JP2001311175A - 作業車両の作業量算出システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正確な作業量を算出する作業車両の作業量算
出システムを提供すること。 【解決手段】 作業車両の作業量を算出するシステムに
おいて、作業量算出システム１は記憶部１１と、中央演
算部１２と、入力部１３と、表示部１４とを備え、作業
量算出システム１は入力部１３に入力された作業環境条
件データに応じて作業車両の車速、及び作業車両の作業
機の能力を補正し、それらの補正車速と補正作業能力値
を基にして、作業量を算出することを特徴とする作業車
両の作業量算出システム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、作業車両の作業量
算出システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】鉱山などの大規模な現場では、ブルドー
ザ、ホイールローダ、油圧ショベル、電気ショベル等の
多くの作業車両を用いて、土砂を掘削したり、運土した
りして作業を行っている。そして、このような現場で
は、何年にもわたり、多くの作業車両を計画的に稼働さ
せて、その鉱山の生産量を計画的に管理している。その
ためには、そこで稼働する作業車両の作業量、例えば、
ブルドーザのような排土板を備えた作業車両では、その
排土板により土砂を単位時間当りにどれだけ運んで移動
させるかというような単位時間当りの土工量を正確に知
ることが重要となる。この作業量を基にして作業機械の
台数や、現場のどこに配置するかなどを決めることにな
る。

【０００３】従来、出願人は前記のような作業車両の作
業量を算出するシステムとして、図６に示すような作業
量算出システム１００を提案している。この作業量算出
システム１００は記憶部１１１と、中央演算処理部１１
２と、入力部１１３と、表示部１１４とを有しており、
使用する作業車両の機種と現場データを入力すると、そ
の作業車両の時間当りの作業量がグラフィック表示され
るものである。これにより、その現場で必要とされる作
業量を満足する作業車両をメーカ側からユーザ側にリコ
メンドできる。

【０００４】一例として、ある現場においてブルドーザ
が掘削運土作業であるドージングを行う場合におけるブ
ルドーザの時間当りドージング作業量Ｑｄ０（１時間当
りに運ばれる土砂の質量をトンで表し、単位はｔ／ｈで
ある。）を算出する場合について説明する。この作業量
算出システム１００では、データとして作業機械として
のブルドーザの機種ＫＩＳと、現場データとして、作業
機械の稼働する、例えば、運土する場合の運土距離Ｌ及
び土質Ｒ（例えば砂岩）とを、入力する。すると記憶部
１１１に格納されている機種データテーブル１１５及び
土質テーブル１１６より、該当機種に関するデータ及び
土質データを呼び出し、中央演算処理装置１１２に取り
込んで、図７に示すようなフローにより、作業量として
の時間当りドージング作業量が算出される。

【０００５】次に、作業量算出システム１００での処理
手順を図７により説明する。最初に、ステップＳ１１０
で示すように、必要なデータが入力されたかのチェック
を行う。次に、ステップＳ１１１で機種ＫＩＳのコード
データによりその機種により予め定められた所定値であ
る車速データとして、運土車速Ｖｃ０と、後進車速Ｖｒ
０を機種データテーブル１１５より求める。次に、ステ
ップ１１２でドージングサイクルタイムＣｍｄを求め
る。ドージングサイクルタイムＣｍｄは次の式で求め
る。 Ｃｍｄ＝６０×Ｌ／（１０００×Ｖｃ０）＋６０×Ｌ／
（１０００×Ｖｒ０）＋ｔ１ ここで、ｔ１は前進から後進への変速に要するチェンジ
時間で予め定めた固定値である。単位はＣｍｄはｍｉ
ｎ、Ｌはｍ、Ｖｃ及びＶｒはｋｍ／ｈ、ｔ１はｍｉｎで
ある。次に、ステップＳ１１３で、その機種により予め
定められたブルドーザの排土板の容量データとしてのブ
レードデータである、ブレード容量ｑ００と、ブレード
係数Ｋ００とを機種データテーブル１１５より求める。
次に、ステップＳ１１４で運土する土質の密度ρを土質
テーブル１１６より求める。次に、ステップＳ１１５
で、時間当りのドージング作業量Ｑｄ０を求める。時間
当りのドージング作業量Ｑｄ０は次の式で求める。 Ｑｄ０＝（ｑ００×Ｋ００／Ｃｍｄ）×ρ×６０ 単位は、ｑ００はｍ^３、ρはｔ／ｍ^３である。この土工
量は表示部１１４にグラフィック表示され、この値が希
望の値と大きく異なる場合は再度、機種データを別の機
種に入れ直し、再度作業量を求める。このようにして、
希望の作業量となる機種を選び、ユーザにその結果をプ
リントして、その現場での最適機種のリコメンドを行
う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現場の
勾配がほとんど無いような水平地であれば上記の算出シ
ステムでも問題はないが、現場での勾配の大きい場合に
は、この算出結果の作業量と実際の作業量が大きく異な
ってしまう。これは、勾配が大きくなると実際の車速が
勾配の影響で変化し、上り勾配であれば遅くなり、下り
勾配であれば速くなり、固定値で定めた車速と大きく異
なってしまうからである。また、図８に示すように
（ａ）のような水平地に比べて、勾配θの有る現場で
は、ブルドーザ５１の排土板であるブレード５２が運べ
る土砂の量が勾配の分変化し、（ｂ）ような上り勾配で
あれば土砂の量が少なくなり、（ｃ）ような下り勾配で
あれば土砂の量が多くなるためである。

【０００７】このため、勾配θの大きな現場での作業車
両購入計画のために、従来の作業車両の作業量算出シス
テム１００で算出した作業量を基にして、作業車両を配
置すると、作業量が予定した量に達しないため、鉱山の
生産計画が狂ってしまい、時には、機種を大きなものに
変更しなければならなくなり、経済上の損失につなが
る。また、逆に作業量が予想より大きく出る事が分か
り、１ランク小さな作業機械でも良かったということに
もなり無駄な投資をしてしまうことにもなる。

【０００８】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たものであり、正確な作業量を算出する作業車両の作業
量算出システムを提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、本発明の作業車両の作業量を算出
するシステムに係る第１発明は、作業車両の作業量を算
出するシステムにおいて、作業量算出システムは記憶部
と、中央演算部と、入力部と、表示部とを備え、作業量
算出システムは入力部に入力された作業環境条件データ
に応じて作業車両の車速、及び作業車両の作業機の能力
を補正し、それらの補正車速と補正作業能力値を基にし
て、作業量を算出することとしている。

【００１０】第１の発明によると、現場の作業環境条件
に応じて補正された正確な作業量が算出できる。

【００１１】本発明の作業車両の作業量を算出するシス
テムに係る第２発明は、作業車両の作業量を算出するシ
ステムにおいて、作業量算出システムは記憶部と、中央
演算部と、入力部と、表示部とを備え、記憶部は作業車
両データテーブルと、土質テーブルとを備え、システム
は入力部に入力された作業現場の勾配及び土質に応じて
作業車両データテーブル及び土質テーブルに基づき作業
車両の車速を補正し、さらに、作業車両の作業機の能力
を補正し、それらの補正車速と補正作業能力値により、
作業量を算出することとしている。

【００１２】第２の発明によると、現場の勾配及び土質
に応じて補正された作業量を算出するので正確な作業量
を求めることが出来る。

【００１３】本発明の作業車両の作業量を算出するシス
テムに係る第３の発明は、第２の発明において、作業車
両はブルドーザであり、作業量算出システムは現場勾配
によりブレード容量を補正し、その補正された実ブレー
ド容量を基にして、ブルドーザの車速を補正し、補正さ
れたブルドーザの実ブレード容量及び補正された運土時
車速を基にして、時間当りドージング作業量を算出する
こととしている。

【００１４】第３の発明によると、現場の勾配及び土質
に応じて補正された作業量を算出するのでブルドーザの
掘削運土作業の正確な時間当りドージング作業量を求め
ることが出来る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る作業車両の作
業量算出システムの一例としての実施の形態について説
明する。本発明に係る作業車両の作業量算出システム１
は、従来の作業量算出システム１００と同様に図１に示
すように、記憶部１１、中央演算処理部１２、入力部１
３、表示部１４、を有している。これらのハードウエア
構成はパーソナルコンピュータであっても良い。

【００１６】記憶部１１には作業車両データテーブル２
１、土質データテーブル２２が格納されている。作業車
両データテーブル２１は一例として、図２に示すよう
に、複数の機種の、例えば、ブルドーザの運転整備質量
テーブル２１１と、ブレード質量テーブル２１２と、後
方アタッチメント質量テーブル２１３と、牽引係数テー
ブル２１４と、走行性能テーブル２１５とを有してい
る。走行性能テーブル２１５は、例えば、牽引力カーブ
のデータであって、図３に示すように横軸に車速、縦軸
に牽引力を表し、曲線ａとなるような車速と牽引力との
関係を表す式であっても良い。土質テーブル２２は図４
に示すように、例えば、砂岩であれば、砂岩が掘削さ
れ、ルーズになった状態の密度としてルーズ密度ρが、
１．５（ｔ／ｍ ^３）、などの数値としてテーブルに格納
されている。

【００１７】ここで掘削運土作業のサイクルについて説
明する。ブルドーザの掘削運土作業は、図８に示すよう
に、ブルドーザ５１の排土板であるブレード５２が、ま
ず地面を所定距離、掘削する。そして、ブレード５２に
掘削された土砂が満杯になると、オペレータはブレード
での掘削を止めて、掘削した土砂を所定距離、移動する
ために、運土する。そして、運土作業を所定距離の間進
めて、土砂を目標地点まで運土し、運土作業を終了す
る。次に、オペレータはブルドーザを後進させるために
前進から後進にギヤチェンジする。そして、スタート地
点に戻り、掘削運土作業の１サイクルが終了する。現場
では、このサイクルを繰り返して、地面を掘削して行
く。

【００１８】次に、本発明の作業量算出システム１によ
るデータの処理の流れを図５により説明する。入力部１
３に、ブルドーザの機種ＫＩＳ、ブレードタイプＢＴ、
運土掘削距離Ｌ、土質Ｒ、路面勾配θ、ブレード形式Ｂ
Ｋ、後方アタッチメント形式ＫＡを入力する。まず、図
５に示すように、ステップＳ１０では必要なデータが入
力されたかのチェックを行う。

【００１９】次に、ステップＳ１１ではブルドーザの機
種ＫＩＳにより、作業車両データテーブル２１から、入
力された機種ＫＩＳに対応した、運転整備質量テーブル
２１１内のデータと、ブレード質量テーブル２１２と、
後方アタッチメント質量テーブル２１３と、牽引係数テ
ーブル２１４と、走行性能テーブル２１５とが中央演算
処理部１２に取り込まれる。

【００２０】次に、ステップＳ１２では土質データテー
ブル２２から、入力された土質Ｒに対応した密度ρのデ
ータが中央演算処理部１２に取り込まれる。

【００２１】次に、ステップＳ１３では運土中のブレー
ドが実際に運土できる土砂の体積を示す、実ブレード容
量ｑ１を求める。実ブレード容量ｑ１を求めるために、
勾配θによる補正を行う勾配係数Ｋｇを次の式により求
める。この式は実際に複数の勾配でのブレードの実容量
を計測した結果による補正式であり、ＤＬはその結果に
よる実験値であり、所定の固定値である。 Ｋｇ＝１−（θ／ＤＬ） 実ブレード容量ｑ１は次の式で求まる。 ｑ１＝（ｑ−ｑ０）×Ｋ×Ｋｇ＋ｑ０ ここで、ｑ：ブレード容量、ｑ０：抱え込み量、Ｋ：ブ
レード係数であるが、これらのデータはブレードテーブ
ル２１２から、機種ＫＩＳとブレードタイプＢＴに対応
した値が取り込まれる。ブレード容量ｑはブレードが運
土できる土砂の体積を示す所定値である。抱え込み量ｑ
０は図８（ａ）に示すように、ブレード５２が抱え込む
土砂の体積を示す所定値である。

【００２２】次に、ステップ１４では掘削時牽引力Ｆｄ
を求める。掘削時牽引力Ｆｄは次の式により求める。 Ｆｄ＝９．８×Ｗ×ＦＤＷ ここで、Ｗ：運転整備質量、ＦＤＷ：掘削時の牽引係数
である。運転整備質量Ｗは、Ｗｄ：本体質量、Ｗｂ：ブ
レード質量、Ｗａ：後方アタッチメント質量の合計であ
り、Ｗ＝Ｗｄ＋Ｗｂ＋Ｗａで表される。本体質量Ｗｄは
運転整備質量テーブル２１１より、ブレード質量Ｗｂは
ブレードテーブル２１２より、後方アタッチメント質量
Ｗａは後方質量テーブル２１３より、掘削時の牽引係数
ＦＤＷは牽引係数テーブル２１４より、それぞれ取り込
まれる。

【００２３】次に、ステップ１５では運土時牽引力Ｆｃ
を求める。運土時牽引力Ｆｃは次の手順により求める。
まず、実運土量Ｗ１を次の式で求める。 Ｗ１＝ｑ１×ρ ここで、実ブレード容量ｑ１はステップ１３で求めら
れ、、ルーズ密度ρはステップ１２で求められている。
次に、みかけ運土量Ｗ２を求める。みかけ運土量Ｗ２は
運土される土砂と地面との抵抗分を出すための値であ
る。みかけ運土量Ｗ２を次の式で求める。 Ｗ２＝（ｑ−ｑ０）×Ｋ×Ｋｇ×ρ 勾配係数Ｋｇはステップ１３で求められている。次に、
水平面での運土量Ｗ０を次の式で求める。 Ｗ０＝ｑ１×ρ 次に、抵抗係数μを次の式で求める。 μ＝ＦＷ×Ｗ／Ｗ０ ここで、ＦＷ：水平時の牽引係数であり、水平時の牽引
係数ＦＷは牽引係数テーブル２１４より、機種ＫＩＳと
ブレード形式ＢＫに対応した所定値として取り込まれ
る。次に、運土時の必要牽引力Ｆｃを次の式により求め
る。 Ｆｃ＝９．８×（Ｗ１×ｓｉｎθ＋Ｗ２×ｃｏｓθ×μ
＋Ｗ×ｓｉｎθ）

【００２４】次に、ステップ１６では後進時牽引力Ｆｒ
を求める。後進時牽引力Ｆｒは次の式により求める。 Ｆｒ＝９．８×（ＦＲＷ−ｓｉｎθ）×Ｗ ここで、ＦＲＷ：後進時の牽引係数であり、後進時の牽
引係数ＦＲＷは牽引係数テーブル２１４より、機種ＫＩ
Ｓに対応した所定値として取り込まれる。

【００２５】次に、ステップ１７では掘削時車速Ｖｄを
求める。掘削時車速Ｖｄは次の式により求める。 Ｖｄ＝Ｖｄｓ×（１−Ｓｄ／１００） ここで、Ｖｄｓ：理論掘削時車速、Ｓｄ：掘削時のシュ
ースリップ率である。理論掘削時車速Ｖｄｓは、ステッ
プＳ１１で取り込んだ機種ＫＩＳに対応した走行性能テ
ーブル２１５より、牽引力Ｆｄに対応した値を理論掘削
時車速Ｖｄｓとして求める。牽引力Ｆｄの値が、走行性
能テーブル２１５の牽引力の値の中間値である場合は補
間して、理論掘削時車速Ｖｄｓを求める。掘削時のシュ
ースリップ率Ｓｄは固定された所定値である。

【００２６】次に、ステップ１８では運土時車速Ｖｃを
求める。運土時車速Ｖｃは次の式により求める。 Ｖｃ＝Ｖｃｓ×（１−Ｓｃ／１００） ここで、Ｖｃｓ：理論運土時車速、Ｓｃ：運土時のシュ
ースリップ率である。理論運土時車速Ｖｃｓは、ステッ
プＳ１１で取り込んだ機種ＫＩＳに対応した走行性能テ
ーブル２１５より、牽引力Ｆｃに対応した値を理論運土
時車速Ｖｃｓとして求める。牽引力Ｆｃの値が、走行性
能テーブル２１５の牽引力の値の中間値である場合は補
間して、理論運土時車速Ｖｃｓを求める。運土時のシュ
ースリップ率Ｓｃは固定された所定値である。

【００２７】次に、ステップ１９では後進時車速Ｖｒを
求める。後進時車速Ｖｒは次の式により求める。 Ｖｒ＝Ｖｒｓ ここで、Ｖｒｓ：理論後進時車速であり、理論後進時車
速Ｖｒｓは、ステップＳ１１で取り込んだ機種ＫＩＳに
対応した走行性能テーブル２１５より、牽引力Ｆｒに対
応した値を理論運土時車速Ｖｒｓとして求める。牽引力
Ｆｒの値が、走行性能テーブル２１５の牽引力の値の中
間値である場合は補間して、理論運土時車速Ｖｒｓを求
める。

【００２８】次に、ステップ２０ではドージングサイク
ルタイムＣｍｄを求める。ドージングサイクルタイムＣ
ｍｄは次の式により求める。 Ｃｍｄ＝６０×Ｌｃ／（１０００×Ｖｃ）＋６０×Ｌｄ
／（１０００×Ｖｄ）＋６０×Ｌ／（１０００×Ｖｒ）
＋ｔ１ ここで、Ｌｄ：掘削距離、Ｌｃ：運土距離、ｔ１：チェ
ンジ時間である。ｔ１は前進から後進への変速に要する
チェンジ時間で予め定めた固定値である。運土距離Ｌｃ
はＬｃ＝Ｌ−Ｌｄである。掘削距離Ｌｄはブレードテー
ブル２１２より機種ＫＩＳとブレード形式ＢＫに対応し
た所定値として取り込まれる。

【００２９】次に、ステップ２１では時間当たりドージ
ング作業量Ｑｄを求める。時間当たりドージング作業量
Ｑｄは次の式により求める。 Ｑｄ＝ｑ１×ρ×６０／Ｃｍｄ

【００３０】以上、単位は、Ｗ、Ｗ１、Ｗ２はｔ、Ｆ
ｄ、Ｆｃ、ＦｒはＮ、Ｖｄ、Ｖｃ、Ｖｒはｋｍ／ｈ、Ｃ
ｍｄはｍｉｎ、Ｌはｍ、ｔ１はｍｉｎ、ｑ１はｍ^３、ρ
はｔ／ｍ^３、Ｑｄはｍ^３／ｈである。

【００３１】本実施例では上り勾配を運土して、戻るサ
イクルであるが、下り勾配を運土して戻るサイクルでも
同様に勾配に応じて、作業量は補正される。時間当たり
ドージング作業量Ｑｄは必要に応じて、前記の式にρを
掛けないで時間当り質量で表しても良い。以上説明した
これらのステップＳ１０〜Ｓ２１は時間当りの作業量の
結果が得られれば順番が入れ替わっても良い。

【００３２】以上、説明したように、本発明の作業車両
の作業量算出システムによれば、作業車両の車速及び作
業車両の作業機の能力を、現場の勾配や、土質や、現場
のコースの距離等の作業環境条件データに応じた補正を
行い、それらの補正車速と補正作業能力値を用いている
ので、従来の作業量算出システム１００に比べて、精度
の高い時間当たり作業量が算出できる。

【００３３】つまり、この作業量算出システム１では、
ステップＳ１３で、ブレードの容量を勾配に応じた正確
な値にするため、勾配係数Ｋｇを用いて補正した実ブレ
ード容量ｑ１を求めている。また、車速についても、従
来の作業量算出システム１００のような固定値を用いる
のではなく、運土時の車速を求めるための、必要牽引力
については、勾配θによる補正を行い、補正作業能力値
として正確なブレード容量である実ブレード容量ｑ１
を、基にして、正確な必要牽引力を求める処理を行って
いる。

【００３４】従って、この作業量算出システム１では現
場の勾配及び土質という、作業環境条件により補正され
た、補正車速と、補正されたブレード容量である実ブレ
ード容量ｑ１という補正作業能力値を用いて、時間当た
り作業量を算出している。また、作業機械がブルドーザ
である場合に、本発明の作業機械の作業量算出システム
１を用いれば、正確なブルドーザの時間当たりドージン
グ作業量が算出できる。従って、従来の作業量算出シス
テム１００と比較して、鉱山での生産量の正確な予測が
正確となり、無駄の無い投資が可能となる。また、メー
カ側としては、ユーザに最も適当な作業機械をリコメン
ドできるのでユーザ側の信頼を勝ち得て、次の商談もス
ムーズに行くことになる。

【００３５】また、現場の勾配が上り勾配であっても、
下り勾配であっても、このシステムでは勾配による影響
が補正されるのでどのような現場でも正確に作業量が算
出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る作業車両の作業量算出システムの
システム構成図である。

【図２】作業車両データテーブルを示す図である。

【図３】牽引力と車速の関係を示す図である。

【図４】土質テーブルを示す図である。

【図５】本発明に係る作業車両の作業量算出システムの
処理を示すフローチャートである。

【図６】従来の作業車両の作業量算出システムのシステ
ム構成図である。

【図７】従来の作業車両の作業量算出システムの処理を
示すフローチャートである。

【図８】作業車両の作業の状態を示す図である。

【符号の説明】

１・・・作業量算出システム、１１・・・記憶部、１２
・・・中央演算部、１３・・・入力部、１４・・・表示
部、２１・・・作業車両データテーブル、２２・・・土
質テーブル。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業車両の作業量を算出するシステムに
   おいて、作業量算出システム(1) は記憶部(11)と、中央
   演算部(12)と、入力部(13)と、表示部(14)とを備え、作
   業量算出システム(1) は入力部(13)に入力された作業環
   境条件データに応じて作業車両の車速、及び作業車両の
   作業機の能力を補正し、それらの補正車速と補正作業能
   力値を基にして、作業量を算出することを特徴とする作
   業車両の作業量算出システム。
2. 【請求項２】 作業車両の作業量を算出するシステムに
   おいて、作業量算出システム(1) は記憶部(11)と、中央
   演算部(12)と、入力部(13)と、表示部(14)とを備え、記
   憶部(11)は作業車両データテーブル(21)と、土質テーブ
   ル(22)とを備え、作業量算出システム(1) は入力部(13)
   に入力された作業現場の勾配及び土質に応じて作業車両
   データテーブル(21)及び土質テーブル(22)に基づき作業
   車両の車速を補正し、さらに、作業車両の作業機の能力
   を補正し、それらの補正車速と補正作業能力値により、
   作業量を算出することを特徴とする、作業車両の作業量
   算出システム。
3. 【請求項３】 請求項２記載の作業車両の作業量算出シ
   ステムにおいて、作業車両はブルドーザであり、作業量
   算出システム(1) は現場勾配によりブレード容量を補正
   し、その補正された実ブレード容量を基にして、ブルド
   ーザの車速を補正し、補正されたブルドーザの実ブレー
   ド容量及び補正された運土時車速を基にして、時間当り
   ドージング作業量を算出することを特徴とする作業車両
   の作業量算出システム。