JPH04101996A - 建設機械における上部旋回体の傾斜角演算装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、旋回可能な上部旋回体を備えたクレーン等の
建設機械において、上記上部旋回体が任意の旋回角度位
置にある時の傾斜角を演算するための装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

一般に、上部旋回体を備えたクレーン等の建設機械は、
完全に水平な状態で設置されるとは限らず、特に移動式
クレーン等は頻繁にその設置場所が変わるため、微小に
傾斜した状態で使用されることが少なくない。このよう
な傾斜状態での使用は、機械の安定度や強度性に微妙な
影響を与えるため、これを考慮したクレーン等の制御が
必要となる。

例えば特開昭５９−１７２３８５号公報には、クレーン
本体の前後方向および左右方向に関する傾斜角を検出し
、この検出された傾斜角に基づいてクレーンの作業半径
を拡大するようにしたものが開示されている。

また、特開昭５９−２２７６８８号公報には、クレーン
本体の傾斜角を検出し、この検出された傾斜角の大小に
よって、予め記憶された２つの定格荷重のうちの１つを
選択して出力するようにしたものが示されている。

また、特開昭６２−１３６２０号公報には、上部旋回体
側に傾斜角度センサを取付け、この傾斜角度センサで上
部旋回体の傾斜角を時々刻々検出することにより、この
検出傾斜角度に応じて上部旋回体の旋回ブレーキ力を付
与するようにしたものが示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記特開昭５９−１７２３８５号公報や特開昭５９−２
２７６８８号公報に示される装置では、クレーン本体の
前後方向および左右方向の傾斜角を検出し、この検出さ
れた傾斜角に基づいてクレーンの作業半径や定格荷重の
変更を行うようにしているが、作業半径や定格荷重に対
して直接影響を与えるのはクレーン本体の傾斜角ではな
く、旋回により時々刻々変化する上部旋回体の傾斜角で
ある。すなわち、上部旋回体の制御はこの上部旋回体の
傾斜角に基づいて行うのが理想的であると言える。

ところが、上記公報の装置では、最初に検出されたクレ
ーン本体の傾斜角に基づいて作業半径や定格荷重の設定
を行っているので、実際の旋回状態に応じた制御を行う
のは困難である。従って、クレーンの安全性を十分に確
保するには上記作業半径を大きめに演算し、あるいは定
格荷重を小さめ辷設定しなければならず、クレーンの作
業可能範囲が必要以上に限定される不都合がある。

これに対し、特開昭６２−１３６２０号公報に示される
装置では、上部旋回体側に傾斜角度センサが取付けられ
ているので、直接、上部旋回体の傾斜角を時々刻々検出
することが可能である。ところが・、このような装置で
は現時点での上部旋回体の傾斜角しか把握することがで
きないので、上部旋回体の適切な旋回制御等を行うのは
困難である。

例えば、上部旋回体が傾斜していると、これに起因して
横曲げ荷重が上部旋回体に作用するため、この横曲げ荷
重を考慮して上部旋回体による作業範囲を限定する必要
があり、このため、上記範囲を超えないように上部旋回
体の自動旋回停止制御が行われる場合がある。この場合
、上記のように上部旋回体を時々刻々検出する装置では
、この検出された上部旋回体の傾斜角に基づいて上記横
曲げ荷重を時々刻々算出し、これと定格荷重とを比較す
ることになるが、この横曲げ荷重が定格荷重に達した時
点で上部旋回体の旋回制動を開始するのでは遅く、この
ようなタイミングで制動をかけると、上部旋回体は慣性
により・定格荷重を超えた範囲で完全停止することにな
る。すなわち、上記のように上部旋回体の傾斜角を直接
検出するだけでは、上部旋回体の制動をどの時点で開始
すればよいかを正確に把握できず、実際には余裕をみて
かなり手前の時点で旋回を停止させるといった制御を行
わなければならない。

また作業者にとっても、クレーンの作業可能範囲を予め
把握することができないので、旋回の自動制動がどこで
始まるか、現在の作業状態にどれほどの余裕があるかが
分らない不安な状態で作業を進めなければならず、使い
勝手が悪い。

本発明は、このような事情に鑑み、簡単な構成で、任意
の旋回角度位置に上部旋回体がある時の旋回体の傾斜角
を算出することにより、上部旋回体の適切な旋回制御に
貢献することができる演算装置を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、下部本体に上部旋回体が旋回可能に装備され
た建設機械において、上記下部本体に取付けられ、この
下部本体の相異なる２方向に関する傾斜角を検出する下
部本体傾斜角検出手段と、この検出された傾斜角に基づ
き上部旋回体が任意の旋回角度位置にある時の上部旋回
体の傾斜角を演算する上部旋回体傾斜角演算手段とを備
えたものである（請求項１）。

また本発明は、下部本体に上部旋回体が旋回可能に装備
された建設機械において、上記上部旋回体に取付けられ
、この上部旋回体の相異なる２方向に関する傾斜角を検
出する上部旋回体傾斜角検出手段と、上記上部旋回体が
予め設定された基準旋回角度位置にある時に上記上部旋
回体傾斜角検出手段により検出される上部旋回体の傾斜
角を記憶する傾斜角記憶手段と、これらの記憶された傾
斜角に基づき上部旋回体が任意の旋回角度位置にある時
の上部旋回体の傾斜角を演算する上部旋回体傾斜角演算
手段とを備えたものである（請求項２）。

また本発明は、下部本体に上部旋回体が旋回可能に装備
された建設機械において、上記上部旋回体に取付けられ
、この上部旋回体の１方向に関する傾斜角を検出する上
部旋回体傾斜角検出手段と、上記上部旋回体が予め設定
された互いに異なる２つの基準旋回角度位置にそれぞれ
ある時に上記上部旋回体傾斜角検出手段により検出され
る上部旋回体の傾斜角を記憶する傾斜角記憶手段と、こ
れらの記憶された傾斜角に基づき上部旋回体が任意の旋
回角度位置にある時の上部旋回体の傾斜角を演算する上
部旋回体傾斜角演算手段とを備えたものである（請求項
３）。

〔作　用〕

まず、請求項１記載の装置によれば、下部本体傾斜角検
出手段により検出した下部本体の傾斜角に基づき、上部
旋回体が任意の旋回角度位置にある時の上部旋回体の傾
斜角を演算することができる。

また、請求項２記載の装置によれば、上部旋回体を予め
設定された基準角度位置まで旋回させ、この位置で上部
旋回体傾斜角検出手段により検出される上部旋回体の傾
斜角を傾斜角記憶手段により記憶させることにより、こ
の記憶された傾斜角に基づき、上部旋回体が任意の旋回
角度位置にある時の上部旋回体の傾斜角を演算すること
ができる。

また、請求項３記載の装置によれば、上部旋回体を予め
設定された一方の基準角度位置まで旋回させ、この位置
で上部旋回体傾斜角検出手段により検出された傾斜角を
傾斜角記憶手段により記憶させ、次いで、上部旋回体を
他方の基準角度位置まで旋回させ、この位置で上部旋回
体傾斜角検出手段により検出された傾斜角を傾斜角記憶
手段により記憶させることにより、この傾斜角記憶手段
により記憶された複数の傾斜角から上部旋回体が任意の
旋回角度位置にある時の上部旋回体の傾斜角を演算する
ことができる。

〔実施例〕

第２図（ａ）（ｂ）は、本発明の第１実施例における傾
斜角演算装置を備えた移動式クレーンの概略を示したも
のである。なお、本発明装置が適用される建設機械はこ
のような移動式クレーンに限らず、下部本体に上部旋回
体が゛旋回可能に装備されたものであれば広く適用が可
能である。

上記クレーン１０は、鉛直方向の旋回軸１０１回りに旋
回可能なブームフット１０２を備え、このブームフット
１０２に、Ｎ個のブーム部材Ｂ□〜ＢＮからなる伸縮可
能なブームＢが取付けられており、これらによって、下
部本体１００に対して旋回する上部旋回体が構成されて
いる。上記ブームＢは、水平方向の回動軸１０３を中心
に回動可能（起伏可能）に構成され、その先端部にロ−
プ１０４で吊り荷Ｃが吊下げられている。なお、以下の
説明でＢＩｌ　（ｎ冨１，２．・・・Ｎ）はブームフッ
ト１０２側から数えてｎ番目のブーム部材を示すものと
する。

第１図は、上記傾斜角演算装置の構成図である。

ここに示されるＸ方向傾斜計１およびＹ方向傾斜計２は
、下部本体１００の適所、例えばブームフット１０２に
おける第２図（ｂ）の点Ｐの位置に取付けられている。

Ｘ方向傾斜計１は、下部本体１００の前後方向の傾斜角
α！　（第２図（ｂ）参照）を検出し、Ｙ方向傾斜計２
は、下部本体１００の左右方向の傾斜角αＹ　（第２図
（ａ）参照）を検出するものである。なお、以下の説明
では、下部本体１００が前玉がりに傾斜した状態でαＸ
〉０と、し、下部本体１００が左上がりに傾斜した状態
でαＹ〉０とする。

傾斜角演算装置３は、マイクロコンピュータ等からなり
、上記Ｘ方向傾斜計１およびＹ方向傾斜計２で検出され
た２方向の傾斜角αＸ、αＹに基づき、上部旋回体が任
意の旋回角度位置にある時の上部旋回体の傾斜角（この
実施例では旋回方向の傾斜角αθ）を算出する。なお、
以下の説明で、「上部旋回体の旋回角度θ」とあるのは
、第３図に示されるように車体の前後方向にＸ軸、左右
方向にＹ軸をとった場合に、Ｘ軸を基準にして反時計回
りにブームＢが旋回した角度を意味するものとし、角度
はｄｅｇ（’　）で表わすものとする。

具体的に、上記上部旋回体の傾斜角α０は、下部本体１
００の傾斜角α工、α７および旋回角度θを用いて次式
で表わされる。

１１＋１αθ＝−Ｕｎαｙ、　−ｓｉｎθ＋ｊ！ｎαｙ
＋ｃＯｇθ・・・　（１） ここで、αθ、α８．αＹは３°程度と微小な値である
ため、 ｔｉｌｌαθ＝（π／１８０）・αθ ｊｘｎαｘ＝（π／＋８０）・αＸ １１＋１αＹ＝（π／１８０）・αＹ とみなすことができる。これらを上記　（１）式に代入
し、両辺をπ／１８０で除すと ｔ１９　＝　　（Ｘｚ　−Ｓ！ｎθ＋（Ｚｙ−Ｃｏ！θ
　　・（２）が得られる。例えば、α工＝−１°、αＹ
＝２゜とすると、第４図のようなグラフが得られる。

傾斜角演算装置３は、上記　（２）式に基づき、任意の
旋回角度θが与えられた時の上部旋回体の傾斜角αθを
演算し、出力する。

第５図は、この傾斜角演算装置の動作をフローチャート
で示したものである。まず、Ｘ、Ｙ方向の傾斜角αＸ、
αＹがＸ方向傾斜計１およびＹ方向傾斜計２で測定され
（ステップＳ１）、さらに、求めたい旋回角度θの決定
が行われる（ステップＳｚ）。ここで、旋回角度θが直
接入力される場合には、この旋回角度θに対応する傾斜
角αθが即座に算出される（ステップＳａ）が、旋回角
度を定める要素として現在からの経過時間ｔが入力され
る場合には、まず、上部旋回体の旋回速度Ωが検出され
（ステップＳ４）、これに基づいて、上記時間ｔが経過
した後の旋回角度θの算出が行われる（ステップＳ、）
。そして、この旋回角度θに対応する上部旋回体の傾斜
角αθが算出される（ステップＳｓ）。

このような装置によれば、任意の旋回角度位置にある時
の上部旋回体の傾斜角αθを得ることができ、例えば、
現在だけでなく将来の上部旋回体の傾斜角αθを得るこ
とができるので、後述の使用例で示すように、上記演算
結果である傾斜角に基づいて上部旋回体の適正な旋回制
御等を行うことができる。

なお、この実施例では車体のＸ軸方向およびＹ軸方向の
傾斜角を検出する傾斜計を備えたものを示しているが、
本発明では傾斜計により検出される傾斜の方向は上記Ｘ
軸方向およびＹ軸方向に限らず、互いに異なる少なくと
も２方向の傾斜角を検出することによって、これらの傾
斜角に基づき上部旋回体の傾斜角を算出することができ
る。

また、算出される上部旋回体の傾斜角も、上記のような
旋回方向の傾斜角αθに限らず、あらゆる方向の傾斜角
について算出が可能である。例えば、上部旋回体のブー
ム方向の傾斜角αＲを算出するようにすれば、この傾斜
角ａＲに基づいてブームＢの作業半径の補正等が可能に
なる。これは、後に記す他の実施例においても同様であ
る。

次に、第２実施例を第６図および第７図に基づいて説明
する。

この実施例では、上記クレーンの上部旋回体側、例えば
第２図におけるブームフット１０２の点Ｑの位置に、第
６図に示されるようなＲ方向傾斜計４およびθ方向傾斜
計５が設けられている。ここで、Ｒ方向傾斜計４は上部
旋回体のブーム方向の傾斜角を検出し、θ方向傾斜計５
は上部旋回体の旋回方向の傾斜角を検出するように取付
けられている。

また、第６図に示される傾斜角記憶装置６は、上記上部
旋回体がブーム方向と車体のＸ軸方向とが合致する基準
旋回角度位置にある状態で上記Ｒ方向傾斜計４により検
出される傾斜角（すなわち下部本体１００のＸ方向の傾
斜角αＸ）と、上記状態でθ方向傾斜計５により検出さ
れる傾斜角（すなわち下部本体１００のＹ方向の傾斜角
αＹ）を記憶する。傾斜角演算装置３は、上記傾斜角記
憶装置６により記憶された傾斜角α８．αＹに基づき、
前記　（２）式を用いて、上部旋回体の旋回方向の傾斜
角αθを演算する。

第７図は、この装置の行う演算動作をフローチャートで
示したものである。まず、上部旋回体を旋回して基準旋
回角度位置、すなわちブーム方向と車体のＸ軸方向とが
合致する位置に合わせ、この状態でＲ方向傾斜計４によ
り上部旋回体のブーム方向（すなわち車体Ｘ軸方向）の
傾斜角α工を検出し、θ方向傾斜計５により上部旋回体
の旋回方向（すなわち車体Ｙ軸方向）の傾斜角α７を検
出する（ステップＳ□）。そして、これらの傾斜角αＸ
、α７を傾斜角記憶装置６により記憶する（ステップ＄
１′）。その後は、記憶された傾斜角αＸ、α７に基づ
き、前記第５図にも示されるステップ８２〜Ｓ５と同様
の動作により、任意の旋回角度θまで旋回している時の
上部旋回体の旋回方向の傾斜角αθを算出する。

この実施例に示されるように、上部旋回体側に傾斜計４
，５を設けるようにしても、これらによって、上部旋回
体が基準旋回角度位置にある時の傾斜角を検出し、記憶
しておくことにより、この記憶された傾斜角によって任
意の旋回角度位置にある時の上部旋回体の傾斜角を求め
ることができる。

なお、最初に上部旋回体を合せる基準旋回角度位置は、
上記のようにブーム方向とＸ軸方向とが一致するような
位置に限らず、適宜設定すればよい。例えば、基準角度
位置をブーム方向とＹ軸方向とが合致するような位置に
設定し、この位置で上記Ｒ方向傾斜計４により車体Ｙ軸
方向の傾斜角α７を検出し、θ方向傾斜計５によりＸ軸
方向の傾斜角α８を検出するようにしてもよい。

次に、第３実施例を第８図および第９図に基づいて説明
する。

この実施例では、上記クレーンの上部旋回体側に一方向
の傾斜計、例えばＲ方向傾斜計４のみが設けられ、この
Ｒ方向傾斜計４によって、上部旋回体が互いに異なる２
つの基準旋回角度位置にある時の上部旋回体の傾斜角を
検出し、これらの傾斜角を傾斜角記憶装置３により記憶
するようにしている。

その具体的な演算動作を第９図のフローチャートに示す
。まず、前記第２実施例と同様にして、上部旋回体を旋
回することにより第１の基準旋回角度位置（この実施例
ではブーム方向と車体Ｘ方向とが合致する位置）に合わ
せ、この状態でＲ方向傾斜計４により車体Ｘ方向の傾斜
角αＸを検出しくステップＳ□、）、この傾斜角αＸを
傾斜角記憶装置６により記憶する。（ステップ５１２）
。次に、上部旋回体を９０°旋回することにより（ステ
ップ５１３）、第２の基準旋回角度位置（この実施例で
はブーム方向と車体Ｙ方向とが合致する位置）に合わせ
、この状態でＲ方向傾斜計４により車体Ｙ方向の傾斜角
α７を検出しくステップ５１４）、この傾斜角α７を傾
斜角記憶装置６により記憶する（ステップＳ□５）。そ
の後は、記憶された傾斜角αＸ、αＹに基づき、前記第
５図および第７図にも示されるステップ８２〜Ｓ５と同
様の動作により、任意の旋回角度θまで旋回している時
の上部旋回体の旋回方向の傾斜角αθを算出する。

この実施例に示されるように、上部旋回体側に設けられ
る傾斜計が単数であっても、上部旋回体を旋回して上記
傾斜計により２方向の傾斜角を検出し、これを記憶させ
ておくことにより、この記憶された傾斜角によって任意
の旋回角度位置にある時の上部旋回体の傾斜角を求める
ことができる。

すなわち、この実施′例では、傾斜角検出手段を単数側
設けるだけでよいので、より低コストの構造で上部旋回
体の傾斜角を求めることができる。

なお、この実施例では単一の傾斜角検出手段としてＲ方
向傾斜計４を設けたものを示したが、その検出傾斜角の
方向はブーム方向に限らず、適宜設定すればよく、例え
ばθ方向傾斜計のみを配設しても上記と同様の効果が得
られる。

※傾斜角演算装置の使用例 ｉ）傾、斜に起因してブームに生ずる静的な横曲げ荷重
を考慮した作業範囲の確定 一般に、クレーンの吊上げ定格荷重は、ブーム長さやア
ウトリガジヤツキの張出し量等が一定の条件下で、第１
０図のグラフに示されるように設定されている。図にお
いて、曲線Ｌ１は、作業半径の増大によりブームＢに加
わる荷重が増大するのを考慮したブームＢの強度上の制
限曲線、曲線Ｌ２は、作業半径の増大によるクレーンの
転倒防止を考慮した安定性に基づく制限曲線、直線Ｌ３
は、定格荷重の絶対的な上限値を定めた強度上の制限直
線であり、これらの線Ｌ１〜Ｌ３の内側に斜線で示した
領域が、クレーンの使用可能領域となる。

ところが、クレーン自体が傾斜している場合には、その
上部旋回体の旋回方向の傾斜に起因してブームＢに静的
な横曲げ荷重が作用するため、上記吊上げ定格荷重だけ
でなく、上記横曲げ荷重をも考慮した強度評価が必要に
なる。具体的に、移動式クレーンの構造規格によれば、
上記横曲げ荷重に起因して上部旋回体に作用する最大荷
重（−般にはブームポイントに作用する荷重）を上記吊
上げ定格荷重の５％以内に抑える必要がある。

ここで、上記演算装置によって上部旋回体の傾斜角αθ
を算出し、この傾斜角αθに基づいてブームＢに作用す
る横曲げ荷重を求めるようにすれば、この横曲げ荷重を
考慮した適正な旋回制御を実現することができる。

具体的に、吊り荷Ｃの重量をＷ　（ｋｇｌ　）　、ｉ段
目のブーム部材Ｂｉの重量をＷＢｉ　（ｋｇｆ　）　、
ｉ段目のブーム部材Ｂｉの重心の旋回中心からの水平距
離を７８ｉ（ｍ）とすると、上部旋回体が旋回方向にα
０傾いている時に横曲げ荷重に起因してブームポイント
に作用する荷重Ｗｅは、次式で表わされる。

ΣＷＢｉ　１１７Ｂ １＠１ Ｗｅ＝（Ｗ＋ ）　　　　ｓｉｎαθ ・・・　（３） すなわち、本装置を使用することにより、実際の横曲げ
荷重に起因して発生する最大荷重Ｗ！に基づいた適正な
制御を行うことができるので、従来のようにクレーン本
体の傾斜角に基づいて定格荷重を多めに設定するといっ
た必要がなく、実際の横曲げ荷重に相当する力を考慮し
ながら作業可能範囲を最大限に拡大することができる効
果がある。

また、上部旋回体の任意の旋回角度θに対応する荷重Ｗ
ｔを予め求めておくことができるので、実際に上部旋回
体を旋回させなくても、クレーンの作業可能範囲を予め
定めることができる。従って、作業可能範囲の境界線よ
りも一定角度手前の位置から適当な旋回角加速度で上部
旋回体の制動を行うことにより、上部旋回体を作業可能
範囲内で確実に完全停止させることができる。

また、作業可能範囲が予め定められることにより、作業
者も、現在の作業状態にどれほどの余裕があるのかを容
易に把握することができ、安心して作業を進めることが
できる利点がある。

ｉｉ　）傾斜に起因してブームに作用する横曲げ荷重を
考慮したクレーンの旋回停止制御 近年、ブームＢに吊下げられた吊り荷Ｃの振れを残さず
にブームＢを完全停止させるための制御装置の開発が進
められている。このような装置の申には、完全停止時に
上記吊り荷Ｃの振れがＯとなるような旋回角加速度βを
予め算出し、この旋回角加速度βによってクレーンの旋
回制動を実行するようにしたものがある。

ところが、このような制動時には、上部旋回体に発生す
る慣性力に起因してブームＢに横曲げ荷重が作用し、さ
らに、この横曲げ荷重は旋回角加速度βの絶対値に応じ
て変化するので、上記旋回角加速度βを選ぶ際には、吊
り荷Ｃの振れだけでなく、上記横曲げ荷重を許容値以下
にすることも考慮に入れなければならない。

しかも、クレーンが傾斜状態で使用される場合には、上
述のように、上部旋回体の旋回方向の傾斜角αθに応じ
た静的な横曲げ荷重も作用するので、この傾斜に起因す
る横曲げ荷重も、上記制動に起因する横曲げ荷重と合せ
て考慮に入れなければならない。すなわち、クレーンが
傾斜した状態でなおかつ適正な旋回停止制御を行おうと
する場合には、任意の旋回角度位置にある時の上部旋回
体の傾斜角を予め知っておくことが重要であり、この場
合に本発明の傾斜角演算装置が非常に有効となる。

第１１図は、本発明の傾斜角演算装置を利用したクレー
ンの旋回停止制御装置の一例を示したものである。なお
、クレーン自体の構造は前記第２図に示されるものと同
等である。

この第１１図に示される装置は、ブーム長センサ１２、
ブーム角センサ１４、吊上荷重センサ１５、ロープ長セ
ンサ１６、角速度センサ１８、演算制御装置２０、およ
び旋回駆動用の油圧システム４０を備えている。演算制
御装置２０は、横曲げ評価係数設定手段２１、旋回半径
算出手段２２、ブーム慣性モーメント算出手段２３、定
格荷重算出手段２４、吊上荷重算出手段２５、負荷慣性
モーメント算出手段２６、許容角加速度算出手段２７、
旋回角加速度算出手段２８、制動トルク算出手段２９、
モータ圧力制御手段３０、傾斜角算出手段３１、および
横曲げ荷重算出手段３２を備えている。

横曲げ評価係数設定手段２１は、ブームＢの横曲げ強度
についての評価係数αを設定するものである。

旋回半径算出手段２２は、ブーム長センサ１２およびブ
ーム角センサ１４により各々検出されたブーム長しＢお
よびブーム角（ブームＢの起伏角度）φに基づき吊り荷
Ｃの旋回半径Ｒを算出するものである。

ブーム慣性モーメント算出手段２３は、上記ブーム長Ｌ
Ｂおよびブーム角φに基づき各ブーム部材ｆ３＋の慣性
モーメントＩｉを算出するものである。

定格荷重算出手段２４は、上記旋回半径算出手段２２で
算出された旋回半径Ｒと、上記ブーム長しＢとに基づき
、定格荷重メモリ２４１に記憶されたデータから定格荷
重Ｗｏを算出するものである。

吊上荷重算出手段２５は、吊上荷重センサ１５により検
出されたブーム起伏用油圧シリンダの圧力ｐと、上記旋
回半径算出手段２２で算出された旋回半径Ｒと、上記ブ
ーム長しＢとに基づき、実際の吊上荷重Ｗを算出するも
のである。

負荷慣性モーメント算出手段２６は、上記吊上荷重算出
手段２５で算出された吊上荷重Ｗと、上記旋回半径Ｒと
に基づき、負荷（吊り荷Ｃ）の慣性モーメントＩ、を算
出するものである。

許容角加速度算出手段２７は、上記負荷慣性モーメント
Ｉ　Ｗ　ｓブーム慣性モーメントＩ＋＋、定格荷重Ｗｅ
、ブームＢの横曲げ評価係数α、および横曲げ荷重算出
手段３２により算出された荷重Ｗｅから、ブームＢの横
曲げ強度に基づく許容角加速度β１を算出するものであ
る。

旋回角加速度算出手段２８は、ロープ長センサ１６の検
出結果より求められる吊り荷Ｃの振れ半径！１角速度セ
ンサ１８により検ａされるブームＢの旋回角速度Ωｏ１
並びに上記許容角加速度β１に基づいて、実際に旋回を
制動、停止させるための旋回角加速度βを算出するもの
である。

制動トルク算出手段２９は、上記作業半径Ｒおよび荷重
Ｗｅをも考慮して、上記旋回角加速度βでブームＢを停
止させるための制動トルクＴを算出するものである。

モータ圧力制御手段３０は、上記制動トルクＴに基づい
て油圧モータの制動圧力ＰＢを設定し、油圧システム４
０に制御信号を出力するものである。

傾斜角算出手段３１は、前述の実施例で示した傾斜角演
算装置のいずれかにより構成され、単数または複数の傾
斜計の検出結果に基づいて、上部旋回体が任意の旋回角
度位置にある時の旋回方向の傾斜角αθを演算する。

横曲げ荷重算出手段３２は、算出された傾斜角αθに基
づき、前記　（３）式を用いて、横曲げ荷重に起因して
ブームポイントに作用する荷重Ｗｅを算出するものであ
る。

次に、この装置により実行される演算内容および制御内
容を第１２図のフローチャートも参照しながら説明する
。

旋回半径算出手段２２は、まず、ブーム長しＢおよびブ
ーム角φによってブームＢの撓みを考慮に入れない旋回
半径Ｒ′およびブームＢの撓みによる半径増加分ΔＲを
求め、両者から旋回半径Ｒを算出する。

ブーム慣性モーメント算出手段２３は、各ブーム部材Ｂ
ｎの慣性モーメントＩｎを次式に基づいて算出する。

Ｉ　ｎ　＝　Ｉ　ｎｏＩＩｃｏｓ２φ＋（Ｗｎ／ｇ）・
Ｒ１１２ここで、Ｉ＋＋ｏはφ；０の状態における各ブ
ーム部材Ｂｎの重心回りの慣性モーメント（定数）を示
し、Ｗｎは各ブーム部材Ｂｎの自重、ｇは重力加速度、
Ｒｎは各ブーム部材Ｂｎの重心の旋回半径を示す。

一方、負荷慣性モーメント算出手段２６は、吊上荷重Ｗ
と上記旋回半径Ｒとに基づき、負荷慣性モーメントＩＷ
を算出する。具体的に、負荷慣性モーメント■□は次式
で表わされる。

Ｉｗ　＝　（Ｗ／ｇ）Ｒ２ 以上のようにして算出されたデータに基づき、許容角加
速度算出手段２７は、次のように許容角加速度β１を求
める。

一般に、クレーン１０のブームＢおよびブームフット１
０２は十分な強度を有しているが、ブーム長し、が長く
なると、旋回制動時に発生する慣性力、および車体の傾
斜に起因してブームＢに大きな横曲げ力が作用する。こ
の横曲げ力による強度的な負担はブームフット１０２付
近で最大となるので、ここでは、旋回軸１０１回りのモ
ーメントに基づいて強度評価を行うようにしている。

具体的に、ブー″ｌＡＢの旋回に起因してその旋回中心
に作用するモーメントＮ、は、次式で表される。

ＮＢ　＝Ｎｃ　　＋８ｗ　＋Ｎａ　　　　　　　　　　
　−（４）ここで、Ｎｃは上部旋回体に発生する慣性力
に起因するモーメント、Ｎ、は吊り荷に発生する慣性力
に起因するモーメント、Ｎｓはクレーンの傾斜に起因す
るモーメントである。これらは、旋回制動時のブームＢ
の角加速度をβ′、吊り荷Ｃの角加速度をβ′とすると
、次式で表わされる。

ＮＣ＝　（ΣＩｎ＋ｌ１１）β’　　−（４１）Ｎ　ｗ
　　＝Ｉ　ｗ　　β′ ＝　　（Ｗ／ｇ）Ｒ２β′　　・・・　（４ｂ）ＮＳ　
　＝Ｗｅ　　Ｒ５ｉｎａθ　　　　　−（４ｃ）ここで
、Ｗは吊り荷Ｃの重量、ＩｎはブームＢを除く上部旋回
体の慣性モーメントを示す。一方、ブームＢの横曲げ強
度についての許容条件は次の（５）式で表される。

Ｎ、／Ｒ≦αＷｏ　　・・・　（５） また、上部旋回体の角加速度β′と吊り荷Ｃの角加速度
β′との間には、次式の関係がある。

第１３図は、旋回制動前の旋回速度をΩｏ１旋回制動を
開始してから停止するまでの時間をＴとし、後述の　（
１３）式において導入される自然数ｎを１とした場合の
上部旋回体の角速度ΩＣおよび吊り荷Ｃの角速度Ω１を
各々実線５１および破線５２で示したものであるが、こ
の図は、上記　（））式に示される旋回角加速度β′お
よび旋回角加速度β′との関係を明確に示している。こ
の　（））式と、上記　（４）、　（５１式とを満たす
ような最大の旋回角加速度β′が許容角加速度β１とし
て設定される。

なお、上記評価係数αは一定の値に定めてもよいが、ブ
ームＢの撓みなどを考慮して、ブーム長Ｌ８や旋回半径
Ｒが大きくなるほど小さい値に設定ずぶようにしても゛
よい。例えば、移動式クレーン構造規格では、［水平動
荷重の値は、移動式クレーンの水平に移動する部分の重
量の５パーセントに相当する荷重、及び定格荷重の５パ
ーセントに相当する荷重が同一の水平方向に同時に作用
するものとして演算した値とする。」となっている。

旋回角加速度算出手段２８は、上記のようにして算出さ
れた許容角加速度βｌと、ロープ長センサ１６および角
速度センサ１８の検出結果から求められる荷振れ径！お
よびブーム角速度（減速前の角速度）ΩＯとに基づいて
、実際の旋回角加速度βを算出する。

その算出要領を説明する。まず、クレーン１０に吊下げ
られた吊り荷Ｃについて、第１４図に示されるような単
振り子のモデルを考える。この系の微分方程式は次式で
与えられる。

号＋Ｃｙ／Ｉ）η＝−Ｖ／Ｉ　　・・・　（１０）Ｖ＝
Ｖｏ　＋ａ　ｔ　　−（１１） ここで、ηは吊り荷Ｃの振れ角、■は時間ｔとともに変
化するブームポイントの旋回速度、ｖＯは同ブームポイ
ントの旋回停止制御開始前の旋回速度（＝ＲΩｏ）、ａ
はその加速度を示す。

（１１）式の両辺を時間ｔで微分して　（１Ｇ）式の右
辺に代入し、初期条件（ｔ＝０でη＝０．；ｙ　＝Ｏ）
の下で積分すると、次の０式が得られる。

（ｉ／ω）２＋（η十ａ／ｃｒ）　２＝　（８７ｇ）　
２・・・　（１２） ただし、ω＝ＦＴ７Ｔ この式を７７／ωとηに関する位相平面上に表すと、第
１４図に示されるように、点Ａ　（０，−８７ｇ）を中
心として原点０　（０，０）を通る円を描くことになる
。この円を１周するための時間、すなわち単振り子の状
態が原点０から変化して同状態に復帰する周期Ｔは、Ｔ
＝２π／ω　で与えられるため、クレーンの旋回停止制
御を開始した時点（点０）から時間ｎＴ　（ｎは自然数
）後に完全停止するように角加速度β、を設定すれば、
吊り荷Ｃの振れを残さずにクレーンを停止させることが
できる。一方、上記ωは重力加速度ｇおよび振れ半径！
で決定される一定値であるため、荷振れの残らない旋回
停止制御が可能な角加速度βは次式より求めることがで
きる（第１２図のステップＳ２□）。

β＝−Ωｏ／ｎＴ ＝−ω・Ωｏ　／　２　ｎπ　（ｎは自然数）・・・　
（１３） また、ブームＢの横曲げ強度に関しては１β≦β１が条
件であるため、上記角加速度の絶対値１β１が許容角加
速度β１以下であるか否かをチエツクしく第１２図のス
テップ５２２）、この条件を満たす範囲内で最小の自然
数ｎを選択することにより、必要最小時間で荷振れを残
さずにクレーンを制動、停止させるための旋回角加速度
βが決定されることになる（第１２図のステップＳ　２
３でＹＥＳ）。

次に、この旋回角加速度βに基づいて実際の旋回停止制
御が開始される。まず、制動トルク算出手段２９は、上
記旋回角加速度βで制動するために必要な制動トルクＴ
を算出する（ステップ５２４）。この制動トルクＴは、
次の　（１４）式で表わされる。

Ｔ＝Ｔ（＋ＴＷ　＋Ｔ８　　　　　　　−　　（１４）
ここで、Ｔｃは上部旋回体を制動させるためのトルク、
Ｔｗは吊り荷を制動させるためのトルク、Ｔｓはクレー
ンの傾斜に起因して発生する荷重に対抗するためのトル
クであり、これらは次式で表わされる。

Ｔｃ＝Ｉ（ΣＩｎ＋１＋＋）β１　・・・　（１４＊）
Ｔｗ＝ｌ１ｗβ２ 雪１　　（Ｗ／ｇ）Ｒ”　β２１　・・・　（１４ｂ）
ＴＳ　＝　ｌ　Ｗｅ　Ｒ５ｉｎａｏＩ　　　　−（１４
ｃ）なお、β２は吊り荷Ｃの旋回角加速度であり、これ
は旋回角加速度βを用いて次式で表わされる。

モータ圧力制御手段３０は、上記制動トルクＴに基づい
て油圧モータ圧力ＰＢを設定し、油圧システム３０に制
御信号を出力することにより、ブームＢの旋回制動を行
わせる（ステップ５２５）。

このような制御をブームＢが完全停止するまで（ステッ
プＳ　２６でＹＥＳ）実行することにより、荷振れを残
すことなく、かつ過度の横曲げ荷重を発生させることな
く、クレーンの旋回を自動的に停止させることができる
。

すなわち、この使用例に示されるように本発明の演算装
置を利用すれば、同装置により算出される傾斜角を利用
して適正な旋回停止制御を実現することができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、下部本体傾斜角検出手段により
下部本体の傾斜角を検出し、あるいは上部旋回体傾斜角
検出手段を利用して下部本体の傾斜角を検出した後に記
憶し、これらの検出あるいは記憶された傾斜角に基づい
て上部旋回体の傾斜角を算出するものであるので、実際
に上部旋回体をそれぞれの旋回角度位置まで旋回させな
くても、この上部旋回体が任意の旋回角度位置にある時
の傾斜角を予め把握することが可能である。このため、
静的には上記傾斜角を考慮した旋回作業範囲を無駄なく
適切に定めることができ、同範囲を従来以上に拡大する
ことが可能であるとともに、動的には上記傾斜角を基盤
として適切な旋回停止制御が可能になる等、建設機械の
より適切な制御に幅広く貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例における傾斜角演算装置の
機能構成図、第２図（ａ）は同演算装置を備えたクレー
ンの一例を示す正面図、同図（ｂ）は同クレーンの側面
図、第３図はクレーンの方向とＸ軸およびＹ軸方向との
関係を示す平面図、第４図は上部旋回体の旋回角度と傾
斜角との関係を示すグラフ、第５図は上記傾斜角演算装
置の行う演算動作を示すフローチャート、第６図は第２
実施例における傾斜角演算装置の機能構成図、第７図は
同演算装置の行う演算動作を示すフローチャート、第８
図は第３実施例における傾斜角演算装置の機能構成図、
第９図は同演算装置の行う演算動作を示すフローチャー
ト、第１０図はクレーンの作業半径と定格荷重との関係
を示すグラフ、第１１図は本発明の傾斜角演算装置を備
えたクレーンの旋回停止制御装置の一例を示す機能構成
図、第１２図は同傾斜角演算装置の行う旋回停止制御動
作を示すフローチャート、第１３図は旋回制動時の吊り
荷の角速度および上部旋回体の角速度の、変化の特性を
示すグラフ、第１４図は吊り荷の吊り状態を単振り子の
モデルとして表わした図、第１５図は吊り荷の振れ角と
振れ速度に関する式を位相空間上に表わしたグラフであ
る。 １・・・Ｘ方向傾斜計（下部本体傾斜角検出手段）、２
・・・Ｙ方向傾斜計（下部本体傾斜角検出手段）、３・
・・傾斜角演算装置（上部旋回体傾斜角演算手段）４・
・・Ｒ方向傾・斜計（上部旋回体傾斜角検出手段）５・
・・θ方向傾斜計（上部旋回体傾斜角検出手段）、６・
・・傾斜角記憶装置（上部旋回体傾斜角記憶手段）、１
０・・・クレーン（建設機械）、１０２・・・ブームフ
ット（上部旋回体を構成）、Ｂ・・・ブーム（上部旋回
体を構成）。 特許出願人　　　　　株式会社　神戸製鋼折代　理　人
　　　　　弁理士　　小谷　悦司同　　　　　　　弁理
士　　長１）　正向　　　　　　　弁理士　　伊藤　孝
夫第 図 ■ 第 図 跨間ｔ 第 図 第 μ 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、下部本体に上部旋回体が旋回可能に装備された建設
   機械において、上記下部本体に取付けられ、この下部本
   体の相異なる２方向に関する傾斜角を検出する下部本体
   傾斜角検出手段と、この検出された傾斜角に基づき上部
   旋回体が任意の旋回角度位置にある時の上部旋回体の傾
   斜角を演算する上部旋回体傾斜角演算手段とを備えたこ
   とを特徴とする建設機械における上部旋回体の傾斜角演
   算装置。 ２、下部本体に上部旋回体が旋回可能に装備された建設
   機械において、上記上部旋回体に取付けられ、この上部
   旋回体の相異なる２方向に関する傾斜角を検出する上部
   旋回体傾斜角検出手段と、上記上部旋回体が予め設定さ
   れた基準旋回角度位置にある時に上記上部旋回体傾斜角
   検出手段により検出される上部旋回体の傾斜角を記憶す
   る傾斜角記憶手段と、これらの記憶された傾斜角に基づ
   き上部旋回体が任意の旋回角度位置にある時の上部旋回
   体の傾斜角を演算する上部旋回体傾斜角演算手段とを備
   えたことを特徴とする建設機械における上部旋回体の傾
   斜角演算装置。 ３、下部本体に上部旋回体が旋回可能に装備された建設
   機械において、上記上部旋回体に取付けられ、この上部
   旋回体の１方向に関する傾斜角を検出する上部旋回体傾
   斜角検出手段と、上記上部旋回体が予め設定された互い
   に異なる２つの基準旋回角度位置にそれぞれある時に上
   記上部旋回体傾斜角検出手段により検出される上部旋回
   体の傾斜角を記憶する傾斜角記憶手段と、これらの記憶
   された傾斜角に基づき上部旋回体が任意の旋回角度位置
   にある時の上部旋回体の傾斜角を演算する上部旋回体傾
   斜角演算手段とを備えたことを特徴とする建設機械にお
   ける上部旋回体の傾斜角演算装置。