JPH1037254A - 作業機械における負荷重量計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作業機械の作業性を損なうことなく、正確な
積込み重量を計測できる簡便な負荷重量計測装置を提供
する。 【解決手段】 油圧ショベルのフロント作業機構のステ
ィック15とバケット16とをピン19により回動可能に連結
するとともに、スティック15とバケット16との間にバケ
ット角を制御するバケットリンケージ部材のストラップ
31およびロッド32をピン34，33，35により回動可能に連
結する。スティック15とバケット16とを連結するピン19
に、Ｎ−Ｎ軸方向のみの負荷を計測する第１の負荷検出
器41を設置する。バケット16とロッド32とを連結するピ
ン35にＭ−Ｍ軸方向のみの負荷を計測する第２の負荷検
出器44を設置する。Ｎ−Ｎ軸方向およびＭ−Ｍ軸方向の
角度は、バケット16の対地角度を検出する傾斜角検出器
により検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベル、バ
ックホー、ローダなどに適用可能な作業機械における負
荷重量計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の、例えば油圧ショベルにおいて
は、掘削してバケットに取込んだ土砂などをダンプトラ
ックなどに積込む作業において、バケットに土砂などが
入った状態でその土砂などの重量を計測する手段がなか
った。

【０００３】そのため、従来の積込み作業では、ダンプ
トラックなどに積込んだ土砂などの重量をオペレータの
勘により推定するか、または、ダンプトラックなどに積
込んだ後に大型の車両積載量計測装置によりダンプトラ
ックごと積込み重量を計測するか、または、別途据置き
の重量計測装置に土砂などをいったん移して重量を計測
した後に再びその土砂などをダンプトラックなどに積込
む作業を行うようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】オペレータの勘による
積込み重量の推定では、正確な積込み重量を把握するこ
とができず、また、大型の車両積載量計測装置や重量計
測装置では、設置するのに時間、場所および費用などを
要し、さらに、重量計測装置を経て土砂などをダンプト
ラックなどに積込む場合は、作業が２度手間となり作業
効率が悪いなどの問題点を有している。

【０００５】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、作業機械の作業性を損なうことなく、正確な積込
み重量を計測できる簡便な負荷重量計測装置を提供する
ことを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発
明は、作業機構によりバケットを操作する作業機械にお
いて、作業機構中に設けられたバケット内計測対象物の
重量による負荷を計測する負荷検出器を具備した負荷重
量計測装置である。

【０００７】そして、作業機構中の負荷検出器により、
バケット内に取込まれたバケット内計測対象物の重量に
よる負荷を、積込み作業などと同時に計測する。

【０００８】請求項２に記載された発明は、作業機構に
よりバケットを操作する作業機械において、作業機構中
に設けられたバケット内計測対象物の重量による負荷を
計測する負荷検出器と、バケット内計測対象物の重量に
よる負荷の計測に適する一定のバケット姿勢を検出する
傾斜角検出器とを具備した負荷重量計測装置である。

【０００９】そして、バケット内計測対象物の重量によ
る負荷の計測に適する一定のバケット姿勢を傾斜角検出
器により検出し、そのバケット姿勢にて、作業機構中の
負荷検出器によりバケット内計測対象物の重量による負
荷を計測する。

【００１０】請求項３に記載された発明は、請求項１ま
たは２記載の作業機械における負荷重量計測装置におい
て、負荷検出器が、作業機構にてバケットを支持する腕
部材の先端部に掛る負荷を計測する第１の負荷検出器
と、作業機構にてバケット角を制御するバケットリンケ
ージ部材の先端部に掛る負荷を計測する第２の負荷検出
器とを有するものである。

【００１１】そして、第１の負荷検出器によりバケット
を支持する腕部材の先端部に掛る負荷を計測し、第２の
負荷検出器によりバケット角を制御するバケットリンケ
ージ部材の先端部に掛る負荷を計測することにより、こ
れらの計測値からバケット内に取込まれているバケット
内計測対象物の重量を計測する。

【００１２】請求項４に記載された発明は、下部走行体
と、上部旋回体と、この上部旋回体にブーム、スティッ
クおよびバケットをピンにより順次回動可能に連結する
とともにスティックとバケットとの間にバケット角を制
御するバケットリンケージ部材をピンにより回動可能に
連結したフロント作業機構とを有する作業機械におい
て、スティックとバケットとを連結するピンに設置され
特定方向のみの負荷を計測する第１の負荷検出器と、バ
ケットの対地角度を検出することにより負荷計測用の特
定方向を検出する傾斜角検出器と、バケットとバケット
リンケージ部材とを連結するピンに設置され傾斜角検出
器により検出された特定方向のみの負荷を計測する第２
の負荷検出器とを具備した作業機械における負荷重量計
測装置である。

【００１３】そして、バケット内に土砂などのバケット
内計測対象物を取込んだとき、スティックとバケットと
を連結するピンに設置された第１の負荷検出器と、バケ
ットとバケットリンケージ部材とを連結するピンに設置
された第２の負荷検出器とに対して、バケット内計測対
象物の重量およびバケットの自重による負荷が、相互に
反対方向へ作用する。このため、第１および第２の負荷
検出器が計測に適する特定方向に位置する状態を傾斜角
検出器により検出した時点で、第１の負荷検出器より検
出された負荷から、第２の負荷検出器より検出された負
荷と、バケットの自重とを差引くことにより、バケット
内計測対象物の正味の重量を求めることができる。

【００１４】請求項５に記載された発明は、請求項４記
載の作業機械における負荷重量計測装置において、ピン
の内部に、負荷検出器および傾斜角検出器を設けたもの
である。そして、負荷検出器および傾斜角検出器をピン
と一体的に取扱う。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を図
１乃至図５を参照しながら説明する。

【００１６】図５に示されるように、作業機械としての
油圧ショベルは、下部走行体11と、上部旋回体12と、フ
ロント作業機構13とを有する。

【００１７】フロント作業機構13は、上部旋回体12にブ
ーム14、スティック15およびバケット16をピン17，18，
19により回動可能に連結するとともに、ブーム回動用シ
リンダ21、スティック回動用シリンダ22およびバケット
回動用シリンダ23をピン24，25，26，27，28によりそれ
ぞれ回動可能に連結し、バケット回動用シリンダ23のピ
ストンロッド29の先端と、スティック15およびバケット
16との間に、バケット角を制御するバケットリンケージ
部材としてのストラップ31およびロッド32をピン33，3
4，35により回動可能に連結したものである。

【００１８】ブーム回動用シリンダ21、スティック回動
用シリンダ22およびバケット回動用シリンダ23の各ピス
トンロッドを伸縮することにより、ブーム14、スティッ
ク15およびバケット16を回動する。

【００１９】図２（Ａ）（Ｂ）に示されるように、前記
ピン19は、バケット16を支持する腕部材としてのスティ
ック15と、バケット16の背面側に一体的に取付けられた
ブラケット16a とを連結するバケットピンである。この
バケットピン19と、バケット16のブラケット16a に一体
成形されたピン嵌合ボス16b とには貫通穴36，37がそれ
ぞれ穿設されているから、これらの貫通穴36，37にボル
ト38を挿入し、このボルト38にナット39を螺合すること
により、バケットピン19をバケット16のブラケット16a
に固定する。

【００２０】また、図２（Ａ）（Ｂ）に示されるよう
に、前記ピン35は、バケット16のブラケット16a とバケ
ットリンケージ部材の一つであるロッド32とを連結する
リンケージピンである。このリンケージピン35も、バケ
ットピン19と同様に、貫通穴36，37に挿入されたボルト
38およびナット39により、バケット16のブラケット16a
に固定する。

【００２１】要するに、バケットピン19およびリンケー
ジピン35は、バケット16と一体に取付けられており、バ
ケット16の回動角はバケットピン19およびリンケージピ
ン35の回動角となる。

【００２２】このようにスティック15とバケット16のブ
ラケット16a とを連結するバケットピン19の内部に、図
１および図３に示されるように、スティック15の先端部
に掛るＮ−Ｎ軸方向の負荷を計測する第１の負荷検出器
41を設置する。

【００２３】すなわち、図３（Ａ）（Ｂ）に示されるよ
うに、上記バケットピン19の端面より軸方向やや内側位
置にて正方形断面の角形部19a を形成し、この角形部19
a の一側面および反対側面からそれぞれ取付穴42を穿設
し、これらの取付穴42のざぐり底面間に中央壁部42a を
設け、この中央壁部42a の両側のざぐり底面に一対の歪
みゲージを張付けるなどして構成された第１の負荷検出
器41を設ける。

【００２４】図３（Ａ）に示されるように、一側の負荷
検出器41は鉛直線に対して時計方向に４５°の角度で設
け、他側の負荷検出器41は鉛直線に対して反時計方向に
４５°の角度で設けると良い。

【００２５】さらに、図３（Ａ）（Ｃ）に示されるよう
に、上記バケットピン19の内部に、バケット16の対地角
度を検出する傾斜角検出器43を設置する。この傾斜角検
出器43は、例えば、振子式、ひずみ式などの一般的なも
のを利用する。図３（Ｄ）に示されるように、この傾斜
角検出器43により、特定方向（鉛直方向すなわち重力加
速度方向ｇを特定方向とする）に対する負荷計測用Ｎ−
Ｎ軸の角度θを検出する。

【００２６】また、図１および図４に示されるように、
バケット16のブラケット16a とロッド32とを連結するリ
ンケージピン35の内部に、ロッド32の先端部に掛る負荷
のうち前記傾斜角検出器43により検出されたＮ−Ｎ軸方
向と平行すなわち同一方向であるＭ−Ｍ軸方向の負荷成
分を計測する第２の負荷検出器44を設置する。

【００２７】すなわち、図４に示されるように上記リン
ケージピン35にも、バケットピン19と同様に正方形断面
の角形部35a 、取付穴45および中央壁部45a を設け、こ
の中央壁部45a の両側のざぐり底面に一対の歪みゲージ
を張付けるなどして構成された第２の負荷検出器44を設
ける。

【００２８】前記のようにバケットピン19およびリンケ
ージピン35は、ボルト締結によりバケット16と一体であ
り、バケット16に対し回動しないから、図１に示される
ように、バケットピン19のＮ−Ｎ軸およびリンケージピ
ン35のＭ−Ｍ軸が、相互に平行となるように、かつバケ
ット16のＳ面に対し垂直となるようにバケット16に固定
する。

【００２９】また、図２（Ｂ）に示されるように、前記
バケットピン19およびリンケージピン35の取付穴42，45
は、スティック15またはロッド32と、バケット16のブラ
ケット16a との間に位置するため、バケット16にかかる
負荷を最も検出しやすいピン軸方向位置に負荷検出器4
1，44を設けることができる。

【００３０】次に、図示された実施形態の作用を説明す
る。

【００３１】バケット16内に土砂などのバケット内計測
対象物を取込んだときに、そのバケット内計測対象物の
重量による負荷を第１の負荷検出器41および第２の負荷
検出器44により計測するのに最適なバケット姿勢を傾斜
角検出器43により検出する。すなわち、図１に示される
ようにＮ−Ｎ軸およびＭ−Ｍ軸が特定方向（鉛直方向す
なわち重力加速度方向）と一致する状態を検出する。

【００３２】そして、この図１に示された最適なバケッ
ト姿勢において、第１の負荷検出器41と第２の負荷検出
器44とが検出した値を油圧ショベルに搭載されたマイク
ロコンピュータの演算部に取込み、バケット内計測対象
物の重量による負荷を、積込み作業などと同時に計測演
算する。

【００３３】すなわち、前記図１に示されたバケット姿
勢で、バケット16を支持する腕部材としてのスティック
15の先端部に掛る負荷を、スティック15とバケット16の
ブラケット16a とを連結するバケットピン19に設置され
た第１の負荷検出器41により計測すると同時に、バケッ
ト角を制御するバケットリンケージ部材の先端部に掛る
負荷を、バケットリンケージ部材のロッド32とバケット
16のブラケット16a とを連結するリンケージピン35に設
置された第２の負荷検出器44により計測する。そして、
これらの負荷検出器41，44の計測値からバケット16内に
取込まれたバケット内計測対象物の重量を計測する。

【００３４】つまり、図１に示されるようにバケット内
計測対象物の重量Ｗ1 とバケット16の自重Ｗ2 との合成
重量が、第１の負荷検出器41と第２の負荷検出器44とで
相互に反対方向へ作用するため、第１の負荷検出器41よ
り検出されたＮ−Ｎ軸方向の負荷Ｆ1yから、第２の負荷
検出器44より検出されたＭ−Ｍ軸方向の負荷Ｆ2yと、バ
ケット16の自重Ｗ2 とを差引くことにより、バケット内
計測対象物の正味の重量Ｗ1 を求めることができる。

【００３５】この重量演算方法を、図１に基づき具体的
に説明する。

【００３６】バケット16にバケット内計測対象物として
の土砂Ｄが取込まれると、土砂Ｄの重量Ｗ1 およびバケ
ット16の自重Ｗ2 によりバケットピン19に負荷Ｆ1 が作
用する。また、バケットピン19を支点とするモーメント
の釣合いにより、リンケージピン35に反力負荷Ｆ2 が作
用する。第１の負荷検出器41はＮ−Ｎ軸方向のみの負荷
しか検出しないので、Ｎ−Ｎ軸方向の負荷Ｆ1yを検出
し、同様に第２の負荷検出器44はＭ−Ｍ軸方向のみの重
量による負荷しか検出しないので、Ｍ−Ｍ軸方向の負荷
Ｆ2yを検出する。

【００３７】傾斜角検出器43より検出される角度を常に
監視し、バケット16のＳ面が地平面に対し水平になった
バケット姿勢のとき、Ｎ−Ｎ軸およびＭ−Ｍ軸は鉛直方
向を向くので、事実上、第１の負荷検出器41および第２
の負荷検出器44は鉛直方向の重量負荷のみを検出するこ
とになる。

【００３８】したがって、負荷Ｆ1yは、土砂Ｄの重量Ｗ
1 、バケット16の自重Ｗ2 および負荷Ｆ2yのトータルと
等しいことになる。バケット16の自重Ｗ2 は予めわかっ
ており、また鉛直方向の反力負荷Ｆ2yは、第２の負荷検
出器44より検出されるので、負荷Ｆ1yからバケット16の
自重Ｗ2 と鉛直方向の反力負荷Ｆ2yとを差引くことによ
り、土砂Ｄの重量Ｗ1 を求めることができる。

【００３９】このような演算は、油圧ショベルのエンジ
ンや油圧回路を制御するための制御装置に組込まれた中
央処理装置（以下、ＣＰＵという）およびメモリなどに
よって行う。

【００４０】そして、この演算された土砂Ｄの重量Ｗ1
の値は、キャブ内のインスツルメントパネルなどに設け
られた液晶表示装置（図示せず）などの表示器に、積込
み作業を行うごとに加算された積算値で表示すれば、オ
ペレータはダンプトラックへ積込まれた正確な土砂の重
量を常に把握することができる。

【００４１】前記負荷検出器41，44および傾斜角検出器
43は、バケットピン19およびリンケージピン35の内部に
設けたので、運搬、組付けなどにおいて、これらのピン
19，35と一体の部品として容易に取扱うことができると
ともに、作業時は掘削された土砂Ｄなどから効果的に保
護することができる。

【００４２】また、負荷検出器41，44は、土砂Ｄおよび
バケット16の重量による負荷が集中的に作用されるバケ
ットピン19およびリンケージピン35の角形部19a ，35a
に取付けたので、歪みなどを感度良く計測することがで
きる。

【００４３】次に、図に示されない本発明の別の実施形
態を説明する。

【００４４】本発明は、油圧ショベルのみに限定される
ものではなく、バックホーなどの他の作業機械にも適用
できる。特に、請求項１乃至３に記載の発明は、ホイー
ルローダまたはクローラ式ローダなどの、別の作業機構
によりバケットを操作する作業機械にも適用できる。

【００４５】請求項１乃至３に記載の発明は、負荷検出
器41，44の設置箇所が図示されたバケットピン19および
リンケージピン35に限定されるものではなく、例えば、
スティック15の先端部またはロッド32などに歪みゲージ
を張付けたり、バケットピン19とスティック15との間な
どに圧電素子を挟込むなどの構造にしても良い。要する
に、負荷検出器41，44は作業機構中に設けられるもので
あれば別の実施形態でも良い。

【００４６】請求項１および２に記載の発明は、必ずし
も第１の負荷検出器41および第２の負荷検出器44の両方
を必要とせず、例えば、一定のバケット姿勢における第
１の負荷検出器41による計測値と、第２の負荷検出器44
による計測値との関係を、種々の負荷にて予め計測し、
その関係を既知データとしてマイクロコンピュータのメ
モリなどに記憶させておけば、いずれか一方の負荷検出
器の計測値から他方の負荷検出器の計測値がわかるの
で、負荷検出器は一つでも良い。

【００４７】請求項１に記載の発明は、必ずしも傾斜角
検出器43を必要とせず、例えば、作業機構を構成する各
部材の回動部分にポテンショメータなどの回動角センサ
を取付けた作業機械においては、それらの各部材の回動
角センサにより傾斜角検出器43と同様にバケット16の姿
勢を把握することができる。さらには、オペレータの目
視により一定のバケット姿勢を判定して、負荷検出器に
よる計測値を取込むようにしても良い。

【００４８】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、作業機械
の作業機構中にバケット内計測対象物の重量による負荷
を計測する負荷検出器を設けた簡便な構造の負荷重量計
測装置であるが、積込み作業においてバケットに取込ん
だ土砂などのバケット内計測対象物の重量を正確かつ即
座に計測でき、正確な積込み重量を把握できるからダン
プトラックなどへの過積載を防止でき、また、出来高管
理などが可能となるとともに、作業機械の作業性を全く
損なうことがなく、従来の重量計測装置を経て土砂など
をダンプトラックなどに積込む場合に比べて作業効率を
向上できる。

【００４９】請求項２記載の発明によれば、傾斜角検出
器により検出した最も負荷の計測に適するバケット姿勢
で、作業機構中の負荷検出器によりバケット内計測対象
物の重量を正確に計測できる。

【００５０】請求項３記載の発明によれば、第１の負荷
検出器によりバケットを支持する腕部材の先端部に掛る
負荷を計測するとともに、第２の負荷検出器によりバケ
ット角を制御するバケットリンケージ部材の先端部に掛
る負荷を計測することにより、これらの計測値からバケ
ット内に取込まれているバケット内計測対象物の重量を
正確に計測できる。

【００５１】請求項４記載の発明によれば、傾斜角検出
器によりバケットの対地角度を検出することにより負荷
重量計測用の特定方向を検出し、スティックとバケット
とを連結するピンに設置した第１の負荷検出器により特
定方向のみの負荷を計測するとともに、バケットとバケ
ットリンケージ部材とを連結するピンに設置した第２の
負荷検出器により特定方向のみの負荷を計測することに
より、油圧ショベルの積込み作業におけるバケット内計
測対象物の重量を正確に計測できる。

【００５２】請求項５記載の発明によれば、ピンの内部
に負荷検出器および傾斜角検出器を設けたから、負荷検
出器および傾斜角検出器をピンと一体的に取扱うことが
でき、それらの組付けなどにおける取扱いが容易である
とともに、バケット内計測対象物としての土砂などから
負荷検出器および傾斜角検出器を保護することもでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る作業機械における負荷重量計測装
置の一実施形態を示す土砂取込み状態の正面図である。

【図２】（Ａ）は同上計測装置のバケットピンおよびリ
ンケージピンをバケット側と一体化する構造部分の正面
図、（Ｂ）はその側面図である。

【図３】（Ａ）は同上計測装置のバケットピン部分を示
す正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（Ｃ）は
（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図、（Ｄ）は重力加速度方向に対
するＮ−Ｎ軸の角度を示す断面図である。

【図４】（Ａ）は同上計測装置のリンケージピン部分を
示す正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

【図５】本発明に係る油圧ショベルの正面図である。

【符号の説明】

Ｄ バケット内計測対象物としての土砂 11 下部走行体 12 上部旋回体 13 フロント作業機構 14 ブーム 15 腕部材としてのスティック 16 バケット 17〜19，24〜28，33〜35 ピン 31，32 バケットリンケージ部材としてのストラップ
およびロッド 41 第１の負荷検出器 43 傾斜角検出器 44 第２の負荷検出器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業機構によりバケットを操作する作業
   機械において、 作業機構中に設けられたバケット内計測対象物の重量に
   よる負荷を計測する負荷検出器を具備したことを特徴と
   する作業機械における負荷重量計測装置。
2. 【請求項２】 作業機構によりバケットを操作する作業
   機械において、 作業機構中に設けられたバケット内計測対象物の重量に
   よる負荷を計測する負荷検出器と、 バケット内計測対象物の重量による負荷の計測に適する
   一定のバケット姿勢を検出する傾斜角検出器とを具備し
   たことを特徴とする作業機械における負荷重量計測装
   置。
3. 【請求項３】 負荷検出器は、作業機構にてバケットを
   支持する腕部材の先端部に掛る負荷を計測する第１の負
   荷検出器と、作業機構にてバケット角を制御するバケッ
   トリンケージ部材の先端部に掛る負荷を計測する第２の
   負荷検出器とを有することを特徴とする請求項１または
   ２記載の作業機械における負荷重量計測装置。
4. 【請求項４】 下部走行体と、上部旋回体と、この上部
   旋回体にブーム、スティックおよびバケットをピンによ
   り順次回動可能に連結するとともにスティックとバケッ
   トとの間にバケット角を制御するバケットリンケージ部
   材をピンにより回動可能に連結したフロント作業機構と
   を有する作業機械において、 スティックとバケットとを連結するピンに設置され特定
   方向のみの負荷を計測する第１の負荷検出器と、 バケットの対地角度を検出することにより負荷計測用の
   特定方向を検出する傾斜角検出器と、 バケットとバケットリンケージ部材とを連結するピンに
   設置され傾斜角検出器により検出された特定方向のみの
   負荷を計測する第２の負荷検出器とを具備したことを特
   徴とする作業機械における負荷重量計測装置。
5. 【請求項５】 ピンの内部に、負荷検出器および傾斜角
   検出器を設けたことを特徴とする請求項４記載の作業機
   械における負荷重量計測装置。