JP2002004337A - 油圧ショベルの操作土量算出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放土後に土がバケット内に残る場合でも、掘
削作業時の操作土量を正確に算出できる油圧ショベルの
操作土量算出方法を提供する。 【解決手段】 圧力センサ１０〜１２と角度センサ１
３，１４から出力される信号を取り込み動作分類演算部
で当該油圧ショベルの動作分類を行い、バケット６で掘
削しブーム４を上昇した後の行き旋回動作中に、フロン
ト姿勢演算部でフロントアタッチメント３の姿勢を演算
すると共に、荷重演算部によりバケット６内の荷重を算
出してデータを記憶し、次いで放土した後の戻り旋回動
作中に、再びフロントアタッチメント３の姿勢を演算す
ると共に、バケット６内の荷重を算出して、このときの
荷重と荷重データ記憶部で記憶した行き旋回動作中の荷
重との差から操作土量を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベルの操
作土量算出方法に係り、特に、作業対象とされる土砂が
多くの雨水を含む場合やヘドロなどの粘着土を掘削する
際に用いて好適な油圧ショベルの操作土量算出方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、油圧ショベルの掘削作業中の操作
土量を算出する方法としては、バケットによる放土回数
をカウントし、このカウント値とバケット容量との積か
ら求める方法や、旋回動作スイッチ信号を基に、その時
のブームシリンダ圧力を検出して、バケット無負荷時の
保持圧との差から算出する方法等が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
技術による油圧ショベルの操作土量算出方法は、いずれ
も簡易な方法であるため精度上問題があり、特に、多く
の雨水を含む土砂やヘドロなどの粘着土を掘削する場
合、バケットから放土した後にかなりの粘着土がバケッ
トに付着して残ってしまうため、計測作業量として実情
に合った値が得られないという問題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、実稼働中にお
ける掘削−ブーム上げ−行き旋回−放土−戻り旋回のサ
イクル動作で、放土動作終了後のバケット内に付着した
残土を考慮して操作土量を算出することとする。このよ
うに構成すると、油圧ショベルの掘削作業時にバケット
による操作土量を正確に算出することができる。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の油圧ショベルの操作土量
算出方法は、バケットおよびブームを含むリンク機構か
らなるフロントアタッチメントと、このフロントアタッ
チメントによる掘削から放土して戻り旋回に至る一連の
動作状態を検出し、この動作中の前記バケットに作用す
る荷重を測定するコントローラユニットとを備え、掘削
終了から放土開始までの時間内で前記バケットに作用す
る荷重を測定すると共に、放土終了から掘削開始までの
時間内で前記バケットに作用する荷重を再び測定し、こ
れら両荷重の差を求めて掘削作業時の操作土量を算出す
る構成してある。

【０００６】このように構成すると、放土後にかなりの
粘着土がバケットに付着して残ってしまう場合であって
も、放土後にバケットに作用する荷重を測定することに
よりバケット内の残土の重量を検出し、放土前に測定し
た荷重との差によって実際にバケットから放土した土の
重量を把握でき、これにより、油圧ショベルの掘削作業
時にバケットによる操作土量を正確に算出することがで
きる。

【０００７】上記の構成において、１回目の荷重測定を
掘削後の行き旋回動作中に行い、２回目の荷重測定を放
土後の戻り旋回動作中に行うことが好ましく、このよう
にバケットの姿勢が安定する旋回動作中に荷重測定を行
うと、操作土量をより正確に算出することができる。

【０００８】

【実施例】実施例について図面を参照して説明すると、
図１は本発明の一実施例に係る操作土量算出方法が用い
られる油圧ショベルの要部構成を示すブロック図、図２
は油圧ショベルの全体構成を示す側面図、図３は油圧シ
ョベルの掘削時の各動作を示す説明図、図４は油圧ショ
ベルのフロント部の側面図、図５は油圧ショベルのフロ
ント部における各部の寸法を示す線図である。

【０００９】本実施例に係る油圧ショベルは、図２に示
すように、下部走行体１と、この下部走行体１上に旋回
可能に設けられた上部旋回体２と、上部旋回体２に装着
されたフロントアタッチメント３とから構成されてい
る。フロントアタッチメント３は、上部旋回体２の前部
に回動可能に設けられたブーム４と、ブーム４の先端に
回動可能に設けられたアーム５と、アーム５の先端に回
動可能に設けられたバケット６とを含むリンク機構から
なり、これらブーム４，アーム５，バケット６をそれぞ
れ動作させるブームシリンダ７，アームシリンダ８，バ
ケットシリンダ９を備えている。また、上記の油圧ショ
ベルは、ブームシリンダ７に供給される作動油の圧力を
検出する圧力センサ１０と、アームシリンダ８に供給さ
れる作動油の圧力を検出する圧力センサ１１と、図示し
ない旋回モータに供給される作動油の圧力を検出する圧
力センサ１２と、上部旋回体２とブーム４との相対的角
度を検出する角度センサ１３と、ブーム４とアーム５と
の相対的角度を検出する角度センサ１４と、これら圧力
センサ１０〜１２と角度センサ１３，１４に接続される
コントローラユニット１５とを備えている。

【００１０】図１に示すように、このコントローラユニ
ット１５は、圧力センサ１０〜１２と角度センサ１３，
１４から出力される信号を取り込み記憶するセンサデー
タ記憶部１６と、前記の信号に基づいて当該油圧ショベ
ルの動作分類を行う動作分類演算部１７と、フロントア
タッチメント３の姿勢を演算するフロント姿勢演算部１
８と、フロントアタッチメント３の構造データを予め記
憶するフロント構造データ記憶部１９と、バケット６内
の荷重を演算する荷重演算部２０と、バケット６内の荷
重データを記憶する荷重データ記憶部２１とを有し、荷
重演算部２０より演算した荷重データをモニタ２２へ出
力できるようになっている。

【００１１】そして、本実施例に係る油圧ショベルの操
作土量算出方法では、圧力センサ１０〜１２と角度セン
サ１３，１４から出力される信号をセンサデータ記憶部
１６で記憶すると共に、これら信号に基づいて動作分類
演算部１７により当該油圧ショベルの動作分類を行い、
掘削時の１サイクル中の各動作を検出する。これによ
り、例えば図３に示すように、バケット６の着地（掘削
開始）−掘削作業−ブーム４の上げ−行き旋回−放土−
バケット６のクラウド−戻り旋回−バケット６の着地の
各動作を検出するようになっている。

【００１２】次いで、バケット６で掘削しブーム４を上
昇した後の行き旋回動作中（図３のＡ時）に、フロント
姿勢演算部１８によりフロントアタッチメント３の姿勢
を演算すると共に、荷重演算部２０によりバケット６に
作用する荷重を算出してデータを荷重データ記憶部２１
で記憶する。次いで、バケット６内から放土した後の戻
り旋回動作中（図３のＢ時）に、再びフロント姿勢演算
部１８によりフロントアタッチメント３の姿勢を演算す
ると共に、荷重演算部２０によりバケット６に作用する
荷重を算出して、このときの荷重と荷重データ記憶部２
１で記憶した行き旋回動作中の荷重との差から操作土量
を算出し、この操作土量をモニタ２２に出力する。

【００１３】バケット６内の荷重を算出する方法を図
４、図５を用いて詳しく説明すると、図４において、Ｗ
はバケット６内の荷重、Ｌ１はブーム４の回動支点Ｆか
らバケット６内の荷重Ｗの重心位置までの水平方向の長
さ、Ｌ２は回動支点Ｆからアーム５の回動支点Ｊまでの
水平方向の長さ、Ｌ３は回動支点Ｊからバケット６内の
荷重の重心位置までの水平方向の長さ、Ｌｃ１は回動支
点Ｆからブームシリンダ７の軸までの垂線の長さ、Ｌｃ
２は回動支点Ｊからアームシリンダ８の軸までの垂線の
長さである。また、図５において、Ｌ４は回動支点Ｆと
ブームシリンダ７下端の点Ｇとの長さ、Ｌ５は回動支点
Ｆとブームシリンダ７上端の点Ｈとの長さ、θ４は線分
Ｌ４と線分Ｌ５のなす角度、θ５はブームシリンダ７の
軸と線分Ｌ４とのなす角度、Ｌ６はブームシリンダ７下
端の点Ｇおよび上端の点Ｈ間の長さ、Ｌ７はアームシリ
ンダ８の両端の点Ｋ，Ｍ間の長さ、Ｌ８は回動支点Ｊと
点Ｋ間の長さ、Ｌ９は回動支点Ｊと点Ｍ間の長さ、θ６
は線分Ｌ９と線分Ｌ８のなす角度、θ７は線分Ｌ７と線
分Ｌ８とのなす角度、α１は線分Ｌ５と線分Ｌ１０のな
す角度、Ｗｂはブーム４の重さ、Ｒはアーム５およびバ
ケット６の重心位置、Ｎはブーム４の重心位置、Ｌ１０
は回動支点Ｆから重心位置Ｎまでの長さ、Ｌ１１は回動
支点Ｊと重心位置Ｒ間の長さ、Ｌ１２は回動支点Ｆと回
動支点Ｊ間の長さ、α２は線分Ｌ９と線分Ｌ１１とのな
す角度、β１は水平線と線分Ｌ４とのなす角度、β２は
線分Ｌ１２と線分Ｌ５とのなす角度、β３は線分Ｌ１２
と線分Ｌ８のなす角度、Ｗａはアーム５およびバケット
６の重さである。

【００１４】ここで、バケット６内の荷重Ｗによるモー
メントはＷ・Ｌ１であり、ブームシリンダ７の反力Ｆｂ
によるモーメントはＦｂ・ Ｌｃ１であるので、次の
（１）式が成り立つ。すなわち、Ｆｂ・ Ｌｃ１＝Ｗ・
Ｌ１＋ｗ’１’……（１）式 なお、ｗ’１’＝Ｗｂ・Ｌ１０・ｃｏｓ（ θ４＋α１
−β１）−Ｗａ｛Ｌ１２・ｃｏｓ（ θ４−β１−β
２）＋Ｌ１１・ｃｏｓ（ β１＋β２＋β３−θ４＋θ
６＋α２−π）｝また、上記荷重Ｗによるモーメントは
Ｗ・Ｌ３であり、アームシリンダ９の反力Ｆａによるモ
ーメントはＦａ・Ｌｃ２であるので、次の（２）式が成
り立つ。すなわち、Ｆａ・Ｌｃ２＝Ｗ・Ｌ３＋Ｗａ・Ｌ
１１・ｃｏｓ（β１＋β２＋β３−θ４＋θ６＋α２−
π）＝Ｗ（Ｌ１−Ｌ２）＋Ｗａ・Ｌ１１・ｃｏｓ（β１
＋β２＋β３−θ４＋θ６＋α２−π）……（２）式 そこで、これら両（１），（２）式を解くと、詳細な計
算は省略するが、次の（３）式により荷重Ｗを求めるこ
とができる。すなわち、Ｗ＝Ｆｂ・Ｌｃ１−Ｆａ・Ｌｃ
２−ｗ’１’＋Ｗａ・Ｌ１１・ｃｏｓ（β１＋β２＋β
３−θ４＋θ６＋α２−π）……（３）式 ここで、反力Ｆｂ＝Ｐｂ・Ｓｂ−Ｐ’ｂ・Ｓ’ｂ、反力
Ｆａ＝Ｐｒ・Ｓｒ−Ｐｈ・Ｓｈとして表わされ、Ｓｂは
ブームシリンダ７のヘッド側断面積、Ｓ’ｂはロッド側
断面積、Ｐｂはブームシリンダ７のヘッド側圧力、Ｐ’
ｂはロッド側圧力、Ｓｒはアームシリンダ８のロッド側
断面積、Ｓｈはヘッド側断面積、Ｐｒはアームシリンダ
８のロッド側圧力、Ｐｈはヘッド側圧力である。

【００１５】従って、上記荷重Ｗは、角度センサ１３の
測定値θ４と、角度センサ１４の測定値θ６と、圧力セ
ンサ１０の測定値Ｐｂ，Ｐ’ｂと、圧力センサ１１の測
定値Ｐｒ，Ｐｈに基づき算出される。

【００１６】このように、上記実施例にあっては、バケ
ット６で掘削した後にバケット６内の荷重Ｗを測定する
と共に、バケット６内から放土した後にこのバケット６
内の荷重Ｗを再び測定し、これら測定した荷重Ｗの差を
求めることにより操作土量を算出するようになってい
る。

【００１７】このように構成した本実施例では、バケッ
ト６から放土した後にかなりの粘着土がバケット６に付
着して残ってしまう場合であっても、放土前後に測定し
た荷重の差によって実際にバケット６から放土した土の
重量を把握でき、掘削作業時の操作土量を正確に算出す
ることができる。

【００１８】また、本実施例にあっては、行き旋回動作
中および戻り旋回動作中に、油圧シリンダ７，８に供給
される作動油の圧力をそれぞれ圧力センサ１１，１２に
より検出するので、上記作動油の圧力が安定した状態で
圧力検出を行うことができるのみならず、バケット６の
姿勢が安定した状態で荷重測定を行うことができ、掘削
作業時の操作土量をより正確に算出することができる。

【００１９】なお、上記実施例では、行き旋回動作中
（図３のＡ時）にバケット６内の荷重を算出するように
したが、バケット６で掘削してから放土開始までの時間
内でバケット６内の荷重を算出すればよく、例えば、バ
ケット６で掘削した後、一時停止してバケット６内の荷
重を算出することもできる。また、上記実施例では、戻
り旋回動作中（図３のＢ時）に再びバケット６内の荷重
を算出するようにしたが、バケット６内から放土した
後、新たに掘削する前にバケット６内の荷重を再び測定
すればよく、例えば、バケット６から放土した後、一時
停止してバケット６内の荷重を再算出したり、あるい
は、バケット６から放土した後、クラウド時にバケット
６内の荷重を再算出することもできる。

【００２０】また、上記実施例では、ブームシリンダ７
用の圧力センサ１０と、アームシリンダ８用の圧力セン
サ１１と、上部旋回体２とブーム４との相対的角度を検
出する角度センサ１３と、ブーム４とアーム５との相対
的角度を検出する角度センサ１４とを備えた場合を例示
したが、ブームシリンダ７用の圧力センサ１０と、上部
旋回体２とブーム４との相対的角度を検出する角度セン
サ１３と、ブーム４とアーム５との相対的角度を検出す
る角度センサ１４と、アーム５とバケット６との相対的
角度を検出する角度センサとを備える場合も、バケット
６内の荷重を算出することができる。また、フロントア
タッチメント３の姿勢を検出する手段として、角度セン
サ１３，１４の代わりにシリンダ７，８のストロークを
検出する方式でもよい。

【００２１】さらに、上記実施例では、旋回モータに供
給される作動油の圧力を検出する圧力センサ１２を設け
たが、この圧力センサ１２の代わりに、旋回動作を検出
する検出スイッチを設けたり、あるいは旋回動作信号に
より旋回動作を検出してもよい。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００２３】掘削した後にバケットに作用する荷重を測
定すると共に、放土した後にこのバケットに作用する荷
重を再び測定し、これら両荷重の差を求めることにより
操作土量を算出するようにしたため、放土後に粘着土が
バケットに付着して残ってしまう場合であっても、掘削
作業時の操作土量を正確に算出することができる。した
がって、この算出した操作土量をベースとして、掘削作
業の生産量の管理やオペレータの人事的な管理を容易に
行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る操作土量算出方法が用
いられる油圧ショベルの要部構成を示すブロック図であ
る。

【図２】油圧ショベルの全体構成を示す側面図である。

【図３】油圧ショベルの掘削時の各動作を示す説明図で
ある。

【図４】油圧ショベルのフロント部の側面図である。

【図５】油圧ショ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。

【符号の説明】

３ フロントアタッチメント ４ ブーム ５ アーム ６ バケット ７ ブームシリンダ ８ アームシリンダ ９ バケットシリンダ １０〜１２ 圧力センサ １３，１４ 角度センサ １５ コントローラユニット １６ センサデータ記憶部 １７ 動作分類演算部 １８ フロント姿勢演算部 １９ フロント構造データ記憶部 ２０ 荷重演算部 ２１ 荷重データ記憶部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バケットおよびブームを含むリンク機構
   からなるフロントアタッチメントと、このフロントアタ
   ッチメントによる掘削から放土して戻り旋回に至る一連
   の動作状態を検出し、この動作中の前記バケットに作用
   する荷重を測定するコントローラユニットとを備え、 掘削終了から放土開始までの時間内で前記バケットに作
   用する荷重を測定すると共に、放土終了から掘削開始ま
   での時間内で前記バケットに作用する荷重を再び測定
   し、これら両荷重の差を求めて掘削作業時の操作土量を
   算出するようにしたことを特徴とする油圧ショベルの操
   作土量算出方法。
2. 【請求項２】 請求項１の記載において、掘削後の行き
   旋回動作中に前記バケットに作用する荷重を測定し、放
   土後の戻り旋回動作中に前記バケットに作用する荷重を
   再び測定するようにしたことを特徴とする油圧ショベル
   の操作土量算出方法。