CN107130660B - 挖掘机 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例所涉及的挖掘机根据包括斗杆关闭操作的斗杆挖掘操作进行挖掘，所述挖掘机具备：挖掘操作检测部(300)，检测是否进行了斗杆挖掘操作；姿势检测部(301)，检测挖掘机的姿势；容许最大压力计算部(302)，根据挖掘机的姿势计算与挖掘机因挖掘反作用力被拖拽时的该挖掘反作用力对应的斗杆缸(8)的底侧油室(8B)的压力作为第2容许最大压力(PAMAX)；以及斗杆缸压力控制部(304)，在进行斗杆挖掘操作时，以不超过第2容许最大压力(PAMAX)的方式对斗杆缸(8)的底侧油室(8B)的压力进行控制。

Description

挖掘机
本申请是申请日为2013年9月9日、申请号为201380067273.1、发明创造称为“挖掘机以及挖掘机的控制方法”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种具备利用液压缸工作的挖掘附件的挖掘机。
背景技术
以往，已知有一种液压功率挖掘机的过负荷防止装置(例如，参考专利文献1)。
该过负荷防止装置在功率挖掘机的挖掘作业中，检测来自地面的反作用力作为动臂缸的头侧油室中的保持液压，在该保持液压达到规定压力时，打开安全阀，从而防止前轮浮起。
并且，代替打开安全阀，使动臂主操作阀、斗杆主操作阀以及铲斗主操作阀工作，从而使动臂、斗杆以及铲斗自动进行动作，以防止前轮浮起。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开昭64-6420号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
但是，专利文献1的过负荷防止装置只防止在挖掘作业中功率挖掘机的机体浮起，无法防止在挖掘作业中功率挖掘机的机体被拖拽至铲斗侧。
鉴于上述问题，希望提供一种防止在挖掘作业中机体被拖拽至挖掘地点的挖掘机。
用于解决技术课题的手段
为了达成上述目的，本发明的实施例所涉及的挖掘机具备：下部行走体；上部回转体，搭载在所述下部行走体上；挖掘附件，安装于所述上部回转体；液压缸，使所述挖掘附件运转；以及控制器，控制所述液压缸的压力，以防止在挖掘机的挖掘作业中挖掘机被拖拽。
发明效果
通过上述手段，提供一种防止在挖掘作业中机体被拖拽的挖掘机。
附图说明
图1是本发明的实施例所涉及的挖掘机的侧视图。
图2是示出图1的挖掘机的驱动系统的结构例的框图。
图3是示出搭载于图1的挖掘机的挖掘支援系统的结构例的示意图。
图4是示出通过复合挖掘操作进行挖掘时作用于挖掘机的力的关系的示意图。
图5是示出第1复合挖掘作业支援处理的流程的流程图。
图6是示出斗杆挖掘作业支援处理的流程的流程图。
图7是示出第2复合挖掘作业支援处理的流程的流程图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施例进行说明。
图1是示出本发明的实施例所涉及的挖掘机的侧视图。
在挖掘机的下部行走体1上借助回转机构2搭载有上部回转体3。在上部回转体3上安装有动臂4。在动臂4的末端安装有斗杆5，在斗杆5的末端安装有铲斗6。动臂4、斗杆5以及铲斗6构成挖掘附件，动臂4、斗杆5以及铲斗6分别通过作为液压缸的动臂缸7、斗杆缸8以及铲斗缸9被液压驱动。在上部回转体3上设置有驾驶室10，并且搭载有发动机等动力源。
图2是示出图1的挖掘机的驱动系统的结构例的框图。在图2中，分别用双重线表示机械动力系统，用粗实线表示高压液压管路，用虚线表示先导液压管路，用单点划线表示电力驱动、控制系统。
在作为机械式驱动部的发动机11的输出轴上连接有作为液压泵的主泵14以及先导泵15。在主泵14上借助高压液压管路16连接有控制阀17。并且，在先导泵15上借助先导液压管路25连接有操作装置26。并且，主泵14是通过调节器13对泵每旋转1圈时的吐出流量进行控制的可变容量型液压泵。
控制阀17是对挖掘机中的液压系统进行控制的装置。下部行走体1用的液压马达1A(右用)以及1B(左用)、动臂缸7、斗杆缸8、铲斗缸9、回转液压马达21等液压致动器借助高压液压管路与控制阀17连接。
操作装置26是用于操作液压致动器的装置，包括操作杆以及踏板。操作装置26分别借助先导液压管路27以及先导液压管路28与控制阀17以及压力传感器29连接。压力传感器29与进行电力系统的驱动控制的控制器30连接。
控制器30是进行挖掘机的驱动控制的主控制部。在本实施例中，控制器30是具备CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等的计算机。控制器30例如从ROM读出与各种控制相对应的程序并转载至RAM，使CPU执行与各种控制相对应的处理。
压力传感器31是检测液压缸的油室中的工作油的压力的传感器，将检测出的值输出至控制器30。
姿势传感器32是检测挖掘机的姿势的传感器，将检测出的值输出至控制器30。
图3是示出搭载于图1的挖掘机的挖掘支援系统100的结构例的示意图。在图3中，与图2相同，用粗实线表示高压液压管路，用虚线表示先导液压管路，用单点划线表示电力驱动、控制系统。并且，图3示出进行包括动臂提升操作以及斗杆关闭操作的复合挖掘操作时的状态。
挖掘支援系统100是对用于由操作者利用挖掘机进行挖掘作业的操作进行支援的系统。在本实施例中，挖掘支援系统100主要包括压力传感器29A、29B、控制器30、压力传感器31A～31C、姿势传感器32A～32E、显示装置33、语音输出装置34以及电磁比例阀41、42。
压力传感器29A是压力传感器29的1个例子，对作为操作装置26的1个例子的斗杆操作杆26A的操作状态进行检测，并将检测结果输出至控制器30。
压力传感器29B是压力传感器29的1个例子，对作为操作装置26的1个例子的动臂操作杆26B的操作状态进行检测，并将检测结果输出至控制器30。
压力传感器31A是压力传感器31的1个例子，对斗杆缸8的杆侧油室8R中的工作油的压力进行检测，并将检测结果输出至控制器30。在本实施例中，杆侧油室8R相当于斗杆5关闭时的收缩侧油室。
压力传感器31B是压力传感器31的1个例子，对动臂缸7的杆侧油室7R中的工作油的压力进行检测，并将检测结果输出至控制器30。在本实施例中，杆侧油室7R相当于动臂4上升时的收缩侧油室。并且，动臂缸7的底侧油室7B相当于动臂4上升时的伸长侧油室。
压力传感器31C是压力传感器31的1个例子，对斗杆缸8的底侧油室8B中的工作油的压力进行检测，并将检测结果输出至控制器30。在本实施例中，底侧油室8B相当于斗杆5关闭时的伸长侧油室。
斗杆角度传感器32A是姿势传感器32的1个例子，例如是电位器，对斗杆5相对于动臂4的开闭角度(以下，称为“斗杆角度”。)进行检测，并将检测结果输出至控制器30。
动臂角度传感器32B是姿势传感器32的1个例子，例如是电位器，对动臂4相对于上部回转体3的俯仰角度(以下，称为“动臂角度”。)进行检测，并将检测结果输出至控制器30。
铲斗角度传感器32C是姿势传感器32的1个例子，例如是电位器，对铲斗6相对于斗杆5的开闭角度(以下，称为“铲斗角度”。)进行检测，并将检测结果输出至控制器30。
回转角度传感器32D是姿势传感器32的1个例子，对上部回转体3相对于下部行走体1的回转角度进行检测，并将检测结果输出至控制器30。
倾斜角度传感器32E是姿势传感器32的1个例子，对挖掘机的接地面相对于水平面的倾斜角度进行检测，并将检测结果输出至控制器30。
显示装置33是用于显示各种信息的装置，例如是设置于挖掘机的驾驶室的液晶显示器。显示装置33根据来自控制器30的控制信号来显示与挖掘支援系统100相关的各种信息。
语音输出装置34是用于对各种信息进行语音输出的装置，例如是设置于挖掘机的驾驶室的扬声器。语音输出装置34根据来自控制器30的控制信号对与挖掘支援系统100相关的各种信息进行语音输出。
电磁比例阀41是配置在作为控制阀17的1个例子的斗杆切换阀17A与斗杆操作杆26A之间的先导液压管路上的阀。并且，电磁比例阀41根据来自控制器30的控制电流对施加于斗杆切换阀17A中的斗杆关闭操作用先导端口的先导压力进行控制。在本实施例中，电磁比例阀41以如下方式构成：在不接收控制电流时，一次侧压力(斗杆操作杆26A所输出的斗杆关闭操作用的先导压力)与二次侧压力(施加于斗杆关闭操作用先导端口的先导压力)相同。并且，电磁比例阀41以二次侧压力随着来自控制器30的控制电流增大而变得小于一次侧压力的方式构成。
电磁比例阀42是配置在作为控制阀17的1个例子的动臂切换阀17B与动臂操作杆26B之间的先导液压管路上的阀。并且，电磁比例阀42根据来自控制器30的控制电流对施加于动臂切换阀17B中的动臂提升操作用先导端口的先导压力进行控制。在本实施例中，电磁比例阀42根据来自控制器30的控制电流增大对动臂提升操作用先导端口施加的先导压力。
控制器30获取各种传感器29A、29B、31A～31C、32A～32E的输出来进行基于各种功能要件的运算。并且，控制器30将该运算结果输出至显示装置33、语音输出装置34以及电磁比例阀41、42。
各种功能要件包括挖掘操作检测部300、姿势检测部301、容许最大压力计算部302、动臂缸压力控制部303以及斗杆缸压力控制部304。
挖掘操作检测部300是检测是否进行了挖掘操作的功能要件。在本实施例中，挖掘操作检测部300检测是否进行了包括斗杆关闭操作以及动臂提升操作的复合挖掘操作。具体而言，挖掘操作检测部300在如下情况时检测出已进行了复合挖掘操作：检测到动臂提升操作，动臂缸7的杆侧油室7R的压力为规定值α以上，并且斗杆缸8的底侧油室8B的压力减去杆侧油室8R的压力而得的压力差为规定值β以上。并且，挖掘操作检测部300也可以以检测到斗杆关闭操作为追加条件检测出已进行了复合挖掘操作。另外，挖掘操作检测部300也可以除了利用压力传感器29A、29B、31A～31C的输出之外，还利用姿势传感器32等其他传感器的输出，或者取代这些压力传感器29A、29B、31A～31C的输出而利用姿势传感器32等其他传感器的输出检测出已进行了复合挖掘操作。
并且，挖掘操作检测部300也可以检测是否进行了包括斗杆关闭操作的斗杆挖掘操作。具体而言，挖掘操作检测部300在如下情况时检测出已进行了斗杆挖掘操作：检测到斗杆关闭操作，动臂缸7的杆侧油室7R的压力为规定值α以上，并且斗杆缸8的底侧油室8B的压力减去杆侧油室8R的压力而得的压力差为规定值β以上。另外，斗杆挖掘操作包括只有斗杆关闭操作的单独操作、作为斗杆关闭操作和动臂提升操作或动臂降低操作的组合的复合操作、作为斗杆关闭操作和铲斗关闭操作的组合的复合操作。
姿势检测部301是检测挖掘机的姿势的功能要件。在本实施例中，姿势检测部301检测动臂角度、斗杆角度、铲斗角度、倾斜角度以及回转角度作为挖掘机的姿势。具体而言，姿势检测部301根据姿势传感器32A～32C的输出检测动臂角度、斗杆角度以及铲斗角度。并且，姿势检测部301根据回转角度传感器32D的输出检测回转角度。并且，姿势检测部301根据倾斜角度传感器32E的输出检测倾斜角度。另外，关于通过姿势检测部301检测挖掘机的姿势的详细内容在后面进行叙述。
容许最大压力计算部302是对为了防止挖掘作业中的挖掘机的机体不慎移动而需要掌握的各种液压缸中的工作油的容许最大压力进行计算的功能要件。在本实施例中，容许最大压力计算部302对为了防止挖掘作业中的挖掘机的机体浮起而需要掌握的动臂缸7的杆侧油室7R的容许最大压力进行计算。此时，动臂缸7的杆侧油室7R的压力超过该容许最大压力说明存在挖掘机的机体浮起的可能性。并且，容许最大压力计算部302对为了防止在挖掘作业中挖掘机的机体被拖拽至挖掘地点而需要掌握的斗杆缸8的底侧油室8B的容许最大压力进行计算。此时，斗杆缸8的底侧油室8B的压力超过该容许最大压力说明存在挖掘机的机体被拖拽至挖掘地点的可能性。另外，关于通过容许最大压力计算部302计算容许最大压力的详细内容在后面进行叙述。
动臂缸压力控制部303是为了防止挖掘作业中的挖掘机的机体不慎移动而对动臂缸7中的工作油的压力进行控制的功能要件。在本实施例中，动臂缸压力控制部303为了防止挖掘机的机体浮起，将动臂缸7的杆侧油室7R中的工作油的压力控制在容许最大压力以下。具体而言，在进行复合挖掘动作的情况下，若杆侧油室7R的压力上升而达到容许最大压力以下的规定压力，则动臂缸压力控制部303向电磁比例阀42输出控制电流。并且，动臂缸压力控制部303使施加于动臂提升操作用先导端口的先导压力增大。其结果，从杆侧油室7R向罐体流出的工作油的流量增大，杆侧油室7R的压力下降。并且，动臂4的上升速度增大。如此，动臂缸压力控制部303使杆侧油室7R的压力小于规定压力，防止杆侧油室7R的压力超过容许最大压力，从而防止挖掘机的机体浮起。
并且，动臂缸压力控制部303在向电磁比例阀42输出控制电流时，向显示装置33以及语音输出装置34中的至少一方输出控制信号。并且，动臂缸压力控制部303将表示已自动调整施加于动臂提升操作用先导端口的先导压力的意思的文本信息显示于显示装置33。并且，动臂缸压力控制部303使表示该意思的语音信息或警报音从语音输出装置34语音输出。这是为了向操作者传达已对由操作者利用动臂操作杆26B进行的动臂提升操作加以调整的情况。
斗杆缸压力控制部304是为了防止挖掘作业中的机体不慎移动而对斗杆缸8中的工作油的压力进行控制的功能要件。在本实施例中，斗杆缸压力控制部304为了防止挖掘机的机体浮起，将斗杆缸8的底侧油室8B中的工作油的压力控制在容许最大压力以下。具体而言，在进行复合挖掘动作的情况下，若底侧油室8B的压力上升而达到容许最大压力以下的规定压力，则斗杆缸压力控制部304向电磁比例阀41输出控制电流。并且，斗杆缸压力控制部304使二次侧压力(施加于斗杆关闭操作用先导端口的先导压力)小于电磁比例阀41的一次侧压力(斗杆操作杆26A所输出的斗杆关闭操作用的先导压力)。其结果，从主泵14L流入底侧油室8B的工作油的流量减少，底侧油室8B的压力下降。并且，斗杆5的关闭速度下降。如此，斗杆缸压力控制部304使底侧油室8B的压力小于规定压力，防止底侧油室8B的压力超过容许最大压力，从而防止挖掘机的机体浮起。并且，斗杆缸压力控制部304也可以根据需要使电磁比例阀41的二次侧压力降低，直至从主泵14L流入底侧油室8B的工作油的流量消失。即，即使在由操作者进行斗杆关闭操作的情况下，也可以停止斗杆5的关闭动作。这是为了可靠地防止挖掘机的机体浮起。
并且，斗杆缸压力控制部304为了防止挖掘机的机体被拖拽至挖掘地点，将斗杆缸8的底侧油室8B中的工作油的压力控制在容许最大压力以下。具体而言，在进行斗杆挖掘作业的情况下，若底侧油室8B的压力上升而达到容许最大压力以下的规定压力，则斗杆缸压力控制部304向电磁比例阀41输出控制电流。其结果，从主泵14L流入底侧油室8B的工作油的流量减少，底侧油室8B的压力下降。并且，斗杆5的关闭速度下降。如此，斗杆缸压力控制部304使底侧油室8B的压力小于规定压力，防止底侧油室8B的压力超过容许最大压力，从而防止挖掘机的机体被拖拽至挖掘地点。并且，斗杆缸压力控制部304也可以根据需要使电磁比例阀41的二次侧压力降低，直至从主泵14L流入底侧油室8B的工作油的流量消失。即，即使在由操作者进行斗杆关闭操作的情况下，也可以停止斗杆5的关闭动作。这是为了可靠地防止挖掘机的机体被拖拽至挖掘地点。
并且，与动臂缸压力控制部303相同，斗杆缸压力控制部304在向电磁比例阀41输出控制电流时，向显示装置33以及语音输出装置34中的至少一方输出控制信号。这是为了向操作者传达已对由操作者利用斗杆操作杆26A进行的斗杆关闭操作加以调整的情况。
接着，参考图4对通过姿势检测部301进行的挖掘机的姿势的检测以及通过容许最大压力计算部302进行的容许最大压力的计算进行说明。另外，图4是示出在通过复合挖掘操作进行挖掘时作用于挖掘机的力的关系的示意图。
首先，对与用于防止在挖掘作业中机体浮起的控制有关的参数进行说明。
在图4中，点P1表示上部回转体3与动臂4的连结点，点P2表示上部回转体3与动臂缸7的缸体的连结点。并且，点P3表示动臂缸7的杆7C与动臂4的连结点，点P4表示动臂4与斗杆缸8的缸体的连结点。并且，点P5表示斗杆缸8的杆8C与斗杆5的连结点，点P6表示动臂4与斗杆5的连结点。并且，点P7表示斗杆5与铲斗6的连结点，点P8表示铲斗6的末端。另外，在图4中为了清楚地说明而省略了铲斗缸9的图示。
并且，在图4中，将连接点P1以及点P3的直线与水平线之间的角度表示为动臂角度θ1，将连接点P3以及点P6的直线与连接点P6以及点P7的直线之间的角度表示为斗杆角度θ2，将连接点P6以及点P7的直线与连接点P7以及点P8的直线之间的角度表示为铲斗角度θ3。
并且，在图4中，距离D1表示机体发生浮起时的旋转中心RC与挖掘机的重心GC之间的水平距离，即作为挖掘机的质量M与重力加速度g之积的重力M·g的作用线与旋转中心RC之间的距离。并且，距离D1与重力M·g的大小之积表示绕旋转中心RC的第1力的力矩的大小。另外，记号“·”表示“×”(乘法记号)。
并且，在图4中，距离D2表示旋转中心RC与点P8之间的水平距离，即挖掘反作用力FR的铅垂成分FR1的作用线与旋转中心RC之间的距离。并且，距离D2与铅垂成分FR1的大小之积表示绕旋转中心RC的第2力的力矩的大小。另外，挖掘反作用力FR相对于铅垂轴形成挖掘角度θ，挖掘反作用力FR的铅垂成分FR1用FR1＝FR·cosθ表示。并且，挖掘角度θ是根据动臂角度θ1、斗杆角度θ2以及铲斗角度θ3计算的。
并且，在图4中，距离D3表示连接点P2以及点P3的直线与旋转中心RC之间的距离，即欲拉伸动臂缸7的杆7C的力FB的作用线与旋转中心RC之间的距离。并且，距离D3与力FB的大小之积表示绕旋转中心RC的第3力的力矩的大小。
并且，在图4中，距离D4表示挖掘反作用力FR的作用线与点P6之间的距离。并且，距离D4与挖掘反作用力FR的大小之积表示绕点P6的第1力的力矩的大小。
并且，在图4中，距离D5表示连接点P4以及点P5的直线与点P6之间的距离，即关闭斗杆5的斗杆推力FA的作用线与点P6之间的距离。并且，距离D5与斗杆推力FA的大小之积表示绕点P6的第2力的力矩的大小。
在此，假定能够将挖掘反作用力FR的铅垂成分FR1欲使挖掘机绕旋转中心RC浮起来的力的力矩的大小与欲拉伸动臂缸7的杆7C的力FB欲使挖掘机绕旋转中心RC浮起来的力的力矩的大小进行替换。此时，绕旋转中心RC的第2力的力矩的大小与绕旋转中心RC的第3力的力矩的大小之间的关系用以下公式(1)表示。
FR1·D2＝FR·cosθ·D2＝FB·D3……(1)
并且，可以认为斗杆推力FA欲使斗杆5绕点P6关闭的力的力矩的大小与挖掘反作用力FR欲使斗杆5绕点P6打开的力的力矩的大小是平衡的。此时，绕点P6的第1力的力矩的大小与绕点P6的第2力的力矩的大小之间的关系用以下公式(2)以及公式(2)’表示。另外，记号“/”表示“÷”(除法记号)。
FA·D5＝FR·D4……(2)
FR＝FA·D5/D4……(2)’
并且，根据公式(1)以及公式(2)，欲拉伸动臂缸7的杆7C的力FB用以下公式(3)表示。
FB＝FA·D2·D5·cosθ/(D3·D4)……(3)
并且，如图4的X-X剖视图所示，若将面向动臂缸7的杆侧油室7R的活塞的环状受压面积设为面积AB，将杆侧油室7R中的工作油的压力设为压力PB，则欲拉伸动臂缸7的杆7C的力FB用FB＝PB·AB表示。因此，公式(3)用以下公式(4)以及公式(4)’表示。
PB＝FA·D2·D5·cosθ/(AB·D3·D4)……(4)
FA＝PB·AB·D3·D4/(D2·D5·cosθ)……(4)’
在此，若将机体浮起时的欲拉伸动臂缸7的杆7C的力FB设为力FBMAX，则可以认为重力M·g不使机体浮起来的绕旋转中心RC的第1力的力矩的大小与力FBMAX欲使机体浮起来的绕旋转中心RC的第3力的力矩的大小是平衡的。此时，该2个力的力矩的大小的关系用以下公式(5)表示。
M·g·D1＝FBMAX·D3……(5)
并且，若将此时的动臂缸7的杆侧油室7R中的工作油的压力设为为了防止机体浮起而使用的容许最大压力(以下，称为“第1容许最大压力”。)PBMAX，则第1容许最大压力PBMAX用以下公式(6)表示。
PBMAX＝M·g·D1/(AB·D3)……(6)
并且，距离D1是常数，距离D2～D5是与挖掘角度θ相同地根据挖掘附件的姿势、即动臂角度θ1、斗杆角度θ2以及铲斗角度θ3确定的值。具体而言，距离D2根据动臂角度θ1、斗杆角度θ2以及铲斗角度θ3确定，距离D3根据动臂角度θ1确定，距离D4根据铲斗角度θ3确定，距离D5根据斗杆角度θ2确定。
其结果，容许最大压力计算部302能够利用姿势检测部301检测出的动臂角度θ1和公式(6)计算第1容许最大压力PBMAX。
并且，动臂缸压力控制部303能够通过将动臂缸7的杆侧油室7R中的压力PB维持在第1容许最大压力PBMAX以下的规定压力来防止挖掘机的机体浮起。具体而言，在压力PB达到规定压力时，动臂缸压力控制部303使从杆侧油室7R朝向罐体流出的工作油的流量增大，使压力PB下降。这是因为，如公式(4)’所示，压力PB的下降带来斗杆推力FA的下降，并且如公式(2)’所示，带来挖掘反作用力FR的下降，甚至带来该铅垂成分FR1的下降。
并且，旋转中心RC的位置是根据回转角度传感器32D的输出确定的。例如，在下部行走体1与上部回转体3之间的回转角度是0度的情况下，下部行走体1与接地面接触的部分中的后端成为旋转中心RC，在下部行走体1与上部回转体3之间的回转角度是180度的情况下，下部行走体1与接地面接触的部分中的前端成为旋转中心RC。并且，在下部行走体1与上部回转体3之间的回转角度是90度或270度的情况下，下部行走体1与接地面接触的部分中的侧端成为旋转中心RC。
接着，对与用于防止在挖掘作业中机体被拖拽至挖掘地点的控制有关的参数进行说明。
在挖掘作业中欲使机体沿水平方向移动的力的关系用以下公式(7)表示。
μ·N≥FR2……(7)
另外，静止摩擦系数μ表示挖掘机的接地面的静止摩擦系数，垂直阻力N表示相对于挖掘机的重力M·g的垂直阻力，力FR2表示欲将挖掘机拖拽至挖掘地点的挖掘反作用力FR的水平成分FR2。并且，摩擦力μ·N表示欲使挖掘机静止的最大静止摩擦力，若挖掘反作用力FR的水平成分FR2超过最大静止摩擦力μ·N，则挖掘机被拖拽至挖掘地点。另外，静止摩擦系数μ既可以是预先存储于ROM等的值，也可以是根据各种信息动态计算出来的值。在本实施例中，静止摩擦系数μ是操作者借助输入装置(未图示)选择的预先存储的值。操作者根据接地面的状态从多个级别的摩擦状态(静止摩擦系数)选择所期望的摩擦状态(静止摩擦系数)。
在此，挖掘反作用力FR的水平成分FR2用FR2＝FR·sinθ表示，并且根据公式(2)’，挖掘反作用力FR用FR＝FA·D5/D4表示，因此公式(7)用以下公式(8)表示。
μ·M·g≥FA·D5·sinθ/D4……(8)
并且，如图4的Y-Y剖视图所示，若将面向斗杆缸8的底侧油室8B的活塞的圆形受压面积设为面积AA，将底侧油室8B中的工作油的压力设为压力PA，则斗杆推力FA用FA＝PA·AA表示。因此，公式(8)用以下公式(9)表示。
PA≤μ·M·g·D4/(AA·D5·sinθ)……(9)
在此，公式(9)的右边与左边相等时的斗杆缸8的底侧油室8B中的工作油的压力PA相当于能够避免机体被拖拽至挖掘地点的容许最大压力，即相当于为了防止机体被拖拽至挖掘地点而使用的容许最大压力(以下，称为“第2容许最大压力”。)PAMAX。
根据以上关系，容许最大压力计算部302能够利用姿势检测部301检测出的动臂角度θ1、斗杆角度θ2、铲斗角度θ3以及公式(9)计算第2容许最大压力PAMAX。
并且，斗杆缸压力控制部304能够通过将斗杆缸8的底侧油室8B中的压力PA维持在第2容许最大压力PAMAX以下的规定压力来防止挖掘机的机体被拖拽至挖掘地点。具体而言，在压力PA达到规定压力时，斗杆缸压力控制部304使从主泵14L流入底侧油室8B的工作油的流量减少，使压力PA下降。这是因为，压力PA的下降带来斗杆推力FA的下降，甚至带来挖掘反作用力FR的水平成分FR2的下降。
接着，参考图5，对挖掘支援系统100防止挖掘机的机体浮起且支援复合挖掘作业的处理(以下，称为“第1复合挖掘作业支援处理”。)进行说明。另外，图5是示出第1复合挖掘作业支援处理的流程的流程图，挖掘支援系统100的控制器30以规定周期反复执行该第1复合挖掘作业支援处理。
首先，控制器30的挖掘操作检测部300判定是否为包括动臂提升操作以及斗杆关闭操作的复合挖掘操作中(步骤S1)。具体而言，挖掘操作检测部300根据压力传感器29B的输出检测是否为动臂提升操作中。并且，在检测为动臂提升操作中时，挖掘操作检测部300根据压力传感器31B的输出获取动臂缸7的杆侧油室7R的压力。并且，挖掘操作检测部300根据压力传感器31A、31C的输出计算斗杆缸8的底侧油室8B的压力减去杆侧油室8R的压力而得的压力差。并且，在杆侧油室7R的压力为规定值α以上且计算出的压力差为规定值β以上时，挖掘操作检测部300判定为复合挖掘操作中。
在挖掘操作检测部300判定不是复合挖掘操作中时(步骤S1的否)，控制器30结束本次的第1复合挖掘作业支援处理。
另一方面，在挖掘操作检测部300判定为复合挖掘操作中时(步骤S1的是)，姿势检测部301检测挖掘机的姿势(步骤S2)。具体而言，姿势检测部301根据斗杆角度传感器32A、动臂角度传感器32B以及铲斗角度传感器32C的输出检测动臂角度θ1、斗杆角度θ2以及铲斗角度θ3。这是为了能够使控制器30的容许最大压力计算部302导出作用于挖掘附件的力的作用线与规定的旋转中心之间的距离。
之后，容许最大压力计算部302根据姿势检测部301的检测值计算第1容许最大压力(步骤S3)。具体而言，容许最大压力计算部302利用上述公式(6)来计算第1容许最大压力PBMAX。
之后，容许最大压力计算部302将计算出的第1容许最大压力PBMAX以下的规定压力设定为目标动臂缸压力PBT(步骤S4)。具体而言，容许最大压力计算部302将第1容许最大压力PBMAX减去规定值后的值设定为目标动臂缸压力PBT。
之后，控制器30的动臂缸压力控制部303对动臂缸7的杆侧油室7R中的工作油的压力PB进行监控。并且，在随着进入复合挖掘作业而压力PB上升并达到目标动臂缸压力PBT时(步骤S5的是)，动臂缸压力控制部303控制动臂切换阀17B，使动臂缸7的杆侧油室7R的压力PB降低(步骤S6)。具体而言，动臂缸压力控制部303向电磁比例阀42供给控制电流，使施加于动臂提升操作用先导端口的先导压力增大。并且，动臂缸压力控制部303通过使从杆侧油室7R朝向罐体流出的工作油的量增大，使杆侧油室7R的压力PB降低。其结果，动臂4的上升速度增大，从而挖掘反作用力FR的铅垂成分FR1减少，防止了挖掘机的机体浮起。
之后，控制器30的斗杆缸压力控制部304继续对动臂缸7的杆侧油室7R中的工作油的压力PB进行监控。并且，虽然使动臂4的上升速度增大，但压力PB进一步上升而达到第1容许最大压力PBMAX时(步骤S7的是)，斗杆缸压力控制部304控制斗杆切换阀17A，使斗杆缸8的底侧油室8B的压力PA降低(步骤S8)。具体而言，斗杆缸压力控制部304向电磁比例阀41供给控制电流，使施加于斗杆关闭操作用先导端口的先导压力减少。并且，斗杆缸压力控制部304通过使从主泵14L流入底侧油室8B的工作油的量减少，使底侧油室8B的压力PA降低。其结果，斗杆5的关闭速度下降，从而挖掘反作用力FR的铅垂成分FR1减少，防止了挖掘机的机体浮起。另外，虽然使斗杆5的关闭速度下降，但压力PB不低于第1容许最大压力PBMAX时，斗杆缸压力控制部304也可以使从主泵14L流入底侧油室8B的工作油的量消失。此时，斗杆5的移动停止，从而挖掘反作用力FR的铅垂成分FR1消失，防止了挖掘机的机体浮起。
另外，在步骤S5中压力PB小于目标动臂缸压力PBT时(步骤S5的否)，动臂缸压力控制部303不使动臂缸7的杆侧油室7R的压力PB降低，结束本次的第1复合挖掘作业支援处理。这是因为不存在使挖掘机的机体浮起的可能性。
同样地，在步骤S7中压力PB小于第1容许最大压力PBMAX时(步骤S7的否)，斗杆缸压力控制部304不使斗杆缸8的底侧油室8B的压力PA降低，结束本次的第1复合挖掘作业支援处理。这是因为不存在使挖掘机的机体浮起的可能性。
通过以上结构，挖掘支援系统100能够防止在复合挖掘作业中挖掘机的机体浮起。因此，能够在挖掘机的机体即将浮起时，有效地利用机体重量进行复合挖掘作业。并且，不需要进行用于将浮起的挖掘机的姿势恢复原样的操作等，从而能够提高作业效率，甚至能够降低油耗，防止机体发生故障，减轻操作者的操作负担。
并且，挖掘支援系统100通过对由操作者利用动臂操作杆26B进行的动臂提升操作加以调整，防止在复合挖掘作业中挖掘机的机体浮起。因此，操作者也不会有明明没有操作动臂操作杆26B但是动臂4上升这种不协调感。
并且，挖掘支援系统100在判断为即使对动臂提升操作加以调整也无法避免机体浮起时，通过对由操作者进行的斗杆关闭操作加以调整来防止机体浮起。如此，挖掘支援系统100通过采用2个阶段的浮起防止对策，能够最大限度地利用机体重量进行复合挖掘作业，同时能够可靠地防止机体浮起。
接着，参考图6对挖掘支援系统100防止挖掘机的机体被拖拽至挖掘地点且支援斗杆挖掘作业的处理(以下，称为“斗杆挖掘作业支援处理”。)进行说明。另外，图6是示出斗杆挖掘作业支援处理的流程的流程图，挖掘支援系统100的控制器30以规定周期反复执行该斗杆挖掘作业支援处理。
首先，控制器30的挖掘操作检测部300判定是否为包括斗杆关闭操作的斗杆挖掘操作中(步骤S11)。具体而言，挖掘操作检测部300根据压力传感器29A的输出检测是否为斗杆关闭操作中。并且，在检测为是斗杆关闭操作中时，挖掘操作检测部300根据压力传感器31A、31C的输出计算斗杆缸8的底侧油室8B的压力减去杆侧油室8R的压力而得的压力差。并且，在计算出的压力差为规定值γ以上时，挖掘操作检测部300判定为是斗杆挖掘操作中。
在挖掘操作检测部300判定为不是斗杆挖掘操作中时(步骤S11的否)，控制器30结束本次的斗杆挖掘作业支援处理。
另一方面，在挖掘操作检测部300判定为是斗杆挖掘操作中时(步骤S11的是)，姿势检测部301检测挖掘机的姿势(步骤S12)。具体而言，姿势检测部301根据斗杆角度传感器32A、动臂角度传感器32B以及铲斗角度传感器32C的输出检测动臂角度θ1、斗杆角度θ2以及铲斗角度θ3。这是为了能够使控制器30的容许最大压力计算部302导出挖掘角度θ、距离D4、距离D5等。
之后，容许最大压力计算部302根据姿势检测部301的检测值计算第2容许最大压力(步骤S13)。具体而言，容许最大压力计算部302利用上述公式(9)计算第2容许最大压力PAMAX。
之后，容许最大压力计算部302将计算出的防拖拽用容许最大压力PAMAX以下的规定压力设定为目标斗杆缸压力PAT(步骤S14)。在本实施例中，容许最大压力计算部302将防拖拽用容许最大压力PAMAX设定为目标斗杆缸压力PAT。
之后，控制器30的斗杆缸压力控制部304对斗杆缸8的底侧油室8B中的工作油的压力PA进行监控。并且，在随着进入斗杆挖掘作业而压力PA上升并达到目标斗杆缸压力PAT时(步骤S15的是)，斗杆缸压力控制部304控制斗杆切换阀17A，使斗杆缸8的底侧油室8B的压力PA降低(步骤S16)。具体而言，斗杆缸压力控制部304向电磁比例阀41供给控制电流，使施加于斗杆关闭操作用先导端口的先导压力减少。并且，斗杆缸压力控制部304通过使从主泵14L流入底侧油室8B的工作油的量减少，使底侧油室8B的压力PA降低。其结果，斗杆5的关闭速度下降，从而挖掘反作用力FR的水平成分FR2减少，防止了挖掘机的机体被拖拽至挖掘地点。
另外，虽然使斗杆5的关闭速度下降，但压力PA不低于第2容许最大压力PAMAX时，斗杆缸压力控制部304也可以使从主泵14L流入底侧油室8B的工作油的量消失。此时，斗杆5的移动停止，从而挖掘反作用力FR的水平成分FR2消失，防止了挖掘机的机体被拖拽至挖掘地点。
另外，在步骤S15中压力PA小于目标斗杆缸压力PAT时(步骤S15的否)，斗杆缸压力控制部304不使斗杆缸8的底侧油室8B的压力PA降低，结束本次的斗杆挖掘作业支援处理。这是因为不存在挖掘机的机体被拖拽的可能性。
通过以上结构，挖掘支援系统100能够防止在斗杆挖掘作业中挖掘机的机体被拖拽至挖掘地点。因此，能够在挖掘机的机体即将被拖拽时，有效地利用机体重量进行斗杆挖掘作业。并且，不需要进行用于将被拖拽的挖掘机的姿势恢复原样的操作等，从而能够提高作业效率，甚至能够降低油耗，防止机体发生故障，减轻操作者的操作负担。
接着，参考图7，对挖掘支援系统100防止挖掘机的机体浮起以及挖掘机的机体被拖拽至挖掘地点且支援复合挖掘作业的处理(以下，称为“第2复合挖掘作业支援处理”。)进行说明。另外，图7是示出第2复合挖掘作业支援处理的流程的流程图，挖掘支援系统100的控制器30以规定周期反复执行该第2复合挖掘作业支援处理。
首先，控制器30的挖掘操作检测部300判定是否为包括动臂提升操作以及斗杆关闭操作的复合挖掘操作中(步骤S21)。具体而言，挖掘操作检测部300根据压力传感器29B的输出检测是否为动臂提升操作中。并且，在检测为是动臂提升操作中时，挖掘操作检测部300根据压力传感器31B的输出获取动臂缸7的杆侧油室7R的压力。并且，挖掘操作检测部300根据压力传感器31A、31C的输出计算斗杆缸8的底侧油室8B的压力减去杆侧油室8R的压力而得的压力差。并且，在杆侧油室7R的压力为规定值α以上，并且计算出的压力差为规定值β以上时，挖掘操作检测部300判定为复合挖掘操作中。
在挖掘操作检测部300判定为不是复合挖掘操作中时(步骤S21的否)，控制器30结束本次的第2复合挖掘作业支援处理。
另一方面，在挖掘操作检测部300判定为是复合挖掘操作中时(步骤S21的是)，姿势检测部301检测挖掘机的姿势(步骤S22)。具体而言，姿势检测部301根据斗杆角度传感器32A、动臂角度传感器32B以及铲斗角度传感器32C的输出检测动臂角度θ1、斗杆角度θ2以及铲斗角度θ3。这是为了能够使控制器30的容许最大压力计算部302导出挖掘角度θ、距离D3、距离D4、距离D5等。
之后，容许最大压力计算部302根据姿势检测部301的检测值计算第1容许最大压力以及第2容许最大压力(步骤S23)。具体而言，容许最大压力计算部302利用上述公式(6)计算第1容许最大压力PBMAX，并且利用上述公式(9)计算第2容许最大压力PAMAX。
之后，容许最大压力计算部302将计算出的第1容许最大压力PBMAX以下的规定压力设定为目标动臂缸压力PBT(步骤S24)。具体而言，容许最大压力计算部302将第1容许最大压力PBMAX减去规定值后的值设定为目标动臂缸压力PBT。
之后，控制器30的动臂缸压力控制部303对动臂缸7的杆侧油室7R中的工作油的压力PB进行监控。并且，在随着进入复合挖掘作业而压力PB上升并达到目标动臂缸压力PBT时(步骤S25的是)，动臂缸压力控制部303控制动臂切换阀17B，使动臂缸7的杆侧油室7R的压力PB降低(步骤S26)。具体而言，动臂缸压力控制部303向电磁比例阀42供给控制电流，使施加于动臂提升操作用先导端口的先导压力增大。并且，动臂缸压力控制部303通过使从杆侧油室7R朝向罐体流出的工作油的量增大，使杆侧油室7R的压力PB降低。其结果，动臂4的上升速度增大，从而挖掘反作用力FR的铅垂成分FR1减少，防止了挖掘机的机体浮起。
之后，控制器30的斗杆缸压力控制部304继续对动臂缸7的杆侧油室7R中的工作油的压力PB进行监控。并且，虽然使动臂4的上升速度增大，但压力PB进一步上升而达到第1容许最大压力PBMAX时(步骤S27的是)，斗杆缸压力控制部304控制斗杆切换阀17A，使斗杆缸8的底侧油室8B的压力PA降低(步骤S28)。具体而言，斗杆缸压力控制部304向电磁比例阀41供给控制电流，使施加于斗杆关闭操作用先导端口的先导压力减少。并且，斗杆缸压力控制部304通过使从主泵14L流入底侧油室8B的工作油的量减少，使底侧油室8B的压力PA降低。其结果，斗杆5的关闭速度下降，从而挖掘反作用力FR的铅垂成分FR1减少，防止了挖掘机的机体浮起。另外，虽然使斗杆5的关闭速度下降，但压力PB不低于第1容许最大压力PBMAX时，斗杆缸压力控制部304也可以使从主泵14L流入底侧油室8B的工作油的量消失。此时，斗杆5的移动停止，从而挖掘反作用力FR的铅垂成分FR1消失，防止了挖掘机的机体浮起。
另外，在步骤S25中压力PB小于目标动臂缸压力PBT时(步骤S25的否)，控制器30不使动臂缸7的杆侧油室7R的压力PB降低，使处理进入步骤S29。这是因为不存在使挖掘机的机体浮起的可能性。
同样地，在步骤S27中压力PB小于第1容许最大压力PBMAX时(步骤S27的否)，控制器30不使斗杆缸8的底侧油室8B的压力PA降低，使处理进入步骤S29。这是因为不存在使挖掘机的机体浮起的可能性。
之后，在步骤S29中，容许最大压力计算部302将计算出的防拖拽用容许最大压力PAMAX以下的规定压力设定为目标斗杆缸压力PAT。具体而言，容许最大压力计算部302将防拖拽用容许最大压力PAMAX设定为目标斗杆缸压力PAT。
之后，控制器30的斗杆缸压力控制部304对斗杆缸8的底侧油室8B中的工作油的压力PA进行监控。并且，在随着进入复合挖掘作业而压力PA上升并达到目标斗杆缸压力PAT时(步骤S29的是)，斗杆缸压力控制部304控制斗杆切换阀17A，使斗杆缸8的底侧油室8B的压力PA降低(步骤S30)。具体而言，斗杆缸压力控制部304向电磁比例阀41供给控制电流，使施加于斗杆关闭操作用先导端口的先导压力减少。并且，斗杆缸压力控制部304通过使从主泵14L流入底侧油室8B的工作油的量减少，使底侧油室8B的压力PA降低。其结果，斗杆5的关闭速度下降，从而挖掘反作用力FR的水平成分FR2减少，防止了挖掘机的机体被拖拽至挖掘地点。
另外，虽然使斗杆5的关闭速度下降，但压力PA不低于第2容许最大压力PAMAX时，斗杆缸压力控制部304也可以使从主泵14L流入底侧油室8B的工作油的量消失。此时，斗杆5的移动停止，从而挖掘反作用力FR的水平成分FR2消失，防止了挖掘机的机体被拖拽至挖掘地点。
另外，在步骤S30中压力PA小于目标斗杆缸压力PAT时(步骤S30的否)，斗杆缸压力控制部304不使斗杆缸8的底侧油室8B的压力PA降低，结束本次的第2复合挖掘作业支援处理。这是因为不存在挖掘机的机体被拖拽的可能性。
并且，步骤S24～步骤S28中的用于防止挖掘机浮起的一系列处理的顺序与步骤S29～步骤S31中的用于防止挖掘机被拖拽的一系列处理的顺序不同。因此，两个一系列处理既可以同时并行执行，也可以先执行用于防止挖掘机被拖拽的一系列处理，然后执行用于防止挖掘机浮起的一系列处理。
通过以上结构，挖掘支援系统100能够防止在复合挖掘作业中挖掘机的机体浮起或被拖拽至挖掘地点。因此，能够在挖掘机的机体即将浮起或被拖拽时，有效地利用机体重量进行复合挖掘作业。并且，不需要进行用于将浮起或被拖拽的挖掘机的姿势恢复原样的操作等，从而能够提高作业效率，甚至能够降低油耗，防止机体发生故障，减轻操作者的操作负担。
以上，对本发明的优选实施例进行了详细说明，但本发明并不限于上述的实施例，在不脱离本发明的范围内，能够对上述实施例进行各种变形以及替换。
例如，在上述实施例中，通过容许最大压力计算部302、动臂缸压力控制部303、斗杆缸压力控制部304进行的运算将挖掘机的接地面为水平面作为前提进行。但是，本发明并不限于此。即使挖掘机的接地面为倾斜面，也能够追加考虑倾斜角度传感器32E的输出而恰当地执行上述实施例中的各种运算。
并且，在上述实施例中，挖掘支援系统100防止在包括斗杆关闭操作以及动臂提升操作的复合挖掘操作中机体浮起。具体而言，在动臂缸7的杆侧油室7R的压力超过目标动臂缸压力PBT时，挖掘支援系统100使动臂4上升。并且，在杆侧油室7R的压力达到防浮起容许最大压力PBMAX时，挖掘支援系统100使斗杆5的关闭速度变慢。如此，挖掘支援系统100防止在包括斗杆关闭操作以及动臂提升操作的复合挖掘操作中机体浮起。但是，本发明并不限于此。例如，挖掘支援系统100也可以构成为防止在包括铲斗关闭操作以及动臂提升操作的复合挖掘操作中机体浮起。在该情况下，在杆侧油室7R的压力超过目标动臂缸压力PBT时，挖掘支援系统100使动臂4上升。并且，在杆侧油室7R的压力达到第1容许最大压力PBMAX时，挖掘支援系统100使铲斗6的关闭速度变慢。如此，挖掘支援系统100也可以防止在包括铲斗关闭操作以及动臂提升操作的复合挖掘操作中机体浮起。
并且，在上述实施例中，动臂缸7、斗杆缸8等液压缸通过发动机驱动的主泵14吐出的工作油被带动，但是也可以通过电动马达驱动的液压泵吐出的工作油被带动。
并且，本申请主张基于2012年12月21日申请的日本专利申请2012-279896号的优先权，并通过参考将该日本专利申请的全部内容援用于本申请中。
符号说明
1-下部行走体，1A、1B-行走用液压马达，2-回转机构，3-上部回转体，4-动臂，5-斗杆，6-铲斗，7-动臂缸，7R-动臂缸杆侧油室，7B-动臂缸底侧油室，8-斗杆缸，8R-斗杆缸杆侧油室，8B-斗杆缸底侧油室，9-铲斗缸，10-驾驶室，11-发动机，13-调节器，14、14L、14R-主泵，15-先导泵，16-高压液压管路，17-控制阀，17A-斗杆切换阀，17B-动臂切换阀，21-回转液压马达，25-先导液压管路，26-操作装置，26A-斗杆操作杆，26B-动臂操作杆，27、28-先导液压管路，29、29A、29B-压力传感器，30-控制器，31、31A～31C-压力传感器，32-姿势传感器，32A-斗杆角度传感器，32B-动臂角度传感器，32C-铲斗角度传感器，32D-回转角度传感器，32E-倾斜角度传感器，33-显示装置，34-语音输出装置，41、42-电磁比例阀，100-挖掘支援系统，300-挖掘操作检测部，301-姿势检测部，302-容许最大压力计算部，303-动臂缸压力控制部，304-斗杆缸压力控制部。

Claims (7)

1.一种挖掘机，其具备：
行走体；
回转体，搭载在所述行走体上；
挖掘附件，搭载于所述回转体；以及
操作单元，操作所述挖掘附件，
所述挖掘附件的挖掘反力作用在所述行走体上时，基于挖土机的姿势信息、缸体的压力信息对所述挖掘附件的动作进行自动校正，以避免所述行走体向所述挖掘反力方向移动。
2.根据权利要求1所述的挖掘机，其中，
所述挖掘附件包括动臂、斗杆和铲斗，
在进行斗杆关闭操作、动臂提升操作时，基于所述挖掘附件的挖掘反力作用在所述行走体上时，控制所述动臂以及斗杆中的至少一个，以减小所述挖掘反力。
3.根据权利要求2所述的挖掘机，其中，
在进行斗杆关闭操作、动臂提升操作时，使流入到斗杆缸的伸长侧的压力油减少或使从动臂缸的收缩侧流出的压力油增加。
4.根据权利要求3所述的挖掘机，其具备：
基于所述操作单元的操作量，控制向所述动臂缸或所述斗杆缸流入/从所述动臂缸或所述斗杆缸流出的油量的第1控制；以及
基于所述动臂缸的压力值或所述斗杆缸的压力值，自动调节向所述动臂缸或所述斗杆缸流入/从所述动臂缸或所述斗杆缸流出的油量的第2控制。
5.根据权利要求1所述的挖掘机，其中，
具备：
第1传感器，检测与动臂角度有关的信息作为姿势信息；
第2传感器，检测与斗杆角度有关的信息作为姿势信息；
第3传感器，检测与铲斗角度有关的信息作为姿势信息；
第4传感器，检测与倾斜有关的信息作为姿势信息；以及
第5传感器，检测与回转体的回转角度有关的信息作为姿势信息。
6.根据权利要求4所述的挖掘机，其中，
以所述挖掘附件被操作且所述挖掘附件的缸体的压力值成为预定值以上为条件执行第2控制。
7.根据权利要求1所述的挖掘机，其中，
在所述挖掘附件的动作被自动控制时，将进行了自动调整的情况通过显示或语音进行通知。
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