JP2023150047A - Caisson type pile excavator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、深礎掘削機に関する。 The present invention relates to a deep foundation excavator.
この種の深礎掘削機は、例えば地下鉄やビルの地下等を建設する都市土木において、掘削坑内でミニショベル等により掘削された土砂を地上に引き上げてトラック等に積み込む作業等を行う作業機械である。このような作業の実施のために深礎掘削機は、走行可能な下部走行体上に上部旋回体を旋回可能に連結し、上部旋回体の前部にブームを介して多段式の伸縮アームを連結し、その先端にクラムシェル型のバケットを装着してなる。作業に際して深礎掘削機は地上の掘削坑の周囲に配置され、伸縮アームを掘削坑内に侵入させて伸長操作によりバケットを下降させる。バケットが掘削坑の底部(以下、掘削面と称する)に到達して土砂を掴むと、伸縮アームの収縮操作によりバケットを上昇させて地上まで引き上げ、以上の作業を繰り返す。 This type of deep foundation excavator is a work machine that is used in urban civil engineering, for example, when constructing subways or underground buildings, to lift earth and sand excavated by mini excavators, etc. in excavated shafts to the ground level, and load it onto trucks, etc. be. In order to carry out such work, a deep foundation excavator connects the upper revolving body to the movable lower traveling body in a swiveling manner, and attaches a multi-stage telescoping arm via a boom to the front of the upper revolving body. They are connected together and a clamshell bucket is attached to the tip. During the work, the deep foundation excavator is placed around an above-ground excavation pit, and its telescopic arm is inserted into the excavation pit and is extended to lower the bucket. When the bucket reaches the bottom of the excavation shaft (hereinafter referred to as the excavation surface) and grabs the soil, the bucket is raised to the ground by the contraction operation of the telescoping arm, and the above operation is repeated.
深礎掘削機の運転室には警報スイッチが設けられ、スイッチ操作に応じて掘削坑内に備えられた警報機が作動するようになっている。深礎掘削機のオペレータは、掘削坑内に伸縮アームを侵入させる際に予め警報スイッチを操作して警報機を作動させ、掘削坑内で作業中のミニショベル等のオペレータに注意を喚起してバケットとの衝突等を防止している。 An alarm switch is installed in the operator's cab of the deep foundation excavator, and an alarm installed inside the excavation shaft is activated in response to the switch operation. The operator of the deep foundation excavator operates the alarm switch in advance to activate the alarm when inserting the telescopic arm into the excavation pit, alerts the operator of the mini excavator, etc. working in the excavation pit, and warns the operator of the bucket and the like. This prevents collisions, etc.
このような警報機の作動を自動化した技術として、特許文献1に記載のものが提案されている。当該技術では、伸縮アームが所定の作動状態にあることを条件として掘削坑内への侵入と見なし、自動的に警報機を作動させてオペレータの負担軽減を図っている。
A technique described in
ところで、深礎掘削機の伸縮アームを掘削坑内に侵入させてバケットを掘削面まで下降させる際に、オペレータは以下の手順で運転操作を行う。まず、伸縮アームを掘削坑内に侵入させ、バケットが掘削面上の所望の掘削地点に到達するようにブーム及び伸縮アームの角度を調整する。次いで、伸縮アームを伸長操作すると、掘削坑内でバケットが次第に下降して掘削面との間の距離を縮める。オペレータは距離を確認しつつ、バケットが掘削面に着地して食い込んだ時点で伸縮アームの伸長操作を中止し、バケットを閉じて土砂を掴む操作に移行する。 By the way, when the telescopic arm of the deep foundation excavator is inserted into the excavation shaft and the bucket is lowered to the excavation surface, the operator operates according to the following procedure. First, the telescoping arm is inserted into the excavation hole, and the angles of the boom and the telescoping arm are adjusted so that the bucket reaches the desired excavation point on the excavation surface. Next, when the telescoping arm is extended, the bucket gradually descends within the excavation hole, reducing the distance between it and the excavation surface. While checking the distance, the operator stops extending the telescoping arm when the bucket lands and bites into the excavation surface, closes the bucket, and moves on to grasping the earth and sand.
伸縮アームの伸長操作を中止するタイミングは非常に重要であり、中止タイミングが遅過ぎる場合には、バケットが着地した後にも伸縮アームが伸長し続ける。このため、伸縮アームに過大な負荷が作用して破損したり、反力を受けて車体の安定性が損なわれたりする。逆に、中止タイミングが早過ぎる場合には、バケットが着地せずに追加の伸長操作が必要になったり、着地したとしても掘削面に食い込まずに十分な量の土砂をバケットで掴めなくなったりし、何れの場合も作業効率の低下につながる。 The timing of stopping the extension operation of the telescoping arm is very important; if the timing of stopping is too late, the telescoping arm will continue to extend even after the bucket lands. For this reason, an excessive load is applied to the telescoping arm and the arm is damaged, or the stability of the vehicle body is impaired due to reaction force. On the other hand, if the timing of stopping is too early, the bucket may not land and an additional extension operation is required, or even if it does land, the bucket may not be able to grab a sufficient amount of soil without digging into the excavation surface. In either case, it leads to a decrease in work efficiency.
ところが、地上に位置する深礎掘削機の運転室からでは掘削坑内を覗き込み難く、また掘削面までかなりの距離があることから、オペレータが掘削面を視認し難い。そこで、掘削坑内を覗き込み易くするために、例えば深礎掘削機の運転室全体を前方にスライド可能としたり、或いは運転室の床に窓を設けたりする対策が講じられている。また、運転室よりも掘削面に近い伸縮アームにカメラを設け、撮像された掘削面の画像を運転室内のディスプレイに表示する対策もある。 However, from the operator's cab of a deep foundation excavator located on the ground, it is difficult to look into the excavation pit, and since there is a considerable distance to the excavation surface, it is difficult for the operator to visually check the excavation surface. Therefore, in order to make it easier to look into the inside of the excavation pit, measures have been taken, such as making the entire cab of the deep foundation excavator slidable forward, or providing a window in the floor of the cab. Another measure is to install a camera on a retractable arm that is closer to the excavation surface than the operator's cab, and display the captured image of the excavation surface on a display inside the operator's cab.
しかしながら、何れの対策も掘削面を上方から目視或いは撮像した情報しか得られないため、掘削面との距離感を掴み難い点は解消できない。従って、伸縮アームの伸長操作中において、オペレータはバケットの着地に備えて掘削面までの距離に細心の注意を払い続ける必要が生じた。 However, with any of these measures, information obtained only by visually observing or photographing the excavated surface from above cannot be obtained, so it is difficult to grasp the sense of distance to the excavated surface. Therefore, during the extension operation of the telescoping arm, the operator has to continue to pay close attention to the distance to the excavation surface in preparation for the bucket landing.
また、バケットの着地をセンサにより検出して、運転室内のブザーによりオペレータに報知する対策もある。しかしながら、ブザーで注意を喚起されたオペレータは伸縮アームの伸長操作を中止するものの、それ以前の伸長操作中に着地への細心の注意が要求される点は解消できない。勿論、このような不具合に着目していない特許文献1の技術では問題解決にならないため、従来からオペレータに対する何らかの運転支援の対策が要望されていた。
Another measure is to use a sensor to detect the landing of the bucket and notify the operator using a buzzer in the driver's cab. However, although the operator who is alerted by the buzzer stops the extension operation of the telescoping arm, this does not solve the problem of requiring close attention to landing during the previous extension operation. Of course, the technique of
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、掘削坑内でバケットを下降させて掘削面に着地させる際の運転操作を支援でき、これによりオペレータの負担を軽減できると共に、バケットの下降のための伸縮アームの伸長操作を的確なタイミングで中止することができる深礎掘削機を提供することにある。 The present invention was made to solve these problems, and its purpose is to support the operation when lowering the bucket in the excavation pit and landing it on the excavation surface, thereby making it easier for the operator. To provide a deep foundation excavator that can reduce the burden and stop the extension operation of a telescoping arm for lowering a bucket at an appropriate timing.
上記の目的を達成するため、本発明の深礎掘削機は、機体に対して回動可能にブームを連結し、前記ブームの先端に、掘削坑内に挿入される多段式の伸縮アームを回動可能に連結し、前記伸縮アームの先端に、前記伸縮アームの伸長に伴って前記掘削坑内を下降して掘削面の土砂を掴む掘削バケットを連結してなる深礎掘削機において、前記伸縮アームに設けられ、前記掘削面までの距離を検出する距離検出部と、前記伸縮アームの伸長量を検出するアーム伸長量検出部と、前記距離検出部により検出された距離と前記アーム伸長量検出部により検出されたアーム伸長量とに基づき、前記掘削バケットの下端から前記掘削面までの離間距離を算出する離間距離算出部と、前記機体の運転室に設けられた報知部を駆動制御して、前記離間距離算出部により算出された離間距離に関する情報を報知させる距離報知制御部と、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the deep foundation excavator of the present invention has a boom rotatably connected to the machine body, and a multi-stage telescoping arm inserted into the excavation shaft at the tip of the boom. In a deep foundation excavator, a digging bucket is connected to the tip of the telescoping arm, and the bucket descends in the excavation pit as the telescoping arm extends to grab earth and sand on the excavation surface. a distance detection section that detects the distance to the excavation surface; an arm extension amount detection section that detects the extension amount of the telescoping arm; and a distance detected by the distance detection section and the arm extension amount detection section. Based on the detected amount of arm extension, a separation distance calculation section that calculates the separation distance from the lower end of the excavation bucket to the excavation surface and a notification section provided in the operator's cab of the machine body are drive-controlled, and the The present invention is characterized by comprising a distance notification control unit that notifies information regarding the separation distance calculated by the separation distance calculation unit.
本発明の深礎掘削機によれば、掘削坑内でバケットを下降させて掘削面に着地させる際の運転操作を支援でき、これによりオペレータの負担を軽減できると共に、バケットの下降のための伸縮アームの伸長操作を的確なタイミングで中止することができる。 According to the deep foundation excavator of the present invention, it is possible to support the driving operation when lowering the bucket in the excavation shaft and landing it on the excavation surface, thereby reducing the burden on the operator, and the telescopic arm for lowering the bucket. The decompression operation can be stopped at an appropriate timing.
以下、本発明を具体化した深礎掘削機の一実施形態を説明する。
まず、図1に基づき深礎掘削機の全体構成を説明する。なお以下の説明では、深礎掘削機に搭乗したオペレータを主体として前後、左右、上下方向を規定する。
Hereinafter, one embodiment of a deep foundation excavator embodying the present invention will be described.
First, the overall configuration of a deep foundation excavator will be explained based on FIG. 1. In the following description, the front-back, left-right, and up-down directions will be defined based on the operator riding the deep foundation excavator.
《深礎掘削機の全体構成》
深礎掘削機1の下部走行体2には左右一対のクローラ3が備えられ、クローラ3は図示しない走行用油圧モータにより駆動されて深礎掘削機1を走行させる。下部走行体2上には上部旋回体4(本発明「機体」に相当)が設けられ、上部旋回体4は図示しない旋回用油圧モータにより駆動されて旋回する。上部旋回体4上の前部には運転室4aが設けられ、運転室4aの後側には機械室4bが設けられ、その内部には、深礎掘削機の動力源である油圧パワーユニットが収容されている。詳細は説明しないが油圧パワーユニットは、エンジンにより駆動される油圧ポンプからの作動油を、オペレータの運転操作に応じて油圧回路により適宜切り換える機能を奏する。切り換えられた作動油は、上記した走行用及び旋回用油圧モータ、或いは後述する各種シリンダ7,8,14,16,17等に供給され、これにより深礎掘削機1が稼動する。
《Overall configuration of deep foundation excavator》
The lower traveling
また、上部旋回体4上の前部にはブーム5の基端が回動可能に連結され、ブーム5の先端には多段式の伸縮アーム6が回動可能に連結されている。ブーム5はブームシリンダ7に駆動されて前後及び上下方向に沿って回動し、伸縮アーム6はアームシリンダ8に駆動されて前後及び上下方向に沿って回動する。
Further, a base end of a
伸縮アーム6には、アーム角度センサ9(本発明の「アーム角度検出部」に相当)が設けられている。詳細は図示しないがアーム角度センサ9は、伸縮アーム6の左右何れかの側面に回動可能に軸支された重りと、重りに対する伸縮アーム6の相対角度を検出するセンサ本体とからなる。重りは自重により常に鉛直方向に向く姿勢に保たれているため、センサ本体により検出される相対角度は、鉛直方向を基準とした伸縮アーム6の角度を表すことになり、この角度がアーム角度として検出される。なお、以下に述べるように、作業中の伸縮アーム6は鉛直方向に沿った略直立の角度に調整されるため、この姿勢に倣って伸縮アーム6の先端側の部位を下端と表現する。
アーム角度の検出原理は、上記のものに限らず任意に変更可能である。例えば上記したアーム角度センサ9では重りとの相対角度を検出したが、例えば、これに代えて絶対角度を検出する角度センサを使用してもよい。
The
The arm angle detection principle is not limited to the one described above, and can be changed arbitrarily. For example, although the
詳細は後述するが、伸縮アーム6は、ブーム5の先端が連結された基端アーム6a(本発明の「最基端側のアーム」に相当)、基端アーム6a内から下方に向けて出没する中間アーム6b、中間アーム6b内から下方に向けて出没する先端アーム6cからなり、後述する駆動シリンダ16,17に駆動されて伸縮する。先端アーム6cの下端にはアーム側ブラケット10の上端が連結され、このアーム側ブラケット10の下端には、ピン11を介してバケット側ブラケット12の上端が回動可能に連結されている。バケット側ブラケット12の下端には、クラムシェル型のバケット13(本発明の「掘削ブラケット」に相当)が連結され、バケットシリンダ14により開閉される。ピン11によりバケット13の前後方向の回動が許容されているため、先端アーム6cの角度に関わらずバケット13は、自重により常に下方に向けて開口する姿勢に保たれている。
Although details will be described later, the
《伸縮アーム6の詳細》
図2は、最収縮状態のときの伸縮アーム6を示す断面図、図3は、第1及び第2油圧シリンダのストローク量に応じた伸縮アーム6の伸縮状態を示す断面図であり、これらの図に基づき伸縮アーム6の構成を詳述する。
《Details of
FIG. 2 is a sectional view showing the
図2に示すように、伸縮アーム6を構成する基端アーム6aの外側面の上下方向の中間箇所にはブラケット15が溶接され、このブラケット15にブーム5の先端及びアームシリンダ8のロッドの先端がそれぞれ連結されている。基端、中間及び先端アーム6a,6b,6cは、それぞれ断面四角の筒状をなして上下方向に延びている。伸縮アーム6の最収縮状態では、基端アーム6a内に中間アーム6bが下方から挿入配置され、中間アーム6b内に先端アーム6cが下方から挿入配置されている。
As shown in FIG. 2, a
基端アーム6a内で中間アーム6bは図示しないガイド機構により上下方向に案内されて出没し、中間アーム6b内で先端アーム6cは図示しないガイド機構により上下方向に案内されて出没するようになっている。中間アーム6b内には、油圧式の中間アーム駆動シリンダ16及び先端アーム駆動シリンダ17(本発明の「油圧シリンダ」に相当)が配設されている。中間アーム駆動シリンダ16のロッド16aは基端アーム6a内の上部に連結され、先端アーム駆動シリンダ17のロッド17aは先端アーム6c内の下部に連結されている。
Within the
従って、図3(a)に示す伸縮アーム6の最収縮状態から中間アーム駆動シリンダ16が突出方向に駆動されると、図3(b)に示すように、基端アーム6a内から中間アーム6b(及び先端アーム6c)が下方に向けて突出し、結果として伸縮アーム6が伸長する。さらに先端アーム駆動シリンダ17が突出方向に駆動されると、図3(c)に示すように、中間アーム6b内から先端アーム6cが下方に向けて突出し、伸縮アーム6がさらに伸長して最伸長状態に切り換わる。また、最伸長状態から伸縮アーム6を収縮させて最収縮状態に切り換える場合は、上記とは逆に各駆動シリンダ16,17が駆動され、結果として伸縮アーム6の長さを任意に調整可能となっている。
Therefore, when the intermediate
図2に示すように、中間アーム駆動シリンダ16及び先端アーム駆動シリンダ17にはストロークセンサ18,19(本発明の「アーム伸長量検出部」、「アーム伸長操作検出部」に相当)が設けられ、それぞれの駆動シリンダ16,17のストローク量(ロッド16a,17aの突出量)が検出される。中間アーム駆動シリンダ16のストローク量は、基端アーム6a内からの中間アーム6bの突出量に等しく、先端アーム駆動シリンダ17のストローク量は、中間アーム6b内からの先端アーム6cの突出量に等しい。従って、双方のシリンダストローク量の加算値は、最収縮状態からの伸縮アーム6の伸長量を意味する。
As shown in FIG. 2,
また、基端アーム6aの下端(本発明の「アームの先端」に相当)の外側面には、ブラケット20を介して距離センサ21(本発明の「距離検出部」に相当)が下方に向いた姿勢で設けられている。伸縮アーム6が掘削坑S内に挿入されると距離センサ21が下方の掘削面Saと相対向するため、基端アーム6aの最下端から掘削面Saまでの距離Lが検出される。距離センサ21としては、光学式、電波式、超音波式等の周知の検出原理を利用したセンサを任意に用いることができる。
Further, a distance sensor 21 (corresponding to the "distance detecting section" of the present invention) is mounted on the outer surface of the lower end of the
なお本実施形態では、基端、中間及び先端アーム6a,6b,6cからなる3段式の伸縮アーム6として構成し、中間及び先端アーム6b,6cを個別に駆動シリンダ16,17により駆動したが、本発明はこれに限るものではなく、例えばアームの数を3段式から増減してもよい。また、駆動方式を変更して、単一の駆動シリンダにロープを介して中間及び先端アームをそれぞれ連結し、駆動シリンダのロッドの出没に応じてロープを介して各アームを連動して駆動するようにしてもよい。
In this embodiment, the
《コントローラの構成》
次いで、深礎掘削機1の動作を制御するコントローラ23の構成、特に掘削坑S内でバケット13を下降させる際のオペレータへの運転支援に関する構成について説明する。
図4の制御ブロック図は、この運転支援に関するコントローラ23の構成を抜粋して示している。コントローラ23は、報知許可判定部23a、離間距離算出部23b及び距離報知制御部23cを有する。
《Controller configuration》
Next, the configuration of the
The control block diagram in FIG. 4 shows an excerpt of the configuration of the
コントローラ23の入力側には、上記したアーム角度センサ9、ストロークセンサ18,19及び距離センサ21が接続されると共に、運転室4a内に設けられた角度領域α設定部24(本発明の「角度領域設定部」に相当)が接続されている。また、コントローラ23の出力側には、運転室4a内に設けられたディスプレイ25及びスピーカ26が接続されている。
The above-mentioned
コントローラ23の報知許可判定部23aは、オペレータへの報知を実行すべきか否かを判定する機能を奏する。以下に述べるように、バケット13の下降中にはオペレータへの運転支援として、バケット13の下端から掘削面Saまでの離間距離に関する情報を報知するのであるが、不要な状況での報知はかえって運転操作の妨げになる可能性がある。そこで、報知した離間距離に関する情報がオペレータの運転支援につながる状況に限り、報知を行う趣旨である。
The notification
掘削坑S内でバケット13を昇降させる場合、オペレータは、深礎掘削機1の製造元から推奨されている鉛直方向を含む所定の角度領域(例えば±3°)内に伸縮アーム6の角度を保つように運転操作する。例えば伸縮アーム6は、仕様によっては最大で30m程度まで伸長するため、バケット13等の重量が曲げ方向に作用したときの破損防止のために、上記角度領域が設定されている。
When raising and lowering the
従って、伸縮アーム6の角度が所定の角度領域内にあり、且つ伸縮アーム6が伸長方向に駆動されているときには、掘削坑S内でバケット13が下降中であると見なせる。この状況において、上記離間距離に関する情報をオペレータに報知することは運転支援につながる。
Therefore, when the angle of the
オペレータの運転操作の癖、或いは作業現場に応じて相違する掘削坑S内のスペース等の諸条件によっては、推奨されている角度領域よりも多少縮小または拡大した領域を想定して、オペレータが運転操作する場合もあり得る。そこで実施形態では、角度領域α設定部24によりオペレータ自身が角度領域αとして任意に設定可能としている。角度領域αは、鉛直方向を基準とした前後に等角度(例えば上記した±3°)に設定してもよいし、前後に偏った角度(例えば前に2°,後に4°)に設定してもよい。
Depending on the operating habits of the operator or various conditions such as the space inside the excavation shaft S, which differs depending on the work site, the operator may operate by assuming an area that is slightly smaller or larger than the recommended angular area. It may also be manipulated. Therefore, in the embodiment, the angle area
報知許可判定部23aは、アーム角度センサ9により検出された伸縮アーム6の角度が角度領域α内にあるか否かを判定すると共に、各ストロークセンサ18,19により検出された駆動シリンダ16,17のストローク量の変化方向に基づき、伸縮アーム6が伸長方向に操作されているか否かを判定する。何れの条件も満足する場合には、離間距離に関する情報をオペレータに報知すべきと判定し、離間距離算出部23bに報知許可を出力する。
The notification
離間距離算出部23bは、報知許可判定部23aからの報知許可の入力を条件として、バケット13の下端から掘削面Saまでの離間距離L3を算出する機能を奏する。この算出処理の詳細については後述する。
The separation
距離報知制御部23cは、ディスプレイ25及びスピーカ26を駆動制御して、離間距離算出部23bにより算出された離間距離L3に関する情報をオペレータに報知する機能を奏する。本実施形態では、離間距離L3を具体的な数字として報知しており、例えば距離報知制御部23cは、「あと3mで着地です」等のメッセージを示す画像及び音声を作成して、ディスプレイ25に画像を表示すると共に、スピーカ26から音声を出力する。
なお、離間距離L3の報知形態はこれに限るものではない。例えば、バケット13と掘削面Saとの位置関係を模式的に示す画像を作成して、ディスプレイ25に表示してもよい。また、スピーカ26から断続的な警告音を出力し、離間距離L3が縮小するに従って警告音の間隔を次第に狭めてオペレータの注意を喚起するようにしてもよい。
The distance
Note that the notification form of the separation distance L3 is not limited to this. For example, an image schematically showing the positional relationship between the
《離間距離L3の算出手順》
次いで、離間距離算出部23bの算出処理について説明する。
まず、図5(a)に示すように、伸縮アーム6を最収縮状態としたときの基端アーム6aの下端からバケット13の下端までの距離が、予め離間距離算出部23bに基準距離L0として記憶されている。最収縮状態では、基端アーム6aの下端から中間アーム6bの下部が僅かに突出し、中間アーム6bの下端から先端アーム6cの下端が僅かに突出している。先端アーム6cの下端にはアーム側ブラケット10が連結され、その下端にピン11を介してバケット側ブラケット12が連結され、さらにバケット側ブラケット12の下端にバケット13が連結されている。これらの部位が上下方向に連なることで、基端アーム6aの下端(換言すると距離センサ21)からバケット13の下端までの基準距離L0が形成され、この基準距離L0は、最収縮状態では常に所定の値に保たれる。
《Calculation procedure for separation distance L3》
Next, the calculation process of the separation
First, as shown in FIG. 5(a), the distance from the lower end of the
例えば図5(b)に示すように、中間アーム6bが突出すると、中間アーム6bの突出量に相当する距離L1(本発明の「アームの伸長量」に相当)だけバケット13が下降するため、基端アーム6aの下端からバケット13の下端までの距離L2は、基準距離L0に距離L1を加算した値まで増加する。中間アーム6bに加えて先端アーム6cが突出した場合も同様であり、先端アーム6cの突出量に相当する分だけ距離L1がさらに増加し、この値に基準距離L0を加算した距離L2も増加する。一方で、図5(c)に示すように、距離センサ21により検出された距離Lは、基端アーム6aの下端から掘削面Saまでの距離であるため、離間距離L3は、距離Lから距離L2を減算した値となる。
For example, as shown in FIG. 5(b), when the
従って、離間距離算出部23bは、報知許可判定部23aから報知許可が入力されると、まず、ストロークセンサ18,19により検出されているストローク量を伸縮アーム6の伸長量と見なし、ストローク量に基づき距離L1を算出する。詳しくは、中間アーム6bのみを突出させている場合には、中間アーム駆動シリンダ16のストローク量を距離L1とする。また、中間アーム6bに加えて先端アーム6cも突出させている場合には、中間アーム駆動シリンダ16及び先端アーム駆動シリンダ17の各ストローク量の加算値を距離L1とする。そして、次式(1),(2)に示すように、距離L1に基準距離L0を加算して距離L2を算出し、距離センサ21により検出されている距離Lから距離L2を減算して、離間距離L3を算出する。
L2=L0+L1 ……(1)
L3=L-L2 ……(2)
Therefore, when notification permission is input from the notification
L2=L0+L1...(1)
L3=L−L2……(2)
《コントローラ23の制御内容及び実施形態の作用効果》
以上のように構成されたコントローラ23は、深礎掘削機1の稼動中に図6に示す離間距離報知ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。
まず、この説明に先立って深礎掘削機1による作業の概要を述べる。例えば地下鉄やビルの地下等を建設する都市土木では、図7に示すように、掘削坑S内でミニショベルM等による掘削が実施され、掘削された土砂を地上に引き上げるために深礎掘削機1が使用される。深礎掘削機1は地上の掘削坑Sの周囲に配置され、オペレータは伸縮アーム6を掘削坑S内に侵入させて、バケット13が掘削面Sa上の所望の掘削地点に到達するようにブーム5及び伸縮アーム6の角度を調整する。
<<Control contents of the
The
First, prior to this explanation, an overview of the work performed by the
伸縮アーム6は鉛直方向を含む所定角度内に保たれてオペレータの伸長操作に応じて下方に向けて伸長し、掘削坑S内でバケット13が下降する。バケット13が掘削面Saに着地して土砂に食い込むと、オペレータは伸長操作を中止してバケット13を閉じ操作して土砂を掴み、次いで収縮操作により伸縮アーム6を収縮させる。バケット13は上昇して地上まで引き上げられ、待機しているダンプDの荷台上にバケット13を移動させて開き操作により土砂を放土すると、1回分の掘削作業が完了し、以上の作業を繰り返す。
The
深礎掘削機1の稼動中において、コントローラ23は、まず図6のステップS1でセンサ情報を読み込み、続くステップS2,3では、上記した報知許可判定部23aに相当する処理を実行する。即ち、ステップS2で、伸縮アーム6が伸長方向に操作中であるか否かを判定し、ステップS3で、伸縮アーム6の角度が角度α設定部24により設定された角度領域α内にあるか否かを判定する。例えば、伸縮アーム6を掘削坑S内に侵入させているものの、未だ伸長操作されていない状況では、ステップS2でNoの判定を下す。また、伸長操作されているものの、伸縮アーム6の角度が角度領域α内にない状況では、ステップS3でNoの判定を下す。また、角度領域α内にあるものの、土砂を掴んだバケット13を引き上げるべく伸縮アーム6が収縮操作されている状況では、ステップS2でNoの判定を下す。
During operation of the
何れの場合もバケット13の着地に応じてオペレータが伸縮アーム6の伸長操作を中止する状況ではなく、必然的に着地に備えて掘削面Saまでの距離に注意を払う必要もない。このような場合、コントローラ23はステップS2,3を経て一旦ルーチンを終了するため、ディスプレイ25やスピーカ26による報知処理は実行されない。このときのオペレータはバケット13を着地させる以外の何らかの運転操作を行っているため、運転操作に参考にならないディスプレイ表示や音声ガイダンスが実行されると注意が削がれてしまうが、このような事態を未然に防止することができる。
In either case, the operator does not have to stop extending the
また、図2,3で共にYes(肯定)の判定を下したときには、ステップS4に移行し、上記した離間距離算出部23bに相当する処理を実行する。即ち、式(1),(2)に基づき、基準距離L0とシリンダストローク量から求めた距離L1とを加算して距離L2を算出し、距離センサ21により検出された距離Lから距離L2を減算して、離間距離L3を算出する。
Further, when the determination is Yes (affirmative) in both FIGS. 2 and 3, the process moves to step S4, and the process corresponding to the above-mentioned separation
続くステップS5では、上記した距離報知制御部23cに相当する処理を実行する。即ち、離間距離算出部23bにより算出された離間距離L3に関する情報に基づき、画像及び音声を作成してディスプレイ25及びスピーカ26を利用してオペレータに報知し、その後にルーチンを終了する。
In the subsequent step S5, processing corresponding to the distance
以上のコントローラ23の処理が繰り返されることにより、オペレータは、伸縮アーム6の伸長操作の開始(バケット13の下降開始)から伸長操作の終了(バケット13の着地)までの間、刻々と変化する離間距離L3を常に把握することができる。この点を換言すると、バケット13が掘削面Saに着地するタイミングをオペレータがある程度予測できることを意味する。このためオペレータは、離間距離L3が十分に残っている状況では、それほど注意を払う必要がなくなり、離間距離L3=0になる直前に注意を集中することができる。
By repeating the above processing of the
特許文献1のような従来技術では、伸縮アーム6の伸長操作中において、オペレータがバケット13の着地に備えて常に掘削面Saまでの距離に注意を払う必要があった。これに比較して本実施形態によれば、オペレータがバケット13の着地の直前に注意を集中できるため、その負担を大幅に軽減することができる。
In the conventional technology such as
そして、オペレータは離間距離L3に基づきバケット13が着地したと判断すると、伸縮アーム6の伸長操作を中止する。このため、ステップS2の判定がNoになり、ステップS4,5の処理が実行されなくなるため、離間距離L3に関する情報の報知処理が終了される。なお、バケット13が着地する以前にステップS2,3の何れかの条件を満足しなくなった場合には、元々バケット13の着地を目的としたオペレータの運転操作でなかったと見なせる。この場合にはステップS2,3の何れかでNoの判定が下されて、不要な報知処理が中止される。
Then, when the operator determines that the
また本実施形態によれば、離間距離L3に基づき、オペレータは伸縮アーム6の伸長操作を的確なタイミングで中止できる。掘削面Sa上の十分な量の土砂をバケット13で掴むには、着地の際にバケット13を掘削面Saに食い込ませるべく、着地から僅かに遅延したタイミングで伸長操作を中止することが望ましい。このときの的確なタイミングは土砂の硬さ等の諸条件により異なるため、例えばオペレータは、掘削面Saへのバケット13の食い込み状態を目視にて確認して、次回の着地の際の伸長操作の中止タイミングを微調整している。着地の直前において離間距離L3を把握できることは、このような微調整を実施し易くすることにもつながり、ひいては、バケット13を掘削面Saに適切に食い込ませて十分な量の土砂を掴むことができるため、作業効率の向上に大きく貢献する。
Further, according to the present embodiment, the operator can stop the extension operation of the
また、図6のステップS2,3の条件を満足した場合に限って報知処理を実行することによる効果は、不要な報知の防止だけではない。伸縮アーム6を伸長操作中のオペレータは、元々バケット13の着地に備えて掘削面Saまでの距離に注意を払っているはずであるが、何回も掘削作業を繰り返す間には、気が緩んで注意が疎かになる場合もあり得る。ディスプレイ25及びスピーカ26による報知が開始されるとオペレータの注意が喚起されるため、バケット13が下降して着地する直前には注意を集中させることができ、的確に伸長操作を中止できる。結果として、オペレータの注意力の低下を補うという別の効果も得られる。
Moreover, the effect of executing the notification process only when the conditions of steps S2 and 3 in FIG. 6 are satisfied is not only the prevention of unnecessary notifications. The operator who is extending the
但し、報知許可を判定するステップS2,3の処理は必ずしも必要ではなく、例えばステップS2の処理を省略してもよい。この場合には、土砂を掴んだバケット13を引き上げるべく伸縮アーム6を収縮操作しているときにも、離間距離L3に関する情報が報知されるが、オペレータは自身の収縮操作を認識しているはずのため、報知により注意が削がれることはない。また、ステップS2,3の処理を共に省略してもよく、この場合であっても、離間距離L3の報知に基づくオペレータの負担軽減や伸長操作の的確な中止等の効果を達成することができる。
However, the processing in steps S2 and 3 for determining notification permission is not necessarily necessary, and for example, the processing in step S2 may be omitted. In this case, even when the
また、ステップS2の判定処理に適用される角度領域αを、角度領域α設定部24によりオペレータが任意に設定可能としている。掘削坑S内でバケット13を昇降させる際の伸縮アーム6の角度領域は、深礎掘削機1の製造元から推奨されてはいるものの、オペレータの癖や掘削坑S内のスペース等の諸条件によっては、推奨された角度領域が遵守されない場合もあり得る。オペレータ自身が角度領域αとして設定することにより、報知を要する状況か否かをコントローラ23がより適切に判別でき、結果として不要な状況での報知を一層確実に防止できるという効果が得られる。
Further, the angular area
但し、角度領域α設定部24を必ずしも備える必要はなく、これを省略してもよい。この場合には、例えば、深礎掘削機1の製造元から推奨されている角度領域に基づきステップS2の処理を実行すればよい。
However, it is not necessary to provide the angular region
また、多段式の伸縮アーム6を構成する基端アーム6aに、距離センサ21を設けている。距離センサ21は、運転室4a内に設置されたコントローラ23に対してハーネスを介して接続されるため、例えば、中間アーム6bや先端アーム6c等に距離センサ21を設けた場合には、伸縮アーム6の伸縮に伴う距離センサ21の位置変位を吸収する何らかの対策をハーネスに施す必要が生じる。伸縮アーム6の伸縮に影響されない基端アーム6aに距離センサ21を設けることにより、ハーネスに関する対策が不要になる。また、中間アーム6bや先端アーム6cに比較して基端アーム6aは振動や揺れが少なく、且つ掘削面Saから離間している。このため、振動や揺れに起因する検出精度の低下、及び掘削面Saで生じる砂塵等に起因する距離センサ21の故障を未然に防止できるという効果も得られる。
Furthermore, a
加えて、上下方向に延びる基端アーム6a上の何れの部位に距離センサ21を設けても、上記効果は達成できるが、本実施形態では、特に基端アーム6aの下端に距離センサ21を設けている。これにより距離センサ21が検出すべき距離Lが可能な限り短くなり、この点も検出精度の向上に寄与する。
In addition, although the above effect can be achieved by providing the
但し、本発明における距離センサ21の設置位置は、上記に限るものではない。中間アーム6bや先端アーム6cを含めた伸縮アーム6の何れかの部位に距離センサ21を設ければ、所期の距離Lの検出機能を達成できるため、その設置位置を基端アーム6aの下端から任意に変更してもよい。なお、距離センサ21を先端アーム6cに設けた場合には、離間距離L3が伸縮アーム6の伸長量の影響を受けなくなるため、距離L1=0として図6のステップS4の算出処理を実行すればよい。
However, the installation position of the
また、中間アーム6b及び先端アーム6cをそれぞれ駆動シリンダ16,17により駆動し、各駆動シリンダ16,17のストローク量をストロークセンサ18,19により検出している。そして、検出したストローク量を、離間距離算出部23bで伸縮アーム6の伸長量(=距離L1)の算出処理に利用する一方、報知許可判定部23aでは伸縮アーム6の伸長操作の判定処理に利用している。仮に双方の処理を異なる検出情報に基づき実行したとすると、新たにセンサを追加する必要が生じるが、検出情報を共通化することでセンサの数を減少でき、ひいては深礎掘削機1の製造コストを低減することができる。
Further, the
また、オペレータに報知される離間距離L3に関する情報は、伸長操作の中止タイミングの判断に利用できるだけでなく、掘削坑S内の状況を把握するためにも役立つ。即ち、掘削坑S内でのバケット13の下降中において、離間距離L3は掘削面Saへの接近に伴って連続的に減少するはずである。一方で、特許文献1等にも記載のように、深礎掘削機1のバケット13を掘削面Saまで下降させる際には、掘削坑S内で作業中のミニショベルMのオペレータ等に警報を発しているが、これを聞き逃して掘削地点に接近するミニショベルMもあり得る。このときの離間距離L3はミニショベルMの高さ相当だけステップ的に減少するため、深礎掘削機1のオペレータは、接近中のミニショベルMが存在することを離間距離L3の変化に基づき認識できる。従って、バケット13の下降中止或いは再度の警報等の対処を行って、バケット13とミニショベルMとの衝突を未然に防止でき、このような作業の安全面に関しても離間距離L3の報知を利用することができる。
Further, the information regarding the separation distance L3 that is notified to the operator can be used not only to determine the timing to stop the extension operation, but also to understand the situation inside the excavation shaft S. That is, while the
但し、このような離間距離L3の変化を深礎掘削機1のオペレータが見逃す可能性もある。そこで、例えば図8に示すように、コントローラ23に警報制御部23dを追加し、バケット13の下降中においてコントローラ23に離間距離L3の変化状況を監視させてもよい。
However, there is a possibility that the operator of the
詳しくは、警報制御部23dに、予め通常のバケット13の下降では発生し得ない離間距離L3の変化量を閾値として記憶させておく。離間距離算出部23bで算出された離間距離L3を警報制御部23dに入力し、バケット13の下降中において離間距離L3が閾値を超えてステップ的に減少すると、警報制御部23dがディスプレイ25やスピーカ26により警報を発してオペレータにバケット13の下降停止を促す。警報の内容は、ディスプレイ25の明滅やスピーカ26からの警告音等、どのような形態でもよい。これに代えて、接近中のミニショベルMのオペレータに対して再度の警報を発してもよし、或いは、バケット13の下降を強制停止させてもよい。何れの場合も、バケット13とミニショベルMとの衝突等のトラブルをより確実に防止できるという別の効果が得られる。
Specifically, the amount of change in the separation distance L3, which cannot occur when the
一方、本実施形態の伸縮アーム6とは異なるが、上記したようなロープを利用した駆動方式の伸縮アーム6の場合には、ロープの定期的な点検や交換等の保守作業を要する。本実施形態において離間距離L3を算出する過程で得られる伸縮アーム6の突出量(距離L1)は、このような保守作業の実施タイミングを判断する指標として利用できる。
On the other hand, although different from the
即ち、掘削坑S内でバケット13が下降して着地した時点(離間距離=0の時点)の伸縮アーム6の伸長量(以下、着地時アーム伸長量と称する)は、掘削坑Sの深さ等の作業環境に応じて異なるものの、今回の掘削作業でのロープの駆動量、ひいてはロープの消耗量と相関する。このため新品のロープに交換した時点、或いは点検を実施した時点からの着地時アーム伸長量の積算値と、現在のロープの消耗量との間には相関関係が成立する。
That is, the amount of extension of the
そこで、例えば図9に示すように、コントローラ23にロープ保守報知制御部23eを追加し、予め着地時アーム伸長量の積算値とロープの点検や交換タイミング(本発明の「保守タイミング」に相当)との関係を記憶させておく。バケット13が着地する毎に、離間距離算出部23bからロープ保守報知制御部23eに伸縮アーム6の伸長量(=距離L1)を入力し、着地時アーム伸長量として逐次積算する。この積算値が点検または交換タイミングに達すると、その旨をロープ保守報知制御部23eがディスプレイ25やスピーカ26で報知してロープの点検や交換を促す。これにより、適切なタイミングでロープに関する保守作業を実施することができる。
Therefore, as shown in FIG. 9, for example, a rope maintenance
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、離間距離L3に関する情報をディスプレイ25及びスピーカ26でそれぞれ報知したが、何れか一方のみを利用して報知してもよい。
This concludes the description of the embodiment, but aspects of the present invention are not limited to this embodiment. For example, in the embodiment described above, information regarding the separation distance L3 is reported using the display 25 and the
また上記実施形態では、ストロークセンサ18,19により検出された駆動シリンダ16,17のストローク量に基づき、伸縮アーム6の伸長量及び伸縮方向を判定したが、これに限るものではない。例えば、伸縮アーム6を伸長させる際の操作装置に対するオペレータの操作状態に基づき、伸長量及び伸長方向を判定してもよい。また、ロープ式の伸縮アーム6の場合には、ロープの移動量に基づき、伸長量及び伸長方向を判定してもよい。
Further, in the above embodiment, the amount of extension and the direction of extension of the
1 深礎掘削機
4 上部旋回体(機体)
4a 運転室
5 ブーム
6 伸縮アーム
6a 基端アーム(最基端側のアーム)
9 アーム角度センサ(アーム角度検出部)
13 バケット(掘削バケット)
16 中間アーム駆動シリンダ(油圧シリンダ)
17 先端アーム駆動シリンダ(油圧シリンダ)
18,19 ストロークセンサ
18,19 ストロークセンサ(アーム伸長量検出部、アーム伸長操作検出部)
21 距離センサ(距離検出部)
23a 報知許可判定部
23b 離間距離算出部
23c 距離報知制御部
23d 警報制御部
23e ロープ保守報知制御部
24 角度領域α設定部(角度領域設定部)
25 ディスプレイ(報知部)
26 スピーカ(報知部)
1
4a Operator's
9 Arm angle sensor (arm angle detection section)
13 Bucket (excavation bucket)
16 Intermediate arm drive cylinder (hydraulic cylinder)
17 Tip arm drive cylinder (hydraulic cylinder)
18,19
21 Distance sensor (distance detection section)
23a Notification
25 Display (Notification Department)
26 Speaker (notification section)
Claims (12)
前記伸縮アームに設けられ、前記掘削面までの距離を検出する距離検出部と、
前記伸縮アームの伸長量を検出するアーム伸長量検出部と、
前記距離検出部により検出された距離と前記アーム伸長量検出部により検出されたアーム伸長量とに基づき、前記掘削バケットの下端から前記掘削面までの離間距離を算出する離間距離算出部と、
前記機体の運転室に設けられた報知部を駆動制御して、前記離間距離算出部により算出された離間距離に関する情報を報知させる距離報知制御部と、
を備えた深礎掘削機。 A boom is rotatably connected to the aircraft body, a multi-stage telescoping arm to be inserted into an excavation hole is rotatably connected to the tip of the boom, and an extension of the telescoping arm is connected to the tip of the telescoping arm. In a deep foundation excavator connected to a digging bucket that descends in the excavation pit and grabs earth and sand on the excavation surface,
a distance detection unit provided on the telescoping arm and detecting a distance to the excavation surface;
an arm extension amount detection unit that detects an extension amount of the telescoping arm;
a separation distance calculation unit that calculates a separation distance from the lower end of the excavation bucket to the excavation surface based on the distance detected by the distance detection unit and the arm extension amount detected by the arm extension amount detection unit;
a distance notification control unit that drives and controls a notification unit provided in a driver's cab of the aircraft to notify information regarding the separation distance calculated by the separation distance calculation unit;
A deep foundation excavator equipped with
前記アーム角度検出部により検出されたアーム角度が、予め鉛直方向を含んで設定された所定の角度領域内にあるときに報知許可の判定を下す報知許可判定部と、をさらに備え、
前記報知許可判定部により報知許可の判定が下されているときに、前記離間距離算出部が前記離間距離の算出処理を実行し、前記報知部が前記離間距離に関する情報の報知処理を実行する
ことを特徴とする請求項1に記載の深礎掘削機。 an arm angle detection section that detects the angle of the telescoping arm;
further comprising a notification permission determination unit that determines notification permission when the arm angle detected by the arm angle detection unit is within a predetermined angle range set in advance including the vertical direction,
When the notification permission determination unit has determined whether notification is permitted, the separation distance calculation unit executes a calculation process of the separation distance, and the notification unit executes a notification process of information regarding the separation distance. The deep foundation excavator according to claim 1, characterized in that:
前記報知許可判定部は、前記アーム角度が前記所定の角度領域内にあり、且つ前記アーム伸長操作検出部により前記伸縮アームの伸長操作が検出されているときに、前記報知許可の判定を下す
ことを特徴とする請求項2に記載の深礎掘削機。 further comprising an arm extension operation detection unit that detects an extension operation of the telescoping arm,
The notification permission determination unit determines the notification permission when the arm angle is within the predetermined angular range and the arm extension operation detection unit detects an extension operation of the telescoping arm. The deep foundation excavator according to claim 2, characterized in that:
前記報知許可判定部は、前記角度領域設定部により設定された角度領域に基づき、前記報知許可の判定処理を実行する
ことを特徴とする請求項2に記載の深礎掘削機。 further comprising an angular area setting section that can arbitrarily set the predetermined angular area,
The deep foundation excavator according to claim 2, wherein the notification permission determination unit executes the notification permission determination process based on the angular area set by the angular area setting unit.
ことを特徴とする請求項1に記載の深礎掘削機。 The deep foundation excavator according to claim 1, wherein the distance detection section is provided at the tip of the most proximal arm constituting the multistage telescoping arm.
前記アーム伸長量検出部は、前記伸縮アームの最収縮状態からのアーム伸長量を検出し、
前記離間距離算出部は、前記伸縮アームの最収縮状態での前記距離検出部から前記掘削バケットの下端までの距離を予め基準距離として記憶し、前記距離検出部により検出された距離から前記アーム伸長量検出部により検出されたアーム伸長量と前記基準距離とを減算して前記離間距離を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の深礎掘削機。 The distance detection unit is provided on the most proximal arm of the multi-stage telescoping arm,
The arm extension amount detection unit detects the arm extension amount from the most contracted state of the telescoping arm,
The separation distance calculation unit stores in advance a distance from the distance detection unit to the lower end of the excavation bucket when the telescoping arm is in the most contracted state, and calculates the extension of the arm from the distance detected by the distance detection unit. The deep foundation excavator according to claim 1, wherein the separation distance is calculated by subtracting the arm extension amount detected by the amount detection unit from the reference distance.
前記アーム伸長量検出部及び前記アーム伸長操作検出部は、前記油圧シリンダに設けられたストロークセンサである
ことを特徴とする請求項3に記載の深礎掘削機。 The multi-stage telescoping arm is driven by a hydraulic cylinder to extend and contract;
The deep foundation excavator according to claim 3, wherein the arm extension amount detection section and the arm extension operation detection section are stroke sensors provided in the hydraulic cylinder.
前記掘削バケットが前記掘削面に着地する毎に、前記アーム伸長量検出部により検出されるアーム伸長量を着地時アーム伸長量として積算し、予め記憶されている前記着地時アーム伸長量の積算値と前記ロープの保守タイミングとの関係に基づき、前記積算値が前記保守タイミングに達したと判定すると、前記報知部に前記保守タイミングの至った旨を報知させるロープ保守報知制御部をさらに備えた
ことを特徴とする請求項1に記載の深礎掘削機。 The multi-stage telescoping arm is constructed by connecting a plurality of arms to a single hydraulic cylinder via ropes, and each arm is driven in conjunction with the ropes according to the protrusion and retraction of the rod of the hydraulic cylinder. expands and contracts by being
Each time the excavation bucket lands on the excavation surface, the amount of arm extension detected by the arm extension amount detection unit is integrated as the amount of arm extension at landing, and the integrated value of the amount of arm extension at landing is stored in advance. and a rope maintenance notification control unit that causes the notification unit to notify that the maintenance timing has arrived when it is determined that the integrated value has reached the maintenance timing based on the relationship between the maintenance timing and the maintenance timing of the rope. The deep foundation excavator according to claim 1, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1に記載の深礎掘削機。 The deep foundation excavator according to claim 1, further comprising an alarm control section that causes the notification section to issue an alarm when the separation distance calculated by the separation distance calculation section decreases in a stepwise manner.
ことを特徴とする請求項1に記載の深礎掘削機。 The deep foundation excavator according to claim 1, wherein the notification unit is a display that displays the separation distance in numbers as information regarding the separation distance.
ことを特徴とする請求項1に記載の深礎掘削機。 The deep foundation excavator according to claim 1, wherein the notification unit is a display that schematically displays a positional relationship between the excavation bucket and the excavation surface as information regarding the separation distance.
ことを特徴とする請求項1に記載の深礎掘削機。 The deep foundation excavator according to claim 1, wherein the notification unit is a speaker that notifies the separation distance by sound as information regarding the separation distance.
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