(57)【要約】【課題】掘削力を有効に高められる掘削機の重心可変装置を提供すること。【解決手段】自走する走行体６と、走行体６の上部に設けられて走行体６に対して旋回し、後部にカウンタウェイト２１を有する旋回体７と、旋回体７の前部に設けられて掘削動作する掘削体１０と、を備える掘削機に搭載される重心可変装置１００であって、カウンタウェイト２１に設けられ、カウンタウェイト２１に対して前後方向に移動する可動ウェイト４０と、掘削体１０によって掘削動作がされているか否かを検知する加速度センサ７６（掘削動作検知部）と、加速度センサ７６によって掘削動作が検知された場合に可動ウェイト４０を移動制御するコントローラ７０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自走する走行体と、前記走行体の上部に設けられて前記走行体に対して旋回し、後部にカウンタウェイトを有する旋回体と、前記旋回体の前部に設けられて掘削動作する掘削体と、を備える掘削機に搭載される重心可変装置であって、
前記カウンタウェイトに設けられ、前記カウンタウェイトに対して前後方向に移動する可動ウェイトと、
前記掘削体によって掘削動作がされているか否かを検知する掘削動作検知部と、
前記掘削動作検知部によって掘削動作が検知された場合に前記可動ウェイトを移動制御するコントローラと、を備えることを特徴とする重心可変装置。
【請求項２】
前記可動ウェイトは、
前記旋回体の左右方向に延在するシャフトと、
前記シャフトに設けられ、前記シャフトを中心に回動するリンクアームと、
前記リンクアームに設けられ、前記リンクアームの回動と共に移動するマス部と、
前記旋回体の左右に設けられ、前記マス部を前後方向に案内するガイドレールと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の重心可変装置。
【請求項３】
前記掘削動作検知部は、前記旋回体のピッチング方向の加速度を検知する加速度検知部を含み、
前記コントローラは、前記加速度検知部によって検知された加速度が所定の加速度以上であった場合に前記シャフトを回動させることを特徴とする請求項２に記載の重心可変装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の掘削機に搭載される重心可変装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油圧ショベルには、走行する下部走行体の上部に上部旋回体が旋回可能に設けられる。上部旋回体には、掘削作業を行う掘削体が設けられるとともに、掘削体と釣り合う重量を持つカウンタウェイトが設けられる。これにより、油圧ショベルは、重量の釣り合いがとられ、掘削体が前方に振り出されても転倒しないようになっている。
【０００３】
特許文献１には、油圧ショベルの上部旋回体とカウンタウェイトの間にダンパシリンダが介装され、カウンタウェイトが上下動するのに伴ってダンパシリンダが伸縮作動して上部旋回体の揺れを抑える装置が開示されている。
【０００４】
上記装置は、上部旋回体の後部に取り付けられる加速度センサと、加速度センサからの信号に応じてダンパシリンダの油室に導かれる圧力を制御するコントローラと、を備えている。コントローラは、加速度センサからの信号に応じて上部旋回体の揺れを検出したときに、ダンパシリンダの油室に油圧源から供給される加圧作動油を導くように制御する。これにより、掘削作業時に上部旋回体の揺れが生じたときに、カウンタウェイトがダンパシリンダによって下方向に動かされ、上部旋回体の揺れを抑えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１０３７４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、このような従来の装置にあっては、カウンタウェイトが上下方向に動かされて、油圧ショベルの重心が上下方向に移動するが、掘削力を有効に高められないという問題があった。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、掘削力を有効に高められる重心可変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】
【０００８】
本発明は、自走する走行体と、走行体の上部に設けられて走行体に対して旋回し、後部にカウンタウェイトを有する旋回体と、旋回体の前部に設けられて掘削動作する掘削体と、を備える掘削機に搭載される重心可変装置であって、カウンタウェイトに設けられ、カウンタウェイトに対して前後方向に移動する可動ウェイトと、掘削体によって掘削動作がされているか否かを検知する掘削動作検知部と、掘削動作検知部によって掘削動作が検知された場合に可動ウェイトを移動制御するコントローラと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、掘削動作が検知された場合に可動ウェイトをカウンタウェイトに対して前後方向に移動する。例えば、掘削動作前に可動ウェイトが後方にあった場合に、掘削動作時に可動ウェイトが前方に移動する。これにより、掘削機の重心が前方に移動するので、掘削体による掘削力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る掘削機の側面図である。
【図２】掘削機の斜視図である。
【図３】図２の一部を拡大した斜視図である。
【図４】重心可変装置の構成図である。
【図５】掘削作業時であって可動ウェイト動作前を示す掘削機の側面図である。
【図６】掘削作業時であって可動ウェイト動作後を示す掘削機の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
図１、図２に示すように、掘削機（油圧ショベル）５は、走行する走行体（下部走行体）６と、走行体６の上部で旋回する旋回体（上部旋回体）７と、旋回体７から前方に延びて土砂等を掘削する掘削体１０と、を備える。
【００１３】
走行体６は、左右のクローラ装置９と、左右のクローラ装置９を支持する車体４と、を備える。クローラ装置９は、クローラベルト（履帯）１９を循環させて走行する。
【００１４】
旋回体７は、ターンテーブル８の作動によって走行体６に対して鉛直軸まわりに旋回する。旋回体７には、掘削体１０と、運転室２０と、カウンタウェイト２１と、図示しないエンジン、燃料タンク、バッテリ、油圧源等と、が搭載される。
【００１５】
なお、「鉛直軸」は、掘削機５が水平面上にある状態で、掘削機５の鉛直方向に延びる軸を意味する。
【００１６】
掘削体１０は、旋回体７の左右方向に延びる水平軸まわりに回動自在に支持されるブーム１１と、ブーム１１の先端部に回動自在に支持されるアーム１２と、アーム１２の先端部に回動自在に支持されて土砂等を掘削するバケット１３と、を備える。ブーム１１、アーム１２、バケット１３は、それぞれ駆動シリンダ（図示省略）によって駆動される。
【００１７】
なお、「水平軸」は、掘削機５が水平面上にある状態で、掘削機５の水平方向に延びる軸を意味する。
【００１８】
カウンタウェイト２１は、旋回体７の後方に固定して設けられる。カウンタウェイト２１の重量が掘削体１０及び運転室２０等の重量と釣り合うことにより、掘削機５の転倒が防止される。
【００１９】
掘削機５は、走行体６を駆動して走行し、掘削作業に際して足場となる場所に移動する。掘削作業時に、走行体６による走行を停止し、旋回体７を旋回させて掘削体１０を掘削する方向に向ける。旋回体７が旋回を停止した状態で、掘削体１０のブーム１１、アーム１２、バケット１３をそれぞれ作動させることによってバケット１３が土砂等に押し込まれた後に、バケット１３を回動させて掘削した土砂等をすくい取る。その後、旋回体７を旋回させて掘削体１０を他方向に向け、バケット１３を掘削時と逆方向に回動させることによってすくい取った土砂等を放出する。掘削作業時には、こうした掘削体１０の動作が繰り返し行われる。
【００２０】
上記バケット１３を土砂等に押し込む掘削時において、土砂等が固い場合には、バケット１３が土砂等から受ける反力によって掘削体１０と共に旋回体７の前部が上向きに回動して掘削機５の前部が浮き上がろうとする。
【００２１】
上記掘削機５の前部が浮き上がることを抑えるために、掘削機５には、掘削体１０の動作に連動して旋回体７の重心を可変とする重心可変装置１００が設けられる。
【００２２】
重心可変装置１００は、カウンタウェイト２１と分離して設けられる左右のマス部３１、３２を旋回体７の前後方向に移動する可動ウェイト４０と、可動ウェイト４０の作動を制御するコントローラ７０と、掘削動作を検知する加速度センサ７６と、掘削機５の姿勢を検知する傾斜角度センサ７７と、を備える。
【００２３】
マス部３１、３２は、所定の重量を有するブロック状に形成される。図１、図２に示すように、マス部３１、３２がカウンタウェイト２１の後部に位置する状態で、マス部３１、３２の重量とカウンタウェイト２１の重量とを加算した重量が、旋回体７から前方に延びた掘削体１０の重量と釣り合うように設定される。
【００２４】
図３に示すように、カウンタウェイト２１の左右側部には、水平方向（前後方向）に延びる左右のガイドレール４１がそれぞれ設けられる。マス部３１、３２は、例えば、ガイドレール４１に転接する複数のローラ（図示省略）を備え、ローラを介してガイドレール４１に沿って移動するように支持される。
【００２５】
可動ウェイト４０は、左右のマス部３１、３２をそれぞれ左右のガイドレール４１に沿って移動する駆動機構４２を備える。駆動機構４２は、カウンタウェイト２１の上部に設けられる左右の油圧モータ５５、５６と、油圧モータ５５、５６によって回転駆動される左右のシャフト４３及びリンクアーム４４を備える。左右のシャフト４３の先端部には、左右のリンクアーム４４の基端部がそれぞれ連結される。駆動機構４２によってシャフト４３が回転駆動されることによって、左右のリンクアーム４４が互いに同期して回動する。なお、上述した構成に限らず、左右のリンクアーム４４が互いに同期せずに回動する構成としてもよい。
【００２６】
左右のリンクアーム４４は、それぞれの長手方向に延びるレール開口部４５を有する。左右のリンクアーム４４には、それぞれのレール開口部４５に摺動自在に係合するスライダ４６が設けられる。左右のスライダ４６は、それぞれ左右のマス部３１、３２に連結される。これにより、左右のリンクアーム４４が回動すると、左右のマス部３１、３２がスライダ４６を介して左右のガイドレール４１に沿って移動する。
【００２７】
マス部３１、３２の前部には、左右のリンクアーム４４に係合するスリット３１Ａ、３２Ａが形成される。左右のリンクアーム４４が回動するときに、リンクアーム４４の先端部がスリット３１Ａ、３２Ａに入ることにより、リンクアーム４４の先端部がマス部３１、３２の前部に干渉しないようになっている。
【００２８】
図４に示すように、左右のモータ５５、５６には、油圧源（図示省略）に通じた油圧通路５７が接続される。油圧源から導かれる作動油は、油圧通路５７、５８を通じて各モータ５５、５６にそれぞれ給排される。油圧通路５７、５８には、電磁切換弁６１、６２がそれぞれ介装される。
【００２９】
電磁切換弁６１は、ポジションａ、ｂ、ｃを有し、油圧モータ５５に対する作動油の給排を切換える。作動ポジションａでは、油圧源からの作動油が油圧通路５７を通じて油圧モータ５５を一方向に回転させるように導かれる。停止ポジションｂでは、油圧通路５７が遮断されることにより、油圧モータ５５の回転作動が停止される。作動ポジションｃでは、油圧源からの作動油が油圧通路５７を通じて油圧モータ５５を逆方向に回転させるように導かれる。
【００３０】
電磁切換弁６２は、ポジションｄ、ｅ、ｆを有し、油圧モータ５６に対する作動油の給排を切換える。作動ポジションｄでは、油圧源からの作動油が油圧通路５８を通じて油圧モータ５６を一方向に回転させるように導かれる。停止ポジションｅでは、油圧通路５８が遮断されることにより、油圧モータ５６の回転作動が停止される。作動ポジションｆでは、油圧源からの作動油が油圧通路５８を通じて油圧モータ５６を逆方向に回転させるように導かれる。
【００３１】
上記のように油圧通路５７、５８における作動油の流れ方向が電磁切換弁６１、６２によって切り換えることにより、各モータ５５、５６がそれぞれ減速ギア機構（図示省略）を介して左右のシャフト４３を正逆両方向に回転駆動する。
【００３２】
モータ５５、５６が左右のシャフト４３を正方向に同期して回転駆動すると、マス部３１、３２が図１、図２、図５に示すようにカウンタウェイト２１の後端部に並ぶ後退位置に移動する。この状態からモータ５５、５６が左右のシャフト４３を逆方向に同期して回転駆動すると、図６に示すように、マス部３１、３２がカウンタウェイト２１の前端部に並ぶ前進位置へと移動する。
【００３３】
なお、駆動機構４２は、上述した構成に限らず、モータ５５、５６に代えて油圧シリンダ及びリンク機構によってシャフト４３を回転駆動する構成としてもよい。
【００３４】
コントローラ７０は、運転者によって操作される操作レバー７４から出力される掘削指令信号Ｓを受信するとともに、加速度センサ７６から出力される加速度Ａの検出信号、傾斜角度センサ７７から出力される傾斜角度Ｂの検出信号を受信し、可動ウェイト４０の作動を制御する。
【００３５】
掘削指令信号Ｓは、運転者による操作レバー７４の操作に基づいて掘削体１０を掘削動作させるときに出力される。
【００３６】
加速度センサ７６は、旋回体７に取り付けられ、旋回体７が左右方向に延びる水平軸まわりに回動するピッチング方向の加速度Ａを検出する。
【００３７】
傾斜角度センサ７７は、走行体６に取り付けられる。傾斜角度センサ７７は、走行体６の中心軸Ｏが地盤の鉛直線に対して傾斜する傾斜方向及び傾斜角度を検出し、傾斜方向及び傾斜角度に応じた傾斜角度Ｂの検出信号を出力する。なお、これに限らず、傾斜角度センサ７７は、旋回体７に取り付けられ、旋回体７が地盤の鉛直線に対して傾斜する傾斜角度を検出する構成としてもよい。
【００３８】
コントローラ７０は、掘削指令信号Ｓに応じてバケット１３が駆動される掘削作業時において、旋回体の加速度Ａをしきい値Ｃ、Ｄと比較して旋回体７の前部が浮き上がる掘削動作時、及び旋回体７の前部が降下する搬送動作時を検知する。コントローラ７０が有するメモリにしきい値Ｃ、Ｄが予め記憶されている。
【００３９】
バケット１３が土砂等に押し込まれる掘削作業時において、土砂等が固い場合には、バケット１３が土砂等から受ける反力によって掘削体１０と共に旋回体７の前部が上向きに回動し、掘削機５の前部が浮き上がる。
【００４０】
上記旋回体７の前部が浮き上がる掘削動作時において、コントローラ７０は、旋回体７の前部が上向きに回動する加速度Ａがしきい値Ｃを超えることを判定すると、マス部３１、３２を演算した速度Ｖで前方に移動する制御を行う。こうしてマス部３１、３２が移動する重量分によって掘削機５の重心が後方から前方へと移動し、掘削機５の浮き上がりが抑えられ、バケット１３が土砂等に押し込まれる掘削力を高められる。
【００４１】
上記掘削機５の重心移動が行われる掘削作業時において、マス部３１、３２は、旋回体７の前部が上向きに回動する加速度Ａに応じた速度Ｖで前方へと移動する。つまり、掘削作業時に旋回体７の前部が上向きに回動する動きに連動してマス部３１、３２が前方に移動する。これにより、掘削機５の重心が前方に移動する。この結果、バケット１３を土砂等に押し込む掘削力が高められる。
【００４２】
一方、バケット１３が土砂等をすくい取って運ぶ搬送作業時には、バケット１３が土砂等から受ける反力が小さくなるのに伴って旋回体７の前部が下向きに回動し、掘削機５の前部が降下する。
【００４３】
掘削体１０が作動する掘削作業時において旋回体７の前部が降下する動作状態において、コントローラ７０は、旋回体７の前部が下向きに回動する加速度Ａがしきい値Ｄを超えることを判定すると、マス部３１、３２を演算した速度Ｖで後方に移動する制御を行う。こうしてマス部３１、３２が移動される重量分によって掘削機５の重心が前方から後方へと移動し、掘削機５の安定性を高められる。これにより、掘削機５が掘削体１０等の重量によって前方へ転倒することが防止される。
【００４４】
上記制御システムでは、掘削体１０によって掘削動作がされているか否かを検知する掘削動作検知部として、加速度センサ７６が用いられる。
【００４５】
なお、上述した構成に限らず、掘削動作検知部として、傾斜角度センサ７７を用いてもよい。この場合に、コントローラ７０は、傾斜角度Ｂの変化分ΔＢをしきい値Ｅと比較して旋回体７の前部が浮き上がる掘削動作時、及び旋回体７の前部が降下する搬送動作時を判定する。コントローラ７０が有するメモリにしきい値Ｅが予め記憶されている。
【００４６】
また、掘削機５の掘削作業時以外の搬送作業時や走行時において、コントローラ７０は、傾斜角度Ｂがしきい値Ｈを超えて掘削機５の姿勢が前後方向に大きく傾く場合に、可動ウェイト４０の作動を以下のように制御する。
【００４７】
掘削機５が坂を上るときに、コントローラ７０は、傾斜角度Ｂがしきい値Ｈを超えて掘削機５の姿勢が後方向に大きく傾くことを判定すると、可動ウェイト４０を作動させてマス部３１、３２を演算した速度Ｖで前方に移動する制御を行う。こうしてマス部３１、３２が移動される重量分によって掘削機５の重心が後方から前方へと移動することにより、掘削機５のバランスが維持され、掘削機５が後方向に転倒することを未然に防止できる。
【００４８】
また、掘削機５が上る坂の傾斜が緩やかになるときに、コントローラ７０は、傾斜角度Ｂがしきい値Ｉより小さくなることを判定すると、可動ウェイト４０を作動させてマス部３１、３２を演算した速度Ｖで後方に移動する制御を行う。こうしてマス部３１、３２が移動される重量分によって掘削機５の重心が前方から後方へと移動することにより、掘削機５のバランスが維持され、掘削機５が前方向に転倒することを未然に防止できる。コントローラ７０が有するメモリにしきい値Ｈ、Ｉが予め記憶されている。
【００４９】
また、掘削機５が左右方向に傾斜した地盤の上にある場合に、マス部３１、３２の一方を前方に移動し、他方を後方に移動することにより、バランスを維持して掘削機５の転倒を未然に防止できる。
【００５０】
上記制御システムでは、掘削機５の姿勢を検知する姿勢検知部として、傾斜角度センサ７７が用いられる。
【００５１】
以上の実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。
【００５２】
〔１〕掘削機５の重心を変更可能な重心可変装置１００において、カウンタウェイト２１に設けられ、カウンタウェイト２１に対して前後方向に移動する可動ウェイト４０と、掘削体１０によって掘削動作がされているか否かを検知する掘削動作検知部（加速度センサ７６、傾斜角度センサ７７）と、掘削動作検知部によって掘削動作が検知された場合に可動ウェイト４０を移動制御するコントローラ７０と、を備える構成とした。
【００５３】
上記構成に基づき、重心可変装置１００では、掘削動作が検知された場合に可動ウェイト４０をカウンタウェイト２１に対して前後方向に移動する。例えば、掘削動作前に可動ウェイト４０が後方にあった場合に、掘削動作時に可動ウェイト４０が前方に移動する。これにより、掘削機５の重心が前方に移動するので、掘削体１０による掘削力を高めることができる。
【００５４】
〔２〕可動ウェイト４０は、旋回体の左右方向に延在するシャフト４３と、シャフト４３に設けられ、シャフト４３を中心に回動するリンクアーム４４と、リンクアーム４４に設けられ、リンクアーム４４の回動と共に移動するマス部３１、３２と、旋回体７の左右に設けられ、マス部３１、３２を前後方向に案内するガイドレール４１と、を備える構成とした。
【００５５】
上記構成に基づき、シャフト４３が回転すると、シャフト４３を中心にリンクアーム４４が回動すると共にマス部３１、３２がガイドレール４１に沿って前後方向に移動する。例えば、掘削動作前にマス部３１、３２が後方にあった場合に、掘削動作時に、シャフト４３が回転して、シャフト４３を中心にリンクアーム４４が回動する。すると、マス部３１、３２がガイドレール４１に沿って後方から前方に移動する。これにより、掘削機５の重心が前方に移動するので、掘削体１０による掘削力を高めることができる。
【００５６】
〔３〕掘削動作検知部は、旋回体７のピッチング方向の加速度Ａを検知する加速度検知部（加速度センサ７６）を含み、コントローラ７０は、加速度検知部によって検知された加速度Ａが所定の加速度以上であった場合にシャフト４３を回動させる構成とした。
【００５７】
上記構成に基づき、重心可変装置１００では、旋回体７のピッチング方向の加速度Ａが所定の加速度以上であった場合にシャフト４３を回動させる。例えば、掘削体１０が掘削動作するときに走行体６と共に旋回体７が上方に持ち上がる。このとき、旋回体７のピッチング方向の加速度Ａが予め記憶される加速度（所定の加速度）以上となる。すると、コントローラ７０は、シャフト４３を回動させる。シャフト４３が回動すると、リンクアーム４４が回動して、マス部３１、３２がガイドレール４１に沿って後方から前方に移動する。これにより、掘削機５の重心が前方に移動するので、掘削体１０による掘削力を高めることができる。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００５９】
例えば、上記可動ウェイト４０では、リンクアーム４４が回動する機構によってマス部３１、３２が旋回体７の前後方向に移動する構成としたが、他の機構によってマス部３１、３２が旋回体７の前後方向に移動する構成であってもよい。
【００６０】
また、運転者に操作されるスイッチを設け、コントローラ７０はスイッチからの信号を受信し、運転者の指令に基づいてマス部３１、３２の移動を制御する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
５    掘削機
６    走行体
７    旋回体
１０    掘削体
２１    カウンタウェイト
３１、３２    マス部
４０    可動ウェイト
４１    ガイドレール
４３    シャフト
４４    リンクアーム
７０    コントローラ
７６    加速度センサ（加速度検知部、掘削動作検知部）
７７    傾斜角度センサ（掘削動作検知部）
１００    重心可変装置
【図１】
2015059381.tif 000003
【図２】
2015059381.tif 000004
【図３】
2015059381.tif 000005
【図４】
2015059381.tif 000006
【図５】
2015059381.tif 000007
【図６】
2015059381.tif 000008