JP2016105213A - Dynamic load evaluation device and system, and construction machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、油圧ショベル等の建設機械の構造材の負荷を評価する動的負荷評価装置及びシステム、並びに建設機械に関する。 The present invention relates to a dynamic load evaluation apparatus and system for evaluating a load of a structural material of a construction machine such as a hydraulic excavator, and a construction machine.
例えば、エンジン回転数、油圧ポンプの圧力、操作レバーによるパイロット操作圧、油圧シリンダ等のアクチュエータの負荷圧を検出し、これら検出情報に基づいて油圧ショベル等の建設機械の故障診断を行うシステムが知られている(特許文献1等参照)。 For example, a system that detects engine speed, hydraulic pump pressure, pilot operating pressure using an operating lever, load pressure of an actuator such as a hydraulic cylinder, and the like, and performs a fault diagnosis of a construction machine such as a hydraulic excavator based on the detected information. (See Patent Document 1, etc.).
しかしながら、従来の故障診断システムに用いられる各種情報は静的な負荷に関する量であり、これら情報から走行や掘削作業時の振動による構造材の動的な負荷を知ることはできない。振動負荷による構造材の疲労状態が分からなければ不測に構造材を損傷し得る。 However, various types of information used in conventional failure diagnosis systems are quantities related to static loads, and it is impossible to know the dynamic loads of structural materials due to vibrations during traveling and excavation work. If the fatigue state of the structural material due to the vibration load is not known, the structural material can be damaged unexpectedly.
本発明の目的は、建設機械の構造材の動的負荷を評価することができる動的負荷評価装置及びシステム、並びに建設機械を提供することにある。 The objective of this invention is providing the dynamic load evaluation apparatus and system which can evaluate the dynamic load of the structural material of a construction machine, and a construction machine.
上記目的を達成するために、第1の発明は、建設機械の構造材に設けた加速度計の信号を入力する入力部、前記加速度計の信号を演算処理する信号処理部、及び前記信号処理部の演算結果を出力する出力部を備え、前記信号処理部が、振動に起因して前記構造材にかかる負荷に相当する量である負荷相当量を前記加速度計の出力を基に演算する負荷演算部と、前記構造材について予め設定した許容累積負荷に前記負荷相当量の累積値が占める割合を前記構造材の疲労度として演算する疲労度演算部とを備えていることを特徴とする。 To achieve the above object, the first invention provides an input unit for inputting an accelerometer signal provided in a structural material of a construction machine, a signal processing unit for arithmetically processing the signal of the accelerometer, and the signal processing unit. A load calculation unit that calculates a load equivalent amount that is equivalent to a load applied to the structural material due to vibration based on an output of the accelerometer. And a fatigue level calculation unit that calculates a ratio of the cumulative value of the load equivalent amount to a preset allowable cumulative load for the structural material as a fatigue level of the structural material.
第2の発明は、第1の発明において、前記信号処理部が、前記許容累積負荷に前記負荷相当量の累積値が占める割合を基に前記構造材の残寿命を演算する残寿命演算部を備えていることを特徴とする。 According to a second aspect, in the first aspect, the signal processing unit includes a remaining life calculating unit that calculates a remaining life of the structural material based on a ratio of the accumulated value of the load equivalent amount to the allowable accumulated load. It is characterized by having.
第3の発明は、第1の発明において、前記信号処理部が、前記負荷演算部の演算結果を記憶する演算値記憶部と、前記演算値記憶部から読み出した演算結果を基に一定期間の負荷の時間分布を演算する時間分布演算部とを備えていることを特徴とする。 According to a third invention, in the first invention, the signal processing unit has a fixed period of time based on a calculation value storage unit that stores a calculation result of the load calculation unit and a calculation result read from the calculation value storage unit. And a time distribution calculation unit that calculates the time distribution of the load.
第4の発明は、第1−第3のいずれかの発明において、前記出力部の出力信号を基に前記信号処理装置の演算結果を出力する負荷情報提供装置を備えたことを特徴とする。 According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, a load information providing device that outputs a calculation result of the signal processing device based on an output signal of the output unit is provided.
第5の発明は、特定地域に配備された複数の建設機械にそれぞれ搭載した第1−3のいずれかの発明に係る動的負荷評価装置と、前記動的負荷評価装置の出力信号を基に前記複数の建設機械の構造材の負荷の前記特定地域における分布を演算し出力する管理装置とを備えていることを特徴とする。 A fifth invention is based on a dynamic load evaluation device according to any one of the first to third inventions respectively mounted on a plurality of construction machines deployed in a specific area, and an output signal of the dynamic load evaluation device. And a management device that calculates and outputs the distribution of the load of the structural material of the plurality of construction machines in the specific area.
第6の発明は、建設機械において、構造材に設けた加速度計、前記加速度計の信号を入力する入力部、前記加速度計の信号を演算処理する信号処理部、及び前記信号処理部の演算結果を出力する出力部を備え、前記信号処理部が、振動に起因して前記構造材にかかる負荷に相当する量である負荷相当量を前記加速度計の出力を基に演算する負荷演算部と、前記構造材について予め設定した許容累積負荷に前記負荷相当量の累積値が占める割合を前記構造材の疲労度として演算する疲労度演算部とを備えていることを特徴とする。 6th invention is the construction machine, the accelerometer provided in the structural material, the input unit for inputting the signal of the accelerometer, the signal processing unit for arithmetic processing of the signal of the accelerometer, and the calculation result of the signal processing unit A load calculation unit that calculates a load equivalent amount, which is an amount corresponding to a load applied to the structural material due to vibration, based on the output of the accelerometer, And a fatigue level calculating unit that calculates a ratio of the cumulative value of the load equivalent amount to a preset allowable cumulative load for the structural material as a fatigue level of the structural material.
第7の発明は、第6の発明において、走行体と、前記走行体の上部に旋回可能に設けた旋回体と、前記旋回体に設けた作業装置とを備え、前記加速度計が、前記旋回体のフレームの外周部に備えられていることを特徴とする。 A seventh invention is the sixth invention, comprising: a traveling body; a swiveling body provided on an upper portion of the traveling body; and a working device provided on the swiveling body, wherein the accelerometer includes the turning body. It is provided in the outer peripheral part of the body frame.
本発明によれば、建設機械の構造材の動的負荷を評価することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the dynamic load of the structural material of a construction machine can be evaluated.
本実施の形態に係る動的負荷評価装置は、建設機械における動的な負荷の評価対象部位につき、その付近の作業中の加速度を基に当該部位の負荷を評価するものである。ここで言う動的負荷とは、走行や掘削等の作業中に機体に加わる振動に起因して評価対象部位に発生する動的な応力をいう。 The dynamic load evaluation apparatus according to the present embodiment evaluates a load of a part of a dynamic load evaluation target part in a construction machine on the basis of acceleration during work in the vicinity thereof. The term “dynamic load” as used herein refers to a dynamic stress generated in the evaluation target part due to vibration applied to the airframe during operations such as traveling and excavation.
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1.建設機械
図1は本発明の一実施の形態に係る動的負荷評価装置を適用する建設機械の一例である油圧ショベルの側面図である。
1. Construction Machine FIG. 1 is a side view of a hydraulic excavator that is an example of a construction machine to which a dynamic load evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.
同図に示した油圧ショベル1は、走行移動するための走行体4、走行体4の上部に旋回可能に搭載した旋回体2、旋回体2の前部に俯仰動可能に設けた作業装置6を備えている。作業装置6は多関節型の掘削装置であり、旋回体2の支持構造体を形成する梯子状のフレーム(ベースフレーム)5の前部側に取付けられている。フレーム5には、旋回体2の旋回中心C(図4参照)を挟んで作業装置6の反対となる位置(後部)にカウンタウェイト3が設けてある。カウンタウェイト3は、作業装置6に荷重が加わった場合等に機体の転倒を防ぐために荷重とのバランスをとる錘である。
A hydraulic excavator 1 shown in FIG. 1 includes a traveling body 4 for traveling and traveling, a revolving
図2及び図3は旋回体2及びフレーム5の外観構成をそれぞれ表す斜視図、図4はフレーム5を模式的に表した平面図である。
2 and 3 are perspective views showing the external configuration of the revolving
これらの図から分かる通り、フレーム5には、カウンタウェイト3の他、燃料タンク7、作動油タンク8、運転室9、ラジエータユニット10等、建設機械の動作に必要な機器が搭載されている。
As can be seen from these drawings, in addition to the counterweight 3, the
ここで、油圧ショベル1は、走行や掘削の動作により衝撃が入力されると、カウンタウェイト3が錘となってフレーム5が振動し、フレーム5に搭載した機器に負荷(応力)が発生する。その際、フレーム5は旋回体2の旋回中心、すなわちフレーム5の旋回中心C(図4参照)を固定端とする片持ち梁のように振動する。この振動のモードの腹は主にフレーム5の外周部に位置し、フレーム5の外周部で振幅が大きな加速度が発生する。
Here, in the hydraulic excavator 1, when an impact is input by running or excavating operation, the
そこで、本実施の形態では、図4のようにフレーム5の外周部に加速度計11−13が設置してある。この例では、運転室9、燃料タンク7、作動油タンク8、ラジエータユニット10及びその付近の構造材を負荷評価対象としている。すなわち、運転室9付近の応力に同期した加速度が加速度計11で、ラジエータユニット10付近の応力に同期した加速度が加速度計12で、燃料タンク7や作動油タンク8の付近の応力に同期した加速度が加速度計13で、それぞれ検出される。
Therefore, in the present embodiment, an accelerometer 11-13 is installed on the outer periphery of the
2.動的負荷評価装置
図5は本実施の形態に係る動的負荷評価装置の概略構成を表すブロック図である。
2. Dynamic Load Evaluation Device FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of the dynamic load evaluation device according to the present embodiment.
同図に示した動的負荷評価装置100は、加速度計11−13の信号を入力する入力部20、入力部20を介して入力された加速度計11−13の信号を演算処理する信号処理部30、及び信号処理部30の演算結果を負荷情報提供装置50に出力する出力部40を備えている。動的負荷評価装置100は車体電源101により作動する。加速度計11−13及び負荷情報提供装置50、又はそのいずれか一方を含めて動的負荷評価装置100と扱うこともある。負荷情報提供装置50はオペレータ、サービスマン、機械管理者等に信号処理部30の演算結果を提供する装置であり、例えばLCDやLED等の表示出力装置の他、印刷装置、他の演算装置(パーソナルコンピュータ、サーバ等)を適用することができる。また、こうした視覚的な出力態様の装置に限らず、スピーカー等の音声出力装置、或いは記録媒体や記憶装置に情報を記録する記録装置等も負荷情報提供装置50の例である。また、負荷情報提供装置50は、運転室9の他、例えば製造元や販売元、サービス業者、ユーザ等に置かれた管理センター等にも設置され得る。
The dynamic
入力部20は、加速度計11−13の信号をA/D変換及び増幅して信号処理部30に出力するものである。出力装置40は負荷情報提供装置50に対して有線接続される場合の他、負荷情報提供装置50の態様によっては無線接続される場合もある。
The
信号処理部30は、加速度計11−13の付近の構造材の負荷を演算する負荷演算部31、負荷演算部31の演算結果から各種出力内容を演算する出力演算部32、各種情報を記憶する記憶部33を備えている。
The
負荷演算部31は、頻度処理部31a及び負荷換算部31bを備えている。頻度処理部31aは、加速度計11−13の信号を頻度処理する(後述)。負荷換算部31bは、振動に起因して加速度計11−13の付近の構造材にかかる負荷に相当する量である負荷相当量(後述)を頻度処理の結果を基に演算する(後述)。
The
記憶部33は、基準値記憶部33a、許容値記憶部33b及び演算値記憶部33c等の記憶領域を持っている。基準値記憶部33aには、油圧ショベル1の作業中(走行中や掘削作業中)に加速度計11−13の付近の構造材にかかる負荷の各基準値(共通の値でも良い)が記憶されている。基準値は、対象とする部位の構造材の材質、構造、機体における位置等を考慮して予め入力設定した値であって、油圧ショベル1の標準的な作業(設計時の想定)から設定した値である。許容値記憶部33bには、評価対象とする構造材について予め設定した許容累積負荷が記憶されている。許容累積負荷は、蓄積された負荷(後述する負荷相当量)がこの値に達すると破損し得る値、又は破損し得る値に対して余裕を考慮して設定した値であり、予め入力設定した値である。例えば、設計時に想定した使用時間だけ油圧ショベル1を標準的な使用条件(設定)で稼働させた場合の各部の構造材の負荷相当量(後述)の累積値を求めておき、これを許容累積負荷として設定することができる。演算値記憶部33cには、負荷演算部31や出力演算部32の各種演算結果が記憶される。
The
出力演算部32は、疲労度演算部32a、残寿命演算部32b及び時間分布演算部32c等の演算領域を含んでいる。疲労度演算部32aは、許容累積負荷に負荷相当量(後述)の累積値が占める割合を加速度計11−13の付近の構造材の疲労度、換言すれば、許容累積負荷を上限として負荷相当量がどこまで蓄積されているかの指標として演算する(後述)。残寿命演算部32bは、許容累積負荷に負荷相当量の累積値が占める前述の割合を基に加速度計11−13の付近の構造材のそれぞれの残寿命を演算する(後述)。前述した許容累積負荷の値を構造材が破損し得る値として設定した場合には、ここで言う残寿命は破損に至るまでの目安の期間を指すことになる。時間分布演算部32cは、演算値記憶部33cから負荷演算部31の所定期間(一定期間でも指定期間でも良い)の演算結果を読み出し、読み出した演算結果を基に所定期間の負荷の時間分布(時系列的な負荷変化)を演算する(後述)。
The
3.演算出力動作
(1)負荷演算部31
一般に構造材の負荷を表す損傷は次の式(1)で表される。
3. Calculation output operation (1)
In general, the damage representing the load of the structural material is expressed by the following equation (1).
損傷=K×σα×Nf ・・・(1)
K:定数、σ:応力、Nf:繰り返し数、α:指数である。
Damage = K × σ α × N f (1)
K: constant, σ: stress, N f : number of repetitions, α: exponent.
複数振幅の振動を受ける場合は、それらの損傷を次の式(2)のように足し合わせて累積損傷が求められる。 When receiving vibrations of multiple amplitudes, cumulative damage is obtained by adding those damages as shown in the following equation (2).
累積損傷=Σ(K×σi α×Ni) ・・・(2)
K:定数、σi:応力振幅、Ni:応力振幅σiの繰り返し数、α:指数である。
Cumulative damage = Σ (K × σ i α × N i ) (2)
K: constant, σ i : stress amplitude, N i : number of repetitions of stress amplitude σ i , α: exponent.
損傷を破損までの繰り返し数で割り、全ての振幅に渡って足し合わせたものを累積損傷度という。応力と加速度は線形の系では置換できるので、本例では次の式(3)で求める量を構造材にかかる負荷(応力)に相当する量(以下、負荷相当量という)として用いる。 The damage is divided by the number of repetitions until breakage, and the sum of all the amplitudes is called cumulative damage. Since stress and acceleration can be replaced in a linear system, in this example, the amount obtained by the following equation (3) is used as an amount corresponding to a load (stress) applied to the structural material (hereinafter referred to as a load equivalent amount).
負荷相当量D=Σ(K2×ai α×Ni) ・・・(3)
ここで、K2:定数、ai:加速度振幅、Ni:繰り返し数、α:指数である。応力と加速度は周波数特性が異なるが、応力の発生要因である変形モードを表す加速度を用いると(振動モードの腹となる位置(フレーム5の外周部等)では)、応力の累積損傷度と負荷相当量Dが図6のような比例関係になる。前述したように、加速度センサ11−13はこのような応力の累積損傷度と高い相関が得られる位置に設置してあるので、これら測定点でセンシングされる加速度を基に指標を演算することで、応力累積損傷度に相当する値を得ることができる。このような原理により負荷演算部31では負荷相当量Dが演算される。
Load equivalent amount D = Σ (K2 × a i α × N i ) (3)
Here, K2 is a constant, a i is the acceleration amplitude, N i is the number of repetitions, and α is an exponent. Stress and acceleration have different frequency characteristics, but if acceleration representing the deformation mode that is the cause of stress is used (at the position where the antinode of vibration mode is located (such as the outer periphery of the frame 5)), the cumulative damage degree of stress and load The considerable amount D has a proportional relationship as shown in FIG. As described above, since the acceleration sensor 11-13 is installed at a position having a high correlation with the cumulative damage degree of such stress, the index is calculated based on the acceleration sensed at these measurement points. A value corresponding to the stress cumulative damage degree can be obtained. Based on this principle, the
具体的には、負荷演算部31において、頻度処理部31aでは、入力部20を介して入力されてくる加速度計11−13の信号が、一定期間毎に例えばレインフロー法によって頻度処理され、図7に示したような時系列データから発生振幅と回数のデータに変換される。そして、負荷換算部31bでは、頻度処理部31aで演算された頻度データを基に上式から負荷相当量Dが演算される。
Specifically, in the
(2)疲労度演算部32a
負荷演算装置31では負荷相当量Dが逐次演算され、負荷演算装置31による演算結果は時刻データとともに演算値記憶部33cに記憶され蓄積されていく。負荷相当量Dは油圧ショベル1の動作に応じて時々刻々と変化する値である。疲労度演算部32aでは、所定の時間間隔で演算値記憶部33cから負荷相当量Dのデータを読み出し、現在までの負荷相当量Dの累積値DTOT、及び稼働時間の累積値を演算し、これら演算結果を演算値記憶部33cに記録する。
(2) Fatigue
The
また、演算した累積値を基に、次の式(4)のように構造材の疲労度を演算する。 Further, based on the calculated accumulated value, the fatigue level of the structural material is calculated as in the following formula (4).
疲労度=DTOT/DST ・・・(4)
DST:標準的な使用条件で設計時に想定した時間だけ使用した場合の対象材の累積負荷相当量、すなわち前述した許容累積負荷であり、許容値記憶部33bから読み出した値である。標準的な使用条件も設計時の想定である。
Fatigue degree = D TOT / D ST (4)
D ST : The cumulative load equivalent amount of the target material when used for the time assumed at the time of design under standard use conditions, that is, the allowable cumulative load described above, and is a value read from the allowable
上の式(4)から分かる通り、疲労度は、許容累積負荷に占める累積負荷の割合である。疲労度演算部32aは、逐次疲労度を演算し、演算した疲労度の値を演算値記憶部33cに記録するとともに、出力部40を介して負荷情報提供装置50に出力する。負荷情報提供装置50に出力するタイミングは、逐次でも良いしオペレータ等によって負荷情報提供装置50の操作部で要求されたときでも良い。これにより、運転者、サービスマン、機械管理者等に疲労度が報知される。
As can be seen from the above equation (4), the degree of fatigue is the ratio of the cumulative load to the allowable cumulative load. The fatigue
・出力例
図8は負荷情報提供装置50の疲労度の出力例を表した図である。
Output Example FIG. 8 is a diagram showing an output example of the fatigue level of the load
同図では、負荷情報提供装置50として例えば運転室9の内部に設置したモニタに疲労度を表示した例を表している。この例は加速度計の位置毎にその付近の構造材の疲労度の評価結果を棒グラフ形式で表示した例であり、許容累積負荷に対して現在どの程度まで各部の累積負荷が蓄積されているのかが視覚的に把握できるようにしてある。
In the figure, an example in which the degree of fatigue is displayed on a monitor installed inside the
なお、同図中の位置A−Cは、例えば図4に示した加速度計11,13,12の位置をそれぞれ指している。位置Dは、例えば車体の左右方向における加速度計12の対称部である。すなわち、車体右側におけるラジエータユニット10の付近の構造材の疲労度を評価対象に加え、加速度計を位置Dに追加した例である。このように加速度計の位置や個数は図4の態様に限定されず、好ましくはフレーム5の外周部に少なくとも1つ設けてあれば良く、位置も評価対象部位によって適宜変更することができる。また、ここでは位置A−Dという表記にしているが、具体的に「運転席付近」「オイルタンク付近」「ラジエータユニット(左)付近」等と評価対象部位の名称を表記しても良い。また、前述したように、出力態様はこの例に限定されず種々変更可能である。同図に例示した表示で言えば、位置Aの付近で負荷が最も蓄積されていて、位置Aの周辺に配されている機器の点検、メンテナンスが優先される等の判断ができる。
In addition, position AC in the figure has each pointed out the position of the
(3)残寿命演算部32b
残寿命演算部32bは、累積負荷を基に各部の構造材の残寿命を演算し、その演算結果を演算値記憶部33cに記録するとともに、逐次又は要求に応じて出力部40を介して負荷情報提供装置50に演算結果を出力する。累積負荷は、疲労度演算部32aと同様に負荷演算部31で演算された負荷相当値を演算値記憶部33cから読み出して演算しても良いが、この例では、例えば疲労度演算部32aで演算された累積負荷の値を演算値記憶部33cから読み出すこととする。残寿命演算部32bは、読み出した累積負荷を下の式(5)によって残寿命Tpreに換算する。ここで演算する残寿命Tpreは、破損又は所定の損傷度に至るまでの予測時間とする。
(3) Remaining
The remaining
Tpre=Tlife×{(DTOT×Tlife)/(Dst×T)}1/α (5)
ここで、Tlife:対象とする構造材について設計時に想定した当該構造材の使用時間、T:対象とする構造材の累積運転時間(計測時間)である。構造材の累積運転時間は、構造材が油圧ショベル1に組み入れられてからの累積時間ではなく、そのうちの油圧ショベル1の運転時間である。なお、式(5)は残寿命を評価する演算式の一例であり、例えば許容累積負荷と現在の累積負荷相当量の差分をとって、ここまでの負荷相当量の平均の累積ペース(又は予め設定した標準ペース)でその後負荷相当量が蓄積された場合に許容累積負荷に達するまでに要する時間を演算する式としても良い。
T pre = T life × {(D TOT × T life ) / (D st × T)} 1 / α (5)
Here, Tlife is the usage time of the structural material assumed at the time of designing the target structural material, and T is the cumulative operation time (measurement time) of the target structural material. The cumulative operation time of the structural material is not the cumulative time since the structural material is incorporated into the hydraulic excavator 1, but the operation time of the hydraulic excavator 1 out of the cumulative time. Equation (5) is an example of an arithmetic expression for evaluating the remaining life. For example, the difference between the allowable accumulated load and the current accumulated load equivalent amount is taken, and the average accumulated pace of the load equivalent amount so far (or in advance) It may be an equation for calculating the time required to reach the allowable accumulated load when the load equivalent amount is accumulated at the set standard pace).
残寿命の出力態様は特に図示していないが、オペレータ等が知ることができる態様であれば良い。例えば文字(表示・印刷等)や音声等で残寿命を報知することとしても良いし、併せて視覚的に把握し易い図表等を出力(表示・印刷等)するようにしても良い。 Although the output mode of the remaining life is not particularly illustrated, any mode that can be known by an operator or the like may be used. For example, the remaining life may be notified by text (display / printing), voice, or the like, and a chart or the like that can be easily grasped visually may be output (display / printing).
(4)時間分布演算部32c
時間分布演算部32cは、負荷情報提供装置50からの要求に応じて一定期間(例えば1日)の負荷相当量を演算値記憶部33cから読み出し、その時系列データを負荷相当量の時間分布データとして出力部40を介して負荷情報提供装置50に出力する。また、基準値記憶部33aから基準値を読み出し、各時間の負荷相当量の基準値に対する大小関係を求める。
(4) Time
In response to a request from the load
・出力例
図9は負荷情報提供装置50の負荷相当量の時間分布の出力例を表した図である。
Output Example FIG. 9 is a diagram showing an output example of the time distribution of the load equivalent amount of the load
同図では、例えばモニタに負荷相当量の経時的変化を視覚的に棒グラフで表示した場合を例示している。また、この例では、併せて基準値を表すラインをグラフに重ねて表示していて、作業負荷の高かった時間帯すなわち負荷相当量が基準値を超えた時間帯が視覚的に分かるようにしてある。 In the figure, for example, a case where a change over time in the load equivalent amount is visually displayed as a bar graph on a monitor is illustrated. In addition, in this example, a line representing the reference value is also displayed superimposed on the graph so that the time zone when the workload is high, that is, the time zone when the load equivalent amount exceeds the reference value, can be visually recognized. is there.
4.効果
(1)疲労度の評価
本実施の形態によれば、上記の通り加速度計11−13の信号を基に負荷相当量を演算することにより、油圧ショベル1の走行や掘削作業時の振動による構造材の動的な負荷に基づく対象部位の構造材の疲労度を評価することができる。振動負荷による構造材の疲労状態を適正に評価することができるので、例えば修理が必要となる時期の予測、顧客への修理の提案、交換用部品の在庫管理等に役立つ。このように効率良くメンテナンスすることができるので、構造材の損傷を未然に防止することができ、油圧ショベル1の不測の故障を抑制することができる。
4). Effects (1) Evaluation of Fatigue Level According to the present embodiment, as described above, the load equivalent amount is calculated based on the signal of the accelerometer 11-13, thereby causing vibrations during traveling of the hydraulic excavator 1 and excavation work. The degree of fatigue of the structural material at the target site based on the dynamic load of the structural material can be evaluated. Since the fatigue state of the structural material due to the vibration load can be properly evaluated, it is useful for, for example, predicting when repairs are necessary, suggesting repairs to customers, managing inventory of replacement parts, and the like. Since maintenance can be performed efficiently in this way, damage to the structural material can be prevented in advance, and unexpected failures of the hydraulic excavator 1 can be suppressed.
(2)残寿命の評価
本実施の形態では、疲労度の評価委加えて残寿命の予測値を演算することができる。現状把握に要する疲労度に加え、許容累積負荷に達するまでに残された具体的な時間を推定することで、サービスマンが修理時期を容易に見積もることができ、効率的な交換部品の準備等が可能になる。
(2) Evaluation of remaining life In this Embodiment, the estimated value of remaining life can be calculated in addition to the evaluation of fatigue level. In addition to the degree of fatigue required for grasping the current situation, by estimating the specific time remaining until the allowable cumulative load is reached, service personnel can easily estimate the repair time, and efficient replacement parts preparation, etc. Is possible.
(3)負荷の時間分布の表示
図9に示したように負荷の時間分布を表示、記録等することができるので、これを作業日報として作業の負荷を定量的に把握することができる。また、基準値との比較により、例えば高負荷作業が頻繁に生じていることが判明した場合、作業に対する機種の適正を見直すことができ、顧客に対してサービスマン等が機種の交換を提案すること等ができる。
(3) Display of load time distribution Since the load time distribution can be displayed and recorded as shown in FIG. 9, it is possible to quantitatively grasp the work load using this as a daily work report. In addition, if it is found by comparison with the reference value that, for example, high-load work is frequently occurring, the appropriateness of the model for the work can be reviewed, and a service person etc. proposes replacement of the model to the customer Can do so.
5.動的負荷評価システム
図10は上記の動的負荷評価装置100で構成した動的負荷評価システムの一構成例を表した模式図である。
5. Dynamic Load Evaluation System FIG. 10 is a schematic diagram showing a configuration example of the dynamic load evaluation system configured by the dynamic
同図に示したシステムは、管理装置200及び複数の油圧ショベル1を備えている。各油圧ショベル1は前述したように動的負荷評価装置100を搭載している。管理装置200は、先に図8や図9に示したような表示を含めて個々の油圧ショベル1について動的負荷評価装置100の出力信号を適宜の経路で取得し、例えばそのモニタ201等の出力装置を通じて管理者等に情報を提供することができる。油圧ショベル1から管理装置200への情報送信経路は、例えば有線又は無線によるネットワーク、衛星通信の他、記録媒体を媒介した経路も考えられる。本構成例では、このように複数の油圧ショベル1についての大規模な情報を管理装置200で一括して集約的に扱う。
The system shown in the figure includes a
また、複数の油圧ショベル1の動的負荷評価装置100の情報を集約的に管理することで、次のようなことも可能である。例えば、複数の地域にそれぞれ複数配置された油圧ショベル1からの負荷情報を取得することで、この情報を基に特定の地域(狭義には特定の現場を含む)で稼働する各油圧ショベル1について対象部位の構造材の負荷の分布を演算し、例えば図10のように出力することができる。同図の例では、地域Aで稼働する油圧ショベル1の負荷レベルに比べて、地域Bで稼働する油圧ショベル1、更には地域Cで稼働する油圧ショベル1の負荷レベルが高いことが分かる。また、地域A,Bで稼働する油圧ショベル1に比べて、地域Cで稼働する油圧ショベル1は機体によって負荷レベルの差が大きいことが分かる。これら情報は、管理サーバ200にアクセスしてサービスマン等がダウンロードすることができる。また、予め油圧ショベル1を使用する顧客、その業種等の情報を入力しておくことで、顧客別、業種別の分布を知ることもできる。
In addition, the following is also possible by collectively managing information of the dynamic
この例によれば、負荷の大きな地域や顧客、業種に対して、手厚いサービスを提供することができ、サービスの適正化に貢献し得る。 According to this example, a profound service can be provided to a heavily loaded region, customer, and industry, which can contribute to the optimization of the service.
また、管理装置200で取得された負荷情報を有線又は無線のネットワーク経由でサービスマンの携帯する端末等からダウンロードできるようにすれば、油圧ショベル1についてその負荷状態を現場で即座に把握することができ、サービス提供の柔軟性にも寄与し得る。
If the load information acquired by the
6.その他
上記実施の形態では、動的負荷評価装置100に残寿命演算部32bや時間分布演算部32cを設けて構造材の残寿命や負荷の時間分布等の情報を取得できるように構成したが、本発明の本質は動的負荷に起因する疲労度を評価することにある。したがって、残寿命演算部32bや時間分布演算部32c等の更なる情報を取得する回路については適宜省略可能である。
6). Others In the embodiment described above, the dynamic
また、フレーム5における負荷の評価対象機器を搭載した部分の外周部に加速度計を搭載することが望ましいが、外周部でなくても振動のモードの腹となる部分が他に存在すればそこに加速度計を設置することができる。振動のモードの腹の付近にない機器の負荷情報を取得したい場合等においては、振動のモードの腹から離れた場所であっても加速度計を設置することはできる。このような場合、応力の損傷度と負荷相当量の関係を線形とせず、先に図6に示したような曲線を想定して換算式を立てれば良い。また、加速度計の設置位置はフレーム5にも限定されず、評価対象によって油圧ショベル1の適宜の位置、例えば、走行体4を構成するトラックフレーム等の支持構造体や、作業装置6を構成するブーム6やアーム等の構造体等に設置され得る。
In addition, it is desirable to mount an accelerometer on the outer periphery of the portion of the
また、上記実施の形態では、油圧ショベル1に本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明は、例えばホイールローダを含む他の種類の作業機械にも適用可能であり、同様の効果を奏することができる。 In the above embodiment, the case where the present invention is applied to the hydraulic excavator 1 has been described as an example. However, the present invention is also applicable to other types of work machines including a wheel loader, for example. The effect of can be produced.
1 油圧ショベル(建設機械)
3 旋回体
4 走行体
5 フレーム(構造材)
6 作業装置
11−13 加速度計
20 入力部
30 信号処理部
31 負荷演算部
32a 疲労度演算部
32b 残寿命演算部
32c 時間分布演算部
33c 演算値記憶部
40 出力部
50 負荷情報提供装置
100 動的負荷評価装置
200 管理装置
D 負荷相当量
1 Excavator (construction machine)
3 Revolving body 4
6 Work device 11-13
Claims (7)
前記加速度計の信号を演算処理する信号処理部、及び
前記信号処理部の演算結果を出力する出力部を備え、
前記信号処理部が、
振動に起因して前記構造材にかかる負荷に相当する量である負荷相当量を前記加速度計の出力を基に演算する負荷演算部と、
前記構造材について予め設定した許容累積負荷に前記負荷相当量の累積値が占める割合を前記構造材の疲労度として演算する疲労度演算部と
を備えていることを特徴とする動的負荷評価装置。 An input unit for inputting accelerometer signals provided on the construction material of the construction machine,
A signal processing unit that performs arithmetic processing on the signal of the accelerometer, and an output unit that outputs a calculation result of the signal processing unit,
The signal processing unit is
A load calculation unit that calculates a load equivalent amount that is an amount corresponding to a load applied to the structural material due to vibration based on the output of the accelerometer;
A dynamic load evaluation device, comprising: a fatigue degree calculation unit that calculates a ratio of a cumulative value of the load equivalent amount to a preset allowable cumulative load for the structural material as a fatigue degree of the structural material .
前記信号処理部が、
前記負荷演算部の演算結果を記憶する演算値記憶部と、
前記演算値記憶部から読み出した演算結果を基に一定期間の負荷の時間分布を演算する時間分布演算部と
を備えていることを特徴とする動的負荷評価装置。 The dynamic load evaluation apparatus according to claim 1,
The signal processing unit is
A calculation value storage unit for storing a calculation result of the load calculation unit;
A dynamic load evaluation apparatus comprising: a time distribution calculation unit that calculates a time distribution of a load for a certain period based on a calculation result read from the calculation value storage unit.
前記動的負荷評価装置の出力信号を基に前記複数の建設機械の構造材の負荷の前記特定地域における分布を演算し出力する管理装置と
を備えていることを特徴とする動的負荷評価システム。 The dynamic load evaluation device according to any one of claims 1 to 3, which is mounted on each of a plurality of construction machines deployed in a specific area,
A dynamic load evaluation system comprising: a management device that calculates and outputs a distribution of loads of structural materials of the plurality of construction machines in the specific area based on an output signal of the dynamic load evaluation device .
構造材に設けた加速度計、
前記加速度計の信号を入力する入力部、
前記加速度計の信号を演算処理する信号処理部、及び
前記信号処理部の演算結果を出力する出力部を備え、
前記信号処理部が、
振動に起因して前記構造材にかかる負荷に相当する量である負荷相当量を前記加速度計の出力を基に演算する負荷演算部と、
前記構造材について予め設定した許容累積負荷に前記負荷相当量の累積値が占める割合を前記構造材の疲労度として演算する疲労度演算部と
を備えていることを特徴とする建設機械。 In construction machinery
An accelerometer on the structural material,
An input unit for inputting a signal of the accelerometer;
A signal processing unit that performs arithmetic processing on the signal of the accelerometer, and an output unit that outputs a calculation result of the signal processing unit,
The signal processing unit is
A load calculation unit that calculates a load equivalent amount that is an amount corresponding to a load applied to the structural material due to vibration based on the output of the accelerometer;
A construction machine, comprising: a fatigue degree calculation unit that calculates a ratio of the accumulated value of the load equivalent amount to a preset allowable cumulative load for the structural material as a fatigue degree of the structural material.
走行体と、
前記走行体の上部に旋回可能に設けた旋回体と、
前記旋回体に設けた作業装置とを備え、
前記加速度計が、前記旋回体のフレームの外周部に備えられていることを特徴とする建設機械。 The construction machine according to claim 6,
A traveling body,
A swivel body provided on the top of the traveling body so as to be turnable;
A working device provided on the swivel body,
A construction machine, wherein the accelerometer is provided on an outer periphery of a frame of the revolving structure.
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