JPH0435579B2 - - Google Patents

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JPH0435579B2
JPH0435579B2 JP18830783A JP18830783A JPH0435579B2 JP H0435579 B2 JPH0435579 B2 JP H0435579B2 JP 18830783 A JP18830783 A JP 18830783A JP 18830783 A JP18830783 A JP 18830783A JP H0435579 B2 JPH0435579 B2 JP H0435579B2
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JP
Japan
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load
fulcrum
length
angle
pressure
Prior art date
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Expired
Application number
JP18830783A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS6082595A (en
Inventor
Shuichi Ichama
Yukio Aoyanagi
Tomohiko Yasuda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Construction Machinery Co Ltd filed Critical Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication of JPS6082595A publication Critical patent/JPS6082595A/en
Publication of JPH0435579B2 publication Critical patent/JPH0435579B2/ja
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  • Operation Control Of Excavators (AREA)
  • Component Parts Of Construction Machinery (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、複数のリンク機構を駆動して積荷の
移送を行なう、例えば油圧シヨベル、ホイールロ
ーダ、トラクタシヨベル等の積荷の荷重を演算す
る作業機械の荷重演算装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a load calculation device for a working machine that calculates the load of a load such as a hydraulic excavator, a wheel loader, a tractor shovel, etc., which transfers the load by driving a plurality of link mechanisms. .

複数のリンク機構を備えた油圧シヨベル、ホイ
ールローダ、トラクタシヨベル等の作業機械にあ
つては、しばしば重量物をある個所から他の個所
へ移送する作業を行なう。このような作業とし
て、油圧シヨベルを例にとつて説明すると、掘削
した土砂又は岩石等を待機しているダンプトラツ
クに積み込む場合、あるいは化学プラントにおい
て多量の石灰岩を反応炉に投入する場合等が考え
られる。これらの作業において、掘削した土砂、
岩石等の荷重が判ればダンプトラツクへの積載量
の調整が可能であり、又、石灰岩の荷重が判れば
定められた一定量の投入が可能である。そして、
これら積荷を油圧シヨベルに積載した状態でその
荷重を知ることができれば、計量のための多くの
時間と手間を省くことができ、作業の効率を著し
く向上させることができる。
BACKGROUND OF THE INVENTION Working machines such as hydraulic shovels, wheel loaders, and tractor shovels that are equipped with a plurality of link mechanisms are often used to transport heavy objects from one location to another. Using a hydraulic excavator as an example, examples of such work include loading excavated earth, sand, rocks, etc. onto a waiting dump truck, or loading a large amount of limestone into a reactor at a chemical plant. It will be done. During these operations, excavated earth and sand,
If the load of rocks, etc. is known, it is possible to adjust the loading amount on the dump truck, and if the load of limestone is known, it is possible to throw in a predetermined fixed amount. and,
If it is possible to know the load of these loads when they are loaded on a hydraulic excavator, a lot of time and effort for weighing can be saved, and work efficiency can be significantly improved.

従来、油圧クレーンにおいては、転倒防止や計
量省略のため、その吊荷の荷重演算装置が使用さ
れていた。このような荷重演算装置を図に基づい
て説明する。
Conventionally, in hydraulic cranes, a load calculation device for the suspended load has been used to prevent overturning and omit weighing. Such a load calculation device will be explained based on the drawings.

第1図は油圧クレーンの側面図である。図で、
1は油圧クレーンの本体、2は本体1に揺動支点
Aを中心に揺動可能に支持されたブーム、3はブ
ーム2を起伏させるブームシリンダ、3rはブー
ムシリンダ3のロツドである。ブームシリンダ3
は本体1に揺動支点Bを中心に揺動可能に支持さ
れており、そのロツド3rの先端はブーム2と結
合点Cにおいて可回動に結合されている。4はウ
インチ、5はウインチ4からブーム先端Dを通つ
て懸架されたワイヤ、6はワイヤ先端のフツク、
7はフツク6に吊下げられた吊荷である。吊荷7
の荷重がWで示されている。8は揺動支点Aに設
けられた角度計、9はブームシリンダ3のヘツド
側の圧力を測定する圧力計、9′はブームシリン
ダ3のロツド側の圧力を測定する圧力計である。
Eはブーム2、ワイヤ5、フツク6の重心の位
置、W0はそれらの重量を示す。
FIG. 1 is a side view of the hydraulic crane. In the figure,
1 is a main body of a hydraulic crane; 2 is a boom swingably supported by the main body 1 around a swing fulcrum A; 3 is a boom cylinder for raising and lowering the boom 2; and 3r is a rod of the boom cylinder 3. Boom cylinder 3
is supported by the main body 1 so as to be swingable about a swing fulcrum B, and the tip of the rod 3r is rotatably connected to the boom 2 at a connection point C. 4 is a winch, 5 is a wire suspended from the winch 4 through the boom tip D, 6 is a hook at the tip of the wire,
7 is a hanging load suspended from the hook 6. Hanging load 7
The load is indicated by W. 8 is an angle meter provided at the swing fulcrum A; 9 is a pressure gauge for measuring the pressure on the head side of the boom cylinder 3; and 9' is a pressure gauge for measuring the pressure on the rod side of the boom cylinder 3.
E indicates the position of the center of gravity of the boom 2, wire 5, and hook 6, and W 0 indicates their weight.

第2図は第1図に示す油圧クレーンの各部の寸
法を示す線図である。lは支点Aとブーム先端D
の垂線間の長さ、l0は支点Aと重心Eの垂線間の
長さ、l1は支点Aと支点B間の長さ、l2は支点A
と結合点C間の長さ、l3は支点Bと結合点C間の
長さ、l4は支点Cと重心E間の長さ、l5は支点A
とブーム先端D間の長さ、lcは線分BCから支点
Aに対して支点Aに対して引いた垂線の長さであ
る。又、θ1は線分ABと水平線のなす角、θ2は線
分ABと線分BCのなす角、θ3は線分ABと線分AC
のなす角である。
FIG. 2 is a diagram showing the dimensions of each part of the hydraulic crane shown in FIG. 1. l is the fulcrum A and the boom tip D
l 0 is the length between the perpendiculars of fulcrum A and center of gravity E, l 1 is the length between fulcrum A and fulcrum B, l 2 is the length of fulcrum A
and the length between the fulcrum B and the connecting point C, l 3 is the length between the fulcrum B and the connecting point C, l 4 is the length between the fulcrum C and the center of gravity E, l 5 is the fulcrum A
and the length between boom tip D, l c is the length of a perpendicular line drawn from line BC to fulcrum A to fulcrum A. Also, θ 1 is the angle between line segment AB and the horizontal line, θ 2 is the angle between line segment AB and line segment BC, and θ 3 is the angle between line segment AB and line segment AC.
It is the angle formed by

以上の数値を用い、支点Aまわりのモーメント
のバランスを考えて吊荷7の荷重Wを求める。
今、ブームシリンダ3のヘツド側断面積をSb、ロ
ツド側断面積をS′b、ブームシリンダ3のヘツド
側の圧力をPb、ロツド側の圧力をP′bとすると、
ブームシリンダ3の推力Fbは Fb=Pb・Sb−P′b・S′b この推力Fbは、吊荷7の荷重Wによるモーメ
ントおよび自重W0によるモーメントと均り合つ
ているので、 l・W+l0・W0=Fb・lc したがつて、 W=(Fb・lc−l0・W0)/l ここで、ヘツド側断面積Sbは既知、ヘツド側圧
力Pbは圧力計9により測定されるので、推力Fb
は既知である。又、自重W0も既知である。した
がつて、長さl,l0,lcが得られれば吊荷7の荷
重Wを知ることができる。
Using the above numerical values, the load W of the suspended load 7 is determined by considering the balance of the moment around the fulcrum A.
Now, if the head side cross-sectional area of the boom cylinder 3 is S b , the rod side cross-sectional area is S' b , the pressure on the head side of the boom cylinder 3 is P b , and the pressure on the rod side is P' b ,
The thrust force F b of the boom cylinder 3 is F b =P b・S b −P′ b・S′ bThis thrust force F b is balanced with the moment due to the load W of the suspended load 7 and the moment due to its own weight W 0 Therefore, l・W+l 0・W 0 =F b・l c Therefore, W=(F b・l c −l 0・W 0 )/l Here, the head side cross-sectional area S b is known, and the head side Since the pressure P b is measured by the pressure gauge 9, the thrust force F b
is known. Moreover, the dead weight W 0 is also known. Therefore, if the lengths l, l 0 , and l c are obtained, the load W of the suspended load 7 can be known.

まず、長さlは次式により表わすことができ
る。
First, the length l can be expressed by the following equation.

l=l5cos(θ3−θ1) ここで、長さl5および角度θ1は既知、角度θ3
角度計8で測定されるので、長さlを求めること
ができる。
l=l 5 cos(θ 3 −θ 1 ) Here, since the length l 5 and the angle θ 1 are known and the angle θ 3 is measured by the angle meter 8, the length l can be determined.

次に、長さl0は次式により表わすことができ
る。
Next, the length l 0 can be expressed by the following equation.

l0=l4cos(θ3−θ1) ここで、長さl4と角度θ1は既知、角度θ3は測定
により得られるので、長さl0を求めることができ
る。
l 0 =l 4 cos(θ 3 −θ 1 ) Here, since the length l 4 and the angle θ 1 are known and the angle θ 3 can be obtained by measurement, the length l 0 can be determined.

最後に、長さlcは次式により表わすことができ
る。
Finally, the length l c can be expressed by the following equation:

lc=l1sinθ2 ここで、長さl1は既知であり、角度θ2は未知で
ある。そこで、以下角度θ2を求めることにする。
第2図から、l3・sinθ2=l2・sinθ3の関係があるの
で、角度θ2は次のように表わされる。
l c = l 1 sin θ 2 where the length l 1 is known and the angle θ 2 is unknown. Therefore, the angle θ 2 will be found below.
From FIG. 2, since there is a relationship l 3 · sin θ 2 = l 2 · sin θ 3 , the angle θ 2 can be expressed as follows.

θ2=sin-1(l2/l3sinθ3) 上式では長さl3のみ未知であるが、長さl3は図
から次式により表わされる。
θ 2 =sin −1 (l 2 /l 3 sin θ 3 ) In the above equation, only the length l 3 is unknown, but the length l 3 can be expressed by the following equation from the figure.

l3=(l1 2+l2 2−2・l1・l2cosθ31/2 長さl1,l2は既知、角度θ3は測定により得られ
るので、長さl3を求めることができ、結局、長さ
lcを知ることができる。
l 3 = (l 1 2 + l 2 2 −2・l 1・l 2 cosθ 3 ) 1/2 Since the lengths l 1 and l 2 are known and the angle θ 3 can be obtained by measurement, find the length l 3 After all, the length can be
You can know l c .

以上説明したように、既知の値および角度計8
と圧力計9の測定値を用い上記の演算により吊荷
7の荷重Wを求めることができる。
As explained above, the known value and the angle meter 8
The load W of the suspended load 7 can be determined by the above calculation using the measured value of the pressure gauge 9.

ところで、上記の手段を適用して油圧シヨベル
等の積荷の荷重を求めようとすると極めて重大な
問題が生じる。以下、この問題点を図により説明
する。
By the way, when trying to obtain the load of a cargo such as a hydraulic excavator by applying the above-mentioned means, an extremely serious problem arises. This problem will be explained below using figures.

第3図は油圧シヨベルのフロント部の側面図で
ある。図で、10は油圧シヨベル本体、11は本
体10に揺動支点Fを中心に揺動可能に支持され
たブーム、12はアーム、13はバケツトであ
る。14はブーム11を起伏させるブームシリン
ダであり、本体10に揺動支点Gを中心に揺動可
能に支持されている。又、14rはブームシリン
ダ14のロツドであり、その先端は結合点Hにお
いてブーム11と可回動に結合されている。15
はアームシリンダ、16はバケツトシリンダであ
る。17はブーム揺動支点Fに設けられた角度
計、18はブームシリンダ14のヘツド側の圧力
を測定する圧力計、18′はブームシリンダ14
のロツド側の圧力を測定する圧力計である。又、
19はバケツト13内に積み込まれた土砂又は岩
石のような積荷である。
FIG. 3 is a side view of the front section of the hydraulic excavator. In the figure, 10 is a hydraulic excavator main body, 11 is a boom supported by the main body 10 so as to be swingable about a swinging fulcrum F, 12 is an arm, and 13 is a bucket. A boom cylinder 14 raises and lowers the boom 11, and is supported by the main body 10 so as to be swingable about a swing fulcrum G. Further, 14r is a rod of the boom cylinder 14, the tip of which is rotatably connected to the boom 11 at a connection point H. 15
is an arm cylinder, and 16 is a bucket cylinder. 17 is an angle meter installed at the boom swing fulcrum F; 18 is a pressure gauge that measures the pressure on the head side of the boom cylinder 14; and 18' is the boom cylinder 14.
This is a pressure gauge that measures the pressure on the rod side. or,
Reference numeral 19 denotes cargo such as earth and sand or rocks loaded into the bucket 13.

ところで、前述した油圧クレーンの吊荷7の荷
重Wを演算する場合には、吊荷7の重心は常にブ
ーム先端Dから吊り下げられたワイヤ5の垂線上
にあり、一定している。しかしながら、油圧シヨ
ベルのバケツト13に積み込まれる積荷の重心
は、積荷の種類、積荷の量、積荷の積込方法等に
よりその積み込みの都度変化して一定でない。し
たがつて、油圧シヨベルの積荷の荷重を前述の油
圧クレーンの吊荷の荷重を求める手法で求める
と、可成りの誤差の発生を免れ得ないという問題
を生じるのである。これを以下に説明する。
By the way, when calculating the load W of the suspended load 7 of the above-mentioned hydraulic crane, the center of gravity of the suspended load 7 is always on the perpendicular line of the wire 5 suspended from the boom tip D and is constant. However, the center of gravity of the load loaded into the bucket 13 of the hydraulic excavator changes each time it is loaded depending on the type of load, the amount of load, the method of loading the load, etc., and is not constant. Therefore, if the load of a hydraulic excavator is determined by the above-mentioned method of determining the load of a suspended load of a hydraulic crane, a problem arises in that a considerable amount of error inevitably occurs. This will be explained below.

第3図で、積荷19の仮に定めた重心位置を
X、その真の重心位置をYとする。又、真の重心
位置Yとしたときの積荷の荷重(真の荷重)を
W、重心位置Xとしたときの積荷の荷重を(W−
ΔW)とする。さらに、支点Fと仮定した重心位
置X間の水平方向の長さをl6、仮定した重心位置
Xと真の重心位置Y間の水平方向の長さをΔl6
線分GHから支点Fに対して引いた垂線の長さを
lc′、ブームシリンダ14の反力をFbとする。又、
油圧シヨベルのフロント機構の自重をw、支点F
とフロント機構の重心位置間の水平距離をlとす
ると、フロント機構の自重によるモーメントは
wlとなる。そして、積荷19の自重位置が常に
Xにあるとして、さきの油圧クレーンにおいて使
用した手法で積荷19の荷重を求めると、 (W−ΔW)・l6=Fb・lc′−wl となる。一方、真の荷重Wは W(l6−Δl6)=Fb・lc′−wl であるから、結局、演算された値は誤差ΔWを有
し、ΔW=Δl6/l6・Wとなり、真の重心位置Yが仮 定した重心位置Xから遠くなる程、即ち、長さ
Δl6が大きくなる程、誤差ΔWも大きくなり、
偶々、両重心位置X,Yが一致したとき以外は、
正確な荷重を得ることができないことになる。
In FIG. 3, let X be the tentatively determined center of gravity position of the cargo 19, and Y be its true center of gravity position. Also, the load of the cargo (true load) when the true center of gravity position Y is W, and the load of the cargo when the center of gravity position X is (W-
ΔW). Furthermore, the horizontal length between the fulcrum F and the assumed center of gravity position X is l 6 , the horizontal length between the assumed center of gravity position X and the true center of gravity position Y is Δl 6 ,
The length of the perpendicular drawn from line segment GH to fulcrum F is
l c ', and the reaction force of the boom cylinder 14 is F b . or,
The dead weight of the front mechanism of the hydraulic excavator is w, the fulcrum F
If the horizontal distance between the front mechanism and the center of gravity of the front mechanism is l, the moment due to the front mechanism's own weight is
It becomes wl. Then, assuming that the load 19's own weight position is always at X, and calculating the load of the load 19 using the method used for the previous hydraulic crane, it becomes (W-ΔW)・l 6 =F b・l c ′−wl . On the other hand, since the true load W is W(l 6 −Δl 6 )=F b・l c ′−wl, the calculated value has an error ΔW, and ΔW=Δl 6 /l 6・W Therefore, the farther the true center of gravity position Y is from the assumed center of gravity position X, that is, the larger the length Δl 6 , the larger the error ΔW becomes.
Unless by chance, both center of gravity positions X and Y coincide,
This means that it will not be possible to obtain an accurate load.

本発明の目的は、上記従来の問題点を解決し、
積荷の重心位置が一定でなくても、その積荷の正
確な荷重を得ることができる作業機械の荷重演算
装置を提供するにある。
The purpose of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems,
To provide a load calculating device for a working machine capable of obtaining an accurate load of a load even if the position of the center of gravity of the load is not constant.

この目的を達成するため、本発明は、積荷の移
送を行なう複数のリンク機構と、これらリンク機
構を駆動する油圧アクチユエータとを備えた作業
機械において、前記各リンク機構のうちの少なく
とも2つのリンク機構の相対的角度を検出する角
度検出装置と、前記油圧アクチユエータのうち前
記少なくとも2つのリンク機構を駆動する油圧ア
クチユエータの圧力を検出する圧力検出装置と、
前記角度検出装置で検出された検出値および前記
圧力検出装置で検出された検出値に基づいて所定
の演算により前記積荷による荷重を算出する演算
部とを設けたことを特徴とする。
In order to achieve this object, the present invention provides a work machine that includes a plurality of link mechanisms that transfer loads and a hydraulic actuator that drives these link mechanisms, in which at least two link mechanisms of each of the link mechanisms are an angle detection device that detects a relative angle of the hydraulic actuators; and a pressure detection device that detects the pressure of a hydraulic actuator that drives the at least two link mechanisms among the hydraulic actuators.
The present invention is characterized by further comprising a calculation unit that calculates the load due to the cargo by a predetermined calculation based on the detection value detected by the angle detection device and the detection value detected by the pressure detection device.

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be explained based on illustrated embodiments.

第4図は本発明の実施例に係る荷重演算装置に
用いられる検出装置を備えた油圧シヨベルのフロ
ント部の側面図である。図で、第3図に示す部分
と同一部分には同一符号が付してある。20はブ
ーム11に揺動可能に支持されたアーム12の揺
動支点Jに設けられた角度計、21はアームシリ
ンダ15のヘツド側の圧力を測定する圧力計、2
2はアームシリンダ15のロツド側の圧力を測定
する圧力計である。又、Kはブーム11に揺動可
能に支持されたアームシリンダの揺動支点、Mは
アームシリンダ15のロツド15rとアーム12
とが可回動に結合される結合点を示す。さらに、
支点Fと積荷19の重心位置の水平方向の長さを
l7、支点Fと支点Jの水平方向の長さをl8、支点
Jと積荷19の重心位置の水平方向の長さをl9
線分GHから支点Fに対して引いた垂線の長さを
lc1、線分KMの延長線から支点Jに対して引いた
垂線の長さをlc2とする。
FIG. 4 is a side view of the front portion of a hydraulic excavator equipped with a detection device used in a load calculation device according to an embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIG. 3 are given the same reference numerals. Reference numeral 20 indicates an angle meter provided at the pivot point J of the arm 12 which is swingably supported by the boom 11; 21 indicates a pressure gauge for measuring the pressure on the head side of the arm cylinder 15;
A pressure gauge 2 measures the pressure on the rod side of the arm cylinder 15. Further, K is the swinging fulcrum of the arm cylinder swingably supported by the boom 11, and M is the rod 15r of the arm cylinder 15 and the arm 12.
It shows the connection point where the and are rotatably connected. moreover,
The horizontal length between the fulcrum F and the center of gravity of the load 19 is
l 7 , the horizontal length of the fulcrum F and the fulcrum J is l 8 , the horizontal length of the fulcrum J and the center of gravity of the load 19 is l 9 ,
The length of the perpendicular drawn from line segment GH to fulcrum F is
Let l c1 be the length of the perpendicular drawn from the extension of line segment KM to the fulcrum J as l c2 .

第5図は第4図に示す油圧シヨベルのフロント
部における各部の寸法を示す線図である。l10
支点Fと支点G間の長さ、l11は支点Fと結合点
H間の長さ、l12は支点Gと結合点H間の長さ、θ4
は線分FHと線分FGのなす角、θ5は線分FGと線
分GHのなす角である。又、l13は支点Kと結合点
M間の長さ、l14は支点kと支点J間の長さ、l15
は結合点Mと支点J間の長さ、θ6は線分JMと線
分JKのなす角、θ7は線分KMと線分KJのなす角
である。又、Nはブーム重心位置、l50は支点F
と重心位置N間の長さ、α1は線分FHと線分FN
のなす角、Wbはブームの重さ、Rはアームおよ
びバケツトの重心位置、l51は支点Jと重心位置
R間の長さ、l52は支点Fと支点J間の長さ、α2
は線分JMと線分JRのなす角、β1は水平線(一点
鎖線で示されている)と線分FGのなす角、β2
線分FJと線分FHのなす角、β3は線分FJと線分
MJのなす角、Waはアームおよびバケツトの重さ
である。
FIG. 5 is a diagram showing dimensions of various parts in the front part of the hydraulic excavator shown in FIG. 4. l 10 is the length between fulcrum F and fulcrum G, l 11 is the length between fulcrum F and connection point H, l 12 is the length between fulcrum G and connection point H, θ 4
is the angle between line segment FH and line segment FG, and θ 5 is the angle between line segment FG and line segment GH. Also, l 13 is the length between fulcrum K and connection point M, l 14 is the length between fulcrum k and fulcrum J, and l 15
is the length between the connection point M and the fulcrum J, θ 6 is the angle between line segment JM and line segment JK, and θ 7 is the angle between line segment KM and line segment KJ. Also, N is the boom center of gravity position, l 50 is the fulcrum F
and the length between the center of gravity N, α 1 is the line segment FH and the line segment FN
W b is the weight of the boom, R is the center of gravity position of the arm and bucket, l 51 is the length between the fulcrum J and the center of gravity position R, l 52 is the length between the fulcrum F and the fulcrum J, α 2
is the angle between line segment JM and line segment JR, β 1 is the angle between the horizontal line (indicated by a dashed line) and line segment FG, β 2 is the angle between line segment FJ and line segment FH, and β 3 is the angle between line segment FJ and line segment FH. Line segment FJ and line segment
The angle formed by MJ, W a , is the weight of the arm and bucket.

ここで、まず、支点はまわりのモーメントのバ
ランスを考える。積荷19の荷重Wによるモーメ
ントは、W・l7、ブームシリンダ14の反力Fb
(前述のようにFb=Pb・Sb−P′b・S′b)によるモ
ーメントはFb=・lc1であり、両者は等しいので、 Fb・lc1=W・l7+w′l′ ……(1) ここで、w′l′は w′l′=Wb・l50cos(θ4+α1−β1)−Wa{l52・ cos(θ4−β1−β2)+l51cos(β1+β2+ β3−θ4+θ6+α2−π)} であり、これら各角度、距離および重さは既知で
あるので、w′l′も既知である。又、値Fbも既知で
ある。したがつて、(1)式で未知の値は、値lc1
W,l7である。そこで、長さlc1をを求める。長さ
lc1は次式で表わされる。
First, consider the balance of moments around the fulcrum. The moment due to the load W of the cargo 19 is W・l 7 , the reaction force F b of the boom cylinder 14
(As mentioned above, the moment due to F b = P b · S b − P′ b · S′ b ) is F b = · l c1 , and since both are equal, F b · l c1 = W · l 7 + w ′l′ ...(1) Here, w′l′ is w′l′=W b・l 50 cos(θ 41 −β 1 )−W a {l 52・cos(θ 4 −β 1 −β 2 ) +l 51 cos(β 12 + β 3 −θ 462 −π)}, and since each of these angles, distances, and weights are known, w′l′ is also known. be. Also, the value F b is also known. Therefore, the unknown value in equation (1) is the value l c1 ,
W, l 7 . Therefore, find the length l c1 . length
l c1 is expressed by the following formula.

lc1〜≡l10sinθ5 長さl10は既知、角度θ5は未知であるが、この角
度θ5については、 l11sinθ4=l12sinθ5 l12=(l10 2+l11 2−2・l10・l11cosθ41/2 の関係から、 θ5=sin-1(l11/l12sinθ4) として求めることができる(長さl10,l11は既知、
角度θ4は角度計17により測定される。)。(1)式に
おける未知の値W,l7はそのままとして、次に、
支点Jまわりのモーメントのバランスを考える。
積荷19の荷重Wによるモーメントは、W・l9
アームシリンダ12の反力Faによるモーメント
はFa・lc2であり、両者は等しいので、 Fa・lc2=W・l9+Wa・l51cos(β1+β2+β3−θ4 +θ6+α2−π) =W(l7−l3)+Wa・l51cos(β1+β2
β3−θ4+θ6+α2−π) ……(2) となる。そして、(2)式で右辺第2項は既知であ
る。ここで、アームシリンダ15のヘツド側の受
圧面積をSh、受圧力をPh、ロツド側の受圧面積
をSr、受圧力をPrとすると、フロント部が第4図
に示す姿勢にある場合の反力Faは、 Fa=Sr・Pr−Sh・Ph となる。そして、受圧力Pr,Phはそれぞれ圧力
計22,21により測定されるのであるから、前
記(2)式のうちFaも既知となる。又、支点Fと支
点J間の長さも定まつているので、長さl3も既知
である。したがつて、(2)式における未知の値は、
長さlc2,l7、荷重Wとなる。
l c1 ~≡l 10 sinθ 5The length l 10 is known and the angle θ 5 is unknown, but for this angle θ 5 , l 11 sinθ 4 = l 12 sinθ 5 l 12 = (l 10 2 + l 11 2 From the relationship -2・l 10・l 11 cosθ 4 ) 1/2 , it can be determined as θ 5 = sin -1 (l 11 /l 12 sinθ 4 ) (lengths l 10 and l 11 are known,
The angle θ 4 is measured by the angle meter 17. ). Leaving the unknown value W, l 7 in equation (1) as is, next,
Consider the balance of moments around fulcrum J.
The moment due to the load W of the cargo 19 is W・l 9 ,
The moment due to the reaction force F a of the arm cylinder 12 is F a・l c2 , and since both are equal, F a・l c2 = W・l 9 + W a・l 51 cos (β 1 + β 2 + β 3 −θ 462 −π) = W (l 7 − l 3 ) + W a・l 51 cos (β 1 + β 2 +
β 3 −θ 462 −π) ...(2). In equation (2), the second term on the right side is known. Here, if the pressure receiving area on the head side of the arm cylinder 15 is S h , the receiving pressure is P h , the pressure receiving area on the rod side is S r , and the receiving pressure is P r , then the front part is in the posture shown in FIG. The reaction force F a in this case is F a =S r・P r −S h・P h . Since the received pressures P r and P h are measured by the pressure gauges 22 and 21, respectively, F a in equation (2) is also known. Furthermore, since the length between the fulcrum F and the fulcrum J is also determined, the length l3 is also known. Therefore, the unknown value in equation (2) is
The lengths are l c2 and l 7 and the load is W.

そこで、長さlc2を求めることにする。長さlc2
は次式で表わされる。
Therefore, we will find the length l c2 . length l c2
is expressed by the following equation.

lc2=l14sinθ7 長さl14は既知であり、角度θ7は未知であるが、
この角度θ7については、 l15sinθ6=l13sinθ7 l13(l14 2+l15 2−2・l14・l15cosθ6) の関係から θ7=sin-1(l15/l13sinθ6) として求めることができる。ここで、長さl14
l15は既知であり、角度θ6は角度計20により測定
されるので、長さl13が算出され、角度θ7を求める
ことができるのである。
l c2 = l 14 sin θ 7The length l 14 is known and the angle θ 7 is unknown, but
Regarding this angle θ 7 , θ 7 = sin -1 ( l 15 / l 13 sinθ 6 ). Here, the length l 14 ,
Since l 15 is known and the angle θ 6 is measured by the angle meter 20, the length l 13 can be calculated and the angle θ 7 can be determined.

さて、上記(1)式と(2)式を未知の値W,l7の連立
方程式とし、この連立方程式を解くと、積荷19
の荷重Wは、 W=1/l3{Fb・lc1−Fa・lc2−w′l′+Wa・l51cos (β1+β2+β3−θ4+θ6+α2−π) として求めることができる。なお、長さl7は、 l7=Fb・l8・lc1/Fb・lc1−Fa・lc2 となる。
Now, let the above equations (1) and (2) be simultaneous equations with unknown values W, l 7 , and when you solve this simultaneous equation, the cargo 19
The load W of _ _ _ _ _ _ _ _ _ ) can be obtained as Note that the length l 7 is expressed as l 7 =F b ·l 8 ·l c1 /F b ·l c1 −F a ·l c2 .

結局、積荷19の荷重は、定まつている長さ
l8,l10,l11,l14,l15、ブームシリンダ14のヘ
ツド側断面積Sb、アームシリンダ14のヘツド
側、ロツド側断面積Sh,Srおよび角度計17,2
0の測定値θ4,θ6、圧力計18,21,22の測
定値Pb,Ph,Prに基づき、前述の演算を行なう
ことにより求めることができる。この演算は第6
図に示す演算部で行なわれる。
After all, the load of the cargo 19 is determined by the length
l 8 , l 10 , l 11 , l 14 , l 15 , boom cylinder 14 head side cross-sectional area S b , arm cylinder 14 head side and rod side cross-sectional areas S h , S r and angle meters 17, 2
It can be determined by performing the above-mentioned calculation based on the measured values θ 4 and θ 6 of zero and the measured values P b , P h , and Pr of the pressure gauges 18, 21, and 22. This operation is the sixth
This is performed in the arithmetic unit shown in the figure.

第6図は本発明の実施例に係る油圧シヨベルの
荷重演算装置のブロツク図である。図で、17,
20は第4図に示す角度計、18,21,22は
同じく第4図に示す圧力計である。23はマイク
ロコンピユータで構成される演算部でり、角度計
17,20、圧力計18,21,22の検出信号
を順次切換えて入力するマルチプレクサ23a、
入力した検出信号をデイジタル値に変換するA/
D変換器の23b、所要の演算、制御を行なう
CPU(中央処理装置)23c、CPU23cの処理
手順を記憶するROM(リード・オンリ・メモリ)
23d、前記定まつた既知の長さl8,l10,l11
l14,l15、各シリンダの断面積Sh,Srを記憶する
ROM(リード・オンリ・メモリ)23e、入力
した値や演算結果を一時記憶するRAM(ランダ
ム・アクセス・メモリ)23fおよび演算結果を
出力する出力部23gで構成されている。24は
演算部23で演算された値を表示する表示装置で
ある。
FIG. 6 is a block diagram of a load calculation device for a hydraulic excavator according to an embodiment of the present invention. In the figure, 17,
20 is an angle meter shown in FIG. 4, and 18, 21, 22 are pressure gauges also shown in FIG. 23 is a calculation unit composed of a microcomputer, and a multiplexer 23a which sequentially switches and inputs the detection signals of the angle meters 17, 20 and the pressure gauges 18, 21, 22;
A/A that converts the input detection signal into a digital value.
23b of the D converter performs necessary calculations and control.
CPU (Central Processing Unit) 23c, ROM (Read Only Memory) that stores the processing procedures of the CPU 23c
23d, the determined and known lengths l 8 , l 10 , l 11 ,
l 14 , l 15 , memorize the cross-sectional area S h , S r of each cylinder
It is composed of a ROM (read only memory) 23e, a RAM (random access memory) 23f that temporarily stores input values and calculation results, and an output section 23g that outputs the calculation results. 24 is a display device that displays the value calculated by the calculation unit 23.

油圧シヨベルのバケツト13に積荷19が収容
されると、演算部23が作動して角度計17,2
0、圧力計18,21,22の検出値を順次入力
し、これらの検出値とROM23eに記憶された
既知の値に基づき、ROM23dに記憶された手
順にしたがいCPU23cで前記各式に基づく所
定の演算がなされ、積荷19の荷重Wが算出され
る。算出された値Wは出力部23gから表示装置
24に出力され、その値が表示される。
When the cargo 19 is stored in the bucket 13 of the hydraulic excavator, the calculation unit 23 operates and the angle meters 17, 2
0, the detected values of the pressure gauges 18, 21, and 22 are sequentially input, and based on these detected values and the known values stored in the ROM 23e, the CPU 23c calculates the predetermined values based on the above formulas according to the procedure stored in the ROM 23d. The calculation is performed and the load W of the cargo 19 is calculated. The calculated value W is output from the output unit 23g to the display device 24, and the value is displayed.

なお、既知の値をROM23dに記憶して
ROM23eを省略することができる。又、演算
部23は油圧シヨベルにおける他の種々の演算、
制御を行うものと共用することができる。
In addition, the known value is stored in the ROM23d.
The ROM 23e can be omitted. In addition, the calculation unit 23 performs various other calculations in the hydraulic excavator,
It can be shared with the controller.

このように、本実施例では、ブームの揺動支点
まわりにおけるバケツト積荷の荷重によるモーメ
ントとブームシリンダの反力によるモーメントと
のバランス、およびアームの揺動支点まわりにお
けるバケツト積荷の荷重によるモーメントとアー
ムシリンダの反力によるモーメントとのバランス
からバケツトの積荷の荷重を求めるようにしたの
で、その積荷の重心位置に関係なく、正確な荷重
を得ることができる。
In this way, in this embodiment, the balance between the moment due to the load of the bucket load around the swinging fulcrum of the boom and the moment due to the reaction force of the boom cylinder, and the balance between the moment due to the load of the bucket load around the swinging fulcrum of the arm and the arm Since the load of the bucket cargo is determined from the balance with the moment due to the reaction force of the cylinder, an accurate load can be obtained regardless of the position of the center of gravity of the cargo.

なお、上記実施例では油圧シヨベルを例示して
説明したが、ホイールローダ、トラクタシヨベル
等他の種々の作業機械に適用することができる。
又、モーメントのバランスを求める場合、ブーム
の揺動支点まわりのモーメントのバランスとアー
ムの揺動支点まわりのモーメントのバランスを求
めるようにしたが、両者のいずれか一方をバケツ
トの揺動支点まわりのモーメントのバランスと置
き換えることもできる。この場合には、当然バケ
ツト角を検出する角度計およびバケツトシリンダ
の圧力を検出する圧力計が用いられる。さらに、
アクチユエータが油圧モータである場合には、そ
の出口および入口の圧力を検出して油圧モータの
反力を求めることができる。さらに又、演算部は
アナログ回路により構成することもできる。
Although the above embodiment has been explained using a hydraulic shovel as an example, the present invention can be applied to various other working machines such as a wheel loader and a tractor shovel.
In addition, when finding the balance of moments, we calculated the balance of the moment around the swinging fulcrum of the boom and the balance of the moment around the swinging fulcrum of the arm. It can also be replaced with moment balance. In this case, of course, an angle meter for detecting the bucket angle and a pressure gauge for detecting the pressure of the bucket cylinder are used. moreover,
If the actuator is a hydraulic motor, the pressure at its outlet and inlet can be detected to determine the reaction force of the hydraulic motor. Furthermore, the arithmetic unit can also be constructed from an analog circuit.

なお、前記では2つのリンク機構の変位を検出
する場合について説明したが、バケツト13の角
度を検出してアームの値と平均化することによ
り、荷重を検出する精度がさらに良くなる。
Although the case where the displacement of two link mechanisms is detected has been described above, the accuracy of detecting the load can be further improved by detecting the angle of the bucket belt 13 and averaging it with the value of the arm.

以上述べたように、本発明では、作業機械の複
数のリンク機構のうち少なくとも2つのリンク機
構の変位を検出するとともに、これら少なくとも
2つののリンク機構を駆動する油圧アクチユエー
タの圧力を検出し、これら検出値に基づいて所定
の演算を行なうようにしたので、積荷の重心位置
に関係なく、正確な荷重を得ることができる。
As described above, in the present invention, the displacement of at least two link mechanisms among a plurality of link mechanisms of a working machine is detected, and the pressure of the hydraulic actuator that drives these at least two link mechanisms is detected. Since a predetermined calculation is performed based on the detected value, an accurate load can be obtained regardless of the position of the center of gravity of the load.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は油圧クレーンの側面図、第2図は第1
図に示す油圧クレーンの各部の寸法を示す線図、
第3図は油圧シヨベルのフロント部の側面図、第
4図は本発明の実施例に係る荷重演算装置に用い
られる検出装置を備えた油圧シヨベルのフロント
部の側面図、第5図は第4図に示す油圧シヨベル
のフロント部の各部の寸法を示す線図、第6図は
本発明の実施例に係る油圧シヨベルの荷重演算装
置のブロツク図である。 11……ブーム、12……アーム、13……バ
ケツト、14……ブームシリンダ、15……アー
ムシリンダ、17,20……角度計、18,1
8′,21,22……圧力計、19……積荷、2
3……演算部。
Figure 1 is a side view of the hydraulic crane, Figure 2 is the side view of the hydraulic crane, and Figure 2 is the side view of the hydraulic crane.
A diagram showing the dimensions of each part of the hydraulic crane shown in the figure,
3 is a side view of the front part of a hydraulic excavator, FIG. 4 is a side view of the front part of a hydraulic excavator equipped with a detection device used in a load calculation device according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 6 is a diagram showing the dimensions of each part of the front part of the hydraulic excavator shown in the figure, and FIG. 6 is a block diagram of a load calculation device for a hydraulic excavator according to an embodiment of the present invention. 11...Boom, 12...Arm, 13...Bucket, 14...Boom cylinder, 15...Arm cylinder, 17,20...Angle meter, 18,1
8', 21, 22...Pressure gauge, 19...Cargo, 2
3...Arithmetic section.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 積荷の移送を行なう複数のリンク機構と、こ
れらリンク機構を駆動する油圧アクチユエータと
を備えた作業機械において、前記各リンク機構の
うちの少なくとも2つのリンク機構の相対的角度
を検出する角度検出装置と、前記油圧アクチユエ
ータのうち前記少なくとも2つのリンク機構を駆
動する油圧アクチユエータの圧力を検出する圧力
検出装置と、前記角度検出装置で検出された検出
値および前記圧力検出装置で検出された検出値に
基づいて所定の演算により前記積荷よる荷重を算
出する演算部とを設けたことを特徴とする作業機
械の荷重演算装置。
1. An angle detection device that detects the relative angle of at least two of the link mechanisms in a working machine that includes a plurality of link mechanisms that transfer loads and a hydraulic actuator that drives these link mechanisms. and a pressure detection device that detects the pressure of the hydraulic actuator that drives the at least two link mechanisms among the hydraulic actuators, a detection value detected by the angle detection device, and a detection value detected by the pressure detection device. 1. A load calculation device for a working machine, comprising: a calculation unit that calculates the load due to the cargo by a predetermined calculation based on the load.
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