JP7344859B2 - 作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、貯水タンク及び散水ノズルを搭載した作業機械に関する。

従来より、フロント作業機の先端に散水ノズルを装着した散水機が知られている（例えば、特許文献１を参照）。このような散水機は、例えば、船舶などのコンテナの内壁に付着した積載物（例えば、石炭など）を除去するのに用いられる。

また、散水機には、特許文献１のように外部の貯水タンクにホースで接続される形態の他に、上部旋回体の後部に貯水タンクを搭載する形態もある。貯水タンクを散水機に搭載することにより、外部の貯水タンクと散水機とをホースで接続する必要がなくなるので、散水機の作業範囲が広くなるというメリットがある。

特許第６３２４９３４号公報

一方、散水機に搭載された貯水タンクは、散水ノズルに供給する水を貯水すると共に、フロント作業機との重量バランスをとるためのカウンタウェイトとしての役割を担う。そのため、貯水タンクを搭載する散水機は、貯水タンクに貯水されている水の量によって、前後の重量バランスが変化する。

そして、貯水タンクが空の状態でも散水機の重量バランスを安定させるためには、フロント作業機の動作（例えば、作業半径や積載荷重）を制限する必要が生じる。しかし、フロント作業機の動作を一律に制限したのでは、動作を制限する必要のない場合でも動作が制限されてしまい、その結果、散水機の作業効率が低下する。

本発明は、上記した実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、貯水タンク及び散水ノズルを搭載した作業機械において、作業効率を低下させることなく、前後の重量バランスを安定させる技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に支持された上部旋回体と、前記上部旋回体の前端に起伏可能に支持されて、前記上部旋回体の前方に向けて延びるフロント作業機と、前記上部旋回体の後端に支持されて、水を貯水する貯水タンクと、前記フロント作業機の先端に取り付けられて、前記貯水タンクに貯水された水を散水する散水ノズルとを備える作業機械であって、前記フロント作業機の作業半径を検知するための作業半径センサと、前記貯水タンクの貯水量を検知するための貯水量センサと、前記作業半径センサ及び前記貯水量センサの検知結果に基づいて、前記フロント作業機の動作を制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記作業半径センサを用いて検知された作業半径に基づいて、前記作業機械の前方転倒支線より前方側の転倒モーメントＭ１を算出し、前記貯水量センサを用いて検知された貯水量に基づいて、前記作業機械の前方転倒支線より後方側の安定モーメントＭ２を算出し、前記安定モーメントＭ２を前記転倒モーメントＭ１で除した値で特定される前記作業機械の前方安定度Ｓｆが前方安定度閾値未満であることに応じて、作業半径を増加させる向きの前記フロント作業機の動作を規制することを特徴とする。

本発明によれば、貯水タンク及び散水ノズルを搭載した作業機械において、作業効率を低下させることなく、前後の重量バランスを安定させることができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本実施形態に係る作業機械の代表例である油圧ショベルの側面図である。 油圧ショベルのハードウェア構成図である。 前方安定度制御処理のフローチャートである。 後方安定度制御処理のフローチャートである。 下部走行体の前後に設定された転倒支線を示す図である。 下部走行体の左右に設定された転倒支線を示す図である。 後方安定度の算出方法を説明するための図である。

本発明に係る作業車両の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る作業機械の代表例である油圧ショベル１の側面図である。油圧ショベル１は、下部走行体２と、下部走行体２に支持された上部旋回体３とを備える。なお、本明細書中の前後左右は、特に断らない限り、油圧ショベル１に搭乗して操作するオペレータの視点を基準としている。なお、作業機械の具体例は油圧ショベル１に限定されない。

下部走行体２は、一対のクローラ４を備える。一対のクローラ４は、左右方向に離間した位置に配置されている。また、一対のクローラ４は、各々が前後方向に延設されている。そして、走行モータ（図示省略）の回転が伝達されて左右一対のクローラ４が回転すると、油圧ショベル１が走行する。一対のクローラ４それぞれの構成は既に周知であるが、例えば、走行モータと、アイドルギヤと、走行モータ及びアイドルギヤに巻回されたクローラシューと、クローラシューの内周面に当接して回転する複数のガイドローラとで構成される。

上部旋回体３は、旋回モータ（図示省略）によって旋回可能な状態で下部走行体２に支持されている。上部旋回体３は、ベースとなる旋回フレーム５と、旋回フレーム５の前端中央に回動可能に取り付けられたフロント作業機（作業装置）１０と、旋回フレーム５の後端に配置された貯水タンク６と、貯水タンク６に貯水された水を後述する散水ノズル１４に供給するポンプ７と、旋回フレーム５の前方左側に配置されたキャブ（運転席）８とを主に備える。

また図２に示すように、上部旋回体３は、旋回角を検知するための旋回角センサ３ａを備える。以下、下部走行体２及び上部旋回体３の前方が一致するときを基準（旋回角θ＝０°）とし、時計回りの角度を旋回角θと定義する。すなわち、上部旋回体３は、下部走行体２に対してθ＝０°～３６０°の範囲で旋回する。旋回角センサ３ａは、下部走行体２に対する上部旋回体３の旋回角θを検知し、検知結果を示す検知信号を後述するコントローラ２０（図２参照）に出力する。

フロント作業機１０は、上部旋回体３の前端に支持されて、上部旋回体３の前方に向けて延びている。フロント作業機１０は、作業半径を増大させる向きの動作（伸長）と、作業半径を減少させる向きの動作（屈曲）とが可能である。作業半径とは、例えば、上部旋回体３の旋回中心として、フロント作業機１０の最も前方に位置する部分までの距離を指す。

より詳細には、フロント作業機１０は、上部旋回体３に起伏可能に支持されたブーム１１と、ブーム１１の先端に揺動可能に支持されたアーム１２と、アーム１２の先端に揺動可能に支持されたバケット１３と、バケット１３に支持された散水ノズル１４と、ブーム１１を駆動させるブームシリンダ１５と、アーム１２を駆動させるアームシリンダ１６と、バケット１３を駆動させるバケットシリンダ１７とを主に備える。

ブームシリンダ１５が伸長すると、ブーム１１が起立する。一方、ブームシリンダ１５が縮小すると、ブーム１１が倒伏する。また、アームシリンダ１６が伸長すると、アーム１２が屈曲（クラウド）する。一方、アームシリンダ１６が縮小すると、アーム１２が伸長（ダンプ）する。さらに、バケットシリンダ１７が伸長すると、バケット１３がクラウドする。一方、バケットシリンダ１７が縮小すると、バケット１３がダンプする。

すなわち、ブーム１１の倒伏動作及びアーム１２のダンプ動作は、フロント作業機１０の作業半径を増大させる向きの動作に対応する。一方、ブーム１１の起立動作及びアーム１２のクラウド動作は、フロント作業機１０の作業半径を減少させる向きの動作に対応する。

また図２に示すように、フロント作業機１０は、ブーム角センサ１５ａと、アーム角センサ１６ａとを備える。ブーム角センサ１５ａは、水平面に対するブーム１１の角度（以下、「ブーム角」と表記する。）を検知する。アーム角センサ１６ａは、水平面に対するアーム１２の角度（以下、「アーム角」と表記する。）を検知する。そして、ブーム角センサ１５ａ及びアーム角センサ１６ａそれぞれは、検知結果を示す検知信号をコントローラ２０に出力する。

そして、コントローラ２０は、ブーム角センサ１５ａ及びアーム角センサ１６ａから出力される検知信号（すなわち、ブーム角及びアーム角の組み合わせ）に基づいて、フロント作業機１０の作業半径を特定する。すなわち、ブーム角センサ１５ａ及びアーム角センサ１６ａは、フロント作業機１０の作業半径を検知するための作業半径センサの一例である。但し、作業半径センサの具体例は、前述の例に限定されない。

さらに図２に示すように、フロント作業機１０は、ブームシリンダボトム圧センサ１５ｂを備える。ブームシリンダボトム圧センサ１５ｂは、ブームシリンダ１５のボトム室内の作動油の圧力を検知し、検知結果を示す検知信号をコントローラ２０に出力する。

そして、コントローラ２０は、ブームシリンダボトム圧センサ１５ｂから出力される検知信号に基づいて、バケット１３に積載された荷物の積載重量Ｗを特定する。すなわち、ブームシリンダボトム圧センサ１５ｂは、バケット１３に積載された荷物の積載重量Ｗを検知するための重量センサの一例である。但し、重量センサの具体例は、前述の例に限定されない。

貯水タンク６は、上部旋回体３の後端に着脱可能に装着される。貯水タンク６は、水を貯留する内部空間と、内部空間に水を補給するための補給口（図示省略）とを備える。また、貯水タンク６は、フロント作業機１０との重量バランスをとるカウンタウェイトとしても機能する。すなわち、貯水タンク６そのものの重量及び貯水タンク６に貯水された水の重量の合計が、油圧ショベル１に装着されたカウンタウェイトの重量に相当する。そのため、貯水タンク６内の水が消費（散水）されることによって、カウンタウェイトとしての重量が徐々に減少する。

また、油圧ショベル１は、水位計６ａを備える。水位計６ａは、貯水タンク６内の水位を検知し、検知結果を示す検知信号をコントローラ２０に出力する。そして、コントローラ２０は、水位計６ａから出力される検知信号に基づいて、貯水タンク６の貯水量を特定する。すなわち、水位計６ａは、貯水タンク６の貯水量を検知するための貯水量センサの一例である。但し、貯水量センサの具体例は、前述の例に限定されない。

ポンプ７は、貯水タンク６に貯留された水を吸い上げて、配管やホースなどの流路部材（図示省略）を通じて散水ノズル１４に供給する。散水ノズル１４は、ポンプ７によって供給された水を散水する。散水ノズル１４の散水方向は、ブーム１１、アーム１２、及びバケット１３の向きによって調整される。

キャブ８には、油圧ショベル１を操作するオペレータが搭乗する内部空間が形成されている。キャブ８の内部には、オペレータが着席するシート（図示省略）と、シートに着席したオペレータが操作する操作装置（ステアリング、ペダル、レバー、スイッチなど）とが配置されている。そして、キャブ８に搭乗したオペレータが操作装置を操作することによって、下部走行体２が走行し、上部旋回体３が旋回し、フロント作業機１０が動作し、散水ノズル１４が散水を開始及び停止する。

図２は、油圧ショベル１のハードウェア構成図である。コントローラ２０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２２、及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２３を備える。コントローラ２０は、ＲＯＭ２２に格納されたプログラムコードをＣＰＵ２１が読み出して実行することによって、後述する処理を実現する。ＲＡＭ２３は、ＣＰＵ２１がプログラムを実行する際のワークエリアとして用いられる。

但し、コントローラ２０の具体的な構成はこれに限定されず、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのハードウェアによって実現されてもよい。

また図２に示すように、油圧ショベル１は、油圧ポンプ２４と、ブーム用カット電磁弁２５と、アーム用カット電磁弁２６と、モニタ２７とを備える。そして、コントローラ２０は、旋回角センサ３ａ、ブーム角センサ１５ａ、アーム角センサ１６ａ、ブームシリンダボトム圧センサ１５ｂ、及び水位計６ａから出力される検知信号に基づいて、ブーム用カット電磁弁２５、アーム用カット電磁弁２６、及びモニタ２７の動作を制御する。

油圧ポンプ２４は、エンジン（図示省略）によって駆動されて、作動油タンク（図示省略）に貯留された作動油を圧送する。油圧ポンプ２４から供給される作動油は、油圧回路（図示省略）を通じて、油圧アクチュエータ（走行モータ、旋回モータ、ブームシリンダ１５、アームシリンダ１６、バケットシリンダ１７）に供給される。油圧回路に含まれる方向制御弁（図示省略）の位置が操作装置への操作に基づいて切り替えられることによって、油圧ポンプ２４から各油圧アクチュエータへの作動油の供給方向が変化する。

ブーム用カット電磁弁２５は、油圧ポンプ２４からブームシリンダ１５に至る作動油の流路に配置されている。ブーム用カット電磁弁２５は、コントローラ２０による制御電圧のＯＮまたはＯＦＦによって、許容位置、ボトム側カット位置、及びロッド側カット位置に切替可能に構成されている。ブーム用カット電磁弁２５は、例えば、複数の電磁弁を組み合わせて構成されてもよい。

ブーム用カット電磁弁２５の許容位置は、ブームシリンダ１５のボトム室及びロッド室への作動油の供給を許容する位置である。すなわち、ブーム用カット電磁弁２５が許容位置のとき、オペレータよる操作装置の操作に従ってブームシリンダ１５が伸長及び縮小（換言すれば、ブーム１１が起立及び倒伏）する。

ブーム用カット電磁弁２５のボトム側カット位置は、ブームシリンダ１５のボトム室への作動油の供給を規制し且つロッド室への作動油の供給を許容する位置である。すなわち、ブーム用カット電磁弁２５がボトム側カット位置のとき、オペレータによる操作装置の操作に従って、ブームシリンダ１５が縮小（換言すれば、ブーム１１が倒伏）するが、ブームシリンダ１５が伸長（換言すれば、ブーム１１が起立）しない。

ブーム用カット電磁弁２５のロッド側カット位置は、ブームシリンダ１５のボトム室への作動油の供給を許容し且つロッド室への作動油の供給を規制する位置である。すなわち、ブーム用カット電磁弁２５がロッド側カット位置のとき、オペレータによる操作装置の操作に従って、ブームシリンダ１５が伸長（換言すれば、ブーム１１が起立）するが、ブームシリンダ１５が縮小（換言すれば、ブーム１１が倒伏）しない。

アーム用カット電磁弁２６は、油圧ポンプ２４からアームシリンダ１６に至る作動油の流路に配置されている。アーム用カット電磁弁２６は、コントローラ２０による制御電圧のＯＮまたはＯＦＦによって、許容位置、ボトム側カット位置、及びロッド側カット位置に切替可能に構成されている。アーム用カット電磁弁２６は、例えば、複数の電磁弁を組み合わせて構成されてもよい。

アーム用カット電磁弁２６の許容位置は、アームシリンダ１６のボトム室及びロッド室への作動油の供給を許容する位置である。すなわち、アーム用カット電磁弁２６が許容位置のとき、オペレータよる操作装置の操作に従ってアームシリンダ１６が伸長及び縮小（換言すれば、アーム１２がクラウド及びダンプ）する。

アーム用カット電磁弁２６のボトム側カット位置は、アームシリンダ１６のボトム室への作動油の供給を規制し且つロッド室への作動油の供給を許容する位置である。すなわち、アーム用カット電磁弁２６がボトム側カット位置のとき、オペレータによる操作装置の操作に従って、アームシリンダ１６が縮小（換言すれば、アーム１２がダンプ）するが、アームシリンダ１６が伸長（換言すれば、アーム１２がクラウド）しない。

アーム用カット電磁弁２６のロッド側カット位置は、アームシリンダ１６のボトム室への作動油の供給を許容し且つロッド室への作動油の供給を規制する位置である。すなわち、アーム用カット電磁弁２６がロッド側カット位置のとき、オペレータによる操作装置の操作に従って、アームシリンダ１６が伸長（換言すれば、アーム１２がクラウド）するが、アームシリンダ１６が縮小（換言すれば、アーム１２がダンプ）しない。

すなわち、コントローラ２０は、ブーム用カット電磁弁２５及びアーム用カット電磁弁２６を許容位置にすることによって、フロント作業機１０の全ての動作を許容する。また、コントローラ２０は、ブーム用カット電磁弁２５及びアーム用カット電磁弁２６をボトム側カット位置にすることによって、フロント作業機１０の動作のうち、作業半径を増大させる向きの動作を許容し、作業半径を減少させる向きの動作を規制する。さらに、コントローラ２０は、ブーム用カット電磁弁２５及びアーム用カット電磁弁２６をロッド側カット位置にすることによって、フロント作業機１０の動作のうち、作業半径を増大させる向きの動作を規制し、作業半径を減少させる向きの動作を許容する。

モニタ２７は、情報（例えば、文字、画像、映像など）を表示する報知装置の一例である。コントローラ２０は、油圧ショベル１の状態、及び図３及び図４を参照して後述する警告画面を、モニタ２７に表示する。なお、報知装置の具体例はモニタ２７に限定されず、点灯または点滅するＬＥＤランプ、音声を出力するスピーカなどでもよい。

図３は、前方安定度制御処理のフローチャートである。コントローラ２０は、例えば、エンジンが駆動している間、所定の時間間隔ごとに前方安定度制御処理を繰り返し実行する。なお、前方安定度制御処理の開始時点において、ブーム用カット電磁弁２５及びアーム用カット電磁弁２６は、許容位置であるものとする。

まず、コントローラ２０は、旋回角センサ３ａから出力される検知信号に基づいて、下部走行体２に対する上部旋回体３の向きを判定する（Ｓ１１）。より詳細には、コントローラ２０は０°≦θ＜４５°、３１５°≦θ＜３６０°のとき、上部旋回体３が前方を向いていると判定する。また、コントローラ２０は４５°≦θ＜１３５°のとき、上部旋回体３が右方を向いていると判定する。また、コントローラ２０は、１３５°≦θ＜２２５°のとき、上部旋回体３が後方を向いていると判定する。さらに、コントローラ２０は、２２５°≦θ＜３１５°のとき、上部旋回体３が左方を向いていると判定する。

そして、コントローラ２０は、下部走行体２に対して上部旋回体３が前方または後方を向いていると判定した場合に（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、油圧ショベル１の転倒支線を下部走行体２の前後に設定する（Ｓ１２）。一方、コントローラ２０は、下部走行体２に対して上部旋回体３が右方または左方を向いていると判定した場合に（Ｓ１１：Ｎｏ）、油圧ショベル１の転倒支線を下部走行体２の左右に設定する（Ｓ１３）。転倒支線とは、油圧ショベル１が転倒する基点となる位置を通り、鉛直方向に延びる仮想線を指す。

図５は、下部走行体２の前後に設定された転倒支線を示す図である。前後方向の転倒支線は、クローラ４の接地面の前端を通り且つ鉛直方向に延びる転倒支線Ｌｉｎｅ－ｆと、クローラ４の接地面の後端を通り且つ鉛直方向に延びる転倒支線Ｌｉｎｅ－ｂとを含む。そして、上部旋回体３が前方を向いているとき、転倒支線Ｌｉｎｅ－ｆが「前方転倒支線」となり、転倒支線Ｌｉｎｅ－ｂが「後方転倒支線」となる。一方、上部旋回体３が後方を向いているとき、転倒支線Ｌｉｎｅ－ｆが「後方転倒支線」となり、転倒支線Ｌｉｎｅ－ｂが「前方転倒支線」となる。

図６は、下部走行体２の左右に設定された転倒支線を示す図である。左右方向の転倒支線は、右側のクローラ４の外側端より所定の距離だけ内側の位置（例えば、ガイドローラの外側端）を通り且つ鉛直方向に延びる転倒支線Ｌｉｎｅ－ｒと、左側のクローラ４の外側端より所定の距離だけ内側の位置（例えば、ガイドローラの外側端）を通り且つ鉛直方向に延びる転倒支線Ｌｉｎｅ－ｌとを含む。そして、上部旋回体３が右方を向いているとき、転倒支線Ｌｉｎｅ－ｒが「前方転倒支線」となり、転倒支線Ｌｉｎｅ－ｌが「後方転倒支線」となる。一方、上部旋回体３が左方を向いているとき、転倒支線Ｌｉｎｅ－ｒが「後方転倒支線」となり、転倒支線Ｌｉｎｅ－ｌが「前方転倒支線」となる。

次に、コントローラ２０は、ステップＳ１２～Ｓ１３で設定した前方転倒支線を基準として、転倒モーメントＭ１と、安定モーメントＭ２と、前方安定度Ｓｆとを算出する（Ｓ１４）。以下、転倒支線Ｌｉｎｅ－ｆを前方転倒支線とした場合の転倒モーメントＭ１、安定モーメントＭ２、及び前方安定度Ｓｆの算出方法を説明するが、他の転倒支線Ｌｉｎｅ－ｂ、Ｌｉｎｅ－ｒ、Ｌｉｎｅ－ｌが前方転倒支線に設定された場合も、同様の方法で算出することができる。

転倒モーメントＭ１は、前方転倒支線より前方側のモーメントである。換言すれば、転倒モーメントＭ１は、油圧ショベル１を図５の反時計回りに回転させようとするモーメントである。転倒モーメントＭ１は、前方転倒支線より前方側の質量Ｗｆと、前方転倒支線及び質量Ｗｆの重心の間の水平距離Ｌｆとの積（＝Ｗｆ×Ｌｆ）によって算出される。

より詳細には、コントローラ２０は、ブームシリンダボトム圧センサ１５ｂを用いて検知された積載重量Ｗに基づいて前方側の質量Ｗｆを算出し、ブーム角センサ１５ａ及びアーム角センサ１６ａを用いて検知された作業半径に基づいて水平距離Ｌｆを算出し、これらを乗じて転倒モーメントＭ１を算出する。より詳細には、積載重量Ｗが大きいほど前方側の質量Ｗｆが大きくなり、作業半径が大きいほど水平距離Ｌｆが長くなる。

安定モーメントＭ２は、前方転倒支線より後方側のモーメントである。換言すれば、安定モーメントＭ２は、油圧ショベル１を図５の時計回りに回転させようとするモーメントである。安定モーメントＭ２は、前方転倒支線より後方側の質量Ｗｂと、前方転倒支線及び質量Ｗｂの重心の間の水平距離Ｌｂとの積（＝Ｗｂ×Ｌｂ）によって算出される。

より詳細には、コントローラ２０は、水位計６ａを用いて検知された貯水タンク６内の水位（換言すれば、貯水タンク６の貯水量）に基づいて後方側の質量Ｗｂを算出し、算出した質量Ｗｂと予め定められた水平距離Ｌｂとを乗じて安定モーメントＭ２を算出する。より詳細には、水位が高い（すなわち、貯水量が多い）ほど後方側の質量Ｗｂが大きくなる。

前方安定度Ｓｆは、前方転倒支線を基準とした油圧ショベル１の転倒に対する安定性の度合いを示す。前方安定度Ｓｆは、下記式１で示されるように、安定モーメントＭ２を転倒モーメントＭ１で除することによって算出される。すなわち、転倒モーメントＭ１が大きい（換言すれば、積載重量Ｗが大きい、作業半径が大きい）ほど、及び安定モーメントＭ２が小さい（換言すれば、貯水量が少ない）ほど、前方安定度Ｓｆが低くなる。一方、転倒モーメントＭ１が小さい（換言すれば、積載重量Ｗが小さい、作業半径が小さい）ほど、及び安定モーメントＭ２が大きい（換言すれば、貯水量が多い）ほど、前方安定度Ｓｆが高くなる。
Ｓｆ＝Ｍ２／Ｍ１ ・・・（式１）

次に、コントローラ２０は、ステップＳ１４で算出した前方安定度Ｓｆと、予め定められた報知閾値Ｎｆ_ｔｈとを比較する（Ｓ１５）。報知閾値Ｎｆ_ｔｈは、前方安定度Ｓｆの低下をオペレータに警告するか否かを判定するための閾値（例えば、１．６）である。報知閾値Ｎｆ_ｔｈは、ＲＡＭ２３などに予め記憶されている。

そして、コントローラ２０は、前方安定度Ｓｆが報知閾値Ｎｆ_ｔｈ未満であることに応じて（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、前方安定度Ｓｆの低下を警告する警告画面をモニタ２７に表示して（Ｓ１６）、ステップＳ１７以降の処理を実行する。警告画面の表示は、報知装置を作動させることの一例である。一方、コントローラ２０は、前方安定度Ｓｆが報知閾値Ｎｆ_ｔｈ以上であることに応じて（Ｓ１５：Ｎｏ）、ステップＳ１６以降の処理を実行せずに、前方安定度制御処理を終了する。

次に、コントローラ２０は、ブームシリンダボトム圧センサ１５ｂを用いて検知された積載重量Ｗと、予め定められた重量閾値Ｗ_ｔｈとを比較する（Ｓ１７）。重量閾値Ｗ_ｔｈは、後述する前方安定度閾値の値を決定するための閾値である。重量閾値Ｗ_ｔｈは、ＲＡＭ２３などに予め記憶されている。

そして、コントローラ２０は、積載重量Ｗが重量閾値Ｗ_ｔｈ以上であることに応じて（Ｓ１７：Ｙｅｓ）、前方安定度Ｓｆと前方安定度閾値Ｓｆ_ｔｈ１とを比較する（Ｓ１８）。一方、コントローラ２０は、積載重量Ｗが重量閾値Ｗ_ｔｈ未満であることに応じて（Ｓ１７：Ｎｏ）、前方安定度Ｓｆと前方安定度閾値Ｓｆ_ｔｈ２とを比較する（Ｓ１９）。

前方安定度閾値Ｓｆ_ｔｈ１、Ｓｆ_ｔｈ２は、作業半径を増加させる向きのフロント作業機１０の動作を規制するか否かを決定するための閾値である。前方安定度閾値Ｓｆ_ｔｈ１、Ｓｆ_ｔｈ２（以下、これらを総称して、「Ｓｆ_ｔｈ」と表記することがある。）は、ＲＡＭ２３などに予め記憶されている。

また、Ｓｆ_ｔｈ２（例えば、１．１）＜Ｓｆ_ｔｈ１（例えば、１．５）＜Ｎｆ_ｔｈ（例えば、１．６）に設定される。すなわち、コントローラ２０は、ブームシリンダボトム圧センサ１５ｂを用いて検知された積載重量Ｗが重量閾値Ｗ_ｔｈ以上の場合に（Ｓ１７：Ｙｅｓ）、重量閾値Ｗ_ｔｈ未満の場合（Ｓ１７：Ｎｏ）より前方安定度閾値Ｓｆ_ｔｈを大きくする。また、報知閾値Ｎｔｈは、前方安定度閾値Ｓｆ_ｔｈ１、Ｓｆ_ｔｈより大きい値である。

そして、コントローラ２０は、積載重量Ｗが重量閾値Ｗ_ｔｈ以上で且つ前方安定度Ｓｆが前方安定度閾値Ｓｆ_ｔｈ１未満であることに応じて（Ｓ１７：Ｙｅｓ＆Ｓ１８：Ｙｅｓ）、作業半径を増加させる向きのフロント作業機１０の動作を規制する（Ｓ２０）。すなわち、コントローラ２０は、ブーム用カット電磁弁２５及びアーム用カット電磁弁２６をロッド側カット位置に切り替える。

また、コントローラ２０は、積載重量Ｗが重量閾値Ｗ_ｔｈ未満で且つ前方安定度Ｓｆが前方安定度閾値Ｓｆ_ｔｈ２未満であることに応じて（Ｓ１７：Ｎｏ＆Ｓ１９：Ｙｅｓ）、ステップＳ２０の処理を実行する。一方、コントローラ２０は、ステップＳ１８で前方安定度Ｓｆが前方安定度閾値Ｓｆ_ｔｈ１以上であることに応じて（Ｓ１８：Ｎｏ）、またはステップＳ１９で前方安定度Ｓｆが前方安定度閾値Ｓｆ_ｔｈ２以上であることに応じて（Ｓ１９：Ｎｏ）、ステップＳ２０の処理を実行せずに、前方安定度制御処理を終了する。

図４は、後方安定度制御処理のフローチャートである。コントローラ２０は、例えば、エンジンが駆動している間、所定の時間間隔ごとに後方安定度制御処理を繰り返し実行する。なお、後方安定度制御処理の開始時点において、ブーム用カット電磁弁２５及びアーム用カット電磁弁２６は、許容位置であるものとする。なお、前方安定度制御処理との共通点の詳細な説明は省略し、相違点を中心に説明する。

まず、コントローラ２０は、旋回角センサ３ａから出力される検知信号に基づいて、下部走行体２に対する上部旋回体３の向きを判定し（Ｓ２１）、判定結果に基づいて転倒支線を前後または左右に設定する（Ｓ２２、Ｓ２３）。ステップＳ２１～Ｓ２３の処理は、ステップＳ１１～Ｓ１３と共通する。

次に、コントローラ２０は、下記式２を用いて、後方安定度Ｓｒを算出する（Ｓ２４）。後方安定度Ｓｒは、後方転倒支線を基準とした油圧ショベル１の転倒に対する安定性の度合いを示す。
Ｓｒ＝｛（Ｌ－Ｌ１）／Ｌ｝×１００ ・・・（式２）

図７は、後方安定度Ｓｒの算出方法を説明するための図である。油圧ショベル１の全体質量ＷＯと、前方転倒支線Ｌｉｎｅ－ｆにおける分配質量Ｒ１と、後方転倒支線Ｌｉｎｅ－ｂにおける分配質量Ｒ２と、前方転倒支線Ｌｉｎｅ－ｆ及び後方転倒支線Ｌｉｎｅ－ｂの間の水平距離Ｌと、油圧ショベル１の重心位置及び前方転倒支線Ｌｉｎｅ－ｆの間の水平距離Ｌ１と、油圧ショベル１の重心位置及び後方転倒支線Ｌｉｎｅ－ｂの間の水平距離Ｌ２とを用いて、式２が導出される。

まず、油圧ショベル１の質量の釣り合いが下記式３で表され、前方転倒支線Ｌｉｎｅ－ｆ周りのモーメントの釣り合いが式４で表される。そして、式４を式３のＲ２に代入し、さらにＲ１／ＷＯ（＝Ｓｒ）について解くことによって、上記式２が得られる。
ＷＯ＝（Ｒ１＋Ｒ２） ・・・（式３）
Ｌ×Ｒ２＝Ｌ１×ＷＯ ・・・（式４）

ここで、フロント作業機１０の作業半径が小さいほど、または貯水タンク６の貯水量が多いほど、油圧ショベル１の重心位置が後方に移動し、水平距離Ｌ１が長くなる。その結果、後方安定度Ｓｒが小さくなる。一方、フロント作業機１０の作業半径が大きいほど、または貯水タンク６の貯水量が少ないほど、油圧ショベル１の重心位置が前方に移動し、水平距離Ｌ１が短くなる。その結果、後方安定度Ｓｒが大きくなる。すなわち、後方安定度Ｓｒは、散水ノズル１４から散水を継続することによって、徐々に大きくなる。

次に、コントローラ２０は、ステップＳ２４で算出した後方安定度Ｓｒと、予め定められた報知閾値Ｎｒ_ｔｈとを比較する（Ｓ２５）。報知閾値Ｎｒ_ｔｈは、後方安定度Ｓｒの低下をオペレータに警告するか否かを判定するための閾値（例えば、２０％）である。報知閾値Ｎｒ_ｔｈは、ＲＡＭ２３などに予め記憶されている。

そして、コントローラ２０は、後方安定度Ｓｒが報知閾値Ｎｒ_ｔｈ未満であることに応じて（Ｓ２５：Ｙｅｓ）、後方安定度Ｓｒの低下を警告する警告画面をモニタ２７に表示して（Ｓ２６）、ステップＳ２７以降の処理を実行する。警告画面の表示は、報知装置を作動させることの一例である。一方、コントローラ２０は、後方安定度Ｓｒが報知閾値Ｎｒ_ｔｈ以上であることに応じて（Ｓ２５：Ｎｏ）、ステップＳ２６以降の処理を実行せずに、後方安定度制御処理を終了する。

次に、コントローラ２０は、後方安定度Ｓｒと後方安定度閾値Ｓｒ_ｔｈとを比較する（Ｓ２７）。後方安定度閾値Ｓｒ_ｔｈは、作業半径を減少させる向きのフロント作業機１０の動作を規制するか否かを決定するための閾値（例えば、１５％）である。後方安定度閾値Ｓｒ_ｔｈは、ＲＡＭ２３などに予め記憶されている。

そして、コントローラ２０は、後方安定度Ｓｒが後方安定度閾値Ｓｒ_ｔｈ未満であることに応じて（Ｓ２７：Ｙｅｓ）、作業半径を減少させる向きのフロント作業機１０の動作を規制する（Ｓ２８）。すなわち、コントローラ２０は、ブーム用カット電磁弁２５及びアーム用カット電磁弁２６をボトム側カット位置に切り替える。一方、コントローラ２０は、後方安定度Ｓｒが後方安定度閾値Ｓｒ_ｔｈ以上であることに応じて（Ｓ２７：Ｎｏ）、ステップＳ２８の処理を実行せずに、後方安定度制御処理を終了する。

上記構成の油圧ショベル１において、貯水タンク６の貯水量が多いほど、前方安定度Ｓｆが高くなる。そこで上記の実施形態のように、貯水タンク６の貯水量が多い状態では、作業半径を大きくした状態でのフロント作業機１０の動作を許容することによって、油圧ショベル１の作業効率を向上させることができる。一方、貯水タンク６の貯水量が減少するにつれて、フロント作業機１０の作業半径を制限することによって、油圧ショベル１の安定性が損なわれるのを防止することができる。

これにより、貯水タンク６の容量を大きく（換言すれば、散水の前後における前後の重量バランスの変化を大きく）したとしても、油圧ショベル１の作業効率を低下させることなく、油圧ショベル１の前後の重量バランスを安定させることができる。

また、上記の実施形態によれば、フロント作業機１０の作業半径だけでなく、バケット１３の積載重量Ｗを考慮して転倒モーメントＭ１を算出するので、前方安定度Ｓｆをより正確に算出することができる。但し、コントローラ２０は、転倒モーメントＭ１を算出するパラメータとして、積載重量Ｗを省略してもよい。

また、上記の実施形態によれば、バケット１３の積載重量Ｗに応じて前方安定度閾値Ｓｆ_ｔｈ１、Ｓｆ_ｔｈ２を切り替えることによって、油圧ショベル１が高負荷の作業をしている場合に、油圧ショベル１の前後の重量バランスをさらに安定させることができる。

また、上記の実施形態によれば、作業半径を増大させる向きのフロント作業機１０の動作を規制するのに先立って、モニタ２７を通じて前方安定度Ｓｆの低下をオペレータに報知するので、貯水タンク６の貯水量が少なくなっていることをオペレータに認識させ、前方安定度Ｓｆが低下するような作業を控えさせることができる。

また、上記の実施形態によれば、後方安定度Ｓｒが後方安定度閾値Ｓｒ_ｔｈ未満になった場合に、作業半径を減少させる向きのフロント作業機１０の動作を規制する。これにより、特に、散水前における油圧ショベル１の前後の重量バランスを安定させることができる。また、作業半径を減少させる向きのフロント作業機１０の動作を規制するのに先立って、モニタ２７を通じて後方安定度Ｓｒの低下をオペレータに報知するので、後方安定度Ｓｒが低下するような作業を控えさせることができる。

なお、本明細書中の前方安定度Ｓｆ及び後方安定度Ｓｒは、例えば、「ＪＩＳ Ａ ８３４０」に規定されているものであってもよい。また、本実施形態に係るコントローラ２０は、前方安定度制御処理及び後方安定度制御処理の両方を実行することに限定されず、いずれか一方のみを実行してもよい。

上述した実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。

１ 油圧ショベル
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
３ａ 旋回角センサ
４ クローラ
５ 旋回フレーム
６ 貯水タンク
６ａ 水位計
７ ポンプ
８ キャブ
１０ フロント作業機
１１ ブーム
１２ アーム
１３ バケット
１４ 散水ノズル
１５ ブームシリンダ
１５ａ ブーム角センサ
１５ｂ ブームシリンダボトム圧センサ
１６ アームシリンダ
１６ａ アーム角センサ
１７ バケットシリンダ
２０ コントローラ
２１ ＣＰＵ
２２ ＲＯＭ
２３ ＲＡＭ
２４ 油圧ポンプ
２５ ブーム用カット電磁弁
２６ アーム用カット電磁弁
２７ モニタ

Claims (5)

1. 下部走行体と、
   前記下部走行体に旋回可能に支持された上部旋回体と、
   前記上部旋回体の前端に起伏可能に支持されて、前記上部旋回体の前方に向けて延びるフロント作業機と、
   前記上部旋回体の後端に支持されて、水を貯水する貯水タンクと、
   前記フロント作業機の先端に取り付けられて、前記貯水タンクに貯水された水を散水する散水ノズルとを備える作業機械であって、
   前記フロント作業機の作業半径を検知するための作業半径センサと、
   前記貯水タンクの貯水量を検知するための貯水量センサと、
   前記作業半径センサ及び前記貯水量センサの検知結果に基づいて、前記フロント作業機の動作を制御するコントローラとを備え、
   前記コントローラは、
   前記作業半径センサを用いて検知された作業半径に基づいて、前記作業機械の前方転倒支線より前方側の転倒モーメントＭ１を算出し、
   前記貯水量センサを用いて検知された貯水量に基づいて、前記作業機械の前方転倒支線より後方側の安定モーメントＭ２を算出し、
   下記式１で特定される前記作業機械の前方安定度Ｓｆが前方安定度閾値未満であることに応じて、作業半径を増加させる向きの前記フロント作業機の動作を規制することを特徴とする作業機械。
   Ｓｆ＝Ｍ２／Ｍ１ ・・・（式１）
2. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記フロント作業機は、
   前記上部旋回体に起伏可能に支持されたブームと、
   前記ブームの先端に揺動可能に支持されたアームと、
   前記アームの先端に揺動可能に支持され且つ前記散水ノズルを支持するバケットと、
   前記バケットに積載された荷物の積載重量を検知するための重量センサとを備え、
   前記コントローラは、
   前記作業半径センサを用いて検知された作業半径と、前記重量センサを用いて検知された積載重量とに基づいて、前記転倒モーメントＭ１を算出し、
   前記重量センサを用いて検知された積載重量が重量閾値以上の場合に、前記重量閾値未満の場合より前記前方安定度閾値を大きく設定することを特徴とする作業機械。
3. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記上部旋回体の旋回角を検知するための旋回角センサを備え、
   前記コントローラは、前記旋回角センサを用いて検知された旋回角に基づいて、前記作業機械の前方転倒支線の位置を切り替えることを特徴とする作業機械。
4. 請求項１に記載の作業機械において、
   情報を報知する報知装置を備え、
   前記コントローラは、前記前方安定度Ｓｆが報知閾値未満であることに応じて、前記報知装置を作動させ、
   前記報知閾値は、前記前方安定度閾値より大きい値であることを特徴とする作業機械。
5. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記コントローラは、
   前記作業機械の前方転倒支線及び後方転倒支線の間の水平距離Ｌと、前記作業機械の重心位置及び前方転倒支線の間の水平距離Ｌ１とを下記式２に代入して、前記作業機械に後方安定度Ｓｒを算出し、
   前記後方安定度Ｓｒが後方安定度閾値未満であることに応じて、作業半径を減少させる向きの前記フロント作業機の動作を規制することを特徴とする作業機械。
   Ｓｒ＝{（Ｌ－Ｌ１）／Ｌ}×１００ ・・・（式２）

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