Stress detection device for vehicle for high lift work

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高所作業車の応力検出装置に関し、更に詳細には、走行可能に構成された走行体と、走行体に少なくとも起伏動可能に設けられたブームと、ブームの先端部に設けられた作業台とを有してなる高所作業車の応力検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高所作業を行なう高所作業車には、例えば、走行可能に構成された走行体に旋回動自在に設けられた旋回台と、旋回台に上下に揺動可能に取り付けられたブームと、ブームの先端部に上下に揺動可能に取り付けられた作業台とを有して構成されているものがある。 このような高所作業車は、走行体の走行により作業現場に移動し、ブーム及び旋回台を作動させて作業台を所望の位置に移動させることができる。
【０００３】
ここで、作業台には作業者の負荷や作業にともなう負荷が作用するが、これらの負荷は変動荷重となってブームを介して旋回台に作用する場合が多いので、ブームを支持する旋回台は静荷重の場合よりも小さい荷重で疲労する事態を考慮した設計が行なわれている。 例えば、ブームが水平方向に延びた状態において、旋回台の基部（以下、「最弱部」と記す。）には大きな負荷が作用するため、この最弱部に想定される最大の負荷を想定される繰り返し回数与えた場合でも最弱部が破断しないように設計する。 このように変動荷重を考慮して設計することで、旋回台の寿命を向上させることができる。 なお、このように疲労を考慮した耐久性判断を行うものとして、例えば、特許文献１に開示の装置がある。
【０００４】
また、作業台に作用する変動負荷はブームや走行体にも作用するため、旋回台と同様にブームや走行体も疲労を考慮した設計が行なわれている。
【０００５】
ここで、旋回台、ブーム及び走行体の疲労の度合いを判定するには、疲労判定される部品に作用した応力と、応力が作用した繰返し回数（以下、応力繰返し回数と記す）を知る必要がある。 このため、高所作業車を使用する作業車から作業内容をヒアリングするとともに、アワーメータからブームの稼動時間及び走行体の走行時間を得ている。
【０００６】
【特許文献１】実用新案登録第３０６６９９３号公報【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、作業者からの申告内容は実際のブームの使用状態と必ずしも一致しない場合があり、疲労判定の精度が低下するという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、正確な疲労判定を行なうことができる高所作業車の応力検出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明に係わる高所作業車の応力検出装置は、走行可能に構成された走行体（例えば、実施形態における車体３）と、走行体に少なくとも起伏動可能に設けられたブームと、ブームの先端部に設けられた作業台とを有してなる高所作業車の応力検出装置であって、高所作業車のいずれか一箇所もしくは複数箇所に設けられ、この箇所に作用する応力を検出する応力検出手段（例えば、実施形態におけるひずみゲージ６１）と、走行体による走行動もしくはブームの作動の時から所定の間隔で経過時間信号を出力する時間信号出力手段（例えば、実施形態における経過時間信号発生回路６９）と、時間信号出力手段からの経過時間信号を受け取ると、この経過時間信号を受けたときの応力検出手段により検出された応力値を取り込む応力値取込手段（例えば、実施形態における応力値取込回路７３）と、経過時間信号及びこれに対応して応力値取込手段により取り込まれた応力値を記憶する記憶手段（例えば、実施形態におけるメモリ７５）とを有して構成される。
【００１０】
上記構成の応力検出装置によれば、高所作業車のいずれか一箇所もしくは複数箇所に応力検出手段を設け、この応力検出手段からの応力値を走行体の走行動もしくはブームの作動の時から経過時間毎に経過時間とともに記憶することで、応力検出手段が設けられた場所に作用する応力値と経過時間を正確に得ることができる。 このため、これらの応力値と経過時間とから応力が作用した回数と応力値との関係を求めることで、応力検出手段が設けられた場所の疲労判定を正確に行なうことができる。
【００１１】
また、上記構成の応力検出装置において、ブームの作動を制御するブーム作動制御手段（例えば、実施形態におけるブーム作動制御装置４０）を有し、ブーム作動制御手段は走行体に対する作業台の位置を検出する作業台位置検出手段（例えば、実施形態における作業台位置センサ４１）を備え、記憶手段に、経過時間信号とこれに対応して応力値取込手段により取り込まれた応力値及び経過時間信号に対応して作業台位置検出手段により検出される作業台位置を記憶するように構成されてもよい。
【００１２】
上記構成の応力検出装置によれば、記憶手段に作業台位置検出手段からの経過時間信号に対応した作業台位置を記憶させることで、応力値と経過時間との関係から応力作用回数と応力値との関係を求める場合、作業台位置を考慮して応力が作用した回数を実状に合った数にすることができる。 このため、応力検出手段が設けられた部材の疲労判定をより正確に行なうことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図１から図４に基づいて説明する。 本実施の形態は、伸縮動可能に構成されたブームの先端に作業台を備えた高所作業車の態様を示す。 先ず、本発明に係わる応力検出装置を説明する前に、この応力検出装置を搭載した高所作業車を説明する。 高所作業車１は、図１に示すように、トラック車両をベースとして構成され、車体３の前後左右両端部に一対の前輪５及び後輪７を配設して走行可能であり、車体３の前部に運転キャビン９を有して構成されている。 運転キャビン９内には後輪７を制動状態にするパーキングベレーキＰが配設され、車体３の前後の左右両側部には車体３を持ち上げ支持するジャッキ１１が配設されている。 運転キャビン９よりも車両後方側の車体３の前側中央部には旋回動自在に構成された旋回台１３が取り付けられ、車体３に内蔵された旋回モータ１５により旋回動可能に構成されている。 この旋回台１３にブーム２０の基部が起伏動自在に枢結され、ブーム２０は起伏シリンダ２１により起伏動可能である。
【００１４】
ブーム２０は複数のブーム部材を入れ子式に組み合わせて伸縮動自在であり、内蔵された伸縮シリンダ２３により伸縮動可能である。 ブーム２０の先端部には作業台２５が上下に揺動可能に枢結され、レベリング装置２９により作業台２５はブーム２０の起伏角度に拘わらず水平状態に支持されている。 作業台２５にはブーム２０の旋回動、起伏動及び伸縮動を操作するブーム操作装置３１が設けられている。 ブーム２０は全縮状態で車両前方側から後方側へ倒伏動した状態で車両に格納される。
【００１５】
運転キャビン９内には、図示しないエンジンの駆動力を取り出して旋回モータ１５、起伏シリンダ２１及び伸縮シリンダ２３（以下、これらをまとめて「ブームアクチュエータ１５、２１、２３」と記す。）等の駆動源である図示しない油圧ポンプを駆動させるＰＴＯ機構（図示せず）の駆動を操作するＰＴＯスイッチ（ＰＴＯ ＳＷ３３）が配設されている。
【００１６】
このように構成された高所作業車１には、図２に示すように、ブームアクチュエータ１５、２１、２３の作動をコントロールするブーム作動制御装置４０が搭載されている。 ブーム作動制御装置４０は、ブーム操作装置３１、作業台位置センサ４１及び車両コントローラ４５とを有して構成されている。 ブーム操作装置３１は傾動可能に構成された図１に示す操作レバー３１ａを備え、この操作レバー３１ａを前後左右方向に傾動すれば車両コントローラ４５を介して旋回モータ１５の旋回動作、起伏シリンダ２１の伸縮動作及び伸縮シリンダ２３の伸縮動作を操作可能に構成されている。 作業台位置センサ４１は、図１に示す旋回台１３の旋回角度を検出する旋回角センサ（図示せず）と、図１に示すブーム２０の車体３に対する起伏角度を検出する起伏角センサ（図示せず）と、図１に示すブーム２０の伸長量を検出する伸長センサ（図示せず）とを有して構成されている。
【００１７】
車両コントローラ４５には、ブーム操作装置３１からの操作信号に応じてブームアクチュエータ１５、２１、２３の各作動をコントロールする作動制御弁Ｖのそれぞれの作動を制御する作動制御回路４７と、作業台位置センサ４１（旋回角センサ、起伏角センサ、伸長センサ）からの検出値に応じて図１に示す作業台２５の位置を算出する位置算出回路４９と、位置算出回路４９により算出された作業台位置が予め設定された作業台２５の移動できる許容移動領域（図示せず）を越えているか否かを判定する移動判定回路５１と、移動判定回路５１により作業台２５の位置が許容移動領域を越えていると判定されたときに作動制御回路４７から作動制御弁Ｖへの作動制御信号の伝達を遮断してブームアクチュエータ１５、２１、２３の作動を規制する作動規制回路５３とを有して構成されている。 なお、移動判定回路５１は図１に示すブーム２０を介して車体３に作用するモーメントを検出するモーメントセンサ（図示せず）からのモーメント値が許容モーメントを越えたか否かを判定し、モーメント値が許容モーメントを越えた旨の判定をしたときに作動規制回路５３を作動させるようにしてもよい。
【００１８】
このように構成されたブーム作動制御装置４０は、疲労判定を行なうため車両のいずれかの部分に作用する応力を検出してこれを記憶する応力検出機能を備えた応力検出装置６０を取り込んでいる。 この応力検出装置６０は、ひずみゲージ６１、ブレーキ作動検知センサ６３、ＰＴＯ ＳＷ３３及び車両コントローラ４５に内蔵された応力検出部６７とを有して構成されている。 ひずみゲージ６１は旋回台１３の基部１３ａの最弱部に取り付けられ、ブーム２０の作動により旋回台１３に作用する負荷及び車両走行によりブーム２０が上下動等して旋回台１３に作用する負荷により生じる基部１３ａのひずみを検出する。 ブレーキ作動検知センサ６３は図１に示すパーキングブレーキＰが作動状態にある、即ち、後輪７が制動状態にあることを検知するセンサである。 ＰＴＯ ＳＷ３３は前述したのでその説明は省略する。
【００１９】
応力検出部６７は、経過時間信号発生回路６９と応力演算回路７１と応力値取込回路７３とメモリ７５とを有して構成されている。 経過時間信号発生回路６９はブレーキ作動検知センサ６３からの図１に示すパーキングブレーキＰが非作動状態にある旨の非作動信号、又はＰＴＯ ＳＷ３３が操作されて図示しないエンジンの駆動力を取り出すためのＯＮ信号を受けたときに作動して所定間隔毎に時間信号を発生する機能を有し、所定間隔は任意に調整可能に構成されている。 応力演算回路７１はひずみゲージからの検出値に応じて図１に示す旋回台１３の基部１３ａに作用する応力を演算する機能を有する。 応力値取込回路７３は経過時間信号発生回路６９からの経過時間信号を受け取る毎にこの経過時間信号を受けたときの応力演算回路７１により演算された応力値を取り込む機能を有する。 メモリ７５には、経過時間ｔｎと、経過時間ｔｎに対応して応力値取込回路により取り込まれた応力値及び位置算出回路４９からの経過時間ｔｎに対応した作業台位置が記憶される。 即ち、メモリには、図３に示す経過時間ｔ１、ｔ２…ｔｎと、これに対応した応力値σｎ及び作業台位置が記憶される。
【００２０】
さて、このように構成された応力検出装置６０を兼ね備えたブーム作動制御装置４０は、車両が移動している場合には、図２に示すように、図１に示すパーキングブレーキＰは非作動状態になるのでブレーキ作動検知センサ６３が非作動信号を出力し、車両が作業現場に移動して図１に示すブーム２０により作業が行なわれている場合には、ＰＴＯ ＳＷ３３からＯＮ信号が出力される。 このため、図１に示す旋回台１３の基部１３ａに変動負荷が作用する虞のある状態になると応力検出装置６０が作動して経過時間信号が発生する。 そして、応力値取込回路７３が経過時間信号毎に応力演算回路７１により演算された応力値を取り込み、メモリ７５に、図３に示す経過時間ｔ１、ｔ２…ｔｎと、これに対応した応力値σ１、σ２…σｎ及び作業台位置が記憶される。 なお、作業台位置は作業台位置センサ４１からの検出値に応じて位置算出回路４９により算出されて経過時間とともにメモリ７５に記憶される。
【００２１】
このため、変動負荷により図１に示す旋回台１３の基部１３ａに発生する応力の殆どをメモリ７５に記憶させることができる。
【００２２】
続いて、メモリ７５に記憶されたデータに基づいて図１に示す旋回台１３の基部１３ａを構成する部材の寿命判定について説明する。 図４は旋回台１３の基部１３ａを構成する部材の疲労特性を示しており、縦軸が応力振幅Ｓ、横軸が応力繰り返し回数Ｎを示したいわゆるＳ−Ｎ曲線である。 図４に示すように、応力がある値以下になると、いくら繰返し荷重を作用させても破断は生ぜずＳ−Ｎ曲線は水平になる。 この水平部はこの応力以下では永久に破壊しないと考えられるので、この曲線が水平になる限界の応力値を一般に疲れ限度と呼ばれている。 また、Ｓ−Ｎ曲線の傾斜部では疲れ限度以上の応力に対してその値に応じた破断までの繰り返し回数をＳ−Ｎ曲線によって推定することができる。
【００２３】
そこで、図１に示す旋回台１３の基部１３ａを構成する部材の寿命判定は、先ず、破断に至る繰り返し回数ＮをＳ−Ｎ曲線によって推定する。 例えば、旋回台１３の基部１３ａに変動負荷が作用して応力σ１及び応力σ２が発生した場合、これらの応力に対応したＳ−Ｎ曲線から推定される応力繰返し回数ＮはそれぞれＮ１、Ｎ２となる。 続いて、応力繰返し回数Ｎに対する実際に基部１３ａの部材に作用した応力繰返し回数の比を求める。 そして、この値が諸定値を超えているか否かで部材の寿命判定を行なう。 ここで、前述したように部材に作用した負荷が変動して２種類の応力σ１、σ２が発生した場合には、直線被害法則と呼ばれる数式１により寿命判定を行なう。
【００２４】
【数１】
ｎ１/Ｎ１＋ｎ２/Ｎ２＝Ｃ
【００２５】
ここで、ｎ１は応力σ１が発生した回数であり、Ｎ１はＳ−Ｎ曲線上のσ１に対応する応力繰り返し回数であり、ｎ２は応力σ２が発生した回数であり、Ｎ２はＳ−Ｎ曲線上のσ２に対応する応力繰り返し回数であり、Ｃは定数で通常Ｃ＝１である。 即ち、ｎ１/Ｎ１＋ｎ２/Ｎ２＝１になると部材が破壊することを意味している。
【００２６】
さて、応力σ１が発生した回数ｎ１と応力σ２が発生した回数ｎ２は、図２に示すメモリ７５に記憶されたデータに基づいて数えられる。 メモリ７５に記憶されたデータは、図３に示すように、経過時間ｔとともに応力σが記憶されており、このデータは図２に示すパソコン８０等に読み込まれて回数ｎ１、ｎ２が数えられる。 ここで、例えば、回数ｎ２を数える場合、図３の矢印Ａが示すように、隣接する経過時間ｔの各応力σ２が一定であるときには図２に示す位置算出回路４９からの経過時間ｔに対応した図１に示す作業台２５の位置情報を加味する。 即ち、応力値と作業台位置情報が同じであれば、この経過時間における応力繰り返し回数は４回ではなく１回として数える。 これは、この経過時間内では負荷変動が無く、発生した応力は一回だからである。 なお、回数ｎ１も回数ｎ２の場合と同様にして数えられる。 このため、応力繰り返し回数ｎ１、ｎ２は実状に合った数となる。
【００２７】
続いて、図２に示すパソコン８０は、前述した数式１に図４に示すＳ−Ｎ曲線から推定されたＮ１、Ｎ２と前述した数えた応力繰り返し回数ｎ１、ｎ２を代入して演算し、演算された値と１との比較を行なう。 そして、パソコン８０は演算された値が１を越えていれば旋回台１３の基部１３ａは疲労寿命と判定し、演算された値が１よりも小さければ使用可能状態にあると判定する。 なお、パソコン８０による疲労判定は、パソコン８０に設定されたプログラムに従って行なわれ、プログラムの内容は変更可能である。 すなわち、上記数式１における定数Ｃの値を適宜変更設定したり、上記直線被害法則とは異なる疲労被害法則に基づく疲労寿命計算を行っても良い。 なお、疲労被害法則については、直線被害法則を修正したものなど、従来から種々の法則が提案されており、これらは公知であるのでこれらに基づく疲労寿命計算についての説明は省略する。
【００２８】
このように、図１に示す旋回台１３の基部１３ａに変動負荷が作用すると考えられる状態において、この基部１３ａに生じる応力の全てが経過時間に対応させて図２に示すメモリ７５に記憶され、また応力繰り返し回数ｎ１、ｎ２は実状に合った数として計数されるので、寿命判定を正確に行なうことができる。
【００２９】
なお、前述した実施の形態では、旋回台１３の基部１３ａにひずみゲージ６１を取り付けたが、この場所に限るものではなく、高所作業車１のいずれの場所に取り付けてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明における高所作業車の応力検出装置によれば、高所作業車のいずれか一箇所もしくは複数箇所に応力検出手段を設け、この応力検出手段からの応力値を走行体の走行動もしくはブームの作動の時から経過時間毎に経過時間とともに記憶することで、応力検出手段が設けられた場所に作用する応力値と経過時間を正確に得ることができる。 このため、これらの応力値と経過時間とから応力が作用した回数と応力値との関係を求めることで、応力検出手段が設けられた場所の疲労判定を正確に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における応力検出装置を搭載した高所作業車の正面図を示す。
【図２】本発明の一実施の形態における応力検出装置のブロック図を示す。
【図３】本発明の一実施の形態における応力検出装置のメモリに記憶されるデータを示す。
【図４】本発明の一実施の形態における疲労判定時に使用されるＳ−Ｎ曲線を示す。
【符号の説明】
１ 高所作業車３ 車体（走行体）
２０ ブーム２５ 作業台４０ ブーム作動制御装置（ブーム作動制御手段）
４１ 作業台位置センサ（作業台位置検出手段）
６０ 応力検出装置６１ ひずみゲージ（応力検出手段）
６９ 経過時間信号発生回路（時間信号出力手段）
７３ 応力値取込回路（応力値取込手段）
７５ メモリ（記憶手段）