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JPH0454013B2 - - Google Patents
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JPH0454013B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0454013B2
JPH0454013B2 JP7927583A JP7927583A JPH0454013B2 JP H0454013 B2 JPH0454013 B2 JP H0454013B2 JP 7927583 A JP7927583 A JP 7927583A JP 7927583 A JP7927583 A JP 7927583A JP H0454013 B2 JPH0454013 B2 JP H0454013B2
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JP
Japan
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boom
hydraulic excavator
detection device
moment
calculating
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Expired
Application number
JP7927583A
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Japanese (ja)
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JPS6065839A (en
Inventor
Tomohiko Yasuda
Shuichi Ichama
Yukio Aoyanagi
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/24Safety devices, e.g. for preventing overload
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36Component parts
    • E02F3/42Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like

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  • Structural Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)
  • Component Parts Of Construction Machinery (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は油圧シヨベルの作業中における転倒を
防止する油圧シヨベルの転倒防止装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a fall prevention device for a hydraulic excavator that prevents the hydraulic excavator from falling during operation.

油圧シヨベルはその構成を利用していろいろな
種類の作業を行なうことができる。以下にこのよ
うな油圧シヨベルの構成を説明する。
Hydraulic excavators can perform various types of work using their configuration. The configuration of such a hydraulic excavator will be explained below.

第1図は油圧シヨベルの概略構成の側面図であ
る。
FIG. 1 is a side view of a schematic configuration of a hydraulic excavator.

図で、Rは下部走行体、Sは下部走行体R上の
上部旋回体、Tは上部旋回体Sのブーム回動支点
Aに支軸により可回動に取付けられたフロント機
構である。フロント機構Tはブーム1、アーム
2、バケツト3で構成されている。Bはブーム1
上のアーム回動支点、Cはアーム2上のバケツト
回動支点、Dはバケツト先端を示す。4はブーム
1を俯仰させるブームシリンダ、5はアーム2を
揺動させるアームシリンダ、6はバケツト3を回
動させるバケツトシリンダである。なお、Fはブ
ームシリンダ4のボトム支点、Eはブームシリン
ダ4のロツド支点を示す。
In the figure, R is a lower traveling body, S is an upper rotating body on the lower traveling body R, and T is a front mechanism rotatably attached to a boom rotation fulcrum A of the upper rotating body S by a support shaft. The front mechanism T is composed of a boom 1, an arm 2, and a bucket 3. B is boom 1
The upper arm rotation fulcrum, C indicates the bucket rotation fulcrum on arm 2, and D indicates the tip of the bucket. 4 is a boom cylinder that raises and raises the boom 1; 5 is an arm cylinder that swings the arm 2; and 6 is a bucket cylinder that rotates the bucket 3. Note that F indicates the bottom fulcrum of the boom cylinder 4, and E indicates the rod fulcrum of the boom cylinder 4.

このような油圧シヨベルは、ブーム1、アーム
2、バケツト3を個別に駆動し、上部旋回体Sを
旋回させることにより種々の作業を遂行する。と
ころで、このような作業中には、フロント機構T
にかかる荷重に基づく油圧シヨベルに作用するモ
ーメントが大きくなつて油圧シヨベル転倒のおそ
れが発生する場合がある。例えば、バケツト3の
先端に荷を吊る場合や、ブーム1を上げ、アーム
2およびバケツト3をいつぱいに曲げた状態で荷
を吊り、次いでブーム1を下げ、アーム2、バケ
ツト3を伸ばしてゆく場合など、油圧シヨベルに
作用するモーメントが大きくなると油圧シヨベル
が転倒するおそれを生じる。又、崖上の油圧シヨ
ベルが崖下までフロント機構Tを伸ばして作業す
る場合、フロント機構Tの長さとそれにかかる荷
重によつては油圧シヨベルに作用するモーメント
が大きくなり、油圧シヨベルが崖下に転落するお
それが発生する。
Such a hydraulic excavator performs various tasks by individually driving the boom 1, arm 2, and bucket 3 and rotating the upper revolving structure S. By the way, during such work, the front mechanism T
The moment acting on the hydraulic excavator due to the load applied to the hydraulic excavator becomes large, and there is a possibility that the hydraulic excavator may fall over. For example, when suspending a load from the tip of bucket 3, or when lifting a load with boom 1 raised and arm 2 and bucket 3 fully bent, then lowering boom 1 and extending arm 2 and bucket 3. If the moment acting on the hydraulic excavator becomes large, the hydraulic excavator may fall over. In addition, when a hydraulic excavator on a cliff is working with the front mechanism T extended to the bottom of the cliff, the moment acting on the hydraulic excavator may become large depending on the length of the front mechanism T and the load applied to it, causing the hydraulic excavator to reach the bottom of the cliff. There is a risk of falling.

そこで、従来は油圧シヨベルの転倒を防止する
ため、未然に警報を発生してオペレータに注意を
喚起することが考えられていたが、油圧シヨベル
のフロント機構Tはブーム1、アーム2、バケツ
ト3が個別に駆動するため作業中は常に複雑な形
状を呈し、このため、油圧シヨベルに作用するモ
ーメントも複雑に変化し、このモーメントを常
に、かつ、正確に把握するのは甚だ困難であつ
た。したがつて、正確、最適な警報の発生も困難
であり、これを解決するためには、最大の安全を
見込んだうえで警報発生条件を設定せざるを得な
かつた。このことは、油圧シヨベルが実際にはよ
り一層大きな荷重に耐えることができても警報が
発せられて作業を不可能とすることを意味し、結
局、油圧シヨベルの有する作業能力を抑制し、作
業能率を低下させるという欠点を生じることとな
る。
Conventionally, in order to prevent the hydraulic excavator from tipping over, it was considered to issue an alarm in advance to alert the operator. Because they are driven individually, they always take on a complex shape during work, and as a result, the moment acting on the hydraulic excavator also changes in a complex manner, making it extremely difficult to constantly and accurately grasp this moment. Therefore, it is difficult to generate accurate and optimal alarms, and in order to solve this problem, it is necessary to set alarm generation conditions with maximum safety in mind. This means that even if the hydraulic excavator is actually able to withstand a much larger load, an alarm will be issued and the work will become impossible. This has the disadvantage of reducing efficiency.

本発明の目的は、このような問題を解決し、確
実に安全性を保持しながら、油圧シヨベルの有す
る作業能力を充分に使用することができ、ひいて
は、作業能率を向上させることができる油圧シヨ
ベルの転倒防止装置を提供するにある。
The purpose of the present invention is to provide a hydraulic excavator that can solve such problems, make full use of the working capacity of the hydraulic excavator while reliably maintaining safety, and improve work efficiency. To provide fall prevention devices.

この目的を達成するため、本発明は、走行体お
よびこの走行体に支持された旋回体から成る油圧
シヨベル本体と、ブーム、アームおよびこのアー
ム先端に取付けられた作業部より成り前記旋回体
に支軸により可回動に支持されたフロント機構と
を備えた油圧シヨベルにおいて、前記フロント機
構の少なくとも前記旋回体に対する前記ブームの
変位および前記ブームに対する前記アームの変位
を検出する変位検出装置と、前記旋回体の前記支
軸と直交する方向での水平面に対する傾斜角度を
検出する角度検出装置と、前記ブームを駆動する
ブームシリンダの駆動圧力を検出する圧力検出装
置と、前記変位検出装置、前記角度検出装置およ
び前記圧力検出装置で検出された値に基づいて前
記フロント機構が前記支軸に作用するモーメント
を求めるとともにこのモーメントが前記走行体に
存在する転倒支点に対して作用することによるモ
ーメントを求める第1の演算手段と、前記角度検
出装置で検出された傾斜角度および所定の安全係
数に基づいて前記油圧シヨベル本体の重量が前記
走行体に存在する転倒支点に対して作用するモー
メントを演算する第2の演算手段と、前記第1の
演算手段により演算された転倒支点に対するモー
メントが前記第2の演算手段により演算されたモ
ーメントを超えたとき信号を出力する比較手段
と、この比較手段から出力された信号により油圧
シヨベルの転倒を防止する転倒防止手段とを設け
たことを特徴とする。
To achieve this object, the present invention includes a hydraulic excavator body consisting of a traveling body and a revolving body supported by the traveling body, a boom, an arm, and a working part attached to the tip of this arm and supported by the revolving body. A hydraulic excavator comprising a front mechanism rotatably supported by a shaft, a displacement detection device for detecting at least a displacement of the boom with respect to the revolving body and a displacement of the arm with respect to the boom; an angle detection device that detects an inclination angle of a body with respect to a horizontal plane in a direction perpendicular to the support axis; a pressure detection device that detects a driving pressure of a boom cylinder that drives the boom; the displacement detection device; and the angle detection device. and a first step in which the front mechanism determines the moment acting on the support shaft based on the value detected by the pressure detection device, and also determines the moment caused by this moment acting on the overturning support existing on the traveling body. and a second calculating means for calculating the moment that the weight of the hydraulic excavator body acts on the overturning fulcrum existing on the traveling body based on the inclination angle detected by the angle detection device and a predetermined safety factor. a calculating means; a comparing means for outputting a signal when the moment with respect to the overturning fulcrum calculated by the first calculating means exceeds the moment calculated by the second calculating means; and a signal output from the comparing means. The hydraulic excavator is characterized by being provided with an overturn prevention means for preventing the hydraulic excavator from overturning.

さらに、本発明は、走行体およびこの走行体に
支持された旋回体から成る油圧シヨベル本体と、
ブーム、アームおよびこのアーム先端に取付けら
れた作業部より成り前記旋回体に支軸により可回
動に支持されたフロント機構とを備えた油圧シヨ
ベルにおいて、前記フロント機構の少なくとも前
記旋回体に対する前記ブームの変位および前記ブ
ームに対する前記アームの変位を検出する変位検
出装置と、前記旋回体の前記支軸と直交する方向
での水平面に対する傾斜角度を検出する角度検出
装置と、前記ブームを駆動するブームシリンダの
駆動圧力を検出する圧力検出装置と、この圧力検
出装置で検出された値に基づいて前記ブームシリ
ンダの押出力を演算する第1の演算手段と、前記
変位検出装置、前記角度検出装置、前記圧力検出
装置で検出された値、および所定の安全係数に基
づいて油圧シヨベルの転倒の可能性を生じる前記
ブームシリンダの押出力を演算する第2の演算手
段と、前記第1の演算手段により演算された押出
力が前記第2の演算手段により演算された押出力
を超えたとき信号を出力する比較手段と、この比
較手段から出力された信号により油圧シヨベルの
転倒を防止する転倒防止手段とを設けたことも特
徴とする。
Furthermore, the present invention provides a hydraulic excavator main body comprising a traveling body and a revolving body supported by the traveling body;
In a hydraulic excavator, the front mechanism includes a boom, an arm, and a working part attached to the tip of the arm, and is rotatably supported on the revolving body by a support shaft, in which at least the front mechanism is connected to the boom relative to the revolving body. and a displacement detection device for detecting the displacement of the arm with respect to the boom, an angle detection device for detecting an inclination angle of the revolving body with respect to a horizontal plane in a direction perpendicular to the spindle, and a boom cylinder for driving the boom. a pressure detection device that detects the driving pressure of the boom cylinder, a first calculation means that calculates the pushing force of the boom cylinder based on the value detected by the pressure detection device, the displacement detection device, the angle detection device, the a second calculation means for calculating the pushing force of the boom cylinder that causes a possibility of overturning of the hydraulic excavator based on the value detected by the pressure detection device and a predetermined safety factor; and calculation by the first calculation means. a comparison means that outputs a signal when the extrusion force calculated exceeds the extrusion force calculated by the second calculation means; and an overturn prevention means that prevents the hydraulic excavator from overturning based on the signal output from the comparison means. It is also characterized by the fact that

本発明の上記最初の発明は、フロント機構が走
行体の走行方向と直交する方向に向いている状態
にあるとき、油圧シヨベル本体の傾斜角度に応じ
て支軸を作用するモーメントおよびこのモーメン
トが走行体の転倒支点に作用することによるモー
メントを第1の演算手段で求め、これに対し上記
転倒支点に生じるモーメントに対抗する油圧シヨ
ベル本体が有するモーメントを、安全係数を考慮
して第2の演算手段で求め、両者を比較して第1
の演算手段で求めた値が第2の演算手段で求めた
値を超えたとき警報を発し、又はフロント機構の
動作を停止する。
The above-mentioned first invention of the present invention provides that when the front mechanism is oriented in a direction perpendicular to the traveling direction of the traveling body, a moment acts on the support shaft according to the inclination angle of the hydraulic excavator body, and this moment is applied to the traveling body. A first calculating means calculates the moment caused by the force acting on the overturning fulcrum of the body, and a second calculating means calculates the moment that the hydraulic excavator main body has, which opposes the moment generated at the overturning fulcrum, taking into account the safety factor. Find the first one by comparing the two.
When the value calculated by the first calculation means exceeds the value calculated by the second calculation means, an alarm is issued or the operation of the front mechanism is stopped.

本発明の後の発明は、フロント機構が走行体の
走行方向と直交する方向に向いている状態にある
とき、ブームシリンダの押出力を第1の演算手段
で求め、又、油圧シヨベル本体の傾斜角度に応
じ、安全係数を考慮して油圧シヨベルが転倒する
おそれのあるブームシリンダの押出力を求め、両
者を比較して第1の演算手段で求めた値が第2の
演算手段で求めた値を超えたとき警報を発し、又
はフロント機構の動作を停止する。
In the invention after the present invention, when the front mechanism is oriented in a direction perpendicular to the traveling direction of the traveling body, the pushing force of the boom cylinder is determined by the first calculation means, and the inclination of the hydraulic excavator body is Depending on the angle, the pushing force of the boom cylinder that may cause the hydraulic excavator to fall is determined by considering the safety factor, and the two are compared, and the value determined by the first calculation means is the value determined by the second calculation means. When the limit is exceeded, an alarm will be issued or the front mechanism will stop operating.

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be explained based on illustrated embodiments.

第2図乃至第5図は、本発明の実施例の演算部
の演算を説明するための説明図である。
FIGS. 2 to 5 are explanatory diagrams for explaining the calculations of the calculation unit of the embodiment of the present invention.

第2図で、A,B,C,D,E,Fは第1図に
示すブーム回動支点、アーム回動支点、バケツト
回動支点、バケツト爪先端、ブームシリンダロツ
ド支点、ブームシリンダボトム支点を示す。x,
hはそれぞれブーム回動支点Aを中心として地上
からみた場合の水平軸および垂直軸であり、この
水平軸xと垂直軸hにより、回動支点Aを原点と
する座標軸が構成される。X,Hはそれぞれブー
ム回動支点Aを中心として角度θだけ傾斜した旋
回体Sからみた場合の水平軸および垂直軸を示
す。この場合、図示されている角θは旋回体Sが
フロント機構Tと反対の側へ傾斜しているときの
角度であり、逆に、旋回体Sがフロント機構Tの
側へ傾斜するときの傾斜角は負となる。α1は支点
Aにおける水平面とブーム1上の直線とのな
すブーム角、α2は直線と直線とのなす角、
α3はブームシリンダロツドと直線とのなす角、
β1は直線とアーム2上の直線とのなす角か
ら90°を減じたアーム角、γ1は直線とバケツト
3上の直線とのなすバケツト角である。l1
支点Aと、支点Eから直線に垂直におろした
線が直線と交わる点との間の距離、l2は支点
Eと、支点Eから直線に垂直におろした線が
直線と交わる点との間の距離、l3は支点Aと
支点Fとの垂直距離、l4は支点Aと支点Fとの水
平距離、l5は直線の距離である。Pbはブーム
シリンダ4のボトム側圧力、Prはブームシリンダ
4のロツド側圧力、Sbはブームシリンダ4のボト
ム側受圧面積、Srはブームシリンダ4のロツド側
受圧面積である。K1はブームシリンダ4の押出
力、K2はその分力を示す。なお、ブームシリン
ダ4は通常2本使用されるので、本実施例におい
ても2本備えられているものとして考え、又、モ
ーメントはすべて支点Aを中心として考える。
In Figure 2, A, B, C, D, E, and F are the boom rotation fulcrum, arm rotation fulcrum, bucket rotation fulcrum, bucket claw tip, boom cylinder rod fulcrum, and boom cylinder bottom shown in Figure 1. Indicates the fulcrum. x,
h are a horizontal axis and a vertical axis when viewed from the ground with the boom rotation fulcrum A as the center, respectively, and the horizontal axis x and the vertical axis h constitute a coordinate axis with the rotation fulcrum A as the origin. X and H indicate a horizontal axis and a vertical axis, respectively, when viewed from the rotating structure S that is inclined by an angle θ with the boom rotation fulcrum A as the center. In this case, the illustrated angle θ is the angle when the rotating body S is inclined toward the side opposite to the front mechanism T, and conversely, the angle θ is the angle when the rotating body S is inclined toward the side of the front mechanism T. The angle is negative. α 1 is the boom angle between the horizontal plane at fulcrum A and a straight line on boom 1, α 2 is the angle between the straight lines,
α 3 is the angle between the boom cylinder rod and the straight line,
β 1 is the arm angle obtained by subtracting 90° from the angle between the straight line and the straight line on arm 2, and γ 1 is the bucket angle between the straight line and the straight line on bucket 3. l 1 is the distance between fulcrum A and the point where a line drawn perpendicular to the straight line from fulcrum E intersects with the straight line, l 2 is the distance between fulcrum E and the point where the line drawn perpendicular to the straight line from fulcrum E intersects with the straight line. l3 is the vertical distance between fulcrums A and F, l4 is the horizontal distance between fulcrums A and F, and l5 is the distance in a straight line. P b is the bottom side pressure of the boom cylinder 4 , P r is the rod side pressure of the boom cylinder 4 , S b is the bottom side pressure receiving area of the boom cylinder 4 , and S r is the rod side pressure receiving area of the boom cylinder 4 . K 1 indicates the pushing force of the boom cylinder 4, and K 2 indicates the corresponding force. Note that since two boom cylinders 4 are normally used, it is assumed that two boom cylinders 4 are provided in this embodiment as well, and all moments are assumed to be centered around the fulcrum A.

このような油圧シヨベルのフロント機構Tの状
態において、フロント機構Tによる回転モーメン
トはブームシリンダの押出力K1の分力K2によつ
て支えられているので、支点Aに作用するモーメ
ントM1は次のようになる。
In this state of the front mechanism T of the hydraulic excavator, the rotational moment by the front mechanism T is supported by the component force K 2 of the extrusion force K 1 of the boom cylinder, so the moment M 1 acting on the fulcrum A is It will look like this:

M1=K2×l5=K1sinα3×l5 ……(1) ここで、角α3は、 α3=90°−(α1+α2) −tan-1〔l5cos(α1+α2)−l4/l5sin(α1+α
2)+l3〕 又、距離l5は l5=l1/cos α2 であるから α3=90°−(α1+α2) −tan-1〔l1cos(α1+α2)−l4cosα2/l1sin(
α1+α2)+l3cosα2〕 したがつて上記(1)式は M1=K1×l1/cosα2×sin〔90°−(α1+α2)−tan
-1{l1cos(α1+α2)−l4cosα2/l1sin(α1+α2
+l3cosα2}〕 =K1×l1/cosα2×cos〔(α1+α2)+tan-1{l1
cos(α1+α2)−l4cosα2/l1sin(α1+α2)+l3co
2}〕 =K1×l1/cosα2×cosφ ……(2) ただし φ=(α1+α2)+tan-1{l1cos(α1+α2)−
l4cosα2/l1sin(α1+α2)+l3cosα2} ブームシリンダの押出力K1は、ブームシリンダ
が左右に1本づつ、計2本あることから、 K1=2×(Pb・Sb−Pr・Sr) 故に(2)式は次のようになる。
M 1 =K 2 ×l 5 =K 1 sinα 3 ×l 5 ...(1) Here, the angle α 3 is α 3 = 90°−(α 12 ) −tan −1 [l 5 cos( α 1 + α 2 )−l 4 /l 5 sin(α 1 + α
2 ) + l 3 ] Also, since the distance l 5 is l 5 = l 1 / cos α 2 , α 3 = 90° − ( α 1 + α 2 ) − tan −1 [l 1 cos (α 1 + α 2 ) − l 4 cosα 2 /l 1 sin(
α 1 + α 2 ) + l 3 cos α 2 ] Therefore, the above equation (1) is M 1 = K 1 × l 1 / cos α 2 × sin [90°−(α 1 + α 2 )− tan
-1 {l 1 cos (α 1 + α 2 ) − l 4 cos α 2 /l 1 sin (α 1 + α 2 )
+l 3 cosα 2 }] =K 1 ×l 1 /cosα 2 ×cos [(α 1 + α 2 ) + tan -1 {l 1
cos (α 1 + α 2 ) − l 4 cos α 2 / l 1 sin (α 1 + α 2 ) + l 3 co
2 }] =K 1 ×l 1 /cosα 2 ×cosφ ……(2) However, φ=(α 1 + α 2 ) + tan -1 {l 1 cos (α 1 + α 2 ) −
l 4 cosα 2 / l 1 sin (α 1 + α 2 ) + l 3 cos α 2 } Since there are two boom cylinders, one on the left and one on the left, the extrusion force K 1 of the boom cylinder is calculated as follows: K 1 = 2 × ( P b・S b −P r・S r ) Therefore, equation (2) becomes as follows.

M1=2(Pb・Sb−Pr・Sr) ×l1/cosα2×cosφ ……(3) 次に、フロント機構Tが第2図に示す状態にあ
る場合、バケツト3に荷重がかかつていないとき
(空荷のとき)のモーメントM2を求める。
M 1 = 2 (P b · S b - P r · S r ) ×l 1 /cosα 2 ×cosφ ...(3) Next, when the front mechanism T is in the state shown in Fig. 2, Find the moment M2 when no load is applied (unloaded).

第3図で、第2図と同一支点、同一直角には同
一符号が付してある。Gはブーム重心位置であ
り、ブームの重量をWGとする。Vはアーム重心
位置であり、アームの重量をWVとする。Iはバ
ケツト重心位置であり、バケツトの重量をWI
する。α4は直線と直線とのなす角、β2
直線と直線とのなす角、γ2は直線と直
線とのなす角である。l6は直線の長さ、l7
は直線の長さ、l8は直線の長さ、l9は支点
Aと重心位置Gとの間の距離、l10は支点Bと重
心位置Vとの間の距離、l11は支点Cと重心位置
Iとの間の距離である。
In FIG. 3, the same fulcrums and right angles as in FIG. 2 are given the same symbols. G is the boom center of gravity position, and the weight of the boom is W G. V is the position of the center of gravity of the arm, and the weight of the arm is WV . I is the center of gravity of the bucket, and the weight of the bucket is W I. α 4 is the angle between straight lines, β 2 is the angle between straight lines, and γ 2 is the angle between straight lines. l 6 is the length of the straight line, l 7
is the length of the straight line, l 8 is the length of the straight line, l 9 is the distance between the fulcrum A and the center of gravity position G, l 10 is the distance between the fulcrum B and the center of gravity position V, and l 11 is the distance between the fulcrum C and the center of gravity position V. This is the distance from the center of gravity position I.

以上のように定めると、空荷のときのモーメン
トM2は、 M2=WG・l9cos(θ+α1+α2) +WV・{l6cos(θ+α1)+l10sin(θ+α1+β1

β2)}+ W1{l6cos(θ+α1)+l7sin(θ+α1+β1) −l11sin(θ+α1+β1+γ1+γ2)} ……(4) (3)式はバケツト3に荷重がかかつているときの
支点Aに作用するモーメント、(4)式はバケツト3
に荷重がかかつていないときのモーメントである
から、バケツト3にかかる荷重自体が支点Aに作
用するモーメントM3は、 M3=M1−M2 ……(5) で求められる。
As defined above, the moment M 2 when the load is empty is M 2 = W G・l 9 cos (θ+α 12 ) +W V・{l 6 cos (θ+α 1 )+l 10 sin (θ+α 11
+
β 2 )}+ W 1 {l 6 cos(θ+α 1 )+l 7 sin(θ+α 11 ) −l 11 sin(θ+α 1112 )} ……(4) Equation (3) is a bucket The moment acting on the fulcrum A when a load is applied to 3, equation (4) is the bucket 3
Since this is the moment when no load is applied to the bucket 3, the moment M 3 at which the load itself acting on the bucket 3 acts on the fulcrum A can be found as follows: M 3 =M 1 -M 2 (5).

ここで、バケツト3にかかる荷重の重量WJ
求める。第4図で第3図と同一支点、同一位置、
同一長さには同一符号が付してある。Jはバケツ
トにかかる荷重の重心位置、γ3は直線と直線
CJとのなす角、l12は支点Aと重心位置Jとの間
の水平距離、l13は支点Cと重心位置Jとの間の
距離である。
Here, the weight WJ of the load applied to the bucket 3 is determined. In Fig. 4, the same fulcrum and same position as in Fig. 3,
The same lengths are given the same symbols. J is the center of gravity position of the load applied to the bucket, γ 3 is the straight line and the straight line
The angle formed by CJ, l12 is the horizontal distance between the fulcrum A and the center of gravity J, and l13 is the distance between the fulcrum C and the center of gravity J.

以上のように定めると、距離l12は、 l12=l6cos(θ+α1)+l7sin(θ+α1+β1) −l13sin(θ+α1+β1+γ1+γ3) ……(6) となり、重量WJは、 WJ=M3/l12 ……(7) となる。 When determined as above, the distance l 12 is: l 12 = l 6 cos (θ + α 1 ) + l 7 sin (θ + α 1 + β 1 ) −l 13 sin (θ + α 1 + β 1 + γ 1 + γ 3 ) ...(6) Therefore, the weight W J is W J = M 3 /l 12 (7).

以上の演算は、フロント機構から支点Aに作用
するモーメントを考えて行なつたものであるが、
油圧シヨベルの転倒を考える場合、実際の転倒支
点に作用するモーメントを考える必要がある。さ
らに、油圧シヨベルは上部旋回体Sが旋回するの
で、例えばバケツト3に荷を吊つたままで旋回す
る場合も生じる。このような場合、転倒支点は上
部旋回体Sの向きによりその位置が移動する。本
発明の各実施例においては、油圧シヨベルの転倒
が最も発生し易い、上部旋回体Sの横向き時の転
倒支点およびこの転倒支点に作用するモーメント
について演算を行なう。
The above calculations were performed considering the moment acting on the fulcrum A from the front mechanism.
When considering the overturning of a hydraulic excavator, it is necessary to consider the moment that acts on the actual overturning fulcrum. Furthermore, since the upper revolving body S of the hydraulic excavator rotates, there may be cases where the excavator rotates with a load suspended from the bucket 3, for example. In such a case, the position of the overturning fulcrum moves depending on the orientation of the upper revolving structure S. In each embodiment of the present invention, calculations are performed regarding the overturning fulcrum when the upper revolving structure S is placed sideways, where overturning of the hydraulic excavator is most likely to occur, and the moment acting on this overturning fulcrum.

第5図は、上部旋回体Sが真横を向いた状態を
示し旋回体Sの傾斜角はθである。Aは前述と同
じブーム回動支点、Lは油圧シヨベル本体(フロ
ント機構Tを除く部分)の重心位置、Nは転倒支
点を示す。l14,l16はそれぞれ支点Aと支点Nと
の間の水平距離および垂直距離、l15,l17はそれ
ぞれ支点Nと重心位置Lとの間の水平距離および
垂直距離である。
FIG. 5 shows a state in which the upper revolving structure S is facing right sideways, and the inclination angle of the revolving structure S is θ. A is the same boom rotation fulcrum as described above, L is the center of gravity position of the hydraulic excavator body (excluding the front mechanism T), and N is the tipping fulcrum. l 14 and l 16 are the horizontal and vertical distances between the fulcrum A and the fulcrum N, respectively, and l 15 and l 17 are the horizontal and vertical distances, respectively, between the fulcrum N and the center of gravity position L.

ここで、油圧シヨベル本体の重量をWLとする
と、転倒支点Nにおける油圧シヨベル本体重量に
よるモーメントM4は、 M4=WL(l15cosθ+l17sinθ) ……(8) となる。フロント機構から油圧シヨベル本体に作
用するモーメント、即ち転倒モーメントM5は、
(4),(5),(6),(7)式から、 M5=WG{l9cos(θ+α1+α2)−l14cosθ−l16sinθ
}+WV{l6cos(θ+α1)+l10sin(θ+α1+β1+β
2) −l14cosθ−l16sinθ}+WI{l6cos(θ+α1)+l7
sin(θ+α1+β1)−l11sin(θ+α1+β1+γ1+γ
2) −l14cosθ−l16sinθ}+WJ(l12−l14cosθ−l16si
nθ) =M2−(WG+WV+WI)(l14cosθ+l16sinθ)+M3
WJ(l14cosθ+l16sinθ) =M1−(WG+WV+WI+WJ)(l14cosθ+l16sin)……
(9) 以上、(8)式および(9)式から、油圧シヨベルの転
倒は、 M5>M4 となつたときに発生する。そこで、安全を確実に
するため、モーメントM4に適宜の定数CM(ただ
し、0<CM<1)を乗じた値であるモーメント
M6(M6=CM×M4)を作り、このモーメントM6
とモーメントM5とを比較し、モーメントM5がモ
ーメントM6を超えたとき信号を発生し、この信
号を油圧シヨベルの転倒防止に使用すれば安全を
確保しながら油圧シヨベルにその能力を充分に発
揮させることができることとなる。
Here, if the weight of the hydraulic excavator body is W L , the moment M 4 due to the weight of the hydraulic excavator body at the tipping fulcrum N is M 4 = W L (l 15 cos θ + l 17 sin θ) (8). The moment acting on the hydraulic excavator body from the front mechanism, that is, the overturning moment M5 is:
From equations (4), (5), (6), and (7), M 5 = W G {l 9 cos(θ+α 12 )−l 14 cosθ−l 16 sinθ
}+W V {l 6 cos(θ+α 1 )+l 10 sin(θ+α 11
2 ) −l 14 cosθ−l 16 sinθ}+W I {l 6 cos(θ+α 1 )+l 7
sin(θ+α 11 )−l 11 sin(θ+α 111
2 ) −l 14 cosθ−l 16 sinθ}+W J (l 12 −l 14 cosθ−l 16 si
nθ) = M 2 − (W G + W V + W I ) (l 14 cos θ + l 16 sin θ) + M 3
W J (l 14 cos θ + l 16 sin θ) = M 1 − (W G + W V + W I + W J ) (l 14 cos θ + l 16 sin)...
(9) From the above equations (8) and (9), overturning of the hydraulic excavator occurs when M 5 > M 4 . Therefore, in order to ensure safety, the moment M 4 is multiplied by an appropriate constant C M (however, 0<C M <1).
M 6 (M 6 = C M × M 4 ), and this moment M 6
and the moment M5 , and when the moment M5 exceeds the moment M6 , a signal is generated. If this signal is used to prevent the hydraulic excavator from falling over, it will allow the hydraulic excavator to fully utilize its capabilities while ensuring safety. This means that you can make the most of it.

以下、このような演算に基づく本発明の実施例
について述べる。
Examples of the present invention based on such calculations will be described below.

第6図は本発明の一実施例に係る油圧シヨベル
の転倒防止装置のブロツク図である。
FIG. 6 is a block diagram of a fall prevention device for a hydraulic excavator according to an embodiment of the present invention.

本実施例においては、回動支点A,B,Cにそ
れぞれ角度検出器が設けられ、これらの角度検出
器によりブーム角α1、アーム角β1、バケツト角γ1
が検出され、この角度に応じた信号E〓1,E〓1
E〓1が出力される。又、ブームシリンダ4のボト
ム側およびロツド側の圧力Pb,Prを検出する圧
力検出器が設けられ、この圧力に応じた信号Epb
Eprが各圧力検出器から出力される。さらに、旋
回体Sには傾斜角度検出器が設けられ、旋回体S
の傾斜角θに応じた信号E〓が出力される。図で、
7は本実施例の装置の演算部分、8は演算部分7
から出力される信号により作動する警報装置であ
る。演算部分7の構成は次のようになつている。
即ち、9は信号E〓,E〓1,E〓1,E〓1を入力してモ
ーメントM2を演算する空荷モーメント演算部、
10は信号E〓1,Epb,Eprを入力してモーメント
M1を演算するフロントモーメント演算部、11
は信号E〓,E〓1,E〓1,E〓1を入力して水平距離l12
を演算する荷重点距離演算部、12は減算器、1
3は除算器、14はモーメントM5を演算する転
倒モーメント演算部、15は信号E〓を入力して本
体側モーメントM6を演算する本体側モーメント
演算部、16は比較器である。
In this embodiment, angle detectors are provided at each of the pivot points A, B, and C, and these angle detectors determine the boom angle α 1 , arm angle β 1 , and bucket angle γ 1
is detected, and the signals E〓 1 , E〓 1 ,
E〓 1 is output. Further, pressure detectors are provided to detect pressures P b and Pr on the bottom side and rod side of the boom cylinder 4, and signals E pb and P r corresponding to these pressures are provided.
E pr is output from each pressure sensor. Furthermore, the rotating body S is provided with an inclination angle detector, and the rotating body S
A signal E〓 corresponding to the inclination angle θ is output. In the figure,
7 is the calculation part of the device of this embodiment, 8 is the calculation part 7
This is an alarm device that is activated by a signal output from the The configuration of the calculation section 7 is as follows.
That is, 9 is an unladen moment calculation unit that inputs the signals E〓, E〓 1 , E〓 1 , E〓 1 and calculates the moment M 2 ;
10 inputs the signals E〓 1 , E pb , E pr and calculates the moment.
Front moment calculation unit for calculating M1 , 11
inputs the signals E〓, E〓 1 , E〓 1 , E〓 1 and calculates the horizontal distance l 12
12 is a subtractor; 1 is a load point distance calculation unit that calculates
3 is a divider, 14 is an overturning moment calculation section that calculates the moment M5 , 15 is a main body side moment calculation section that receives the signal E and calculates the main body side moment M6 , and 16 is a comparator.

以下、本実施例の動作を説明する。 The operation of this embodiment will be explained below.

まず、空荷モーメント演算部9の動作を、第7
図に示す空荷モーメント演算部の具体例を示すブ
ロツク図に基づいて説明する。角度検出器からの
ブーム角信号E〓1と傾斜角度検出器からの傾斜角
信号E〓は加算器17で加算され、この加算された
信号E〓+1は記憶器18に記憶された角度α2の信
号E〓2と加算器19において加算され、信号
E〓+1+2を発生する。この信号は三角関数発生器
20に入力され、角度(θ+α1+α2)の余弦に応
じた信号Ecps(+1+2)がとり出され、係数器21に
より重量WGと距離l9を乗じた値に応じた信号が
乗じられ、信号EWG
First, the operation of the unloaded moment calculation unit 9 is
A description will be given based on a block diagram showing a specific example of the empty load moment calculating section shown in the figure. The boom angle signal E〓 1 from the angle detector and the tilt angle signal E〓 from the tilt angle detector are added in an adder 17, and this added signal E〓 +1 is the angle stored in the memory 18. The signal E〓 2 of α 2 is added to the adder 19, and the signal
Generates E〓 +1+2 . This signal is input to the trigonometric function generator 20, and a signal E cps (+1+2) corresponding to the cosine of the angle (θ + α 1 + α 2 ) is extracted, and the coefficient unit 21 calculates the weight W G and distance. l A signal corresponding to the value multiplied by 9 is multiplied, and the signal E WG

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 走行体およびこの走行体に支持された旋回体
から成る油圧シヨベル本体と、ブーム、アームお
よびこのアーム先端に取付けられた作業部より成
り前記旋回体に支軸により可回動に支持されたフ
ロント機構とを備えた油圧シヨベルにおいて、前
記フロント機構の少なくとも前記旋回体に対する
前記ブームの変位および前記ブームに対する前記
アームの変位を検出する変位検出装置と、前記旋
回体の前記支軸と直交する方向での水平面に対す
る傾斜角度を検出する角度検出装置と、前記ブー
ムを駆動するブームシリンダの駆動圧力を検出す
る圧力検出装置と、前記変位検出装置、前記角度
検出装置および前記圧力検出装置で検出された値
に基づいて前記フロント機構が前記支軸に作用す
るモーメントを求めるとともにこのモーメントが
前記走行体に存在する転倒支点に対して作用する
ことによるモーメントを求める第1の演算手段
と、前記角度検出装置で検出された傾斜角度およ
び所定の安全係数に基づいて前記油圧シヨベル本
体の重量が前記走行体に存在する転倒支点に対し
て作用するモーメントを演算する第2の演算手段
と、前記第1の演算手段により演算された転倒支
点に対するモーメントが前記第2の演算手段によ
り演算されたモーメントを超えたとき信号を出力
する比較手段と、この比較手段から出力された信
号により油圧シヨベルの転倒を防止する転倒防止
手段とを設けたことを特徴とする油圧シヨベルの
転倒防止装置。 2 走行体およびこの走行体に支持された旋回体
から成る油圧シヨベル本体と、ブーム、アームお
よびこのアーム先端に取付けられた作業部より成
り前記旋回体に支軸により可回動に支持されたフ
ロント機構とを備えた油圧シヨベルにおいて、前
記フロント機構の少なくとも前記旋回体に対する
前記ブームの変位および前記ブームに対する前記
アームの変位を検出する変位検出装置と、前記旋
回体の前記支軸と直交する方向での水平面に対す
る傾斜角度を検出する角度検出装置と、前記ブー
ムを駆動するブームシリンダの駆動圧力を検出す
る圧力検出装置と、この圧力検出装置で検出され
た値に基づいて前記ブームシリンダの押出力を演
算する第1の演算手段と、前記変位検出装置、前
記角度検出装置、前記圧力検出装置で検出された
値、および所定の安全係数に基づいて油圧シヨベ
ルの転倒の可能性を生じる前記ブームシリンダの
押出力を演算する第2の演算手段と、前記第1の
演算手段により演算された押出力が前記第2の演
算手段により演算された押出力を超えたとき信号
を出力する比較手段と、この比較手段から出力さ
れた信号により油圧シヨベルの転倒を防止する転
倒防止手段とを設けたことを特徴とする油圧シヨ
ベルの転倒防止装置。
[Scope of Claims] 1. A hydraulic excavator body consisting of a traveling body and a rotating body supported by the traveling body, a boom, an arm, and a working part attached to the tip of this arm, which is rotatable by a support shaft on the rotating body. A hydraulic excavator includes a front mechanism that is dynamically supported, and a displacement detection device that detects at least a displacement of the boom with respect to the rotating body and a displacement of the arm with respect to the boom; An angle detection device that detects an inclination angle with respect to a horizontal plane in a direction perpendicular to an axis, a pressure detection device that detects a driving pressure of a boom cylinder that drives the boom, the displacement detection device, the angle detection device, and the pressure detection device. a first calculating means for calculating the moment acting on the support shaft by the front mechanism based on the value detected by the device, and calculating the moment due to this moment acting on an overturning support existing on the traveling body; , a second calculation means for calculating a moment exerted by the weight of the hydraulic excavator body with respect to an overturning fulcrum existing on the traveling body based on the inclination angle detected by the angle detection device and a predetermined safety factor; a comparison means for outputting a signal when the moment with respect to the overturning fulcrum calculated by the first calculation means exceeds the moment calculated by the second calculation means; A fall prevention device for a hydraulic excavator, characterized in that it is provided with a fall prevention means for preventing the fall. 2. A hydraulic excavator body consisting of a traveling body and a revolving body supported by this traveling body, and a front end rotatably supported by a pivot on the said revolving body, consisting of a boom, an arm, and a working part attached to the tip of this arm. a displacement detection device for detecting at least a displacement of the boom with respect to the rotating body and a displacement of the arm with respect to the boom; an angle detection device that detects the inclination angle of the boom with respect to a horizontal plane; a pressure detection device that detects the driving pressure of a boom cylinder that drives the boom; and a push force of the boom cylinder based on the value detected by the pressure detection device. a first calculating means for calculating, and a first calculating means for calculating the possibility of overturning of the hydraulic excavator based on the values detected by the displacement detecting device, the angle detecting device, the pressure detecting device, and a predetermined safety factor. a second calculation means for calculating an extrusion force; a comparison means for outputting a signal when the extrusion force calculated by the first calculation means exceeds the extrusion force calculated by the second calculation means; 1. A fall prevention device for a hydraulic excavator, comprising a fall prevention means for preventing the hydraulic excavator from falling based on a signal output from a comparison means.
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