JPH0621461B2 - 油圧シヨベルの揺動防止装置 - Google Patents

油圧シヨベルの揺動防止装置

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JPH0621461B2
JPH0621461B2 JP9229186A JP9229186A JPH0621461B2 JP H0621461 B2 JPH0621461 B2 JP H0621461B2 JP 9229186 A JP9229186 A JP 9229186A JP 9229186 A JP9229186 A JP 9229186A JP H0621461 B2 JPH0621461 B2 JP H0621461B2
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hydraulic shovel
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修一 一山
幸雄 青柳
桂一郎 宇野
知彦 安田
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、油圧シヨベルの掘削作業において生じるジヤ
ツキアツプによる揺動を防止する油圧シヨベルの揺動防
止装置に関する。
〔従来の技術〕
油圧シヨベルは、下部走行体、この下部走行体に旋回可
能に設置された上部旋回体、およびこの上部旋回体に可
回動に取付けられたフロントを有し、このフロントは、
上部旋回体に可回動に取付けられたブーム、ブームに可
回動に取付けられたアーム、およびアームに可回動に取
付けられたバケツトで構成されている。これらブーム、
アーム、バケツトはそれぞれブームシリンダ、アームシ
リンダ、バケツトシリンダにより駆動され、これらブー
ムシリンダ、アームシリンダ、およびバケツトシリンダ
の駆動を制御することによりフロントを任意の姿勢とす
ることができる。そして、油圧シヨベルによる掘削は、
フロントをその掘削に都合のよい姿勢に制御しながら行
なわれる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記油圧シヨベルの掘削作業において、アームシリンダ
およびバケツトシリンダを伸長させて掘削を実施する場
合、これら各シリンダの出力が極めて大であり、かつ、
ブームシリンダの保持圧が高いと、フロント全体が一つ
の挺子のようになつて油圧シヨベルの本体(下部走行体
と上部旋回体)を持ち上げる状態(いわゆるジヤツキア
ツプ状態)となり、油圧シヨベルの本体前部が持ち上げ
られる。
上記の状態のまま掘削を行ない、この掘削が終了する
と、バケツトを地面から離すブームシリンダが伸長せめ
られる。そうすると、それまで持ち上げられていた油圧
シヨベルの本体は地面に落下し、油圧シヨベルに大きな
衝撃を生じる。このような衝撃は油圧シヨベルを操作し
ているオペレータに不快感を与え、その操作性を悪化さ
せるばかりでなく、油圧シヨベルの各部に思わぬ損傷を
生じるおそれがある。なお、場合によつては油圧シヨベ
ルの本体後部が持ち上げられることもあるが、この場合
でも同様の欠点が生じる。
本発明の目的は、このような従来の欠点を解消し、いわ
ゆるジヤツキアツプ状態の発生を防止することができる
油圧シヨベルの揺動防止装置を提供するにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的を達成するため、本発明は、ブーム角、アー
ム角およびバケツト角をそれぞれ検出する各角度検出器
と、アームシリンダの圧力を検出する圧力検出器とを備
え、フロントの現在姿勢において、油圧シヨベルの重量
が油圧シヨベル本体の所定点に作用する荷重と同じ荷重
を当該所定点に発生させるためのバケツト先端に加わる
垂直荷重を演算する第1の演算手段と、フロントの現在
姿勢において、バケット先端の掘削力の垂直成分を演算
する第2の演算手段と、第1の演算手段で得られた演算
値と第2の演算手段で得られた演算値とを比較し、前者
の演算値が後者の演算値を超えるときブームシリンダの
保持圧を減少させる手段とを設けたことを特徴とする。
〔作用〕
各角度検出器の検出値と、油圧シヨベルの重量と、油圧
シヨベルの各部寸法から、当該重量が油圧シヨベル本体
の所定点に及ぼす荷重を演算し、このときフロントの姿
勢と同一姿勢において、当該所定点に前記荷重と同一の
荷重を作用させるにはバケツト先端にどの程度の大きさ
の垂直荷重を作用させる必要があるかを第1の演算手段
により演算する。一方、このときのフロントの姿勢にお
いて、バケツト先端の掘削力の垂直成分を第2の演算手
段により演算する。次に、第1の演算手段と第2の演算
手段の各演算値を比較し、第2の演算手段の演算値が第
1の演算手段の演算値より大きくなつたとき、ブームシ
リンダの保持圧を減少させ、これによりジヤツキアツプ
状態の発生を防止する。
〔実施例〕
以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。
第1図は本発明の実施例に係る油圧シヨベルの揺動防止
装置の系統図、第2図は油圧シヨベルの概略構成の側面
図である。まず、第2図に示す油圧シヨベルの全体構成
を説明すると、1は下部走行体、2は上部旋回体、3は
上部旋回体2に可回動に取付けられたフロントである。
フロント3はブーム4、アーム5およびバケツト6で構
成されており、Dはバケツト6の先端を示す。7はブー
ム4を駆動するブームシリンダ、8はアーム5を駆動す
るアームシリンダ、9はバケツト6を駆動するバケツト
シリンダである。
10はブーム4の回動中心に設けられてブーム角を検出
するブーム角検出器、11はアーム5の回動中心に設け
られてアーム角を検出するアーム角検出器、12はバケ
ツト6の回動中心に設けられてバケツト角を検出するバ
ケツト角検出器である。なお、Gは地面を示す。
次に、第1図で15は油圧シヨベルに搭載された油圧ポ
ンプ、16は油圧ポンプ15とブームシリンダ4との間
に介在しブームシリンダ4の駆動を制御する電磁制御弁
である。17はアームシリンダ8に供給される油の圧力
を検出するアーム圧力検出器、18は演算部である。演
算部18はブーム角検出器10、アーム角検出器11、
バケツト角検出器12およびアーム圧力検出器17の検
出値を入力し、所定の演算を実行し、その演算結果によ
り電磁制御弁16を制御する。
次に、本実施例の動作を、第2図に示す各部寸法や角度
を参照しながら説明する。第2図で、Aは油圧シヨベル
の転倒支点である。Bは上部旋回体2の旋回中心と地面
Gとの交わる点であり、この点がフロント3の姿勢の基
準点(座標の原点)となる。Cは油圧シヨベルの重心位
置を示す。前述のように、フロント3が図示の姿勢にあ
るとき、アームシリンダ8およびバケツトシリンダ9を
それぞれ大きな力で伸長方向に駆動すると、油圧シヨベ
ル本体がジヤツキアツプされ、下部走行体1と上部旋回
体2の前方が転倒支点Aを中心として持ち上げられた状
態となる。
このようなジヤツキアツプの現象を考察すると、この現
象は、重心位置Cの重量が転倒支点Aに及ぼす荷重(モ
ーメント)に対して、バケツト6の先端Dに作用する掘
削力が転倒支点Aに及ぼす荷重(モーメント)の方が大
きくなつたときに生じるものと考えられる。そこで本実
施例では、転倒支点Aに作用する荷重のうち、上記後者
の荷重が上記前者の荷重を超えたときブームシリンダ7
を伸長させ、ジヤツキアツプを未然に防止しようとする
ものである。そして、両者の荷重の大小を比較するた
め、本実施例では、この比較を転倒支点Aとバケツト6
の先端Dとの間の位置関係で行なうこととし、このた
め、転倒支点Aに上記前者の荷重を作用させるために先
端Dに加えるべき仮想された垂直荷重(力)を演算し、
一方、先端Dに加わる掘削力の垂直成分を演算し、両者
の大小を比較することとする。
以下、この演算について説明する。ここで、 F:上記垂直荷重(力) FDV:上記垂直成分の力 FDA:バケツト6の先端Dに作用する掘削力 Θ:掘削力FDAの地面Gの垂直線に対する角度 W:重心位置Cにおける油圧シヨベル重量 LFO:基準点Bと転倒支点Aとの間の距離 LFI:基準点Bと重心位置Cとの間の水平方向の距離 L:基準点Bと先端Dとの間の水平方向の距離とする
と、 FDV=FDA・cosΘ…………(1) 又、モーメントの平衡関係から が成立する。したがつて、第1図に示す演算部18で上記
(1),(2)式を演算し、力FDVと力Fとを比較
し、両者の力関係が(FDV>F)になつたとき電磁
制御弁16を第1図で左側位置に駆動し、ブームシリン
ダ4を伸長せしめればよい。
ところで、(1)式においては、力FDA、角度Θは未
知であり、又、(2)式においては、長さLが未知で
ある。このため、(1)式および(2)式を演算する前
段においてこれらの未知数を既知の値および検出した値
に基づいて算出する必要がある。そこで、まずこの算出
に要する既知の値を定めるため、油圧シヨベルの各点を
次のように表わす。
:上部旋回体2とブーム4との連続点 P:ブーム4とアームシリンダ8のヘツド側との連結
点 P:ブーム4とアーム5との連結点 P:アーム5とアームシリンダ8のロツド側との連結
点 P:アーム5とブーム6との連結点 又、これら各点に関する長さを次のように表わすことに
する。
F2:点Pと基準点Bとの間の水平距離 LB1:点P,P間の直線距離 LB2:点P,P間における点P,P間の直線に
平行な距離 LB3:点Pと、点P,P間の直線との間の垂直距
離 LBU:点Pと先端Dとの間の直線距離 さらに、 Θ:ブーム角検出器10で検出される水平線に対する
点P,P間の線分のなす角(ブーム角) Θ:点P,P間の線分と、点P,P間の線分
に対する垂直線とのなす角(アーム角検出器11で検出
されるアーム角) ΘBU:点P,P間の線分と、点Pと先端D間の線
分とのなす角(バケツト角検出器12で検出されるバケ
ツト角) F:アーム圧力検出器17で検出された圧力から得ら
れるアームシリンダ8の推力 とする。上記の値LF2〜LBUは既知であり、又、値Θ
〜Fは検出値又は検出値から得られる値である。これ
らの値を用いて、(1)式および(2)式における未知
の数値を求めるための演算を示す。
まず、(1)式の値FDAを求める。モーメントの平衡関
係から、 が成り立つ。ただし、 LAV:点Pとアームシリンダ8の軸線との間の垂直距
点Pと先端Dとの間の距離(以下、各点間の距離をこ
のように表わす。) である。ここで、距離 は次の演算で求めることができる。
三角形DPにおける余弦定理を適用すると、 次に、距離LAVは以下の演算で求める。
三角形Pにおける余弦定理を適用してアーム
シリンダ8の長さPを求めると、 上記(5)〜(8)式中、(5)式の角度(∠P
)および(6)式の距離 はそれぞれ既知の値の演算により求めることができ、
又、(8)式の角度(∠P)は既知の距離 および(5)〜(7)式で求めた値を用いて演算により
求めることができる。そして、(6)式で求めた距離 および(8)式で求めた角度(∠P)を用い
ると、距離LAVを求めることができる。
このように、(4)式および(9)式でそれぞれ距離 AVが得られるので、アーム圧力検出器17の検出値よ
り得られたアームシリンダ8の推力Fとともに(3)
式の演算を実施し、力FDAを得ることができる。
次に(1)式の値Θを求める。まず、三角形P
Dに正弦定理を適用すると、 (10)式で、距離 は既知であり、距離 は(4)式で得られ、角度ΘBUは検出値である。そし
て、角度Θは(10)式の角度(∠PD)を用
いて次式により求めることができる。
以上のように、力FDAおよび角度Θが得られるので、
(1)式の掘削力FDAの垂直成分FDVを得ることができ
る。
一方、(2)式における未知の距離Lを演算により求
める。この演算は次式にしたがつてなされる。
この(12)式で求めた距離Lを用いて(2)式の演
算を行なうと垂直荷重(力)Fを求めることができ
る。
さて、以上述べた演算により求められたそのときのフロ
ント3の姿勢における掘削力の垂直成分FDVと、仮想さ
れた垂直荷重Fとは演算部8において比較され、比較
の結果(FDV>F)となれば電磁制御弁16を左側位
置に切換え、ブームシリンダ4を伸長させる。
このように、本実施例では、掘削力の垂直成分と仮想さ
れた垂直荷重とを比較し前者が後者より大きいときブー
ムシリンダを伸長するようにしたので、ジヤツキアツプ
の発生を防止し、オペレータの不快感を解消し、又、油
圧シヨベルの損傷を防止することができる。
なお、上記実施例の説明では、油圧シヨベル本体前部が
持ち上げられるジヤツキアツプ状態の場合について説明
したが、逆に油圧シヨベル本体後部が持ち上げられる場
合についても、上記実施例に準じる手段により、ジヤツ
キアツプを防止することができる。又、上記実施例の説
明ではアームシリンダの圧力を検出する例について述べ
たが、バケツトシリンダの場合も同様に演算することが
できる。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明では、バケツト先端の掘削力
の垂直成分と、油圧シヨベルの重量が転倒支点に作用す
る荷重と同じ荷重を発生させるバケツト先端における仮
想された垂直荷重とを比較し、前者が後者以上のときブ
ームシリンダの保持圧を減少させるようにしたので、油
圧シヨベルのジヤツキアツプを防止することができ、ひ
いては、ジヤツキアツプに伴なうオペレータの不快感を
解消することができ、かつ、油圧シヨベルの損傷を防止
することもできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に係る油圧シヨベルの揺動防止
装置の系統図、第2図は油圧シヨベルの側面図である。 3……フロント、4……ブーム、5……アーム、6……
バケツト、7……ブームシリンダ、8……アームシリン
ダ、10……ブーム角検出器、11……アーム角検出
器、12……バケツト角検出器、16……電磁制御弁、
17……アーム圧力検出器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安田 知彦 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (56)参考文献 特開 昭60−65839(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】本体、およびブーム、アーム、バケツトよ
    り成るフロントを備えた油圧シヨベルにおいて、ブーム
    角、アーム角、バケツト角をそれぞれ検出する各角度検
    出器と、前記アームを駆動するアームシリンダ又は前記
    バケツトを駆動するバケツトシリンダの圧力を検出する
    圧力検出器と、前記各角度検出器の各検出値と前記油圧
    シヨベルの重量に基づき前記フロントの現在姿勢におい
    て前記重量が前記本体の所定点に作用する荷重と等しい
    荷重を発生させる前記バケツト先端の垂直荷重を求める
    第1の演算手段と、前記各角度検出器の各検出値のうち
    の所要の検出値と前記圧力検出器の検出値に基づき前記
    現在姿勢において前記バケツト先端の掘削力の垂直成分
    を求める第2の演算手段と、この第2の演算手段により
    得られた値が前記第1の演算手段により得られた値を超
    えたとき前記ブームを駆動するブームシリンダの保持圧
    を減少させる手段とを設けたことを特徴とする油圧シヨ
    ベルの揺動防止装置。
JP9229186A 1986-04-23 1986-04-23 油圧シヨベルの揺動防止装置 Expired - Lifetime JPH0621461B2 (ja)

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