JP2018115453A - Shovel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アタッチメントを備えたショベルに関する。 The present invention relates to an excavator provided with an attachment.
歪みゲージを用いてアタッチメントに加わる応力を検出し、アタッチメントの疲労寿命を算出し、その疲労寿命に基づいてアタッチメントのメンテナンスを促すショベル管理装置が知られている(特許文献1参照。)。 There is known an excavator management device that detects a stress applied to an attachment using a strain gauge, calculates a fatigue life of the attachment, and promotes maintenance of the attachment based on the fatigue life (see Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1のショベル管理装置は、あくまで疲労寿命を推定するのみである。そのため、不適切なタイミングでアタッチメントのメンテナンスを促してしまうおそれがあり、アタッチメントの交換時期を正確に通知するという点で改善の余地がある。
However, the excavator management device of
上述に鑑み、アタッチメントの交換時期をより正確に通知できるショベルを提供することが望まれる。 In view of the above, it is desirable to provide an excavator that can more accurately notify the attachment replacement time.
本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、前記アタッチメントを構成する作業要素と、前記作業要素の内部に配置されるクラックセンサと、を有する。 An excavator according to an embodiment of the present invention includes a lower traveling body, an upper swing body mounted on the lower traveling body, an attachment attached to the upper swing body, a work element constituting the attachment, and the work element. And a crack sensor disposed inside.
上述の手段により、アタッチメントの交換時期をより正確に通知できるショベルが提供される。 The above-described means provides a shovel capable of more accurately notifying the attachment replacement time.
最初に、図1を参照し、本発明の実施例に係る建設機械としてのショベル(掘削機)50について説明する。図1は、本実施例に係るショベルの側面図である。ショベル50の下部走行体1には、旋回機構2を介して上部旋回体3が搭載される。上部旋回体3には、ブーム4が取り付けられる。ブーム4の先端にはアーム5が取り付けられ、アーム5の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット6が取り付けられる。
First, an
アタッチメントの一例である掘削アタッチメントを構成する作業要素としてのブーム4、アーム5、及びバケット6は、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9によりそれぞれ油圧駆動される。
The
ブーム4にはブーム角度センサS1が取り付けられ、アーム5にはアーム角度センサS2が取り付けられ、バケット6にはバケット角度センサS3が取り付けられている。ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、及びバケット角度センサS3を集合的に「姿勢センサ」と称する。
A boom angle sensor S1 is attached to the
ブーム角度センサS1は、ブーム4の回動角度を検出する。ブーム角度センサS1は、例えば、水平面に対するブーム4の傾斜を検出することで上部旋回体3に対するブーム4の回動角度を検出する加速度センサである。
The boom angle sensor S1 detects the rotation angle of the
アーム角度センサS2は、アーム5の回動角度を検出する。アーム角度センサS2は、例えば、水平面に対するアーム5の傾斜を検出することでブーム4に対するアーム5の回動角度を検出する加速度センサである。
The arm angle sensor S2 detects the rotation angle of the
バケット角度センサS3は、バケット6の回動角度を検出する。バケット角度センサS3は、例えば、水平面に対するバケット6の傾斜を検出することでアーム5に対するバケット6の回動角度を検出する加速度センサである。
The bucket angle sensor S3 detects the rotation angle of the
ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、及びバケット角度センサS3は、可変抵抗器を利用したポテンショメータ、対応する油圧シリンダのストローク量を検出するストロークセンサ、連結ピン回りの回動角度を検出するロータリエンコーダ、アタッチメントの内部に取り付けられた歪みゲージ等であってもよい。 The boom angle sensor S1, the arm angle sensor S2, and the bucket angle sensor S3 are a potentiometer using a variable resistor, a stroke sensor that detects a stroke amount of a corresponding hydraulic cylinder, and a rotary encoder that detects a rotation angle around a connecting pin. Also, a strain gauge or the like attached to the inside of the attachment may be used.
歪みセンサS4は、アタッチメントの歪みを検出する。本実施例では、歪みセンサS4はブーム4の内部に取り付けられてブーム4の伸張又は圧縮による歪みを検出する1軸歪みゲージである。但し、歪みセンサS4は、3軸歪みゲージであってもよく、アタッチメントの内部の複数箇所に取り付けられる複数の1軸歪みゲージであってもよく、複数の3軸歪みゲージであってもよく、1又は複数の1軸歪みゲージと1又は複数の3軸歪みゲージの組み合わせであってもよい。また、歪みセンサS4はブーム4の外面に取り付けられていてもよく、省略されてもよい。
The distortion sensor S4 detects the distortion of the attachment. In the present embodiment, the strain sensor S4 is a uniaxial strain gauge that is attached to the inside of the
上部旋回体3には、キャビン10が設けられ、エンジン11等の動力源及び車体傾斜センサS5が搭載される。キャビン10内には、コントローラ30、入力装置D1、音声出力装置D2、表示装置D3、記憶装置D4、及びエンジンコントローラD6が設けられ、キャビン10の外には通信装置D5が設けられている。
The
車体傾斜センサS5は、ショベル50の車体の傾斜角度を検出する。本実施例では、車体傾斜センサS5は、水平面に対する車体の傾斜角度を検出する加速度センサである。車体の傾斜角度は、例えば、ブーム4の左右の面のそれぞれの内側に取り付けられた歪みゲージの出力から導き出されてもよい。この場合、車体傾斜センサS5としての加速度センサの出力と歪みゲージの出力とを組み合わせることで上下左右の車体の傾斜角度を算出することができる。
The vehicle body inclination sensor S5 detects the inclination angle of the vehicle body of the
クラックセンサS6は、アタッチメントを構成する作業要素の表面に発生するクラック(亀裂)を検出する。作業要素の表面は内側表面及び外側表面を含む。クラックの検出は、クラックの発生の有無、クラックの長さ、クラックの進展速度等を含む。 The crack sensor S6 detects a crack (crack) generated on the surface of the work element constituting the attachment. The surface of the working element includes an inner surface and an outer surface. The detection of the crack includes the presence / absence of the occurrence of a crack, the length of the crack, the progress rate of the crack and the like.
図2は、クラックセンサS6の一例を示す平面図である。図2の例では、クラックセンサS6は、端子Aと端子Bを繋ぐ多数のグリッド線GLで構成されたクラックゲージであり、作業要素の表面に貼り付けられている。図に示すように、+Y方向に延びるクラックCRがクラックセンサS6に達すると、最も左側(−Y側)にあるグリッド線GLが断線する。その結果、端子間の抵抗値が増大する。クラックセンサS6は、この端子間の抵抗値を検出する。例えば、クラックセンサS6は、グリッド線GLの断線が発生していないときの初期抵抗値よりも抵抗値が大きくなった場合にクラックCRが発生したことを表す信号(クラック発生信号)を外部に出力する。抵抗値そのものを外部に出力してもよい。クラックCRが+Y方向に進展するにつれてグリッド線GLは−Y側から順に断線する。そして、断線したグリッド線の数が大きくなるにつれて端子間の抵抗値は増大する。クラックセンサS6は、抵抗値に基づいてクラックCRの長さを導き出し且つ出力してもよく、抵抗値の時間的変化に基づいてクラックCRの進展速度を導き出し且つ出力してもよい。本実施例では、クラックセンサS6は、ブーム4の内部空間で内側表面に貼り付けられている。クラックセンサS6の配置の詳細については後述する。
FIG. 2 is a plan view showing an example of the crack sensor S6. In the example of FIG. 2, the crack sensor S <b> 6 is a crack gauge composed of a number of grid lines GL that connect the terminals A and B, and is attached to the surface of the work element. As shown in the drawing, when the crack CR extending in the + Y direction reaches the crack sensor S6, the grid line GL on the leftmost side (−Y side) is disconnected. As a result, the resistance value between the terminals increases. The crack sensor S6 detects the resistance value between the terminals. For example, the crack sensor S6 outputs a signal (crack generation signal) indicating that a crack CR has occurred when the resistance value is larger than the initial resistance value when the grid line GL is not disconnected to the outside. To do. The resistance value itself may be output to the outside. As the crack CR progresses in the + Y direction, the grid line GL is disconnected in order from the -Y side. The resistance value between the terminals increases as the number of disconnected grid lines increases. The crack sensor S6 may derive and output the length of the crack CR based on the resistance value, and may derive and output the progress rate of the crack CR based on the temporal change of the resistance value. In the present embodiment, the crack sensor S6 is affixed to the inner surface in the interior space of the
クラックセンサS6は、画像センサであってもよい。この場合、クラックセンサS6は、照明装置を備え、所定時間間隔で作業要素の表面を照らしてその表面の画像を撮像し、撮像した画像を外部に出力する。所定の画像処理を実行してクラックを検出した場合にその検出結果を外部に出力してもよい。 The crack sensor S6 may be an image sensor. In this case, the crack sensor S6 includes an illumination device, illuminates the surface of the work element at predetermined time intervals, captures an image of the surface, and outputs the captured image to the outside. When a crack is detected by executing predetermined image processing, the detection result may be output to the outside.
コントローラ30は、ショベル50の駆動制御を行う主制御部として機能する制御装置である。コントローラ30は、CPU及び内部メモリを含む演算処理装置で構成されている。コントローラ30の各種機能は、CPUが内部メモリに格納されているプログラムを実行することで実現される。
The
入力装置D1は、ショベル50の操作者がコントローラ30に各種情報を入力するための装置である。入力装置D1は、例えば、表示装置D3の表面に設けられるメンブレンスイッチを含む。また、入力装置D1は、タッチパネル等であってもよい。
The input device D1 is a device for the operator of the
音声出力装置D2は、コントローラ30からの指令に応じて各種音声情報を出力する。音声出力装置D2は、例えば、コントローラ30に接続される車載スピーカである。また、音声出力装置D2は、ブザー等の警報器であってもよい。
The audio output device D <b> 2 outputs various audio information in response to commands from the
表示装置D3は、コントローラ30からの指令に応じて各種情報を含む画面を表示する。表示装置D3は、例えば、コントローラ30に接続される車載液晶ディスプレイである。
The display device D3 displays a screen including various types of information in response to a command from the
記憶装置D4は、各種情報を記憶するための装置である。記憶装置D4は、例えば、半導体メモリ等の不揮発性記憶媒体である。本実施例では、記憶装置D4は、ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3、歪みセンサS4、車体傾斜センサS5、クラックセンサS6等の検出値、コントローラ30の出力値等を記憶する。
The storage device D4 is a device for storing various information. The storage device D4 is a non-volatile storage medium such as a semiconductor memory, for example. In this embodiment, the storage device D4 stores the detected values of the boom angle sensor S1, the arm angle sensor S2, the bucket angle sensor S3, the strain sensor S4, the vehicle body tilt sensor S5, the crack sensor S6, etc., the output value of the
通信装置D5は、コントローラ30とコントローラ30の外部にある装置との無線通信を制御する装置である。
The communication device D5 is a device that controls wireless communication between the
エンジンコントローラD6はエンジン11を制御する装置である。本実施例では、エンジンコントローラD6は燃料噴射量等を制御してエンジン11を所定のエンジン回転数で維持するアイソクロナス制御を実行する。
The engine controller D6 is a device that controls the
図3は、ショベル50に搭載される駆動系の構成例を示す図であり、機械駆動系、高圧油圧ライン、パイロットライン、及び電気制御系をそれぞれ二重線、実線、破線、及び点線で示す。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a drive system mounted on the
ショベル50の駆動系は、主に、エンジン11、メインポンプ14L、14R、パイロットポンプ15、コントロールバルブ17、操作装置26、圧力センサ29、及びコントローラ30を含む。
The drive system of the
エンジン11は、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。また、エンジン11の出力軸は、メインポンプ14L、14R及びパイロットポンプ15の入力軸に接続される。
The
メインポンプ14L、14Rは、高圧油圧ラインを介して作動油をコントロールバルブ17に供給するための装置であり、例えば、斜板式可変容量型油圧ポンプである。
The
パイロットポンプ15は、パイロットライン25を介して操作装置26を含む各種油圧制御機器に作動油を供給するための装置であり、例えば、固定容量型油圧ポンプである。
The
コントロールバルブ17は、ショベル50における油圧系を制御する油圧制御装置である。具体的には、コントロールバルブ17は、メインポンプ14L、14Rが吐出する作動油の流れを制御する流量制御弁171〜176を含む。そして、コントロールバルブ17は、流量制御弁171〜176を通じ、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9、左側走行用油圧モータ1A、右側走行用油圧モータ1B、及び旋回用油圧モータ2Aのうちの1又は複数のものに対しメインポンプ14L、14Rが吐出する作動油を選択的に供給する。なお、以下では、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9、左側走行用油圧モータ1A、右側走行用油圧モータ1B、及び旋回用油圧モータ2Aを集合的に「油圧アクチュエータ」と称する。
The
操作装置26は、操作者が油圧アクチュエータの操作のために用いる装置である。本実施例では、操作装置26は、パイロットライン25を介して、パイロットポンプ15が吐出する作動油を油圧アクチュエータのそれぞれに対応する流量制御弁のパイロットポートに供給する。なお、パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力(パイロット圧)は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置26のレバー又はペダルの操作方向及び操作量に応じた圧力である。
The operating
圧力センサ29は、操作装置26を用いた操作者の操作内容を検出するための操作内容検出部の一例である。本実施例では、圧力センサ29は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置26のレバー又はペダルの操作方向及び操作量を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。なお、操作装置26の操作内容は、ポテンショメータ等、圧力センサ以外の他のセンサの出力を用いて導き出されてもよい。
The
センターバイパス管路40Lは、コントロールバルブ17内に配置された流量制御弁171、173、及び175を通る高圧油圧ラインであり、センターバイパス管路40Rは、コントロールバルブ17内に配置された流量制御弁172、174、及び176を通る高圧油圧ラインである。
The center bypass conduit 40L is a high-pressure hydraulic line that passes through the
流量制御弁171は、メインポンプ14L、左側走行用油圧モータ1A、及び作動油タンクの間の作動油の流量及び流れ方向を制御するスプール弁である。また、流量制御弁172は、メインポンプ14R、右側走行用油圧モータ1B、及び作動油タンクの間の作動油の流量及び流れ方向を制御するスプール弁である。また、流量制御弁173は、メインポンプ14L、旋回用油圧モータ2A、及び作動油タンクの間の作動油の流量及び流れ方向を制御するスプール弁である。
The flow
流量制御弁174は、メインポンプ14R、バケットシリンダ9、及び作動油タンクの間の作動油の流量及び流れ方向を制御するスプール弁である。また、流量制御弁175は、メインポンプ14L、アームシリンダ8、及び作動油タンクの間の作動油の流量及び流れ方向を制御するスプール弁である。また、流量制御弁176は、メインポンプ14R、ブームシリンダ7、及び作動油タンクの間の作動油の流量及び流れ方向を制御するスプール弁である。
The flow
次に図4を参照し、コントローラ30に設けられている各種機能について説明する。図4は、コントローラ30の構成例を示す図である。
Next, various functions provided in the
コントローラ30は、ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3、歪みセンサS4、車体傾斜センサS5、クラックセンサS6、圧力センサ29、入力装置D1等から情報を受信する。
The
本実施例では、コントローラ30は、ブーム4の内部に取り付けられた歪みセンサS4及びクラックセンサS6から無線通信を介して情報を受信する。具体的には、歪みセンサS4及びクラックセンサS6に接続された送信機D7が無線送信する情報を、上部旋回体3に取り付けられた通信装置D5を用いて受信する。
In the present embodiment, the
送信機D7は、作業要素に取り付けられたセンサの検出値を無線送信する装置である。本実施例では、送信機D7は歪みセンサS4及びクラックセンサS6と同じ取り付け対象物であるブーム4の内部に取り付けられている。なお、送信機D7はブーム4の外面に取り付けられていてもよい。
The transmitter D7 is a device that wirelessly transmits the detection value of the sensor attached to the work element. In this embodiment, the transmitter D7 is attached to the inside of the
歪みセンサS4、クラックセンサS6及び送信機D7は振動発電機D8に接続され、振動発電機D8から電力の供給を受ける。 The strain sensor S4, the crack sensor S6, and the transmitter D7 are connected to the vibration generator D8 and receive power from the vibration generator D8.
振動発電機D8は振動エネルギを電気エネルギに変換する装置である。本実施例では、振動発電機D8は電磁誘導式発電機であり、歪みセンサS4、クラックセンサS6及び送信機D7と同じ取り付け対象物であるブーム4の内部に取り付けられている。但し、振動発電機D8は静電誘導式発電機、圧電式発電機等であってもよい。また、振動発電機D8はブーム4の外面に取り付けられていてもよい。
The vibration generator D8 is a device that converts vibration energy into electric energy. In this embodiment, the vibration generator D8 is an electromagnetic induction generator, and is attached to the inside of the
コントローラ30は、受信した情報と記憶装置D4に記憶された情報とに基づいて各種演算を実行し、その演算結果に応じて制御信号を音声出力装置D2、表示装置D3、エンジンコントローラD6等に出力する。また、コントローラ30は、通信装置D5を介して受信した情報、演算結果等を外部に無線送信してもよい。
The
姿勢導出部301は、アタッチメントの姿勢を検出する機能要素である。本実施例では、姿勢導出部301は、ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、及びバケット角度センサS3で構成される姿勢センサの出力に基づいて掘削アタッチメントの姿勢を導き出す。
The
重量導出部302は、アタッチメントが持ち上げている物の重量(以下、「持ち上げ重量」とする。)を導き出す機能要素である。本実施例では、重量導出部302は、姿勢センサが検出した掘削アタッチメントの姿勢と歪みセンサS4が検出した掘削アタッチメントの歪みとに基づいて持ち上げ重量を導き出す。
The
例えば、重量導出部302は、掘削アタッチメントの歪み、掘削アタッチメントの姿勢、掘削アタッチメントの形状、歪みゲージの貼り付け位置等を入力キーとして対応テーブルを参照することで持ち上げ重量を導き出す。対応テーブルは、掘削アタッチメントの姿勢と、掘削アタッチメントの歪みと、持ち上げ重量との対応関係を記憶する参照用テーブルであり、記憶装置D4に予め記憶されている。対応関係はFEM解析等に基づいて予め決定されている。例えば、重量導出部302は、現在の掘削アタッチメントの姿勢と歪みの組み合わせに最も近い組み合わせを対応テーブルの中から選択し、その選択した組み合わせに関連付けて記憶されている持ち上げ重量の値を現在の持ち上げ重量として導き出す。掘削アタッチメントの歪みは、掘削アタッチメントにおける1又は複数の部位における歪みを意味する。
For example, the
或いは、重量導出部302は、掘削アタッチメントの歪みと掘削アタッチメントの姿勢とを予め記憶された計算式に代入することで持ち上げ重量を導き出してもよい。計算式は記憶装置D4に予め記憶されている。
Alternatively, the
クラック検出部303は、クラックを検出する機能要素である。本実施例では、クラック検出部303は、クラックセンサS6の出力に基づいてクラックを検出する。
The
例えば、クラック検出部303は、送信機D7及び通信装置D5を介してクラックセンサS6が出力する抵抗値を受信する。そして、受信した抵抗値が所定値を上回ったときにクラックの発生を検出する。
For example, the
クラック検出部303は、クラックを検出した場合、音声出力装置D2、表示装置D3、通信装置D5、及びエンジンコントローラD6の少なくとも1つに制御指令を出力してもよい。例えば、クラック検出部303は、クラックを検出したことを表示装置D3に表示してもよく、音声出力装置D2を通じて音声出力してもよい。また、クラック検出部303は、通信装置D5を介してクラックに関する情報を外部に無線送信してもよい。また、エンジンコントローラD6を介してエンジン11の出力を低減させてもよく、エンジン11を停止させてもよい。
When detecting a crack, the
姿勢導出部301、重量導出部302及びクラック検出部303はショベルの外部にある外部制御装置によって実現されてもよい。外部制御装置は、コントローラ30と同様、CPU及び内部メモリを含む演算処理装置である。この場合、コントローラ30は、通信装置D5を通じ、受信した情報を外部制御装置に無線送信する。歪みセンサS4及びクラックセンサS6は、送信機D7及びコントローラ30の通信装置D5を通じて検出値を外部制御装置に無線送信してもよく、送信機D7を通じて検出値を外部制御装置に無線送信してもよい。
The
次に図5を参照し、コントローラ30がクラックを検出したときの処理(以下、「クラック検出時処理」とする。)について説明する。図5はクラック検出時処理の流れを示すフローチャートである。
Next, a process when the
最初に、コントローラ30のクラック検出部303はクラックが発生したか否かを判定する(ステップST1)。本実施例では、クラック検出部303は、ブーム4の内部に取り付けられたクラックセンサS6の出力に基づいてブーム4の内部でクラックが発生したか否かを判定する。
First, the
具体的には、クラック検出部303は、通信装置D5及び送信機D7を介してクラックセンサS6の出力を取得する。クラックセンサS6が端子間の抵抗値を継続的に出力する構成では、クラック検出部303は、その抵抗値が所定値を上回ったか否かを判定する。そして、その抵抗値が所定値を上回ったと判定した場合にブーム4の内部でクラックが発生したと判定する。このように、クラックが発生したときにクラック発生信号をクラックセンサS6が出力する構成では、クラック検出部303は、クラック発生信号を受信した場合にブーム4の内部でクラックが発生したと判定する。
Specifically, the
クラックが発生していないと判定している場合(ステップST1のNO)、クラック検出部303は、ステップST1の判定を繰り返す。
When it determines with the crack not having generate | occur | produced (NO of step ST1), the
クラックが発生したと判定した場合(ステップST1のYES)、クラック検出部303は、クラック発生前後のアタッチメント情報を保存する(ステップST2)。本実施例では、コントローラ30は、掘削・旋回作業における掘削アタッチメントの姿勢に関する情報、持ち上げ重量に関する情報等をアタッチメント情報として所定時間に亘って時系列的に且つ一時的に記憶している。例えば、後続の情報で上書きされるまで記憶装置D4に記憶している。掘削アタッチメントの姿勢に関する情報は、姿勢センサの出力等を含む。持ち上げ重量に関する情報は、歪みセンサS4の出力等を含む。更に、コントローラ30は、旋回作業に関する情報等を時系列的に且つ一時的に記憶してもよい。この場合、旋回作業に関する情報は、旋回加速度に関する情報を含んでいてもよい。
When it determines with the crack having generate | occur | produced (YES of step ST1), the
そして、クラックが発生したと判定すると、クラック検出部303は、現時点から所定時間だけ遡った時点以降に記憶装置D4に記憶されたアタッチメント情報を保存する。例えば、後続の情報で上書きされないように記憶装置D4の別の領域に記憶する。或いは、記憶装置D4とは別の不揮発性記憶媒体に記憶されてもよい。同様に、クラック検出部303は、現時点以降の所定時間に亘って取得するアタッチメント情報を保存する。
And if it determines with the crack having generate | occur | produced, the
この構成により、コントローラ30は、クラック発生前後のアタッチメント情報を管理者等の関係者に提示できる。関係者は、そのアタッチメント情報を見て、クラックの発生に至るまでの掘削作業の内容、クラックの直接の原因となった掘削作業の内容、クラックが発生した後の掘削作業とクラックの進展速度との関係等を把握できる。更に、アタッチメント情報が旋回作業に関する情報を含む場合、関係者は、クラックの発生に至るまでの旋回作業の内容、クラックの直接の原因となった旋回作業の内容、クラックが発生した後の旋回作業とクラックの進展速度との関係等を把握できる。また、クラックの進展速度を定量的に把握することができるため、掘削アタッチメントの余寿命を推定できる。
With this configuration, the
次に図6及び図7を参照し、ブーム4における歪みセンサS4、クラックセンサS6、送信機D7、及び振動発電機D8の取り付け位置について説明する。図6は、ブーム4の斜視図であり、図7は、図6の領域VIIの拡大図である。また、図中の一点鎖線は電力線を表し、点線は信号線を表し、破線は隠れ線を表す。
Next, with reference to FIG. 6 and FIG. 7, the mounting positions of the strain sensor S4, crack sensor S6, transmitter D7, and vibration generator D8 in the
図6及び図7に示す実施例では、歪みセンサS4は、ブーム4の長手方向(掘削アタッチメントの前後方向)におけるブーム4の歪みを検出するように、ブームシリンダボス4aとブームトップ4cとの間でブーム4の腹側(−Z側)の金属板の内面に取り付けられている。但し、歪みセンサS4は、ブーム4の背側(+Z側)の金属板の内面に取り付けられていてもよく、ブームシリンダボス4aとブームフート4bとの間でブーム4の背側又は腹側の金属板の内面に取り付けられていてもよい。また、歪みセンサS4は、ブーム4の内部にある隔壁4eの表面等に取り付けられてもよい。
In the embodiment shown in FIGS. 6 and 7, the strain sensor S4 is provided between the
送信機D7はブームシリンダボス4aとブームトップ4cとの間でブーム4の腹側(−Z側)の金属板の内面に取り付けられている。但し、送信機D7はブーム4の背側(+Z側)の金属板の内面に取り付けられていてもよく、ブームシリンダボス4aとブームフート4bとの間でブーム4の背側又は腹側の金属板の内面に取り付けられていてもよい。また、送信機D7は、ブーム4の内部にある隔壁4eの表面等に取り付けられてもよい。
The transmitter D7 is attached to the inner surface of the metal plate on the ventral side (-Z side) of the
振動発電機D8はブームトップ4cの近傍に取り付けられている。但し、振動発電機D8は、例えばブームフート4bの近傍、ブームシリンダボス4aの近傍、ブラケット4dの近傍等、振動が発生し易い他の部位に取り付けられてもよい。本実施例では振動発電機D8はブーム4の腹側(−Z側)の金属板の内面に取り付けられているが、ブーム4の背側(+Z側)の金属板の内面に取り付けられていてもよい。また、振動発電機D8は、ブーム4の内部にある隔壁4eの表面等に取り付けられてもよい。
The vibration generator D8 is attached in the vicinity of the boom top 4c. However, the vibration generator D8 may be attached to other parts where vibration is likely to occur, for example, in the vicinity of the
クラックセンサS6は、ブームシリンダボス4aとブームトップ4cとの間にある隔壁4eの近位側(−X側)の表面に取り付けられている。但し、遠位側(+X側)の表面に取り付けられてもよい。
The crack sensor S6 is attached to the surface on the proximal side (−X side) of the
図8は、クラックセンサS6の取り付け位置の詳細を説明するための図である。具体的には、図8は、ブーム4の腹側の金属板4fと隔壁4eとの溶接部の鉛直断面を示す斜視図である。図8の例では、隔壁4eと金属板4fとを溶接する溶接部WMのところに貼り付けられた3つのクラックセンサS61〜S63が示されている。
FIG. 8 is a diagram for explaining details of the attachment position of the crack sensor S6. Specifically, FIG. 8 is a perspective view showing a vertical cross section of the welded portion between the
クラックセンサS61は、溶接部WMの上側止端部のところで発生するクラックCR1を検出するために貼り付けられている。具体的には、一部が隔壁4eの表面に貼り付けられ、残りの部分が溶接部WMの表面に貼り付けられるように折り曲げられている。隔壁4eは、好適には、クラックCR1が上側止端部のところで発生した後で上側止端部に沿って(Y軸に沿って)進展するように設計されている。すなわち、クラックCR1が発生し易い場所が予め特定されている。
The crack sensor S61 is affixed in order to detect a crack CR1 that occurs at the upper toe portion of the welded portion WM. Specifically, a part is affixed on the surface of the
クラックセンサS62は、溶接部WMのルート部のところで発生して溶接部WMの表面に至るクラックCR2を検出するために貼り付けられている。溶接部WMの表面は平坦な表面となるように加工されていてもよい。クラックセンサS62を貼り付け易くするためである。金属板4fは、好適には、クラックCR2がルート部のところで発生した後でルート部に沿って(Y軸に沿って)進展するように設計されている。
The crack sensor S62 is affixed to detect a crack CR2 that occurs at the root of the weld WM and reaches the surface of the weld WM. The surface of the weld WM may be processed to be a flat surface. This is to make it easier to attach the crack sensor S62. The
クラックセンサS63は、溶接部WMの下側止端部のところで発生するクラックCR3を検出するために貼り付けられている。具体的には、一部が金属板4fの表面に貼り付けられ、残りの部分が溶接部WMの表面に貼り付けられるように折り曲げられている。金属板4fは、好適には、クラックCR3が下側止端部のところで発生した後で下側止端部に沿って(Y軸に沿って)進展するように設計されている。
The crack sensor S63 is affixed in order to detect a crack CR3 that occurs at the lower end of the welded portion WM. Specifically, it is bent so that a part is affixed to the surface of the
また、図8の例では、横方向(Y軸方向)において、クラックセンサS63が最も左側(−Y側)に貼り付けられ、クラックセンサS62が最も右側(+Y側)に貼り付けられ、クラックセンサS61がそれらの間に貼り付けられている。しかしながら、横方向における位置関係は任意であり、例えば、横方向の同じ位置に3つのクラックセンサS61〜S63が貼り付けられていてもよい。また、クラックセンサS61〜S63のそれぞれの幅(Y軸方向の長さ)、個数、複数個の場合の間隔等は任意であり、例えば、金属板4fの幅と同じ幅を有していてもよい。好適には、クラックセンサS61〜S63のそれぞれの幅、個数、間隔等は、クラックが発生し易い場所を設計により予め限定しておくことで、必要最小限とされる。
In the example of FIG. 8, in the lateral direction (Y-axis direction), the crack sensor S63 is attached to the leftmost side (−Y side), and the crack sensor S62 is attached to the rightmost side (+ Y side). S61 is pasted between them. However, the positional relationship in the horizontal direction is arbitrary, and, for example, three crack sensors S61 to S63 may be attached at the same position in the horizontal direction. Further, the width (the length in the Y-axis direction), the number, the interval in the case of a plurality of crack sensors S61 to S63, etc. are arbitrary, for example, even if they have the same width as the width of the
上述の構成により、コントローラ30は、アタッチメントの交換時期をより正確に通知できる。具体的には、コントローラ30は、ブーム4の内部で発生するクラックを早期に検出できる。関係者は、外部からは視認できないクラックの発生を早期に検知できる。例えば、関係者は、クラックCR2、CR3が金属板4fの外側表面に至る前にクラックCR2、CR3が発生したことを知ることができる。そのため、ブーム4を適切なタイミングで交換でき、掘削作業の途中でブーム4(ショベル)が疲労破壊等によって使用不可となってしまうのを防止できる。
With the above-described configuration, the
また、ショベル50は、ブーム4に取り付けられた振動発電機D8からブーム4に取り付けられた歪みセンサS4、クラックセンサS6及び送信機D7への電力供給を可能にする。そのため、歪みセンサS4及びクラックセンサS6のそれぞれとコントローラ30との間の無線通信を確立できる。また、歪みセンサS4及びクラックセンサS6のそれぞれと上部旋回体3に搭載された電源との間の電力線、歪みセンサS4及びクラックセンサS6のそれぞれに電力を供給するためのバッテリ等を不要にできる。その結果、歪みセンサS4を用いたブーム4の歪みの計測をリアルタイムに且つ長期間に亘って安定的に実現できる。また、クラックセンサS6を用いたクラックの検出をリアルタイムに且つ長時間に亘って安定的に実現できる。
The
また、ショベル50は、歪みセンサS4、クラックセンサS6、送信機D7、及び振動発電機D8をブーム4の内部に配置して外部環境から隔離する。そのため、作業現場での歪みセンサS4を用いたブーム4の歪みの計測、クラックセンサS6を用いたクラックの検出等をより安定的に且つより確実に実現できる。
In addition, the
また、上述の説明は、ブーム4の腹側(−Z側)の金属板4fと隔壁4eとを溶接する溶接部WMのところで発生するクラックに関する。しかしながら、上述の説明は、ブーム4の背側(+Z側)、左側(−Y側)及び右側(+Y側)の金属板のそれぞれと隔壁4eとを溶接する溶接部WMのところで発生するクラックについても同様に適用される。
Further, the above description relates to a crack generated at the welded portion WM for welding the
また、上述の説明は、ブーム4の内部における歪みセンサS4、クラックセンサS6、送信機D7、及び振動発電機D8の取り付け位置に関する。しかしながら、上述の説明は、アーム5の内部における取り付け位置についても同様に適用される。
The above description relates to the mounting positions of the strain sensor S4, the crack sensor S6, the transmitter D7, and the vibration generator D8 inside the
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.
例えば、歪みセンサS4、クラックセンサS6及び送信機D7は、外部電源から電力の供給を受けてもよい。例えば、電力線を通じて上部旋回体3に搭載された蓄電装置に接続されていてもよい。
For example, the strain sensor S4, the crack sensor S6, and the transmitter D7 may be supplied with power from an external power source. For example, you may be connected to the electrical storage apparatus mounted in the
歪みセンサS4、クラックセンサS6及び送信機D7は、一次電池、非接触充電が可能な二次電池等で駆動されてもよい。この場合、振動発電機D8は省略される。歪みセンサS4及びクラックセンサS6は、信号送信のためにコントローラ30等の外部機器と有線接続されていてもよい。この場合、送信機D7は省略される。重量導出部302は、ブームシリンダ圧センサ等、歪みセンサS4以外の他のセンサの出力に基づいて持ち上げ重量を導き出してもよい。この場合、歪みセンサS4は省略される。また、持ち上げ重量の導出自体が省略されてもよい。この場合、重量導出部302は省略される。
The strain sensor S4, the crack sensor S6, and the transmitter D7 may be driven by a primary battery, a secondary battery capable of non-contact charging, or the like. In this case, the vibration generator D8 is omitted. The strain sensor S4 and the crack sensor S6 may be wired to an external device such as the
1・・・下部走行体 1A・・・左側走行用油圧モータ 1B・・・右側走行用油圧モータ 2・・・旋回機構 2A・・・旋回用油圧モータ 3・・・上部旋回体 4・・・ブーム 4a・・・ブームシリンダボス 4b・・・ブームフート 4c・・・ブームトップ 4d・・・ブラケット 4e・・・隔壁 4f・・・金属板 5・・・アーム 6・・・バケット 7・・・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・・・キャビン 11・・・エンジン 14L、14R・・・メインポンプ 15・・・パイロットポンプ 17・・・コントロールバルブ 25・・・パイロットライン 26・・・操作装置 29・・・圧力センサ 30・・・コントローラ 40L、40R・・・センターバイパス管路 50・・・ショベル 171〜176・・・流量制御弁 301・・・姿勢導出部 302・・・重量導出部 303・・・クラック検出部 CR、CR1〜CR3・・・クラック D1・・・入力装置 D2・・・音声出力装置 D3・・・表示装置 D4・・・記憶装置 D5・・・通信装置 D6・・・エンジンコントローラ D7・・・送信機 D8・・・振動発電機 S1・・・ブーム角度センサ S2・・・アーム角度センサ S3・・・バケット角度センサ S4・・・歪みセンサ S5・・・車体傾斜センサ S6、S61〜S63・・・クラックセンサ WM・・・溶接部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
前記アタッチメントを構成する作業要素と、
前記作業要素の内部に配置されるクラックセンサと、を有する、
ショベル。 A lower traveling body,
An upper swing body mounted on the lower traveling body;
An attachment attached to the upper swing body;
Working elements constituting the attachment;
A crack sensor disposed inside the working element,
Excavator.
請求項1に記載のショベル。 A vibration generator for supplying power to the crack sensor;
The excavator according to claim 1.
前記クラックセンサは、前記ブームの内部にある隔壁の溶接部に貼り付けられる、
請求項1又は2に記載のショベル。 The working element is a boom;
The crack sensor is affixed to a welded portion of a partition wall inside the boom,
The shovel according to claim 1 or 2.
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