クレーン機能付きドラグ・ショベルのつり荷走行時における機械の不安定化に関する研究
堀智仁*1，玉 手聡*1

クレーン機能付きドラグ・ショベルには，クレーン作業を安全にするため JCA 規格（一般社団法人日本クレーン協会規格）に適合したフック等の安全装置が備わっている．一方で同機械による災害は近年多く発生しており，クレーン作業中の転倒が見受けられる．本研究では，つり荷走行時における不安定要因を明らかにするために，実機を用いた実験を行った．その結果，理想的な水平堅固条件においてもつり荷走行時にはつり荷の重さの約 1.3 倍の荷重が作用することや，走行路の起伏と走行速度はつり荷の荷重を増減させる不安定要因であることがわかった．

キーワード: ドラグ・ショベル，つり荷走行，転倒災害，実大実験

1

験に使用したドラグ・ショベルを図 1 に示し，機械の仕はじめに掘削用機械によるクレーン作業 1)は労働安全衛生規則

様を表 1 に示す．表 2 に実験条件を示す．本実験では，

2)

第 164 条「主たる用途以外の使用制限」 において原則作業半径やつり荷の重さ，走行速度，走行路，敷板の敷的に禁止されており，クレーン作業が許される条件は限設条件をパラメータとした．作業半径は旋回中心からフ定されている．一方，近年ドラグ・ショベル等にクレーック先端までの水平距離を示し，本実験では作業半径をン機能が備わった機械が開発されている．この機械は車2.1m および 3m の 2 種類とした．それぞれの定格荷重は

3)4)を10kN と 5kN であったため，つり荷の重さ（Wo）は，そ満足するものであり，掘削作業とクレーン作業の両方をの 1/2 とした．また，JCA 指針でははなるべく低速で走行うことが認められている．ただし，移動式クレーンの行することと規定しているため，走行速度は 2km/h およ

つり荷走行は労働災害防止の観点から原則として禁止さび 3km/h とした．

両系建設機械構造規格と移動式クレーン構造規格

5)

れており ，この制限はクレーン付きドラグ・ショベル

つり荷の荷重については，格納式フックにロードセルについても同様である．しかしながら，実際の作業現場（定格荷重 10kN）を取り付けて、サンプリングレートでは，臨時的で代替の方法が採用できない場合等，作業100Hz でデータを収録した．の性質上やむを得ない理由でつり荷走行を行わざるを得

2) 走行路の条件ない場合がある．そのため日本クレーン協会（JCA）で走行実験は 4 種類の走行路で行った．その走行路は，は「油圧ショベル兼用屈曲ジブ式クレーンのつり荷走行

水平堅固の理想的な走行路を模擬したコンクリート床と，時の能力設定に関する指針」6)を制定し，つり荷走行を関東ロームを盛土して作製した平坦な地盤（平坦地盤）可能とする条件を示した．その主な内容は，つり荷の重と起伏を有する地盤（起伏地盤）および平坦地盤に敷鉄さを定格荷重の 1/2 以下とし，その走行経路については板を設置した走行路である．盛土はまき出し厚 30cm と「水平堅固で傾斜 1%以下の傾斜」7), 8)とするものである．

し，全 3 層で造成した．各層の締固めは写真 1 に示す，

しかし，実際の建設現場の地盤では起伏や強度のばらつきも存在するため，このような地盤を走行する際に，機械が不安定化することが考えられる．そこで本研究では，ドラグ・ショベルのつり荷走行時の不安定要因を調べるために，実機を用いた走行実験を行った．この実験では，走行路の地盤条件や走行速度等をパラメータとして，つり荷の荷重変動と機体の揺動を調査した．
2

実験条件

1) 実験条件
過去に発生したドラグ・ショベルの転倒災害を調査したところ小型の機種で災害が多く発生していることから
9)

図1，本研究では，小型の機種を用いて実験を行った．実表1*1 労働安全衛生総合研究所 建設安全研究グループ
連絡先：〒204-0024 東京都清瀬市梅園 1-4-6

労働安全衛生総合研究所建設安全研究グループ 堀 智仁*1
E-mail:実験に使用したドラグ・ショベル

hori@s.jniosh.go.jp–31–

ドラグ・ショベルの仕様

機械総質量43.5kN

平均接地圧26kN/m2

最高走行速度4.2km/hJNIOSH-SRR-No.46
労働安全衛生総合研究所特別研究報告
労働安全衛生総合研究所特別研究報告
JNIOSH-SRR-No.46(2016)(2016)

表2

実験条件

実験名

作業半径(m)

つり荷の重さ Wo(kN)

走行速度 V (km/h)

走行路

敷鉄板の敷設Cs1

32.52

コンクリート床—

Cs2

32.52

平坦地盤

—

Cs3

32.52

平坦地盤

○Cs432.52

起伏地盤—

Cs532.53

起伏地盤—

Cs62.152

コンクリート床—

Cs7

2.152

平坦地盤

—

Cs8

2.152

平坦地盤

○

Cs92.152

起伏地盤

—

写真 1

振動ローラ
図3

平板載荷試験結果

10-1012345(a)平坦地盤
図2678(b)起伏地盤

走行路の地表面形状

ハンドガイド式の振動ローラ（HV80ST，機械質量 7.25kN）

図4により行った．図 2 に平坦地盤と起伏地盤の地表面形状

Cs1 におけるつり荷の荷重 FL の時刻歴を示す．起伏地盤には 2 箇所のくぼみがあり，その最急3勾配は 4.5 度であった．
1)

地盤の地耐力を調査するために，平坦地盤において平

実験結果つり荷の荷重変動の解析

板載荷試験（地盤工学会基準 JGS1521-2012）を実施し

図 4 に Cs1 におけるつり荷の荷重 FL と経過時間 te の関た．荷重は段階式載荷により 5 段階で荷重を与えた．図

係を示す．図より，経過時間 te=10〜17 秒では，荷をつ3 に平板載荷試験の結果を示す．図より，走行路の極限り上げた状態でドラグ・ショベルは静止しているため FL

支持力 pu は 1693kN/m2 であり，本実験で使用したドラに変動は見られない．一方，te=17〜41 秒はつり荷走行時

グ・ショベルの平均接地圧（pm=26kN/m2）よりも大きなのデータであり，機械の前進に伴い FL は大きく増減して値であった．

いる．本研究では，荷重の変動が大きい範囲のデータを解析対象とした．

–32–

クレーン機能付きドラグ・ショベルのつり荷走行時における機械の不安定化に関する研究
クレーン機能付きドラグ・ショベルのつり荷走行時における機械の不安定化に関する研究

Cs1

0.15 コンクリート床
つり荷の重さ：2.5kN
走行速度：2km/h

0.10

平均値：2.458kN
標準偏差：0.368kN
最大値：3.371kN

0.05
0.00

相対度数

Cs2

0.15 平坦地盤
つり荷の重さ：2.5kN
走行速度：2km/h

0.10

平均値：2.442kN
標準偏差：0.303kN
最大値：3.727kN

0.05
0.00
Cs4

0.15 起伏地盤
つり荷の重さ：2.5kN

0.10 走行速度：2km/h

平均値：2.448kN
標準偏差：0.677kN
最大値：4.281kN

図 6 走行速度がつり荷の荷重変動に与える影響

0.050.00(a)01234
つり荷荷重 FL (kN)

52.0

6× 最大値および最小値□ 平均値(a)つり荷の重さ 2.5kN
Cs6
コンクリート床
つり荷の重さ：5.0kN
走行速度：2km/h

0.100.05

相対度数

Cs7
平坦地盤
つり荷の重さ：5.0kN
走行速度：2km/h

75%
50%
25%

1.0

75%
50%
25%

99%

99%

75%

75%

75%
50%
25%

75%
50%
25%

50%

50%
25%

25%
1%

1%

1%

1%

1%

0.10

1%

平均値：4.923kN
標準偏差：0.638kN
最大値：6.695kN

Wo=2.5kN

0.00.05
0.00
Cs9
起伏地盤

0.10 つり荷の重さ：5.0kN
走行速度：2km/h

表3(b)
23456
つり荷荷重 FL (kN)

7Cs1

Wo=5.0kN

Cs2

Cs4

Cs6

Cs7Cs9図 7 各実験条件における正規荷重 FLN の比較

平均値：4.979kN
標準偏差：0.970kN
最大値：7.5867kN

0.05

8(b)つり荷の重さ 5kN
図 5 各実験条件における FL の度数分布
(1)

99%

0.5

0.00

0.00

99%
99%

平均値：4.872kN
標準偏差：0.601kN
最大値：6.620kN

正規荷重 FLN

0.15

99%

1.5

走行路の違いがつり荷の荷重変動に与える影響

各条件における変動係数および FL99 等
正規荷重 FLN

実験条件

FLN99

最大値

Cs1

1.29

1.34

Cs2

1.26

1.49

Cs4

1.61

1.71

Cs6

1.23

1.32

Cs71.26

1.34

Cs9

1.441.52

図 5 に各実験条件におけるつり荷の荷重 FL の度数分布（階級間隔 0.1kN）を示す．FL はつり荷の重さ Wo を中心られる．以上の結果から，走行路の起伏の存在は FL の変として，概ね左右対称に分布している．また，理想的な動を大きくさせる要因であることが確認された．

水平堅固条件であるコンクリート床を走行した Cs1 と(2) 走行速度がつり荷の荷重変動に与える影響

Cs6 では，Wo の約 1.3 倍の FL が作用していた．

走行速度の違いがつり荷の荷重の変動に与える影響に

図 5（a）に，Wo=2.5kN の結果を示す．Cs1（コンクリついて検討した．図 6 にデータのばらつきの程度を図示

ート床）と Cs2（平坦地盤）を比較すると，Cs1 の FL のしたボックスチャートを示す 10)．図中には，1，25（第方がやや広い範囲に分布しているが，両者に大きな差は一四分位），50（中央値），75（第三四分位），99 パーセない．一方，Cs4（起伏地盤）の FL は Cs2 よりも広く分ンタイルのほか，最小値，最大値および平均値を示して布しており，地盤起伏の影響により荷重の変動が大きくいる．図より，Cs4（2km/h）と Cs5（3km/h）の 99 パーなっている．この結果は Wo=5kN の結果を示した図 5（b）

センタイルに相当する FL の値（FL99）を比較すると，Cs4においても同様の傾向を示している．コンクリート床とでは 4.01kN であり，つり荷の重さ（Wo）の 1.6 倍の荷重平坦地盤の結果に大きな差がなかった理由としては，平が作用していたのに対し，Cs5 の FL99 は 4.47kN であり坦地盤の支持力が機械の接地圧に比べ十分高く，コンクWo の 1.8 倍の荷重が作用していた．ここで，FL99 に対すリート床と同等の「水平堅固地盤」であったことが考え–33–

JNIOSH-SRR-No.46
労働安全衛生総合研究所特別研究報告
労働安全衛生総合研究所特別研究報告
JNIOSH-SRR-No.46(2016)(2016)

3Cs2 平坦地盤（標準偏差：0.618）
Cs3 平坦地盤 敷板（標準偏差：0.484）

2傾斜角  （度）1

図8 高速度ビデオカメラによる計測画像の1コマ

0T=4sec

Wo=2.5kN-1
Cs7 平坦地盤（標準偏差：0.639）
Cs8 平坦地盤 敷板（標準偏差：0.497）210
T=4sec-1

02

4

Wo=5kN
68

10

経過時間 te (sec)

図10 敷板の敷設状況の違いによる傾斜角の比較
0.8

Wo=2.5kN

Cs2 平坦地盤
Cs3 平坦地盤(敷板有）

傾斜角の振幅 (度)0.6

図9 敷板の敷設状況
る定格荷重（FLr）の割合を荷重余裕度 Ia と定義した．関係式を式（1）に示す．

Ia FLr
FL 99

(1)

30%減

0.4
0.2
0.0

Wo=5kN30%減
0.4

Cs4 および Cs5 の Ia を求めた結果，それぞれ 1.25 と 1.120.2であった．この結果から，走行速度の増加に伴って荷重0.0余裕度が減少することが確認された．そのため，安全に012345周波数 (Hz)作業するためには遅い速度とする必要がある．
(3)

Cs7 平坦地盤
Cs8 平坦地盤（敷板有）0.6

図11 周波数解析結果

つり荷の重さの違いが荷重変動に与える影響

つり荷の荷重の変動量を相対的に比較するためにつり荷の荷重 FL をつり荷の重さ Wo で除した値を正規荷重

も Cs4 は 1.71 であるのに対して Cs9 は 1.52 であった．

FLN と定義した．図 7 に各条件におけるボックスチャー

この結果は，コンクリート床の結果と同様の傾向であり，トを示し，表 3 に 99 パーセンタイルの値（FLN99）と最Wo が小さい方が相対的に荷重の変動量が大きくなるこ大値を示す．とがわかった．

コンクリート床を走行した Cs1（Wo=2.5kN）と Cs6

このことから，Wo は定格荷重の 1/2 と同一条件であっ（Wo=5kN）を比較すると，FLN は Cs1 の方が広く分布しても，Wo が小さい条件では，荷重変動が相対的に大きくている．また，FLN99 の値は，Cs1 が 1.29 であるのに対しなり，機体は不安定になることがわかった．そのため，て，Cs6 は 1.23 であった．すなわち，Wo が小さい方が相安定した走行には，作業半径を小さくする必要がある．

対的に荷重の変動が大きくなっている．

2)

敷板の有無による機体揺動の比較

一方，平坦地盤を走行した Cs2（Wo=2.5kN）と Cs7

敷板の敷設状況が機体揺動に与える影響を調査するた（Wo=5kN）の比較では，Wo の違いによる差はほとんどめに，走行中の機体の様子を高速度ビデオカメラで撮影みられない．両ケースの FLN99 は同じ値であったが，最してその揺動を解析した．実験に使用した高速度ビデオ

大値は Cs2 の方が Cs7 よりも大きい．

カメラはフォトロン製 Fastcam SA3 であり，実験では 500

起伏地盤における Cs4（Wo=2.5kN）と Cs9（Wo=5kN）

コマ/秒で撮影した．の比較では，Cs4 の方が FLN の分布は広く FLN99 について–34–

クレーン機能付きドラグ・ショベルのつり荷走行時における機械の不安定化に関する研究
クレーン機能付きドラグ・ショベルのつり荷走行時における機械の不安定化に関する研究

図 8 に高速度ビデオカメラによる計測画像の 1 コマを4) ドラグ・ショベルのつり荷走行時のつり荷の荷重の示す．解析用のマーカを機械と施設内の壁面等に設置し変動を小さくするためには，走行路の平坦さの確認た．本研究では，施設内の壁面に設置した 2 箇所の解析と，走行速度の低下が重要なことがわかった．

用マーカを結ぶ線（A-A’）を基準線とした．走行中の機

5) 敷板の有無が機体揺動に与える影響を調査した結果，械の揺動については機械の履帯部分に設置した 2 つのマ

その敷設により，走行中の揺れは減少することが確

ーカを結ぶ線（B-B’）と基準線とのなす角を傾斜角と定認された．したがって，走行路には敷鉄板を敷設す義して求めた．

ることが望ましいことがわかった．

図 9 に敷板の敷設状況を示す．実験に用いた敷板の寸法は，長さ 3m，幅 1.5m，厚さ 22mm であり，一般的に謝辞本研究の実施にあたり，元東京都市大学学部生の石野使用されているものである．敷板は機械の進行方向に対貴裕氏に協力頂いた．この場をお借りして感謝の意を表して長軸方向が直交するように敷設した．
図 10 に Wo=2.5kN および 5kN における傾斜角と経過します．

時間 te の関係を示す．は Wo の違いおよび敷板敷設の有参

無にかかわらず，ほぼ同じように増減している．標準偏1)差を比較すると，敷板を敷設した方の値がいずれも約 2考文献

厚生労働省通達．車両系建設機械を用いて行う荷のつり上げの作業時等における安全の確保について（平成 4 年 10割小さくなっている．
図 11 に傾斜角を周波数解析した結果を示す．敷板の月 1 日基発第 542 号），1992.

有無による違いを比較すると，Wo=2.5kN と 5kN の両ケ2)

労働調査会．安衛法便覧Ⅰ平成 19 年度版, 2007; 959-962.

ースに共通して，敷板有りの場合の振幅は敷板無しに比3)

労働調査会．車両系建設機械構造規格，安衛法便覧Ⅱ平成

べ小さくなっている．卓越する 0.25Hz 付近の振幅を比較

19 年度版，2007; 512-516.
4)すると敷板有りでは振幅が約 3 割減少している．以上の労働調査会．移動式クレーン構造規格，安衛法便覧Ⅱ平成19 年度版，2007; 345-365.

結果から，現場内でドラグ・ショベルをつり荷走行させ5)る場合には敷鉄板を敷設した方が機体の揺動を低減でき

労働基準局長通達．荷役，運搬機械の安全対策について（昭和 50 年 4 月 10 日基発第 218 号），1975.

ることが確認された．
6)

4

まとめ

一般社団法人クレーン協会．一般社団法人クレーン協会規格「油圧ショベル兼用屈曲ジブ式移動式クレーンのつり荷掘削用機械のつり荷走行時における機械の不安定要因走行時の能力設定に関する指針」（JCAS2005-2005）
7)について検討し，以下の知見を得た．

杉沢博．JCA 規格「油圧ショベル兼用屈曲ジブ式移動式ク1) コンクリート床のような理想的な水平堅固地盤におレーンのつり荷走行時の能力設定に関する指針」について

いても，つり荷走行時にはつり荷の重さ（Wo）の約（屈曲ジブ式移動式クレーン委員会報告），クレーン，

1.3 倍の荷重が作用することがわかった．

2006; 44(8): 23-26.

2) 走行速度の違いがつり荷の荷重 FL の変動に与える影

8)ISO4305 : 1991 Mobile cranes determination of stability.

響を調べるために，走行速度 2km/h と 3km/h で比較

9)吉川直孝，伊藤和也，堀智仁，清水尚憲，梅崎重夫，濱島を行った．その結果，つり荷の荷重 FL の変動量は速京子，豊澤康男，玉手聡．ドラグ・ショベルに係る死亡災度の増加とともに大きくなり，3km/h ではつり荷の重害の調査分析，安全工学シンポジウム 2013 講演予稿集，さ(Wo)の約 1.8 倍の荷重が作用することがわかった．

2013; 697-735.
10)3) つり荷の荷重の変動について，つり荷の重さに対する相対的な比較を行った．その結果，つり荷の重さの小さい方が，相対的に変動が大きいことがわかった．

–35–

B.S. Everitt．統計科学事典，朝倉書店，2002; 184,338.