(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ショベル本体に、ブームとアームとバケットとによって起伏及び屈伸自在に構成された掘削アタッチメントが装着され、この掘削アタッチメントにクレーン作業用の吊下げ装置が備えられているクレーン機能付き油圧ショベルにおいて、
旋回フレームとブームとを連結するためのブームフットピンと、
上記吊下げ装置をバケットに吊持させるための連結ピンと、
クレーン作業における過負荷を検出する過負荷検出手段と、
この過負荷検出手段により過負荷が検出された時点において、上記連結ピンの高さを検出するとともに、この連結ピンの高さと上記ブームフットピンの高さとを比較する姿勢判断手段と、
上記ブームフットピンよりも連結ピンが高いと判断された場合に少なくともブーム下げ動作を停止させる一方、上記ブームフットピンよりも連結ピンが低いと判断された場合に少なくともブームの上げ動作を停止させる掘削アタッチメント制御手段とを備えていることを特徴とするクレーン機能付き油圧ショベル。
【請求項２】
上記掘削アタッチメント制御手段によって上記掘削アタッチメントの動作が停止させられたことを報知する報知手段が備えられている請求項１に記載のクレーン機能付き油圧ショベル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベルの掘削アタッチメントにフック等の吊下げ装置を装備した、いわゆるクレーン機能付き油圧ショベルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
移動式クレーンを搬入することが困難な狭い作業エリアで土管や敷板等の吊下げ作業を行う場合、クレーン機能を備えた油圧ショベルが有利である。この種のクレーン機能付き油圧ショベルには、掘削アタッチメントにフックが備えられており、最大吊り上げ荷重を１トン未満とする特定条件下で従来からクレーン作業が行われていた。ところが、平成12年2月に労働省が油圧ショベルによるクレーン作業を認可したことを受けてクレーン機能付き油圧ショベルが急増している。
【０００３】
クレーン機能付き油圧ショベルの掘削アタッチメントは、図１０に示すように、ブーム５１とアーム５２によって起伏及び屈伸自在に構成され、そのアーム５２の先端部で揺動するバケット５３背面にフック５４が備えられている。このフック５４は通常、バケット作業時には格納位置に退避され抜け止めピンで固定されている。
【０００４】
このようにクレーン機能を備えた油圧ショベルは、移動式クレーンと同様に過負荷防止装置が必要となる。（社）日本クレーン協会による過負荷防止装置（吊り下げ荷重が３トン未満のものに装備する）の規定では、作業半径及び吊り荷の質量を自動的に検出し、作業半径における定格荷重及び吊り荷の質量を表示する機能を有すること、吊り荷の質量が定格荷重を超える前に運転者に対して警報を発すること等が条件として記されている。
【０００５】
図１１は、その過負荷防止装置の機能をブロック図で示したものである。同図に示すように、アーム角度、ブーム角度及びブームシリンダの圧力をそれぞれ検出し、クレーン作業中における吊り荷の質量、定格荷重、作業半径をコントローラ５５で演算し、過負荷と判断される場合には警報ブザー等で運転者に報知するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の過負荷防止装置は、過負荷を検知した場合に警報を報知するに留まり、転倒に至る危険動作を抑止する機能はないため、安全性に問題があった。一方、油圧ショベルのクレーン作業では地上から地下にわたってブームを回転させることにより荷を吊り上げ、または吊下げることがあるため、通常のクレーンとは作業半径の増加の態様が異なる。
【０００７】
例えば図１０に示した作業範囲において、地上クレーン作業ではブーム下げ動作が作業半径を増加させる危険動作となるのに対し、地下クレーン作業ではこれとは逆に、ブーム上げ操作が危険動作となる。
【０００８】
従って、過負荷監視の点でこのような油圧ショベル特有のクレーン作業特性を考慮する必要がある。
【０００９】
本発明は以上のような従来のクレーン機能付き油圧ショベルにおける課題を考慮してなされたものであり、クレーン作業時の危険動作を自動的に停止させて安全性を向上させることのできるクレーン機能付き油圧ショベルを提供するものである。また、本発明は、油圧ショベル特有のクレーン作業特性に着目し、地上に限らず地下クレーン作業を行う場合であっても過負荷が生じた場合には負荷率が増加する方向の掘削アタッチメントの動作を自動的に停止させることができるクレーン機能付き油圧ショベルを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の本発明は、ショベル本体に、ブームとアームとバケットとによって起伏及び屈伸自在に構成された掘削アタッチメントが装着され、この掘削アタッチメントにクレーン作業用の吊下げ装置が備えられているクレーン機能付き油圧ショベルにおいて、旋回フレームとブームとを連結するためのブームフットピンと、上記吊下げ装置をバケットに吊持させるための連結ピンと、クレーン作業における過負荷を検出する過負荷検出手段と、この過負荷検出手段により過負荷が検出された時点において、上記連結ピンの高さを検出するとともに、この連結ピンの高さと上記ブームフットピンの高さとを比較する姿勢判断手段と、上記ブームフットピンよりも連結ピンが高いと判断された場合に少なくともブーム下げ動作を停止させる一方、上記ブームフットピンよりも連結ピンが低いと判断された場合に少なくともブームの上げ動作を停止させる掘削アタッチメント制御手段とを備えていることを特徴とするクレーン機能付き油圧ショベルである。
【００１１】
請求項２の本発明において、上記掘削アタッチメント制御手段によって上記掘削アタッチメントの動作が停止させられたことを報知する報知手段を備えることができる。
【００１２】
請求項１の本発明に従えば、姿勢判断手段によって求められたクレーン作業中のブームフットピンに対する連結ピンの高さ位置に基づいて、過負荷の状態からの危険動作が自動的に停止される。
【００１３】
つまり、本発明に従えば、姿勢判断手段は、ブームフットピンの高さとその連結ピンの高さとを比較することにより、掘削アタッチメントが最大作業半径時の姿勢よりも上側にあるかまたは下側にあるかを判断することができる。
【００１４】
また、ブームフットピンと連結ピンの高さを比較するようにすれば、アームを延ばした状態で掘削アタッチメントを上下に回転させる場合であっても、またアームを縮めた状態で回転させる場合であっても、地上クレーン作業であるか地下クレーン作業であるかを簡単に識別することができる。
【００１５】
そして、本発明では、連結ピンがブームフットピンよりも上側にある（地上クレーン作業側）と判断されると例えばブーム下げ動作を、ブームフットピンよりも下側にあると判断されると例えばブーム上げ動作を停止させ、それにより、負荷率が増加する危険方向の動作が防止される。
【００１６】
請求項２の本発明に従えば、負荷率が増加する危険方向の動作を回避するために掘削アタッチメントを自動停止させたことがオペレータに報知されるため、オペレータは過負荷を解消するのに必要な操作を直ちに実行することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係るクレーン機能付き油圧ショベルの外観を示したものであり、図２は図１のＡ部拡大図、図３は同じくＢ部拡大図である。
【００１９】
まず図１において、クレーン機能付き油圧ショベル１は、クローラ２ａを装着した下部走行体２上に上部旋回体３が旋回自在に搭載されており、ショベル本体４を構成している。
【００２０】
この上部旋回体３上の運転席５右側には掘削アタッチメント６が配置されており、この掘削アタッチメント６は、ブーム７とそのブーム７の先端部に連結されて回動するアーム８と、そのアーム８の先端部に連結されて回動するバケット９とから構成されている。
【００２１】
上記ブーム７はブームシリンダ１０の伸縮によって起伏動作し、アーム８はアームシリンダ１１の伸縮によってショベル前後方向に回動し、バケット９はバケットシリンダ１２の伸縮によって同じくショベル前後方向に回動するようになっている。１３はバケット９の背面側に備えられ、格納された状態のフック（吊下げ装置）を示している。
【００２２】
ブーム７の基端部７ａは、図２に示すように上部旋回体３を支持する旋回フレームのブーム取付部１４に対してブームフットピン１５を介して連結されている。また、その基端部７ａにはブーム角度検出器１６が設けられ、起伏動作するブーム７の角度を検出して後述するコントローラに信号を与えるようになっている。
【００２３】
一方、ブーム先端部７ｂには、図３に示すように、アーム角度検出器１７が設けられており、回動動作するアーム８の角度を検出してコントローラに信号を与えるようになっている。
【００２４】
図４は上記クレーン機能付き油圧ショベル１に組み込まれる油圧回路を示したものである。
【００２５】
同図において、第一油圧ポンプ２０からの圧油は、油路２１を介してブーム用制御弁２２のセンターバイパスに供給される。一方、第２油圧ポンプ２３からの圧油は、油路２４を介してアーム用制御弁２５のセンターバイパスに供給されるとともに、アーム操作及び旋回操作を行うためのパイロット弁２６とブーム操作及びバケット操作を行うためのパイロット弁２７にそれぞれ供給される。
【００２６】
なお、油路２１及び油路２４にはブーム起伏及びアーム引き／押し用以外にバケット掘削用、上部旋回体の旋回用等の各種制御弁が接続されているが、本実施形態では説明を簡単にするため、ブーム用制御弁２２とアーム用制御弁２５のみ図示している。
【００２７】
パイロット弁２７の出力ポートａから導出されるブーム上げパイロット圧は、ブーム用制御弁２２の左パイロットポート２２ａに作用するようになっており、そのパイロットライン２８にブーム上げ停止弁２９が介設されている。
【００２８】
パイロット弁２７の出力ポートｂから導出されるブーム下げパイロット圧は、ブーム用制御弁２２の右パイロットポート２２ｂに作用するようになっており、そのパイロットライン３０にはブーム下げ停止弁３１が介設されている。
【００２９】
左パイロットポート２２ａにパイロット圧が作用してブーム用制御弁２２が中立位置からｃ位置に切り換わると、油路３２を通じて一対のブーム起伏シリンダ３３，３３のヘッド側油室に圧油が供給されブーム３３が起される。これとは逆に、右パイロットポート２２ｂにパイロット圧が作用すると、ｄ位置に切り換わり、油路３４を通じてブーム起伏シリンダ３３，３３のロッド側油室に圧油が供給されブーム３３が伏せされる。
【００３０】
上記ブーム起伏シリンダ３３のヘッド側圧力及びロッド側圧力はそれぞれ圧力センサＰ１及びＰ２によって検出され、コントローラに与えられるようになっている。なお、図中ｓ．ｃは配管異常時に働く安全回路である。
【００３１】
また、パイロット弁２６の出力ポートｅから導出されるアーム引きパイロット圧は、パイロットライン３５を通じてアーム用制御弁２５の右パイロットポート２５ａに作用するようになっている。
【００３２】
パイロット弁２６の出力ポートｆから導出されるアーム押しパイロット圧は、パイロットライン３６を通じてアーム用制御弁２５の左パイロットポート２５ｂに作用するようになっており、そのパイロットライン３６にはアーム押し停止弁３７が介設されている。
【００３３】
アーム用制御弁２５の右パイロットポート２５ａにパイロット圧が作用してアーム用制御弁２５が中立位置からｇ位置に切り換わると、油路３８を通じてアームシリンダ３９のヘッド側油室に圧油が供給されアーム引きが行われる。これとは逆に、右パイロットポート２５ｂにパイロット圧が作用すると、ｈ位置に切り換わり、油路４０を通じてアームシリンダ３９のロッド側油室に圧油が供給されアーム押しが行われる。
【００３４】
上記ブーム上げ停止弁２９、ブーム下げ停止弁３１及びアーム押し停止弁３７は、パイロット圧を各制御弁に与える連通位置と、パイロット圧をタンクに逃がすリリーフ位置とを有し、コントローラ４１から停止信号が出力されたときに連通位置からリリーフ位置に切り換わるようになっている。
【００３５】
このコントローラ４１には、上述したようにブーム角度検出器１６及びアーム角度検出器１７からの角度信号が与えられるとともに、圧力センサＰ１及びＰ２からヘッド側圧力及びロッド側圧力が与えられており、掘削アタッチメントの姿勢に応じて上記停止信号の出力を制御している。
【００３６】
図５はそのコントローラ４１の機能をブロック図で示したものである。同図において、圧力センサＰ１及びＰ２によって検出されたブーム起伏シリンダ３３のヘッド側圧力ＰＨ及びロッド側圧力ＰＲは、荷重演算部４１ａに入力され、この荷重演算部４１ａは、ヘッド側圧力ＰＨからロッド側圧力ＰＲを減算し、さらに掘削アタッチメントの自重を減算することによってクレーン作業時の荷重Ｆを求め、過負荷判断部４１ｂに与える。なお、上記荷重演算部４１ａ及び過負荷判断部４１ｂは過負荷検出手段として機能する。
【００３７】
過負荷判断部４１ｂは、この荷重Ｆを、作業半径に対応して予め設定されている定格荷重ＦＤと比較し、そのときの負荷率が予め設定された負荷率を超えているかどうかによって過負荷であるかどうかを判断するようになっている。
【００３８】
この過負荷判断部４１ｂには掘削アタッチメント姿勢判断部４１ｃによって検出された掘削アタッチメント姿勢情報も与えられている。具体的には、ブーム角度検出器１６によって検出されたブーム角度とアーム角度検出器１７によって検出されたアーム角度を受けて掘削アタッチメント姿勢判断部４１ｃは、最大作業半径時の姿勢よりも掘削アタッチメントが上にあるか下にあるかを判断する。なお、上記掘削アタッチメント姿勢判断部４１ｃは姿勢判断手段として機能する。
【００３９】
過負荷判断部４１ｂによって得られる過負荷であるかどうかの判断結果及び掘削アタッチメント姿勢が最大作業半径時よりも上であるか下であるかの判断結果に基づき、停止信号出力部４１ｄは、ブーム上げ停止弁２９，ブーム下げ停止弁３１及びアーム押し停止弁３７をそれぞれ制御する。なお、上記停止信号出力部４１ｄは掘削アタッチメント制御手段として機能する。
【００４０】
また、４２は報知手段としての報知装置であり、停止信号出力部４１ｄからの指令によってブーム下げまたはブーム上げ動作を停止させたことを可視表示または音声表示するようになっている。それにより、オペレータは危険方向の操作を回避するために掘削アタッチメントが自動停止したことを把握することができる。従って、危険方向の動作を回避するために必要な操作を直ちに実行することができる。
【００４１】
図６は上記コントローラ４１の制御動作をフローチャートで示したものである。
【００４２】
荷重演算部４１ａによって負荷圧（荷重）が演算されると（ステップＳ１）、過負荷判断部４１ｂは、現在のクレーン作業が過負荷であるかどうかを判断する（ステップＳ２）。
【００４３】
過負荷でなければ全ての停止信号を解除し（ステップＳ３）、ステップＳ１に戻る。ステップＳ２において過負荷であると判断されると、まず停止信号出力部４１ｄはアーム押し停止弁３７に対して停止信号を出力し（ステップＳ４）、アーム押し動作を停止させる。
【００４４】
次いで、フック取付ピン１３ａの高さとブームフットピン１５の高さを比較する（ステップＳ５）。すなわち、図７に示すように、掘削アタッチメントにおけるブームとアームが最大作業半径となる姿勢ではフック取付ピン１３ａの高さとブームフットピン１５の高さが同一になる。ただし、同図ではアーム８を押側にストロークエンドさせた状態を示している。
【００４５】
そこで掘削アタッチメント姿勢判断部４１ｃは、ブーム角度検出器１６によって検出されたブーム角度及びブーム長さ、アーム角度検出器１７によって検出されたアーム角度及びアーム長さに基づいてフック取付ピン１３ａの高さを演算することによって作業中のフック取付ピン１３ａの高さを演算し、演算されたフック取付ピン１３ａの高さと、ブームフットピン１５の高さとを比較することにより、掘削アタッチメント６が最大作業半径よりも上側にあるか下側にあるかを判断している。
【００４６】
ステップＳ５においてYES、すなわち、フック取付ピン１３ａがブームフットピン１５よりも上側にあるときは、ブーム下げが危険方向の操作となるため、停止信号出力部４１ｄはブーム下げ停止弁３１に対して停止信号を出力して（ステップＳ６）ブーム下げ動作を停止させるとともに、ブーム上げ停止信号を解除する（ステップＳ７）。
【００４７】
この状態で例えばブーム上げまたはアーム引き操作が行われて過負荷が解消されれば（ステップＳ２）、全ての停止信号を解除し（ステップＳ３）、ステップＳ１に戻る。
【００４８】
また、ステップＳ５においてNO、すなわち、フック取付ピン１３ａがブームフットピン１５よりも下側にあるときは、ブーム上げが危険方向となるため、停止信号出力部４１ｄはブーム上げ停止弁２９に対して停止信号を出力して（ステップＳ８）、ブーム上げ動作を停止させるとともに、ブーム下げ停止信号を解除して（ステップＳ９）ステップＳ１に戻る。
【００４９】
この状態で上記と同様に、過負荷が解消されれば（ステップＳ２）、全ての停止信号を解除して（ステップＳ３）ステップＳ１に戻る。
【００５０】
図８は、図７の掘削アタッチメント姿勢に対しアーム角度を変化させてクレーン作業を行った場合を示したものである。このようにアーム角度が変化してもフック取付ピン１３ａとブームフットピン１５の高さを比較すれば、掘削アタッチメントが最大作業半径よりも上側にあるか下側にあるかを簡単に判断することができ、作業半径が増加する方向の掘削アタッチメントの動作を停止させることができる。
【００５１】
なお、上記制御において、過負荷と判断されて停止信号が出力され、掘削アタッチメントが急停止することによって吊り荷が縦方向に揺れると、荷重が変動することによって負荷率が例えば100％を下回り、ステップＳ２において過負荷でないと判断される場合が起こり得る。そして過負荷でないと判断されて停止信号が解除されると、掘削アタッチメントを作動させることができるようになり、結果としてハンチングを起こす虞れがある。そこで、負荷率に不感帯（例えば２％）を設け、一旦、過負荷と判断した場合には、負荷率が98％に低下しても過負荷の判断を維持するようにして制御を安定化させることが好ましい。
【００５２】
また、図９はブーム７が上向きに操作されておりブームフットピン高さに近づいているときに過負荷が検出された場合を示したものである。位置Ｓ１で過負荷と判断され停止信号が出力されたとき、フック取付ピン１３ａは位置Ｓ２までオーバーランして停止する。このような場合、ブーム上げ操作中に掘削アタッチメントが停止したため、オペレータはブーム上げが危険方向の操作であると認識している。ところが、停止後のフック取付ピン１３ａの位置（Ｓ２）に基づいて制御を行うと、ブーム下げが危険方向の操作となるためにブーム下げを行うことができなくなり操作が混乱してしまう。そこで、ブームフットピン高さ近傍で過負荷が検出された場合の制御については、オペレータの操作性を優先して過負荷を検出した時のフック取付ピン１３ａの位置に基づいてブーム上げ停止信号またはブーム下げ停止信号を出力するように構成することが好ましい。なお、Ｓ１からＳ２までオーバーランする距離は短いため、フック取付ピン１３ａがブームフットピン高さよりも上方にあるときにブームを下げる方向に（理論的には危険方向の操作となるが）操作しても負荷率はほとんど増加せず危険を伴うことはない。
【００５３】
また、ブームフットピン高さに近づいているときに過負荷が検出された場合の別の制御例として、過負荷と判断した時にフック取付ピン１３ａの位置がブームフットピン高さよりも上側にあるかまたは下側にあるかを判断し、フック取付ピン１３ａの位置がブームフットピンの高さよりも下側であれば負荷率が例えば100％以下になるまでブーム上げ停止信号を出力し、フック取付ピン１３ａの位置がブームフットピンの高さよりも上側であれば負荷率が100％以下になるまでブーム下げ停止信号を出力するように構成することもできる。
【００５４】
なお、上記実施形態では、負荷率が増加する方向の掘削アタッチメントの動作としてアームとブームを制御したが、上部旋回体の旋回を停止させるようにしてもよい。すなわち、傾斜地でのクレーン作業では過負荷の状態で掘削アタッチメントを谷側に旋回させることが危険操作となるため、掘削アタッチメント制御手段が旋回動作の停止を制御するようにしてもよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、請求項１の本発明によれば、姿勢判断手段によって求められたクレーン作業中のブームフットピンに対する連結ピンの高さ位置に基づいて、過負荷の状態からの危険動作が自動的に停止されるため、クレーン作業における安全性を高めることができる。
【００５６】
つまり、本発明によれば、姿勢判断手段は、ブームフットピンの高さとその連結ピンの高さとを比較することにより、掘削アタッチメントが最大作業半径時の姿勢よりも上側にあるかまたは下側にあるかを判断することができる。
【００５７】
また、ブームフットピンと連結ピンの高さを比較するようにすれば、アームを延ばした状態で掘削アタッチメントを上下に回転させる場合であっても、またアームを縮めた状態で回転させる場合であっても、地上クレーン作業であるか地下クレーン作業であるかを簡単に識別することができる。
【００５８】
そして、本発明では、連結ピンがブームフットピンよりも上側にある（地上クレーン作業側）と判断されると例えばブーム下げ動作を、ブームフットピンよりも下側にあると判断されると例えばブーム上げ動作を停止させ、それにより、負荷率が増加する危険方向の動作が防止される。
【００５９】
請求項２の本発明によれば、負荷率が増加する危険方向の動作を回避するために掘削アタッチメントを自動停止させたことがオペレータに報知されるため、オペレータは過負荷を解消するのに必要な操作を直ちに実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る過負荷防止装置が適用されるクレーン機能付き油圧ショベルの外観図である。
【図２】  図１のＡ部拡大図である。
【図３】  図１のＢ部拡大図である。
【図４】  本発明に係る過負荷防止装置の油圧回路図である。
【図５】  図４に示すコントローラの構成を示すブロック図である。
【図６】  コントローラの制御動作を示すフローチャートである。
【図７】  クレーン機能付き油圧ショベルにおけるクレーン作業動作範囲を示す説明図である。
【図８】  アームを縮めた場合の図７相当図である。
【図９】  ブームフットピン高さ近傍で過負荷が検出された場合の制御を説明する説明図である。
【図１０】  従来のクレーン機能付き油圧ショベルによるクレーン作業を説明する説明図である。
【図１１】  従来の過負荷防止装置の機能を示す説明図である。
【符号の説明】
１  クレーン機能付き油圧ショベル
２  下部走行体
３  上部旋回体
４  ショベル本体
５  運転席
６  掘削アタッチメント
７  ブーム
８  アーム
９  バケット
１３  フック
１３ａ  フック取付ピン
１５  ブームフットピン
１６  ブーム角度検出器
１７  アーム角度検出器
２９  ブーム上げ停止弁
３１  ブーム下げ停止弁
Ｐ１，Ｐ２圧力センサ
３７  アーム押し停止弁
４１  コントローラ
４１ａ  荷重演算部
４１ｂ  過負荷判断部
４１ｃ  掘削アタッチメント姿勢判断部
４１ｄ  停止信号出力部
４２  報知装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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