JP3156871B2 - Excavation load detector for hydraulic cylinder - Google Patents
Excavation load detector for hydraulic cylinderInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、主として油圧ショベル
など建設機械，作業車両に装備する掘削反力の検出装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for detecting a reaction force of excavation, which is mainly provided in construction machines such as hydraulic excavators and work vehicles.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図４は、バックホータイプの油圧ショベ
ルの全体側面図である。図において、１は車体である上
部旋回体、２は下部走行体、３は上部旋回体１のフロン
ト部に装着した作業アタッチメント、４は作業アタッチ
メント３のブーム、５はアーム、６はバケット、７はバ
ケットリンク、８ａ，８ｂはそれぞれバケットピン、９
はブームシリンダ、１０はアームシリンダ、１１はバケ
ットシリンダである。図４に示すように、油圧ショベル
の上部旋回体１のフロント部にはブーム４，アーム５，
バケット６が順次連結され、それぞれブームシリンダ
９，アームシリンダ１０，バケットシリンダ１１で前後
方向に回動できるようにしている。2. Description of the Related Art FIG. 4 is an overall side view of a backhoe type excavator. In the figure, 1 is an upper revolving structure which is a vehicle body, 2 is a lower traveling structure, 3 is a work attachment mounted on a front portion of the upper revolving structure 1, 4 is a boom of the work attachment 3, 5 is an arm, 6 is a bucket, 7 Is a bucket link, 8a and 8b are bucket pins, 9
Is a boom cylinder, 10 is an arm cylinder, and 11 is a bucket cylinder. As shown in FIG. 4, a boom 4, an arm 5,
The buckets 6 are sequentially connected, and can be rotated in the front-rear direction by a boom cylinder 9, an arm cylinder 10, and a bucket cylinder 11, respectively.
【０００３】次に油圧ショベルでは、いわゆるばか堀り
とよばれる一般的な単純掘削、あるいは熟練した操作技
能を必要とする水平掘削などを自動的に行うことのでき
る自動掘削制御手段（図示しない）が種々勘案されてい
る。この自動掘削には、掘削反力（Ｒ）をパラメータに
して制御する方法がある。[0003] Next, in a hydraulic excavator, automatic excavation control means (not shown) capable of automatically performing general simple excavation called so-called fool excavation, or horizontal excavation requiring skilled operation skills, etc. Are considered. In this automatic excavation, there is a method of controlling using the excavation reaction force (R) as a parameter.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】自動掘削制御手段をそ
なえた油圧ショベルでは、バケットシリンダの押圧力を
検出する手段として、従来よりバケットピンやバケット
リンクに金属又は半導体などのストレンゲージを取付
け、圧力センサ，ひずみセンサ，トルクセンサ，荷重セ
ンサなどいずれかの機能を発揮させるようにしているも
のがある。上記ストレンゲージはその取付方法が高価で
ある上に、バケット掘削などの衝撃に対して耐久性に問
題があり、実用上良くなかった。本発明は、上記の問題
点を解決できる検出装置を提供することを目的とする。In a hydraulic excavator provided with an automatic excavation control means, a strain gauge made of metal or semiconductor is conventionally attached to a bucket pin or a bucket link as means for detecting a pressing force of a bucket cylinder. There are sensors, strain sensors, torque sensors, load sensors, and the like that exhibit any function. The above strain gauge is expensive in its mounting method and has a problem in durability against impacts such as bucket excavation, which is not practically good. An object of the present invention is to provide a detection device that can solve the above problems.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】車体のフロント部に順次
連結されたブーム，アーム，バケットを回動させる各油
圧シリンダの少なくとも一つに作用する掘削負荷を検出
する負荷検出装置において、前記油圧シリンダ内ピスト
ンのボトム油室側端面とロッド油室側端面との受圧面積
比と同じ受圧面積比に設定された、ピストン端面とロッ
ド部付側端面を有するロッド部付ピストンと、前記ロッ
ド部付側端面から延設されるロッド部の端面から更に延
長されるロッド部側延長部と、前記ロッド部側延長部に
取り付けられた応力センサ用ゲージと、を備えて構成さ
れるミニチュアシリンダを有し、前記ロッド部付ピスト
ンのピストン端面には前記油圧シリンダのボトム側油室
の圧力が作用し、前記ロッド部付ピストンのロッド部付
側端面には前記油圧シリンダのロッド油室の圧力が作用
し、前記応力センサ用ゲージが、前記ピストン端面及び
ロッド部付側端面に作用する圧力差に応じて信号を出力
可能に設定され、前記信号により油圧シリンダの掘削負
荷を検出するようにした。In a load detecting device for detecting an excavation load acting on at least one of hydraulic cylinders for rotating a boom, an arm, and a bucket sequentially connected to a front portion of a vehicle body, the hydraulic cylinder includes: A piston with a rod part having a piston end face and a rod part side end face set to the same pressure receiving area ratio as the bottom oil chamber side end face and the rod oil chamber side end face of the inner piston, and the rod part side A miniature cylinder including a rod portion-side extension portion further extended from an end surface of the rod portion extending from the end surface, and a stress sensor gauge attached to the rod portion-side extension portion, The pressure in the bottom oil chamber of the hydraulic cylinder acts on the piston end face of the piston with the rod part, and the oil on the end face with the rod part of the piston with the rod part. The pressure of the rod oil chamber of the cylinder acts, and the stress sensor gauge is set so as to be able to output a signal in accordance with a pressure difference acting on the piston end face and the side end face with the rod portion. Load is detected.
【０００６】[0006]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、本発明の検出装置を示す回路構成
図である。図において、従来技術と同一構成要素を使用
するものに対しては同符号を付す。１２はバケットシリ
ンダ１１のボトム油室、１３はロッド油室、１４は上部
旋回体１に搭載したメインポンプ、１５はバケットシリ
ンダ用方向切換弁をそなえたコントロールバルブ、１
６，１７はバケットシリンダ１１に連通するメイン圧油
給排用管路、１８はミニチュアシリンダ、１９はミニチ
ュアシリンダ１８より導出される信号を入力して演算処
理するコントローラである。図２は、ミニチュアシリン
ダ１８の要部断面詳細とその接続回路を示す図である。
２０はバケットシリンダ用方向切換弁、２１は油タン
ク、２２はミニチュアシリンダ１８のボディ、２３はコ
ネクタ、２４はキャップ、２５はロッド部付ピストン、
２６はロッド部付ピストン２５のロッド部、２７はロッ
ド部側延長部、２８はミニチュアシリンダ１８のボトム
油室、２９はロッド油室、３０はボトム油室２８に通じ
ているポート、３１はロッド油室２９に通じているポー
ト、３２は応力センサ用のゲージ、３３はハーネス、３
４はグロメット部材である。図３は、図２におけるミニ
チュアシリンダ１８をＡより見た図である。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a detection device of the present invention. In the figure, the same reference numerals are given to components using the same components as the conventional technology. 12 is a bottom oil chamber of the bucket cylinder 11, 13 is a rod oil chamber, 14 is a main pump mounted on the upper revolving unit 1, 15 is a control valve having a direction switching valve for the bucket cylinder, 1
Reference numerals 6 and 17 denote main pressure oil supply / discharge conduits communicating with the bucket cylinder 11, 18 a miniature cylinder, and 19 a controller for inputting and processing signals derived from the miniature cylinder 18. FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional detail of a main part of the miniature cylinder 18 and a connection circuit thereof.
20 is a directional switching valve for bucket cylinders, 21 is an oil tank, 22 is a body of the miniature cylinder 18, 23 is a connector, 24 is a cap, 25 is a piston with a rod part,
26 is a rod portion of the piston 25 with a rod portion, 27 is a rod-side extension, 28 is a bottom oil chamber of the miniature cylinder 18, 29 is a rod oil chamber, 30 is a port communicating with the bottom oil chamber 28, 31 is a rod. A port communicating with the oil chamber 29; a gauge 32 for a stress sensor; a harness 33;
4 is a grommet member. FIG. 3 is a view of the miniature cylinder 18 in FIG.
【０００７】次に、本発明の検出装置の構成を図１〜図
３について述べる。本発明の検出装置では、１つのロッ
ド部付ピストン２５を内蔵し、そのロッド部付ピストン
２５のピストン端面イとロッド部付側端面ロとの受圧面
積比を、バケットシリンダ１１内ピストン３５（図２に
示す）のボトム油室側端面ハとロッド油室側端面ニとの
受圧面積比と同じに設定し、かつロッド部付ピストン２
５のロッド部側延長部２７に応力センサ用ゲージ３２を
取付けてミニチュアシリンダ１８を形成し、そのミニチ
ュアシリンダ１８を上部旋回体１に取付け、かつロッド
部付ピストン２５のピストン端面イにはバケットシリン
ダ１１のボトム油室１２の圧力が作用し、またロッド部
付側端面ロにはバケットシリンダ１１のロツド油室１３
の圧力が作用するように連結し、バケットシリンダ１１
の掘削負荷時にミニチュアシリンダ１８内のロッド部側
延長部２７に作用する負荷に応じて応力センサ用ゲージ
３２から信号が導出されることにより、バケット６に作
用する掘削反力を検出するように構成した。Next, the configuration of the detection device of the present invention will be described with reference to FIGS. In the detection device of the present invention, one piston 25 with a rod portion is built in, and the pressure receiving area ratio between the piston end surface B of the piston 25 with the rod portion and the end surface B with the rod portion is determined by the piston 35 in the bucket cylinder 11 (see FIG. 2), and the piston 2 with the rod portion is set to have the same pressure receiving area ratio between the bottom oil chamber side end face c and the rod oil chamber side end face d).
5, a stress sensor gauge 32 is attached to the rod-side extension 27 to form a miniature cylinder 18, the miniature cylinder 18 is attached to the upper revolving unit 1, and a bucket cylinder is The pressure in the bottom oil chamber 12 of the bucket cylinder 11 acts, and the rod oil chamber 13 of the bucket cylinder 11 is
Of the bucket cylinder 11
A signal is derived from the stress sensor gauge 32 according to the load acting on the rod-side extension 27 in the miniature cylinder 18 at the time of the excavation load to detect the excavation reaction force acting on the bucket 6. did.
【０００８】次に、本発明の検出装置の作用について述
べる。バックホータイプの油圧ショベルが掘削を行うと
き、バケットシリンダ１１の伸長操作をする。メインポ
ンプ１４からの圧油は、管路３６、バケットシリンダ用
方向切換弁２０の切換位置、管路１６を経て、ボトム油
室１２に供給され、またロッド油室１３からの戻り油
は、管路１７、バケットシリンダ用方向切換弁２０の切
換位置を通じて、油タンク２１に戻される。バケットシ
リンダ１１は、ボトム油室１２の圧力からロッド油室１
３側の背圧を差引いた力で伸長作動する。それと同時に
バケットシリンダ１１のボトム油室１２の圧力は、管路
１６で分岐して、管路３７、ポート３０を通じて、ボト
ム油室２８に流入し、ロッド部付ピストン２５のピスト
ン端面イに作用する。ミニチュアシリンダ１８のロッド
油室２９内の油が、ポート３１、管路３８を通じて、管
路１７側に流出するとともに、ロッド部付ピストン２５
が図２で左方へ移動する。ロッド部側延長部２７の先端
がキャップ２４の内側端面ホに押付けられるので、応力
センサ用ゲージ３２からの信号がハーネス３３を通じ
て、コントローラ１９に入力される。コントローラ１９
では、上記信号に基づいて演算処理を行う。所要の掘削
反力値すなわちバケットシリンダ１１の押圧力値は、ロ
ッド部付ピストン２５のピストン端面イとロッド部付側
端面ロとの受圧面積比を、バケットシリンダ１１の受圧
面積比と同じに設定していることにより、ロッド部付ピ
ストン２５のピストン受圧面積とバケットシリンダ１１
のピストン（３５）受圧面積との比例関係で正しく検出
することができる。なお本発明の検出装置はバケットシ
リンダ１１に限らず、アームシリンダ１０、ブームシリ
ンダ９などに対しても適用が可能である。Next, the operation of the detection device of the present invention will be described. When the backhoe type excavator performs excavation, the bucket cylinder 11 is extended. The pressure oil from the main pump 14 is supplied to the bottom oil chamber 12 through the pipe 36, the switching position of the bucket cylinder direction switching valve 20, and the pipe 16, and the return oil from the rod oil chamber 13 is supplied to the pipe oil. The oil is returned to the oil tank 21 through the passage 17 and the switching position of the bucket cylinder direction switching valve 20. The bucket cylinder 11 moves the rod oil chamber 1 from the pressure in the bottom oil chamber 12.
The extension operation is performed by subtracting the back pressure on the three sides. At the same time, the pressure in the bottom oil chamber 12 of the bucket cylinder 11 branches off in the pipe 16, flows into the bottom oil chamber 28 through the pipe 37 and the port 30, and acts on the piston end face A of the piston 25 with the rod portion. . The oil in the rod oil chamber 29 of the miniature cylinder 18 flows out to the pipe 17 through the port 31 and the pipe 38,
Moves to the left in FIG. Since the tip of the rod-side extension 27 is pressed against the inner end face E of the cap 24, a signal from the stress sensor gauge 32 is input to the controller 19 through the harness 33. Controller 19
Then, arithmetic processing is performed based on the above signal. The required excavation reaction force value, that is, the pressing force value of the bucket cylinder 11 is set such that the pressure receiving area ratio between the piston end face A of the piston 25 with the rod part and the end face B with the rod part is the same as the pressure receiving area ratio of the bucket cylinder 11. As a result, the piston pressure receiving area of the piston 25 with the rod
Can be correctly detected in proportion to the pressure receiving area of the piston (35). Note that the detection device of the present invention is not limited to the bucket cylinder 11, but can be applied to the arm cylinder 10, the boom cylinder 9, and the like.
【０００９】[0009]
【発明の効果】本発明の油圧シリンダの掘削負荷検出装
置によれば、ミニチュアシリンダは構造が簡単かつ小形
とすることができるので、安価に製作することができる
とともに、比例関係により正確な掘削負荷を検出するこ
とができる。また、ミニチュアシリンダをバケット，ア
ーム付近に取り付けないで車体に配置した場合には、掘
削作業時の衝撃等に起因するトラブルの発生を防止する
ことができる。したがって、本発明では、安い費用で製
作できるとともに、すぐれて耐久性とメンテナンス性を
保持して油圧シリンダの掘削負荷を正しく検出すること
ができるものである。According to the hydraulic cylinder excavation load detecting apparatus of the present invention, the miniature cylinder can be manufactured inexpensively because the structure of the miniature cylinder is simple and small, and the excavation load can be accurately calculated by the proportional relationship. Can be detected. Further, when the miniature cylinder is disposed on the vehicle body without being attached to the vicinity of the bucket and the arm, it is possible to prevent the occurrence of trouble due to an impact during excavation work. Therefore, according to the present invention, the excavation load of the hydraulic cylinder can be correctly detected while maintaining excellent durability and maintainability while being manufactured at low cost.
【図１】本発明の検出装置を示す回路構成図である。FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a detection device of the present invention.
【図２】本発明におけるミニチュアシリンダの要部断面
詳細とその接続回路を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a detailed cross section of a main part of a miniature cylinder and a connection circuit thereof in the present invention.
【図３】図２におけるミニチュアシリンダをＡより見た
図である。FIG. 3 is a view of the miniature cylinder in FIG.
【図４】油圧ショベルの全体側面図である。FIG. 4 is an overall side view of the hydraulic excavator.
１ 上部旋回体 ６ バケット １１ バケットシリンダ １２，２８ ボトム油室 １３，２９ ロッド油室 １４ メインポンプ １５ コントロールバルブ １６，１７ メイン圧油給排用管路 １８ ミニチュアシリンダ １９ コントローラ ２５ ロッド部付ピストン ２６ ロッド部 ２７ ロッド部側延長部 ３０ 応力センサ用ゲージ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Upper revolving body 6 Bucket 11 Bucket cylinder 12, 28 Bottom oil chamber 13, 29 Rod oil chamber 14 Main pump 15 Control valve 16, 17 Main pressure oil supply / discharge pipeline 18 Miniature cylinder 19 Controller 25 Piston with rod part 26 Rod Part 27 Rod part side extension part 30 Gauge for stress sensor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) E02F 9/26 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) E02F 9/26
Claims (2)
ム，アーム，バケットを回動させる各油圧シリンダの少
なくとも一つに作用する掘削負荷を検出する負荷検出装
置において、 前記油圧シリンダ内ピストンのボトム油室側端面とロッ
ド油室側端面との受圧面積比と同じ受圧面積比に設定さ
れた、ピストン端面とロッド部付側端面を有するロッド
部付ピストンと、 前記ロッド部付側端面から延設されるロッド部の端面か
ら更に延長されるロッド部側延長部と、 前記ロッド部側延長部に取り付けられた応力センサ用ゲ
ージと、を備えて構成されるミニチュアシリンダを有
し、 前記ロッド部付ピストンのピストン端面には前記油圧シ
リンダのボトム側油室の圧力が作用し、 前記ロッド部付ピストンのロッド部付側端面には前記油
圧シリンダのロッド油室の圧力が作用し、 前記応力センサ用ゲージが、前記ピストン端面及びロッ
ド部付側端面に作用する圧力差に応じて信号を出力可能
に設定され、前記信号により油圧シリンダの掘削負荷を
検出するようにしたことを特徴とする油圧シリンダの掘
削負荷検出装置。1. A load detecting device for detecting an excavation load acting on at least one of hydraulic cylinders for rotating a boom, an arm, and a bucket sequentially connected to a front portion of a vehicle body, wherein a bottom of a piston in the hydraulic cylinder is provided. A piston with a rod part having a piston end face and a rod part side end face set to the same pressure receiving area ratio as the oil chamber side end face and the rod oil chamber side end face, and extending from the rod part side end face. A rod portion-side extension portion further extended from the end surface of the rod portion to be provided; and a stress sensor gauge attached to the rod portion-side extension portion. The pressure of the bottom-side oil chamber of the hydraulic cylinder acts on the piston end surface of the piston, and the hydraulic cylinder of the hydraulic cylinder acts on the rod-side end surface of the piston with the rod portion. The pressure of the hydraulic oil chamber acts, and the stress sensor gauge is set to be able to output a signal in accordance with a pressure difference acting on the piston end face and the end face with the rod portion. An excavation load detecting device for a hydraulic cylinder, wherein the excavation load is detected.
たことを特徴とする請求項１記載の油圧シリンダの掘削
負荷検出装置。2. The excavation load detecting device for a hydraulic cylinder according to claim 1, wherein said miniature cylinder is disposed on a vehicle body.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP12006092A JP3156871B2 (en) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | Excavation load detector for hydraulic cylinder |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (2)
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|---|---|
| JPH05331883A JPH05331883A (en) | 1993-12-14 |
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|---|---|---|---|---|
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1992
- 1992-04-13 JP JP12006092A patent/JP3156871B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH05331883A (en) | 1993-12-14 |
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