JPH07106876B2

JPH07106876B2 - 建設機械の安全装置

Info

Publication number: JPH07106876B2
Application number: JP3018677A
Authority: JP
Inventors: 憲彦林
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1991-02-12
Filing date: 1991-02-12
Publication date: 1995-11-15
Anticipated expiration: 2010-11-15
Also published as: JPH04256691A

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
の吊り荷の重量に応じて限界作業領域を設定し、かつ、
これに基づき強制的な駆動停止や警報等の安全動作を行
わせる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ため、作業状態が
安全領域を超えた場合に強制的に旋回動作を自動停止さ
せるといった安全装置が備えられている。

【０００３】従来、このような装置では、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、実開昭６２−８９２８９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
の範囲を超えた場合に旋回駆動及びブーム駆動を停止さ
せるようにしたものが示されている。上記旋回許容範囲
としては、左右でアウトリガジャッキの水平張出し量が
異なる場合、ブームの旋回方向について安定区間と不安
定区間とに分け、安定区間には最大作業領域を設定し、
不安定区間には上記最大領域よりも小さい中間作業領域
を設定している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特開昭５７−２７８９
３号公報の装置では、算出された定格荷重と実荷重とを
比較するものであるため、ブーム長及び作業半径が固定
された状態で現在の荷重を吊り上げられるか否かを判断
するには都合がよいが、この荷重を吊り上げた状態でど
の位置まで旋回できるかといった限界作業領域を把握す
るのは困難である。

【０００７】また、実開昭６２−８９２８９号公報に示
される装置では、安定区間から不安定区間に移行する際
に許容作業範囲が急激に減少するため、この時点で強制
的にクレーンが自動停止される確率が高い。しかし、現
実の許容作業領域はクレーンの旋回角に応じて連続的に
変化するものであり、上記のようにある旋回角を境に断
続的に減少するものではないので、クレーンの運転者に
違和感を与えるとともに、作業可能領域を必要以上に狭
めてしまう不都合がある。しかも、この公報の装置で
は、前後のアウトリガジャッキの水平張出し量に差があ
る場合については考慮されていないが、このような差が
ある場合には、差がない場合と比べて当然に安全領域は
変わる筈であり、このような面においても、上記装置で
は適正な許容作業範囲が設定されていると言い難い。

【０００８】本発明は、このような事情に鑑み、作業者
にとって限界作業領域が把握し易く、かつこの限界作業
領域を各アウトリガジャッキの水平張出し量の差を考慮
して適正なものに設定する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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、旋回可能な上
部旋回体と前後のアウトリガジャッキとを備え、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、上部旋回体の作業半径を検出する
作業半径検出手段と、旋回角を検出する旋回角検出手段
と、各アウトリガジャッキの水平張出し量を個別に検出
するアウトリガジャッキ検出手段と、上記吊り荷の重量
及び各アウトリガジャッキの水平張出し量に応じて旋回
角と許容作業半径との関係を示す上部旋回体の限界作業
領域を設定する限界作業領域設定手段と、この設定され
た限界作業領域と実際の上部旋回体の作業半径及び旋回
角とに基づいて安全動作を行わせる作動手段とを備え、
上記限界作業領域設定手段は、前後作業領域に関する上
部旋回体の第１の許容作業半径を算出する前方能力算出
手段と、前後のアウトリガジャッキの張出し状態に基づ
いて左右両側について個別に側方作業領域に関する上部
旋回体の第２の許容作業半径を算出する側方能力算出手
段と、各アウトリガジャッキの張出し状態に基づいて左
右両側について個別に上記前後作業領域と側方作業領域
との臨界角度を算出する臨界角度算出手段と、この求め
られた臨界角度と上記第１の許容作業半径及び第２の許
容作業半径とから全周にわたって許容作業半径が連続す
る限界作業領域を設定する領域設定手段とを備えている
ものである。

【００１０】ここで、「前後作業領域と側方作業領域と
の臨界角度」とは、前後作業領域と側方作業領域との境
界が位置する旋回角度をいい、この角度は、限界作業領
域の境界線が、第１の許容作業半径をもつ円弧から直線
等に変化する旋回角度を意味することになる。

【００１１】

【作用】上記構成によれば、前後左右の各アウトリガジ
ャッキの水平張出し量に応じて、前後作業領域での能力
を決める第１の許容作業半径、側方作業領域での能力を
決める第２の許容作業半径、さらには、前後作業領域と
側方作業領域との臨界角度がそれぞれ左右個別に定めら
れるとともに、これらのパラメータに基づき、全周にわ
たって許容作業半径が連続する最終的な限界作業領域が
設定されることとなる。

【００１２】

【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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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）限界作業領域に関する演算制御の２つを行うように構成されている。

【００１７】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Ｌ_B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２２は、上記ブ
ーム長Ｌ_B、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の荷重Ｗを算出する
ものである。

【００１８】負荷率算出手段２３は、上記作業半径Ｒ、
ブーム長Ｌ_B、安全係数α、旋回角センサ１５により検
出された各水平張出し量ｄ₁，ｄ₂，ｄ₃，ｄ₄に基づいて
定格荷重Ｗｏを算出するとともに、この定格荷重Ｗｏに
対する実際の吊り上げ荷重Ｗの比、すなわち、負荷率Ｗ
／Ｗｏを算出するものである。

【００１９】第１警告制御手段２９１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２９２は、上
記負荷率Ｗ／Ｗｏ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。

【００２０】以上の手段によって、負荷率Ｗ／Ｗｏが算
出され、この負荷率Ｗ／Ｗｏに基づき安全動作の制御が
なされる。

【００２１】２）限界作業領域の演算制御に関する機能
構成限界作業領域設定手段２４は、上記吊上げ荷重Ｗ、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の限界作業領域、すなわ
ち、その時の吊り上げ荷重Ｗで安全な範囲でブームＢの
先端が移動できる領域を算出するものである。

【００２２】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２４
４、変曲角算出手段２４５、補間演算手段（領域設定手
段を構成）２４６、許容半径設定手段（領域設定手段を
構成）２４７とを備え、ここで設定される作業半径Ｒ
は、旋回角θとの関係式Ｒ＝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
の位置から上記限界作業領域を超え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Ｌ_B、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３
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際に制御
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２９４は、上記余裕角度Δθ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、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、限界作業領域が設定
され、この領域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Ｌ_B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Ｌ_B、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。負荷率算出手段２３は、上記作業半径
Ｒ、ブーム長Ｌ_B、アウトリガジャッキ１０５の水平張
出し量ｄ₁〜ｄ₄、及び予め定められた安全係数αに基づ
き、現在の旋回角θに対応する定格荷重Ｗｏを、設定さ
れた定格荷重を記憶したメモリの中から呼び出すか、あ
るいは同メモリの値から補間演算で算出する。さらに、
負荷率算出手段２３は、上記定格荷重Ｗｏ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）限界作業領域に関する演算制御限界作業領域設定手段２４は、上記吊上げ荷重Ｗ、及び
各アウトリガジャッキ１０５の水平張出し量ｄ₁〜ｄ₄に
応じた限界作業領域を設定する。

【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】上記吊上げ荷重算出手段２２により吊り上
げ荷重Ｗが算出された（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、上記吊り上げ荷
重Ｗに基づいて、前方能力を示すバロメータである、ブ
ームＢが前後方向にある場合の許容作業半径（第１の許
容作業半径）Ｒ₁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の許容作業半
径Ｒ₁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Ｌ_Bについて、吊り荷重Ｗに対応する作業半径Ｒ₁
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及び吊り荷重Ｗに適した第１の許容作業半径Ｒ₁
が算出される。なお、実際のブーム長Ｌ_B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、図７
に示されるようにその値を挾む２つのブーム長にそれぞ
れ対応する値Ｒａ，Ｒｂから直線補間演算により適当な
値Ｒ₁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、上記吊
り上げ荷重Ｗとアウトリガジャッキモードとにより、側
方能力のバロメータである、ブームＢが左右方向にある
場合の許容作業半径（第２の許容作業半径）Ｒ₂ 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、すなわち吊り上げ荷重Ｗに対応する許容作業半径
Ｒ₂ に関するデータを記憶し、これに基づいて、第２の
許容作業半径Ｒ₂ を設定する。この第２の許容作業半径
Ｒ₂ は、当然に、上記第１の許容作業半径Ｒ₁よりも小
さくなるが、この第２の許容作業半径Ｒ₂は、これ以上
作業半径が大きいと安全性を損なうといった最大限の半
径ではなく、少なくともこれだけの作業半径が確保され
ていれば十分であるという最小限の半径を意味し、従っ
て、この第２の許容作業半径Ｒ₂よりも大きな作業半径
で運転されても安全性を損なわない場合がある。

【００３８】次に、上記２つの許容作業半径Ｒ₂，Ｒ₁に
基づき、これらの比Ｒ₂／Ｒ₁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、限界作業領域の境界線の変曲角が求められる（ス
テップＳ６）。

【００３９】この変曲角とは、限界作業領域の境界線を
設定する場合に、この境界線が、許容作業半径をもつ円
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
後作業領域と左右の側方作業領域との臨界角度となる、
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、限
界作業領域が前後作業領域と左右の側方作業領域とに分
けられる。すなわち、これら第１の変曲角θ_F1，θ
_R1は、前後作業領域と側方作業領域との境界が位置する
旋回角度（本発明でいう臨界角度）に相当するものであ
る。そして、前後作業領域については、上記第１の許容
作業半径Ｒ₁をもつ円弧がそのまま限界作業領域の境界
線となる。

【００４３】次に、左右の側方作業領域については、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の許容
半径Ｒ₁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の許容半径Ｒ
₂を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の許容半径Ｒ₂を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η
ｏを記憶させるとともに、この境界扁平率ηｏ以上の扁
平率については、各扁平率η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
おける許容作業半径Ｒと第１の許容作業半径Ｒ₁との比
Ｒ／Ｒ₁、すなわち中間扁平率が、第１の許容作業半径
Ｒ₁と第２の許容作業半径Ｒ₂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Ｒ／Ｒ₁が求
められることとなる。この全周扁平率に基づき、許容作
業半径設定手段２４７により、全周についての許容作業
半径が設定され（ステップＳ８）、これにより限界作業
領域の設定動作が完了する。

【００４７】図１２は、上記のようにして設定された限
界作業領域の一例を示したものである。図において、境
界線ＤＬで囲まれた領域、すなわち斜線で示された領域
が限界作業領域であるが、この図から分かるように、本
装置では限界作業領域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おり、しかも、各旋回角度
に対応する許容作業半径Ｒを表す境界線ＤＬは全周にわ
たって連続している。

【００４８】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。

【００４９】Ｉｎ＝Ｉno ＋（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。

【００５０】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。

【００５１】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
Ｌ_B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。

【００５２】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。

【００５３】

【数１】

【００５４】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´（Ｗｏα´：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。

【００５５】

【数２】

【００５６】この数２に前記数１を代入すると、次式
「数３」となる。

【００５７】

【数３】

【００５８】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Ｌ_B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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】

【数４】

【００６２】

【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、かつ式「数４」の両辺
にｄη/ｄｔを掛け、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。

【００６３】

【数６】

【００６４】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、吊り荷の振れ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。

【００６５】 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てに必要な旋回角度（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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】

【数７】

【００７０】一方、このトルクＴ_Bは、油圧モータ側の
条件と次式「数８」の関係にある。

【００７１】

【数８】

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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
れるような限界作業領域の境界線ＤＬ、作業半径Ｒ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
し位置等を表示する。これによって作業者は、現在の作
業状態と限界作業領域との関係を一目で把握することが
できる。

【００７５】この時、上記限界作業領域は全周にわたっ
て連続する境界線によって設定されているので、従来の
ように許容作業半径が断続的に変化するものに比べ、作
業者は違和感を感じることなく容易に限界作業領域を把
握することができる。また、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領域設定を行っている
ので、安全性を確保しながら限界作業領域をより拡大す
ることが可能となる。

【００７６】なお、上記実施例では、第１の許容作業半
径Ｒ₁と個別に第２の作業許容作業半径Ｒ₂を算出するよ
うにしたものを示したが、本発明はこれに限らず、例え
ばアウトリガジャッキモードに応じた扁平率ηを側方能
力算出手段に記憶させておき、この扁平率ηと上記第１
の許容作業半径Ｒ₁とに基づいて第２の許容作業半径Ｒ₂
を算出するようにしてもよい。

【００７７】また、本発明は、限界作業領域に基づいて
安全動作が制御されるものであれば適用が可能であり、
その制御の具体的な内容については問わない。

【００７８】

【発明の効果】以上のように本発明は、前後作業領域に
ついての上部旋回体の第１の許容作業半径に加え、前後
のアウトリガジャッキの張出し状態に基づいて左右両側
について個別に、側方作業領域についての上部旋回体の
第２の許容作業半径、及び前後作業領域と側方作業領域
との臨界角度を算出し、これらのパラメータに基づき、
全周にわたって許容作業半径が連続する限界作業領域を
最終的に設定するものであるので、前後のアウトリガジ
ャッキの水平張出し量を左右個別に考慮し、かつ作業者
にとって把握しやすい限界作業領域を設定することがで
き、これにより、建設機械の安全性を確保しながら、限
界作業領域の拡大、及び運転操作性の向上を図ることが
できる効果がある。

【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限界作業領域設定手
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】上記限界作業領域設定手段の演算動作を示すフ
ローチャートである。

【図６】上記限界作業領域設定手段において記憶される
吊り上げ荷重と許容半径との関係を示すグラフである。

【図７】上記限界作業領域設定手段において行われる許
容半径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Ｒ−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
限界作業領域の境界線を示すＲ−θ平面図、（ｂ）は第
２の変曲角が設定される場合の限界作業領域の境界線を
示すＲ−θ平面図である。

【図１１】全周にわたって設定された全周扁平率の一例
を示すグラフである。

【図１２】設定される限界作業領域の一例を示すＲ−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）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）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）２４限界作業領域算出手段２４１前方能力算出手段２４２アウトリガジャッキモード判別手段２４３側方能力算出手段２４４扁平率算出手段２４５変曲角算出手段２４６補間演算手段（領域設定手段を構成）２４７許容作業半径設定手段（領域設定手段を構成）２９３第２警告制御手段（作動手段）２９４第２停止制御手段（作動手段）ＢブームＣ吊り荷ＤＬ限界作業領域の境界線Ｒ作業半径Ｒ₁ 第１の許容作業半径Ｒ₂ 第２の許容作業半径Ｗｏ定格荷重 θ_F1 前側の第１の変曲角（前後作業領域と側方作業領
域との臨界角度） θ_F2 前側の第２の変曲角 θ_R1 後側の第１の変曲角（前後作業領域と側方作業領
域との臨界位置） θ_R2 後側の第２の変曲角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】旋回可能な上部旋回体と前後のアウトリ
ガジャッキとを備え、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、上部
旋回体の作業半径を検出する作業半径検出手段と、旋回
角を検出する旋回角検出手段と、各アウトリガジャッキ
の水平張出し量を個別に検出するアウトリガジャッキ検
出手段と、上記吊り荷の重量及び各アウトリガジャッキ
の水平張出し量に応じて旋回角と許容作業半径との関係
を示す上部旋回体の限界作業領域を設定する限界作業領
域設定手段と、この設定された限界作業領域と実際の上
部旋回体の作業半径及び旋回角とに基づいて安全動作を
行わせる作動手段とを備え、上記限界作業領域設定手段
は、前後作業領域に関する上部旋回体の第１の許容作業
半径を算出する前方能力算出手段と、前後のアウトリガ
ジャッキの張出し状態に基づいて左右両側について個別
に側方作業領域に関する上部旋回体の第２の許容作業半
径を算出する側方能力算出手段と、各アウトリガジャッ
キの張出し状態に基づいて左右両側について個別に上記
前後作業領域と側方作業領域との臨界角度を算出する臨
界角度算出手段と、この求められた臨界角度と上記第１
の許容作業半径及び第２の許容作業半径とから全周にわ
たって許容作業半径が連続する限界作業領域を設定する
領域設定手段とを備えていることを特徴とする建設機械
の安全装置。