(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削するためのバケットと、バケットを上下する支持ロープと、バケットを開閉する開閉ロープと、上記支持ロープが巻き取られる支持ドラムと、上記開閉ロープが巻き取られる開閉ドラムと、この開閉ドラムの回転を制御するブレーキとを備えるバケット作業機械の制御装置において、開閉ドラムのブレーキを制御する手段と、開閉ドラムの回転量を検出する手段と、この手段からバケットが開いていくときの開閉ロープの繰り出し速度を計算する制御手段とを備えており、その制御手段が開閉ロープの繰り出し速度を演算して、バケットが開く速度を制御することを特徴とするバケット作業機械の制御装置。
【請求項２】
上記制御手段に、予めバケットの開いていく速度を設定しておき、バケットが開いていく途中で設定されたブレーキ制御上限速度に達したときに、ブレーキを制御して開閉ドラムの回転を制動して減速させ、次にブレーキ制御下限速度に達するとブレーキを開放する制御を繰り返すことによりバケットが開く速度を制御することを特徴とする請求項１に記載のバケット作業機械の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バケットを上下・開閉させ掘削作業を行なうバケット作業機械の制御装置の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バケットを有する掘削装置は、支持ロープでバケットを上下に移動させ、開閉ロープでバケットを開閉させる。支持ロープを開閉ロープと同時に巻き取ったり繰り出したりすることでバケットは、上昇降下する。また、支持ドラムに対して開閉ロープを巻き取ったり繰り出したりすることでバケットは、閉じたり開いたりする。
【０００３】
図１に示すクラムシェルバケット１は支持ロープ２と開閉ロープ３が同じ速さで巻き取り、繰り出している場合は、同じバケット開口度で上下する。しかし、開閉ロープ３を支持ロープ２より速く巻き取った場合は、バケットは閉じてゆき、開閉ロープ３を支持ロープ２より遅く巻き取った場合は、バケットは開いてゆく。
【０００４】
バケット作業機械による掘削作業においては、オペレータはバケットの開口状態を判断しながらそれに応じて上記支持ドラムと開閉ドラムを操作して、掘削動作や掘削に伴う旋回動作および起伏動作を行なっている。
【０００５】
また、バケットは構造上、全開になるときに大きな衝撃が発生する。バケットの構造としては、開くときには自重により開こうとする力が働くほか、全開時に急激に動きが止まるようになっているからである。この衝撃は、バケットの耐久性を著しく低下させる。従って、オペレータは衝撃を緩和するためにバケットの開口状態を判断して、バケットが完全に開かれる直前に開閉ドラムに備えられたブレーキを操作して開閉ロープの速度を制動させる必要がある。
【０００６】
上記のように、オペレータがバケット作業機械を操作して掘削作業を行なう場合には、オペレータがバケットの開口状態を正しく判断して操作することが重要である。従来、バケットの開口状態を知らしめる手段として、開口度計といったメータにて視覚的にオペレータに告知していた。また、掘削作業には、決められた深さを掘るように自動減速停止する定寸掘運転や、バケット全開後の自動巻上運転、バケット全閉後の自動巻下運転など、オペレータによる自動運転と、バケット作業機械に備えられたコントローラによる自動運転とを併用して掘削作業を行なうこともある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
オペレータは、バケットや、バケットが水中等にあって見えない場合などでは、バケットを支えているロープや周囲の状況などを見ながら開口度計を見る必要があるため、常に開口度計を見るわけにはいかない。このため、バケットの開口状態を正しく判断できない場合があった。このような場合には、例えば、バケットが一旦掴んだ掘削物をバケット操作のミスによって落としてしまう場合があったり、バケットの全開時の衝撃に対して開閉ドラムのブレーキ操作の遅れを意識して過度に早期からブレーキ操作を行ってバケットを開く動作に時間をかけてしまうこともあった。
【０００８】
【０００９】
【００１０】
また、バケットの開口状態を正しく判断できない場合に、バケット操作において片側のロープが弛んでしまってロープの寿命を縮めてしまったり、開閉ドラムのブレーキ操作が遅れてバケットが全開になるときに大きな衝撃を発生させてバケットを損傷させてしまったりする恐れがあった。これらの場合にはバケット作業機械のランニングコストの増加を招いていた。
【００１１】
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、バケット作業機械による掘削作業において高い作業効率と低いランニングコストを可能にすると共に、オペレータに不安を与えることのない安全なバケット作業機械の制御装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
その要旨は、掘削するためのバケットと、バケットを上下する支持ロープと、バケットを開閉する開閉ロープと、上記支持ロープが巻き取られる支持ドラムと、上記開閉ロープが巻き取られる開閉ドラムと、この開閉ドラムの回転を制御するブレーキとを備えるバケット作業機械の制御装置において、開閉ドラムのブレーキを制御する手段と、開閉ドラムの回転量を検出する手段と、この手段からバケットが開いていくときの開閉ロープの繰り出し速度を計算する制御手段とを備えており、その制御手段が開閉ロープの繰り出し速度を演算して、バケットが開く速度を制御することを特徴とするバケット作業機械の制御装置である。
【００１７】
また、上記制御手段に、予めバケットの開いていく速度を設定しておき、バケットが開いていく途中で設定されたブレーキ制御上限速度に達したときに、ブレーキを制御して開閉ドラムの回転を制動して減速させ、次にブレーキ制御下限速度に達するとブレーキを開放する制御を繰り返すことによりバケットが開く速度を制御することを特徴とする請求項１に記載のバケット作業機械の制御装置である。
【００１８】
【００１９】
本発明では、自動運転によりブレーキドラムにブレーキ制御を行なってバケットが開く速度を制御する。従って、バケット操作において片側のロープが弛んでしまってロープの寿命を縮めてしまったり、開閉ドラムのブレーキ操作が遅れてバケットが全開になるときに大きな衝撃を発生させてバケットを損傷させてしまったりする恐れがないから、バケット作業機械のランニングコストを低減することができる。
【００２０】
また、自動運転によりブレーキドラムにブレーキ制御を行なってバケットが開く速度を制御することにより、オペレータのブレーキ操作が不要となるから高作業効率を維持することができるとともに、バケット作業機械のランニングコストを低減することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、第一実施形態と、第二実施形態とを図１〜図３に基づいて説明する。なお、図１に示したクラムシェルバケットの概略構成は既に説明済みであるので、ここでは説明を省略する。
【００２２】
実施形態に係るバケット作業機械の制御装置の全体の構成を図２に示す。図２において、４は支持ドラム、５は開閉ドラム、６は支持側モータ、７は開閉側モータ、８は支持側方向流量制御弁、９は開閉側方向流量制御弁、１０は支持側ポンプ、１１は開閉側ポンプである。オペレータによる手動運転の場合は、支持ドラム操作レバー１２と開閉ドラム操作レバー１３の操作指令量を１４のコントローラで演算し、１５、１６の支持側電磁比例弁と１７、１８の開閉側電磁比例弁に出力し、両ドラムをそれぞれの操作指令に応じた速度で回転させる。自動運転の場合は、支持ドラム回転検出センサ１９、開閉ドラム開閉検出センサ２０の信号よりコントローラ１４で自動運転の有無を演算し、１５、１６の支持側電磁比例弁と１７、１８の開閉側電磁比例弁に出力し、両ドラムをそれぞれの操作指令に応じた速度で回転させる。
【００２３】
バケットの開口度は支持ドラム４と開閉ドラム５の回転量差とバケット固有の値（全開から全閉間での回転量差）で算出できるため、１９の支持ドラム回転検出センサと２０の開閉ドラム開閉検出センサからの信号をコントローラ１４に取り込み、予めコントローラ１４に記憶されているバケット固有の値を用いてコントローラ１４で演算する。
【００２４】
コントローラ１４には、音声変換器２１が接続されており、コントローラ１４で演算された音声案内指令あるいは開口度情報（ともに後述する）により、数値情報または事前に用意された音声に変換し、音声出力手段であるスピーカ２２を通して音声を出力する。
【００２５】
手動運転と自動運転を併用する場合のうち、バケット開き後の自動巻下の場合のコントローラ１４の作用を図３のフローチャートを用いて説明する。
【００２６】
まず、支持、開閉の操作レバー信号を読み込む（Ｓ１）。続いて、そのレバー信号より、それぞれの指令速度を演算する（Ｓ２）。この演算された指令速度が手動運転時の指令速度となる。また、支持、開閉のドラム回転検出器より開口度を演算する（Ｓ３）。自動運転が選択されていない場合、Ｓ４にて、しないが選択され、Ｓ１１へ進む。Ｓ１１では、演算された指令速度に応じて、１５、１６、１７、１８の各比例弁に出力して、レバー操作量に応じた運転となる。Ｓ４にて、するが選択されている場合、続いて、現在の開口度を比較する。Ｓ５にて、開口度が１００％に達したかどうか判断され、１００％に達していない場合、Ｓ１１に進み、演算された指令速度に応じて、１５、１６、１７、１８の各比例弁に出力して、レバー操作量に応じた運転となる。Ｓ５にて、開口度が１００％に達した場合、Ｓ６へ進み、自動運転用の指令速度を演算する。この時、Ｓ８にて、自動運転に切り替わることを告知する音声案内指令を出力する。Ｓ７、Ｓ９，Ｓ１０は、開口度が１００％に達した時、１回のみだけ音声案内するようにするためのロジックである。
そしてＳ１１へ進み、自動運転の指令速度に応じて、１５、１６、１７、１８の各比例弁に出力する。
【００２７】
第一実施形態は、以上の構成により、手動運転から自動運転に切り替わるときに音声案内を行なうものである。コントローラ１４で判断された音声案内指令によりスピーカ２２から聴覚情報として発せられる音声としては、表１のようなものとなるが、上記実施形態の全開後の自動巻下以外に、全閉後の自動巻上時も同様の音声案内となる。
【００２８】
【表１】
0003888047.tif 000002
【００２９】
上記実施形態は、手動運転から自動運転に切り替わるときの音声案内であるが、同様に、自動運転から手動運転に切り替わるときも音声案内することで、より優れた操作性を実現できる。その場合の音声案内例を表２に示す。
【００３０】
【表２】
0003888047.tif 000003
【００３１】
第二実施形態は、前述の構成により、バケット開口度を音声で告知するものである。コントローラ１４で演算された開口度と、スピーカ２２から聴覚情報としては表３に示すようなものとなる。
【００３２】
【表３】
0003888047.tif 000004
【００３３】
また、途中の開口度で、表４に示すように、逐次発声してバケット開口度変化を告知してもよい。
【００３４】
【表４】
0003888047.tif 000005
【００３５】
また、各開口度での発声は、バケットを閉じる方向に駆動させた場合と開く方向に駆動させた場合を判断して、どちらか一方だけを発声するようにしてもよい。バケット開口度の演算方法は、ドラムの回転に限定されるものではなく、直接バケットの開口角度を検出してもよい。なお、上述した第一、第二実施形態において、音声出力手段であるスピーカは、全体に聞こえる通常のものでも、イヤホンタイプでもよい。また、音声を出力するタイミングについては、表１、４のように、ちょうどの開口度で出力してもよいが、聞こえてきた音声によって、オペレータが反応するのにタイムラグがあるので、予め早めに音声を出力した方がよりよい。
【００３６】
以下に、請求項１、２に対応する第三実施形態を図４および図５に基づいて説明する。
第三実施形態に係るバケット作業機械の制御装置の全体の構成を図４に示す。図中、４は支持ドラム、５は開閉ドラム、６は支持側モータ、７は開閉側モータ、８は支持側方向流量制御弁、９は開閉側方向流量制御弁、１０は支持側ポンプ、１１は開閉側ポンプである。支持ドラム操作レバー１２と開閉ドラム操作レバー１３の操作指令量をコントローラ１４で演算し、支持側電磁比例弁１５、１６と開閉側電磁比例弁１７、１８に出力し、支持ドラム４と開閉ドラム５をそれぞれの操作指令に応じた速度で回転させる。また、ブレーキ指令は、コントローラ１４で演算し、支持ドラム４のブレーキを制御する支持側ブレーキ切換弁３２、開閉ドラム５のブレーキを制御する開閉側ブレーキ切換弁３３に出力してブレーキを制御する。
【００３７】
開閉ドラム５からの開閉ロープ３の繰り出し速度は、開閉ドラム５が一定時間に回る回転量と開閉ドラム５の直径および開閉ロープ３の直径から算出できるため、開閉ドラム回転検出器３５からの信号をコントローラ１４に制御周期ごとに取り込み、予めコントローラ１４に記憶されている開閉ドラム５の直径と開閉ロープ３の直径の値を用いてコントローラ１４で演算する。なお、図中における２６は支持側モータ６のカウンターバランス弁であり、また２７は開閉側モータ７のカウンターバランス弁である。
【００３８】
このコントローラ１４のブレーキの制御の作用を図５のフローチャートを用いて説明する。まず、開閉ドラム回転検出器３５からの回転信号が読み込まれ（Ｓ１）、この回転信号と予め記憶されている値から開閉ロープ３の繰り出し速度を演算する（Ｓ２）。続いて現在の繰り出し速度がブレーキを制御する制御上限速度（ブレーキ制御上限速度）以上であるかどうか判断され（Ｓ３）、速度が制御上限速度以上の場合には、開閉ドラム５へのブレーキ指令は、ブレーキを制御して減速する必要があるので、開閉側ブレーキ切換弁３３に出力される（Ｓ４）。逆に制御上限速度以下の場合には、さらに速度が制御下限速度（ブレーキ制御下限速度）以下であるかどうか判断される（Ｓ５）。ここで、繰り出し速度が制御下限速度以下の場合には、開閉ドラム５へのブレーキ指令は、ブレーキを制御する必要がないので、開閉側ブレーキ切換弁３３への出力を停止させ（Ｓ６）、制御下限速度以上の場合には、前制御周期でのブレーキ指令の状態を維持する。
【００３９】
本発明では、ブレーキを制御する速度に範囲（ブレーキ制御上限速度とブレーキ制御下限速度の範囲）を持たせており、その範囲を小さくしていくことによって、ある一定の速度でバケットを開いていくことも可能である。
【００４０】
【発明の効果】
【００４１】
以上述べたところから明らかなように、本発明のバケット作業機械の制御装置によれば、自動運転によりブレーキドラムにブレーキ制御を行なってバケットが開く速度を制御する。従って、バケット操作において片側のロープが弛んでしまってロープの寿命を縮めてしまったり、開閉ドラムのブレーキ操作が遅れてバケットが全開になるときに大きな衝撃を発生させてバケットを損傷させてしまったりする恐れがないから、バケット作業機械のランニングコストを低減することができる。
【００４２】
さらに、本発明のバケット作業機械の制御装置によれば、上記のとおり、自動運転によりブレーキドラムにブレーキ制御を行なってバケットが開く速度を制御する。従って、オペレータのブレーキ操作が不要となるから、高作業効率を維持することができるとともに、バケット作業機械のランニングコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  クラムシェルバケットの概略構成を示す図である。
【図２】  第一、第二実施形態の全体の構成を示す図である。
【図３】  第一実施形態におけるバケット開き後の自動巻下の場合のコントローラの作用を説明するフローチャートを示す図である。
【図４】  第三実施形態の全体の構成を示す図である。
【図５】  第三実施形態におけるコントローラのブレーキの制御の作業を説明するフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
１…バケット、２…支持ロープ、３…開閉ロープ、４…支持ドラム、５…開閉ドラム、６…支持側モータ、７…開閉側モータ、８…支持側方向流量制御弁、９…開閉側方向流量制御弁、１０…支持側ポンプ、１１…開閉側ポンプ、１２…支持ドラム操作レバー、１３…開閉ドラム操作レバー、１４…コントローラ、１５、１６…支持側電磁比例弁、１７、１８…開閉側電磁比例弁、１９…支持ドラム回転検出センサ、２０…開閉ドラム回転検出センサ、２１…音声変換器、２２…スピーカ、２６、２７…カウンターバランス弁、２８、２９…リリーフ弁、３２…支持側ブレーキ切換弁、３３…開閉側ブレーキ切換弁、３４…支持ドラム回転検出器、３５…開閉ドラム回転検出器
【図１】
0003888047.tif 000006
【図２】
0003888047.tif 000007
【図３】
0003888047.tif 000008
【図４】
0003888047.tif 000009
【図５】
0003888047.tif 000010