(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転室の周囲に設定された干渉防止領域を記憶し、前記運転室の側方に回動可能に設けられた作業機が前記干渉防止領域に侵入したか否かを判断する演算装置と、この演算装置からの制御信号に応じて、前記作業機の操作レバーと連動するパイロット圧を減少させる電磁比例減圧弁とを備え、前記作業機が前記干渉防止領域に侵入したとき、前記電磁比例減圧弁の作動により前記作業機の干渉方向への動作を自動停止させるようにした作業機の干渉防止装置において、
前記干渉防止領域の内側に干渉危険領域を設定すると共に、パイロットポンプの吐出側のリリーフ弁に、前記演算装置からの制御信号に応じて該リリーフ弁の設定圧力をタンク圧と同等の圧力まで低減する圧力変更手段を設け、前記作業機が前記干渉防止領域で自動停止せずに前記干渉防止領域を越えて前記干渉危険領域に侵入したとき、前記リリーフ弁の設定圧力をタンク圧と同等の圧力まで低減することにより、前記パイロットポンプの吐出側を、前記リリーフ弁を介してタンクに連通させ、前記作業機を駆動するアクチュエータへの作動油の流れを制御する方向切換弁を中立状態に保ち、前記作業機の干渉方向への動作を緊急停止させることを特徴とする作業機の干渉防止装置。
【請求項２】
前記圧力変更手段が、前記演算装置からの制御信号に応じて前記リリーフ弁の設定圧力を漸次減少させるソレノイドからなることを特徴とする請求項１記載の作業機の干渉防止装置。
【請求項３】
前記圧力変更手段が、前記演算装置からの制御信号に応じて前記リリーフ弁の設定圧力を通常状態からタンク圧と同等な減圧状態に切換える電磁切換弁からなることを特徴とする請求項１記載の作業機の干渉防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、作業機が運転室に近づいたときに、作業機の動作を自動停止させて両者の衝突を回避する作業機の干渉防止装置に係り、特に、干渉防止用の電磁減圧比例弁等が故障した場合にあっても運転室の安全性を確保するのに好適な作業機の干渉防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６はこの種の作業機の干渉防止装置が適用される油圧ショベルの側面図、図７はその平面図である。これらの図において、１は走行体、２は運転室２ａを有し走行体１の上部に配置された旋回体であり、これら走行体１と旋回体２とで油圧ショベルの本体を構成している。３は運転室２ａの右側方に回動可能に連結された第１ブーム、４は第１ブーム３の先端に回動可能に連結された第２ブーム、５は第２ブームの先端に回動可能に連結されたアーム、６はアーム５の先端に回動可能に連結されたバケットであり、これら両ブーム３，４とアーム５およびバケット６で作業機７を構成している。８は第１ブーム３を駆動するブームシリンダ、９はアーム５を駆動するアームシリンダ、１０はアームシリンダ９を収納するステー、１１はバケット６を駆動するバケットシリンダであり、図７に示すように、第２ブーム４は図示せぬオフセットシリンダによってアーム５とバケット６を第１ブーム３に対して横方向に寸法Ｌ1または寸法Ｌ2だけ平行移動する。これら各シリンダ８，９，１１等は運転室２ａ内に配置した操作レバーや操作ペダルによって動作され、オペレータがこれら操作レバーや操作ペダルを適宜操作すると、その操作量に応じた指示信号に基づいて、各シリンダ８，９，１１等に供給される圧油の供給量が制御される。
【０００３】
図５は従来の作業機の干渉防止装置のブロック図であり、この種の従来技術に関連するものとして例えば特開平４−２７２３３３号公報に開示されたものが挙げられる。
図５に示す油圧駆動回路は、図示せぬエンジンによって駆動される油圧ポンプ１２とパイロットポンプ１３、油圧ポンプ１２から前記ブームシリンダ８に供給される作動油の流れを制御するブーム用方向切換弁１４、前記ブームシリンダ８を操作するブーム用パイロット弁１５等を備えており、アームシリンダ９、バケットシリンダ１１や走行モータ等の他のアクチュエータについては図示省略してある。前記パイロット弁１５は前記パイロットポンプ１３からのインレットポートＰと、タンクポートＴと、インレットポートＰに連通可能な第１のポートＰ1と第２のポートＰ2とを有しており、パイロットポンプ１３から吐出される圧油は、前述した操作レバー１６からの指示信号に応じてこれら第１のポートＰ1または第２のポートＰ2を介してブーム用方向切換弁１４に供給される。
【０００４】
このブーム用方向切換弁１４は左右両側にパイロット室を有しており、該方向切換弁１４の左側のパイロット室と前記ブーム用パイロット弁１５の第２のポートＰ2とはブーム上げパイロット管路１７によって接続され、該方向切換弁１４の右側のパイロット室とブーム用パイロット弁１５の第１のポートＰ1とはブーム下げパイロット管路１８によって接続されている。
【０００５】
また、前記パイロットポンプ１３からブーム用パイロット弁１５等へパイロット圧を導くパイロット圧供給管路１９には、演算装置２０からの制御信号に応じてパイロット圧供給管路１９を閉じる電磁比例減圧弁２１が介設されている。この電磁比例減圧弁２１は、通常時、戻しばね２２の付勢力によりスプール２３が図５の左側に押されて通常位置２４に保たれ、演算装置２０からの制御信号を信号線２５，２６を介して入力したとき、ソレノイド２７，２８が作動してスプール２３が図５の右側へ次第に押されて切換途中位置２９、切換位置３０に切換えられる。前記パイロットポンプ１３の吐出側には、前記パイロット圧供給管路１９内の圧力を設定するリリーフ弁３１が設けられている。このリリーフ弁３１では、ばね３２のばね力を調整することにより、ブーム用方向切換弁１４のスプール等を十分に駆動可能な程度の圧力を得るようになっている。
【０００６】
前記演算装置２０は、前記運転室２ａの前方から上方にかけて設定された干渉防止領域と該干渉防止領域の内側に設定された干渉危険領域とを記憶し、図示しない各角度センサによって検出される作業機７の各部材の相対的角度信号を入力し、各角度信号から作業機７の姿勢を求め、バケット６が前記干渉防止領域に侵入したと判断した場合は、前記操作レバー１６や操作ペダルからの指示信号にかかわらず、バケット６が運転室２ａにそれ以上近づかないように作業機７各部の動作を自動停止する。
【０００７】
例えば、アーム５のクラウド動作と第１ブーム３の上げ動作が単独あるいは複合操作されると、バケット６は運転室２ａに近づく方向に移動するが、油圧回路のブーム上げパイロット管路１７およびアーム引きパイロット管路（図示しない）には電磁比例減圧弁（図示しない）がそれぞれ設けられており、バケット６が干渉防止領域に侵入した場合に、演算装置２０は各電磁比例減圧弁を動作する制御信号を出力し、それによって前述した各パイロット管路１７などの圧油が遮断されるため、アームクラウド動作および第１ブーム３の上げ動作はそれぞれ禁止される。また、前記電磁比例減圧弁のスティック等の不良によって、バケット６が前記干渉防止領域で自動停止せずに干渉危険領域まで侵入した場合は、パイロットポンプ１３の吐出側のパイロット圧供給管路１９に設けられた電磁比例減圧弁２１が演算装置２０からの制御信号によって動作されるため、作業機７はパイロットポンプ１３からブーム用パイロット弁１５等へのパイロット圧が減圧される。しがって、操作レバー１６の操作にかかわらず、ブーム用方向切換弁１４等が中立状態に保たれるため作業機７の動作が禁止される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の作業機の干渉防止装置では、パイロットポンプ１３の吐出側のパイロット圧供給管路１９に電磁比例減圧弁２１を設ける必要があるため、油圧回路の構成が複雑になるという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、比較的簡単な構成で作業機と運転室との干渉を確実に防止することのできる作業機の干渉防止装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、運転室の周囲に設定された干渉防止領域を記憶し、前記運転室の側方に回動可能に設けられた作業機が前記干渉防止領域に侵入したか否かを判断する演算装置と、この演算装置からの制御信号に応じて、前記作業機の操作レバーと連動するパイロット圧を減少させる電磁比例減圧弁とを備え、前記作業機が前記干渉防止領域に侵入したとき、前記電磁比例減圧弁の作動により前記作業機の干渉方向への動作を自動停止させるようにした作業機の干渉防止装置において、前記干渉防止領域の内側に干渉危険領域を設定すると共に、パイロットポンプの吐出側のリリーフ弁に、前記演算装置からの制御信号に応じて該リリーフ弁の設定圧力をタンク圧と同等の圧力まで低減する圧力変更手段を設け、前記作業機が前記干渉防止領域で自動停止せずに前記干渉防止領域を越えて前記干渉危険領域に侵入したとき、前記リリーフ弁の設定圧力をタンク圧と同等の圧力まで低減することにより、前記パイロットポンプの吐出側を、前記リリーフ弁を介してタンクに連通させ、前記作業機を駆動するアクチュエータへの作動油の流れを制御する方向切換弁を中立状態に保ち、前記作業機の干渉方向への動作を緊急停止させることを特徴とする。
【００１１】
【作用】
作業機が運転室に近づく方向に移動し、各パイロット管路に設けられる干渉防止用の電磁比例減圧弁等が正常に機能している場合は、演算装置からの制御信号に応じて前記電磁比例減圧弁が作動するため、運転室の周囲に設定された干渉防止領域内で自動停止する。一方、前記干渉防止用の電磁比例減圧弁等に何らかの不良があり、前記作業機が前記干渉防止領域を越えて干渉危険領域に侵入したときに、前記演算装置からの制御信号に応じて前記パイロットポンプの吐出側のリリーフ弁に備えられた圧力変更手段が作動して、該リリーフ弁の設定圧力をタンク圧と同等の圧力まで低減することにより、アクチュエータへの作動油の流れを制御する方向切換弁を中立状態に保ち、アクチュエータの駆動を停止して前記作業機を緊急停止させる。これによって、緊急停止用として前記パイロットポンプの吐出側に電磁比例減圧弁を設けることを要さずに、比較的簡単な構成で作業機と運転室との干渉を確実に防止することができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の第１実施例に係る作業機の干渉防止装置を備えた油圧ショベルの油圧回路図、図２は該干渉防止装置に設けられる演算装置のブロック図、図３は演算装置に記憶される干渉防止領域および干渉危険領域を示す説明図であり、図１〜図３において前述した図５〜図７に対応する部分には同一符号を付してある。
【００１３】
図３に示すように、本実施例に係る油圧ショベルにおいては、運転室２ａの前方から上方にかけて干渉防止領域Ｚ１がほぼ一定の幅に設定され、該干渉防止領域Ｚ１の内側に干渉危険領域Ｚ２がそれぞれ設定されており、これら各領域Ｚ１，Ｚ２はコントローラの演算装置２０に記憶されている。例えば第２のブーム４が左右方向へオフセットせずに中立状態にある場合、バケット６の刃先の軌跡は図３の第１の仮想線３３で示すように描かれ、一方、第２のブーム４が左右方向へオフセットした場合、バケット６の刃先の軌跡は図３の第２の仮想線３４で示すように描かれる。
【００１４】
図２において、３５ａ，３５ｂ，３５ｃはブーム角センサ，アーム角センサ，オフセット角センサであり、これら各センサ３５ａ，３５ｂ，３５ｃによって検出された各作業機部材間の相対角度信号θ１，θ２，θ３はコントローラに内蔵された演算装置２０に入力される。この演算装置２０は、角度信号θ１〜θ３に基づいて作業機７上の所定箇所、例えばバケット６先端の座標を算出する座標演算部３６と、前述した各領域Ｚ１，Ｚ２を記憶する領域記憶部３７と、座標演算部３６で算出されたバケット先端座標が各領域Ｚ１，Ｚ２内にあるか否かを判断し、その結果に応じて所定の制御信号を出力する比較演算部３８と、比較演算部３８からの制御信号に基づいて油圧駆動回路４０へ所定の制御信号を出力する駆動制御部３９とを備えている。
【００１５】
前記油圧駆動回路４０は、前記駆動制御部３９からの制御信号の他に、運転室２ａ内に配置した作業機７を操作するための操作手段、例えば操作レバー１６からの指示信号を入力し、これらの信号に基づいて各シリンダ８，９，１１への作動油の供給量が制御される。なお、バケット先端座標の算出に際しては、例えば旋回体２と第１ブーム３との回動中心を原点とする座標系を予め設定しておき、各角度信号θ１，θ２，θ３からこの座標系におけるアーム５の先端の座標値を算出し、このアーム先端の座標値からバケット６の先端の座標値を算出すれば良い。
【００１６】
図１に示すように、前記油圧駆動回路４０のブーム上げパイロット管路１７にはブーム用電磁比例減圧弁４１が介設されており、この電磁比例減圧弁４１はタンクに接続されるポートを有している。また、パイロットポンプ１３の吐出側のリリーフ弁３１には、前記演算装置２０からの制御信号に応じて該リリーフ弁３１の設定圧力を所定圧力より低減する圧力変更手段、例えば、前記リリーフ弁３１の設定圧力をタンク圧と同等な圧力まで漸次減圧するソレノイド４２が設けられている。通常時には、ソレノイド４２およびばね３２の両方の付勢により、リリーフ弁３１の設定圧力がブーム用方向切換弁１４のスプールを十分に駆動可能な程度に設定されている。
【００１７】
前記ブーム用電磁比例減圧弁４１は、前記演算装置２０の駆動制御部３９から出力される制御信号の電流値に比例して動作され、通常は最大レベルの電流Ｉａを入力してブーム上げパイロット管路１７を全開し、制御信号として電流値が最小レベルの電流Ｉｂを入力した場合、ブーム上げパイロット管路１７の圧油を遮断してタンクに戻し、制御信号として電流値が最大レベルと最小レベルの間の電流Ｉｃを入力した場合、ブーム上げパイロット管路１７の圧油を絞ってパイロット圧を減圧する。
【００１８】
次に、本実施例の動作を説明する。
演算装置２０は、最初にブーム角センサ３５ａとアーム角センサ３５ｂおよびオフセット角センサ３５ｃからの相対角度信号θ１，θ２，θ３を座標演算部３６に入力してアーム５先端の座標を演算した後、アーム先端座標からバケット先端座標を演算する。次いで、比較演算部３８は座標演算部３６で算出されたバケット先端座標と領域記憶部３７とを比較し、バケット６の先端が干渉防止領域Ｚ１内に侵入したか否かを判断する。
【００１９】
このとき、バケット６の先端と運転室２ａとの接触のおそれがない場合、すなわち、バケット６の先端が運転室２ａの周囲に設定された干渉防止領域Ｚ１の外側に位置している場合、前記判断結果がＮＯであることから、通常処理が行われる。この場合、駆動制御部３９はブーム用電磁比例減圧弁４１に最大レベルの電流Ｉａを出力するため、図１に示すように、該電磁比例減圧弁４１はブーム上げパイロット管路１７を全開する。したがって、ブームシリンダ８は対応する操作レバー１６の操作量に応じた通常の動作が行われる。
【００２０】
この状態で、例えばブーム用の操作レバー１６がアーム上げ側に倒されると、パイロットポンプ１３から吐出される圧油は、ブーム用パイロット弁１５の第２のポートＰ２からブーム上げパイロット管路１７、ブーム用電磁比例減圧弁４１を経てブーム用方向切換弁１４の左側のパイロット室に供給され、ブーム用方向切換弁１４は作動を開始する。そして、ブーム用方向切換弁１４が中立位置から左側の位置に切り換えられると、油圧ポンプ１２の圧油はブーム用方向切換弁１４を経てブームシリンダ８のボトム側に供給され、ブームシリンダ８が伸長して第１ブーム３が上昇する。これとは反対に、ブーム用の操作レバー１６がブーム下げ側に倒されると、パイロットポンプ１３から吐出される圧油はブーム用パイロット弁１５の第１のポートＰ１からブーム下げパイロット管路１８を経てブーム用方向切換弁１４の右側のパイロット室に供給され、ブーム用方向切換弁１４は作動を開始する。そして、ブーム用方向切換弁１４が中立位置から右側の位置に切り換えられると、油圧ポンプ１２の圧油はブーム方向切換弁１４を経てブームシリンダ８のロッド側に供給され、ブームシリンダ８が伸縮して第１ブーム３が下降する。
【００２１】
一方、前記判断結果がＹＥＳのとき、すなわち、バケット６の先端が干渉防止領域Ｚ１に侵入した場合、比較演算部３８からの制御信号に基づいて、駆動制御部３９は油圧駆動回路４０へ制御信号として電流値が中間レベルの電流Ｉｃを出力し、ブーム用電磁比例減圧弁４１はブーム上げパイロット管路１７の圧油を絞ってパイロット圧を減圧する。さらに、最小レベルの電流Ｉｂにより、ブーム用電磁比例減圧弁４１はブーム上げパイロット管路１７の圧油を遮断してタンクに戻す。したがって、ブームシリンダ８の減速、停止動作が行われる。
【００２２】
さらに、前記ブーム用電磁比例減圧弁４１などに何らかの不良があり、作業機７のバケット先端座標が前記干渉防止領域Ｚ１を越えて干渉危険領域Ｚ２に侵入したときに、前記演算装置２０からの制御信号に応じてソレノイド４２が作動して、パイロットポンプ１３の吐出側に設けられるリリーフ弁３１の設定圧力をタンク圧と同等な圧力まで漸次低減する。これによって、操作レバー１６の操作にかかわらずブーム用方向切換弁１４などが中立状態に戻されるため、ブームシリンダ８などの各アクチュエータが全て停止する。
【００２３】
このように構成した実施例にあっては、パイロットポンプ１３の吐出側のリリーフ弁３１にソレノイド４２を設けたため、従来のように緊急停止用の電磁比例減圧弁をパイロット圧供給管路１９に介設せずに済み、したがって、比較的簡単な構成で、ブーム用電磁比例減圧弁４１などが故障した場合に作業機７を緊急停止させることができる。また、作業機７のバケット先端座標が干渉危険領域Ｚ２に侵入したとき、ソレノイド４２によりリリーフ弁３１の設定圧力を漸次低減するため、このときの作業機７の停止動作を滑らかに行うことができる。
【００２４】
なお、本実施例では、主としてブームシリンダ８に関連する構造や動作を説明したが、同様にアームシリンダ９、オフセットシリンダなどに関しても干渉防止用の電磁比例減圧弁を用いることにより、バケット６の先端が干渉防止領域Ｚ１に侵入した場合にアームシリンダ９、オフセットシリンダなどの各動作を制御することもできる。
【００２５】
さらに、本実施例ではブームオフセット式の油圧ショベルの場合について例示したが、通常の油圧ショベルの場合も同様であり、この場合にはオフセット角センサ３５ｃが不要である。
【００２６】
図４は本発明の第２実施例に係る作業機の干渉防止装置を備えた油圧ショベルの油圧回路図であり、図４において前述した図１〜図３，図５に対応する部分には同一符号を付してある。
【００２７】
図４に示すように、本実施例に係る油圧ショベルにおいては、パイロットポンプ１３の吐出側のリリーフ弁３１に、リリーフ弁３１の設定圧力を通常状態と減圧状態とのいずれかに切換える電磁切換弁４３が設けられており、その他の構成に関しては前記第１実施例と同様である。前記リリーフ弁３１のばね３２側にはタンク管路４４が接続され、このタンク管路４４に前記電磁切換弁４３が介設されている。通常時には、図４に示すように電磁切換弁４３が左側に付勢され、タンク管路４４が遮断されるため、リリーフ弁３１の設定圧力がブーム用方向切換弁１４のスプールを十分に駆動可能な程度に設定されている。
【００２８】
この実施例でも、ブーム用電磁比例減圧弁４１などに何らかの不良があり、作業機７のバケット先端座標が前記干渉防止領域Ｚ１を越えて干渉危険領域Ｚ２に侵入したときに、前記演算装置２０からの制御信号に応じて前記電磁切換弁４３がタンク管路４４を開くことにより、リリーフ弁３１の設定圧力がほぼタンク圧と同等な圧力まで低減する。これによって、操作レバー１６の操作にかかわらずブーム用方向切換弁１４などが中立状態に戻されるため、ブームシリンダ８などの各アクチュエータが全て停止する。
【００２９】
このように構成した実施例にあっても、パイロットポンプ１３の吐出側のリリーフ弁３１に電磁切換弁４３を設けたため、従来のように緊急停止用の電磁比例減圧弁をパイロット圧供給管路１９に介設せずに済み、したがって、比較的簡単な構成で、ブーム用電磁比例減圧弁４１などが故障した場合に作業機７を緊急停止させることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、パイロットポンプの吐出側のリリーフ弁に圧力変更手段を設け、緊急停止用の電磁比例減圧弁をパイロット圧供給管路に介設せずに済むため、簡単な構成で作業機と運転室との干渉を確実に防止できる。したがって、安全性が高く、しかも低コストな作業機の干渉防止装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る作業機の干渉防止装置を備えた油圧ショベルの油圧回路図である。
【図２】該干渉防止装置に設けられる演算装置のブロック図である。
【図３】演算装置に記憶される干渉防止領域および干渉危険領域を示す説明図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る作業機の干渉防止装置を備えた油圧ショベルの要部油圧回路図である。
【図５】従来の作業機に備えられた干渉防止装置のブロック図である。
【図６】干渉防止装置が適用された油圧ショベルの側面図である。
【図７】該油圧ショベルの平面図である。
【符号の説明】
２  旋回体
２ａ  運転室
３  第１ブーム
４  第２ブーム
５  アーム
６  バケット
７  作業機
８  ブームシリンダ
９  アームシリンダ
１３  パイロットポンプ
１６  操作レバー
１９  パイロット圧供給管路
２０  演算装置
３１  リリーフ弁
３２  ばね
３５ａ  ブーム角センサ
３５ｂ  アーム角センサ
３５ｃ  オフセット角センサ
３６  座標演算部
３７  領域記憶部
３８  比較演算部
３９  駆動制御部
４０  油圧駆動回路
４１  ブーム用電磁比例減圧弁
４２  ソレノイド
４３  電磁切換弁
４４  タンク管路
Ｚ１  干渉防止領域
Ｚ２  干渉危険領域
【図１】
0003739441.tif 000002
【図２】
0003739441.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003739441.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003739441.tif 000008