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JPS6082595A - 作業機械の荷重演算装置 - Google Patents

作業機械の荷重演算装置

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Publication number
JPS6082595A
JPS6082595A JP18830783A JP18830783A JPS6082595A JP S6082595 A JPS6082595 A JP S6082595A JP 18830783 A JP18830783 A JP 18830783A JP 18830783 A JP18830783 A JP 18830783A JP S6082595 A JPS6082595 A JP S6082595A
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JP
Japan
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load
length
fulcrum
angle
boom
Prior art date
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Application number
JP18830783A
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English (en)
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JPH0435579B2 (ja
Inventor
一山 修一
青柳 幸雄
知彦 安田
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
Priority to JP18830783A priority Critical patent/JPS6082595A/ja
Publication of JPS6082595A publication Critical patent/JPS6082595A/ja
Publication of JPH0435579B2 publication Critical patent/JPH0435579B2/ja
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  • Component Parts Of Construction Machinery (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 不発明は、複数のリンク機構を駆動して積荷の移送を行
なう、例えば油圧ショベル、ホイールローダ、トラクタ
ショ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。
複数のリンク機構を備えた油圧ショベル、ホイールロー
ダ、トラクタショベル等の作業機械にあっては、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、油圧ショベルを例にとって
説明すると、掘削した土砂又は岩石等を待機しているダ
ンプトラックに梼み込む場合、あるいは化学プラントに
おいて多−h[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ッ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だめられた一定量
の投入が可能である。そして、これら積荷を油圧ショベ
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。
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。
441図は油圧クレーンの一1++++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
起伏さぜるブームシリンダ、3rはブームシリンダ30
ロンドである。ブームシリンダ3は本体IK揺動支点I
3を中心に揺動可能に支持されており、そのロッド3r
の先端ハブーム2と結舒点Cにおいて可回動に結合され
ている。4はウィンチ、5はウィンチ4かもブーム先、
451)を通って懸架されたワイヤ、6はワイヤ先端の
フック、7はフック6に吊下げられた吊荷である。吊竹
7のイ’+:r−,riI−がWで示されている。8は
揺動支点AK設けられた1内皮日干、9はフ′−ムシリ
ンダ3のヘッド、lli 17)圧力を測定する圧力1
i、9’+!ブームシリンダ、(のロッドl111の圧
力を測定する圧力計である。Eを丁ブーム2、ワイヤ5
、フック6のBT心の位置、WoQゴそれらのJイIJ
lを示す。
第2図は第1図に示す油圧クレーンの各部の1汰をボす
線図である。lは支点Aとブーム先端りの垂線間の長さ
、loは支点Aと重心Eの垂線間の長さ、l、は支点A
と支点8間の長さ、l、は支点Aと結合点C間の長さ、
l、は支点Bと結合点C間の長さ、j4は支点Cと垂心
E間の長さ、l、は支点Aとブーム先端り間の長さ、l
cは線分B Cから支点AK対して引いた垂線の長さで
ある。又、θ1は一線分ABと水平線のなす角、θ。
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。
以上の数値を用い、支点Aまゎりのモーメントのバラン
スを考えて吊荷7の荷重w?求める。今、ブームシリン
ダ3のヘッド側断面績をSb、ロンド側断1m核をS 
/ b、ブームシリンダ3のヘッド側の圧力をPb 、
ロッド側の圧力をP′bとすると、ブームシリンダ3O
N 力J’b &tFb == Pb m Sb −P
’b a S’bこのnE力Fbは、吊荷7の荷重wK
よるモーメントおよび自重W。Kよるモーメントと均9
合っているので、 7.7 W+1゜・W、 = Fb −zcしたがって
、 W=(Fb−lc−lo−Wo)/l ここで、ヘッド1illl断1fii 4νi8bは既
知、ヘッド側圧力Pbハ圧力計9により測定されるので
、推力E’bは既知である。又、自、’l(W。も既知
である。したかって、長さl、lO,l−が得られれば
吊荷7の荷1(Wを知ることができる。
まず、長さlは次式により表わすことができる。
l = l、 cos (θ3−θI)ここで、長さl
、および角度θ、は既知、角度θ3は角度計8で測定さ
れるので、長さlをめることができる。
伏に、畏さ!。は次式により表わすことができろ。
6o = 714cos (0,−,0,)ここで、長
さl、と角度θ、は既知、角度θ3は;It:I ′l
I″′νCより得られるので、民さl。をめることかで
さる。
醍佼に、侵さecは次式により表わすことかでビる。
1e=4.sin θ。
ここで、長さl、は既知であり、角度θ、は未知である
。そこで、以下角度θ2をめることにする。第2図から
、l、・sinθ、=l、・sinθ3 の関係がある
ので、角度θ、は次のように表わされる。
θ、 = sin” (−L!−5inθ、)l。
上式で9丁長さl、のみ未知であるが、長さ!、汀長さ
ll+ 、Actは既知、角度θ3は測定により得られ
るので、長さ13をめることができ、結局、長さlCを
知ることができる。
以上説明したようK、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をめ
ることができる。
ところで、上記の手段を適用して油圧シ町ベル等の積荷
の荷重を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。
第3図は油圧ショベルのフロント部の111す面図であ
る。図で、IOは油圧ショベル本体、11は本体10に
揺動支点Fを中心に揺1助可能に支軸されたブーム、+
2+’jアーム、j3はパケットである。14はブーム
11な、1B伏させるブームシリンダであり、本体10
K +’、:’、・、・ノ支点(iを中心に揺1iIl
、1 ’iiJ能に支持されている。
又、L・1rはブームシリンダIllのロッドであり、
その先1/ii+iは結合点)I においてブーム1■
と口■回動に結合されている。15&−、Cアームシリ
ンダ、16はノくケソトンリングである。17けブーム
揺動支点J4’ K設けら請]た角)貌l十、【8はフ
゛−ムシリンダ140ヘッド1111+の圧力を1ji
ll kする圧力ば1.18′はブームシリンダ14の
ロッド’Ltil+の圧力な測定する圧力計である。又
、19はバケノ) 13内に栢み込まれた土砂又は岩石
のような「1”を荷である。
ところで、前述した油圧クレーンの吊荷7の荷J1jν
V?イtj−Fjする場合には、吊61J7の重心は′
畠にブーム・lv:j□Ai Dから吊り下げられたワ
イヤ5の垂線上にあり、−Lr+Lしている。しかしな
がら、油圧ショベルのバケット13に績ブームまわる積
荷の重心は、積荷の4i’Ii ’IJI、積荷の肚、
1J(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。したがって、油圧ショベルの積荷の荷重
を前述の油圧クレーンの出荷の荷重をめる手法でめると
、司成りの誤差の発生を免れ得ないという間R11を生
じるのである。これを以下に説明する。
、r!3図で、績(iむ19の仮に菫めた虚心住血をX
その真の重心位置をYとする。又、真の中心位dYとし
たときの積荷の荷重(真の荷1.)をW2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と仮定した里心位置X間の水平方向の長さを7a
 s仮定した中心位置XとI′(の重心位liY間の水
平方向の長さをΔ76 、線分()14から支点1” 
K対して引いた垂線の長さをlC′、ブームシリンダ1
40反力をill bと−する。又、油圧ショベルのフ
ロント機構の自」をW、支点)゛とフロント機構の重心
位置間の水平距離をlとすると、フロント板石4の自重
によるモーメントはwlとなる。そして、積荷J9の中
心位置が常KXKあるとして、さぎの油圧クレーンにお
いて使用した手法で積荷19の荷重をめると、 (W−ΔW)・ 16−1?blIlc′−Wlとなる
。一方、真の荷−市νVは W(da−Δ7!、 ) −Fb−IIJ w lであ
るから、結局、演nされた値は1誤差ΔWを有が仮定し
た中心位置χから遠くなる程、即ち、長?ΣΔl、が大
きく7よる程、誤差ΔWも大きくなり、1呂々、両M℃
心位171.X、Yか一致したとき以外は、IF確な荷
重な付ることがでさないことになる。
本発明の目的は、上記従来の間In点を解決し、1’i
何の中心位114が−Wでなくても、その積荷の正61
′Cな荷J4【を曲ることができる作業4張械の6j貞
演シマー装置rjを提供するにある。
この1」的を1卒成するため、本発明は、作菓機械の1
複数のリンク機4’l’tのうち、少なくとも2つのリ
ンクvi、仲fの変位を変位検出装賊で検出するととも
に、こ才t12つのリンク0麺溝を駆動するr山1玉ア
クチーエータの圧力を圧力検出m Ikで検出し、これ
らの検出値に基づいてiiI g部でJフ[定の演算を
行なうよ5に’L、たことを牛テ徴とする。
以下、本発明を図示の実励例に基づいて説明する。
第4図は本発明の実施例に係る荷重びV?−装置に用い
られる検出装置を備えた油圧ショベルのフロントgの側
面図である。図で、第3図にボす旨し分と同一部分Kに
同一符号が付しである。2Llはブーム1.1 K揺動
FiJ能に支持されたアーム12の→r6 @!+支点
Jに設けられた角度t1゛、21はアームシリンダ15
のヘッド11+11の圧力をEta 71する圧力計、
22はアームシリンダI5のロッド111]の圧力を測
定する圧力比1である。又、KはブームllIC揺動司
龍に支持さ才したアームシリンダの揺動支点%M(ボア
ームシリンダ150ロツド15 rとアーム12とがi
J回動に結合される結合点を示す。さらに、支点Fと積
荷19の那心位随の水平方向の長さをL l支点P゛と
支点Jの水平方向の長さをls を支点Jと積荷19の
中心位置の水平方向の長さを/、、部分GHから支点I
I′ニ対して引いた垂線の長さをlcl、線分K Mの
延長線から支点Jに対して引いた垂線の長さを1le2
とする。
第5図は第4図Kがす油I−L−、ショベルのフロント
呂bKおける各↑51〜の寸法を7Jテす絵図である。
l、。は支点)゛と支点0間の長さ、A’l+は支点)
゛と結合点11間の長さ、l+2は支点qと結合点FI
間の長さ、β4は、+8ij分1” Hと線分FGの1
:【す角、θ、は線分1・qと線分G1〜■のなす角で
ある。又、11.は支点1〈と結合点M曲の長さ、1.
4は支点にと支点5間のJ(さ、A’+5は結合点Mと
支点5間の長さ、θ。
ハ嫁分J +Vlと線分J Kのなす角、θ、は面!分
K Mと線分KJのなす角である。又、Nはブーム中心
1立11イ、lsoは支点Fとル心位価N間の長さ、C
1は!;り分)’Hと線分1・冒qのなす角、Wbはブ
ームの甲さ、Jも(まアーム」dよびバケットの中心位
11尾、A’61昏よ支点Jと屯心位lI′e; II
間の長さ、752は支点Fと支点5曲の同さ、C2は線
分JMと線分JRのな一4’ JJ−J、β1は水平線
(一点鎖線で示されている)と11分F(iのなす角、
β2は線分■ぜJと)要分JI’ Hθ)プエす角、β
、は六゛υ分」パJと線分M Jのなす角、νv6げア
ームおよびパケットの重さである。
ここで、ます、支点F 5わりのモーメントのバランス
を考える。積荷19の荷ff1WK、t、るモーメント
は、w−77、ブームシリンダ14の反力Jli’b 
(前述のようにFb = Pb # Sb −P’b 
@ S’b ) KよるモーメントはFb@ lelで
あり、両者は等しいので、Fb ’4+ ’= W @
 l、十vi’ l’ aha−eae(1)ここで、
w’l’は w’ ll’= Wb e 15ocos (θ4+α
1−β+ ) Wa(A’et・cos (θ4−β1
−β2) +lJs、 cos (β1+β、+β、−
θ、+θ6+α、−π) であり、これら各角度、距離および垂゛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
。したがって、(1)式で未知の値は、値lc1.W、
11.である。そこで、長さl’e+ををめる。長さJ
c+は次式で表わされる。
IJe I +7116 S I nθ5長さ右。は既
知、角度θ、は未知であるが、この角度θ、については
、 7、、 sinθ、=7..sinθ。
l、、= (1,。・+ll+・−2,l、。、11.
。。50.4)+01刀係から、 としてめることができる(長さ’II r IIHは既
知、角度θ4は角度割17により測定される。)。(1
)式における未知の値W、737はそのままとして、仄
に、支点JまわりのモーメントのバランスヲJ−六る。
イ貞荷19の壱工小’vV Kよるモーメントは、W・
eo、アームシリンダ120反力F1によるモーメント
は Fa II 42であり、両者は等しいので、F’
a*42 =W* 19+Wa @ l、、 cos 
(β1+β2+β3−θ4+06+(χ2−π) =W(4r 1.s ) +W−−1(,1cos (
β1+I2十β3−04十06+α、−π) ・・・・
・ (2)となる。そして、(2)式で右辺第2項は既
知で、飄る。ここで、アームシリンダ15のヘッド側の
受用+iii 4貢をSh、受圧力をPh、ロッド11
11の受圧面り1をb r g受圧力をPr とすると
、フロント部が・t: 41文+に示す姿勢にある場合
の反力II″aは、I!’s = St 1IPr S
h @ Phとなる。そして、受圧力Pr、 Phはそ
れぞれ圧力ii122 、21によりat++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1゛と支点5間の長さも定まっているので、長
さ18も既知である。したがって、(2)式における未
知の値は、長さllC2tlJ7g荷爪Wとなる。
そこで、長さlc2をめることに1″る。長さla2は
次式で表わされる。
l c 2−114 S I nβ7 長さl+4は既知であり、角度07は未知であるが、こ
の角度θ、については、 7、、 sinθe=43sinθ7 43 = (l、+’+ A’+52’2・l、4・l
、、 cosθ6)の関係から β7 = 5in−’ (bjsinθ6)13 としてめることができる。ここで、長さ114゜11s
は既知であり、角°度θ。は角1生前かにより測定され
るので、長さ4gが卑出さ才1、M tcθ7をめるこ
とができるのである。
さて、上記(1)式と(2)式を未知の値W。
17の連立方程式とし、この連立方程式を斤rくと、積
荷19の荷オ(Wは。
ハ+β、+β、−θ4+θ、十α2−π)としてめるこ
とかできる。なお、長さ17は、となる。
結局、積荷19の荷JILは、定まっている長さ78 
t 4orんs 44 + 45 +ブームシリンダ1
40ヘッドIH1]断面積Sb、アームシリンダI11
のヘッド1illl 、ロッド1ill断面績Sh 、
、srおよび角1集計17.加の測定値θ4106+圧
力計18 、21 、22のdill ’yi値Pb 
、 Ph 、 PrK基つき。
前述の演算を行なうことによりめることかできる。この
演′シ0す第6図に示す演算部で行なわれる。
第6図は本発明の実施例に係る油圧ショベルの1:η1
11演n装屑のブロック図である。図で、17 、21
Jtit I4’、 41gl K示す角度nl’、+
8.21 、22は同じく第411.71 K ンドす
圧力泪でAりる。23はマイクロコンビー−タで4)v
、lJ′y、される演算部であり、角度F¥t、+7.
側、出力計11’i 、 21 、22の検出信号をl
1lt’を次切換えて入力1少マルチプレクサ73a、
入力した検出信号をディジタル値に変換するA / D
変換器田b、所定の演算、11iり御を行なうCPU(
中央処理装置7# ) 23 C1CP U 23 c
の処理手順を記1.ハする■もOM(リード・オンリ・
メモIJ)23d、前記定まった既知の長さ1..1.
。t In + A’+4 + 1.s、各シリンダの
断面績Sh 、 Srを記憶する)(、OM (リード
Φオンリ・メモ’) ) tg e、入力した値や演算
結果を一時記憶するILAM(ランダム・アクセス・メ
モリ)23fおよび演yF結果を出力する出力量523
gで4M成さ才tている。房は演n tMs 23で演
算された値を表示する表7ノく装置dである。
油圧ショベルのパケット13に積荷J9が収容されると
、演算部おが作動して角度計17 、20、圧力■4+
>+ 、 21 、22の検出値を順次入力し、これら
の検出1直とIL OM 23 e Ic H己1mさ
れた叶矢1」のIKに茫づき、1′LO〜l 7−3 
d K記憶された手j1虹1にしたがいCPU乙Cで0
11記各式に基づく所定の演−qがなされ、積荷19の
荷重Wが算出される。算出さj、た値Wは出力t%23
 gから表示装置24に出力され、その値が表示される
なお、既知の値を](OMおdK記1.ひシたR OM
2:3eを櫃1略することができる。又、演算部おは油
圧ショベルにおける他の神々の演算、制御を行うものと
共用することができる。
このように、本実施例では、ブームの揺動支点まわりに
おけるパケッ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
ームの揺動支点社わりにおけるパケットA責荷のaj 
!((によるモーメントと′アームシリンダの反カシこ
よるモーメントとのバランスからパケットのイ1゛(荷
の荷車をめるようにしたので、その積荷の11ねB位栖
(VC関係なく、正確な荷A>。
を借ることができる。
なお、上Na実施例では油圧ショベルを例示して+i>
?、明したが、ホイールローダ、トラクタショベル″・
を他のイリy々の作栗歳械に適用することができる。
又、モーメントのバランスをめる場合、ブームのm J
l(a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めるよ5Kした
が、両名°のいずれか一方ヲバケットの揺動支点まわり
のモーメントのバランスと1にき換えることもできる。
この場合には、当然ノくケノト角を検出する角度計およ
びパケッ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、”アクチュ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 −反力をめることができる。さhvc又、演算部は
アナログ回路により猶成することもできる。
なお、前屈では2つのリンク1pA脣4の変位を4灸出
する場合について説1町したが、ノくケラト[3の角I
W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。
以上述べたように、本発明では、作業機轍の値数のリン
ク機構のうち少なくとも2つのリンク槻f14の変1立
を検出するとともに、これら少なくとも2つのリンク(
長講を垣に與Jするず山川アクチュエータの圧力を検出
し、これら検出値に基づいて所定の(Anを行なうよう
にしたので、積荷のj1313iρii K関係なく、
正イア(r=な荷重を得ることかできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は油圧クレーンのlll11面図、第2図は紀I
Igl Kが1油圧クレーンの各部の寸法を示す線図、
第:3図は油圧ショベルのフロント部の倶[面図、用4
図は本yJら四の実施例に係る荷重演奏装置5に用いら
れる検出装置θを1+tfiえた油圧ショベルのフロン
ト部の1割面図、第51込1は第4121にポす油圧シ
ョベルのフロント部の各部の寸法を示す線は1、第6図
は・1〜9B明の実施例に係る油圧ショベルの1.7[
重(pl :fJ−装面のブロック図である。 11・・・・・・ブーム、12・・・・・・アーム、J
3・・・・・・パケット、°・°積荷、Z3・・・・・
・傅−西部。 11 図 り 鰯2面 wI3図 2 第4日 第5図 第6図 手続補正書(自発) 昭和59年2月7日 特許庁長官 若杉和夫 殿 1、事件の表示 昭和58年4守 許 願第188307号2、究明の名
称 作東(h械の荷1演算装置ル13、 補正をする者 事件との関係 出願人 4、代理人 △ 別紙記載の通り 明細?)第17頁第1行の「記憶した」を「記イ屑して
」に補正する。 代理人 弁用・士 武 殆1次部+:、、 −1−、。 4ユ、−5

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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ュ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
    リンク機構の変位を検出する変位検出装置と、前記油圧
    アクチュ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ュエータの圧力を検出する圧力検
    出装置と、前記変位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T9r
    定の演94により前記積荷による荷重を梼4出する欣、
    #: 1:Xとを設けたことを特徴とする作業機械の荷
    重演算装置灯。
JP18830783A 1983-10-11 1983-10-11 作業機械の荷重演算装置 Granted JPS6082595A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18830783A JPS6082595A (ja) 1983-10-11 1983-10-11 作業機械の荷重演算装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18830783A JPS6082595A (ja) 1983-10-11 1983-10-11 作業機械の荷重演算装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6082595A true JPS6082595A (ja) 1985-05-10
JPH0435579B2 JPH0435579B2 (ja) 1992-06-11

Family

ID=16221316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP18830783A Granted JPS6082595A (ja) 1983-10-11 1983-10-11 作業機械の荷重演算装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6082595A (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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