(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記距離設定手段は、GPSにより得られた前記建設機械の位置情報と、前記監視境界の位置情報とから、前記監視境界から前記建設機械までの距離を算出して求める請求項1又は2に記載の建設機械の稼働監視システム。
【発明を実施するための形態】
【0016】
図を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。まず、本発明の実施形態に係る建設機械の稼働監視システムについて説明する。
【0017】
図1には、工事敷地10の地盤12上で稼働している建設機械としてのバックホー14に、建設機械の稼働監視システム16(以下、「監視システム16」とする)が搭載されている例が示されている。本実施形態では、バックホー14の稼働によりバックホー14自体に発生して伝搬する環境影響因子としての振動を、監視システム16の監視対象としている。また、バックホー14が稼働する工事敷地10を、監視システム16により監視する領域とし、工事敷地10の敷地境界20を監視境界としている。
図1では、工事敷地10の外周に建てられた仮囲い22の壁面を構成する鉛直パネル面24の平面視における位置が、敷地境界20となっている。
【0018】
図1、及び
図2のブロック図に示すように、監視システム16は、計測手段としての振動センサ26、電源ユニット28、信号判定装置30、通報手段としての通報装置32を有して構成されている。振動センサ26及び電源ユニット28は、バックホー14の本体後方部34に設置され、信号判定装置30及び通報装置32は、バックホー14の運転席内に設置されている。通報装置32には、バックホー14の運転席内に対して通報音を鳴らすスピーカー(不図示)が備えられている。
【0019】
振動センサ26は、バックホー14の稼働によりバックホー14自体に発生する振動の実測値(本実施形態では、バックホー14自体に発生する振動の振動加速度)を計測する。
【0020】
電源ユニット28は、
図2に示すように、振動発電機36、整流回路38、コンデンサ40、及びコンバータ76を有して構成され、振動センサ26、信号判定装置30、及び通報装置32の電源となっている。電源ユニット28では、バックホー14の稼働により発生する振動の振動エネルギーを電気エネルギーに変換して発電を行っている。
【0021】
本実施形態では、振動発電機36が電磁誘導式の振動発電機となっており、振動発電機36に備えられたコイルから電磁誘導により発生する交流電力を、整流回路38によって直流電力に変換し、この直流電力をコンデンサ40に蓄電している。そして、コンデンサ40に蓄電された電力をコンバータ76を経て昇圧又は減圧して電圧調整した後に、振動センサ26、信号判定装置30、及び通報装置32へ供給している。
【0022】
信号判定装置30は、
図2に示すように、距離設定手段としての距離算出部42、許容値設定手段としての許容値設定部44、及び判定部46を有して構成されている。
【0023】
距離算出部42では、光波測距儀(不図示)により得られた、敷地境界20の位置情報と、バックホー14の位置情報とから、敷地境界20からバックホー14までの距離を算出して求める。
【0024】
許容値設定部44では、距離算出部42で求められた距離と、敷地境界20での振動の管理目標値とから、バックホー14自体での発生が許される振動の許容値を求める。
【0025】
管理目標値は、敷地境界20での振動レベルの規制値に基づいて、この規制値や、この規制値よりも小さい値に設定する。管理目標値は、地盤12の地質、使用する建設機械の種類、建設機械が行う作業内容、周辺環境、作業時間、工期等を考慮して設定するのが好ましい。
【0026】
許容値は、振動発生源(本実施形態では、バックホー14)から離れた地盤12上の地点に伝搬して発生する地盤振動の振動レベルと、振動発生源からこの地点までの距離との相関(以下、「振動レベルの相関」とする)を、地盤12の地質、使用する建設機械の種類、建設機械が行う作業内容等を考慮した予備実験や数値シミュレーション等によって予め求めておき、この予め求めておいた振動レベルの相関に基づいて敷地境界20での振動レベルが管理目標値以下になるように設定することによって求める。すなわち、予め求めておいた振動レベルの相関に基づいて、許容値以下の振動レベルの振動がバックホー14自体に発生したときに敷地境界20での振動レベルが管理目標値以下になるように許容値を求める。
【0027】
判定部46では、振動センサ26により計測したバックホー14自体に発生する振動の実測値と、許容値設定部44により求められた許容値とを比較し、実測値が許容値よりも大きいときに、通信装置32のスピーカーから通報音を鳴らす。これにより、バックホー14自体に発生している振動の振動レベルが許容値を超えている(敷地境界20に伝搬されている振動の振動レベルが管理目標値を超えている)ことをバックホー14のオペレータに通報する。
【0028】
次に、バックホー14の稼働により発生する振動を監視システム16によって監視する監視方法について説明する。
【0029】
まず、バックホー14を稼働させる前に、準備工程としての測距工程と許容値設定工程とを行う。
【0030】
測距工程では、
図1及び
図2に示すように、敷地境界20の位置情報としての座標値(以下、「境界座標値」とする)と、バックホー14の位置情報としての座標値(以下、「建機座標値」とする)とを、光波測距儀(不図示)により計測し、距離算出部42によって、計測された境界座標値と建機座標値とから、敷地境界20からバックホー14までの距離を算出して求める。
【0031】
許容値設定工程では、許容値設定部44によって、測距工程で求めた敷地境界20からバックホー14までの距離と、敷地境界20での振動の管理目標値とから、バックホー14自体での発生が許される振動の許容値を求める。
【0032】
測距工程で求めた敷地境界20からバックホー14までの距離や管理目標値は、自動的に許容値設定部44に入力されるようにしてもよいし、信号判定装置30に備えられたダイヤルゲージ等によって手動で設定して許容値設定部44に入力するようにしてもよい。また、許容値設定工程で求めた許容値は、自動的に判定部46に入力されるようにしてもよいし、信号判定装置30に備えられたダイヤルゲージ等によって手動で設定して判定部46に入力するようにしてもよい。
【0033】
そして、バックホー14の稼働開始と共に実測工程を開始し、バックホー14が稼働している間、実測工程と判定工程とを繰り返し続けることによって、バックホー14の稼働により発生する振動を監視する。
【0034】
実測工程では、振動センサ26によって、バックホー14自体に発生する振動の実測値を計測する。
【0035】
判定工程では、判定部46によって、振動センサ26により計測したバックホー14自体に発生する振動の実測値と、許容値設定部44により求められた許容値とを比較し、実測値が許容値よりも大きいときに、通信装置32のスピーカーから通報音を鳴らす。これにより、バックホー14自体に発生している振動の振動レベルが許容値を超えている(敷地境界20に伝搬されている振動の振動レベルが管理目標値を超えている)ことをバックホー14のオペレータに通報する。
【0036】
なお、バックホー14が工事敷地10内で移動する場合には、移動したバックホー14に対して準備工程を再度行い。再度求められた許容値を用いて判定工程を行う。施工計画等によって、バックホー14の移動する地点が予めわかっている場合には、これらの地点に対して準備工程を最初に行って各許容値を求めておき、バックホー14を移動したときに、求めた各許容値に設定し直すようにしてもよい。
【0037】
次に、本発明の実施形態に係る建設機械の稼働監視システムの作用と効果について説明する。
【0038】
本実施形態の監視システム16では、
図1及び
図2に示すように、敷地境界20からバックホー14までの距離、及び敷地境界20での振動の管理目標値から求められた振動の許容値と、振動センサ26により計測されたバックホー14自体に発生する振動の実測値とを比較し、振動の実測値が許容値よりも大きいときに通信装置32のスピーカーから通報音を鳴らしてバックホー14のオペレータに通報する。
【0039】
これにより、バックホー14自体に発生する振動を許容値以下に抑える操縦をバックホー14のオペレータに行わせて、工事敷地10近隣への工事振動の影響を低減することができる。
【0040】
また、監視システム16を用いることによって、工事振動への配慮が必要な場合には静かにバックホー14を操縦し、工事振動への配慮が不要な場合には作業効率を優先してバックホー14を操縦するといった使い分けが可能となる。例えば、近隣への工事振動の影響が特に問題とならない郊外等の工事敷地内でバックホー14を稼働する場合や、近隣への工事振動の影響が特に問題とならない時間帯にバックホー14を稼働する場合には、作業効率を優先してバックホー14を稼働させることができる。これにより、近隣への影響を最小限にとどめながら、可能な限り作業効率を上げた建設機械の運用ができる。
【0041】
また、
図3の平面図に示すように、工事敷地48内で稼働するバックホー50から発生する振動を、敷地境界52に設置した振動センサによって検知することにより振動を監視する監視システムにおいて、バックホー14を振動発生源とする伝搬振動の振動レベルが敷地境界52での規制値よりも大きくなっている領域54の一部が工事敷地48の外に出てしまっている場合に、地点P1に設置した振動センサで、規制値よりも大きくなっている振動を検知することができるが、地点P2、P3に設置した振動センサで、これを検知することができないことが問題となる。
【0042】
これに対して、本実施形態の監視システム16では、バックホー14に1つの振動センサ26を設けるだけで、敷地境界のどの地点に対しても、伝搬振動の振動レベルが管理目標値よりも大きくなっているときに、バックホー14のオペレータに通報することができる。
【0043】
このように、本実施形態の監視システム16は、振動を計測する計測手段を敷地境界20に複数配置しなくても、バックホー14の稼働に伴って発生する振動を監視することができる。すなわち、少ない数の計測手段で、バックホー14の稼働に伴って発生する振動を監視することができる。なお、「少ない数の計測手段で、バックホー14の稼働に伴って発生する振動を監視することができる。」とは、計測手段を複数用いることが必須ではないことを意味する。
【0044】
また、バックホー14が稼働しているときにはバックホー14から振動が発生しているので、バックホー14の稼働中において、振動発電機36から確実に電力を得ることができる。バックホーの運転席に備え付けられているシガーソケットは、後方確認用のカメラやモニターの電源をとるために占有されてしまっていることが多く、また、電池を振動センサ26、信号判定装置30、及び通報装置32の電源にした場合には、電池切れに気づかずに(監視システム16が稼働していない状態で)バックホー14を稼働させてしまうことが懸念されるので、振動センサ26、信号判定装置30、及び通報装置32の電源として振動発電機36を用いることは有効となる。
【0045】
以上、本発明の実施形態について説明した。
【0046】
なお、本実施形態では、監視システム16により監視する対象を環境影響因子としての振動とした例を示したが、他の環境影響因子を監視システム16により監視する対象としてもよい。例えば、建設機械の稼働により建設機械自体に発生して伝搬する騒音や排気ガスを監視システム16により監視する対象としてもよい。監視対象を騒音にする場合には、計測手段をマイクロフォン等の音センサにし、監視対象を排気ガスにする場合には、計測手段を窒素酸化物センサ等のガスセンサにすればよい。
【0047】
また、本実施形態では、
図1に示すように、敷地境界20を監視境界としたが、監視対象とする領域の境界を監視境界とすればよい。例えば、工事敷地の近郊に建てられている工場への工事敷地から発生する環境影響因子の影響を監視する場合には、工事敷地側に位置する工場の敷地境界を監視境界にしてもよいし、本実施形態と同様に、工事敷地の敷地境界を監視境界としてもよい。
【0048】
さらに、本実施形態では、
図1に示すように、建設機械をバックホー14とした例を示したが、稼働により環境影響因子を発生する建設機械であればよい。
【0049】
また、本実施形態では、距離設定手段において、光波測距儀によって得られたバックホー14及び敷地境界20の位置情報に基づいて、敷地境界20からバックホー14までの距離を算出して求める例を示したが、他の計測機器によりバックホー14及び敷地境界20の位置情報を得て、敷地境界20からバックホー14までの距離を算出して求めてもよい。例えば、GPSにより得られたバックホー14と敷地境界20との位置情報から、敷地境界20からバックホー14までの距離を算出して求めてもよい。このように、GPSによってバックホー14の位置情報を得るようにすれば、敷地境界20からバックホー14までの距離を求める手間を軽減することができる。また、メジャー等によって、直接、敷地境界20からバックホー14までの距離を求めるようにしてもよい。
【0050】
さらに、バックホー14による作業が、工事敷地10内のある領域内での頻繁な移動を伴う(領域内でバックホー14が動き回る)作業の場合には、その領域内に代表点(例えば、領域の中央部や、領域の敷地境界に一番近い地点)を設定して、その代表点にバックホー14が位置するときの、敷地境界20からバックホー14までの距離に基づいて求めた許容値によって、この領域内で稼働するバックホー14自体に発生する振動を監視すればよい。この場合、敷地境界20から代表点まで距離と、敷地境界20から代表点以外の点までの距離との差によって、通報装置32から通報すべきときに通報されないことがないように、管理目標値を設定する。
【0051】
このようにすれば、バックホー14が移動する度に行うバックホー14の位置計測の手間を軽減することができる。バックホー14が移動する領域がある程度広くなってしまう場合には、この領域を複数に分割して、それぞれの分割領域に対して代表点を設定すればよい。
【0052】
また、本実施形態では、バックホー14を稼働させる前の準備工程において測距工程(敷地境界20からバックホー14までの距離を求める)を行う例を示したが、GPSによりバックホー14の位置をリアルタイムで計測して、逐次、許容値を求め、この逐次変更される許容値によって、この領域内で稼働するバックホー14自体に発生する振動を監視してもよい。このようにすれば、敷地境界20からバックホー14までの距離をリアルタイムで求めることができ、最適な環境影響因子の許容値を許容値設定部44により求めることができる。
【0053】
さらに、本実施形態では、
図1に示すように、振動の加速度を計測する加速度計を計測手段とした例を示したが、振動の大きさを計測できるものであればよい。
【0054】
また、本実施形態では、
図1に示すように、振動センサ26及び電源ユニット28を、バックホー14の本体後方部34に設置した例を示したが、振動センサ26や電源ユニット28は、大きな振動が発生するバックホー14の部位に設置するのが好ましい。バックホー14のブーム56を上下動する際に大きな振動が発生するので、バックホー14の本体前方部58や本体後方部34が、大きな振動を得られる部位として期待できる。
【0055】
さらに、本実施形態では、
図2に示すように、振動センサ26により計測したバックホー14自体に発生する振動の実測値と、許容値設定部44により求められた許容値とを比較し、実測値が許容値よりも大きいときに、通信装置32のスピーカーから通報音を鳴らす例を示したが、バックホー14自体に発生している振動が許容値を超えている(敷地境界20に伝搬されている振動の振動レベルが管理目標値を超えている)ことをバックホー14のオペレータに通報することができればよい。例えば、スピーカーやイヤホンからブザー音、音声、音楽等の通報音を鳴らしてもよいし、パトライト(登録商標)を点灯させたり、モニターにメッセージや絵を表示させたりしてもよい。
【0056】
また、本実施形態では、
図1に示すように、振動センサ26と信号判定装置30とを離して配置した例を示したが、これらは、配線でつないでもよいし、配線が困難な場合には、
図4に示すように、信号発信装置60により振動センサ26からの信号を送信し、この信号を信号受信装置62により無線で受信して信号判定装置30へ送るようにしてもよい。
【0057】
さらに、本実施形態では、振動センサ26、信号判定装置30、及び通報装置32の電源を、振動発電機36を備えた電源ユニット28とした例を示したが、電池やシガーソケットから、振動センサ26、信号判定装置30、及び通報装置32の電源をとってもよい。
【0058】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【0060】
本実施例では、本実施形態で説明した、振動発生源としてのバックホーから離れた地盤上の地点に伝搬して発生する地盤振動の振動レベルと、振動発生源からこの地点までの距離との相関の一例を検証した実証試験について示す。
【0061】
図5に示すように、実証試験は、地盤64上に配置された建設機械としてのバケット容量0.7m
3のバックホー66を動作させ、バックホー66の本体後方部、バックホー66から7m離れた地盤上、バックホー66から15m離れた地盤上、及びバックホー66から30m離れた地盤上に設置した振動センサとしての加速度計68、70、72、74により、これらの設置点に発生する振動の振動レベルを計測することによって行なった。
【0062】
バックホー66の動作は、最も大きな振動が発生する「ふるい動作」とした。
図6のグラフに示すように、計測開始から計測開始後50秒までの期間T1は、発生する振動が大きくならないように配慮しないで作業効率を高めるようにバックホー66の操縦を行い、計測開始後50秒から計測開始後100秒までの期間T2は、発生する振動が大きくならないように配慮してバックホー66の操縦を行いった。
【0063】
図6、
図7、及び表1には、実証試験により得られた結果が示されている。
図6のグラフに示されている値68A、70A、72A、74Aは、加速度計68、70、72、74による計測の計測時間(横軸)に対する、加速度計68、70、72、74により計測された振動レベル(縦軸)を示したものである。
【0064】
表1及び
図7には、加速度計68、70、72、74により計測された振動レベルの最大値が示されている。
図7のグラフに示されている値70B、72B、74Bは、発生する振動が大きくならないように配慮しないでバックホー66を操縦したときの、バックホー66から加速度計70、72、74までの距離(横軸)に対する、加速度計70、72、74により計測された振動レベルの最大値(縦軸)を示したものである。また、
図7のグラフに示されている値70C、72C、74Cは、発生する振動が大きくならないように配慮してバックホー66を操縦したときの、バックホー66から加速度計70、72、74までの距離(横軸)に対する、加速度計70、72、74により計測された振動レベルの最大値(縦軸)を示したものである。
【0066】
表1及び
図7では、振動が大きくならないように配慮して操縦したとき(期間T2)の振動レベルの最大値(値70C、72C、74C)が、振動が大きくならないように配慮しないで操縦したとき(期間T1)の振動レベルの最大値(値70B、72B、74B)よりも5dB小さくなっている。
【0067】
これにより、振動が大きくならないように配慮して建設機械を操縦すれば、この建設機械自体に発生して伝搬する振動の振動レベルを小さくすることができることがわかる。
【0068】
また、表1では、バックホー66から30m離れた地盤64上に設置した加速度計74の値(
図7の値74B、74C)が、バックホー66から15m離れた地盤64上に設置した加速度計72の値(
図7の値72B、72C)よりも4dB小さくなっており、バックホー66から15m離れた地盤64上に設置した加速度計72の値(
図7の値72B、72C)が、バックホー66から7m離れた地盤64上に設置した加速度計70の値(
図7の値70B、70C)よりも6dB小さくなっており、バックホー66から7m離れた地盤64上に設置した加速度計70の値が、バックホー66の本体後方部に設置した加速度計68の値よりも35dB小さくなっている。また、
図7では、値70B、72B、74B、及び値70C、72C、74Cが比例関係にある。
【0069】
これにより、建設機械(バックホー66)からの距離と、この距離だけ建設機械から離れた地盤上の地点に発生する伝搬振動(加速度計74、72、70により計測された振動レベル)との間の相関は高く、建設機械からの距離がわかれば、この距離だけ建設機械から離れた地盤上の地点に発生する伝搬振動を予測できることがわかる。
【0070】
例えば、敷地境界での管理目標値を65dBとした場合、敷地境界から15m離れた地盤上で建設機械を操縦するときには、許容値を106dB(=65dB+6dB+35dB)にして、発生する振動がこの許容値以下となるように建設機械を操縦させるようにすればよい。