(57)【要約】【課題】掘削機の突発停止を防止できるとともに、掘削機の稼働不能時間を短縮できる掘削機管理システムの提供を目的とする。【解決手段】本発明の掘削機管理システム１は、掘削機Ｅに設置されて掘削機Ｅの部品Ｍ，Ｇ，Ｈの交換の要否を判定するための判定情報を収集する情報収集部２と、情報収集部２から送信される判定情報を受信し、部品Ｍ，Ｇ，Ｈの交換の要否を判定する判定部３と、判定部３が部品Ｍ，Ｇ，Ｈの交換が必要であると判定すると部品Ｍ，Ｇ，Ｈの交換を警告する警告部４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機に設置されて前記掘削機の部品の交換の要否を判定するための判定情報を収集する情報収集部と、
前記情報収集部から送信される判定情報を受信し、前記部品の交換の要否を判定する判定部と、
前記判定部が前記部品の交換が必要であると判定すると前記部品の交換を警告する警告部とを備えた
ことを特徴とする掘削機管理システム。
【請求項２】
前記掘削機の前記部品は、カッタヘッドを駆動するモータ、前記モータの動力を前記カッタヘッドへ伝達する減速機、および、前記カッタヘッドを軸支する軸受を保持するハウジングであって、
前記情報収集部は、前記掘削機のブームの加速度を検知する加速度センサを含み、
前記判定部は、前記加速度センサで検知した加速度に基づいて前記部品の交換の要否を判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の掘削機管理システム。
【請求項３】
前記判定部は、前記カッタヘッドを前記モータで無負荷駆動する際に検知される加速度に基づいて前記部品の交換の要否を判定する
ことを特徴とする請求項２に記載の掘削機管理システム。
【請求項４】
前記掘削機の前記部品は、カッタヘッドを駆動するモータ、前記モータの動力を前記カッタヘッドへ伝達する減速機、および、前記カッタヘッドを軸支する軸受を保持するハウジングであって、
前記情報収集部は、前記部品の積算使用時間をカウントするアワーメータを含み、
前記判定部は、前記アワーメータで検知した積算使用時間に基づいて前記部品の交換の要否を判定する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の掘削機管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、掘削機管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
掘削機は、トンネル等の掘削に使用されており、モータで駆動されるカッタヘッドで坑内の切羽を掘削する。このような掘削機におけるモータ、モータの動力をカッタヘッドへ伝達する減速機、さらには、カッタヘッドを回転自在に保持する軸受をブームに取付けるハウジング等といった部品は、消耗品であり、異常が認められる場合、交換が必要となる。
【０００３】
このような部品の異常は、異音の発生によって知覚されることが多いが、トンネルボーリングマシンにおけるモータの異常を作業者の勘や経験によらずに検出できる異常検出装置が提案されるに至っている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３２８９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように掘削機の部品に異常がある場合、カッタヘッドが突然動かなくなる突発停止が発生する可能性があり、また、突発停止に至らなくともそのまま掘削を継続すると危険があるために掘削機を停止させて掘削を中断せざるを得ない。よって、異常検出装置では、モータの異常を検知すると、モータを停止させるようになっている。
【０００６】
このように掘削機を停止させる場合、掘削機の製造者へ部品交換を要請するが、部品の在庫がないと異常が発見された部品の交換迄に日数を要するため、その間掘削作業が滞って工期が長引いてトンネル工事のコストが高くなってしまう可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明は、掘削機の突発停止を防止できるとともに、掘削機の稼働不能時間を短縮できる掘削機管理システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の掘削機管理システムは、掘削機に設置されて掘削機の部品の交換の要否を判定するための判定情報を収集する情報収集部と、情報収集部から送信される判定情報を受信し、部品の交換の要否を判定する判定部と、判定部が部品の交換が必要であると判定すると部品の交換を警告する警告部とを備えている。このように構成された掘削機管理システムでは、部品の交換が必要であると判定すると、掘削機Ｅの管理者と製造者の双方に部品交換を警告するので、管理者のみならず製造者も部品交換に備えて部品の準備を行える。管理者は、掘削機の部品が交換時期になっているとの警告を受けるので、掘削機が故障して突発停止してしまうのを未然に防止できるとともに、事前に部品交換を製造者へ発注できる。また、製造者は、管理者が部品交換時期であるのを知るタイミングで近い将来に部品交換の依頼があるのを察知できるので、部品の在庫がない場合には部品の製造を開始できる。
【０００９】
また、掘削機管理システムは、カッタヘッドを駆動するモータ、モータの動力をカッタヘッドへ伝達する減速機、および、カッタヘッドを軸支する軸受を保持するハウジングを部品として、情報収集部が掘削機のブームの加速度を検知する加速度センサを含み、判定部が加速度センサで検知した加速度に基づいて部品の交換の要否を判定してもよい。このように構成された掘削機管理システムでは、掘削機において他部品より交換頻度が高いモータ、減速機およびハウジングの交換の要否を判定できるから、突発停止発生の抑制と掘削不能時間の短縮を効果的に達成できる。
【００１０】
さらに、掘削機管理システムは、判定部がカッタヘッドをモータで無負荷駆動する際に検知される加速度に基づいて部品の交換の要否を判定してもよい。掘削機が切羽を掘削中であると、切羽からカッタヘッドが受ける抵抗によってブームが激しく振動して、正確にモータ、減速機およびハウジングの交換の要否を判定できないが、無負荷駆動時には、このような振動の影響がなく正確にモータ、減速機およびハウジングの交換の要否を判定できる。
【００１１】
そしてさらに、掘削機管理システムは、情報収集部が部品の積算使用時間をカウントするアワーメータを含み、判定部がアワーメータで検知した積算使用時間に基づいて部品の交換の要否を判定してもよい。このように構成される掘削機管理システムは、部品に異常が認められなくとも、部品が交換時期となっているのを事前に察知でき、製造者側でも交換部品を部品の交換時期に合わせてあらかじめ用意できるようになり、掘削不能時間の短縮効果が高くなる。
【発明の効果】
【００１２】
よって、本発明の掘削機管理システムによれば、掘削機の突発停止を防止できるとともに、掘削機の稼働不能時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】掘削機に適用された一実施の形態における掘削機管理システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。一実施の形態における掘削機管理システム１は、図１に示すように、掘削機Ｅに設置されて掘削機Ｅの部品の交換の要否を判定するための判定情報を収集する情報収集部２と、情報収集部２から送信される判定情報を受信して前記部品の交換の要否を判定する判定部３と、判定部３が前記部品の交換が必要であると判定すると掘削機Ｅを管理する管理者と前記部品を製造する製造者へ前記部品の交換を警告する警告部４とを備えて構成されている。
【００１５】
以下、掘削機管理システム１の各部について詳細に説明する。まず、掘削機管理システム１が適用される掘削機Ｅは、本例では、クローラを備えた走行体Ｗと、走行体Ｗに対して左右方向への旋回と上下方向への俯仰とを可能に取付けたブームＢと、ブームＢの先端に軸受Ｂｅを介して回転自在に取付けられたカッタヘッドＣと、カッタヘッドＣを回転駆動するモータＭとを備えた自由断面掘削機とされている。また、掘削機Ｅは、カッタヘッドＣへモータＭの動力を伝達する減速機Ｇを備える他、カッタヘッドＣを軸支する軸受ＢｅをブームＢに装着するハウジングＨを備えている。
【００１６】
情報収集部２は、本例では、掘削機Ｅの交換の要否判定の対象となる部品をモータＭ、減速機ＧおよびハウジングＨとして、これらの部品の交換の要否を判定可能な判定情報として加速度と積算使用時間を収集して判定部３へ入力する。
【００１７】
具体的には、情報収集部２は、本例では、ブームＢのモータＭ、減速機Ｇ或いはハウジングＨの至近に設置される加速度センサ２ａと、モータＭの積算使用時間をカウントするアワーメータ２ｂとを備えている。加速度センサ２ａは、カッタヘッドＣをモータＭで駆動する際の加速度を検知して判定部３へ入力する。また、アワーメータ２ｂは、モータＭが駆動されている時間をカウントし、モータＭの積算使用時間を検知して判定部３へ入力する。アワーメータ２ｂは、モータＭが通電されて駆動されると、通電時間を加算してモータＭの積算使用時間をカウントする。減速機ＧとハウジングＨは、モータＭが駆動中は必ず使用状態となるので、モータＭの積算使用時間をカウントすれば、減速機ＧとハウジングＨの積算使用時間も求め得る。
【００１８】
また、本例の掘削機管理システム１には、情報収集部２で得た判定情報を判定部３へ送信する送信部５を備えており、判定情報が送信部５から坑外に設置されている判定部３に送信される。なお、送信部５は、有線通信を利用しても、無線通信を利用してもよい。
【００１９】
判定部３は、情報収集部２から入力される判定情報からモータＭ、減速機ＧおよびハウジングＨの交換の要否を判定する。具体的には、判定部３は、加速度センサ２ａから入力される加速度が閾値以上である場合に、モータＭ、減速機Ｇ或いはハウジングＨに異常があり、部品交換が必要であると判定し、前記加速度が閾値未満である場合には部品交換が不要であると判定する。また、判定部３は、加速度による判定で部品交換を要しないと判断しても、アワーメータ２ｂでカウントした積算使用時間がモータＭ、減速機ＧおよびハウジングＨのそれぞれに設定される耐用時間以上である場合、これに該当する部品の交換が必要であると判定する。したがって、判定部３は、加速度が閾値未満で、かつ、積算使用時間が耐用時間未満である場合には、部品交換が不要であると判定するが、加速度が閾値以上、或いは積算使用時間が耐用時間以上である場合には、これに該当する部品の交換が必要と判定する。
【００２０】
判定部３における加速度を用いた部品交換の要否の判定は、以下のようにして行われる。掘削機Ｅでの掘削作業が終了した後、カッタヘッドＣを切羽に接触させない状態でモータＭを駆動して、カッタヘッドＣを無負荷状態で所定時間以上回転駆動して、加速度センサ２ａで加速度を検知する。加速度センサ２ａで得られる加速度には、切羽を切削していない状態でのカッタヘッドＣの駆動時におけるモータＭ、減速機ＧおよびハウジングＨの振動が重畳されている。モータＭ、減速機ＧおよびハウジングＨが正常であれば、振動が小さいので、加速度センサ２ａが検知する加速度も小さいが、これらに異常がある場合、振動が大きくなる傾向となるので、加速度センサ２ａが検知する加速度も大きくなる。したがって、判定部３は、この加速度が閾値を超えるとモータＭ、減速機ＧおよびハウジングＨに異常があると判定する。閾値は、たとえば、実際にモータＭ、減速機ＧおよびハウジングＨに異常が生じた場合の加速度の値をサンプリングして決定すればよい。また、モータＭ、減速機ＧおよびハウジングＨのそれぞれの共振周波数が異なる。よって、加速度センサ２ａが検知した加速度からモータＭ、減速機ＧおよびハウジングＨのそれぞれの共振周波数毎の周波数成分を抽出し、抽出した周波数成分とこれら周波数成分のそれぞれに設定した閾値とを比較して、モータＭ、減速機ＧおよびハウジングＨの異常を個別に判定してもよい。
【００２１】
判定部３は、本例では、アワーメータ２ｂでカウントした積算使用時間による部品交換の要否判定を加速度による部品交換の要否判定とは独立して行う。モータＭ、減速機ＧおよびハウジングＨには、それぞれ耐用時間が独立に設定されている。各耐用時間は、モータＭ、減速機ＧおよびハウジングＨの仕様に応じて個別に設定される。耐用時間は、部品の機能が劣化する可能性がある時間未満に設定され、本例では、機能が劣化する可能性がある時間から部品の製造に要する時間を差し引いた時間に設定されている。アワーメータ２ｂがカウントする積算使用時間は、モータＭの積算駆動時間であるが、減速機ＧおよびハウジングＨの使用開始時がモータＭの使用開始時と同じであれば、アワーメータ２ｂがカウントする積算使用時間は、減速機ＧおよびハウジングＨの積算使用時間に等しい。モータＭ、減速機ＧおよびハウジングＨで使用開始時が異なっている場合、使用開始時のずれを判定部３に記憶させておき、判定部３にてアワーメータ２ｂがカウントする積算使用時間から減速機ＧおよびハウジングＨの積算使用時間を求められるようにすればよい。
【００２２】
そして、判定部３は、モータＭ、減速機ＧおよびハウジングＨのそれぞれについて、積算使用時間と耐用時間とを比較して、モータＭ、減速機ＧおよびハウジングＨのうち積算使用時間が耐用時間以上となる部品について交換が必要と判定する。
【００２３】
以上より、判定部３は、加速度による部品交換の要否判定で異常が認められると交換必要と判定し、積算使用時間による部品交換の要否判定で耐用時間を超えている部品があると当該部品について交換必要と判定する。また、判定部３は、加速度による部品交換の要否判定で異常が認められず交換不要であると判断し、積算使用時間による部品交換の要否判定でも部品の交換が不要であると判断した時のみ、交換不要と判定する。
【００２４】
そして、判定部３は、部品交換が必要であると判定すると、警告部４が部品交換の警告を発するトリガとなる警告信号を警告部４へ出力する。警告部４は、本例では、坑外の掘削現場事務所内に設置された掘削機Ｅを管理する管理者の端末６と、掘削機Ｅの部品を製造する製造者の事務所に設置される製造者の端末７とを備えている。そして、判定部３から警告信号を受け取ると各端末６，７のモニタ６ａ，７ａに部品交換を促す警告を表示させる。
【００２５】
このように本発明の掘削機管理システム１は、掘削機Ｅに設置されて掘削機Ｅの部品の交換の要否を判定するための判定情報を収集する情報収集部２と、情報収集部２から送信される判定情報を受信し、部品の交換の要否を判定する判定部３と、判定部３が部品の交換が必要であると判定すると掘削機Ｅを管理する管理者と部品を製造する製造者へ部品の交換を警告する警告部４とを備えている。
【００２６】
このように構成された掘削機管理システム１では、部品の交換が必要であると判定すると、掘削機Ｅの管理者と製造者の双方に部品交換を警告するので、管理者のみならず製造者も部品交換に備えて部品の準備を行える。管理者は、掘削機Ｅの部品が交換時期になっているとの警告を受けるので、掘削機Ｅが故障して突発停止してしまうのを未然に防止できるとともに、事前に部品交換を製造者へ発注できる。また、製造者は、管理者が部品交換時期であるのを知るタイミングで近い将来に部品交換の依頼があるのを察知できるので、部品の在庫がない場合には部品の製造を開始できる。よって、在庫の有無によらずに、掘削機Ｅが掘削できない稼働不能時間を短縮できる。以上のように、本発明の掘削機管理システム１によれば、掘削機の突発停止を防止できるとともに、掘削機の稼働不能時間を短縮できる。
【００２７】
なお、掘削機管理システム１が交換の要否を判定する掘削機Ｅの部品は、前述のモータＭ、減速機ＧおよびハウジングＨに限定されるものではなく、カッタヘッドＣの位置を任意に位置決めするブームＢを制御するコントローラ、走行体ＷのクローラやブームＢを駆動する油圧システムといった部品にも使用耐用年数があるので、これらの交換の要否を判定する場合には、これらの交換の要否を判定可能な判定情報を情報収集部２で収集すればよい。たとえば、コントローラの場合、電子部品で構成されるので使用時の温度によって寿命が変化するから温度センサで温度を検知して判定部３で温度に応じて交換要否を判定すればよい。また、油圧システムの場合、たとえば、漏れが生じると内部圧力が上昇しにくくなるので、圧力センサで内部の圧力を検知して判定部３で圧力に応じて交換要否を判定すればよい。
【００２８】
また、判定部３は、掘削機Ｅに設置されていてもよく、その場合には、判定部３は、情報収集部２から信号線で判定情報を入手し、送信部５を介して警告部４へ警告信号を送信するようにしてもよい。情報収集部２で収集した判定情報は、端末６を介して判定部３へ入力されるようにしてもよいし、判定部３や警告部４をクラウド・コンピューティングで実現してもよい。
【００２９】
さらに、判定部３および警告部４は、端末６或いは端末７に統合されてもよい。つまり、端末６或いは端末７が判定部３と警告部４の処理を行って、判定部３と警告部４として機能するようにしてもよい。端末６，７が送信部５を介して情報収集部２と通信を行えるようになっていればよい。
【００３０】
そして、本例の掘削機管理システム１は、カッタヘッドＣを駆動するモータＭ、モータＭの動力をカッタヘッドＣへ伝達する減速機Ｇ、および、カッタヘッドＣを軸支する軸受を保持するハウジングＨを部品として、情報収集部２が掘削機ＥのブームＢの加速度を検知する加速度センサ２ａを含み、判定部３が加速度センサ２ａで検知した加速度に基づいて部品の交換の要否を判定するようになっている。このように構成された掘削機管理システム１では、掘削機Ｅにおいて他部品より交換頻度が高いモータＭ、減速機ＧおよびハウジングＨの交換の要否を判定できるから、突発停止発生の抑制と掘削不能時間の短縮を効果的に達成できる。
【００３１】
また、本例の掘削機管理システム１では、判定部３がカッタヘッドＣをモータＭで無負荷駆動する際に検知される加速度に基づいて部品の交換の要否を判定する。掘削機Ｅが切羽を掘削中であると、切羽からカッタヘッドＣが受ける抵抗によってブームＢが激しく振動して、正確にモータＭ、減速機ＧおよびハウジングＨの交換の要否を判定できないが、無負荷駆動時には、このような振動の影響がなく正確にモータＭ、減速機ＧおよびハウジングＨの交換の要否を判定できる。よって、より効果的に掘削機Ｅの突発停止を予防でき、より効果的に掘削不能時間を短縮できる。
【００３２】
さらに、本例の掘削機管理システム１では、情報収集部２が部品の積算使用時間をカウントするアワーメータ２ｂを含み、判定部３がアワーメータ２ｂで検知した積算使用時間に基づいて部品の交換の要否を判定するようになっている。したがって、部品に異常が認められなくとも、部品が交換時期となっているのを事前に察知でき、製造者側でも交換部品を部品の交換時期に合わせてあらかじめ用意できるようになり、掘削不能時間の短縮効果が高くなる。なお、判定部３が積算使用時間に対して設定する耐用時間を部品に要する時間を差し引いておけば、部品の在庫がなくとも、確実に部品の準備が可能となって、掘削不能時間のより一層の短縮が可能となる。
【００３３】
なお、本例の掘削機管理システム１では、掘削機Ｅの部品の交換の要否について管理者および製造者の端末６，７へ警告を与えるようになっているが、掘削機Ｅのコントローラと端末６，７が送信部５を介して通信を行えるようにしておけば、掘削機Ｅの制御に関わるデータの入手も可能となる。このようにすれば、たとえば、自由断面掘削機である掘削機ＥのカッタヘッドＣの掘削中の軌跡のデータを端末６，７に取り込んで端末６，７でコンクリートを吹き付ける前のトンネル形状の確認や解析も行える。
【００３４】
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・掘削機管理システム、２・・・情報収集部、２ａ・・・加速度センサ、２ｂ・・・アワーメータ、３・・・判定部、４・・・警告部、５・・・送信部、Ｂｅ・・・軸受、Ｃ・・・カッタヘッド、Ｅ・・・掘削機、Ｇ・・・減速機（部品）、Ｈ・・・ハウジング（部品）、Ｍ・・・モータ（部品）
【図１】
2019060185.tif 000003