JP4948493B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、下部走行体に作業手段を装着した上部旋回体を旋回可能に設置した建設機械に関するものである。

建設機械として、例えば油圧ショベルは、履帯走行式の下部走行体に上部旋回体を旋回可能に設置する構成としたものであり、この上部旋回体にはオペレータが搭乗して機械の操作を行う運転室が設けられ、また土砂の掘削等の作業を行う作業手段を設ける構成としている。運転室及び作業手段を設けた部位の後方に建屋が設けられており、この建屋にはエンジンその他各種の機械器具類が収納される。さらに、上部旋回体の最後方位置にはカウンタウエイトが設置されている。

以上の構成を有する建設機械は、作業手段を作動させて土砂を掘削し、掘削土を運搬車両に、具体的にはダンプトラックに積載して、掘削現場から搬出する作業を行うことになる。掘削時と掘削土のダンプトラックへの投入時との間で上部旋回体が旋回することになる。ここで、建屋内に配設される機器類をコンパクトに収容させて、その内部スペースを有効に活用することによって、上部旋回体を旋回させたときに、この上部旋回体の最後方の位置が下部走行体の幅寸法からはみ出さないようにしたもの、即ち後方小旋回機としたものが一般的に用いられる。

土砂の掘削作業を行う際には、建設機械としての油圧ショベルとダンプトラックとを概略直列になるように配置するのが一般的である。この状態から、まず上部旋回体を所定角度旋回させて、土砂の掘削を行った後、上部旋回体を元の角度位置まで戻す。この状態で作業手段をダンプトラックの荷台の上方位置から掘削土をダンプトラックの荷台に投入することになる。この土砂の投入を効率的に、しかも容易に行うために、ダンプトラックはできるだけ油圧ショベルに近接した位置に配置することになる。前述したように、後方小旋回機の場合には、ダンプトラックを油圧ショベルの下部走行体に極めて近い位置に配置しても、上部旋回体とダンプトラックと間は衝突乃至干渉するおそれはない。従って、旋回半径が小さい後方小旋回機では上部旋回体とダンプトラックとの位置関係については必要以上の注意を払うことは必要とはしない。

エンジン式の建設機械として、特許文献１に示されているように、近年においては、バッテリを動力源とするバッテリ駆動式のものが実用化されている。勿論、エンジン式の建設機械にあっても、各種の電装品、制御回路，各部に設けたセンサ類や、照明装置等が設けられる関係から、バッテリが搭載されるようになっている。ただし、このバッテリは制御用のものである。バッテリ式の建設機械という場合には、バッテリからの電源で機械の各部を駆動するものであり、つまり駆動用バッテリを備えたものであり、これに対してエンジンを駆動源としたものはエンジン式建設機械である。従って、車両の走行手段，旋回手段，作業手段の作動は、油圧シリンダ及び油圧モータからなる油圧アクチュエータにより行うものであるが、バッテリ式建設機械では、これらの油圧アクチュエータを駆動する油圧ポンプがバッテリで駆動され、またエンジン式のものでは油圧モータで構成されるものについて、電動モータで直接駆動することもできる。
特開２０００−２７３９１３号公報

ところで、建設機械は大きな負荷が作用する中で稼働することから、バッテリ式の建設機械における駆動源としてのバッテリは、大容量で大型のものが必要になる。バッテリ式建設機械は、日中は稼働して、夜間に充電するというサイクルとするのが一般的である。従って、１回の充電で日中の作業が十分に行える電力がバッテリに蓄電されていることが望まれる。そこで、長時間の稼働を可能にするために、上部旋回体の建屋に大型のバッテリを多数設置することになり、大型のバッテリを複数設置するためのスペースを確保するために、建屋の容積が大きくなる。

このために、バッテリ式建設機械にあっては、エンジン式のもののように、小旋回機として構成するのは極めて困難である。つまり、建屋が後方に大きく張り出す構成となる。その結果、旋回時における上部旋回体の最後方の部位の旋回軌跡が下部走行体の幅寸法より大きくなってしまう。このように、バッテリ式の建設機械では、上部旋回体の後方への張り出し部分、具体的にはカウンタウエイトの後端部の張り出し長さがエンジン式の建設機械よりかなり長くなってしまう。このために、運搬車両との位置関係によっては、上部旋回体を旋回させた時に、運搬車両と衝突するおそれが高くなり、建設機械及び運搬車両の損傷を生じさせる可能性が大きくなる。勿論、エンジン式の建設機械であっても、その構成次第ではカウンタウエイトの後端部が上部旋回体の下部走行体より寸法が大きくなることもある。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、建設機械の稼働中において、上部旋回体を旋回させる操作が行われたときに、この建設機械に近接した位置に配置されている運搬車両等との衝突を未然に防ぐことにある。

前述した目的を達成するために、本発明は、下部走行体に作業手段を有する上部旋回体を旋回可能に装着し、前記作業手段により掘削した土砂等を運搬車両に積載する建設機械において、前記上部旋回体の旋回中心から後端部までの旋回半径が、前記下部走行体を構成する左右の履帯の端部から前記上部旋回体の旋回中心までの間隔より大きく、その間に寸法差を有するものであり、前記上部旋回体には、前記上部旋回体の前方に位置する前記運搬車両との距離を測定する距離測定手段が装着されており、前記距離測定手段により前記運搬車両が前記上部旋回体に対して所定の旋回限界距離以下にまで近接していることが検出されたときに、前記上部旋回体の旋回動作を不能にする旋回禁止手段を備え、前記上部旋回体には運転室の後方位置に建屋が設けられており、この建屋のカバー内には駆動用のバッテリが搭載されており、前記距離測定手段により検出された前記運搬車両までの距離が、前記上部旋回体の旋回中心から前記建屋の側部カバー後端部までの距離以下にまで接近したときに、前記旋回禁止手段により旋回動作を不能にするように構成したことをその特徴とするものである。また、本発明は、下部走行体に作業手段を有する上部旋回体を旋回可能に装着し、前記作業手段により掘削した土砂等を運搬車両に積載する建設機械において、前記上部旋回体の旋回中心から後端部までの旋回半径が、前記下部走行体を構成する左右の履帯の端部から前記上部旋回体の旋回中心までの間隔より大きく、その間に寸法差を有するものであり、前記上部旋回体には、前記上部旋回体の前方に位置する前記運搬車両との距離を測定する距離測定手段が装着されており、前記距離測定手段により前記運搬車両が前記上部旋回体に対して所定の旋回限界距離以下にまで近接していることが検出されたときに、警報を生じさせる警報手段を備え、前記上部旋回体には運転室の後方位置に建屋が設けられており、この建屋のカバー内には駆動用のバッテリが搭載されており、前記距離測定手段により検出された前記運搬車両までの距離が、前記上部旋回体の旋回中心から前記建屋の側部カバー後端部までの距離以下にまで接近したときに、前記警報を生じさせることを特徴とするものである。

本発明では、上部旋回体の旋回時に、その後端部が履帯の外側に突出する構成を有する建設機械が対象となるものである。駆動源としてバッテリを搭載したものには限定されないが、超小旋回機や後方小旋回機については、特殊なものでない限り、適用する必要はない。即ち、旋回半径が履帯の範囲内となっている建設機械、つまり超小旋回機や後方小旋回機の場合には、ダンプトラック等の運搬車両が建設機械に近接した位置に配置されていても、下部走行体と干渉しなければ、上部旋回体が旋回したときに、この上部旋回体と衝突することはない。

上部旋回体の後方の部位は、内部に各種の機器類を収容させた建屋が設けられており、この建屋はカバーで覆われている。そして、最後端部にはカウンタウエイトが設置されている。従って、旋回禁止手段により旋回動作を不能とする運搬車両と上部旋回体との間が旋回限界距離以下にまで接近しているという場合、旋回時における上部旋回体の最後端部の移動軌跡が運搬車両の配置と干渉するか否かにより決定することができる。

建屋のカバー内には、各種の機器類が収納されているが、そのうち最も大型の機器はバッテリである。バッテリは重量物であり、カウンタウエイトの一部として機能することもある。従って、バッテリは建屋においても、後部側に配置されるが、大型であるために側部カバーに近接した位置に配置される。側部カバーは比較的薄い鋼板で構成するのが一般的であり、従って上部旋回体の旋回時に、側部カバーが運搬車両の荷台と衝突すると、側部カバーが損傷するだけでなく、この側部カバーの内部に設置されているバッテリを損傷させるおそれがある。このバッテリに損傷を来すのを防止するには、上部旋回時に、側部カバーの後端部分が運搬車両と干渉しない位置関係とすることもできる。これによって、運搬車両を建設機械により近い位置に配置することができ、作業効率を高くすることができ、かつ衝突による致命的な損傷が防止される。

以上のことから、運搬車両を旋回中心からカウンタウエイトの最後部位置までの旋回半径を基準とし、または旋回中心から側部カバーの最後部位置までの間隔を基準として旋回限界距離が設定される。この距離より近いと、異常接近状態となる。このために、建設機械側から運搬車両までの間隔において、旋回限界距離は、機械の保護を重視する場合には、カウンタウエイトの後端位置を基準し、掘削作業の作業効率を重視する場合には、それより近接した側部カバーの最後部位置を基準とする。

距離測定手段により旋回限界距離以下と判定されたときには、旋回禁止手段により旋回ができない状態となるが、このときに警報を発生させる警報手段を設けることができる。これによって、旋回動作が不能になったのは、旋回禁止手段が作動したことによるものであることをオペレータに確実に認識させることができる。ただし、警報を警報音で行う場合には、常時警報音を発生させておくのではなく、旋回操作手段が操作されたときに、所定の時間警報音を発生させるようにするのが望ましい。

下部走行体を走行させるなり、運搬車両を移動させるなりして、旋回限界距離以上になると、直ちに旋回禁止を解除して、旋回可能な状態とすることもできるが、上部旋回体の旋回を可能にするリセット手段を設けて、旋回限界距離以上にまで離間した後に、オペレータがこのリセット手段を操作して初めて上部旋回体の旋回が可能になるようにしても良い。

建設機械の稼働中において、上部旋回体を旋回させたときに、この上部旋回体の少なくとも側部カバーが運搬車両の荷台等との衝突を未然に防ぐことができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。まず、作業手段を装着した上部旋回体を有する建設機械の一例としての油圧ショベルを図１及び図２に示し、また図３には、運搬車両としてのダンプトラック１０に積載する状態が示されている。

これらの図において、油圧ショベル１はクローラ式走行手段からなる左右の履帯２Ｌ，２Ｒを有する下部走行体２を備えて降り、この下部走行体１におけるトラックフレーム（図示せず）を介して上部旋回体３が旋回装置４を介して旋回動作可能に設けられている。上部旋回体３は、旋回フレーム３ａを有し、この旋回フレーム３ａには、運転室５が設置されており、またこの運転室５に並んでブーム６ａ，アーム６ｂ及びバケット６ｃからなる作業手段６が設けられている。さらに、運転室５及び作業手段６の後部位置には建屋７が設けられており、この建屋７の内部には機械全体の駆動のために必要な電力を供給するバッテリ等の機器類が設けられている。そして、上部旋回体３の最後部位置には、カウンタウエイト８が設置されている。

作業手段６は土砂の掘削を行うためのものであって、この作業手段６で掘削された土砂は、図３に示したように、運搬車両としてのダンプトラック１０に積載される。ダンプトラック１０は、土砂が積載される荷台１１を有するものである。従って、このダンプトラック１０は油圧ショベル１の前方であって、両者は概略直列に配置された状態で作業が行われることになる。即ち、図２に示した作業領域Ｆにおいて、土砂の掘削を行い、掘削した土砂はダンプトラック１０の荷台１１に投入される。

このために、旋回装置４により上部旋回体３を旋回させることによって、作業手段６を作業領域Ｆに臨ませて、この作業手段６を作動させて、バケット６ｃにより土砂を掘削する。その後に、上部旋回体３を旋回させて、作業手段６がダンプトラック１０の荷台１１の方向に向くように調整した後、作業手段６を動作させて、掘削した土砂は荷台１１に投入されることになる。

以上のように、下部走行体２における履帯２Ｌ，２Ｒの走行駆動、旋回装置４による上部旋回体３の旋回、さらにはブーム６ａ，アーム６ｂ及びバケット６ｃからなる作業手段６の動作を行うために、駆動源としてバッテリが用いられる。従って、建屋７内にはバッテリが収容されているが、建屋７内におけるバッテリ収容空間は大きくなり、建屋７の全体が大きくなる。即ち、上部旋回体３には、作業手段６を挟んで運転室５と反対側の位置は、油圧ポンプが電動モータ等と共に収納されているポンプ室２０となっている。駆動用バッテリ２１は後部側に位置する建屋７内に設けられており、この建屋７はカウンタウエイト８の前方位置に配置されており、その内部には他のバッテリ２２も設けられており、このバッテリ２２は制御用バッテリ２２である。

ここで、図４において、Ｏは上部旋回体３の旋回中心であり、Ｂはカウンタウエイト８の後端位置、Ｃは下部走行体２を構成する履帯２Ｒ，２Ｌの後端位置、Ｔは上部旋回体３における建屋７とカウンタウエイト８との境界位置としたときに、上部旋回体３の後端位置はＢであり、下部走行体２の後端位置Ｃより寸法Ｄだけ大きくなっている。そして、上部旋回体３の旋回半径Ｏ−ＢをＲ１としたときに、位置Ｔにおける旋回軌跡Ｏ−ＴはＲ２となり、Ｒ１＞Ｒ２の関係になる。なお、ダンプトラック１０は、下部走行体２の履帯２Ｒ，２Ｌの先端位置に規制され、この位置より油圧ショベル１に近接させることはできない。

油圧ショベル１の上部旋回体３を旋回させたときに、ダンプトラック１０が下部走行体２から間隔Ｄ以上離間した位置に配置されていると、上部旋回体３はダンプトラック１０と衝突することはない。この間隔Ｄより（Ｒ１−Ｒ２）分だけダンプトラック１０が油圧ショベル１に近接させても、上部旋回体３を１８０度乃至それ以上旋回させたときには、ダンプトラック１０と衝突することになるが、カウンタウエイト８が衝突するにしても、建屋７の側部カバーが衝突することはない。従って、建屋７の側部カバーが損傷したり、変形したりすることはない。ダンプトラック１０をそれ以上油圧ショベル１に近接させると、側部カバーの部位がダンプトラック１０の荷台１１等と衝突することになる。この距離にあるときに、上部旋回体３を高速で旋回させると、側部カバーの損傷はさらに大きくなり、建屋７の内部に配設されているバッテリ２１，２２等の機器類を損傷させてしまうことがある。

掘削作業の効率の観点からは、ダンプトラック１０の荷台１１をできるだけ油圧ショベル１に近接させる方が望ましい。一方、上部旋回体３の旋回時に衝突が生じるのを防止するためには、ダンプトラック１０をある程度油圧ショベル１から遠ざけるようにする。つまり、旋回半径Ｒ１を基準として、または半径Ｒ２を基準として、その間の最接近位置を旋回限界距離として設定し、この旋回限界距離以下になると、上部旋回体３の旋回動作を禁止する措置が取られることになる。即ち、ダンプトラック１０、特にその荷台１１が、上部旋回体３の旋回中心Ｏから半径Ｒ２または半径Ｒ１だけ離れていなければ、旋回を行えないように制御しており、この距離が旋回限界距離として、旋回コントローラ２４に設定されている。

このために、図１及び図２にも示したように、油圧ショベル１の上部旋回体３の旋回フレーム３ａには距離測定手段として、超音波等を用いた反射型の距離測定手段等から構成される距離測定器２３が設けられている。この距離測定器２３は、ダンプトラック１０の荷台１１の高さ位置であって、上部旋回体３のほぼ中央部分に配置されている。そして、図６に示したように、この距離測定器２３は旋回コントローラ２４に接続されており、またこの旋回コントローラ２４には、操作レバー等からなる旋回操作手段２５も接続されている。そして、旋回コントローラ２４からの操作信号に基づいて旋回モータ制御手段２６が作動して、旋回モータ２７が駆動されるようになっている。ここで、旋回コントローラ２４は、旋回操作手段２５の操作信号が入力されたときに、その入力値に応じた旋回操作信号を出力するテーブルＡと、操作信号の入力があっても、旋回操作信号を出力しないテーブルＢとを備えており、これらテーブルＡ，Ｂは条件演算器２８に接続されている。

ここで、旋回コントローラ２４における条件演算器２８には距離測定器２３も接続されている。従って、旋回操作手段２５により旋回操作が行われたときには、距離測定器２３からの入力信号に基づいて、テーブルＡによる制御信号またはテーブルＢによる制御信号のいずれかが旋回モータ制御手段２６に出力されるようになっている。従って、条件演算器２８によって、テーブルＢが選択されたときには、旋回モータ２７が作動せず旋回不能な状態となり、このテーブルＢが旋回禁止手段を構成することになる。そして、この状況をオペレータに認識させるために、条件演算器２８には警報器２９が接続されている。さらに、条件演算器２８にはリセットスイッチ３０が接続されており、一度テーブルＢが選択されて旋回不能となった後には、このリセットスイッチ３０を押し込まない限りは、旋回不能状態を保持するようになっている。また、リセットスイッチ３０が押下されると、改めて距離測定器２３による測定距離が条件演算器２８に入力されることになる。

以上の構成によって、図３に示したように、油圧ショベル１の作業手段６により土砂を掘削して、ダンプトラック１０の荷台１１に掘削土を投入する作業が行われる。このために、掘削土を投入するのに最適な位置にダンプトラック１０を配置する。油圧ショベル１とダンプトラック１０との間の位置関係は、図３に示したように、概略一直線に並ぶようにするのが最も好ましい。

上部旋回体３を作業領域Ｆに向くように旋回させて、作業手段６を作動させて、この作業領域Ｆから土砂が掘削される。油圧ショベル１の前方に位置するダンプトラック１０の荷台１１に掘削土を投入するために、上部旋回体３を旋回させる。つまり、作業手段６を作業領域Ｆとダンプトラック１０の荷台１１の位置との間を往復旋回させる。この動作中には、距離測定器２３によりダンプトラック１０の後端部、具体的には荷台１１までの距離を測定する。

距離測定器２３により検出された油圧ショベル１とダンプトラック１０との距離が旋回限界距離以上となっていることが検出されると、この信号が旋回コントローラ２４における条件演算器２８に入力される。そして、旋回操作手段２５が操作されると、旋回モータ制御手段２６に対しては、テーブルＡに応じた旋回操作信号が旋回モータ制御手段２６に出力されて、旋回モータ２７が作動することになり、その結果、操作量に応じた速度で上部旋回体３が旋回する。一方、距離測定器２３により油圧ショベル１とダンプトラック１０との間が旋回限界距離以下であることが検出されると、この信号が条件演算器２８に取り込まれるが、旋回禁止手段を構成するテーブルＢが選択されることから、旋回モータ制御手段２６には旋回操作信号が出力されない。このために、旋回操作手段２５を操作しても旋回動作が行われることはない。また、旋回操作手段２５の操作がなされると、警報器２９に警報信号が入力されて、警報音が発生する。

このように、警報音が発生すると、オペレータは油圧ショベル１とダンプトラック１０との間の距離が旋回限界距離以下であることを認識できるようになる。そこで、下部走行体２を作動させて、ダンプトラック１０から離間させるか、またはダンプトラック１０に命じて、このダンプトラック１０を油圧ショベル１から離間させる。そして、油圧ショベル１とダンプトラック１０との間の距離が旋回限界距離以上になると、旋回動作が可能な状態に復帰する。ただし、これを自動的に行わせるのではなく、オペレータが旋回限界距離以上に離れたことを確認して、リセットスイッチ３０を押下したときに、旋回可能な状態に復帰するように構成するのが、動作の安定性、誤作動防止の観点から望ましい。

建設機械の一例としての油圧ショベルの正面図である。 図１の平面図である。 本発明の実施の一形態を示す油圧ショベルの正面図である。 作業手段を省略して示す図３の平面図である。 旋回動作を行っている状態を示す図４と同様の平面図である。 旋回動作の制御機構の回路図である。

符号の説明

１ 油圧ショベル ２ 下部走行体
２Ｒ，２Ｌ 履帯 ３ 上部旋回体
４ 旋回装置 ５ 運転室
６ 作業手段 ７ 建屋
８ カウンタウエイト １０ ダンプトラック
１１ 荷台 ２１ 駆動用バッテリ
２２ 制御用バッテリ ２３ 距離測定器
２０ 旋回コントローラ ２６ 旋回モータ制御手段
２７ 旋回モータ ２８ 条件演算器
２９ 警報器 ３０ リミットスイッチ

Claims (4)

1. 下部走行体に作業手段を有する上部旋回体を旋回可能に装着し、前記作業手段により掘削した土砂等を運搬車両に積載する建設機械において、
   前記上部旋回体の旋回中心から後端部までの旋回半径が、前記下部走行体を構成する左右の履帯の端部から前記上部旋回体の旋回中心までの間隔より大きく、その間に寸法差を有するものであり、
   前記上部旋回体には、前記上部旋回体の前方に位置する前記運搬車両との距離を測定する距離測定手段が装着されており、
   前記距離測定手段により前記運搬車両が前記上部旋回体に対して所定の旋回限界距離以下にまで近接していることが検出されたときに、前記上部旋回体の旋回動作を不能にする旋回禁止手段を備え、
   前記上部旋回体には運転室の後方位置に建屋が設けられており、この建屋のカバー内には駆動用のバッテリが搭載されており、前記距離測定手段により検出された前記運搬車両までの距離が、前記上部旋回体の旋回中心から前記建屋の側部カバー後端部までの距離以下にまで接近したときに、前記旋回禁止手段により旋回動作を不能にするように構成したことを特徴とする建設機械。
2. 前記距離測定手段により旋回限界距離以下であると判定されたときには、その警報を生じさせる警報手段を備える構成としたことを特徴とする請求項１記載の建設機械。
3. 前記距離測定手段により検出された前記上部旋回体と前記運搬車両との距離が旋回限界距離以上に離間したときに、前記上部旋回体の旋回を可能な状態に復元させるために、前記旋回禁止手段に対するリセット手段を備え、リセット時には前記距離測定手段による距離測定を行い、前記運搬車両が旋回限界距離以上に離間している場合に、前記上部旋回体の旋回を可能な状態に復元させる構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載の建設機械。
4. 下部走行体に作業手段を有する上部旋回体を旋回可能に装着し、前記作業手段により掘削した土砂等を運搬車両に積載する建設機械において、
   前記上部旋回体の旋回中心から後端部までの旋回半径が、前記下部走行体を構成する左右の履帯の端部から前記上部旋回体の旋回中心までの間隔より大きく、その間に寸法差を有するものであり、
   前記上部旋回体には、前記上部旋回体の前方に位置する前記運搬車両との距離を測定する距離測定手段が装着されており、
   前記距離測定手段により前記運搬車両が前記上部旋回体に対して所定の旋回限界距離以下にまで近接していることが検出されたときに、警報を生じさせる警報手段を備え、
   前記上部旋回体には運転室の後方位置に建屋が設けられており、この建屋のカバー内には駆動用のバッテリが搭載されており、前記距離測定手段により検出された前記運搬車両までの距離が、前記上部旋回体の旋回中心から前記建屋の側部カバー後端部までの距離以下にまで接近したときに、前記警報を生じさせることを特徴とする建設機械。

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