JP2012007387A - Operating condition recorder in front work machine of construction machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、油圧ショベル等のフロント作業機を備えた建設機械の耐久性向上を図るべく、稼働状態を記録する建設機械のフロント作業機における稼働状態記録装置の技術分野に関するものである。 The present invention relates to a technical field of an operation state recording device in a front work machine of a construction machine that records an operation state in order to improve durability of a construction machine including a front work machine such as a hydraulic excavator.
一般に、油圧ショベル等の建設機械のなかには、該建設機械の稼働状態を記録する稼働状態記録装置を設けて、該稼働状態記録装置に記録されたデータに基づいて建設機械の操作状況や、作動状況を診断、評価し、今後の耐久性を向上するための判断材料としたり、メンテナンス時期の設定や寿命を想定するための判断材料とすることが知られている。そして、稼働状態を判断する稼働データとしては、建設機械の構成部材であるエンジン、油圧ポンプやフロント作業機に駆動、作動状態を検出するセンサを設け、これらセンサからの検出データに基づいて各構成部材に作用する負荷や構成部材の疲労度（疲労寿命）等に係わる稼働データを演算するようにしたもが提唱されている。 Generally, in construction machines such as hydraulic excavators, an operation state recording device that records the operation state of the construction machine is provided, and the operation state and operation state of the construction machine are based on the data recorded in the operation state recording device. It is known to be used as a judgment material for diagnosing and evaluating the above, and as a judgment material for improving the durability in the future, and as a judgment material for setting a maintenance time and assuming a lifetime. As the operation data for determining the operation state, the engine, the hydraulic pump and the front work machine, which are components of the construction machine, are provided with sensors for detecting the drive and operation states, and each component based on the detection data from these sensors. It has been proposed to calculate operation data related to the load acting on the member, the fatigue level (fatigue life) of the component member, and the like.
そして、前記特許文献１、２のものは、何れのものもフロン作業機を構成するブーム、アーム、バケットにおける疲労度を診断、評価するための稼働データを、フロント作業機の適宜箇所に設けた歪みゲージから検出される応力データや、フロント作業機に作用する負荷からのデータ（ブームシリンダ、アームシリンダに作用する油圧ピーク値に基づくデータ）を用いて演算するように構成している。
ところで、フロント作業機の疲労度等に基づいて耐久性を判断する場合に、これが油圧ショベルの場合、フロント作業機に作用する負荷の大きさ（フロント負荷）は一つの判断因子となるが、フロント作業機（ブーム、アーム、バケット）の作業姿勢も一つの判断因子となる。しかしながら、前記特許文献１、２のものは、稼働データを歪みゲージやフロント作業機に作用する負荷からのデータを用いて演算しているため、フロント作業機の作業姿勢により発生する疲労度、さらには、フロント作業機の作業姿勢とバケットに作用する負荷との関係に基づく疲労度については何ら診断されておらず、正確な疲労度を検出することができないという問題がある。そのうえ、歪みゲージにより応力を検出する場合、計測点数（計測箇所）が多くなり、その分多くの計測機材（歪みゲージ）が必要となるためコスト高になるという問題があり、これらに本発明の解決すべき課題がある。
And the thing of the said
By the way, when determining durability based on the fatigue level of the front work machine, etc., if this is a hydraulic excavator, the magnitude of the load acting on the front work machine (front load) is one of the determining factors. The work posture of the work machine (boom, arm, bucket) is also a determination factor. However, in
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、下部走行体と、該下部走行体に旋回自在に支持される上部旋回体と、基端部が上部旋回体のフロント部に上下揺動自在に支持されるフロント作業機とを備えてなる建設機械において、フロント作業機の稼働データを記録する稼働状態記録装置を設けるにあたり、前記稼働状態記録装置は、フロント作業機の位置を検出する位置検出手段と、フロント作業機に作用する負荷を検出する負荷検出手段と、位置検出手段と負荷検出手段とのデータに基づいてフロント作業機の先端部に設けられる作業アタッチメントに作用する荷重を演算するアタッチメント荷重演算手段と、作業アタッチメントによる作業範囲を一定の間隔で仕切って複数の作業ゾーンとして記憶する作業位置データ記憶手段と、位置検出手段により作業アタッチメントが位置する作業ゾーンを判断し、作業アタッチメントが該作業ゾーンに位置するときのアタッチメント荷重演算手段からの演算値を、予め設定される所定時間毎に演算処理してフロント作業機の稼働状態に係わる複数の稼働データを作成する稼働データ演算手段と、作業アタッチメントが任意の作業ゾーンから他の作業ゾーンに移行するまでのあいだの稼働データを、作業ゾーン毎に、稼働データ毎に集計して記録するデータ記録手段とを備えて構成したことを特徴とする建設機械のフロント作業機における稼働状態記録装置である。
請求項２の発明は、請求項１において、負荷検出手段は、フロント作業機に作用する揺動方向の負荷と、水平方向の負荷とを検出するものとし、アタッチメント荷重演算手段は、作業アタッチメントに作用する揺動方向の荷重を演算するアタッチメント縦荷重演算手段と、水平方向の荷重を演算するアタッチメント横荷重演算手段とを備えて構成されていることを特徴とする建設機械のフロント作業機における稼働状態記録装置である。
請求項３の発明は、請求項１または２において、稼働データ演算手段は、アタッチメント荷重演算手段からの演算値を予め設定される所定時間毎に処理し、稼働データとして平均荷重の分布を示す平均荷重と荷重変動の分布を示す荷重変動頻度テーブルとを作成するアタッチメント荷重頻度処理演算手段で構成されていることを特徴とする建設機械のフロント作業機における稼働状態記録装置である。
請求項４の発明は、請求項１において、稼働データ演算手段は、位置検出手段の検出値とアタッチメント縦荷重演算手段からの演算値とから、フロント作業機に設けられる枢支部となる複数の支点に作用する荷重を演算する支点荷重演算手段と、支点荷重演算手段からの演算値を予め設定される所定時間毎にそれぞれ処理し、稼働データとして各支点に作用する荷重変動の分布を示す支点荷重変動頻度テーブルを作成する支点荷重頻度処理演算手段とで構成されていることを特徴とする建設機械のフロント作業機における稼働状態記録装置である。
請求項５の発明は、請求項２において、フロント作業機は、上部旋回体に上下方向揺動自在に支持されるブームと該ブームに上下方向揺動自在に支持されるアームとからなる作業アームと、作業アームの先端部に上下方向揺動自在に支持される作業アタッチメントとにより構成されるものとし、稼働データ演算手段は、位置検出手段の検出値とアタッチメント横荷重演算手段からの演算値とから、ブームとアームとに作用する捩りモーメントと、ブームとアームとの任意の箇所に作用する曲げモーメントとを演算するモーメント演算手段と、モーメント演算手段からの演算値を予め設定される所定時間毎にそれぞれ処理し、稼働データとして捩りモーメントの変動の分布を示す捩りモーメント変動頻度テーブルと曲げモーメントの変動の分布を示す曲げモーメント変動頻度テーブルとを作成するモーメント頻度処理演算手段とで構成されていることを特徴とする建設機械のフロント作業機における稼働状態記録装置である。
請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れか１項において、データ記録手段は、集計、記録された稼働データを予め設定される長期の時間毎に通信手段を介してデータ管理局に送信することを特徴とする建設機械のフロント作業機における稼働状態記録装置である。
The present invention has been created in view of the above-described circumstances in order to solve these problems. The invention of
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the load detecting means detects a swinging load acting on the front work machine and a horizontal load, and the attachment load calculating means is connected to the work attachment. An operation of a construction machine in a front working machine comprising: an attachment longitudinal load computing means for computing an acting swinging load; and an attachment lateral load computing means for computing a horizontal load. It is a status recording device.
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the operation data calculation means processes the calculation value from the attachment load calculation means at a predetermined time set in advance, and the average indicating the average load distribution as the operation data An operating state recording device for a front working machine of a construction machine, comprising an attachment load frequency processing calculation means for creating a load and a load fluctuation frequency table indicating a distribution of load fluctuations.
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the operation data calculating means includes a plurality of fulcrums serving as pivots provided in the front work machine from the detected value of the position detecting means and the calculated value from the attachment vertical load calculating means. The fulcrum load calculating means for calculating the load acting on the fulcrum, and the fulcrum load indicating the distribution of the load fluctuation acting on each fulcrum as the operation data by processing the calculated values from the fulcrum load calculating means at predetermined time intervals. An operating state recording device for a front work machine of a construction machine, characterized in that it comprises a fulcrum load frequency processing calculation means for creating a fluctuation frequency table.
According to a fifth aspect of the present invention, in the second aspect, the front work machine is a work arm comprising a boom supported by the upper swing body so as to be swingable in the vertical direction and an arm supported by the boom so as to be swingable in the vertical direction. And a work attachment that is supported at the tip of the work arm so as to be swingable in the vertical direction, and the operation data calculation means includes a detection value of the position detection means and a calculation value from the attachment lateral load calculation means. From the moment calculating means for calculating the torsional moment acting on the boom and the arm and the bending moment acting on any part of the boom and the arm, the calculated value from the moment calculating means is set every predetermined time. Torsional moment variation frequency table showing the distribution of torsional moment variation as operating data and bending moment variation distribution It is composed of a moment frequency processing operation means for creating bending and moment variation frequency table illustrating an operating state recording device in the front work device of a construction machine characterized by.
A sixth aspect of the present invention provides the data recording device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the data recording means collects and records the recorded operation data at a data management station via the communication means every predetermined long period of time. It is the operating state recording device in the front working machine of the construction machine, characterized by transmitting.
請求項１の発明とすることにより、フロント作業機の姿勢と、該姿勢毎に作業アタッチメントの稼働データが検出されて、精度の高い設計基礎データを得ることができ、フロント作業機の疲労度を正確、かつ、きめ細かく評価、診断できて、メンテナンス時期や部品寿命等を高い精度で正確に把握できる。
請求項２の発明とすることにより、稼働データとして、一層きめ細かい、精度の高い設計基礎データを得ることができる。
請求項３の発明とすることにより、作業アタッチメントの作業分析、疲労度を正確に診断、評価することができる。
請求項４の発明とすることにより、フロント作業機の各枢支部の疲労度を正確に診断、評価することができる。
請求項５の発明とすることにより、フロント作業機の作業分析、疲労度を一層正確に診断、評価することができる。
請求項６の発明とすることにより、データ記録部のメモリ量を小さくすることができる。
According to the first aspect of the present invention, the attitude of the front work machine and the operation data of the work attachment are detected for each of the attitudes, and high-precision design basic data can be obtained. Accurate and detailed evaluation and diagnosis can be performed, and maintenance time and component life can be accurately and accurately grasped.
According to the invention of
By setting it as invention of
By setting it as invention of
According to the invention of
According to the sixth aspect of the present invention, the memory capacity of the data recording unit can be reduced.
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１において、１は建設機械の一例である油圧ショベルであって、該油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２に旋回自在に支持される上部旋回体３、該上部旋回体３のフロント部に装着されるフロント作業機４を具備して構成されている。前記フロント作業機４は、基端部が上部旋回体３に上下方向揺動自在に支持（枢結）されるブーム５、および、該ブーム５の先端部に上下方向揺動自在に支持（枢結）されるアーム６とにより屈曲自在に構成される作業アームと、前記アーム６の先端部に上下方向揺動自在に支持（枢結）されるバケット７（本発明の作業アタッチメントに相当する）とを用いて構成されている。さらに、フロント作業機４は、ブーム５、アーム６、バケット７をそれぞれ揺動せしめるべく伸縮作動するブーム用シリンダ８、アーム用シリンダ９、バケット用シリンダ１０等の部材が設けられている。
また、前記油圧ショベル１には、上部旋回体３を旋回せしめる旋回モータ１１、下部走行体２を走行せしめる左右の走行モータ１２Ｌ、１２Ｒ等の各種油圧アクチュエータを備えるとともに、上部旋回体３には、動力源としてのエンジン１３や、該エンジン１３により駆動される（エンジン１３に連結される）メインポンプ１４、１４ａ等が搭載されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In FIG. 1,
The
そして、前記フロント作業機４の基端部であるブーム５と上部旋回体３との枢結部となる第一支点（ピン軸）Ａ部位には、ブーム５の上部旋回体３に対する揺動角度（ブーム角度α）を検出するブーム角度センサ１５が設けられ、ブーム５とアーム６との枢結部となる第二支点（ピン軸）Ｂ部位には、アーム６のブーム５に対する揺動角度（アーム角度β）を検出するアーム角度センサ１６が設けられ、アーム６とバケット７との枢結部となる第三支点（ピン軸）Ｃ部位には、バケット７のアーム６に対する揺動角度（バケット角度γ）を検出するバケット角度センサ１７が設けられている。そして、これら各角度センサ１５〜１７は本発明の位置検出手段を構成しており、各角度センサ１５〜１７の検出信号は、本発明の制御システムに相当する後述する制御装置１８に入力されるように構成されている。
A swing angle of the
さらに、ブーム用シリンダ８には、該ブーム用シリンダ８のヘッド側油室の圧力（ブームヘッド圧Ｐ１ｈ）を検出するブームヘッド側圧力センサ１９と、ロッド側油室の圧力（ブームロッド圧Ｐ１ｒ）を検出するブームロッド側圧力センサ２０とが設けられ、アーム用シリンダ９には、該アーム用シリンダ９のヘッド側油室の圧力（アームヘッド圧Ｐ２ｈ）を検出するアームヘッド側圧力センサ２１と、ロッド側油室の圧力（アームロッド圧Ｐ２ｒ）を検出するアームロッド側圧力センサ２２とが設けられており、バケット用シリンダ１０には、該バケット用シリンダ１０のヘッド側油室の圧力（バケットヘッド圧Ｐ３ｈ）を検出するバケットヘッド側圧力センサ２３と、ロッド側油室の圧力（バケットロッド圧Ｐ３ｒ）を検出するバケットロッド側圧力センサ２４とが設けられている。そして、これら各圧力センサ１９〜２４は、ブーム５、アーム６、バケット７に作用する圧力を検出してフロント作業機４の揺動方向（縦方向）の負荷を検出する本発明の負荷検出手段に相当しており、各圧力センサ１９〜２４からの検出信号は前記制御装置１８に入力されるように構成されている。
さらに、上部旋回体３を旋回する旋回モータ１１には、左右方向の旋回トルクを検出する左、右旋回トルクセンサ２５、２６が設けられており、これら左、右旋回トルクセンサ２５、２６は上部旋回体３に作用する左右方向の旋回トルク（左旋回トルクＴｌ、右旋回トルクＴｒ）を検出してフロント作業機４の水平方向（横方向）の負荷を検出する本発明の負荷検出手段に相当し、各旋回トルクセンサ２５、２６からの検出信号は前記制御装置１８に入力されるように構成されている。
Further, the
Further, the turning
ついで、図２（Ａ）に油圧ショベル１の油圧システム回路を示す。ここで、２７はコントロールバルブ、２８は油タンクである。前記図２において、油圧源であるメインポンプ１４、１４ａからの圧油は、制御装置１８からの制御指令信号に基づいてコントロールバルブ２７を介して各シリンダ８〜１０、旋回モータ１１、左右の走行モータ１２Ｌ、１２Ｒに対してそれぞれ供給され、これによって、各シリンダ８〜１０の伸長／縮小、各モータ１１、１２Ｌ、１２Ｒの駆動／停止の制御がなされるように構成されている。
また、図２（Ｂ）はフロント作業機４のブーム５およびアーム６を操作するためのフロント作業機用操作レバー２９、２９ａの油圧回路図であり、図２（Ｃ）は上部旋回体３の旋回操作をするための旋回用操作レバー３０の油圧回路図である。これら図２（Ｂ）、（Ｃ）において、２９ｂ、３０ａは、各操作レバー２９、２９ａ、３０が操作されることに伴い変化する圧力を検出してスイッチ切替えするフロント作業機用、旋回用の圧力スイッチであり、本実施の形態では、各レバー２９、２９ａ、３０の操作がなされたことに基づいてＯＮ状態に切替わるように構成されている。そして、これらスイッチ２９ｂ、３０ａの切替え信号は制御装置１８に入力されるように構成されており、制御装置１８は、これらスイッチ２９ｂ、３０ｂの切替え状態に基づいて、フロント作業機４が作業しているか否か、上部旋回体３が旋回開始、旋回停止したか否かの判断をするように構成されている。
Next, FIG. 2A shows a hydraulic system circuit of the
2B is a hydraulic circuit diagram of the front working machine operating levers 29 and 29a for operating the
一方、前記制御装置１８は、マイクロコンピュータ等を用いて構成されるものであって、図３のブロック図に示すように、メモリ３１と、センサ制御部３２と、本体制御部３３とを備えて構成されており、入力側には、フロント作業機４の第一、第二、第三支点Ａ、Ｂ、Ｃ部位に設けられるブーム５、アーム６、バケット７用の各角度センサ１５〜１７、ブーム５、アーム６、バケット７用のシリンダ８〜１０にそれぞれ設けられるロッド側、ヘッド側の各圧力センサ１９〜２４、旋回モータ１１に設けられる左、右旋回トルクセンサ２５、２６、さらには、図示しない各種操作具等に設けられ、各操作具の操作量を検出する操作具センサや、下部走行体２に設けられ、下部走行体２の速度を検出する速度センサ等が接続されている。尚、操作具センサとしては、前記フロント作業機用操作レバー２９、２９ａや旋回用操作レバー３０に設けられる操作具センサ２９ｂ、３０ａを始めとして、各種操作具の操作状態を検出する角度センサ、圧力センサ等が接続されている。
On the other hand, the
前記メモリ３１には、油圧ショベル１を運転するにあたり必要なデータや、フロント作業機４を構成するブーム５、アーム６、バケット７の各部材における複数の支点であって、前記第一、第二、第三支点Ａ、Ｂ、Ｃの他に、後述する第四〜第八支点Ｄ〜Ｈにおける座標データ、重量、重心等のデータを記憶する部材データ部３１ａが設けられている。さらに、メモリ３１には、フロント作業機４（バケット７）の作業範囲を一定の間隔で仕切ることにより構成され、バケット７の作業位置を特定するための複数の作業ゾーンを記憶する作業位置データ部３１ｂが設けられている。前記作業位置データ部３１ｂは、図９に示すように、下部走行体２の接地部位となる前後方向（水平方向）をＸ軸（横軸）、上部旋回体３の旋回中心を通る上下方向をＹ軸（縦軸）とする座標を用いて各作業ゾーンを特定するように構成されており、各作業ゾーンは、例えばＤ１／１、Ｄ１／−１として特定するように構成されている。尚、作業位置データ部３１ｂは本発明の作業位置データ記憶手段に相当する。
The
前記センサ制御部３２は、各角度センサ１５〜１７、圧力センサ１９〜２４、左、右旋回トルクセンサ２５、２６、さらには、操作具圧力センサ２９ｂ、３０ａ等の操作具センサからの各種検出信号が入力するように構成され、これら検出信号はセンサ制御部３２において適宜処理されたデータとして本体制御部３３に出力されるように構成されている。前記本体制御部３３は、メモリ３１のデータと、センサ制御部３２から入力された各種データのなかから必要なデータに基づいて、エンジン１３、モータ１１、１２Ｌ、１２Ｒ、メインポンプ１４、１４ａ、コントロールバルブ２７等に制御指令信号を出力して、下部走行体２の走行、上部旋回体３の旋回、フロント作業機４の作業等のための駆動制御をするとともに、必要に応じてアラーム信号を出力し、表示部３４に警告表示等を表示する等の制御を実施するように構成されている。
The
さらに、前記制御装置１８には、データ処理部３５とデータ記録部３６とが設けられている。そして、センサ制御部３２に入力されて適宜処理された前記各種データは、本体制御部３３と同時に稼働状態を記録するための稼働データを演算するべくデータ処理部３５に入力されるように構成されている。そして、データ処理部３５では、後述するように、フロント作業機４が作業を開始した場合に、前記各種データやメモリ３１から必要なデータを用いてフロント作業機４の位置（姿勢）や、フロント作業機４に作用する荷重（縦荷重）、モーメント（横荷重）を演算し、バケット７の刃先７ａが位置する作業ゾーンを判断し、バケット刃先７ａが前記作業ゾーンに位置するあいだのフロント作業機４に作用する荷重やモーメントを予め設定される所定時間毎に演算処理して、複数種類の稼働データを作成するように構成されている。また、データ記録部３６は、前記データ処理部３５からの複数種類の稼働データを、バケット刃先７ａが位置する作業ゾーン毎、即ち、任意の作業ゾーンから他の作業ゾーンに移行するまでのあいだの稼働データを、稼働データの種類毎にそれぞれ集計して記録するように構成されている。尚、データ処理部３５とデータ記録部３６とが本発明の稼働状態記録装置に相当している。
さらに、本実施の形態では、前記データ記録部３６に通信部３７が接続されており、該通信部３７は、データ記録部３６に記録されているデータを、後述する予め設定される一定時間毎に通信衛星３８を介してネットワーク管制局３９に送信するように構成されている。そして、ネットワーク管制局３９は、前記受信したデータをデータ管理局４０に出力し、該データ管理局４０は、後述するように、前記データを集積、解析、評価して、その結果や、該結果に対する対策等をメンテナンス員（販売会社）やユーザーに情報提供するように構成されている。
Further, the
Furthermore, in the present embodiment, a communication unit 37 is connected to the data recording unit 36, and the communication unit 37 stores data recorded in the data recording unit 36 at predetermined time intervals that will be described later. Are transmitted to the network control station 39 via the
つぎに、データ処理部３５における演算モジュールについて、図４のブロック図に基づいて説明する。
図４のブロック図において、データ処理部３５は、フロント作業機座標演算部４１と、フロント作業機操作判断部４２と、バケット刃先縦荷重演算部（本発明のアタッチメント荷重演算手段に相当する）４３と、旋回操作判断部４４と、バケット刃先横荷重演算部４５（本発明のアタッチメント荷重演算手段に相当する）とが設けられるとともに、フロント作業機４の複数箇所に作用する荷重やモーメントのデータを作業ゾーン毎に処理して稼働データを演算する稼働データ演算手段４６とが設けられている。前記稼働データ演算手段４６としては、バケット刃先荷重頻度処理演算部（本発明のアタッチメント荷重頻度処理演算手段に相当する）４７と、支点荷重演算部（本発明の支点荷重演算手段に相当する）４８および支点荷重頻度処理演算部（本発明の支点荷重頻度処理演算手段に相当する）４９と、モーメント演算部（本発明のモーメント演算手段に相当する）５０およびモーメント頻度処理演算部（本発明のモーメント頻度処理演算手段に相当する）５１とを備えて構成されている。尚、５２は出力インターフェイス５２であって、前記稼働データ演算手段４６からの稼働データをデータ記録部３６に出力するように構成されている。
Next, the arithmetic module in the
In the block diagram of FIG. 4, the
そして、フロント作業機座標演算部４１は、メモリ３１の部材データ部３１ａからのデータと角度センサ１５〜１７からのデータに基づいてフロント作業機４の枢支部である第一、第二、第三支点Ａ、Ｂ、Ｃを始めとして後述するフロント作業機４の各部位の座標を演算するように構成されている。フロント作業機操作判断部４２は、フロント作業機４が作動（操作）されたか否かを判断するように構成されている。バケット刃先縦荷重演算部４３は、フロント作業機操作判断手段４２によりフロント作業機４が作動したことの判断に伴い、フロント作業機座標演算部４１による演算値および圧力センサ１９〜２４からのデータに基づいてバケット７の先端部である刃先７ａに作用するフロント作業機４の揺動方向（Ｘ−Ｙ方向）の荷重を演算するように構成されている。旋回操作判断部４４は、上部旋回体３が旋回操作されたか否かを判断するように構成されている。バケット刃先横荷重演算部４５は、旋回操作判断手段４４により上部旋回体３が旋回したことの判断に伴い、フロント作業機座標演算部４１による演算値と左、右旋回トルクセンサ２５、２６からのデータとに基づいてバケット７の刃先７ａに作用する水平方向（Ｚ方向）の荷重であって、前記揺動方向に直行する方向の荷重を演算するように構成されている。
And the front work machine coordinate calculating part 41 is the 1st, 2nd, 3rd which is a pivot part of the
また、稼働データ演算部４６のバケット刃先荷重頻度処理演算部４７は、フロント作業機座標演算部４１の演算値に基づいてメモリ３１の作業位置データ部３１ｂに記憶されている作業ゾーンのなかからバケット刃先７ａが位置する作業ゾーンを判断し、バケット刃先７ａが該作業ゾーンに位置するあいだのバケット刃先縦荷重演算部４３とバケット刃先横荷重演算部４５との演算値を予め設定される所定時間毎に処理し、バケット刃先７ａに作用する平均荷重と、荷重変動の分布を示す頻度テーブルとを稼働データとして作成するように構成されている。
Further, the bucket edge load frequency processing calculation unit 47 of the operation data calculation unit 46 is based on the calculation value of the front work machine coordinate calculation unit 41, and the bucket is operated from the work zone stored in the work position data unit 31b of the
さらに、支点荷重演算部４８は、フロント作業機座標演算部４１の演算値とバケット刃先縦荷重演算部４３の演算値とから、フロント作業機４の枢支部である第一、第二、第三支点Ａ、Ｂ、Ｃ等、複数の支点（第四〜第八支点Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ）に作用する荷重を演算するように構成されており、支点荷重頻度処理演算部４９は、フロント作業機座標演算部４１の演算値に基づいてメモリ３１の作業ゾーンデータ部３１ｂに記憶されている作業ゾーンのなかからバケット刃先７ａが位置する作業ゾーンを判断し、バケット刃先７ａが該作業ゾーンに位置するあいだの支点荷重演算部４８からの演算値を予め設定される所定時間毎に頻度処理し、第一、第二、第三支点Ａ、Ｂ、Ｃ等、複数の支点（第四〜第八支点Ｄ〜Ｈ）に作用する荷重の分布を示す支点荷重頻度テーブルを稼働データとして作成するように構成されている。
Further, the fulcrum load calculation unit 48 is the first, second, and third pivots of the
また、モーメント演算部５０は、フロント作業機座標演算部４１の演算値とバケット刃先横荷重演算部４５の演算値とから、ブーム５とアーム６とに作用する捩りモーメント、および、ブーム５とアーム６との任意の箇所に作用する曲げモーメントを演算するように構成されており、モーメント頻度処理演算部５１は、フロント作業機座標演算部４１の演算値に基づいてメモリ３１の作業ゾーンデータ部３１ｂに記憶されている作業ゾーンのなかからバケット刃先７ａが位置する作業ゾーンを判断し、バケット刃先７ａが該作業ゾーンに位置するあいだのモーメント演算部５０からの演算値を予め設定される所定時間毎に頻度処理し、ブーム５とアーム６との各捩りモーメントの分布を示す捩りモーメント頻度テーブルと、ブーム５とアーム６との後述する任意の箇所における各曲げモーメントの分布を示す曲げモーメント頻度テーブルとを稼働データとして演算するように構成されている。
Further, the moment calculator 50 calculates the torsional moment acting on the
そして、バケット刃先荷重頻度処理演算部４７と支点荷重頻度処理演算部４９とモーメント頻度処理演算部５１により作成された稼働データ（バケット刃先７ａに作用する平均荷重と、複数の頻度テーブル）は、出力インターフェイス５２を介してデータ記録部３６に出力し、データ記録部３６では、入力される複数の稼働データを、作業ゾーン別（作業ゾーン毎に）、稼働データの種類別（稼働データ毎）にそれぞれ集計して記録し、これら集計、記録された作業ゾーン毎の複数の稼働データを、前記所定時間より長い時間である一定時間（例えば３０分、１時間等）毎に、通信部３７、通信衛星３８、ネットワーク管制局３９を経由してデータ管理局４０に送信するように構成されている。
The operation data (the average load acting on the
続いて、データ処理部３５の演算手順の一例について、図５、６に示すフローチャートに基づいて説明する。
油圧ショベル１が運転開始すると、ステップＳ１において、データ処理部３５はメモリ３１の部材データ部３１ａ、作業位置データ部３１ｂ等に収容されている各種データを読み込む。
Next, an example of the calculation procedure of the
When the
ステップＳ２では、フロント作業機４の第一、第二、第三支点Ａ、Ｂ、Ｃ部位に設けられるブーム５、アーム６、バケット７用の各角度センサ１５〜１７、ブーム５、アーム６、バケット７用のシリンダ８〜１０に設けられるロッド側、ヘッド側の各圧力センサ１９〜２４、旋回モータ１１に設けられる左、右旋回トルクセンサ２５、２６、フロント作業機４用、旋回用の操作具センサ２９ｂ、３０ａからのデータを読み込む。
In step S2, the angle sensor 15-17 for the
続くステップＳ３では、フロント作業機座標演算部４１において、各角度センサ１５〜１７からのデータ（ブーム、アーム、バケット角度α、β、γ）と、メモリ３１の部材データ部３１ａからのデータとに基づいて、第一、第二、第三支点Ａ、Ｂ、Ｃの座標や、図８に示すように、フロント作業機４の枢支部となる第四〜第八支点Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈの座標や、ブーム５、アーム６の任意の箇所である第一〜第六断面Ｘ１〜Ｘ６等、フロント作業機４の各箇所における座標を演算する。尚、フロント作業機４の座標は、作業位置データ部３１ｂに保存される作業データと同様に、下部走行体２の接地部位となる前後方向（水平方向）をＸ軸（横軸）、上部旋回体３の旋回中心を通る上下方向をＹ軸（縦軸）として演算される。
In the subsequent step S3, in the front work machine coordinate calculation unit 41, the data (boom, arm, bucket angle α, β, γ) from the
つぎのステップＳ４では、フロント作業機操作判断部４２において、フロント作業機４が操作されたか否かをフロント作業機用圧力スイッチ２９ｂの作動状態に基づいて判断し、フロント作業機用圧力スイッチ２９ｂがＯＦＦであって、フロント作業機４が操作されていないと判断された場合ではステップ１に戻り、フロント作業機用圧力スイッチ２９がＯＮであって、フロント作業機４が操作されてフロント作業機４の作業が開始されていると判断された場合ではステップＳ５に進む。
In the next step S4, the front work machine operation determination unit 42 determines whether or not the
前記ステップＳ５では、バケット刃先縦荷重演算部４３において、作業中のバケット刃先７ａに作用する揺動方向におけるバケット刃先縦荷重Ｆｖ、および、バケット刃先７ａにバケット刃先縦荷重Ｆｖが作用しているときのバケット刃先７ａの水平方向に対する角度θを演算する。
ここで、バケット刃先縦荷重Ｆｖの演算手順を図７に基づいて説明する。
まず、ブーム用シリンダ８の推力に基づいてバケット刃先７ａに作用する縦荷重（負荷）Ｆｂｍを式（１）に基づいて算出する。
Ｆｂｍ＝（Ｆ１×Ｒ１−Ｍ１）／Ｌ１ ・・・（１）
前記式（１）において、Ｆ１はブームヘッド圧Ｐ１ｈとブームロッド圧Ｐ１ｒから算出されるブーム用シリンダ８の推力であり、Ｒ１は上部旋回体３とブーム５との枢支部である第一支点Ａに対するモーメントアームであって、ブーム用シリンダ８と第一支点Ａとの距離であり、Ｍ１はフロント作業機４の自重による第一支点Ａにおけるモーメント、Ｌ１は第一支点Ａとバケット刃先７ａとの距離であり、算出されるバケット刃先縦荷重Ｆｂｍは距離Ｌ１に直交する方向の荷重となる。尚、Ｍ１、Ｌ１はステップＳ３で演算された第一、第二、第三支点Ａ、Ｂ、Ｃの座標に基づいて算出することができ。
前記と同様にして、アーム用シリンダ９の推力に基づいてバケット刃先７ａに作用する縦荷重Ｆａｍを式（２）に基づいて算出する。
Ｆａｍ＝（Ｆ２×Ｒ２−Ｍ２）／Ｌ２ ・・・（２）
前記式（２）において、Ｆ２はアームヘッド圧Ｐ２ｈとアームロッド圧Ｐ２ｒから算出されるアーム用シリンダ９の推力であり、Ｒ２はブーム５とアーム６との枢支部である第二支点Ｂに対するモーメントアームであって、アーム用シリンダ９と第二支点Ｂとの距離であり、Ｍ２はフロント作業機４の自重による第二支点Ｂにおけるモーメント、Ｌ２は第二支点Ｂとバケット刃先７ａとの距離であり、算出されるバケット刃先縦荷重Ｆａｍは距離Ｌ２に直交する方向の荷重となる。尚、Ｍ２、Ｌ２はステップＳ３で演算された第一、第二、第三支点Ａ、Ｂ、Ｃの座標に基づいて算出することができ。
さらに、バケット用シリンダ１０の推力に基づいてバケット刃先７ａに作用する縦荷重Ｆｂｔを式（３）に基づいて算出する。
Ｆｂｔ＝（Ｆ３×Ｒ３−Ｍ３）／Ｌ３ ・・・（３）
前記式（３）において、Ｆ３はバケットヘッド圧Ｐ３ｈとバケットロッド圧Ｐ３ｒから算出されバケット用シリンダ１０の推力であり、Ｒ３はアーム６とバケット７との枢支部である第三支点Ｃに対するモーメントアームであって、バケット用シリンダ１０と第三支点Ｃとの距離であり、Ｍ３はフロント作業機４の自重による第三支点Ｃにおけるモーメント、Ｌ３は第三支点Ｃとバケット刃先７ａとの距離であり、算出されるバケット刃先縦荷重Ｆｂｔは距離Ｌ３に直交する方向の荷重となる。尚、Ｍ３、Ｌ３はステップＳ３で演算された第一、第二、第三支点Ａ、Ｂ、Ｃの座標に基づいて算出することができる。
そして、各シリンダ８、９、１０の推力に基づくバケット刃先縦荷重Ｆｂｍ、Ｆａｍ、Ｆｂｔの合力が本発明のバケット刃先縦荷重Ｆｖであり、図７に示すように、バケット刃先縦荷重Ｆｖは、バケット刃先縦荷重Ｆｂｍ、Ｆａｍ、Ｆｂｔの各ベクトルにそれぞれ直交する直線ａ−ｂ、ｃ−ｄ、ｅ−ｆの交点Ｄとバケット刃先７ａとを結ぶベクトルとして演算される。これに伴い、バケット刃先７ａの機体（下部走行体２）に対する角度である刃先角度θを演算する。
In the step S5, when the bucket blade edge longitudinal load Fv in the swinging direction acting on the
Here, the calculation procedure of the bucket blade edge longitudinal load Fv will be described with reference to FIG.
First, a longitudinal load (load) Fbm acting on the
Fbm = (F1 × R1-M1) / L1 (1)
In the formula (1), F1 is the thrust of the
In the same manner as described above, the longitudinal load Fam acting on the
Fam = (F2 × R2-M2) / L2 (2)
In the formula (2), F2 is the thrust of the
Further, the longitudinal load Fbt acting on the
Fbt = (F3 × R3-M3) / L3 (3)
In the above equation (3), F3 is a thrust of the
And the resultant force of the bucket blade edge longitudinal loads Fbm, Fam, Fbt based on the thrust of each
続いて、ステップＳ６、Ｓ７では、旋回操作判断手段４４において、上部旋回体３が旋回を開始、または、旋回を停止して予め設定される所定のタイマ時間Ｔを経過したか否かを、旋回用圧力スイッチ３０ａのスイッチ切替え状態に基づいて判断する。
まず、ステップＳ６において、旋回用圧力スイッチ３０ａがＯＮに切替えられてタイマ時間Ｔを経過したか否かを判断し、ＯＦＦである、または、ＯＮに切替えられたが、該切替え後、タイマ時間Ｔを経過していないと判断された場合では、ステップＳ７に進み、ＯＮに切換えられてタイマ時間Ｔ経過したと判断された場合ではステップＳ８に進む。
ステップＳ７に進んだ場合では、旋回用圧力スイッチ３０ａがＯＦＦに切替えられてＴ時間経過したか否かを判断し、ＯＦＦに切替えられてタイマ時間Ｔを経過したと判断された場合ではステップＳ８に進み、ＯＦＦに切替え後、タイマ時間Ｔを経過していないと判断された場合ではステップ１０に進む。
つまり、旋回操作判断手段４４では、旋回用圧力スイッチ３０ａがＯＮ／ＯＦＦ何れかに切替えられてタイマ時間Ｔ経過した場合であって、上部旋回体３が旋回開始または旋回停止をしてタイマ時間Ｔ経過した場合にステップ８に進むように構成されている。一方、それ以外の場合、即ち、旋回用圧力スイッチ３０ａがＯＮかＯＦＦの何れかに切換えられてタイマ時間Ｔ経過していない、即ち、上部旋回体３が旋回開始または旋回停止をしてタイマ時間Ｔを経過していない場合ではステップＳ１０に進むように構成されている。
ここで、前記タイマ時間Ｔは、上部旋回体３が旋回動作を開始するときの初期トルク（旋回加速トルク、旋回減速トルク）が作用する時間に相当しており、タイマ時間Ｔ経過後の旋回トルクＴｌ、Ｔｒがバケット７の刃先７ａに作用する荷重（負荷）と見做すことができる。
Subsequently, in steps S6 and S7, the turning operation determination means 44 determines whether or not the
First, in step S6, it is determined whether the turning
In the case of proceeding to step S7, it is determined whether or not T time has elapsed since the turning
That is, in the turning operation determination means 44, when the timer time T has elapsed after the turning
Here, the timer time T corresponds to a time during which the initial torque (turning acceleration torque, turning deceleration torque) when the
そして、ステップＳ８では、バケット刃先横荷重演算部４５により、旋回モータ１１に設けられた左、右旋回トルクセンサ２５、２６からの旋回トルクＴｌ、Ｔｒのデータに基づいて、作業中の上部旋回体３に作用する旋回トルクＴｓｗを演算する。
In step S8, the bucket edge lateral load calculation unit 45 causes the upper turning during work based on the data of the turning torques Tl and Tr from the left and right turning
続くステップＳ９では、ステップＳ８で演算された旋回トルクＴｓｗと、ステップＳ３で演算された第一、第二、第三支点Ａ、Ｂ、Ｃの座標とからバケット刃先７ａに作用する水平方向の荷重（フロント作業機４の上下揺動方向に対し直行する方向の荷重であって、以後、横荷重）であるバケット刃先横荷重Ｆｈを式（４）に基づいて演算する。
Ｆｈ＝Ｔｗｓ／Ｘｒ ・・・（４）
前記式（４）において、Ｘｒは、図８に示すように、上部旋回体３の回転中心Ｍとバケット刃先７ａとのあいだの水平方向の距離であり、距離Ｘｒはステップ３で演算された第一、第二、第三支点Ａ、Ｂ、Ｃの座標に基づいて算出することができる。
In the subsequent step S9, the horizontal load acting on the
Fh = Tws / Xr (4)
In the equation (4), Xr is a horizontal distance between the rotation center M of the
そして、ステップＳ１０では、図６（Ａ）のフローチャートに示す手順に基づいてバケット刃先荷重頻度処理演算部４７による頻度処理を実施して複数の稼働データ（平均荷重と荷重変動頻度テーブル）を作成する。 In step S10, frequency processing by the bucket blade load frequency processing unit 47 is performed based on the procedure shown in the flowchart of FIG. 6A to create a plurality of operating data (average load and load fluctuation frequency table). .
さらに、ステップＳ１１では、図６（Ｂ）のフローチャートに示す手順に基づいて、支点荷重演算部４８による演算、支点荷重頻度処理演算部４９による頻度処理を実施して複数の稼働データ（支点荷重変動頻度テーブル）を作成する。 Furthermore, in step S11, based on the procedure shown in the flowchart of FIG. 6B, a calculation by the fulcrum load calculation unit 48 and a frequency process by the fulcrum load frequency processing calculation unit 49 are performed to obtain a plurality of operating data (fulcrum load fluctuations). Frequency table).
また、ステップＳ１２では、図６（Ｃ）に示す手順に基づいて、モーメント演算部５０による演算、モーメント頻度処理演算部５１による頻度処理を実施して複数の稼働データ（捩りモーメント変動頻度テーブル、曲げモーメント変動頻度テーブル）を作成する。 In step S12, based on the procedure shown in FIG. 6C, calculation by the moment calculation unit 50 and frequency processing by the moment frequency processing calculation unit 51 are performed to obtain a plurality of operating data (torsional moment variation frequency table, bending (Moment variation frequency table).
そして、ステップＳ１３では、ステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１２で処理された各種稼働データを、出力インターフェース５２を介してデータ記録部３６に出力するように構成されている。 In step S13, various operation data processed in steps S10, S11, and S12 are output to the data recording unit 36 via the output interface 52.
つぎに、ステップ１０におけるバケット刃先荷重頻度処理演算部４７による演算手順の一例を図６（Ａ）に基づいて説明する。
バケット刃先荷重頻度処理演算部４７に進むと、ステップＳ１４において、ステップＳ３で演算したフロント作業機４の座標の演算値に基づいて、メモリ３１の作業位置データ部３１ｂに記憶されている作業ゾーンのなかからバケット刃先７ａが位置する作業ゾーンを判断する。因みに、本実施の形態では、バケット刃先７ａのが位置する作業ゾーンを、図９に示す作業ゾーンＤ１３／３として説明する。
Next, an example of a calculation procedure by the bucket blade edge load frequency processing calculation unit 47 in
When the processing proceeds to the bucket blade edge load frequency processing calculation unit 47, in step S14, the work zone stored in the work position data unit 31b of the
続いて、ステップＳ１５において、ステップＳ５で演算したバケット刃先縦荷重Ｆｖと刃先角度θとを用いて、バケット刃先縦荷重ＦｖのＸ成分ＦｖｘとＹ成分Ｆｖｙとを算出する。 Subsequently, in step S15, the X component Fvx and the Y component Fvy of the bucket blade longitudinal load Fv are calculated using the bucket blade longitudinal load Fv and the blade edge angle θ calculated in step S5.
つぎのステップＳ１６では、バケット刃先７ａが前記判断された作業ゾーンＤ１３／３に位置しているあいだ、ステップＳ１５で算出したバケット刃先縦荷重ＦｖのＸ、Ｙ成分Ｆｖｘ、Ｆｖｙを、予め設定される所定時間毎にそれぞれフィルタ処理してそれぞれの直流成分と交流成分とを抽出する。
In the next step S16, the X and Y components Fvx and Fvy of the bucket blade longitudinal load Fv calculated in step S15 are set in advance while the
ステップＳ１７において、ステップＳ１６で抽出されたＸ、Ｙ成分Ｆｖｘ、Ｆｖｙの直流成分から、バケット刃先７ａに作用するＸ、Ｙ方向それぞれのバケット刃先平均荷重（二種類）を求め、これらＸ、Ｙ方向バケット刃先平均荷重を稼働データとしてデータ記録部３６に出力する。
In step S17, the bucket blade edge average loads (two types) in the X and Y directions acting on the
さらに、ステップＳ１８において、ステップＳ１６で抽出されたＸ、Ｙ成分Ｆｖｘ、Ｆｖｙの交流成分を頻度処理して、バケット刃先７ａに作用するＸ、Ｙ方向の荷重変動の分布を示すＸ、Ｙ方向バケット刃先荷重変動頻度テーブル（二種類）をそれぞれ作成し、これらＸ、Ｙ方向バケット刃先荷重変動頻度テーブルを稼働データとしてデータ記録部３６に出力する。
ここで、交流成分の頻度処理は、本実施の形態では、バケット刃先縦荷重ＦｖのＸ、Ｙ成分Ｆｖｘ、Ｆｖｙの交流成分を、それぞれレインフロー法に基づいて頻度処理するようにしており、これによって、前記所定時間のあいだのバケット刃先縦荷重ＦｖのＸ、Ｙ方向における荷重変動が図１０（Ａ）に示すように、横軸に荷重、縦軸に頻度が表示される頻度テーブルとして作成される。
Furthermore, in step S18, the AC components of the X and Y components Fvx and Fvy extracted in step S16 are frequency-processed, and the X and Y direction buckets indicating the distribution of load fluctuations in the X and Y directions acting on the
Here, in the present embodiment, the AC component frequency processing is such that the AC components of the X, Y components Fvx, Fvy of the bucket blade tip longitudinal load Fv are frequency-processed based on the rainflow method. Thus, the load fluctuation in the X and Y directions of the bucket blade vertical load Fv during the predetermined time is created as a frequency table in which the load is displayed on the horizontal axis and the frequency is displayed on the vertical axis, as shown in FIG. The
また、ステップＳ１９では、バケット刃先横荷重Ｆｈが演算されている場合に、バケット刃先７ａが前記判断された作業ゾーンＤ１３／３に位置しているあいだ、バケット刃先横荷重Ｆｈを予め設定される所定時間毎にそれぞれフィルタ処理して、直流成分と交流成分とを抽出する。
In step S19, when the bucket edge lateral load Fh is calculated, the bucket edge lateral load Fh is set in advance while the
そして、ステップＳ２０において、ステップＳ１９で抽出した直流成分から、バケット刃先７ａに作用するＺ方向（前記Ｘ、Ｙ方向に対して直交方向となる方向）のバケット刃先平均荷重を演算し、該Ｚ方向バケット刃先平均荷重（一種類）を稼働データとしてデータ記録部３６に出力する。
In step S20, the bucket blade edge average load in the Z direction (direction perpendicular to the X and Y directions) acting on the
さらに、ステップ２１において、ステップＳ１９で抽出した交流成分を、ステップＳ１８と同様に頻度処理して、バケット刃先７ａに作用するＺ方向の荷重変動の分布を示すＺ方バケット刃先向荷重変動頻度テーブル（一種類）を作成し、該Ｚ方向バケット刃先荷重変動頻度テーブルを稼働データとしてデータ記録部３６に出力する。
Further, in
これによって、バケット刃先荷重頻度処理演算部４７では、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向バケット刃先平均荷重（三種類）の稼働データと、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向バケット刃先荷重変動頻度テーブル（三種類）の稼働データとが予め設定される所定時間毎に演算され、これら稼働データをデータ記録部３６に出力するように構成されている。そして、データ記録部３６では、入力されたＸ、Ｙ、Ｚ方向バケット刃先平均荷重については、バケット刃先７ａが作業ゾーンＤ１３／３から他の作業ゾーンに移行するまでのあいだにおけるＸ、Ｙ、Ｚ方向バケット刃先平均荷重のそれぞれの平均値を算出し、該平均値を、データ記録部３６に作成される作業ゾーンＤ１３／３用のＸ、Ｙ、Ｚ方向バケット刃先平均荷重頻度テーブル（三種類、横軸に荷重、縦軸に頻度）上にそれぞれ集計して記録するように構成されている。
また、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向バケット刃先荷重変動頻度テーブルについては、データ記録部３６に作成されている作業ゾーンＤ１３／３用のＸ、Ｙ、Ｚ方向バケット刃先荷重変動頻度テーブル（三種類）上に随時集計して記録するように構成されている。
Thereby, in the bucket blade edge load frequency processing calculation unit 47, operation data of the X, Y, Z direction bucket blade average load (three types) and operation of the X, Y, Z direction bucket blade load variation frequency table (three types). The data is calculated every predetermined time set in advance, and the operation data is output to the data recording unit 36. And in the data recording part 36, about the input X, Y, and Z direction bucket blade average load, X, Y, Z in the time until the
In addition, the X, Y, Z direction bucket edge load fluctuation frequency table is based on the X, Y, Z direction bucket edge load fluctuation frequency table (three types) for the work zone D13 / 3 created in the data recording unit 36. It is constituted so that it may collect and record at any time.
つぎに、ステップＳ１１における支点荷重演算部４８による演算手順、支点荷重頻度処理演算部４９による頻度処理手順の一例を図６（Ｂ）に基づいて説明する。
処理が開始すると、ステップＳ２２では、支点荷重演算部４８において、メモリ３１の部材データ部３１ａのデータ、ステップＳ３で演算された第一〜第八支点Ａ〜Ｈの座標、ステップＳ５で演算されたバケット刃先縦荷重Ｆｖ、刃先角度θに基づいて、図８に示されるフロント作業機４の枢支点である第一〜第八支点Ａ〜Ｈに作用する縦荷重（支点縦荷重）を演算する。
Next, an example of a calculation procedure by the fulcrum load calculation unit 48 and a frequency processing procedure by the fulcrum load frequency processing calculation unit 49 in step S11 will be described with reference to FIG.
When the processing starts, in step S22, the fulcrum load calculation unit 48 calculates the data of the member data part 31a of the
続いて、ステップＳ２３において、ステップＳ２２で演算した第一〜第八支点Ａ〜Ｈに作用する縦荷重と、刃先角度θとを用いて、ステップ１５と同様にして第一〜第八支点Ａ〜Ｈの縦荷重のＸ、Ｙ成分（図１０（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）参照）をそれぞれ算出する。
Subsequently, in step S23, the first to eighth fulcrums A to H are applied in the same manner as in
そして、ステップＳ２４では、支点荷重頻度処理演算部４９において頻度処理がなされるが、支点荷重頻度処理演算部４９は、バケット刃先７ａがステップＳ１４において判断された作業ゾーンＤ１３／３に位置しているあいだ、ステップＳ２３で算出した第一〜第八支点Ａ〜Ｈの縦荷重のＸ、Ｙ成分を、予め設定される所定時間毎にステップ１８と同様の手法によりそれぞれ頻度処理して、各支点Ａ〜ＨにおけるＸ、Ｙ方向における荷重変動の分布を示すＸ、Ｙ方向支点荷重変動頻度テーブル（一六種類）を作成し、これらＸ、Ｙ方向支点荷重変動頻度テーブルを稼働データとしてデータ記録部３６に出力する。
In step S24, the fulcrum load frequency processing calculation unit 49 performs frequency processing. The fulcrum load frequency processing calculation unit 49 is located in the work zone D13 / 3 in which the
これによって、支点荷重演算部４８、支点荷重頻度処理演算部４９では、第一〜第八支点Ａ〜ＨにおけるＸ、Ｙ方向支点荷重変動頻度テーブル（一六種類）の稼働データが予め設定される所定時間毎に作成され、これら稼働データをデータ記録部３６に出力するように構成されている。そして、データ記録部３６では、入力されたＸ、Ｙ方向支点荷重変動頻度テーブルを、データ記録部３６に作成されている作業ゾーンＤ１３／３用のＸ、Ｙ方向支点荷重変動頻度テーブル（一六種類）上に随時集計して記録するように構成されている。 As a result, in the fulcrum load calculation unit 48 and the fulcrum load frequency processing calculation unit 49, the operation data of the X- and Y-direction fulcrum load fluctuation frequency tables (16 types) at the first to eighth fulcrums A to H are set in advance. It is created every predetermined time and is configured to output these operation data to the data recording unit 36. Then, the data recording unit 36 converts the input X and Y direction fulcrum load fluctuation frequency table into the X and Y direction fulcrum load fluctuation frequency table (16) for the work zone D13 / 3 created in the data recording unit 36. Type) is configured to count and record on time.
さらに、ステップＳ１２におけるモーメント演算部５０による演算手順、モーメント頻度処理演算部５１による頻度処理手順の一例を図６（Ｃ）に基づいて説明する。
処理が開始し、ステップＳ２５では、モーメント演算部５０において、メモリ３１の部材データ３１ａからのデータ、ステップＳ３で演算されたフロント作業機４の座標、ステップＳ９で演算されたバケット刃先横荷重Ｆｈとから、ブーム５とアーム６とに作用する捩りモーメントＭｂｍ、Ｍａｍを、式（５）、（６）に基づいてそれぞれ演算する。
Ｍｂｍ＝Ｆｈ×Ｌｂｍ ・・・（５）
Ｍａｍ＝Ｆｈ×Ｌａｍ ・・・（６）
前記式（５）において、Ｌｂｍは、ブーム５の基端（第一支点Ａ）と先端（第二支点Ｂ）とを結ぶ直線からバケット刃先７ａまで距離であり、図８において、バケット刃先７ａと点Ｊ１とを結ぶ直線の長さである。式（６）において、Ｌａｍは、アーム６の基端（第二支点Ｂ）と先端（第三支点Ｃ）とを結ぶ直線からバケット刃先７ａまで距離であり、図８において、バケット刃先７ａと点Ｊ２とを結ぶ直線の長さである。
Furthermore, an example of the calculation procedure by the moment calculation unit 50 and the frequency process procedure by the moment frequency processing calculation unit 51 in step S12 will be described with reference to FIG.
In step S25, in the moment calculation unit 50, the data from the member data 31a in the
Mbm = Fh × Lbm (5)
Mam = Fh × Lam (6)
In the formula (5), Lbm is the distance from the straight line connecting the base end (first fulcrum A) and the tip end (second fulcrum B) of the
続くステップ２６では、モーメント頻度処理演算部５１において頻度処理がなされるが、モーメント頻度処理演算部５１は、バケット刃先７ａがステップＳ１４において判断された作業ゾーンＤ１３／３に位置しているあいだ、ステップＳ２５で演算されたブーム５とアーム６とに作用する捩りモーメントＭｂｍ、Ｍａｍを、予め設定される所定時間毎にステップ１８と同様の手法によりそれぞれ頻度処理して、各捩りモーメントＭｂｍ、Ｍａｍの変動の分布を示す捩りモーメント変動頻度テーブル（二種類）を作成し、これら捩りモーメント変動頻度テーブルを稼働データとしてデータ記録部３６に出力する。
In the following
さらに、ステップ２７では、モーメント演算部５０において、メモリ３１の部材データ３１ａからのデータ、ステップＳ３で演算されたフロント作業機４の座標、ステップＳ９で演算されたバケット刃先横荷重Ｆｈとから、ブーム５とアーム６との第一〜第六断面Ｘ１〜Ｘ６に作用する曲げモーメント（横方向に曲げるモーメント）Ｍｘ１〜Ｍｘ６を演算するが、ブーム５の第一断面Ｘ１における曲げモーメントＭｘ１は式（７）に基づいて演算される。
Ｍｘ１＝Ｆｈ×Ｌｘ１ ・・・（７）
前記式（７）において、Ｌｘ１は、図８に示すように、ステップＳ２５で求めた距離Ｌｂｍから第一断面Ｘ１までの距離である。第二、第三、第四断面Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４の曲げモーメントＭｘ２、Ｍｘ３、Ｍｘ４は前記と同様にして演算される。
また、アーム６の第五断面Ｘ５における曲げモーメントＭｘ５は式（８）に基づいて演算される。
Ｍｘ５＝Ｆｈ×Ｌｘ５ ・・・（８）
前記式（８）において、Ｌｘ５は、図８に示すように、ステップＳ２５で求めた距離Ｌａｍから第五断面Ｘ５までの距離である。第六断面Ｘ６の曲げモーメントＭｘ６は前記と同様にして演算される。
Further, in
Mx1 = Fh × Lx1 (7)
In the formula (7), Lx1 is a distance from the distance Lbm obtained in step S25 to the first cross section X1, as shown in FIG. The bending moments Mx2, Mx3, and Mx4 of the second, third, and fourth cross sections X2, X3, and X4 are calculated in the same manner as described above.
Further, the bending moment Mx5 in the fifth section X5 of the arm 6 is calculated based on the formula (8).
Mx5 = Fh × Lx5 (8)
In the formula (8), Lx5 is a distance from the distance Lam obtained in step S25 to the fifth cross section X5 as shown in FIG. The bending moment Mx6 of the sixth section X6 is calculated in the same manner as described above.
そして、ステップ２８では、モーメント頻度処理演算部５１において頻度処理がなされるが、モーメント頻度処理演算部５１は、バケット刃先７ａがステップＳ１４において判断された作業ゾーンＤ１３／３に位置しているあいだ、ステップＳ２７で算出した前記曲げモーメントＭｘ１〜Ｍｘ６を、予め設定される所定時間毎にステップ１８と同様の手法によりそれぞれ頻度処理して、第一〜第六断面Ｘ１〜Ｘ６における曲げモーメントＭｘ１〜Ｍｘ６の変動の分布を示す曲げモーメント変動頻度テーブル（六種類）を作成し、これら曲げモーメント変動頻度テーブルを稼働データとしてデータ記録部３６に出力する。
In
これによって、モーメント演算部５０とモーメント頻度処理演算部５１では、ブーム５とアーム６とに作用する捩りモーメントＭｂｍ、Ｍａｍに基づく捩りモーメント変動頻度テーブル（二種類）と、第一〜第六断面Ｘ１からＸ６に作用する曲げモーメントＭｘ１〜Ｍｘ６に基づく曲げモーメント変動頻度テーブル（六種類）との稼働データが予め設定される所定時間毎に作成され、これら稼働データをデータ記録部３６に出力するように構成されている。そして、データ記録部３６では、入力された捩りモーメント変動頻度テーブルと曲げモーメント変動頻度テーブルとを、データ記録部３６に作成されている作業ゾーンＤ１３／３用の捩りモーメント変動頻度テーブル（二種類）、曲げモーメント変動頻度テーブル（とく種類）上に随時集計して記録するように設定されている。
As a result, the moment calculation unit 50 and the moment frequency processing calculation unit 51 use the torsional moment variation frequency tables (two types) based on the torsional moments Mbm and Mam acting on the
このように、データ記録部３６には、前記一つの作業ゾーンＤ１３／３に対し、予め設定される所定時間毎に三種類のバケット刃先平均荷重の稼働データと、三種類のバケット刃先荷重変動頻度テーブル、一六種類の支点荷重変動頻度テーブル、二種類の捩りモーメント変動頻度テーブル、六種類の曲げモーメント変動頻度テーブルの都合二十七種類の頻度テーブルからなる稼働データとが入力される。そして、前述したように、三種類のバケット刃先平均荷重の稼働データについては、バケット刃先７ａ作業ゾーンＤ１３／３から他の作業ゾーンに移行することに基づいてバケット刃先平均荷重の平均値を算出し、データ記録部３６に設けられる作業ゾーンＤ１３／３用のバケット刃先平均荷重頻度テーブルに集計されて記録される。一方、二十七種類の頻度テーブルについては、データ記録部３６に設けられる作業ゾーンＤ１３／３用の二十七種類の頻度テーブルに随時集計されて記録される。これによって、データ記録部３６には、各作業ゾーン毎に都合二十八種類の頻度テーブルが記録される。そして、これら各作業ゾーン毎の稼働データは、一定時間毎に通信部３７、通信衛星３８、ネットワーク管制局３９を経由してをデータ管理局４０に送信されるように構成されている。
As described above, the data recording unit 36 stores the operation data of the three types of bucket blade average loads and the three types of bucket blade load fluctuation frequency for each predetermined time set for the one work zone D13 / 3. Operation data consisting of twenty-seven types of frequency tables such as a table, sixteen types of fulcrum load variation frequency tables, two types of torsional moment variation frequency tables, and six types of bending moment variation frequency tables are input. As described above, for the operation data of the three types of bucket blade average load, the average value of the bucket blade average load is calculated based on the transition from the
これに対し、データ管理局４０は、フロント作業機４の制御装置１８に保存されている作業ゾーンに対応する作業ゾーンが設定されており、各作業ゾーンには前記二十八種類の頻度テーブルに対応する頻度テーブルが設けられており、通信部３７、通信衛星３８、ネットワーク管制局３９を経由して受信される一定時間毎の稼働データを、対応する頻度テーブルに集計するように構成されている。一方、データ管理局４０には、予め実施された有限要素解析に基づいて作成された基準となる対応表が各作業ゾーン毎に、各頻度テーブル毎にそれぞれ設けられている。さらに、データ管理局４０には、稼働データに基づく頻度テーブルと対応表とを比較して、部品の疲労度を診断、評価して、メンテナンス要求時期や、部品寿命等を判断する寿命判断手段や、全ての作業ゾーンの稼働データに基づいてトータルな作業分析をするトータル分析手段等、前記二十八種類の頻度データに基づいて実施される種々の診断、評価手段が設けられており、これによって、フロント作業機４の作業姿勢に対応する疲労度をきめ細かく診断するように構成されている。そして、前記診断結果を使用者や販売会社等に報知するとともに、診断結果から効率のよいフロント作業機４の作業や操作を提案するように構成されている。
尚、油圧ショベル１の使用者への報知については、図３に示すように、ネットワーク管理局３９、通信衛星３８を介して通信部３７に送信するように構成してもよく、この場合に、診断結果を油圧ショベル１に設けられる表示部３４に表示するように構成することができる。
On the other hand, in the data management station 40, work zones corresponding to the work zones stored in the
The notification to the user of the
叙述の如く構成された本形態において、油圧ショベル１のフロント作業機４が作業した場合に、稼働状態記録装置は、フロント作業機４の位置を検出する位置検出手段とフロント作業機４に作用する負荷を検出する負荷検出手段とのデータに基づいて、フロント作業機４の先端部のバケット７の刃先７ａに作用する荷重を演算するアタッチメント荷重演算手段が設けられるとともに、バケット７（作業アタッチメント）による作業範囲を一定の間隔で仕切られた複数の作業ゾーンを記憶する作業位置データ記憶手段としての作業位置データ部３１ｂとが設けられている。そして、稼働データ演算手段により、バケット刃先７ａが位置する作業ゾーンを判断し、バケット刃先７ａが前記作業ゾーンに位置するときのバケット刃先荷重演算手段からバケット刃先に作用する荷重を演算し、該演算値を予め設定される所定時間毎に演算処理して、フロント作業機４の稼働（作業）に係わり、疲労度を把握するための複数の稼働データが演算され、データ記録部３６により、バケット刃先７ａが前記作業ゾーンから他の作業ゾーンに移行するまでのあいだの稼働データが、作業ゾーン毎に、稼働データ毎に集計して記録される。この結果、フロント作業機４の姿勢と、該姿勢毎にバケット刃先７ａの稼働データが検出されて、フロント作業機４の姿勢に対応する稼働データとして、高い精度の設計基礎データを得ることが可能となり、該データに基づいてフロント作業機４の作業分析を行うことにより、フロント作業機４の疲労度を正確、かつ、きめ細かく評価、診断することができ、メンテナンス時期や部品寿命等を高い精度で正確に把握することができる。
In the present embodiment configured as described, when the front working
しかも、このものにおいて、バケット刃先荷重演算手段は、フロント作業機４の位置を検出する位置検出手段となるブーム５、アーム６、バケット７にそれぞれ設けられる角度センサ１５、１６、１７から検出される角度と、フロント作業機４に作用する負荷を検出するブーム５、アーム６、バケット７にそれぞれ設けられるシリンダ８、９、１０のヘッド側、ロッド側の各圧力センサ１９〜２４とから検出される負荷とに基づいて演算されるフロント作業機４の揺動方向の荷重を演算するバケット刃先縦荷重演算部４３と、位置検出手段と上部旋回体３を旋回駆動する旋回モータ１１に設けられた左右旋回トルクセンサ２５、２６とから検出される負荷とに基づいて演算されるフロント作業機４の水平方向の荷重を演算するバケット刃先横荷重演算部４５とから構成されているので、フロント作業機４が作業を開始した場合に、バケット刃先７ａのＸ、Ｙ方向の荷重成分ばかりでなく、上部旋回体３の旋回操作されている場合では、バケット刃先７ａのＺ方向の荷重成分を演算することができて、稼働データとして、一層きめ細かい、精度の高い設計基礎データを得ることができる。
Moreover, in this device, the bucket blade edge load calculating means is detected from
そして、本発明が実施されたものでは、稼働データ演算手段としてバケット刃先荷重頻度処理演算部４７が設けられており、バケット刃先７ａが位置する作業ゾーンを判断し、バケット刃先７ａが任意の位置（例えば作業ゾーンＤ１３／３）に位置するときのバケット刃先縦、横荷重演算部４３、４５で演算されたバケット刃先縦、横荷重Ｆｖ、Ｆｈを、予め設定される所定時間毎に演算処理することにより、バケット刃先７ａに作用するＸ、Ｙ、Ｚ方向の平均荷重と、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向における荷重変動を示す頻度テーブルとを稼働データとして作成され、これら稼働データが、作業ゾーン毎、稼働データの種類毎にデータ記録部３６において集計、記録される。この結果、フロント作業機４の姿勢と、該姿勢におけるＸ、Ｙ、Ｚ方向のバケット刃先平均荷重頻度テーブルと、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向のバケット刃先荷重変動頻度テーブルとが作業ゾーン毎に記録され、バケット７の作業分析、疲労度を正確に診断、評価することができる。
In the embodiment of the present invention, a bucket cutting edge load frequency processing calculation unit 47 is provided as operation data calculation means, and a work zone where the
そのうえ、本実施の形態では、稼働データ演算手段として支点荷重演算部４８と支点荷重頻度処理演算部４９とが設けられており、バケット刃先７ａが任意の作業ゾーンに位置するあいだにおいて、バケット刃先縦荷重Ｆｖに基づいてフロント作業機４の各枢支部となる第一〜第八支点Ａ〜Ｈに作用する荷重が演算され、バケット刃先７ａが位置する作業ゾーン毎に、第一〜第八支点Ａ〜ＨのＸ、Ｙ方向の荷重変動を示すＸ、Ｙ方向支点荷重頻度テーブルとが作成される。この結果、フロント作業機４の姿勢と、該姿勢におけるフロント作業機４の第一〜第八支点Ａ〜ＨにおけるＸ、Ｙ方向支点荷重頻度テーブルが作業ゾーン毎に記録され、第一〜第八支点Ａ〜Ｈにおける疲労度を正確に診断、評価することができる。
In addition, in this embodiment, a fulcrum load calculation unit 48 and a fulcrum load frequency processing calculation unit 49 are provided as operation data calculation means, and while the
さらに、本実施の形態では、稼働データ演算手段としてモーメント演算部５０とモーメント頻度処理演算部５１とが設けられており、バケット刃先７ａが任意の作業ゾーンに位置するあいだにおいて、バケット刃先横荷重Ｆｈに基づいてブーム５とアーム６とに作用する捩りモーメントと、フロント作業機４の第一〜第六断面Ｘ１〜Ｘ６に作用する曲げモーメントとが演算され、バケット刃先７ａが位置する作業ゾーン毎に、捩りモーメントの変動を示す捩りモーメント頻度テーブルと、曲げモーメントの変動を示す曲げモーメント頻度テーブルとが作成される。この結果、フロント作業機４の姿勢と、該姿勢におけるブーム５とアーム６との捩りモーメント頻度テーブルと、フロント作業機４の任意の箇所である第一〜第六断面Ｘ１〜Ｘ６における曲げモーメント頻度テーブルとが作業ゾーン毎に記録され、ブーム５とアーム６の作業分析、疲労度を正確に診断、評価することができる。
Further, in the present embodiment, a moment calculation unit 50 and a moment frequency processing calculation unit 51 are provided as operation data calculation means, and while the
また、本実施の形態は、データ記録部３６は、稼働データ演算手段からの稼働データを集計、記録するが、このとき、稼働データは実測データをそのまま記録するのではなく、頻度テーブルとして記録する構成としたので、長時間のデータを少ないメモリで記録することができるうえ、予め設定される長期の一定時間毎に通信手段を介してデータ管理局４０に送信するので、メモリ量を一層小さいものにすることができる。 In the present embodiment, the data recording unit 36 totals and records the operation data from the operation data calculation means. At this time, the operation data is not recorded as it is but is recorded as a frequency table. Since it is configured, it is possible to record long-term data with a small amount of memory and to transmit data to the data management station 40 via a communication means at predetermined long-term intervals, so that the amount of memory is further reduced. Can be.
このように、本発明が実施されたものにあっては、フロント作業機４の先端部のバケット刃先７ａに作用する荷重に基づいて、フロント作業機４を構成する部材や、支点等における荷重の変動等を示す頻度テーブルを作成し、該頻度テーブルに基づいて各部材や支点等の疲労度や寿命をそれぞれ個別に診断、評価するとともに、トータルでの診断、評価ができるようにしたものであり、このようにすることにより、フロント作業機４をきめ細かく、しかも、正確に稼働状態を把握して診断することができる。
しかも、このものでは、歪みゲージを用いることなく、油圧ショベル１を駆動操作するために必要な位置検知手段や負荷検知手段をそのまま用いて負荷を演算するようにしており、これによって、歪みゲージを用いて負荷検知する場合のように、別途部材を設けたり、専用の配線を設けるような必要がなく、コスト低下に寄与できる。
As described above, in the case where the present invention is implemented, based on the load acting on the
In addition, in this device, the load is calculated by using the position detection means and the load detection means necessary for driving the
尚、本発明は前記実施の形態に限定されないことは勿論であって、稼働状態記録装置に、前記稼働データ演算手段とともに、エンジン回転数、ポンプ圧、燃料消費両党のデータを追加することも可能であり、このようにすることにより、一層精度の高い稼働診断をすることができる。 Needless to say, the present invention is not limited to the above embodiment, and the engine speed, pump pressure, and fuel consumption data may be added to the operating state recording device together with the operating data calculation means. It is possible, and by doing so, it is possible to perform operation diagnosis with higher accuracy.
本発明は、フロント作業機が設けられる建設機械の疲労や寿命を診断する場合に利用することができる。 The present invention can be used when diagnosing fatigue and life of a construction machine provided with a front work machine.
１ 油圧ショベル
３ 上部旋回体
４ フロント作業機
５ ブーム
６ アーム
７ バケット
７ａ 刃先
８ ブーム用シリンダ
１１ 旋回モータ
１５ ブーム角度センサ
１８ 制御装置
１９ ブームヘッド側圧力センサ
２５ 左旋回トルクセンサ
２９ フロント作業機用操作レバー
２９ｂ フロント作業機用圧力スイッチ
３０ 旋回用操作レバー
３１ メモリ
３１ｂ 作業位置データ部
３２ センサ制御部
３５ データ処理部
３６ データ記録部
４１ フロント作業機座標演算部
４３ バケット刃先縦荷重演算部
４５ バケット刃先横荷重演算部
４６ 稼働データ演算手段
４７ バケット刃先荷重頻度処理演算部
４８ 支点荷重演算部
４９ 支点荷重頻度処理演算部
５０ モーメント演算部
５１ モーメント頻度処理演算部
５２ 出力インターフェイス
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