JP4206065B2

JP4206065B2 - 荷重測定装置

Info

Publication number: JP4206065B2
Application number: JP2004297988A
Authority: JP
Inventors: 直志渡田; 信明的場
Original assignee: Caterpillar Japan Ltd
Current assignee: Caterpillar Japan Ltd
Priority date: 2004-10-12
Filing date: 2004-10-12
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2024-10-12
Also published as: JP2006112827A

Description

本発明は、作業装置の積載部により積載する荷の荷重を測定する荷重測定装置に関するものである。

図５は、油圧ショベルのベースマシンを共用したマグネット仕様機を示し、下部走行体１に上部旋回体２が水平旋回自在に設けられ、この上部旋回体２にフロント作業装置３が上下方向揺動自在に取付けられ、このフロント作業装置３の先端部にはバケット代替アタッチメントとしてのマグネット４が装着されている。

フロント作業装置３は、上部旋回体２にブーム５が上下方向回動自在に取付けられ、このブーム５の先端にアーム６が回動自在に取付けられ、ブーム５は、ブームシリンダ７により上下方向に回動され、アーム６は、アームシリンダ８により回動される。アーム６の先端にはマグネット４が回動自在に取付けられ、このマグネット４は、バケットシリンダ９およびリンケージ10，11により回動される。各要素の関節部は、ピン結合されている。

このフロント作業装置３は、マグネット４により鉄屑などのスクラップすなわち荷Ｓを吸着して運搬車への積込みなどの作業を行うが、このような積込み作業では、積込み作業処理量を計測するため、荷Ｓの荷重Ｆを検出することが要求されている。

このような荷Ｓの荷重Ｆを検出する荷重測定装置として、マグネット４とアーム６の先端部とを結合するピン13と、マグネット４とリンケージ10の先端部とを結合するピン14とに、それぞれロードセル13LC，14LCを設けて、これらのロードセル13LC，14LCによりピン13，14にかかる荷重を検出するとともに、これらのピン13，14のロードセル13LC，14LCの荷重方向を、フロント作業装置３の各関節部に設けられた角度検出器により検出することで、荷Ｓの荷重Ｆを検出するようにしたチルト式アタッチメント用荷重検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２７７３１１号公報（第４−５頁、図１−４）

上記特許文献１に記載されたチルト式アタッチメント用荷重検出装置は、アーム６の先端部およびリンケージ10と結合するピン13，14にロードセル13LC，14LCをそれぞれ組込み、これらのロードセル13LC，14LCにより荷重Ｆを検出するため、以下の問題が生じている。

先ず、２つのピン13，14に設けられたロードセル13LC，14LCの荷重方向を検出するために、フロント作業装置３の各関節部に角度検出器を設けてフロント作業装置３の姿勢を検出する必要がある。

また、２つのピン13，14の結合部は、常に荷重Ｆがかかった状態で揺動するため、ロードセル13LC，14LCの耐久性が問題になる。

さらに、バケットシリンダ９がストロークエンドでリリーフした状態では、ロードセル13LC，14LCにシリンダリリーフ圧に基づく過負荷が作用するので、その過負荷を考慮したロードセルが必要であり、吊上げ荷重に対して過大な容量のロードセルとなるため、荷重測定精度が低下する問題もある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、作業装置の姿勢を検出することなく高い荷重測定精度を確保できるとともに耐久性にも優れた荷重測定装置を提供することを目的とするものである。

請求項１記載の発明は、腕状の作業装置の先端部に複数のピンで結合された介在板と、介在板に取付けられた荷の積載作業に用いられる積載部と、介在板と積載部とを連結する一方のピン型荷重検出器と、介在板および積載部の一方に設けられ一方のピン型荷重検出器に対する遠近方向に長手方向を有する長穴と、長穴の長手方向に沿って摺動可能に嵌合された嵌合体と、嵌合体に挿入され介在板および積載部の他方に挿入された他方のピン型荷重検出器とを具備した荷重測定装置であり、そして、一方のピン型荷重検出器に対する遠近方向に長手方向を有する長穴に沿って摺動可能に嵌合された嵌合体によって、この嵌合体に挿入された他方のピン型荷重検出器には上記遠近方向の荷重が作用しないようにしたので、上記遠近方向の荷重を一方のピン型荷重検出器のみにより検出するとともに、これと直交する方向の荷重を一方および他方のピン型荷重検出器により検出することで、作業装置の姿勢を検出することなく正確な荷重測定が可能となり、高い荷重測定精度が確保されるとともに、従来のように常に荷重がかかるピン結合部にロードセルを設ける必要がないので、耐久性に優れた荷重測定装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の荷重測定装置における荷の積載部を、励磁されたときに荷を磁気的に吸着するマグネットとしたものであり、そして、荷の積載部をマグネットにして、鉄屑などを磁気的に吸着することで、鉄屑などの積載作業における高い荷重測定精度を長期間維持する。

請求項１記載の発明によれば、一方のピン型荷重検出器に対する遠近方向に長手方向を有する長穴に沿って摺動可能に嵌合された嵌合体により、この嵌合体に挿入された他方のピン型荷重検出器には上記遠近方向の荷重が作用しないようにしたので、上記遠近方向の荷重を一方のピン型荷重検出器のみにより検出するとともに、これと直交する方向の荷重を一方および他方のピン型荷重検出器により検出することで、作業装置の姿勢を検出することなく正確な荷重を測定でき、高い荷重測定精度を確保できるとともに、従来のように常に荷重がかかるピン結合部にロードセルを設ける必要がないので、耐久性に優れた荷重測定装置を提供できる。

請求項２記載の発明によれば、荷の積載部をマグネットにして、鉄屑などを磁気的に吸着することで、鉄屑などの積載作業における高い荷重測定精度を長期間維持できる。

以下、本発明を、図１乃至図４に示された一実施の形態を参照しながら説明する。なお、図５に示された従来のマグネット仕様機と共通の部分には、同一符号を付してその説明を省略する。

図１は荷重測定装置を示し、腕状の作業装置としてのフロント作業装置３の先端部、すなわちアーム６の先端部およびリンケージ10の先端部に、複数のピン13，14により介在板としてのジョイントプレート21が結合され、このジョイントプレート21に荷Ｓの積載作業に用いられる積載部としてのマグネット４が、そのブラケット部22にて取付けられている。マグネット４は、励磁されたときに荷を磁気的に吸着する電磁石である。

ジョイントプレート21とマグネット４のブラケット部22とは、一方のピン型荷重検出器としてのピン型ロードセル23により連結され、また、ジョイントプレート21には、一方のピン型ロードセル23に対する遠近方向に長手方向を有する長穴24が設けられ、この長穴24の長手方向に沿って嵌合体としてのブロック25が摺動可能に嵌合され、このブロック25に他方のピン型荷重検出器としてのピン型ロードセル26が挿入されるとともに、この他方のピン型ロードセル26は、マグネット４のブラケット部22にも挿入されている。

一方のピン型ロードセル23と他方のピン型ロードセル26とが配置された方向、すなわち長穴24の長軸方向をＸ軸方向とし、これに直交する方向をＹ軸方向とする。

一方のピン型ロードセル23は、Ｘ軸およびＹ軸の２軸方向の荷重検出機能を有するもので、他方のピン型ロードセル26は、Ｙ軸方向の１軸荷重検出機能を有するもので、これらのピン型ロードセル23，26は、荷重検出方向に対応する歪ゲージなどを内蔵している。

図２は、図１のII−II線断面を示し、アーム６の先端筒部6Aと、その左右部に位置するジョイントプレート21a，21bとが、これらに挿入されたピン13により回動自在に結合され、また、これらの左右部のジョイントプレート21a，21bと、マグネット４に設けられた左右一対のブラケット部22a，22bとが、これらと左右のブラケット部22a，22b間に設けられたスリーブ27とに挿入された１本のピン型ロードセル23により結合されている。

図３は、図１のIII−III線断面を示し、リンケージ10の先端筒部10Aと、その左右部に位置するジョイントプレート21a，21bとが、これらに挿入されたピン14により回動自在に結合され、また、これらの左右部のジョイントプレート21a，21bと、マグネット４に設けられた左右一対のブラケット部22a，22bとが、これらと左右のブラケット部22a，22b間に設けられたスリーブ28とに挿入された１本のピン型ロードセル26により結合されている。なお、このピン型ロードセル26は、その左右部に嵌合されたブロック25a，25bで支持され、これらの左右部のブロック25a，25bは、左右のジョイントプレート21a，21bの長穴24a，24bにそれぞれ嵌込まれている。

図４は、計測システムの構成を示し、中央処理装置（ＣＰＵ）および記憶装置などを備えた演算器31の入力側には、一方のピン型ロードセル23のＸ軸方向検出部23xおよびＹ軸方向検出部23yと、他方のピン型ロードセル26と、マグネット４をオン／オフ操作するマグネット操作スイッチ32と、累積荷重表示をゼロにリセットするリセットスイッチ33とが接続され、また、演算器31の出力側には、１回毎の吊り荷重を表示する荷重表示器34と、累積荷重を表示する累積荷重表示器35とが接続されている。

そして、演算器31に、一方のピン型ロードセル23で検出されるＸ軸方向反力Ｒx_１およびＹ軸方向反力Ｒy_１と、他方のピン型ロードセル26で検出されるＹ軸方向反力Ｒy_２と、マグネット操作スイッチ32からのオン信号とが入力されると、演算器31は、これらの信号に基づいて演算処理を行い、荷重表示器34に１回毎の吊り荷重を表示し、累積荷重表示器35に累積荷重を表示する。この累積荷重表示をゼロにリセットするときは、リセットスイッチ33をオンにする。

なお、マグネット４の重量は、ピン型ロードセル23、26のゼロ点調整によってゼロに調整しておく。

次に、この図示された実施の形態の作用を説明する。

図１において、マグネット４に吸着されたスクラップなどの吊り荷Ｓの荷重Ｆが作用すると、ピン型ロードセル23により、Ｘ軸およびＹ軸の２軸方向の反力Ｒx_１，Ｒy_１が検出され、一方、ピン型ロードセル26は、ブロック25を介してジョイントプレート21の長穴24に嵌込まれているので、ブロック25がスライド可能なＸ軸方向の反力は検出されず、Ｙ軸方向反力Ｒy_２のみ検出される。

したがって、Ｆ：吊り荷Ｓの荷重、Ｆx：吊り荷重ＦのＸ軸方向の分力、Ｆy：吊り荷重ＦのＹ軸方向の分力、Ｒx_１：ピン型ロードセル23のＸ軸方向反力、Ｒy_１：ピン型ロードセル23のＹ軸方向反力、Ｒy_２：ピン型ロードセル26のＹ軸方向反力、とした場合、Ｘ，Ｙ方向の力の釣り合いから、下記の関係式によって荷重を検出できる。

Ｆx＝Ｒx_１、Ｆy＝Ｒy_１＋Ｒy_２
Ｆ＝√（Ｒx_１ ^２＋（Ｒy_１＋Ｒy_２）^２）

上記の関係式により、演算器31で吊り荷重Ｆを求め、荷重表示器34に表示できる。

さらに、マグネット操作スイッチ32の信号をもとに、１サイクル毎に吊り荷重Ｆを求め、その値を累積して積載作業処理量を求め、累積荷重表示器35に表示できる。

なお、ピン型ロードセル23のＸ軸方向反力Ｒx_１がゼロになる姿勢で荷重を検出すると、さらに簡単な演算で吊り荷重Ｆを検出できる。

次に、この図示された実施の形態の効果を説明する。

一方のピン型ロードセル23に対する遠近方向に長手方向を有する長穴24に沿って摺動可能に嵌合されたブロック25により、このブロック25に挿入された他方のピン型ロードセル26には上記遠近方向の荷重が作用しないようにしたので、上記遠近方向の荷重を一方のピン型ロードセル23のみにより検出するとともに、これと直交する方向の荷重を一方および他方のピン型ロードセル23，26により検出することで、フロント作業装置３の姿勢を検出することなく正確な荷重を測定でき、高い荷重測定精度を確保できる。特に、荷Ｓの積載部をマグネット４にして、鉄屑などを磁気的に吸着することで、鉄屑などの積載作業における高い荷重測定精度を長期間維持できる。

そして、フロント作業装置３の姿勢を検出する必要がないので、荷重測定装置の構造、演算プログラムなどが簡単になり、低コストでかつ機械に容易に装着できる。

また、従来のように常に荷重がかかるピン13，14の結合部にロードセルを設ける必要がないので、すなわちピン型ロードセル23，26に揺動荷重が加わらないので、耐久性に優れた荷重測定装置を提供できる。

さらに、バケットシリンダ９がストロークエンドでリリーフしたときの過負荷を考慮する必要がないので、吊上げ荷重に応じたピン型ロードセル23，26を用いることができ、吊上げ荷重の検出精度を向上できる。

なお、本発明は、図示された実施の形態に限定されるものではなく、例えば、ジョイントプレート21に長穴24を設け、この長穴24に嵌合したブロック25とマグネット４のブラケット部22とに他方のピン型ロードセル26を挿入したが、この関係は逆にしても良い。すなわち、マグネット４のブラケット部22側に同様の長穴24を設け、この長穴24に嵌合したブロック25と、ジョイントプレート21とに他方のピン型ロードセル26を挿入するようにしても良い。

本発明は、マグネット仕様機だけでなく、バケットを備えた本来の油圧ショベルにも適用できる。さらに、油圧ショベル型の作業機械に用途を限定されるものではなく、例えばローダ型の作業機械にも適用することが可能である。

本発明に係る荷重測定装置の一実施の形態を示す正面図である。図１のII−II線断面図である。図１のIII−III線断面図である。同上荷重測定装置の計測システム構成を示すブロック図である。従来の荷重測定装置を備えた作業機械を示す説明図である。

符号の説明

Ｓ荷
３作業装置としてのフロント作業装置
４積載部としてのマグネット
13，14 ピン
21 介在板としてのジョイントプレート
23 一方のピン型荷重検出器としてのピン型ロードセル
24 長穴
25 嵌合体としてのブロック
26 他方のピン型荷重検出器としてのピン型ロードセル

Claims

腕状の作業装置の先端部に複数のピンで結合された介在板と、
介在板に取付けられた荷の積載作業に用いられる積載部と、
介在板と積載部とを連結する一方のピン型荷重検出器と、
介在板および積載部の一方に設けられ一方のピン型荷重検出器に対する遠近方向に長手方向を有する長穴と、
長穴の長手方向に沿って摺動可能に嵌合された嵌合体と、
嵌合体に挿入され介在板および積載部の他方に挿入された他方のピン型荷重検出器と
を具備したことを特徴とする荷重測定装置。
荷の積載部は、励磁されたときに荷を磁気的に吸着するマグネットである
ことを特徴とする請求項１記載の荷重測定装置。