JP5989582B2 - Stress measuring equipment for construction machinery - Google Patents
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Description
本発明は、建設機械において、掘削アタッチメントの応力を測定する建設機械の応力測定装置、に関する。 The present invention relates to a stress measuring apparatus for a construction machine that measures the stress of a drilling attachment in a construction machine.
ショベル等の建設機械として例えば特許文献1に記載のものがある。この技術においては、ショベルの掘削アタッチメントが含むブームやアームに歪みゲージを設けて、コントローラによりブームやアームの応力を測定し、この応力が過負荷を示す基準値よりも大きくなる場合には、掘削動作を制限することが提案されている。
As a construction machine such as an excavator, there is one described in
ところが、上述した特許文献1に記載の従来技術においては、コントローラに歪みゲージを接続するための配線をブームやアームに沿って配設する必要が生じる。このため測定にあたっての作業効率が悪く、断線等の不都合も招きやすい。
However, in the prior art described in
本発明においては、より効率的にかつ確実に建設機械の掘削アタッチメントの応力を測定することができる建設機械の応力測定装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a construction machine stress measurement device capable of measuring the stress of a construction machine excavation attachment more efficiently and reliably.
上記の問題を解決するため、本発明による建設機械の応力測定装置は、建設機械の掘削アタッチメントの応力を測定する応力測定手段と、当該応力測定手段の測定結果を無線にて送信する送信手段と、当該測定結果を受信する受信手段とを含み、前記応力測定手段と前記送信手段は前記掘削アタッチメントに設けられることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a stress measuring apparatus for a construction machine according to the present invention includes a stress measuring unit that measures a stress of a construction machine excavation attachment, and a transmission unit that wirelessly transmits a measurement result of the stress measuring unit. Receiving means for receiving the measurement result, wherein the stress measuring means and the transmitting means are provided in the excavation attachment.
ここで、前記送信手段は筐体に収納され、当該筐体は前記掘削アタッチメントに固定されることとしてもよく、前記筐体は前記掘削アタッチメントを動作させるアクチュエータの基部に締結にて固定されることとしてもよい。また、前記受信手段は前記建設機械の上部旋回体又はキャブに設置され、前記掘削アタッチメントを制御するコントローラに接続されることとしてもよい。さらに、前記応力測定手段と前記送信手段に電力を供給する発電手段を含み、当該発電手段は前記掘削アタッチメントの振動に基づいて発電することとしてもよく、前記発電手段は前記筐体の内部に収納されることとしてもよい。 Here, the transmission means may be housed in a casing, and the casing may be fixed to the excavation attachment, and the casing is fixed to a base of an actuator that operates the excavation attachment by fastening. It is good. Further, the receiving means may be installed in an upper turning body or cab of the construction machine and connected to a controller that controls the excavation attachment. The power generation unit may further include a power generation unit that supplies power to the stress measurement unit and the transmission unit, and the power generation unit may generate power based on vibrations of the excavation attachment, and the power generation unit is housed in the housing. It may be done.
本発明は、掘削アタッチメントの応力の測定結果を無線にて送信することができるので、測定用配線を掘削アタッチメントに沿って這わせる配線作業を省き作業効率を高め、かつ、断線等の不具合をなくすことができる。このため、本発明はより効率的かつ確実に掘削アタッチメントの応力を測定することができる。 Since the present invention can transmit the measurement result of the stress of the excavation attachment wirelessly, the wiring work for moving the measurement wiring along the excavation attachment is omitted, the work efficiency is improved, and problems such as disconnection are eliminated. be able to. For this reason, this invention can measure the stress of a drilling attachment more efficiently and reliably.
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本実施例1の建設機械の応力測定装置1は、図1に示すように、ショベル60(建設機械)に適用される。ショベル60は、クローラ式の下部走行体61の上に、旋回機構62を介して、上部旋回体63を旋回軸PVの周りで旋回自在に搭載している。また、上部旋回体63は、その前方左側部にキャブ(運転室)64を備え、その前方中央部に掘削アタッチメントE(ブームE1、アームE2、バケットE3)を備えている。
The construction machine
本実施例1の建設機械の応力測定装置1は、図2に示すように、歪みゲージ2(応力測定手段)と、送信モジュール3(送信手段)と、受信モジュール4(受信手段)とを含んで構成される。受信モジュール4はCAN(Controller Area Network)等の通信規格によりショベル60の走行、旋回、掘削全般の制御を実行するコントローラ5に接続される。コントローラ5はセンタと通信可能な通信アンテナ6に接続されている。
As shown in FIG. 2, the construction machine
送信モジュール3はCPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)とこれらを相互に接続するデータバスと入出力インターフェースを備えたマイクロコンピュータである。 The transmission module 3 is a microcomputer having a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a data bus for connecting them together, and an input / output interface.
送信モジュール3は、歪みゲージ2の測定結果である出力信号を処理する信号処理部31と、測定結果である出力信号を無線にて受信モジュール4に送信する送信部32と、信号処理部31と送信部32に電源を供給するバッテリ33を含む。送信モジュール3は後述するように掘削アタッチメントEのブームE1とアームE2に設置される。対応する歪みゲージ2もブームE1とアームE2のそれぞれの測定対象となる箇所に設置される。
The transmission module 3 includes a
信号処理部31は、例えば、A/D変換回路31aと、中央処理部31bと、ROMにより構成される記憶部31cと、D/A変換回路31dを含む。また、送信部32は、例えば、変調回路32aと、発振回路32bと、高周波増幅回路32cと、無線アンテナ32dを含む。
The
A/D変換回路31aは、歪みゲージ2の出力信号をA/D変換し、中央処理部31bは記憶部31cに格納されたプログラムに基づいて出力信号を適宜のタイミングでD/A変換回路31dに受け渡す処理を行う。D/A変換回路31dは受け渡された出力信号をD/A変換する。
The A /
変調回路32aは発振回路32bの発振する搬送波に基づいて出力信号を変調して変調波を生成する。変調の方式は位相変位変調、位相変調、周波数変位変調、周波数変調、振幅変位変調のいずれでもよくその他の方式でもよい。高周波増幅回路32cはこの変調波を無線アンテナ32dに適合する周波数帯の高周波電流に変換して無線アンテナ32dを駆動して無線通信用の電磁波を発生する。
The
受信モジュール4は、無線アンテナ4aと、復調回路4bと、発振回路4cと、受信回路4dを含み、図1に示した建設機械60のキャブ64内又は上部旋回体63のいずれかの箇所に設置される。無線アンテナ32により発生された電磁波を無線アンテナ4aが受信すると、復調回路4bは発振回路4cの発振する搬送波に基づいて受信信号を復調して出力信号を取り出す復調を行い、受信回路4dは復調された受信信号をコントローラ5に適宜のタイミングにて送信する処理を行う。
The receiving module 4 includes a radio antenna 4a, a
コントローラ5は、CPU、RAM、ROM、NVRAM(Non-Volatile Random Access Memory)及びこれらを相互に接続するデータバスと入出力インターフェース等を備えたコンピュータである。 The controller 5 is a computer provided with a CPU, RAM, ROM, NVRAM (Non-Volatile Random Access Memory), a data bus connecting these components, an input / output interface, and the like.
本実施例1のコントローラ5は、適宜のタイミングにてブームE1及びアームE2にそれぞれ設置された歪みゲージ2により測定された測定結果である出力信号を、対応する送信モジュール3と、受信モジュール4を介して取得して、RAMやNVRAMに記憶する。またコントローラ5は、これも適宜のタイミングにて通信アンテナ6を介してセンタに出力信号とショベル60の識別番号を紐付けて送信し、センタはショベル60の識別番号毎に出力信号のデータを蓄積し記憶する。
The controller 5 according to the first embodiment sends an output signal, which is a measurement result measured by the
次に本実施例1の建設機械の応力測定装置1の設置態様について図3〜図6を用いて説明する。図3は図1に示したショベル60の掘削アタッチメントEの詳細な構造を示している。なお、掘削アタッチメントE自体は周知の構成であるため、本発明に関連する部分を主として説明する。
Next, the installation mode of the construction machine
掘削アタッチメントEは上部旋回体63側から、ブームE1、アームE2、バケットE3が連結されて構成される。切削アタッチメントEはこれらの構成要素を動作させる油圧アクチュエータとして、上部旋回体63とブームE1との間にアクチュエータA0を、ブームE1とアームE2との間にアクチュエータA1を、アームE2とバケットE3の間にアクチュエータA2を含んでいる。
The excavation attachment E is configured by connecting a boom E1, an arm E2, and a bucket E3 from the
図3に示すように、アクチュエータA1の上部旋回体63側の端部がブームE1に連結される部分が基部B1であり、アクチュエータA2の上部旋回体63側の端部がアームE2に連結される部分が基部B2である。
As shown in FIG. 3, the end of the actuator A1 on the
図4(a)は図3中の白抜き矢印D1方向視である。図4(a)に示すように、基部B1はブームE1のアームE2に向かう方向に対して垂直な左右方向において、左右一対の基板B1Lと基板B1Rを含んでいる。図4(b)は図4(a)の白抜き矢印R1方向視であり図4(b)図4(a)に併せて示すように、左側の基板B1LにブームE1に対応する送信モジュール3−1が後述するボルト締めによる締結により固定される。ブームE1の応力を測定する歪みゲージ2−1は、送信モジュール3−1よりもアームE2よりの位置に接着剤等の適宜の接合手法により貼り付けられる。また、歪みゲージ2−1と送信モジュール3−1は測定配線L1により接続される。 FIG. 4A is a view in the direction of the white arrow D1 in FIG. As shown in FIG. 4A, the base B1 includes a pair of left and right substrates B1L and B1R in the left-right direction perpendicular to the direction toward the arm E2 of the boom E1. 4B is a view in the direction of the white arrow R1 in FIG. 4A, and as shown in FIG. 4B and FIG. 4A, the transmission module 3 corresponding to the boom E1 on the left substrate B1L. -1 is fixed by fastening by bolt tightening described later. The strain gauge 2-1 for measuring the stress of the boom E1 is attached to a position closer to the arm E2 than the transmission module 3-1, by an appropriate joining method such as an adhesive. Further, the strain gauge 2-1 and the transmission module 3-1 are connected by the measurement wiring L1.
図5(a)は図3中の白抜き矢印D2方向視である。図5(a)に示すように、基部B2はアームE2のバケットE3に向かう方向に対して垂直な左右方向において、左右一対の基板B2Lと基板B2Rを含んでいる。図5(b)は図5(a)の白抜き矢印R2方向視であり図5(b)図5(a)に併せて示すように、左側の基板B2LにブームE2に対応する送信モジュール3−2が後述するボルト締めによる締結により固定される。アームE2の応力を測定する歪みゲージ2−2は、送信モジュール3−2よりもバケットE3よりの位置に接着剤等の適宜の接合手法により貼り付けられる。また、歪みゲージ2−2と送信モジュール3−2は測定配線L2により接続される。 FIG. 5A is a view in the direction of the white arrow D2 in FIG. As shown in FIG. 5A, the base B2 includes a pair of left and right substrates B2L and B2R in the left-right direction perpendicular to the direction toward the bucket E3 of the arm E2. FIG. 5B is a view in the direction of the white arrow R2 in FIG. 5A, and as shown in FIG. 5B and FIG. 5A, the transmission module 3 corresponding to the boom E2 on the left substrate B2L. -2 is fixed by fastening by bolt tightening described later. The strain gauge 2-2 that measures the stress of the arm E2 is attached to a position closer to the bucket E3 than the transmission module 3-2 by an appropriate bonding technique such as an adhesive. Further, the strain gauge 2-2 and the transmission module 3-2 are connected by a measurement wiring L2.
ここで送信モジュール3−1の左側の基板B1Lに対する固定方法について図6を用いて説明する。送信モジュール3−1は図2に示した処理部31、送信部32を構成する図示しないプリント基板と、バッテリ33を適宜の内輪郭形状にて支持し収納するほぼ直方体状のケース3C(筐体)を有している。ケース3Cは内部への塵埃や雨水の浸入を防ぐ防塵防水機能を有するとともに、締結ボルト34の雄ネジ部の先端が螺合される雌ネジ部3CAを有している。また、基板B1Lは締結ボルト34の雄ネジ部の中間部が挿通される挿通穴B1LHを有している。
Here, a method of fixing the transmission module 3-1 to the left substrate B1L will be described with reference to FIG. The transmission module 3-1 includes a
図6では挿通穴B1LHと雌ネジ部3CAと締結ボルト34は図示の便宜上一組示している。この組数ひいては締結点数と締結位置は、ケース3Cを含めた送信モジュール3−1の重量とブームE1に発生する振動の大きさ等を考慮して、想定される使用回数、使用期間において締結ボルト34に緩みが生じないよう適宜設定される。
In FIG. 6, the insertion hole B1LH, the female thread portion 3CA, and the
ケース3Cを基板B1Lの右側に突き当てて、雌ネジ部3CAと挿通穴B1LHを合わせた状態で締結ボルト34を挿通穴B1LHから挿通して雌ネジ部3CAに締結ボルト34の先端を螺合することによりケース3Cは基板B1Lに固定される。図6中カッコ内に示すように、送信モジュール3−2の対応する左側の基板B2Lに対する締結による固定態様も送信モジュール3−1について述べたものと同様である。
The case 3C is abutted against the right side of the substrate B1L, and the
以上述べた本実施例1の建設機械の応力測定装置1は、建設機械であるショベル60の特にアタッチメントEのブームE1とアームE2の応力を歪みゲージ2により測定して、測定結果を無線にて送信モジュール3により受信モジュール4に送信することができる。このため本実施例1は、ブームE1から上部旋回体63に至る配線や、アームE2からブームE1を経由して上部旋回体63に至る配線を不要にできる。つまり本実施例1は、測定のための配線作業や配線後の断線等の不具合をなくすことができる。
The construction machine
また本実施例1はショベル60の通常使用時においてもブームE1やアームE2の応力の測定結果を逐次データベースとしてコントローラ5やセンタに蓄積することができる。このため本実施例1はショベル60の機歴の作成とユーザへの適宜の提供に寄与することができる。
In the first embodiment, the stress measurement results of the boom E1 and the arm E2 can be sequentially stored in the controller 5 and the center even when the
なお上述した実施例1では建設機械の応力測定装置1をコントローラ5に接続して、ブームE1やアームE2の応力の測定結果をコントローラ5に送信するものとしたが、工場のコンピュータやワークステーション、ダイアグツール等の測定専用機に送信する構成としてもよい。この場合には応力の測定結果は、機歴の充実よりはむしろベンチテストにおける応力の測定と確認に供される。
In the first embodiment described above, the
上述した実施例1においては送信モジュール3の電源としてバッテリ33を用いたが、掘削アタッチメントEの掘削作業により発生する振動に基づいて発電する電源を利用することもできる。以下それについての実施例2について述べる。
In the first embodiment described above, the
実施例2の建設機械の応力測定装置11は図7に示すように、実施例1の建設機械の応力測定装置1に対して送信モジュール3が振動発電器35(発電手段)を具備し、それに対応してバッテリ33を充電式のものとしている。実施例2のその他の構成要素については実施例と同一であり、同一の構成要素については同一の符号を付し、相違点を主に以下に説明する。
As shown in FIG. 7, the construction machine stress measurement device 11 according to the second embodiment includes a vibration generator 35 (power generation means) in which the transmission module 3 includes the
振動発電器35は例えば図8に示す回路構成を有しており、振動発電素子36と整流回路37と平滑コンデンサ38を有して、充電式の二次電池であるバッテリ33に並列に接続される。
The
振動発電素子36は図9に示すように、例えば実施例1にて既述したプリント基板36A上に発電電極36Bと帯電体36Cを積層して形成し、帯電体36Cに平行かつ所定距離離隔した位置に可動体36Dを配置して構成される。可動体36Dはプリント基板36Aに垂直に突出する支柱36Eと支柱36Eに垂直に突出するバネ36Fにより支持されている。振動発電素子36を構成する上述した構成要素は、例えばMEMS(Micro Electro Mechanical System)プロセス等の微細加工技術により形成される。
As shown in FIG. 9, the vibration
この振動発電素子36は図9中のN方向に振動が加わると、可動体36D及び発電電極36Bと帯電体36Cとの距離が変化することに基づいて、発電電極36Bに交流電力が発生する。この交流電力は整流回路37により脈流電力に変換され、この脈流電力は平滑コンデンサ38で平滑されて直流電力に変換される。この直流電力によりバッテリ33は充電され、バッテリ33から又は振動発電器35から信号処理部31と送信部32に電源が供給される。つまり振動発電器35から送信モジュール3に電力が直接的又は間接的に供給される。
When vibration is applied to the vibration
なお、送信モジュール3のケース3C内におけるプリント基板36Aの設置形態は、ショベル60の掘削アタッチメントEのブームE1及びアームE2のそれぞれにおいて最も大きい変位の振動が発生する方向に図9中のN方向が一致するように適宜設定される。
9 is arranged in the direction in which the vibration of the largest displacement occurs in each of the boom E1 and the arm E2 of the excavation attachment E of the
本実施例2の建設機械の応力測定装置11によれば、掘削アタッチメントEがショベル60の稼働中に発生する振動を利用して、バッテリ33を適宜充電するので、バッテリ33を交換する必要性をなくすことができる。従って、建設機械の応力測定装置11を一旦設置した後は、半永久的に測定を継続することができ、作業性を向上するとともに、測定機械を増やすこともできる。
According to the stress measurement device 11 for the construction machine of the second embodiment, the excavation attachment E charges the
また本実施例2ではMEMS技術によりプリント基板36A上に形成された振動発電素子36を利用するので、電源をケース3Cに内蔵することができ、ケース3Cの外部に電源を設置する必要もなくして、配線艤装をより容易なものとすることができる。もちろん振動発電素子36をプリント基板36Aとは別個のプリント基板に形成して、この別懇プリント基板もケース3Cに収納することも可能である。
In the second embodiment, since the vibration
なお、振動発電器35は振動により発電が可能なものであれば振動発電素子36を用いるものに限られない。例えば圧電素子(圧電セラミックス)を用いる形態や、錘と永久磁石とコイルを用いる誘導発電式のものを適用することも可能である。なお、掘削アタッチメントEに振動が発生している場合のみに応力測定を行うこととすれば、バッテリ33については省略し、振動発電器35から直接、送信モジュール3に電源を供給することも可能である。
The
以上本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形およ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 are made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. be able to.
本発明の建設機械の応力測定装置は、掘削アタッチメントを構成するブームとアームの双方又は一方の応力を測定して、測定結果を無線通信にて受信側に送信することができるため、ブームやアームに配線を沿わせることなく応力の測定を可能とする。 The stress measuring device for construction machine according to the present invention can measure the stress of both or one of the boom and the arm constituting the excavation attachment, and can transmit the measurement result to the receiving side by wireless communication. It is possible to measure the stress without having the wiring line along.
本発明は、測定のための配線作業や配線の断線等をなくして作業性を向上させるとともに、センタを用いた機歴の監視等のシステムにも適用できる。このため、種々の建設機械に適用して好適なものである。 The present invention eliminates the wiring work for measurement and the disconnection of the wiring to improve workability, and can also be applied to a system such as monitoring of machine history using the center. For this reason, it is suitable for application to various construction machines.
1 建設機械の応力測定装置
2 歪みゲージ(応力測定手段)
3 送信モジュール(送信手段)
31 信号処理部
32 送信部
33 バッテリ
3C ケース(筐体)
3CA 雌ネジ部
34 締結ボルト
4 受信モジュール(受信手段)
11 建設機械の応力測定装置
33 バッテリ(充電式)
35 振動発電器(発電手段)
36 振動発電素子
36A プリント基板
36B 発電電極
36C 帯電体
36D 可動体
36E 支柱
36F バネ
37 整流回路
38 平滑コンデンサ
1 Stress measuring device for
3 Transmission module (transmission means)
31
3CA
11 Stress measuring device for
35 Vibration generator (power generation means)
36 vibration
Claims (6)
当該応力測定手段の測定結果を無線にて送信する送信手段と、
当該測定結果を受信する受信手段とを含み、
前記応力測定手段は、前記ブームの背面に貼り付けられ、
前記送信手段は、アームを動作させるアクチュエータの一端が連結される、前記ブームの背面に連結された一対の基板の間に設けられる、
ことを特徴とする建設機械の応力測定装置。 Stress measuring means for measuring the stress on the back of the boom constituting the excavation attachment of the construction machine;
Transmitting means for wirelessly transmitting the measurement result of the stress measuring means;
Receiving means for receiving the measurement result,
The stress measuring means is affixed to the back of the boom,
The transmission means is provided between a pair of substrates connected to the back of the boom, to which one end of an actuator that operates the arm is connected .
A stress measuring device for construction machinery.
当該応力測定手段の測定結果を無線にて送信する送信手段と、 Transmitting means for wirelessly transmitting the measurement result of the stress measuring means;
当該測定結果を受信する受信手段とを含み、 Receiving means for receiving the measurement result,
前記応力測定手段は、前記アームの背面に貼り付けられ、 The stress measuring means is attached to the back surface of the arm,
前記送信手段は、バケットを動作させるアクチュエータの一端が連結される、前記アームの背面に連結された一対の基板の間に設けられる、 The transmitting means is provided between a pair of substrates connected to the back surface of the arm, to which one end of an actuator that operates the bucket is connected.
ことを特徴とする建設機械の応力測定装置。 A stress measuring device for construction machinery.
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