JPS59134236A - 油圧シヨベルの掘削深さ測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本究明は油圧ショベルの掘削深さ測定装置に関する。

油圧ショベルにて掘削作業を行う場合、掘削した深さを
オペレータ自身が油圧ショベルを操作しながら判断する
のは不可能であり、所定の掘削深さが得られたかどうか
はその都度オペレータ自身であるいは他の作業者によっ
て測定しなければならず、これは煩瑣な、また危険を伴
う作業であり、更には過剰に掘削して埋戻しをしなけれ
ばならない等という問題点があった。本発明はこのよう
な事情に鑑みてなされたものであって、油圧ショベルの
主ブームの上下方向への回動に伴って回動する部位の回
動角度を検出することにより自動的に掘削深さを測定し
オペレータに報知し得る油圧ショベルの掘削深さ測定装
置を提供するものである。

以ド、本発明をその実施例を示す図面に従って詳細に説
明する。

第１図は本発明装置を装備した油圧ショベルの外観左側
面図である。図示されていないシャーシには移動装置と
してのクローラ５１及び旋回体５２が装備されており、
旋回体５２には掘削装＠５３、操縦席５４、原動機５５
等が装備されている。掘削装置５８は旋回体の適宜部分
に固着された主ブーム支持ブラケット４にその基端部０
点で上下方向への回動自在に枢支されてその略中央部分
から前側を下方へ屈曲させたゝへ′の字状の主ブーム１
、主ブーム支持ブラケット４の下部Ｐ点でトラニオン支
持されてそのピストンロッド１ｂを主ブーム１の略中央
部分の屈曲部下面のＡ点で枢支されて主ブーム１を上下
方向に回動させるための主ブームシリンダｌａ、生ブー
ム１の先端Ｃ点に枢支されたスティックブーム２、主ブ
ーム１の屈曲部のやや前方上面にトラニオン支持されて
そのピストンロッド２ｂをスティックブーム２の基端部
上面に枢支されてスティックブーム２を上下方向に回動
させるためのスティックブームシリンダ２ａ。

スティックブーム２の先端のＤ点に枢支されたパケット
８、スティックブーム２の基端部寄りの上面にトラニオ
ン支持されてパケット８を上下方向に回動させるパケッ
トシリンダ８ａ、及び各油圧シリンダ１　ａ、２　ａｌ
　８　ａへ圧油を送給する油圧パイプ等からなり、各油
圧シリンダｌａ、２ａ及び８ａへ圧油を送給することに
より主ブーム１、スティックブーム２及びパケット８の
それぞれを単独で、あるいは協動させて掘削作業を行う
ように構成されている。

実際の掘削作業においては第１図に実線及び二点鎖線で
示すようにスティックブームシリンダ２ａ及びパケット
シリンダ８ａを最大限退入させた状態、即ち主ブーム１
の屈曲部より前側及びスティックブーム２とパケット８
とをほぼ直線状とした状態で主ブーム１を回動させて所
定深さまでの掘削を行った後に仕上げ作業を行う方法が
一般的である。従って実線で示す掘削作業開始時点での
状態を基準とすれば、二点鎖線で示す作業中のパケット
８の刃先の基準面（地表面）からの深さを主ブーム１の
回動に伴って回動する部位の回動角度から算出すること
が可能である。

第２図は主ブームｌの回動中心０に設けられた主ブーム
１の回動角度検出部の取付は状態を示す平面図である。

旋回体Ｂに固着されたフォーク状の主ブーム支持ブラケ
ット４と主ブーム１の同じくフォーク状の基端部とは連
結ピン４ａにより連結されていて、主ブーム１はブラケ
ット４に対して連結ピン４ａを中心として上下方向へ回
動即ち俯仰可能となっている。主ブーム１の基端部−側
面のブラケット４に近接した位置には２形断面のフレキ
シブルシャフト固定部材１２の一方のフランジがそのウ
ェッブを連結ピン４ａ寄の位置として固着されており、
他方のフランジを連結ピン４ａの中心線の延長線上に位
置させている。この固定部材１２にはフレキシブルシャ
フト（より線形たわみ軸）１５の端部が連結ピン４ａと
同心となる位置に固定されている。さらにブラケット４
の連結ピン４ａに近接した機体寄の位置には２形断面の
フレキシブルシャフト案内管固定部材１８の一方のフラ
ンジがそのウェッブを接合ピン寄の位置として固着され
ており、他方のフランジ′を連結ピン４ａの中心線の延
長線上のフレキシブルシャフト固定部材１２の外側に位
置させている。このフレキシブルシャフト案内管固定部
材１８には可撓性のフレキシブルシャフト案内管１５ａ
の端部が連結ピン４ａと同心となる位置に固定されてい
る。従って主ブーム１が俯仰するとフレキシブルシャフ
ト固定部材１２も連結ピン４ａの中心を回転中心として
主ブーム１に伴って回転し、フレキシブルシャフト固定
部材１２に連結ピン４ａと同心に固定されているフレキ
シブルシャフト１６もメインブーム１の俯仰角度と同温
回転するが、フレキシブルシャフト案内管１５ａは固定
部材１８を介してブラケット４に固定されているので、
フレキシブルシャフト１５はフレキシブルシャフト案内
管１５ａに対して、主ブーム１のブラケット４に対する
回動角度と同量相対的に回転することとなる。

第８図は本発明装置の電気回路のブロック図と共に示す
電気信号変換部の模式図であって、これらは操作コラム
内等に設けられている。電気信号変換部はフレキシブル
シャフト１５と直結された回転軸を有する大径の歯車２
１どこの歯車２１に噛合する小径の歯車２２とから成る
増速歯車、小径の歯車２２と共通の回転軸を有するスリ
ット板２８、及びスリット板２８を囲繞するように配置
された３組のフォトセンサの支持フレーム２４とからな
り、フレキシブルシャフト１５と直結された大径の歯車
２１が小径の歯車２２を介してスリット板２８を回転さ
せるためフレキシブルシャフト１５の回転角度は増幅さ
れてスリット板２８を回転させることになる。

スリット板２８には第４図に示す如く、８組のフォトセ
ンサの投受光素子と対応する位置に夫々位相をずらせた
同心円状の３列のスリット列８１゜Ｓ２及びＳ８が配列
されており、最外側のスリット列Ｓ１はそのピッチを１
０°とし、中間のスリット列Ｓ２は同じくそのピッチを
１０°としているが、最外側のスリット列Ｓ１とは位相
を５°ずらせてあり、最内側のスリット列Ｓ８はそのピ
ッチを同じ＜１０°と回路２８による回転方向の判別に
利用される。

フォトセンサ支持フレーム２４には３組の投受光累子即
ち発光ダイオード２５ａ、　２５ｂ及び２５０、フォト
トランジスタ２６ａ、　２６ｂ及び２６ｃが配設されて
おり、夫々に対応するスリット板２８のスリット列ｓｌ
、ｓ２及びＳ８の各スリットを通過した発光ダイオード
２５ａ、　２５ｂ及び２５０からの光学信号はフォトト
ランジスタ２６ａ、　２６ｂ及び２６０に受光されて電
気的パルス信号に変換されて夫々増幅回路２７ａ、　２
７ｂ及び２７ｃを介して方向判別回路２８へ入力される
。方向判別回路２８は中間のスリット列Ｓ２と最内側の
スリット列ｓ８とから得られるパルス信号の位相により
スリット板２３の回転方向を判別する。即ち中間のスリ
ット列ｓ２によってフォトトランジスタ２６ｂから得ら
れるパルス信号の間隔の１／２よりも早く最外側のスリ
ット列ｓ８によってフォトトランジスタ２６ｃから得ら
れるパルス信号が入力された場合には正転（第４図にお
いて時計方向回り）、１／２よりも遅く入力された央合
には逆転（同じく反時計回り）として判別し、正転の場
合にはハイレベル、逆転の場合にはローレベルのアップ
ガウン信号をアップダウンカウンタ２９のアッＴウン指
令端子ａ１へ出方し、最外側のスリット列Ｓ１と中間の
スリット列ｓ２との夫々によりフォトトランジスタ２６
ａ、　２６ｂとから得られるスリット板２８の回転角度
５°に対して１発のパルス信号をアップダウンカウンタ
２９の計数端子ａ２へ出力する。

アップダウンカウンタ２９は計数端子ａ２から入力され
るパルスを、アップガウン指令端子ａ１にハイレベルの
正転信号が入力されている場合には加算、ローレベルの
逆転信号が入力されている場合には減算して計数し、そ
の結果を演算回路８ｏへ出力する。なお、端子ａ８はア
ップダウンカウンタ２９のリセット端子であり、リセッ
トスイッチ８２を操作することによりアップダウンカウ
ンタ２９の計数値をゼロ復帰させるためのものである。

演算回路８０は本実施例においてはマイクロコンピュー
タを利用しており、測定スイッチ８８による指令により
アップダウンカウンタ２９の計数値を’＋ＷＧみ込んで
後述する演算を行ない、その結果を表示装置８１に表示
する。

次に演算回路３０によって行なわれる演算内容について
、パケット３の刃先位置の座標を示す第５図に従って説
明する。主ブーム１の回動中心０を原点、点０を通る水
平線をＸ軸、同じく鉛直線をＹ軸とするＸ−Ｙ座標系に
おいて、地表面を０１パケツト８の刃先をＢとし、前述
の如く掘削作業はスティックブームシリンダ２ａ、パケ
ットシリンダ８ａを最大限退入させた状態即ち主ブーム
１の中央部分の屈曲部より前方の部分及びスティックブ
ーム２、パケット８を略直線状に延伸させた状態で主ブ
ーム１を回動させて行うものとする。

第５図において実線で示す掘削ｖ６始時点即ちパケット
８の刃先Ｂが地表面Ｇに当接した状態における点０と点
Ｂとを結ぶ線分ＯＢとＸ軸との交角をα、線分ＯＢの長
さ即ち主ブーム１０回動中心とパケット８の刃先との距
離を４１とする。α、ｌｌは共に油圧ショベルの諸元か
ら既知である。この時点でリセットスイッチ８８を操作
してアップダウンカウンタ２９の計数値をゼロ復帰させ
る。次に二点鎖線で示す掘削作業中のパケット３の刃先
の位置をＢ′とし、被検出角度即ち主ブーム１の回動角
度をθとすると、主ブーム１の回動中心０とパケット８
の刃先Ｂとを結ぶ直線もθ回転する。従ってＢ′のＹ座
標ＹＢ’は下記（１）式により求められる。

ＹＢ’　＝　１ｌ−３ｉｎ　ｌ　Ｏ＋ａ　ｌ　　　　　
−（１）更に地表面Ｇからの掘削深さＤは下記（２）式
により求められる。

Ｄ＝ＹＢ　−ｈ ＝ｌｌ・５ｔｎ１０＋ｌ−ｈ　　　　・（２）ただし　
ｈ　＝　１Ｉ−３ｉｎ　ｌ　ａ　１ここでｈは主ブーム
１の回動中心０の地表面Ｇからの高さである。

従って掘削作業中に測定スイッチ３８が操作されると演
算回路８０はアップダウンカウンタ２９からその計算値
を読み込み、増幅ギア２１及び２２による増幅率に応じ
て主ブーム１の回動角度θに換算し、α、１１及びｈと
により掘削深さＤを（２）式により算出し表示装置８１
に表示する。

第６図及び第７図は共に本発明の第２の実施例を示す図
面であって、第６図は主ブーム支持ブラケット４の下部
Ｐ点にトラニオン支持された主ブームシリンダ１ａ０）
回動中心Ｐに設けられた主ブームシリンダ１ａの回動角
度検出部の取付状態を示す平面図である。主ブーム支持
ブラケット４の下部には二股状の主ブームシリンダ支持
部が設けられており、主ブームシリンダ１ａの基端部が
連結ビン４ｂにより連結されている。支持ブラケット４
の一側面の連結ビン４ｂに近接した位置５にはｚ形断ｉ
のフレキシブルシャフト固定部材１２ヲ、主ブームシリ
ンダ１ａの基端部のフレキシブルシャフト固定部材１２
と同側の側面には２形断簡のフレキシブルシャフト案内
管固定部材１３が夫々第２図に示した第１の実施例と同
様の状態で、即ちフレキシブルシャツ）１５及びその案
内管１５ａの端部が連結ビン４ｂと同心となるように取
付けられている。従って主ブームシリンダ１ａのピスト
ンロッド１ｂの進出退入により主ブーム１は上下方向に
回動するが、それに伴って主ブームシリンダ１ａも上下
方向に回動するので、その回動角度を検出することによ
りパケット８の刃先の位置即ち掘削深さを測定すること
が可能となる。この場合の座標位置の関係を示す第７図
に従って以下に本実施例における演算回路８０の演算内
容について説明する。第１の実施例と同様に主ブーム１
の回動中心０を原点とするＸ−Ｙ座標系において主ブー
ムシリンダ１ａの回動中心をＰ１地表面を０１実線で示
した掘削開始時のパケット８の刃先の位置をＢ、主ブー
ムシリンダ１ａの主ブーム１への枢支点をＡ、、４０Ｐ
Ａをαとし、二点鎖線で示した掘削作業中のパケット８
の刃先の位置をＢ′、主ブームシリンダ１ａの主ブーム
１への枢支点をＡ′とする。線分ＰＯの長さ即ち主ブー
ム１の基部枢支点と主ブームシリンダ１ａの基部枢支点
との距離を１２、線分ＡＯの長さ即ち主ブーム１の基部
枢支点と主ブーム１の中央屈曲部のピストンロッド１ｂ
の枢支点との距離を１８とすれば、ｈ、Ｉｎは線分ＯＢ
の長さ１１と同様に油圧ショベルの諸元から設計的に求
められる既知の値である。

被検出角度即ち主ブームシリンダ１ａの回動角をθとす
ると、まずΔＡ’ＯＰにおいてｌＡ′０Ｐ＝ｒを求める
。

γ＝１８０’−（α十〇）−９！’　　　　　・（３）
ただし　ψ＝ＺＯＡ′Ｐ ″　聞ｌ（α十〇）　　　ｓｉｎψ 次に油圧ショベルの諸元から求められるＺＡＯＢをδ、
線分ＰＯとＸ軸との交角をβとすると線分ＢＯとＸ軸と
の交角６は 〔＝１δ−ｒ１＋β として求まるので、Ｂ′のＹ座標ＹＢ’は次の（４）式
により求められる。

ＹＢ’　＝　１１・５石６　　　　　　　・・・（４）
更に掘削深さＤは次の（５）式により求まる。

Ｄ＝ｌＹＢｌ−ｈ ＝４１−ｓｉＬＩ〔Ｊａ＋δ＋ψ十〇−１８０°：＋β
〕−ｈ・・・（５） 従って実線で示す掘削開始時即ちパケット８の刃先Ｂが
地表面に当接した時点でリセットスイッチ８２の操作に
よりアップダウンカウンタ２９をゼロ復帰させた後、掘
削作業中に測定スイッチ８２が操作されると演算回路゛
８０はアップダウンカウンタ２９の計数値を読へ込み主
ブームシリンダ１ａの回動角度０に換算して前記（５）
式により掘削深さＤを算出し、表示装置３１に表示する
。

第８図及び第９図は本発明の第３の実施例即ち主ブーム
シリンダ１ａのピストンロッド１ｂの主ブーム１に対す
る相対的回動角度を検出して掘削深さの測定を行わんと
するものであり、第８図はピストンロッド１ｂの主ブー
ム１への枢支黒人に設置された回動角度検出部の取付状
態を示す側面図、第９図はその部分拡大平面図である。

主ブーム１の略中央部分の屈曲部内側に取付けられた主
ブームシリンダ１ａのピストンロッド１ｂを枢支する支
持ブラケット５の中央には連結ピン５ａによりピストン
ロッド１ｂの先端部が枢支されていて、このピストンロ
ッド１ｂの枢支点Ａに近接した部分にはフレキシブルシ
ャフト固定部材１２の取付リング１２ａが固着されてお
り、この取付リング１２ａの一側面には２形断面のフレ
キシブルシャフト固定部材１２の一方のフランジが他方
のフランジを連結ピン５ａの中心線の延長線上へ延設す
る状態で固定されている。支持ブラケット５のフレキシ
ブルシャフト１２と同側の一側面の連結ピン５ａに近接
した位置にはやはり２形断面のフレキシブルシャフト案
内管固定部材１８の一方のフランジが他方のフランジを
連結ビン５ａの中心線の延長線上のフレキシブルシャフ
ト固定部材１２の外側の位置に延設する状態で固定され
ており、第２図に示した第１の実施例及び第６図に示し
た第２の実施例と同様に、フレキシブルシャフト１５及
びその案内管１５ａの端部が連結ピン５ａと同心の位置
となるように夫々の固定部材１２及び１３に固定されて
いる。従ってピストンロッド１ｂの進出退入により主ブ
ーム１が上下方向に回動すると、それに伴ってピストン
ロッド１ｂも連結ビン５ａを中心として支持ブラケット
５即ち主ブーム１に対して相対的に回動するので、この
回動角度を検出することにより掘削深さを測定すること
が可能である。この場合の演算回路８ｏの演算内容を前
掲の第７図により説明するが、本実施例においては△Ａ
′ＯＰにおける１０Ａ′Ｐ＝ψが被検出角即ちピストン
ロッド１ｂの主ブーム１に対する相対的回動角度である
。従って第２の実施例と同様にまず／Ａ′ＯＰ−γを次
の（６）式により求める。

ｆ　＝　１８０°−ψ−（ａ十〇）　　　　・・・（６
）（６）式によりγが求まれば以下第２の実施例と同様
にして掘削深さＤは前記（５）式により求められる。

従って掘削深さの測定操作も第２の実施例と同様の手順
で行えばよいこととなる。

尚、本発明の具体的実施方法は上述の実施例に限るもの
ではない。−例として前記第２の実施例同様主ブームシ
リンダ１ａの基部枢支点Ｐにおいて主ブームシリンダ１
ａの回動角度を検出する場合において、その側面図を第
１０図に、平面図を１１図に例示する如く、連結ビン４
ｂが一方の部材に対して相対的に回転しないように固定
されている構造となっている場合（第１０．１１図にお
いてはストッパ４Ｃにより連結ビン４ｂが支持ブラケッ
ト４に対して固定されている）は、その部材に固定され
るべきフレキシブルシャフト固定部材１２又はフレキシ
ブル゛シャフト案内管固定部材１８を２形断面のものに
換えて１コ′の字形断面のチャンネル材の一方のフラン
ジを連結ビン４ｂの頭部に固着する構成としてもよい。

更に、前記各実施例においてはいずれも検出された回動
角度を基にして計算により掘削深さを算出する構成とし
たが、被検出角度に対応する掘削深さを予め演算回路８
０に記憶させておくこととしてもよいことは勿論である
。

以上詳述したように本発明は、機体適所に上下方向への
回動自在に枢支された主ブーム、主ブームに上下方向へ
の回動自在に枢支されたスティックブーム、及びスティ
ックブームに上下方向への回動自在に枢支されたパケッ
トを備え、前記主ブーム、スティックブーム及びパケッ
ト　夫々を回動させる油圧シリンダをこよりこｊらを単
独で又は協動して回動させることにより掘削作業を行う
べくなした油圧ショベルにおいて、主ブームの回動に伴
って回動する部位に回動角度検出手段を備え、前記部位
の回動角度を検出し、その検出角度に基き掘削深さを求
めるべくなしたものであるので、高価な光学装置あるい
は測距装置等を用いることなく掘削深さをオペレータ自
身が確認しつつ作業を行うことが可能となるので、オペ
レータ以外の作業者によって掘削深さの測定を行う必要
がなく、省力化を図ることが可能となり、安全性１、経
済性等が向上する等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであって、第１図は本
発明に係る油圧ショベルの掘削深さ測定装置を装備した
油圧ショベルの外観左側面図、第２図は本発明の第１の
実施例の回動角度検出部の平面図、第８図は本発明装置
の電気回路のブロック図と共に示す電気信号変換部の模
式図、第４図はそのスリット板のスリット配列を示す模
式図、第５図はその掘削深さ算出のための座標位置を示
す説明図、第６図は本発明の第２の実施例の回動角度検
出部の平面図、第７図はその掘削深さ算出のための座標
位置を示す説明図、第８図は本発明の第８の実施例の回
動角度検出部の側面図、第９図はその部分拡大平面図、
第１０図は第２の実施例を一例とした本発明の他の実施
方法を示す側面図、第１１図はその平面図である。 １・・・主ブーム、　　１ａ・・・主ブームシリンダ、
１ｂ・・・主ブームシリンダのピストンロッド、　２・
・・スティックブーム、　　８・・・バケッ′ト、　４
・・・主ブーム支持ブラケット、　５・・・ピストンロ
ッド支持ブラケット、　　１５・・・フレキシブルシャ
フト、１５ａ・・・フレキシブルシャフト案内管、　　
２３・・・スリット板、　２５ａ　＋　ｂ　＋　ｃ・・
、・フォトダイオード、２６ａ、ｂ、ｃ・・・フォトト
ランジスタ、　　２８・・・方向判別回路、　２９・・
・アップダウンカウンタ、３０・・・演算回路、　８２
・・・リセットスイッチ、８８・・・測定スイッチ、　
５８・・・掘削装置、　Ａ・・・主ブームシリンダのピ
ストンロッド回動中心、Ｂ・・・パケット先端（掘削点
）、　Ｃ・・・スティックブーム回動中心、　０・・・
主ブーム回動中心、　Ｐ・・・主ブームシリンダ回動中
心。 ／Ｊａ １６　図 第　７　図 箋８図 第　９　口 ２１５− 第　１１　　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、機体適所に上下方向への回動自在に枢支された主ブ
   ーム、主ブームに上下方向への回動自在に枢支されたス
   ティックブーム、及びスティックブームに上下方向への
   回動自在に枢支されたパケットを備え、前記主ブーム、
   スティックブーム及びパケット　夫々を回動させる油圧
   シリングによりこれらを単独で又は協動して回動させる
   ことにより掘削作業を行うべくなした油圧ショベルにお
   いて、主ブームの回動に伴って回動する部位に回動角度
   検出手段を備え、前記部位の回動角度を検出し、その検
   出角度に基き掘削深さを求めるべくなしたことを特徴と
   する油圧ショベルの掘削深さ測定装置。 ２、前記回動角度検出手段による回動角度検出部位は主
   ブームの枢支点である特許請求範囲第１項記載の油圧シ
   ョベルの掘削深さ測定装置。 ３、前記回動角度検出手段による回動角度検出部位は主
   ブームをそのピストンロッドの進出退入により回動させ
   る油圧シリンダの基部枢支点である特許請求範囲第１項
   記載の油圧ショベルの掘削深さ測定装置。 ４、前記回動角度検出手段による回動角度検出部位は主
   ブームをそのピストンロッドの進出退入により回動さ′
   せる油圧シリンダのピストンロッド先端の枢支点である
   特許請求範囲第１項記載の油圧ショベルの掘削深さ測定
   装置。