JP7410762B2

JP7410762B2 - 作業機械

Info

Publication number: JP7410762B2
Application number: JP2020045487A
Authority: JP
Inventors: 伸弘石井
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2020-03-16
Filing date: 2020-03-16
Publication date: 2024-01-10
Anticipated expiration: 2040-03-16
Also published as: JP2021147772A

Description

本発明は作業機械に係り、特に旋回軸受の摩耗量を推定する技術に関する。

一般的に、作業機械における旋回軸受の摩耗量の点検は、作業機械の稼働時間の経過に合わせて定期的に実施しており、旋回軸受の摩耗量が許容値を超えていることを発見すると、旋回軸受の交換時期（点検時期）であると判断する。

このように、旋回軸受の摩耗量は、必ずしも作業機械の稼働時間によって一意に定まるわけではなく、作業機械の作動態様によって摩耗量が異なることがある。したがって、作業機械の稼働時間によって定期的に点検を実施すると、累積疲労の一である摩耗量が多い機体と少ない機体とを区別なく点検することになる。

点検を実施する指標としている作業機械の稼働時間は、摩耗量が多い機体が点検を実施する前に故障すると、予期しない時期に機体を点検させなければならないこととなるため、摩耗量が多い機体に合わせて設定されることが一般的である。

ここで、旋回軸受の摩耗量の点検では、ダイヤルゲージ等を用いて機体の様々な姿勢に対して旋回軸受のガタ量を測定するため、機体を長時間休機させる必要がある。したがって、摩耗量が少ない機体にあっては、不必要な点検を実施することにより機体を長時間休機させることとなるため、作業機械の稼働効率が悪くなるという問題がある。

一方で、車載センサからの信号により、作業時の負荷の大きさ、作業をした位置及び作業の回数をそれぞれ検出し、旋回角度位置ごとに累積の被害量を算出することで、下部走行体への被害量を算出する技術が開発されている（特許文献１）。

特開２０１３－１０７７６２号公報

ここで、上記特許文献１に開示される技術を旋回軸受に適用することを鑑みると、下部走行体と比較して点検頻度や交換頻度が高い旋回軸受においては、作業をした位置や回数といった単位での統計で被害量を累積的に算出したのでは精度が低いため、より高精度な算出によって推定することが好ましい。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、旋回軸受の摩耗量を的確に推定して報知することができる作業機械を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の作業機械は、機体を走行させる下部走行体と、作業装置を有する上部旋回体と、前記上部旋回体を前記下部走行体に対して旋回させる、旋回軸受を含む旋回装置と、を備えた作業機械において、前記下部走行体に設けられる第１ジャイロセンサと、前記上部旋回体に設けられる第２ジャイロセンサと、前記旋回軸受の疲労状態を報知する報知装置と、前記報知装置を制御するコントローラと、を有し、前記第１ジャイロセンサ及び前記第２ジャイロセンサは、上下方向で視て、前記旋回装置の回転軸を軸にした同一半径の円上に位置する３軸角速度センサであり、前記コントローラは、前記第１ジャイロセンサ及び前記第２ジャイロセンサの検出値に基づき、前記第１ジャイロセンサと前記第２ジャイロセンサとの機体前後方向、左右方向及び上下方向の相対的な位置の差である相対変位をそれぞれ算出する相対変位算出部と、前記報知装置を制御する報知制御部と、前記相対変位算出部により算出した前記相対変位に基づき前記旋回軸受の機体前後方向、左右方向及び上下方向における疲労状態を推定する劣化度合推定部と、を含み、前記報知制御部は、前記劣化度合推定部により推定した前記旋回軸受の疲労状態に応じて所定の報知態様で報知することを特徴とする。

これにより、第１ジャイロセンサと第２ジャイロセンサとの相対的な位置の差である相対変位に基づき劣化度合推定部により推定した旋回軸受の疲労状態を所定の報知態様で報知することで、下部走行体と上部旋回体とが相対的な揺れを発生させる要因である旋回装置の旋回軸受の疲労状態を的確に報知することが可能とされる。
また、第１ジャイロセンサ及び第２ジャイロセンサとして３軸角速度センサを用いるようにすることで、旋回軸受の疲労状態を軸方向及び周方向について検出することが可能とされる。

その他の態様として、前記第１ジャイロセンサは、前記下部走行体における前記旋回装置の外周縁の下方に設けられていることが好ましい。

これにより、第１ジャイロセンサが下部走行体における旋回装置の外周縁の下方に設けられ、この第１ジャイロセンサに対して、上下方向で視て、旋回装置の回転軸を軸にした同一半径の円上に第２ジャイロセンサが位置する。

その他の態様として、前記機体の姿勢を検出する姿勢検出センサを備え、前記コントローラは、前記姿勢検出センサによって検出される前記機体の姿勢に基づいて前記旋回装置の累積疲労値を算出する累積疲労算出部を含み、前記報知制御部は、前記相対変位算出部によって算出された前記相対変位と前記累積疲労算出部によって算出された前記累積疲労値とに基づき前記旋回軸受の疲労状態を前記所定の報知態様で報知するのが好ましい。

これにより、相対変位と旋回装置の累積疲労値とに基づいて旋回軸受の疲労状態を所定の報知態様で報知することで、旋回装置の旋回軸受の疲労状態をより的確に報知することが可能とされる。

その他の態様として、前記報知装置は、前記上部旋回体の運転室に設けられるモニタであり、前記報知制御部は、前記モニタに前記相対変位算出部による算出結果を表示するのが好ましい。

これにより、モニタに相対変位算出部による算出結果を表示することで、旋回装置の旋回軸受の疲労状態を経時的に報知することが可能とされる。

その他の態様として、前記報知制御部は、前記報知装置により前記旋回軸受の点検時期を報知するのが好ましい。

これにより、旋回軸受の点検時期を表示することで、旋回装置の旋回軸受の疲労状態が点検を要する状態であることを報知することが可能とされる。

本発明の作業機械によれば、第１ジャイロセンサと第２ジャイロセンサとの相対的な位置の差である相対変位に基づく旋回軸受の疲労状態を所定の報知態様で報知するようにしたので、下部走行体と上部旋回体とが相対的な揺れを発生させる要因である旋回装置の旋回軸受の疲労状態を的確に報知することができる。

また、本発明の作業機械の疲労検出方法によれば、第１ジャイロセンサと第２ジャイロセンサとの相対変位を算出する相対変位算出工程を含むようにしたので、下部走行体と上部旋回体との相対変位から下部走行体と上部旋回体とが相対的な揺れを発生させる要因である旋回装置の旋回軸受の疲労状態を算出することができ、相対変位に基づき旋回軸受の疲労状態を所定の報知態様で報知する報知制御工程を含むようにしたので、旋回装置の旋回軸受の疲労状態を的確に報知することができる。

これにより、旋回軸受の摩耗量を的確に推定して報知することができる。

本実施形態に係る油圧ショベルの側面図である。旋回装置の構成を示す構成図である。旋回装置の構成を示す構成図である。旋回装置の構成を示す構成図である。本発明に係る制御に係るコントローラの接続構成が示されたブロック図である。コントローラが実行する、本発明に係る制御の制御手順のルーチンを示すフローチャートである。コントローラが実行する、本発明の別実施例に係る制御の制御手順のルーチンを示すフローチャートである。

以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。

図１を参照すると、本実施形態に係る油圧ショベル１の側面図が示されている。油圧ショベル（作業機械、機体）１は、鉱山などの現場で稼働する大型の油圧ショベルであり、例えば最大で前後長２５ｍ、左右長７ｍ、地上高１５ｍの大きさの機械である。この油圧ショベル１は、下部走行体２と上部旋回体３と旋回装置４とを備えている。

下部走行体２は油圧ショベル１の走行装置であり、ここではクローラ式の下部走行体２を例示している。上部旋回体３は、上部旋回体３の下側の骨格を形成する旋回フレーム３ａ及び旋回装置４を介して下部走行体２に連結されている。旋回装置４は、下部走行体２に対して上部旋回体３を相対的に旋回することが可能な装置である。建屋７は、図示しないエンジンや油圧ポンプ等の機械を収容するものであり、運転室５の後方に配置している。

図２～４を参照すると、旋回装置４の構成を示す構成図が示されている。旋回装置４は、下部走行体２の走行体フレーム２ａに連結して設けた内輪１１と、上部旋回体３の旋回フレーム３ａに連結して設けた外輪１３とを有し、この内輪１１と外輪１３とは、ボール１５を介して相対回転可能に連結されている。以下、内輪１１、外輪１３及びボール１５によって構成される軸受を旋回軸受１６という。
内輪１１の内周面にはリングギア１７が設けられ、上部旋回体３側には旋回用油圧モータ１９が設置されており、この旋回用油圧モータ１９の出力軸にはピニオン１９ａが連結されて、このピニオン１９ａがリングギア１７と噛合している。従って、旋回用油圧モータ１９を作動させてピニオン１９ａを回転させると、このピニオン１９ａがリングギア１７上を転動することで、上部旋回体３に連結した外輪１３が内輪１１に対して相対回転し、上部旋回体３の旋回が行われる。以下、上部旋回体３を旋回させる動作を旋回動作という。

図１に戻り、上部旋回体３には、旋回フレーム３ａ上に運転室５、フロントアタッチメント（作業装置）６及び建屋７等が搭載されている。運転室５には、油圧ショベル１を操作する各種の操作装置が設けられている。したがって、オペレータは、運転室５に搭乗することで、旋回装置４を操作する旋回操作やフロントアタッチメント６を操作する作業操作等の油圧ショベル１の各種操作を行うことが可能である。また、運転室５には、モニタ（報知装置）５ａが設けられている。このモニタ５ａには、油圧ショベル１の状態や姿勢等、油圧ショベル１に関する各種の情報が表示される。

フロントアタッチメント６は、上部旋回体３の前部中央に位置して設けられており、ブーム２０、アーム２１及びバケット２２を備えている。ブーム２０は、基端部が旋回フレーム３ａに図示しない連結ピンにより軸支されている。これにより、ブーム２０は、旋回フレーム３ａに対して相対的に揺動可能である。このブーム２０の先端には、アーム２１が上下方向に回動可能に連結され、アーム２１の先端には、バケット２２が上下方向に回動可能に連結されている。

ここで、ブーム２０は、ブームシリンダ２０ａを油圧により調整して伸縮することにより回動することが可能である。同様に、アーム２１は、アームシリンダ２１ａを、バケット２２は、バケットシリンダ２２ａを油圧により調整して伸縮することにより回動することが可能である。したがって、フロントアタッチメント６は、ブームシリンダ２０ａ、アームシリンダ２１ａ及びバケットシリンダ２２ａを適宜調整して伸縮することにより、ブーム２０、アーム２１及びバケット２２を適宜回動し、後述する掘削動作等の動作及び作業を行うことが可能である。

ここで、ブームシリンダ２０ａにはブーム圧力センサ２０ｂが、アームシリンダ２１ａにはアーム圧力センサ２１ｂが、バケットシリンダ２２ａにはバケット圧力センサ２２ｂがそれぞれ設けられている。これら圧力センサは、各シリンダ内の圧力を検出することが可能である。以下、ブーム圧力センサ２０ｂ、アーム圧力センサ２１ｂ及びバケット圧力センサ２２ｂを総じて圧力センサ（姿勢検出センサ）２５ともいう。

さらに、旋回フレーム３ａ、ブーム２０、アーム２１及びバケット２２の各連結部分には、それぞれ第１角度計３１、第２角度計３２及び第３角度計３３が設けられている。第１角度計３１は、旋回フレーム３ａとブーム２０との相対角度を検出するセンサである。第２角度計３２は、ブーム２０とアーム２１との相対角度を検出するセンサである。第３角度計３３は、アーム２１とバケット２２との相対角度を検出するセンサである。以下、第１角度計３１、第２角度計３２及び第３角度計３３を総じて角度計（姿勢検出センサ）３５ともいう。

そして、下部走行体２には第１ジャイロセンサ４１が設けられ、上部旋回体３には第２ジャイロセンサ４２及び車体傾斜角度計４５が設けられている。第１ジャイロセンサ４１は、３軸角速度センサであり、上下方向、左右方向及び前後方向における加速方向及び加速度を検出することも可能である。この第１ジャイロセンサ４１は、例えば下部走行体２における旋回装置４の外周縁の下方に位置している。

第２ジャイロセンサ４２は、第１ジャイロセンサ４１と同様の３軸角速度センサである。この第２ジャイロセンサ４２は、上部旋回体３における、下部走行体２及び上部旋回体３が図１のように位置している状態で第１ジャイロセンサ４１の直上に位置している。したがって、第１ジャイロセンサ４１及び第２ジャイロセンサ４２は、上下方向で視て、旋回装置４の回転軸を軸にした同一半径の円上に位置する。

車体傾斜角度計４５は、例えば上部旋回体３の旋回装置４近傍に設けられ、傾き度合を検出することが可能なセンサである。したがって、車体傾斜角度計４５は、上部旋回体３がどの方向にどの程度傾斜しているかを検出することができる。

図５を参照すると、本発明の制御に係るコントローラ５１の接続構成がブロック図で示されている。コントローラ５１は、エンジンの運転制御をはじめとして油圧ショベル１の総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されている。

このコントローラ５１の入力側には、圧力センサ２５、角度計３５、車体傾斜角度計４５、第１ジャイロセンサ４１及び第２ジャイロセンサ４２が電気的に接続されている。これにより、圧力センサ２５からはブームシリンダ２０ａ、アームシリンダ２１ａ及びバケットシリンダ２２ａ内の圧力に関する情報が入力され、角度計３５からは旋回フレーム３ａ、ブーム２０、アーム２１及びバケット２２の各連結部分における相対角度に関する情報が入力される。また、第１ジャイロセンサ４１からは下部走行体２の加速方向及び加速度に関する情報が入力され、第２ジャイロセンサ４２からは上部旋回体３の加速方向及び加速度に関する情報が入力され、車体傾斜角度計４５からは上部旋回体３の傾き度合に関する情報が入力される。なお、上部旋回体３の回転速度は第２ジャイロセンサ４２からの加速度情報を積分することで得られる。

また、コントローラ５１の出力側には、モニタ５ａが電気的に接続されている。これにより、運転室５に搭乗するオペレータに向けて旋回装置４に関する報知（所定の報知態様）をすることができる。

ここで、コントローラ５１は、記憶部５２、累積疲労算出部５３、相対変位算出部５５、劣化度合推定部５７及び報知制御部５９を有している。記憶部５２は、ブーム２０、アーム２１及びバケット２２並びに上部旋回体３等の質量に関する情報、その他油圧ショベル１に関する諸元等の情報が予め記憶されるメモリである。累積疲労算出部５３は、圧力センサ２５、角度計３５及び車体傾斜角度計４５から入力される情報に基づき、旋回装置４の累積疲労を算出する、累積疲労算出処理を実行することが可能な算出部である。相対変位算出部５５は、第１ジャイロセンサ４１及び第２ジャイロセンサ４２から入力される情報に基づき、下部走行体２と上部旋回体３との相対変位を算出する、相対変位算出処理を実行することが可能な算出部である。

劣化度合推定部５７は、累積疲労算出部５３によって算出される累積疲労及び相対変位算出部５５によって算出される相対変位に基づき、旋回装置４の疲労度合を推定することが可能な推定部である。報知制御部５９は、劣化度合推定部５７によって推定される疲労度合及び累積疲労算出部５３によって算出される累積疲労に基づき、モニタ５ａを制御する制御部である。

図６を参照すると、コントローラ５１が実行する、本発明に係る制御の制御手順を示すルーチンがフローチャートで示されており、以下、同フローチャートに沿い説明する。
ステップＳ１０では、累積疲労算出部５３による累積疲労算出処理を実行する。以下、油圧ショベル１の掘削作業における作業態様の一例と対比しつつ累積疲労算出処理について説明する。

油圧ショベル１の掘削作業における作業態様の一例としては、掘削動作、放土動作及び旋回動作が含まれる。掘削動作は、ブームシリンダ２０ａ、アームシリンダ２１ａ及びバケットシリンダ２２ａを作動させることで、バケット２２で土砂をすくい上げる動作である。放土動作は、掘削動作と同様にブームシリンダ２０ａ、アームシリンダ２１ａ及びバケットシリンダ２２ａを作動させることで、バケット２２内の土砂を放土する動作である。

油圧ショベル１の掘削作業では、まず、掘削動作によって土砂をすくい上げたあと、バケット２２に土砂を入れた状態で旋回動作をする。この旋回動作により、油圧ショベル１は、図示しないダンプトラックの荷台上方にバケット２２を位置させて停止する。その後、油圧ショベル１は、放土動作をすることでダンプトラックの荷台に土砂を積込む。そして、旋回動作によって旋回した方向と反対の方向に、バケット２２が空荷のまま旋回動作したあと、再び掘削動作をする。油圧ショベル１の掘削作業では、上記の一連の動作が繰り返されることにより、旋回装置４の累積疲労が増加する。特に、旋回装置４は、掘削動作後や放土動作後の旋回動作の際に疲労が多く蓄積される。

ところで、掘削動作によってバケット２２にすくい上げられる土砂の質量は、掘削動作の度に異なる。また、掘削動作直後であって旋回動作開始時点でのバケット２２の高さは地上高さである一方、ダンプトラックの荷台に土砂を積み込むために旋回中にブーム２０を立ち上げるような操作が必要となる場合がある。このため、ブーム２０、アーム２１及びバケット２２それぞれの重心の位置は刻々と変化する。さらに、放土動作後の旋回動作の際も同様に、ブーム２０、アーム２１及びバケット２２並びに土砂それぞれの重心の位置（重心位置）が刻々と変化する。したがって、油圧ショベル１の掘削作業では、旋回装置４に加わる負荷が刻々と変化する。

そこで、累積疲労算出部５３による累積疲労算出処理では、ブーム２０、アーム２１及びバケット２２並びに土砂の重心位置を算出する。具体的には、まず、角度計３５から入力される情報に基づき、フロントアタッチメント６の姿勢を算出する。このフロントアタッチメント６の姿勢とコントローラ５１に予め記憶させているブーム２０、アーム２１及びバケット２２の質量とに基づき、それぞれの重心位置を算出する。

次に、圧力センサ２５から入力される情報に基づき、土砂の質量及び重心位置を算出する。さらに、コントローラ５１に予め記憶させている上部旋回体３の質量及び重心位置から旋回装置４に加わる負荷を算出する。そして、車体傾斜角度計４５により検出される上部旋回体３の傾き度合に基づき、各重心位置を調整する。

旋回装置４に加わる負荷を示す動等価荷重Ｐは、下記の計算式により算出される。
Ｐ＝ａ×Ｆ＋ｂ×Ｍ／Ｄ

この式に用いられるＦとは、旋回装置４の旋回軸受１６に加わるスラスト荷重Ｆを示す。また、Ｍとは、旋回装置４の旋回軸受１６に加わるモーメント荷重Ｍのことを示す。これらスラスト荷重Ｆ及びモーメント荷重Ｍは、ブーム２０、アーム２１及びバケット２２、土砂並びに上部旋回体３の質量（例えば、ブーム２０は４０トン、アーム２１は３７トン、バケット２２は３３トン、土砂は４５トン、上部旋回体３は３００トン）及び重心位置（例は省略）から、旋回軸受１６に加わる重力方向の力を算出することで求めることができる。

この式に用いられるＤとは、旋回軸受１６のコロ軌道径Ｄ（例えば１ｍ）のことを示す（図４参照）。このコロ軌道径Ｄは、コントローラ５１に予め記憶させている。なお、ａ、ｂは所定の係数を示す。

そして、累積疲労算出部５３による累積疲労算出処理では、上記式で算出した動等価荷重Ｐを旋回動作時に累積的に加算することで、累積疲労値Ｎを算出することができる。これにより、旋回装置４の旋回軸受１６の摩耗等により蓄積される疲労である累積疲労を数値的に算出することができる。

ステップＳ１０で累積疲労値Ｎを算出したあと、ステップＳ２０に移行し、相対変位算出部５５による相対変位算出処理を実行する。相対変位算出処理では、第１ジャイロセンサ４１及び第２ジャイロセンサ４２の動きの差から相対変位を算出する。具体的には、まず、３軸角速度センサである第１ジャイロセンサ４１及び第２ジャイロセンサ４２により、それぞれの機体前後方向の角加速度Ｘ、左右方向の角加速度Ｙ及び上下方向の角加速度Ｚを算出する。以下、説明の便宜上、第１ジャイロセンサ４１による検出値をＸ１、Ｙ１、Ｚ１といい、第２ジャイロセンサ４２による検出値をＸ２、Ｙ２、Ｚ２という。

次に、第２ジャイロセンサ４２の検出値のうち、Ｘ２、Ｙ２についての検出値から上部旋回体３の回転による周方向に発生する加速度を減算する。

このように周方向の加速度成分をＸ２、Ｙ２から減算したあと、Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２からＸ１、Ｙ１、Ｚ１をそれぞれ減算する。したがって、第１ジャイロセンサ４１及び第２ジャイロセンサ４２の前後方向の角加速度Ｘ、左右方向の角加速度Ｙ及び上下方向の角加速度Ｚの差を算出することで、第１ジャイロセンサ４１及び第２ジャイロセンサ４２の相対変位を算出することができる。以下、第１ジャイロセンサ４１及び第２ジャイロセンサ４２の相対変位をＸｃ、Ｙｃ、Ｚｃという。

ステップＳ２０で相対変位Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃを算出したあと、ステップＳ３０に移行し、累積疲労値Ｎに基づき相対変位Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃを調整し、ステップＳ４０に移行する。具体的には、累積疲労値Ｎの算出値が一定値（例えば油圧ショベル１の掘削作業を適切な態様で１０年間行った場合の平均値）以上である場合には相対変位Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃの値に調整値（例えば１ｍｍ）を加算する。

ステップＳ４０では、相対変位Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃに基づき、旋回装置４の劣化度合を推定してステップＳ５０に移行する。具体的には、相対変位Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃのうち、Ｚｃの値が所定値（例えば１０ｍｍ）以上であるとき、旋回装置４の上下方向における劣化が著しいと推定し、ＸｃまたはＹｃの値が規定値（例えば３ｍｍ）以上であるとき、旋回装置４の前後方向及び左右方向における劣化が著しいと推定する。

このように、ステップＳ３０、Ｓ４０では、劣化度合の推定に用いられる相対変位Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃを累積疲労値Ｎに基づいて調整することができ（ステップＳ３０）、該調整後の相対変位Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃに基づいて旋回装置４の劣化度合を推定することができる（ステップＳ４０）。したがって、第１ジャイロセンサ４１及び第２ジャイロセンサ４２の前後方向の加速度Ｘ、左右方向の加速度Ｙ及び上下方向の加速度Ｚの差に基づいて旋回装置４の劣化度合を推定することや（ステップＳ４０）、該推定の精度を高めることができる（ステップＳ３０）。

ステップＳ５０では、ステップＳ４０で推定された劣化度合に基づき、旋回装置４の旋回軸受１６が点検時期か否かを判別する。ステップＳ５０の判別結果が真（Ｙｅｓ）で旋回軸受１６が点検時期であると判別すると、ステップＳ６０に移行し、旋回軸受１６が点検時期であることをモニタ５ａに表示（所定の報知態様で報知）してステップＳ７０に移行する。一方、ステップＳ５０の判別結果が偽（Ｎｏ）で旋回軸受１６が点検時期ではないと判別すると、ステップＳ６０に移行せずにステップＳ７０に移行する。

このように、ステップＳ５０、Ｓ６０では、旋回軸受１６が点検時期であるとき（ステップＳ５０でＹｅｓ）、旋回軸受１６が点検時期であること（疲労状態）をモニタ５ａに表示することで、オペレータに旋回軸受１６のボール１５等の交換を促すことができる。

ステップＳ７０では、ステップＳ１０で累積疲労算出部５３による累積疲労算出処理において算出された動等価荷重Ｐ及び累積疲労値Ｎをモニタ５ａに表示して本ルーチンを終了し、その後繰り返し実行する。

ここで、上記した計算式によると、旋回軸受１６への負荷が大きくなる旋回動作の際に、バケット２２を上部旋回体３に近づけるほどモーメント荷重Ｍを小さくすることができる。すなわち、旋回動作の際に、バケット２２を上部旋回体３に近づけるほど動等価荷重Ｐを小さくすることができる。したがって、ステップＳ７０では、動等価荷重Ｐ等をモニタ５ａに表示することで、旋回軸受１６の劣化を抑制することが可能な掘削作業を行うことをオペレータに促すことができる。
また、ステップＳ７０は、累積疲労値Ｎに関わらず実行するため（ステップＳ５０でＹｅｓ、ＮｏいずれであってもステップＳ７０を実行しステップＳ７０後にリターン）、常に最新の動等価荷重Ｐ等をモニタ５ａに表示することができる。

図７を参照すると、コントローラ５１が実行する、本発明の別実施例に係る制御の制御手順を示すルーチンがフローチャートで示されており、以下、同フローチャートに沿い別実施例について説明する。

別実施例における制御手順では、ステップＳ３０が実行されず、ステップＳ１０及びステップＳ４０に代わり、ステップＳ１１０及びステップＳ１４０が実行され、ステップＳ２０のあとにステップＳ１１０が実行される点で相違する。ステップＳ１１０は、ステップＳ１０と比較して、累積疲労算出処理で算出される動等価荷重Ｐを、ステップＳ２０の相対変位算出処理により算出される相対変位Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃに基づいて調整したあと、累積疲労値Ｎを算出する点で相違する。

一例として、ステップＳ１１０では、まず、相対変位Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃに基づいて算出する下部走行体２と上部旋回体３との相対的な移動量に所定の係数をかけて求められる変動値Ｐｃを算出する。この変動値Ｐｃは、油圧ショベル１全体の揺れ等によって生じる動等価荷重Ｐの瞬間的な変動値である。このように算出した変動値Ｐｃを累積疲労算出処理で算出される動等価荷重Ｐから加算または減算する。これにより、油圧ショベル１全体の揺れ等による変動値Ｐｃを加味した動等価荷重を用いて累積疲労値Ｎを算出することができる。

そして、ステップＳ１４０では、累積疲労値Ｎに基づき、旋回装置４の劣化度合を推定してステップＳ５０に移行する。これにより、相対変位Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃでは検出できないような劣化度合の進行を数値的に算出することで、旋回軸受１６の点検時期を的確に算出することができる。

以上説明したように、本発明に係る作業機械では、油圧ショベル１を走行させる下部走行体２と、フロントアタッチメント６を有する上部旋回体３と、上部旋回体３を下部走行体２に対して旋回させる、旋回軸受１６を含む旋回装置４と、を備えた作業機械において、下部走行体２に設けられる第１ジャイロセンサ４１と、上部旋回体３に設けられる第２ジャイロセンサ４２と、旋回軸受１６の疲労状態として点検時期や動等価荷重Ｐ、累積疲労値Ｎを報知するモニタ５ａと、モニタ５ａを制御するコントローラ５１と、を有し、コントローラ５１は、第１ジャイロセンサ４１と第２ジャイロセンサ４２との相対的な位置の差である相対変位Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃを算出する相対変位算出部５５と、モニタ５ａを制御する報知制御部５９と、相対変位算出部５５により算出した相対変位Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃに基づき旋回軸受１６の疲労状態を推定する劣化度合推定部５７と、を含み、報知制御部５９は、劣化度合推定部５７により推定した旋回軸受１６の点検時期をモニタ５ａに表示する。

従って、第１ジャイロセンサ４１と第２ジャイロセンサ４２との相対的な位置の差である相対変位Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃに基づき劣化度合推定部５７により推定した旋回軸受１６の点検時期をモニタ５ａに表示するようにしたので、下部走行体２と上部旋回体３とが相対的な揺れを発生させる要因である旋回装置４の旋回軸受１６の疲労状態を例えば旋回軸受１６の点検時期として的確に報知することができる。

そして、第１ジャイロセンサ４１及び第２ジャイロセンサ４２は、３軸角速度センサなので、旋回軸受１６の疲労状態を軸方向及び周方向について検出することができる。

そして、油圧ショベル１の姿勢を検出する圧力センサ２５及び角度計３５を備え、コントローラ５１は、圧力センサ２５及び角度計３５によって検出される油圧ショベル１の姿勢に基づいて旋回装置４の累積疲労値Ｎを算出する累積疲労算出部５３を含み、報知制御部５９は、相対変位算出部５５によって算出された相対変位Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃと累積疲労算出部５３によって算出された累積疲労値Ｎとに基づき旋回軸受１６の点検時期をモニタ５ａに表示するようにしたので、該疲労状態を的確に報知することができる。

そして、モニタ５ａは、上部旋回体３の運転室５に設けられ、報知制御部５９は、モニタ５ａに累積疲労算出部５３による算出結果である動等価荷重Ｐや累積疲労値Ｎを表示するようにしたので、旋回装置４の旋回軸受１６の動等価荷重Ｐや積疲労値Ｎを経時的に報知することができる。

そして、報知制御部５９は、モニタ５ａにより旋回軸受１６の点検時期を表示するようにしたので、旋回装置４の旋回軸受１６の疲労状態が点検を要する状態であることを報知することができる。

以上で本発明に係る作業機械の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

例えば、本実施形態では、累積疲労算出部５３による累積疲労算出処理（ステップＳ１０）で、質量及び重心位置の算出手順について説明したが、上記した算出手順は一例であり、手順を入れ替えることや算出方法を変更してもよい。

また、本実施形態では、ステップＳ３０で相対変位Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃの値に調整値加算するようにしたが、劣化が著しいか否かの閾値である所定値及び規定値から調整値を減算するようにしてもよい。

また、本実施形態では、旋回軸受１６が点検時期であることをモニタ５ａに表示するようにしたが、点検時期が近いことを表示するようにしてもよく、モニタ５ａに表示することに代えて油圧ショベル１の管理者等に通知するようにしてもよい。

また、本実施形態では、図６のフローを用いてコントローラ５１による制御態様を説明したが、同フローの順番は一例であり、本発明を実施可能な程度に順番を入れ替えるようにしてもよい。

１油圧ショベル（作業機械、機体）
２下部走行体
３上部旋回体
４旋回装置
５運転室
５ａモニタ（報知装置）
６フロントアタッチメント（作業装置）
１６旋回軸受
２５圧力センサ（姿勢検出センサ）
３５角度計（姿勢検出センサ）
４１第１ジャイロセンサ
４２第２ジャイロセンサ
５１コントローラ
５３累積疲労算出部
５５相対変位算出部
５７劣化度合推定部
５９報知制御部

Claims

機体を走行させる下部走行体と、
作業装置を有する上部旋回体と、
前記上部旋回体を前記下部走行体に対して旋回させる、旋回軸受を含む旋回装置と、
を備えた作業機械において、
前記下部走行体に設けられる第１ジャイロセンサと、
前記上部旋回体に設けられる第２ジャイロセンサと、
前記旋回軸受の疲労状態を報知する報知装置と、
前記報知装置を制御するコントローラと、を有し、
前記第１ジャイロセンサ及び前記第２ジャイロセンサは、上下方向で視て、前記旋回装置の回転軸を軸にした同一半径の円上に位置する３軸角速度センサであり、
前記コントローラは、
前記第１ジャイロセンサ及び前記第２ジャイロセンサの検出値に基づき、前記第１ジャイロセンサと前記第２ジャイロセンサとの機体前後方向、左右方向及び上下方向の相対的な位置の差である相対変位をそれぞれ算出する相対変位算出部と、
前記報知装置を制御する報知制御部と、
前記相対変位算出部により算出した相対変位に基づき前記旋回軸受の機体前後方向、左右方向及び上下方向における疲労状態をそれぞれ推定する劣化度合推定部と、を含み、
前記報知制御部は、前記劣化度合推定部により推定した前記旋回軸受の疲労状態に応じて所定の報知態様で報知することを特徴とする作業機械。
前記第１ジャイロセンサは、前記下部走行体における前記旋回装置の外周縁の下方に設けられている、
ことを特徴とする、請求項１に記載の作業機械。
前記機体の姿勢を検出する姿勢検出センサを備え、
前記コントローラは、前記姿勢検出センサによって検出される前記機体の姿勢に基づいて前記旋回装置の累積疲労値を算出する累積疲労算出部を含み、
前記報知制御部は、前記相対変位算出部によって算出された前記相対変位と前記累積疲労算出部によって算出された前記累積疲労値とに基づき前記旋回軸受の疲労状態を前記所定の報知態様で報知する、
ことを特徴とする、請求項１に記載の作業機械。
前記報知装置は、前記上部旋回体の運転室に設けられるモニタであり、
前記報知制御部は、前記モニタに前記相対変位算出部による算出結果を表示する、
ことを特徴とする、請求項１に記載の作業機械。
前記報知制御部は、前記報知装置により前記旋回軸受の点検時期を報知する、
ことを特徴とする、請求項１に記載の作業機械。