JPH0751438B2 - 建設機械における上部旋回体の傾斜角演算装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、旋回可能な上部旋回体を備えたクレーン等の
建設機械において、上記上部旋回体が任意の旋回角度位
置にある時の傾斜角を演算するための装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

一般に、上部旋回体を備えたクレーン等の建設機械は、
完全に水平な状態で設置されるとは限らず、特に移動式
クレーン等は頻繁にその設置場所が変わるため、微小に
傾斜した状態で使用されることが少なくない。このよう
な傾斜状態での使用は、機械の安定度や強度性に微妙な
影響を与えるため、これを考慮したクレーン等の制御が
必要となる。

例えば特開昭59−172385号公報には、クレーン本体の前
後方向および左右方向に関する傾斜角を検出し、この検
出された傾斜角に基づいてクレーンの作業半径を拡大す
るようにしたものが開示されている。

また、特開昭59−227688号公報には、 クレーン本体の傾斜角を検出し、この検出された傾斜角
の大小によって、予め記憶された２つの定格荷重のうち
の１つを選択して出力するようにしたものが示されてい
る。

また、特開昭62−13620号公報には、上部旋回体側に傾
斜角度センサを取付け、この傾斜角度センサで上部旋回
体の傾斜角を時々刻々検出することにより、この検出傾
斜角度に応じて上部旋回体の旋回ブレーキ力を付与する
ようにしたものが示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記特開昭59−172385号公報や特開昭59−227688号公報
に示される装置では、クレーン本体の前後方向および左
右方向の傾斜角を検出し、この検出された傾斜角に基づ
いてクレーンの作業半径や定格荷重の変更を行うように
しているが、作業半径や定格荷重に対して直接影響を与
えるのはクレーン本体の傾斜角ではなく、旋回により時
々刻々変化する上部旋回体の傾斜角である。すなわち、
上部旋回体の制御はこの上部旋回体の傾斜角に基づいて
行うのが理想的であると言える。

ところが、上記公報の装置では、最初に検出されたクレ
ーン本体の傾斜角に基づいて作業半径や定格荷重の設定
を行っているので、実際の旋回状態に応じた制御を行う
のは困難である。従って、クレーンの安全性を十分に確
保するには上記作業半径を大きめに演算し、あるいは定
格荷重を小さめに設定しなければならず、クレーンの作
業可能範囲が必要以上に限定される不都合がある。

これに対し、特開昭62−13620号公報に示される装置で
は、上部旋回体側に傾斜角度センサが取付けられている
ので、直接、上部旋回体の傾斜角を時々刻々検出するこ
とが可能である。ところが、このような装置では現時点
での上部旋回体の傾斜角しか把握することができないの
で、上部旋回体の適切な旋回制御等を行うのは困難であ
る。

例えば、上部旋回体が傾斜していると、これに起因して
横曲げ荷重が上部旋回体に作用するため、この横曲げ荷
重を考慮して上部旋回体による作業範囲を限定する必要
があり、このため、上記範囲を超えないように上部旋回
体の自動旋回停止制御が行われる場合がある。この場
合、上記のように上部旋回体を時々刻々検出する装置で
は、この検出された上部旋回体の傾斜角に基づいて上記
横曲げ荷重を時々刻々算出し、これと定格荷重とを比較
することになるが、この横曲げ荷重が定格荷重に達した
時点で上部旋回体の旋回制動を開始するのでは遅く、こ
のようなタイミングで制動をかけると、上部旋回体は慣
性により定格荷重を超えた範囲で完全停止することにな
る。すなわち、上記のように上部旋回体の傾斜角を直接
検出するだけでは、上部旋回体の制動をどの時点で開始
すればよいかを正確に把握できず、実際には余裕をみて
かなり手前の時点で旋回を停止させるといった制御を行
わなければならない。

また作業者にとっても、クレーンの作業可能範囲を予め
把握することができないので、旋回の自動制動がどこで
始まるか、現在の作業状態にどれほどの余裕があるかが
分らない不安な状態で作業を進めなければならず、使い
勝手が悪い。

本発明は、このような事情に鑑み、簡単な構成で、任意
の旋回角度位置に上部旋回体がある時の旋回体の傾斜角
を算出することにより、上部旋回体の適切な旋回制御に
貢献することができる演算装置を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、下部本体に上部旋回体が旋回可能に装備され
た建設機械において、上記下部本体に取付けられ、この
下部本体の相異なる２方向に関する傾斜角を検出する下
部本体傾斜角検出手段と、これらの検出された傾斜角に
基づき上部旋回体が任意の旋回角度位置にある時の上部
旋回体の所定方向（例えば旋回方向）に関する傾斜角を
演算する上部旋回体傾斜演算手段とを備えたものである
（請求項１）。

また本発明は、下部本体に上部旋回体が旋回可能に装備
された建設機械において、上記上部旋回体に取付けら
れ、この上部旋回体の相異なる２方向に関する傾斜角を
検出する上部旋回体傾斜角検出手段と、上記上部旋回体
が予め設定された基準旋回角度位置にある時に上記上部
旋回体傾斜角検出手段により上記２方向に関して検出さ
れる上部旋回体の傾斜角を記憶する傾斜角記憶手段と、
これらの記憶された傾斜角に基づき上部旋回体が任意の
旋回角度位置にある時の上部旋回体の所定方向（例えば
旋回方向）に関する傾斜角を演算する上部旋回体傾斜角
演算手段とを備えたものである（請求項２）。

また本発明は、下部本体に上部旋回体が旋回可能に装備
された建設機械において、上記上部旋回体に取付けら
れ、この上部旋回体の１方向に関する傾斜角を検出する
上部旋回体傾斜角検出手段と、上記上部旋回体が予め設
定された互いに異なる２つの基準旋回角度位置にそれぞ
れある時に上記上部旋回体傾斜角検出手段により検出さ
れる上部旋回体の傾斜角を記憶する傾斜角記憶手段と、
これらの記憶された傾斜角に基づき上部旋回体が任意の
旋回角度位置にある時の上部旋回体の所定方向（例えば
旋回方向）に関する傾斜角を演算する上部旋回体傾斜角
演算手段とを備えたものである（請求項３）。

〔作 用〕

まず、請求項１記載の装置によれば、下部本体傾斜角検
出手段により検出した下部本体の傾斜角に基づき、上部
旋回体が任意の旋回角度位置にある時の上部旋回体の所
定方向に関する傾斜角を演算することができる。

また、請求項２記載の装置によれば、上部旋回体を予め
設定された基準角度位置まで旋回させ、この位置で上部
旋回体傾斜角検出手段により検出される上部旋回体の傾
斜角を傾斜角記憶手段により記憶させることにより、こ
の記憶された傾斜角に基づき、上部旋回体が任意の旋回
角度位置にある時の上部旋回体の所定方向に関する傾斜
角を演算することができる。

また、請求項３記載の装置によれば、上部旋回体を予め
設定された一方の基準角度位置まで旋回させ、この位置
で上部旋回体傾斜角検出手段により検出された傾斜角を
傾斜角記憶手段により記憶させ、次いで、上部旋回体を
他方の基準角度位置まで旋回させ、この位置で上部旋回
体傾斜角検出手段により検出された傾斜角を傾斜角記憶
手段により記憶させることにより、この傾斜角記憶手段
により記憶された複数の傾斜角から上部旋回体が任意の
旋回角度位置にある時の上部旋回体の所定方向に関する
傾斜角を演算することができる。

〔実施例〕

第２図（ａ）（ｂ）は、本発明の第１実施例における傾
斜角演算装置を備えた移動式クレーンの概略を示したも
のである。なお、本発明装置が適用される建設機械はこ
のような移動式クレーンに限らず、下部本体に上部旋回
体が旋回可能に装備されたものであれば広く適用が可能
である。

上記クレーン10は、鉛直方向の旋回軸101回りに旋回可
能なブームフット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
取付けられており、これらによって、下部本体100に対
して旋回する上部旋回体が構成されている。上記ブーム
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、その先端部にロープ104で吊り荷Ｃが
吊下げられている。なお、以下の説明でB_n（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。

第１図は、上記傾斜角演算装置の構成図である。

ここに示されるＸ方向傾斜計１およびＹ方向傾斜計２
は、下部本体100の適所、例えばブームフット102におけ
る第２図（ｂ）の点Ｐの位置に取付けられている。Ｘ方
向傾斜計１は、下部本体100の前後方向の傾斜角α
_Ｘ（第２図（ｂ）参照）を検出し、Ｙ方向傾斜計２は、
下部本体100の左右方向の傾斜角α_Ｙ（第２図（ａ）参
照）を検出するものである。なお、以下の説明では、下
部本体100が前上がりに傾斜した状態でα_Ｘ＞０とし、
下部本体100が左上がりに傾斜した状態でα_Ｙ＞０とす
る。

傾斜角演算装置３は、マイクロコンピュータ等からな
り、上記Ｘ方向傾斜計１およびＹ方向傾斜計２で検出さ
れた２方向の傾斜角α_X,α_Ｙに基づき、上部旋回体が任
意の旋回角度位置にある時の上部旋回体の傾斜角（この
実施例では旋回方向の傾斜角α_θ）を算出する。なお、
以下の説明で、「上部旋回体の旋回角度θ」とあるの
は、第３図に示されるように車体の前後方向にＸ軸、左
右方向にＹ軸をとった場合に、Ｘ軸を基準にして反時計
回りにブームＢが旋回した角度を意味するものとし、角
度はdeg（゜）で表わすものとする。

具体的に、上記上部旋回体の傾斜角α_θは、下部本体10
0の傾斜角α_X,α_Ｙおよび旋回角度θを用いて次式で表
わされる。

tanα_θ＝−tanα_Ｘ・sinθ＋tanα_Ｙ・cosθ …（１） ここで、α_θ，α_X,α_Ｙは３゜程度と微小な値であるた
め、 tanα_θ＝（π/180）・α_θ tanα_Ｘ＝（π/180）・α_Ｘ tanα_Ｙ＝（π/180）・α_Ｙ とみなすことができる。これらを上記（１）式に代入
し、両辺をπ/180で除すると α_θ＝−α_Ｘ・sinθ＋α_Ｙ・cosθ …（２） が得られる。例えば、α_Ｘ＝−１゜、α_Ｙ＝２゜とする
と、第４図のようなグラフが得られる。

傾斜角演算装置３は、上記（２）式に基づき、任意の旋
回角度θが与えられた時の上部旋回体の傾斜角α_θを演
算し、出力する。

第５図は、この傾斜角演算装置の動作をフローチャート
で示したものである。まず、X,Y方向の傾斜角α_X,α_Ｙ
がＸ方向傾斜計１およびＹ方向傾斜計２で測定され（ス
テップS₁）、さらに、求めたい旋回角度θの決定が行わ
れる（ステップS₂）。ここで、旋回角度θが直接入力さ
れる場合には、この旋回角度θに対応する傾斜角α_θが
即座に算出される（ステップS₃）が、旋回角度を定める
要素として現在からの経過時間ｔが入力される場合に
は、まず、上部旋回体の旋回速度Ωが検出され（ステッ
プS₄）、これに基づいて、上記時間ｔが経過した後の旋
回角度θの算出が行われる（ステップS₅）。そして、こ
の旋回角度θに対応する上部旋回体の傾斜角α_θが算出
される（ステップS₆）。

このような装置によれば、任意の旋回角度位置にある時
の上部旋回体の傾斜角α_θを得ることができ、例えば、
現在だけでなく将来の上部旋回体の傾斜角α_θを得るこ
とができるので、後述の使用例で示すように、上記演算
結果である傾斜角に基づいて上部旋回体の適正な旋回制
御等を行うことができる。

なお、この実施例では車体のＸ軸方向およびＹ軸方向の
傾斜角を検出する傾斜計を備えたものを示しているが、
本発明では傾斜計により検出される傾斜の方向は上記Ｘ
軸方向およびＹ軸方向に限らず、互いに異なる少なくと
も２方向の傾斜角を検出することによって、これらの傾
斜角に基づき上部旋回体の傾斜角を算出することができ
る。

また、算出される上部旋回体の傾斜角も、上記のような
旋回方向の傾斜角α_θに限らず、あらゆる方向の傾斜角
について算出が可能である。例えば、上部旋回体のブー
ム方向の傾斜角α_Ｒを算出するようにすれば、この傾斜
角α_Ｒに基づいてブームＢの作業半径の補正等が可能に
なる。これは、後に記す他の実施例においても同様であ
る。

次に、第２実施例を第６図および第７図に基づいて説明
する。

この実施例では、上記クレーンの上部旋回体側、例えば
第２図におけるブームフット102の点Ｑの位置に、第６
図に示されるようなＲ方向傾斜計４およびθ方向傾斜計
５が設けられている。ここで、Ｒ方向傾斜計４は上部旋
回体のブーム方向の傾斜角を検出し、θ方向傾斜計５は
上部旋回体の旋回方向の傾斜角を検出するように取付け
られている。

また、第６図に示される傾斜角記憶装置６は、上記上部
旋回体がブーム方向と車体のＸ軸方向とが合致する基準
旋回角度位置にある状態で上記Ｒ方向傾斜計４により検
出される傾斜角（すなわち下部本体100のＸ方向の傾斜
角α_Ｘ）と、上記状態でθ方向傾斜計５により検出され
る傾斜角（すなわち下部本体100のＹ方向の傾斜角
α_Ｙ）を記憶する。傾斜角演算装置３は、上記傾斜角記
憶装置６により記憶された傾斜角α_X,α_Ｙに基づき、前
記（２）式を用いて、上部旋回体の旋回方向の傾斜角α
_θを演算する。

第７図は、この装置の行う演算動作をフローチャートで
示したものである。まず、上部旋回体を旋回して基準旋
回角度位置、すなわちブーム方向と車体のＸ軸方向とが
合致する位置に合わせ、この状態でＲ方向傾斜計４によ
り上部旋回体のブーム方向（すなわち車体Ｘ軸方向）の
傾斜角α_Ｘを検出し、θ方向傾斜計５により上部旋回体
の旋回方向（すなわち車体Ｙ軸方向）の傾斜角α_Ｙを検
出する（ステップS₁）。そして、これらの傾斜角α_X,α
_Ｙを傾斜角記憶装置６により記憶する（ステップ
S₁′）。その後は、記憶された傾斜角α_X,α_Ｙに基づ
き、前記第５図にも示されるステップS₂〜S₅と同様の動
作により、任意の旋回角度θまで旋回している時の上部
旋回体の旋回方向の傾斜角α_θを算出する。

この実施例に示されるように、上部旋回体側に傾斜計4,
5を設けるようにしても、これらによって、上部旋回体
が基準旋回角度位置にある時の傾斜角を検出し、記憶し
ておくことにより、この記憶された傾斜角によって任意
の旋回角度位置にある時の上部旋回体の傾斜角を求める
ことができる。

なお、最初に上部旋回体を合せる基準旋回角度位置は、
上記のようにブーム方向とＸ軸方向とが一致するような
位置に限らず、適宜設定すればよい。例えば、基準角度
位置をブーム方向とＹ軸方向とが合致するような位置に
設定し、この位置で上記Ｒ方向傾斜計４により車体Ｙ軸
方向の傾斜角α_Ｙを検出し、θ方向傾斜計５によりＸ軸
方向の傾斜角α_Ｘを検出するようにしてもよい。

次に、第３実施例を第８図および第９図に基づいて説明
する。

この実施例では、上記クレーンの上部旋回体側に一方向
の傾斜計、例えばＲ方向傾斜計４のみが設けられ、この
Ｒ方向傾斜計４によって、上部旋回体が互いに異なる２
つの基準旋回角度位置にある時の上部旋回体の傾斜角を
検出し、これらの傾斜角を傾斜角記憶装置３により記憶
するようにしている。

その具体的な演算動作を第９図のフローチャートに示
す。まず、前記第２実施例と同様にして、上部旋回体を
旋回することにより第１の基準旋回角度位置（この実施
例ではブーム方向と車体Ｘ方向とが合致する位置）に合
わせ、この状態でＲ方向傾斜計４により車体Ｘ方向の傾
斜角α_Ｘを検出し（ステップS₁₁）、この傾斜角α_Ｘを
傾斜角記憶装置６により記憶する。（ステップS₁₂）。
次に、上部旋回体を90゜旋回することにより（ステップ
S₁₃）、第２の基準旋回角度位置（この実施例ではブー
ム方向と車体Ｙ方向とが合致する位置）に合わせ、この
状態でＲ方向傾斜計４により車体Ｙ方向の傾斜角α_Ｙを
検出し（ステップS₁₄）、この傾斜角α_Ｙを傾斜角記憶
装置６により記憶する（ステップS₁₅）。その後は、記
憶された傾斜角α_X,α_Ｙに基づき、前記第５図および第
７図にも示されるステップS₂〜S₅と同様の動作により、
任意の旋回角度θまで旋回している時の上部旋回体の旋
回方向の傾斜角α_θを算出する。

この実施例に示されるように、上部旋回体側に設けられ
る傾斜計が単数であっても、上部旋回体を旋回して上記
傾斜計により２方向の傾斜角を検出し、これを記憶させ
ておくことにより、この記憶された傾斜角によって任意
の旋回角度位置にある時の上部旋回体の傾斜角を求める
ことができる。

すなわち、この実施例では、傾斜角検出手段を単数個設
けるだけでよいので、より低いコストの構造で上部旋回
体の傾斜角を求めることができる。

なお、この実施例では単一の傾斜角検出手段としてＲ方
向傾斜計４を設けたものを示したが、その検出傾斜角の
方向はブーム方向に限らず、適宜設定すればよく、例え
ばθ方向傾斜計のみを配設しても上記と同様の効果が得
られる。

※傾斜角演算装置の使用例 ｉ）傾斜に起因してブームに生ずる静的な横曲げ荷重を
考慮した作業範囲の確定 一般に、クレーンの吊上げ定格荷重は、ブーム長さやア
ウトリガジャッキの張出した量等が一定の条件下で、第
10図のグラフに示されるように設定されている。図にお
いて、曲線L₁は、作業半径の増大によりブームＢに加わ
る荷重が増大するのを考慮したブームＢの強度上の制限
曲線、曲線L₂は、作業半径の増大によるクレーンの転倒
防止を考慮した安定性に基づく制限曲線、直線L₃は、定
格荷重の絶対的な上限値を定めた強度上の制限直線であ
り、これらの線L₁〜L₃の内側に斜線で示した領域が、ク
レーンの使用可能領域となる。

ところが、クレーン自体が傾斜している場合には、その
上部旋回体の旋回方向の傾斜に起因してブームＢに静的
な横曲げ荷重が作用するため、上記吊上げ定格荷重だけ
でなく、上記横曲げ荷重をも考慮した強度評価が必要に
なる。具体的に、移動式クレーンの構造規格によれば、
上記横曲げ荷重に起因して上部旋回体に作用する最大荷
重（一般にはブームポイントに作用する荷重）を上記吊
上げ定格荷重の５％以内に抑える必要がある。

ここで、上記演算装置によって上部旋回体の傾斜角α_θ
を算出し、この傾斜角α_θに基づいてブームＢに作用す
る横曲げ荷重を求めるようにすれば、この横曲げ荷重を
考慮した適正な旋回制御を実現することができる。

具体的に、吊り荷Ｃの重量をＷ（kgf）、ｉ段目のブー
ム部材Biの重量をWBi（kgf）、ｉ段目のブーム部材Biの
重心の旋回中心からの水平距離をlBi（ｍ）とすると、
上部旋回体が旋回方向にα_θ傾いている時に横曲げ荷重
に起因してブームポイントに作用する荷重W_eは、次式で
表わされる。

すなわち、本装置を使用することにより、実際の横曲げ
荷重に起因して発生する最大荷重W_eに基づいた適正な制
御を行うことができるので、従来のようにクレーン本体
の傾斜角に基づいて定格荷重を多めに設定するといった
必要がなく、実際の横曲げ荷重に相当する力を考慮しな
がら作業可能範囲を最大限に拡大することができる効果
がある。

また、上部旋回体の任意の旋回角度θに対応する荷重W_e
を予め求めておくことができるので、実際に上部旋回体
を旋回させなくても、クレーンの作業可能範囲を予め定
めることができる。従って、作業可能範囲の境界線より
も一定角度手前の位置から適当な旋回角加速度で上部旋
回体の制動を行うことにより、上部旋回体を作業可能範
囲内で確実に完全停止させることができる。

また、作業可能範囲が予め定められることにより、作業
者も、現在の作業状態にどれほどの余裕があるのかを容
易に把握することができ、安心して作業を進めることが
できる利点がある。

ii）傾斜に起因してブームに作用する横曲げ荷重を考慮
したクレーンの旋回停止制御 近年、ブームＢに吊下げられた吊り荷Ｃの振れを残さず
にブームＢを完全停止させるための制御装置の開発が進
められている。このような装置の中には、完全停止時に
上記吊り荷Ｃの振れが０となるような旋回角加速度βを
予め算出し、この旋回角加速度βによってクレーンの旋
回制動を実行するようにしたものがある。

ところが、このような制動時には、上部旋回体に発生す
る慣性力に起因してブームＢに横曲げ荷重が作用し、さ
らに、この横曲げ荷重は旋回角加速度βの絶対値に応じ
て変化するので、上記旋回角加速度βを選ぶ際には、吊
り荷Ｃの振れだけでなく、上記横曲げ荷重を許容値以下
にすることも考慮に入れなければならない。

しかも、クレーンが傾斜状態で使用される場合には、上
述のように、上部旋回体の旋回方向の傾斜角α_θに応じ
た静的な横曲げ荷重も作用するので、この傾斜に起因す
る横曲げ荷重も、上記制動に起因する横曲げ荷重と合せ
て考慮に入れなければならない。すなわち、クレーンが
傾斜した状態でなおかつ適正な旋回停止制御を行おうと
する場合には、任意の旋回角度位置にある時の上部旋回
体の傾斜角を予め知っておくことが重要であり、この場
合に本発明の傾斜角演算装置が非常に有効となる。

第11図は、本発明の傾斜角演算装置を利用したクレーン
の旋回停止制御装置の一例を示したものである。なお、
クレーン自体の構造は前記第２図に示されるものと同等
である。

この第11図に示される装置は、ブーム長センサ12、ブー
ム角センサ14、吊上荷重センサ15、ロープ長センサ16、
角速度センサ18、演算制御装置20、および旋回駆動用の
油圧システム40を備えている。演算制御装置20は、横曲
げ評価係数設定手段21、旋回半径算出手段22、ブーム慣
性モーメント算出手段23、定格荷重算出手段24、吊上荷
重算出手段25、負荷慣性モーメント算出手段26、許容角
加速度算出手段27、旋回角加速度算出手段28、制動トル
ク算出手段29、モータ圧力制御手段30、傾斜角算出手段
31、および横曲げ荷重算出手段32を備えている。

横曲げ評価係数設定手段21は、ブームＢの横曲げ強度に
ついての評価係数αを設定するものである。

旋回半径算出手段22は、ブーム長センサ12およびブーム
角センサ14により各々検出されたブーム長L_Bおよびブー
ム角（ブームＢの起伏角度）φに基づき吊り荷Ｃの旋回
半径Ｒを算出するものである。

ブーム慣性モーメント算出手段23は、上記ブーム長L_Bお
よびブーム角φに基づき各ブーム部材B_nの慣性モーメン
トI_nを算出するものである。

定格荷重算出手段24は、上記旋回半径算出手段22で算出
された旋回半径Ｒと、上記ブーム長L_Bとに基づき、定格
荷重メモリ241に記憶されたデータから定格荷重W_Oを算
出するものである。

吊上荷重算出手段25は、吊上荷重センサ15により検出さ
れたブーム起伏用油圧シリンダの圧力ｐと、上記旋回半
径算出手段22で算出された旋回半径Ｒと、上記ブーム長
L_Bとに基づき、実際の吊上荷重Ｗを算出するものであ
る。

負荷慣性モーメント算出手段26は、上記吊上荷重算出手
段25で算出された吊上荷重Ｗと、上記旋回半径Ｒとに基
づき、負荷（吊り荷Ｃ）の慣性モーメントI_Wを算出する
ものである。

許容角加速度算出手段27は、上記負荷慣性モーメント
I_W、ブーム慣性モーメントI_n、定格荷重W_O、ブームＢの
横曲げ評価係数α、および横曲げ荷重算出手段32により
算出された荷重W_eから、ブームＢの横曲げ強度に基づく
許容角加速度β_１を算出するものである。

旋回角加速度算出手段28は、ロープ長センサ16の検出結
果より求められる吊り荷Ｃの振れ半径ｌ、角速度センサ
18により検出されるブームＢの旋回角速度Ω_ｏ、並びに
上記許容角加速度β_１に基づいて、実際に旋回を制動、
停止させるための旋回角加速度βを算出するものであ
る。

制動トルク算出手段29は、上記作業半径Ｒおよび荷重W_e
をも考慮して、上記旋回角加速度βでブームＢを停止さ
せるための制動トルクＴを算出するものである。

モータ圧力制御手段30は、上記制動トルクＴに基づいて
油圧モータの制動圧力P_Bを設定し、油圧システム40に制
御信号を出力するものである。

傾斜角算出手段31は、前述の実施例で示した傾斜角演算
装置のいずれかにより構成され、単数または複数の傾斜
計の検出結果に基づいて、上部旋回体が任意の旋回角度
位置にある時の旋回方向の傾斜角α_θを演算する。

横曲げ荷重算出手段32は、算出された傾斜角α_θに基づ
き、前記（３）式を用いて、横曲げ荷重に起因してブー
ムポイントに作用する荷重W_eを算出するものである。

次に、この装置により実行される演算内容および制御内
容を第12図のフローチャートも参照しながら説明する。

旋回半径算出手段22は、まず、ブーム長L_Bおよびブーム
角φによってブームＢの撓みを考慮に入れない旋回半径
Ｒ′およびブームＢの撓みによる半径増加分ΔＲを求
め、両者から旋回半径Ｒを算出する。

ブーム慣性モーメント算出手段23は、各ブーム部材B_nの
慣性モーメントI_nを次式に基づいて算出する。

I_n＝I_no・cos²φ＋（W_n/g）・R_n ² ここで、I_noはφ＝０の状態、における各ブーム部材B_n
の重心回りの慣性モーメント（定数）を示し、W_nは各ブ
ーム部材B_nの自重、ｇは重力加速度、R_nは各ブーム部材
B_nの重心の旋回半径を示す。

一方、負荷慣性モーメント算出手段26は、吊上荷重Ｗと
上記旋回半径Ｒとに基づき、負荷慣性モーメントI_wを算
出する。具体的に、負荷慣性モーメントI_Wは次式で表わ
される。

I_W＝（W/g）R² 以上のようにして算出されたデータに基づき、許容角加
速度算出手段27は、次のように許容角加速度β_１を求め
る。

一般に、クレーン10のブームＢおよびブームフット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、および車体の傾斜に
起因してベーム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回りのモーメント
に基づいて強度評価を行うようにしている。

具体的に、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、次式で表される。

N_B＝N_C＋N_W＋N_S …（４） ここで、N_Cは上部旋回体に発生する慣性力に起因するモ
ーメント、N_Wは吊り荷に発生する慣性力に起因するモー
メント、N_Sはクレーンの傾斜に起因するモーメントであ
る。これらは、旋回制動時のブームＢの角加速度を
β′、吊り荷Ｃの角加速度をβ″とすると、次式で表わ
される。

N_W＝I_Wβ″ ＝（W/g）R²β″ …（4b） N_S＝W_eRsinα_θ …（4c） ここで、Ｗは吊り荷Ｃの重量、I_uはブームＢを除く上部
旋回体の慣性モーメントを示す。一方、ブームＢの横曲
げ強度についての許容条件は次の（５）式で表される。

N_B/R≦αW_O …（５） また、上部旋回体の角加速度β′と吊り荷Ｃの角加速度
β″との間には、次式の関係がある。

第13図は、旋回制度前の旋回速度をΩ_Ｏ、旋回制動を開
始してから停止するまでの時間をＴとし、後述の（13）
式において導入される自然数ｎを１とした場合の上部旋
回体の角速度Ω_Ｃおよび吊り荷Ｃの角速度Ω_Ｗを各々実
線51および破線52で示したものであるが、この図は、上
記（７）式に示される旋回角加速度β′および旋回角加
速度β″との関係を明確に示している。この（７）式
と、上記（４），（５）式とを満たすような最大の旋回
角加速度β′が許容角加速度β_１として設定される。

なお、上記評価係数αは一定の値に定めてもよいが、ブ
ームＢの撓みなどを考慮して、ブーム長L_Bや旋回半径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。例えば、移動式クレーン構造規格では、「水平動荷
重の値は、移動式クレーンの水平に移動する部分の重量
の５パーセントに相当する荷重、及び定格荷重の５パー
セントに相当する荷重が同一の水平方向に同時に作用す
るものとして演算した値とする。」となっている。

旋回角加速度算出手段28は、上記のようにして算出され
た許容角加速度β_１と、ロープ長センサ16および角速度
センサ18の検出結果から求められる荷振れ径ｌおよびブ
ーム角速度（減速前の角速度）Ω_Ｏとに基づいて、実際
の旋回角加速度βを算出する。

その算出要領を説明する。まず、クレーン10に吊下げら
れた吊り荷Ｃについて、第14図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で与え
られる。

＋（g/l）η＝−/l …（10） Ｖ＝V_O＋at …（11） 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、V_Oは同ブームポイン
トの旋回停止制御開始前の旋回速度（＝ＷΩ_Ｏ）、ａは
その加速度を示す。

（11）式の両辺を時間ｔで微分して（10）式の右辺に代
入し、初期条件（ｔ＝０でη＝0,＝０）の下で積分す
ると、次の式が得られる。

（／ω）^２＋（η＋a/g）^２＝（a/g）^２ …（12） この式を／ωとηに関する位相平面上に表すと、第14
図に示されるように、点Ａ（0,−a/g）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１周
するための時間、すなわち単振り子の状態が原点０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制御を開始した時点
（点０）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Ｃの振れを残さず
に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および振れ半径ｌで決定される一定値であ
るため、荷振れの残らない旋回停止制御が可能な角加速
度βは次式より求められることができる（第12図のステ
ップS₂₁）。

β＝−Ω_O/nT ＝−ωΩ_O/2nπ（ｎは自然数） …（13） また、ブームＢの横曲げ強度に関しては｜β｜≦β_１が
条件であるため、上記角加速度の絶対値｜β｜が許容角
加速度β_１以下であるか否かをチェックし（第12図のス
テップS₂₂）、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を残さ
ずにクレーンを制動、停止させるための旋回角加速度β
決定されることになる（第12図のステップS₂₃でYES）。

次に、この旋回角加速度βに基づいて実際の旋回停止制
御が開始される。まず、制動トルク算出手段29は、上記
旋回角加速度βで制動するために必要な制動トルクＴを
算出する（ステップS₂₄）。この制動トルクＴは、次の
（14）式で表わされる。

Ｔ＝T_C＋T_W＋T_S …（14） ここで、T_Cは上部旋回体を制動させるためのトルク、T_W
は吊り荷を制動させるためのトルク、T_Sはクレーンの傾
斜に起因して発生する荷重に対抗するためのトルクであ
り、これらは次式で表わされる。

T_W＝|I_Wβ₂| ＝｜（W/g）R²β₂| …（14b） T_S＝|W_eRsinα_θ｜ …（14c） なお、β_２は吊り荷Ｃの旋回角加速度であり、これは旋
回角加速度βを用いて次式で表わされる。

モータ圧力制御手段30は、上記制動トルクＴに基づいて
油圧モータ圧力P_Bを設定し、油圧システム30に制御信号
を出力することにより、ブームＢの旋回制動を行わせる
（ステップS₂₅）。このような制御をブームＢが完全停
止するまで（ステップS₂₆でYES）実行することにより、
荷振れを残すことなく、かつ過度の横曲げ荷重を発生さ
せることなく、クレーンの旋回を自動的に停止させるこ
とができる。

すなわち、この使用例に示されるように本発明の演算装
置を利用すれば、同装置により算出される傾斜角を利用
して適正な旋回停止制御を実現することできる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、下部本体傾斜角検出手段により
下部本体の傾斜角を検出し、あるいは上部旋回体傾斜角
検出手段を利用して下部本体の傾斜角を検出した後に記
憶し、これらの検出あるいは記憶された傾斜角に基づい
て上部旋回体の所定方向に関する傾斜角を算出するもの
であるので、実際に上部旋回体をそれぞれの旋回角度位
置まで旋回させなくても、この上部旋回体が任意の旋回
角度位置にある時の傾斜角を予め把握することが可能で
ある。このため、静的には上記傾斜角を考慮した旋回作
業範囲を無駄なく適切に定めることができ、同範囲を従
来以上に拡大することが可能であるとともに、動的には
上記傾斜角を基盤として適切な旋回停止制御が可能にな
る等、建設機械のより適切な制御に幅広く貢献すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例における傾斜角演算装置の
機能構成図、第２図（ａ）は同演算装置を備えたクレー
ンの一例を示す正面図、同図（ｂ）は同クレーンの側面
図、第３図はクレーンの方向とＸ軸およびＹ軸方向との
関係を示す平面図、第４図は上部旋回体の旋回角度と傾
斜角との関係を示すグラフ、第５図は上記傾斜角演算装
置の行う演算動作を示すフローチャート、第６図は第２
実施例における傾斜角演算装置の機能構成図、第７図は
同演算装置の行う演算作動を示すフローチャート、第８
図は第３実施例における傾斜角演算装置の機能構成図、
第９図は同演算装置の行う演算動作を示すフローチャー
ト、第10図はクレーンの作業半径と定格荷重との関係を
示すグラフ、第11図は本発明の傾斜角演算装置を備えた
クレーンの旋回停止制御装置の一例を示す機能構成図、
第12図は同傾斜角演算装置の行う旋回停止制御動作を示
すフローチャート、第13図は旋回制動時の吊り荷の角速
度および上部旋回体の角速度の変化の特性を示すグラ
フ、第14図は吊り荷の吊り状態を単振り子のモデルとし
て表わした図、第15図は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わしたグラフである。 １……Ｘ方向傾斜計（下部本体傾斜角検出手段）、２…
…Ｙ方向傾斜計（下部本体傾斜角検出手段）、３……傾
斜角演算装置（上部旋回体傾斜角演算手段）、４……Ｒ
方向傾斜計（上部旋回体傾斜角検出手段）、５……θ方
向傾斜計（上部旋回体傾斜角検出手段）、６……傾斜角
記憶装置（上部旋回体傾斜角記憶手段）、10……クレー
ン（建設機械）、102……ブームフット（上部旋回体を
構成）、Ｂ……ブーム（上部旋回体を構成）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下部本体に上部旋回体が旋回可能に装備さ
   れた建設機械において、上記下部本体に取付けられ、こ
   の下部本体の相異なる２方向に関する傾斜角を検出する
   下部本体傾斜角検出手段と、これらの検出された傾斜角
   に基づき上部旋回体が任意の旋回角度位置にある時の上
   部旋回体の所定方向に関する傾斜角を演算する上部旋回
   体傾斜角演算手段とを備えたことを特徴とする建設機械
   における上部旋回体の傾斜角演算装置。
2. 【請求項２】下部本体に上部旋回体が旋回可能に装備さ
   れた建設機械において、上記上部旋回体に取付けられ、
   この上部旋回体の相異なる２方向に関する傾斜角を検出
   する上部旋回体傾斜角検出手段と、上記上部旋回体が予
   め設定された基準旋回角度位置にある時に上記上部旋回
   体傾斜角検出手段により上記２方向に関して検出される
   上部旋回体の傾斜角を記憶する傾斜角記憶手段と、これ
   らの記憶された傾斜角に基づき上部旋回体が任意の旋回
   角度位置にある時の上部旋回体の所定方向に関する傾斜
   角を演算する上部旋回体傾斜角演算手段とを備えたこと
   を特徴とする建設機械における上部旋回体の傾斜角演算
   装置。
3. 【請求項３】下部本体における上部旋回体が旋回可能に
   装備された建設機械において、上記上部旋回体に取付け
   られ、この上部旋回体の１方向に関する傾斜角を検出す
   る上部旋回体傾斜角検出手段と、上記上部旋回体が予め
   設定された互いに異なる２つの基準旋回角度位置にそれ
   ぞれある時に上記上部旋回体傾斜角検出手段により検出
   される上部旋回体の傾斜角を記憶する傾斜角記憶手段
   と、これらの記憶された傾斜角に基づき上部旋回体が任
   意の旋回角度位置にある時の上部旋回体の所定方向に関
   する傾斜角を演算する上部旋回体傾斜角演算手段とを備
   えたことを特徴とする建設機械における上部旋回体の傾
   斜角演算装置。