(57)【要約】【課題】アウトリガ自体に大幅な改造を施すことなく、簡易な構成によって地盤強度を推定することができる作業車のアウトリガ接地地盤の地盤強度の推定装置を提供する。【解決手段】地盤強度の推定装置Ｄは、車体部１０と、車体部１０に搭載される作業機としてのブーム１４と、車体部１０を支持するアウトリガ１１と、アウトリガ１１の反力を計測する反力計測器としての圧力計２０と、アウトリガ１１の地盤への陥没量を計測する陥没量計測器３０と、アウトリガ１１の反力Ｒと陥没量ｘとに基づいて地盤強度を計算する計算機としてのコントローラ７０と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体部と、
前記車体部に搭載される作業機と、
前記車体部を支持するアウトリガと、
前記アウトリガの反力を計測する反力計測器と、
前記アウトリガの地盤への陥没量を計測する陥没量計測器と、
前記アウトリガの反力と陥没量とに基づいて地盤強度を計算する計算機と、を備える、作業車のアウトリガ接地地盤の地盤強度の推定装置。
【請求項２】
前記陥没量計測器は、前記アウトリガのジャッキの長さを計測する長さ計測器と、前記アウトリガのジャッキの高さを計測する高さ計測器と、から構成される、請求項１に記載された作業車のアウトリガ接地地盤の地盤強度の推定装置。
【請求項３】
前記高さ計測器は、レーザ変位計又は全地球測位システムである、請求項２に記載された作業車のアウトリガ接地地盤の地盤強度の推定装置。
【請求項４】
計算された地盤強度が、作業に必要となる地盤強度よりも小さいときに、オペレータに警報する警報器をさらに備える、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載された作業車のアウトリガ接地地盤の地盤強度の推定装置。
【請求項５】
前記作業機の動作を制御する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、計算された地盤強度が、作業に必要となる地盤強度よりも小さいときに、作業機の動作を停止させるか、又は、作業機の陥没量を抑える逆向きの動作のみを可能とするようになっている、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載された作業車のアウトリガ接地地盤の地盤強度の推定装置。
【請求項６】
アウトリガの反力を計測する工程と、
前記アウトリガの地盤への陥没量を計測する工程と、
計測された反力と陥没量とに基づいて地盤強度を計算する工程と、を備える、作業車のアウトリガ接地地盤の地盤強度の推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動式クレーン及び高所作業車などを含む作業車のアウトリガ接地地盤の地盤強度の推定装置及び作業車のアウトリガ接地地盤の地盤強度の推定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、移動式クレーン及び高所作業車などを含む作業車には、作業時に車両を安定させる目的でアウトリガが取り付けられている。アウトリガは、クレーン作業時や高所作業時に、地面に接地させて荷重を支持することで、作業車の転倒を防止するようになっている。
【０００３】
作業車のオペレータは、アウトリガ接地地盤の強度について、地盤の表面を目視し経験に基づいて強度が高いと推定される地盤にアウトリガを接地させるようにしている。しかしながら、オペレータが地盤強度を高いと誤認すると、クレーン作業中や高所作業中に地盤が沈下して作業車が転倒する危険性がある。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１に記載された支持力検証装置は、アウトリガの側方から検知具を地面に貫入させて、貫入量と貫入力の関係から地盤の支持力を検出するように構成されている。このような構成によって、アウトリガの接地板を接地させようとする地盤の支持力を実測値に基づいて事前に検証することのできる支持力検証装置となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１１４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述した特許文献１の支持力検証装置は、構成が複雑であり、アウトリガ案内部に検知具押圧手段を取り付けたり接地板に検知具を取り付けたりするなど、アウトリガ自体に大幅な改造を施すことが必要となる。
【０００７】
そこで、本発明は、アウトリガ自体に大幅な改造を施すことなく、簡易な構成によって地盤強度を推定することのできる、作業車のアウトリガ接地地盤の地盤強度の推定装置及び作業車のアウトリガ接地地盤の地盤強度の推定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明の作業車のアウトリガ接地地盤の地盤強度の推定装置は、車体部と、前記車体部に搭載される作業機と、前記車体部を支持するアウトリガと、前記アウトリガの反力を計測する反力計測器と、前記アウトリガの地盤への陥没量を計測する陥没量計測器と、前記アウトリガの反力と陥没量とに基づいて地盤強度を計算する計算機と、を備えている。
【０００９】
また、発明の作業車のアウトリガ接地地盤の地盤強度の推定方法は、アウトリガの反力を計測する工程と、前記アウトリガの地盤への陥没量を計測する工程と、計測された反力と陥没量とに基づいて地盤強度を計算する工程と、を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
このように、本発明の作業車のアウトリガ接地地盤の地盤強度の推定装置は、車体部と、車体部に搭載される作業機と、車体部を支持するアウトリガと、アウトリガの反力を計測する反力計測器と、アウトリガの地盤への陥没量を計測する陥没量計測器と、アウトリガの反力と陥没量とに基づいて地盤強度を計算する計算機と、を備えている。このため、アウトリガ自体に大幅な改造を施すことなく、簡易な構成によって地盤強度を推定することができる。
【００１１】
また、本発明の作業車のアウトリガ接地地盤の地盤強度の推定方法は、アウトリガの反力を計測する工程と、アウトリガの地盤への陥没量を計測する工程と、計測された反力と陥没量とに基づいて地盤強度を計算する工程と、を備えている。このため、アウトリガ自体に大幅な改造を施すことなく、簡易な構成によって地盤強度を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ラフテレーンクレーンの側面図である。
【図２】車体部の側方から見たアウトリガの側面図である。
【図３】地盤強度の推定装置のブロック図である。
【図４】地盤強度の推定装置（推定方法）の流れを説明するフローチャートである。
【図５】地盤バネ係数のモデル化について説明する説明図である。
【図６】地盤強度の推定装置（推定方法）の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素は例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例】
【００１４】
（構成）
まず、図１を用いて本実施例の作業車のアウトリガ接地地盤の地盤強度の推定装置Ｄを備える移動式クレーンとしてのラフテレーンクレーン１の全体構成について説明する。以下の実施例では、作業車としてラフテレーンクレーン１を例にして説明するが、これに限定されるものではなく、カーゴクレーン、トラッククレーン、オールテレーンクレーンなどを含む移動式クレーンや高所作業車に広く本発明を適用できる。
【００１５】
（クレーンの全体構成）
本実施例のラフテレーンクレーン１は、図１に示すように、走行機能を有する車両の本体部分となる車体部１０と、車体部１０の四隅に設けられたアウトリガ１１，・・・と、車体部１０に水平旋回可能に取り付けられた旋回台１２と、旋回台１２に立設されたブラケット１３に取り付けられたブーム１４と、を備えている。
【００１６】
アウトリガ１１は、スライドシリンダ（不図示）を伸縮することで車体部１０から幅方向外側にスライド張出／スライド格納可能であるとともに、ジャッキシリンダ５１を伸縮することで車体部１０から上下方向にジャッキ張出／ジャッキ格納可能である。アウトリガ１１には、後述するように、アウトリガ１１の地盤への陥没量を計測する陥没量計測器３０が取り付けられている。
【００１７】
旋回台１２は、旋回用モータの動力を伝達されるピニオンギヤを有しており、このピニオンギヤが車体部１０に設けた円形状のギヤに噛み合うことで旋回軸を中心に回動する。旋回台１２は、前方右側に配置された運転室１８と、後方中央に配置されたブラケット１３と、後方下部に配置されたカウンタウェイト１９と、を有している。運転室１８内には、計算された地盤強度が作業に必要となる地盤強度よりも小さいときに、オペレータに警報する警報器４０（後述する）や、表示モニタや、操作手段などが配置されている。
【００１８】
ブーム１４は、基端ブーム１４１と中間ブーム１４２と先端ブーム１４３とによって入れ子式に構成されており、内部に配置された伸縮シリンダによって伸縮できるようになっている。先端ブーム１４３の最先端のブームヘッド１４４にはシーブが配置され、シーブにワイヤロープ１６が掛け回されてフックブロック１７が吊下げられている。
【００１９】
最も外側の基端ブーム１４１は、付け根部がブラケット１３に水平に設置された支持軸に回動自在に取り付けられており、支持軸を回転中心として上下に起伏できるようになっている。さらに、ブラケット１３と基端ブーム１４１の下面との間には、起伏シリンダ１５が架け渡されており、起伏シリンダ１５を伸縮することでブーム１４全体を起伏することができる。
【００２０】
（アウトリガの構成）
そして、本実施例のアウトリガ１１は、図２に示すように、案内部５２と、伸縮部５３と、接地板５４と、を備えている。この案内部５２及び伸縮部５３の内部には、ジャッキシリンダ５１が設置されている。そして、ジャッキシリンダ５１のヘッド側の油圧回路には、ジャッキシリンダ５１の圧力を検知することでアウトリガ１１の反力を計測する反力計測器としての圧力計２０が接続されている。
【００２１】
すなわち、圧力計２０によって圧力を計測し、ジャッキシリンダ５１の断面積を乗じる（掛ける）ことで反力を求めることができる。求められた反力を接地板５４の面積で除す（割る）ことで接地板５４の圧力を計算することができる。なお、接地板５４の下に敷板（敷鉄板）を配置した場合には、敷板の面積で除す（割る）ことで敷板の圧力を計算することができる。この場合、敷板自体の重量による圧力をさらに加えることで単位面積当りの下向きの荷重（圧力）を計算することができる。
【００２２】
そして、本実施例のアウトリガ１１の案内部５２の側面には、高さ計測器としてのレーザ変位計３２がブラケットを介して取り付けられている。レーザ変位計３２は、発光されたレーザ光に基づいて地面の位置を計測できるセンサである。具体的にいうと、レーザ変位計３２は、地面にレーザ光を照射し、反射された光が受光レンズによって集約されて受光素子に結像される。地面との距離が変動すると、受光素子上に結像される位置が変化するため、この変化量を地面の移動量に変換して変位を計測することができるようになっている。なお、高さ変位計としては、この他にも、高精度の全地球測位システムや準天頂衛星システムなどを使用することもできる。
【００２３】
さらに、アウトリガ１１には、アウトリガ１１の長さを計測する長さ計測器３１が取り付けられている。長さ計測器３１は、接地板５４に取り付けられてアウトリガ１１内に張設されたコード３１ａと、コードを繰出自在に巻き取るリール３１ｂと、によって構成される。そして、アウトリガ１１の伸縮に伴うコード３１ａの繰出量に応じたリール３１ｂの回転変位を回転変位検出手段（例えばポテンショメータ）３１ｃで検出し、アウトリガ長さ信号として出力するようになっている。長さ計測器３１はリール式に限定されるものではなく、例えば前述の高さ計測器と同様のレーザ変位計なども含み、アウトリガ１１の長さを計測できるものであればどのようなものであってもよい。
【００２４】
そして、レーザ変位計３２と長さ計測器３１とによって、アウトリガ１１の地盤中への陥没量を計測する陥没量計測器３０が構成されている。すなわち、後述するように、アウトリガ１１の全長をＬとし、高さをＸとして、（Ｌ−Ｘ）という減算をコントローラ７０において実施することで、アウトリガ１１の接地板５４の地盤中への陥没量ｘを計算することができる（図６（ｃ）参照）。
【００２５】
（制御系の構成）
次に、図３を用いて本実施例の地盤強度の推定装置Ｄを含む制御系の構成について説明する。本実施例の制御系は、図３に示すように、入力側として、前述した長さ計測器３１及び高さ計測器３２から構成される陥没量計測器３０と、前述した反力計測器としての圧力計２０と、旋回レバー６１と起伏レバー６２と伸縮レバー６３とウインチレバー６４とを含む作業機の操作手段と、地盤強度を計算する計算機であり作業機としてのブーム１４の動作を制御する制御装置でもあるコントローラ７０と、出力側として、旋回モータ８１と起伏シリンダ８２と伸縮シリンダ８３とウインチ８４とを含む作業機の駆動手段と、運転室１８に配置される警報器４０と、を備えている。制御装置としてのコントローラ７０は、ＣＰＵ、メモリ、ＨＤＤ、ＳＳＤなどによって構成される汎用のコンピュータである。
【００２６】
コントローラ７０では、計測値等に基づいて、以下の計算が実施される。
（地盤のモデル化）
地盤の陥没を図５のようにモデル化する。
Ｒ：力（ジャッキ反力）
ｘ：陥没量
ｋ：地盤バネ係数
とすれば、フックの法則より式（１）が導かれる。
Ｒ＝ｋｘ・・・・（１）
ここで、ｋが小さいほど地盤は軟弱であり、ｋが大きいほど強固な地盤である。
地盤バネ係数ｋが小さいと軟弱な地盤であり、荷を吊ったときに移動式クレーンが転倒する可能性がある。そのため、移動式クレーンの準備作業中において地盤バネ係数ｋを求める。求め方は以下の通りである。
移動式クレーンの準備作業である、アウトリガ張り時において、ジャッキ長さ、ジャッキ高さ、ジャッキ反力から地盤バネ係数を求める。
図６に示すように、ジャッキ長さをＬ、ジャッキ高さをＸとすれば、陥没量（沈下量）は式（２）で表すことができる。
ｘ＝Ｌ−Ｘ・・・・（２）
式（２）を式（１）に代入すると、ｋは式（３）で表すことができる。
ｋ＝Ｒ／（Ｌ−Ｘ）・・・・（３）
【００２７】
そして、本実施例のコントローラ７０は、計算の結果に基づいて判断し、警報器４０の動作を制御する警報制御機能部７０ａと、作業機としてのブーム１４の動作を停止／規制する停止／規制機能部７０ｂと、有している。
【００２８】
警報制御機能部７０ａは、計算された地盤強度（すなわち地盤バネ係数ｋ）が、作業に必要となる地盤強度（必要地盤バネ係数ｋａ）よりも小さいときに、警報器４０によってオペレータに警報するように制御する。なお、必要地盤バネ係数ｋａは、所定の安全率を考慮したものであることが好ましい。
【００２９】
停止／規制機能部７０ｂは、計算された地盤強度（すなわち地盤バネ係数ｋ）が、作業に必要となる地盤強度（必要地盤バネ係数ｋａ）よりも小さいときに、作業機の動作を停止させるか、又は、作業機の陥没量を抑える（すなわち、安全側となる）逆向きの動作のみを可能とするようになっている。すなわち、コントローラ７０は、旋回モータ８１と起伏シリンダ８２と伸縮シリンダ８３とウインチ８４とを含む作業機の駆動手段を、停止させるか、又は、その時点の動作方向に対して逆向きの動作のみを可能とするように制御する。なお、必要地盤バネ係数ｋａは、所定の安全率を考慮したものであることが好ましい。
【００３０】
警報器４０は、オペレータに転倒のおそれを報知・警告するものである。警報器４０としては、ブザー音等の警報音を発するもの（ブザー）、「地盤強度が小さいため転倒のおそれがあります」等の音声を発するもの（スピーカー）などを使用することができる。なお、警報器４０は、これらに限定されるものではなく、オペレータと接触する部位を振動させたり、表示モニタ内に表示させたりするものであってもよい。
【００３１】
（作用）
次に、図４のフローチャートを用いて、本実施例の作業車のアウトリガ接地地盤の地盤強度の推定装置Ｄ又は推定方法の作用について説明する。
【００３２】
以下、図４のフローチャートを用いて地盤強度の推定の手順について説明する。はじめに、反力計測器としての圧力計２０によって反力Ｒが計測され（ステップＳ１）、長さ計測器３１によってジャッキの長さＬが計測され（ステップＳ２）、高さ計測器３２によってジャッキの高さＸが計測される（ステップＳ３）。各計測値（Ｒ、Ｌ、Ｘ）は、コントローラ７０に入力される。ここにおいて、ステップＳ１〜Ｓ３は、この順に限定されるものではなく、例えば全ステップを同時に実行することもできる。
【００３３】
次に、コントローラ７０は、ｋ＝Ｒ／（Ｌ−Ｘ）・・・・（３）によって、地盤バネ係数ｋを計算する（ステップＳ４）。さらに、コントローラ７０は、計算した結果である地盤バネ係数ｋが、作業に必要となる地盤バネ係数ｋａよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ５）。ここにおいて、作業に必要となる地盤バネ係数ｋａは、作業内容や吊荷の重量などに基づいて、あらかじめ設定された値である。
【００３４】
地盤バネ係数ｋが、作業に必要となる地盤バネ係数ｋａ以上であれば（ステップＳ５のＮＯ）、安全に作業することができると見込まれるため制御を終了する。地盤バネ係数ｋが、作業に必要となる地盤バネ係数ｋａよりも小さい場合には（ステップＳ５のＹＥＳ）、安全に作業することができないおそれがあるため、コントローラ７０は警報器４０によってオペレータに警報させる（ステップＳ６）。具体的にいうと、例えば、運転室１８内のスピーカーから「地盤強度が小さいため転倒のおそれがあります。」等の音声が流れる。
【００３５】
さらに、地盤バネ係数ｋが、作業に必要となる地盤バネ係数ｋａよりも小さい場合には、安全に作業することができないおそれがあるため、コントローラ７０は旋回モータ８１と起伏シリンダ８２と伸縮シリンダ８３とウインチ８４とを含む作業機の駆動手段を、停止させるか、又は、逆向きの動作のみを可能とするように制御する（ステップＳ７）。具体的にいうと、例えば、ブーム１４を伸長させている際であれば、ブーム１４の伸長を停止させたり、ブーム１４を短縮させる動作のみを可能とさせたり、という内容の制御（規制）をすることができる。
【００３６】
（効果）
次に、本実施例の作業車のアウトリガ接地地盤の地盤強度の推定装置Ｄ又は推定方法の奏する効果を列挙して説明する。
【００３７】
（１）上述してきたように、本実施例の作業車のアウトリガ接地地盤の地盤強度の推定装置Ｄは、車体部１０と、車体部１０に搭載される作業機としてのブーム１４と、車体部１０を支持するアウトリガ１１と、アウトリガ１１の反力を計測する反力計測器としての圧力計２０と、アウトリガ１１の地盤への陥没量を計測する陥没量計測器３０と、アウトリガ１１の反力Ｒと陥没量ｘとに基づいて地盤強度を計算する計算機としてのコントローラ７０と、を備えている。このような構成によれば、アウトリガ１１自体に大幅な改造を施すことなく、簡易な構成によって地盤強度を推定することができる。
【００３８】
（２）また、陥没量計測器３０は、アウトリガ１１のジャッキの長さを計測する長さ計測器３１と、アウトリガ１１のジャッキの高さを計測する高さ計測器３２と、から構成されることが好ましい。このような構成によれば、主として高さ計測器３２を取り付けるだけでよいため、アウトリガ１１自体に大幅な改造を施す必要がない。
【００３９】
（３）ここにおいて、高さ計測器３２は、レーザ変位計又は全地球測位システムであることが好ましい。これによって、アウトリガ１１自体に大幅な改造を施すことなく、かつ、正確にアウトリガ１１の高さＸを計測することができる。
【００４０】
（４）また、計算された地盤強度（地盤バネ係数ｋ）が、作業に必要となる地盤強度（必要地盤バネ係数ｋａ）よりも小さいときに、オペレータに警報する警報器４０をさらに備えることが好ましい。このように構成することで、地盤強度が小さい場合には、準備作業中に警報されるため、オペレータは事前に転倒のおそれがあることを認識して、例えば移動式クレーンを別の場所に設置する等の安全対策をとることができる。
【００４１】
（５）そして、作業機の動作を制御する制御装置としてのコントローラ７０をさらに備え、コントローラ７０は、計算された地盤強度ｋが、作業に必要となる地盤強度ｋａよりも小さいときに、作業機の動作を停止させるか、又は、作業機の陥没量を抑える逆向きの動作のみを可能とするようになっていることが好ましい。このように構成することで、地盤強度が小さい場合には、作業機の動作が停止、又は、逆向き動作のみ可能となり、転倒するおそれのある作業をオペレータの意図によらずに強制的に規制するため、いっそう安全性が高まる。
【００４２】
（６）そして、本実施例の作業車のアウトリガ接地地盤の地盤強度の推定方法は、アウトリガ１１の反力を計測する工程と、アウトリガ１１の地盤への陥没量を計測する工程と、計測された反力と陥没量とに基づいて地盤強度を計算する工程と、を備えている。このため、アウトリガ１１自体に大幅な改造を施すことなく、簡易な構成によって地盤強度を推定することができる。
【００４３】
ここにおいて、陥没量を計測する工程は、アウトリガ１１のジャッキの長さを計測する長さ計測工程と、アウトリガ１１のジャッキの高さを計測する高さ計測工程と、を含むことができる。また、本実施例の作業車のアウトリガ接地地盤の地盤強度の推定方法は、計算された地盤強度（地盤バネ係数ｋ）が、作業に必要となる地盤強度（必要地盤バネ係数ｋａ）よりも小さいときに、オペレータに警報する工程や、作業機の動作を停止させるか、又は、作業機の陥没量を抑える逆向きの動作のみを可能とする工程をさらに含むことも好ましい。
【００４４】
以上、図面を参照して、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００４５】
例えば、実施例では、主に準備作業中の取得データに基づいて地盤強度を推定する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、実作業中にデータを取得して地盤強度を推定することも、もちろん可能である。
【００４６】
また、実施例では、反力計測器として圧力計２０を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ロードセル等の荷重計をアウトリガ１１に取り付けて直接的に反力を計測することもできる。
【００４７】
さらに、実施例では、警報器４０による警報と、コントローラ７０による動作の規制と、の両方を実行する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、警報又は規制のいずれか一方のみを実施することもできる。
【符号の説明】
【００４８】
Ｄ：地盤強度の推定装置；
１：ラフテレーンクレーン（移動式クレーン、作業車）；
１０：車体部；  １１：アウトリガ；
５１：ジャッキシリンダ；  ５２：案内部；  ５３：伸縮部；  ５４：接地板；
２０：圧力計（反力計測器）；
３０：陥没量計測器；  ３１：長さ計測器；  ３２：高さ計測器；
６１〜６４：操作手段；
７０：コントローラ；  ７０ａ：警報制御機能部；  ７０ｂ：停止／規制機能部；
４０：警報器；
８１〜８４：駆動手段
【図１】
2019031110.tif 000003
【図２】
2019031110.tif 000004
【図３】
2019031110.tif 000005
【図４】
2019031110.tif 000006
【図５】
2019031110.tif 000007
【図６】
2019031110.tif 000008