特許 7516288 作業機の寿命予測システム

(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】

(24)【登録日】2024-07-05

(45)【発行日】2024-07-16

(54)【発明の名称】作業機の寿命予測システム

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20240708BHJP

   E02F 9/26 20060101ALI20240708BHJP

   G01M 99/00 20110101ALI20240708BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 Z

E02F9/26 Z

G01M99/00 Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021022857

(22)【出願日】2021-02-16

(65)【公開番号】P2022124929

(43)【公開日】2022-08-26

【審査請求日】2023-06-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】110003041

【氏名又は名称】安田岡本弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】新井 康彦

(72)【発明者】

【氏名】三浦 敬典

(72)【発明者】

【氏名】森田 慎一

(72)【発明者】

【氏名】上田 秀哉

【審査官】柿原 巧弥

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０８５２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－００３４６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－００７３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１３３１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１６３０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１６２６４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１２８６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０７８３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０５７３２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｅ０２Ｆ ９／２６

Ｇ０１Ｍ ９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

機体に設けられた作業体と、前記作業体を作動させる油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータとして備えられる油圧シリンダの油圧シリンダ圧と前記作業体の姿勢情報とを含む稼働情報を検出する稼働検出装置とを備えた作業機の寿命予測システムであって、
前記稼働検出装置が検出した前記油圧シリンダ圧と前記姿勢情報とに基づいて寿命予測対象部位のひずみを演算するひずみ演算部と、
前記ひずみ演算部で演算した前記寿命予測対象部位のひずみが所定値以上であった回数に基づいて前記寿命予測対象部位の寿命を演算する寿命演算部と、
を備えている作業機の寿命予測システム。

【請求項2】

前記ひずみ演算部は、前記油圧シリンダ圧と、前記姿勢情報と、予め用意された前記作業機の構造体のデータとに基づいて構造解析を行うことにより前記寿命予測対象部位のひずみを演算する請求項１に記載の作業機の寿命予測システム。

【請求項3】

前記油圧シリンダ圧と、前記姿勢情報と、前記寿命予測対象部位のひずみとを対応付けたデータを記憶したデータベースを備え、
前記ひずみ演算部は、前記データを参照することで前記寿命予測対象部位のひずみを演算する請求項１に記載の寿命予測システム。

【請求項4】

前記稼働検出装置は、前記姿勢情報として、前記作業体に含まれる部材の他の部材に対する回転角度、または前記油圧シリンダのストロークを検出する、請求項１～３のいずれか１項に記載の作業機の寿命予測システム。

【請求項5】

前記作業機に設けられ且つ、前記稼働情報を送信する通信装置と、
前記ひずみ演算部及び前記寿命演算部を含み、前記通信装置から送信された稼働情報に基づいて当該作業機に含まれる前記寿命予測対象部位の寿命を予測する管理装置と、
を備えている請求項１～３のいずれか１項に記載の作業機の寿命予測システム。

【請求項6】

前記作業機は、前記ひずみ演算部と、前記ひずみ演算部が演算したひずみに関する情報を送信する通信装置とを備え、
前記寿命演算部を含み、前記通信装置から送信された前記ひずみに関する情報に基づいて当該作業機に含まれる前記寿命予測対象部位の寿命を予測する管理装置を備えている請求項１～３のいずれか１項に記載の作業機の寿命予測システム。

【請求項7】

前記作業機が前記ひずみ演算部と前記寿命演算部とを備えている請求項１～３のいずれか１項に記載の作業機の寿命予測システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業機の寿命予測システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、特許文献１に開示された作業機の故障を診断するシステムが知られている。
特許文献１では、作業機の各部位における動作状況を電子メールにてサーバに送信する送信手段と、サーバにアクセス可能なコンピュータとを備え、コンピュータは、サーバにアクセスして当該サーバに保存された動作状況を取り込む状況取込部と、状況取込部で取り込まれた動作状況を表示する表示部と、取り込まれた動作状況に基づいて作業機の故障を自動的に推定する故障推定部とを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－２５３４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

さて、特許文献１のような作業機では、エラー、警告などが発生した場合の動作状況から故障を診断することができるものの、作業機に備えられる部材の寿命までは予測できないのが実情である。
そこで本発明は、上記課題に鑑み、作業機の稼働情報に基づいて当該作業機に備えられる部材の寿命を簡単に予測することができる作業機の寿命予測システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様に係る作業機の寿命予測システムは、機体に設けられた作業体と、前記作業体を作動させる油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータとして備えられる油圧シリンダの油圧シリンダ圧と前記作業体の姿勢情報とを含む稼働情報を検出する稼働検出装置と、前記稼働検出装置が検出した稼働情報を管理装置に送信する通信装置とを備えた作業機の寿命予測システムであって、前記管理装置は、前記稼働検出装置が検出した前記油圧シリンダ圧と前記姿勢情報とに基づいて寿命予測対象部位のひずみを演算するひずみ演算部と、前記ひずみ演算部で演算した前記寿命予測対象部位のひずみが所定値以上であった回数に基づいて前記寿命予測対象部位の寿命を演算する寿命演算部と、を備えている。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、作業体及び油圧アクチュエータの少なくとも一方が作動したときの稼働情報から寿命予測対象部位の寿命を簡単に予測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】作業機の寿命予測システムの全体図を示している。

【図2】作業機の油圧システム（油圧回路）の概略図である。

【図3】作業機の寿命予測システムの動作を示す図である。

【図4】変形例における作業機の寿命予測システムの全体図を示している。

【図5】バックホーの側面図を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図１は、作業機の寿命予測システムの全体図を示している。図１に示すように、作業機の寿命予測システムは、複数の作業機１から稼働情報を収集して各作業機１における寿命予測対象部位の寿命予測を行うシステムである。
まず、作業機１について説明する。

【0009】

図５は、作業機１として旋回作業機であるバックホーを示している。作業機１は、バックホーに限定されず、ローダ等の建設機械、トラクタ、コンバイン、田植機等の農業機械であってもよい。
図５に示すように、作業機１は、機体（旋回台）２と、走行装置３と、作業装置４とを備えている。機体２上にはキャビン５が搭載されている。キャビン５の室内には運転席６が設けられている。

【0010】

本実施形態においては、作業機１の運転席６に着座した運転者（オペレータ）の前側（図５の矢印Ａ１方向）を前方、運転者の後側（図５の矢印Ａ２方向）を後方、運転者の左側（図５の手前側）を左方、運転者の右側（図５の奥側）を右方として説明する。
また、前後方向Ｋ１に直交する方向である水平方向を機体幅方向として説明する。機体２の幅方向の中央部から右部、或いは、左部へ向かう方向を機体外方として説明する。言い換えれば、機体外方とは、機体幅方向であって機体２の幅方向の中心から離れる方向のことである。機体外方とは反対の方向を、機体内方として説明する。言い換えれば、機体内方とは、機体幅方向であって機体２の幅方向の中心に近づく方向である。

【0011】

図５に示すように、走行装置３は、左側に設けられた走行体３Ｌと、右側に設けられた走行体３Ｒとを有する。走行体３Ｌ及び走行体３Ｒは、駆動輪１１ａと、従動輪１１ｂと、複数の転輪１１ｅと、駆動輪１１ａ、従動輪１１ｂ、及び転輪１１ｅを回転自在に支持するフレーム１１ｃと、駆動輪１１ａ、従動輪１１ｂ、及び転輪１１ｅに架け渡されたベルト１１ｄとを有するクローラ式の走行装置である。走行体３Ｌのフレーム１１ｃには、第１走行モータＭＬが支持されており、第１走行モータＭＬの動力が走行体３Ｌの駆動輪１１ａに伝達される。走行体３Ｒのフレーム１１ｃには、第２走行モータＭＲが支持されており、第２走行モータＭＲの動力が走行体３Ｒの駆動輪１１ａに伝達される。

【0012】

走行装置３の前部には、ドーザ装置７が装着されている。ドーザ装置７は、ドーザシリンダを伸縮することにより昇降（ブレードを上げ下げ）させることができる。なお、作業機１は、ドーザ装置７を備えない構成であってもよい。
機体２は、走行装置３上に旋回ベアリング８を介して縦軸（上下の方向に延伸する軸心）回りに旋回自在に支持されている。機体２は、油圧モータ（油圧アクチュエータ）からなる旋回モータＭＴによって旋回駆動される。機体２は、縦軸回りに旋回する旋回基板９と、ウエイト１０とを有している。旋回基板９は、鋼板等から形成されており、旋回ベアリング８に連結されている。ウエイト１０は、機体２の後部に設けられている。機体２の後部には、原動機Ｅ１が搭載されている。原動機Ｅ１は、ディーゼルエンジンである。なお、原動機Ｅ１は、電動モータであってもよいし、ディーゼルエンジン及び電動モータを有するハイブリッド型であってもよい。

【0013】

機体２は、機体幅方向の中央のやや右寄りの前部に支持ブラケット１３を有している。支持ブラケット１３には、スイングブラケット１４が、縦軸回りに揺動自在に取り付けられている。スイングブラケット１４には、作業装置４が取り付けられている。
図５に示すように、作業装置４は、ブーム１５、アーム１６、バケット（作業具）１７等の作業体を有している。ブーム１５の基部は、スイングブラケット１４に横軸（機体幅方向に延伸する軸心）回りに回動自在に枢着されている。これによって、ブーム１５が上下に揺動自在とされている。アーム１６は、ブーム１５の先端側に横軸回りに回動自在に枢着されている。これによって、アーム１６が前後或いは上下に揺動自在とされている。バケット１７は、アーム１６の先端側にスクイ動作及びダンプ動作可能に設けられている。作業機１は、バケット１７に代えて或いは加えて、油圧アクチュエータにより駆動可能な他の作業具（予備アタッチメント）を装着することが可能である。他の作業具（予備アタッチメント）としては、油圧ブレーカ、油圧圧砕機、アングルブルーム、アースオーガ、パレットフォーク、スイーパー、モア、スノウブロア等が例示できる。

【0014】

スイングブラケット１４は、機体２内に備えられたスイングシリンダＣ２の伸縮によって揺動自在とされている。ブーム１５は、ブームシリンダＣ３の伸縮によって揺動自在とされている。アーム１６は、アームシリンダＣ４の伸縮によって揺動自在とされている。バケット１７は、バケットシリンダ（作業具シリンダ）Ｃ５の伸縮によってスクイ動作及びダンプ動作自在とされている。ドーザシリンダ、スイングシリンダＣ２、ブームシリンダＣ３、アームシリンダＣ４、バケットシリンダＣ５は、油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）によって構成されている。なお、作業装置４は、機体２に設けられたものであればよく、ブーム１５、アーム１６及びバケット（作業具）１７以外を有していてもよい。また、ブームシリンダＣ３、アームシリンダＣ４、バケットシリンダＣ５等は、作業体を駆動する油圧アクチュエータである。

【0015】

図２は、作業機１の油圧アクチュエータを作動させる油圧回路（油圧システム）の概略を示している。
図２に示すように、作業機１の油圧システムは、ブームシリンダＣ３、アームシリンダＣ４、バケットシリンダＣ５、旋回モータＭＴ等の作業系油圧アクチュエータと、第１走行モータＭＬ、第２走行モータＭＲ等の走行系油圧アクチュエータとを作動させるシステムである。なお、図２の油圧システムは、説明の便宜上、ドーザシリンダ及びスイングシリンダＣ２を制御する回路を省略している。また、図２では図示を省略しているが、ブームシリンダＣ３、アームシリンダＣ４、及びバケットシリンダＣ５における作動油が導入／排出されるポートの近傍には、ブームシリンダＣ３、アームシリンダＣ４、及びバケットシリンダＣ５のそれぞれの圧力（油圧シリンダ圧）を検出する油圧センサ６２ｂ（図１参照）が備えられている。

【0016】

作業機１の油圧システムは、第１油圧ポンプＰ１と、第２油圧ポンプＰ２と、複数の制御弁３３を有している。第１油圧ポンプＰ１は、作業系油圧アクチュエータ及び走行系油圧アクチュエータに作動油を供給するポンプである。第１油圧ポンプＰ１は、例えば、定容量ポンプ、或いは、可変容量ポンプである。また、第２油圧ポンプＰ２は、信号用又は制御用等の作動油、即ち、パイロット油を供給するポンプである。複数の制御弁３３は、作業系油圧アクチュエータ、走行系油圧アクチュエータを制御する弁である。複数の制御弁３３には、油路３４を介して第１油圧ポンプＰ１が接続されている。なお、作業機１に備えられる油圧ポンプの数は特に限定されず、例えば、作業系油圧アクチュエータ及び走行系油圧アクチュエータに作動油を供給するポンプを複数備えていてもよい。

【0017】

複数の制御弁３３は、ブームシリンダＣ３を制御するブーム制御弁３３Ｃ、アームシリンダＣ４を制御するアーム制御弁３３Ｄ、バケットシリンダＣ５を制御するバケット制御弁３３Ｅ、旋回モータＭＴを制御する旋回制御弁３３Ｆ、第１走行モータＭＬを制御する第１走行制御弁３３Ｇ、第２走行モータＭＲを制御する第２走行制御弁３３Ｈを含んでいる。

【0018】

ブーム制御弁３３Ｃは、油路４３を介してブームシリンダＣ３に接続されている。アーム制御弁３３Ｄは、油路４４を介してアームシリンダＣ４に接続されている。バケット制御弁３３Ｅは、油路４５を介してバケットシリンダＣ５に接続されている。旋回制御弁３３Ｆは、油路４６を介して旋回モータＭＴに接続されている。第１走行制御弁３３Ｇは、油路（第１油路）４７を介して第１走行モータＭＬに接続されている。第２走行制御弁３３Ｈは、油路（第２油路）４８を介して第２走行モータＭＲに接続されている。

【0019】

ブーム制御弁３３Ｃの受圧部には、ブーム電磁弁３７Ｃが接続されている。アーム制御弁３３Ｄの受圧部には、アーム電磁弁３７Ｄが接続されている。バケット制御弁３３Ｅの受圧部には、バケット電磁弁３７Ｅが接続されている。旋回制御弁３３Ｆの受圧部には、旋回電磁弁３７Ｆが接続されている。第１走行制御弁３３Ｇの受圧部には、前進電磁弁３７Ｇ１及び後進電磁弁３７Ｇ２が接続されている。第２走行制御弁３３Ｈの受圧部には、前進電磁弁３７Ｈ１及び後進電磁弁３７Ｈ２が接続されている。

【0020】

即ち、複数の制御弁３３には、それぞれの制御弁３３に対応して、電磁弁（３７Ｃ、３７Ｄ、３７Ｅ、３７Ｆ、３７Ｇ１、３７Ｇ２、３７Ｈ１、あるいは、３７Ｈ２）が接続されている。各電磁弁には、油路（パイロット油路）４９を介して第２油圧ポンプＰ２が接続され、当該電磁弁の開度に応じて当該電磁弁３７に対応する制御弁３３の受圧部に作用するパイロット圧が変化する。
なお、本実施形態では、パイロット油路に備えられている電磁弁の開度を電子制御することにより制御弁の動作を制御する構成について説明するが、油圧制御方式はこれに限るものではない。例えば、パイロット油路に備えられたリモコン弁（パイロット操作弁）を操作部材で操作することにより制御弁に作用するパイロット圧を制御する構成としてもよく、制御弁を電磁弁で構成して制御弁の動作を直接電子制御する構成にしてもよい。

【0021】

ブーム制御弁３３Ｃ、アーム制御弁３３Ｄ、バケット制御弁３３Ｅ、旋回制御弁３３Ｆ、第１走行制御弁３３Ｇ、第２走行制御弁３３Ｈは、例えば、直動スプール形の切換弁である。複数の制御弁３３（３３Ｃ、３３Ｄ、３３Ｅ、３３Ｆ、３３Ｇ、３３Ｈ）のそれぞれは、当該制御弁３３に対応する電磁弁を介して受圧部に作用するパイロット油によって、当該制御弁３３に供給された作動油の方向等を切り換え、作業系油圧アクチュエータ（ブームシリンダＣ３、アームシリンダＣ４、バケットシリンダＣ５、旋回モータＭＴ）、或いは、走行系油圧アクチュエータ（第１走行モータＭＬ、第２走行モータＭＲ）に供給される作動油の流量等を制御する。

【0022】

作業系油圧アクチュエータは、操縦装置１９（操縦装置１９Ｌ、操縦装置１９Ｒ）によって操作される。操縦装置１９Ｌは、操作部材４０Ｌと、操作部材４０Ｌの揺動量を検出する第１操作検出部４１Ｌとを有している。操作部材４０Ｌは、中立位置から、前、後、右、左に揺動自在なレバーである。第１操作検出部４１Ｌは、操作部材４０Ｌの前、後、右、左の中立位置からの揺動量（操作量）を検出するポテンションメータである。

【0023】

操作部材４０Ｌをオペレータ等が操作すると、操作部材４０Ｌの操作量及び操作方向が第１操作検出部４１Ｌにより検出され、検出された操作量及び操作方向は、ＣＰＵ等から構成された制御装置６０に入力される。制御装置６０は、操作部材４０Ｌの操作量及び操作方向に応じて、旋回制御弁３３Ｆの受圧部に接続された旋回電磁弁３７Ｆのソレノイドを励磁し、当該旋回電磁弁３７Ｆの開度を制御する。その結果、旋回制御弁３３Ｆの受圧部にパイロット圧が作用し、当該旋回制御弁３３Ｆの位置が切り換えられ、当該位置に応じて旋回モータＭＴの回転方向が切り換えられる。

【0024】

また、操作部材４０Ｌをオペレータ等が操作すると、操作部材４０Ｌの操作量及び操作方向が第１操作検出部４１Ｌにより検出され、制御装置６０は、操作部材４０Ｌの操作量及び操作方向に応じて、アーム制御弁３３Ｄの受圧部に接続されたアーム電磁弁３７Ｄのソレノイドを励磁し、当該アーム電磁弁３７Ｄの開度を制御する。その結果、アーム制御弁３３Ｄの受圧部にパイロット圧が作用し、当該アーム制御弁３３Ｄの位置が切り換えられ、位置に応じてアームシリンダＣ４が伸縮する。

【0025】

操縦装置１９Ｒは、操作部材４０Ｒと、操作部材４０Ｒの揺動量を検出する第２操作検出部４１Ｒとを有している。操作部材４０Ｒは、中立位置から、前、後、右、左に揺動自在なレバーである。第２操作検出部４１Ｒは、操作部材４０Ｒの前、後、右、左の中立位置からの揺動量（操作量）を検出するポテンションメータである。
操作部材４０Ｒをオペレータ等が操作すると、操作部材４０Ｒの操作量及び操作方向が第２操作検出部４１Ｒにより検出され、検出された操作量及び操作方向は制御装置６０に入力される。制御装置６０は、操作部材４０Ｒの操作量及び操作方向に応じて、ブーム制御弁３３Ｃの受圧部に接続されたブーム電磁弁３７Ｃのソレノイドを励磁し、当該ブーム電磁弁３７Ｃの開度を制御する。その結果、ブーム制御弁３３Ｃの受圧部にパイロット圧が作用し、当該ブーム制御弁３３Ｃの位置が切り換えられ、当該位置に応じてブームシリンダＣ３が伸縮する。

【0026】

また、操作部材４０Ｒをオペレータ等が操作すると、操作部材４０Ｒの操作量及び操作方向が第２操作検出部４１Ｒにより検出され、制御装置６０は、操作部材４０Ｒの操作量及び操作方向に応じて、バケット制御弁３３Ｅの受圧部に接続されたバケット電磁弁３７Ｅのソレノイドを励磁し、当該バケット電磁弁３７Ｅの開度を制御する。その結果、バケット制御弁３３Ｅの受圧部にパイロット圧が作用し、当該バケット制御弁３３Ｅの位置が切り換えられ、位置に応じてバケットシリンダＣ５が伸縮する。
以上のように、操縦装置１９Ｌ及び操縦装置１９Ｒを操作することによって、機体２、ブーム１５、アーム１６、バケット（作業具）１７を操作することができる。

【0027】

図１に示すように、作業機１は、制御装置６０と、通信装置６１と、稼働検出装置６２と、を備えている。制御装置６０は、上述したように電磁弁等の油圧制御を行う。制御装置６０は、プログラムの命令を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）、コンピュータプログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）、各種の制御プログラムを展開するＲＡＭ（random access memory）、各種の制御プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶部（記録媒体）などにより構成されている。

【0028】

通信装置６１は、外部機器に対して直接通信及び間接通信のいずれかを行う通信装置（通信モジュール）であって、例えば、通信規格であるＩＥＥＥ８０２．１１シリーズのＷｉ-Ｆｉ（Wireless Fidelity、登録商標）、ＢＬＥ（Bluetooth(登録商標） Low Energy）、ＬＰＷＡ(Low Power, Wide Area)、ＬＰＷＡＮ(Low-Power Wide-Area Network)等により無線通信を行うことができる。また、通信装置６１は、携帯電話通信網又はデータ通信網などにより無線通信を行う通信装置（通信モジュール）であってもよい。

【0029】

稼働検出装置６２は、作業機１が作動したときの稼働情報として、作業体に含まれる部材の他の部材に対する回転角度を検出する角度センサ、または油圧シリンダのストロークを検出する装置であって、ポテンショメータ６２ａ、及び油圧センサ６２ｂ等である。ポテンショメータ６２ａは、例えば、ブーム１５とアーム１６との回動軸（第１回動軸）、ブーム１５と機体２との回動軸（第２回動軸）、バケット（作業具）１７の（第３回動軸）等に設けられていて、第１回動軸、第２回動軸、第３回動軸の回動を検出することによって、ブーム１５とアーム１６との角度（第１角度）、機体２に対する角度（第２角度）、バケット１７の角度（第３角度）等を検出する。即ち、ポテンショメータ６２ａによって得られた第１角度、第２角度、第３角度によって作業体の姿勢を検出することができる。なお、稼働検出装置６２による作業体の姿勢（稼働情報）の検出方法はポテンショメータを用いる方法に限るものではない。例えば、ポテンショメータ６２ａに代えて、各油圧シリンダ（例えばブームシリンダC３、アームシリンダC４、バケットシリンダC５）のストロークを検出するストロークセンサ（図示せず）を備え、それらのストロークセンサの検出結果に基づいて上記の第１角度、第２角度、及び第３角度を特定し、作業体の姿勢を検出するようにしてもよい。

【0030】

油圧センサ６２ｂは、ブームシリンダＣ３、アームシリンダＣ４、バケットシリンダＣ５のそれぞれにおいて、作動油が導入／排出されるポートの近傍に設けられていて、ブームシリンダＣ３、アームシリンダＣ４、バケットシリンダＣ５のそれぞれの圧力（油圧シリンダ圧）を検出することができる。
つまり、稼働検出装置６２は、作業体の姿勢、油圧シリンダ圧などを稼働情報として検出する。稼働検出装置６２が検出した稼働情報は、通信装置６１に出力され、当該通信装置６１から外部に送信される。

【0031】

作業機の寿命予測システムは、管理装置１００を備えている。複数の作業機１等から収集した稼働情報に基づいて作業機の所定部位の寿命を予測する。
管理装置１００は、通信装置６１と通信可能であって、ひずみ演算部１０１と、寿命演算部１０２とを備えている。ひずみ演算部１０１及び寿命演算部１０２は、管理装置１００に設けられた電気電子回路、当該管理装置１００に格納されたプログラム等から構成されている。
ひずみ演算部１０１は、稼働検出装置６２が検出した稼働情報に基づいて、作業機１の寿命予測対象部位に生じたひずみを演算する。例えば、ひずみ演算部１０１は、油圧アクチュエータが作動したときの油圧シリンダ圧と姿勢情報とに基づいて、ひずみを演算する。

【0032】

具体的には、ひずみ演算部１０１は、作業機１の構造体のデータと、作業体を駆動する油圧シリンダ（ブームシリンダＣ３、アームシリンダＣ４、バケットシリンダＣ５等）の油圧シリンダ圧と、作業体の姿勢情報（ブーム１５とアーム１６との角度（第１角度）、機体２に対する角度（第２角度）、バケット１７の角度（第３角度）等）とから、ブームシリンダＣ３、アームシリンダＣ４、バケットシリンダＣ５等の油圧アクチュエータに作用する負荷（反力）を演算する解析モデルを有していて、解析モデルから得られた油圧アクチュエータに作用する負荷（反力）から、ブーム１５、アーム１６及びバケット（作業具）１７の所定部位（寿命予測対象部位）のひずみを演算する。即ち、ひずみ演算部１０１は、予め用意された構造体のデータ、作業体を駆動する油圧シリンダの油圧シリンダ圧、及び作業体の姿勢情報に基づいて構造解析を行い、構造解析からブーム１５、アーム１６及びバケット（作業具）１７の所定部位（寿命予測対象部位）の応力、即ち、発生ひずみ（ひずみ）を演算する。なお、作業体を駆動する油圧シリンダ（ブームシリンダＣ３、アームシリンダＣ４、バケットシリンダＣ５等）の油圧シリンダ圧と、作業体の姿勢情報（ブーム１５とアーム１６との角度（第１角度）、機体２に対する角度（第２角度）、バケット１７の角度（第３角度）等）と、ブーム１５、アーム１６及びバケット（作業具）１７の所定部位（寿命予測対象部位）の発生ひずみ（ひずみ）とを対応付けたデータ（３次元マトリクスデータ）をデータベース１０４に予め記憶しておき、このデータを参照することで寿命予測対象部位のひずみを算出するようにしてもよい。

【0033】

寿命演算部１０２は、ひずみ演算部１０１で演算した所定部位の発生ひずみ（ひずみ）と、ブーム１５、アーム１６及びバケット（作業具）１７の構造体のデータから得られる所定部位の強度とを比較することで、寿命を演算する。例えば、発生ひずみ（ひずみ）の分布を求め、分布から所定以上の発生ひずみの発生頻度（発生回数）と、所定部位の強度とを比較することで、所定部位の寿命が短いか長いかを判断する。

【0034】

なお、ひずみ演算部１０１及び／又は寿命予測演算部１０２が、上述した演算を、機械学習、例えば、ディープラーニング（深層学習）などの人工知能を用いて行うようにしてもよい。具体的には、ひずみ演算部１０１及び／又は寿命予測演算部１０２は、深層学習により得られた学習済みモデルを有し、学習済みモデルに発生ひずみ（ひずみ）、ブーム１５、アーム１６及びバケット（作業具）１７の構造体のデータから得られる所定部位の強度等を適用することで、寿命を演算したり、所定部位の寿命が長いか短いかを判断する。あるいは、ひずみ演算部１０１及び／又は寿命予測演算部１０２が、深層学習以外のアルゴリズムを用いたニューラルネットワーク、例えばリカレントニューラルネットワークを用いて得られた学習済みモデルを有していてもよい。なお、学習済みモデルは、構造体のデータ、油圧シリンダの油圧シリンダ圧及び作業体の姿勢情報に基づいてブーム１５、アーム１６及びバケット（作業具）１７の所定部位（寿命予測対象部位）の発生ひずみ（ひずみ）を演算するモデル、又は、発生ひずみ（ひずみ）、構造体のデータに基づいて寿命を演算したり、寿命を求めるモデルである。

【0035】

図３は、作業機の寿命予測システムの動作フローを示している。
図３に示すように、作業機１が作動すると、稼働検出装置６２が検出した稼働情報（作業体の姿勢、油圧シリンダ圧）と作業機１を識別する識別情報が管理装置１００に送信される（Ｓ１）。管理装置１００は、作業機１毎、即ち、識別情報毎に稼働情報をデータベース１０４に記憶させる（Ｓ２）。ひずみ演算部１０１は、データベース１０４に蓄積された稼働情報（油圧シリンダ圧及び姿勢情報）に基づいてひずみ（発生ひずみ）を演算する（Ｓ３）。管理装置１００は、発生ひずみを作業機１毎に実績情報としてデータベース１０４に記憶させる（Ｓ４）。寿命演算部１０２は、データベース１０４を参照し、実績情報から発生ひずみが所定値以上になった発生回数を演算し、発生回数から寿命を予測する（Ｓ５）。例えば、発生ひずみが所定以上になった回数と寿命との関係を作業体の部位毎に示したデータをデータベース１０４に記憶させておき、当該データを参照することで寿命予測対象部位の寿命を予測する。発生ひずみが所定値以上になった回数が多くなるほど、演算される寿命は短くなる。なお、上記所定値は作業体の部位毎に設定してもよい。また、上述した寿命の予測方法は一例であり限定されない。管理装置１００は、寿命予測結果を通知する（Ｓ６）。あるいは、予測寿命が所定期間以下の部位が生じた場合に、管理装置１００が予め定められた携帯端末１０５等に寿命が短くなった部位と、寿命が所定期間以下になったことを通知するようにしてもよい。

【0036】

図４に示すように、作業機１は、ひずみ演算部１０１と、記憶装置６３を備えていてもよい。記憶装置６３は、作業体を駆動する油圧シリンダ（ブームシリンダＣ３、アームシリンダＣ４、バケットシリンダＣ５等）の油圧シリンダ圧と、作業体の姿勢情報（ブーム１５とアーム１６との角度（第１角度）、機体２に対する角度（第２角度）、バケット１７の角度（第３角度）等）と、ブーム１５、アーム１６及びバケット（作業具）１７の所定部位（寿命予測対象部位）の発生ひずみ（ひずみ）とを対応付けた第１データ（３次元マトリクスデータ）を記憶している。ひずみ演算部１０１は、稼働検出装置６２が検出した油圧シリンダ圧及び姿勢情報と記憶装置６３に記憶している第１データとに基づいて、寿命予測対象部位におけるひずみの頻度分布を演算する。そして、通信装置６１は、ひずみ演算部１０１が演算したひずみの頻度分布を管理装置１００に送信する。

【0037】

管理装置１００は、寿命演算部１０２とデータベース１０４とを備えている。寿命演算部１０２は、作業機１から受信したひずみの頻度分布と、データベース１０４に記憶しているひずみの頻度分布と寿命との対応関係とに基づいて作業機１における寿命予測対象部位の寿命を演算する。
なお、記憶装置６３、ひずみ演算部１０１、寿命演算部１０２、データベース１０４を作業機１に備え、作業機１でひずみ演算及び寿命演算を行うようにしてもよい。また、記憶装置６３、ひずみ演算部１０１、寿命演算部１０２を作業機１に備え、データベース１０４を管理装置１００に備え、作業機１が管理装置１００と通信を行ってデータベース１０４の情報を利用することで寿命演算を行うようにしてもよい。

【0038】

作業機１の寿命予測システムは、機体２に設けられた作業体と、作業体を作動させる油圧アクチュエータと、作業体及び油圧アクチュエータの少なくとも一方が作動したときの稼働情報を検出する稼働検出装置６２とを備えた作業機１の寿命予測システムであって、稼働検出装置６２が検出した稼働情報に基づいて寿命予測対象部位のひずみを演算するひずみ演算部１０１と、ひずみ演算部１０１で演算したひずみから寿命予測対象部位の寿命を演算する寿命演算部１０２と、を備えている。これによれば、作業体及び油圧アクチュエータの少なくとも一方を作動させたときの稼働情報からひずみを求めることで、作業機１の寿命予測対象部位の寿命を簡単に予測することができる。即ち、作業機１の稼働情報に基づいて当該作業機１に備えられる部材の寿命を簡単に予測することができる。

【0039】

稼働検出装置６２は、稼働情報として、油圧アクチュエータとして備えられる油圧シリンダの油圧シリンダ圧と、作業体の姿勢情報とを検出し、ひずみ演算部１０１は、油圧シリンダ圧と姿勢情報とに基づいて、ひずみを演算する。これによれば、油圧アクチュエータが作動したときの油圧シリンダ圧及び姿勢情報によって簡単にひずみを求めることができ、求めたひずみから寿命を予測することができる。

【0040】

稼働検出装置６２は、姿勢情報として、作業体に含まれる部材の他の部材に対する回転角度、または油圧シリンダのストロークを検出する。これによれば、稼働検出装置６２が検出した回転角度、または油圧シリンダのストロークによって、簡単にひずみを求めることができる。
寿命演算部１０２は、所定値以上のひずみが発生した発生回数に基づいて寿命予測対象部位の寿命を演算する。これによれば、例えば、所定値以上のひずみの発生回数が多い場合は所定部位の寿命が短く、発生回数が少ない場合は所定部位の寿命は長いと判断することができる。

【0041】

作業機１に設けられ且つ、稼働情報を送信する通信装置６１と、ひずみ演算部１０１及び寿命演算部１０２を含み、通信装置６１から送信された稼働情報に基づいて当該作業機１に含まれる寿命予測対象部位の寿命を予測する管理装置１００と、を備えている。これによれば、管理装置１００が、作業機１の稼働情報を収集して、収集した稼働情報から簡単に寿命を予測することができる。

【0042】

作業機１は、ひずみ演算部１０１と、ひずみ演算部１０１が演算したひずみに関する情報を送信する通信装置６１とを備え、寿命演算部１０２を含み、通信装置６１から送信されたひずみに関する情報に基づいて当該作業機１に含まれる寿命予測対象部位の寿命を予測する管理装置１００を備えている。これによれば、作業機１側で簡単にひずみを求めることができ、求めたひずみを管理装置１００に送信することで、当該管理装置１００で簡単に寿命を求めることができる。即ち、作業機１と管理装置１００との連携によって簡単に寿命を求めることができる。

【0043】

作業機１の寿命予測システムは、作業機１がひずみ演算部１０１と寿命演算部１０２とを備えている。これによれば、作業機１のみで、管理装置１００と通信を行わなくても簡単に寿命を求めることができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0044】

１ ：作業機
２ ：機体
３ ：走行装置
４ ：作業装置
１５ ：ブーム
１６ ：アーム
１７ ：バケット
６０ ：制御装置
６１ ：通信装置
６２ ：稼働検出装置
６２ａ ：ポテンショメータ
６２ｂ ：油圧センサ
６５ ：記憶装置
１００ ：管理装置
１０１ ：ひずみ演算部
１０２ ：寿命演算部
１０４ ：データベース
１０５ ：携帯端末
Ｃ２ ：スイングシリンダ
Ｃ３ ：ブームシリンダ
Ｃ４ ：アームシリンダ
Ｃ５ ：バケットシリンダ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】