出手段２５は、ブームＢが現在
の位置から定格荷重曲線上に達するまでに旋回できる残
り角度θｃを算出するものである。

【００２４】制動角加速度算出手段２６は、上記作業半
径Ｒ、ブーム長ＬＢ、ブーム角φ、及び角速度センサ１
６とロープ長センサ１７とにより各々検出される角速度
Ωｏ及び吊り荷の振れ径ｌ（エル）に基づき、実際の制
動角加速度βを算出するものである。具体的には、図４
に示されるようなブーム慣性モーメント算出手段２６
１、許容角加速度算出手段２６２、及び実際角加速度算
出手段２６３を備え、吊り荷Ｃの振れを生じさせず、か
つ強制停止時の慣性力に対するブームＢの横曲げ強度を
考慮した制動角加速度βを算出する。

【００２５】所要角度算出手段２７は、旋回制動開始前
の角速度Ωｏに基づき、上記制動角加速度βで制動を開
始してから停止するまでにブームＢが旋回する角度（所
要角度）θｒを算出するものである。余裕角度算出手段
２８は、上記残り角度θｃと所要角度θｒの差である余
裕角度Δθを算出するものである。

【００２６】第２警告制御手段２９３は、算出された余
裕角度Δθが所定値以下となった時点で警報器３１に制
御信号を出力し、警報を行わせるものである。第２停止
制御手段（第２の作動手段）２９４は、上記余裕角度Δ
θが０となった時点で油圧システム３３内のモータの制
御信号を出力し、上記制動角加速度βでブームＢの旋回
を制動、停止させるとともに、上記第１停止制御手段２
９２に信号を送って、この時点からさらに作業半径Ｒが
大きくなる動作を強制的に停止させるものである。

【００２７】以上の手段によって、全周にわたる定格荷
重曲線が設定され、これと現在の作業状態との比較によ
り安全動作が制御されるようになっている。

【００２８】次に、この演算制御装置２０が実際に行う
演算内容及び制御内容を説明する。

【００２９】１）負荷率に関する演算制御作業半径算出手段２１は、まず、ブーム長ＬＢ及びブー
ム角φによってブームＢのたわみを考慮に入れない作業
半径Ｒ′及びブームＢのたわみによる誤差ΔＲを求め、
両者から作業半径Ｒを算出する。吊上げ荷重算出手段２
２は、算出された作業半径Ｒ、ブーム長ＬＢ、及びシリ
ンダ圧力ｐから、実際に吊り上げられた吊り荷Ｃの荷重
Ｗを算出する。全周定格荷重算出手段２４は、後述の要
領により、現在の作業半径Ｒやアウトリガジャッキ１０
５の水平張出し量ｄ₁〜ｄ₄等に基づき、定格荷重Ｗｏを
旋回角の関数ｆ(θ)という形で全周にわたって算出す
る。さらに、負荷率算出手段２３は、現在の旋回角θに
対応する定格荷重Ｗｏ及び吊上げ荷重Ｗに基づいて負荷
率Ｗ／Ｗｏを算出する。

【００３０】この負荷率Ｗ／Ｗｏが９０％以上の場合に
は、第１警告制御手段２９１の出力信号を受けた警報器
３１から警報が発せられるため、作業者は、吊り上げた
荷Ｃによる荷重Ｗが定格荷重Ｗｏに近いことを知ること
ができる。また、負荷率Ｗ／Ｗｏが１００％を超える場
合、すなわち、実荷重Ｗが定格荷重Ｗｏを上回る場合に
は、危険防止のため、第１停止制御手段２９２の出力信
号により、旋回を除くクレーン動作（ブームＢの伸長・
倒伏、吊り荷Ｃの巻上げ等）が強制的に停止される。

【００３１】２）ブームの旋回に関する演算制御全周定格荷重算出手段２４は、上記作業半径Ｒ、及び各
アウトリガジャッキ１０５の水平張出し量ｄ₁〜ｄ₄に応
じた定格荷重曲線を設定する。

【００３２】その設定動作を、前記図３、図５のフロー
チャート、さらには図６〜図１１の説明図を参照しなが
ら説明する。

【００３３】上記作業半径算出手段２１により作業半径
Ｒが算出された（図５のステップＳ１）後、まず、図３
に示される前方能力算出手段２４１は、上記作業半径Ｒ
に基づいて、前方能力を示すパラメータである、ブーム
Ｂが前後方向にある場合の定格荷重（第１の定格荷重）
Ｗ₀₁を演算する（ステップＳ２）。なお、どこまでの領
域をクレーンの前方（及び後方）とし、どこまでの領域
をクレーンの側方とするかは、後述の変曲角の演算で決
定される。

【００３４】この前方能力を決定する第１の定格荷重Ｗ
₀₁は、各アウトリガジャッキ１０５の水平張出し量に関
係なく定められる。この実施例では、上記前方能力算出
手段２４１が、図６に示されるように４種類のブーム長
ＬＢについて、作業半径Ｒに対応する定格荷重Ｗ₀₁を記
憶しており、このデータに基づいて、現在のブーム長Ｌ
Ｂ及び定格荷重Ｒに適した第１の定格荷重Ｗ₀₁が算出さ
れる。なお、実際のブーム長ＬＢが上記４つのブーム長
に該当せず、その間の値である場合には、その値を挾む
２つのブーム長にそれぞれ対応する値から直線補間演算
により適当な値Ｗ₀₁が求められる。

【００３５】一方、アウトリガジャッキモード判別手段
２４２においては、各アウトリガジャッキ１０５の水平
張出し量に基づいて、現在のアウトリガジャッキモード
（アウトリガジャッキ張出し状態）の判別がクレーンの
左右両側について個別に行われる（ステップＳ３）。各
アウトリガジャッキ１０５の水平張出し量は、図８にも
示されるように、その場（張出さず）、中間１（小さめ
の中間張出し）、中間２（大きめの中間張出し）、及び
全張出しの４つに切替可能とされており、従って、上記
アウトリガジャッキモードは次の表１に示す１０種類の
モードのいずれかに該当することになる。

【００３６】

【表１】

【００３７】次に、側方能力算出手段２４３は、上記作
業半径Ｒとアウトリガジャッキモードとにより、側方能
力のパラメータである、ブームＢが左右方向にある場合
の定格荷重（第２の定格荷重）Ｗ₀₂を算出する（ステッ
プＳ４）。具体的に、この側方能力算出手段２４３は、
上記１０種類のアウトリガジャッキモードについて個別
に、前記図６に示されるグラフと同様のデータ、すなわ
ち作業半径Ｒに対応する定格荷重Ｗ₀₂に関するデータを
記憶し、これに基づいて、第２の定格荷重Ｗ₀₂を設定す
る。この第２の定格荷重Ｗ₀₂は、当然に、上記第１の定
格荷重Ｗ₀₁よりも小さくなるが、この第２の定格荷重Ｗ
₀₂は、主として、クレーン各部の強度の要因から決まる
値ではなく、アウトリガジャッキ張り出し量の不足によ
るクレーンの転倒で制約された要因から支配されて決ま
る値である。

【００３８】次に、上記２つの許容半径Ｗ₀₂，Ｗ₀₁に基
づき、これらの比Ｗ₀₂／Ｗ₀₁である扁平率ηが扁平率算
出手段２４４により算出される（ステップＳ５）。そし
て、この扁平率ηと上記アウトリガジャッキモードとに
より、定格荷重曲線の変曲角が求められる（ステップＳ
６）。

【００３９】この変曲角とは、定格荷重曲線を設定する
場合に、この曲線が、定格荷重を半径にもつ円弧から直
線、あるいは直線から円弧に変化する旋回角度を意味す
る。ここで設定される変曲角は、クレーンの前後方向領
域と左右方向領域との境界となる、前後左右４つの第１
の変曲角θ_F1，θ_R1（必ず設定される）と、前後の第１
の変曲角同士の間に設定される第２の変曲角θ_F2，θ_R2
（設定される場合と設定されない場合とがある）とに大
別される。

【００４０】まず、前側の第１の変曲角θ_F1及び後側の
第１の変曲角θ_R1は、図８に示されるように、それぞ
れ、前側のアウトリガジャッキ水平張出し量及び後側の
アウトリガジャッキ水平張出し量に応じてこれらとの単
純なる一対一対応により決定される。例えば、クレーン
の前方をθ＝０°とし、前側のアウトリガジャッキ１０
５の水平張出し量が「その場」で、後側のアウトリガジ
ャッキ１０５の水平張出し量が「中間２」であるとする
と、前側の第１の変曲角θ_F1は５°に、後側の第１の変
曲角θ_R1は１８０°−３０°＝１５０°にそれぞれ設定
される。

【００４１】なお、アウトリガジャッキ水平張出し量が
アナログ的に調節可能な機械においては、図９に示され
るように、クレーンの中央Ｏから各アウトリガジャッキ
の張出し点Ｐ_F，Ｐ_Rに引いた直線の角度を基準にして、
これよりもある一定の調節角度ψだけずらした角度を第
１の変曲角とするようにしてもよい。

【００４２】この第１の変曲角θ_F1，θ_R1によって、作
業領域が前後の領域と左右の領域とに分けられ、前後の
領域については、上記第１の定格荷重Ｗ₀₁をもつ円弧が
そのまま定格荷重曲線となる。

【００４３】次に、左右の領域については、まず、この
領域において第２の変曲角θ_F2，θ_R2を設定するか否か
の判別が行われる。

【００４４】その判別基準を説明する。上記第１の定格
荷重Ｗ₀₁を半径をもつ円弧上において、上記第１の変曲
角θ_F1，θ_R1に対応する点同士を直線で結んだ場合、こ
の直線が図１０（ａ）に示されるように第２の定格荷重
Ｗ₀₂を半径にもつ円弧と交わらない場合と、交わる場合
とが存在するが、交わらない場合には、上記直線がその
まま左右領域における境界線として設定される。これに
対し、上記直線が上記第２の定格荷重Ｗ₀₂を半径にもつ
円弧と交わる場合には、この円弧に対して図１０（ｂ）
に示されるように各第１の変曲角θ_F1，θ_R1に対応する
点から引いた接線の接点に対応する角度が第２の変曲角
θ_F2，θ_R2として設定される。

【００４５】各変曲角の設定の考え方は以上の通りであ
るが、実際に演算を行うに際しては、上記変曲角演算手
段２４５に、上記図１０（ａ）のような境界線になるか
同図（ｂ）のような境界線になるかの境となる扁平率λ
ｏを記憶させるとともに、この境界扁平率λｏ以上の扁
平率については、各扁平率λ及びアウトリガジャッキモ
ードに対応する第２の変曲角を記憶させておくようにす
ればよい。

【００４６】このようにして変曲角が設定された後は、
補間演算手段２４６により、境界線が直線である領域に
おける定格荷重Ｗoと第１の定格荷重Ｗ₀₁との比Ｗo／Ｗ
₀₁、すなわち中間扁平率が、第１の定格荷重Ｗ₀₁と第２
の定格荷重Ｗ₀₂とに基づき補間演算で求められる（ステ
ップＳ７）。これにより、図１１のグラフに示されるよ
うな全周にわたっての扁平率Ｗo／Ｗ₀₁が求められるこ
ととなる。この全周扁平率に基づき、曲線設定手段２４
７により、全周についての定格荷重が設定され（ステッ
プＳ８）、これにより定格荷重曲線の設定動作が完了す
る。

【００４７】この作業半径Ｒに基づく全周定格荷重の設
定は、図７に示すようなＲ−θ−Ｗoの円筒座標上に描
いた３次元グラフにより理解することが可能である。こ
のグラフに示される立体面ＳＦは、各作業半径Ｒ、旋回
角θに対する定格荷重Ｗoを示しており、この立体面Ｓ
Ｆにおいて車体側方の不安定な領域は、例えば左前、左
後のアウトリガジャッキ105が中間２の状態とすると、
図の正面に描かれるような凹み面ＳＳとなる。従って、
この立体面ＳＦと、現在の作業半径Ｒを半径にもつ円筒
ＣＹとの交線（閉曲線）ＲＰが求めるべき定格荷重曲線
となる。

【００４８】図１２は、上記のようにして設定された定
格荷重曲線の一例を示したものであり、極座標系のＷo
−θ平面で定義される。図において、ＤＬが定格荷重曲
線であり、この定格荷重曲線ＤＬで囲まれた領域、すな
わち斜線で示された領域が安全作業領域となるが、この
図から分かるように、本実施例装置では定格荷重曲線Ｄ
Ｌが左右両側について個別に設定され、かつ前後のアウ
トリガジャッキの水平張出し量の差をも考慮した設定が
なされている。しかも、定格荷重曲線ＤＬは全周にわた
って連続し、かつ使用者にとって把握し易い円弧及び直
線からなる形状となっている。また、Ａ点は、後述のよ
うに現時点での実際の荷重と旋回角とを示しており、線
分ＯＡ（線分４０）により作業領域内で実際の作業状況
が一目で理解できるようになっている。

【００４９】一方、制動角加速度算出手段２６は、次の
手順を経ることにより、ブームＢの横曲げ強度を考慮
し、かつ荷振れを生じさせない制動角加速度βを算出す
る。

【００５０】まず、ブーム慣性モーメント算出手段２６
１は、各ブーム部材Ｂｎの慣性モーメントＩｎを次式に
基づいて算出する。

【００５１】Ｉｎ＝Ｉno・cos²φ＋（Ｗｎ／ｇ）・Ｒｎ² ここで、Ｉnoは各ブーム部材Ｂｎの重心周りの慣性モー
メント（定数）を示し、Ｗｎは各ブーム部材Ｂｎの自
重、ｇは重力加速度、Ｒｎは各ブーム部材Ｂｎの重心の
旋回半径を示す。

【００５２】許容角加速度算出手段２６２は、次のよう
にして許容角加速度β₁を求める。

【００５３】一般に、クレーン１０のブームＢ及びブー
ムフット１０２は十分な強度を有しているが、ブーム長
ＬＢが長くなると、旋回制動時に発生する慣性力に起因
してブームＢに大きな横曲げ力が作用する。この横曲げ
力による強度的な負担は、ブームフット１０２付近で最
大となるので、ここでは、旋回軸１０１周りのモーメン
トに基づいて強度評価を行うようにしている。

【００５４】具体的に、旋回制動時の角加速度をβ′と
すると、ブームＢの旋回に起因してその旋回中心に作用
するモーメントＮ_Bは、次式「数１」で表される。

【００５５】

【数１】

【００５６】ここで、Ｗは上記吊上げ荷重算出手段２２
で算出された吊上げ荷重である。また、ブームＢの横曲
げ強度に関する定格荷重をＷｏ′（Ｗｏ・α′：α′は
安全係数）とすると、この強度についての許容条件は次
式「数２」で表される。

【００５７】

【数２】

【００５８】この数２に前記数１を代入すると、次式
「数３」となる。

【００５９】

【数３】

【００６０】従って、この式「数３」を満たす最大の角
加速度β′を許容角加速度β₁に設定すればよい。な
お、上記定格荷重Ｗｏ′は一定の値に定めてもよいが、
ブームＢのたわみ等を考慮して、ブーム長ＬＢや作業半
径Ｒが大きくなるほど小さい値に設定するようにしても
よい。

【００６１】実際角加速度算出手段２６３は、このよう
にして算出された許容角加速度β₁と、角速度センサ１
６及びロープ長センサ１７の検出結果から求められるブ
ーム角速度（減速前の角速度）Ωｏ及び荷振れ径ｌとに
基づいて、実際の制動角加速度βを算出する。

【００６２】その算出要領を説明する。まず、クレーン
１０に吊り下げられた吊り荷Ｃについて、図１３に示さ
れるような単振り子のモデルを考える。この系の微分方
程式は次式「数４」及び「数５」で与えられる。

【００６３】

【数４】

【００６４】

【数５】Ｖ＝Ｖｏ＋ａｔここで、ηは吊り荷Ｃの振れ角、Ｖは時間ｔとともに変
化するブームポイントの旋回速度、Ｖｏは同ブームポイ
ントの旋回停止開始前の旋回速度（＝ＲΩｏ）、ａはそ
の加速度を示す。上記式「数５」の両辺を時間ｔで微分
して式「数４」の右辺に代入し、初期条件（ｔ＝０でη
＝０、ｄη/ｄｔ＝０）の下で積分すると、次式「数
６」が得られる。

【００６５】

【数６】

【００６６】この式をηと（ｄη/ｄｔ）／ωに関する
位相平面上に表すと、図１４に示されるように、点Ａ
（−ａ／ｇ，０）を中心として原点Ｏ（０，０）を通る
円を描くことになる。この円を一周するための時間、す
なわち単振り子の状態が原点Ｏから変化して同状態に復
帰する周期Ｔは、Ｔ＝２π／ωで与えられるため、クレ
ーンの旋回停止を開始した時点（点Ｏ）から時間ｎＴ
（ｎは自然数）後に完全停止するように角加速度βを設
定すれば、クレーン停止時に吊り荷の振れを残すことな
くクレーンを停止させることができる。一方、上記ωは
重力加速度ｇ及び振れ径ｌで決定される一定値であるた
め、荷振れのない旋回停止が可能な角加速度βは次式よ
り求めることができる。

【００６７】β＝−Ωｏ／ｎＴ＝−ωΩｏ／２ｎπ
（ｎは自然数）また、ブームＢの横曲げ強度に関しては｜β｜≦β₁が
条件であるため、この条件を満たす範囲内で最小の自然
数ｎを選択することにより、必要最小時間で荷振れなく
クレーンを停止させるための実際の制動角加速度βを得
ることができる。所要角度算出手段２７は、現在の角
速度（すなわち、制動前の角速度）Ωｏに基づき、上記
制動角加速度βで旋回停止を行う場合に制動を開始して
から完全に停止するまでに必要な旋回角度（所要角度）
θｒを算出する。具体的に、制動を開始してから完全停
止するまでの所要時間をｔとすると、 Ωｏ＋βｔ＝０，θｒ＝βｔ²／２＋Ωｏｔの２式が成立するので、両式からｔを消去することによ
り、所要角度θｒを得ることができる。

【００６８】余裕角度算出手段２８は、制動を開始する
までに現在の角速度Ωｏで旋回できる角度、すなわち余
裕角度Δθ（＝θｃ−θｒ）を算出する。例えば前記図
１２において、位置Ｃで完全停止するために制動を開始
しなければならない位置をＤとすると、上記余裕角度Δ
θは直線ＯＡ，ＯＤのなす角度となる。

【００６９】第２停止制御手段２９４は、この算出され
た余裕角度Δθが０となった時点、例えば図１２ではブ
ームＢが位置Ｄに到達した時点で、油圧システム３３に
制御信号を出力することにより、ブームＢの旋回制動及
び現時点から作業半径が大きくなる動作の強制停止を行
う。この時、吊り荷Ｃの振れを防ぐため、上記制動角加
速度βで停止するように油圧モータ圧力Ｐ_Bを設定す
る。

【００７０】この油圧モータ圧力Ｐ_Bの算出要領の一例
を示す。いま、ブームＢ以外の上部旋回体の部材に関す
る慣性モーメントの総和をＩｕとすると、旋回制動に必
要なトルクＴ_Bは、次式「数７」となる。

【００７１】

【数７】

【００７２】ここで、吊り荷Ｃの加速度β″は、式「数
３」と式「数５」を初期条件ｔ＝０でη＝０かつｄη／
ｄｔ＝０で解くと、ここでは詳細を述べないが次式とな
る。

【００７３】β″＝（１−cosωｔ）・β 一方、このトルクＴ_Bは、油圧モータ側の条件と、詳細
はここでは述べないが概略次式「数８」の関係にある。

【００７４】

【数８】

【００７５】従って、この式「数８」を上記式「数７」
に代入することにより、実際の油圧モータ圧力Ｐ_Bを得
ることができる。

【００７６】これに対し、第２警告制御手段２９３は、
上記余裕角度Δθが０でなく所定値以下になった時点で
警報器３１に制御信号を出力し、警報を行わせる。これ
によって作業者は、あと残りわずかな旋回で、自動的に
制動がかけられることを知ることができる。

【００７７】さらに、この演算制御装置２０は、各値に
関する情報信号を表示装置３２に出力し、図１２に示さ
れるような定格荷重曲線ＤＬ、現在の荷重Ｗと旋回角θ
の双方を示す線分４０のほか、クレーン１０のロアフレ
ームの位置、各アウトリガジャッキ１０５の張出し位
置、一定の負荷率（図では９０％）の位置を結ぶ等負荷
率曲線ＡＬ等を表示する。これによって作業者は、現在
の作業状態が定格荷重Ｗo に対してどれほど余裕がある
のかを一目で把握することができる。

【００７８】この時、上記定格荷重曲線ＤＬは全周にわ
たって連続する規則的な閉曲線に設定されているので、
従来のように作業者にとって予測のつかない不規則な定
格荷重曲線が設定されるものに比べ、作業者は違和感を
感じることなく容易に運転可能領域を把握することがで
きる。しかも、前後のアウトリガジャッキ１０５の水平
張出し量を考慮した定格荷重設定を行っているので、機
械の安全性は確実に保たれる。

【００７９】さらに、この装置では、吊り荷Ｃの振れを
残さずに旋回を制動、停止させるための所要角度｜θｒ
｜と、定格荷重曲線に到達するまでに旋回できる残り角
度θｃとを算出し、両角度の比較によって旋回制動を開
始するようにしているので、定格荷重を超えない領域に
安全かつ確実に上部旋回体を停止させることができる。
具体的には、両角度が一致する前の時点で警報を行うこ
とにより、作業者に旋回速度の抑制を促し、さらに両角
度が一致する点からは荷振れが残らない制動角加速度で
自動的に旋回制動を行うことができる。

【００８０】一方、負荷率演算手段２３で負荷率Ｗ／Ｗ
oを算出するに際しては、定格荷重を改めて算出する必
要がなく、上記全周定格荷重算出手段２４で算出された
定格荷重Ｗoをそのまま利用して負荷率を求めることが
できる。

【００８１】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、例として次のような態様を採ることも可能
である。

【００８２】(1) 上記実施例では、余裕角度Δθが所定
値以下となった時点から制動を開始するようにしている
が、余裕をみて上記角度Δθが所定値以下になったとき
に制動をかけるようにしてもよい。また、上記余裕角度
Δθを角速度Ωoで除した余裕時間Δｔを基準に旋回制
動や警告のタイミングを図るようにしてもよい。

【００８３】(2) 本発明では、定格荷重曲線の具体的な
形状は問わず、上部旋回体の作業半径やアウトリガジャ
ッキの張出し状態に応じて自由に設定すればよい。ただ
し、前記実施例のように、前方能力のパラメータである
第１の定格荷重Ｗ₀₁及び側方能力のパラメータである第
２の定格荷重Ｗ₀₂に基づいて全周にわたって連続する定
格荷重曲線を設定するようにすれば、作業者が運転可能
領域を容易に把握することが可能となり、しかもアウト
リガジャッキの異張出しを的確に考慮した制御を実現す
ることが可能になる。

【００８４】(3) 本発明における旋回角速度の検出は、
それ専用のセンサを設けてもよいし、あるいは旋回角セ
ンサの時間微分値から得るようにしてもよい。

【００８５】(4) 上記実施例では、本発明における「張
出し可能な支持部材」として左右に張り出されるアウト
リガジャッキを備えたものを示したが、その他、アウト
リガジャッキが旋回中心軸方向から斜めに張り出される
ものや、車体の幅方向に張出し可能なクローラを備えた
クローラクレーンについても本発明を適用することがで
きる。すなわち、このようなクローラクレーンにおいて
も、左右のクローラの張出し幅が異なる状態で使用する
場合には、旋回方向によって吊り上げ能力が変化するの
で、本発明の適用によって上記と同様の優れた効果を得
ることができる。

【００８６】(5) 本発明における第１の作動手段の安全
動作は、上記警告や強制停止動作の他、注意を促すため
の表示等であってもよく、例えば負荷率をそのまま表示
する動作であってもよい。

【００８７】

【発明の効果】以上のように本発明は、定格荷重曲線に
達するまでに旋回可能な角度と、吊り荷を振れさせるこ
となく旋回を停止させるために必要な所要角度とに基づ
いて安全動作の制御を行うようにしたものであるので、
荷振れを残すことなく確実に、上部旋回体を安全な領域
内で自動的に停止させることができる効果がある。しか
も、負荷率の演算及びこれに基づく安全動作の制御に際
しては、定格荷重を特別に算出する必要がなく、上記定
格荷重曲線を設定する全周定格荷重算出手段で算出され
た定格荷重をそのまま利用して負荷率の演算を行うこと
ができ、これにより演算装置の簡略化及び低コスト化を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるクレーンに備えられ
た演算制御装置の入出力関係を示すハード構成図であ
る。

【図２】上記演算制御装置の機能構成図である。

【図３】上記演算制御装置における全周定格荷重算出手
段の機能構成図である。

【図４】上記演算制御装置における制動角加速度算出手
段の機能構成図である。

【図５】上記全周定格荷重算出手段の演算動作を示すフ
ローチャートである。

【図６】上記全周定格荷重算出手段において記憶される
作業半径と吊上げ荷重との関係を示すグラフである。

【図７】上記全周定格荷重算出手段において行われる定
格荷重の補間演算動作を説明するためのグラフである。

【図８】各アウトリガジャッキの水平張出し量と第１の
変曲角との関係を示すＲ−θ平面図である。

【図９】第１の変曲角の設定方法の他の例を示すＷo−
θ平面図である。

【図１０】（ａ）は第２の変曲角が設定されない場合の
定格荷重曲線を示すＷo−θ平面図、（ｂ）は第２の変
曲角が設定される場合の定格荷重曲線を示すＷo−θ平
面図である。

【図１１】全周にわたって設定された扁平率の一例を示
すグラフである。

【図１２】設定される定格荷重曲線の一例を示すＷo−
θ平面図である。

【図１３】吊り荷の状態を単振り子として表した説明図
である。

【図１４】上記吊り荷の振れ角と振れ速度に関する式を
位相空間上に表したグラフである。

【図１５】上記クレーンの側面図である。

【符号の説明】

１０クレーン１０５アウトリガジャッキ（支持部材）１１ブーム長センサ（作業半径検出手段を構成）１２ブーム角センサ（作業半径検出手段を構成）１３シリンダ圧力センサ（吊上げ荷重検出手段を構
成）１４アウトリガジャッキ水平張出し量センサ（アウト
リガジャッキ検出手段）１５旋回角センサ（旋回角検
出手段）２０演算制御装置２１作業半径算出手段（作業半径検出手段を構成）２２吊上げ荷重算出手段（吊上げ荷重検出手段を構
成）２４全周定格荷重算出手段２５残り角度算出手段２６制動角加速度算出手段２７所要角度算出手段２８余裕角度算出手段（比較手段）２９１第１警告制御手段（第１の作動手段）２９２第１停止制御手段（第１の作動手段）２９４第２停止制御手段（第２の作動手段）ＢブームＣ吊り荷ＤＬ定格荷重曲線Ｒ作業半径Ｗ吊上げ荷重Ｗo 定格荷重 β 制動角加速度 θｃ残り角度 θｒ所要角度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】旋回可能な上部旋回体と張出し可能な支
持部材とを備え、上記上部旋回体の所定位置に吊り荷が
吊り下げられる建設機械の安全装置であって、上記旋回
体の吊上げ荷重を検出する吊上げ荷重検出手段と、上記
上部旋回体の作業半径を検出する作業半径検出手段と、
上部旋回体の旋回角を検出する旋回角検出手段と、各支
持部材の張出し量を検出する支持部材検出手段と、上記
作業半径及び各支持部材の張出し量に応じた定格荷重を
各旋回角について算出する全周定格荷重算出手段と、こ
の全周定格荷重算出手段で算出された定格荷重に基づい
て負荷率を算出する負荷率算出手段と、この演算された
負荷率に基づいて安全動作を行わせる第１の作動手段
と、上記全周定格荷重算出手段で算出された定格荷重と
現在の吊上げ荷重とが合致する地点まで旋回できる残り
角度を算出する残り角度算出手段と、上記吊り荷の振れ
を残さずに上部旋回体を制動、停止させるための制動角
加速度を算出する制動角加速度算出手段と、この制動角
加速度で制動、停止させるために必要な上部旋回体の旋
回角度を算出する所要角度算出手段と、この算出された
所要角度と上記残り角度とを比較する比較手段と、残り
角度が所要角度を超えない間に上記制動角加速度で旋回
制動を開始させる第２の作動手段とを備えたことを特徴
とする建設機械の安全装置。