JPH0517971A

JPH0517971A - 建設作業用機械の安全装置

Info

Publication number: JPH0517971A
Application number: JP19103691A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Tabata; 哲生田畑; Hiroshi Shimogaichi; 宏下垣内
Original assignee: Yutani Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1991-07-06
Filing date: 1991-07-06
Publication date: 1993-01-26

Abstract

(57)【要約】［目的］建設作業用機械に装着する作業工具を種々交
換使用するに当り、その機械にふさわしい標準規格品よ
りも大形のそれを装着するとき、いろいろの作業姿勢に
おける機体の安定度を表示し、または警告を発し、運転
操作の安全をはかる。［構成］ブームシリンダの負荷圧力検出手段９と、複
数の負荷圧力に対応するフロントアタッチメントの作業
半径、機体の安定度を記憶、演算する機能を有し、上記
圧力検出手段からの圧力信号に該当する数値を抽出、演
算して表示部に表示したり、必要に応じ、警告手段１２
へ警告信号を発するディスプレイ装置１１を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、フロントアタッチメ
ントとして、ブーム，アームなどの支持部材を介して作
業工具を備え、これを機体に枢支して作業を行う建設作
業用機械にあって、作業工具と機体との距離の増減にと
もなう機械全体の安定度を容易に、しかも簡単に確認で
き、また、必要に応じて警告をする安全装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】建設作業に使用する作業工具は多種多様
であるが、その取付母体となるベースマシンの大半はシ
ョベル系掘削機、または、類似の機械が多用される。す
なわち、下部走行体上方に旋回可能に枢着した上部旋回
体と、その上部旋回体の前方には、先端に作業工具を備
え、ブーム，アームなどの支持部材からなるフロントア
タッチメントを、上下に回動自在に枢支し、油圧シリン
ダでフロントアタッチメントおよびその構成部材を作動
せしめて作業を行う。このような方法により、作業工具
を任意の空間位置へと設定し、機械化施工を能率よく進
めることができるが、その反面、上部旋回体の下部走行
体に対する方向の選定、作業工具の位置設定など、運転
時の不注意により機械が安定を失ない転倒する危険も起
ることがある。

【０００３】上述の建設作業用機械の１例として、油圧
式ショベル系掘削機のアーム先端に、構造物破砕用作業
工具を取付けた解体機があるが、その外観を示すと図６
のとおりである。図において、１は下部走行体であり、
２は、その上方に旋回可能な枢着した上部旋回体、３
は、その基端部を上部旋回体２の所定位置Ｃに枢着し、
ブームシリンダ５で上下に回動する如くしたブーム、４
は該ブーム３の先端部に枢着され、アームシリンダ６で
回動されるアーム、７は該アーム４の先端に装着され、
作業工具シリンダ８の伸縮により回動するように取付け
られた作業工具で、この図では、その１例として油圧式
破砕工具を示している。また、Ａは上記ブーム３、アー
ム４、作業工具７、および、それらを回動させる各種シ
リンダ、リンク、ロッドからなるフロントアタッチメン
トを示し、Ｂは該フロントアタッチメントＡを除き、下
部走行体１、上部旋回体２などからなる機体、Ｄ，Ｅは
ブームシリンダ５の基部枢支点、作用力点を示す。そう
して、この種機械では、しばしば、作業能率向上のた
め、機体Ｂの規格にふさわしい標準的なものよりも１ラ
ンク大形の作業工具７を組合わせる方が効果的な作業能
力を発揮することもある。しかしながら、この様なフロ
ントアタッチメントＡの組合わせにより作業をするとき
は、標準的な作業工具では、その機械の全作業範囲にお
いて安定した作業が可能であるのに対し、作業範囲を限
定し、機体Ｂの安定上の安全域を越えることがない様、
特別の運転上の配慮を要する。

【０００４】そのため、それぞれの機械毎に、装着する
作業工具の規格に対応した安全な作業半径を予め計算ま
たは実測により求めておいて、その値を運転者並びに関
係者に周知徹底させたうえで作業を遂行する。例えば、
図６において通常の作業工具を装着するアーム４の先端
ピン位置が作動可能である本来の作業範囲が、符号Ｈ，
Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｈの各点を順次相互に結ぶ曲線、直線で包
絡される範囲とすると、より大形の作業工具７をアーム
４の先端に取付けたため、フロントアタッチメントＡ
が、機体Ｂを、その方向へ転倒させようとする作用が増
大するため、上記作業範囲のうち、Ｆで示す作業禁止範
囲を設ける。すなわち、このときは、図における符号
Ｍ，Ｌ，Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｍの各点を順次相互に結ぶ直線、
曲線で包絡される範囲が安定上の作業範囲となる。そう
して、作業禁止範囲Ｆとの境界線となる、地面に垂直な
直線ＬＭと、上部旋回体２の旋回中心線が地面と交る点
の符号０との水平距離ｌを先に述べた安全な作業半径と
定め、これを基準として、運転者は作業をしながら目測
により細心の注意を払いつつ運転する。なお、この例に
おける作業禁止範囲Ｆの境界線ＬＭは、理論上は、アー
ム先端部の地面からの高さが変化するにともない、図示
の水平距離ｌは変化するので、直線とはならないが、運
転操作が煩雑となることを避ける目的で、機体が安定を
保ち得る水平距離の最小値ｌを安全な作業範囲として採
用する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の如きフロントア
タッチメントＡの組合わせにおいて、運転者は制約され
た作業禁止範囲Ｆに作業工具が入らない様に、常に、機
体Ｂと作業対象物との距離を念頭において迅速な操作が
要求されることから、その作業内容がち密になればなる
程、作業性の悪化、疲労の蓄積があり、ややもすれば安
全な作業範囲である前記水平距離ｌよりも可成り狭い範
囲で使用する傾向や、さもなくば、作業そのものに気を
とられて機体が不安定になるなど、危険な作業状態とな
る。また、一般的に、建設作業用機械における下部走行
体は、その進行方向と、これに直角な方向とでは、前後
または左右の接地部中心間距離である安定巾は異なるも
のであるが、図６に例示の如く、下部走行体１の進行方
向と同じ方向にフロントアタッチメントＡを設定して作
業をするとは限らず、作業条件によっては、安定巾の異
なる方向に設定することも、しばしばである。従って、
前述の水平距離ｌは少なくとも２種類なければならず、
ややもすれば運転時の誤操作を引起こし非常に危険であ
る。この発明は上記問題点に鎰み、フロントアタッチメ
ントの作業方向毎に、予め求めておいた作業禁止範囲ま
での水平距離を基準にして、運転操作により作業工具が
移動するにともない、その姿勢における機体の安定度を
常時表示するとともに、限界を越える作業半径になると
警告を発する装置を備えることにより、目測の誤り、誤
操作による危険を未然に防止することを課題とするもの
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の課題を
実現するため、次の手段を講じた。すなわち、イ）フロントアタッチメントを機体に支持するブーム
シリンダの負荷側油室の圧力を検出し、その負荷圧力に
比例する信号を発する圧力検出手段と、ロ）該圧力検出手段からの信号に対応する機体の安定
度に関する数値を表示部に表示するとともに、上記機体
の安定度を示す数値が所定の値よりも不安定になると警
告信号を発するディスプレイ装置と、ハ）該ディスプレイ装置からの警告信号により、警告
灯または警報を作動させたり、あるいは、フロントアタ
ッチメントを、機械がさらに不安定となる姿勢へと移行
するが如き方向へ作動させる操作を自動的にそ止するよ
うな機能をも含む警告手段を設けるとともに、ニ）上記ディスプレイ装置には、予め、計算または実
測によりフロントアタッチメント先端に装着した作業工
具が地上附近に支持される状態での作業半径のうち、作
業禁止範囲以内の複数の作業半径毎におけるブームシリ
ンダの負荷圧力信号を記憶し、前記圧力検出手段から入
力される負荷圧力の信号との対比で演算される機体の安
定度を算出する機能を付与しておく。

【０００７】

【作用】ブームシリンダ、アームシリンダを伸縮させ、
作業工具を種々の作業半径位置へと移動させると、その
位置に対応するブームシリンダの負荷側油室の圧力を圧
力検出手段が検出し、その信号をディスプレイ装置へと
入力するので、該ディスプレイ装置の表示部には、その
姿勢における機体の安定度を示す数値が常時表示される
ので、運転者はこれを視認しつつ安全作業を遂行し、ま
た、引続く次の作業段階に備えることができる。また、
ち密な作業、その他の為にディスプレイ装置の表示部を
視認する余裕のないようなとき、万一、作業工具が作業
禁止範囲に近づき、または、これを越えると、ディスプ
レイ装置は警告信号を警告手段に向け出力するので、該
警告手段は作動し、運転者は安定上の危険に気付き、ま
たは、その方向への作業工具の移動は自動的に停止す
る。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて説明
する。図１はアーム４の先端部に作業用工具７を装着し
ているクローラ式油圧ショベルの作業状態を示す側面図
であるが、この図における作業工具７は、１例として油
圧破砕工具としたが、これに代り、打撃式工具、掘削積
込などの工具であっても適用可能であることは言うまで
もない。また、図中の符号で、従来技術の説明において
用いた同一部分には同一の符号を付してある。図１にお
いて、９はブーム３、アーム４、作業工具７からなるフ
ロントアタッチメントＡの自重、作業反力を支持するブ
ームシリンダ５の負荷側油室に発生する負荷圧力の大き
さに比例する信号を出力する圧力検出手段、１１は後述
のディスプレイ装置、１２は警告手段で、図２に、これ
らの関連を具体的なブロック図で示してある。すなわ
ち、ディスプレイ装置１１は、運転席から直視し易い位
置に設けた表示部１０と、作業禁止範囲Ｆを除く作業範
囲において、予め計算または、実測によりフロントアタ
ッチメントＡの作業工具７が、おおむね地上附近にてブ
ームシリンダ５で支持される状態での一定高さにおける
複数の作業範囲毎のブームシリンダ５の負荷圧力を信号
として記憶する記憶部と、圧力検出手段９から入力され
る信号と記憶した圧力信号との対比から、そのときの機
体Ｂの安定度を演算し、上記表示部へ、その結果を伝達
する機能の演算部と、さらには、作業工具７作業禁止範
囲Ｆの域内に入り、その結果、圧力検出手段９からの圧
力信号が所定の値以上になると警告手段１２に対し警告
信号を出力する機能とを、あわせ有している。また、こ
のディスプレイ装置１１には、必要に応じ例えば、先に
述べた様に、フロントアタッチメントＡの向きが下部走
行体１の異なる安定巾の方向で使用されるとき、作業工
具７が常時高い位置あるいは低い位置専用で使用される
とき、それぞれの作業條件での安定度算出基礎となる記
憶部のデータを適宜切換えて使用するための切換手段１
６，１６ａなど、あるいは、警告手段１２への警告信号
の出力を断接するスイッチ１７などを設けてもよい。警
告手段１２は、例えば、運転者に対し、聴覚に訴えるブ
ザー１３、視覚に訴える警報ランプ１４、機体Ｂの安定
度を更に悪化させる作業工具７の移動操作の方向のみを
自動的にそ止する機能の作動停止手段１５など、既知技
術の１または複数の組合わせで構成される警告方法であ
る。

【０００９】次に、上記ディスプレイ装置１１の記憶部
および演算部の機能についての具体例を説明する。図１
および図３において、規定の作業工具を装着したときの
建設作業用機械の作業可能範囲での最大および最小の作
業半径をｌｍａｘ，ｌｍとすると、作業半径がｌｍａｘ
であっても、当然、この機械の機体安定は良好で作業に
何等支障はないが、さらに作業能率向上のため、大形の
作業工具７を装着したときにも同様の安定度が得られる
最大の作業半径、すなはち、作業禁止範囲Ｆの境界線Ｌ
Ｍと旋回中心線との水平距離ｌ₁ を計算または実測で求
め、ｌ_N からｌ₁ の間の、おおむね作業工具７が同一高
さで支持される複数の作業半径毎に、ブームシリンダ５
の負荷側油室の圧力との関係を、図３に示すように、ブ
ームシリンダ負荷圧力ＰがＰ_n ，Ｐ_n-1 ，────，Ｐ
₃ ，Ｐ₂ ，Ｐ₁のそれぞれに対し、作業半径ｌの値は、
これらに対応してｌ_n ，ｌ_n-1 ，────，ｌ₃ ，ｌ
₂ ，ｌ₁ であることを記憶部に記憶させておくものであ
る。また、他の記憶データの例としては、上記ブームシ
リンダ５の負荷側油室の圧力Ｐの複数の値それぞれに対
応して、図４または図５に要部のみを示す如き下部走行
体１の転倒支線側にかかる機体支持反力Ｒ₁ ，Ｒ₃ およ
びそれらの反対側を支持する、後方転倒支線側にかかる
支持反力Ｒ₂ ，Ｒ₄ の値とを、それぞれの圧力毎に記憶
部へ記憶させておく。一方、圧力検出手段９から信号が
演算部に入力されると、この圧力信号に対応して前記の
記憶部に蓄積された作業半径ｌあるいは機体支持反力Ｒ
が抽出され、それぞれの、機体の安定に関する許容値に
対するその時の負荷割合を演算し、その結果をディスプ
レイ装置１１の表示部１０に表示する。

【００１０】上記の演算部における機能の例を述べる
と、先づ、圧力検出手段９で得られた圧力信号が、例え
ばＰ₃ であったとすると、図３に基づきその時の作業工
具７の作業半径はｌ₃ で、表示部に表示すべき機体の安
定度Ｖ₃ にすると、Ｖ₃ ＝（ｌ₃ −ｌ_n ）／（ｌ₁ −ｌ
_n ）×１００％で表現される。また、上記のほか、
ブームシリンダ５の負荷側油室の圧力Ｐとこれに対応す
る図４における転倒支線側およびその反対側の後方転倒
支線側へ集中すると見なされる支持反力とが、それぞれ
Ｐ，Ｒ₁ ，Ｒ₂ 、図５では、それぞれＰ，Ｒ₂ ，Ｒ₄
で、このとき表示部に表示すべき機体の安定度Ｗ₁ ，Ｗ
₂ とすると、Ｗ₁ ＝Ｒ₂ ／（Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ） ×１００
％または、Ｗ₂ ＝Ｒ₄ ／（Ｒ₃ ＋Ｒ₄ ） ×１０
０％で表現され、これらの値、Ｖ₃ ，Ｗ₁ ，Ｗ₂ な
どの値が、それぞれの所定の値以下になると警告信号が
ディスプレイ装置１０から発信されるような機能を備え
ておく。前述の記憶データは、ブームシリンダ５の複数
の負荷圧力毎としたが、この数が多ければ多いほど、こ
の安全装置の精度は向上するものであり、また、ブーム
シリンダ５の負荷圧力Ｐのそれぞれに対応する作業半径
ｌ、下部走行体１における支持反力Ｒ₁ ，Ｒ₂ ，Ｒ₃ ，
Ｒ₄ は、それぞれ、実測以外に、機体２、ブーム３上の
枢支点、作用点、力点Ｃ，Ｄ，Ｅで形成する三角形、フ
ロントアタッチメントＡを構成する各部材ならびに機体
Ｂの重量、下部走行体１の転倒支線に対する重心位置、
接地部分の安定巾など、その機械固有の既知数値と作業
姿勢とを解析することにより計算上容易に求められる。
なお、下部走行体１が引例図の如きクローラ式ではな
く、例えば車輪式、アウトリガ使用式のものにおいて
も、同様の方法により、この発明が適用可能であること
は勿論である。

【００１１】

【発明の効果】ブームシリンダで支持されるフロントア
タッチメントの先端に装着する作業工具として、その機
体の規格にふさわしい本来のそれよりも、一段と大容量
の作業工具を装着し、作業能率の向上を計ろうとすると
き、この発明にかかる安全装置を設けたうえで種々な作
業姿勢に作業工具を設定すると、その作業半径に応じて
変化するブームシリンダの負荷圧力を圧力検出手段が検
出し、その圧力信号がディスプレイ装置へ入力される
と、該ディスプレイ装置の記憶部に予め記憶させたデー
タのうち、該圧力信号に対応する作業半径または機体の
下部走行体におけるフロントアタッチメント側の転倒支
線と、その反対側の後方転倒支線での支持反力が抽出さ
れ、その作業姿勢における安定度が演算され、ディスプ
レイ装置の表示部に表示される。従って、運転者は、そ
の都度、機体の安定度を視認しながら作業が可能で安全
作業に有効であるのみならず、その姿勢での転倒に対す
る余裕の有無、程度も同時に把握できるので、次に続く
作業段階への対応が画策できるから作業能率も一層向上
するような運転操作となる。また、作業工具が作業禁止
範囲へ侵入したり、機体の安定度が所定値よりも悪化す
るようになると、ブザー、警報ランプなど聴覚、視覚に
訴える警告手段が作動したり、機体が更に不安定となる
方向へ作業工具を移動させるような操作方向のみを自動
的にそ止したりするので、誤認、誤操作による機械の転
倒事故を未然に防止しつつ作業能率の向上が計れるし、
その間、運転者は作業に専念できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる安全装置を備えたクローラ式
油圧ショベルの１例を示す外観側面図である。

【図２】この発明の構成を示すブロック図である。

【図３】ブームシリンダ負荷圧力と、そのときのフロン
トアタッチメントの作業半径との関係を例示する特性線
図である。

【図４】上部旋回体を下部走行体の進行方向と同一方向
にしたときの接地部転倒支線に集中する支持反力の状態
を説明する下部走行体要部の側面図である。

【図５】上部旋回体が、図４に対して直角方向にあると
きの接地部転倒支線に加わる支持反力の状態を説明する
下部走行体要部の背面図である。

【図６】従来技術におけるフロントアタッチメントの作
業範囲、作業禁止範囲の１例を示す側面図である。

【符号の説明】

５ブームシリンダ７作業工具９圧力検出手段１１ディスプレイ装置１２警告手段ＡフロントアタッチメントＢ機体Ｆ作業禁止範囲

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機体に基端部を枢着したブームと、該ブ
ームを上下に回動させるブームシリンダと、上記ブーム
の先端部に枢着され、アームシリンダで上下に回動する
アームと、該アームの先端部に枢着した作業工具とから
なるフロントアタッチメントを有する建設作業用機械に
おいて、ブームシリンダの負荷圧力を検出し、その大き
さに比例する信号を出力する圧力検出手段と、該圧力検
出手段からの信号が入力されると、その信号値に応じた
安定度を表示部に表示するディスプレイ装置とからな
り、該ディスプレイ装置には、機体の安定上の安全な作
業範囲において、作業工具の高さがおおむね同一水平面
上を移動する複数の作業半径毎に設定されたときのブー
ムシリンダの負荷圧力のそれぞれの数値を記憶する機能
と、該記憶数値のうちから上記圧力検出手段の信号に対
応する作業半径を抽出し、前記機能の安定上の安全な作
業半径の最大値との比較において、機体の安定度を算出
して表示部に表示する機能とを備えたことを特長とする
建設作業用機械の安全装置。
【請求項２】ディスプレイ装置には、機体の安定上の安
全な作業範囲において、作業工具の高さがおおむね同一
水平面上を移動する複数の作業半径毎におけるブームシ
リンダの負荷圧力と下部走行体のフロントアタッチメン
トの位置の前後方向となる転倒支線に集中すると見なさ
れる支持反力のそれぞれの数値とを記憶する機能と、該
記憶数値のうちから上記圧力検出手段の信号に対応する
上記支持反力を抽出し、そのときの機体の安定度を算出
して表示部に表示する機能とを備えたことを特長とする
建設作業用機械の安全装置。
【請求項３】請求項１および請求項２の安全装置を構成
するディスプレイ装置において、算出した機体の安定度
が所定値よりも不安定側になると、警告手段に対し警告
信号を出力し、該警告信号を作動させる如くしたことを
特長とする建設作業用機械の安全装置。