(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前部のカテナリ部分と後部のカテナリ部分を有する、土工機械の履帯の一部分の張力を求めるための方法であって、
土工機械の移動方向を求め、
土工機械の移動方向が前進方向であるとの判断に応答して前部のカテナリ部分の張力の数値を求め、
土工機械の移動方向が後進方向であるとの判断に応答して後部のカテナリ部分の張力の数値を求める段階を含む。
【請求項２】
前記前部カテナリ部分の張力の数値を求める段階が、
前記土工機械上に配置される履帯アジャスターピストンによって加えられる圧力の数値を求め、
前記履帯アジャスターピストンの圧力の数値の関数として、前記前部カテナリ部分の張力の数値を求める段階を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記前部カテナリ部分の張力の数値を求める段階が、既知の比例定数の関数として張力に比例する、前記土工機械上に配置される前記履帯アジャスターピストンによって加えられる圧力の数値を求める段階を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項４】
後部のカテナリ部分の張力の数値を求める段階が、前記土工機械上に配置される前記履帯アジャスターピストンによって加えられる圧力の数値を求め、
前記土工機械上に配置される駆動経路のトルク値を求め、
前記履帯アジャスターピストンの圧力の数値と、駆動経路のトルク値の関数として、前記後部カテナリ部分の張力の数値を求める段階を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項５】
前部のカテナリ部分と後部のカテナリ部分とを有する土工機械の履帯のある部分の張力を求めるための装置であって、
前記土工機械の移動方向を求めるための手段と、
前記土工機械上に配置された制御器と、
を備え、前記制御器が、
前記土工機械の移動方向が前進方向であるとの判断に応答して、前部のカテナリ部分の張力の数値を求め、
前記土工機械の移動方向が後進方向であるとの判断に応答して後部のカテナリ部分の張力の数値を求めるようにされた、
ことを特徴とする装置。
【請求項６】
前記土工機械上に配置される履帯アジャスターピストンと、
前記履帯アジャスターピストンによって加えられる圧力の数値を感知するための、前記土工機械上に配置される圧力センサーと、
をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記土工機械が駆動経路を含み、前記駆動経路のトルクを求めるための手段をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記履帯の前記前後部カテナリ部分のうちの少なくとも一つについて求められた張力に関するデータを表示するための手段をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記履帯の前記前後部カテナリ部分のうちの少なくとも一つについて求められた張力に応答して、前記履帯の張力を調整するための手段をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、土工機械における履帯の張力をモニターするための方法及び装置に関し、特に、土工機械における履帯の緩み側の張力を決定するための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
履帯式の推進力を用いる土工機械、例えば、履帯式のトラクター、履帯を有する農耕機械、履帯式の積込み機、ショベル式掘削機等は、車輪を有する同等の機械と比較して、履帯を用いることによって生じる本来的な利点のために、しばしば、土工事の用途において使用される。例えば、履帯を有する機械は、湿った或いはゆるんだ土壌及び砂において、大きな牽引力を与え、浮上力を改善する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
履帯を有する機械の履帯は、代表的な土工事作業において、重負荷を受ける。特に、より大きな機械となると、動力性能と、動作に関わる要求が増大するという性質のため、履帯に大きな荷重要求がかかる傾向にある。技術史的には、高い荷重要求は、履帯部品の強度と耐用度を増大させることによって補償されてきた。しかしながら、これらの増大にはまた、費用の増大が伴う。加えて、履帯部品の強度の増大は、物理的制約のような実際的な理由によって制限される。
【０００４】
履帯を有する機械の履帯における応力の、より重要な原因の一つは、履帯の緩み側カテナリ部分、すなわち、土工機械の移動方向の関数として幾分の緩みを示すように設計された履帯のそうした部分における不適当な張力によって生じる。例えば、履帯にかかる過度の応力は、緩み側カテナリ部分における過剰な張力によって生じ得る。したがって、緩み側の張力を制御し、履帯式の土工機械の履帯にかかる応力を縮小する目的で、履帯のカテナリ部分における張力をモニターする性能を備えていることが望ましい。
【０００５】
本発明は、上述した１つまたはそれ以上の問題を克服することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの態様において、前部カテナリ部分と後部カテナリ部分を有する、土工機械における履帯の張力を求めるための方法が開示される。この方法は、土工機械の移動方向を判断し、土工機械の移動方向が前進方向であるとの判断に応答して前部のカテナリ部分の張力の数値を求め、土工機械の移動方向が後進方向であるとの判断に応答して後部のカテナリ部分の張力の数値を求める段階を含む。
【０００７】
本発明の別の態様においては、前部のカテナリ部分と後部のカテナリ部分を有する、土工機械における履帯の一部分の張力を求めるための装置が開示される。この装置は、土工機械の移動方向を判断するための手段と、土工機械の移動方向が前進方向であるとの判断に応答して前部のカテナリ部分の張力の数値を求め、土工機械の移動方向が後進方向であるとの判断に応答して後部のカテナリ部分の張力の数値を求めるようにされた土工機械上に配置された制御器とを含む。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図面を参照すると、土工機械１０２の履帯１０４の一部分の張力を求めるための方法と装置が示されている。好ましい実施形態において、履帯１０４は、前部のカテナリ部分１０６と後部のカテナリ部分１０８を有している。すなわち、前後のカテナリ部分１０６、１０８は、土工機械が前後の何れかの方向へ移動することの関数として、履帯１０４に緩み側をもたらすように設計されている。例えば、土工機械１０２が前方へ移動する場合、前部のカテナリ部分１０６が、緩み側をもたらす。さらに、土工機械１０２が後方へ移動する場合、後部のカテナリ部分１０８が、緩み側をもたらす。土工機械１０２が移動する際の履帯１０４への超過荷重及び過度の応力を避けるために、履帯１０２の前後のカテナリ部分１０６、１０８のうちの適切な一方が、適正な緩み側の張力を与えることが重要である。
【０００９】
図１を参照すると、土工機械１０２が履帯式のトラクターとして示されている。特に、土工機械１０２は、「高位置スプロケット」を有する履帯１０４を備えた履帯式のトラクターである。すなわち、履帯１０４の各々は、図２に示されているように、スプロケット２０６に駆動可能に接続されており、スプロケット２０６はまた、駆動可能に駆動経路２０４に接続されている。しかしながら、本発明の目的のために、履帯は、高位置スプロケットによって駆動される必要はなく、より従来的な設計であってもよい。つまり、関連技術においてよく知られているように、履帯は、長円形であってもよい。
【００１０】
履帯１０４の各々の前部のカテナリ部分１０６は、一般的に、スプロケット２０６から土工機械１０２の前部までにおける履帯１０４の上方部分として認識される。同様に、後部のカテナリ部分１０８は、一般的に、スプロケット２０６から土工機械１０２の後部までにおける履帯１０４の上方部分として認識される。
【００１１】
土工機械１０２は、履帯式のトラクターとして示されているが、他の様式の履帯を有する機械、例えば、ローダ機、農耕機械及びショベル式掘削機等においてもまた、本発明を使用する利点がある。
【００１２】
図３を参照すると、本発明の好ましい実施形態を示したブロック図が示されている。図３に示されている対象物は、土工機械１０２に配置されることが好ましい。しかし、適切な場合には、本発明の精神を逸脱しない限り、いくつかの対象物は、離れた位置や別の機械等といった他の場所上に配置することもできる。例えば、データベース３１６は、土工機械１０２にも、土工機械１０２から離れた場所にも設置することができるし、或いは、２つ以上のデータベース３１６を両方の場所上に配置することもできる。
【００１３】
制御するための手段３０２は、他の機能も可能であるが、履帯１０４の張力を求め、要求通りに応答する手段を提供するようにされている。張力を求めるための手段、すなわち、制御するための手段３０２は、以下でより詳細に述べる。好ましい実施形態において、制御するための手段３０２は、制御器３０４を含んでおり、以下の説明においては、制御器３０４と呼ぶ。
【００１４】
土工機械１０２の移動方向を判断するための手段３０６は、２つの要素を含んでいることが好ましい。第一に、係合されたギアを判断するための手段３０８が、変速機（図示されていない）の前後何れかの方向のギア（図示されていない）が係合されているかを判断するようにされていることである。例えば、前進ギアが係合している場合、土工機械１０２は、前進方向への移動準備状態を判断されるし、後進のギアが係合している場合、土工機械１０２は、後進方向への移動準備状態と判断される。さらに、どちらのギアにも係合していない場合、土工機械１０２の移動準備が全くなされない。
【００１５】
第二に、移動方向を判断するための手段３０６は、移動を判断するための、すなわち、土工機械１０２が移動していることを判断するための手段３１０を含んでいることが好ましい。移動を判断するための手段３１０の実例には、対地速度センサー、駆動経路運動センサー、機械位置センサー等が含まれるが、それらに限定されるものではない。
【００１６】
移動を決定するための手段３０６は、上述の手段以外の技術を採用できるものである。例えば、土工機械１０２上に配置されるＧＰＳアンテナのような位置センサーは、連続位置測定を採用することによって、移動と移動方向の両方を判断するために使用できる。
【００１７】
移動方向を判断するための手段３０６が、土工機械１０２が前後の何れかの方向へ移動していることをいったん判断すると、その情報は制御器３０４へ伝達され、制御器３０４はまた、前後の何れかの方向へ進んでいる土工機械１０２の移動方向の判断に応答して、履帯１０４の前部の又は後部のカテナリ部分１０６、１０８のうち対応する一方の張力の数値を調整するようにされている。
【００１８】
土工機械１０２上に配置される、履帯アジャスターピストン２０２は、履帯１０２に圧力を加えることによって、履帯の張力を調整するようにされている。履帯アジャスターピストン２０２は、液圧的に作動されることが好ましい。履帯の調整技術の詳細は、関連技術においてよく知られており、さらに論ずることはしない。
【００１９】
土工機械１０２上に配置される圧力センサー３１２は、履帯アジャスターピストン２０２によって加えられる圧力Ｐの数値を感知するようにされている。圧力センサー３１２はまた、圧力Ｐの数値を制御器３０４へ伝達するようにされている。
【００２０】
土工機械１０２上に配置される、トルクを求めるための手段３１４は、駆動経路のトルクの数値を感知し、それに応答して、トルクの数値を制御器３０４へ伝達するようにされている。トルクを求めるための手段３１４は、トルクセンサーを含んでいてもよいし、土工機械１０２の様々なパラメーターをモニターし、それに応答して、駆動経路２０４のトルクの数値を求めるといったもう一つの技術を利用することもできる。例えば、関連技術においてよく知られているように、駆動経路のトルクを計算するために、エンジン速度、対地速度及び他のパラメーターを用いることができる。
【００２１】
データベース３１６は、履帯１０４の張力に関するデータのような、制御器３０４からの情報を受け取るようにされている。データベース３１６は、前述したように、土工機械１０２又はそこから離れた場所のどちらにも設置することができる。好ましい実施形態において、データベース３１６は、履歴データベースとして形成され、履帯１０４の連続的に求められた張力の数値のような連続した情報を受け取るようにされている。そして、蓄積された情報は、その時々において履帯１０４にかかる荷重や応力をモニターしたり、保守の目的で履帯１０４の磨耗を測定したり、履帯１０４に対して他の作業より多くの応力が生じる特定作業の状態を判断する、といった様々な目的の何れのためにも用いることができる。
【００２２】
表示するための手段３１８は、履帯１０４の前後のカテナリ部分１０６、１０８のうちの少なくとも一つにおいての求められた張力に関するデータを表示するようにされている。表示するための手段３１８は、ディスプレイ３２０であり、グラフィック、テキスト、又はその両方を表示するのに適していることが好ましい。或いは、ディスプレイ３２０は、許容差外の張力の状態を示すための軽量のディスプレイとすることができる。ディスプレイ３２０は、土工機械１０２上に配置することも、離れた位置上に配置することもでき、又、多数のディスプレイを多数の場所で使用することもできる。
【００２３】
本発明の一つの実施形態において、制御器３０４は、手動で履帯１０４の張力を調整したり、又は土工機械１０２の作動を停止させるなど、必要であれば人力を介入することができるように、ディスプレイ３２０に情報を提供するようにされている。もう一つの実施形態において、制御器３０４は、張力が望ましいしきい値を超えているという判断に応答して、履帯１０４の張力を調整するようにされている。この実施形態において、制御器３０４と履帯アジャスターピストン２０２は、履帯１０４の張力を調整するための手段３２２として機能する。
【００２４】
図５を参照すると、本発明の好ましい方法を解説する工程フロー図が示されている。図５の好ましい方法について説明する中で、駆動経路２０４のトルクＴ、履帯アジャスターピストン２０２の圧力Ｐ及び角度ηが示されている図４も参照する。角度ηは、履帯アジャスターピストン２０２を通過する縦軸と、土工機械１０２の前部のからスプロケット２０６への履帯の上方部に沿った軸との間の角度である。
【００２５】
第１の制御ブロック５０２において、土工機械１０２の移動方向は、上述の技術によって判断される。第１の判断ブロック５０４において、移動方向が前進方向か後退方向かが判断される。移動方向が前進方向であると判断されると、第２の制御ブロック５０６へと制御が進行する。
【００２６】
第２の制御ブロック５０６において、履帯アジャスターピストン２０２の圧力は、圧力センサー３１２を用いて求められることが好ましい。第３の制御ブロック５０８において、前部のカテナリ部分の張力は、以下の方法によって求められることが好ましい。
【００２７】
一般的に、履帯の張力は、次のように求められる。
0004704637.tif 000002
上式において、TTは、履帯の張力、RFは、履帯１０４のチェーンから前部の遊輪に作用する合力であるリコイル力である。
【００２８】
リコイル力は、次の式によって求められる。
0004704637.tif 000003
上式において、RTは、リコイル張力、APは、履帯アジャスターピストン２０２の断面積である。
【００２９】
土工機械１０２が前進方向へ移動している間は、RTは、履帯アジャスターピストン２０２によって加えられる圧力Pに等しい。従って、前進方向への移動中の張力を求めるための式は、次のようになる。
0004704637.tif 000004
上式において、TTFは、前部のカテナリ部分１０６における履帯１０４の張力である。
【００３０】
項AP／２cosηは、個々の土工機械１０２のために導き出された定数項である。そのため、TTFは、Pに正比例する。従って、前進方向への移動中の履帯１０４の張力を決定するためのもう一つの実施形態は、圧力Pを決定し、その数値を本発明のために次いでなされる判断のために用いることである。
【００３１】
第１の判断ブロック５０４に戻ると、土工機械１０２が後進方向へ移動していると判断されると、第４の制御ブロック５１８へと制御が進行し、このブロックにおいては、履帯アジャスターピストン２０２の圧力Pを、好ましくは圧力センサー３１２によって、求める。
【００３２】
第５の制御ブロック５２０において、好ましくはトルクを求めるための手段３１４によって、駆動経路２０４のトルクが求められる。
【００３３】
第６の制御ブロック５２２において、好ましくは前部のカテナリ部分１０６に関して上述した方法に類似した方法によって、後部のカテナリ部分１０８の張力が求められる。しかしながら、土工機械２０２の後進方向への移動についての式は、次のようになる。
0004704637.tif 000005
上式において、Tは、駆動経路のトルク、Kは、ここで使用される様式の土工機械１０２の関数として導き出される経験定数である。ゆえに、後方へ移動している間の後部のカテナリ部分１０８の張力についての式は、次のようになる。
0004704637.tif 000006
【００３４】
第３の制御ブロック５０８か又は第６の制御ブロック５２２の何れかから、第７の制御ブロック５１０へと制御が進行し、このブロックにおいて求められた張力の数値が、望ましい張力の数値と比較される。望ましい張力の値は、土工機械１０２の作業状況にとって理想的な値とすればよい。或いは、張力の望ましい数値は、許容できるとみなされる範囲の数値であってよい。
【００３５】
第８の制御ブロック５１２において、決定された張力の数値は、上述したように、データベース３１６に蓄積される。
【００３６】
第９の制御ブロック５１４において、求められた張力の数値と望ましい張力の数値との偏差が予め定めたしきい値を超えたかどうかが、土工機械１０２の運転者に通知される。ディスプレイ３２０を経由して運転者に通知されることが、好ましい。或いは、監督者のような運転者以外の人物に通知されてもよい。
【００３７】
第１０の制御ブロック５１６において、制御器３０４は、履帯アジャスターピストン２０２へ指令を伝達し、履帯１０４の張力は、予め定められたしきい値内に張力を維持するように調整される。
【００３８】
本発明の適用の例として、履帯式のトラクターのような土工機械１０２は、機械１０２の履帯１０４に荷重と応力を生ずる作業機能を実行する。緩み側の張力が最適な数値に維持されなければ、応力は、より不適当なものとなる。つまり、前後のカテナリ部分１０６、１０８の何れかの緩みが十分な量でなければならない。
【００３９】
本発明は、作動中の、適切な緩み側の張力の測定とモニターを行い、数値が望ましいしきい値を超えた場合、運転者に警告するか、或いは張力を調整するように設計されている。求められた数値は、求める際に、瞬間的かつ突然の変化によって生じる非線形との誤差を最小にするために、常時、平均されることが好ましい。例えば、履帯のスリップや、履帯に当る岩石が、土工機械の実際の作動を示さない、しきい値を超えた決定を生ずる可能性がある。時間平均された決定数値を長期間にわたり集積して、機械作動の傾向の判断を助けるために、又は、運転者が作業性能をモニターできるようにするために使用することができる。
【００４０】
本発明の他の態様、目的及び特徴は、図面、明細書及び添付の特許請求の範囲を検討することによって得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用するのに適した土工機械の概略図である。
【図２】図1の機械の履帯部分の概略図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態を示したブロック図である。
【図４】適切な力と角度を示した、図２の履帯の概略図である
【図５】本発明の好ましい方法を示した工程フロー図である。
【符号の説明】
１０２  土工機械
１０４  履帯
１０６  前部のカテナリ部分
１０８  後部のカテナリ部分
２０２  履帯アジャスターピストン
２０４  駆動経路
２０６  スプロケット
【図１】
0004704637.tif 000007
【図２】
0004704637.tif 000008
【図３】
0004704637.tif 000009
【図４】
0004704637.tif 000010
【図５】
0004704637.tif 000011