JPH07110287A - 建設機械の稼動診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 作業時の稼動データを少ないメモリ量で効率
良く記録でき、記録データの信頼性を高めることができ
る建設機械の稼動診断装置を提供する。 【構成】 コントロールユニット１４に頻度処理・演算
部分１８とこの頻度処理・演算部分１８で処理されたデ
ータを記録する記録ユニット１９とを内蔵し、作業時
に、センサから計測される各シリンダ８，９，１０のス
トロークや各アクチュエータの圧力、旋回角、走行時
間、燃料消費量等の各種データを頻度処理・演算部分１
８に入力すると、頻度処理・演算部分１８は入力データ
の種類に応じて加算処理２２と平均化処理２３および頻
度処理２４のいずれかを施し、この処理部分で処理され
た加算処理データと平均化処理データおよび頻度分布デ
ータを記録ユニット１９の不揮発性メモリに圧縮記録す
る。また、メンテナンス管理時に、記録ユニット１９に
記録された上記稼動データを読み取り、これらの稼動デ
ータと基準データとを比較して各構成部材の稼動状態を
判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油圧ショベルやクレー
ン等の建設機械の稼動状態を診断する建設機械の稼動診
断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、特開平２−２７０６５３号公
報に記載されているように、建設機械にデータ記録装置
を装備し、このデータ記録装置に記録された稼動データ
に基づいて建設機械の稼動状態を診断するようにした稼
動診断装置が提案されている。このものは、建設機械の
構成部材であるエンジンや油圧ポンプにその作動状態を
計測するセンサをそれぞれ配置し、建設機械の作動時
に、これらセンサより検出されるエンジンや油圧ポンプ
の稼動データをコントローラを介してＩＣカードに記録
し、建設機械のメンテナンス管理時に、上記記録後のＩ
Ｃカードを他のサービス車に装備した解析装置にて解析
することによって、エンジンや油圧ポンプの異常を検出
するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の稼動診断装置では、ＩＣカードの記録容量につ
いて何ら配慮されておらず、例えば、各センサより検出
される稼動データをそのまま時系列データとしてＩＣカ
ードに記録した場合、ＩＣカードに記録すべきデータ量
が膨大となり、建設機械の稼動状態を長期間にわたって
診断することができなくなるという問題があった。ま
た、一般的に建設機械の作業条件は非常に厳しく、作業
時に多くの粉塵や振動を伴うため、ＩＣカードを長期間
記録状態にしておくと、記録データの信頼性が著しく低
下するという別の問題があった。

【０００４】本発明は、上記した従来技術の実情に鑑み
てなされたもので、その第１の目的は、作業時の稼動デ
ータを少ないメモリ量で効率良く記録できる建設機械の
稼動診断装置を提供し、その第２の目的は、記録データ
の信頼性を高めることができる建設機械の稼動診断装置
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記した本発明の第１の
目的は、所定の構成部材の作動状態を計測するセンサ
と、このセンサより検出されるデータを記録する記録装
置とを備え、前記データを用いて機械の稼動状態を診断
する建設機械の稼動診断装置において、前記データを頻
度分布データとして前記記録装置に圧縮記録する手段を
有することによって達成される。また、上記した本発明
の第２の目的は、前記データを記録する記録媒体として
不揮発性メモリを用いることによって達成される。

【０００６】

【作用】建設機械の作業時に、建設機械の所定の構成部
材、例えば油圧シリンダや油圧ポンプ等のアクチュエー
タあるいは該アクチュエータによって駆動されるブーム
やアーム等の作業部材の作動状態をセンサで計測し、該
センサより検出される稼動データをコントローラに入力
すると、コントローラは入力されたデータを時系列デー
タから頻度分布データに変換し、この頻度分布データを
不揮発性メモリに圧縮記録する。そして、建設機械のメ
ンテナンス管理時に、不揮発性メモリに記録された頻度
分布データを読み出し、この頻度分布データと基準デー
タとを比較することにより、建設機械の稼動状態が判定
される。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。まず、図３を用いて建設機械の一例である油圧ショ
ベルの概略構成を説明すると、同図において、１は下部
走行体、２は下部走行体１を走行させる走行モータ、３
は運転室３ａを有する上部旋回体、４は上部旋回体３を
下部走行体２に対して旋回させる旋回モータ、５は上部
旋回体３に回動可能に連結されたブーム、６はブーム５
に回動可能に連結されたアーム、７はアーム６に回動可
能に連結されたバケット、８はブーム５を駆動するブー
ムシリンダ、９はアーム６を駆動するアームシリンダ、
１０はバケット７を駆動するバケットシリンダであり、
ブーム５とアーム６およびバケット７でフロントを構成
している。また、１１は上部旋回体３内に配置されたエ
ンジン、１２はエンジン１１により駆動される油圧ポン
プであり、前述したブームシリンダ８とアームシリンダ
９およびバケットシリンダ１０を含み走行モータ２や旋
回モータ４等の各アクチュエータは、油圧ポンプ１２か
ら吐出される圧油によって駆動される。

【０００８】図４は図３の油圧ショベルの油圧駆動系を
示すブロック図であり、同図において、１３は前記各ア
クチュエータの駆動を制御するコントロールバルブで、
前記油圧ポンプ１２から吐出される圧油はこのコントロ
ールバルブ１３を介して各アクチュエータに供給され、
各アクチュエータの戻り油はコントロールバルブ１３を
通ってタンクへ戻る。１４はコントロールユニット、１
５はモニタであり、このコントロールユニット１４には
前記各シリンダ８，９，１０のストロークや各アクチュ
エータの圧力、旋回角、走行時間、燃料消費量等の各種
データが入力される。これらのデータは各アクチュエー
タやエンジン１１等に装着されたセンサ（図示せず）に
よって計測され、コントロールユニット１４はこれらデ
ータに所定の演算処理を施す。

【０００９】図１は前記コントロールユニット１４の内
部構成を示すブロック図、図２は図１の頻度処理・演算
部分の詳細を示すブロック図である。図１に示すよう
に、前記コントロールユニット１４はセンサコントロー
ラ１６と運転コントローラ１７とを備えており、センサ
で計測された各種データはセンサコントローラ１６を介
して運転コントローラ１７に入力される。この運転コン
トローラ１７は、これらデータのうち必要な情報を用い
てエンジン１１と油圧ポンプ１２およびコントロールバ
ルブ１３に制御信号を出力し、エンジン１１の回転数と
油圧ポンプ１２の押し除け量およびコントロールバルブ
１３の開口量を制御すると共に、必要に応じてアラーム
信号等を出力し、モニタ１５にアラーム表示等を表示す
る。また、前記コントロールユニット１４は頻度処理・
演算部分１８と記録ユニット１９および読み出しユニッ
ト２０とを備えており、前述した各種データはセンサコ
ントローラ１６を介して頻度処理・演算部分１８にも同
時に入力され、ここで処理されたデータは記録ユニット
１９に記録され、必要に応じて読み出しユニット２０か
ら読み出される。この記録ユニット１９は不揮発性のＲ
ＯＭ，ＥＰＲＯＭ等で構成され、他のＲＡＭやＩＣ等と
同じようにコントロールユニット１４内に設置されてい
る。

【００１０】図２に示すように、前記頻度処理・演算部
分１８は、センサコントローラ１６からのデータを入力
する入力インターフェイス２１と、この入力データにそ
の種類に応じて加算処理２２と平均化処理２３および頻
度処理２４のいずれかを施す処理部分と、この処理部分
で処理されたデータを前記記録ユニット１９に出力する
出力インターフェイス２５とで構成されている。ここ
で、加算処理２２への入力データとしてはアワーメータ
から求められる走行時間，稼動時間等があり、加算処理
２２はこれら走行時間や稼動時間をカウントして加算処
理データを得る。また、平均化処理２３への入力データ
としてはエンジン１１の燃料消費量を稼動時間で除した
時間当りの燃費があり、平均化処理２３は所定の稼動時
間内における燃費の平均値を演算して平均化処理データ
を得る。さらに、頻度処理２４への入力データとして
は、前記フロントや上部旋回体３の高負荷部分に装着し
た歪ゲージから求められる応力データや、各アクチュエ
ータの圧力およびトルク、各シリンダ８，９，１０の圧
力に流量を積算したフロント負荷等があり、頻度処理２
４はこれらのデータから頻度分布を演算して頻度分布デ
ータを得る。

【００１１】このように構成された油圧ショベルにあっ
て、各アクチュエータを動作して掘削等の作業を行って
いる時に、各アクチュエータやエンジン１１等に装着さ
れたセンサからその作動状態が計測され、これら各種デ
ータがコントロールユニット１４に入力される。コント
ロールユニット１４に入力した各種データは、センサコ
ントローラ１６を介して運転コントローラ１７と頻度処
理・演算部分１８とにそれぞれ入力され、運転コントロ
ーラ１７は、これらデータのうち必要な情報を用いてエ
ンジン１１の回転数と油圧ポンプ１２の押し除け量およ
びコントロールバルブ１３の開口量を制御すると共に、
必要に応じてモニタ１５にアラーム表示等を表示する。
一方、頻度処理・演算部分１８は、入力インターフェイ
ス２１に入力したデータの種類に応じて加算処理２２と
平均化処理２３および頻度処理２４のいずれかの処理を
行う。

【００１２】ここで、加算処理２２はアワーメータから
求められる走行時間や稼動時間を入力し、これら走行時
間や稼動時間をカウントすることにより加算処理データ
を得、この加算処理データは出力インターフェイス２５
を介して記録ユニット１９の不揮発性メモリに記録され
る。

【００１３】また、平均化処理２３はエンジン１１の燃
料消費量を稼動時間で除した時間当りの燃費等を入力
し、この入力データの一定稼動期間当りの平均値を演算
して平均化処理データを得る。図５はエンジンの燃費の
平均化処理データを示すものであり、この場合、平均化
処理２３で１日の稼動時間当りの平均燃費を演算し、そ
の平均値から平均燃費の時系列データを求めている。こ
のように平均化処理２３を行うと、エンジンの時間当り
の燃費を単に時系列データとして記録した場合に比べ
て、データ量が大幅に少なくなり、長期間における燃費
のデータを少ないメモリ量で記録することができる。な
お、平均化する稼動期の単位は１日に限らず、１週間あ
るいは１ヶ月の稼動時間当りの平均燃費を求めても良
く、このようにして求められた平均化処理データも出力
インターフェイス２５を介して記録ユニット１９の不揮
発性メモリに記録される。

【００１４】さらに、頻度処理２４はフロントや上部旋
回体３の高負荷部分に装着した歪ゲージから求められる
応力データや、各アクチュエータの圧力およびトルク、
各シリンダ８，９，１０の圧力に流量を積算したフロン
ト負荷等を入力し、これらのデータから頻度分布を演算
して頻度分布データを得る。例えば、図６（ａ）に示す
ように、頻度処理２４にフロントのある点の応力の時系
列データを入力した場合、頻度処理２４はまずこれをＡ
／Ｄ変換し、時系列データとしてサンプリングする。こ
のままでは非常に多量のデータとなるため、頻度処理２
４はある応力幅を設定し、この応力幅に対する１データ
としてカウントし、これを次々と演算することにより、
図６（ｂ）に示す頻度分布データを得る。この時、頻度
分布を計数処理する方法として、レインフロー法等の定
型化された手法を用いても良い。その他、頻度処理２４
にトルクのデータが入力した場合は、図７に示すように
トルクの頻度分布データが得られ、また、頻度処理２４
にアーム負荷（アームシリンダ圧力×流量）のデータが
入力した場合は、図８に示すようにアーム負荷の頻度分
布データが得られ、このようにして求められた頻度分布
データも出力インターフェイス２５を介して記録ユニッ
ト１９の不揮発性メモリに記録される。

【００１５】そして、油圧ショベルのメンテナンス管理
時に、例えばサービス員が作業現場に出向き、読み出し
ユニット２０にデータ読み出し用のインターフェイス付
きのフロッピー等を接続することにより、記録ユニット
１９に記録された加算処理データと平均化処理データお
よび頻度分布データを読み取り、サービス車等でこれら
のデータと基準データとを比較して各構成部材の稼動状
態が判定される。例えば、読み取ったデータが図５に示
す燃費の平均化処理データである場合は、この燃費曲線
と図示せぬ基準の燃費曲線とを比較することにより、エ
ンジン１１の寿命を推定することができる。また、読み
取ったデータが図６（ｂ）に示すフロント応力の頻度分
布データである場合は、図９に示すように、この応力頻
度分布曲線と材料強度データから得られるＳ−Ｎ（Ｓｔ
ｒｅｓｓ−Ｎｕｍｂｅｒ）曲線とを比較することによ
り、フロントの寿命を推定することができる。

【００１６】このように、上記一実施例にあっては、コ
ントロールユニット１４に頻度処理・演算部分１８を内
蔵し、この頻度処理・演算部分１８が稼動データを時系
列データから頻度分布データに変換する頻度処理２４を
具備しているため、応力や圧力あるいはトルクやフロン
ト負荷等の特に変動幅の大きい稼動データを少ないメモ
リ量で圧縮記録することができ、したがって、油圧ショ
ベルの稼動状態を長期間にわたって診断することができ
る。また、頻度処理・演算部分１８が稼動データの一定
稼動期間当りの平均値を演算する平均化処理２３を具備
しているため、エンジンの燃費のように比較的変動幅の
小さい稼動データを少ないメモリ量で圧縮記録すること
ができ、この点からも稼動診断に長期化に有効である。
また、頻度処理・演算部分１８で処理されたデータは、
上記の如く圧縮されたものであるから、これらのデータ
をコントロールユニット１４内に半永久的に設けた不揮
発性メモリに記録でき、必要な時にのみフロッピー等を
接続して読み出しユニット２０から読み出すことができ
る。したがって、多くの粉塵や振動を伴う作業時には、
データ読み出し用のフロッピー等を接続しておく必要は
なくなり、記録データの信頼性が大幅に高まる。さら
に、記録ユニット１９から読み出される稼動データは、
平均化した時系列データや頻度分布であるため、これら
のデータから各構成部材の稼動状態が瞬時に判定され、
稼動診断を簡単に行うことができる。

【００１７】なお、上記実施例では、頻度処理・演算部
分１８が加算処理２２と平均化処理２３および頻度処理
２４とを具備する場合について説明したが、加算処理２
２と平均化処理２３については建設機械の種類や用途等
に応じて省略することも可能である。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
作業時の稼動データを少ないメモリ量で効率良く記録で
き、また、記録データの信頼性を高めることができ、建
設機械の稼動状態を長期間にわたって診断することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る稼動診断装置に備えら
れるコントロールユニット１４の内部構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】図１の頻度処理・演算部分の詳細を示すブロッ
ク図である。

【図３】建設機械の一例である油圧ショベルの概略構成
を示す側面図である。

【図４】図３の油圧ショベルの油圧駆動系を示すブロッ
ク図である。

【図５】燃費の平均化処理データを示す特性図である。

【図６】応力の時系列データと頻度分布データを示す特
性図である。

【図７】トルクの頻度分布データを示す特性図である。

【図８】アーム負荷の頻度分布データを示す特性図であ
る。

【図９】応力頻度分布データの解析状態をを示す説明図
である。

【符号の説明】

２ 走行モータ ４ 旋回モータ ５ ブーム ６ アーム ７ バケット ８ ブームシリンダ ９ アームシリンダ １０ バケットシリンダ １１ エンジン １２ 油圧ポンプ １３ コントロールバルブ １４ コントロールユニット １６ センサコントローラ １７ 運転コントローラ １８ 頻度処理・演算部分 １９ 記録ユニット ２０ 読み出しユニット ２１ 入力インターフェイス ２２ 加算処理 ２３ 平均化処理 ２４ 頻度処理 ２５ 出力インターフェイス

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の構成部材の作動状態を計測するセ
   ンサと、このセンサより検出されるデータを記録する記
   録装置とを備え、前記データを用いて機械の稼動状態を
   診断する建設機械の稼動診断装置において、前記データ
   を頻度分布データとして前記記録装置に圧縮記録する手
   段を有することを特徴とする建設機械の稼動診断装置。
2. 【請求項２】 請求項１の記載において、前記データを
   記録する記録媒体として不揮発性メモリを用いたことを
   特徴とする建設機械の稼動診断装置。