(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
ピストンロッド及びシリンダチューブの一方が最基端側のブーム部材に連結され、他方が最基端側のブーム部材以外のブーム部材との連結及び連結の解除を切り換えることでブームの伸縮動作を行う一本の伸縮シリンダを備えた
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の作業機械のブーム自動伸縮装置。
【発明を実施するための形態】
【0011】
図1乃至
図6は、本発明の一実施形態を示すものである。本実施形態では、本発明のブーム自動伸縮装置を備えたクレーン装置として移動式クレーン1を示す。
【0012】
移動式クレーン1は、
図1に示すように、走行する車両10と、クレーン装置20と、を備えている。
【0013】
車両10は、車輪11を有し、図示しないエンジンを動力源として走行する。また、車両10の前側および後側の左右両側には、クレーン作業時に車両10の転倒を防止するとともに、車両10を安定的に支持するためのアウトリガ12が設けられている。アウトリガ12は、幅方向外側に移動可能であるとともに、図示しない油圧式のジャッキシリンダによって下方に伸長可能である。アウトリガ12は、下端を接地させることにより車両10を地面に対して安定的に支持する。
【0014】
クレーン装置20は、車両10の前後方向略中央部に水平面上を旋回可能に設けられた旋回台21と、旋回台21に対して起伏可能に設けられるとともに、伸縮可能に設けられたブーム22と、旋回台21の前側に設けられ、車両10の走行およびクレーン装置20による作業に関する操作を行うためのキャビン23と、を備えている。
【0015】
旋回台21は、ボールベアリング式またはローラベアリング式の旋回サークルを介して車両10に対して旋回自在に設けられ、図示しない油圧式の旋回モータによって旋回する。
【0016】
ブーム22は、複数のブーム部材22a,22b,22c,22d,22e,22fからなり、ブーム部材22a,22b,22c,22d,22eの内部に先端側に隣り合うブーム部材22b,22c,22d,22e,22fが収納可能なテレスコープ式である。本実施時形態のブーム22は、基端側から順に、ベースブーム22a、セカンドブーム22b、サードブーム22c、フォースブーム22d、フィフスブーム22e、トップブーム22fからなる6段式である。
【0017】
ベースブーム22aは、基端部が旋回台21のブラケット21aに揺動自在に連結されている。ベースブーム22aとブラケット21aとの間には、油圧式の起伏シリンダ22gが連結されており、起伏シリンダ22gの伸縮動作によってブーム22を起伏させる。
【0018】
ブーム22は、ブーム伸縮機構30によって伸縮動作を行う。
【0019】
ブーム伸縮機構30は、
図2及び
図3に示すように、ベースブーム22aを除くブーム部材22b,22c,22d,22e,22fを移動させるための伸縮シリンダ31と、ベースブーム22aを除くブーム部材22b,22c,22d,22e,22fと伸縮シリンダ31とを係脱可能に連結するためのシリンダ・ブーム連結機構32と、ブーム部材22a,22b,22c,22d,22eと先端側に隣り合うブーム部材22b,22c,22d,22e,22fとを互いに係脱可能に連結するための複数のブーム間連結機構33と、ブーム間連結機構33のブーム部材22a,22b,22c,22d,22eと先端側に隣り合うブーム部材22b,22c,22d,22e,22fとの連結を解除するためのブーム間連結解除機構34と、を有している。
【0020】
伸縮シリンダ31は、
図2に示すように、シリンダチューブ31aとピストンロッド31bとを有し、ベースブーム22a内においてピストンロッド31bの先端部がベースブーム22aの基端部に連結されている。伸縮シリンダ31は、ピストンロッド31bに対してシリンダチューブ31aがブームの伸縮方向に移動する。
【0021】
伸縮シリンダ31には、
図3に示すように、パイロット式の伸縮切換弁31cを介して油圧ポンプ40及び作動油タンク41が接続されている。伸縮シリンダ31は、シリンダチューブ31aのボトム側に作動油を供給することによって伸長動作を行い、シリンダチューブ31aのピストンロッド31b側に作動油を供給することによって短縮動作を行う。伸縮切換弁31cは、第1電磁比例弁31d及び第2電磁比例弁31eから供給されるパイロット圧によって作動油の流路が切り替えられる。第1電磁比例弁31dは、油圧ポンプ40の吐出側とシリンダチューブ31aのボトム側とを連通させるとともに、シリンダチューブ31aのピストンロッド31b側と作動油タンク41とを連通させる方向に伸縮切換弁31cの作動油の流路を切り換えるためのパイロット圧を供給するものである。第2電磁比例弁31eは、油圧ポンプ40の吐出側とシリンダチューブ31aのピストンロッド31b側とを連通させるとともに、シリンダチューブ31aのボトム側と作動油タンク41とを連通させる方向に伸縮切換弁31cの作動油の流路を切り換えるためのパイロット圧を供給するものである。第1電磁比例弁31d及び第2電磁比例弁31eは、弁体内の作動油の流路の開口面積が可変であり、伸縮切換弁31cに供給するパイロット圧を徐々に上昇させたり下降させたりすることが可能である。伸縮切換弁31cは、第1電磁比例弁31d及び第2電磁比例弁31eのパイロット圧に応じた作動油の流路の開口面積となる。伸縮シリンダ31は、伸縮切換弁31cの作動油の流路の開口面積が大きくなるに従って伸縮動作の速度が大きくなり、開口面積が小さくなるに従って伸縮動作の速度が小さくなる。
【0022】
シリンダ・ブーム連結機構32は、
図3に示すように、伸縮シリンダ31のシリンダチューブ31aの外周部に設けられ、ベースブーム22aを除くブーム部材22b,22c,22d,22e,22fに係合可能な一対のシリンダピン32aと、ベースブーム22aを除くブーム部材22b,22c,22d,22e,22fに対して一対のシリンダピン32aを係脱させる動作を行うためのシリンダ・ブーム連結切換シリンダ32bと、を有している。
【0023】
ベースブーム22aを除くブーム部材22b,22c,22d,22e,22fのそれぞれの基端側には、
図2に示すように、シリンダピン32aが係合可能な凹状のシリンダピン係合部32cが設けられている。
【0024】
一対のシリンダピン32aは、シリンダチューブ31aの径方向に移動自在であり、それぞれ径方向外側に移動させることによってシリンダピン係合部32cに係合し、径方向内側に移動させることによってシリンダピン係合部32cとの係合が解除される。
【0025】
シリンダ・ブーム連結切換シリンダ32bには、
図3に示すように、電磁式のシリンダ・ブーム連結切換弁32dを介して油圧ポンプ40及び作動油タンク41が接続されている。シリンダ・ブーム連結切換シリンダ32bは、シリンダ・ブーム連結切換弁32dの作動油の流路を切り換えることによって伸縮動作を行い、シリンダピン32aとシリンダピン係合部32cとの係合と係合の解除を切り換える。
【0026】
各ブーム間連結機構33は、
図2に示すように、先端側に位置するブーム部材22b,22c,22d,22e,22fに設けられたブーム間連結ピン33aと、基端側に位置するブーム部材22a,22b,22c,22d,22eに設けられ、ブーム間連結ピン33aが係合可能なピン係合孔33bと、を有している。
【0027】
ブーム間連結ピン33aは、
図2に示すように、先端が基端側に隣り合うブーム部材22a,22b,22c,22d,22eのピン係合孔33bと係合する方向に付勢されている。ブーム間連結ピン33aには、ブーム間連結解除機構34の後述する連結解除レバーが係合するレバー係合部33cが設けられている。
【0028】
ピン係合孔33bは、
図2に示すように、ブーム部材22a,22b,22c,22d,22eの基端側及び先端側に設けられている。ピン係合孔33bは、ブーム部材22a,22b,22c,22d,22eの基端側及び先端側以外に、基端側のブーム部材22a,22b,22c,22d,22eに対する先端側のブーム部材22b,22c,22d,22e,22fの張出長さに応じた位置に設けてもよい。
【0029】
ブーム間連結解除機構34は、
図3に示すように、伸縮シリンダ31のシリンダチューブ31aの外周部に設けられ、いずれかのブーム間連結ピン33aのレバー係合部33cに係合可能な連結解除レバー34aと、連結解除レバー34aを動作させるためのブーム間連結切換シリンダ34bと、を有している。
【0030】
連結解除レバー34aは、一対のシリンダピン32aがシリンダピン係合部32cに係合する位置でブーム間連結ピン33aのレバー係合部33cに係合可能となっている。また、連結解除レバー34aは、ブーム間連結切換シリンダ34bの駆動によってブーム間連結ピン33aのブーム部材間の連結を解除する動作を行う。
【0031】
ブーム間連結切換シリンダ34bには、
図3に示すように、電磁式のブーム間連結切換弁34cを介して油圧ポンプ40及び作動油タンク41が接続されている。ブーム間連結切換シリンダ34bは、ブーム間連結切換弁34cの作動油の流路を切り換えることによって伸縮動作を行い、連結解除レバー34aを搖動させてブーム部材22a,22b,22c,22d,22e,22f間の連結と連結の解除を切り換える。
【0032】
ここで、伸縮シリンダ31と伸縮切換弁31cとの間の一対の作動油の流路は、図示しないが、ベースブーム22aの基端部に連結された伸縮シリンダ31のピストンロッド31bに形成されている。この一対の作動油の流路は、シリンダチューブ31a内において、一方がピストンロッド31bの端部に設けられたピストンのピストンロッド31b側の空間に連通し、他方がピストンのボトム側の空間に連通している。一対の作動油の流路は、ブーム22の伸縮方向に移動しないピストンロッド31bに設けられているため、ピストンロッド31bに対して移動するシリンダチューブ31aの動作に影響を及ぼすことはない。
【0033】
また、シリンダ・ブーム連結切換シリンダ32bとシリンダ・ブーム連結切換弁32dとの間の一対の作動油の流路、及び、ブーム間連結切換シリンダ34bとブーム間連結切換弁34cとの間の一対の作動油の流路は、それぞれ可撓性を有する油圧ホースによって形成されている。油圧ホースは、伸縮シリンダ31が最大限伸長した状態でシリンダ・ブーム連結切換シリンダ32b及びブーム間連結切換シリンダ34bに作動油を供給可能な長さ寸法を有する。油圧ホースは、図示しないが、ホースリールに巻き掛けられており、伸縮シリンダ31の伸縮動作に応じてホースリールから油圧ホースが繰り出されたり巻き取られたりする。
【0034】
また、油圧ポンプ40は、PTO機構を介して取り出された車両10の走行用のエンジンの動力によって駆動する。油圧ポンプ40を駆動させる際のエンジンの回転数は、キャビン23内の座席に着座した作業者が一方の足で操作可能なアクセルペダルを操作することによって調整される。
【0035】
また、移動式クレーン1は、車両10の走行およびクレーン装置20の動作を制御するためのコントローラ50を備えている。
【0036】
コントローラ50は、CPU、ROM、RAM等を有している。コントローラ50は、入力側に接続された装置からの入力信号を受信すると、CPUが、入力信号に基づいてROMに記憶されたプログラムを読み出すとともに、入力信号によって検出された状態をRAMに記憶したり、出力側に接続された装置に出力信号を送信したりする。
【0037】
コントローラ50の入力側には、
図4に示すように、エンジンの回転数を検出するための出力検出手段としてのエンジン回転数センサ51と、作業者がブーム22を伸縮する動作を入力するためのブーム伸縮操作入力手段としてのブーム伸縮レバー52と、ブーム伸縮レバー52に操作を入力することなくブーム22の伸縮動作を継続させる自動伸縮動作をオンオフするためのオンオフ操作手段としての自動伸縮スイッチ53と、が接続されている。
【0038】
ブーム伸縮レバー52は、キャビン23内の座席に着座した作業者が前後方向に傾倒操作可能なレバーである。ブーム伸縮レバー52は、車両10の前方に向かって傾倒させる操作が、ブーム22を伸長させる操作となる。また、ブーム伸縮レバー52は、車両10の後方に向かって傾倒させる操作が、ブーム22を短縮させる操作となる。ブーム伸縮レバー52は、前方または後方へ傾倒させる操作の傾倒角度がブーム22の伸縮動作の速度に対応している。具体的には、ブーム伸縮レバー52の傾倒角度を大きくするにしたがって、伸縮動作の速度を速くする操作となる。また、ブーム伸縮レバー52は、作業者が前方または後方へ傾倒させる操作を行わない状態では、前後方向の略中央部の中立位置に戻るようになっている。
【0039】
自動伸縮スイッチ53は、キャビン23内の座席に着座した作業者が押圧する操作が可能な押ボタンスイッチである。自動伸縮スイッチ53は、押圧操作の度にブーム22の自動伸縮動作のオンの状態とオフの状態を切り換えることが可能である。
【0040】
また、コントローラ50の出力側には、
図4に示すように、第1電磁比例弁31d、第2電磁比例弁31e、シリンダ・ブーム連結切換弁32d及びブーム間連結切換弁34cが接続されている。
【0041】
以上のように構成された移動式クレーン1において、ブーム22を伸長させる動作を行う場合には、基端側に位置するブーム部材22a,22b,22c,22d,22eに収納されている状態のブーム部材22b,22c,22d,22e,22fのうち、最先端側に位置するブーム部材から順に移動させる。また、ブーム22を短縮させる動作を行う場合には、基端側に位置するブーム部材22a,22b,22c,22d,22eから張り出している状態のブーム部材22b,22c,22d,22e,22fのうち、最基端側に位置するブーム部材から順に移動させる。
【0042】
ブーム22の伸縮動作を行う際、ブーム伸縮機構30は、まず、シリンダ・ブーム連結切換シリンダ32bを駆動させてシリンダピン32aを係合解除状態として伸縮シリンダ31を駆動させる(
図5(a))。次に、ブーム伸縮機構30は、伸縮シリンダ31を駆動させて移動させるブーム部材のシリンダピン係合部32cに対向する位置までシリンダピン32aを移動させ、シリンダ・ブーム連結切換シリンダ32bを駆動させてシリンダピン32aの係合解除状態を解除する。これにより、シリンダピン32aは、移動させるブーム部材のシリンダピン係合部32cに係合した状態となる(
図5(b))。シリンダピン係合部32cにシリンダピン32aを係合させた後、ブーム伸縮機構30は、ブーム間連結切換シリンダ34bを駆動させて移動させるブーム部材とその基端側のブーム部材との連結を解除する。この状態で、ブーム伸縮機構30は、伸縮シリンダ31を駆動させ、ブーム22の伸縮動作を行う(
図5(c))。移動させるブーム部材を所定の位置まで移動させると、ブーム伸縮機構30は、ブーム間連結切換シリンダ34bを駆動させて移動させたブーム部材とその基端側のブーム部材とを連結する。
【0043】
また、移動式クレーン1は、例えば、全短縮状態のブーム22を全伸長状態まで伸長させる場合等、伸縮量が大きいブーム22の伸縮動作を行う場合に、作業者の所定の操作によって自動伸縮動作を実行することが可能である。作業者が自動伸縮動作を実行する際に、コントローラ50は、
図6に示すように、自動伸縮動作実行解除処理を行う。
【0044】
(ステップS1)
ステップS1においてCPUは、自動伸縮スイッチ53がオンの状態であるか否かを判定する。自動伸縮スイッチ53がオンの状態であると判定した場合にはステップS2に処理を移し、自動伸縮スイッチ53がオンの状態であると判定しなかった場合には自動伸縮動作実行解除処理を終了する(自動伸縮スイッチ53がオフの状態)。
【0045】
(ステップS2)
ステップS1において自動伸縮スイッチ53がオンの状態であると判定した場合に、ステップS2においてCPUは、エンジン回転数センサ51によって検出されたエンジンの回転数が第1所定回転数R1以上(例えば、R1=アクセルペダルの操作可能な範囲の最大のとき)であるか否かを判定する。エンジンの回転数が第1所定回転数R1以上であると判定した場合にはステップS3に処理を移し、エンジンの回転数が第1所定回転数R1以上であると判定しなかった場合にはステップS1に処理を戻す。
【0046】
(ステップS3)
ステップS2においてエンジンの回転数が第1所定回転数R1以上であると判定した場合に、ステップS3においてCPUは、ブーム伸縮レバー52の操作量が所定操作量以上(例えば、操作量が最大のとき)であるか否かを判定する。ブーム伸縮レバー52の操作量が所定操作量以上であると判定した場合にはステップS4に処理を移し、ブーム伸縮レバー52の操作量が所定の操作量以上であると判定しなかった場合にはステップS1に処理を戻す。
【0047】
(ステップS4)
ステップS3においてブーム伸縮レバー52の操作量が所定操作量以上であると判定した場合に、ステップS4においてCPUは、自動伸縮動作を実行する。
自動伸縮動作が実行されると、ブーム伸縮レバー52を中立位置に戻しても、作業者によってアクセルペダルが操作され、エンジンの回転数が後述する第2所定回転数よりも高回転で駆動している限り、ブーム22の伸縮動作の方向および速度が保持され、ブーム22の伸縮動作が継続される。
【0048】
(ステップS5)
ステップS5においてCPUは、自動伸縮スイッチ53の操作がオフの状態であるか否かを判定する。自動伸縮スイッチ53がオフの状態であると判定した場合にはステップS8に処理を移し、自動伸縮スイッチ53がオフの状態であると判定しなかった場合にはステップS6に処理を移す(自動伸縮スイッチ53がオンの状態)。
【0049】
(ステップS6)
ステップS5において自動伸縮スイッチ53がオフの状態であると判定しなかった場合に、ステップS6においてCPUは、エンジンの回転数が第1所定回転数R1よりも低回転数である第2所定回転数R2以下(例えば、R2=R1−150rpm)であるか否かを判定する。エンジンの回転数が第2所定回転数R2以下であると判定した場合にはステップS8に処理を移し、エンジンの回転数が第2所定回転数R2以下であると判定しなかった場合にはステップS7に処理を移す。
【0050】
(ステップS7)
ステップS6においてエンジンの回転数が第2所定回転数R2以下であると判定しなかった場合に、ステップS7においてCPUは、自動伸縮動作が実行された後にブーム伸縮レバー52が再び操作されたか否かを判定する。ブーム伸縮レバー52が操作されたと判定した場合にはステップS8に処理を移し、ブーム伸縮レバー52が操作されたと判定しなかった場合には自動伸縮動作実行解除処理を終了する。
ここで、判定されるブーム伸縮レバー52の操作は、ブーム22の伸縮動作の方向に関係なく、前方または後方のいずれの方向の操作でもよい。
【0051】
(ステップS8)
ステップS5において自動伸縮スイッチ53がオフの状態であると判定した場合、ステップS6においてエンジンの回転数が第2所定回転数R2以下であると判定した場合、または、ステップS7においてブーム伸縮レバー52が操作されたと判定した場合に、ステップS8においてCPUは、自動伸縮動作を解除し、自動伸縮動作実行解除処理を終了する。
具体的には、CPUは、自動伸縮動作を解除すると、ブーム22の伸縮動作を停止する。CPUは、ブーム22の伸縮動作を停止する際に、第1電磁比例弁31dまたは第2電磁比例弁31eの弁開度を徐々に小さくする。これにより、伸縮切換弁31cのスプールは徐々に中立位置に移動し、ブーム22が緩停止する。
【0052】
このように、本実施形態の作業機械のブーム自動伸縮装置によれば、自動伸縮スイッチ53がオンの状態で、エンジン回転数センサ51によって第1所定回転数R1以上のエンジンの回転数が検出され、ブーム伸縮レバー52に対してブーム22の伸縮動作の速度を所定速度以上とする操作が入力されると、ブーム伸縮レバー52によるブーム22を伸縮する操作を入力しない状態で、ブーム22の伸縮動作を継続する自動伸縮動作を行う。
これにより、全短縮状態のブーム22を全伸長状態まで伸長させる場合等、ブーム22の伸縮量が大きい場合に、ブーム伸縮レバー52の操作を行うことなく、ブーム22の伸縮動作を継続することができるので、伸縮量が大きいブーム22の伸縮動作を行う際の作業者の腕や手の疲労等の負担を軽減することが可能となる。
【0053】
また、自動伸縮動作は、エンジンの回転数が第1所定回転数から第2所定回転数まで低下したときに解除される。
これにより、簡単な操作でブーム22の自動伸縮動作を解除することができるので、ブーム22の伸縮動作を緊急停止させる必要が生じた場合に、確実且つ容易にブーム22の伸縮動作を停止させることが可能となり、クレーン作業の安全性を向上させることが可能となる。
【0054】
また、自動伸縮動作は、ブーム伸縮レバー52に対して操作が入力されると解除される。
これにより、簡単な操作でブーム22の自動伸縮動作を解除することができるので、ブーム22の伸縮動作を緊急停止させる必要が生じた場合に、確実且つ容易にブーム22の伸縮動作を停止させることが可能となり、クレーン作業の安全性を向上させることが可能となる。
【0055】
また、自動伸縮動作は、自動伸縮スイッチ53がオフの状態になると解除される。
これにより、簡単な操作でブーム22の自動伸縮動作を解除することができるので、ブーム22の伸縮動作を緊急停止させる必要が生じた場合に、確実且つ容易にブーム22の伸縮動作を停止させることが可能となり、クレーン作業の安全性を向上させることが可能となる。
【0056】
また、自動伸縮動作を解除するときに、ブーム22の伸縮動作の速度を徐々に低下させてブーム22の伸縮動作を停止している。
これにより、ブーム22の伸縮動作の急激な停止による振動の発生を防止することができるので、クレーン作業の安全性を向上させることが可能となる。
【0057】
また、ピストンロッド31bが最基端側のブーム部材22aに連結され、シリンダチューブ31aが最基端側のブーム部材22a以外のブーム部材との連結及び連結の解除を切り換えることでブーム22の伸縮動作を行う一本の伸縮シリンダ31を備えている。
これにより、一本の伸縮シリンダ31によって伸縮動作を行うブーム22は、他の複数のシリンダによって伸縮動作を行うブームと比較して伸縮動作に長時間を要するため、作業者の腕や手の負担の軽減効果が大きい。
【0058】
尚、前記実施形態では、本発明のブーム自動伸縮装置を移動式クレーンに適用したものを示したがこれに限られるものではない。伸縮するブームを備えたものであれば、例えば、高所作業車等、移動式クレーン以外の作業機械に対しても適用可能である。
【0059】
また、前記実施形態では、一本の伸縮シリンダ31によって伸縮動作が可能なブーム22を備えたものを示したが、これに限られるものではない。二本以上の油圧シリンダによって伸縮動作を行うブームを備えた作業機械に対しても本発明を適用可能である。
【0060】
また、前記実施形態では、伸縮シリンダ31を駆動させる駆動源として車両10の走行用のエンジンを示したが、これに限られるものではない。伸縮シリンダ31を駆動させる駆動源としては、エンジンの他に、例えば、電動モータであってもよい。
【0061】
また、前記実施形態では、エンジンの回転数を検出して自動伸縮動作を実行するようにしたものを示したが、エンジンの回転数ではなくアクセルペダルの操作量を検出して自動伸縮動作を実行するようにしてもよい。
【0062】
また、前記実施形態では、エンジンの回転数を調整する手段として作業者が足で操作を行うアクセルペダルを示したが、エンジンの回転数を調整する手段としては作業者が手で操作を行うアクセルレバーであってもよい。
【0063】
また、前記実施形態では、ブーム伸縮操作入力手段として、ブーム22の伸縮方向および動作速度を同時に入力可能なブーム伸縮レバー52を示したが、これに限られるものではない。ブーム22の伸縮方向および動作速度を入力可能とするものであれば、ブーム22の伸縮方向と動作速度を別々の操作手段としたものでもよい。
【0064】
また、前記実施形態では、自動伸縮スイッチ53として、オンの状態とオフの状態とが押圧操作によって切り換えられる押ボタンスイッチを示したが、これに限られるものではない。オンの状態とオフの状態が切り換えられるものであれば、例えば、トグルスイッチやロータリスイッチを自動伸縮スイッチとして用いることも可能である。