CN110612371B - 挖土机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够与由操作者进行的附属装置配件的操作状态无关地修正附属装置配件的动作的挖土机。所述挖土机具备:行走体;回转体,回转自如地搭载于行走体;附属装置配件,搭载于回转体;液压致动器,驱动附属装置配件;及液压控制部,与附属装置配件的动作关联地控制液压致动器的液压,并且能够与附属装置配件的操作状态无关地控制液压致动器的液压。

Description

挖土机
技术领域
本发明涉及一种挖土机。
背景技术
以往,已知有如下技术:为了防止挖土机的操作者未意图的动作(以下,简称为“意外动作”)的发生而修正挖土机的附属装置配件的动作(例如,参考专利文献1)。
在专利文献1中,公开有如下技术:通过以使驱动挖土机的附属装置配件的液压缸的压力成为规定的允许最大压力以下的方式进行液压控制来抑制挖土机的拖拽动作或翘起动作等意外动作。
以往技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2014-122510号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
然而,无论附属装置配件处于哪种操作状态,都希望抑制意外动作。因此,需要与附属装置配件的操作状态无关地修正附属装置配件的动作。
因此,鉴于上述课题,其目的在于提供一种能够与由操作者进行的附属装置配件的操作状态无关地修正附属装置配件的动作的挖土机。
用于解决技术课题的手段
为了实现上述目的,在本发明的一实施方式中,提供一种挖土机,其具备:
行走体;
回转体,回转自如地搭载于所述行走体;
附属装置配件,搭载于所述回转体;
液压致动器,驱动所述附属装置配件;及
液压控制部,与所述附属装置配件的动作关联地控制所述液压致动器的液压,并且能够与所述附属装置配件的操作状态无关地控制所述液压致动器的液压。
发明效果
根据上述实施方式,能够提供一种能够与由操作者进行的附属装置配件的操作状态无关地修正附属装置配件的动作的挖土机。
附图说明
图1是表示本实施方式所涉及的挖土机的一例的图。
图2是表示以本实施方式所涉及的挖土机的驱动系统为中心的基本结构的一例的框图。
图3是说明挖土机的前方拖拽动作的图。
图4A是说明挖土机的后方拖拽动作的图。
图4B是说明挖土机的后方拖拽动作的图。
图5是说明挖土机的前部翘起动作的图。
图6是说明挖土机的后部翘起动作的图。
图7A是说明挖土机的振动动作的图。
图7B是说明挖土机的振动动作的图。
图8是说明挖土机的振动动作的图。
图9A概略地说明挖土机的意外动作的抑制方法的图。
图9B概略地说明挖土机的意外动作的抑制方法的图。
图9C概略地说明挖土机的意外动作的抑制方法的图。
图9D概略地说明挖土机的意外动作的抑制方法的图。
图10是表示与前方拖拽动作有关的力学模型的一例的图。
图11是表示与后方拖拽动作有关的力学模型的一例的图。
图12是表示与前部翘起动作有关的力学模型的一例的图。
图13是表示与后部翘起动作有关的力学模型的一例的图。
图14A是说明倾覆支点与上部回转体的朝向的关系的图。
图14B是说明倾覆支点与上部回转体的朝向的关系的图。
图14C是说明倾覆支点与上部回转体的朝向的关系的图。
图15是说明倾覆支点与地面的状态的关系的图。
图16是说明由控制器进行的发生翘起动作时设定控制条件的处理的一例的图。
图17A是表示与挖土机的振动动作有关的动作波形图的具体例的图。
图17B是表示与挖土机的振动动作有关的动作波形图的具体例的图。
图17C是表示与挖土机的振动动作有关的动作波形图的具体例的图。
图18是说明限制推力(Limited thrust)的获取方法的图。
图19A是说明判定有无发生拖拽动作的方法的第1例的图。
图19B是说明判定有无发生拖拽动作的方法的第1例的图。
图20是说明判定有无发生拖拽动作的方法的第2例的图。
图21A是说明判定有无发生拖拽动作的方法的第3例的图。
图21B是说明判定有无发生拖拽动作的方法的第3例的图。
图22A是说明判定有无发生拖拽动作的方法的第4例的图。
图22B是说明判定有无发生拖拽动作的方法的第4例的图。
图23A是说明判定有无发生翘起动作的方法的第1例的图。
图23B是说明判定有无发生翘起动作的方法的第1例的图。
图23C是说明判定有无发生翘起动作的方法的第1例的图。
图24是说明判定有无发生翘起动作的方法的第2例的图。
图25A是说明判定有无发生翘起动作的方法的第3例的图。
图25B是说明判定有无发生翘起动作的方法的第3例的图。
图26A是说明判定有无发生翘起动作的方法的第4例的图。
图26B是说明判定有无发生翘起动作的方法的第4例的图。
图27是概略地表示挖土机的特征性结构的第1例的图。
图28是概略地表示挖土机的特征性结构的第2例的图。
图29是概略地表示挖土机的特征性结构的第3例的图。
图30是概略地表示挖土机的特征性结构的第4例的图。
图31是概略地表示挖土机的特征性结构的第5例的图。
图32是概略地表示挖土机的特征性结构的第6例的图。
图33是概略地表示挖土机的特征性结构的第7例的图。
图34是概略地表示挖土机的特征性结构的第8例的图。
图35是概略地表示挖土机的特征性结构的第9例的图。
图36是概略地表示由控制器进行的抑制挖土机的意外动作的处理(规定动作抑制处理)的一例的流程图。
图37是说明挖土机的第1变形例的图。
图38是说明挖土机的第1变形例的图。
图39是说明挖土机的第2变形例的图。
图40是说明挖土机的第3变形例的图。
图41是表示搭载于第4变形例所涉及的挖土机的驱动系统的结构例的图。
图42是表示在进行挖掘时作用于挖土机的力的关系的图。
图43是表示搭载于挖土机的液压回路的结构例的图。
图44是表示第1支援处理的流程的流程图。
图45是表示斗杆挖掘工作中的各种物理量随时间的变化的图。
图46是表示搭载于挖土机的液压回路的另一结构例的图。
图47是表示第2支援处理的流程的流程图。
图48是表示第3支援处理的流程的流程图。
具体实施方式
以下,参考附图对用于实施发明的方式进行说明。
另外,在附图中,有时对相同或对应的结构标注相同的或对应的符号,并省略说明。
[挖土机的概要]
首先,参考图1对挖土机100的概要进行说明。
图1是本实施方式所涉及的挖土机100的侧视图。
本实施方式所涉及的挖土机100具备下部行走体1、经由回转机构2可回转地搭载于下部行走体1的上部回转体3、作为附属装置配件的动臂4、斗杆5 及铲斗6以及操作者所乘坐的驾驶室10。
下部行走体1(行走体的一例)例如包括左右1对履带,通过由行走液压马达1L、1R(参考图2等)液压驱动各个履带而使挖土机100行走。
上部回转体3(回转体的一例)通过由后述的回转液压马达21(参考图 2)等驱动而相对于下部行走体1回转。
动臂4可俯仰地枢轴连接于上部回转体3的前部中央,在动臂4的前端可上下转动地枢轴连接有斗杆5,在斗杆5的前端可上下转动地枢轴连接有铲斗 6。动臂4、斗杆5及铲斗6分别由作为液压致动器的动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9分别液压驱动。
驾驶室10为操作者乘坐的座舱,搭载于上部回转体3的前部左侧。
[挖土机的基本结构]
接着,参考图2对本实施方式所涉及的挖土机100的结构进行详细说明。
图2是表示以本实施方式所涉及的挖土机100的驱动系统为中心的结构的一例的框图。
另外,在图中,机械动力系统由双重线表示,工作油管路(高压液压管路)由粗实线表示,先导管路由虚线表示,电力驱动/控制系统由细实线表示。
本实施方式所涉及的挖土机100的液压驱动系统包括发动机11、主泵14 及控制阀17。并且,如上所述,本实施方式所涉及的液压驱动系统包括液压驱动下部行走体1、上部回转体3、动臂4、斗杆5及铲斗6各自的行走液压马达 1L、1R、回转液压马达21、动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9。
发动机11为挖土机100的驱动力源,例如搭载于上部回转体3的后部。发动机11例如为以轻油为燃料的柴油发动机。在发动机11的输出轴上连接有主泵14及先导泵15。
主泵14例如搭载于上部回转体3的后部,通过工作油管路16向控制阀17 供给工作油。如上所述,主泵14由发动机11驱动。主泵14例如为可变容量式液压泵,能够通过由后述的调节器14A(参考图29等)控制斜板的角度(偏转角)来调整活塞的行程长度并控制吐出流量(吐出压)。
控制阀17例如为搭载于上部回转体3的中央部,并根据由操作者进行的操作装置26的操来进行液压驱动系统的控制的液压控制装置。行走液压马达1 L(左用),1R(右用)、动臂缸7、斗杆缸8、铲斗缸9、回转液压马达21等经由工作油管路连接于控制阀17。控制阀17为设置于主泵14与各个液压致动器之间,并包括控制从主泵14供给到各个液压致动器的工作油的流量和流动方向的多个液压控制阀即方向切换阀(例如,后述的动臂用方向控制阀17A) 的阀单元。
接着,本实施方式所涉及的挖土机100的操作系统包括先导泵15、操作装置26、压力传感器29等。
先导泵15例如搭载于上部回转体3的后部,经由先导管路25向机械制动器23及操作装置26供给先导压。先导泵15例如为固定容量式液压泵,如上所述,由发动机11驱动。
操作装置26包括操纵杆装置26A、26B及踏板装置26C。操作装置26为设置于驾驶室10的操作员座附近,并由操作者进行各动作要件(下部行走体1、上部回转体3、动臂4、斗杆5、铲斗6等)的操作的操作机构。换言之,操作装置26为进行驱动各动作要件的各个液压致动器(行走液压马达1L、1R、动臂缸7、斗杆缸8、铲斗缸9、回转液压马达21)等的操作的操作机构。操作装置26(操纵杆装置26A、26B及踏板装置26C)经由先导管路27连接于控制阀17。由此,向控制阀17输入与操作装置26中的下部行走体1、上部回转体 3、动臂4、斗杆5及铲斗6等的操作状态相应的先导信号(先导压)。因此,控制阀17能够根据操作装置26中的操作状态来驱动各液压致动器。并且,操作装置26经由液压管路28连接于压力传感器29。
操纵杆装置26A、26B构成为从就座在驾驶室10内的操作员座的操作者来看分别配置于左侧及右侧,各个操作杆以中立状态(操作者未进行操作输入的状态)为基准能够向前后方向及左右方向倾倒。由此,针对操纵杆装置26A中的操作杆的前后方向的倾倒及左右方向的倾倒以及操纵杆装置26B中的操作杆的前后方向的倾倒及左右方向的倾倒,分别能够将上部回转体3(回转液压马达21)、动臂4(动臂缸7)、斗杆5(斗杆缸8)及铲斗6(铲斗缸9)中的任一个任意地设定为操作对象。
并且,踏板装置26C构成为以下部行走体1(行走液压马达1L、1R)为操作对象,从就座在驾驶室10内的操作员座的操作者来看配置于前方的底板上,其操作踏板能够由操作者踩踏。
如上所述,压力传感器29经由先导管路28与操作装置26连接,检测操作装置26的二次侧的先导压即与操作装置26中的各动作要件的操作状态相对应的先导压。压力传感器29连接于控制器30,与操作装置26中的下部行走体 1、上部回转体3、动臂4、斗杆5及铲斗6等的操作状态相应的压力信号(压力检测值)输入到控制器30。由此,控制器30能够掌握挖土机的下部行走体 1、上部回转体3及附属装置配件的操作状态。
接着,本例所涉及的挖土机100的控制系统包括控制器30、各种传感器3 2等。
控制器30为进行挖土机100中的驱动控制的主要的控制装置。控制器30 可以通过任意的硬件、软件或它们的组合来实现。控制器30例如可以以包括C PU(CentralProcessing Unit:中央处理器)、RAM(Random Access Memor y:随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory:只读存储器)、辅助存储装置、I/O(Input-Output interface:输入输出接口)等的微型计算机为中心而构成,通过在CPU上执行存储于ROM或辅助存储装置等中的各种程序来实现各种驱动控制。
在本实施方式中,控制器30判定有无发生操作者未意图的挖土机100的规定的动作(以下,简称为意外动作)即对于操作者而言不希望的挖土机100 的动作。而且,若判断为发生了这种意外动作,则控制器30修正挖土机100 的附属装置配件的动作,以抑制该动作。由此,可抑制在挖土机100中发生的意外动作。
意外动作中例如包括:尽管操作者未进行下部行走体1的操作,但挖土机 100因挖掘反作用力等向前方被拖拽的前方拖拽动作;或挖土机100因平地工作等时的来自地面的反作用力向后方被拖拽的后方拖拽动作。以下,有时不区分前方拖拽动作和后方拖拽动作而简称为拖拽动作。并且,意外动作中例如包括因挖掘反作用力等而挖土机100的前部或后部翘起的翘起动作。以下,有时在翘起动作中将挖土机100的前部翘起的情况称为前部翘起动作,并将挖土机 100的后部翘起的情况称为后部翘起动作而进行区分。并且,意外动作中例如包括由挖土机100的附属装置配件的空中动作(铲斗6未接地状态下的动作) 中的惯性力矩的变化诱发的车身(下部行走体1、回转机构2及上部回转体 3)的振动动作。关于意外动作的详细内容,将在后面进行叙述。
控制器30例如包括动作判定部301和动作修正部302来作为通过在CPU 上执行存储于ROM或辅助存储装置中的一个以上的程序来实现的功能部。
动作判定部301根据从压力传感器29或各种传感器32输入的与挖土机10 0的各种状态有关的传感器信息来判定有无发生意外动作。关于判定方法的详细内容,将在后面进行叙述。
当通过动作判定部301判定为发生了意外动作时,动作修正部302修正附属装置配件的动作来抑制意外动作。关于修正方法的详细内容,将在后面进行叙述。
各种传感器32为检测挖土机100的各种状态或挖土机100的周边的各种状态的已知的检测机构。各种传感器32中能够包括检测在上部回转体3与动臂4的连结点上动臂4相对于基准面的角度(动臂角度)、动臂4与斗杆5之间的相对角度(斗杆角度)及斗杆5与铲斗6之间的相对角度(铲斗角度)的角度传感器。并且,各种传感器32中能够包括检测液压致动器内的液压状态、具体而言为液压缸的杆侧油室及缸底侧油室的压力的压力传感器等。并且,各种传感器32中能够包括检测下部行走体1、上部回转体3及附属装置配件各自的动作状态的传感器,例如加速度传感器、角加速度传感器及能够输出三轴加速度及三轴角加速度的三轴惯性传感器(IMU:Inertial Measurement Unit(惯性测量单元))等。并且,各种传感器32中能够包括检测与挖土机1 00的周边的地形或障碍物等的相对位置关系的距离传感器或图像传感器等。
[操作者未意图的挖土机的动作]
接着,参考图3~图8对操作者未意图的挖土机100的动作的详细内容进行说明。
<前方拖拽动作>
首先,图3是说明挖土机100的前方拖拽动作的图。具体而言,图3是表示发生前方拖拽动作的挖土机100的工作情况的图。
如图3所示,挖土机100进行地面30a的挖掘工作,主要通过斗杆5及铲斗6的关闭动作使偏向挖土机100的车身(下部行走体1、回转机构2、上部回转体3)的向斜下方向的力F2从铲斗6作用于地面30a。此时,作用于铲斗6的力F2的反作用力即与挖掘反作用力F2a中的水平方向分量F2aH相对应的反作用力F3经由附属装置配件作用于挖土机100的车身(下部行走体1、回转机构2、上部回转体3)。而且,若反作用力F3超出挖土机100与地面30a之间的最大静摩擦力F0,则车身会向前方被拖拽。
<后方拖拽动作>
接着,图4(图4A、图4B)是说明挖土机100的后方拖拽动作的图。具体而言,图4A、图4B是表示发生后方拖拽动作的挖土机100的工作情况的图。
如图4A所示,挖土机100进行地面40a的平地工作,主要通过斗杆5的打开动作产生力F2,以使铲斗6向前方挤出沙土40b。此时,与作用于铲斗6 的力F2的反作用力相对应的反作用力F3经由附属装置配件作用于挖土机100 的车身。而且,若反作用力F3超出挖土机100与地面40a之间的最大静摩擦力F0,则车身会向前方被拖拽。
并且,如图4B所示,挖土机100进行河道工程等,主要通过斗杆5的打开动作将铲斗6按压在倾斜的堤坝部分的壁面40c而使沙土变得坚固来进行平整土地的工作。在这种工作中,与作用于铲斗6的按压壁面40c的力F2的反作用力相对应的反作用力F3也会以从附属装置配件向后方拖拽车身的方式起作用。
<前部翘起动作>
接着,图5是说明挖土机100的前部翘起动作的图。具体而言,图5是表示发生前部翘起动作的挖土机100的工作情况的图。
如图5所示,挖土机100进行地面50a的挖掘工作,主要通过斗杆5及铲斗6的关闭动作使偏向挖土机100的车身的向斜下方向的力F2从铲斗6作用于地面50a。此时,作用于铲斗6的力F2的反作用力即与挖掘反作用力F2a中的垂直方向分量F2aV相对应的欲使车身向后方倾斜的反作用力F3(力的力矩。以下,在本实施方式中,简称为“力矩”)经由附属装置配件作用于挖土机100的车身。具体而言,该反作用力F3作为欲提拉动臂缸7的力F1而作用于车身。而且,若起因于该力F1而欲使车身向后方倾斜的力矩超出基于重力的欲将车身按在地面的力(力矩),则车身的前部会翘起。
<后部翘起动作>
接着,图6是说明挖土机100的后部翘起动作的图。具体而言,图6是表示发生后部翘起动作的挖土机100的工作情况的图。
如图6所示,挖土机100进行地面60a的挖掘工作。铲斗6产生力F2(力矩)以挖入斜面60b,并且,产生力F3(力矩)使得动臂4将铲斗6按在斜面 60b上,换言之,使得动臂4将车身前倾。此时,产生提拉动臂缸7的杆的力 F1,力F1以使挖土机100的车身倾斜的方式起作用。而且,若起因于力F1的欲使车身前倾的力矩超出基于重力的欲将车身按在地面上的力(力矩),则车身的前部会翘起。
尤其,当铲斗6与地面或对象物接触而被卡住或陷入时,即使力作用于动臂4,动臂4也不会移动,因此动臂缸7的杆不会位移。若动臂缸7的收缩侧 (本例中为杆侧)的油室的压力变大,则抬起动臂缸7本身的力F1即欲使车身向前方倾斜的力变大。
这种情况例如除了图6所示的前方斜面的平整土地工作以外,还有可能在铲斗6位于比车身(下部行走体1)更靠下方的位置的挖深工作等中产生。并且,并不限于动臂4本身被操作的情况,还有可能在斗杆5或铲斗6被操作的情况下产生。
<振动动作>
接着,图7(图7A、图7B)、图8是说明挖土机100的振动动作的一例的图。具体而言,图7是说明在挖土机100的空中动作时发生振动动作的情况的图。并且,图8是表示图7所示的情况下的挖土机100的排出动作所伴随的纵摇轴方向的角度(纵摇角度)及角速度(纵摇角速度)的时间波形的图。本例中,作为空中动作的一例,对排出铲斗6内的载重物DP的排出动作进行说明。
如图7A所示,挖土机100成为铲斗6及斗杆5被关闭且动臂4被上升的状态,在铲斗6中容纳有沙土等载重物DP。
如图7B所示,若从图7A所示的状态进行挖土机100的排出动作,则铲斗 6及斗杆5被大幅打开,动臂4被下降,载重物DP被排出到铲斗6的外部。此时,附属装置配件的惯性力矩的变化以使挖土机100的车身向图中箭头A所示的纵摇方向振动的方式起作用。
此时,如图8所示,可知起因于空中动作,具体而言,起因于排出动作而产生欲使挖土机100倾覆的倾覆力矩,从而产生围绕纵摇轴的振动。
[挖土机的意外动作的抑制方法]
接着,参考图9~图18对上述挖土机100的意外动作的抑制方法进行说明。
<挖土机的意外动作的抑制方法的概略>
首先,图9(图9A~图9D)是概略地说明挖土机100的意外动作的抑制方法的图。具体而言,图9A~图9D分别是表示下部行走体1的朝向与上部回转体3的回转位置的组合互不相同的挖土机100的状态的、从正上方观察挖土机 100的俯视图。
附属装置配件即动臂4、斗杆5、铲斗6与其姿势或工作内容无关地始终在与俯视观察时的附属装置配件延伸的方向相对应的直线L1上即同一铅垂平面上动作。因此,可以说在附属装置配件的动作中,从附属装置配件起作用的反作用力F3对于挖土机100的车身在该铅垂平面上起作用。这也不依赖于下部行走体1与上部回转体3的位置关系(回转角度)。如图3~图7所示,反作用力F3的俯视时的朝向有可能根据工作内容而不同。即,当挖土机100中产生了拖拽动作、翘起动作及振动动作等意外动作时,表示该动作起因于附属装置配件的动作,因此,通过控制附属装置配件,能够抑制上述意外动作。
<拖拽动作的抑制方法>
图10是概略地说明挖土机100的前方拖拽动作的抑制方法的一例的图。具体而言,图10是表示与前方拖拽动作有关的挖土机100的力学模型的一例的图,与图3同样地,是表示当挖土机100进行地面100a的挖掘工作时作用于挖土机100的力的图。图11是概略地说明挖土机100的后方拖拽动作的抑制方法的一例的图。具体而言,图11是表示与后方拖拽动作有关的力学模型的一例的图,更具体而言,与图4A同样地,是表示当挖土机100进行地面110a的沙土110b的平地工作时作用于挖土机100的力的图。
如图10、图11所示,根据动臂缸7与铅垂轴100c、110c所成的角度η1 和动臂缸7施加于上部回转体3的力F1即从附属装置配件作用于车身的力F 1,由下式(1)表示动臂缸7向水平方向(前后中的任一方)推压车身(上部回转体3)的力F3。
F3=F1sinη1 ……(1)
另一方面,根据下部行走体1与地面100a、110a之间的静摩擦系数μ、车身重量M及重力加速度g,由下式(2)表示最大静摩擦力F0。
F0=μMg ……(2)
由下式(3)表示用于防止挖土机100被反作用力F3拖拽的条件。
F3<F0 ……(3)
因此,通过在式(3)中代入式(1)、(2),能够得到下式(4)。
F1sinη1<μMg ……(4)
即,动作修正部302修正动臂缸7的动作,以使式(4)的关系式成立,由此能够抑制挖土机100的后方拖拽动作。
例如,如下式(5)所示,由以动臂缸7的杆侧油室的压力(杆压)PR及缸底侧油室的压力(缸底压)PB为自变量的函数f表示力F1。
F1=f(PR,PB) ……(5)
动作修正部302(力推算部)根据式(5)并根据杆压PR及缸底压PB来计算(推算)动臂缸7施加于上部回转体3的力F1。此时,动作修正部302可以根据能够包括在各种传感器32中的检测动臂缸7的杆压及缸底压的压力传感器的输出信号来获取杆压PR及缸底压PB。
作为一例,能够使用杆侧的受压面积AR、缸底侧的受压面积AB,由下式 (6)表示力F1。
F1=|AR·PR-AB·PB| ……(6)
因此,动作修正部302(力推算部)也可以根据式(6)来计算(推算)力 F1。
并且,动作修正部302(角度计算部)计算铅垂轴100c、110c与动臂缸7 所成的角度η1。角度η1能够根据动臂缸7的伸缩长度、挖土机100的尺寸规格及挖土机100的车身的倾斜度等来进行几何计算。例如,动作修正部302 可以利用能够包括在各种传感器32中的检测动臂角度的传感器的输出来计算角度η1。
另外,角度η1也可以通过利用能够包括在各种传感器32中的直接测定角度η1的传感器的输出来获取。
动作修正部302(压力调节部)根据通过计算等而获取的力F1及角度η1 来控制动臂缸7的压力,具体而言,控制杆侧油室或缸底侧油室中的压力过剩的一个压力,以使式(4)成立。即,动作修正部302(压力调节部)调节动臂缸7的杆压PR或缸底压PB,以使式(4)成立。更具体而言,通过采用后述的各种结构(参考图26~图34),动作修正部302能够通过将控制指令适当地输出到控制对象来调整动臂缸7的压力,从而抑制挖土机100的拖拽动作。
另外,式(4)中的静摩擦系数μ可以使用典型的规定值,也可以为根据工作场所的地面的情况由操作者输入的方式。并且,挖土机100还可以具有推算静摩擦系数μ的机构。具体而言,该推算机构能够根据在挖土机100相对于地面静止的状态下在基于附属装置配件的工作中发生了车身的滑动(拖拽) 时的力F1来计算静摩擦系数μ。在该情况下,例如,如后述,通过在挖土机 100的上部回转体3中适当地搭载加速度传感器等,能够判定有无发生拖拽。
<翘起动作的抑制方法>
接着,图12是概略地说明挖土机100的前部翘起动作的抑制方法的一例的图。具体而言,图12是表示与前部翘起动作相关的挖土机100的力学模型的图,与图5同样地,是表示当挖土机100进行地面120a的挖掘工作时作用于挖土机100的力的图。
如图12所示,挖土机100的前部翘起动作中的倾覆支点P1能够视为下部行走体1的有效接地区域120b中附属装置配件延伸的方向(上部回转体3的朝向)上的最后端。因此,根据动臂缸7的延长线l2与倾覆支点P1之间的距离D3和力F1,由下式(7)表示围绕倾覆支点P1欲抬起车身前部的力矩τ 1。
τ1=D3·F1 ……(7)
另一方面,根据挖土机100的车身重心P3与下部行走体1的后方的倾覆支点P1之间的距离D1、车身重量M及重力加速度g,由下式(8)表示重力围绕倾覆支点P1欲将车身按在地面上的力矩τ2。
τ2=D1·Mg ……(8)
由下式(9)表示车身的前部不翘起而稳定的条件(稳定条件)。
τ1<τ2 ……(9)
因此,通过在式(9)中代入式(7)、(8),作为稳定条件而得到以下不等式(10)。
D3·F1<D1·Mg ……(10)
即,动作修正部302修正附属装置配件的动作,以使作为控制条件的不等式(10)成立,由此能够防止挖土机100的前部翘起动作。
并且,具体而言,图13是表示与后部翘起相关的挖土机的力学模型的图,与图6同样地,是表示当进行地面130a的挖掘工作时作用于挖土机100 的力的图。
挖土机100的后部翘起动作中的倾覆支点P1能够视为下部行走体1的有效接地区域130b中附属装置配件延伸的方向(上部回转体3的朝向)上的最前端。因此,根据动臂缸7的延长线l2与倾覆支点P1之间的距离D4和动臂缸7施加于上部回转体3的力F1,由下式(11)表示围绕倾覆支点P1欲使车身向前方倾斜的力矩τ1即欲抬起车身后部的力矩τ1。
τ1=D4·F1 ……(11)
另一方面,根据挖土机的车身重心P3、下部行走体1的前方与倾覆支点P 1之间的距离D2、车身重量M及重力加速度g,由下式(12)表示重力围绕倾覆支点P1欲将车身按在地面上的力矩τ2。
τ2=D2·Mg ……(12)
与式(9)同样地,由下式(13)表示车身的后方不翘起而稳定的条件 (稳定条件)。
τ1<τ2 ……(13)
因此,通过在式(13)中代入式(11)、(12),作为稳定条件而得到以下不等式(14)。
D4·F1<D2·Mg ……(14)
即,若动作修正部302修正附属装置配件的动作,以使作为控制条件的不等式(14)成立,则能够防止挖土机100的后部翘起动作。
另外,将距离D1、D2设定为距离DA,将距离D2、D4设定为距离DB,并将倾覆支点P1前后调换,则前方的翘起和后方的翘起的控制条件(稳定条件)能够总结为如下式(15)。
DB·F1<DA·Mg ……(15)
例如,与上述式(5)同样地,如下式(16)所示,由以动臂缸7的杆压P R及缸底压PB为自变量的函数f表示力F1。
F1=f(PR,PB) ……(16)
动作修正部302(力推算部)根据杆压PR及缸底压PB来计算(推算)动臂缸7施加于上部回转体3的力F1。此时,如上所述,动作修正部302可以根据能够包括在各种传感器32中的检测动臂缸7的杆压及缸底压的压力传感器的输出信号来获取杆压PR及缸底压PB。
作为一例,与上述式(6)同样地,能够使用杆侧的受压面积AR、缸底侧的受压面积AB,由下式(17)表示力F1。
F1=|AR·PR-AB·PB| ……(17)
动作修正部302(力推算部)也可以根据式(17)来计算(推算)力F1。
并且,动作修正部302(距离获取部)获取距离D1、D3或距离D2、D4。并且,动作修正部(距离获取部)可以获取它们的比(D1/D3或D2/D4)。
除附属装置配件以外的车身重心P3的位置与上部回转体3的回转角度θ无关地为恒定,但倾覆支点P1的位置根据回转角度θ而发生变化。因此,实际上,距离D1、D2有可能根据上部回转体3的回转角度θ而发生变化,但为了简化,可以将距离D1、D2设为常数。
距离D3、D4能够根据倾覆支点P1的位置和动臂缸7的角度(例如,动臂缸7与铅垂轴130c所成的角度η1)来进行几何计算。
角度η1能够根据动臂缸7的伸缩长度、挖土机100的尺寸规格及挖土机 100的车身的倾斜度等来进行几何计算。例如,动作修正部302可以利用能够包括在各种传感器32中的检测动臂角度的传感器的输出来计算角度η1。
另外,角度η1也可以通过利用能够包括在各种传感器32中的直接测定角度η1的传感器的输出来获取。
动作修正部302(压力调节部)根据通过计算等而获取的力F1和距离D 1、D3或距离D2、D4来控制动臂缸7的压力,具体而言,控制杆侧油室或缸底侧油室中的压力过剩的一个压力,以使不等式(15)即不等式(10)或(14) 成立。即,动作修正部302(压力调节部)调节动臂缸7的杆压PR或缸底压P B,以使不等式(15)成立。更具体而言,通过采用后述的各种结构(参考图2 6~图34),动作修正部302能够通过将控制指令适当地输出到控制对象来调整动臂缸7的压力,从而抑制挖土机100的翘起动作。
<考虑了倾覆支点的变化的翘起动作的抑制方法>
在上述说明中,以固定的方式处理了倾覆支点P1,但如上所述,倾覆支点 P1的位置有可能变化,因此可以考虑倾覆支点P1的变化。以下,参考图14~图16对考虑了倾覆支点的变化的翘起动作的抑制方法进行说明。
如上所述,不发生前部翘起、后部翘起的控制条件(稳定条件)为不等式(15)即不等式(10)、(14)。在不等式(10)、(14)中,将距离D1、D 2、D3、D4作为参数,这些距离依赖于倾覆支点P1的位置。
图14(图14A~图14C)是说明将附属装置配件延伸的方向(附属装置配件的朝向)与下部行走体1的朝向(行走方向)相同的情况设为回转角度θ= 0°并将右回转设为正方向时的倾覆支点P1与上部回转体3的朝向(回转角度θ)的关系的图。具体而言,图14A~图14C是分别表示回转角度θ为0°的情况、30°的情况及90°的情况下的倾覆支点P1的图。并且,图15是说明倾覆支点P1与地面150a(工作场地)的状态的关系的图。
另外,在图14A~图14C中,设想后部翘起,倾覆支点P1位于车身前部。并且,图14A~图14C中的线l1表示与附属装置配件延伸的方向(上部回转体 3的朝向)正交且通过有效接地区域140a中附属装置配件的延伸方向上的最前端的线,倾覆支点P1位于线l1上。并且,在图15中,实线表示坚硬的地面1 50a,单点划线表示柔软的地面150b。
如图14(图14A~图14C)、图15所示,倾覆支点P1根据上部回转体3 的朝向或地面的状态而移动。
例如,如图14A~图14C所示,若倾覆支点P1移动,则距离D2也发生变化。并且,同样地,距离D4也随着倾覆支点P1的移动而发生变化。
并且,例如,如图15所示,在坚硬的地面150a上,倾覆支点P1存在于实线三角的位置。另一方面,在柔软的地面150b上,倾覆支点P1a能够存在于单点划线的三角的位置。此外,在在工作场地上的倾覆支点P1附近存在坚硬的障碍物或者下部行走体1碰到障碍物等情况下,倾覆支点P1能够进一步移动。
倾覆支点P1的移动对距离D1~D4产生影响,并对车身不倾覆的力学稳定条件带来影响。因此,动作修正部302可以设定与倾覆支点P1的位置相应的控制条件(稳定条件),并根据所设定的控制条件来修正附属装置配件的动作,以抑制挖土机100的翘起动作。
例如,如后述,动作判定部301根据来自各种传感器32的输入来监控车身或附属装置配件的状态,并确定下部行走体1的前部或后部翘起的瞬间。而且,动作修正部302根据车身(下部行走体1)的翘起的瞬间的挖土机100的状态来动态地改变修正附属装置配件的动作时的控制条件(稳定条件)即作为一例的不等式(10)、(14)。
翘起的瞬间能够与基于附属装置配件欲使车身倾斜的力F1的力矩τ1与基于抵抗该力的重力的力矩τ2平衡的状态近似。因此,通过确定翘起的瞬间并监控挖土机100的状态,能够适应性地设定用于抑制翘起的控制条件,并能够在各种使用情况下适当地抑制翘起。
动作判定部301根据来自各种传感器32的输入来确定(检测)挖土机100 (下部行走体1)翘起的瞬间。例如,传感器610可以根据来自能够包括在各种传感器32中的搭载于上部回转体3的姿势传感器(倾斜传感器)、陀螺仪传感器(角加速度传感器)、加速度传感器、IMU等的输出来检测围绕纵摇轴的旋转并确定翘起的瞬间。
例如,若通过动作判定部301根据各种传感器32的输出检测出向前旋转的角加速度或角速度,则动作修正部302(条件设定部)设定用于抑制后方翘起的控制条件。另一方面,若通过动作判定部301根据各种传感器32的输出检测出向前后旋转的角加速度或角速度,则动作修正部302(控制条件设定部)设定用于抑制前部翘起的控制条件。
动作修正部302(条件设定部)获取由动作判定部301确定(检测)的在翘起的瞬间动臂缸7施加于上部回转体3的力F1(力F1_INIT)。而且,动作修正部302(条件设定部)根据所获取的力F1_INIT来获取与倾覆支点P1的位置相关的参数,并且根据该参数来设定控制条件。
例如,使用上述不等式(10)来作为抑制前部翘起的控制条件。
当通过动作判定部301检测出相当于前部翘起的向后旋转的纵摇时,在该翘起的瞬间,力矩τ1与力矩τ2平衡,因此下式(18)成立。
D3·F1_INIT=D1·Mg ……(18)
力F1_INIT、车身重量M及重力加速度g为已知,因此式(18)被认为是在当前的挖土机100的使用情况下距离D1、D3应满足的关系式。
若式(18)为已知,则距离D1、D3是几何上单值规定的。因此,动作修正部302(条件设定部)根据式(18)及附属装置配件的姿势来获取当前的距离D1、D3(距离D1_DET、D3_DET)。
另外,获取距离D1等同于获取倾覆支点P1的位置信息。这是因为,车身重心P3的位置不变,因此若求出距离D1,则倾覆支点P1的位置被单值规定。
而且,动作修正部302(条件设定部)将其以后的控制条件设定为以下不等式(19)。
D3_DET·F1<D1_DET·Mg ……(19)
动作修正部302根据由式(19)表示的控制条件来修正附属装置配件的动作。
一旦获取的距离D1只要不改变上部回转体3的方向并且地面情况不发生变化,就能够使用相同的值。另一方面,距离D3根据动臂4的升降而发生变化。因此,若动臂4的角度发生变化,则动作修正部302(条件设定部)据此改变距离D3而反映在控制条件中。
关于后部翘起,也进行相同的控制。例如,使用上述不等式(14)来作为抑制后部翘起的控制条件。
当通过动作判定部301检测出相当于后部翘起的向前旋转的纵摇时,在该翘起的瞬间,力矩τ1与力矩τ2平衡,因此下式(20)成立。
D4·F1_INIT=D2·Mg ……(20)
力F1_INIT、车身重量M及重力加速度g为已知,因此式(20)被认为是在当前的挖土机100的使用情况下距离D2、D4应满足的关系式。
动作修正部302(条件设定部)根据式(18)及附属装置配件的姿势来获取当前的距离D2、D4(距离D2_DET、D4_DET)。
另外,获取距离D2等同于获取倾覆支点P1的位置信息。
而且,动作修正部302(条件设定部)根据上述不等式(14)将其以后的控制条件设定为以下不等式(21)。
D2_DET·F1<D4_DET·Mg ……(21)
动作修正部302根据由式(21)表示的控制条件来修正附属装置配件的动作。
一旦获取的距离D2只要不改变上部回转体3的方向并且地面情况不发生变化,就能够使用相同的值。另一方面,距离D4根据动臂4的升降发生变化。因此,若动臂4的角度发生变化,则动作修正部302(条件设定部)据此改变距离D4而反映在控制条件中。
图16是概略地表示由控制器30(动作判定部301、动作修正部302)进行的设定控制条件的处理(条件设定处理)的一例的流程图。基于本流程图的处理例如可以在从挖土机启动至停止为止的期间定期地即每隔规定时间执行。
在步骤S1600中,动作判定部301判定是否正在使用附属装置配件进行挖掘工作。判定是否正在使用附属装置配件进行挖掘工作的判定条件例如可以为不在行走中且不在回转中,且在动臂缸7、斗杆缸8、铲斗缸9中的至少一个中产生了规定压以上的压力。当正在挖掘工作中时,动作判定部301进入步骤 S1602,当不在挖掘工作中时,结束本次的处理。
另外,挖掘工作还包括平地工作或回填工作等。
在步骤S1602中,动作判定部301监控有无挖土机100的翘起动作。当确定(检测出)翘起时,动作判定部301进入步骤S1804,当没有确定(检测出)翘起时,结束本次的处理。
另外,在设定控制条件之前的步骤S1602中,挖土机100的车身会翘起一瞬间。若在控制器30中使用处理器与软件程序的适当的组合,则在确定(检测出)翘起之后,在步骤S1602中的第1次翘起发展为车身的大幅倾斜之前,能够在极短时间内设定控制条件。而且,动作修正部302在翘起发展为车身的大幅倾斜之前能够开始进行附属装置配件的动作修正。
在步骤S1604中,动作修正部302获取与翘起的瞬间的挖土机100的状态有关的信息。与挖土机100的状态有关的信息例如为上述力F1_INIT。
在步骤S1606中,动作修正部302根据在步骤S1604中所获取的与挖土机的状态有关的信息来计算与倾覆支点P1有关的参数例如距离D1~D4,并设定控制条件。以后,只要不通过后述的步骤S1610的处理来修正控制条件,则动作修正部302根据所设定的控制条件来修正附属装置配件的动作,直至当前的挖掘工作结束。
在步骤S1608中,动作判定部301判定动臂4的姿势是否发生了变化。当动臂4的姿势发生了变化时,动作判定部301进入步骤S1610,当未发生变化时,进入步骤S1612。
在步骤S1610中,距离D3、D4根据动臂4的姿势变化而发生变化,因此动作修正部302修正控制条件。
在步骤S1612中,动作判定部301判定挖掘工作是否已结束。当挖掘工作未结束时,动作判定部301返回到步骤S1608,当已结束时,结束本次的处理。
另外,本例中,通过计算距离D1~D4来规定了控制条件,但并不限于此。例如,若对不等式(10)、(14)进行变形,则得到以下不等式(22)、 (23)。
F1<D1/D3·Mg ……(22)
F1<D2/D4·Mg ……(23)
在翘起的瞬间,下式(24)、(25)成立。
F1_INIT=D1/D3×Mg ……(24)
F1_INIT=D2/D4×Mg ……(25)
因此,动作修正部302(条件设定部)可以获取翘起的瞬间的力F1_INI T,并将其以后的控制条件设定为式(26)。
F1<F1_INIT ……(26)
在此,虽然并未明确地计算距离D1~D4或倾覆支点P1的位置,但准确的倾覆支点P1的位置信息当然反映在由式(26)表示的控制条件中。
并且,本例中,在用于抑制翘起的控制条件中明确地包含力F1,但并不限于此。例如,也可以使用与力F1具有相关性的另一个力或力矩等而代替力F1 来规定控制条件。
<振动动作的抑制方法>
图17(图17A~图17C)是表示与挖土机100的振动动作相关的动作波形的具体例的图。具体而言,图17A~图17C是表示在挖土机100中反复进行了空中动作时的动作波形图的一例、另一例及又一例的图。图17A~17C分别表示不同的试验,从上依次示出纵摇角速度(即,车身的振动)、动臂角加速度、斗杆角加速度、动臂角度、斗杆角度。
另外,图中,X记号表示与纵摇角速度的负峰相对应的点。
如图17A~图17C所示,可知动臂角停止变化时会诱发振动动作。换言之,可以说动臂角加速度对振动动作的发生带来的影响最大,反过来说,控制动臂角速度对振动动作的抑制有效。这能够从以下直观地理解:仅有铲斗6的质量对与铲斗角有关的惯性力矩(惯性)产生影响,铲斗6和斗杆5的质量则对与斗杆角有关的惯性力矩产生影响,相对于此,不仅是动臂4,斗杆5及铲斗6的总质量也对与动臂角有关的惯性力矩产生影响。
因此,动作修正部302优选以动臂缸7为控制对象而修正其动作。即,动作修正部302以动臂缸7的推力不超出基于附属装置配件的状态的上限值(限制推力FMAX)的方式动作。
根据杆侧油室的受压面积AR、杆侧油室的杆压PR、缸底侧油室的受压面积AB及缸底侧油室的缸底压PB,由下式(27)表示动臂缸7的推力F。
F=AB·PB-AR·PR ……(27)
因此,动臂缸7的推力F需小于限制推力FMAX,因此下式(28)需成立。
FMAX>AB·PB-AR·PR ……(28)
因此,由式(28)得到下式(29)。
PB<(FMAX+AR·PR)/AB ……(29)
式(29)的右边相当于与限制推力FMAX相对应的缸底压PB的上限值PBMA X,得到下式(30)。
PBMAX=(FMAX+AR·PR)/AB ……(30)
动作修正部302修正附属装置配件的动作即动臂缸7的动作,以使式(3 0)成立。即,动作修正部302调节动臂缸7的缸底压PB,以使式(30)成立。更具体而言,通过采用后述的各种结构(参考图27~图35),动作修正部302能够通过将控制指令适当地输出到控制对象来调整动臂缸7的缸底压P B,从而抑制挖土机100的振动动作。
动作修正部302根据来自各种传感器32的检测信号来获取限制推力FMA X。在一实施例中,限制推力获取部586通过以附属装置配件的状态即来自各种传感器32的检测信号为输入的运算来获取限制推力FMAX。由此,动作修正部302能够由式(30)计算缸底压PB的上限值PBMAX,并以使其不超出所计算出的上限值PBMAX的方式调整动臂缸7的缸底压PB。
此时,若过度减小限制推力FMAX,则动臂4逐渐下降,因此动作修正部3 02获取能够保持动臂4的姿势的推力(保持推力FMIN),并在高于保持推力F MIN的范围内设定限制推力FMAX即可。
例如,图18是说明由动作修正部302进行的限制推力FMAX的获取方法的图。具体而言,图18是表示动作修正部302中的与限制推力FMAX的获取功能有关的结构的框图。
如图18所示,动作修正部302根据表参考来获取(设定)限制推力FMA X。动作修正部302包括第1查找表600、第2查找表602、表选择器604、选择器606。
第1查找表600将包括在各种传感器32中的动臂角度传感器的输出即动臂角θ1作为输入并输出限制推力FMAX。第1查找表600可以包含对应于预先规定的挖土机100的不同的多个状态而设置的多个表。
第2查找表602将从包括在各种传感器32中的动臂角度传感器及斗杆角度传感器输出的动臂角θ1及斗杆角θ2作为输入并输出保持推力FMIN。第2 查找表602可以与第1查找表600同样地包含对应于预先规定的挖土机100的不同的多个状态而设置的多个表。
表选择器604将从包括在各种传感器32中的铲斗角度传感器、以及搭载于车身(上部回转体3)的纵摇角度传感器及摆动角度传感器输出的铲斗角θ 3、车身的纵摇角θP、摆动角θS中的至少一个作为参数而从第1查找表600 中选择最佳表。
并且,表选择器604以铲斗角θ3、车身的纵摇角θP及摆动角θS中的至少一个作为参数而从第2查找表602中选择最佳表。
选择器606输出限制推力FMAX及保持推力FMIN中大的一方。由此,能够防止动臂的下降,并且抑制振动动作。
另外,动作修正部302也可以通过运算处理而代替表参考来获取限制推力 FMAX。并且,动作修正部302同样可以通过运算处理而代替表参考来获取保持推力FMIN。
[挖土机的意外动作的判定方法]
接着,参考图19~图26对意外动作的判定方法进行说明。
<拖拽动作的判定方法>
图19(图19A、图19B)是说明挖土机100的拖拽动作的发生的判定方法的第1例的图。具体而言,图19是说明安装于挖土机100的上部回转体3的加速度传感器32A的安装位置的一例的图。
本例所涉及的挖土机100的各种传感器32中包括加速度传感器32A。
如图19所示,加速度传感器32A搭载于上部回转体3。
加速度传感器32A在沿与俯视观察挖土机100时的附属装置配件延伸的方向相对应的直线L1的方向上具有检测轴。附属装置配件施加于上部回转体3 的力的作用点为动臂4的根部3A。因此,加速度传感器32A优选设置于动臂4 的根部3A。由此,动作判定部301能够根据加速度传感器32A的输出信号来适当地确定起因于附属装置配件的动作的挖土机100的拖拽动作的发生。
在此,若加速度传感器32A从回转轴3B远离,则在上部回转体3进行回转运动时,加速度传感器32A会受到由回转运动产生的离心力的影响。因此,加速度传感器32A优选配置于动臂4的根部3A的附近且回转轴3B的附近。
即,加速度传感器32A优选配置于动臂4的根部3A与上部回转体3的回转轴3B之间的区域R1。由此,能够减少加速度传感器32A的输出中所包含的回转运动的影响,因此动作判定部301能够根据加速度传感器32A的输出来适当地检测起因于附属装置配件的动作的拖拽动作。
并且,若加速度传感器32A的位置从地面远离,则起因于纵摇或横摇的加速度分量容易包含于加速度传感器32A的输出中。从该观点考虑,加速度传感器32A优选配置于上部回转体3的尽可能下方。
并且,本例中,也可以代替加速度传感器32A而将能够包括在各种传感器 32中的速度传感器搭载于上部回转体3的相同的位置。由此,动作判定部301 能够根据与由速度传感器检测的沿直线L1的速度相对应的输出来确定挖土机1 00的拖拽动作的发生。
并且,本例中,各种传感器32除了加速度传感器32A以外,还可以包括搭载于上部回转体3的角速度传感器。在该情况下,动作修正部302可以根据该角速度传感器的输出来修正加速度传感器32A的输出。加速度传感器506的输出中不仅能够包含特定方向的直进运动(拖拽动作),还能够包含纵摇方向、偏摇方向、横摇方向的旋转运动的分量。根据该变形例,通过并用角速度传感器,能够排除旋转运动的影响而仅提取相当于拖拽动作的直进运动,因此能够提高基于动作判定部301的拖拽动作的判定精确度。
并且,本例中,加速度传感器32A设置于上部回转体3,但也可以设置于下部行走体1。在该情况下,通过并用能够包括在各种传感器32中的检测上部回转体3的回转角度(回转位置)的角度传感器的输出,动作判定部301能够根据下部行走体1的加速度传感器32A的输出来确定沿附属装置配件的延伸方向(直线L1)的直进运动,从而确定向该方向的拖拽动作的发生。
接着,图20是说明拖拽动作的发生的判定方法的第2例的图。
本例中,各种传感器32中包括距离传感器32B。
如图20所示,距离传感器32B安装于挖土机100的上部回转体3的前端部,并测定挖土机100的上部回转体3的前方的规定范围的地面等地形或障碍物等与安装其本身的车身(上部回转体3)的距离。距离传感器32B例如为LI DAR(Light Detection and Ranging:光探测和测距)、毫米波雷达、立体摄像机等。
动作判定部301根据由距离传感器32B测定的上部回转体3与挖土机100 的周边的被固定的基准对象物之间的相对位置关系的变化来判定挖土机100的拖拽动作的发生。具体而言,当从上部回转体3观察的地面200a的相对位置向大致水平方向,具体而言,向与挖土机100所在的平面大致平行地移动时,动作判定部301能够根据距离传感器32B的输出判定为发生了拖拽动作。例如,如图20所示,当从上部回转体3观察的前方的地面200a的相对位置向靠近上部回转体3的一侧(点线200b的位置)大致水平移动时,动作判定部301 能够根据距离传感器32B的输出判定为发生了挖土机100的前方拖拽动作。相反地,当从上部回转体3观察的前方的地面200a向远离上部回转体3的一侧大致水平移动时,动作判定部301能够判定为发生了挖土机100的后方拖拽动作。
另外,动作判定部301也可以利用能够检测上部回转体3与挖土机100的周边的被固定的基准对象物的相对位置关系的其他传感器例如图像传感器(单目摄像机)而代替距离传感器32B来判定拖拽动作的发生。
并且,挖土机100的被固定的基准对象物并不限定于地面,也可以为建筑物或以作为基准对象物的利用为目的特意配置于挖土机100的周边的特定的物体等。
并且,距离传感器32B也可以安装于附属装置配件,而不是安装于上部回转体3。在该情况下,动作判定部301只要不仅能够测量附属装置配件与基准对象物的距离,还能够测量附属装置配件与上部回转体3的距离即可。由此,动作判定部301能够根据距离传感器32B的输出来确定与从附属装置配件观察的基准对象物及上部回转体3的各自的相对位置,即能够间接判断上部回转体 3与基准对象物的相对位置关系。因此,当上部回转体3与基准对象物的相对位置关系发生变化而从上部回转体3观察时与上部回转体3所在的平面大致平行地移动时,动作判定部301能够根据搭载于附属装置配件的距离传感器32B 的输出来判定发生了拖拽动作。
接着,图21(图21A、图21B)是说明拖拽动作的发生的判定方法的第3 例的图。具体而言,图21A表示未发生拖拽动作时的挖土机100,图21B表示发生了拖拽动作时的挖土机100。
本例中,各种传感器32中包括IMU32C。
如图21A、图21B所示,IMU32C安装于动臂4。
如图21A所示,当挖土机100中未发生拖拽动作时,动臂4的IMU32C检测与动臂4的升降相应的旋转运动,因此通过IMU32C检测的前后方向的加速度分量作为基于旋转运动的相对小的值而被输出。
另一方面,如图21B所示,当挖土机100中发生了拖拽动作时,挖土机10 0向前后方向移动,因此由IMU32C检测出的拖拽方向即前后方向的加速度分量作为相对大的值而被输出。
因此,例如,当通过IMU32C检测出的加速度分量成为规定阈值以上时,动作判定部301可以判定为发生了拖拽动作。规定阈值能够根据实验或模拟分析等适当地设定。并且,动作判定部301能够根据所检测出的加速度分量的方向来判定是前方拖拽动作还是后方拖拽动作。
另外,本例中,只要能够检测前后方向的动臂4的运动,则也可以采用速度传感器、加速度传感器等而代替IMU32C。在该情况下,与IMU32C的情况同样地,当传感器的输出值相对变大时,动作判定部301可以判定为发生了拖拽动作。
接着,图22(图22A、图22B)是说明拖拽动作的发生的判定方法的第4 例的图。具体而言,图22A表示未发生拖拽动作时的挖土机100,图22B表示发生了拖拽动作时的挖土机100。
本例中,各种传感器32中包括两个IMU32C。
如图22A、图22B所示,其中一个IMU32C安装于斗杆5,另一个IMU32C 安装于铲斗6。
如图22A所示,当挖土机100中未发生拖拽动作时,通过铲斗6的IMU32C 检测的前后方向的加速度分量由斗杆5的加速度分量与围绕铲斗6的驱动轴的角加速度分量的合成来表示。因此,通过铲斗6的IMU32C检测的加速度分量变得相对大于通过斗杆5的IMU32C检测的前后方向的加速度分量。
另一方面,如图22B所示,当挖土机100发生了拖拽动作时,斗杆5根据拖拽动作向前后方向移动,但铲斗6因挖掘工作而与地面接触,因此难以移动。因此,通过铲斗6的IMU32C检测的前后方向的加速度分量比通过斗杆5 的IMU32C检测的前后方向的加速度分量在某种程度上变小。
因此,例如,当通过斗杆5及铲斗6的IMU32C的各自检测的加速度分量的差分成为规定阈值以上时,动作判定部301可以判定为发生了拖拽动作。规定阈值能够根据实验或模拟分析等适当地设定。并且,动作判定部301能够根据斗杆5的加速度分量的方向来判定是前方拖拽动作还是后方拖拽动作。
并且,安装于斗杆5的IMU32C优选尽可能配置于比斗杆5与铲斗6的连结位置更偏靠动臂4与斗杆5的连结位置。由此,在发生挖土机100的拖拽动作时,能够以斗杆5与铲斗6的连结位置为支点而极力加大斗杆5中的IMU32C 的安装位置的移动量。因此,动作判定部301根据由斗杆5及铲斗6的各自的 IMU32C检测出的加速度分量的差分来更容易判定拖拽动作。
另外,本例中,只要能够检测斗杆5及铲斗6的前后方向的动作,则也可以采用速度传感器、加速度传感器等而代替IMU32C。并且,本例中,在斗杆5 及铲斗6上安装了IMU32C,但还可以安装于动臂4。由此,不仅能够根据斗杆 5及铲斗6的各自的IMU32C的输出值的差分,还能够根据动臂4及铲斗6的各自的IMU32C的输出值的差分来判定有无拖拽动作,因此能够提高判定精确度。并且,也可以将斗杆5的IMU32C安装于动臂4。在该情况下,能够根据动臂4及铲斗6的各自的IMU32C的输出值的差分来判定有无拖拽动作。
<翘起动作的判定方法>
图23(图23A~图23C)是说明挖土机100的翘起动作的发生的判定方法的第1例的图。具体而言,图23A~图23C分别是发生了挖土机的翘起动作时的车身的前后方向(纵摇方向)的倾斜角度、角速度及角加速度的时间变化的图。
本例中,动作判定部301根据包括在各种传感器32中的、能够输出与车身的前后方向的倾斜即纵摇方向的倾斜角度有关的角度相关信息的传感器的输出来判定挖土机100的翘起动作的发生。
作为能够输出与车身的纵摇方向的倾斜角度有关的角度相关信息(倾斜角度、角速度、角加速度等)的传感器,能够采用倾斜传感器(角度传感器)、角速度传感器、IMU等。
例如,如图23A~图23C所示,若发生翘起动作,则挖土机100的纵摇方向的倾斜角度、角速度及角加速度在某种程度上变为大的值,因此当这些值成为规定阈值(图中的点线的恒定值)以上时,动作判定部301能够判定为发生了翘起动作。并且,动作判定部301能够根据该倾斜角度、角速度及角加速度的发生方向,即根据以是纵摇轴为中心的后方倾斜还是前方倾斜来判定是前部翘起动作还是后部翘起动作。
接着,图24是说明翘起动作的发生的判定方法的第2例的图。
本例中,各种传感器32中与图20的情况同样地包括距离传感器32B。
如图24所示,距离传感器32B与图20的情况同样地安装于挖土机100的上部回转体3的前端部,并测定挖土机100的上部回转体3的前方的规定范围的地面等地形或障碍物等与安装其本身的车身(上部回转体3)的距离。
动作判定部301与图20的情况同样地根据由距离传感器32B测定的上部回转体3与挖土机100的周边的被固定的基准对象物之间的相对位置关系的变化来判定挖土机100的翘起动作的发生。具体而言,当从上部回转体3观察的地面240a的相对位置向大致上下方向,具体而言,向与挖土机100所在的平面大致铅垂的方向移动时,动作判定部301能够根据距离传感器32B的输出判定为发生了翘起动作。例如,如图24所示,当从上部回转体3观察的前方的地面200a的相对位置向大致下方向(图中的点线240b)移动时,动作判定部 301能够根据距离传感器32B的输出来判定发生了挖土机100的前部翘起动作。相反地,当从上部回转体3观察的前方的地面240a的相对位置向大致上方向移动时,动作判定部301能够判定为发生了挖土机100的后部翘起动作。
另外,动作判定部301也可以利用能够检测上部回转体3与挖土机100的周边的被固定的基准对象物的相对位置关系的其他传感器例如图像传感器(单目摄像机)而代替距离传感器32B来判定翘起动作的发生。
并且,挖土机100的被固定的基准对象物并不限定于地面,也可以为建筑物或以作为基准对象物的利用为目的特意配置于挖土机100的周边的特定的物体等。
并且,距离传感器32B也可以安装于附属装置配件,而不是安装于上部回转体3。在该情况下,动作判定部301不仅能够测量附属装置配件与基准对象物的距离,还能够测量附属装置配件与上部回转体3的距离即可。由此,动作判定部301能够根据距离传感器32B的输出来确定与从附属装置配件观察的基准对象物及上部回转体3的各自的相对位置,即能够间接判断上部回转体3与基准对象物的相对位置关系。因此,当上部回转体3与基准对象物的相对位置关系发生变化且与从上部回转体3观察时上部回转体3所在的平面大致铅垂地移动时,动作判定部301能够根据搭载于附属装置配件的距离传感器32B的输出来判定为发生了翘起动作。
接着,图25(图25A、图25B)是说明翘起动作的发生的判定方法的第3 例的图。具体而言,图25A表示未发生翘起动作时的挖土机100,图25B表示发生了翘起动作时的挖土机100。
本例中,各种传感器32中与图21A、图21B的情况同样地包括IMU32C。
如图25A、图25B所示,IMU32C与图21A、图21B的情况同样地安装于动臂4。
如图25A所示,当挖土机100中未发生翘起动作时,动臂4的IMU32C检测与动臂4的比较平缓的升降相应的旋转运动,因此通过IMU32C检测的角加速度分量作为相对小的值而被输出。
另一方面,如图25B所示,当挖土机100中发生了翘起动作时,由IMU32C 检测出的翘起方向的角加速度分量作为相对大的值而被输出。
因此,例如,当通过IMU32C检测出的角加速度分量成为规定阈值以上时,动作判定部301可以判定为发生了挖土机100的翘起动作。规定阈值能够根据实验或模拟分析等适当地设定。并且,动作判定部301能够根据所检测出的加速度分量的方向来判定是前方拖拽动作还是后方拖拽动作。
并且,当动臂4的升降方向与挖土机100的翘起方向相反时,还有可能存在仅靠在动臂4中产生的角加速度的绝对值无法判定是否发生了翘起动作的情况。因此,当基于IMU32C的动臂4的角加速度的变化量或变化率成为规定阈值以上时,动作判定部301可以判定为发生了挖土机100的翘起动作。
另外,本例中,只要能够检测动臂4的旋转方向的运动,则也可以采用速度传感器、加速度传感器等而代替IMU32C。在该情况下,与IMU32C的情况同样地,当传感器的输出值相对变大时或其变化率相对变大时,动作判定部301 可以判定为发生了翘起动作。
接着,图26(图26A、图26B)是说明翘起动作的发生的判定方法的第4 例的图。具体而言,图26A表示未发生翘起动作时的挖土机100,图26B表示发生了翘起动作时的挖土机100。
本例中,与图22A、图22B的情况同样地,各种传感器32中包括两个IMU 32C。
如图26A、图26B所示,其中一个IMU32C安装于斗杆5,另一个IMU32C 安装于铲斗6。
如图26A所示,当挖土机100中未发生翘起动作时,通过铲斗6的IMU32C 检测的前后方向的加速度分量由斗杆5的加速度分量与围绕铲斗6的驱动轴的角加速度分量的合成来表示。因此,通过铲斗6的IMU32C检测的加速度分量变得相对大于通过斗杆5的IMU32C检测的前后方向的加速度分量。
另一方面,如图26B所示,当挖土机100中发生了翘起动作时,斗杆5根据翘起动作以铲斗6与地面的接地点附近为中心进行移动(转动),而铲斗6 因挖掘工作而与地面接触,因此难以移动。因此,通过铲斗6的IMU32C检测的前后方向的加速度分量及围绕驱动轴的角加速度分量比通过斗杆5的IMU32C 检测的前后方向的加速度分量及角加速度分量在某种程度上变小。
因此,例如,当分别通过斗杆5及铲斗6的IMU32C检测的加速度分量或围绕与附属装置配件的驱动轴平行的轴的角加速度的差分成为规定阈值以上时,动作判定部301可以判定为发生了翘起动作。规定阈值能够根据实验或模拟分析等适当地设定。并且,动作判定部301能够根据斗杆5的加速度分量的方向来判定是前方翘起动作还是后方翘起动作。
并且,安装于斗杆5的IMU32C优选尽可能配置于比斗杆5与铲斗6的连结位置更偏靠动臂4与斗杆5的连结位置。由此,在发生挖土机100的翘起动作时,能够以斗杆5与铲斗6的连结位置为支点而极力加大斗杆5中的IMU32C 的安装位置的移动量。因此,动作判定部301根据由斗杆5及铲斗6的各自的 IMU32C检测出的加速度分量的差分来更容易判定翘起动作。
另外,本例中,只要能够检测斗杆5及铲斗6的前后方向的动作或围绕与动作轴平行的轴的转动方向的动作,则也可以采用速度传感器、加速度传感器、角加速度传感器等而代替IMU32C。并且,本例中,在斗杆5及铲斗6上安装了IMU32C,但还可以进一步安装于动臂4。由此,不仅能够根据斗杆5及铲斗6的各自的IMU32C的输出值的差分,还能够根据动臂4及铲斗6的各自的I MU32C的输出值的差分来判定有无拖拽动作,因此能够提高判定精确度。并且,也可以将斗杆5的IMU32C安装于动臂4。在该情况下,能够根据动臂4及铲斗6的各自的IMU32C的差分来判定有无翘起动作。
<振动动作的发生的判定方法>
通过将包括在各种传感器32中的能够检测振动的传感器例如加速度传感器、角加速度传感器、IMU等搭载于车身(上部回转体3),动作判定部301 能够判定振动动作的发生。具体而言,当根据包括在各种传感器32中的这些传感器的输出能够判断为在由附属装置配件的惯性力矩的变化诱发的车身的振动中存在与固有的频率适合的振动时,动作判定部301可以判定为发生了振动动作。
并且,如上所述,振动动作在附属装置配件的空中动作中发生。因此,当在附属装置配件的空中动作中根据各种传感器32的输出能够判断为在由附属装置配件的惯性力矩的变化诱发的车身的振动中存在与固有的频率合适的振动时,动作判定部301可以判定为发生了振动动作。
[修正附属装置配件的动作的结构的详细内容]
接着,参考图27~图35对本实施方式所涉及的挖土机100的特征性结构即为了抑制意外动作而修正附属装置配件的动作的结构的具体例进行说明。
首先,图27是表示本实施方式所涉及的挖土机100的特征性结构的第1 例的图。具体而言,是表示以向本实施方式所涉及的挖土机100的动臂缸7供给工作油的液压回路为中心的结构的第1例的图。
另外,本例中,以通过操纵杆装置26A进行动臂4即动臂缸7的操作为前提。以下,关于图28~图35也相同。并且,将向将工作油供给到控制阀17内的动臂缸7的动臂用方向控制阀17A的端口传递来自操纵杆装置26A的二次侧的先导压的先导管路27称为先导管路27A。
如图27所示,本例中,设置有从控制阀17内的动臂用方向控制阀17A与动臂缸7的杆侧油室及缸底侧油室之间分支并将工作油排出到罐T的旁通油路 281、282。
在旁通油路281中设置有将动臂缸7的杆侧油室的工作油排出到T的电磁安全阀33。
在旁通油路282中设置有将动臂缸7的缸底侧油室的工作油排出到罐T的电磁安全阀33。
另外,旁通油路281、282及电磁安全阀33、34也可以设置于控制阀17 的内部及外部中的任一处。
并且,各种传感器32中包括检测动臂缸7的杆压PR及缸底压PB的压力传感器32D、32E,其输出输入到控制器30。
控制器30即动作修正部302能够根据从压力传感器32D、32E输入的输出信号来监控杆压PR及缸底压PB。并且,动作修正部302向电磁安全阀33、34 适当地输出电流指令值并将动臂缸7的杆侧油室或缸底侧油室的工作油强制性地排出到罐T,从而能够抑制动臂缸7内的过剩的压力。因此,通过采用参考图9~图17说明的修正动臂缸7的动作的修正方法来减小在动臂缸7内产生的过剩的压力,从而能够抑制挖土机100的意外动作即拖拽动作、翘起动作。
接着,图28是表示本实施方式所涉及的挖土机100的特征性结构的第2 例的图。具体而言,是表示以向本实施方式所涉及的挖土机100的动臂缸7供给工作油的液压回路为中心的结构的第2例的图。
如图28所示,本例中,在操纵杆装置26A与动臂用方向控制阀17A的端口之间的先导管路27A中设置有电磁比例阀36。
并且,各种传感器32中与图27的情况同样地包括检测动臂缸7的杆压PR 及缸底压PB的压力传感器32D、32E,其输出输入到控制器30。
控制器30即动作修正部302能够根据从压力传感器32D、32E输入的输出信号来监控杆压PR及缸底压PB。并且,动作修正部302能够通过向电磁比例阀36适当地输出电流指令值来改变与操纵杆装置26A中的操作状态相对应的先导压,并将其输入到动臂用方向控制阀17A的端口。即,动作修正部302通过向电磁比例阀36适当地输出电流指令值并控制动臂用方向控制阀17A来将动臂缸7的杆侧油室或缸底侧油室的工作油适当地排出到罐T,从而能够抑制动臂缸7内的过剩的压力。因此,通过采用参考图9~图17说明的修正动臂缸 7的动作的修正方法来减小在动臂缸7内产生的过剩的压力,从而能够抑制挖土机100的意外动作即拖拽动作、翘起动作。
另外,本例中,将修正与由操作者进行的操纵杆装置26A的操作状态即动臂4的操作状态相对应的信号而得到的信号输入到动臂用方向控制阀17A,但也可以输入不同于与动臂4的操作状态相对应的信号的另一信号。例如,在从比操纵杆装置46A更靠上游侧(先导泵15侧)的先导管路25分支并连接于动臂用方向控制阀17A的端口的油路中设置电磁比例阀即可。在该情况下,动作修正部302通过向该电磁比例阀输出电流指令而将不同于与动臂4的操作状态相对应的信号的另一信号输入到动臂用方向控制阀17A,能够不依赖于操纵杆装置26A的操作状态而控制动臂用方向控制阀17A。并且,在该情况下,控制器30在通常时根据与由压力传感器29检测的操纵杆装置16A的操作状态相对应的压力信号来向电磁比例阀输出电流指令,由此能够根据由操作者进行的操纵杆装置16A的操作状态来控制动臂用方向控制阀17A。
接着,图29是表示本实施方式所涉及的挖土机100的特征性结构的第3 例的图。具体而言,是表示以向本实施方式所涉及的挖土机100的动臂缸7供给工作油的液压回路为中心的结构的第3例的图。
如图29所示,各种传感器32中与图27等的情况同样地包括检测动臂缸7 的杆压PR及缸底压PB的压力传感器32D、32E,其输出输入到控制器30。
控制器30即动作修正部302能够根据从压力传感器32D、32E输入的输出信号来监控杆压PR及缸底压PB。并且,控制器30能够通过对控制主泵14的斜板的偏转角的调节器14A适当地输出电流指令值来控制主泵14的输出或流量。即,动作修正部302通过向调节器14A适当地输出电流指令值并限制主泵 14的动作来限制供给到动臂缸7的工作油的流量等,从而能够抑制动臂缸7内的过剩的压力。因此,通过采用参考图9~图17说明的修正动臂缸7的动作的修正方法来减小在动臂缸7内产生的过剩的压力,从而能够抑制挖土机100的意外动作即拖拽动作、翘起动作。
接着,图30是表示本实施方式所涉及的挖土机100的特征性结构的第4 例的图。具体而言,是表示以向本实施方式所涉及的挖土机100的动臂缸7供给工作油的液压回路为中心的结构的第4例的图。
如图30所示,各种传感器32中与图27等的情况同样地包括检测动臂缸7 的杆压PR及缸底压PB的压力传感器32D、32E,其输出输入到控制器30。
控制器30即动作修正部302能够根据从压力传感器32D、32E输入的输出信号来监控杆压PR及缸底压PB。并且,动作修正部302能够通过向控制发动机11的运转状态的ECM(Engine Control Module:发动机控制模块)11A适当地输出控制指令来控制发动机11的输出。即,动作修正部302通过向ECM11 A适当地输出控制指令并限制发动机11的输出来限制由发动机11驱动的主泵 14的输出,从而能够限制供给到动臂缸7的工作油的流量等。即,动作修正部 302能够抑制动臂缸7内的过剩的压力。因此,通过采用参考图9~图17说明的修正动臂缸7的动作的修正方法来减小在动臂缸7内产生的过剩的压力,从而能够抑制挖土机100的意外动作即拖拽动作、翘起动作。
接着,图31是表示本实施方式所涉及的挖土机100的特征性结构的第5 例的图。具体而言,是表示以向本实施方式所涉及的挖土机100的动臂缸7供给工作油的液压回路为中心的结构的第5例的图。
另外,本例中,以各种传感器32中包括与图27~图30的压力传感器32 D、32E相同的压力传感器为前提。以下,关于图32~图35也相同。
如图31所示,本例中,控制阀17包括电磁切换阀38。
电磁切换阀38以旁通将动臂用方向控制阀17A与动臂缸7的缸底侧油室之间进行连接的油路311与使工作油向罐T中循环的油路312之间的方式设置。由此,当连通状态时,电磁切换阀38能够将动臂缸7的缸底侧油室的工作油排出到罐T。
控制器30即动作修正部302能够根据从各种传感器32(检测动臂缸7的杆侧油室及缸底侧油室的压力的压力传感器)输入的输出信号来监控杆压PR 及缸底压PB。并且,动作修正部302能够通过向电磁切换阀38适当地输出电流指令值来控制电磁切换阀38的连通/非连通状态。即,动作修正部302通过向电磁切换阀38适当地输出电流指令值并经由电磁切换阀38将动臂缸7的缸底侧油室的工作油排出到罐T,从而能够抑制在动臂缸7的缸底侧油室中产生的过剩的压力(缸底压PB)。因此,通过采用参考图9~图17说明的修正动臂缸7的动作的修正方法来减小在动臂缸7的缸底侧油室中产生的过剩的压力,从而能够抑制挖土机100的意外动作即拖拽动作、翘起动作。
另外,也可以在控制阀17的内部设置旁通将动臂用方向控制阀17A与动臂缸7的杆侧油室之间进行连接的油路与使工作油向罐T中循环的油路312之间的电磁切换阀。在该情况下,动作修正部302能够通过向该电磁切换阀适当地输出电流指令值来还减小在动臂缸7的杆侧油室中产生的过剩的压力。
接着,图32是表示本实施方式所涉及的挖土机100的特征性结构的第6 例的图。具体而言,是表示以向本实施方式所涉及的挖土机100的动臂缸7供给工作油的液压回路为中心的结构的第5例的图。以下,在图中示出两个动臂缸7,但在主泵14与动臂缸7之间有插设控制阀17和后述的压力保持电路40 这一点关于任何动臂缸7均相同,因此重点说明关于一个动臂缸7(图中的右侧的动臂缸7)的液压回路。
另外,在本实施方式中,与图27情况同样地,在从控制阀17与动臂缸7 的杆侧油室之间分支的油路中设置有将杆侧油室的工作油排出到罐T的电磁安全阀33。以下,关于图33也相同。
如图32所示,本例所涉及的挖土机100中例如设置有压力保持电路40,该压力保持电路40即使在液压软管因破裂等而破坏的情况下也保持动臂缸7 的缸底侧油室的工作油不被排出。以下,关于图33~图35也相同。
压力保持电路40插设于将控制阀17与动臂缸7的缸底侧油室之间进行连接的油路。压力保持电路40主要包括保持阀42和滑阀44。
保持阀42不依赖于滑阀44的状态而将从控制阀17经由油路321供给的工作油供给到动臂缸7的缸底侧油室。
并且,当滑阀44为非连通状态(图中的左端的滑阀状态(spool stat e))时,保持阀42保持动臂缸7的缸底侧油室的工作油不被排出到压力保持电路40的下游侧。另一方面,当滑阀44为连通状态(图中的右端的滑阀状态)时,保持阀42能够将动臂缸7的缸底侧油室的工作油经由油路322排出到压力保持电路40的下游侧。
滑阀44根据从动臂下降用遥控阀26Aa输入到端口的先导压来控制其连通 /非连通状态,该动臂下降用遥控阀26Aa包括在操作动臂缸7的操纵杆装置26 A中且输出与输出动臂4的下降操作(动臂下降操作)相对应的先导压。具体而言,当从动臂下降用遥控阀26Aa输入了表示已进行动臂下降操作的先导压时,滑阀44成为与连通状态相对应的滑阀状态(图中的右端的滑阀状态)。另一方面,当从动臂下降用遥控阀26Aa输入了表示未进行动臂下降操作的先导压时,滑阀44成为与非连通状态相对应的滑阀状态(图中的左端的滑阀状态)。由此,即使在未进行动臂下降操作的状态下发生位于比压力保持电路40 更靠下游侧的液压软管的破坏等,也可保持动臂缸7的缸底侧油室的工作油 (缸底压),因此能够防止动臂4的降落。
并且,压力保持电路40包括电磁安全阀46。
电磁安全阀46设置于从压力保持电路40内的保持阀42与动臂缸7的缸底侧油室之间的油路323分支并连接于罐T的油路324。即,电磁安全阀46使工作油从比保持阀更靠上游侧即动臂缸7侧的油路323向罐T溢流。因此,电磁安全阀46不依赖于压力保持电路40的工作状态,具体而言,能够不依赖于滑阀44的连通/非连通状态而将动臂缸7的缸底侧油室的工作油排出到罐T。即,利用基于压力保持电路40的动臂缸7的缸底侧油室的工作油的保持功能来防止动臂4的降落,并且能够不依赖于动臂下降操作的有无而将动臂缸7的缸底侧油室的工作油排出到罐T来抑制过剩的缸底压。
控制器30即动作修正部302能够根据从各种传感器32(检测动臂缸7的杆侧油室及缸底侧油室的压力的压力传感器)输入的输出信号来监控杆压PR 及缸底压PB。并且,动作修正部302向电磁安全阀33、46适当地输出电流指令值,由此能够不依赖于动臂下降操作的有无而将动臂缸7的杆侧油室或缸底侧油室的工作油强制性地排出到罐T来抑制动臂缸7内的过剩的压力。因此,通过采用参考图9~图17说明的修正动臂缸7的动作的修正方法来减小在动臂缸7内产生的过剩的压力,从而能够抑制挖土机100的意外动作即拖拽动作、翘起动作。
接着,图33是表示本实施方式所涉及的挖土机100的特征性结构的第7 例的图。具体而言,是表示以向本实施方式所涉及的挖土机100的动臂缸7供给工作油的液压回路为中心的结构的第7例的图。
如图33所示,本例中,在从动臂缸7的缸底侧油室与压力保持电路40之间的油路331分支并连接于罐T的油路332中设置有电磁安全阀50。由此,电磁安全阀50不依赖于压力保持电路40的工作状态,具体而言,能够不依赖于滑阀44的连通/非连通状态而将动臂缸7的缸底侧油室的工作油排出到罐T。即,利用基于压力保持电路40的动臂缸7的缸底侧油室的工作油的保持功能来防止动臂4的降落,并且能够不依赖于动臂缸7的操作状态而将动臂缸7的缸底侧油室的工作油排出到罐T来抑制过剩的缸底压。
控制器30即动作修正部302能够根据从各种传感器32(检测动臂缸7的杆侧油室及缸底侧油室的压力的压力传感器)输入的输出信号来监控杆压PR 及缸底压PB。并且,动作修正部302向电磁安全阀33、50适当地输出电流指令值,由此能够不依赖于动臂下降操作的有无而将动臂缸7的杆侧油室或缸底侧油室的工作油强制性地排出到罐T来抑制动臂缸7内的过剩的压力。因此,通过采用参考图9~图17说明的修正动臂缸7的动作的修正方法来减小在动臂缸7内产生的过剩的压力,从而能够抑制挖土机100的意外动作即拖拽动作、翘起动作。
接着,图34是表示本实施方式所涉及的挖土机100的特征性结构的第8 例的图。具体而言,是表示以向本实施方式所涉及的挖土机100的动臂缸7供给工作油的液压回路为中心的结构的第8例的图。
如图34所示,在从动臂下降用遥控阀26Aa将与动臂下降操作的操作状态相对应的先导压供给到压力保持电路40的滑阀44的先导电路中设置有电磁切换阀52和往复阀54。
电磁切换阀52设置于从先导泵15与动臂下降用遥控阀26Aa之间的先导管路25A分支并旁通动臂下降用遥控阀26Aa而连接于往复阀54的一个输入端口的油路341。电磁切换阀52切换油路341的连通/非连通状态。
另外,也可以通过采用电磁比例阀而代替电磁切换阀52来切换油路341 的连通/非连通状态。
如上所述,往复阀54在一个输入端口连接有油路341的一端,且在另一个输入端口连接有动臂下降用遥控阀26Aa的二次侧的油路342。往复阀54向滑阀44输出两个输入中先导压高的输入。由此,即使在未进行动臂下降操作的情况下,也能够经由电磁切换阀52及往复阀54向滑阀44输入与已进行动臂下降操作的情况相同的先导压。即,即使在未进行动臂下降操作的情况下,也能够向压力保持电路40的下游流出动臂缸7的缸底侧油室的工作油。
并且,本例中,在控制阀17的内部设置电磁安全阀56、58。
另外,电磁安全阀56、58只要为能够从动臂用方向控制阀17A与压力保持电路40的油路旁通而将工作油排出到罐T的结构,则也可以设置于控制阀1 7的外部。
电磁安全阀56设置于从动臂缸7的杆侧油室与动臂用方向控制阀17A之间的油路分支并连接于罐T的油路343。由此,电磁安全阀56能够将动臂缸7 的杆侧油室的工作油排出到罐T。
电磁安全阀58设置于从压力保持电路40与动臂用方向控制阀17A之间的油路分支并连接于罐T的油路344。由此,电磁安全阀56能够将经由压力保持电路40从动臂缸7的缸底侧油室流出的工作油排出到罐T。即,通过基于上述电磁切换阀52及往复阀54的作用,即使在未进行动臂下降操作的情况下,电磁安全阀58也能够将动臂缸7的缸底侧油室的工作油排出到罐T来抑制过剩的缸底压PB。
另外,本例中,当在控制阀17内设置图35的电磁切换阀38时,电磁安全阀58的功能可以被该电磁切换阀38取代。并且,如上所述,可以与图35 的电磁切换阀38同样地,将旁通将动臂用方向控制阀17A与动臂缸7的杆侧油室之间进行连接的油路与使工作油向罐T循环的油路之间的电磁切换阀设置于控制阀17内。在该情况下,电磁安全阀56的功能可以被该电磁切换阀取代。以下,关于图35也相同。
控制器30即动作修正部302能够根据从各种传感器32(检测动臂缸7的杆侧油室及缸底侧油室的压力的压力传感器)输入的输出信号来监控杆压PR 及缸底压PB。并且,动作修正部302向电磁切换阀52及电磁安全阀56、58适当地输出电流指令值,由此能够不依赖于动臂下降操作的有无而将动臂缸7的杆侧油室或缸底侧油室的工作油强制性地排出到罐T来抑制动臂缸7内的过剩的压力。因此,通过采用参考图9~图17说明的修正动臂缸7的动作的修正方法来减小在动臂缸7内产生的过剩的压力,从而能够抑制挖土机100的意外动作即拖拽动作、翘起动作。
接着,图35是表示本实施方式所涉及的挖土机100的特征性结构的第9 例的图。具体而言,是表示以向本实施方式所涉及的挖土机100的动臂缸7供给工作油的液压回路为中心的结构的第9例的图。
如图35所示,本例中,在从动臂下降用遥控阀26Aa将与动臂下降操作状态相对应的先导压供给到压力保持电路40的滑阀44的先导电路中设置有电磁比例阀60和与图34的情况相同的往复阀54。
电磁比例阀60设置于从先导泵15与动臂下降用遥控阀26Aa之间的先导管路25A分支并旁通动臂下降用遥控阀26Aa而连接于往复阀54的一个输入端口的油路351。电磁比例阀60进行油路341的连通/非连通状态的切换控制及输入到往复阀54的先导压的控制。
往复阀54与图34的情况同样地在一个输入端口连接有油路351的一端,且在另一个输入端口连接有动臂下降用遥控阀26Aa的二次侧的油路352。往复阀54向滑阀44输出两个输入中先导压高的输入。由此,即使在未进行动臂下降操作的情况下,也能够经由电磁比例阀60及往复阀54向滑阀44输入与已进行动臂下降操作的情况相同的先导压。即,即使在未进行动臂下降操作的情况下,也能够向压力保持电路40的下游流出动臂缸7的缸底侧油室的工作油。
并且,本例中,在控制阀17的内部设置电磁安全阀56。
另外,电磁安全阀56只要为能够从动臂用方向控制阀17A与压力保持电路40的油路旁通而将工作油排出到罐T的结构,则也可以设置于控制阀17的外部。
电磁安全阀56与图34的情况同样地设置于从动臂缸7的杆侧油室与动臂用方向控制阀17A之间的油路分支并连接于罐T的油路353。由此,电磁安全阀56能够将动臂缸7的杆侧油室的工作油排出到罐T。
控制器30即动作修正部302能够根据从各种传感器32(检测动臂缸7的杆侧油室及缸底侧油室的压力的压力传感器)输入的输出信号来监控杆压PR 及缸底压PB。并且,动作修正部302通过向电磁安全阀56适当地输出电流指令值来将动臂缸7的杆侧油室的工作油强制性地排出到罐T,从而能够抑制动臂缸7的杆侧油室内的过剩的压力(杆压)。
并且,通过采用电磁比例阀60,能够精细地控制经由往复阀54输入到滑阀44的先导压。因此,控制器30通过向电磁比例阀60适当地输出电流指令值来精细地控制电磁比例阀60的工作状态,从而能够精细地调节经由压力保持电路40从动臂缸7的缸底侧油室流出的工作油的流量。即,控制器30能够不依赖于控制阀17而调整从动臂下降操作时的动臂缸7的缸底侧油室经由控制阀17排出的工作油的流量。因此,控制器30即动作修正部302向电磁比例阀60适当地输出电流指令值,由此能够不依赖于动臂下降操作的有无而将动臂缸7的缸底侧油室的工作油适当地排出到罐T,从而能够抑制动臂缸7内的过剩的压力。
因此,通过采用参考图9~图17说明的修正动臂缸7的动作的修正方法来减小在动臂缸7内产生的过剩的压力,从而能够抑制挖土机100的意外动作即拖拽动作、翘起动作。
[修正附属装置配件的动作的处理动作的详细内容]
接着,参考图36对由控制器30(动作判定部301、动作修正部302)进行的修正附属装置配件的动作的处理(动作修正处理)精细说明。
图36是概略地表示由本实施方式所涉及的控制器30进行的动作修正处理的一例的流程图。基于本流程图的处理例如在挖土机100的运转中每隔规定时间反复执行。
在步骤S3600中,动作判定部301根据来自压力传感器29或各种传感器3 2的输入来判定挖土机100是否正在进行行走。当挖土机100不在行走中时,动作判定部301进入步骤S3602,当挖土机100正在行走中时,结束本次的处理。
在步骤S3602中,动作判定部301根据来自压力传感器29或各种传感器3 2的输入来判定是否正在进行附属装置配件的操作,即判定是否正在使用附属装置配件进行工作中(挖掘工作中)。当正在附属装置配件的操作中时,动作判定部301进入步骤S3604,当不在附属装置配件的操作中时,结束本次的处理。
在步骤S3604中,动作判定部301根据各种传感器32的输入来判定是否发生了意外动作。此时,动作判定部301将上述意外动作的全部或一部分作为对象而使用上述判定方法来判定是否发生了意外动作。当未发生意外动作时,动作判定部301进入步骤S3606,当未发生意外动作时,结束本次的处理。
在步骤S3606中,动作修正部302获取与所发生的动作(判定动作)相匹配的控制目标值。例如,当判定为发生了振动动作时,动作修正部302根据参考上述图18说明的内容来获取作为控制目标值的限制推力FMAX或保持推力FMIN。并且,关于振动动作以外的意外动作即拖拽动作及翘起动作的情况,动作修正部302也可以与参考图18说明的内容同样地,根据表参考来获取作为控制目标值的限制推力。
在步骤S3608中,动作修正部302向控制对象输出控制指令,并修正附属装置配件的动作。如上所述,控制对象中例如包括电磁安全阀33、34、电磁比例阀36、调节器14A、ECM11A、电磁切换阀38、电磁安全阀46、电磁安全阀5 0、电磁切换阀52、电磁安全阀56、58、电磁比例阀60等。
例如,已知有如下技术:为了防止挖土机的操作者未意图的动作的发生而修正(抑制)挖土机的附属装置配件的动作(参考上述专利文献1)。
在专利文献1中,公开有如下技术:通过以使驱动挖土机的附属装置配件的液压缸的压力成为规定的允许最大压力以下的方式进行液压控制来抑制挖土机的拖拽动作或翘起动作等意外动作。
然而,在专利文献1中,不判定实际上是否发生了意外动作而修正挖土机的附属装置配件的动作,因此有可能使操作者的操作性变差。
相对于此,本例中,通过动作判定部301判定意外动作的发生。而且,当通过动作判定部301判定出意外动作的发生时,动作修正部302修正附属装置配件的动作。由此,在确认到实际上发生了意外动作之后修正附属装置配件的动作,因此能够抑制意外动作,并且抑制由操作者进行的操作性变差。
另外,关于上述实施方式及后述的变形例,进一步公开以下内容。
(1-1)
一种挖土机,其具备:
行走体;
回转体,回转自如地搭载于所述行走体;及
附属装置配件,搭载于所述回转体,
所述挖土机还具备:
检测部,安装于所述回转体或所述附属装置配件,并检测所述回转体及所述附属装置配件中的作为安装对象的一方与周边物体的相对位置关系;及
判定部,根据由检测部检测的所述安装对象与该挖土机的周边的被固定的基准对象物的相对位置关系的变化来判定是否发生了规定的意外动作。
(1-2)
根据(1-1)所述的挖土机,其中,
所述检测部检测所述安装对象与作为所述基准对象物的该挖土机的周边的地面的相对位置关系。
(1-3)
根据(1-1)或(1-2)所述的挖土机,其中,
所述检测部安装于所述回转体。
(1-4)
根据(1-3)所述的挖土机,其中,
当由所述检测部检测出的从所述回转体观察的所述基准对象物的相对位置与挖土机所在的平面大致平行地移动时,所述判定部判定为发生了作为所述意外动作的拖拽动作。
(1-5)
根据(1-3)或(1-4)所述的挖土机,其中,
当由所述检测部检测出的从所述安装对象观察的所述基准对象物的相对位置向上下方向移动时,所述判定部判定为发生了作为所述意外动作的翘起动作。
(1-6)
根据(1-1)或(1-2)所述的挖土机,其中,
所述检测部安装于所述附属装置配件,并检测该附属装置配件与所述基准对象物及所述回转体各自的相对位置关系,
所述判定部根据由所述检测部检测出的从该附属装置配件观察的所述基准对象物的相对位置的变化和从所述附属装置配件观察的所述回转体的相对位置的变化来判定是否发生了所述意外动作。
(1-7)
根据(1-1)至(1-6)中任一项所述的挖土机,其还具备:
动作修正部,当通过所述判定部判定为发生了所述意外动作时,修正所述附属装置配件的动作。
(1-8)
根据(1-7)所述的挖土机,其中,
在所述行走体未被操作且所述附属装置配件被操作的情况下,通过所述判定部判定为发生了所述意外动作时,所述动作修正部修正所述附属装置配件的动作。
(2-1)
一种挖土机,其具备:
行走体;
回转体,回转自如地搭载于所述行走体;及
附属装置配件,搭载于所述回转体,
所述挖土机还具备:
判定部,判定在该挖土机中是否发生了规定的意外动作。
(2-2)
根据(2-1)所述的挖土机,其中,
所述意外动作中包括如下动作中的至少一个:尽管未进行所述行走体的操作,但该行走体及所述回转体向从所述回转体观察的前方或后方移动的动作;所述行走体及所述回转体中的从所述回转体观察的前部或后部翘起的动作;及所述行走体及所述回转体起因于所述附属装置配件的动作而振动的动作。
(2-3)
根据(2-1)或(2-2)所述的挖土机,其还具备:
传感器,检测该挖土机的动作,
所述判定部根据所述传感器的输出来判定是否发生了所述意外动作。
(2-4)
根据(2-3)所述的挖土机,其中,
所述传感器安装于所述回转体,并检测所述回转体的动作。
(2-5)
根据(2-3)所述的挖土机,其中,
所述传感器安装于所述附属装置配件,并检测所述附属装置配件的动作。
(2-6)
根据(2-5)所述的挖土机,其中,
所述传感器包括:第1传感器,安装于所述附属装置配件中的动臂,并检测所述动臂的动作,
所述判定部根据所述第1传感器的输出的变化来判定是否发生了所述意外动作。
(2-7)
根据(2-5)所述的挖土机,其中,
所述传感器包括:第2传感器,设置于所述附属装置配件中的铲斗,并检测其动作;及第3传感器,设置于动臂及斗杆中的至少一方,并检测其动作,
所述判定部根据所述第2传感器的输出与所述第3传感器的输出的相对关系的变化来判定是否发生了所述意外动作。
(2-8)
根据(2-1)至(2-7)中任一项所述的挖土机,其还具备:
动作修正部,当通过所述判定部判定为发生了所述意外动作时,修正所述附属装置配件的动作。
(2-9)
根据(2-8)所述的挖土机,其中,
在所述行走体未被操作且所述附属装置配件被操作的情况下,通过所述判定部判定为发生了所述意外动作时,所述动作修正部修正所述附属装置配件的动作。
(3-1)
一种挖土机,其具备:
行走体;
回转体,回转自如地搭载于所述行走体;
附属装置配件,搭载于所述回转体;
液压致动器,驱动所述附属装置配件;及
液压控制部,与所述附属装置配件的动作关联地控制所述液压致动器的液压,并且能够与所述附属装置配件的操作状态无关地控制所述液压致动器的液压。
(3-2)
根据(3-1)所述的挖土机,其还具备:
控制阀,根据由操作者进行的操作来控制所述液压致动器的动作,
所述液压控制部通过从所述控制阀与所述液压致动器之间的油路向罐排出工作油来控制所述液压致动器的液压。
(3-3)
根据(3-2)所述的挖土机,其还具备:
保持阀,设置于所述控制阀与所述液压致动器之间的油路,并保持所述液压致动器的工作油,
所述液压控制部通过从所述液压致动器与所述保持阀之间的油路向罐排出工作油来控制所述液压致动器的液压。
(3-4)
根据(3-1)所述的挖土机,其还具备:
控制阀,根据由操作者进行的操作来控制所述液压致动器的动作,
所述液压控制部通过将修正与所述附属装置配件的操作状态相对应的信号而得到的信号或不同于与所述附属装置配件的操作状态相对应的信号的另一信号输入到所述控制阀来控制所述液压致动器的液压。
(3-5)
根据(3-1)所述的挖土机,其还具备:
液压泵,由规定的动力源驱动,并向所述液压致动器供给工作油,
所述液压控制部通过控制所述液压泵或所述动力源来控制所述液压致动器的液压。
(3-6)
根据(3-1)所述的挖土机,其还具备:
控制阀,根据由操作者进行的操作来控制所述液压致动器的动作;
保持阀,设置于所述控制阀与所述液压致动器之间的油路,并保持所述液压致动器的工作油;及
保持解除部,根据所述附属装置配件的操作状态来解除基于所述保持阀的所述液压致动器的工作油的保持,
所述液压控制部与所述附属装置配件的操作状态无关地控制所述保持解除部,通过解除基于所述保持阀的所述工作油的保持来控制所述液压致动器的压力。
(3-7)
根据(3-1)至(3-6)中任一项所述的挖土机,其还具备:
判定部,判定是否发生了该挖土机的规定的意外动作;及
动作修正部,当通过所述判定部判定为发生了所述意外动作时,使用所述液压控制部修正所述附属装置配件的动作。
(3-8)
根据(3-7)所述的挖土机,其中,
在所述行走体未被操作且所述附属装置配件被操作的情况下,通过所述判定部判定为发生了所述意外动作时,所述动作修正部修正所述附属装置配件的动作。
[变形/改良]
以上,对用于实施本发明的方式进行了详细叙述,但本发明并不限定于该特定的实施方式,在技术方案中所记载的本发明的要旨的范围内能够进行各种变形、变更、取代等。并且,只要不存在技术上的矛盾,则参考上述实施方式说明的特征分别可以适当地组合,关于以下的各变形例也相同。
<第1变形例>
例如,在上述实施方式中,主要对能够将动臂缸7的杆侧油室及缸底侧油室双方的工作油排出到罐T的结构(例如,图27、图31~图35)进行了说明,但也可以为将其中任一方的工作油排出到罐T的结构。具体而言,当预先可知因设想的意外动作而应抑制压力的油室时(例如,如振动动作那样,控制对象固定于缸底侧油室时),可以采用能够仅将一方的油室的工作油排出到罐 T的结构。
并且,在上述实施方式中,主要修正附属装置配件中的动臂缸7的动作 (具体而言,动臂缸7的压力),但当然可以控制斗杆缸8或铲斗缸9的动作。以下,参考图37、图38对修正斗杆缸8的动作的具体例进行说明。
图37、图38是说明挖土机100的第1变形例的图。具体而言,图37是与挖土机100的拖拽动作有关的动作波形图。在图37中从上依次示出沿与附属装置配件延伸的方向相对应的直线L1的下部行走体1的速度v、沿直线L1的下部行走体1的加速度α、在附属装置配件中产生的围绕动作轴的力矩τ (例如,图38所示的围绕斗杆5的动作轴的力矩τ2)及附属装置配件的动作施加于挖土机100的车身的沿直线L1的力F3。并且,图38是表示与由挖土机 100进行的挖掘工作相对应的力学模型的一例的图,并且是例示性地表示在挖掘工作时作用于挖土机100的力的图。
另外,在图37中,作为比较例,用单点划线示出未进行附属装置配件的动作的修正时的动作波形。
首先,对未进行附属装置配件的动作的修正时的挖土机100的动作进行说明。
如图37所示,在时刻t0之前未发生拖拽动作,下部行走体1相对于地面静止,速度v为零。
若在时刻t0操作者将操纵杆装置26A、26B的操作杆进一步倾斜,则力矩τ2(或围绕其他附属装置配件的动作轴的力矩τ1、τ3)增加。由此,施加于挖土机100的主体的沿直线L1的力F3增加。而且,在时刻t1,力F3超出最大静摩擦力μN。如此一来,下部行走体1相对于地面开始被拖拽(开始滑动),速度v如单点划线所示逐渐增加。
接着,对进行附属装置配件的动作的修正时的挖土机100的动作进行说明。
如图37所示,若在时刻t1下部行走体1开始滑动,则加速度α开始增加。换言之,下部行走体1的拖拽动作表现为加速度α的增加。因此,动作判定部301例如根据由上述加速度传感器32A检测的加速度α来判定拖拽动作的发生。例如,若通过加速度传感器32A检测的加速度α超出规定的阈值αTH,则动作判定部301判定为发生了拖拽动作。而且,若通过动作判定部30 1进行该判定,则由动作修正部302进行的附属装置配件的动作的修正控制变为有效(参考图36)。
具体而言,在时刻t2,加速度α超出阈值αTH,由此由动作修正部302 进行的修正控制变为有效。修正控制在修正期间T之间变为有效,在该修正期间T,动作修正部302不依赖于由操作者进行的操作状态而降低围绕斗杆5的动作轴的力矩τ2。若力矩τ2降低,附属装置配件施加于挖土机100的主体的力F3变小。而且,若力F3低于动摩擦力μ'N,则拖拽动作停止。
在经过修正期间T之后,附属装置配件(斗杆5)的动作的修正控制被解除,恢复为基于由操作者进行的操作输入的修正前的原来的力矩τ2。修正期间T可以为1毫秒~2秒左右,若考虑由本发明人等进行的模拟结果等,则更优选设为10ms~200ms左右即可。
在修正解除后,力F也增大至原来的水平,但由于下部行走体1相对于地面静止,因此只要力F不超出最大静摩擦力μN,则维持静止状态,不会再次发生拖拽动作。
例如,设想图38的挖掘工作,若在铲斗6中装载有大量的沙土的状态下拉(关闭)斗杆5,则产生力F3,下部行走体1开始向前方被拖拽。如此一来,动作修正部302根据由动作判定部301判定出的判定结果即时减小斗杆缸 8的压力来限制推力,由此降低斗杆5的牵拉力即力矩τ2。由此,从附属装置配件施加于车身(上部回转体3)的力F3降低而低于动摩擦力μ'N,挖土机100的拖拽动作停止。在拖拽动作停止之后,由动作修正部302进行的修正控制被解除,斗杆5的力矩τ2恢复为原来的状态,即恢复为与由操作者进行的操作状态相应的力矩τ2。此时,最大静摩擦力μN(>μ'N)为有效,因此不会发生拖拽动作。通过以非常短的时间间隔定期反复进行该处理,无需要求改变由操作者进行的操作杆的操作量,并且不会损害操作者的操作感(操作性)而能够抑制拖拽动作。
如此,可以修正动臂缸7以外的附属装置配件的动作来抑制意外动作。
<第2变形例>
在上述实施方式及变形例中,以抑制动臂缸7等的压力来限制推力的方式修正附属装置配件的动作,但也可以通过其他方式修正附属装置配件的动作。以下,参考图39对以使附属装置配件中的至少一个位移来微调附属装置配件的姿势的方式修正附属装置配件的动作的方法进行说明。
图39是说明挖土机100的第2变形例的图。具体而言,图39是说明根据其他方式的附属装置配件的修正方法的图。在图39中示出从正横向观察的挖掘工作中的挖土机100。用实线表示动作的修正前的附属装置配件的状态,用单点划线表示动作的修正后的附属装置配件的状态。
例如,设想在铲斗6中装载有大量的沙土,在该状态下挖土机100搂住铲斗6(即,关闭斗杆5及铲斗6)的情况。在该情况下,以铲斗6为中心产生以动臂的根部3A为作用点的力矩T。该力矩T中与地面平行的分量作为拖拽下部行走体1的力F3发挥作用。
若通过动作修正部302修正附属装置配件的动作而附属装置配件的姿势发生变化,则作用于根部3A的力矩(力)的朝向从T变为Ta。作为一例,在图 39中,通过动作修正部302将动臂4的位置从实线修正为单点划线4a。修正后的力矩Ta中与地面平行的分量(拖拽下部行走体1的力)Fa变得小于修正前的力F3。由此,抑制挖土机100的拖拽动作。具体而言,动作修正部302不依赖于由操作者进行的操作状态而使斗杆缸8向收缩方向(即,使斗杆5下降的方向)动作,由此实现本修正。更具体而言,例如,动作修正部302对图28 的电磁比例阀输出使斗杆缸8向收缩方向移动的电流指令值即可。
并且,若力矩的朝向从T变为Ta,则与地面垂直的方向的分量即将下部行走体1按压在地面上的力增加。由此,与修正前相比垂直阻力N增加,动摩擦力μ'N增加,进而抑制拖拽动作。
在图39的例子中,通过减小对拖拽动作带来影响的力F3和增大垂直阻力 N这两个作用来抑制拖拽动作,但仅使用其中一个作用的方式也有效。
如此,可以以微调挖土机100的附属装置配件的姿势的方式修正附属装置配件的动作来抑制意外动作。
<第3变形例>
在上述实施方式及变形例中,当判定为发生了意外动作时,修正附属装置配件的动作,但也可以与有无发生意外动作无关地修正附属装置配件的动作以抑制意外动作。以下,参考图40例示出振动动作的情况,同时对与有无发生意外动作无关地修正附属装置配件的动作以抑制意外动作的方法进行说明。
图40是说明挖土机100的第3变形例的图。具体而言,是概略地表示由动作修正部302进行的振动动作的抑制处理的一例的流程图。基于本流程图的处理例如在挖土机100的运转中每隔规定时间反复执行。
在步骤S4000中,动作判定部301判定是否正在进行空中动作。当判定为正在进行空中动作时,动作判定部301进入步骤S4002,当判定为不在空中动作中时,结束本次的处理。
在步骤S4002中,动作修正部302监控附属装置配件的状态(例如,动臂角θ1、斗杆角θ2、铲斗角θ3等)。
在步骤S4004中,动作修正部302根据附属装置配件的状态来例如确定限制推力FMAX(参考图18)。
在步骤S4006中,动作修正部302根据附属装置配件的状态来确定保持推力FMIN(参考图18)。
在步骤S4008中,动作修正部302根据限制推力FMAX及保持推力FMIN来确定控制对象的缸(例如,动臂缸7)的缸底压的上限PMAX(参考图30)。
如此,动作修正部302可以不依赖于振动动作的发生而限制缸的推力来抑制振动动作。并且,关于其他意外动作即拖拽动作或翘起动作的抑制也相同,动作修正部302可以与有无发生意外动作无关地执行按照通过上述修正方法 (参考图9~图18等)规定的控制目标值的控制来抑制意外动作。
<第4变形例>
在上述实施方式及变形例中,为了抑制挖土机100的意外动作而将控制对象的缸(例如,动臂缸7)的杆侧油室或缸底侧油室的工作油排出到罐,但也可以进行再生。以下,参考图41~图48 对通过在控制对象缸的杆侧油室及缸底侧油室之间再生工作油来抑制意外动作(例如,拖拽动作或翘起动作)的方法进行说明。
图41是表示搭载于第4变形例所涉及的挖土机的驱动系统的结构例的图。在图41中,用双重线表示机械动力系统,用粗实线表示工作油管路,用虚线表示先导管路,用单点划线表示电气控制系统。
如上所述(参考图2),在发动机11的输出轴上连接有主泵14及先导泵 15。主泵14为每旋转1次的吐出量被调节器14A控制的可变容量型液压泵。先导泵15为固定容量型液压泵。在主泵14上经由工作油管路16连接有控制阀17。在先导泵15上经由先导管路25连接有操作装置26。
如上所述,控制阀17为包括多个阀的阀组,控制挖土机中的液压系统。控制阀17经由工作油管路连接于行走液压马达1L、行走液压马达1R、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。
如上所述,操作装置26为用于操作液压致动器的装置,包括操作杆及操作踏板。操作装置26经由先导管路27连接于控制阀17且经由先导管路28连接于压力传感器29。
如上所述,压力传感器29检测操作装置26所生成的先导压,并将与所检测出的先导压有关的信息发送到控制器30。压力传感器29包括检测斗杆操作杆的操作状态的斗杆操作压传感器、检测动臂操作杆的操作状态的动臂操作压传感器等。
如上所述,控制器30为作为进行挖土机的驱动控制的主控制部的控制装置。本实施例中,控制器30由包括CPU及内部存储器的运算处理装置构成,通过使CPU执行存储于内部存储器中的驱动控制用程序来实现各种功能。
缸压传感器32F为上述各种传感器32的一例,即,包括在各种传感器32 中。具体而言,缸压传感器32F为检测液压缸的油室中的工作油的压力的传感器,对控制器30输出所检测出的值。缸压传感器32F包括斗杆杆压传感器、动臂杆压传感器、斗杆缸底压传感器、动臂缸底压传感器等。斗杆杆压传感器检测斗杆缸8的杆侧油室8R中的工作油的压力即斗杆杆压。动臂杆压传感器检测动臂缸7的杆侧油室7R中的工作油的压力即动臂杆压。斗杆缸底压传感器检测斗杆缸8的缸底侧油室8B中的工作油的压力即斗杆缸底压。动臂缸底压传感器检测动臂缸7的缸底侧油室7B中的工作油的压力即动臂缸底压。
姿势传感器32F为上述各种传感器32的一例,即,包括在各种传感器32 中。具体而言,姿势传感器32G为检测挖土机的姿势的传感器,对控制器30 输出所检测出的值。姿势传感器32G包括斗杆角度传感器、动臂角度传感器、铲斗角度传感器、回转角度传感器、倾斜角度传感器等。斗杆角度传感器检测斗杆5相对于动臂4的开闭角度(以下,设为“斗杆角度”。)。动臂角度传感器检测动臂4相对于上部回转体3的俯仰角度(以下,设为“动臂角度”。)。铲斗角度传感器检测铲斗6相对于斗杆5的开闭角度(以下,设为“铲斗角度”。)。斗杆角度传感器、动臂角度传感器及铲斗角度传感器的各自例如由加速度传感器与陀螺仪传感器的组合构成。也可以由电位差计、行程传感器、旋转编码器等构成。回转角度传感器检测上部回转体3相对于下部行走体1的回转角度。倾斜角度传感器检测挖土机的接地面相对于水平面的角度即机身倾斜角度。
显示装置DD为用于显示各种信息的装置,例如为设置于挖土机的驾驶舱的液晶显示器。显示装置DD根据来自控制器30的控制信号来显示各种信息。
语音输出装置AD为用于语音输出各种信息的装置,例如为设置于挖土机的驾驶舱的扬声器。语音输出装置AD根据来自控制器30的控制信号来语音输出各种信息。
再生阀V1配置于将液压缸的杆侧油室与缸底侧油室进行连接的第1油路C 1。即,再生阀V1配置于调整向液压缸的工作油的流量的流量控制阀与液压缸之间。再生阀V1例如为电磁比例阀,根据来自控制器30的控制电流来控制第 1油路C1的流路面积。再生阀V1包括动臂再生阀、斗杆再生阀等。本实施例中,再生阀V1为配置于将动臂缸7的杆侧油室7R与缸底侧油室7B进行连接的第1油路C1的动臂再生阀。再生阀V1允许杆侧油室7R与缸底侧油室7B之间的双方向的工作油的流动。即,不包括单向阀。但是,再生阀V1也可以包括包含配置有仅允许从杆侧油室7R向缸底侧油室7B的工作油的流动的单向阀的油路的第1阀位置、包含配置有仅允许从缸底侧油室7B向杆侧油室7R的工作油的流动的单向阀的油路的第2阀位置及隔断杆侧油室7R与缸底侧油室7B 之间的工作油的流动的第3阀位置。或者,再生阀V1可以由包含相当于第1 阀位置的阀位置和相当于第3阀位置的阀位置这2个阀位置的第1比例阀和包含相当于第2阀位置的阀位置和相当于第3阀位置的阀位置这2个阀位置的第 2比例阀构成。并且,再生阀V1配置于控制阀17的外部。因此,与控制阀17 内的滑阀的运动独立地受到控制。
控制器30得到压力传感器29、缸压传感器32F、姿势传感器32G等的输出并执行基于各种功能要件的运算。各种功能要件包括挖掘操作检测部302A、姿势检测部302B、允许最大压力计算部302C、再生阀控制部302D等来作为上述动作修正部302的详细的功能要件。各种功能要件可以由软件构成,也可以由硬件构成。而且,控制器30对显示装置DD、语音输出装置AD、再生阀V1 等输出其运算结果。
挖掘操作检测部302A为检测已进行挖掘操作的功能要件。本实施例中,挖掘操作检测部302A检测已进行包含斗杆关闭操作的斗杆挖掘操作。具体而言,当检测出斗杆关闭操作、动臂杆压为规定值以上且斗杆缸底压与斗杆杆压的压力差为规定值以上时,挖掘操作检测部302A检测出已进行斗杆挖掘操作。另外,斗杆挖掘操作包括仅有斗杆关闭操作的单独操作、作为斗杆关闭操作与动臂下降操作的组合的复合操作、作为斗杆关闭操作与铲斗关闭操作的组合的复合操作。
挖掘操作检测部302A也可以检测是否已进行包含动臂提升操作的动臂提升复合挖掘操作。具体而言,当检测出动臂提升操作、动臂杆压为规定值以上且斗杆缸底压与斗杆杆压的压力差为规定值以上时,挖掘操作检测部302A检测出已进行动臂提升复合挖掘操作。并且,挖掘操作检测部302A也可以以检测出斗杆关闭操作为追加条件而检测出已进行动臂提升复合挖掘操作。
挖掘操作检测部302A也可以除了压力传感器29、缸压传感器32F的输出以外还使用姿势传感器32G等其他传感器的输出,或者使用姿势传感器32G等其他传感器的输出而代替压力传感器29、缸压传感器32F的输出来检测是否已进行挖掘操作。
姿势检测部302B为检测挖土机的姿势的功能要件。本实施例中,姿势检测部302B根据姿势传感器32G的输出来检测动臂角度、斗杆角度、铲斗角度、机身倾斜角度及回转角度来作为挖土机的姿势。
允许最大压力计算部302C为计算挖掘工作中的液压缸中的工作油的允许最大压力的功能要件。允许最大压力根据挖土机的姿势而发生变化。若在挖掘工作中液压缸中的工作油超出允许最大压力,则挖土机的机身有可能产生意外运动。意外运动包括机身的翘起、机身的拖拽等。本实施例中,允许最大压力计算部302C计算挖掘工作中的允许最大动臂杆压。若动臂杆压超出允许最大动臂杆压,则挖土机的机身有可能翘起。允许最大压力计算部302C也可以计算挖掘工作中的允许最大斗杆缸底压。若斗杆缸底压超出允许最大斗杆缸底压,则挖土机的机身有可能向挖掘地点侧被拖拽。
再生阀控制部302D为为了防止挖掘工作中的挖土机的机身的意外运动而控制再生阀V1的功能要件。本实施例中,为了防止挖土机的机身的翘起,再生阀控制部302D调整再生阀V1的开口面积来将动臂杆压控制为允许最大动臂杆压以下。具体而言,当判定为满足与挖土机的机身的稳定度有关的规定的条件(以下,设为“控制开始条件”。)时,再生阀控制部302D控制再生阀V1 来防止挖土机的机身的意外运动。
更具体而言,当正在进行仅有斗杆关闭操作的单独操作即斗杆挖掘操作时,若动臂杆压上升而达到允许最大动臂杆压以下的规定压力,则再生阀控制部302D判定为满足控制开始条件。而且,打开再生阀V1来加大再生阀V1的开口面积。其结果,工作油从杆侧油室7R流向缸底侧油室7B,动臂杆压降低。此时,缸底侧油室7B的容积增大,动臂缸7伸长。如此,再生阀控制部3 02D通过减小动臂杆压来防止动臂杆压超出允许最大动臂杆压,从而防止挖土机的机身翘起。
并且,当打开了再生阀V1时,再生阀控制部302D可以向显示装置DD及语音输出装置AD中的至少一方输出控制信号。这是为了将表示打开了再生阀V 1的内容的文本信息显示于显示装置DD或者从语音输出装置AD输出表示该内容的语音信息、报警声等。
接着,参考图42对由姿势检测部302B进行的挖土机的姿势的检测及由允许最大压力计算部302C进行的允许最大压力的计算进行说明。另外,图42是表示在进行挖掘时作用于挖土机的力的关系的图。
首先,对与用于在挖掘工作中防止机身翘起的控制有关的参数进行说明。
在图42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的前端。另外,在图42中,为了明确说明而省略了铲斗缸9的图示。
并且,在图42中,将连结点P1及点P3的直线与水平线之间的角度表示为动臂角度θ1,将连结点P3及点P6的直线与连结点P6及点P7的直线之间的角度表示为斗杆角度θ2,将连结点P6及点P7的直线与连结点P7及点P8 的直线之间的角度表示为铲斗角度θ3。
另外,在图42中,距离D1表示发生机身的翘起时的旋转中心RC与挖土机的重心GC之间的水平距离,即挖土机的质量M及重力加速度g的乘积即重力M·g的作用线与旋转中心RC之间的距离。而且,距离D1与重力M·g的大小的乘积表示围绕旋转中心RC的第1力的力矩的大小。另外,记号“·”表示“×”(乘法运算记号)。
并且,在图42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的铅垂分量FR1的作用线与旋转中心RC之间的距离。而且,距离D2与铅垂分量FR1的大小的乘积表示围绕旋转中心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的铅垂分量FR1由FR1=FR·cosθ表示。并且,根据动臂角度θ1、斗杆角度θ2 及铲斗角度θ3计算挖掘角度θ。
并且,在图42中,距离D3表示连结点P2及点P3的直线与旋转中心RC 之间的距离,即欲伸出动臂缸7的杆7C的力FB的作用线与旋转中心RC之间的距离。而且,距离D3与力FB的大小的乘积表示围绕旋转中心RC的第3力的力矩的大小。
并且,在图42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。而且,距离D4与挖掘反作用力FR的大小的乘积表示围绕点P6的第1力的力矩的大小。
并且,在图42中,距离D5表示连结点P4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。而且,距离D 5与斗杆推力FA的大小的乘积表示围绕点P6的第2力的力矩的大小。
在此,假设能够将挖掘反作用力FR的铅垂分量FR1欲使挖土机围绕旋转中心RC翘起的力的力矩的大小和欲伸出动臂缸7的杆7C的力FB欲使挖土机围绕旋转中心RC翘起的力的力矩的大小替换。在该情况下,由以下(1)式表示围绕旋转中心RC的第2力的力矩的大小与围绕旋转中心RC的第3力的力矩的大小的关系。
FR1·D2=FR·cosθ·D2=FB·D3 ……(31)
并且,认为斗杆推力FA围绕点P6欲关闭斗杆5的力的力矩的大小与挖掘反作用力FR围绕点P6欲打开斗杆5的力的力矩的大小平衡。在该情况下,由以下(32)式及(32)'式表示围绕点P6的第1力的力矩的大小与围绕点P6 的第2力的力矩的大小的关系。另外,记号“/”表示“÷”(除法运算记号)。
FA·D5=FR·D4 ……(32)
FR=FA·D5/D4 ……(32)'
并且,根据(31)式及(32)式,由以下(33)式表示欲伸出动臂缸7的杆7C的力FB
FB=FA·D2·D5·cosθ/(D3·D4) ……(33)
另外,如图42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动臂杆压PB,将面向动臂缸7的缸底侧油室7B的活塞的圆状受压面积设为面积AB2,将缸底侧油室7B中的工作油的压力设为动臂缸底压PB2,则由FB=PB·AB-PB2·AB2表示欲伸出动臂缸7的杆7C的力FB。其中,由于PB>>PB2,因此由FB=PB·AB表示FB。因此,由以下(34)式及(34)'式表示(33)式。
PB=FA·D2·D5·cosθ/(AB·D3·D4) ……(34)
FA=PB·AB·D3·D4/(D2·D5·cosθ) ……(34)'
在此,认为若将机身翘起时的欲伸出动臂缸7的杆7C的力FB设为力FBMAX,则重力M·g欲防止使机身翘起的围绕旋转中心RC的第1力的力矩的大小与力 FBMAX欲使机身翘起的围绕旋转中心RC的第3力的力矩的大小平衡。在该情况下,由以下(35)表示这2个力的力矩的大小的关系。
M·g·D1=FBMAX·D3 ……(35)
并且,若将此时的动臂杆压PB设为用于防止机身的翘起的允许最大动臂杆压(以下,设为“第1允许最大压力”。)PBMAX,则由以下(36)式表示第1 允许最大压力PBMAX
PBMAX=M·g·D1/(AB·D3) ……(36)
并且,距离D1为常数,距离D2~D5与挖掘角度θ同样地为根据挖掘附属装置配件的姿势即动臂角度θ1、斗杆角度θ2及铲斗角度θ3来确定的值。具体而言,距离D2根据动臂角度θ1、斗杆角度θ2及铲斗角度θ3来确定,距离D3根据动臂角度θ1来确定,距离D4根据铲斗角度θ3来确定,距离D5根据斗杆角度θ2来确定。
其结果,允许最大压力计算部302C能够使用姿势检测部302B所检测的动臂角度θ1和(36)式来计算第1允许最大压力PBMAX
并且,再生阀控制部302D能够通过将动臂杆压PB维持为第1允许最大压力PBMAX以下的规定压力来防止挖土机的机身的翘起。具体而言,当动臂杆压PB达到规定压力时,再生阀控制部302D使从杆侧油室7R向缸底侧油室7B流出的工作油的流量增大而降低动臂杆压PB。这是因为,动臂杆压PB的降低如(3 4)'式所示导致斗杆推力FA的降低,进而如(32)'式所示导致挖掘反作用力F R的下降,进而导致其铅垂分量FR1的降低。
并且,旋转中心RC的位置根据回转角度传感器32D的输出来确定。例如,当下部行走体1与上部回转体3之间的回转角度为0度时,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,当下部行走体1与上部回转体 3之间的回转角度为180度时,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,当下部行走体1与上部回转体3之间的回转角度为90 度或270度时,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工作中机身向挖掘地点侧被拖拽的控制有关的参数进行说明。
由以下(7)表示在挖掘工作中欲使机身向水平方向运动的力的关系。
μ·N≥FR2 ……(37)
另外,静摩擦系数μ表示挖土机的接地面的静摩擦系数,垂直阻力N表示相对于挖土机的重力M·g的垂直阻力,力FR2表示欲将挖土机向挖掘地点侧拖拽的挖掘反作用力FR的水平分量FR2。并且,摩擦力μ·N表示欲使挖土机静止的最大静摩擦力,若挖掘反作用力FR的水平分量FR2超出最大静摩擦力μ·N,则挖土机向挖掘地点侧被拖拽。另外,静摩擦系数μ可以为预先存储于ROM等中的值,也可以为根据各种信息动态地计算的值。本实施例中,静摩擦系数μ为操作者经由输入装置(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水平的摩擦状态(静摩擦系数)中选择所期望的摩擦状态(静摩擦系数)。
其中,由FR2=FR·sinθ表示挖掘反作用力FR的水平分量FR2,并且,根据 (32)'式,由FR=FA·D5/D4表示挖掘反作用力FR,因此由以下(38)式表示 (37)式。
μ·M·g≥FA·D5·sinθ/D4 ……(38)
并且,如图42的Y-Y剖视图所示,若将面向斗杆缸8的缸底侧油室8B的活塞的圆状受压面积设为面积AA,将缸底侧油室8B中的工作油的压力设为斗杆缸底压PA,将面向斗杆缸8的杆侧油室8R的活塞的圆状受压面积设为面积A A2,将杆侧油室8R中的工作油的压力设为斗杆杆压PA2,则由FA=PA·AA-PA2·AA2表示斗杆推力FA。其中,由于PA>>PA2,因此由FA=PA·AA表示斗杆推力FA。因此,由以下(39)式表示(38)式。
PA≤μ·M·g·D4/(AA·D5·sinθ) ……(39)
其中,(39)式的右边与左边相等时的斗杆缸底压PA相当于能够避免机身向挖掘地点侧被拖拽的允许最大斗杆缸底压,即用于防止机身向挖掘地点侧被拖拽的允许最大斗杆缸底压(以下,设为“第2允许最大压力”。)PAMAX
根据以上关系,允许最大压力计算部302C能够使用姿势检测部302B所检测的动臂角度θ1、斗杆角度θ2及铲斗角度θ3和(39)式来计算第2允许最大压力PAMAX
并且,再生阀控制部302D能够通过将斗杆缸底压PA维持为第2允许最大压力PAMAX以下的规定压力来防止挖土机的机身向挖掘地点侧被拖拽。具体而言,当斗杆缸底压PA达到规定压力时,再生阀控制部302D减少从第1泵14L 向缸底侧油室8B流入的工作油的流量而降低斗杆缸底压PA。当在将杆侧油室8 R与缸底侧油室8B进行连接的油路中配置有再生阀时,在斗杆缸底压PA达到规定压力时,再生阀控制部302D可以使从缸底侧油室8B向杆侧油室8R流出的工作油的流量增大而降低斗杆缸底压PA。这是因为,斗杆缸底压PA的降低导致斗杆推力FA的降低,进而导致挖掘反作用力FR的水平分量FR2的降低。
接着,参考图43对搭载于图1的挖土机的液压回路的结构例进行说明。图43是表示搭载于挖土机的液压回路的结构例的图。在图43的例子中,驱动系统包括第1泵14L、第2泵14R、控制阀17及液压致动器。液压致动器包括动臂缸7、斗杆缸8、铲斗缸9及回转液压马达21。并且,液压致动器可以包括行走液压马达1L、1R。
回转液压马达21为使上部回转体3回转的液压马达,端口21L、21R分别经由安全阀22L、22R连接于工作油罐T且经由单向阀23L、23R连接于工作油罐T。
第1泵14L从工作油罐T吸入工作油并吐出。第1泵14L连接于调节器14 AL。调节器14AL根据来自控制器30的指令改变第1泵14L的斜板偏转角来控制第1泵14L的排量容积(每旋转1圈的吐出量)。关于与第2泵14R有关的调节器14AR也相同。第1泵14L及第2泵14R对应于图41的主泵14,调节器 14AL、14AR对应于图41的调节器14A。
第1泵14L、第2泵14R使工作油经过中间旁通管路400L、400R、并联管路420L、420R、返回管路430L、430R、430C循环至工作油罐T。
中间旁通管路400L为通过配置于控制阀17内的流量控制阀170、172L及 173L的工作油管路。中间旁通管路400R为通过配置于控制阀17内的流量控制阀171、172R及173R的工作油管路。
并联管路420L为与中间旁通管路400L并行的工作油管路。当通过中间旁通管路400L的工作油的流动由流量控制阀170或流量控制阀172L限制或隔断时,并联管路420L将工作油供给到更下游的流量控制阀。并联管路420R为与中间旁通管路400R并行的工作油管路。当通过中间旁通管路400R的工作油的流动由流量控制阀171或流量控制阀172R限制或隔断时,并联管路420R将工作油供给到更下游的流量控制阀。
返回管路430L为与中间旁通管路400L并行的工作油管路。返回管路430L 使从液压致动器通过流量控制阀170、172L、173L流动的工作油流通至返回管路430C。返回管路430R为与中间旁通管路400R并行的工作油管路。返回管路 430R使从液压致动器通过流量控制阀171、172R、173R流动的工作油流通至返回管路430C。
中间旁通管路400L、400R在位于最下游的流量控制阀173L、173R的各自与工作油罐T之间具备负控制节流器18L、18R及安全阀19L、19R。第1泵14 L、第2泵14R所吐出的工作油的流动由负控制节流器18L、18R限制。而且,负控制节流器18L、18R产生用于控制调节器14AL、14AR的控制压(负控压)。当负控压达到规定的安全压时,安全阀19L、19R将中间旁通管路400 L、400R的工作油排出到工作油罐T。
在返回管路430C的最下游设置有带弹簧的单向阀20。带弹簧的单向阀20 发挥提高连结回转液压马达21与返回管路430C的管路440内的工作油的压力的功能。通过该结构,能够向回转减速时的回转液压马达21的吸入侧端口可靠地补给工作油而防止发生气蚀(Cavitation)。
控制阀17为进行挖土机中的液压驱动系统的控制的液压控制装置。本实施例中,控制阀17为包括流量控制阀170、171、172L、172R、173L、173R和中间旁通管路400L、400R、并联管路420L、420R及返回管路430L、430R的铸造零件。
流量控制阀170、171、172L、172R、173L及173R为控制流出/流入液压致动器的工作油的朝向及流量的阀。在图43的例子中,流量控制阀170、17 1、172L、172R、173L及173R的各自为由左右中的任一个先导端口接受对应的操作装置26所生成的先导压而动作的3口3位的滑阀。操作装置26使根据操作量(操作角度)而生成的先导压作用于与操作方向相对应的一侧的先导端口。
具体而言,流量控制阀170为控制流出/流入回转液压马达21的工作油的朝向及流量的滑阀,流量控制阀171为控制流出/流入铲斗缸9的工作油的朝向及流量的滑阀。
流量控制阀172L、172R为控制流出/流入动臂缸7的工作油的朝向及流量的滑阀,流量控制阀173L、173R为控制流出/流入斗杆缸8的工作油的朝向及流量的滑阀。
再生阀V1为根据来自控制器30的指令调整开口的大小来控制流量的阀,设置于第1油路C1。第1油路C1将第2油路C2与第3油路C3进行连接。第 2油路C2将动臂缸7的杆侧油室7R与流量控制阀172L、172R进行连接。第3 油路C3将动臂缸7的缸底侧油室7B与流量控制阀172L、172R进行连接。在图43的例子中,再生阀V1为配置于控制阀17的外部的动臂再生阀,是能够切换第2油路C2与第3油路C3之间的连通/隔断的1口2位的电磁比例阀。具体而言,当再生阀V1位于第1阀位置时以最大开口使第2油路C2与第3油路C3之间连通,当位于第2阀位时能够隔断其连通。并且,再生阀V1能够停留在第1阀位置与第2阀位置之间的任意的阀位置。越靠近第1阀位置,再生阀V1的开口面积越大。再生阀V1还可以与流量控制阀同样地配置于控制阀17 的内部。在该情况下,第1油路C1也配置于控制阀17的内部。
例如,控制器30若检测出动臂杆压达到规定压力,则向再生阀V1输出指令。接收到指令的再生阀V1从第2阀位置朝向第1阀位置位移而使第2油路C 2与第3油路C3之间连通。
在图43的例子中,再生阀V1还包括斗杆再生阀V1a。斗杆再生阀V1a为配置于将斗杆缸8的杆侧油室8R与缸底侧油室8B进行连接的第1油路C1a的电磁比例阀。斗杆再生阀V1a例如根据来自控制器30的控制电流来控制第1 油路C1a的流路面积。斗杆再生阀V1a允许杆侧油室8R与缸底侧油室8B之间的双方向的工作油的流动。即,不包括单向阀。并且,斗杆再生阀V1a配置于控制阀17的外部。因此,与控制阀17内的滑阀的运动独立地受到控制。
具体而言,第1油路C1a将第2油路C2a与第3油路C3a进行连接。第2 油路C2a将斗杆缸8的杆侧油室8R与流量控制阀173L、173R进行连接。第3 油路C3a将斗杆缸8的缸底侧油室8B与流量控制阀173L、173R进行连接。在图43的例子中,斗杆再生阀V1a为能够切换第2油路C2a与第3油路C3a之间的连通/隔断的1口2位的电磁比例阀。具体而言,当斗杆再生阀V1a位于第1阀位置时以最大开口使第2油路C2a与第3油路C3a之间连通,当位于第 2阀位时能够隔断其连通。并且,斗杆再生阀V1a能够停留在第1阀位置与第 2阀位置之间的任意的阀位置。越靠近第1阀位置,斗杆再生阀V1a的开口面积越大。斗杆再生阀V1a还可以与流量控制阀同样地配置于控制阀17的内部。在该情况下,第1油路C1a也配置于控制阀17的内部。
接着,参考图44对控制器30防止挖土机的机身的翘起,同时支援挖掘工作的处理(以下,设为“第1支援处理”。)进行说明。另外,图44是表示第1支援处理的流程的流程图,控制器30以规定周期反复执行该第1支援处理。
首先,控制器30的挖掘操作检测部302A判定是否正在进行挖掘操作(步骤S1)。
控制器30例如根据压力传感器29的输出来检测是否正在进行斗杆关闭操作。而且,当检测出正在进行斗杆关闭操作时,挖掘操作检测部302A计算斗杆缸底压与斗杆杆压的压力差。而且,当所计算出的压力差为规定值以上时,挖掘操作检测部302A判定为正在进行挖掘操作(斗杆挖掘操作)。
或者,控制器30根据压力传感器29的输出来检测正在进行动臂提升操作中。而且,当检测出正在进行动臂提升操作时,挖掘操作检测部302A获取动臂杆压。并且,挖掘操作检测部302A计算斗杆缸底压与斗杆杆压的压力差。而且,当动臂杆压为规定值以上且所计算出的压力差为规定值以上时,挖掘操作检测部302A判定为正在进行挖掘操作(动臂提升复合挖掘操作中)。
当判定为不在挖掘操作中时(步骤S1的“否”),挖掘操作检测部302A 结束本次的第1支援处理。
另一方面,当判定为挖掘操作检测部302A正在进行挖掘操作时(步骤S1 的“是”),姿势检测部302B检测挖土机的姿势(步骤S2)。具体而言,姿势检测部302B根据斗杆角度传感器、动臂角度传感器及铲斗角度传感器的输出来检测动臂角度θ1、斗杆角度θ2及铲斗角度θ3。这是为了能够使控制器30的允许最大压力计算部302C导出作用于挖掘附属装置配件的力的作用线与规定的旋转中心之间的距离。
然后,允许最大压力计算部302C根据姿势检测部302B的检测值来计算第 1允许最大压力PBMAX(步骤S3)。具体而言,允许最大压力计算部302C使用上述(6)式来计算第1允许最大压力PBMAX
然后,允许最大压力计算部302C将所计算出的第1允许最大压力PBMAX以下的规定压力设定为目标动臂杆压PBT(步骤S4)。具体而言,允许最大压力计算部302C将从第1允许最大压力PBMAX减去规定值之后的值设定为目标动臂杆压 PBT
然后,控制器30的再生阀控制部302D判定是否满足与挖土机的机身的稳定度有关的规定的条件即控制开始条件(步骤S5)。例如,当动臂杆压PB达到目标动臂杆压PBT时,再生阀控制部302D判定为满足控制开始条件。这是因为能够判断,若动臂杆压PB以该状态继续上升,则挖土机的机身有可能翘起。
当判定为满足控制开始条件时(步骤S5的“是”),例如当动臂杆压PB达到目标动臂杆压PBT时,再生阀控制部302D控制再生阀V1(动臂再生阀)来减小动臂杆压PB(步骤S6)。具体而言,再生阀控制部302D对再生阀V1供给控制电流而使再生阀V1的开口面积增大。这是为了使第1油路C1的流路面积增大。而且,再生阀控制部302D通过使工作油从杆侧油室7R流向缸底侧油室 7B来减小动臂杆压PB。此时,可以根据动臂杆压传感器的输出来反馈控制动臂杆压PB。其结果,由于动臂缸7伸长而挖掘反作用力FR的铅垂分量FR1减小,可防止挖土机的机身的翘起。
另外,当在步骤S5中判定为不满足控制开始条件时(步骤S5的“否”),例如当动臂杆压PB停留在小于目标动臂杆压PBT时,再生阀控制部3 02D不减小动臂杆压PB而结束本次的第1支援处理。这是因为不存在挖土机的机身翘起的危险。
例如,已知有防止挖土机的机身的翘起,同时支援复合挖掘工作的挖土机 (参考上述专利文献1。)。该挖土机具备配置于动臂切换阀与动臂操作杆之间的先导管路上的电磁比例阀。动臂切换阀为控制流出/流入动臂缸的工作油的流量的滑阀。电磁比例阀根据来自控制器的控制电流来控制作用于动臂切换阀中的动臂提升操作用先导端口的先导压。具体而言,电磁比例阀构成为随着来自控制器的控制电流增大,作用于动臂提升操作用先导端口的二次侧压变得大于动臂操作杆所输出的一次侧压。
在作为动臂提升操作与斗杆关闭操作的组合的复合挖掘操作中,若动臂缸的杆侧油室中的工作油的压力达到阈值,则该挖土机向电磁比例阀供给控制电流而使作用于动臂提升操作用先导端口的先导压增大。这是为了通过使从动臂缸的杆侧油室向工作油罐流出的工作油的量增大,能够减小杆侧油室中的工作油的压力。其结果,动臂的上升速度增大而挖掘反作用力的铅垂分量减少,可防止挖土机的机身的翘起。该挖土机通过相同的控制来防止在挖掘工作中机身向挖掘地点侧被拖拽。
然而,该挖土机在复合挖掘操作中使作用于动臂提升操作用先导端口的先导压增大而使动臂4的上升速度强制性地增大,由此防止挖土机的机身的翘起。因此,根据动臂4的上升速度的大小,操作者有可能感到不协调感。
相对于此,通过以上结构,控制器30不会对先导压产生影响而能够防止在挖掘工作中挖土机的机身翘起。因此,能够抑制对操作者的不协调感,并且能够实现挖土机的机身即将翘起之前的高效率地利用了机身重量的挖掘工作。并且,不需要进行用于将翘起的挖土机的姿势恢复为原来的状态的操作等、能够提高工作效率,进而,能够实现减少油耗、防止机身故障、减轻操作者的操作负担。
并且,控制器30自动地控制再生阀V1的开口面积来减小动臂杆压PB。即,与由操作者进行的动臂操作杆的操作无关地减小动臂杆压PB。因此,操作者无需对动臂操作杆进行微操作来防止机身的翘起。
并且,控制器30使工作油在杆侧油室7R与缸底侧油室7B之间移动,因此与将工作油从杆侧油室7R通过安全阀等排出到工作油罐T的结构相比,能够减少白白地排出到工作油罐T的工作油的量。
并且,例如即使在挖土机的非操作时起因于异常的控制电流等而再生阀V1 成为被打开的状态,由附属装置配件的自重等而产生的动臂缸7的收缩也会在欲使动臂缸7伸长的力与欲使其收缩的力平衡的时间点停止。这是因为,除了杆侧油室7R及缸底侧油室7B以外,工作油不会流出。因此,也不会像在连结缸底侧油室7B与工作油罐T的油路中配置有电磁安全阀的结构中该电磁安全阀成为被打开的状态时那样,使动臂缸7过度收缩。
接着,参考图45对斗杆挖掘工作中的各种物理量随时间的变化进行说明。图45是表示斗杆挖掘工作中的斗杆缸底压PA、动臂杆压PB、机身倾斜角度及动臂缸行程量的各自随时间的变化的图。图45的实线表示执行第1支援处理时的变化,图45的点线表示未执行第1支援处理时的变化。在图45的例子中,操作者仅通过斗杆关闭操作来进行斗杆挖掘工作。
在时刻t1铲斗6与地面接触之后的时刻t2,斗杆缸底压PA比较急剧地增大。这是因为,随着进行斗杆挖掘工作,挖掘负荷剧增。
然后,在时刻t3,动臂杆压PB比斗杆缸底压PA的急剧的增大稍微延迟,且与斗杆缸底压PA同样地比较急激地增大。
然后,若在时刻t4动臂杆压PB达到目标动臂杆压PBT,则当能够利用第1 支援处理时,控制器30对再生阀V1供给控制电流而使再生阀V1的开口面积增大。其结果,动臂杆压PB如实线所示那样变化,以维持目标动臂杆压PBT。此时,控制器30根据动臂杆压PB的变动而增减再生阀V1的开口面积,由此使动臂杆压PB维持在目标动臂杆压PBT。具体而言,控制器30在动臂杆压PB超出目标动臂杆压PBT时使再生阀V1的开口面积增大,在动臂杆压PB低于目标动臂杆压PBT时减小再生阀V1的开口面积。
因此,动臂缸行程量在时刻t4开始增大,此后也比较平缓地逐渐增大。即,动臂4平缓地逐渐上升。这是因为,每当关闭斗杆5时挖掘反作用力增大而动臂杆压PB超出目标动臂杆压PBT时,再生阀V1的开口面积变大,从而工作油从杆侧油室7R流向缸底侧油室7B。
其结果,机身倾斜角度不会大幅变动而以原状态变化。即,挖土机的机身不会翘起。
另一方面,当不利用第1支援处理时,即使动臂杆压PB达到目标动臂杆压 PBT,控制器30也不会使再生阀V1的开口面积增大。其结果,如点线所示,动臂杆压PB在时刻t5超出目标动臂杆压PBT而继续增大,直至挖土机的机身翘起。若挖土机的机身翘起,则可抑制动臂杆压PB进一步增大。这是因为,通过机身的翘起,可抑制挖掘负荷进一步增大。
如点线所示,动臂缸行程量在时刻t4以后也维持在原状态。即,动臂缸7 不会伸长。另一方面,如点线所示,机身倾斜角度在时刻t5开始增大,此后也比较平缓地逐渐增大。这是因为,挖土机的机身翘起。
如此,控制器30能够通过在动臂杆压PB达到目标动臂杆压PBT时打开再生阀V1来防止挖土机的机身翘起。
并且,控制器30能够与有关动臂缸7的操作无关地控制再生阀V1。具体而言,在斗杆挖掘工作中,即使在操作者不操作动臂操作杆的情况下,也能够通过根据需要打开再生阀V1来允许动臂缸7伸长,并降低动臂杆压来防止挖土机的机身翘起。
接着,参考图46对搭载于图1的挖土机的液压回路的另一结构例进行说明。图46是表示搭载于图1的挖土机的液压回路的另一结构例的图。图46的液压回路与图43的液压回路的不同点主要在于,控制阀17包括可变载荷单向阀510、520、530、合流阀550及统一泄放阀560L、560R,但在其他方面是共同的。因此,省略共同部分的说明,对不同部分进行详细说明。
可变载荷单向阀510、520、530根据来自控制器30的指令而动作。在图4 6的例子中,可变载荷单向阀510、520、530为能够切换流量控制阀171~173 的各自与第1泵14L及第2泵14R中至少一方之间的连通/隔断的1口2位的电磁阀。另外,可变载荷单向阀510、520、530在第1位置具有隔断向泵侧返回的工作油的流动的单向阀。具体而言,当可变载荷单向阀510位于第1位置时,使流量控制阀171与第1泵14L及第2泵14R中的至少一方之间连通,当位于第2位置时隔断其连通。关于可变载荷单向阀520及可变载荷单向阀530 也相同。
合流阀550切换是否使第1泵14L所吐出的工作油(以下,设为“第1工作油”。)与第2泵14R所吐出的工作油(以下,设为“第2工作油”。)合流。在图46的例子中,合流阀550为1口2位的电磁阀,根据来自控制器30 的指令而动作。具体而言,当合流阀550位于第1位置时,使第1工作油与第 2工作油合流,当位于第2位置时,不使第1工作油与第2工作油合流。
统一泄放阀560L、560R根据来自控制器30的指令而动作。在图46的例子中,统一泄放阀560L为能够控制第1工作油向工作油罐T的排出量的1口2 位的电磁阀。关于统一泄放阀560R也相同。通过该结构,统一泄放阀560L、5 60R能够实现流量控制阀170~173中相关的流量控制阀的合成开口。具体而言,当合流阀550位于第2位置时,统一泄放阀560L能够实现流量控制阀170 及流量控制阀173的合成开口,统一泄放阀560R能够实现流量控制阀171及流量控制阀172的合成开口。统一泄放阀560L在位于第1位置时作为根据来自控制器30的指令来调节其合成开口的开口面积的可变节流器发挥功能,位于第2位置时隔断其合成开口。关于统一泄放阀560R也相同。
可变载荷单向阀510、520、530、合流阀550及统一泄放阀560L、560R的各自也可以为先导压驱动的滑阀。
接着,参考图47对搭载有图46的液压回路的挖土机的控制器30防止挖土机的机身向挖掘地点侧被拖拽,同时支援斗杆挖掘工作的处理(以下,设为“第2支援处理”。)进行说明。另外,图47是表示第2支援处理的流程的流程图,控制器30以规定周期反复执行该第2支援处理。
首先,控制器30的挖掘操作检测部302A判定是否正在进行包括斗杆关闭操作的斗杆挖掘操作(步骤S11)。具体而言,挖掘操作检测部302A根据压力传感器29的输出来检测正在进行斗杆关闭操作。而且,当检测出正在进行斗杆关闭操作时,挖掘操作检测部302A计算斗杆缸底压与斗杆杆压的压力差。而且,当所计算出的压力差为规定值以上时,挖掘操作检测部302A判定为正在进行斗杆挖掘操作。
当判定为不在挖掘操作中时(步骤S11的“否”),挖掘操作检测部302A 结束本次的第2支援处理。
另一方面,当判定为挖掘操作检测部302A正在进行动臂挖掘操作时(步骤S11的“是”),姿势检测部302B检测挖土机的姿势(步骤S12)。
然后,允许最大压力计算部302C根据姿势检测部302B的输出来计算第2 允许最大压力(步骤S13)。具体而言,允许最大压力计算部302C使用上述 (9)式来计算第2允许最大压力PAMAX
然后,允许最大压力计算部302C将所计算出的第2允许最大压力PAMAX以下的规定压力设定为目标斗杆缸底压PAT(步骤S14)。本实施例中,允许最大压力计算部302C将第2允许最大压力PAMAX设定为目标斗杆缸底压PAT
然后,控制器30的再生阀控制部302D判定是否满足与挖土机的机身的稳定度有关的规定的条件即控制开始条件(步骤S15)。例如,当斗杆缸底压PA达到目标斗杆缸底压PAT时,再生阀控制部302D判定为满足控制开始条件。这是因为,若斗杆缸底压PA以该状态继续上升,则能够判断为挖土机的机身有可能向挖掘地点侧被拖拽。
当判定为满足控制开始条件时(步骤S15的“是”),例如当斗杆缸底压 PA达到目标斗杆缸底压PAT时,再生阀控制部302D控制斗杆再生阀V1a来减小斗杆缸底压PA与斗杆杆压PA2的差压,由此减小斗杆推力FA(步骤S16)。具体而言,再生阀控制部302D对斗杆再生阀V1a供给控制电流而打开斗杆再生阀V 1a,从而使其开口面积增大。这是为了使第1油路C1a的流路面积增大。而且,当流量控制阀173的CT端口(缸/罐端口)的开口大时,再生阀控制部302D通过使工作油从缸底侧油室8B流出而减小斗杆缸底压PA。其结果,斗杆缸 8的伸长被抑制或停止,由此挖掘反作用力FR的水平分量FR2减少或消失,可防止挖土机的机身向挖掘地点侧被拖拽。
并且,即使在流量控制阀173的CT端口的开口小的情况下,再生阀控制部302D也通过使工作油向杆侧油室8R流入而使斗杆杆压PA2上升,减小斗杆缸底压PA与斗杆杆压PA2的差压。其结果,斗杆缸8的伸长被抑制或停止,由此挖掘反作用力FR的水平分量FR2减少或消失,可防止挖土机的机身向挖掘地点侧被拖拽。
如此,从斗杆液压缸8排出的工作油根据流量控制阀173的缸/罐端口的开口的大小供给到与排出侧的油室相反的一侧的油室或排出到罐中。其结果,斗杆缸8的伸长被抑制或停止,由此可防止挖土机的机身向挖掘地点侧被拖拽。
在步骤S15中,当判定为不满足控制开始条件时(步骤S15的“否”),例如当斗杆缸底压PA停留在小于目标斗杆缸底压PAT时,再生阀控制部302D不会减小斗杆缸底压PA而结束本次的第2支援处理。这是因为不存在挖土机的机身被拖拽的危险。
通过以上结构,控制器30不会对先导压产生影响而能够防止在斗杆挖掘工作中挖土机的机身向挖掘地点侧被拖拽。因此,能够实现挖土机的机身即将被拖拽之前的高效率地利用了机身重量的斗杆挖掘工作。并且,不需要进行将被拖拽的挖土机的姿势恢复为原来的状态的操作等、能够提高工作效率,进而,能够实现减少油耗、防止机身故障、减轻操作者的操作负担。
并且,控制器30使工作油在杆侧油室8R与缸底侧油室8B之间移动,因此与使工作油从缸底侧油室8B通过安全阀等排出到工作油罐T的结构相比,能够抑制管路等中的压力损失。并且,即使斗杆再生阀V1a成为被打开的状态,由于在欲使斗杆缸8伸长的力与欲使其收缩的力平衡的时间点斗杆缸8停止伸缩,因此也不会像安全阀成为被打开的状态时那样,使斗杆缸8过度伸缩。
接着,参考图48对搭载有图46的液压回路的挖土机的控制器30防止挖土机的机身翘起及挖土机的机身向挖掘地点侧被拖拽,同时支援挖掘工作的处理(以下,设为“第3支援处理”。)进行说明。图48是表示第3支援处理的流程的流程图,控制器30以规定周期反复执行该第3支援处理。
首先,控制器30的挖掘操作检测部302A判定是否正在进行包含动臂提升操作及斗杆关闭操作的复合挖掘操作(步骤S21)。具体而言,挖掘操作检测部302A根据压力传感器29的输出来检测正在进行动臂提升操作。而且,当检测出正在进行动臂提升操作时,挖掘操作检测部302A获取动臂杆压。并且,挖掘操作检测部302A计算斗杆缸底压与斗杆杆压的压力差。而且,当动臂杆压为规定值以上且所计算出的压力差为规定值以上时,挖掘操作检测部302A 判定为正在进行复合挖掘操作。
当判定为不在复合挖掘操作中时(步骤S21的“否”),挖掘操作检测部 302A结束本次的第3支援处理。
另一方面,当判定为挖掘操作检测部302A正在进行复合挖掘操作时(步骤S21的“是”),姿势检测部302B检测挖土机的姿势(步骤S22)。
然后,允许最大压力计算部302C根据姿势检测部302B的检测值来计算第 1允许最大压力及第2允许最大压力(步骤S23)。具体而言,允许最大压力计算部302C使用上述(6)式来计算第1允许最大压力PBMAX,且使用上述(9) 式来计算第2允许最大压力PAMAX
然后,允许最大压力计算部302C将所计算出的第1允许最大压力PBMAX以下的规定压力设定为目标动臂杆压PBT(步骤S24)。
然后,控制器30的再生阀控制部302D判定是否满足与挖土机的机身的稳定度有关的规定的条件即控制开始条件(步骤S25)。例如,当动臂杆压PB达到目标动臂杆压PBT时,再生阀控制部302D判定为满足控制开始条件。在此,关于是否满足作为控制开始条件的规定的条件,使用动臂杆压PB进行了判定,但也可以根据挖掘反作用力的铅垂分量的大小是否满足预先确定的条件来进行判定。如此,可以根据有助于铅垂分量的参数来进行与防止翘起有关的判定。
当判定为满足控制开始条件时(步骤S25的“是”),例如当动臂杆压PB达到目标动臂杆压PBT时,再生阀控制部302D控制再生阀V1(动臂再生阀)来减小动臂杆压PB(步骤S26)。具体而言,再生阀控制部302D对再生阀V1供给控制电流而打开再生阀V1,从而使开口面积增大。这是为了使第1油路C1 的流路面积增大。而且,再生阀控制部302D通过使工作油从杆侧油室7R流出来减小动臂杆压PB。其结果,由于动臂缸7伸长而挖掘反作用力FR的铅垂分量FR1减小,可防止挖土机的机身的翘起。
然后,控制器30的再生阀控制部302D继续监控动臂杆压PB。而且,尽管使再生阀V1的开口面积增大,但动臂杆压PB进一步上升而达到第1允许最大压力PBMAX时(步骤S27的“是”),再生阀控制部302D控制斗杆再生阀V1a来减小斗杆缸底压PA(步骤S28)。具体而言,再生阀控制部302D对斗杆再生阀 V1a供给控制电流而打开斗杆再生阀V1a,从而使其开口面积增大。这是为了使第1油路C1a的流路面积增大。而且,再生阀控制部302D通过使工作油从缸底侧油室8B流出来减小斗杆缸底压PA。其结果,斗杆缸8的伸长被抑制或停止,由此挖掘反作用力FR的铅垂分量FR1减少或消失,可防止挖土机的机身的翘起。
在步骤S25中,当判定为不满足控制开始条件时(步骤S25的“否”),例如当动臂杆压PB停留在小于目标动臂杆压PBT时,控制器30不会减小动臂杆压PB而将处理进入到步骤S29。这是因为不存在使挖土机的机身翘起的危险。
同样地,在步骤S27中,当动臂杆压PB停留在小于第1允许最大压力PBMAX时(步骤S27的“否”),控制器30不会减小斗杆缸底压PA而将处理进入到步骤S29。这是因为不存在使挖土机的机身翘起的危险。
然后,在步骤S29中,允许最大压力计算部302C将所计算出的第2允许最大压力PAMAX以下的规定压力设定为目标斗杆缸底压PAT。具体而言,允许最大压力计算部302C将第2允许最大压力PAMAX设定为目标斗杆缸底压PAT
然后,控制器30的再生阀控制部302D判定是否满足另一控制开始条件 (步骤S30)。例如,当斗杆缸底压PA达到目标斗杆缸底压PAT时,再生阀控制部302D判定为满足另一控制开始条件。
当判定为满足另一控制开始条件时(步骤S30的“是”),例如当斗杆缸底压PA达到目标斗杆缸底压PAT时,再生阀控制部302D控制斗杆再生阀V1a来减小斗杆缸底压PA与斗杆杆压PA2的差压,由此减小斗杆推力FA(步骤S3 1)。具体而言,再生阀控制部302D对斗杆再生阀V1a供给控制电流而打开斗杆再生阀V1a,从而使其开口面积增大。这是为了使第1油路C1a的流路面积增大。而且,再生阀控制部302D通过使工作油从缸底侧油室8B流出来减小斗杆缸底压PA。其结果,斗杆缸8的伸长被抑制或停止,由此挖掘反作用力FR的水平分量FR2减少或消失,可防止挖土机的机身向挖掘地点侧被拖拽。
并且,在斗杆缸8收缩时,例如当斗杆杆压PA2达到目标斗杆杆压PA2T时,再生阀控制部302D也能够通过控制斗杆再生阀V1a而减小斗杆缸底压PA与斗杆杆压PA2的差压来减小斗杆推力FA。在该情况下,即使在斗杆5向打开方向转动的情况下,也能够防止挖土机被拖拽。在此,关于是否满足作为控制开始条件的规定的条件,使用斗杆杆压PA2或斗杆缸底压A进行了判定,但也可以根据挖掘反作用力的水平分量的大小是否满足预先确定的条件来进行判定。如此,可以根据有助于水平分量的参数来进行与防止拖拽有关的判定。
在步骤S30中,当判定为不满足另一控制开始条件时(步骤S30的“否”),例如当斗杆缸底压PA停留在小于目标斗杆缸底压PAT时,再生阀控制部302D不会减小斗杆缸底压PA而结束本次的第3支援处理。这是因为不存在挖土机的机身被拖拽的危险。
并且,步骤S24~步骤S28中的用于防止挖土机的翘起的一系列的处理及步骤S29~步骤S31中的用于防止挖土机被拖拽的一系列的处理的顺序不同。因此,2个一系列的处理可以同时并行执行,也可以是用于防止挖土机被拖拽的一系列的处理先行于用于防止挖土机的翘起的一系列的处理而执行。
通过以上结构,控制器30不会对先导压产生影响而能够防止在挖掘工作中挖土机的机身翘起或向挖掘地点侧被拖拽。因此,能够实现挖土机的机身即将翘起或被拖拽之前的高效率地利用了机身重量的复合挖掘工作。并且,不需要进行将翘起或拖拽的挖土机的姿势恢复为原来的状态的操作等、能够提高工作效率,进而,能够实现减少油耗、防止机身故障、减轻操作者的操作负担。
另外,在上述第4变形例中,以挖土机的接地面为水平面为前提而进行基于允许最大压力计算部302C及再生阀控制部302D的运算。然而,并不限定于此。即使挖土机的接地面为倾斜面,也能够追加考虑倾斜角度传感器的输出来适当地执行上述第4变形例中的各种运算。
并且,在上述第4变形例中,控制器30可以构成为防止铲斗关闭操作中的机身的翘起。在该情况下,当动臂杆压超出目标动臂杆压PBT时,控制器30打开再生阀V1。并且,控制器30也可以构成为防止包含铲斗关闭操作及动臂提升操作的复合挖掘操作中的机身的翘起。在该情况下,当动臂杆压超出目标动臂杆压PBT时,控制器30打开再生阀V1。而且,当动臂杆压达到第1允许最大压力PBMAX时,控制器30打开配置于将铲斗缸9的杆侧油室与缸底侧油室进行连接的第1油路的铲斗再生阀。如此一来,控制器30可防止包含铲斗关闭操作及动臂提升操作的复合挖掘操作中的机身的翘起。同样地,可以利用铲斗再生阀来防止挖土机的机身被拖拽。
并且,在上述第4变形例中,再生阀V1用于使工作油从杆侧油室7R流出,但也可以用于使工作油从缸底侧油室7B流出。并且,斗杆再生阀V1a用于使工作油从缸底侧油室8B流出,但也可以用于使工作油从杆侧油室8R流出。即,控制器30可以打开斗杆再生阀V1a而使工作油根据自重从斗杆缸8 的杆侧油室8R流向缸底侧油室8B,或者从斗杆缸8的缸底侧油室8B流向杆侧油室8R。关于铲斗再生阀也相同。
并且,在上述第4变形例中,动臂缸7、斗杆缸8等液压缸通过发动机驱动的主泵14所吐出的工作油而运动,但也可以通过电动马达驱动的液压泵所吐出的工作油而运动。
并且,在上述第4变形例中,控制器30与有无发生意外动作即机身的拖拽或翘起无关地进行抑制机身的拖拽或翘起的控制,但当然也可以判定有无发生意外动作。即,控制器30可以使用上述挖土机的意外动作的判定方向(参考图19~图26),当判定为发生了机身的拖拽或翘起时,进行抑制机身的拖拽或翘起的控制。
并且,上述第4变形例的结构也可以搭载于通过液压缸进行上下运动的叉车、轮式装载机等其他施工机械。
并且,关于上述第4变形例,进一步公开以下内容。
(1)
一种挖土机,其具有:
下部行走体;
上部回转体,可回转地搭载于所述下部行走体;
附属装置配件,安装于所述上部回转体;
液压缸,驱动构成所述附属装置配件的工作要件;
第1油路,将所述液压缸的杆侧油室与缸底侧油室进行连接;
再生阀,配置于所述第1油路;及
控制装置,根据是否满足与机身的稳定度有关的规定的条件来控制所述再生阀。
(2)
根据(1)所述的挖土机,其具有:
流量控制阀,控制流出/流入所述液压缸的工作油的流量;
第2油路,将所述液压缸的杆侧油室与所述流量控制阀进行连接;及
第3油路,将所述液压缸的缸底侧油室与所述流量控制阀进行连接,
所述第1油路将第2油路与第3油路进行连接。
(3)
根据(1)或(2)所述的挖土机,其中,
所述液压缸为动臂缸,
所述控制装置打开所述再生阀而使工作油从所述动臂缸的杆侧油室流向缸底侧油室。
(4)
根据(1)至(3)中任一项所述的挖土机,其中,
所述控制装置与有关所述液压缸的操作无关地控制所述再生阀。
(5)
根据(1)或(2)所述的挖土机,其中,
所述液压缸为斗杆缸,
所述控制装置打开所述再生阀而使工作油根据自重从所述斗杆缸的杆侧油室流向缸底侧油室或者从所述斗杆缸的缸底侧油室流向杆侧油室。
(6)
根据(1)所述的挖土机,其中,
所述再生阀配置于调整向所述液压缸的工作油的流量的流量控制阀与所述液压缸之间。
(7)
根据(2)所述的挖土机,其中,
从所述液压缸排出的工作油根据所述流量控制阀的缸/罐端口的开口的大小供给到与排出侧的油室相反的一侧的油室或排出到罐中。
最后,本申请主张基于2017年6月21日申请的日本专利申请2017-12177 6号、2017年6月21日申请的日本专利申请2017-121777号、2017年6月21 日申请的日本专利申请2017-121778号及2017年7月25日申请的日本专利申请2017-143522号的优先权,这些日本专利申请的全部内容通过参考而援用于本申请中。
符号说明
1-下部行走体(行走体),3-上部回转体(回转体),4-动臂(附属装置配件),5-斗杆(附属装置配件),6-铲斗(附属装置配件),7-动臂缸,7B -缸底侧油室,7R-杆侧油室,8-斗杆缸,8B-缸底侧油室,8R-杆侧油室,9-铲斗缸,11-发动机,11A-ECM(液压控制部),14-主泵,14L-第1泵,14R-第2 泵,14A、14AL、14AR-调节器(液压控制部),16-工作油管路,17-控制阀, 17A-动臂用方向控制阀(控制阀),18L、18R-负控制节流器,19L、19R-安全阀,20-带弹簧的单向阀,21-回转液压马达,21L、21R-端口,22L、22R-安全阀,23L、23R-单向阀,26-操作装置,26A、26B-操纵杆装置,26C-踏板装置,27、28-先导管路,29-压力传感器,30-控制器,32-各种传感器(传感器),32A-加速度传感器,32B-距离传感器,32C-IMU,32D、32E-压力传感器,33、34-电磁安全阀(液压控制部),36-电磁比例阀(液压控制部),38 -电磁切换阀(液压控制部),40-压力保持回路,42-保持阀,44-滑阀(保持解除部),46-电磁安全阀(液压控制部),50-电磁安全阀(液压控制部), 52-电磁切换阀(液压控制部),54-往复阀,56、58-电磁安全阀(液压控制部),60-电磁比例阀(液压控制部),170、171、172、172L、172R、173、173L、173R-流量控制阀,301-动作判定部(判定部),302-动作修正部,302A -挖掘操作检测部,302B-姿势检测部,302C-允许最大压力计算部,303D-再生阀控制部,400L、400R-中间旁通管路,420L、420R-并联管路,430C、430L、 430R-返回管路,440-管路,510、520、530-可变载荷单向阀,550-合流阀,5 60L、560R-统一泄放阀,AD-语音输出装置,C1、C1a-第1油路,C2、C2a-第2 油路,C3、C3a-第3油路,DD-显示装置,V1-再生阀,V1a-斗杆再生阀,T-工作油罐。

Claims (15)

1.一种挖土机,其具备:
行走体;
回转体,回转自如地搭载于所述行走体;
附属装置配件,搭载于所述回转体;
液压致动器,驱动所述附属装置配件;及
控制部,
对应于所述附属装置配件的空中动作所引起的力矩的变化,所述控制部控制所述液压致动器,以抑制所述行走体或者所述回转体的振动。
2.根据权利要求1所述的挖土机,其还具备:
控制阀,根据由操作者进行的操作来控制所述液压致动器的动作,
液压控制部通过从所述控制阀与所述液压致动器之间的油路向罐排出工作油来控制所述液压致动器的液压。
3.根据权利要求2所述的挖土机,其还具备:
保持阀,设置于所述控制阀与所述液压致动器之间的油路,保持所述液压致动器的工作油,
所述液压控制部通过从所述液压致动器与所述保持阀之间的油路向罐排出工作油来控制所述液压致动器的液压。
4.根据权利要求1所述的挖土机,其还具备:
液压泵,通过规定的动力源来驱动,向所述液压致动器供给工作油,
液压控制部通过控制所述液压泵或所述动力源来控制所述液压致动器的液压。
5.根据权利要求1所述的挖土机,其还具备:
控制阀,根据由操作者进行的操作来控制所述液压致动器的动作;
保持阀,设置于所述控制阀与所述液压致动器之间的油路,保持所述液压致动器的工作油;及
保持解除部,根据所述附属装置配件的操作状态来解除基于所述保持阀的所述液压致动器的工作油的保持,
液压控制部与所述附属装置配件的操作状态无关地控制所述保持解除部,通过解除基于所述保持阀的所述工作油的保持来控制所述液压致动器的压力。
6.根据权利要求1所述的挖土机,其还具备:
第1油路,连接作为所述液压致动器的液压缸的杆侧油室和缸底侧油室,
液压控制部根据是否满足与机身的稳定度有关的规定的条件来控制配置在所述第1油路上的再生阀。
7.根据权利要求6所述的挖土机,其具有:
流量控制阀,控制流出/流入所述液压缸的工作油的流量;
第2油路,连接所述液压缸的杆侧油室和所述流量控制阀;及
第3油路,连接所述液压缸的缸底侧油室和所述流量控制阀,
所述第1油路连接第2油路和第3油路。
8.根据权利要求6所述的挖土机,其中,
所述液压缸为动臂缸,
动作修正部打开所述再生阀而使工作油从所述动臂缸的杆侧油室流向缸底侧油室。
9.根据权利要求6所述的挖土机,其中,
动作修正部与有关所述液压缸的操作无关地控制所述再生阀。
10.根据权利要求6所述的挖土机,其中,
所述液压缸为斗杆缸,
动作修正部打开所述再生阀而使工作油根据自重从所述斗杆缸的杆侧油室流向缸底侧油室或者从所述斗杆缸的缸底侧油室流向杆侧油室。
11.根据权利要求1所述的挖土机,其还具备:
判定部,判定是否发生了该挖土机的规定的意外动作,
当通过所述判定部判定为发生了所述意外动作时,动作修正部使用液压控制部来修正所述附属装置配件的动作。
12.根据权利要求11所述的挖土机,其中,
所述意外动作中包括如下动作中的至少一个:尽管未进行所述行走体的操作,但该行走体及所述回转体向从所述回转体观察的前方或后方移动的动作;所述行走体及所述回转体中的从所述回转体观察的前部或后部翘起的动作;及所述行走体及所述回转体起因于所述附属装置配件的动作而振动的动作。
13.根据权利要求11所述的挖土机,其中,
在所述行走体未被操作且所述附属装置配件被操作的情况下,通过所述判定部判定为发生了所述意外动作时,所述动作修正部修正所述附属装置配件的动作。
14.根据权利要求11所述的挖土机,其还具备:
传感器,检测该挖土机的动作,
所述传感器安装于所述回转体或者所述附属装置配件,
所述判定部根据所述传感器的输出来判定是否发生了所述意外动作。
15.根据权利要求11所述的挖土机,其还具备:
检测部,安装于所述回转体或所述附属装置配件,检测所述回转体及所述附属装置配件中的作为安装对象的一方与周边物体的相对位置关系,
所述判定部根据由所述检测部检测的所述安装对象与该挖土机的周边的被固定的基准对象物之间的相对位置关系的变化来判定是否发生了所述意外动作。
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