JPH0642014A - 建設作業用機械の安全装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 支持部材の先端に作業工具を取付けたフロン
トアタッチメントを機体に装着して使用する建設作業用
機械においてフロントアタッチメントの種類、作業姿勢
の如何に対応して、機体の安定が失われる以前に警告を
発し危険を防止する。 ［構成］ フロントアタッチメントを支持する油圧シリ
ンダの負荷側圧力と支持部材の角度の検出手段を設け、
その信号値から、フロントアタッチメントの機体に対す
る転倒モーメントを算出する演算部と、機体のみの安定
モーメントを記憶する記憶部と、上記転倒モーメントの
安定モーメントに対する比率が所定値以上になると警告
信号を出力する機能のコントローラを備える。

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
作業工具を機体に装着し作業をする建設作業用機械の各
種作業工具などの組合せ、作業姿勢における機体安全上
の安全装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】建設作業に使用する作業工具は多種多用
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機械部材を作動
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の、運
転時の不注意により機械が安定を失い転倒する危険も起
ることもある。

【０００３】上記のような作業状態の１例として、油圧
式ショベル系掘削機のアーム先端にコンクリート造、本
造の構造物等の破砕用作業工具を装着した解体機を示す
と図５の通りである。図において、１は下部走行体、２
はその上方に旋回自在に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−ム３、アーム
４、作業工具７Ａおよび、それらを回動させる各種シリ
ンダ、リンク、ロッドなど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
く、下部走行体１、上部旋回体２からなる機体、Ｄ，Ｅ
はブームシリンダ５の基部枢支点、作用力点を示すが、
この種機械では、しばしば、作業能率向上のため、機体
Ｂに対して標準よりも大形の作業工具を組合わせて使用
することがあり、このような場合にも機械全体の安定上
の安全域を越えることがないよう運転に注意しなければ
ならないので、この対策として安全装置を設け、誤操作
となることを回避している。

【０００４】この安全装置の１例は、図５におけるブー
ムシリンダ５、アームシリンダ６を作動させたブーム
３、アーム４相互の各種組合わせで、図示の作業禁止範
囲Ｆ内に作業工具７Ａのアーム４への取付部が入ると運
転者に対し警報を発したり、更に不安定な方向への作動
操作を不能にしたりする警告装置がある。この警告装置
を詳述すると、図の２０，２１は、それぞれ、ブーム３
の起伏角がθＢより小さいとき、ブーム３とブーム４と
のなす角度がθＡより大きい時に作動するリミットスイ
ッチである。ここで、θＢとはアーム４のブーム３に対
する回動角が何度になろうと、前記アーム４の先端が作
業禁止範囲Ｆに入らないようなブーム３の起伏角におけ
る安全作業確保上の限界値であり、θＡとは、前記ブー
ム３の起伏角が何度になろうと、前記アーム４の先端が
作業禁止範囲Ｆに入らないようなアーム４の回動角度に
おける安全作業確保上の限界値である。θＡ，θＢは上
述のような条件で定めてあるので、ブーム３、アーム４
の種種な作動角度組合わせにおいて、リミットスイッチ
２０，２１の両方が、共に作動しない限り、アーム４の
先端は作業禁止範囲Ｆには存在しないことから、リミッ
トスイッチ２０，２１、警告装置および電源を直列に接
続しておくことにより、アーム４の先端が作業禁止範囲
に入るような作業姿勢となると、ただちに警告装置が作
動し、運転者にその旨を知らせることにより作業の安全
性を高めるものである。

【０００５】ところが、ショベル系掘削機の機体をベー
スマシンとして各種フロントアタッチメントを取付け、
機械化施工をすることは一般化され、しかも、ニーズの
多様化とともに、一台のショベル系掘削機の本体に異な
るフロントアタッチメントを高頻度で装着替えして使用
すること、例えば、アーム４の代わりによい有効長さの
大きいロングアームを利用したり、作業工具７Ａに替
え、より能力の大きい、従って重量の大きい作業工具を
装着して大きい作業範囲を得たり、作業能率の改善を計
らねばならないことも、しばしば起り得るものである。
しかしながら、この様なニーズに対し、前述した従来技
術の安全装置の場合には、フロントアタッチメントの組
合せが異るごとに、作業禁止範囲Ｆは当然異なるもので
あるから、その安全範囲を改めて別途算出した上で、ア
ーム起伏角θＡ、ブーム起伏角θＢを求め、リミットス
イッチ２０，２１の作動位置を再調整することが必要で
あることは当然であるばかりではなく、一般的に、構成
上アーム４先端部の移動量に対し、リミットスイッチ２
０，２１の作動開始位置の調整量は微小で、正確を期す
ことは期待できず、フロントアタッチメントの組合せ変
更時の調整に当っては、実際に作動の確認をしながら調
整をする必要から、その対応に長時間を要すること、ま
た、実用上において、作業中、アーム４の先端が作業禁
止範囲Ｆに突入した瞬間に警告装置が作動し、これに対
する運転操作をしなければならないので、運転者毎の個
人技両差を見込み、予猶をもって作業禁止範囲Ｆを設定
しなければならない。

【０００６】この発明は上記の難点にかんがみ、これを
克服することを目的とするもので、特に、１台のベース
マシンに対し、しばしば、フロントアタッチメントの組
合わせを変更して作業に後事するような場合においても
特別の微妙な調整などをすることなく、安全な作業範囲
を越える作業姿勢となると直ちに警告手段が作動し、ま
た、必要に応じては、或る作業姿勢における安定状態を
もモニタリングできるような安全装置を提供しようとす
るものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は上記課題解決
のため、次の手段を講じる。すなわち、 イ） フロントアタッチメント全体を支持するブ−ムシ
リンダの作動圧力を検出し、その大きさに比例する信号
を出力する圧力検出手段と、 ロ） ブームの対地角度を検出し、その角度に比例する
信号を出力する角度検出手段と、 ハ） ブームシリンダに作用する複数段階の圧力値毎の
それぞれにおいて、ブームの複数の作動角度毎におけ
る、ブームシリンダがブームを支持する持上げモーメン
トの値を記憶する第１の記憶部と、フロントアタッチメ
ントで発生する転倒モーメントに対抗し、機体がなお安
定した状態を保ち得る機体の安全限界モーメントを記憶
する第２の記憶部と、前記圧力検出手段と角度検出手段
からの信号を受け、上記第１の記憶部から、その状態の
フロントアタッチメントが機体に及ぼす転倒モーメント
を導出する演算部と、該演算部で得られた転倒モーメン
トを第２の記憶部に記憶された安定限界モーメントに対
比してその比率を求める比較部と、該比較部で得た比較
が所定の値を越えると警告信号を出力しるリレー部とを
備えたコントローラと、 ニ） 上記コントローラからの警告信号により、ブザ
ー，ランプなどの警告または、フロントアタッチメント
による転倒モーメントが増加して、機体が一層不安定と
なる方向へと、ブーム，アームなどが作動することを禁
止するような警告手段と、 ホ） 運転席から見え易い位置に、前記コントローラの
比較部で得られる転倒モーメントの安全限界モーメント
に対する比率を視認できるモニタリング装置とを設け
る。

【０００８】

【作用】フロントアタッチメントを機械が不安定となる
方向に作動させてゆき、それを支持するブームシリンダ
の負荷圧力とブ−ム角度が、圧力検出手段、角度検出手
段で検出され、それらの出力がコントローラに入力され
る。コントローラでは、これら入力値を内蔵の記憶部、
演算部、比較部でもって、フロントアタッチメントによ
る、その方向への転倒モーメントの機体の安全限界モー
メントに対する比率が所定の値を越えると、警告信号が
コントローラからの警告手段に向いて出力され、該警告
手段は運転者に、警報を発したり、自動的に、機体が不
安定となる方向へのアタッチメント操作がなされること
を阻止する。また、転倒モーメントと機体の安全限界モ
ーメントとの比率がコントローラで演算され、その出力
で表示されるモニタリング装置により、常時または必要
により、容易に、その姿勢における機械の安定度を知る
ことができる。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の実地例を図に基ずいて説明
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、これに代わり、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、作業応力を支持する
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、１２はブ
ーム３の回動角度、例えば、その作動範囲の各姿勢にお
ける対地角度の変動値の大きさに比例する信号を出力す
る角度検出手段、１０は、上記圧力検出手段９、角度検
出手段１２からの信号を受け、後述する機能を発揮する
コントローラ、１１は該コントローラからの出力される
警告信号により作動する警告手段、Ｃはブーム３の基部
枢支点、Ｄ，Ｅはそれぞれブームシリンダ５の枢支点と
作用力点とであり、この３点Ｃ，Ｄ，Ｅの関係位置は同
一の機械である限り変らないことを前提とするものであ
る。

【００１０】次に、図３はこの発明にかかる安全装置の
構成概要を説明するブロック図であるが、コントローラ
１０には、第１の記憶部、第２の記憶部、演算部、比較
部、リレー部および必要に応じ第２の記憶部のメモリー
を選択したり修正したりする調整装置などからなり、第
１の記憶部はブームシリンダ５に作用する複数段階の負
荷圧力値のそれぞれについて、ブーム３の姿勢、すなわ
ち、回動角度に対応するブームシリンダ５のブームに対
する持上げモーメント曲線上の点を記憶する機能を有し
ており、この機能で記憶する数値の１例を図４で示す
と、ブームシリンダ５ニ負荷圧力Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，─
─，Ｐn と複数の発生圧のそれぞれに対し、ブーム３の
角度θ、例えば対地角度がθ2 ，θ2 ，θ3 ，──，θ
n と変化したときの関係線図において、図示の交点（Ｐ
1 ，θ1 ），（Ｐ1 ，θ2 ），（Ｐ1 ，θ2 ），───
──（Ｐ1 ，θn ），（Ｐ2 ，θ1 ），（Ｐ3 ，θ1
），（Ｐ4 ，θ1 ）─────（Ｐn ，θ1 ），ある
いは（Ｐn ，θn ）などにおけるブームシリンダ５によ
る持上げモーメントＭの値であり、このＭの値は、機体
Ｂに対しては、フロントアタッチメントＡの取付方向へ
の転倒モーメントとなるものである。

【００１１】第２の記憶部は機体Ｂが、フロントアタッ
チメントＡにより、その方向へ転倒させようとするモー
メントに対抗し、転倒支点に対する最大の安定限界モー
メントを記憶するものであり、この安定限界モーメント
は、図１の転倒支線Ｒ_f と機体Ｂの重心位置Ｇとの間の
水平距離l と機体Ｂの重量Ｗとから求められるものであ
るが、例えば、図２のように、フロントアタッチメント
Ａの方向を、下部走行体１の走行方向に対し直角方向に
して作業をする可能性があり、しかも、このときの転倒
支線Ｒf ’と機体Ｂの重心位置Ｇ’との水平距離l ’が
l よりも小さいときは、当然、その結果から得られた小
さい安定限界モーメントの値も第２の記憶部に記憶され
ていて、その数値が利用されねばならない。このこと
は、下部走行体１が図示の如きクローラ式のほか、車輪
式またはアトリガ使用時においても同様であり、従っ
て、作業方法、姿勢などに応じ第２の記憶部の各種デー
タを選択して取出したり、アタッチメントの種類により
異なる安定限界モーメントの値を利用することもあり得
るので、図３に示す調整装置１８を設けておくことが必
要な場合もある。

【００１２】演算部は圧力検出手段９、角度検出手段１
２の信号出力を受け、第１の記憶部のデータから、それ
に対応するブームシリンダ５による持上げモーメント
Ｍ、すなわち、フロントアタツチメントＡの機体Ｂに及
ぼす転倒モーメントを導出する機能を有している。

【００１３】また、比較部は上記演算部で導出したブー
ムシリンダ５の持上げモーメントＭ（転倒モーメント）
を第２の記憶部の記憶された安定限界モーメントと対比
し、その比率を算出する機能を有し、

【００１４】リレー部は該比較部で算出された比率が所
定の値以上になると警告信号を警告手段１１に向けて出
力する機能を有している。

【００１５】上記の警告手段１１としては、既知技術か
らなる種種の方法があるが、その数例をあげると、図３
に示すブザー１３を作動させる、警告ランプ１４を点滅
させるなどして運転者にその旨を知らせたり、リレー部
からの信号で電磁作動式の遮断弁１６，１６などを作動
させ、切換弁１５，１５などを操作しても、アタッチメ
ントＡの転倒モーメントＭが増大する方向へは、それら
のアクチュエータは作動しないが、減少する方向には作
動可能となるよう、リレー部からの信号回路中にブレー
ク接点１７，１７などを挿入し、自動的に機械が転倒す
る危険を防止する方法であったり、また、コントローラ
１０の比較部で得られる転倒モーメントと安全限界モー
メントとの比率を常時表示するモニタ１９などであり、
これら各種の警告手段のうちの、１ないし複数を備えて
おく。

【００１６】以上の構成からなるこの発明は、上述の実
地例記載の機能説明においても明らかなように、アタッ
チメントにより発生する転倒モーメント、すなわち、ブ
ームシリンダの押力による持上げモーメントの大きさが
機体の安定モーメントを越え、その比率が１．０または
それ以上になれば、機械は当然転倒をするので、その時
の作業内容、作業方法に応じ、上記比率が１．０以下で
余猶をもって警告信号がコントローラから出力されるよ
うに設定されるべきであり、また、運転中は必要に応
じ、見易い位置に設けたモニタを監視することにより、
その時の作業状態、姿勢における機械の安定度を確認す
ることができる。

【００１７】

【発明の効果】建設作業用機械のアタッチメント、特
に、その先端の作業工具を、その機械が従事する作業内
容、作業規模に最も適した規格のものに取替えて使用す
るようなとき、この発明にかかる安全装置を備えておけ
ば、そのアタッチメントの作動範囲において、万一、機
械が不安定となる姿勢に近づくと、ブームシリンダの圧
力検出手段、ブームの角度検出手段からのコントローラ
に入力される信号により、該コントローラは、それに予
め記憶または設定されたデータで演算したり比較したり
し、機体が不安定となる状態に近ずくと警告信号を警告
手段に出力し、該警告手段は作動するので運転者は直ち
に、あるいは、予猶をもって安全な範囲での運転へと対
処することができる。従って、作業能力は最大限に発揮
できるうえに、誤操作による転倒などから危険を避ける
ことができる。また、フロントアタッチメントの、例え
ば作業工具をより大形のものに交換して作業能力を増大
させようとしたとき、当然、その作業工具の重量は増大
し、同一作業半径においても圧力検出手段に加わる負荷
圧力は増大し、それに自動的に対応して、この安全装置
から警告が発せられるので、安心して作業条件の設定が
可能である。

【００１８】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる安全装置を油圧クローラ式シ
ョベル系建設作業用機械に装備したときの作業中の外観
側面図である。

【図２】図１における下部走行体のみが、上部旋回体に
対し、９０°旋回した位置にあるときの外観側面図であ
る。

【図３】この発明にかかる建設作業用機械の安全装置の
構成概要を説明するブロック図である。

【図４】ブームシリンダに発生する負荷圧力とブーム角
度とに対応するブームシリンダの持上げモーメント（転
倒モ−メント）の関係を示す線図である。

【図５】従来の安全装置を備えたショベル系建設作業用
機械の１例を示す外観側面図である。

【符号の説明】

７，７Ａ 作業工具 ９ 圧力検出手段 １０ コントローラ １１ 警告手段 １２ 角度検出手段 Ａ，Ａ’ フロントアタッチメント Ｂ 機体 Ｇ 機体重心位置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ブーム、アームおよび該アームの先端に装
   着した作業工具からなるフロントアタッチメントを機械
   に枢着し、ブームシリンダで該フロントアタッチメント
   を支持して所望の作業体を行う建設機械用機械におい
   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、ブームの角度
   を検出し、その大きさに比例する信号を出力する角度検
   出手段と、これらの検出手段の出力信号を導入して所定
   の条件に達すると警告信号を出力するコントローラと、
   該コントローラからの警告信号で作動する警告手段とか
   らなり、上記コントローラには、ブームシリンダの負荷
   圧力とブ−ムの角度から求められるブーム持上げ可能の
   モーメントの複数の値を記憶した第１の記憶部と、機体
   の転倒支線に対する安定モーメントを記憶し、そのとき
   の機体とフロントアタッチメントとの関係姿勢毎に選択
   取出可能の第２の記憶部と、前記圧力検出手段と角度検
   出手段の信号と上記第１の記憶部の記憶値とから、その
   姿勢のフロントアタッチメントが機体に及ぼす転倒アタ
   ッチメントを導出する演算部と、該演算部で得られた転
   倒モーメントの、第２の記憶部から取出される安全限界
   モーメントに対する比率とを求める比較部を有し、該比
   率が所定条件値を越えると警告信号を出力する機能を付
   与したことを特長とする建設作業用機械の安全装置。
2. 【請求項２】請求項１の安全装置において、コントロー
   ラに内蔵された比較部で得られる、フロントアタッチメ
   ントによる転倒モーメントの機体安定限界モーメントに
   対する比率を示す信号を、運転席から見易い位置に設け
   たモニタに導いたことを特長とする建設機械用機械の安
   全装置。