JP6131082B2 - 旋回式ブーム作業機械のボルト緩み監視装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えばクレーンの旋回台を固定するボルトの緩みを監視する旋回式ブーム作業機械のボルト緩み監視装置に関する。

従来から、旋回輪の外輪を旋回体に固定したボルトの緩みを検出する取付ボルトの緩み検出装置が知られている（特許文献１参照）。

かかる緩み検出装置は、移動式クレーンの旋回輪取付ボルトに適用されており、移動式クレーンの旋回輪の内輪は下部走行体フレームにボルトで固定され、その外輪は上部旋回体フレームにボルトで固定され、外輪を固定したボルトの軸部外周にストレインゲージを接着固定し、このストレインゲージで検知したひずみをブリッジ回路で検出するようにしたものである。

実開昭５６−７７７４１号公報

しかしながら、このような緩み検出装置では、ストレインゲージで検知したひずみをブリッジ回路で検出するようにしているだけのものであるから、長期間使用すると緩み検出誤差が生じる問題があった。

この発明の目的は、ひずみ検出手段の長期間の使用によりひずみ検出誤差が生じてもボルトの緩みを確実に検出することのできる旋回式ブーム作業機械のボルト緩み監視装置を提供することにある。

請求項１の発明は、ブームを設けた旋回台に旋回輪の内・外輪のうちの一方を複数のボルトで固定した旋回式ブーム作業機械のボルト緩み監視装置であって、
前記ボルトにひずみ検出手段を設け、
作業が終了するごとに前記ひずみ検出手段が検出する検出信号を測定し、この測定した検出信号の累積値からボルトの緩みを判定する判定手段を設けたことを特徴とする。

この発明によれば、長期期間の使用によりひずみ検出誤差が生じてもボルトの緩みを確実に検出することができる。

この発明に係るボルト緩み監視装置を搭載した移動式クレーンを示した側面図である。 図１に示す移動式クレーンの旋回装置の構成を概略的に示した平面図である。 図２に示す旋回装置の部分拡大断面図である。 図２に示す旋回装置の旋回輪の外輪を固定するボルトを示した側面図である。 図４に示すボルトの縦断面図である。 ボルトの緩み監視装置の信号処理系の構成を示したブロック図である。 ボルトの緩み監視装置の動作を示すフロー図である。 クレーンが無負荷で走行している状態を示した説明図である。

以下、この発明に係る旋回式ブーム作業機械のボルト緩み監視装置の実施の形態である実施例を図面に基づいて説明する。

［第１実施例］
図１にボルト緩み監視装置を搭載した旋回式ブーム作業機械の１つであるクレーン（作業車）としてのラフテレーンクレーン１０を示す。このラフテレーンクレーン１０（以下クレーンとして記載する）は、走行機能を有する車両の本体部分となるキャリア１１と、このキャリア１１の上部に水平旋回可能に取り付けられた旋回台１２と、この旋回台１２を旋回させる旋回装置２０と、旋回台１２に設けたキャビン１３と、旋回台１２に図示しないブラケットを介して取り付けられた伸縮ブーム１４等とを備えている。

伸縮ブーム１４は、その基端部が支持軸（図示せず）を介して取り付けられており、支持軸を中心に起伏可能となっている。上記ブラケットとブーム１４との間には起伏用シリンダ１５が介装され、この起伏用シリンダ１５のロッド１５Ｒの伸縮によりブーム１４が起伏される。

伸縮ブーム１４は、外側から内側に入れ子式に組み合わされた複数のブームで構成され、伸縮シリンダ(図示せず)によって伸縮するようになっている。

伸縮ブーム１４の先端部にはシーブ(図示せず)が設けられており、このシーブにワイヤロープ（以下ワイヤと表記する）Ｗが掛けられ、このワイヤＷの先端部には吊荷Ｆを吊るすフック（図示せず）が取り付けられている。

ワイヤＷは、図示しないウインチによって巻き取られたり、送り出されたりするようになっている。
［旋回装置］
旋回装置２０は、図２に示すように、旋回輪２１と、この旋回輪２１を駆動させる駆動装置３０とを有している。
［旋回輪］
旋回輪２１は、図３に示すように旋回台１２に固定された外輪２２と、キャリア１１の上部１１Ａに固定された内輪２３とを有し、内輪２３と外輪２２との間にはベアリング２４が介在され、外輪２２が内輪２３に対して旋回していくようになっている。

外輪２２は、図２及び図３に示すように、複数のボルト４０で旋回台１２に固定され、外輪２２の外周面にはギヤ２２Ｇが形成されている。内輪２３は複数のボルト５０によってキャリア１１の上部１１Ａに固定されている。
［ボルト］
外輪２２を固定した複数のボルト４０のうち、図２に示す旋回輪２１の中心に対してブーム１４の先端方向Ｐと反対方向の位置にあるボルト４０Ａは、その軸部４１の中間部に、図４に示すように軸部４１の径より小さい径の小径部４２を設けている。小径部４２の径は、ボルト４０Ａが所定の引っ張り荷重に耐えられるように設定される。

この小径部４２により、ボルト４０Ａの軸部４１は変形し易く、このため、ボルト４０Ａは他のボルト４０に比べて緩み易くなるように設定されている。
また、図５に示すように、ボルト４０Ａの頭部４３から軸部４１内に軸線に沿って小径部４２の一端（図５において右端）の近傍まで延びた孔４４が形成されている。

小径部４２に対応した孔４４の奥部４４Ａにはひずみゲージ（ひずみ検出手段）６０が設けられている。ひずみゲージ６０は接着剤などによって孔４４に固定されている。６０Ｒはひずみゲージ６０が検出した検出信号を取り出すための信号線である。４５はワッシャ、４６はネジ部である。
［駆動装置］
駆動装置３０は、図２に示すように、旋回油圧モータ３１と、この旋回油圧モータ３１の回転を減速する減速機３２とを有し、減速機３２のピニオン歯車３３が旋回輪２１の外輪２２のギヤ２２Ｇに噛合している。そして、旋回油圧モータ３１の回転が減速機３２のピニオン歯車３３に伝達し、このピニオン歯車３３の回転によって旋回輪２１の外輪２２が回転していく。すなわち、外輪２２が内輪２３に対して旋回していくことになる。
［ボルト緩み監視装置］
図６はボルト緩み監視装置１００の構成を示したブロック図である。ボルト緩み監視装置１００は、ひずみゲージ（ひずみ検出手段）６０と、ひずみゲージ６０が検出する検出信号に基づいてボルト４０Ａの緩みや疲労限界などを演算処理して求める演算処理装置６１と、ボルト４０Ａの緩みを報知する報知部６３と、ボルト４０Ａが疲労限界回数を越えたことを警報する警報部（警報手段）６４と、ひずみゲージ６０の異常やボルト緩み監視装置１００の異常を表示する表示部６５とを備えている。

演算処理装置６１は、データを記憶する記憶部６２と、ひずみゲージ６０が検出した検出信号を累積する累積部７０と、累積部７０が累積した累積値からボルト４０Ａの緩みを判定する緩み判定部（判定手段）７１と、ひずみゲージ６０が検出した検出信号が予め設定した疲労強度限界値を越えた回数をカウントするカウンタ（カウント手段）７２と、このカウンタ７２がカウントするカウント数が予め設定した疲労限界回数を越えたことを判定する回数判定部７３と、無負荷のときひずみゲージ６０が検出する検出信号がボルト緩み監視装置１００の計測誤差より大きいか否かを判定する異常判定部（異常判定手段）７４とを備えている。
［動 作］
次に、上記のように構成されるボルト緩み監視装置１００の動作を図７に示すフロー図に基づいて説明する。

ステップ１では、先ずクレーン１０の組み立て前に、図４に示すボルト４０Ａのひずみゲージ６０の出力をゼロ調整しておく。次に、図２に示すようにボルト４０,４０Ａによって旋回輪２１の外輪２２と旋回台１２とを固定し、ボルト４０Ａを締め付け固定したときに発生するひずみ値（ひずみ量）εｈを図６に示す演算処理装置６１の記憶部６２に記憶させる。クレーン１０の組み立て後、無負荷（吊荷Ｆがない状態）で走行状態のときにひずみゲージ６０が検出するひずみ量εｓを記憶部６２に記憶させる。この後、ひずみのゼロ調整を行う。すなわち、無負荷で走行状態のときのボルト４０Ａのひずみ量εｋをゼロとする。

また、ボルト４０のボルト疲労強度限界ひずみ量εｌと、ボルト緩み監視装置１００の計測誤差εｇと、定格負荷時のひずみ量εｔと、過荷重負荷時のひずみ量εｍと、ボルト疲労限界回数Ｎｓとを記憶部６２に記憶させる。

これらεｌ,εｇ,εｔ,εｍ,Ｎｓなどの値は既知であり、εｍはεｔの１.２５倍の値である。また、εｇ＜εｌ＜εｔ＜εｍである。

ステップ２では、図８に示すようにクレーン１０を無負荷で走行状態にし、このときのひずみゲージ６０から出力される検出信号からひずみ量εｋを計測する。

ステップ３では、ステップ２で計測したひずみ量εｋの絶対値がボルト緩み装置１００の計測誤差εｇより大きいか否かが判断され、イエスであればステップ１２へ進む。

ステップ１では無負荷で走行状態のときのボルト４０Ａのひずみ量εｋをゼロ調整しているので、ステップ２で計測したひずみ量εｋの絶対値が計測誤差εｇ以上のとき、ひずみゲージ６０やボルト緩み監視装置１００が異常であると、ステップ３では判断するものである。

ステップ１２では、ひずみゲージ６０やボルト緩み監視装置１００が異常であることを演算処理装置６１は表示部６５に表示させる。表示部６５の表示には、ボルト緩み監視装置１００の修理が必要であることなども表示する。

このように、ゼロ調整した後に、計測したひずみ量の絶対値が計測誤差εｇより大きい場合、ひずみゲージ６０やボルト緩み監視装置１００が異常であると判断するものであるから、ひずみゲージ６０やボルト緩み監視装置１００に異常が発生すればその異常を検出することができる。

ステップ２で計測されたひずみ量εｋの絶対値が計測誤差εｇ以下のとき、ひずみゲージ６０やボルト緩み監視装置１００に異常がないとして、ステップ３でノーと判断してステップ４へ進む。

ステップ４では、ステップ２で測定したひずみ量εｋをゼロ調整する。

ステップ５では、クレーン１０による作業（吊荷Ｆを吊って伸縮ブーム１４を起伏させたり旋回させたりして所定位置へ移動させる作業など）が開始されると、ひずみゲージ６０から出力される検出信号に基づいてボルト４０Ａのひずみ量εｋが自動計測されていく。

ステップ６では、ステップ５で計測したボルト４０Ａのひずみ量εｋが定格負荷のひずみεｔや過荷重負荷時のひずみ量εｍより大きいか否かが判断され、イエスであればステップ１３へ進む。

ステップ１３では、ボルト４０Ａは定格負荷時のひずみ量εｔより大きいひずみが発生して緩んでいるとして、演算処理装置６１は報知部６３にボルト４０Ａの緩みの警告を報知させ、作業の中止を促す。

ステップ５で計測したボルト４０Ａのひずみ量εｋが定格負荷時のひずみ量εｔ以下のとき、ステップ６でノーと判断されてステップ７へ進む。

ステップ７では、ステップ５で計測したボルト４０Ａのひずみ量εｋがボルト疲労強度限界ひずみ量εｌ以上であるか否かが判断され、イエスであればステップ１４へ進む。

ステップ１４では、Ｎに「１」が加算される。また、ボルト疲労限界回数Ｎｓは「１」が減算され、新たなボルト疲労限界回数Ｎｓとして演算処理装置６１の記憶部６２に更新される。

ここでは、一回目のステップ１４なのでＮ＝１となる。そして、ステップ１５へ進む。

ステップ１５では、ステップ１４で設定されたＮの数値がボルト疲労限界回数Ｎｓ以上であるか否かが判断され、ここでは、Ｎ＝１なのでノーと判断され、ステップ８へ進む。

ステップ５で計測したボルト４０Ａのひずみ量εｋがボルト疲労強度限界ひずみ量εｌより小さいとき、ステップ７でノーと判断されてステップ８へ進む。

ステップ８では、クレーン１０による作業が完了したか否かが判断され、ノーであればステップ１７へ進む。

ステップ１７では、ボルト４０Ａのひずみ量εｋを再度測定し、このひずみ量εｋがボルト疲労強度限界ひずみ量εｌより小さくなったか否かが判断され、ノーであればステップ８へ戻る。ボルト４０Ａのひずみ量εｋがボルト疲労強度限界ひずみ量εｌより小さくなるまで、ステップ８,１７の処理が繰り返されることになる。

これは、ボルト４０Ａのひずみ量εｋがボルト疲労強度限界ひずみ量εｌを越えている間は、越えている回数を「１」とカウントするためである。

ボルト４０Ａのひずみ量εｋがボルト疲労強度限界ひずみ量εｌより小さくなると、ステップ１７でイエスと判断されステップ５へ戻る。

上記と同様にして、ステップ５でボルト４０Ａのひずみ量εｋが計測され、このひずみ量εｋが定格負荷時のひずみ量εｔ以下でボルト疲労強度限界ひずみ量εｌ以上になると、ステップ７,１４,１５の処理が行われ、この後、ひずみ量εｋがひずみ量εｌ以下になると、ステップ８,１７の処理が行われてステップ５へ戻る。

これら処理がクレーン１０の作業が完了するまで繰り返し行われる。この繰り返し回数、すなわちボルト疲労強度限界ひずみ量εｌを越えた回数がステップ１４でカウントされ、作業が完了する前にそのカウント数がボルト疲労限界回数Ｎｓ以上になると、ステップ１５からステップ１６へ進むことになる。なお、ステップ１４のカウント処理は、演算処理装置６１のカウンタ７２で行うが、このカウンタ７２によるカウントはハードでもソフトでもよい。

ステップ１６では、演算処理装置６１は警報部６４を動作させて警報し、作業の中止を促すとともにボルト４０Ａの疲労による損傷の有無などの確認することを警告する。これら警報や警告は例えば点灯表示や音声などで行う。

このように、ボルト疲労限界回数Ｎｓを越えると、演算処理装置６１は警報部６４を動作させて警報するので、ボルト４０Ａの疲労を確実に検出することができる。

カウント数Ｎがボルト疲労限界回数Ｎｓを越える前に作業が完了した場合、ステップ８でイエスと判断されてステップ９へ進む。

ステップ９では、図８に示すように無負荷でクレーン１０が走行されているとき、ひずみゲージ６０から出力される検出信号に基づいてボルト４０Ａのひずみ量εｋが自動計測される。

ステップ１０では、ステップ９で測定されたひずみ量εｋにεｋｔが加算される。ここでは、１回目の作業なのでεｋ＝εｋｔとなる。次回からεｋｔ＝εｋｔ+εｋとなる。すなわち、作業が完了するごとにステップ９で測定されたひずみ量εｋが加算（累積）されていく。

ステップ１１では、加算されたひずみ量εｋｔが、ステップ１で求めたボルト４０Ａを締め付け固定したときに発生するひずみ量εｈと、無負荷で走行状態のときにひずみゲージ６０が検出するひずみ量εｓとを加算した値にマイナスをつけた値より小さいか否かが判断される。

加算されたひずみ量εｋｔが−（εｓ+εｈ）より小さい場合、ボルト４０Ａの締め付けが開放された状態、すなわち、ボルト４０Ａが緩んだ状態なので、ステップ１１ではイエスと判断されてステップ１６へ進む。

ステップ１６では、上述したように、演算処理装置６１は警報部６４を動作させてボルト４０Ａの緩みが発生したことを警報する。

加算されたひずみ量εｋｔが−（εｓ+εｈ）より大きい場合には、ボルト４０Ａは締め付けられた状態となっているので、ステップ１１ではノーと判断されてステップ１８へ進む。

ステップ１８では、ステップ９で測定したひずみ量εｋをゼロにするゼロ調整を行って終了する。このゼロ調整は、ひずみゲージ６０から出力される検出信号に基づくひずみ量をゼロと設定するものである。

次回から、クレーン１０による作業を開始する場合、ステップ２から始まることになる。

ところで、ボルト４０Ａを締め付け固定したときのひずみ量εｈをプラスの値とすると、無負荷で走行状態のときにひずみゲージ６０が検出するひずみ量εｓはマイナスの値となり、また、ステップ４でひずみゲージ６０が検出するひずみ量εｋをゼロ調整しているので、ステップ１０で加算（累積）する加算値εｋｔはマイナスの値となる。

そして、ステップ１０では、ステップ９で測定したひずみ量εｋを作業が完了するごとに加算していき、この加算値εｋｔと、−（εｈ+εｓ）とを比較してボルト４０Ａの緩みを判断するものであるから、ひずみゲージ６０が長期間の使用によりひずみ検出誤差が生じても、その加算値（累積値）εｋｔは確実に−（εｈ+εｓ）より小さくなるので、ボルト４０Ａの緩みを確実に検出することができる。

ボルト４０Ａは、図２に示すように、旋回輪２１の中心に対して伸縮ブーム１４の先端方向Ｐと反対方向の位置に配置されていることにより、他のボルト４０,５０に比べて一番大きな引っ張り荷重が加わることになる。しかも、ボルト４０Ａの軸部４１に小径部４２が設けられているので、他のボルト４０,５０が変形する前に、ボルト４０Ａは最初に確実に変形することになる。このため、１つのボルト４０Ａで複数のボルト４０,５０の緩みや疲労などを監視することができる。

ボルト４０Ａは、図２に示すように、旋回輪２１の中心に対して伸縮ブーム１４の先端方向Ｐと反対方向の位置に配置されているが、ボルト４０Ａが最初に変形するものであれば、他の位置に配置してもよい。

上記実施例では、ボルト４０Ａの軸部４１に小径部４２を設けているが、小径部４２を設けずに軸部４１に直接ひずみゲージ６０を設けてもよい。また、ボルト４０Ａ以外のボルト４０にひずみゲージ６０を設けてもよい。この場合、ひずみゲージ６０を設けたボルト４０が他のボルト４０よりも早く疲労限界に達するように疲労限界回数Ｎｓなどを設定しておく。

上記実施例では、旋回輪２１の外輪２２を固定するボルト４０Ａにひずみゲージ６０を設けているが、旋回輪２１の内輪２３を固定する複数のボルト５０のうち、一番大きな荷重が加わるボルト５０に上記の構成を設け、ひずみゲージ６０から出力される検出信号を演算処理装置６１で演算処理するようにしてもよい。

また、上記実施例では、ひずみゲージ６０を１つのボルトに設けているが複数のボルトに設けて、複数の演算処理装置６１で演算処理するようにしてもよい。

また、ボルト４０Ａの頭部４３の座面４３ａより面積の小さい小径座を設け、このワッシャの接触面圧を大きくして座面陥没を起こし易くし、この座面陥没をひずみゲージ６０で検出するようにすれば、ボルト４０Ａの軸部４１に小径部４２を設けなくてもよい。

上記実施例では、ボルト緩み監視装置を移動式のクレーン１０に搭載した場合について説明したが、これに限らず、旋回台のある旋回式ブームの作業機械であれば固定式の作業機械であってもよい。

この発明は、上記実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

１０ クレーン
１２ 旋回台
１４ 伸縮ブーム
２０ 旋回装置
２１ 旋回輪
２２ 外輪
２３ 内輪
４０ ボルト
４０Ａ ボルト
５０ ボルト
６０ ひずみゲージ
６１ 演算処理装置
６４ 警報部（警報手段）
６５ 表示部
７１ 緩み判定部（判定手段）
７２ カウンタ（カウント手段）
１００ ボルト緩み監視装置

Claims (3)

1. ブームを設けた旋回台に旋回輪の内・外輪のうちの一方を複数のボルトで固定した旋回式ブーム作業機械のボルト緩み監視装置であって、
   前記ボルトにひずみ検出手段を設け、
   作業が終了するごとに前記ひずみ検出手段が検出する検出信号を測定し、この測定した検出信号の累積値からボルトの緩みを判定する判定手段を設けたことを特徴とする旋回式ブーム作業機械のボルト緩み監視装置。
2. 前記旋回式ブーム作業機械の作業中に、前記ひずみ検出手段が検出する検出信号の値が予め設定した疲労強度限界値を越えた回数をカウントするカウント手段と、
   このカウント手段がカウントしたカウント数が予め設定した疲労限界回数を越えたとき警報を発する警報手段とを設けたことを特徴とする請求項１に記載の旋回式ブーム作業機械のボルト緩み監視装置。
3. 前記旋回式ブーム作業機械の作業開始前に、前記ひずみ検出手段が検出した検出信号値がボルト緩み監視装置の計測誤差より大きいとき、異常であることを表示する表示部を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の旋回式ブーム作業機械のボルト緩み監視装置。