CN105275043B - 挖土机支援装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种挖土机支援装置，能够高精度地判别运转中的挖土机是否适合于当前的作业内容、作业环境。显示画面显示图像。处理装置取得评价对象的挖土机的部件所蓄积的累积损伤度的评价值的时刻履历，并将累积损伤度的评价值与判定阈值进行比较，该判定阈值用于判定评价对象的挖土机是否为失配状态，且随着运转时间的增加而增加。在评价值超过判定阈值的情况下，通知评价对象的挖土机为失配状态的情况。或者，将累积损伤度的评价值与判定阈值一起按时间序列显示于显示画面。

Description

挖土机支援装置

技术领域

本发明涉及一种挖土机支援装置，对作业内容以及作业环境与运转中的挖土机的组合的不适合(失配)的检测进行支援。

背景技术

对运转中的液压挖土机是否是最佳机种进行判别的挖土机的管理系统是公知的(例如，下述专利文献1)。在该管理系统中，液压挖土机的发动机、前方作业机(动臂、斗杆、铲斗)、回转体、以及行走体各自的累积运转时间被按照每个液压挖土机而存储于数据库。基于存储于数据库的数据，求出与特定的液压挖土机的使用状态相关的指标(例如行走比率)、运转台数相对于与同机种的液压挖土机有关的指标的分布。通过对两者进行比较，来判别特定的液压挖土机是否是最佳机种。

专利文献1：国际公开第2001/73226号

发明内容

在上述现有方法中，难以高精度地判别特定的液压挖土机是否适合于当前的作业内容、作业环境。本发明的目的在于提供一种挖土机支援装置，能够高精度地判别运转中的挖土机是否适合于当前的作业内容、作业环境。

根据本发明的一个观点，提供一种挖土机支援装置，具有：

显示画面，显示图像；以及

处理装置，将图像显示于上述显示画面，

上述处理装置取得评价对象的挖土机的部件所蓄积的累积损伤度的评价值的时刻履历，并将累积损伤度的上述评价值与判定阈值进行比较，在上述评价值超过上述判定阈值的情况下，通知评价对象的上述挖土机为失配状态的情况，上述判定阈值用于判定评价对象的上述挖土机是否为失配状态，且随着运转时间的增加而增加。

根据本发明的其他观点，提供一种挖土机支援装置，具有：

显示画面，显示图像；以及

处理装置，将图像显示于上述显示画面，

上述处理装置取得评价对象的挖土机的部件所蓄积的累积损伤度的评价值的时刻履历，并将累积损伤度的上述评价值与判定阈值一起按时间序列显示于上述显示画面，上述判定阈值用于判定评价对象的上述挖土机是否为失配状态，且随着运转时间的增加而增加。

发明的效果

累积损伤度的评价值与用于判定评价对象的挖土机是否为失配状态的、随着运转时间的增加而增加的判定阈值一起按时间序列显示，因此能够高精度地判别运转中的挖土机是否适合于当前的作业内容、作业环境。

附图说明

图1是包括实施例的挖土机支援装置的系统构成图。

图2A以及图2B是作为挖土机支援装置的支援对象的挖土机的侧视图。

图3是挖土机的框图。

图4是表示在实施例的挖土机支援装置、挖土机以及管理装置之间进行的通信的序列的图。

图5是表示挖土机支援装置的显示画面所显示的图像的图。

图6是表示挖土机支援装置的显示画面所显示的图像的图。

图7是表示挖土机支援装置的显示画面所显示的图像的图。

图8是表示挖土机支援装置的显示画面所显示的图像的图。

图9是表示挖土机支援装置的显示画面所显示的图像的图。

图10是表示在实施例的挖土机支援装置、挖土机以及管理装置之间进行的通信的其他序列的图。

图11是表示挖土机支援装置的显示画面所显示的图像的图。

图12是表示挖土机支援装置的显示画面所显示的图像的图。

图13表示在其他实施例的挖土机支援装置、挖土机以及管理装置之间进行的通信的序列。

图14表示在又一其他实施例的挖土机支援装置与挖土机之间进行的通信的序列。

图15是对累积损伤度的评价值进行计算的方法的流程图。

图16A～图16D是表示由挖土机反复进行的一系列动作的一例的图。

图17A～图17C分别是表示挖土机动作中的动臂用的液压缸内的液压、斗杆前端的高度以及回转角度的时间波形(时间变化)的一例的图表。

图18是表示在某一个解析时刻施加于动臂的应力的分布的计算结果的图。

图19是表示施加于挖土机的部件的一个评价点Ep的应力的时间波形的一例的图表。

图20是表示S-N线图的一例的图表。

符号的说明：

20：挖土机；21：车辆控制器；22：通信装置：23：GPS(全球定位系统)接收器；24：显示装置；25：近距离无线通信装置；26：传感器组：30：挖土机支援装置；31：显示画面；32：输入装置；33：处理装置；34：收发电路；35：近距离无线通信电路；36：存储装置；60：管理装置；61：输入装置；62：输出装置；63：存储装置；64：处理装置；65：通信装置；70：通信线路；80：下部行走体；81：回转轴承；82：上部回转体；83：回转马达；84：回转角传感器；85：动臂；86：斗杆；87：铲斗；87A：破碎机；88、89、90：液压缸；91：位移传感器(姿态传感器)；92：压力传感器(载荷传感器)；109A、109B：液压马达；110：发动机；121：变矩器；122：主泵；123：高压液压管路；124：控制阀；125：先导泵；126：先导管路；127：压力传感器；128：操作装置；129、130：液压管路；D：单周期损伤度；DE：累积损伤度的评价值；DL：累积损伤度的极限值；DT：累积损伤度的指标值；DU：累积损伤度的上限值；TL：目标寿命

具体实施方式

图1表示包括实施例的挖土机支援装置的系统构成图。该系统包括管理对象(支援对象)的多个挖土机20、挖土机支援装置30以及管理装置60。挖土机20、挖土机支援装置30以及管理装置60经由通信线路70相互进行通信。挖土机20与挖土机支援装置30也能够不经由通信线路70而直接进行通信。

挖土机20搭载有车辆控制器21、通信装置22、GPS(全球定位系统)接收器23、显示装置24、近距离无线通信装置25以及传感器组26。传感器组26对挖土机20的各种运转信息进行检测。传感器组26的检测值输入至车辆控制器21。运转信息例如包括液压泵压力、冷却水温度、液压负载、附属装置的姿态、液压缸伸缩长度、回转角、运转时间、以及累积运转时间等。

车辆控制器21从通信装置22经由通信线路70朝管理装置60发送挖土机20的机身识别信息(机身编号)、各种运转信息的检测值以及由GPS接收器23计算出的当前位置信息。GPS接收器23具有作为对挖土机20的当前位置进行检测的位置传感器的作用。并且，车辆控制器21将与挖土机20相关的各种信息显示于显示装置24。近距离无线通信装置25不经由通信线路70而直接与挖土机支援装置30进行通信。

挖土机支援装置30包括显示画面31、输入装置32、处理装置33、收发电路34、近距离无线通信电路35以及存储装置36。收发电路34具有经由通信线路70与管理装置60进行通信的功能。近距离无线通信电路35具有直接与邻近的挖土机20进行通信的功能。存储装置36存储有处理装置33执行的程序以及与挖土机相关的各种信息。处理装置33基于经由通信线路70、通过收发电路34从管理装置60接收的数据，进行数据处理，并将处理结果显示于显示画面31。挖土机支援装置30的利用者(以下，简称为“利用者”。)，从输入装置32朝处理装置33输入指令。挖土机支援装置30例如使用平板终端、便携电话终端等。显示画面31以及输入装置32例如使用触摸面板。触摸面板兼作显示画面31和输入装置32。

管理装置60包括输入装置61、输出装置62、存储装置63、处理装置64以及通信装置65。从挖土机20经由通信线路70发送的各种信息，经由通信装置65输入至处理装置64。存储装置63存储有处理装置64执行的程序、以及各种管理信息。处理装置64基于从挖土机20接收的机身识别信息、各种运转信息、当前位置信息以及存储装置63所存储的管理信息，生成挖土机20的支援信息。所生成的支援信息被输出至输出装置62。并且，处理装置64将机身识别信息、当前位置信息以及支援信息从通信装置65经由通信线路70发送至挖土机支援装置30。

图2A表示挖土机20的侧视图。在下部行走体80上经由回转轴承81能够回转地搭载有上部回转体82。回转马达83使上部回转体82相对于下部行走体80顺时针或者逆时针回转。安装于回转马达83的回转角传感器84测定上部回转体82的回转角。在上部回转体82上安装有包括动臂85、斗杆86、以及铲斗87的附属装置。动臂85、斗杆86以及铲斗87分别由液压缸88、89以及90液压驱动。并且，在上部回转体82上搭载有车辆控制器21。

在液压缸88、89以及90上分别安装有测定液压缸的伸缩量的位移传感器91。基于由位移传感器91测定的伸缩量，能够求出附属装置的姿态。在本说明书中，有时将三个位移传感器91统称为姿态传感器91。姿态传感器91包含于图1所示的传感器组26。姿态传感器91的测定结果输入至车辆控制器21。作为姿态传感器91，也可以使用测定上部回转体82与动臂85所成的角度、动臂85与斗杆86所成的角度以及斗杆86与铲斗87所成的角度的角度传感器。

并且，在液压缸88、89以及90上分别安装有压力传感器92。压力传感器92测定液压缸88、89以及90的底侧的压力以及杆侧的压力。通过压力传感器92能够求出施加于液压缸88、89以及90的载荷(施加于附属装置的载荷)。基于压力传感器92的测定结果以及附属装置的姿态，能够求出施加于铲斗87的载荷。在本说明书中，有时将压力传感器92称作载荷传感器92。载荷传感器92包含于传感器组26(图1)。载荷传感器92的测定结果输入至车辆控制器21。

如图2B所示，也存在代替铲斗87(图2A)而安装液压驱动的破碎机87A的情况。根据作业内容来适当地选择铲斗87和破碎机87A。

图3表示挖土机20(图1、图2A、图2B)的框图。发动机110的驱动轴经由变矩器121与主泵122的驱动轴连结。主泵122经由高压液压管路123朝控制阀124供给液压。控制阀124根据来自驾驶者的指令朝液压马达109A、109B、回转马达83、液压缸88、89以及90分配液压。液压马达109A以及109B分别驱动下部行走体80(图2A、图2B)所具备的左右两条履带。

在液压缸88、89以及90上分别安装有姿态传感器91以及载荷传感器92。

先导泵125产生液压操作系统所需要的先导压。所产生的先导压经由先导管路126朝操作装置128供给。操作装置128包括操作杆、踏板，供驾驶者操作。操作装置128根据驾驶者的操作将从先导管路126供给的1次侧的液压转换成2次侧的液压。2次侧的液压经由液压管路129传达至控制阀124，并且经由其他液压管路130传达至压力传感器127。

由压力传感器127检测到的压力的检测结果输入至车辆控制器21。由此，车辆控制器21能够检测对于下部行走体80、回转马达83以及包括铲斗87(图2A)或者破碎机87A(图2B)的附属装置的操作状况。

图4表示在实施例的挖土机支援装置30、挖土机20以及管理装置60之间进行的通信的序列。从挖土机20朝管理装置60发送运转信息。运转信息中包含姿态传感器91(图2A、图2B)、载荷传感器92(图2A、图2B)以及回转角传感器84(图2A、图2B)的测定结果、由GPS接收器23(图1)取得的当前位置信息、机身编号、作业年月日、以及作业内容等。

作业内容中包含平地挖掘、高处挖掘、岩盘挖掘、装载、地面的平整、斜面的平整、以及拆解等。从挖土机20朝管理装置60发送的运转信息所包含的作业内容，由挖土机20的驾驶者朝挖土机20的车辆控制器21输入。另外，管理装置60还能够基于附属装置的姿态等的时刻履历来推测作业内容。在管理装置60具有推测作业内容的功能的情况下，驾驶者也可以不向车辆控制器21输入作业内容。

管理装置60基于从挖土机20收集到的运转信息，计算在挖土机20的各部件蓄积的累积损伤度。在累积损伤度的计算中，利用存储装置63所存储的到当前时刻为止的运转信息或者累积损伤度等。例如，能够通过基于累积疲劳损伤法则对施加于部件的各评价部位的应力波形进行解析，来求出累积损伤度。按照挖土机的部件内的每个评价部位求出的累积损伤度存储于存储装置63。存储装置63中存储有过去的评价时刻以及当前时刻的累积损伤度。将所计算出的累积损伤度的结果称为“评价值DE”。之后，将参照图15～图20对累积损伤度的具体计算方法的一例进行说明。

在存储装置63中，除了累积损伤度的评价值DE的时刻履历之外，还按照每个挖土机的机身存储有维护时期信息以及评价时刻的作业内容。并且，在存储装置63中按照每个评价时刻存储有累积损伤度的评价值DE示出最大值的评价部位的信息。

从挖土机支援装置30朝管理装置60发送数据传送请求指令。管理装置60为，当接收到数据传送请求指令时，将累积损伤度的评价值DE的时刻履历、维护时期信息、作业内容履历以及累积损伤度示出最大值的部件内的评价部位的信息发送至挖土机支援装置30。

从挖土机支援装置30的输入装置32(图1)输入挖土机的目标寿命。挖土机支援装置30基于所输入的目标寿命，来计算累积损伤度的指标值DT的变迁。例如，累积损伤度的指标值DT相对于累积运转时间线性地增加。累积损伤度的指标值DT在累积运转时间达到目标寿命的时刻、达到被认为产生疲劳破坏的值(以下，称作“极限值DL”。)。

并且，挖土机支援装置30基于某一个维护时期的累积损伤度的评价值DE、到其下一个维护时期为止的运转时间以及累积损伤度的极限值DL，计算累积损伤度的上限值DU的变迁。累积损伤度的上限值DU在某一个维护时期与累积损伤度的评价值DE一致，并相对于运转时间线性地增加。在其下一个维护时期，累积损伤度的上限值DU达到极限值DL。上限值DU成为在下一个维护时期之前累积损伤度是否到达极限值DL的判定基准。

当输入目标寿命时，挖土机支援装置30将累积损伤度的评价值DE与指标值DT以及上限值DU一起按时间序列显示于显示画面31(图1)。并且，与累积运转时间建立对应地显示作业内容、累积损伤度示出最大值的部件以及评价部位。

图5表示挖土机支援装置30的显示画面31所显示的图像。挖土机的机身编号用文字显示，并且累积损伤度的评价值DE、指标值DT、上限值DU用图表显示。该图表的横轴表示挖土机的累积运转时间，纵轴表示累积损伤度。在表示累积运转时间的横轴上显示有维护时期T0～T3以及目标寿命TL。当前时刻相当于维护时期T1。在表示累积损伤度的纵轴上表示有初始值以及累积损伤度的极限值DL。初始值为0，极限值DL为1。维护时期T0与挖土机的出厂时对应。因而，维护时期T0的累积损伤度的评价值DE等于初始值0。累积损伤度的评价值DE随着运转时间的经过而单调地增加。

累积损伤度的指标值DT以及上限值DU，在维护时期T0等于初始值0，随着累积运转时间的增加而线性地增加。在目标寿命TL，累积损伤度的指标值DT达到极限值DL。从维护时期T0到T1为止的期间的累积损伤度的上限值DU，在维护时期T0与评价值DE一致，在下一个维护时期T1与极限值DL一致。从维护时期T1到T2为止的期间的累积损伤度的上限值DU，在维护时期T1与评价值DE一致，在下一个维护时期T2与极限值DL一致。

在累积损伤度的评价值DE在指标值DT以下的区域变迁的情况下，能够预测：通过继续进行当前的作业内容，能够将支援对象的挖土机20安全地使用到目标寿命TL。当累积损伤度的评价值DE超过指标值DT时，无法将挖土机使用到目标寿命TL的可能性提高。当累积损伤度的评价值DE超过上限值DU时，在下一个维护时期之前挖土机的部件破损的危险性变高。在图5所示的例子中，遍及从维护时期T0到T1为止的整个期间，累积损伤度的评价值DE为指标值DT以下。因此，能够判断为：通过保持不变地继续进行当前的作业内容，能够将挖土机20使用到目标寿命TL的可能性较高。

与累积运转时间相对应地，显示作业内容、累积损伤度的评价值DE示出最大值的部件以及评价部位。图5表示从维护时期T0到T1为止的期间的作业内容为“平地挖掘”，评价值DE示出最大值的部件以及评价部位分别为“动臂”以及“托架部”的例子。

图6表示在从图5所示的时刻起到下一个维护时期T2为止使挖土机运转时，在维护时期T2挖土机支援装置30的显示画面31所显示的图像。在从紧前的维护时期T1起到其下一个维护时期T2为止的期间，基于维护时期T1的评价值DE、其下一个维护时期T2以及极限值DL，来计算累积损伤度的上限值DU。具体而言，在维护时期T1，上限值DU与评价值DE一致，并随着累积运转时间的增加而线性地增加，在维护时期T2，上限值DU与极限值DL一致。

如图6所示，在从维护时期T1到T2为止的期间，累积损伤度的评价值DE也为指标值DT以下。因此，能够判断为：即便在维护时期T2以后，通过继续进行相同的作业内容，能够将挖土机20使用到目标寿命TL的可能性也较高。

图7表示与进行其他作业的挖土机20对应的挖土机支援装置30的显示画面31所显示的图像的例子。以下，对与图5所示的例子的不同点进行说明。在图7所示的例子中，从维护时期T0到T1为止的期间的作业内容为“高处挖掘”。在进行高处挖掘的情况下，与图5所示的进行平地挖掘的情况相比，根据附属装置的部位的不同而施加更大的负载。例如，对动臂85(图2A、图2B)的托架部施加更大的负载。在该情况下，累积损伤度的评价值DE增加的斜度与图5所示的例子相比变大。

在图7所示的例子中，在从维护时期T0到T1为止的期间，累积损伤度的评价值DE超过指标值DT。因此，当蓄积进行当前的作业内容时，在累积运转时间到达目标寿命TL之前，挖土机20的动臂的托架部破损的可能性较高。如此，在评价值DE超过指标值DT的情况下，判定为挖土机的机种相对于作业环境以及作业内容为失配。在判定为失配的情况下，挖土机支援装置30向操作者或者挖土机的管理者通知为失配的情况。例如，在显示画面31中显示“失配状态”这种文字列。为了将挖土机20使用到目标寿命TL，优选将挖土机20的作业内容变更为对动臂的托架部施加的负载更小的作业内容。

图8表示当在图7所示的维护时期T1将挖土机的作业内容变更为“装载”的情况下，挖土机支援装置30的显示画面31所显示的图像的例子。显示画面31所显示的作业内容，在维护时期T1从“高处挖掘”变为“装载”。在装载作业中，与高处挖掘作业相比，对动臂的托架部施加的负载更小。因此，在维护时期T1以后，与从维护时期T0到T1为止的期间相比，累积损伤度的评价值DE增加的斜度变得平缓。

在装载作业中，有时施加于底脚部的负载变得大于施加于动臂的托架部的负载。在该情况下，在累积运转时间达到Ta的时刻，底脚部的累积损伤度的评价值DE超过托架部的累积损伤度的评价值DE。在累积运转时间超过Ta的期间，作为图表所显示的累积损伤度的评价值DE，采用底脚部的评价值DE。

在图8所示的例子中，在从维护时期T1到T2为止的期间，累积损伤度的评价值DE超过指标值DT，但评价值DE的斜度小于指标值DT的斜度。因此，能够预测：随着累积运转时间的增加而评价值DE接近指标值DT。因此，能够判定为：在维护时期T2以后，也能够继续进行与维护时期T2以前相同的装载作业。如此，不仅可以对指标值DT与评价值DE之间的大小关系进行比较，还可以对评价值DE的斜度与指标值DT的斜度进行比较，而判定是否失配。例如，在图8的例子中，判定为挖土机的机种相对于当前的作业环境以及作业内容不失配。

图9表示在到维护时期T3为止继续进行了作业的情况下，挖土机支援装置30的显示画面31所显示的图像的例子。在累积运转时间达到Tb的时刻，累积损伤度的评价值DE与指标值DT一致，在此之后，评价值DE低于指标值DT。因此，能够预测：到目标寿命TL为止能够继续进行装载作业。

在图7～图9所示的例子中，能够判定为：在维护时期T1的阶段，当前运转中的挖土机20的机种与当前的作业内容以及作业环境不适合(失配)。即，能够预测：当在当前的作业环境下继续进行当前的作业内容时，无法将挖土机20使用到目标寿命TL。但是，如果将该挖土机20配置转换成更轻负载的作业，则能够使用到目标寿命TL。在作业内容为挖掘的情况下，作业环境中包含挖掘对象的硬度等。在作业内容为装载的情况下，作业环境中包含装载对象物的重量等。

根据图7所示的从维护时期T0到T1为止的累积损伤度的评价值DE的变迁，可知：按照当前使用的挖土机20的机种，对于在当前的作业环境下进行高处挖掘作业来说耐久性不足。通过将耐久性更高的机种分配到高处挖掘作业，由此能够消除作业环境以及作业内容与挖土机的机种之间的失配。

代替对挖土机20的机种进行变更，而将累积损伤度的评价值DE示出最大值的部件、例如动臂更换成耐久性更高的高刚性类型的部件也是有效的。或者，对累积损伤度的评价值DE示出最大值的评价部位、例如动臂的托架部进行加强也是有效的。

在图5～图9中，对于定期的维护时期T1～T3显示累积损伤度的评价值DE的时刻履历，但并不限定于定期的维护时期，也可以以更短的周期来显示累积损伤度的评价值DE的时刻履历。挖土机支援装置30的操作者通过对挖土机支援装置30的输入装置32(图1)进行操作，由此开始图4所示的数据传送请求指令的发送。

在上述实施例中，作为用于判定挖土机相对于作业环境以及作业内容是否处于失配状态的判定阈值，采用了指标值DT以及上限值DU。作为一例，在累积损伤度的评价值DE超过判定阈值的情况下，能够判定为处于失配状态。作为该判定阈值，除了上述指标值DT以及上限值DU以外，也可以采用随着运转时间的增加而增加的其他值。例如，指标值DT以及上限值DU相对于运转时间线性地增加，但也可以使判定阈值相对于运转时间曲线地、例如二次函数地增加。能够根据经验法则来得到判定阈值的适当的增加倾向。

图10表示在实施例的挖土机支援装置30、挖土机20以及管理装置60之间进行的通信的其他序列。以下，对与图4所示的处理的不同点进行说明，对于相同处理省略说明。

与图4所示的处理同样，管理装置60从挖土机20接收运转信息，并求出累积损伤度的评价值DE。管理装置60存储有图5所示的累积损伤度的上限值DU。管理装置60对累积损伤度的评价值DE与上限值DU进行比较。当检测到累积损伤度的评价值DE成为上限值DU以上的情况时，朝与评价对象的挖土机20对应的挖土机支援装置30发送提醒注意消息。提醒注意消息中包含挖土机20的机身编号、累积损伤度的评价值的时刻履历、累积损伤度的上限值DU、维护时期信息、作业内容履历、累积损伤度的评价值示出最大值的部件和评价部位的信息。

挖土机支援装置30为，当接收到提醒注意消息时，在显示画面31(图1)中通知接收到提醒注意消息的情况，并且促使输入目标寿命TL。当朝挖土机支援装置30输入目标寿命TL时，挖土机支援装置30在显示画面31(图1)中通过图表来显示累积损伤度的评价值DE、指标值DT以及上限值DU。

图11表示挖土机支援装置30的显示画面31所显示的图像的一例。从维护时期T0到累积运转时间Ta(当前时刻)为止的挖土机20的作业内容为岩盘挖掘，在动臂的托架部，累积损伤度的评价值DE示出最大值。在累积运转时间Ta，最近计算出的累积损伤度的评价值DE达到上限值DU。当保持不变而继续进行岩盘挖掘时，在下一个维护时期T1之前，累积损伤度的评价值DE超过极限值DL的危险性较高。即，在下一个维护时期T1之前，在动臂的托架部产生损伤的危险性较高。如此，在评价值DE超过上限值DU的情况下，挖土机支援装置30向操作者或者挖土机的管理者通知为失配这一情况。例如，在显示画面中显示“失配状态”这种文字列。

挖土机支援装置30所显示的图表，促使挖土机20的管理者朝对动臂的托架部施加的负载较小的作业内容进行挖土机20的配置转换。

图12表示在维护时期T1挖土机支援装置30的显示画面31所显示的图像的一例。从累积损伤度的评价值DE达到上限值DU的时刻起，挖土机20的作业内容变更为平地挖掘。由此，动臂的托架部所蓄积的累积损伤度的上升斜度变得平缓。在维护时期T1，累积损伤度的评价值DE未达到极限值DL。在累积运转时间为Ta的时刻，将挖土机20的作业内容从岩盘挖掘变更为平地挖掘，由此防止动臂的托架部破损。

在维护时期T1以后，当继续进行平地挖掘的作业时，累积损伤度的评价值DE也会超过指标值DT。但是，可知：评价值DE的斜度比上限值DU的斜度平缓。因而，能够预测：累积损伤度的评价值DE不会立即到达极限值DL。图12所示的图表成为挖土机20的管理者用于判断是应该变更挖土机20的作业内容、还是也可以继续进行平地挖掘的作业的有益信息。

图13表示在其他实施例的挖土机支援装置30、挖土机20以及管理装置60之间进行的通信的序列。以下，对与图4所示的实施例的不同点进行说明，对相同构成省略说明。

在图4所示的实施例中，管理装置60进行求出累积损伤度的评价值DE的计算，但在图13所示的实施例中，挖土机支援装置30进行求出累积损伤度的评价值DE的计算。在管理装置60中按照每个挖土机20的机身、按时间序列存储有累积损伤度的过去的评价值DE。

挖土机支援装置30从挖土机20接收运转信息。挖土机支援装置30为，当从挖土机20接收到运转信息时，对管理装置60请求传送评价对象的挖土机20的累积损伤度的过去的评价值DE。管理装置60从存储装置63读出累积损伤度的评价值DE等，并朝挖土机支援装置30发送数据。该数据中包含累积损伤度的评价值DE的时刻履历、维护时期信息、作业内容履历、累积损伤度的评价值示出最大值的部件以及评价部位的信息。

挖土机支援装置30基于从挖土机20接收到的运转信息，求出累积损伤度的评价值DE。并且，促使输入挖土机20的目标寿命TL。当输入挖土机20的目标寿命TL时，挖土机支援装置30将累积损伤度的评价值DE与指标值DT以及上限值DU一起按时间序列显示于显示画面31(图1)。并且，与运转时间建立对应地显示作业内容、累积损伤度示出最大值的部件以及评价部位。

新计算出的累积损伤度的评价值DE与挖土机20的机身编号以及累积运转时间一起朝管理装置60发送。管理装置60将从挖土机支援装置30接收到的累积损伤度的评价值DE等存储于存储装置63。

图14表示在又一其他实施例的挖土机支援装置30与挖土机20之间进行的通信的序列。以下，对与图4所示的实施例的不同点进行说明，对相同构成省略说明。

在图14所示的实施例中，挖土机支援装置30具有图4所示的实施例的挖土机支援装置30以及管理装置60的功能。累积损伤度的过去的评价值DE存储于挖土机支援装置30的存储装置36。

在图13以及图14所示的实施例中，与图4所示的实施例同样，也能够检测当前运转中的挖土机20的机种与当前的作业内容以及作业环境之间为不适合(失配)的情况。由此，能够消除作业内容以及作业环境与挖土机20的机种之间的失配。

接着，参照图15～图20对累积损伤度的求出方法进行说明。

图15表示对累积损伤度的评价值DE进行计算的方法的流程图。在图4所示的实施例中，由管理装置60执行图15的处理。在图13以及图14所示的实施例中，由挖土机支援装置30执行图15的处理。在以下的说明中，对管理装置60求出累积损伤度的评价值DE的实施例的情况进行说明。

首先，在步骤S1中，管理装置60的处理装置64从附属装置的姿态传感器91(图2A、图2B)、附属装置的载荷传感器92(图2A、图2B)以及回转角传感器84(图2A、图2B)，取得由挖土机20(图1)在作业中反复进行的一系列动作的至少1个周期量的测定值。与这些测定值一起，还取得作业种类、作业年月日、机身编号等信息。

从回转角传感器84取得上部回转体82(图2A、图2B)的回转角。根据附属装置的姿态传感器91以及回转角传感器84的检测值，来确定挖土机20的姿态。挖土机20的一系列动作中、通过附属装置的姿态传感器91、附属装置的载荷传感器92以及回转角传感器84取得测定值的时间范围，可以由管理装置60的管理操作者进行设定，也可以由挖土机20的驾驶者或者维护人员进行设定。

图16A～图16D表示由挖土机20反复进行的一系列动作的一例。图16A～图16D分别概略地表示一系列动作的1个周期内的各工序，具体而言为挖掘开始、提起回转、排土、返回回转的各工序中的任意时刻的挖土机20的姿态。在挖土机20的运转时，例如，一系列动作被反复进行，因此图16A～图16D所示的姿态依次出现。

图17A～图17C分别表示挖土机20动作中的动臂用的液压缸内的液压、斗杆前端的高度以及回转角度的时间波形(时间变化)的一例。图17A所示的实线L1以及L2分别表示液压缸内的杆侧的液压以及底侧的液压。在图17A～图17C中，时刻t1与图16A所示的挖掘开始对应。在从时刻t1到t2为止的期间进行挖掘。在从时刻t2到t3为止的期间，进行图16B所示的动臂的提起以及回转的动作。在从时刻t3到t4为止的期间，进行图16C所示的排土以及返回回转的动作。与一系列动作的反复进行相对应，与从时刻t1到t4为止的波形近似的波形周期性地出现。

在步骤S2(图15)中，在一系列动作的1个周期内，提取应该进行解析的多个时刻(以下，称作“解析时刻”。)。作为一例，如图17A所示，从1个周期内提取时刻t1～t4这四个解析时刻。例如，将液压缸内的液压、回转角度的时间波形的峰值、拐点等的特征性时刻，作为解析时刻加以提取。当使进行提取的解析时刻的个数增多时，虽然解析精度提高，但解析所需要的计算时间变长。可以由处理装置64(图1)基于图17A～图17C所示的时间波形来自动地提取解析时刻，也可以由操作者观察时间波形而决定解析时刻，并从输入装置61(图1)输入解析时刻。

在步骤S3(图15)中，在各个解析时刻，使用解析模型来计算对动臂、斗杆等部件分别施加的应力的分布。基于按照每个解析时刻决定的挖土机的特定姿态，来计算应力的分布。即，按照在反复进行的一系列动作的1个周期内出现的挖土机的各种姿态的每个姿态，基于施加于挖土机的部件的载荷来计算应力的分布。在应力的分布的计算中，例如能够应用有限元法等数值解析方法。此时，挖土机的姿态以及施加于挖土机的部件的载荷被用作解析条件。此处，载荷通过矢量表示。根据液压缸内的液压、液压缸的轴方向(附属装置的姿态)以及回转角加速度，来求出载荷的大小以及方向。通过对回转角进行二阶微分来计算回转角加速度。

图18表示在某一个解析时刻施加于动臂的应力的分布的计算结果。按照构成解析模型的每个要素以及每个节点来计算应力。在图18中，应力相对较大的部位用相对较浓的颜色表示。按照每个解析时刻且按照每个部件计算图18所示那样的应力分布的解析结果。

图19表示施加于挖土机的部件的一个评价点Ep(图18)的应力的时间波形的一例。在各个解析时刻t1～t4计算出应力。按照动臂、斗杆、铲斗等的每个部件，对于多个评价点(在使用有限元法的情况下为多个要素以及节点)求出图19所示的应力的时间波形。

在步骤S4(图15)中，按照各部件的每个评价点，计算在1个周期的动作期间中所蓄积的损伤度(以下称作“单周期损伤度”。)。由此，得到部件内的单周期损伤度的分布。基于根据应力的时间变化提取的应力的极值，来计算单周期损伤度。以下，对计算单周期损伤度的方法的一例进行说明。首先，对图19所示的应力的时间波形的极大值和极小值进行检测。基于极大值和极小值，求出应力变动的范围即应力范围Δσ，并且求出每个应力范围Δσ的出现频率。应力范围Δσi的出现频率用ni表示。

图20表示S-N线图的一例。例如，在图20所示的S-N线图中，应力范围Δσi的疲劳寿命(断裂反复次数)为Ni次。根据累积疲劳损伤法则(又称线性损伤法则)，单周期损伤度D由以下的公式表示。

【数式1】

例如，当将部件的保用寿命设为Tg(时间)、将一系列动作的每1个周期的平均时间设为Tp(时间)时，所保用的反复次数由Tg/Tp表示。单周期损伤度的假定值由其倒数即Tp/Tg表示。在单周期损伤度D与该假定值一致的条件或者低于假定值的条件下使用挖土机20的情况下，能够保证部件的保用寿命Tg。

在步骤S5(图15)中，计算出部件的累积损伤度的分布。以下，对累积损伤度的计算方法进行说明。管理装置60(图1)按照每个管理对象的挖土机20的机身以及每个部件，来计算从机身的运转开始时刻到当前时刻为止的单周期损伤度的总和(累积损伤度)。在使成为此次的数据收集的对象的动作开始之前所蓄积的累积损伤度，存储于存储装置63(图1)。当挖土机20的部件的某个部位的累积损伤度成为1时，在该部位产生断裂的可能性变高。

在步骤S6(图15)中，在步骤S5中求出的累积损伤度与机身编号等信息建立关联地存储于存储装置63(图1)。如此，按照每个挖土机的机身以及部件的每个评价部位，求出累积损伤度。

通过以上实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限定于这些实施例。例如，能够进行各种变更、改良、组合等的情况对于本领域技术人员而显而易见的。

Claims (8)

1.一种挖土机支援装置，具有：

显示画面，显示图像；以及

处理装置，将图像显示于上述显示画面，

上述处理装置取得评价对象的挖土机的部件所蓄积的累积损伤度的评价值的时刻履历，并将累积损伤度的上述评价值与判定阈值进行比较，在上述评价值超过上述判定阈值的情况下，通知评价对象的上述挖土机相对于作业内容或者作业环境为失配状态的情况，上述判定阈值用于判定评价对象的上述挖土机相对于作业内容或者作业环境是否为失配状态，且随着运转时间的增加而增加。

2.一种挖土机支援装置，具有：

显示画面，显示图像；以及

处理装置，将图像显示于上述显示画面，

上述处理装置取得评价对象的挖土机的部件所蓄积的累积损伤度的评价值的时刻履历，并将累积损伤度的上述评价值与判定阈值一起按时间序列显示于上述显示画面，上述判定阈值用于判定评价对象的上述挖土机相对于作业内容或者作业环境是否为失配状态，且随着运转时间的增加而增加。

3.如权利要求1或2所述的挖土机支援装置，其中，

上述判定阈值包含指标值，该指标值由评价对象的上述挖土机的目标寿命以及被认为部件达到寿命的累积损伤度即累积损伤度的极限值来定义，

上述处理装置将上述指标值按时间序列显示于上述显示画面。

4.如权利要求1或2所述的挖土机支援装置，其中，

上述判定阈值包含累积损伤度的上限值，该累积损伤度的上限值成为判定在下一个维护时期之前、累积损伤度是否到达被认为部件达到寿命的累积损伤度即累积损伤度的极限值的判定基准，

上述处理装置基于紧前的维护时期的上述挖土机的累积损伤度的上述评价值、下一个维护时期、以及被认为部件达到寿命的累积损伤度即累积损伤度的极限值，求出累积损伤度的上述上限值，并将上述上限值与累积损伤度的上述评价值一起按时间序列显示于上述显示画面。

5.如权利要求4所述的挖土机支援装置，其中，

上述处理装置对最近计算出的累积损伤度的上述评价值与上述上限值进行比较，当上述评价值超过上述上限值时，通知上述挖土机在下一个维护时期之前具有达到寿命的危险性的情况。

6.如权利要求1或2所述的挖土机支援装置，其中，

作为通过上述处理装置显示于上述显示画面的累积损伤度的上述评价值，采用对于上述挖土机的多个部件的各个、按照多个评价部位的每个计算出的累积损伤度的最大值。

7.如权利要求6所述的挖土机支援装置，其中，

上述处理装置将上述挖土机的作业内容、示出累积损伤度的上述最大值的部件、以及部件内的评价部位，与上述挖土机的累积运转时间建立对应地显示于上述显示画面。

8.如权利要求1或2所述的挖土机支援装置，其中，

上述处理装置将累积损伤度的上述评价值以及上述判定阈值与上述挖土机的累积运转时间建立对应地通过图表形式显示。

Images