JP2006022563A - 作業機械とアタッチメント判別方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーカを使用することにより寿命の縮まる作動油や作動油フィルタエレメントの適正な交換時期を知らせ、またブレーカ使用時の油圧回路等の設定をチェックすることができる作業機械の提供。
【解決手段】作業用アタッチメント２の動力源である予備回路中に、圧力センサ１９、２０を設置し、コントローラ２１が、圧力センサ１９、２０からの圧力信号を読み取ることにより装着しているアタッチメントを判別し、ブレーカ使用時に供給流量と油圧回路の設定が間違っているか否か判断して警告を発する。また、バケット、ブレーカ、その他のアタッチメントの稼働時間をそれぞれ積算することによって、ブレーカ稼働率を計算し、作動油や作動油フィルタエレメントの適正な交換時期を計算して、表示装置２２に表示する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、機体に対し作業用アタッチメントが交換可能に装着された作業機械に関し、特に装着されたアタッチメントの種類に応じて、各種設定やメンテナンス時間の把握を可能にする作業機械に関するものである。

既存建築物の破砕作業や、道路などの掘削作業に油圧ショベルをベースマシンとした作業機械が用いられる。この作業機械は、図７に示すように、機体１を構成する下部走行体１ａ、上部旋回体１ｂ、キャブ１ｃ、ブーム１ｄおよびアーム１ｅからなるフロント作業機からなり、機体１のアーム１ｅの先端に掘削作業用のバケットや、破砕作業用のブレーカなどの種々の作業用アタッチメント２（図ではブレーカ）がピン１ｆ、１ｇによって容易に交換できるように装着される。

この作業用アタッチメント２は油圧アクチュエータであり、その使用される作業環境あるいは動作特徴により、それぞれ特有の稼動条件（油圧回路および定格供給流量）が必要とされ、これらを装着する作業機械は、装着されるアタッチメントに適応可能なように、稼働条件が変更可能になっている。この稼働条件として、特にブレーカはチゼルの隙間から埃、被破砕物の微粉などの異物（コンタミネーション）が浸入しやすいので、作動油や作動油フィルタエレメントの交換インターバルをバケットやその他の作業用アタッチメント２と比べて短く設定している。

また、ブレーカはバケットやその他の作業用アタッチメント２に比べて定格供給流量が少ないので１ポンプ分の圧油で作動させ、またサージ圧力が立ちやすいので戻り圧油をコントロールバルブを通さずに、直接オイルタンクに戻すという点で他の作業用アタッチメントにない特徴を有しており、ブレーカを使用する際には、手動で定格供給流量や油圧回路の切換えを行なうか、特許文献１に記載のように作業用アタッチメント２のコネクタと制御装置のコネクタをケーブルで接続することによって、制御装置に作業用アタッチメント２の種別を判別させて定格供給流量を自動的に切換えるようにしていた。

特許第３３４２３３７号公報

現状、作動油や作動油フィルタエレメントの交換は、作業用アタッチメントの種類に関わらず機体が動作している時間を累積し、その稼働時間から一律に行なっている。

そのため、ユーザが取扱説明書などを参照して交換時間を判断する必要があり、多種の作業アタッチメントを交換して使用する場合、例えば使用条件が厳しいブレーカの使用頻度（稼働率）を把握することが困難であり、そのため稼働時間に比べて劣化し過ぎた作動油およびエレメントをそのまま使用したり、未だ使用可能な作動油およびエレメントを交換してしまったりして、適正なタイミングでの作動油や作動油フィルタエレメントの交換ができないという問題があり、交換のタイミングが早すぎると不経済になってしまい、遅すぎると機器の損傷につながる可能性があった。

また、ブレーカ使用時の定格供給流量や油圧回路は手動で行ないまた、確認する手段がないため切換えを行なうため切換えミスに気づかない場合があり、過剰流量によりブレーカを壊してしまう事や、サージ圧力によりオイルクーラを損傷させてしまうという問題もある。

さらに、特許文献１のように作業用アタッチメントを判別するために各アタッチメント毎にそれぞれコネクタを設置する必要があり、汎用の作業用アタッチメントには適用が難しく、さらにコネクタ接続は人為的でミスが防げないという問題もあった。

本発明の作業機械は、上述した課題を解決し、作業アタッチメントの種類をアタッチメントの細工なしに判別でき、判別した作業アタッチメント毎の稼働率を把握することが出来る作業機械を提供することを目的とする。

本発明の作業機械は、上述した課題を解決するために、作業対象が異なる各種作業用アタッチメントをそれぞれ交換により機体に装着可能な作業機械に適用され、前記機体に装着された作業用アタッチメントの作動圧力を発生する油圧ポンプと、前記作業用アタッチメントの作動圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段の検出信号により、前記機体に装着された作業用アタッチメントの種類を判別する判別手段と、前記判別手段により判別された作業用アタッチメント毎の稼働時間をそれぞれ計時する稼働時間計時手段と、前記稼働時間計時手段による各作業用アタッチメント毎の稼働時間を表示する表示装置とを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載された発明は、前記圧力検出手段と前記判別手段により特定のアタッチメントの作動状態が適正か否かチェックする作動状態チェック手段をさらに備え、前記表示装置は、前記チェックされた作動状態のうち不適正な点を表示する、不適正ポイント表示手段を備えたことを特徴とする。

請求項３に記載された発明は、前記稼働時間計時手段による作業用アタッチメント毎の稼働時間に基づき、特定の作業用アタッチメントの稼働率を演算する稼働率演算手段をさらに備え、前記表示装置は、前記演算された稼働率から前記特定の作業用アタッチメント使用時おける部品のメンテナンス時期を演算するメンテナンス時期演算手段を備えたことを特徴する。

また、本発明のアタッチメント種類判別方法は、作業対象が異なる各種作業用アタッチメントをそれぞれ交換により機体に装着可能な可能な作業機械に適用され、請求項４に記載された発明は、油圧ポンプにより吐出される圧油によって発生する作業用アタッチメントの作動圧力を圧力検出手段により検出し、検出された前記作動圧力を判別手段に予め設定された特定の作業用アタッチメントの作動圧力値と比較することによって前記機体に装着されるアタッチメントの種別を判別することを特徴とする。

本発明によれば、適正なタイミングで作動油や作動油フィルタエレメントの交換をすることができ、経済性が向上し、機器の損傷を防止できる。また、作業用アタッチメントにおいて適切な稼動条件が設定されていない場合には警告を与えることができ、設定ミスによる機器の損傷も防止できる。

本発明におけるアタッチメント稼動モニタの実施の形態を図1〜図７に基づいて説明する。

図１は、本発明の作業機械の実施の形態を示す回路構成図、図２は、図１の表示装置の構成および表示内容を示す構成図、図４は、本発明の実施の形態におけるメンテナンス作業全体を説明する作業フローチャート、図５は、図４におけるステップＷを説明する処理フローチャート、図６は、図４におけるステップＺを説明する処理フローチャートである。なお、図７は、本発明が適用される作業機械の構成を示す全体側面図で、上述した構成と同一の構成のものには、同一の符号を付し説明を省略する。

図1において、１０、１１は作業用アタッチメント２の動力源となる圧油を吐出する油圧ポンプ、１２は油圧ポンプ１０，１１から吐出された圧油の方向および流量を制御し、作業用アタッチメント２の動作方向、動作速度を制御するコントロールバルブで、コントロールバルブ１２は、小割機などの開閉による破砕アタッチメントにあっては動作方向（開閉）と動作速度とを制御し、ブレーカなどの打撃による破砕アタッチメントにあっては、打撃速度を制御するものである。１３はコントロールバルブ１２を操作する操作ペダル、１４、１５は、コントロールバルブ１２と作業アタッチメント２とを接続する管路で、管路１４は、作業アタッチメント２としてブレーカを使用する場合、ポンプ１０もしくはポンプ１１からブレーカへの圧油の供給管路となり、管路１５は、ブレーカからの排出管路となる。１６は、管路１５に設けられた切換弁で、作業アタッチメント２からの排出圧油をコントロールバルブ１２を経てオイルクーラ１７へ導く切換位置Aと、コントロールバルブ１２およびオイルクーラ１７を通さずにタンク１８へ導く切換位置Bとを有するものである。なお、切換弁１６は、ブレーカ使用時には切換位置Ｂに、ブレーカ以外のときは切換位置Ａに切り換えられて使用される。１９は、管路１４に設けられる圧力センサ、２０は、作業用アタッチメント２と切換弁１６との間の管路１５に設けられる圧力センサ、２１は、圧力センサ１９、２０からの圧力信号を入力するとともに、後述する制御を行なうコントローラ、２２は、コントローラ２１に接続された表示装置である。２３は、アーム１ｅの先端に装着される作業用アタッチメント２を選択してポンプ１０、１１から吐出される圧油の定格流量を切換えるスイッチで、スイッチ２３はコントローラ２１に接続され、小割機ではポンプ１０、１１の２ポンプ分の流量を、ブレーカでは、ポンプ１０もしくは１１の１ポンプ分の流量を定格流量として設定するようにコントロールバルブ１２を制御する。

なお、２４、２５は管路１４、１５にそれぞれ設けられるアキュムレータで、作業アタッチメント２にブレーカを使用する場合、発生するサージ圧力を吸収して回路中の機器を保護するものである。

表示装置２２は図２（ａ）に示すように、ブレーカ使用時に切換弁１６が切換位置Ｂになっていないことを伝えるためのエラーランプ２２aと、ブレーカを２ポンプ合流で作動させているか、またはアキュムレータ２３，２４が未装着であることを伝えるためのエラーランプ２２ｂ、作動油や作動油フィルタエレメントの交換時期までの残存時間やブレーカ稼働率、使用される作動油およびフィルタエレメントの種類等を表示するディスプレイ２２ｃ、ディスプレイ２２ｃの表示内容を切換える表示切換えスイッチ２２ｄ、作動油や作動油フィルタエレメントの種類を入力するための選択スイッチ２２ｅと決定スイッチ２２ｆを備えている。なお、図２（ｂ）はエンジンスタート後に表示される画面であり、エンジンスタート後にスイッチ２２ｄを操作することで、作動油や作動油フィルタエレメントの交換時間までの残存時間、ブレーカ稼働率、稼働時間が選択表示される。また、図３（ａ）〜（ｃ）の画面２２ｃ１、２２ｃ２、２２ｃ３は、ディスプレイ２２ｃは、エンジンストップ時の作動油や作動油フィルタエレメント交換時に表示される画面であり、エンジンストップ時にスイッチ２２ｄを操作することで選択表示される。詳細は後述する。

次に図４〜図６を用い、作動油および作動油フィルタエレメントの交換作業に基づいて、コントローラ２１による制御について説明する。

作業ステップの全体の構成としては、図４に示すように作業開始前の初期設定としての作動油および作動油フィルタエレメントの種類の設定ステップＶ、作業開始後の作業アタッチメントの種類の判別および判別された作業アタッチメントの稼働時間積算ステップＷ、積算された稼働時間から作動油または作動油フィルタエレメントの交換時間までの残存時間を演算する残存時間演算ステップＺ、作動油または作動油フィルタエレメントの交換時に今まで積算および演算された稼働時間および残存時間をリセットするリセットステップＹからなる。

まず、設定ステップＶは、図２（ａ）に示すように表示装置２２の表示切換えスイッチ２２ｄを操作し、ディスプレイ２２ｃを使用する作動油の種類または作動油フィルタエレメントの種類を選択する画面（選択画面）２２ｃ１〜２２ｃ３に切換え（図３（ａ）〜（ｃ））、選択スイッチ２２ｅを操作して、作動油を交換したのか、作動油フィルタエレメントを交換したのかを選択し（図３（ａ））、使用する作動油または作動油フィルタエレメントを選択する（図３（ｂ）、（ｃ））ことで行なわれる。ここで作動油およびフィルタエレメントの種類とは、作動油にあっては寿命時間（耐久性）による種類であり、フィルタエレメントにあっては材質による種類であり、それぞれ複数設定される。そして設定情報として、作動油および作動油フィルタエレメントの稼働率と寿命時間（耐久性に基づく交換時間）との関係線図（実験等に基づく線図）を数式化するための定数Ａ、Ｂを上記関係線図に基づき予め設定しておき、これが選択した作動油および作動油フィルタエレメントに応じてコントローラ２１に入力される。

稼働時間積算ステップＷは、実験などにより予め設定される基準値（定数）ａ、ｂ、ｃ、ｄによりアタッチメントの種別を判別するものであり、基準値ａは作業用アタッチメントとしてバケットおよびブレーカを含むその他のアタッチメントを使用した場合の管路１４に発生する作動圧力の中間値に基づく値であり、ｂは作業用アッタチメントとしてブレーカおよび破砕機を使用した場合管路１４に発生する作動圧力の中間値でａ＜ｂの関係を有する。基準値ｃ，ｄは、作業アタッチメントのとしてブレーカを使用した際、適切な定格流量、油圧回路、アキュムレータなどの付属部品が装着されていない場合に管路１５に発生する異常な作動圧力に基づく値である。図５に示すようにエンジンの始動によりスタートした直後、ステップＷ１で稼働時間Ｔ０の計測を始め、ステップＷ２でアタッチメント２を使用することにより圧力センサ１９、２０に圧力が立つまでは待機する。ステップＷ３で圧力センサ１９からの圧力信号Ｐ１が定数ａ以下であれば、ステップＷ８で作業アタッチメントとしてバケットが装着されていると判断し、ステップＷ９でエンジンストップと共にエンジン始動からストップまでの稼働時間Ｔ０をバケット積算時間Ｔ１に積算する。ステップＷ３で圧力センサ１９からの圧力信号Ｐ１が定数ａより大であればステップＷ４に進み、圧力センサ１９からの圧力信号Ｐ１が定数ｂ以上であればステップＷ１０へ進み、定数ｂより小であればステップＷ５に進む。

ステップＷ５で圧力センサ２０からの圧力信号Ｐ２が定数ｃ未満であれば、ステップＷ６でブレーカを問題なく使用していると判断して、ステップＷ７でエンジンストップと共に、エンジン始動からストップまでの稼働時間Ｔ０をブレーカ積算時間Ｔ２に積算し、ステップＷ５で圧力センサ２０からの圧力信号Ｐ２が定数ｃ以上であればステップＷ１９に進む。

ステップＷ１９では圧力センサ２０からの圧力信号Ｐ２が定数ｄ未満であれば、ステップＷ２０で切換弁１６が切換位置Ｂになっていない状態でブレーカを使用していると判断して、ステップＷ２１で切換弁１６の警告（エラーランプ２２ａの点灯）をし、ステップＷ７に移りエンジンストップと共に、エンジン始動からストップまでの稼働時間Ｔ０をブレーカ積算時間Ｔ２に積算し、ステップＷ１９で圧力センサ２０からの圧力信号Ｐ２が定数ｄ以上であれば、ステップＷ２２でバケットおよびブレーカ以外のアタッチメントを使用していると判断して、ステップＷ１８でエンジンストップと共に、エンジン始動からストップまでの稼働時間Ｔ０をバケットおよびブレーカ以外の他のアタッチメント積算時間Ｔ３に積算する。

ステップＷ１０では圧力センサ２０からの圧力信号Ｐ２が定数ｃ未満であれば、ステップＷ１１で過剰流量もしくはアキュムレータ未装着のブレーカを使用していると判断して、ステップＷ１２で過剰流量もしくはアキュムレータ未装着の警告（エラーランプ２２ｂの点灯）をし、ステップＷ７に移りエンジンストップと共に、エンジン始動からストップまでの稼働時間Ｔ０をブレーカ積算時間Ｔ２に積算し、ステップＷ１０で圧力センサ２０からの圧力信号Ｐ２が定数ｃ以上であればステップＷ１３に進む。

ステップＷ１３では圧力センサ２０からの圧力信号Ｐ２が定数ｄ未満であれば、ステップＷ１４で切換弁１６が切換位置Ｂでなく、更に過剰流量もしくはアキュムレータ未装着のブレーカを使用していると判断して、ステップＷ１５で切換弁１６の警告（エラーランプ２２ａの点灯）をし、ステップＷ１６で過剰流量もしくはアキュムレータ未装着の警告（エラーランプ２２ｂの点灯）をし、ステップＷ７に移りエンジンストップと共に、エンジン始動からストップまでの稼働時間Ｔ０をブレーカ積算時間Ｔ２に積算する。ステップＷ１３で圧力センサ２０からの圧力信号Ｐ２が定数ｄ以上であれば、ステップＷ１７でバケットおよびブレーカ以外の他のアタッチメントを使用していると判断して、ステップＷ１８でエンジンストップと共に、エンジン始動からストップまでの稼働時間Ｔ０を他のアタッチメント積算時間Ｔ３に積算する。

なお、上述した圧力信号Ｐ１，Ｐ２はエンジン始動後〜エンジンストップまでの間に圧力センサ１９，２０によって所定時間（例えば０．５秒）毎に検出値される圧力の平均値の最大値が用いられる。

残存時間演算ステップＺは、図６に示すようにエンジンの始動によりスタートした直後、ステップＺ１で前回エンジンを停止するまでのバケット積算時間Ｔ１、ブレーカ積算時間Ｔ２、バケットおよびブレーカ以外の他のアタッチメント積算時間Ｔ３を読み込み、ステップＺ２で、上記Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３からブレーカ稼働率Ｘを計算し、ステップＺ３で、選択した作動油および作動油フィルタエレメントの種類に基づいて設定される定数Ａ，Ｂおよび、ブレーカ稼働率Ｘにより現在のブレーカ稼働率Ｘでの作動油や作動油フィルタエレメントの最適交換時間ＴＸを計算し、ステップＺ４で、前回交換時からの総稼働時間ＴＹおよび最適交換時間ＴＸから現在のブレーカ稼働率Ｘでの作動油や作動油フィルタエレメントの交換までの残存時間ＴＺを計算し、ステップＺ５で残存時間ＴＺを表示装置２２のディスプレイ２２ｃに表示する（図２（ｂ）参照）。なお、稼働率Ｘ，最適交換時間ＴＸ，残存時間ＴＺは、それぞれ、次式で計算される。
Ｘ＝Ｔ２／（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）・・・（１）
ＴＸ＝ＡＢ／（Ａ＋（Ｂ−Ａ）Ｘ）・・（２）（Ａ，Ｂは、上記定数）
ＴＺ＝ＴＹ−ＴＸ・・・・・・・・・（３）

また、リセットステップＹは、作動油や作動油フィルタエレメントを交換した際に、図２に示すように表示装置２２の表示切換えスイッチ２２ｄを操作し、画面２２ｃ１で作動油もしくは作動油フィルタエレメントのどちらかを選択した段階で、選択した方の各積算時間がリセットされて、設定ステップＶに移行するものである。

上述した実施の形態による効果は、設定ステップＶにより、作動油や作動油フィルタエレメントによって決まる定数Ａ、Ｂが得られ、毎回のエンジン始動毎に、稼働時間積算ステップＷを行なうことにより、ブレーカ使用時の供給流量や油圧回路を適正に保つことができ、残存時間演算ステップＺを行なう事により、最終的に適正なタイミングで作動油や作動油フィルタエレメントの交換が可能になり、リセットステップＹにより交換後の積算時間を消去して、設定ステップＶに戻ることができる。

よって、装着される作業用アタッチメントの種類毎に稼働時間を計測でき、これに応じて対象となる作業用アタッチメントの稼働率を把握して作動油や作動油フィルタエレメントの交換時間を演算できるため、作業用アタッチメントに合った適切な交換を行なうことができ、交換遅延による機器の損傷や、早期交換による不経済を防ぐことができる。

また、油圧回路の設定（切り換え）のミスを防止することができ、作業用アタッチメントやオイルクーラなどを損傷させてしまうことがない。

また、作業用アタッチメントに種類判別用のコネクタ等を設ける必要がなく、種々の作業用アタッチメントに対応可能であり、さらに、コネクタの誤接続などの人為的なミスも防止できる。

なお、上述した残存時間演算ステップＺは、ブレーカ稼動率Ｘを算出する場合について述べたが、ステップＺ２で分子にＴ１，Ｔ３を用いることで、バケット稼働率、他のアタッチメントの稼働率を算出することができ、以下のステップでそれら算出した稼働率を使用して演算することで、対象とするアタチメントを使用した場合のＴＺを演算、表示することもできる。

本発明の実施の形態を示す回路構成図である。 （ａ）は図１の表示装置の構成図で、（ｂ）は表示装置のディスプレイ部の表示内容の一部である。 （ａ）〜（ｃ）は表示装置のディスプレイ部の表示内容の残部である。 図１の本発明の実施の形態におけるメンテナンス作業全体を説明する作業フローチャートである。 図４におけるステップＷを説明する図で、図１のコントローラの処理フローチャートである。 図４におけるステップＺを説明する図で、図１のコントローラの処理フローチャートである。 本発明が適用される作業機械の構成を示す側面図である。

符号の説明

１：機体 ２：作業用アタッチメント
１０：油圧ポンプ １１：油圧ポンプ
１２：コントロールバルブ １３：操作ペダル
１４：ブレーカ使用時の圧油の供給管路 １５：ブレーカ使用時の圧油の排出管路
１６：切換弁 １７：オイルクーラ
１８：オイルタンク １９：圧力センサ
２０：圧力センサ ２１：コントローラ
２２：表示装置 ２３：流量切換スイッチ
２４：アキュムレータ ２５：アキュムレータ
２２ａ：エラーランプ ２２ｂ：エラーランプ
２２ｃ：ディスプレイ ２２ｄ：表示切換スイッチ
２２ｅ：選択スイッチ ２２ｆ：決定スイッチ

Claims (4)

1. 作業対象が異なる各種作業用アタッチメントをそれぞれ交換により機体に装着可能な作業機械において、
   前記機体に装着された作業用アタッチメントの作動圧力を発生する油圧ポンプと、
   前記作業用アタッチメントの作動圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記圧力検出手段の検出信号により、前記機体に装着された作業用アタッチメントの種類を判別する判別手段と、
   前記判別手段により判別された作業用アタッチメント毎の稼働時間をそれぞれ計時する稼働時間計時手段と、
   前記稼働時間計時手段による各作業用アタッチメント毎の稼働時間を表示する表示装置とを備えたことを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記圧力検出手段と前記判別手段により特定のアタッチメントの作動状態が適正か否かチェックする作動状態チェック手段をさらに備え、
   前記表示装置は、前記チェックされた作動状態のうち不適正な点を表示する、不適正ポイント表示手段を備えたことを特徴とする作業機械。
3. 請求項１または２に記載の作業機械において、
   前記稼働時間計時手段による作業用アタッチメント毎の稼働時間に基づき、特定の作業用アタッチメントの稼働率を演算する稼働率演算手段をさらに備え、
   前記表示装置は、前記演算された稼働率から前記特定の作業用アタッチメント使用時における部品のメンテナンス時期を演算するメンテナンス時期演算手段を備えたことを特徴する作業機械。
4. 作業対象が異なる各種作業用アタッチメントをそれぞれ交換により機体に装着可能な可能な作業機械のアタッチメント種類判別方法であって、
   油圧ポンプにより吐出される圧油によって発生する作業用アタッチメントの作動圧力を圧力検出手段により検出し、
   検出された前記作動圧力を判別手段に予め設定された特定の作業用アタッチメントの作動圧力値と比較することによって前記機体に装着されるアタッチメントの種別を判別するアタッチメントの種別判別方法。
   

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