特開 2024-127316 建設機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024127316

(43)【公開日】2024-09-20

(54)【発明の名称】建設機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20240912BHJP

   E02F 3/36 20060101ALI20240912BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 M

E02F3/36 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023036397

(22)【出願日】2023-03-09

(71)【出願人】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002457

【氏名又は名称】弁理士法人広和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】杉山 紗帆

【テーマコード（参考）】

2D003

2D012

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB07

2D003BA01

2D003CA02

2D003DA04

2D003DB04

2D003DB08

2D012DA00

(57)【要約】

【課題】フックを用いない作業を行う場合に、フックを所定の保持位置に保持する。
【解決手段】油圧ショベル１の作業装置８は、ブーム９と、ブーム９の先端に取付けられた中間アーム１３と、中間アーム１３の先端に取付けられた先端アーム１４と、ワイヤロープ２３に支持されたフック２４と、ワイヤロープ２３が巻回されるウインチ２２と、ワイヤロープ２３を支持する中間シーブ２５および先端シーブ２６と、ウインチ２２にワイヤロープ２３の巻取り動作または繰出し動作を行わせるウインチ用方向制御弁４４とを備える。そして、中間アーム１３の回動動作および先端アーム１４の回動動作に応じて、ウインチ２２によるワイヤロープ２３の巻取り量または繰出し量の適正値を演算する演算装置４６を備え、演算装置４６は、演算結果に応じてウインチ用方向制御弁４４に駆動信号を出力する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

自走可能な車体と、前記車体に設けられた作業装置とからなり、
前記作業装置は、基端が前記車体に回動可能に取付けられたブームと、前記ブームの先端に回動可能に取付けられた中間アームと、前記中間アームの先端に回動可能に取付けられた先端アームと、前記先端アームから下方に延びるロープに支持されたフックと、前記ロープが巻回されるウインチと、前記中間アームの動作に連動しつつ前記ロープを支持する中間シーブと、前記先端アームの動作に連動しつつ前記ロープを支持する先端シーブと、前記ウインチに前記ロープの巻取り動作または繰出し動作を行わせるウインチ制御装置と、を備えてなる建設機械において、
前記ブームに対する前記中間アームの回動動作および前記中間アームに対する前記先端アームの回動動作に応じて、前記ウインチによる前記ロープの巻取り量または繰出し量の適正値を演算する演算装置を備え、
前記演算装置は、演算結果に応じて前記ウインチ制御装置に駆動信号を出力することを特徴とする建設機械。

【請求項2】

前記ブームに対する前記中間アームの角度を検出する中間アーム角度検出器と、前記中間アームに対する前記先端アームの角度を検出する先端アーム角度検出器と、を備え、
前記演算装置は、前記中間アーム角度検出器によって検出された前記中間アームの角度と前記先端アーム角度検出器によって検出された前記先端アームの角度とに基づいて前記中間シーブと前記先端シーブとの間のシーブ間距離を演算すると共に前記シーブ間距離に応じて前記ウインチの目標回転量を演算し、前記目標回転量に応じた駆動信号を前記ウインチ制御装置に出力することを特徴とする請求項１に記載の建設機械。

【請求項3】

前記ロープの張力を検出する張力検出器を備え、
前記演算装置は、前記張力検出器により検出された前記ロープの張力に応じて前記ウインチの目標回転量を演算し、前記目標回転量に応じた駆動信号を前記ウインチ制御装置に出力することを特徴とする請求項１に記載の建設機械。

【請求項4】

前記ウインチによる前記ロープの巻取り動作または繰出し動作を行わせるときに操作されるウインチ操作装置を備え、
前記演算装置は、前記ウインチ操作装置が操作されていないときに、前記中間アームの回動動作および前記先端アームの回動動作に応じて前記ウインチによる前記ロープの巻取り量または繰出し量の適正値を演算することを特徴とする請求項１に記載の建設機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、フックを支持するロープの巻取り動作、繰出し動作を行うウインチを備えた建設機械に関する。

【背景技術】

【0002】

土木作業に用いられる建設機械は、自走可能な下部走行体と、下部走行体上に旋回可能に搭載された上部旋回体と、上部旋回体に設けられた作業装置とを備えている。作業装置は、上部旋回体に回動可能に取り付けられたブームと、ブームの先端に回動可能に取り付けられたアームと、アームの先端に回動可能に取り付けられた作業具（アタッチメント）とを含んで構成され、作業内容に応じて作業具を交換することができる。例えば土砂等の掘削作業を行うときには、アームの先端にバケットが取付けられ、杭打ち用の立坑等の掘削作業を行うときには、アームの先端にアースオーガが取付けられる。

【0003】

一方、バケット等の作業具とは別にクレーン作業用のフックを備えた油圧ショベルが知られている。フックを備えた油圧ショベルは、アームの先端から下方に延びるワイヤロープに支持されたフックと、ワイヤロープの巻取り動作、繰出し動作を行うウインチと、ワイヤロープを支持するシーブとを備えている（特許文献１）。フックを備えた油圧ショベルがバケットを用いて掘削作業を行う場合には、走行時、上部旋回体の旋回時等においてフックが揺動し、油圧ショベルあるいは油圧ショベルの周囲に配置された資材等に衝突するのを防止する必要がある。

【0004】

特許文献１の油圧ショベルは、ブームとアームとの連結部に中間シーブが取付けられると共にアームとバケットとの連結部に先端シーブが取付けられ、フックが取付けられたワイヤロープは、ウインチから中間シーブ、先端シーブを介してアームの先端へと案内される。そして、特許文献１の油圧ショベルは、アームの先端に設けられた二又部の内側にバー材を固定し、このバー材にフックを掛け止めすることにより、フックを用いたクレーン作業等を行わないときには、掘削作業の邪魔にならないようにフックをアームに対して固定する構成となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】実開昭５６－４０１８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

一方、例えば作業具としてアースオーガが取付けられる作業装置においては、ブームの先端に、複数のアーム部材が互いに回動可能に連結された多関節式のアームが取付けられることがある。しかし、多関節式のアームを有する作業装置にクレーン作業用のフックを設けた場合には、特許文献１のように、アームに対してフックを固定しておくことが困難である。

【0007】

即ち、ブームに連結されるアーム部材に中間シーブを取付け、アースオーガに連結されるアーム部材に先端シーブを取付けた場合には、複数のアーム部材が回動変位することにより、中間シーブと先端シーブとの間隔が変化することになる。このため、特許文献１のようにアームに対してフックを固定した場合には、中間シーブと先端シーブとの間隔が短くなったときには、ウインチとフックとの間でワイヤロープが弛みを生じてしまい、中間シーブと先端シーブとの間隔が長くなったときには、ワイヤロープの張力が過大となってウインチから無理にワイヤロープが繰出されるという問題がある。

【0008】

本発明の目的は、フックを用いない作業を行う場合に、フックを所定の位置に保持することができるようにした建設機械を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、自走可能な車体と、前記車体に設けられた作業装置とからなり、前記作業装置は、基端が前記車体に回動可能に取付けられたブームと、前記ブームの先端に回動可能に取付けられた中間アームと、前記中間アームの先端に回動可能に取付けられた先端アームと、前記先端アームから下方に延びるロープに支持されたフックと、前記ロープが巻回されるウインチと、前記中間アームの動作に連動しつつ前記ロープを支持する中間シーブと、前記先端アームの動作に連動しつつ前記ロープを支持する先端シーブと、前記ウインチに前記ロープの巻取り動作および繰出し動作を行わせるウインチ制御装置と、を備えてなる建設機械において、前記ブームに対する前記中間アームの回動動作および前記中間アームに対する前記先端アームの回動動作に応じて、前記ウインチ制御装置による前記ロープの巻取り量および繰出し量の適正値を演算する演算装置を備え、前記演算装置は、演算結果に応じて前記ウインチ制御装置に駆動信号を出力することを特徴としている。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、中間アームに対する先端アームの回動動作に応じて、ウインチ制御装置によるロープの巻取り量および繰出し量を調整することができる。これにより、作業装置を用いてクレーン作業以外の作業を行う場合でも、中間アームおよび先端アームの動作に関わらず、フックを所定の位置に保持しておくことができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１の実施形態が適用された立坑掘削用の油圧ショベルを示す左側面図である。

【図2】先端アームの回動により先端シーブと中間シーブとのシーブ間距離が長くなった状態を示す左側面図である。

【図3】先端アームの回動により先端シーブと中間シーブとのシーブ間距離が短くなった状態を示す左側面図である。

【図4】作業装置に設けられた油圧アクチュエータ、演算装置等を含む油圧回路図である。

【図5】中間シーブと先端シーブとのシーブ間距離を演算するための模式図である。

【図6】図５とは異なる位置に中間シーブと先端シーブが設けられた状態で、中間シーブと先端シーブとのシーブ間距離を演算するための模式図である。

【図7】演算装置、および演算装置に接続される器機類を示すブロック図である。

【図8】演算装置の状態判定部が実行する制御処理を示す流れ図である。

【図9】本発明の第２の実施形態が適用された油圧ショベルを示す左側面図である。

【図10】演算装置によるウインチの制御処理を示す流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明に係る建設機械の実施形態を、アースオーガを備えた立坑掘削用の油圧ショベルに適用した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、実施形態では、油圧ショベルの走行方向を前後方向とし、走行方向と直交する方向を左右方向として説明する。

【0013】

図１ないし図８は本発明の第１の実施形態を示している。立坑掘削用の油圧ショベル１は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に搭載された上部旋回体３と、上部旋回体３の前側に設けられた作業装置８とを含んで構成されている。下部走行体２と上部旋回体３とは、油圧ショベル１の車体を構成している。油圧ショベル１は、後述するアースオーガ１７を用いて地中深く杭打ち用の立坑を掘削する作業に好適に用いられる。

【0014】

上部旋回体３は、ベースとなる旋回フレーム４と、旋回フレーム４の後端側に設けられたカウンタウエイト５と、旋回フレーム４の前部左側に配置されたキャブ６と、カウンタウエイト５の前側に配置された外装カバー７とを含んで構成されている。キャブ６は、オペレータが油圧ショベル１を操縦するための運転室を形成し、キャブ６内には下部走行体２の走行動作を制御する走行レバー・ペダル装置、上部旋回体３の旋回動作、作業装置８の動作を制御する操作レバー装置が設けられている。外装カバー７の内部には、エンジン、油圧ポンプ、熱交換器等の搭載機器が収容されている。

【0015】

旋回フレーム４の前端側には、底板から上方に立ち上がる支持ブラケット（図示せず）が設けられている。この支持ブラケットは、後述するロアブーム１０の基端側を回動可能に支持すると共に、ロアブームシリンダ１８の基端側を回動可能に支持している。

【0016】

作業装置８は、上部旋回体３を構成する旋回フレーム４の前端側に取付けられている。作業装置８は、多関節式のブーム９と、多関節式のアーム１２と、作業具としてのアースオーガ１７とを含んで構成されている。ブーム９は、ロアブーム１０とアッパブーム１１とを含んで構成されている。ロアブーム１０の基端は、旋回フレーム４の前端側（前記支持ブラケット）に回動可能に取付けられ、ロアブーム１０の先端には、アッパブーム１１の基端がピン１１Ａを介して回動可能に取り付けられている。アッパブーム１１の腹面には腹面側シリンダブラケット１１Ｂが設けられ、アッパブーム１１の背面には背面側シリンダブラケット１１Ｃが設けられている。

【0017】

アーム１２は、中間アーム１３と先端アーム１４とを含んで構成されている。中間アーム１３の基端側は、アッパブーム１１の先端にピン１３Ａを介して回動可能に取付けられている。中間アーム１３の先端には、先端アーム１４の基端側がピン１４Ａを介して回動可能に取り付けられている。中間アーム１３の基端には基端側シリンダブラケット１３Ｂが設けられ、中間アーム１３の背面には背面側シリンダブラケット１３Ｃが設けられている。

【0018】

中間アーム１３と先端アーム１４との間には、第１リンク１５および第２リンク１６が設けられている。第１リンク１５の基端は、中間アーム１３の先端側でピン１４Ａに隣接した位置に、ピン１５Ａを介して回動可能に取り付けられている。第２リンク１６の基端は、ピン１６Ａを介して第１リンク１５の先端に回動可能に取り付けられている。第２リンク１６の先端は、先端アーム１４の基端側でピン１４Ａに隣接した位置に、ピン１６Ｂを介して回動可能に取り付けられている。

【0019】

作業具（アタッチメント）としてのアースオーガ１７は、先端アーム１４の先端にピン１７Ａを介して回動可能に取り付けられている。アースオーガ１７は、油圧モータ等からなる駆動源１７Ｂと、駆動源１７Ｂによって回転駆動されるスクリュー１７Ｃとを含んで構成され、スクリュー１７Ｃによって地中深く立坑を掘削する。

【0020】

旋回フレーム４とロアブーム１０との間には、左右一対のロアブームシリンダ１８が設けられている（左側のみ図示）。ロアブームシリンダ１８のボトム側は、旋回フレーム４の前記支持ブラケットに回動可能にピン結合され、ロアブームシリンダ１８のロッド側は、ロアブーム１０の左側面および右側面に回動可能にピン結合されている。ロアブーム１０は、ロアブームシリンダ１８の伸縮動作により旋回フレーム４とのピン結合部を中心とした回動動作を行う。ロアブーム１０とアッパブーム１１との間には、アッパブームシリンダ１９が設けられている。アッパブームシリンダ１９のボトム側は、ロアブーム１０の腹面側に回動可能にピン結合され、ジブシリンダ１５のロッド側は、アッパブーム１１の腹面側シリンダブラケット１１Ｂに回動可能にピン結合されている。アッパブーム１１は、アッパブームシリンダ１９の伸縮動作によりピン１１Ａを中心とした回動動作を行う。

【0021】

アッパブーム１１と中間アーム１３との間には、中間アームシリンダ２０が設けられている。中間アームシリンダ２０のボトム側は、アッパブーム１１の背面側シリンダブラケット１１Ｃに回動可能にピン結合され、アッパブームシリンダ１１のロッド側は、中間アーム１３の基端側シリンダブラケット１３Ｂに回動可能にピン結合されている。中間アーム１３は、中間アームシリンダ２０の伸縮動作によりピン１３Ａを中心とした回動動作を行う。

【0022】

中間アーム１３と先端アーム１４との間には、先端アームシリンダ２１が設けられている。先端アームシリンダ２１のボトム側は、中間アーム１３の背面側シリンダブラケット１３Ｃに回動可能にピン結合され、先端アームシリンダ２１のロッド側は、第１リンク１５と第２リンク１６との間を連結するピン１６Ａに回動可能に取り付けられている。先端アーム１４は、第１リンク１５および第２リンク１６を介して先端アームシリンダ２１の伸縮動作が伝わることにより、ピン１４Ａを中心とした回動動作を行う。図２および図３に示すように、先端アーム１４が回動動作を行うことにより、ピン１３Ａに取り付けられた後述の中間シーブ２５と、ピン１７Ａに取り付けられた後述の先端シーブ２６との間の距離Ｘ（シーブ間距離Ｘ）は変化する。

【0023】

ウインチ２２は、アッパブーム１１に設けられている。ウインチ２２は、アッパブーム１１の腹面側に取り付けられた支持部材２２Ａと、支持部材２２Ａに支持された状態で油圧モータによって回転駆動されるドラム２２Ｂとを有し、ドラム２２Ｂにはワイヤロープ２３が巻回されている。ワイヤロープ２３の先端にはクレーン作業用のフック２４が取付けられ、フック２４は、先端シーブ２６を介して先端アーム１４から下方に延びるワイヤロープ２３に支持されている。

【0024】

中間シーブ２５は、アッパブーム１１と中間アーム１３との間を回動可能に連結するピン１３Ａに回転可能に支持されている。中間シーブ２５は、中間アーム１３の動作に連動しつつワイヤロープ２３を支持している。先端シーブ２６は、先端アーム１４とアースオーガ１７との間を回動可能に連結するピン１７Ａに回転可能に支持されている。先端シーブ２６は、先端アーム１４の動作に連動しつつワイヤロープ２３を支持している。

【0025】

フック２４は、ウインチ２２（ドラム２２Ｂ）にワイヤロープ２３を巻取ることにより上昇し、ウインチ２２からワイヤロープ２３を繰出すことにより下降する。油圧ショベル１が立坑の掘削作業を行うときには、ワイヤロープ２３をウインチ２２に巻取ることにより、フック２４は、掘削作業の邪魔にならない位置、例えば図１に示す先端シーブ２６の下側に隣接した所定の保持位置に保持される。一方、例えばアースオーガ１７によって掘削された立坑に杭（図示せず）を差し込むときには、ワイヤロープ２３をウインチ２２に対して巻取り、または繰出すことにより、フック２４によって杭を吊り上げることができる。

【0026】

中間アーム角度検出器２７は、例えばアッパブーム１１の先端側に設けられている。中間アーム角度検出器２７は、アッパブーム１１に対する中間アーム１３の回動角度を検出し、検出した回動角度に応じた検出信号を後述の演算装置４６に出力する。先端アーム角度検出器２８は、例えば中間アーム１３の先端側に設けられている。先端アーム角度検出器２８は、中間アーム１３に対する先端アーム１４の回動角度を検出し、検出した回動角度に応じた検出信号を演算装置４６に出力する。

【0027】

油圧ポンプ２９およびタンク３０からなる油圧源とロアブームシリンダ１８との間は、油圧管路３１Ａ，３１Ｂを介して接続され、油圧管路３１Ａ，３１Ｂの途中にはロアブーム用方向制御弁３２が設けられている。ロアブーム用方向制御弁３２は、電磁パイロット部３２Ａ，３２Ｂを有する４ポート３位置の電磁弁により構成されている。キャブ６内にはロアブーム操作装置３３が設けられ、ロアブーム操作装置３３の操作に応じて演算装置４６から電磁パイロット部３２Ａまたは３２Ｂに駆動信号が供給されることにより、ロアブーム用方向制御弁３２は中立位置から切換位置（ａ）または（ｂ）に切換えられる。これにより、油圧源からの圧油が、油圧管路３１Ａまたは３１Ｂを通じてロアブームシリンダ１８に供給され、ロアブームシリンダ１８が伸縮動作を行う。

【0028】

油圧源とアッパブームシリンダ１９との間は、油圧管路３４Ａ，３４Ｂを介して接続され、油圧管路３４Ａ，３４Ｂの途中にはアッパブーム用方向制御弁３５が設けられている。アッパブーム用方向制御弁３５は、電磁パイロット部３５Ａ，３５Ｂを有する４ポート３位置の電磁弁により構成されている。キャブ６内にはアッパブーム操作装置３６が設けられ、アッパブーム操作装置３６の操作に応じて演算装置４６から電磁パイロット部３５Ａまたは３５Ｂに駆動信号が供給されることにより、アッパブーム用方向制御弁３５は中立位置から切換位置（ｃ）または（ｄ）に切換えられる。これにより、油圧源からの圧油が、油圧管路３４Ａまたは３４Ｂを通じてアッパブームシリンダ１９に供給され、アッパブームシリンダ１９が伸縮動作を行う。

【0029】

油圧源と中間アームシリンダ２０との間は、油圧管路３７Ａ，３７Ｂを介して接続され、油圧管路３７Ａ，３７Ｂの途中には中間アーム用方向制御弁３８が設けられている。中間アーム用方向制御弁３８は、電磁パイロット部３８Ａ，３８Ｂを有する４ポート３位置の電磁弁により構成されている。キャブ６内には中間アーム操作装置３９が設けられ、中間アーム操作装置３９の操作に応じて演算装置４６から電磁パイロット部３８Ａまたは３８Ｂに駆動信号が供給されることにより、中間アーム用方向制御弁３８は中立位置から切換位置（ｅ）または（ｆ）に切換えられる。これにより、油圧源からの圧油が、油圧管路３７Ａまたは３７Ｂを通じて中間アームシリンダ２０に供給され、中間アームシリンダ２０が伸縮動作を行う。

【0030】

油圧源と先端アームシリンダ２１との間は、油圧管路４０Ａ，４０Ｂを介して接続され、油圧管路４０Ａ，４０Ｂの途中には先端アーム用方向制御弁４１が設けられている。先端アーム用方向制御弁４１は、電磁パイロット部４１Ａ，４１Ｂを有する４ポート３位置の電磁弁により構成されている。キャブ６内には先端アーム操作装置４２が設けられ、先端アーム操作装置４２の操作に応じて演算装置４６から電磁パイロット部４１Ａまたは４１Ｂに駆動信号が供給されることにより、先端アーム用方向制御弁４１は中立位置から切換位置（ｇ）または（ｈ）に切換えられる。これにより、油圧源からの圧油が、油圧管路４０Ａまたは４０Ｂを通じて先端アームシリンダ２１に供給され、先端アームシリンダ２１が伸縮動作を行う。

【0031】

油圧源とウインチ２２（ドラム２２Ｂ）を回転駆動する油圧モータとの間は、油圧管路４３Ａ，４３Ｂを介して接続され、油圧管路４３Ａ，４３Ｂの途中には、ウインチ制御装置としてのウインチ用方向制御弁４４が設けられている。ウインチ用方向制御弁４４は、電磁パイロット部４４Ａ，４４Ｂを有する４ポート３位置の電磁弁により構成されている。キャブ６内にはウインチ操作装置４５が設けられ、ウインチ操作装置４５の操作に応じて演算装置４６から電磁パイロット部４４Ａまたは４４Ｂに駆動信号が供給されることにより、ウインチ用方向制御弁４４は中立位置から切換位置（ｊ）または（ｋ）に切換えられる。これにより、油圧源からの圧油が、油圧管路４４Ａまたは４４Ｂを通じてウインチ２２の油圧モータに供給され、ウインチ２２のドラム２２Ｂは、ワイヤロープ２３を巻取る方向、またはワイヤロープ２３を繰出す方向に回転する。

【0032】

なお、図示は省略するが、下部走行体２を走行させる走行モータと油圧源との間を接続する油圧管路、および下部走行体２に対して上部旋回体３を旋回させる旋回モータと油圧源との間を接続する油圧管路にも、それぞれ電磁パイロット部を有する方向制御弁が設けられている。そして、キャブ６内に設けられた走行操作装置の操作に応じて、下部走行体２（走行モータ）の走行動作が制御されると共に、キャブ６内に設けられた旋回操作装置に対する操作に応じて、上部旋回体３（旋回モータ）の旋回動作が制御される構成となっている。

【0033】

次に、本実施形態に用いられる演算装置４６について説明する。演算装置４６は、アッパブーム１１に対する中間アーム１３の回動動作および中間アーム１３に対する先端アーム１４の回動動作に応じて、ウインチ２２によるワイヤロープ２３の巻取り量または繰出し量の適正値を演算し、その演算結果に応じてウインチ用方向制御弁４４（電磁パイロット部４４Ａ，４４Ｂ）に駆動信号を出力する。

【0034】

図７に示すように、演算装置４６は、データ記憶部４７と、状態判定部４８と、演算部４９と、出力部５０とを含んで構成されている。データ記憶部４７には、データ入力装置５１が接続されている。状態判定部４８には、後述するフック保持モード選択器５２、中間アーム操作装置３９、先端アーム操作装置４２、ウインチ操作装置４５が接続されている。演算部４９には、中間アーム角度検出器２７、先端アーム角度検出器２８、データ記憶部４７、状態判定部４８が接続されている。出力部５０には、演算部４９、ウインチ用方向制御弁４４の電磁パイロット部４４Ａ，４４Ｂが接続されている。

【0035】

データ入力装置５１は、例えばキャブ６内に配置され、オペレータ等が操作することにより、後述する中間アーム長さＡと、先端アーム長さＢと、中間シーブ距離Ｌ_１と、中間シーブ角度θ_Ｌ１と、先端シーブ距離Ｌ_２と、先端シーブ角度θ_Ｌ２と、ウインチ２２の送出し速度Ｖとを含む各種のデータを、データ記憶部４７に入力する。データ記憶部４７は、新たなデータが入力されるまでの間は、データ入力装置５１から入力されたデータを記憶する。

【0036】

状態判定部４８には、フック保持モード選択器５２、中間アーム操作装置３９、先端アーム操作装置４２、ウインチ操作装置４５が接続されている。フック保持モード選択器５２は、油圧ショベル１（作業装置８）の作業に応じてオペレータによってＯＮ操作またはＯＦＦ操作され、ＯＮ／ＯＦＦ操作に応じた検出信号を状態判定部４８に出力する。例えばアースオーガ１７を用いた立坑の掘削作業を行うため、フック２４を図１に示す所定の保持位置に保持するときには、フック保持モード選択器５２はＯＮ操作（フック保持モード）される。一方、例えばフック２４を用いたクレーン作業、あるいはワイヤロープ２３のメンテナンス作業を行うため、ウインチ２２を作動させてワイヤロープ２３の巻取り、繰出しを行うときには、フック保持モード選択器５２はＯＦＦ操作（フック可動モード）される。

【0037】

中間アーム操作装置３９および先端アーム操作装置４２は、オペレータによる操作が行われたか否かに応じて状態判定部４８に検出信号を出力する。ウインチ操作装置４５は、オペレータによる操作が行われたか否かに応じて検出信号を状態判定部４８に出力する。状態判定部４８は、フック保持モード選択器５２、中間アーム操作装置３９、先端アーム操作装置４２、ウインチ操作装置４５から入力された検出信号に基づいて、フック２４を保持位置に保持すべきか否かを判定し、フック２４を保持位置に保持すべきと判定した場合には、演算部４９に判定信号を出力する。

【0038】

状態判定部４８が、フック２４を保持位置に保持すべきと判定していない場合には、演算装置４６は、ロアブーム操作装置３３、アッパブーム操作装置３６、中間アーム操作装置３９、先端アーム操作装置４２、ウインチ操作装置４５に対する操作に応じて、ロアブーム用方向制御弁３２、アッパブーム用方向制御弁３５、中間アーム用方向制御弁３８、先端アーム用方向制御弁４１、ウインチ用方向制御弁４４に駆動信号を出力する。これにより、オペレータの操作に応じてロアブーム１０、アッパブーム１１、中間アーム１３、先端アーム１４を適宜に回動させつつ、ウインチ２２によるワイヤロープ２３の巻取り、繰出しを行うことにより、フック２４を用いたクレーン作業等を行うことができる。

【0039】

一方、状態判定部４８は、フック２４を保持位置に保持すべきと判定した場合には、演算部４９に判定信号を出力する。演算部４９は、状態判定部４８から判定信号が入力された場合には、中間アーム角度検出器２７、先端アーム角度検出器２８から入力された検出信号、データ記憶部４７から入力された各種データに基づいて、中間シーブ２５と先端シーブ２６とのシーブ間距離Ｘを演算すると共に、フック２４を保持位置に保持するために必要なワイヤロープ２３の巻取り量あるいは繰出し量の適正値となるウインチ２２の目標回転量を演算する。そして、演算部４９は、演算したウインチ２２の目標回転量に対応する信号を出力部５０に出力する。出力部５０は、演算部４９から入力された信号に基づいて駆動信号を生成し、この駆動信号をウインチ用方向制御弁４４の電磁パイロット部４４Ａまたは４４Ｂに出力する。

【0040】

従って、状態判定部４８が、フック２４を保持位置に保持すべきと判定した場合には、中間アーム１３および先端アーム１４の回動動作に伴う中間シーブ２５と先端シーブ２６とのシーブ間距離Ｘの変化に応じて、自動的に（ウインチ操作装置４５を操作することなく）ウインチ２２が巻取り方向または繰出し方向に回転する。これにより、フック２４を安定して保持位置に保持することができる。

【0041】

ここで、演算部４９が、中間シーブ２５と先端シーブ２６とのシーブ間距離Ｘを演算するときの演算式、およびシーブ間距離Ｘに応じてウインチ２２の目標回転量を演算するときの演算式の一例について、図５および図６を参照して説明する。

【0042】

まず、図５に示すように、中間シーブ２５の中心が、ピン１３Ａから距離Ｌ_１だけ離れた位置に取り付けられ、先端シーブ２６の中心が、ピン１７Ａから距離Ｌ_２だけ離れた位置に取り付けられている場合を考える。

【0043】

この場合には、ピン１４Ａの中心とピン１３Ａの中心との間の距離を中間アーム長さＡとし、ピン１７Ａの中心とピン１４Ａの中心との間の距離を先端アーム長さＢとする。また、中間シーブ２５の中心とピン１３Ａとの間隔を中間シーブ距離Ｌ_１とし、先端シーブ２６の中心とピン１７Ａとの間隔を先端シーブ距離Ｌ_２とする。また、ピン１１Ａの中心とピン１３Ａの中心とを通る直線を基準線Ｐ１とし、ピン１３Ａの中心とピン１４Ａの中心とを通る直線を基準線Ｐ２とし、ピン１４Ａの中心とピン１７Ａの中心とを通る直線を基準線Ｐ３としたときに、中間シーブ２５の中心とピン１３Ａの中心とを通る直線Ｐ４と基準線Ｐ１とがなす角度を中間シーブ角度θ_Ｌ１とし、先端シーブ２６の中心とピン１７Ａの中心とを通る直線Ｐ５と基準線Ｐ３とがなす角度を先端シーブ角度θ_Ｌ２とする。また、ワイヤロープ２３の巻取り、繰出しを行うときのウインチ２２の回転速度を送出し速度Ｖとする。これら中間アーム長さＡ、先端アーム長さＢ、中間シーブ距離Ｌ_１、先端シーブ距離Ｌ_２、中間シーブ角度θ_Ｌ１、先端シーブ角度θ_Ｌ２、送出し速度Ｖは、予めデータ入力装置５１によって演算装置４６（データ記憶部４７）に入力されている。

【0044】

一方、図５において、ピン１４Ａと中間シーブ２５の中心との間隔を距離Ｋとし、ピン１４Ａと先端シーブ２６の中心との間隔を距離Ｊとする。また、基準線Ｐ１と基準線Ｐ２とがなす角度を中間アーム角度θ_Ａとし、基準線Ｐ２と基準線Ｐ３とがなす角度を先端アーム角度θ_Ｂとする。また、中間シーブ２５の中心とピン１４Ａとを通る直線Ｐ６と基準線Ｐ２とがなす角度を角度θ′_Ｌ１とし、先端シーブ２６の中心とピン１４Ａとを通る直線Ｐ７と基準線Ｐ３とがなす角度を角度θ′_Ｌ２とする。演算部４９は、上述した各数値に基づき、中間シーブ２５と先端シーブ２６との間のシーブ間距離Ｘを、下記数１によって算出する。

【0045】

【数1】

【0046】

数１中のＪ^２は、下記数２により算出され、Ｋ^２は、下記数３により算出される。

【0047】

【数2】

【0048】

【数3】

【0049】

また、数１中のθ′_Ｌ１は、下記数４により算出され、θ′_Ｌ２は、下記数５により算出される。

【0050】

【数4】

【0051】

【数5】

【0052】

ここで、本実施形態では、図６に示すように、中間シーブ２５がピン１３Ａに回転可能に支持され、先端シーブ２６がピン１７Ａに回転可能に支持されている。従って、中間シーブ距離Ｌ_１、先端シーブ距離Ｌ_２、中間シーブ角度θ_Ｌ１、先端シーブ角度θ_Ｌ２は、いずれも零（０）となる。また、距離Ｋは中間アーム長さＡと等しくなり（Ｋ＝Ａ）、距離Ｊは先端アーム長さＢと等しくなる（Ｊ＝Ｂ）。これにより、本実施形態による中間シーブ２５と先端シーブ２６とのシーブ間距離Ｘは、下記数６によって算出される。

【0053】

【数6】

【0054】

中間アーム１３の回動動作によって中間アーム角度θ_Ａが変化し、先端アーム１３の回動動作によって先端アーム角度θ_Ｂが変化することにより、シーブ間距離Ｘが変化するときの変化量（シーブ間距離変化量）Ｘ′は、下記数７によって算出される。そして、シーブ間距離変化量Ｘ′に関わらずフック２４を保持位置に保持するためのウインチ２２の目標回転量Ｗは、下記数８によって算出される。

【0055】

【数7】

【0056】

【数8】

【0057】

このようにして、演算部４９は、中間アーム１３および先端アーム１４の回動動作が行われている間、常にシーブ間距離変化量Ｘ′に対応するウインチ２２の目標回転量Ｗを演算し、演算結果に応じた信号を出力部５０に出力する。出力部５０は、演算部４９から入力された信号に基づいて駆動信号を生成し、この駆動信号をウインチ用方向制御弁４４の電磁パイロット部４４Ａ，４４Ｂに出力する。これにより、オペレータがウインチ操作装置４５を操作することなくウインチ２２が自動的に回転駆動され、ワイヤロープ２３は、シーブ間距離変化量Ｘ′に応じてウインチ２２に巻取られ、またはウインチ２２から繰出される。この結果、フック２４は、中間アーム１３および先端アーム１４の回動動作に関わらず、図１に示す所定の保持位置を保持することができる。

【0058】

本実施形態による油圧ショベル１は上述の如き構成を有するもので、以下、アースオーガ１７を用いて地中に立坑を掘削する掘削作業について説明する。

【0059】

油圧ショベル１は、下部走行体２によって作業現場まで自走した後、例えば図１に示すようにブーム９を立ち上げることにより、アースオーガ１７のスクリュー１７Ｃを地面に対して垂直に配置する。ここで、立坑の掘削作業時にはフック２４は不要であるため、フック２４は、先端シーブ２６の下側に隣接した所定の保持位置に保持されている。次に、駆動源１７Ｂによってスクリュー１７Ｃを回転駆動しつつ、例えば中間アームシリンダ２０を伸縮させて中間アーム１３をピン１３Ａを中心に適宜に回動させると共に、先端アームシリンダ２１を伸縮させて先端アーム１４をピン１４Ａを中心に適宜に回動させる。これにより、アースオーガ１７のスクリュー１７Ｃは、地面に対して垂直な姿勢を保持した状態で回転し、立坑を掘削することができる。

【0060】

ここで、立坑の掘削作業時に先端アーム１４が回動動作を行った場合には、図２および図３に示すように、中間シーブ２５と先端シーブ２６とのシーブ間距離Ｘが変化する。本実施形態による油圧ショベル１は、中間シーブ２５と先端シーブ２６とのシーブ間距離Ｘが変化した場合でも、演算装置４６が、シーブ間距離Ｘの変化に応じてウインチ２２の動作を制御することにより、フック２４を所定の保持位置に保持することができるようになっており、以下、演算装置４６によるウインチ２２の制御について説明する。

【0061】

立坑の掘削作業時に先端アーム操作装置４２が操作されると、先端アームシリンダ２１が伸縮動作を行うことにより、先端アーム１４がピン１４Ａを中心として回動動作を行い、中間シーブ２５と先端シーブ２６とのシーブ間距離Ｘが変化する。このとき、先端アーム操作装置４２から演算装置４６の状態判定部４８に、先端アーム１４に対する操作（アーム操作）が行われたことを示す検出信号が出力される。また、立坑の掘削作業時には、ウインチ２２を操作する必要がないため、ウインチ操作装置４５に対する操作は行われない。これにより、ウインチ操作装置４５から状態判定部４８に対し、ウインチ２２に対する操作（ウインチ操作）が行われていないことを示す検出信号が出力される。さらに、フック２４を保持位置に保持しておく必要があるため、オペレータは、フック保持モード選択器５２をＯＮ操作する。これにより、フック保持モード選択器５２から状態判定部４８に対し、フック２４を保持位置に保持するモード（フック保持モード）が選択されていることを示す検出信号が出力される。

【0062】

状態判定部４８は、先端アーム操作装置４２、ウインチ操作装置４５、フック保持モード選択器５２から入力された検出信号に基づき、フック２４を図１に示す保持位置に保持すべきであると判定し、この判定結果を演算部４９に出力する。ここで、状態判定部４８が、フック２４を保持位置に保持すべきと判定するときの制御処理について、図８を参照して説明する。

【0063】

この制御処理は、例えば油圧ショベル１が作動することによりスタートし、Ｓ１（ステップ１）で先端アーム操作装置４２の操作が行われるとＳ２（ステップ２）に進む。Ｓ２では、ウインチ操作装置４５が操作されたか否かを判定し、ＹＥＳ（操作された）と判定している間はＳ２の判定を繰り返し、ＮＯ（操作されていない）と判定した場合にはＳ３（ステップ３）に進む。Ｓ３では、フック保持モード選択器５２によりフック２４を保持位置に保持するモード（フック保持モード）が選択されたか否かを判定し、ＮＯと判定している間はＳ２に戻り、ＹＥＳと判定した場合にはＳ４（ステップ４）に進む。Ｓ４では、フック２４をフック２４を保持位置に保持すべきであると判定し、この判定結果を演算部４９に出力した後、例えばＳ１に戻って上述の処理を繰り返す。

【0064】

このようにして、状態判定部４８から演算部４９に対し、フック２４を保持位置に保持すべきとの判定結果が出力されると、演算部４９は、上記数６、数７、数８の演算式に基づいて、フック２４を保持位置に保持するためのウインチ２２の目標回転量Ｗを算出する。出力部５０は、演算部４９によって算出されたウインチ２２の目標回転量Ｗに応じた駆動信号を生成し、この駆動信号をウインチ用方向制御弁４４の電磁パイロット部４４Ａ，４４Ｂに出力する。

【0065】

これにより、ウインチ用方向制御弁４４が中立位置から切換位置（ｊ）または（ｋ）に切換えられ、ウインチ２２（ドラム２２Ｂ）が巻取り方向または繰出し方向に回転する。例えば中間シーブ２５と先端シーブ２６とのシーブ間距離Ｘが短くなった場合には、ウインチ２２が巻取り方向に回転してワイヤロープ２３が巻取られる。これにより、ワイヤロープ２３の弛みによってフック２４が下方に移動するのを抑え、フック２４を保持位置に保持することができる。一方、シーブ間距離Ｘが長くなった場合には、ウインチ２２が繰出し方向に回転してワイヤロープ２３が繰出される。これにより、フック２４がウインチ２２側に引っ張られて先端シーブ２６に衝突するのを抑え、フック２４を保持位置に保持することができる。この結果、フック２４を図１の保持位置に保持した状態で立坑の掘削作業を行うことができ、フック２４が揺動して油圧ショベル１、あるいは油圧ショベル１の周囲に配置された資材等に衝突するのを防止することができる。

【0066】

そして、アースオーガ１７を用いて立坑を掘削した後には、例えばオペレータがフック保持モード選択器５２をＯＦＦ操作し、フック２４を可動モードに切換える。この状態でウインチ操作装置４５等を操作することにより、フック２４を用いたクレーン作業を行うことができ、例えばフック２４を用いて吊り上げた杭、矢板等を立坑に差し込むことができる。

【0067】

かくして、実施形態では、下部走行体２と上部旋回体３とを有する自走可能な車体と、上部旋回体３に設けられた作業装置８とからなり、作業装置８は、基端が上部旋回体３に回動可能に取付けられたブーム９と、ブーム９の先端に回動可能に取付けられた中間アーム１３と、中間アーム１３の先端に回動可能に取付けられた先端アーム１４と、先端アーム１４から下方に繰出される延びるワイヤロープ２３に支持されたフック２４と、ワイヤロープ２３が巻回されるウインチ２２と、中間アーム１３の動作に連動しつつワイヤロープ２３を支持する中間シーブ２５と、先端アーム１４の動作に連動しつつワイヤロープ２３を支持する先端シーブ２６と、ウインチ２２にワイヤロープ２３の巻取り動作または繰出し動作を行わせるウインチ用方向制御弁４４と、を備えてなる建設機械において、ブーム９に対する中間アーム１３の回動動作および中間アーム１３に対する先端アーム１４の回動動作に応じて、ウインチ２２によるワイヤロープ２３の巻取り量または繰出し量の適正値を演算する演算装置４６を備え、演算装置４６は、演算結果に応じてウインチ用方向制御弁４４に駆動信号を出力することを特徴とする。

【0068】

この構成によれば、中間アーム１３に対する先端アーム１４の回動動作に応じて、ウインチ用方向制御弁４４によるワイヤロープ２３の巻取り量および繰出し量を調整することができる。これにより、ウインチ２２およびフック２４を用いたクレーン作業以外の作業、例えばアースオーガ１７を用いた立坑の掘削作業を行う場合でも、中間アーム１３および先端アーム１４の動作に関わらず、フック２４を所定の保持位置に保持しておくことができる。

【0069】

実施形態では、ブーム９に対する中間アーム１３の角度を検出する中間アーム角度検出器２７と、中間アーム１３に対する先端アーム１４の角度を検出する先端アーム角度検出器２８と、を備え、演算装置４６は、中間アーム角度検出器２７によって検出された中間アーム１３の角度と先端アーム角度検出器２８によって検出された先端アーム１４の角度とに基づいて中間シーブ２５と先端シーブ２６との間のシーブ間距離Ｘを演算すると共に、シーブ間距離Ｘに応じてウインチ２２の目標回転量Ｗを演算し、目標回転量Ｗに応じた駆動信号をウインチ用方向制御弁４４に出力する。この構成によれば、シーブ間距離Ｘの変化に応じてウインチ２２の目標回転量Ｗが演算され、この目標回転量Ｗに応じてウインチ２２に対するワイヤロープ２３の巻取り量あるいは繰出し量が調整されることにより、フック２４を所定の保持位置に保持しておくことができる。

【0070】

実施形態では、ウインチ２２によるワイヤロープ２３の巻取り動作または繰出し動作を行わせるときに操作されるウインチ操作装置４５を備え、演算装置４６は、ウインチ操作装置４６が操作されていないときに、中間アーム１３の回動動作および先端アーム１４の回動動作に応じてウインチ用方向制御弁４４によるワイヤロープ２３の巻取り量または繰出し量の適正値を演算する。この構成によれば、例えばアースオーガ１７を用いた立坑の掘削作業を行うときには、オペレータがウインチ操作装置４６を操作することなく、中間アーム１３の回動動作および先端アーム１４の回動動作に応じて、ウインチ２２に対してワイヤロープ２３を適正に巻取り、繰出すことができる。

【0071】

次に、図９および図１０は本発明の第２の実施形態を示している。本実施形態の特徴は、ワイヤロープ２３の張力を検出する張力検出器５３を備え、演算装置４６は、張力検出器５３により検出されたワイヤロープ２３の張力に応じてウインチ２２の目標回転量Ｗを演算することにある。なお、本実施形態では、第１の実施形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略する。

【0072】

図９において、張力検出器５３は、ワイヤロープ２３の先端とフック２４との間に設けられている。張力検出器５３は、例えば立坑の掘削作業時にフック２４が保持位置に保持されている状態において、ワイヤロープ２３に作用する張力を検出し、張力に応じた検出信号を演算装置４６に出力する。この場合、中間シーブ２５と先端シーブ２６とが一定のシーブ間距離Ｘを保った状態でフック２４が保持位置に保持されているときに、ワイヤロープ２３に作用する張力が適正であるとすると、シーブ間距離Ｘが短くなるときにはワイヤロープ２３の張力が低下し、シーブ間距離Ｘが長くなるときにはワイヤロープ２３の張力が増大する。

【0073】

これに対し、演算装置４６は、ワイヤロープ２３の張力が適正であると判定したときには、ウインチ２２の動作を停止させる。一方、演算装置４６は、ワイヤロープ２３の張力が低下したと判定したときには、ウインチ２２を巻取り方向に回転させてワイヤロープ２３を巻取り、ワイヤロープ２３の張力が増大したと判定したときには、ウインチ２２を繰出し方向に回転させてワイヤロープ２３を繰出す。

【0074】

ここで、演算装置４６が、張力検出器５３により検出されたワイヤロープ２３の張力に応じてウインチ２２の動作を制御するときの制御処理について、図１０を参照して説明する。

【0075】

この制御処理は、例えば油圧ショベル１が作動することによりスタートし、Ｓ１１（ステップ１１）において張力検出器５３により検出されたワイヤロープ２３の張力を読み込み、Ｓ１２（ステップ１２）に進む。Ｓ１２では、ワイヤロープ２３の張力が適正であるか、張力が低下しているか、張力が増大しているかを判定する。Ｓ１２においてワイヤロープ２３の張力が適正であると判定した場合には、中間シーブ２５と先端シーブ２６とが一定のシーブ間距離Ｘを保っているので、Ｓ１３（ステップ１３）においてウインチ用方向制御弁４４に対する駆動信号の出力を停止する。これにより、ウインチ２２は停止した状態を保持し、フック２４は保持位置を保持することができる。

【0076】

Ｓ１２においてワイヤロープ２３の張力が低下していると判定した場合には、中間シーブ２５と先端シーブ２６とのシーブ間距離Ｘが短くなり、ワイヤロープ２３が弛み気味と考えられる。このため、演算装置４６は、Ｓ１４（ステップ１４）においてウインチ２２がワイヤロープ２２を巻取るための目標回転量（巻取り目標回転量）を演算し、続くＳ１５（ステップ１５）において演算結果に応じた駆動信号（ウインチ巻取り信号）をウインチ用方向制御弁４４に出力する。これにより、ウインチ２２が巻取り方向に回転してワイヤロープ２３が巻取られるので、シーブ間距離Ｘが短くなったとしてもフック２４は保持位置を保持することができる。

【0077】

一方、Ｓ１２においてワイヤロープ２３の張力が増大していると判定した場合には、中間シーブ２５と先端シーブ２６とのシーブ間距離Ｘが長くなり、ワイヤロープ２３が引っ張れ気味と考えられる。このため、演算装置４６は、Ｓ１６（ステップ１６）においてウインチ２２がワイヤロープ２２を繰出すための目標回転量（繰出し目標回転量）を演算し、続くＳ１７（ステップ１７）において演算結果に応じた駆動信号（ウインチ巻取り信号）をウインチ用方向制御弁４４に出力する。これにより、ウインチ２２が繰出し方向に回転してワイヤロープ２３が繰出されるので、シーブ間距離Ｘが長くなったとしてもフック２４は保持位置を保持することができる。

【0078】

このように、演算装置４６は、張力検出器５３からの検出信号に応じて、Ｓ１２においてワイヤロープ２３の張力が適正であるか、低下しているか、増大しているかを判定する。そして、ワイヤロープ２３の張力が適正であるときにはＳ１３においてウインチ停止信号を出力し、ワイヤロープ２３の張力が低下しているときにはＳ１５においてウインチ巻取り信号を出力し、ワイヤロープ２３の張力が増大しているときにはＳ１７においてウインチ巻取り信号を出力する。そして、演算装置４６は、Ｓ１３、Ｓ１５、Ｓ１７を実行した後には、例えばＳ１１に戻り、上述した制御処理を繰り返す。これにより、本実施形態においても、立坑の掘削作業時に中間シーブ２５と先端シーブ２６とのシーブ間距離Ｘが変化した場合でも、フック２４を保持位置に保持しておくことができる。

【0079】

なお、実施形態では、ウインチ２２をアッパブーム１１に取付けた場合を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、例えばロアブーム１０、上部旋回体３の旋回フレーム４等に取付ける構成としてもよい。

【0080】

また、実施形態では、ブーム９がロアブーム１０とアッパブーム１１とを有し、アッパブーム１１の先端に中間アーム１３が取付けられた作業装置８を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、例えば単一のブームを備えた作業装置にも適用することができる。

【0081】

また、実施形態では、先端アーム１４の先端にアースオーガ１７が取付けられた作業装置８を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、例えばバケット、グラップル等の他の作業具が先端アームに取り付けられた作業装置にも適用することができる。

【符号の説明】

【0082】

１ 油圧ショベル
２ 下部走行体（車体）
３ 上部旋回体（車体）
８ 作業装置
９ ブーム
１３ 中間アーム
１４ 先端アーム
２２ ウインチ
２３ ワイヤロープ（ロープ）
２４ フック
２５ 中間シーブ
２６ 先端シーブ
２７ 中間アーム角度検出器
２８ 先端アーム角度検出器
４４ ウインチ用方向制御弁（ウインチ制御装置）
４５ ウインチ操作装置
４６ 演算装置
５３ 張力検出器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】