特許 5968189 ショベル管理装置及びショベル管理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5968189

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】ショベル管理装置及びショベル管理方法

(51)【国際特許分類】

   G01M 13/00 20060101AFI20160728BHJP

   G06F 17/50 20060101ALI20160728BHJP

【ＦＩ】

   G01M13/00

   G06F17/50 612G

   G06F17/50 680Z

【請求項の数】11

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-236462(P2012-236462)

(22)【出願日】2012年10月26日

(65)【公開番号】特開2014-85293(P2014-85293A)

(43)【公開日】2014年5月12日

【審査請求日】2015年3月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105887

【弁理士】

【氏名又は名称】来山 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】小川 正樹

(72)【発明者】

【氏名】申 ライ

【審査官】 後藤 大思

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／１７２２７７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−２３３３３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１６６９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０５−０３８０６３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｍ １３／００−１３／０４

Ｇ０１Ｍ ９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ショベルの作動状態を検出する複数のセンサ、から検出結果が入力される入力装置と、
前記入力装置を通して入力された前記センサの検出結果を、解析モデルを用いて解析することにより、前記ショベルの部品に加わる応力を算出する処理装置と
を有し、
前記複数のセンサは、前記ショベルの上部旋回体に連結されたアタッチメントの上面、底面、及び２つの側面に配置された応力センサを含み、
前記処理装置は、前記応力センサの検出結果の時間変化から、前記アタッチメントに加わる応力の時間変化を算出し、
応力の時間変化の算出結果に基づいて、前記アタッチメントの寿命を求めるショベル管理装置。

【請求項2】

ショベルの作動状態を検出する複数のセンサ、から検出結果が入力される入力装置と、
前記入力装置を通して入力された前記センサの検出結果を、解析モデルを用いて解析することにより、前記ショベルの部品に加わる応力を算出する処理装置と
を有し、
前記複数のセンサは、前記ショベルの上部旋回体に連結されたアタッチメントの上面、底面、及び２つの側面に配置された応力センサを含み、
前記処理装置は、前記複数のセンサの検出結果の時間変化から、前記アタッチメントに加わる応力の時間変化を算出し、
応力の時間変化の算出結果に基づいて、前記アタッチメントの寿命を求め、
前記複数のセンサは、さらに、前記ショベルの部品に加わる荷重、及び前記ショベルの姿勢を計測するセンサを含み、前記処理装置は、繰り返される一連の動作において出現する前記ショベルの姿勢に対応した荷重、及び前記応力センサの検出結果から、前記アタッチメントに加わる応力の時間変化を算出するショベル管理装置。

【請求項3】

前記処理装置は、前記一連の動作の一周期分の前記応力の時間変化から抽出される応力の極値に基づいて、前記アタッチメントの寿命を求める請求項２に記載のショベル管理装置。

【請求項4】

前記処理装置は、前記アタッチメント内の応力分布から、寿命の最も短い箇所を求める請求項２または３に記載のショベル管理装置。

【請求項5】

前記処理装置は、前記ショベルが前記一連の動作を行う期間に前記応力センサによって実測された前記アタッチメントに加わる応力の時間変化に基づいて決定された複数の時点において、前記解析モデルを用いた解析を行う請求項２乃至４のいずれか１項に記載のショベル管理装置。

【請求項6】

さらに、出力装置を含み、
前記処理装置は、前記アタッチメントに加わる応力の時間変化の算出結果に基づいて、前記一連の動作中に受ける損傷を１周期の期間にわたって累積した累積損傷度の、前記アタッチメント内における分布を求め、求められた累積損傷度の分布を前記出力装置に出力する請求項２乃至５のいずれか１項に記載のショベル管理装置。

【請求項7】

（ａ）ショベルの上部旋回体に連結されたアタッチメントの上面、底面、及び２つの側面に配置された応力センサを含み、作動状態を検出する複数のセンサを搭載したショベルの前記センサから検出結果の時間変動を取得する工程と、
（ｂ）前記応力センサから取得された複数の時刻の前記検出結果を、解析モデルを用いた解析に適用して、前記アタッチメントに加わる応力を算出することにより、応力の時間変化を得る工程と、
（ｃ）前記応力の時間変化に基づいて、前記アタッチメントの寿命を求めるショベル管理方法。

【請求項8】

（ａ）ショベルの上部旋回体に連結されたアタッチメントの上面、底面、及び２つの側面に配置された応力センサを含み、作動状態を検出する複数のセンサを搭載したショベルの前記センサから検出結果の時間変動を取得する工程と、
（ｂ）前記センサから取得された複数の時刻の前記検出結果を、解析モデルを用いて解析し、前記アタッチメントに加わる応力を算出することにより、応力の時間変化を得る工程と、
（ｃ）前記応力の時間変化に基づいて、前記アタッチメントの寿命を求める工程と
を有し、
前記複数のセンサは、さらに、前記アタッチメントに加わる荷重、及び前記ショベルの姿勢を計測し、
前記工程（ａ）において、繰り返される一連の動作において出現する前記ショベルの姿勢に対応した荷重を取得し、
前記工程（ｂ）において、前記ショベルの姿勢、前記姿勢に対応した前記荷重、及び前記応力センサの検出結果に基づいて、前記応力の時間変化を求めるショベル管理方法。

【請求項9】

前記工程（ｃ）において、前記一連の動作の一周期分の前記応力の時間変化から抽出される応力の極値に基づいて、前記アタッチメントの寿命を求める請求項８に記載のショベル管理方法。

【請求項10】

前記工程（ｃ）において、前記アタッチメントの複数の評価箇所のうち、寿命の最も短い評価箇所を求める請求項８または９に記載のショベル管理方法。

【請求項11】

さらに、前記工程（ａ）の前に、
（ｄ）前記ショベルが前記一連の動作を行う期間に、前記応力センサによって実測された応力の時間変化を取得する工程と、
（ｅ）前記応力の時間変化に基づいて、解析を行うべき複数の評価時刻を決定する工程と
を有し、
前記工程（ａ）において、前記工程（ｅ）で決定された評価時刻において、前記解析モデルを用いた解析を行う請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のショベル管理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ショベルの部品の寿命を算出するショベル管理装置及びショベル管理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ショベルの部品の寿命を予測するために、有限要素法による応力解析が広く用いられている。特許文献１に開示された解析方法では、有限要素法で用いられる荷重条件や境界条件がキー入力される。この荷重条件及び境界条件の下で、応力解析を行うことにより、応力範囲を求める。求められた応力範囲をＳ−Ｎ線図に当てはめ、疲労推定寿命を求める。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３−１４９０９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

応力解析を行う際の荷重条件や境界条件が、実際の稼働状態における条件と異なる場合には、精度の高い寿命予測を行うことが困難である。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一観点によると、
ショベルの作動状態を検出する複数のセンサ、から検出結果が入力される入力装置と、
前記入力装置を通して入力された前記センサの検出結果を、解析モデルを用いて解析することにより、前記ショベルの部品に加わる応力を算出する処理装置と
を有し、
前記複数のセンサは、前記ショベルの上部旋回体に連結されたアタッチメントの上面、底面、及び２つの側面に配置された応力センサを含み、
前記処理装置は、前記応力センサの検出結果の時間変化から、前記アタッチメントに加わる応力の時間変化を算出し、
応力の時間変化の算出結果に基づいて、前記アタッチメントの寿命を求めるショベル管理装置が提供される。

【0006】

本発明の他の観点によると、
（ａ）ショベルの上部旋回体に連結されたアタッチメントの上面、底面、及び２つの側面に配置された応力センサを含み、作動状態を検出する複数のセンサを搭載したショベルの前記センサから検出結果の時間変動を取得する工程と、
（ｂ）前記応力センサから取得された複数の時刻の前記検出結果を、解析モデルを用いた解析に適用して、前記アタッチメントに加わる応力を算出することにより、応力の時間変化を得る工程と、
（ｃ）前記応力の時間変化に基づいて、前記アタッチメントの寿命を求めるショベル管理方法が提供される。

【発明の効果】

【0007】

ショベルに取り付けられたセンサの検出結果に基づいて、応力の時間変化を求めるため、部品寿命の予測精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ実施例１によるショベル管理装置の管理対象となるショベルの側面図及び平面図である。

【図2】図２は、実施例１によるショベル管理装置のブロック図、及び管理対象のショベルの概略図である。

【図3】図３は、実施例１によるショベル管理方法のフローチャートである。

【図4】図４Ａ〜図４Ｄは、ショベルで繰り返される一連の動作の一例を示す概略図である。

【図5】図５Ａ〜図５Ｃは、それぞれショベルの動作中におけるブームシリンダの油圧、アーム先端位置、及び旋回角度の時間波形（時間変化）の一例を示すグラフである。

【図6】図６は、ある解析時刻におけるブーム内の応力分布の算出結果を濃淡で示すグラフである。

【図7】図７は、図６に示した評価箇所Ｅｐに加わる応力の時間波形を示すグラフである。

【図8】図８は、Ｓ−Ｎ線図の一例を示すグラフである。

【図9】図９は、ブーム内の累積損傷度の分布を濃淡で示すグラフである。

【図10】図１０は、実施例２によるショベル評価方法で評価対象となるショベルのブームの斜視図である。

【図11】図１１は、実施例３によるショベル管理装置で実行される部品の寿命の算出方法を示す図である。

【図12】図１２は、実施例４によるショベル管理装置で実行される部品の寿命の算出方法を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［実施例１］
図１Ａに、実施例１によるショベル管理装置で管理の対象となるショベルの側面図を示す。下部走行体２０に、上部旋回体２１が搭載されている。上部旋回体２１にブーム２３が連結され、ブーム２３にアーム２５が連結され、アーム２５にバケット２７が連結されている。ブームシリンダ２４の伸縮により、ブーム２３の姿勢が変化する。アームシリンダ２６の伸縮により、アーム２５の姿勢が変化する。バケットシリンダ２８の伸縮によって、バケット２７の姿勢が変化する。ブームシリンダ２４、アームシリンダ２６、及びバケットシリンダ２８は、油圧駆動される。ブーム２３、アーム２５、及びバケット２７によりアタッチメントが構成される。

【0010】

アタッチメントの姿勢センサとして、ブーム角度センサ、アーム角度センサ、バケット角度センサが備えられている。アタッチメントの荷重センサとして、ブームシリンダ２４のシリンダ内の油圧（シリンダ圧力）を測定するブーム用圧力センサ、アームシリンダ２６のシリンダ圧力を測定するアーム用圧力センサ、バケットシリンダ２８のシリンダ圧力を測定するバケット用圧力センサが備えられている。なお、アタッチメントの姿勢センサとして、角度センサの代わりに、シリンダの伸縮量を測定する変位センサを用いることもできる。

【0011】

図１Ｂに、実施例１によるショベル管理装置で管理の対象となるショベルの平面図を示す。旋回モータ３４が、下部走行体２０に対して上部旋回体２１を旋回させる。旋回モータ３４には、電動モータまたは油圧モータが用いられる。旋回角センサ３５が、旋回モータ３４の回転軸の回転角を測定する。旋回角センサ３５には、例えばレゾルバが用いられる。旋回角センサ３５の測定結果に基づいて、上部旋回体２１の旋回角θを算出することができる。ここで、旋回角θは、ブーム２３等が下部走行体２０の前方を向く姿勢を基準として、上部旋回体２１が旋回した角度を意味する。なお、上部旋回体２１の旋回動作に関わる物理量を測定するセンサとして、旋回角センサの代わりに加速度センサを用いることもできる。

【0012】

図２に、実施例１によるショベル管理装置４０のブロック図、及び管理対象であるショベル５０の概略図を示す。ショベル管理装置４０は、入力装置４１、処理装置４２、記憶
装置４３、及び出力装置４４を含む。入力装置４１は、通信網５１を介して、管理対象であるショベル５０から送信されたデータを受信する。

【0013】

アタッチメントの荷重センサで測定された各油圧シリンダ内の油圧、アタッチメントの姿勢センサで測定された角度、及び旋回角センサ３５（図１Ｂ）で測定された旋回角θが、入力装置４１を介して処理装置４２に入力される。荷重センサ、姿勢センサ、旋回角センサ３５の測定値により、アタッチメントの姿勢、アタッチメントに加わる荷重が特定される。出力装置４４は、処理装置４２の処理結果を表示する。入力装置４１は、オペレータが処理装置４２にコマンドを入力するためにも用いられる。入力装置４１は、キーボード、通信装置等を含む。記憶装置４３は、処理装置４２が実行するコンピュータプログラム、及び処理に用いられる種々のデータを記憶する。

【0014】

図３に、実施例１によるショベル管理方法のフローチャートを示す。まず、ステップＳ１において、処理装置４２が、ショベル５０による作業中に、繰り返される一連の動作の少なくとも１周期分の測定値を、アタッチメントの姿勢センサ、アタッチメントの荷重センサ、及び旋回角センサ３５（図１Ｂ）から取得する。旋回角センサ３５から、上部旋回体２１の旋回角θ（図１Ｂ）が取得される。アタッチメントの姿勢センサ及び旋回角センサ３５の検出値によって、ショベルの姿勢が特定される。一連の動作のうち、アタッチメントの姿勢センサ、アタッチメントの荷重センサ、及び旋回角センサ３５で測定値を取得する範囲は、操作者が設定してもよい。

【0015】

図４Ａ〜図４Ｄに、ショベル５０で繰り返される一連の動作の一例を示す。図４Ａ〜図４Ｄは、それぞれ一連の動作の１周期内の各工程、具体的には掘削開始、持ち上げ旋回、排土、戻り旋回の各工程中の任意の時点におけるショベル５０の姿勢を概略的に示す。ショベルの運転時には、例えば、一連の動作が繰り返されることにより、図４Ａ〜図４Ｄに示した姿勢が順番に出現する。

【0016】

図５Ａ〜図５Ｃに、それぞれショベルの動作中におけるブームシリンダ２４（図１Ａ）内の油圧、アーム２５（図１Ａ）の先端の高さ、及び旋回角度の時間波形（時間変化）の一例を示す。図５Ａに示した実線Ｌ１及びＬ２は、それぞれブームシリンダ２４内のロッド側油圧及びボトム側油圧を示す。図５Ａ〜図５Ｃにおいて、時刻ｔ１は、図４Ａに示した掘削開始に対応する。時刻ｔ１からｔ２までの期間に、掘削が行われる。時刻ｔ２からｔ３までの期間に、図４Ｂに示したブームの持ち上げ及び旋回の動作が行われる。時刻ｔ３からｔ４までの期間に、図４Ｃに示した排土及び戻り旋回の動作が行われる。一連の動作の繰返しに対応して、時刻ｔ１からｔ４までの波形と近似する波形が周期的に現れる。

【0017】

図３に示したステップＳ２において、一連の動作の１周期内で、解析すべき複数の時刻（以下、「解析時刻」という。）を抽出する。一例として、図５Ａに示したように、１周期内から、時刻ｔ１〜ｔ４の４個の解析時刻が抽出される。例えば、シリンダ内の油圧、旋回角度の時間波形のピーク、変曲点等の特徴的な時刻を、解析時刻として抽出する。抽出する解析時刻の個数を多くすると、解析精度が向上するが、解析に要する計算時間は長くなる。処理装置４２（図２）が、図５Ａ〜図５Ｃに示した時間波形に基づいて解析時刻を自動的に抽出するようにしてもよいし、オペレータが時間波形を観察して解析時刻を決定し、入力装置４１から解析時刻を入力するようにしてもよい。

【0018】

図３に示したステップＳ３において、解析時刻の各々において、解析モデルを用い、ブーム、アーム等の部品の各々に加わっている応力の分布を算出する。応力の分布は、解析時刻ごとに決定されているショベルの特定の姿勢に基づいて計算される。すなわち、繰り返される一連の動作の１周期内に現れる種々のショベルの姿勢ごとに、ショベルの部品に加わっている荷重に基づいて、応力の分布を算出する。応力の分布の算出には、例えば有
限要素法等の数値解析手法を適用することができる。このとき、ショベルの姿勢及びショベルの部品に加わる荷重が境界条件として用いられる。ここで、荷重はベクトルで表される。荷重の大きさ及び向きは、油圧シリンダ内の油圧、油圧シリンダの軸方向（アタッチメントの姿勢）、及び旋回角加速度により求まる。旋回角加速度は、旋回角θ（図１Ｂ）を２回微分することにより算出される。

【0019】

図６に、ある解析時刻におけるブーム２３内の一部分の応力分布の算出結果を示す。応力は、解析モデルの各要素を構成する節点ごとに算出される。図６において、応力が相対的に大きな箇所が、相対的に濃い色で示されている。図６に示したような応力分布の解析結果が、解析時刻ごとに、かつ部品ごとに算出される。

【0020】

図７に、ショベルの部品の評価箇所Ｅｐ（図６）に加わる応力の時間波形を示す。解析時刻ｔ１〜ｔ４の各々において応力が算出されている。図７に示した応力の時間波形は、ブーム２３、アーム２５、バケット２７等の部品ごとに、複数の評価箇所（有限要素法を用いた場合には、複数の節点）について求められる。

【0021】

図３に示したステップＳ４において、各部品の評価箇所ごとに、累積損傷度を算出する。これにより、部品内における累積損傷度の分布が得られる。累積損傷度は、応力の時間変化から抽出される応力の極値に基づいて算出される。ここで、「累積損傷度」とは、繰り返される一連の動作中に受ける損傷を、１周期の期間にわたって累積したものである。以下、累積損傷度を算出する方法の一例について説明する。まず、図７に示した応力の時間波形の極大値と極小値とを検出する。極大値と極小値とに基づいて、応力が変動する範囲である応力範囲Δσを求めるとともに、応力範囲Δσごとの出現頻度を求める。応力範囲Δσｉの出現頻度をｎｉで表す。

【0022】

図８に、Ｓ−Ｎ線図の一例を示す。例えば、図８に示したＳ−Ｎ線図では、応力範囲Δσｉの疲労寿命（破断繰返し回数）がＮｉ回である。累積疲労損傷則（別名、線形被害則）により、累積損傷度Ｄは、以下の式で表される。

【数1】

【0023】

図９に、ブーム２３内の一部分の累積損傷度Ｄの分布の一例を示す。図９において、累積損傷度Ｄが相対的に大きな領域を、相対的に濃い色で示す。累積損傷度Ｄが１以上になった時点で疲労破壊が生じる。累積損傷度Ｄ及び稼働状況（サンプリングした周期分の時間）から、疲労寿命を求めることができる。

【0024】

図３に示したステップＳ５において、部品の寿命を算出する。ステップＳ４で求められた累積損傷度Ｄが最大を示す評価箇所の疲労寿命が、部品の寿命となる。ステップＳ６において、評価結果を出力する。例えば、処理装置４２（図２）は、図９に示した累積損傷度Ｄの分布、及び部品の寿命を、出力装置４４（図２）に表示する。

【0025】

図３に示したステップＳ７において、評価結果が基準条件を満たすか否かを判定する。一例として、予め決められている寿命に対して短い寿命が算出されているときは、負荷が大きいと判断し、ステップＳ８において警告を発出する。評価結果が基準条件を満たす場合には、処理を終了する。

【0026】

保守点検者は、累積損傷度Ｄの分布に基づき、次回の点検時に特に重点的に点検を行う
べき箇所を抽出することができる。また、警告が発出された場合には、部品交換の準備を始めることができる。ショベルの設計者は、累積損傷度Ｄの分布に基づき、機械的強度を高めるべき箇所を抽出することができる。

【0027】

実施例１においては、ショベルの実際の動作時に収集されたアタッチメントの姿勢、アタッチメントに加わる荷重、旋回角に基づいて、数値解析モデルを用いた応力解析を行い、予測寿命が算出される。このため、寿命の予測精度を高めることができる。さらに、ショベルの所有者及びオペレータは、ショベルの部品のダメージを軽減する操作方法を把握し、学習することができる。その結果、ショベルの長寿命化を実現することができる。ショベルの設計者にとっては、負荷状況及び稼働状況を取得することができる。

【0028】

累積損傷度の算出値（１周期分の値）を、現時点までに動作した全周期にわたって合計した値と、疲労破壊を示す値である１との差が、現時点から疲労破壊が生じるまでの残存する累積損傷度に相当する。このことを利用して、残存する累積損傷度と現時点までの稼働時間とから、余寿命を求めることができる。求められた余寿命が、予め定められた基準値を下回ると、出力装置４４（図２）に余寿命を表示するとともに、疲労破壊が生じる可能性がある部位のメンテナンスを促す表示を行うことも可能である。

【0029】

［実施例２］
次に、図１０を参照して、実施例２によるショベル管理方法について説明する。以下、実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例１においては、図３に示したステップＳ２において、姿勢センサ、荷重センサの検出値の時間波形に基づいて、解析時刻を抽出した。実施例２においては、応力を測定した結果に基づいて、解析時刻を抽出する。

【0030】

図１０に、ショベルのブーム２３の斜視図を示す。ブーム２３に、複数の応力センサ３７が取り付けられている。応力センサ３７として、例えば歪ゲージを用いることができる。ブーム２３は、主として上面、底面、及び側面で構成される。応力センサ３７は、例えば、ブーム２３の基部と中央部との中間点の近傍、及び先端と中央部との中間点の近傍のそれぞれの、上面、底面、及び２つの側面に取り付けられる。

【0031】

実施例２では、図３に示したステップＳ１において、アタッチメントの姿勢等を示す物理量の他に、応力センサ３７による歪の検出値が取得される。これにより、圧力センサの検出値を換算して応力を求めるのではなく、応力センサ３７により、応力を直接検出することで、検出した応力から解析時刻を決定する。また、予め設定された複数の荷重条件ごとに、図６に示したような応力分布が算出され、応力分布の複数の算出結果が、応力分布参照表として準備されている。応力センサによる応力の検出値を、応力分布参照表に記憶されている複数の応力分布の、応力センサ取り付け位置に対応する節点の応力の算出値と比較する。応力分布参照表に記憶されている複数の応力分布の中から、両者が近似している応力分布を選択する。決定された解析時刻ごとに、応力分布参照表の中から近似する応力分布を選択し、疲労寿命を求めることができる。

【0032】

以下、解析時刻の決定方法を、より詳細に説明する。ショベルの一連の動作中に、応力センサ３７によって歪を検出する。検出された歪に基づいて、一連の動作の１周期分の応力の時間波形を求める。応力の時間波形の極大値及び極小値に着目して、応力が極大値及び極小値を示す複数の時刻から解析時刻を抽出する。

【0033】

１つの評価対象のショベルを用いて、解析対象となる複数の姿勢が決定されると、他のショベルの評価時に、評価対象のショベルに応力センサを取り付ける必要はない。また、解析時刻ｔ１〜ｔ４を抽出するために、応力センサを取り付けてデータ収集を行なったシ
ョベルについても、解析時刻が決定された後は、応力センサを取り外してもよい。

【0034】

上記実施例１及び実施例２では、ショベル５０とショベル管理装置４０（図２）との間で、通信網５１を介してデータ通信を行なったが、ショベル管理装置４０をショベル５０に搭載してもよい。この場合には、ショベルに取り付けられたアタッチメントの姿勢センサ、荷重センサ、旋回角センサ３５で測定された測定値は、通信網５１を介することなく、入力装置４１を介して処理装置４２に入力される。

【0035】

応力は、疲労寿命の予測に直接関わるパラメータである。実施例２では、上述のように、疲労寿命を予測するにあたり、応力センサにより直接測定した応力の検出値を用いて応力分布が求められる。このため、応力分布の算出の精度を高めることができる。その結果、疲労寿命の予測精度を高めることが可能になる。

【0036】

［実施例３］
図１１を参照して、実施例３によるショベル管理装置で実行される部品の寿命の算出方法について説明する。以下、実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。

【0037】

記憶装置４３（図２）に、掘削作業時におけるショベルの代表的な姿勢Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・と、標準荷重Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、・・・と、標準応力Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、・・・との対応表４５が、予め記憶されている。代表的な姿勢には、例えば図４Ａ〜図４Ｄに示した、掘削開始、持上旋回、排土、戻り旋回等の解析時刻における姿勢が含まれる。１つの解析時刻である掘削開始時の姿勢には、基体から掘削箇所までの距離、掘削箇所の深さ等に依存して、複数の姿勢が含まれている。同様に、持上旋回、排土、戻り旋回時の代表的な姿勢にも、複数の姿勢が含まれる。

【0038】

代表的な姿勢の各々に対応する標準荷重として、複数の荷重センサのうち１つの荷重センサによって測定される荷重が採用される。標準荷重の値として、例えば、掘削作業時に、ショベルがその代表的な姿勢をとったときに発生する最も一般的な荷重が採用される。代表的な姿勢の各々に対応する標準応力は、ショベルがその代表的な姿勢をとり、アタッチメントに標準荷重が印加されているときに、部品に加わる応力を意味する。標準応力は、複数の評価箇所Ｅｐ（図６）において定義されている。また、標準応力の値は、例えば、実施例１で説明した有限要素法等の解析手法を用いて、予め算出されている。

【0039】

実施例１の図３に示したステップＳ１と同様に、姿勢センサ及び荷重センサによって、繰り返される一連の動作の少なくとも１周期分の測定値を取得する。解析時刻において、姿勢センサによって取得された姿勢と、対応表４５に記憶されている代表的な姿勢とを比較し、最も近似する代表的な姿勢を抽出する。一例として、姿勢Ａ２が抽出される。

【0040】

実施例１では、図３のステップＳ３において、解析モデルを用いて応力の分布を算出したが、実施例３では、解析モデルを用いることなく、記憶装置４３に記憶されている対応表４５から応力を求める。以下、図１１を参照して、応力を求める方法について説明する。

【0041】

荷重センサの実測値と、対応表４５の、代表的な姿勢Ａ２に対応する標準荷重Ｂ２とを比較する。比較結果に基づいて、応力の換算係数を求める。換算係数は、荷重センサの実測値を、標準荷重Ｂ２で除算することにより算出される。

【0042】

代表的な姿勢Ａ２に対応する標準応力Ｃ２に、換算係数を乗算することにより、応力を求める。複数の解析時刻において、同様の手順により、応力を求めることができる。これ
により、図７に示したような応力の時間波形が求められる。応力の時間波形が求められた後の手順は、図３に示した実施例１のステップＳ４以降の手順と同一である。

【0043】

実施例３においては、ショベルの部品に加わる応力の算出時に、有限要素法等の演算を行う必要がない。このため、処理装置４２（図２）に加わる負荷を軽減することができる。

【0044】

［実施例４］
図１２を参照して、実施例４によるショベル管理装置で実行される部品の寿命の算出方法について説明する。以下、実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。

【0045】

実施例４においては、記憶装置４３（図２）に、ショベルの姿勢及び部品に加わる荷重の組み合わせに対して、部品に発生する応力を対応付けるマップ４６が記憶されている。マップ４６において、ショベルの一連の動作で現れる種々の姿勢Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・、及び部品に印加される定格範囲内の種々の荷重Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、・・・について、応力Ｒが対応付けられている。例えば、姿勢Ｐｉ、荷重Ｑｊの組み合わせに対して、応力Ｒｉｊが対応付けられている。ここで、ｉ、ｊは、正の整数である。

【0046】

実施例１の図３に示したステップＳ１と同様に、姿勢センサ及び荷重センサによって、繰り返される一連の動作の少なくとも１周期分の測定値を取得する。解析時刻において、姿勢センサによって取得された姿勢、及び荷重センサによって取得された荷重に基づいて、マップ４６から応力を求める。例えば、解析時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４に対応して、応力Ｒ３２、Ｒ４３、Ｒ３４、Ｒ２４が抽出される。これにより、図７に示したような応力の時間波形が求められる。応力の時間波形が求められた後の手順は、図３に示した実施例１のステップＳ４以降の手順と同一である。

【0047】

実施例４においても、実施例３と同様に、ショベルの部品に加わる応力の算出時に、有限要素法等の演算を行う必要がない。このため、処理装置４２（図２）に加わる負荷を軽減することができる。

【0048】

上記実施例１では、解析モデルを用いて応力を算出し、実施例３では、対応表４５（図１１）を用いて応力を算出し、実施例４では、マップ４６（図１２）を用いて応力を算出した。これらの方法で求められた応力を、実施例２に示したようなショベルに直接取り付けられた応力センサの測定値を用いて補正してもよい。以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。また、実施例１〜４では、ショベルで繰り返される１周期分の応力変化に基づいて、累積損傷度を算出したが、１周期内の任意の工程のみを抽出し、抽出された工程における応力変化に基づいて、累積損傷度、及び余寿命を算出してもよい。

【符号の説明】

【0049】

２０ 下部走行体
２１ 上部旋回体
２３ ブーム
２４ ブームシリンダ
２５ アーム
２６ アームシリンダ
２７ バケット
２８ バケットシリンダ
３４ 旋回モータ
３５ 旋回角センサ
３７ 応力センサ
４０ ショベル管理装置
４１ 入力装置
４２ 処理装置
４３ 記憶装置
４４ 出力装置
４５ 対応表
４６ マップ
５０ ショベル
５１ 通信網

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図7】

【図8】

【図10】

【図11】

【図12】

【図6】

【図9】