JPH09158240A - 建設機械等の干渉防止装置 - Google Patents

建設機械等の干渉防止装置

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JPH09158240A
JPH09158240A JP32146395A JP32146395A JPH09158240A JP H09158240 A JPH09158240 A JP H09158240A JP 32146395 A JP32146395 A JP 32146395A JP 32146395 A JP32146395 A JP 32146395A JP H09158240 A JPH09158240 A JP H09158240A
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pressure reducing
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Naoki Kashima
直樹 鹿島
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Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
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    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/2025Particular purposes of control systems not otherwise provided for
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電流消費量の少ない干渉防止装置を提供する
ことを課題とする。さらに、異常が検知されたときは作
業機を停止し、危険防止を図った干渉防止装置を提供す
ることを他の課題としている。 【解決手段】 リモコン操作弁と主切換弁との間のパイ
ロット油圧ラインに逆比例電磁減圧弁を設け、作業機が
安全域にあるときは逆比例電磁減圧弁のソレノイドに微
少電流を流し、停止域にあるときは最大電流を流すよう
に制御する主制御手段を設けた。さらに、リモコン操作
弁の上流側にシャットオフバルブを設け、かつ、電磁減
圧弁の動作の異常を検出する異常検出手段を設け、異常
を検出したときはシャットオフバルブをオフにするオン
オフ制御手段を設けたことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、建設機械等の干
渉防止装置の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】従来の油圧ショベル等の建設機械に使用
されている干渉防止装置には、油圧ポンプの吐出量変化
を制御する方式とシリンダー等のアクチュエータの主切
換弁のパイロット圧を制御する方式とがある。前者は、
例えば、特許公開公報第平3ー156037に開示され
ている。この制御方式は後者に比べて油圧ポンプの効率
が良いが、吐出量可変の油圧ポンプが必要であること、
細かい制御ができない等の点で後者の制御方式に比べて
劣る。後者の制御方式の全体構成概略を図5に示してあ
る。また、図6は従来から使用されている一例で、ブー
ム傾斜角、アーム傾斜角及びオフセット角を検出して干
渉防止を行う制御方式の装置の構成を示した図である。
以下、この従来例について説明する。
【0003】図5において、油圧ポンプ1と油タンク2
が主切換弁3の1次側に接続されており、主切換弁3の
2次側はピストンシリンダ4の両ポートに油路で接続さ
れている。また、主切換弁3のパイロットポートは各々
比例電磁減圧弁5、5を介してリモコン装置6のリモコ
ン弁7、7に接続されている。リモコン弁7、7は操作
レバー8によって作動される。パイロット油圧ポンプ9
と油タンク10が各々リモコン弁7、7の1次側に図示
のように接続されている。比例電磁減圧弁5、5は作業
機の安全域、減速域及び停止域において以下に述べるよ
うに制御されている。
【0004】図6はブームシリンダ制御用の主切換弁3
a、アームシリンダ制御用の主切換弁3b及びオフセッ
トシリンダ制御用の主切換弁3cを制御する従来方式の
干渉防止装置の構成を示したものである。ブームシリン
ダを制御するためのリモコン操作弁7a、アームシリン
ダを制御するためのリモコン弁操作7b及びオフセット
シリンダを制御するためのリモコン操作弁7cの1次側
ポートはパイロット油圧ポンプ9及び油タンク10に各
々接続されている。リモコン操作弁7a、7b、7cの
2次側ポートは各々油路11a、11b、11cによっ
て比例電磁減圧弁5a、5b、5cの1次側ポートに接
続されている。
【0005】比例電磁減圧弁5a、5b、5cの2次側
ポートは各々油路12a、12b、12cによってブー
ムシリンダ制御用の主切換弁3a、アームシリンダ制御
用の主切換弁3b及びオフセットシリンダ制御用の主切
換弁3cの一方のパイロットポート13a、13b、1
3cに接続されている。また、ブームシリンダ制御用の
主切換弁3a、アームシリンダ制御用の主切換弁3b及
びオフセットシリンダ制御用の主切換弁3cの一次側ポ
ートは油圧ポンプ1及び油タンク2に接続されており、
2次側ポートは、各々ブームシリンダ、アームシリンダ
及びオフセットシリンダのポートに接続されている(図
5参照)。
【0006】図7は、比例電磁減圧弁5a、5b、5c
のソレノイドに流れる指令電流Iと2次側油圧Aの特性
を示している。この図から明らかなように、比例電磁減
圧弁の2次側油圧Aは指令電流Iに比例して増大する。
従って、ソレノイドに最大定格の指令電流Imaxを流
したときは比例電磁減圧弁はほぼ全開状態となり、1次
側油圧Pはそのまま2次側油圧として現れる。逆にソレ
ノイドに流れる指令電流をゼロにしたときは比例電磁減
圧弁の2次側ポートは完全にタンクTに接続され、2次
側油圧はゼロとなる。
【0007】比例電磁減圧弁5a、5b、5cのソレノ
イドに流す指令電流Iを制御するコントローラ16は以
下のように構成されている。即ち、図6において、作業
機に設けられたブーム傾斜角検出センサー15a、アー
ム傾斜角検出センサー15b及びオフセット角検出セン
サー15cの出力信号は、図示されていない増幅器、A
/Dコンバータを介してコントローラ16に取り込まれ
る。コントローラ16はブーム傾斜角、アーム傾斜角及
びオフセット角のデータと、リアブーム長さ、フロント
ブーム長さ、アッパブーム長さ、アーム長さ等のデータ
からバケットの位置を算出し、バケットの現在領域を判
定して、指令電流Ia、Ib,Icを出力する。
【0008】コントローラ16の指令電流Ia、Ib、
Icの出力端は、冗長切換リレー17a、17b、17
cを介して比例電磁減圧弁5a、5b、5cの各ソレノ
イドに接続されている。冗長切換スイッチ17a、17
b、17cはコントローラ16の異常を検知したとき
に、比例減圧弁5a、5b、5cのソレノイドに直接電
源を接続して作業を継続できるようにするためのもので
ある。冗長切換スイッチ17a、17b、17cは、運
転室の適宜の位置の設けられた冗長切換ボタン18を押
すと、冗長切換信号が出力され、同時に切り換えられ
る。なお、抵抗19は過大電流を制限するための抵抗で
ある。
【0009】この従来装置は上記のように構成されてい
るので、以下のように作動する。即ち、コントローラ1
6がバケットの位置を算出して、それが安全域にあると
判定したきは、コントローラ16は最大定格電流Iam
ax、Ibmax、Icmaxを出力する。このとき
は、比例電磁減圧弁5a、5b、5cは全開となり、油
路11a、11b、11c油圧は、そのまま油路12
a、12b、12cに現れ、主切換弁3a、3b、3c
の各パイロットポートに作用する。従って、安全域にあ
るときは比例減圧弁5a、5b、5cが介在していない
ときと同様に作動する。
【0010】次に、バケットが停止域にあると判定した
ときはコントローラ16は、減圧弁5a、5b、5cの
ソレノイドへの指令電流Ia、Ib、Icをゼロにす
る。このときは比例電磁減圧弁5a、5b、5cの2次
側ポートは油タンクTと導通し、油路12a、12b、
12cの油圧はゼロとなる。従って、切換弁3a、3
b、3cは図5に示した中央位置の状態となり、各シリ
ンダのピストンは停止する。また、バケットが減速域に
あるときは指令電流Ia、Ib、Icはゼロと最大定格
の間にあり、油路11a、11b、11c油圧は減圧さ
れて、油路12a、12b、12cに現れる。従って、
このときはバケットの動きは減速される。
【0011】作業機のオペレータが作業中にコントロー
ラの動作が正常でないと判断したときは、冗長切換ボタ
ン18を押すと冗長切換信号が出力されて冗長切換リレ
ー17a、17b、17cを電源側に切り換える。この
切換によって、コントローラ16が作業機の操作システ
ムから外されて、一定電流が比例減圧弁5a、5b、5
cのソレノイドに流れる。これにより、オペレータは干
渉防止装置が作動しない状態で作業を続行することがで
きる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
この従来装置はコントローラ16から比例減圧弁5への
信号ラインが断線した場合は指令電流は流れない。従っ
て、シリンダピストンは停止し、オペレータはその異常
に気が付き作業を停止する。従って、この従来装置はフ
ェールセーフ系として構成されている点で優れている。
しかし、作業機の操作中は通常安全領域にあり、このと
きに電磁減圧弁に最大電流が流れているため、電力消費
量が大きく、エンジンの発電容量を大きくしなければな
らないこと、ソレノイドの放熱を顧慮した設計をしなけ
ればならないという課題があった。また、冗長切換リレ
ーが個々に必要であるため回路が複雑になるという課題
と制限抵抗に3個分の電流が流れるため耐消費電力の大
きい抵抗を必要とするという課題もあった。さらに、冗
長切換リレーを電源側に接続した場合でも冗長切換リレ
ーと比例減圧弁のソレノイド間の配線が断線した場合は
作業機を動かすことができないという課題もあった。
【0013】本発明は、電力消費量の少ない干渉防止装
置を提供することを目的の1つとしている。さらに、異
常が検知されたときは作業機を停止し、危険防止を図っ
た干渉防止装置を提供することをも目的の1つとしてい
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1記載の干渉防止装置は、リモコン操作弁と
主切換弁との間のパイロット油圧ラインに逆比例電磁減
圧弁を設け、作業機が安全域にあるときは前記逆比例電
磁減圧弁のソレノイドにゼロまたは微少電流を流し、停
止域にあるときは最大電流を流すように制御する主制御
手段を設けたことを特徴としている。
【0015】従って、この装置は以下のように動作す
る。安全域にあるときは電磁減圧弁のソレノイドにはゼ
ロ又は微少電流を流すが、電磁減圧弁の1次側油圧はそ
のまま2次側油圧として現れる。従って、電磁減圧弁で
減圧されない状態で運転ができる。また、停止域にきた
ときは、最大電流をソレノイドに流す。このとき、電磁
減圧弁の2次側油圧はゼロになり、主切換弁は中央で停
止し、接続されているアクチュエータも停止する。
【0016】また、請求項2に記載の干渉防止装置は、
請求項1の干渉防止装置に、さらに、前記リモコン操作
弁の上流側にシャットオフバルブを設け、かつ、前記逆
比例電磁減圧弁の動作の異常を検出する異常検出手段を
設け、前記異常検出手段により異常を検出したときに前
記シャットオフバルブをオフにするオンオフ制御手段を
設けたことを特徴としている。
【0017】従って、この装置は請求項1に記載の動作
に加え、下記の動作をする。即ち、電磁減圧弁が正常に
作動しないときは異常検出手段により異常が検知され、
シャットオフバルブをオフにし、リモコン操作弁が作動
せず、作業機は停止する。
【0018】さらに、請求項3に記載の干渉防止装置
は、請求項2の干渉防止装置に、電源からの電流を前記
制御手段または前記シャットオフバルブのいずれかの一
方に供給するための切換手段を設け、前記異常検出手段
により異常を検出したときは前記切換手段を前記シャッ
トオフバルブ側へ接続し、異常を検出しない通常時は前
記制御手段側へ接続する切換制御手段を設けたことを特
徴としている。
【0019】この作業機は、異常を検知しないときは通
常の動作をし、異常を検知したとき、切換制御手段によ
り切換手段をシャットオフバルブ側へ接続するとリモコ
ン操作弁が操作可能状態になる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図1は、本発明の実施形態の構成を
示した図である。図1において従来例(図5及び図6)
と同じ構成要素については同一の引用番号を付して説明
を省略する。図2は逆比例電磁減圧弁の指令電流と2次
側油圧との関係特性を示した図である。また、図3はコ
ントローラ23の詳細な構成を示した図である。図4は
コントローラ23の断線検出部の具体的構成の1例を示
した図である。
【0021】図1において、引用符号20a、20b、
20cは逆比例電磁減圧弁である。逆比例電磁減圧弁2
0a、20b、20cの1次側ポートは各々油路11
a、11b、11cによりリモコン弁7a、7b、7c
の2次側ポートに接続されている。他の1次側ポートは
油タンクに接続されている。また、逆比例電磁減圧弁2
0a、20b、20cの2次側ポートは各々油路12
a、12b、12cにより主切換弁3a、3b、3cの
左側パイロットポートに接続されている。右側パイロッ
トポートは図示されていない逆比例電磁減圧弁の2次ポ
ートに、同様に接続されている。
【0022】逆比例電磁減圧弁20a、20b、20c
の指令電流Iと2次側ポート油圧Aの関係を図2に示
す。図2において、1次側ポートに油圧がPの圧油を供
給し、ソレノイドに最大値Imaxの指令電流を流した
ときは2次側ポートの油圧はゼロであり、指令電流Iを
ゼロにしたとき、即ちI=0のときは2次側ポートの油
圧Aは1次側油圧Pと略同じである。また、指令電流I
が0<I<Imaxのときは2次側ポートの油圧AはP
>A>0となる。
【0023】逆比例電磁減圧弁20a、20b、20c
のソレノイド30a、30b、30cはコントローラ2
1の出力端に配線により接続されている。また、パイロ
ット弁7a、7b、7cの上流側とパイロットポンプ9
及び油タンク10との間の油路にはシャットオフバルブ
32が挿入されている。シャットオフバルブ32のソレ
ノイドは停止スイッチ33、ダイオード34を介して配
線40によりオンオフスイッチ28の出力端に接続され
ている(図3参照)。オンオフスイッチ28の入力側は
切換リレー35の出力端bに接続されている。オンオフ
スイッチ28はコントローラ21の内部あるいは外部に
設けられ、オンオフスイッチ28の制御端はコントロー
ラ21により制御されている。
【0024】また、切換リレー35の入力端は直流電源
36に接続されている。切換リレー35の他の出力端a
は、停止スイッチ33とダイオード34の出力側の間の
配線40に接続されている。切換リレー35の切換信号
入力端は配線41により運転室内の適当な位置に設けら
れた冗長切換信号入力用の押しボタン42に接続されて
いる。押しボタン42は凹状態ではa側が接続し、凸状
態ではb側が接続する。切換リレー35は直流電源36
からの電流をオンオフスイッチ28またはシャットオフ
バルブ32へ選択的に流すもので、機械式切換リレーま
たは電子式切換リレーで構成してもよい。
【0025】コントローラ21は、CPU(中央演算装
置)、RAM及びROMメモリ、入出力ポート等から構
成されるもので、その機能ブロックを図3に示す。図3
において、ブーム傾斜角検出センサー15a、アーム傾
斜角検出センサー15b及びオフセット角検出センサー
15cの出力信号は、図示されていない増幅器、A/D
コンバータを介して図示されていないメモリにデジタル
データとして記録される。
【0026】バケット位置算出部22は、これらのデー
タ及びリアブーム長さ、フロントブーム長さ、アッパブ
ーム長さ、アーム長さ等の予めメモリに記録されている
データからバケット位置Xを算出し、出力する。領域判
定部23は、バケット位置Xと、予めメモリに格納され
ている各境界領域のデータから現在の領域Rを判定す
る。制御信号発生部24は、現在領域Rに対する制御信
号電流Ia、Ib、Icを発生し、出力する。制御信号
Ia、Ib、Icは同じ値としてもよいし、異なる値と
してもよい。制御信号電流Ia、Ib、Icはドライバ
ー25を介して逆比例電磁減圧弁20a、20b、20
cのソレノイド30a、30b、30cに指令電流を出
力する。
【0027】また、ソレノイド30a、30b、30c
を通過した電流は断線検出部27に入力される。断線検
出部27は、例えば図4に示すような構成にすることが
できる。図4において、ソレノイド30aの出力端は抵
抗37を介して接地されている。抵抗37の抵抗値はソ
レノイド30aの抵抗値に比べて十分に低い値とし、逆
比例電磁減圧弁20aへの影響を無視できるような値を
選択する。抵抗37の入力端は、図示されていない増幅
器を介してA/Dコンバータ38に接続されている。A
/Dコンバータ38の出力端は電圧検出部39に接続さ
れている。以上の構成により、断線検出部29は、ソレ
ノイドに電流が流れていると抵抗37による電圧降下を
電圧検出部33により検出し、コントローラ21とソレ
ノイド間の配線が断線しているか否かを検出する。断線
している場合は検出信号Hを「1」とし、断線していな
い場合は検出信号Hを「0」とする。なお、断線検出部
の構成はこれに限るものではない。
【0028】断線検出部27は検出信号Hをフェール検
出部26に出力する。フェール検出部26は検出信号H
が「1」のときはフェール信号Fを「1」とし、検出信
号Hが「0」のときはフェール信号Fを「0」として、
フェール信号Fを出力する。また、フェール検出信号部
26は、この他に、領域判定部23などの故障を検出す
るようにしてもよい。例えば、バッケット位置検出部2
2のバケット位置Xと領域判別部23の領域Rが所定の
関係を満たしていないと判定した場合は故障と判断し、
フェール信号「1」を出力する。フェール検出部26の
出力はオンオフスイッチ28の制御端子に接続されてい
る。
【0029】フェール信号が「1」のときは、オンオフ
スイッチ28がオフとなり、シャットオフバルブ32が
シャットオフ状態になる。フェール信号が「0」のとき
は、オンオフスイッチ28がオン状態となり、シャット
オフバルブ32のパイロットポンプポートと2次側ポー
トは導通状態になる。従って、フェール信号が「1」の
ときは、リモコン弁7a、7b、7cの1次側油圧は0
となり、操作不能な状態になる。また、フェール信号が
「0」のときは、オンオフスイッチ28はオン状態とな
り、電源36からの電流は、ダイオード34、停止スイ
ッチ33を介してシャットオフバルブ32のソレノイド
を流れ、パイロットポンプ9のパイロット圧油はリモコ
ン操作弁7a、7b、7cに流れ、リモコン操作弁は正
常な操作が可能となる。
【0030】本実施形態は上記のように構成されている
ので以下のように作動する。干渉防止装置が作動される
と、検出センサー15a、15b、15cから角度デー
タがバケット位置算出部22に取り込まれ、バッケット
位置Xが算出される。領域判定部23は算出されたバッ
ケット位置により、バッケットが安全域、減速域または
停止域のどこにあるかを判定し、領域信号Rを出力す
る。制御信号発生部24は、領域信号Rに基づいて制御
信号Ia、Ib、Icを出力する。制御信号Ia、I
b、Icは次の値をとる。安全域にあるときは最小電流
Iamin、Ibmin、Icminを出力し、停止域
にあるときは最大電流Iamax、Ibmax、Icm
axを出力する。減速域にあるときはIamax>Ia
>Iamin、Ibmax>Ib>Ibmin、Icm
ax>Ic>Icminである。
【0031】コントローラ21からの指令電流Ia、I
b、Icにより逆比例電磁減圧弁20a、20b、20
cが作動し、1次側油圧Pに対して2次側油圧Aを図2
の特性に従って出力する。これにより、安全域ではパイ
ロット油圧はそのまま主切換弁3a、3b、3cのパイ
ロットポートに伝えられるが、減速域では減圧して伝え
られる。また、停止域では主切換弁のパイロット圧は殆
どゼロとなり、各アームの動作は停止する。
【0032】また、逆比例電磁減圧弁20a、20b、
20cには少なくとも最小電流が流れているので、抵抗
31の両端に電圧が発生し、断線検出部27により断線
の有無が検出される。断線が検出された場合、または、
フェール検出部がバケット位置Xと領域Rの関係等から
異常を検出した場合はオンオフスイッチ28をオフと
し、シャットオフバルブ32をシャットオフ状態にす
る。これにより、操作不能状態になる。
【0033】この場合に、押しボタン42を押すと、切
換リレー35がa側に切り換わり、電源36から電流が
シャットオフバルブ32のソレノイドに直接流れ、パイ
ロットポンプ9の圧油がリモコン操作弁7a、7b、7
cに供給される。同時にドライバー25には電源36か
らの電流は供給されないので、ドライバー25の出力電
流はゼロとなり、逆比例減圧弁20a、20b、20c
は無減圧状態となる。従って、干渉防止装置が作動しな
い状態での操作が可能となる。
【0034】以上この発明の実施形態および実施例を図
面により詳細に説明してきたが、具体的な構成は以上の
説明又は例示されたものに限られるものではなく、この
発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があってもこ
の発明に含まれる。例えば、異常検出手段として他の異
常を検出することも可能である。また、指令電流はIm
inの代わりにゼロ電流としてもよい。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電磁減圧弁のソレノイドに流れる電力消費量が少なくな
るという効果がある。また、請求項の発明にあっては異
常が生じた場合は作業機を停止するので、安全に作業を
することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態の構成を示した図である。
【図2】 逆比例電磁減圧弁の特性を示した図である。
【図3】 コントローラの機能ブロック図である
【図4】 断線検出部の具体的構成を示した図である。
【図5】 従来の干渉防止装置のパイロット油圧制御方
式を示す図である。
【図6】 従来の実施例の構成を示した図である。
【図7】 比例電磁減圧弁の特性を示した図である。
【符号の説明】
3a、3b、3c 主切換弁 7a、7b、7c リモコン操作弁 20a、20b、20c 逆比例電磁減圧弁 21 コントローラ(主制御手段) 26 フェール検出部(異常検出手段) 27 断線検出部(異常検出手段) 28 オンオフスイッチ(オンオフ制御手段) 32 シャットオフバルブ 35 冗長切換リレー(切換手段) 42 冗長切換ボタン(切換制御手段)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リモコン操作弁と主切換弁との間のパイ
    ロット油圧ラインに逆比例電磁減圧弁を設け、作業機が
    安全域にあるときは前記逆比例電磁減圧弁のソレノイド
    にゼロまたは微少電流を流し、停止域にあるときは最大
    電流を流すように制御する主制御手段を設けたことを特
    徴とする建設機械等の干渉防止装置。
  2. 【請求項2】 前記干渉防止装置において、さらに、前
    記リモコン操作弁の上流側にシャットオフバルブを設
    け、かつ、前記逆比例電磁減圧弁の動作の異常を検出す
    る異常検出手段を設け、前記異常検出手段により異常を
    検出したときに前記シャットオフバルブをオフにするオ
    ンオフ制御手段を設けたことを特徴とする請求項1に記
    載の建設機械等の干渉防止装置。
  3. 【請求項3】 前記干渉防止装置において、さらに、電
    源からの電流を前記制御手段または前記シャットオフバ
    ルブのいずれかの一方に供給するための切換手段を設
    け、前記異常検出手段により異常を検出したときは前記
    切換手段を前記シャットオフバルブ側へ接続し、異常を
    検出しない通常時は前記制御手段側へ接続する切換制御
    手段を設けたことを特徴とする請求項2に記載の建設機
    械等の干渉防止装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018003284A (ja) * 2016-06-27 2018-01-11 日立建機株式会社 作業機械
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