JP2002332663A - 油圧ショベルの荷重計測装置 - Google Patents

油圧ショベルの荷重計測装置

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JP2002332663A
JP2002332663A JP2001139152A JP2001139152A JP2002332663A JP 2002332663 A JP2002332663 A JP 2002332663A JP 2001139152 A JP2001139152 A JP 2001139152A JP 2001139152 A JP2001139152 A JP 2001139152A JP 2002332663 A JP2002332663 A JP 2002332663A
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JP2001139152A
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Takao Kurosawa
隆雄 黒沢
Toru Kurenuma
榑沼  透
Yoshinori Furuno
義紀 古野
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】油圧ショベルの荷重計測装置において、空荷状
態の荷重が安定しているときの荷重で荷重補正値の演算
を行えるようにし、正確な荷重補正値を設定できるよう
にする。 【解決手段】油圧ショベル1のバケット7の空荷状態の
荷重を演算し、この演算値を用いて荷重補正値を計算す
る。空荷荷重の演算は一定間隔で行い、一定期間の荷重
を荷重バッファ194aに記憶する。この荷重バッファ
194aに記憶した一定期間の荷重が一定範囲内の変化
を示すと空荷状態の荷重が安定していると判定し、荷重
教示補正ボタン23が押されると、荷重バッファ194
aに記憶した一定期間の荷重の平均値を算出し、この平
均値を用いて荷重補正値を演算し設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベルの荷
重計測装置に係わり、特にバケットによる掬った土砂を
一定の姿勢でトラックへ放土する場合の土砂の計測等、
フロント作業機の積荷の荷重を計測する油圧ショベルの
荷重計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】油圧ショベルの荷重計測装置として公知
のものに特開平4−44930号公報に記載のものがあ
る。この公知例は、油圧ショベルの荷重計測装置におい
て、油圧ショベルのバケットが空荷状態にあるときに検
出した荷重を荷重補正値として荷重計測に利用するもの
である。油圧ショベルのバケットの空荷荷重は、爪の破
損、補強板の追加設置、土砂の固着等により変化するた
め、バケットの空荷荷重を計測し、それを荷重補正値と
して用いることにより、そのような空荷荷重の変化に影
響されずに荷重計測を行うことができる。また、空荷荷
重の演算は、オペレータが操作レバーを操作して油圧シ
ョベルのバケットを所定の位置に移動した後、ボタンを
押したときに行われる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には次のような問題がある。
【0004】上記のように特開平4−44930号公報
に記載の荷重計測装置では、オペレータがボタンを押し
たときに演算した空荷荷重を荷重補正値とする。しか
し、オペレータが操作レバーを操作して油圧ショベルの
バケットを所定の位置に移動した直後はフロント作業機
が慣性で揺れているため荷重が安定しておらず、オペレ
ターがその状態でボタンを押した場合は、その安定して
いない荷重を空荷荷重として演算し荷重補正値として設
定してしまうことがある。
【0005】本発明の目的は、空荷状態の荷重が安定し
ているときの荷重で荷重補正値の演算を行えるように
し、正確な荷重補正値を設定することのできる油圧ショ
ベルの荷重計測装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】(1)上記目的を達成す
るために、本発明は、空荷状態の荷重を荷重演算の荷重
補正値として用いる油圧ショベルの荷重計測装置におい
て、前記空荷状態の荷重が安定しているかどうかを判定
する判定手段と、前記空荷状態の荷重が安定していると
判定されると、空荷状態の荷重が安定しているときに計
測した荷重に基づき前記荷重補正値を演算し設定する荷
重補正値設定手段とを備えるものとする。
【0007】このように判定手段と荷重補正値設定手段
を設けることにより、空荷状態の荷重が安定していると
きの荷重で荷重補正値の演算を行えるようになり、正確
な荷重補正値を設定することができる。
【0008】(2)上記(1)において、好ましくは、
前記判定手段は、サンプリングしている荷重情報が一定
期間に一定範囲以内の変化を示しているときを空荷状態
の荷重が安定していると判定する。
【0009】これにより空荷状態の荷重が安定している
かどうかを判定することができる。
【0010】(3)また、上記(1)において、好まし
くは、一定期間の荷重を記憶する記憶手段を更に備え、
前記荷重補正値設定手段は、前記空荷状態の荷重が安定
しているときに前記記憶手段に記憶した荷重の平均値を
演算し、この平均値に基づき前記荷重補正値を演算す
る。
【0011】これにより空荷状態の荷重自体も精度よく
求まり、荷重補正値をより正確に演算することができ
る。
【0012】(4)更に、上記(1)において、好まし
くは、前記空荷状態の荷重が安定していると判定される
と、前記荷重補正値の設定が可能であることを知らせる
表示手段を更に備える。
【0013】これによりオペレータは表示手段により空
荷状態の荷重が安定したかどうかを知ることができ、荷
重補正値の設定を的確に指示することができる。
【0014】(5)また、上記(4)において、好まし
くは、オペレータにより操作され、前記荷重補正値の設
定を指示する指示手段を更に備え、前記荷重補正値設定
手段は、前記判定手段で空荷状態の荷重が安定している
と判定されると、その後前記指示手段の指示があったと
きに前記荷重補正値を演算し設定する。
【0015】これによりオペレータの意志で荷重補正値
の演算を実行できる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。
【0017】図1は本実施の形態に係わる油圧ショベル
の外観と、その作業の一例としてトラックヘの放土作業
を示す図である。
【0018】図1において、1は油圧ショベルであり、
油圧ショベル1は下部走行体2、上部旋回体3、フロン
ト作業機4からなり、フロント作業機4はブーム5、ア
ーム6、バケット7からなり、それぞれ、ブームシリン
ダ8、アームシリンダ9、バケットシリンダ10を伸縮
することにより駆動される。また、油圧ショベル1はバ
ケット7により掬つた土砂を一定の姿勢でトラック15
へ放土する。
【0019】図2は本実施形態に係わる油圧ショベルの
荷重計測装置の機能ブロック図である。荷重計測装置
は、入力される各種の入力データに基づいてバケット7
が掬った土砂を演算して計測する荷重計測装置本体1
9、ブーム5の根元にあるピンの回転角度を計測するブ
ーム回転角度センサ20、アーム14の根元にあるピン
の回転角度を計測するアーム回転角度センサ21、ブー
ムシリンダ8のボトム側圧力を計測する圧力センサ2
7、ブームシリンダ8のロッド側圧力を計測する圧力セ
ンサ28、荷重補正を開始するときの荷重補正開始ボタ
ン22、荷重補正値を教示するための荷重補正教示ボタ
ン23、荷重補正を終了するための荷重補正終了ボタン
24、教示した荷重補正値を取消すための荷重補正取消
しボタン25、荷重や荷重補正値の表示を行う表示装置
26とを備えている。
【0020】荷重計測装置本体19は主としてコンピュ
ータによって構成され、A/D変換器とスイッチ入力を
備え各種信号を入力する入カインターフェイス191、
種々の演算、制御を実行する中央処理ユニット(CP
U)192、時刻信号及び荷重表示タイミング信号を出
力するタイマ193、演算、制御の結果などが格納され
るランダムアクセスメモリ(RAM)194、CPU1
92の各種の処理プログラムなどが格納されるリードオ
ンリメモリ(ROM)195、荷重計測装置本体19で
演算されたデータを表示装置26に出力するための出カ
インターフェイス196を有している。ROM195に
は、後に詳述するスタートプログラム195a、荷重計
測プログラム195b及び荷重補正値教示プログラム1
95cが格納されている。
【0021】図3は上部旋回体3の運転室内に備えられ
る左右2本の操作レバーの1つを示す図である。操作レ
バー30はグリップ31を有し、グリップ31の頂部に
上記の荷重補正教示ボタン23と荷重補正終了ボタン2
4が設けられている。
【0022】図4は表示装置26の操作パネルを示す図
である。表示装置26は操作パネル35を有し、操作パ
ネル35には液晶画面当の表示部36と上記の荷重補正
開始ボタン22及び荷重補正取消しボタン25が設けら
れている。また、表示部36には荷重表示領域37と荷
重補正可能表示38とがある。表示装置26も上部旋回
体3の運転室内に設置されている。
【0023】図5はROM195のスタートプログラム
195a、荷重計測プログラム195b及び荷重補正値
教示プログラム195cの起動を制御する処理プログラ
ムを示すフローチャートである。
【0024】油圧ショベル1の運転室内のオペレータが
作業を開始するためエンジンを始動する(または、専用
ボタンを押す)と、荷重計測装置本体19が始動し(ス
テップS100)、スタートプログラム195aが起動
する(ステップS200)。このスタートプログラム1
95aによって各種パラメータの初期化が行われる。こ
の後、オペレータが荷重補正開始ボタン22が押したか
どうかを判断し(ステップS300)、荷重補正開始ボ
タン22が押されていなければ、荷重計測プログラム1
95bを起動し(ステップS400)、荷重補正開始ボ
タン22が押されていれば荷重補正値教示プログラム1
95cを起動する(ステップS500)。
【0025】荷重計測プログラム195bについて説明
する。
【0026】荷重計測プログラム195bでは下記の式
によりバケット7の積荷の荷重Wを計算する。
【0027】 荷重W=(M1−Moc)/L−Wo …(1) M1:ブームシリンダ8のボトム側圧力とロッド側圧力
を元に求めたブームシリンダモーメント Moc:フロント部材の水平方向重心位置信号とROM
195内に記憶されている各フロント部材の重量から求
めた空荷時の無負荷モーメント L:ブーム支点から荷重の重心位置への水平方向の距離 Wo:バケット7内が空荷である場合の荷重 つまり、圧力センサ27,28で検出したブームシリン
ダ8のボトム側圧力とロッド側圧力を元にブームシリン
ダモーメントM1求める。また、ブーム回転角度センサ
20とアーム回転角度センサ21の信号とROM195
に記憶されている積み荷姿勢でのバケット回転角度の推
定値を元に各フロント部材(ブーム5、アーム6、バケ
ット7)の水平方向重心位置の計算を行って、このフロ
ント部材の水平方向重心位置信号とROM195に記憶
されている各フロント部材の重量から空荷時の無負荷モ
ーメントMocを求める。更に、上記各フロント部材の
回転角度とROM195に記憶されている各フロント部
材の寸法を元にブーム支点から荷重の重心位置への水平
方向の距離Lを求める。
【0028】ここで、バケット7の積荷の荷重は、一般
には、W=(M1−Moc)/Lで求まる。しかし、こ
の荷重の計算において、バケット7内が空荷である場合
の荷重(以下、適宜からに荷重という)Wは0となるは
ずであるが、ブーム回転角度センサ20やアーム回転角
度センサ21やROM195に記憶したフロント重量等
の実際値からの誤差によりWが0とならない。従って、
この空荷時の0でない荷重Wを空荷荷重Woとして求
め、これを補正荷重として用い、荷重W=(M1−Mo
c)/L−Woのように補正することにより荷重を精度
よく計算することができる。
【0029】この荷重演算はタイマ193からの荷重表
示タイミング信号が入力される都度一定の間隔で行い、
求めた荷重Wは表示装置26の表示部36の荷重表示領
域37に表示される。この荷重の表示も荷重表示タイミ
ング信号の入力に応じて一定の間隔で更新される。
【0030】次に、荷重計測装置本体19の荷重補正値
教示プログラム195cの処理手順を図6に示すフロー
チャートを用いて説明する。この荷重補正値教示プログ
ラム195cは、バケット7が空荷のときの荷重を教示
して荷重計測装置本体19のRAM194に格納するた
めに実行される。
【0031】油圧ショベル1の運転室内のオペレータが
荷重補正値教示処理をするために荷重補正開始ボタン2
2を押すと、その信号S3は荷重計測装置本体19に人
力され、前述したように図2に示す荷重補正値教示プロ
グラム195cが起動され、表示装置26に荷重データ
信号S7を出力する。表示装置26は信号S7を入力す
ると、今までの表示部36の荷重表示領域37における
荷重の表示を消去し、荷重補正値教示処理で計算した空
荷荷重を表示できる状態にする。また、オペレータは、
荷重補正値教示処理に際して、図1に示すように、図示
していない操作レバーを操作してバケット7をトラック
15上の放土する位置に移動しバケット7の面を水平に
する。
【0032】一方、荷重補正値教示プログラム195c
が起動されると、図6に示すように、まず現在の補正荷
重(荷重補正値)Woを前回補正荷重としてRAM19
5に記憶する処理が行われる(ステップS1)。現在の
補正荷重Woとはエンジン始動後の最初の起動であれば
初期値であり、2回目以降の起動であれば今まで使用し
ていた補正荷重である。次いで、タイマ193より荷重
表示タイミング信号が入力されたかどうかを判断し(ス
テップS2)、荷重表示タイミング信号S193が入力
されるとステップS3へ移行し、入力されていないとス
テップS10へ移行する。ステップS3では、荷重計算
を行い、計算した荷重をRAM194の一領域である荷
重バッファ194aに保存するとともに、表示装置26
の表示部36の荷重表示領域37にその荷重を表示す
る。荷重計算方法は、荷重計測プログラム195bにお
ける上述した(1)式を用いた荷重計算と同じである。
また、この荷重演算もタイマ193からの荷重表示タイ
ミング信号が入力される都度一定の間隔で行われ、荷重
の表示も荷重表示タイミング信号の入力に応じて一定の
間隔で更新される。
【0033】次いで、このように荷重バッファ194a
に格納した全荷重データの最大値と最小値が一定範囲内
であるか判断される(ステップS4)。
【0034】ここで、荷重バッファ194aは一定の記
憶容量(例えば、荷重データ5サンプリング分の記憶容
量)を有し、計算した荷重はこの一定容量の記憶エリア
に順番に記憶され、記憶エリアの全てに荷重が記憶され
ると最初のエリアに戻り、その前に記憶したデータ上に
上書きして行く。荷重の計算は荷重表示タイミング信号
S193により一定時間(例えば0.6秒)毎に行われ
る。従って、荷重バッファ194aの全記憶エリアに荷
重が記憶された状態では、荷重バッファ194aの記憶
データは一定期間(記憶容量が5サンプリング分で0.
6秒毎に格納する場合は3秒)のサンプリングデータと
なり、ステップS4では、荷重バッファ194aに格納
した全荷重データの最大値と最小値が一定範囲内である
か判断することにより、その一定期間(3秒)のサンプ
リングデータの荷重の最大値と最小値が一定範囲内であ
るかどうかを判断できる。
【0035】そして、その荷重の最大値と最小値が一定
範囲内であると、表示装置26に荷重補正指示信号を出
力して荷重補正許可表示38を点灯し(ステップS
5)、荷重補正教示ボタン23が押されたか否かが判断
される(ステップS7)。荷重補正教示ボタン23が押
されると、荷重補正開始ボタン22が押されてから一定
期間(例えば3秒)以上経過しているか否かが判断され
(ステップS8)、一定期間以上絡過していると、荷重
補正教示ボタン23が押される直前の一定期間(例えば
2秒)の荷重データを荷重バッファ194aより読み込
んでその平均値を計算し、この平均値を現在の補正荷重
(荷重補正値)Woに加算して新たな補正荷重(荷重補
正値)Woを求め、RAM194に記憶する(ステップ
S9)。つまり、ステップS3で(1)式を用いて計算
した空荷状態の荷重は実際の空荷荷重との誤差であるた
め、(1)式で用いる現在の荷重補正値Woをその誤差
分だけ加算することで荷重補正値Woが補正される。
【0036】この後、タイマ193より次の荷重表示タ
イミング信号の入力があると(ステップS2)、ステッ
プS3でその新たな荷重補正値Woを用いて荷重計算を
行い、その荷重を荷重バッファ194aに保存し、かつ
表示装置26の表示部36の荷重表示領域37にその荷
重を表示する。このときの荷重の計算は、ステップS9
で求めた新たな荷重補正値Woを用いた計算であるた
め、荷重としては0が計算され表示される。このため、
オペレータは表示領域37に0の表示がされることで荷
重補正値教示が完了したことを知ることができる。
【0037】ステップS8で荷重補正開始ボタン22が
押されてから一定期間(例えば3秒)以上経過している
か否かを監視するのは、荷重バッファ194aに記憶し
たサンプリングデータが少なすぎる場合の演算精度の低
下を防止するためであり、一定期間以上経過していない
とステップS11に移行する。
【0038】ステップS7において、荷重補正教示ボタ
ン23が押されないと判断されると、ステップS10へ
移行する。ステップS4において、荷重バッファ194
a内の荷重の最大値と最小値が一定範囲内でないと判断
された場合も、表示装置26の荷重補正許可表示38を
消灯した後(ステップS6)、ステップS10へ移行す
る。
【0039】ステップSl0では、荷重補正終了ボタン
24が押されたか否かが判断され、荷重補正終了ボタン
24が押されると、荷重補正値教示プログラム195c
を終了する。荷重補正終了ボタン24が押されないと、
荷重教示取消しボタン25が押されたか否かが判断され
(ステップS11)、荷重教示取消しボタン25が押さ
れると、前回補正荷重を補正荷重Woとして記憶し(ス
テップS12)、荷重補正教示を終了する。荷重教示取
消しボタン25が押されないと、ステップS2へ戻り荷
重補正値教示処理が繰り返される。
【0040】図7に、荷重補正開始ボタン22が押され
てから荷重補正教示ボタン23が押され、補正荷重Wo
が記憶されるまでの荷重の変動と処理タイミングとの関
係をタイムチャートで示す。
【0041】荷重補正開始ボタン22が押された時刻t
0では、バケット7をトラック15上の放土する位置に
移動した直後であり、フロント作業機4の慣性で荷重は
大きく変動している。その後、時刻t1で最初の荷重表
示タイミング信号S193の入力があり、時刻t2で荷
重バッファ194aの全記憶エリアに荷重データが記憶
される。この時点では荷重の変動はまだ大きいので、荷
重バッファ194aに格納した全荷重データ(時刻t1
〜t2の一定期間A(例えば3秒)に記憶された荷重デ
ータ)の最大値と最小値は一定値ΔPの範囲内にない。
その後時間が経過し、時刻t4で荷重バッファ194a
に格納した全荷重データ(時刻t3〜t4の一定期間B
(=A)に記憶された荷重データ)の最大値と最小値が
一定値ΔPの範囲内になると、図6のステップS4の判
断が肯定される。その後、時刻t5で荷重補正教示ボタ
ン23が押されると、荷重補正開始ボタン22が押され
たt0の時点から一定期間C(=A)が経過しているの
で、荷重補正教示ボタン23が押される直前の一定期間
D(例えば2秒)の荷重が荷重バッファ194aから読
み込まれ、その平均値を用いて補正荷重Woを演算し、
RAM194に記憶される。
【0042】このように本実施の形態によれば、空荷状
態の荷重が安定しているときに計測した荷重で空荷状態
の荷重を求め、それを荷重補正値Woとして設定するの
で、従来技術のように、空荷状態の荷重が安定していな
いときに荷重補正値を設定することが無くなり、正確な
荷重補正値Woを設定することができ、その結果油圧シ
ョベルの荷重計測装置の荷重の計測精度を向上すること
ができる。
【0043】なお、上記実施の形態では、空荷状態の荷
重を荷重補正値としたが、荷重計算を行うときのパラメ
ータ(例えばブームシリンダのボトム側圧力或いはロッ
ド側圧力)や荷重計算に出現する計算値(例えばモーメ
ント)を荷重補正値としてもよい。
【0044】
【発明の効果】本発明によれば、荷重が安定していると
きに計測した荷重を用いて荷重補正値を設定するので、
正確な荷重補正値を設定することができ、油圧ショベル
の荷重計測装置の荷重の計測精度を向上することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係わる油圧ショベルの
外観と、その作業の一例としてトラックヘの放土作業を
示す図である。
【図2】本発明の一実施形態に係わる油圧ショベルの荷
重計測装置の機能ブロック図である。
【図3】荷重補正教示ボタンと荷重補正終了ボタンを備
えた操作レバーのグリップの外観を示す図である。
【図4】表示装置の操作パネルを示す図である。
【図5】荷重計測装置本体のスタートプログラムと荷重
計測プログラムと荷重補正値教示プログラムの起動を制
御する処理プログラムを示すフローチャートである。
【図6】荷重計測装置本体の荷重補正値教示プログラム
の処理手順を示すフローチャートである。
【図7】荷重補正開始ボタンが押されてから荷重補正教
示ボタンが押され、補正荷重が記憶されるまでの荷重の
変動を示すタイムチャートである。
【符号の説明】 1 油圧ショベル 2 下部走行体 3 上部旋回体 4 フロント作業機 5 ブーム 6 アーム 7 バケット 8 ブームシリンダ 9 アームシリンダ 10 バケットシリンダ 15 トラック 19 荷重計測装置本体 195a スタートプログラム 195b 荷重計測プログラム 195c 荷重補正値教示プログラム 20 ブーム回転角度センサ 21 アーム回転角度センサ 22 荷重補正開始ボタン 23 荷重補正教示ボタン 24 荷重補正終了ボタン 25 荷重補正取消しボタン 26 表示装置 30 操作レバー 31 グリップ 35 操作パネル 36 表示部 37 荷重表示領域 38 荷重補正可能表示
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古野 義紀 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 Fターム(参考) 2D003 AA01 AB07 BA02 DA04 DB01 EA00

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】空荷状態の荷重を荷重演算の荷重補正値と
    して用いる油圧ショベルの荷重計測装置において、 前記空荷状態の荷重が安定しているかどうかを判定する
    判定手段と、 前記空荷状態の荷重が安定していると判定されると、空
    荷状態の荷重が安定しているときに計測した荷重に基づ
    き前記荷重補正値を演算し設定する荷重補正値設定手段
    とを備えるたことを特徴とする油圧ショベルの荷重計測
    装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の油圧ショベルの荷重計測装
    置において、 前記判定手段は、サンプリングしている荷重情報が一定
    期間に一定範囲以内の変化を示しているときを空荷状態
    の荷重が安定していると判定することを特徴とする油圧
    ショベルの荷重計測装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の油圧ショベルの荷重計測装
    置において、 一定期間の荷重を記憶する記憶手段を更に備え、 前記荷重補正値設定手段は、前記空荷状態の荷重が安定
    しているときに前記記憶手段に記憶した荷重の平均値を
    演算し、この平均値に基づき前記荷重補正値を演算する
    ことを特徴とする油圧ショベルの荷重計測装置。
  4. 【請求項4】請求項1記載の油圧ショベルの荷重計測装
    置において、 前記空荷状態の荷重が安定していると判定されると、前
    記荷重補正値の設定が可能であることを知らせる表示手
    段を更に備えることを特徴とする油圧ショベルの荷重計
    測装置。
  5. 【請求項5】請求項4記載の油圧ショベルの荷重計測装
    置において、 オペレータにより操作され、前記荷重補正値の設定を指
    示する指示手段を更に備え、前記荷重補正値設定手段
    は、前記判定手段で空荷状態の荷重が安定していると判
    定されると、その後前記指示手段の指示があったときに
    前記荷重補正値を演算し設定することを特徴とする油圧
    ショベルの荷重計測装置。
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