JPH0517972A - 建設作業用機械の安全装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 建設作業用機械に装着する作業工具として、
その機械の機体に適合する標準的なものにより更に大形
の作業工具を装着したとき、種々の作業姿勢における機
体の安定度を常時表示し、その値が所定値よりも悪化す
ると警告を発し、運転操作の安全と能率の向上をはか
る。 ［構成］ ブームまたはブームシリンダの角度を角度検
出手段で検出するか、ブームシリンダのそのときの有効
長さを伸縮度検出手段で検出して得たブーム角度の複数
段階毎に、作業工具７の設定位置により変化するブーム
シリンダの限界負荷圧力を機体の安定上から求めてディ
スプレイ装置１１に記憶させ、ブームシリンダの圧力検
出手段からの圧力信号により機体の安定度の表示または
警告手段の作動をなさしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、フロントアタッチメ
ントとして、ブーム、アームなどの支持部材を介して作
業工具を有し、機体にそれを装着して作業を行う建設作
業用機械にあって、フロントアタッチメントの作動によ
り得られる各種作業姿勢において、機体の安定度を常に
確認可能の安全装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】建設機械に使用する作業工具は多種多様
であるが、その取付母体となるベースマシンの大半はシ
ョベル系掘削機、または、類似の機械が多用される。す
なわち、下部走行体上方に旋回可能に枢着した上部旋回
体と、その上部旋回体の前方には、先端に作業工具を備
え、ブーム、アームなどの支持部材からなるフロントア
タッチメントを、上下に回動自在に枢支し、油圧シリン
ダでフロントアタッチメントおよびその構成部材を作動
せしめて作業を行う。このような方法により、作業工具
を任意の空間位置へと設定し、機械化施工を能率よく行
うことができるものである。ところが、近年はこの種機
械を使用する作業工種は次第に多様化され、例えば、そ
の機械固有の作業範囲の１部を犠牲にする代りに、通常
の作業工具よりも一段と大形のものと組合わせて使用す
ることにより或る特定の工種の作業能率の向上を計ると
いった方法がとられることも、しばしばである。

【０００３】上述のような作業状態の１例として、油圧
式ショベル形掘削機のアーム先端にコンクリート造、木
造の構造物等の破砕用作業工具を装着した解体機を示す
と図７のとおりである。図において、１は下部走行体、
２はその上方に旋回自在に枢着した上部旋回体、３は、
その基端部を上部旋回体２の所定位置Ｃに枢着し、ブー
ムシリンダ５で上下に回動する如くしたブーム、４は該
ブーム３の先端部に枢着され、アームシリンダ６で回動
されるアーム、７は該アーム４の先端に装着され、作業
工具シリンダ８の伸縮により回動するように取付けられ
た作業工具で、この図では、その１例として油圧式破砕
工具を示している。また、Ａは上記ブーム３、アーム
４、作業工具７および、それらを回動させる各種シリン
ダ、リンク、ロッドなどからなるフロントアタッチメン
トを示し、Ｂは該フロントアタッチメントＡを除く、下
部走行体１、上部旋回体２からなる機体、Ｄ，Ｅはブー
ムシリンダ５の基部枢支点、作用力点を示すが、この種
機械では、しばしば、作業能率向上のため、機体Ｂに対
して標準よりも大形の作業工具を組合わせて使用するこ
とがあり、このような場合にも機械全体の安全上の安全
域を越えることがないような十分な運転上の配慮がなさ
れなければならない。

【０００４】すなわち、上記条件下においても、なお、
安全である運転をする目安を得るため、従来からなされ
ていた方法の１つとして、図７における建設作業用機械
のアーム４先端部に枢着した作業工具７の取付点は、ブ
ームシリンダ５、アームシリンダ６を伸縮させることに
より符号Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｈの点を順次結ぶ曲線、直線
で包絡される範囲内の何れの点にも設定可能に作動する
ものであり、アーム４の先端に取付ける作業工具７が、
この機体Ｂに対し標準的な規格のものであれば、その作
業工具は、上記の範囲内で自在に作業は可能であるが、
作業工具７が標準的なものよりも大きく、重量も大であ
ると、機体Ｂの安定上から、図７の符号Ｌ，Ｍを結ぶ曲
線よりも機体Ｂ側にアーム４の先端が位置する必要があ
る。すなわち、安定上の作業可能範囲は符号Ｍ，Ｌ，
Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｍを順次結ぶ曲線、直線で包絡される範囲
となり、通常の標準作業工具装着時よりも作業範囲は、
理論的に狭くなるものである。

【０００５】ここにおいて、図示の符号Ｌ，Ｍを結ぶ曲
線ＬＭは、アーム４の先端に大形の作業工具７を装着
し、ブーム３、アーム４を上下に回動したとき、機体Ｂ
の所定の安定度が得られるアーム４の先端位置を計算ま
たは実測で求め、その複数点を結び、得たものである。
したがって、この曲線ＭＬ上の各点はそれぞれの点が示
す地上高さにおいて、上部旋回体２の旋回中心線が地面
と交わる点である符号０からの水平距離のおのおのが、
このアタッチメントＡのときの安全な作業半径を示すも
のである。このように、地上からの作業位置の高さが異
なる毎に、その安全な作業半径が異なることを考慮しつ
つ、運転席から作業工具７を操作するということは、実
用的には不可能である。そこで、如何なる作業位置高さ
であろうとも、なお十分な安定度が得られるよう、符号
Ｍを通り地面に垂直な線ＭＮより大きい作業半径になら
ないよう、予め、そのアタッチメントＡの組合わせによ
る符号Ｍと符号０との距離を、計測、実測、資料などで
十分に知しつしておき、運転者にはそれを許容最大作業
半径として守らせるべく、運転作業中は、作業対象物と
機体との距離を目測しながら作業をすることにより、標
準より大形の作業工具を装着して、機体の安定を悪くす
るような危険もなく、能率のよい作業を遂行していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように目測によ
って作業半径が過大にならないよう、しかも能率よく作
業をするには相当の熟達した運転技能を要することは勿
論であるが、図６で明らかなように、作業工具７を装着
したときは、直線ＭＮと運転席との水平距離が目安とな
る安全な作業範囲であり、標準的な作業工具を装着しと
たときの作業範囲に比し、符号Ｈ，Ｌ，Ｎ，Ｍ，Ｈの各
点を順次結ぶ線で包絡される範囲、すなわち、図の作業
禁止範囲Ｆ１とＦ２を加えただけ狭くなるのであるが、
このうち、作業禁止範囲Ｆ１は、この建設作業用機械の
能力上止むを得ないにしても、誤操作による危険防止上
Ｆ2 なる作業禁止範囲が追加されることは、実作業にお
いて、それだけ、余分の頻繁な機体の移動、余分のブー
ムの引起し操作などが加わり能率の低下につながる。ま
た、このことは、例えば作業現場環境として、作業対象
物に対し、下部走行体１の走行方向を平行に設置しなけ
ればならないようなときは、上記のことが作業能率の低
下に影響することは更に大きく、不利となるなどの問題
がある。この発明は、このような問題点を極力解消する
べく、少なくとも、作業禁止範囲Ｆ2 をも作業可能範囲
とし、作業禁止範囲Ｆ1 内に作業装置が近づき、侵入す
るようなことがあれば、運転者に警告をすることを課題
とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の課題を
解決するため、次の手段を講じた。すなわち、 イ） フロントアタッチメント全体を機体に対して支持
するブームシリンダの負荷圧力を検出し、それに対応す
る圧力信号を出力する圧力検出手段と、 ロ） ブームまたはブームシリンダの、例えば、地面に
対する角度変化を検出し、その角度に対応する角度信号
を出力する角度検出手段と、 ハ） 該角度検出手段の複数の角度信号毎における作業
用工具を設定し得るすべての作業姿勢のうち、機体が、
なお所定の安定度を保持し得る状態のブームシリンダに
発生する限界負荷圧力信号を記憶し、上記角度検出手段
から得られるブームのそのときの作業姿勢に対応するブ
ームシリンダの限界負荷圧力信号に対する前記圧力検出
手段からの圧力信号の比率を表示するディスプレイ装置
と、を設ける。 ニ） また、上記ディスプレイ装置が表示する比率が所
定値よりも不安定側になると、該ディスプレイ装置は警
告手段を作動させる警告信号を発するようにする。

【０００８】

【作用】作業工具として標準的な規格以上の能力、重量
を有するものを装着して作業をするとき、この発明にか
かる安全装置を備えておくことにより、フロントアタッ
チメントの作動による各作業姿勢毎に、ブームシリンダ
の負荷圧力を検出する圧力検出手段と、ブームまたはブ
ームシリンダの角度変化を検出する角度検出手段とから
の信号がディプレイ装置に入力され、その姿勢における
機体の安定度が表示されるので、運転者は作業中、必要
に応じ、このディスプレイ装置を視認することにより、
そのときの作業状態で安定度を確認できる。また、警告
手段を付加しておくと、無理な作業姿勢をとり、万一、
ディスプレイ装置の表示確認をしなかったときにも、機
体の安定度が所定値よりも悪化すると、警告手段が自動
的に作動し、運転者にそれを知らせる。

【０００９】

【実施例】以下この発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１はアーム４の先端部に作業工具７を装着してい
るクローラ式油圧ショベルの作業状態を示す側面図であ
るが、この図における作業工具７は、１例として油圧破
砕工具としたが、これに代り、打撃式工具、掘削積込な
どの工具であっても適用可能であることは言うまでもな
い。また、図中の符号で、従来技術の説明において用い
た同一部分には同一の符号を付してあり、その説明は省
略する。図１において、９はブーム３、アーム４、作業
工具７からなるフロントアタッチメントＡの自重、作業
反力を支持するブームシリンダ５の負荷側油室に発生す
る負荷圧力の大きさに比例する信号を出力する圧力検出
手段、１０はブーム３の回動角度、例えばその作動範囲
内の各姿勢における対地角度の変動値の大きさに対応す
る信号を出力する角度検出手段、１１は、上記圧力検出
手段９、角度検出手段１０からの信号を受け、後述する
機能を発揮するディスプレイ装置、１２は該ディスプレ
イ装置１１から出力される信号により作動する警告手段
で、例えば、図２で示すブザー１３、警報ランプ１４、
作動停止手段１８などの、単独または組合わせからなる
既知技術によるものである。Ｃはブーム３の基部枢支
点、Ｄ，Ｅはそれぞれブームシリンダ５の枢支点と作用
力点とである。

【００１０】次に、図２はこの発明の構成概要を示すブ
ロック図であるが、ディスプレイ装置１１には、ブーム
３の複数の起伏角度毎のそれぞれに対し、作業工具７の
位置を設定し得るすべての作業姿勢のうち、機体がなお
所定の安定度を保持し得る状態におけるブームシリンダ
５の、上限の限界負荷圧力を記憶し得る機能と、角度検
出手段１０からの信号で、上記記憶した限界負荷圧力の
うち、そのブーム３の角度に応ずるブームシリンダ５の
限界負荷圧力を知り、これと圧力検出手段９からの圧力
信号で得られる圧力とを比較し、その時の機体の安定度
が所定の安定度に対しどの程度まで接近したかを表示部
１５に表示する機能と、上記圧力検出手段９で得られた
ブームシリンダ５の負荷圧力と、そのときの角度検出手
段で得られるブーム３の姿勢での限界負荷圧力との比が
所定の値以上になると警告手段に対して警告信号を発信
する機能と、を有している。

【００１１】なお、建設作業用機械の走行装置は、その
進行方向と、それに直角な方向とでは転倒支線の安定巾
は異なるものであり、一般的には、フロントアタッチメ
ントを前進または後進の進行方向へ向けたときの方が、
それと直角方向のときよりも、該フロントアタッチメン
トに負荷が加わる場合には機械の安定度は高いものであ
る。しかしながら、従事する作業の内容、作業環境によ
っては必ずしも安定度の高い方向でのみ使用することは
望めない。例えば、図１に示すように下部走行体１のク
ローラの方向とフロントアタッチメントＡとの方向が同
じであるときの作業では、安全な作業半径が曲線ＬＭで
示される範囲であったとすると、フロントアタッチメン
トＡをクローラと直角方向に向けたときの安全な作業半
径は、上記よりも小さい曲線Ｌ’Ｍ’で示す範囲となる
ので前述したブームシリンダ５の限界負荷圧力の記憶値
は異ならざるを得ない。従って、そのときの作業状況に
応じ、図２に示すディスプレイ装置１１に付属する切換
手段１６，１６ａなどを操作して作業条件に合った記憶
値を利用する必要があるが、上部旋回体２の下部走行体
１に体する方向を検出する手段を設け、その出力により
上記記憶値の１つを自動的に選択するようにしてもよ
い。また、１７はスイッチであり、ディスプレイ装置１
１から警告手段１２への警告信号の出力を、必要に応じ
断接する目的で設けたものである。図３は検出手段と、
それにともなうディスプレイ装置の機能の１部が異なる
場合を示すブロック図であり、この場合は圧力信号、角
度信号ともに、ブームシリンダ５から得るようにしてあ
る。すなわち、圧力検出手段９は図２の場合と全く同一
であるが、作業姿勢の検出用としての角度検出手段１０
ａをブームシリンダ５に取付ける。従って、ディスプレ
イ装置１１ａには、ブームシリンダ５の複数の角度に対
応する各作業姿勢毎に、該ブームシリンダ５の限界負荷
圧力が記憶されているほかは、図２と同様である。

【００１２】次に、前記図２および図３におけるディス
プレイ装置１１または１１ａに記憶されたり、表示部１
５に表示する安定度を求める具体例について述べる。先
ず、フロントアタッチメントＡの構成要素を解析し算出
する方法を図４により示す。すなわち、ブーム３の枢支
点Ｃ、ブームシリンダ５の枢支点Ｄ、その作用力点Ｅで
形成される三角形において、各頂点Ｃ，Ｄ，Ｅを結ぶ変
ＣＤをａ、ＤＥをｂ、ＥＣをｃとし、頂角ＣＥＤのα、
頂角ＤＣＥをβ、頂角ＣＤＥをγとすると、点Ｃ，Ｄ相
互の関係位置と辺の長さａ，ｃは何れもその機械固有の
もので、辺の長さｂはブームシリンダ５の伸縮の程度に
応じて決定される。従って、頂角α，γの何れかを角度
検出手段１０または１０ａで間接的に知るとにより、ブ
ーム３に体するブームシリンダ５の作用角度、従って作
用力も同時に算出可能であるから、ブーム３またはブー
ムシリンダ５の、複数の設定角度毎におけるブーム５の
自重、アーム４と、その先端に装着した作業工具７がブ
ームシリンダ５に負荷圧力として表れる影響、そうし
て、その複数の設定角度毎の機体の安定度から制限を受
けるブームシリンダ５の限界負荷圧力のそれぞれの値を
ディスプレイ装置の記憶部に記憶させる。

【００１３】また、フロントアタッチメントと機体との
特定組合わせのときの実測による方法につき、図ｂによ
り説明する。図において、Ｇａ，Ｗａはそれぞれフロン
トアタッチメントＡの或る作業姿勢時の重心位置及びそ
の重量、Ｇｂ，Ｗｂはそれぞれ機体Ｂの重心位置とその
重量、２０ｆ，２０ｒはそれぞれ、下部走行体１におけ
る前方転倒支点、後方転倒支点を示し、Ｒｆ，Ｒｒはそ
れぞれ、上記前方、後方の転倒支点２０ｆ，２０ｒでこ
の機械が支持されているものと想定したとき前方支持反
力、後方支持反力である。また、符号Ｌａ，Ｌｂ，ｌは
それぞれ、前方転倒支点２０ｆ、後方転倒支点２０ｒを
基線とした図示の寸法を表すものとする。ここにおい
て、フロントアタッチメントＡ側に負荷が加わると、当
然、前方転倒支点２０ｆ側へ転倒しようとするのである
が、この機械の作業中の安定度の大小は、その全重量に
体する後方反力Ｒｒの比率でもって表される。すなわ
ち、安定度の大小＝Ｒｒ／Ｒｆ＋Ｒｒ×１００％であ
り、この値が大きいほど、前方安定度がよい状態にある
ことを示し、また安全な作業をするには、この値が所定
値以上でなければならない。

【００１４】さらに、図６からも分かるように、後方支
持反力Ｒｒは次式により求められる。 Ｒｒ＝Ｗｂ×Ｌｂ−Ｗａ×Ｌａ／ｌ 上式において、Ｗｂ，Ｌｂ，Ｗａ，ｌは、いずれもこの
機体とアタッチメントとの組合わせにおいて特有の定値
であるのに対し、符号ＬａはフロントアタッチメントＡ
の姿勢により変化し、Ｌａが大きくなるにつれてＲｒは
小さくなり、従って前記の安定度は小さくなってゆくか
ら、Ｌａの値が、所定値を越えて作業をすることは許さ
れない。ここにおいて、符号Ｌａの値は、ブーム３を下
方に回動させるとそれに比例し、また、アーム４を回動
させて作業工具７を機体Ｂから遠方へ設定してゆけばゆ
く程、大きくなり、それにともない、ブームシリンダ５
の負荷圧力は比例的に増大してゆくものであることか
ら、後方支持反力Ｒｒが所定の安定度をもたらすような
Ｌａの限界値を間接的に知る方法として、ブーム３また
はブームシリンダ５の角度検出手段で得られる複数の角
度毎に、アーム４を回動せしめ、後方支持反力Ｒｒが所
定値となるときのブームシリンダ５の限界負荷圧力を実
測し、上記角度検出手段からの角度とともにディスプレ
イ装置の記憶部に記憶させておく。

【００１５】このようにしておくことにより、前記角度
検出手段１０または１０ａならびに圧力検出手段９で得
られる信号と、先に記憶部に記憶させておいた、複数段
階のブーム角度におけるブームシリンダの限界負荷圧力
との比較において容易に求められる。また、上述の説明
はすべて前方転倒支点に関しての安定または安定度につ
いてのみ記載したが、フロントアタッチメントが下部走
行体に対し後方または側方に旋回したときも全く同様の
方法によることは可能であるが、下部走行体の重心位
置、旋回体支持装置の中心位置が前後方向対照でない場
合、側方と前後においてその安定巾が異なる場合などで
は、それぞれについて記憶部に記憶させるべきデータを
準備し、手動選択的または旋回方向検出手段と連動する
自動的切換手段で必要データを利用しなければならない
ことは当然である。なお、この発明における角度検出手
段１０または１０ａは、図４において説明したとおり、
三角形ＣＤＥの形状を特定するため、その２辺の長さの
ほか、内角の一つを検出する手段として採用したのであ
るが、同一目的で図５に示すように、辺の長さｂ、すな
わち、ブームシリンダ５の作動長さを知るためのポテン
ショメータを設けるなどの方法からなる伸縮度検出手段
１９を設けてもよい。このときは、三角形ＣＤＥの３辺
の長さａ，ｂ，ｃが明確となるので、その形状は容易に
特定でき、その効果は前記図４のときと同様である。ま
た、下部走行体１が実施例図に示す如きクローラ式のと
きのみならず、例えば車輪式、アウトリガ使用式のもの
などにも、この発明は適用可能である。

【００１６】

【発明の効果】ブームシリンダで支持されるフロントア
タッチメントの先端に装着する作業工具として、その機
体に整合する本来のそれよりも一段と大容量の作業工具
を装着し、作業能率の向上を計ろうとするとき、この発
明にかかる安全装置を設けておくと、種々な作業姿勢に
応じて変化するブームまたはブームシリンダの角度また
はブームシリンダの有効長が、角度検出手段、圧力検出
手段、伸縮度検出手段などで検出され、その何れかの検
出結果から直接または間接的に得られるブーム角度とブ
ームシリンダの負荷圧力と、ディスプレイ装置の記憶部
に予め記憶された、ブームの複数段階の角度毎の安定上
から求められるブームシリンダに発生するべき限界負荷
圧力とから、その姿勢における安定度が表示部に表示さ
れる。しかも、このとき安定度は作業工具の設定高さ、
すなわち、ブームの上向き角度とそのときの作業半径に
対応して示され、作業禁止範囲が拡大されることはな
い。従って、運転者は常に機体の安定度を視認しながら
作業できるので安心して作業に専念できるとともに、そ
の状態での安定に関する余裕の有無、程度をも把握でき
るので、次に続く作業内容への対応が画策できるから作
業能率を一層向上させる運転操作となる。また、作業工
具が作業禁止範囲に入ると、ブザー、警報ランプなど聴
覚、視覚に訴える警告手段が作動したりするので誤認、
誤操作の心配はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる安全装置を備えた建設作業用
機械の１例を示す外観側面図である。

【図２】この発明の構成概要を示すブロック図である。

【図３】この発明の他の構成概要を示すブロック図であ
る。

【図４】ブームとブームシリンダの作動関係を説明する
ための要部側面図である。

【図５】ブームシリンダの伸縮度検出手段の１例を示す
側面図である。

【図６】フロントアタッチメントと機体の重心位置と安
定度の関係を説明するための建設作業用機械の外観側面
図である。

【図７】従来技術の作業範囲、作業禁止範囲の１例を示
す側面図である。

【符号の説明】

５ ブームシリンダ ７ 作業工具 ９ 圧力検出手段 １０，１０ａ 角度検出手段 １１，１１ａ ディスプレイ装置 １２ 警告手段 １９ 伸縮度検出手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機体に基端部を枢着したブームと、該ブ
   ームを上下に回動させるブームシリンダと、該ブームの
   先端部に枢着され、アームシリンダで上下に回動するア
   ームと、該アームの先端部に枢着した作業工具とからな
   るフロントアタッチメントを有する建設作業用機械にお
   いて、ブームシリンダの負荷圧力を検出し、その大きさ
   に比例する圧力信号を出力する圧力検出手段と、ブーム
   の起伏角度を検出する角度検出手段と、該ブームの複数
   の起伏角度毎に、当該フロントアタッチメントの作業姿
   勢、負荷状態の変動に対し、機体が、なお、所定の安定
   度を保持し得るブームシリンダに発生する限界負荷圧力
   を記憶し、前記圧力検出手段からの圧力信号を受信し、
   そのときの上記限界負荷圧力に対する割合を表示するデ
   ィスプレイ装置とからなる建設作業用機械の安全装置。
2. 【請求項２】 ブームシリンダの負荷圧力を検出し、そ
   の大きさに比例する圧力信号を出力する圧力検出手段
   と、ブームシリンダの起伏角度を検出する角度検出手段
   と、該ブームシリンダの複数の起伏角度毎に、当該フロ
   ントアタッチメントの作業姿勢、負荷状態の変動に対し
   機体が、なお、所定の安定度を保持し得るブームシリン
   ダに発生する限界負荷圧力を記憶し、前記圧力検出手段
   からの圧力信号とそのときの上記限界負荷圧力に対する
   割合を表示するディスプレイ装置と、からなる請求項１
   の建設作業用機械の安全装置。
3. 【請求項３】 ブームシリンダの負荷圧力を検出し、そ
   の大きさに比例する圧力信号を出力する圧力検出手段
   と、ブームシリンダの伸縮に応じた有効長さを検出し、
   その信号を出力する伸縮度検出手段と、該伸縮度検出手
   段からの信号により特定される複数のブーム角度毎に、
   当該フロントアタッチメントの作業姿勢、負荷状態の変
   動に対し機体が、なお、所定の安定度を保持し得るブー
   ムシリンダに発生する限界負荷圧力を記憶し、前記圧力
   検出手段からの圧力信号とそのときの上記限界負荷圧力
   に対する割合を表示するディスプレイ装置と、からなる
   請求項１の建設作業用機械の安全装置。
4. 【請求項４】 ディスプレイ装置に入力される圧力検出
   手段からの圧力信号が、角度検出手段、または、伸縮度
   検出手段から得られる信号に基づくブーム角度に対応す
   るブームシリンダの限界負荷圧力に対し、機体がその安
   定を保つ所定の割合を超えると、警告手段を作動させる
   警告信号を出力する機能をディスプレイ装置に具備せし
   めたことを特長とする上記請求項１、請求項２および請
   求項３の建設作業用機械の安全装置。