JPH078450U

JPH078450U - テレスコピツクアームを備えた作業機械

Info

Publication number: JPH078450U
Application number: JP4093293U
Authority: JP
Inventors: 頼道久保田; 直志渡田; 学田村
Original assignee: 新キャタピラー三菱株式会社
Priority date: 1993-06-29
Filing date: 1993-06-29
Publication date: 1995-02-07

Abstract

(57)【要約】【目的】アーム同志を連結ワイヤを介して伸縮自在に
連結してなるテレスコピツクアームにおいて、連結ワイ
ヤの疲労被害度を演算して、連結ワイヤ交換の適正時期
を適確に知ることができるようにする。【構成】連結ワイヤの疲労被害度を演算するにあた
り、連結ワイヤのどの部位がどれだけ疲労被害をうけた
かをそれぞれ累積して演算するように設定したテレスコ
ピツクアームを備えた作業機械。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、例えば油圧シヨベル等の建設機械のフロントアタツチメントとして装着されるテレスコピツクアーム付き作業機械に関するものである。

【０００２】

【従来技術及び考案が解決しようとする課題】

一般に、この種作業機械のなかには、入れ子継手状に組付けられた複数のアーム同志を、連結ワイヤや連結チエン等の索条連結体を介して伸縮自在に連結したテレスコピツクアームを装着して、縦深穴掘り作業の様な作業をするものがある。ところでこのものにおいて、索条連結体は、テレスコピツクアームの伸縮作動に伴つて次第に摩耗しあるいは疲労するものであり、そこで従来、日常点検や定期点検等において索条連結体の具合を目視にて判断し、必要に応じて索条連結体の交換を行つていた。しかるに、索条連結体が外部に露出していないところもあり、この様な部所における点検は、テレスコピツクアームを分解する等しなければならず面倒かつ煩雑である許りか、目視による索条連結体の損傷程度の判定が難しく、このため、交換の時期を逸しないよう必要以上に早目に交換せざるを得ないのが実情であつて、メンテナンス性が悪いという問題があつた。これに対し、作業機械の稼働時間によつて索条連結体の交換時期の目安を立てることが提唱される。しかるに、索条連結体には、テレスコピツクアームの伸縮作動時において、索条連結体が懸回されるシーブに巻き込まれて直線状態から湾曲状態に曲げ変形（およびその逆に変形）するときに大きな疲労を受けることになつて、該曲げ変形する部位に負荷が集中して働くことになるが、この曲げ変形する部位や負荷の大きさは、掘削作業や持上げ作業等種々の作業の条件によつていちいち異なるため、稼働時間のみから適確な索条連結体の交換時期を知ることは難しく、依然として必要以上に早目に交換せざるを得ないという問題は残る。

【０００３】

【課題を解決するための手段】

本考案は、上記の如き実情に鑑みこれらの欠点を一掃することができるテレスコピツクアーム付き作業機械を提供することを目的として創案されたものであつて、入れ子継手状に組付けられた複数のアーム同志を、索条連結体を介して伸縮自在に連結してなるテレスコピツクアームを備えた作業機械に、前記索条連結体の疲労被害度の演算をし、これに基づいて信号出力の制御をする制御部を設けるにあたり、該制御部は、テレスコピツクアームの伸縮に基づいて索条連結体が受ける負荷の演算をする負荷演算手段と、テレスコピツクアームの伸縮に基づいて索条連結体のどの部位が疲労したかの演算をする疲労部位演算手段と、疲労を受けた各部位の負荷に基づく疲労被害度をそれぞれ累積し、累積疲労被害度の何れかが予め設定される限界設定値に達したとの判断に基づいて限界到達信号を出力する限界到達判断手段とを備えて構成されていることことを特徴とするものである。

【０００４】そして本考案は、この構成によつて、連結ワイヤ交換の適正時期を適確に知ることができるようにしたものである。

【０００５】

【実施例】

次に、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。１は建設機械の本体であつて、該本体１は上部旋回体２、下部走行体３等の部材から構成されるものであるが、上部旋回体２の前部には、縦深穴掘り用のフロントアタツチメントとして、ブーム４、ブームシリンダ５、アームシリンダ６、テレスコピツクアーム７、作業機８等の部材から構成される作業機械が装着されており、これらの基本的構成は何れも従来通りである。

【０００６】前記テレスコピツクアーム７は、アウタチユーブ９、ミドルチユーブ１０、インナチユーブ１１の三本のチユーブ（本考案のアームに相当する）を入れ子継手状に伸縮自在に組付けたものであつて、最も外周側に組付けられるアウタチユーブ９は、本体１側から伸びるブーム４及びアームシリンダ６にブラケツト１２を介して揺動自在に支持されており、また最も内周側に組付けられるインナチユーブ１１の先端部（下端部）には、ジヨイント１３を介して、グラブバケツト、把持機、破砕機等の各種の作業機８が取付けられるようになつている。

【０００７】さらに、上記テレスコピツクアーム７の伸縮作動機構は、次のように構成されている。つまり、１４は前記アウタチユーブ９とミドルチユーブ１０とのあいだに介装される油圧式のテレスコピツクアーム用の作動シリンダであつて、該作動シリンダ１４を構成するシリンダチユーブ１４ａの基端部はアウタチユーブ９の上端部に、またピストンロツド１４ｂの先端部はミドルチユーブ１０の上端部にそれぞれ止着されている。そして、この作動シリンダ１４の伸縮作動に基づいて、ミドルチユーブ１０がアウタチユーブ９に対して上下方向に伸縮移動するようになつている。

【０００８】ここで、上記作動シリンダ１４の伸縮作動について、図３に示す油圧回路図に基づいて説明する。図３において、２０は操作切換えバルブであつて、該操作切換えバルブ２０は、操作ペタル（または操作レバー）２１の操作に基づいて切換わり、縮小側パイロツト圧油回路２２または伸長側パイロツト圧油回路２３に圧油を供給するように設定されている。また、２３はメイン切換えバルブであつて、該メイン切換えバルブ２３は、前記操作切換えバルブ２０の切換え作動に基づいてパイロツト圧油回路２２または２３に圧油が供給された場合に切換わり、シリンダ縮小側油圧回路２４またはシリンダ伸長側油圧回路２５に圧油を供給するように設定されている。尚、２７は作動シリンダ１４のシリンダ長さを検知するシリンダ長検知センサ、また２８、２９はシリンダ縮小側、伸長側油圧回路２４、２５にそれぞれ設けられた圧力計であつて、これらシリンダ長検知センサ２７の検知値および圧力計２８、２９の測定値は、後述する制御部３０にそれぞれ入力されるように構成されている。また、３１、３２は油圧ポンプ、３３、３４は油タンク、さらに２６はシリンダ縮小側油圧回路２４に設けられた絞り弁であつて、該絞り弁２６は、自重によつて作動シリンダ１４が伸長してシリンダチユーブ１４ａ内が負圧になるのを防止するためのものである。

【０００９】一方、１５は第一の連結ワイヤであつて、該第一連結ワイヤ１５の一端部はアウタチユーブ９の下端部に止着されており、他端部はミドルチユーブ１０の上端部に設けられた第一のワイヤシーブ１６を懸回してインナチユーブ１１の上端部に止着されている。一方、１７は第二の連結ワイヤであつて、該第二連結ワイヤ１７の一端部はアウタチユーブ９の下端部に止着され、他端部はミドルチユーブ１０の下端部に設けられた第二のワイヤシーブ１８を懸回してインナチユーブ１１の上端部に止着されている。そして、前記作動シリンダ１４の伸縮作動に基づいてミドルチユーブ１０が上下方向に伸縮移動した場合に、第一、第二のワイヤシーブ１６、１８がミドルチユーブ１０と共に上下移動し、これに伴う第一、第二連結ワイヤ１５、１７の引上げ、引下げ作用によつてインナチユーブ１１は、アウタチユーブ９に対してミドルチユーブ１０の移動量の二倍に相当する量だけ伸縮移動するようになつている。尚、１９は各チユーブ９、１０、１１の外周面部と内周面部とのあいだに介装されたライナーである。

【００１０】ところで、上記第一、第二連結ワイヤ１５、１７は、テレスコピツクアーム７の伸縮作動に伴つて次第に疲労していくことになり、その疲労被害度は後述するように制御部３０において演算されるように構成されているが、該疲労被害度を演算するにあたり、その演算方式は実施例では次のように設定している。因みに、本実施例では、疲労被害度を演算する方式として「マイナーの法則」を適用しているが、この「マイナーの法則」とは「材料に疲労の影響を与えるのは、疲労限度以上の応力のみで、その程度は、その応力レベルによる破断繰返し数をＮ、その実際の繰返し数をｎとした場合にｎ／Ｎであるとし、疲労限度以上の各応力レベルにおけるこの比率を合計し、ｎ₁／Ｎ₁＋ｎ₂／Ｎ₂＋・・・ｎｉ／Ｎｉ＝１となつたときに、その材料は疲労破断をする」と定義される仮説である。つまり、任意の部位が繰返し疲労を受けた場合に、そのうちの疲労限度を越えたものの累積疲労被害度αが「１」となつたとき（つまりα＝Σｎｉ／Ｎｉ＝１）に、該部位は疲労破断をすると仮定するものである。そして、疲労限界を越える負荷Ｓを繰返し受けたときに、破断するに必要な破断繰返し数ＮとのあいだにはｌｏｇＳ＝Ｃ−Ｋ・ｌｏｇＮ但し、Ｃ、Ｋは定数の関係があり、ｌｏｇＳを縦軸に、ｌｏｇＮを横軸にプロツトしたＳ−Ｎ曲線が図４に示されるが、この関係は、具体的には連結ワイヤ１５、１７を実際に所定の負荷Ｓで繰返し疲労負荷をかけて破断するまでの回数として実験的に求められることになる。

【００１１】ところで、テレスコピツクアーム７が縮小する場合には、第一連結ワイヤ１５によつてインナチユーブ１１が引上げられるため、第一連結ワイヤ１５に大きな負荷が働くこととなつて、第二連結ワイヤ１７には小さな負荷しか働かず、逆に、テレスコピツクアーム７が伸長する際には、第二連結ワイヤ１７に大きな負荷が働いて第一連結ワイヤ１５には小さな負荷しか働かないこととなり、さらに、テレスコピツクアーム７が伸縮する場合に、連結ワイヤ１５、１６がワイヤシーブ１６、１８に巻き込まれて直線状態から湾曲状態に曲げ変形（およびその逆に変形）するときに大きな疲労を受けることになる。そこでいま、前記アーム伸縮時において連結ワイヤ１５、１７の各部が受ける負荷に前記「マイナーの法則」を適用した場合に、疲労限界を越えた負荷を受ける部位は、前記アーム伸長に伴い大きな負荷を受ける側の連結ワイヤ１５または１７であつて、かつそのうちワイヤシーブ１６または１８によつて曲げ変形を受ける部位であると仮定し、それ以外の部位については疲労限界を越える大きな負荷ではなく、よつて疲労破断を算出するための負荷として用いないと仮定して累積疲労被害度の演算をする。現実に、連結ワイヤ１５、１７の強度設定をする場合、直線状態で受ける負荷が疲労限界を越えるような設定をしたとすると、ワイヤ寿命が極めて短くなつて実用に耐えないという問題があり、この様な選択をすることは事実上ありえないが、仮りに直線状態でも疲労限界を越える場合があるとすれば、この負荷を、疲労破断を演算するための負荷として加算すればよいのであり、また、受ける負荷が疲労限界以下であつても、これを完全に無視することはできないとして補正項を入れた「修正マイナーの法則」を適用してもよく、この様な疲労限度の演算方式は、必要において任意に設定できるものであることはいうまでもないが、以下は、前記仮定のもとに説明する。

【００１２】さて、上記連結ワイヤ１５または１７に働く負荷の大きさの演算は、次のようにしている。つまり、作動シリンダ１４のピストン１４ｃには、縮小油路側と伸長油路側とからそれぞれ負荷が働くことになるが、縮小（バケツト等の作業機８上昇）油路側の負荷Ｆｕは、シリンダ縮小側油圧回路２４に設けた圧力計２８によつて測定される圧力Ｐｕと、作動シリンダ１４のピストン１４ｃの縮小側油圧受け面積Ａｕとの積（Ｆｕ＝Ｐｕ×Ａｕ）で近似的に求められ、伸長（バケツト等の作業機８下降）油路側の負荷Ｆｄは、シリンダ伸長側油圧回路２５に設けた圧力計２９によつて測定される圧力Ｐｄと、作動シリンダ１４のピストン１４ｃの伸長側油圧受け面積Ａｄとの積（Ｆｄ＝Ｐｄ×Ａｄ）で近似的に求められる。そして、この両負荷Ｆｕ、Ｆｄの差Ｓ（Ｓ＝｜Ｆｕ−Ｆｄ｜）を算出し、該算出された負荷値Ｓを、連結ワイヤ１５または１７が受ける負荷とする。つまり、テレスコピツクアーム７の伸縮時には、第一連結ワイヤ１５に対して負荷値Ｓ（Ｓ＝Ｆｕ−Ｆｄ）が働き、テレスコピツクアーム７の伸長時には、第二連結ワイヤ１５に対して負荷値Ｓ（Ｓ＝Ｆｄ−Ｆｕ）が働くとして演算されるように設定されており、而して本考案の負荷演算手段が構成されている。因みに、負荷値Ｓがワイヤ１５、１７の疲労限界値を越えていないと判断される場合には、前記「マイナーの法則」から破断疲労を演算するためのデータとして採用することから除外するように設定することになる。

【００１３】次に、前記負荷値Ｓが連結ワイヤ１５または１７のどの部位に働いているかの演算方式について、第一連結ワイヤ１５の場合を例にして説明する。前述したように、第一連結ワイヤ１５に働く負荷は、回転する第一ワイヤシーブ１６に巻き込まれて直線状態から湾曲状態に曲げ変形（およびその逆に変形）する部位に働く。そこで第一連結ワイヤ１５を、予め設定される所定長さＬにＮ等分し、これをいま便宜上、第一連結ワイヤ１５のアウタチユーブ９への止着部位から順次Ｌ ₁ 、Ｌ₂、・・・Ｌｍとする。因みに、長さＬは、ワイヤシーブ１６の一回転で曲げを受ける程度の長さとすることが考え方として簡単であるが、これに限定されるものではなく、細かく等分すればするほど細かい演算ができることはいうまでもない。そして、これら分割したどの部位が現に曲げ変形を受けているところであるかの演算をすれば良い。それには、前記シリンダ長さ検知センサ２７の検知値に対して第一連結ワイヤ１５が曲げ変形を受ける部位がどこであるかの関係を予め求めておき（この関係は、実験的に求めても良いが、作動シリンダ１４の伸縮長さ、テレスコピツクアーム７の伸縮長さ、第一ワイヤシーブ１６の回転量、第一連結ワイヤ１５の移動量は常に一定の関係にあり、これに基づいて容易に算出することもできる）、そして、シリンダ長さ検知センサ２７からの検知値に基づいて第一連結ワイヤ１５が曲げ変形を受ける部位を演算するようになつており、而して本考案の疲労部位演算手段が構成されている。そして、この様に分割された疲労を受ける各部位Ｌ₁、Ｌ₂、・・・、Ｌｊ、・・・、Ｌｍでの累積疲労被害度α₁、α₂、・・・、αｊ、・・・、αｍを演算すればよいが、それは、任意の疲労部位Ｌｊでは累積疲労被害度αｊは「αｊ＝Σ ｎｉ／Ｎｉ」として算出されるものであり、これら各部位においての累積疲労被害度αｊをプロツトしたものが図５のように示される。そうして、この様に算出された任意の累積疲労被害度αｊのうちの何れかが「１」となつたときに、該部位Ｌｊは疲労破断をすると仮定されることになる。この様に、連結ワイヤ１５、１７を等分し、これら等分した部分が受ける負荷に基づく累積疲労被害度αを演算し、この演算値が「１」となつたときに該部分は疲労破壊をすることになり、これを制御部３０では演算すればよく、この手順の一例を以下に述べるが、その場合に、累積疲労被害度αが「１」となつたのでは理論的には疲労破壊を起こしてしまうことになり、そこで、安全率を見越して「１」よりも小さい設定値ａを設定し、累積疲労被害度αがこの設定値ａよりも小さいか否か（あるいは越えたか否か）の判断をするように設定することになる。

【００１４】ここで、制御部３０での制御手順を図７に示すフローチヤート図に示し、また制御のブロツク回路図を図６に示すが、これによると、キースイツチをＯＮしてシステムスタートし、初期設定がなされると、最初に、負荷演算手段によつて、負荷値Ｓが演算されると共に、第一、第二のどちらの連結ワイヤ１５、１６に負荷が働いているか判断される。そして、例えば第一連結ワイヤ１５に負荷が働いていると判断された場合には、次いで、疲労部位演算手段によつて、現に曲げ変形による負荷を受けているのは前記分割したどの部位Ｌｊかの演算がなされる。そしてこの演算された部位Ｌｊが、前回演算された曲げ部位とは異なるか否かの判断がなされ、異なると判断されたとき、つまり連結ワイヤ１５の曲げ変形を受けている部位Ｌｊが、その前後何れかの部位Ｌｊ−１、Ｌｊ＋１から移動してきたと判断されたときに、該部位Ｌｊにおいて負荷値Ｓの負荷を受けたものとし、これに基づいて該部位Ｌｊにおいての前記累積疲労被害度αを算出する。そしてこの累積疲労被害度αが、前記設定値ａよりも小さいか否かが判断され、小さいと判断された場合に、その累積疲労被害度を、表示器３５に対して出力することになるが、大きいと判断された場合に、表示器３５に表示出力をすると共に、警報器３６に対して警報出力をするように設定されている。

【００１５】尚、本考案は上記実施例に限定されないことは勿論であつて、連結ワイヤ１５、１７の疲労部位、つまり曲げ変形を受ける部位を演算する場合には、ワイヤシーブ１６、１８の回転量を測定し、該回転量に基づいて演算するように設定しても良い。

【００１６】叙述の如く構成された本考案の実施例において、テレスコピツクアーム７の各チユーブ９、１０、１１は、作動シリンダ１４及び第一、第二の連結ワイヤ１５、１７を介して互いに連結連動されており、そして作動シリンダ１４の伸縮作動に基づいて伸縮移動することになるが、この連結ワイヤの疲労被害度は制御部３０において演算制御されることになる。つまり、制御部３０において、負荷演算手段によつて連結ワイヤ１５または１７が受ける負荷値Ｓが演算されると共に、疲労部位演算手段によつて、連結ワイヤ１５または１７のどの部位Ｌｊが曲げ変形を受けているかが演算され、さらにこれらの演算に基づいて部位Ｌｊにおける累積疲労被害度αｊが演算されることになり、そして、このように演算された累積疲労被害度αは表示器３６によつて表示されると共に、任意の累積疲労被害度αのうちの何れかが設定値ａに達したときに、連結ワイヤ１５、１７を交換するのに適正な時期であるとして、警報器３６から警報が発せられることになる。

【００１７】この様に、本考案が実施されたものにおいては、演算された疲労被害度に基づいて連結ワイヤ１５、１７の適正な交換時期を知ることができることになつて、従来のようにいちいち連結ワイヤ１５、１７の損傷具合を目視にて判断する必要がないものであるが、この場合に、疲労被害度は、連結ワイヤ１５、１７のどの部位がどれだけ疲労被害を受けたかをそれぞれ累積して演算されることになる。この結果、従来のように単に稼働時間から連結ワイヤの交換時期を推定するもののように、安全率を大きく見積もつて連結ワイヤを必要以上に早目に交換しなければならないという無駄がなく、連結ワイヤ１５、１７が受けた負荷に対し、これを受けた各部位における疲労被害度の累積から交換時期を推定できることとなつて、連結ワイヤ１５、１７のの交換時期をより正確に知り得て、安全性が向上するうえメンテナンス性も多いに向上することになる。しかも、累積疲労被害度は表示器３５によつて表示されるようになつているため、連結ワイヤ１５、１７の適正な交換時期を予め予測しながら作業ができるという利点がある。

【００１８】

【作用効果】

以上要するに、本考案は叙述の如く構成されたものであるから、索条連結体の疲労被害度を演算し、該演算された疲労度が予め設定される限界設定値に達した場合に限界到達信号が発せられることになり、これによつてオペレータは、索条連結体の適正な交換時期を知り得ることとなつて、従来のようにいちいち索条連結体の疲労具合を目視にて判断する必要がない。しかもこの疲労被害度の判断をするにあたり、負荷演算手段および疲労部位演算手段によつて、索条連結体のどの部位がどれだけ疲労被害を受けたかをそれぞれ累積して演算されることになる。この結果、従来のように単に稼働時間から索条連結体の交換時期を推定するもののように、安全率を大きく見積もつて索条連結体を必要以上に早目に交換しなければならないという無駄がなく、索条連結体が受けた負荷に対し、これを受けた各部位における疲労被害度の累積から交換時期を推定できることとなつて、索条連結体全体に亘つての疲労被害の状況を適確に把握することができ、これによつて索条連結体の交換時期をより正確に知り得て、安全性が向上するうえメンテナンス性も多いに向上することになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】建設機械の概略側面図である。

【図２】テレスコピツクアームの断面図である。

【図３】作動シリンダの油圧回路図である。

【図４】Ｓ−Ｎ曲線を示すグラフ図である。

【図５】各部位における累積疲労被害度をプロツトした
図である。

【図６】制御のブロツク回路図である。

【図７】制御手順を示すフローチヤート図である。

【符号の説明】

７テレスコピツクアーム９アウタチユーブ１０ミドルチユーブ１１インナチユーブ１４作動シリンダ１５第一連結ワイヤ１７第二連結ワイヤ

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】入れ子継手状に組付けられた複数のアー
ム同志を、索条連結体を介して伸縮自在に連結してなる
テレスコピツクアームを備えた作業機械に、前記索条連
結体の疲労被害度の演算をし、これに基づいて信号出力
の制御をする制御部を設けるにあたり、該制御部は、テ
レスコピツクアームの伸縮に基づいて索条連結体が受け
る負荷の演算をする負荷演算手段と、テレスコピツクア
ームの伸縮に基づいて索条連結体のどの部位が疲労した
かの演算をする疲労部位演算手段と、疲労を受けた各部
位の負荷に基づく疲労被害度をそれぞれ累積し、累積疲
労被害度の何れかが予め設定される限界設定値に達した
との判断に基づいて限界到達信号を出力する限界到達判
断手段とを備えて構成されていることを特徴とするテレ
スコピツクアームを備えた作業機械。
【請求項２】請求項１において、負荷演算手段は、テ
レスコピツクアームの伸縮を行うための作動シリンダに
働く負荷を測定し、該測定値に基づいて索条連結体が受
ける負荷を演算するように設定されていることを特徴と
するテレスコピツクアームを備えた作業機械。
【請求項３】請求項１において、疲労部位演算手段
は、連結索条体の曲げ変形を受ける部位の演算をするも
のであつて、テレスコピツクアームの伸縮を行うための
作動シリンダのシリンダ長さを測定し、該測定値に基づ
いて索条連結体の曲げ変形部位を演算するように設定さ
れていることを特徴とするテレスコピツクアームを備え
た作業機械。
【請求項４】請求項１において、疲労部位演算手段
は、連結索条体の曲げ変形を受ける部位の演算をするも
のであつて、索条連結体が懸回されるシーブの回転量を
測定し、該測定値に基づいて索条連結体の曲げ変形部位
を演算するように設定されていることを特徴とするテレ
スコピツクアームを備えた作業機械。
【請求項５】請求項１において、限界到達判断手段
は、出力された限界到達信号に基づいて警報を発令する
警報器に接続されていることを特徴とするテレスコピツ
クアームを備えた作業機械。
【請求項６】請求項１において、限界到達判断手段
は、累積疲労値に基づく信号を出力するものとし、限界
到達判断手段に接続される表示器で前記出力された累積
疲労値の表示をするように構成したことを特徴とするテ
レスコピツクアームを備えた作業機械。