WO2016189654A1 - 建設機械の荷重計測装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a load measuring device for a construction machine for the purpose of improving the load measuring accuracy of a construction machine such as a dump truck.
- this load measuring device measures the load from the pressure applied to a plurality of suspensions that support the vehicle body (usually a total of four on the front, rear, left, and right sides of the vehicle body), and records and records measurement values as needed. Display.
- a state suitable for load measurement can be obtained during normal load traveling often depends on the travel route. For example, when a quarry is loaded above a mountain seen in a quarry site due to a cut-off of a natural ground and goes down a slope as it is, a load cannot be measured with high accuracy because there is no flat place on the road. Therefore, for example, as shown in the following Patent Document 2, the load is measured at the timing when the influence of the traveling state and the ground state is small, for example, when the dump truck is released, and the measured value is recorded. is there.
- Patent Document 3 a technique for averaging the pressure of each suspension has been proposed in order to suppress the influence of vibration during running and the frictional resistance of the suspension cylinder. Furthermore, as shown in Patent Document 3 below, when the dump truck is traveling along a curved traveling route, the balance between the left and right is often lost. A technology that improves the measurement accuracy is proposed.
- JP 2007-298449 A JP 2005-43267 A JP-A-60-161532 Japanese Patent No. 5160468
- the four suspension cylinders used in the conventional load measuring apparatus as described above are filled with an oil component called neocon (silicone oil) and nitrogen gas.
- neocon silicone oil
- the pressure in such a suspension cylinder is always in a state where there is a predetermined internal pressure (gas charge set pressure), but it may be below the specified gas charge set pressure due to getting on the vehicle body or improper maintenance. . In such a state, the front / rear / right / left balance of the vehicle body becomes unstable, and the load measurement error increases.
- the load balance becomes unstable depending on the posture at the time of loading, and three or two of the four suspension cylinders are used. Since the load may be received only by the book, it cannot be determined that the load is uniformly applied to all the suspension cylinders.
- the present invention has been devised to solve these problems, and a purpose of the present invention is to provide a new load measuring device for construction machinery that can improve the load load measurement accuracy by considering the state of the suspension cylinder. Is to provide.
- a first invention is a load measuring device for a construction machine comprising a load load calculating means for calculating a load load based on loads of a plurality of suspension cylinders, wherein the load of each suspension cylinder is calculated. When all of them are equal to or greater than a prescribed value, the loaded load calculated by the loaded load calculating means is output. When even one of the suspension cylinders is less than the specified value, the loaded load calculated by the loaded load calculating means is output.
- a load measuring device for a construction machine comprising a loading load confirmation unit that is invalidated without performing the operation.
- the load load checking means determines that the front / rear / left / right balance of the vehicle body is not good and the load load calculation means calculates the load load calculation means. Since the load is invalidated without being output, it is possible to avoid measurement with a large error. Thereby, since only an accurate measurement value is output, the measurement accuracy of the loaded load can be improved.
- the second invention is the load measuring device for a construction machine according to the first invention, wherein the load of each suspension cylinder is calculated based on the pressure applied to the inside of each suspension cylinder.
- the loaded load calculated by the loaded load calculating unit is calculated by the loaded load calculating unit. Can be invalidated without output.
- the pressure applied to each suspension cylinder is a pressure of a fluid (gas charge set pressure) enclosed in the suspension cylinder, and the load measurement of the construction machine is characterized in that Device.
- the load load check means calculates the load load calculated by the load load calculation unit. Can be invalidated without output.
- a fourth invention is the load measuring device for construction machine according to the first invention, wherein the load of each suspension cylinder is calculated based on a stroke (amount of expansion / contraction) of each suspension cylinder.
- the loading load checking means invalidates without outputting the loading load calculated by the loading load calculation unit. can do.
- a fifth invention is characterized in that, in any one of the first to fourth inventions, the prescribed value of the load of the suspension cylinder is different between the suspension cylinder on the front wheel side and the suspension cylinder on the rear wheel side. It is a load measuring device for construction machinery. Usually, due to the structure of the dump truck, the load applied to the suspension cylinder on the front wheel side and the suspension cylinder on the rear wheel side is often different. Therefore, with such a configuration, it is possible to determine the optimum output invalidity according to each suspension cylinder.
- a sixth aspect of the invention is the load measuring device for a construction machine according to any one of the first to fourth aspects, wherein the prescribed value of the load of the suspension cylinder is different for each of the front, rear, left and right suspension cylinders.
- each suspension cylinder may have a different load. Therefore, with such a configuration, it is possible to determine the optimum output invalidity according to each suspension cylinder.
- the load load calculated by the load load calculation unit is not output and is invalidated. Therefore, it is possible to avoid measurement with a large error. Thereby, since only an exact measurement value is output, measurement accuracy can be improved more.
- FIG. 1 is a side view of a dump truck 200 that is an example of a construction machine to which a load measuring device 100 according to the present invention is applied.
- 2 is a longitudinal sectional view showing a simplified structure of suspension cylinders 51 and 61.
- FIG. It is a hardware block diagram of the load measuring device 100 which concerns on this invention. It is a functional block diagram of load measuring device 100 concerning the present invention. It is a flowchart figure which shows an example of the flow of the process by the load measuring device 100 which concerns on this invention. It is a functional block diagram of load measuring device 100 concerning the present invention. It is a flowchart figure which shows an example of the flow of the process by the load measuring device 100 which concerns on this invention.
- FIG. 1 is a side view of a dump truck 200 which is an example of a construction machine to which the load measuring apparatus 100 of the present invention is applied.
- FIG. 2 is a longitudinal section showing a simplified structure of suspension cylinders 51 and 61 provided in the dump truck 200.
- 3 is a block diagram of the load measuring apparatus 100 according to the present invention
- FIG. 4 is a functional block diagram of the load measuring apparatus 100 according to the present invention
- FIG. 5 is a process flow diagram of the load measuring apparatus 100 according to the present invention. It is.
- a dump truck 200 to which the load measuring device 100 of the present invention is applied is loaded with a vehicle body 10, a cab 20 provided at the front portion of the vehicle body 10, and loads such as earth and sand and quarrying.
- a tilt sensor 70 for detecting a tilt angle in the front-rear direction of the vehicle body 10 is provided in the cab 20 of the vehicle body 10.
- the left and right rear wheels 60 and 60 are provided with rear wheel speed detectors 80 and 80 for detecting their rotational speeds, respectively, and the vehicle body 10 has a vehicle body speed for detecting the speed of the vehicle body 10.
- a detector 90 is provided.
- suspension cylinders 51, 51, 61, 61 arranged on the front, rear, left and right of the vehicle body 10 are pressures for measuring the load applied to each cylinder as a device for measuring the load of the load as shown in FIG.
- Sensors 52, 52, 62, 62 are respectively attached.
- the suspension cylinders 51, 51, 61, 61 are composed of a cylinder 54 that supports the wheels 50, 50, 60, 60 side and a piston 55 that supports the vehicle body 10 side.
- the piston 55 includes a piston body 55a that slides up and down in the cylinder 54, and a piston cylinder 55b that is connected to the piston body 55a.
- the inside of the cylinder 54 is partitioned into an upper chamber 56 and a lower chamber 57 by the piston main body 55a, and oil flows between the upper chamber 56 and the lower chamber 57 through an orifice 55c formed in the piston main body 55a. It has become.
- the piston cylinder 55b communicating with the lower chamber 57 nitrogen gas is sealed together with oil, and the pressure of the nitrogen gas is measured at any time by a gas pressure sensor 53 provided in the piston cylinder 55b. Measurement signals from these sensors 52, 53, 62, and 70 are input to the load measuring apparatus 100 according to the present invention as shown in FIG.
- FIG. 3 shows a hardware configuration of the load measuring apparatus 100 according to the present invention.
- the load measuring device 100 includes a detection signal from a tilt sensor 70 that detects the front and rear tilt angles of the vehicle body 10, a detection signal from a vehicle body speed detector 90 that detects the speed of the vehicle body 10, Detection signals from the rear wheel speed detectors 80 and 80 for detecting the rotational speeds of the rear wheels 60 and 60, and pressure sensors 52, 52 and 62 for measuring the loads on the suspension cylinders 51, 51, 61 and 61, respectively.
- 62 and detection signals from gas pressure sensors 53, 53, 63, 63 that measure the gas pressure in each suspension cylinder 51, 51, 61, 61 are input.
- the load measuring apparatus 100 includes a calculation unit (CPU) 110 that performs calculations according to various processing programs, a timer 120 that drives the calculation unit 110, a clock 130 for obtaining time, and a reading that stores various processing programs.
- a calculation unit (CPU) 110 that performs calculations according to various processing programs
- a timer 120 that drives the calculation unit 110
- a clock 130 for obtaining time
- a reading that stores various processing programs.
- Dedicated memory (ROM) 140, random access memory (RAM) 150 for temporarily storing variable data and load data as a result of load measurement
- input interface 160 for sensor input and communication
- calculation results of calculation unit 110 are output to an external device (not shown) such as a display device 180 installed in the cab 20 and a management center.
- the cross-sectional area value D of the front wheel side suspension cylinders 51 and 51 and the rear wheel side suspension cylinders 61 and 61, and the front wheel side suspension cylinders are stored.
- the weight G on the vehicle body 10 side supported by the cylinders 51, 51 and the suspension cylinders 61, 61 on the rear wheel side and the total load Pt acting on all the suspension cylinders 51, 51, 61, 61 are obtained from the inclination sensor 70.
- a correction ratio characteristic C of the total load Pt for obtaining the eccentric load correction ratio Xa of the total load Pt a correction ratio characteristic C of the total load Pt for obtaining the eccentric load correction ratio Xa of the total load Pt.
- the calculation unit 110 of the load measuring apparatus 100 shown in FIG. 3 uses a variety of processing programs stored in the ROM 14 to calculate a load amount (load amount) 111 loaded on the body 30 as shown in FIG. And the load load check means 112 for checking whether or not to output the load amount (load amount) calculated by the load load calculation means 111.
- the load load calculating means 111 detects the cylinder pressure from the pressure sensors 52 and 52 for measuring the cylinder pressures of the suspension cylinders 51 and 51 on the front wheel side, and the suspension cylinder 51 that is stored in advance.
- a second multiplier 12a, 12a for computing, and a first multiplier A first adder 11c for adding the loads of the front wheel side suspension cylinders 51, 51 from the devices 11a, 11a to calculate a front load PF acting on the front wheel side suspension cylinders 51, 51;
- a third adder 11e that adds the rear load PR from 11d and calculates the total load Pt of the suspension cylinders 51, 51, 61, 61.
- the load load calculating means 111 calculates the total load Pt of the suspension cylinders 51, 51, 61, 61 from the adder 11e based on the inclination angle ⁇ from the inclination sensor 70 and the characteristic A of the corrected total load Pt stored in advance.
- the front / rear load ratio correction calculation unit 11h that calculates the corrected front / rear load ratio X when the vehicle body 10 is not inclined based on the characteristic B of the front / rear load ratio X, and the vehicle body 10 is traveling based on the vehicle body speed signal.
- the total load Pt is determined based on the vehicle body stop correction unit 11i that determines whether the vehicle is stopped, the corrected front / rear load ratio X from the front / rear load ratio correction calculation unit 11h, and the characteristic C of the eccentric load correction ratio of the total load Pt.
- the total load correction ratio calculation unit 11j for calculating the eccentric load correction ratio Xa of the load, and the eccentric load correction of the total load Pt from the total load correction ratio calculation unit 11j to the correction total load Pt from the total load correction calculation unit 11f
- a second divider 11k that divides the ratio Y, a third multiplier 11m that applies a suspension load ratio to the total load Pt from the second divider 11k, and a total load from the third multiplier 11m Loading is performed by subtracting the mass of the frame on the suspension, which is the weight of the vehicle body 10 side supported by the front wheel side suspension cylinders 51, 51 and the rear wheel side suspension cylinders 61, 61 from Pt.
- a subtracter 11n for calculating the amount.
- the loading load checking means 112 includes a loading mass fluctuation measuring unit 12a that samples and measures the loading mass from the loading load calculating means 111 several times within a certain time, and a loading mass fluctuation measuring unit 12a. An average value of the measured values is obtained, and with respect to this average value, a load mass fluctuation confirmation unit 12b for confirming that the difference between the maximum measured value and the minimum measured value is minimized, and the left and right rear wheels 60, 60.
- a speed difference detector 12e for calculating a difference between the respective speeds from the left and right rear wheel speed detectors 62 and 62 for detecting the rotational speed of the vehicle, and a set value (for example, a number) km / h) or higher, in a so-called driving state in which load measurement is possible (condition 1), and in a case where the loaded mass from the minimum deviation check portion 12b of the loaded load is within the fluctuation width (condition 2).
- Rear wheel speed detector 62 When the difference between the respective speeds from 2 is smaller than a preset value, a case where it can be determined that the vehicle is traveling on a straight route instead of a so-called curved route (condition 3) is satisfied.
- the load mass from the load load calculating means 111 is output, and if any one of these conditions is not satisfied, the load mass from the load load calculating means 111 is invalidated as the output of the final load mass.
- a confirmation operation unit (logical product operation unit: AND) 12c.
- the loading load confirmation unit 112 includes a second confirmation operation unit (logical product operation unit: AND) 12d together with the first confirmation operation unit 12c.
- the second confirmation calculation unit 12d is configured to detect the suspension cylinders 51, 51 based on the detection values from the gas pressure sensors 53, 53, 63, 63 provided in the suspension cylinders 51, 51, 61, 61 described above. 61, 61, and when all the gas pressures are equal to or higher than a specified value (condition 4), the load mass calculated by the first check calculation unit 12c is held and displayed externally. When the final output is made to the apparatus 180 and even one of these gas pressures is less than the specified value, the load load calculated by the first confirmation calculation unit 12c is invalidated without being finally output to the external display apparatus 180.
- a second confirmation operation unit logical product operation unit: AND
- the prescribed values of the gas pressures of the suspension cylinders 51, 51, 61, 61 are not limited to the same value (several MPa to several tens of MPa), but are different for each front wheel and rear wheel or each wheel. In some cases.
- step S102 these cylinder pressures are multiplied by the previously stored sectional area values D of the cylinders 51, 51, 61, 61, respectively, and the loads acting on the suspension cylinders 51, 51, 61, 61 are calculated. Then, the process proceeds to the next step s204.
- the first adder 11c adds the loads of the front wheel side suspension cylinders 51 and 51 from the first multipliers 11a and 11a, and calculates the front load PF acting on the loads.
- the second adder 11d calculates the rear load PR that acts on the rear wheel side suspension cylinders 61, 61 from the second multipliers 11b, 11b.
- the third adder 11e adds the front load PF from the first adder 11c and the rear load PR from the second adder 11d to add the total load of the suspension cylinders 51, 51, 61, 61. Pt is calculated.
- step S108 the inclination angle ⁇ is measured based on the signal from the inclination sensor 70, and the process proceeds to step S110.
- step S110 the weight correction amount is calculated. That is, the total load correction calculation unit 11f determines the total load Pt of the suspension cylinders 51, 51, 61, 61 from the third adder 11e based on the inclination angle ⁇ and the corrected total load Pt characteristic A stored in advance. The corrected total load Pt when 10 is not inclined is calculated.
- the front / rear load ratio correction calculation unit 11h determines the front / rear load ratio Xt from the first divider 11g based on the inclination angle ⁇ from the inclination sensor 70 and the characteristic B of the corrected front / rear load ratio X stored in advance. The corrected front-rear load ratio X when is not inclined is calculated.
- the total load correction ratio calculation unit 11j is based on the corrected front / rear load ratio X from the front / rear load ratio correction calculation unit 11h and the characteristic C of the eccentric load correction ratio of the total load Pt. Is calculated.
- the second divider 11k divides the eccentric load correction ratio Y of the total load Pt from the total load correction ratio calculator 11j by the corrected total load Pt from the total load correction calculator 11f. At this time, when the vehicle speed signal is taken and it is determined that the vehicle body is stopped, these processes are not performed.
- the subtractor 11n subtracts the frame mass on the vehicle body 10 side supported by the front wheel side suspension cylinders 51 and 51 and the rear wheel side suspension cylinders 61 and 61 from the total load Pt from the second divider 11k. The loaded mass is calculated and the process proceeds to the next step S116.
- step S116 the loaded mass fluctuation measurement unit 12a in the loaded load confirmation unit 112 samples and measures the loaded mass from the loaded load calculation unit 111 several times within a predetermined time.
- the load mass fluctuation width check unit 12b calculates an average value of the measurement values from the vibration width measurement unit 12a, confirms that the difference between the maximum measurement value and the minimum measurement value is minimized with respect to the average value.
- the process proceeds to S120.
- the speed difference detector 12e calculates the difference between the speeds from the rear wheel speed detectors 62 and 62.
- step S120 when the speed of the vehicle body 10 from the vehicle body speed detector 90 reaches a preset value (for example, several km / h) or more by the first confirmation calculation unit 12c, a traveling state in which load measurement is possible.
- a preset value for example, several km / h
- the first confirmation calculation unit 12c a traveling state in which load measurement is possible.
- (Condition 1) in the case where the loaded mass from the loaded mass fluctuation confirmation unit 12b is within the minimum fluctuation (Condition 2), and from the rear wheel speed detectors 62 and 62 from the speed difference detector 12e.
- condition 3 When the difference between the respective speeds is smaller than a preset set value, when it can be determined that the vehicle is traveling on a straight route instead of a so-called curved route (condition 3), The loaded mass from the loaded load calculating means 111 is output as a loaded amount, and the process proceeds to the next step S122. On the other hand, if any one of the conditions 1 to 3 is not satisfied (NO), the output of the loaded mass from the loaded load calculating means 111 is invalidated and the process returns to step S116.
- step S122 the second confirmation calculation unit 12d determines whether the gas pressures of all the suspension cylinders 51, 51, 61, 61 exceed a predetermined value based on the measurement values from the gas pressure sensors 53, 53, 63, 63. Judge whether or not. If it is determined that the load has been exceeded (YES), the load mass output from the first confirmation calculation unit 12c is output as the load amount, and the process proceeds to the next step S124. If it is determined that the value is below the value (NO), the loaded mass output from the first confirmation calculation unit 12c is invalidated and the process returns to step S116.
- step S124 the loaded mass from the loaded load calculating means 111 obtained in a state where all the conditions 1 to 4 are satisfied is held, outputted, and displayed on the display device 180.
- each suspension cylinder 51, 51, 61, 61 has one gas charge set pressure. Even when it is less than the specified value, it is judged that the front / rear / left / right balance of the vehicle body is not good, and the load mass calculated by the load load calculation unit 111 is invalidated without being output, so the measurement value with a large error is retained. The display can be avoided. Thereby, since only an exact measurement value is output, measurement accuracy can be improved more.
- the second confirmation calculation unit 12d confirms that the gas pressures of the suspension cylinders all satisfy a predetermined value. (Condition 4) is determined, but the condition 4 is determined first, and when the condition is satisfied, it is determined whether the conditions 1 to 3 are satisfied. May be.
- the determination stage can be performed not only immediately before the first confirmation calculation unit 12c but also at an earlier stage, for example, immediately after step S100.
- the reliability of load measurement is determined based on the gas pressures of the suspension cylinders 51, 51, 61, 61.
- the suspension cylinders 51, 51, 61 , 61 instead of or together with the gas pressure sensors 53, 53, 63, 63, the stroke amount (expansion / contraction amount) of the suspension cylinders 51, 51, 61, 61 is measured.
- a stroke sensor 58 may be provided. This is because it can be determined that the front / rear / left / right balance of the vehicle body is unstable even when the expansion / contraction amount of any one of the suspension cylinders 51, 51, 61, 61 is extremely large. Also in this case, as shown in FIGS.
- the stroke amount of the suspension cylinders 51, 51, 61, 61 measured by the stroke sensor 58 exceeds a predetermined range, the front, rear, left, right of the vehicle body
- the output may be invalidated by determining that the balance is unstable or that an abnormality has occurred in the suspension cylinders 51, 51, 61, 61.
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Abstract
サスペンションシリンダの状態を監視することで計測精度をより向上できる新規な建設機械の荷重計測装置の提供。 積載荷重を複数のサスペンションシリンダ51の負荷に基づいて演算する積載荷重演算手段111と、サスペンションシリンダ51の負荷がすべて規定値以上のときには、演算した積載荷重を出力し、1つでも規定値未満のときには、演算した積載荷重を出力せずに無効化する積載荷重確認手段112とを備える。これにより、各サスペンションシリンダ51の負荷が1つでも規定値未満のときには、車体10の前後左右バランスが良好でないと判断して、演算した積載荷重を出力せずに無効化するため、誤差が大きい計測が行われるのを回避できる。
Description
本発明は、ダンプトラックなどの建設機械の荷重計測精度の向上を目的とした建設機械の荷重計測装置に関する。
鉱山や採石現場などで活躍するダンプトラックには、積み過ぎを防止したり、現場の生産量などを把握するための荷重計測装置が搭載されている。この荷重計測装置は、例えば以下の特許文献1に示すように、車体を支持する複数(通常、車体の前後左右合計4本)のサスペンションにかかる圧力から荷重計測を行い、随時計測値の記録・表示を行うものである。
このような荷重計測装置では、通常の積荷走行中に、荷重の計測に適した状態が得られるかは走行経路に依存するところが多い。例えば、地山の切り崩しによる採石現場に見られる山の上方で採石を積込んでそのまま斜面を下る場合などは、走行路に平坦な場所がないことから精度のよい荷重計測が行えない。そのため、例えば以下の特許文献2に示すように走行状態や地面の状態の影響が少ないタイミング、例えばダンプトラックの放土の際に行う後進の間に荷重を計測し、計測値を記録するものがある。
また、以下の特許文献3に示すように、走行中の揺れやサスペンションシリンダの摩擦抵抗の影響を抑えるために各サスペンションの圧力を平均化処理する技術も提案されている。さらに、以下の特許文献3に示すように、ダンプトラックが曲線状の走行経路を走行している場合には、左右のバランスが崩れることが多いため、このような場合には荷重計測を控えることで計測精度を向上させた技術も提案されている。
ところで、前述したような従来の荷重計測装置に用いる4本のサスペンションシリンダは,その内部にネオコン(シリコン系オイル)と称される油分と窒素ガスが封入されている。このようなサスペンションシリンダ内の圧力は、常に所定の内圧(ガスチャージセット圧)がある状態となっているが、車体乗り上げ時や不正な保守などによって規定のガスチャージセット圧力以下となることがある。このような状態では車体の前後左右のバランスが不安定となり、荷重計測の誤差が大きくなる。
また、すべてのサスペンションシリンダのガスチャージセット圧を規定値のガスチャージセット圧にしたとしても、積み込み時の姿勢によっては、荷重バランスが不安定となり、4本のサスペンションシリンダのうち、3本もしくは2本のみで荷重を受け止める場合あるため、すべてのサスペンションシリンダに均一に荷重がかかっているとは判断できない。
そこで、本発明はこれらの課題を解決するために案出されたものであり、その目的は、サスペンションシリンダの状態を考慮することで積載荷重の計測精度を向上できる新規な建設機械の荷重計測装置を提供するものである。
前記課題を解決するために第1の発明は、積載荷重を複数のサスペンションシリンダの負荷に基づいて演算する積載荷重演算手段を備えた建設機械の荷重計測装置であって、前記各サスペンションシリンダの負荷がすべて規定値以上のときには、前記積載荷重演算手段で演算した積載荷重を出力し、前記各サスペンションシリンダの負荷が1つでも規定値未満のときには、前記積載荷重演算手段で演算した積載荷重を出力せずに無効化する積載荷重確認手段を備えたことを特徴とする建設機械の荷重計測装置である。
このような構成によれば、積載荷重確認手段が各サスペンションシリンダの負荷が1つでも規定値未満のときには、車体の前後左右バランスが良好でないと判断して、前記積載荷重演算手段で演算した積載荷重を出力せずに無効化するため、誤差が大きい計測が行われるのを回避することができる。これにより、正確な計測値だけが出力されるため、積載荷重の計測精度を向上させることができる。
第2の発明は、第1の発明において、前記各サスペンションシリンダの負荷は、各サスペンションシリンダの内部にかかる圧力に基づいて演算することを特徴とする建設機械の荷重計測装置である。このような構成によれば、車体乗り上げ時や不正な保守などによってサスペンションシリンダの内部にかかる圧力が規定の圧力以下となった場合には積載荷重確認手段が前記積載荷重演算手段で演算した積載荷重を出力せずに無効化することができる。
第3の発明は、第2の発明において、前記各サスペンションシリンダにかかる圧力は、前記サスペンションシリンダ内に封入された流体の圧力(ガスチャージセット圧)であることを特徴とする建設機械の荷重計測装置である。このような構成によれば、車体乗り上げ時や不正な保守等によってサスペンションシリンダ内の流体圧が規定の圧力以下となった場合には積載荷重確認手段が前記積載荷重演算部で演算した積載荷重を出力せずに無効化することができる。
第4の発明は、第1の発明において、前記各サスペンションシリンダの負荷は、各サスペンションシリンダのストローク(伸縮量)に基づいて演算することを特徴とする建設機械の荷重計測装置である。このような構成によれば、車体乗り上げ時や不正な保守などによってサスペンションシリンダのストロークが規定範囲を超えたときには積載荷重確認手段が前記積載荷重演算部で演算した積載荷重を出力せずに無効化することができる。
第5の発明は、第1乃至4のいずれかの発明において、前記サスペンションシリンダの負荷の規定値は、前輪側のサスペンションシリンダと、後輪側のサスペンションシリンダとで異なっていることを特徴とする建設機械の荷重計測装置である。通常、ダンプトラックの構造上、前輪側のサスペンションシリンダと後輪側のサスペンションシリンダとではかかる負荷が違っている場合が多い。従って、このような構成とすれば、各サスペンションシリンダに応じた最適な出力無効の判断を行うことができる。
第6の発明は、第1乃至4のいずれかの発明において、前記サスペンションシリンダの負荷の規定値は、前後左右各サスペンションシリンダで異なっていることを特徴とする建設機械の荷重計測装置である。通常、ダンプトラックの構造上、各サスペンションシリンダはそれぞれかかる負荷が違っている場合がある。従って、このような構成とすれば、各サスペンションシリンダに応じた最適な出力無効の判断を行うことができる。
本発明によれば、各サスペンションシリンダの負荷が1つでも規定値未満のときには、車体の前後左右バランスが良好でないと判断して、前記積載荷重演算部で演算した積載荷重を出力せずに無効化するため、誤差が大きい計測が行われるのを回避することができる。これにより、正確な計測値だけが出力されるため、計測精度をより向上させることができる。
次に、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。図1乃至図5は、本発明に係る建設機械の荷重計測装置100の実施の一形態を示したものである。図1は本発明の荷重計測装置100が適用される建設機械の一例であるダンプトラック200の側面図、図2はこのダンプトラック200に設けられたサスペンションシリンダ51,61の簡略構造を示す縦断面図、図3は本発明に係る荷重計測装置100の構成図、図4は同じく本発明に係る荷重計測装置100の機能ブロック図、図5は同じく本発明に係る荷重計測装置100の処理フロー図である。
本発明の荷重計測装置100が適用されるダンプトラック200は、図1に示すように、車体10と、この車体10の前部に設けられた運転室20と、土砂や採石などの積荷が積み込まれるボディ30と、このボディ30を一点鎖線で示すように上下方向に回動させるボディ操作シリンダ40と、車体10の前側左右に配置された前輪50(他方は図示せず)と、この前輪50,50をそれぞれ支持する前側左右のサスペンションシリンダ51(他方は図示せず)と、車体10の後側左右に配置された後輪60(他方は図示せず)と、この後輪60,60をそれぞれ支持する後側左右のサスペンションシリンダ61(他方は図示せず)とを備えている。なお、後輪60,60は、車体10の後側左右にそれぞれ2本1組ずつ合計4本備えられているものもある。
また、図1に示すように車体10の運転室20内には、車体10の前後方向の傾斜角度を検出する傾斜センサ70が設けられている。また、左右の後輪60,60には、それらの回転速度をそれぞれ検出する後輪速度検出器80,80が設けられており、また、車体10には、車体10の速度を検出する車体速度検出器90が設けられている。
これら車体10の前後左右に配置された4つのサスペンションシリンダ51、51、61、61には、図2に示すように積荷の荷重を計測する機器として、各シリンダにかかる荷重を計測するための圧力センサ52、52、62、62がそれぞれ取り付けられている。
図2に示すように、このサスペンションシリンダ51、51、61、61は、車輪50,50,60,60側を支持するシリンダ54と、車体10側を支持するピストン55とから構成されている。ピストン55は、シリンダ54内を上下に摺動するピストン本体55aと、このピストン本体55aに連結されたピストン筒55bとから構成されている。
そして、このピストン本体55aによってシリンダ54内が上室56と下室57とに区画され、ピストン本体55aに形成されたオリフィス55cを介してオイルが上室56と下室57間で流通するようになっている。下室57と連通するピストン筒55b内にはオイルと共に窒素ガスが封入されており、その窒素ガスの圧力はピストン筒55bに設けられたガス圧センサ53で随時計測される。これらセンサ52,53、62、70からの計測信号は、図3に示すように本発明に係る荷重計測装置100へ入力される。
図3は本発明に係る荷重計測装置100のハードウェア構成を示したものである。図示するようにこの荷重計測装置100には、車体10の前後の傾斜角度を検出する傾斜センサ70からの検出信号と、車体10の速度を検出する車体速度検出器90からの検出信号と、左右の後輪60,60の回転速度をそれぞれ検出する後輪速度検出器80,80からの検出信号と、各サスペンションシリンダ51,51、61,61の各荷重を計測する圧力センサ52,52,62,62からの検出信号と、各サスペンションシリンダ51,51、61,61内のガス圧を計測するガス圧センサ53、53,63,63からの検出信号が入力される。
この荷重計測装置100は、各種処理プログラムに従って演算を行う演算部(CPU)110と、この演算部110を駆動するタイマ120と、時刻を取得するための時計130と、各種処理プログラムを保存する読み込み専用のメモリ(ROM)140と、変数値や荷重計測の結果である荷重データを一時保存するランダムアクセスメモリ(RAM)150と、センサ入力や通信を行う入力インターフェース160と、演算部110の演算結果を運転室20内に設置された表示装置180や管理センターなどの外部装置(図示せず)へ出力する出力インターフェース170とを有している。
ROM140には、各種処理プログラムに加え、図4に示すように、前輪側のサスペンションシリンダ51,51および後輪側のサスペンションシリンダ61,61の各シリンダの断面積の値Dと、前輪側のサスペンションシリンダ51,51および後輪側のサスペンションシリンダ61,61によって支持されている車体10側の重量Gと、全てのサスペンションシリンダ51,51,61,61に作用する全荷重Ptを傾斜センサ70からの車体10の傾斜角度θに基づいて傾斜が作用していない場合の全荷重Ptとして求めるための補正全荷重Pt特性Aと、前輪側のサスペンションシリンダ51,51に作用する荷重PFと後輪側のサスペンションシリンダ61,61に作用する荷重PRとのサスペンション荷重比Xt(Xt=PF/PR)を傾斜センサ70からの車体10の傾斜角度θに基づいて傾斜が作用していない場合の荷重比Xとして求めるための補正前後荷重比Xの特性Bと、補正前後荷重比Xに基づいて全荷重Ptの偏心積込補正比率Xaを求めるための全荷重Ptの補正比率の特性Cとが記憶されている。
次に、このような構成をした本発明に係る荷重計測装置100における具体的な処理の流れを、図3および図4の機能ブロック図および図5のフローチャートを用いて説明する。図3に示す荷重計測装置100の演算部110は、ROM14に記憶された各種処理プログラムによって、図4に示すようにボディ30に積み込まれた積荷量(積載量)を演算する積載荷重演算手段111と、この積載荷重演算手段111で演算された積荷量(積載量)を出力するか否かを確認する積載荷重確認手段112として機能する。
図4に示すように、先ず積載荷重演算手段111は、前輪側のサスペンションシリンダ51,51の各シリンダ圧力を計測するための圧力センサ52,52からのシリンダ圧と予め記憶したサスペンションシリンダ51の断面積の値Dとをそれぞれ掛け算して前輪側のサスペンションシリンダ51,51にそれぞれ作用する荷重を演算する第1の掛算器11a、11aと、同じく後輪側のサスペンションシリンダ61,61の各サスペンションシリンダ圧力を計測するための圧力センサ62,62からのサスペンションシリンダ圧力と予め記憶したサスペンションシリンダ62の断面積の値Dとをそれぞれ掛け算して後輪側のサスペンションシリンダ61,61にそれぞれ作用する荷重を演算する第2の掛算器12a,12aと、第1の掛算器11a、11aからの前輪側のサスペンションシリンダ51,51の荷重を加算して前輪側のサスペンションシリンダ51,51に作用する前側荷重PFを演算する第1の加算器11cと、同じく第2の掛算器11b、11bからの後輪側のサスペンションシリンダ61,61に作用する後側荷重PRを演算する第2の加算器11dと、第1の加算器11cからの前側荷重PFと第2の加算器11dからの後側荷重PRとを加算してサスペンションシリンダ51,51,61,61の全荷重Ptを演算する第3の加算器11eとを有する。
さらにこの積載荷重演算手段111は、加算器11eからのサスペンションシリンダ51,51,61,61の全荷重Ptを傾斜センサ70からの傾斜角度θと予め記憶した補正全荷重Ptの特性Aとに基づいて車体10が傾斜していない場合の補正全荷重Ptを演算する全荷重補正演算部11fと、第1の加算器11cからの前側荷重PFと第2の加算器11dからの後側荷重PRとの前後荷重比Xt(Xt=PF/PR)を演算する第1の除算器11gと、この第1の除算器11gからの前後荷重比Xtを傾斜センサ70からの傾斜角度θと予め記憶した補正前後荷重比Xの特性Bとに基づいて車体10が傾斜していない場合の補正前後荷重比Xを演算する前後荷重比補正演算部11hと、車体速度信号に基づいて車体10が走行しているか停止しているかを判定する車体停止補正部11iと、前後荷重比補正演算部11hからの補正前後荷重比Xと全荷重Ptの偏心積込補正比率の特性Cとに基づいて全荷重Ptの偏心積込補正比率Xaを演算する全荷重補正比率演算部11jと、この全荷重補正演算部11fからの補正全荷重Ptに全荷重補正比率演算部11jからの全荷重Ptの偏心積込補正比率Yを除算する第2の除算器11kと、この第2の除算器11kからの全荷重Ptにサスペンション荷重比をかかる第3の掛算器11mと、この第3の掛算器11mからの全荷重Ptから前輪側サスペンションシリンダ51,51および後輪側サスペンションシリンダ61,61によって支持されている車体10側の重量である、サスペンション上フレーム質量を減算して積載質量を演算する減算器11nとを備えている。
一方、積載荷重確認手段112は、積載荷重演算手段111からの積載質量を一定の時間内で数回サンプリング計測する積載質量の振れ幅計測部12aと、この積載質量の振れ幅計測部12aからの計測値の平均値を求め、この平均値に対し、最大計測値と最小計測値の差が最小になったことを確認する積載質量の振れ幅確認部12bと、左右の各後輪60,60の回転速度を検出する左右後輪速度検出器62,62からの各速度の差を演算する速度差検出器12eと、車体速度検出器90からの車体速度が予め設定した設定値(例えば、数km/h)以上に達した場合、いわゆる荷重計測可能な走行状態の場合(条件1)と,積載荷重の最小振れ幅確認部12bからの積載質量が振れ幅内である場合(条件2)と,後輪速度検出器62,62からの各速度の差が予め設定した設定値より小さい場合、いわゆる曲線状の経路ではなく直線状の経路を走行していると判断できる場合(条件3)とが満たされた場合に、前記積載荷重演算手段111からの積載質量を出力し、これら条件のいずれか1つでも満たされない場合には、積載荷重演算手段111からの積載質量を最終の積載質量の出力として無効とする第1の確認演算部(論理積演算部:AND)12cとを備えている。
さらに、この積載荷重確認手段112は、この第1の確認演算部12cと共に、第2の確認演算部(論理積演算部:AND)12dを備えている。この第2の確認演算部12dは、前述した各サスペンションシリンダ51、51、61、61に備えられた各ガス圧センサ53、53,63,63からの検出値に基づいて各サスペンションシリンダ51、51、61、61内のガス圧を判断し、それら全てのガス圧が規定値以上のとき(条件4)には、前記第1の確認演算部12cで演算した積載質量を保持すると共に外部の表示装置180に最終出力し、それらガス圧の1つでも規定値未満のときには、前記第1の確認演算部12cで演算した積載荷重を外部の表示装置180に最終出力せずに無効化するようになっている。なお、このサスペンションシリンダ51、51、61、61のガス圧の規定値は、全て同じ(数MPa~十数MPa)である場合に限らず、前輪と後輪、あるいは各車輪ごとに異なっている場合もある。
次に、このような構成をした本発明に係る建設機械の荷重計測装置100の処理動作の一例を図5のフローチャートを参照しながら説明する。エンジンスイッチを入れて本装置100が起動したならば、最初のステップS100に移行して積載荷重演算手段111の第1および第2の掛算器11a、11a、11b、11bが、圧力センサ52、52、62,62から取り込まれた前輪50,50側のサスペンションシリンダ51,51および後輪60側のサスペンションシリンダ61,61の各シリンダ圧力を計測して次のステップS102に移行する。ステップS102では、これら各シリンダ圧と予め記憶したシリンダ51,51、61,61の断面積の値Dとをそれぞれ掛け算して、そのサスペンションシリンダ51,51、61,61にそれぞれ作用する荷重を演算して次のステップs204に移行する。
次のステップS104では、第1の加算器11cによって第1の掛算器11a、11aからの前輪側サスペンションシリンダ51,51の荷重を加算してそれに作用する前側荷重PFを演算する。また、同様に第2の加算器11dも第2の掛算器11b、11bからの後輪側サスペンションシリンダ61,61に作用する後側荷重PRを演算する。そして第3の加算器11eは、第1の加算器11cからの前側荷重PFと第2の加算器11dからの後側荷重PRとを加算してサスペンションシリンダ51,51,61,61の全荷重Ptを演算する。
これと並行して、ステップS106では、第1の除算器11gによって、第1の加算器11cからの前側荷重PFと第2の加算器11dからの後側荷重PRとの前後荷重比Xt(Xt=PF/PR)を演算してステップS110に移行する。同じく、ステップS108では、傾斜センサ70からの信号に基づいて傾斜角度θを計測してステップS110に移行する。
ステップS110では、重量の補正量を演算する。すなわち、全荷重補正演算部11fは、第3の加算器11eからのサスペンションシリンダ51,51,61,61の全荷重Ptを傾斜角度θと予め記憶した補正全荷重Pt特性Aとに基づいて車体10が傾斜していない場合の補正全荷重Ptを演算する。また、前後荷重比補正演算部11hは、第1の除算器11gからの前後荷重比Xtを傾斜センサ70からの傾斜角度θと予め記憶した補正前後荷重比Xの特性Bとに基づいて車体10が傾斜していない場合の補正前後荷重比Xを演算する。
全荷重補正比率演算部11jは、前後荷重比補正演算部11hからの補正前後荷重比Xと全荷重Ptの偏心積込補正比率の特性Cとに基づいて全荷重Ptの偏心積込補正比率Xaを演算する。また、第2の除算器11kは、全荷重補正演算部11fからの補正全荷重Ptに全荷重補正比率演算部11jからの全荷重Ptの偏心積込補正比率Yを除算する。このとき車速信号を取り込み、車体が停止していると判定したときは、これらの処理を行わない。そして、減算器11nは、第2の除算器11kからの全荷重Ptから前輪側サスペンションシリンダ51,51および後輪側サスペンションシリンダ61,61によって支持されている車体10側のフレーム質量を減算して積載質量を演算して次のステップS116に移行する。
次に、ステップS116では、積載荷重確認手段112における積載質量の振れ幅計測部12aによって、積載荷重演算手段111からの積載質量を一定の時間内で数回サンプリング計測する。積載質量の振れ幅確認部12bは、振れ幅計測部12aからの計測値の平均値を求め、この平均値に対し最大計測値と最小計測値の差が最小になったことを確認してステップS120に移行する。また、これと並行して、ステップS112,114、118では、速度差検出器12eによって後輪速度検出器62,62からの各速度の差を演算する。
ステップS120では、第1の確認演算部12cによって車体速度検出器90からの車体10の速度が予め設定した設定値(例えば、数km/h)以上に達した場合、いわゆる荷重計測可能な走行状態の場合(条件1)と,積載質量の振れ幅確認部12bからの積載質量が最小振れ幅内である場合(条件2)と,速度差検出器12eからの後輪速度検出器62,62からの各速度の差が予め設定した設定値より小さい場合、いわゆる曲線状の経路ではなく直線状の経路を走行していると判断できる場合(条件3)とが満たされた場合(YES)に、積載荷重演算手段111からの積載質量を積載量として出力して次のステップS122に移行する。一方、条件1乃至3のいずれか1つでも満たされない場合(NO)には、積載荷重演算手段111からの積載質量の出力を無効としてステップS116に戻る。
ステップS122では、第2の確認演算部12dがガス圧センサ53.53,63,63からの計測値に基づいて全てのサスペンションシリンダ51,51,61,61のガス圧が既定値を超えているか否かを判断する。そして、超えていると判断した場合(YES)には、第1の確認演算部12cから出力された積載質量を積載量として出力して次のステップS124に移行するが、いずれか1つでも既定値を下回っていると判断した場合(NO)には、第1の確認演算部12cから出力された積載質量を無効としてステップS116に戻る。
そして、ステップS124では、これら全ての条件1~4を満たした状態で得られた積載荷重演算手段111からの積載質量を保持、出力して表示装置180に表示する。
このように本発明は、ダンプトラック200の走行経路や積載質量の振れ幅などの条件が満たされたときだけでなく、各サスペンションシリンダ51,51,61,61のガスチャージセット圧が1つでも規定値未満のときにも、車体の前後左右バランスが良好でないと判断して、積載荷重演算部111で演算した積載質量を出力せずに無効化するため、誤差が多きい計測値が保持、表示されるのを回避することができる。これにより、正確な計測値だけが出力されるため、計測精度をより向上させることができる。
なお、本実施の形態では、最初に第1の確認演算部12cによって条件1乃至3が満たされたときに、第2の確認演算部12dがサスペンションシリンダのガス圧が全て既定値を満たしているか否か(条件4)を判断するようにしているが、先にこの条件4を判断し、この条件が満たされているときに前記条件1乃至3が満たされているか否かを判断するようにしても良い。また、その判断の段階としては、第1の確認演算部12cの直前のみならず、それよりも早い段階、例えばステップS100の直後に行うことも可能である。
また、本実施の形態では、サスペンションシリンダ51,51,61,61のガス圧に基づいて荷重計測の信頼性を判断しているが、図2に示すように、このサスペンションシリンダ51,51,61,61のガス圧センサ53,53,63,63に代わって、あるいはこのガス圧センサ53,53,63,63と共に、サスペンションシリンダ51,51,61,61のストローク量(伸縮量)を計測するストロークセンサ58を設けても良い。サスペンションシリンダ51,51,61,61のいずれかの伸縮量が極端に大きかったりした場合も車体の前後左右バランスが不安定であると判断できるからである。そして、この場合にも図6よび図7に示すように、このストロークセンサ58で計測されたサスペンションシリンダ51,51,61,61のストローク量が既定範囲を超えた場合には、車体の前後左右バランスが不安定となったり、あるいはサスペンションシリンダ51,51,61,61に異常が発生したと判断してその出力を無効とするようにしても良い。
10…車体
50…前輪
51…前輪側サスペンションシリンダ
52、62…圧力センサ
53、63…ガス圧センサ
58…ストロークセンサ
60…後輪
61…後輪側サスペンションシリンダ
62…後輪速度検出器
70…傾斜センサ
90…車体速度検出器
100…荷重計測装置
111…積載荷重演算手段
112…積載荷重確認手段
12c…第1の確認演算部
12d…第2の確認演算部
180…表示装置
200…ダンプトラック
50…前輪
51…前輪側サスペンションシリンダ
52、62…圧力センサ
53、63…ガス圧センサ
58…ストロークセンサ
60…後輪
61…後輪側サスペンションシリンダ
62…後輪速度検出器
70…傾斜センサ
90…車体速度検出器
100…荷重計測装置
111…積載荷重演算手段
112…積載荷重確認手段
12c…第1の確認演算部
12d…第2の確認演算部
180…表示装置
200…ダンプトラック
Claims (6)
- 積載荷重を複数のサスペンションシリンダの負荷に基づいて演算する積載荷重演算手段を備えた建設機械の荷重計測装置であって、
前記各サスペンションシリンダの負荷がすべて規定値以上のときには、前記積載荷重演算手段で演算した積載荷重を出力し、前記各サスペンションシリンダの負荷が1つでも規定値未満のときには、前記積載荷重演算手段で演算した積載荷重を出力せずに無効化する積載荷重確認手段を備えたことを特徴とする建設機械の荷重計測装置。 - 請求項1に記載の建設機械の荷重計測装置において、
前記各サスペンションシリンダの負荷は、各サスペンションシリンダの内部にかかる圧力に基づいて演算することを特徴とする建設機械の荷重計測装置。 - 請求項2に記載の建設機械の荷重計測装置において、
前記各サスペンションシリンダにかかる圧力は、前記サスペンションシリンダ内に封入された流体の圧力であることを特徴とする建設機械の荷重計測装置。 - 請求項1に記載の建設機械の荷重計測装置において、
前記各サスペンションシリンダの負荷は、各サスペンションシリンダのストロークに基づいて演算することを特徴とする建設機械の荷重計測装置。 - 請求項1乃至4のいずれかの建設機械の荷重計測装置において、
前記サスペンションシリンダの負荷の規定値は、前輪側のサスペンションシリンダと、後輪側のサスペンションシリンダとで異なっていることを特徴とする建設機械の荷重計測装置。 - 請求項1乃至4のいずれかの建設機械の荷重計測装置において、
前記サスペンションシリンダの負荷の規定値は、前後左右各サスペンションシリンダで異なっていることを特徴とする建設機械の荷重計測装置。
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