CN111051620A - 作业机械 - Google Patents

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Abstract

控制器具备存储通过作业对象物的荷载值、作业机的姿势、以及作业机的运动状态的相互关系规定的荷载溢出基准值的存储装置。控制器运算作业机的姿势，运算表示作业机的运动状态的物理量(例如，旋转速度)，根据存储于存储装置的基准值、运算出的作业对象物的荷载值、运算出的作业机的姿势、以及表示运算出的作业机的运动状态的物理量，推定作业机在作业对象物的搬运中是否发生了荷载溢出，在判定为发生了荷载溢出的情况下，通过监视器通知该内容。

Description

作业机械
技术领域
本发明涉及具备对被作业机搬运到搬运机械的上方的作业对象物的荷载值进行运算的控制器的作业机械。
背景技术
通常，以液压挖掘机为代表的作业机械有时进行例如挖掘矿山中的矿物、装入到自卸车这样的将挖掘物(在本申请中，有时称为“作业对象物”)装载到搬运机械的作业(装载作业)。
进行这样的作业时，若能够将针对搬运机械的装入量(搬运机械上的作业对象物的总重量)设为适量，则能够削减装入不足导致的生产量的下降、过装载导致的无用的重新装载，能够提高现场的生产效率。
作为将针对搬运机械的装入量设为适量的方法，具有在装载机械搬运挖掘物(作业对象物)的过程中测量挖掘物的荷载，并将其提示给作业机械的操作者的方法。通过提示挖掘物的荷载，作业机械的操作者能够掌握向搬运机械的装入量，能够调整下次以后的挖掘量，将向搬运机械的装入量设为适量。
在作业机械向搬运机械装入挖掘物(作业对象物)的作业中，一般作业机连续动作，因此优选操作者不会为了测量荷载而中断装入作业，而是在作业机的动作中测量荷载。因此，判别作业机为搬运动作中，应在搬运动作中的特定期间完成测量。
在测量作业机械搬运的挖掘物的荷载的装置中，已知在搬运作业中测量荷载的技术。作为作业对象物的荷载测量装置，在日本专利第5406223号公报(专利文献1)中公开了如下的有效负载监控系统：将作业机械的作业周期分割为包含将挖掘物放入到作业工具并进行搬运的区间即搬运状态区间(装载状态移动区间)的多个区间，在该作业周期的搬运状态区间中，判定作业机械的作业工具的速度大致固定的期间，根据在该期间记录的作业工具的举力，测量挖掘物的荷载(工具的有效负载)并进行显示。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5406223号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1的有效负载监控系统中，在一般的搬运作业中，根据在荷载测量精度良好的作业工具的速度大致固定的期间记录的作业工具的举力，测量挖掘物(作业对象物)的荷载，但因作业环境、作业者的操作技能有时在荷载测量后发生荷载溢出。在操作者未注意到荷载溢出而直接进行了向搬运机械的装入的情况下，在荷载的测量结果和实际的装入量中产生背离，存在发生无法得到向搬运机械的装入量的精度的作业周期。
本发明在运算作业对象物的荷载值的作业机械中，能够通知荷载溢出的发生。
用于解决课题的手段
本申请包含多个用于解决上述课题的方法，若举其一例，则有一种作业机械，具备：具有铲斗的多关节型作业机；驱动上述作业机的致动器；操作装置，其根据操作量生成针对上述致动器的速度指令；控制器，其基于通过上述作业机向搬运机械的上方搬运作业对象物的期间的上述致动器的推力信息，运算上述作业对象物的荷载值，其中，上述控制器具备：存储装置，其存储通过作业对象物的荷载值、上述作业机的姿势、以及上述作业机的运动状态的相互关系规定的基准值，该基准值用于推定上述铲斗是否发生了作业对象物的荷载溢出，上述控制器运算上述作业机的姿势，运算表示上述作业机的运动状态的物理量，根据存储于上述存储装置的上述基准值、上述作业对象物的荷载值、上述作业机的姿势、以及表示上述作业机的运动状态的物理量，推定上述作业机在作业对象物的搬运中是否发生了荷载溢出，上述控制器还具备：通知装置，其通知通过上述控制器判定为发生了荷载溢出的内容。
发明效果
根据本发明，根据作业对象物的荷载值、作业机的姿势、表示作业机的运动状态的物理量推定荷载溢出的发生，在推定为发生了荷载溢出的情况下，能够催促作业机的操作者再次测量作业对象物的荷载值，因此能够提高向搬运机械的装入量的精度。
附图说明
图1是本发明的实施方式涉及的液压挖掘机的侧视图。
图2是本发明的实施方式涉及的液压挖掘机的液压电路的概要图。
图3是第1实施方式的荷载测量系统的系统结构图。
图4是表示液压挖掘机的作业的一例的概要图。
图5是第1实施方式中的搬运判定部执行的流程图。
图6是表示斗臂底部压力传感器的检测值以及铲斗角度传感器的检测值与搬运判定部50的判定结果的关系的图表的一例。
图7是表示第1实施方式中的荷载溢出基准值的图表。
图8是表示荷载大小的分类方法的铲斗15的侧视图。
图9是控制器21中的荷载运算部51进行的铲斗15内的作业对象物的瞬时荷载MI的运算方法的说明图。
图10是表示第1实施方式的控制器21执行的荷载值确定处理和荷载溢出推定处理的流程图。
图11是表示瞬时荷载值MI的时间变化的图表。
图12是推定搬运中的荷载溢出的发生时所利用的图表(荷载溢出基准值)的说明图。
图13A是表示未推定出荷载溢出时(关闭荷载溢出推定标记时)的监视器23的输出画面的外观图。
图13B是表示推定出了荷载溢出时(打开荷载溢出推定标记时)的监视器23的输出画面的外观图。
图14是第2实施方式的荷载测量系统的系统结构图。
图15是第2实施方式的控制器21执行的处理的流程图。
图16是第2实施方式的荷载溢出原因基准值的说明图。
图17是表示推定出了荷载溢出时(打开荷载溢出推定标记时)的监视器23的输出画面的外观图。
图18是第3实施方式的控制器21执行的处理的流程图。
图19是第3实施方式的荷载溢出余裕度的说明图。
图20是表示未推定出荷载溢出时(关闭荷载溢出推定标记时)的监视器23的输出画面的外观图。
图21是第4实施方式的荷载测量系统的系统结构图。
图22是第4实施方式的控制器21执行的处理的流程图。
图23是表示推定出了荷载溢出时(打开荷载溢出推定标记时)的监视器23的输出画面的外观图。
图24是第5实施方式的控制器21执行的处理的流程图。
图25是图24中的荷载溢出推定处理的流程图。
图26是通过图25中的步骤S150运算的铲斗中心位置L、H的说明图。
图27是图25中的步骤S151－153所涉及的荷载溢出基准值的图表。
图28是图25中的步骤S15-156所涉及的荷载溢出基准值的图表。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。以下，说明作为构成作业机械的荷载测量系统的装入机械利用液压挖掘机、作为搬运机械利用自卸车的情况。
作为本发明的对象的作业机械(装入机械)，并不限定于作为配件具有铲斗的液压挖掘机，还包含具有抓斗、起重磁铁等能够进行搬运物的保持/释放的液压挖掘机。此外，本发明也可以应用于液压挖掘机这样的具备无旋转功能的作业腕的轮式装载机等。
＜第1实施方式＞
－整体结构－
图1是本实施方式涉及的液压挖掘机的侧视图。图1的液压挖掘机1由如下部件构成：下部行驶体10；上部旋转体11，其能够旋转地设置于下部行驶体10的上部；前部作业机12，其是搭载于上部旋转体11的前方的多关节型的作业腕；旋转电动机19，其是使上部旋转体11转动的液压电动机；操作室(驾驶室)20，其设置于上部旋转体11，操作者搭乘后对挖掘机1进行操作；操作杆(操作装置)22(22a、22b)，其设置于操作室20内，并用于控制搭载于液压挖掘机1的致动器的动作；以及控制器21，其具有存储装置(例如，ROM、RAM)，运算处理装置(例如CPU)以及输入输出装置，并对液压挖掘机1的动作进行控制。
前部作业机12具备：可转动地设置于上部旋转体11的动臂13、可转动地设置于动臂13的前端的斗臂14、可转动地设置于斗臂14的前端的铲斗(配件)15、驱动动臂13的液压缸即动臂缸16、驱动斗臂14的液压缸即斗臂缸17、驱动铲斗15的液压缸即铲斗缸18。
在动臂13、斗臂14、铲斗15的转动轴上分别安装有动臂角度传感器24、斗臂角度传感器25、铲斗角度传感器26。能够从这些角度传感器24、25、26取得动臂13、斗臂14、铲斗15各自的转动角度。此外，在上部旋转体11上安装有旋转角速度传感器(例如，陀螺仪)27和倾斜角度传感器28，能够分别取得上部旋转体11的旋转角速度和上部旋转体11的前后方向的倾斜角度。能够从角度传感器24、25、26、27、28的检测值确定前部作业机12的姿势。
在动臂缸16以及斗臂缸17上分别安装有动臂底部压力传感器29、动臂杆压力传感器30、斗臂底部压力传感器31、斗杆压力传感器32，能够取得各液压缸内部的压力。能够根据压力传感器29、30、31、32的检测值确定各缸16、18的推力，即向前部作业机12提供的驱动力。
另外，动臂角度传感器24、斗臂角度传感器25、铲斗角度传感器26、倾斜角度传感器28、旋转角速度传感器27只要能够检测出与前部作业机12的姿势有关的物理量，则能够代替为其他传感器。例如，动臂角度传感器24、斗臂角度传感器25以及铲斗角度传感器26能够代替为各个倾斜角传感器、惯性测量装置(IMU)。此外，动臂底部压力传感器29、动臂杆压力传感器30、斗臂底部压力传感器31、斗杆压力传感器32只要能够推定出动臂缸16以及斗臂缸17产生的推力，即与提供给前部作业机12的驱动力有关的物理量，则能够代替为其他传感器。并且，代替推力、驱动力的检测，也可以通过行程传感器检测出动臂缸16以及斗臂缸17的动作速度，或通过IMU检测出动臂13以及斗臂14的动作速度，来检测前部作业机12的动作。
在操作室20的内部安装有显示控制器21的运算结果(例如，荷载运算部51运算出的铲斗15内的作业对象物4的荷载值)等的监视器(显示装置)23，在上部旋转体11的上表面安装有控制器21用于与外部的计算机等进行通信的无线收发机(未图示)。
本实施方式的监视器23具有触摸面板，还作为操作者用于进行向控制器21的信息输入的输入装置发挥作用。作为监视器23，例如可以利用具有触摸面板的液晶显示器。在监视器23的画面上能够显示地设置有用于指示针对自卸车(搬运机械)的作业对象物的装入量测量的复位的复位开关，若按下该开关，则向控制器21输出复位信号。
操作杆22a分别指示动臂13的抬起、放下(动臂缸16的伸缩)和铲斗15的倾倒、铲装(铲斗缸18的伸缩)，操作杆22b分别指示斗臂14的倾倒、铲装(斗臂缸17的伸缩)和上部旋转体11的左、右旋转(液压电动机19的左右转动)。操作杆22a和操作杆22b是2个复合多功能操作杆，操作杆22a的前后操作对应于动臂13的抬起、放下，左右操作对应于铲斗15的铲装、倾倒，操作杆22b的前后操作对应于斗臂14的倾倒、铲装，左右操作对应于上部旋转体11的左、右转动。如将杆向倾斜方向操作，则对应的2个致动器同时动作。此外，操作杆22a、22b的操作量规定致动器16－19的动作速度。
图2是本实施方式涉及的液压挖掘机1的液压电路的概要图。通过从主泵39排出的工作油驱动动臂缸16、斗臂缸17、铲斗缸18以及旋转电动机19。通过与操作杆22a、22b的操作方向以及操作量对应地从控制器21输出的驱动信号进行动作的控制阀35、36、37、38，来控制向各液压致动器16－19供给的工作油的流量以及流通方向。
操作杆22a、22b生成与其操作方向以及操作量对应的操作信号并输出到控制器21。控制器21生成与操作信号对应的驱动信号(电信号)，并将该驱动信号输出到电磁比例阀即控制阀35－38，而使控制阀35－38进行动作。
操作杆22a、22b的操作方向规定液压致动器16－19的动作方向。若向前方向操作操作杆22a，则控制动臂缸16的控制阀35的阀芯向图2中的左侧移动，而向动臂缸16的底部侧供给工作油，若向后方向操作操作杆22a，则控制阀35的阀芯向右侧移动，而向动臂缸16的杆侧供给工作油。若向前方向操作操作杆22b，则控制斗臂缸17的控制阀36的阀芯向左侧移动，而向斗臂缸17的底部侧供给工作油，若向后方向操作操作杆22b，则控制阀36的阀芯向右侧移动，而向斗臂缸17的杆侧供给工作油。若向左方向操作操作杆22a，则控制铲斗缸18的控制阀37的阀芯向左侧移动，而向铲斗缸18的底部侧供给工作油，若向右方向操作操作杆22a，则控制阀37的阀芯向右侧移动，而向铲斗缸18的杆侧供给工作油。若向左方向操作操作杆22b，则控制旋转电动机19的控制阀38的阀芯向左侧移动，而从左侧向旋转电动机19供给工作油，若向右方向操作操作杆22b，则控制阀38的阀芯向右侧移动，而从右侧向旋转电动机19供给工作油。
此外，控制阀35－38的阀的开度根据对应的操作杆22a、22b的操作量而变化。即，操作杆22a、22b的操作量规定液压致动器16－19的动作速度。例如，若增加操作杆22a、22b的某方向的操作量，则与该方向对应的控制阀35－38的阀的开度增加，向液压致动器16－19供给的工作油的流量增加，由此液压致动器16－19的速度增加。这样，由操作杆22a、22b生成的操作信号具有针对对象的液压致动器16－19的速度指令的侧面。因此，在本申请中，有时将由操作杆22a、22b生成的操作信号称为针对液压致动器16－19(控制阀35－38)的速度指令。
从主泵39排出的工作油的压力(工作油压力)为安全压力，且通过与工作油罐41连通的溢流阀40被调整成不会过大。控制阀35－38的返回流路与工作油罐41连通，以便供给至液压致动器16－19液压油经由控制阀35－38再次返回到工作油罐41。
控制器21被输入动臂角度传感器24、斗臂角度传感器25、铲斗角度传感器26、旋转角速度传感器27、倾斜角度传感器28、安装于动臂缸16的动臂底部压力传感器29和动臂杆压力传感器30、安装于斗臂缸17的斗臂底部压力传感器31和斗杆压力传感器32的信号，控制器21根据这些传感器信号运算出荷载，并将荷载测量结果显示于监视器23。
－系统结构－
图3是第2实施方式的荷载测量系统的系统结构图。本实施方式的荷载测量系统作为几个软件的组合而安装于控制器21内部，输入传感器24－32的信号以及安装于监视器23的开关信号，在控制器21内部运算出作业对象物的荷载值，并将荷载值显示于监视器23。
在图3的控制器21的内部，用框图表示控制器21具有的功能。控制器21由如下部件构成：姿势运算部55，其根据角度传感器24－28的检测值，运算前部作业机12的姿势信息；运动状态运算部56，其运算表示前部作业机12的运动状态的物理量(在本实施方式中为旋转速度)；搬运判定部50，其根据斗臂缸17的负荷信息(例如，斗臂底部压力传感器31的检测值)，判定前部作业机12开始向自卸车(搬运机械)的载台的上方搬运作业对象物的时间(即，搬运动作的开始时间)；荷载运算部51，其根据前部作业机12向自卸车的载台的上方搬运作业对象物的期间(即，搬运动作中)动作的动臂缸16的推力信息(例如，动臂缸16的底部压力传感器29和杆压力传感器30的检测值)，运算作业对象物的荷载值；荷载溢出基准存储部52，其存储通过作业对象物的荷载值、前部作业机12的姿势以及前部作业机12的运动状态的相互关系规定的基准值(以下，有时称为“荷载溢出基准值”或“荷载溢出允许范围”)，该基准值是用于推定是否发生了来自前部作业机12的作业对象物的荷载溢出；荷载溢出基准选择部53，其根据荷载运算部51运算出的作业对象物的荷载值，从存储于荷载溢出基准存储部52中的多个基准值中选择一个基准值；荷载溢出推定部54，其根据存储于荷载溢出基准存储部52的荷载溢出基准值、荷载运算部51运算出的作业对象物的荷载值、姿势运算部55运算出的前部作业机12的姿势、以及运动状态运算部56运算出的表示前部作业机12的运动状态的物理量，推定前部作业机12在作业对象物的搬运中是否发生了荷载溢出；以及输出信息生成部57，其根据荷载运算部51和荷载溢出推定部54的输出，生成显示于监视器23的信息。此外，荷载运算部51对作业对象物的荷载进行累计来运算向搬运机械2的装入量，根据设置于监视器23的累计复位开关94(参照图13A、图13B)输出的复位信号的输入，对向搬运机械2的装入量进行复位。
本实施方式的运动状态运算部56计算前部作业机12的移动速度更具体地计算上部旋转体11的旋转速度，作为表示前部作业机12的运动状态的物理量。
接着，说明本发明的实施方式的一例的作业机械的荷载测量系统根据作业周期开始时的前部作业机12的姿势，对前部作业机12的操作指示进行修正，并测量荷载的方法。
－向自卸车的装入作业中的液压挖掘机的动作的定义－
图4是表示液压挖掘机1的作业的一例的概要图。在本申请中，为了方便，将液压挖掘机(装入机械)1进行的向自卸车(搬运机械)2的“装入作业(搬运作业)”定义为包含如下的4个动作的作业：A)挖掘作业对象物(搬运物)3并将作业对象物(也被称为“挖掘物”)装入到铲斗15内的“挖掘动作”；B)组合上部旋转体11的旋转和前部作业机12的动作，而将铲斗移动至自卸车2的载台的上方的“搬运动作”；C)将铲斗15内的作业对象物4释放(倾倒)到自卸车2的载台的“装入动作”；D)为了开始挖掘动作而将铲斗15移动至作业对象物上的所希望的位置的“到达动作”。多数情况下，液压挖掘机1按照该顺序反复实施这4个动作，由此用作业对象物4装满自卸车2的载台。在多数情况下，通过抬起旋转动臂来进行B)的搬运动作。在多数情况下，通过铲斗倾倒来进行C)的装入动作。
若过剩地将作业对象物4装入到自卸车2的架台上时成为过装入，将导致自卸车2的效率降低、破损，此外，在作业对象物4的装入过少的情况下搬运量较少，因此现场的生产量下降，从而希望使向自卸车2的装入量设为适当。
若在装入作业中测量作业对象物4的荷载后进行不适当的操作，则有时铲斗15内部的作业对象物4荷载溢出。在操作者未注意荷载溢出而直接实施了向搬运机械2的装入的情况下，在测量出的作业对象物4的荷载与实际装入到自卸车2的荷载之间产生差。因此，对作业对象物4的荷载进行累计而求出的向搬运机械2的装入量与实际的装入量有所不同，无法适当地管理向自卸车2的装入量，因此若存在作业对象物4荷载溢出的可能性的情况下，希望向操作者进行通知。
－基于搬运判定部50的搬运动作的开始判定、结束判定－
图5是表示控制器21中的搬运判定部50判定前部作业机12进行的向自卸车2的载台上方的搬作业对象物4的搬运的开始和结束的方法的流程图，图6是表示斗臂底部压力传感器31的检测值(斗臂缸底部压力)以及铲斗角度传感器26的检测值(斗臂－铲斗相对角度)与搬运判定部50的判定结果的关系的图表的一例。
在液压挖掘机1的控制器21中在每个预先确定的采样周期执行图5的流程图。
在步骤S100中，搬运判定部50监视斗臂底部压力传感器31的输出，判定是否从比预先设定的阈值1低的状态超过了阈值1。液压挖掘机1按压斗臂缸17来进行挖掘，因此如图6下侧的图表所示，在挖掘动作中斗臂缸底部压力变大，由此在本实施方式中视为在斗臂底部压力超过阈值1的定时开始了挖掘动作。在步骤S100中判定为斗臂底部压力从低于阈值1的状态超过了阈值1的情况下，搬运判定部50判定为液压挖掘机1开始了挖掘动作，而前进到步骤S101。相反，在斗臂底部压力从低于阈值1的状态未超过阈值1的情况下(保持阈值1以下的情况下)，返回到步骤S100之前，继续监视斗臂底部压力传感器31的输出。
在步骤S101中，继续监视斗臂底部压力传感器31的输出，判定是否从比预先设定的阈值2的状态低于阈值2。如图6下侧的图表所示，若挖掘动作结束则斗臂缸底部压力变小，因此在本实施方式中视为在斗臂底部压力低于阈值2的定时结束挖掘动作，开始搬运动作。在步骤S101中判定为斗臂底部压力从高于阈值2的状态低于阈值2的情况下，搬运判定部50判定为液压挖掘机1结束挖掘动作且开始了搬运动作，而前进到步骤S102。相反，在斗臂底部压力从高于阈值2的状态不低于阈值2的情况下(保持阈值2以下的情况下)，判定为搬运判定部50继续进行挖掘动作，返回到步骤S101之前，继续监视斗臂底部压力传感器31的输出。
另外，关于阈值1与阈值2的关系，在图6所示的例子中阈值1＜阈值2的关系成立，但这仅为一例，在能够判定液压挖掘机1的挖掘动作的开始和结束的范围内能够设定任意的值。此外，此时，不涉及阈值1と阈值2的大小关系。
在步骤S102中，搬运判定部50将开始了搬运动作的判定(搬运开始判定)输出到外部，并前进到步骤S103。此时的判定输出目的地包括荷载运算部51。
在步骤S103中，搬运判定部50监视铲斗角度传感器26的输出，判定斗臂－铲斗间的相对角度(由斗臂14和铲斗15形成的角)是否从小于预先设定的阈值3的角度超过了阈值3。结束搬运动作开始装入动作的液压挖掘机1为了释放铲斗15内的沙土(挖掘对象物)，以缩小由斗臂14和铲斗15形成的角的方式进行动作。也就是说，如图6上侧的图表所示，从搬运动作向装入动作迁移时斗臂14与铲斗15的相对角度变大，因此在本实施方式中视为在斗臂14与铲斗15的相对角度超过了阈值3的定时结束搬运动作，开始装入动作。在步骤S103中判定为斗臂－铲斗相对角度超过了阈值3的情况下，搬运判定部50判定为液压挖掘机1结束搬运动作且开始了装入动作，而前进到步骤S104。相反，在判定为斗臂－铲斗相对角度未超过阈值3的情况下(保持低于阈值3的情况下)，判定为搬运判定部50继续进行搬运动作，返回到步骤S103之前，继续监视铲斗角度传感器26的输出。
在步骤S104中，搬运判定部50将结束了搬运动作的判定(搬运结束判定)输出到外部，并前进到步骤S100。此时的判定输出目的地包括荷载运算部51。
－荷载溢出基准值－
图7是表示本实施方式的荷载溢出基准值的图表，图8是表示荷载大小的分类方法的铲斗15的侧视图。使用图7和图8，说明存储于荷载溢出基准存储部52的荷载溢出基准值。荷载溢出基准存储部52是在控制器21的存储装置内确保的存储区域，将荷载溢出基准存储部52处理的数据存储于控制器21的存储装置。
如图7的图表所示，荷载溢出基准值被规定为将相对于铲斗15的开口面的水平面的角度(以下，有时称为“铲斗绝对角度”、“铲斗角度”)设为纵轴(第1轴)、将上部旋转体11的旋转角速度设为横轴(第2轴)的正交坐标系上的预定的区域，该区域由对每个挖掘物(作业对象物)4的荷载值规定的多个区域构成。在铲斗开口面为水平时(图中的虚线)，将纵轴(铲斗角度)设为0。另外，详细内容予以后述，但图中的括号内的大、中、小表示“荷载的大小”，而不表示铲斗角度、旋转角速度的大小。例如，θsp(大)表示荷载较大时的铲斗角度的最大值，ωsp(大)表示荷载较大时的旋转角速度的最大值。
在铲斗15的开口面为水平的状态下使上部旋转体11的旋转速度变大时，因作用于铲斗15的离心力、惯性力，从铲斗15的开口面突出的挖掘物4的部位掉落。此外，在使铲斗15的开口面从水平状态倾斜时，从铲斗15的开口面突出的挖掘物4的部位不容易掉率，因此在上部旋转体11的旋转速度较小的情况下也掉落。进一步使铲斗15的开口面从水平状态倾斜时，在成为某角度的位置即使在上部旋转体11不旋转的情况下也发生洒落。为了表示这些关系，在本实施方式中，如图7所示将表示发生荷载溢出时的铲斗15的绝对角度与上部旋转体11的旋转速度的大小的关系的荷载溢出基准值的分布设为半椭圆状(以下，为了方便，有时将半椭圆简单地称为“椭圆”)。荷载溢出推定部54在实际的铲斗15的绝对角度与上部旋转体11的旋转速度的大小组合包含在椭圆的外部的情况下，判定为在挖掘物4的搬运中发生了荷载溢出，在包含于该椭圆的内部的情况下判定为未发生荷载溢出。
在挖掘物4的荷载大的情况下，如图8中标记为“荷载：大”的图所示，从铲斗15的开口面突出的挖掘物4的部位较大，挖掘物4容易洒落。因此，如图7中标记为“荷载：大”的椭圆所示椭圆的大小变小。另一方面，在挖掘物4的荷载小的情况下，如图8中标记为“荷载：小”的图所示，从铲斗15的开口面突出的挖掘物4的部位较小，挖掘物4不容易洒落。因此，如图7中标记为“荷载：小”的椭圆所示椭圆变大，不产生荷载溢出的铲斗15的绝对角度与上部旋转体11的旋转角速度的大小的组合中产生余裕。
另外，图8的“荷载：大”的情况表示将从铲斗侧面观察挖掘物的梯度为1比1时的荷载(最大荷载)设为上限的预定的荷载值的范围，“荷载：小”的情况表示将从铲斗侧面观察挖掘物的上表面与铲斗15的开口面大致一致时的荷载设为上限的预定的荷载值的范围，“荷载：中”的情况表示将“荷载：大”时的范围的下限设为上限，将“荷载：小”时的上限设为下限的荷载值的范围。在本实施方式中规定了对应于3种荷载范围的3种椭圆(荷载溢出基准值)，但也可以规定除此以外的多种荷载范围和椭圆。
将铲斗15相对于与上述3种荷载范围(大、中、小)对应的荷载溢出基准值(椭圆)中的水平面的绝对角度的最大值分别设为θsp(大)、θsp(中)、θsp(小)，同样地，在将上部旋转体11的旋转角速度的最大值分别设为ωsp(大)、ωsp(中)、ωsp(小)，将铲斗角度设为θbk，将旋转角速度的大小设为ωsw时，能够通过式(1)表示不发生荷载溢出的范围即椭圆内部的区域。
(θbk)2/(θsp)2+(ωsw)2/(ωsp)2≤1 (1)
可以预先测量包含作为常数值的θsp(大)、θsp(中)、θsp(小)以及ωsp(大)、ωsp(中)、ωsp(小)的荷载溢出基准值并记录于荷载溢出基准存储部52。例如，如图8所示将荷载设定为大、中、小，实施与各个设定相同的装入，并测量该状态下的荷载。然后，将在大、中、小的各荷载状态下不进行旋转、铲斗15的开口面从水平状态倾斜而发生荷载溢出时的铲斗15的绝对角度设定为θsp，将铲斗15设为水平的状态下进行旋转而发生荷载溢出时的旋转角度设定为ωsp。
－荷载运算部51的荷载值运算－
图9是控制器21中的荷载运算部51进行的铲斗15内的作业对象物的瞬时负荷MI的运算方法的说明图。使用图9，对荷载运算部51运算荷载的方法进行说明。荷载的测量作用于动臂13的转动轴周围，利用动臂缸16产生的扭矩、前部作业机12根据重力和旋转离心力产生的扭矩、装载物根据重力和旋转离心力产生的扭矩的平衡。
将动臂底部压力传感器29的输出信号设为P1、将动臂杆压力传感器30的输出信号设为P2、将动臂缸16的受压面积设为A1、A2，通过以下的式(2)计算出动臂缸16的推力Fcyl。
Fcyl＝A1·P1+A2·P2…(2)
将连接动臂转动轴和动臂缸16的推力的作用点而得的线段的长度设为Lbm、将由动臂缸16的推力Fcyl、线段Lbm、推力的方向形成的角度设为θcyl，通过以下的式(3)计算出动臂缸16产生的扭矩Tbm。
Tbm＝Fcyl·Lbm·sin(θcyl)…(3)
将前部作业机12的重心重量设为Mfr、将重力加速度设为g、将动臂转动轴到前部重心为止的前后方向的长度(车体前后方向的长度)设为Lfr、将连接动臂转动轴与前部重心而成的线段和水平面形成的角度设为θfr，通过以下的式(4)计算出前部作业机12因重力产生的扭矩Tgfr。
Tgfr＝Mfr·g·Lfr·cos(θfr)…(4)
将上部旋转体11的旋转中心到前部重心为止的前后方向的长度设为Rfr、将旋转角速度设为ω，通过以下的式(5)计算出前部作业机12因旋转离心力产生的扭矩Tcfr。
Tcfr＝Mfr·Rfr·ω2·sin(θfr)…(5)
另外，根据预先设定的上部旋转体11、动臂13、斗臂14、铲斗15各自的长度、重心位置、重量、从动臂角度传感器24、斗臂角度传感器25、铲斗角度传感器26输出的角度信号，计算出Mfr、Lfr、Rfr、θfr。
将装载物的重量设为MI、将动臂转动轴到铲斗重心为止的前后方向的长度设为Ll、将连接动臂转动轴与装载物重心而成的线段和水平面形成的角度设为θl，通过以下的式(6)计算出装载物因重力产生的扭矩Tgl。
Tgl＝MI·g·Ll·cos(θl)…(6)
将上部旋转体11的旋转中心到铲斗重心为止的前后方向的长度设为Rl，通过以下的式(7)计算出装载物因旋转离心力产生的扭矩Tcl。
Tcl＝MI·Rl·ω2·sin(θl)…(7)
将式(3)或(7)的平衡变形而对装载物重量MI进行展开时，通过以下的式(8)计算出装载物重量MI。
MI＝(Tbm-Tgfr-Tcfr)/(Ll·g·cos(θl)+Rl·ω2·sin(θl))…(8)
基于式(2)－(8)的荷载的运算，因传感器的噪声、液压电路的特性等在搬运动作中无法始终输出固定值，因此将搬运动作中的固定期间的装载物重量MI平均化来确定荷载值。
－荷载值确定处理和荷载溢出推定处理－
图10是表示第1实施方式的控制器21执行的荷载值确定处理和荷载溢出推定处理的流程图，图11是表示瞬时荷载值MI的时间变化的图表，图12是推定搬运中发生荷载溢出时所利用的图表(荷载溢出基准值)的说明图。使用图10至图12说明荷载运算部51在液压挖掘机1的搬运动作中确定荷载后，根据该荷载值荷载溢出基准选择部53选择荷载溢出基准值，并根据该选择出的荷载溢出基准值荷载溢出推定部54推定有无荷载溢出的方法。
在控制器21中以预先确定的采样周期执行图10的流程图。
在步骤S110中，荷载运算部51判定是否从监视器23输出了装入量的复位信号，在未输出复位信号的情况下前进到步骤S112，在输出了复位信号的情况下，在步骤S111对向搬运机械2的装入量进行复位，并前进到步骤S112。
在步骤S112中，荷载运算部51监视是否从搬运判定部50输出了搬运开始判定。在输出了搬运开始判定的情况下前进到步骤S113，不是的情况下返回到步骤S110之前，监视监视器23以及搬运判定部50的输出。
在步骤S113中，荷载运算部51进行与上述的式(2)－(8)有关的运算，运算出瞬时的挖掘物重量(瞬时荷载值)MI，接着，在步骤S114中记录瞬时的瞬时荷载值MI，前进到步骤S115。
在步骤S115中，荷载运算部51判定从搬运判定部50输出搬运开始判定起是否经过了预定时间(有时称为“荷载运算期间”)，在未经过预定时间的情况下前进到步骤S113之前再次执行步骤S113和S114。另一方面，在经过了预定时间的情况下，向步骤S116前进。
在步骤S116中，运算在预定时间运算出的瞬时荷载值MI的平均荷载值。如图11所示，荷载运算期间的瞬时荷载值MI按采样而不同，因此通过获取在荷载运算期间运算出的值的平均来确定荷载值。若在步骤S116中确定了荷载值，则将该确定的荷载值发送给输出信息生成部57(步骤S117)并前进到步骤S118。输出信息生成部57根据在步骤S117中输入的荷载值，更新监视器23的画面上的搬运中荷载显示部93的数值。
在步骤S118中，荷载溢出基准选择部53根据预先设定的阈值，将在步骤S116中运算出的挖掘物4的荷载值MI的大小分类为大、中、小这3个，从图7中的荷载溢出基准存储部52记录的3个椭圆状的荷载溢出基准值(荷载溢出允许范围)中选择适合于分类的挖掘物4的荷载值的基准值。然后，将选择的荷载溢出基准值输出到荷载溢出推定部54并设定为荷载溢出基准值后，前进到步骤S119。在此，设为在步骤S118中选择/设定了图12所示的荷载溢出基准值，并继续进行说明。
在步骤S119中，荷载溢出推定部54在推定出了荷载溢出时，将设定为打开的荷载溢出推定标记设定为关闭，前进到步骤S120。
在步骤S120中，荷载溢出推定部54根据在步骤S118中设定的基准值、从姿势运算部55输入的铲斗15相对于当前的水平面的绝对角度、从运动状态运算部56输入的当前的上部旋转体11的旋转角速度的大小，判定铲斗15相对于当前的水平面的绝对角度和上部旋转体11的旋转角速度的大小是否满足式(1)所示的关系。在满足式(1)的关系的情况下(即，图12中的虚线圆所示判定为铲斗角度与旋转角速度的组合在允许范围内的情况下)，视为未发生荷载溢出，前进到步骤S122。相反，在不满足式(1)的关系的情况下(即，图12中的实线圆所示判定为铲斗角度与旋转角速度的组合在允许范围外的情况下)，视为在步骤S121中发生了荷载溢出，将荷载溢出推定标记设定为打开，前进到步骤S122。
在步骤S122中，荷载溢出推定部54判定荷载溢出推定标记是否成为打开。在荷载溢出推定标记为关闭的情况下前进到步骤S125，在荷载溢出推定标记为打开的情况下前进到步骤S123。
在步骤S125中，荷载运算部51监视是否从搬运判定部50输出了搬运结束判定(步骤S104)，在未检测出搬运结束判定的情况下返回到步骤S120之前，继续进行基于荷载溢出推定部54的有无荷载溢出的判定，检测出搬运结束判定的情况下前进到步骤S126。
在步骤S123中，输出信息生成部57生成荷载溢出通知消息95并显示于监视器23上，由此向操作者通知荷载溢出推定(参照后述的图13B)，前进到步骤S124。至少在荷载溢出推定标记为关闭的期间，在监视器23上显示荷载溢出通知消息95。
在步骤S124中，荷载运算部51确认动臂角度传感器24的输出，判定在检测出搬运结束判定为止的期间是否检测出动臂抬起。搬运结束判定为止检测出了动臂抬起的情况下，视为根据荷载溢出通知消息95操作者开始了荷载值的再测量，返回到步骤S113之前，再次测量荷载。如图11所示，推定出荷载溢出后检测到动臂抬起的情况下，在检测到动臂抬起后的预定期间再次测量瞬时荷载值MI，更新荷载值。另一方面，在步骤S124中无法检测到动臂抬起的情况下，视为推定出了荷载溢出但操作员不进行再测量而结束搬运动作，前进到步骤S126。
在步骤S126中，荷载运算部51对在步骤S116中运算出的平均荷载进行累计，运算向搬运机械2的装入量。在步骤S127中，荷载运算部51对在步骤S116中运算出的平均荷载进行复位。在步骤S128中，将在步骤S126中运算出的向搬运机械2的装入量和在步骤S127中复位的平均荷载值输出到输出信息生成部57，返回到步骤S110之前。输出信息生成部57根据步骤S128的输出对显示进行更新。
图13A和图13B是表示本实施方式的监视器23的输出画面的外观图，图13A是未推定荷载溢出时(荷载溢出推定标记关闭时)的输出画面，图13B是推定出荷载溢出时(荷载溢出推定标记打开时)的输出画面。使用图13A、图13B说明输出信息生成部57根据荷载测量结果和荷载溢出推定结果变更监视器23的显示的方法。
监视器23的输出画面(显示画面)上设有目标荷载显示部90、合计荷载显示部91、剩余荷载显示部92、搬运中荷载显示部93、累计复位开关94。根据各自卸车2的载重量(Vessel capacity)来预先设定显示于目标荷载显示部90的目标荷载值。显示于合计荷载显示部91的合计荷载值是在图10中的步骤S126中运算出的搬运机械2的装入量(平均荷载值的累计值)，在按下累计复位开关94的定时复位为零。显示于剩余荷载显示部92的剩余荷载值是从目标荷载显示部90的目标荷载值减去合计荷载显示部92的合计荷载值而得的值。在在搬运中荷载显示部93中显示在图10的步骤S116中运算出的搬运中的荷载值，在步骤S129的定时复位为零。输出信息生成部57在图9的步骤S123中荷载溢出推定标记为打开的期间生成荷载溢出通知消息95，并如图13B所示将该荷载溢出通知消息95重叠地显示于监视器23上。作为荷载溢出通知消息95，也可以追加对操作者催促执行迅速的动臂抬起的消息、图像。
－动作、效果－
在如上所述地构成的液压挖掘机中，进行斗臂铲装操作而开始通过前部作业机12挖掘作业对象物4的挖掘动作时，铲斗15接触地表而斗臂缸底部压力超过阈值1并上升，之后，结束挖掘而斗臂缸负荷降低时，斗臂缸底部压力低于阈值2以下，搬运判定部50输出搬运开始判定(图5的S102)。在紧接着挖掘动作的搬运动作中，通过旋转动臂抬起进行将作业对象物4搬运到自卸车2的载台上的动作，在该搬运动作中控制器21执行图10的步骤S113－S122的处理。具体地，首先，荷载运算部51进行瞬时荷载值MI和平均荷载值的运算(步骤S113－S116)。然后，荷载溢出推定部54设定合适于该平均荷载值的荷载溢出基准值(步骤S118)，在运算平均荷载值后到输出搬运动作结束判定前的期间，判定姿势运算部55运算出的铲斗角度和运动状态运算部56运算出的旋转角速度的组合是否位于规定荷载溢出基准值的椭圆的内部，由此判定是否发生了荷载溢出(步骤S120)。通过该判定推定出发生了荷载溢出的情况下，在监视器23的画面上显示荷载溢出通知消息95(图13B)(步骤S123)，由此向操作者通知在搬运动作中(即，基于铲斗倾倒的向自卸车2释放挖掘物4前)发生了荷载溢出。识别出通知消息95的操作者迅速再次进行动臂抬起(步骤S124)，由此通过荷载运算部51运算荷载溢出后的挖掘物4的平均荷载值(步骤S113－S116)。荷载运算部51运算完平均荷载值时，更新监视器23上的搬运中荷载显示部93的数值(步骤S117)，因此通过识别该数值的更新，操作者能够掌握完成了荷载溢出后的挖掘物4的平均荷载值的运算，能够平滑地转移到下个装入动作。之后，对荷载溢出后的挖掘物4的平均荷载值进行累计作为向自卸车2的装入量(步骤S126)。
这样，通过在搬运动作中判定有无荷载溢出的发生，操作者不会看漏平均荷载测量后的荷载溢出，发生荷载溢出时通过再次测量平均荷载值，能够高精度地运算向自卸车2的装入量。
＜第2实施方式＞
接着，对本发明的第2实施方式进行说明。图14是第2实施方式的荷载测量系统的系统结构图，对与上面的实施方式相同的部分赋予相同符号并省略说明。本实施方式的控制器21除了第1实施方式的各结构外，还作为存储用于判别前部作业机12的姿势(铲斗角度)和运动状态(旋转角速度)中的哪个成为荷载溢出的原因的基准值(有时称为“荷载溢出原因基准值”)的荷载溢出原因基准存储部60发挥作用。荷载溢出原因基准存储部60是在控制器21的存储装置内确保的存储区域，将荷载溢出原因基准存储部60处理的数据存储于控制器21的存储装置。
图15是第2实施方式的控制器21执行的处理的流程图，与第1实施方式的图10的不同点在于，步骤S121后执行步骤S130、131、132的处理。赋予了与图10相同符号的步骤是与图10相同的步骤，因此省略说明。
荷载溢出推定部54在步骤S120中判定为发生了荷载溢出并在步骤S121中将荷载溢出推定标记设定为打开时，在步骤S130中根据铲斗15的绝对角度是否在荷载溢出原因判别基准值内来判定荷载溢出原因。图16是本实施方式的荷载溢出原因基准值的说明图，在包含铲斗15的绝对角度成为水平的零的预定范围内规定本实施方式的荷载溢出原因基准值。在图16的例子中，在铲斗绝对角度为－θsp1(下限值)至+θsp1(上限值)的范围内设定荷载溢出原因基准值。
在步骤S130中，荷载溢出推定部54判定为铲斗15的绝对角度包含在荷载溢出原因判别基准值内的情况下(即，如图16中的虚线圆所示判定为铲斗绝对角度在荷载溢出原因判别基准值内的情况下)，在步骤S131中推定荷载溢出的主要原因是“旋转速度”，并将该推定结果输出到输出信息生成部57。另一方面，在判定为铲斗15的绝对角度不在荷载溢出原因判别基准内的情况下(即，如图16中的实线圆所示判定为铲斗绝对角度在荷载溢出原因判别基准值外的情况下)，在步骤S132中推定荷载溢出的主要原因是“铲斗15的角度”，并将该推定结果输出到输出信息生成部57。若步骤S131和S132中的某个处理结束，则前进到步骤S122。
输出信息生成部57在步骤S123中将荷载溢出通知消息95显示于监视器23的同时，显示与在步骤S131或S132中输入的荷载溢出原因的推定结果对应的荷载溢出原因通知消息98。例如，铲斗15的绝对角度在荷载溢出原因的判别基准值的范围外时(即，通过了步骤S132时)，如图17所示铲斗15的斜率(绝对角度)为原因，因此推定出发生了荷载溢出，为了注意铲斗15的斜率而经由监视器23的显示通知给操作者。另外，虽然省略了图示，但通过步骤S131并推定荷载溢出原因为旋转速度的情况下，旋转速度为荷载溢出的原因，在监视器23上显示向操作者催促注意旋转速度的消息。另外，在图16的例子中，也如图13B的例子所示，显示“请重新测量”这样的催促基于动臂抬起的再测量的消息作为荷载溢出通知消息95。
根据这样构成的本实施方式，根据发生了荷载溢出时的前部作业机12的姿势(铲斗绝对角度)、运动状态(旋转角度)、荷载溢出原因基准值，将荷载溢出原因的推定结果显示于监视器23，从而能够使操作者掌握荷载溢出原因。由此，操作者能够客观地掌握自身的操作倾向，能够期待催促操作者的技能提升。
另外，图16的荷载溢出原因基准值仅为一例，也可以将铲斗绝对角度的上限值(最大值)和下限值(最小值)设定为不同的值。
＜第3实施方式＞
接着，对本发明的第3实施方式进行说明。本实施方式的荷载测量系统的系统结构与图3所示的第1实施方式相同，因此省略说明。
图18是第3实施方式的控制器21执行的处理的流程图，与第1实施方式的图10的不同点在于，步骤S122后执行步骤S135、136、137的处理。赋予了与图10相同符号的步骤是与图10相同的步骤，因此省略说明。
荷载溢出推定部54在步骤S120中判定为发生了荷载溢出并在步骤S121中将荷载溢出推定标记设定为打开时，在步骤S135中运算出针对荷载溢出基准选择部53选择的荷载溢出基准值的、运动状态运算部56运算出的上部旋转体11的旋转角速度(表示前部作业机12的运动状态的物理量)的余裕度(荷载溢出余裕度)。具体地，在步骤S135中，荷载溢出推定部54如图19所示在执行步骤S135时将由姿势运算部55运算出的铲斗角度与运动状态运算部56运算出的旋转角速度的组合形成的点、规定荷载溢出基准值的椭圆在旋转角速度的大小方向上的距离(水平距离)运算为针对荷载溢出的余裕度。即，能够通过对式(1)进行变形，以以下的式(9)运算出针对荷载溢出的余裕度ωm。
ωm＝((ωsp)2×(1-(θbk)2/(θsp)2))1/2-ωsw
(9)
在接下来的步骤S136中，荷载溢出推定部54判定荷载溢出余裕度是否超过了预定的预定值(阈值)。在荷载溢出余裕度为设定值以下的情况下，前进到步骤S125，监视搬运是否结束。另一方面，在荷载溢出余裕度超过了设定值的情况下，向输出信息生成部57输出在步骤S135中运算出的余裕度，并前进到步骤S137。
在步骤S137中，输出信息生成部57根据荷载溢出推定部54在步骤S136中输出的荷载溢出余裕度，使监视器23显示针对荷载溢出的余裕度消息96。对于荷载溢出，上部旋转体11的旋转角速度的大小中存在余裕的情况下，如图20所示的余裕度消息96所示，即使旋转角速度(表示前部作业机12的运动状态的物理量)增加，也向操作者通知不会发生荷载溢出的内容。
这样通过荷载溢出推定部54推定为未发生荷载溢出的情况下，将余裕度消息96显示于监视器23，并向操作者通知针对荷载溢出的余裕度，由此操作者能够在不发生荷载溢出的范围内快速实施操作，因此能够提高作业效果。此外，能够掌握搬运中的适当的操作方法，因此能够提高操作者的技能。
另外，在本实施方式中，计算出旋转速度的余裕度并通知给操作者，但也可以算出铲斗绝对角度的余裕度、即图19的垂直方向距离(具体地，执行步骤S135时的铲斗角度与旋转角速度的组合构成的点和规定荷载溢出基准值的椭圆在铲斗角度的大小方向上的距离)并通知给操作者。
＜第4实施方式＞
接着，对本发明的第4实施方式进行说明。图21是第4实施方式的荷载测量系统的系统结构图，对与之前的实施方式相同的部分赋予相同符号并省略说明。本实施方式的控制器21作为对荷载溢出推定部54推定为前部作业机12在作业对象物4的搬运中发生了荷载溢出的次数(荷载溢出计数值)进行计数的荷载溢出推定频率运算部61发挥作用，通过荷载溢出推定频率运算部61计数的次数超过了预定的设定值时，监视器23还通知荷载溢出基准存储部53变更所选择的荷载溢出基准值的内容。另外，图21的系统以具有荷载溢出原因基准存储部60的第2实施方式的图15的系统结构为基础，但即使对第1实施方式的图10的系统结构追加荷载溢出推定频率运算部61也可以构筑同样的系统。
图22是第4实施方式的控制器21执行的处理的流程图，与第1实施方式的图10的不同点在于，步骤S120后执行步骤S140的处理，步骤S121后执行步骤S141、142、143、144的处理。赋予了与图10相同符号的步骤是与图10相同的步骤，因此省略说明。
荷载溢出推定部54在步骤S120中未推定荷载溢出的情况下，荷载溢出推定频率运算部61在步骤S140中从控制器21的内部所保持的荷载溢出计数值减去1，前进到步骤S122。
另一方面，荷载溢出推定部54在步骤S120中推定了荷载溢出的情况下，荷载溢出推定频率运算部61在步骤S121后的步骤S141中对荷载溢出计数值加上1，前进到步骤S142。在步骤S142中，荷载溢出推定频率运算部61判定荷载溢出计数值是否比预先设定的设定值多，在计数值为该设定值以下的情况下前进到步骤S122。另一方面，在计数值比该设定值多的情况下，荷载溢出推定频率运算部61在步骤S143中将荷载溢出推定标记设定为关闭，在接着的步骤S144中将错误信号输出到输出信息生成部57。
在步骤S144中，从荷载溢出推定频率运算部61输出了错误信息的情况下，如图23所示输出信息生成部57将催促荷载溢出基准存储部52的荷载溢出基准值的设定变更的荷载溢出基准值设定变更通知消息97显示于监视器23。即，在荷载溢出的推定较多的情况下，向操作者通知重新设定荷载溢出基准存储部52的荷载溢出基准值。
这样根据荷载溢出的推定频率催促荷载溢出基准的设定变更，从而能够掌握存储于荷载溢出基准存储部52的荷载溢出基准值的设定不适合作业现场的环境，通过修正该设定能够进行适于作业现场的环境的荷载溢出推定。
＜第5实施方式＞
接着，对本发明的第5实施方式进行说明。本实施方式的荷载测量系统的系统结构与图3所示的第1实施方式相同，因此省略说明。
首先，本实施方式的特征在于，通过姿势运算部55运算的前部作业机12的姿势包括从上部旋转体11(车体本体)到位于前部作业机12的前端部的铲斗15为止的水平方向距离L(参照图26)，根据该水平方向距离L的减少规定为荷载溢出基准值的椭圆的广度如图27所示在旋转角速度方向上增加(换言之，规定为根据水平方向距离L的减少增加椭圆的长轴方向的长度)。
此外，本实施方式的特征在于，姿势运算部55计算出铲斗15的位置作为前部作业机12的姿势，运动状态运算部56根据姿势运算部55计算出的铲斗15的位置，计算出铲斗15的铅垂方向加速度和水平方向加速度作为表示前部作业机12的运动状态的物理量，将存储于荷载溢出基准存储部52的荷载溢出基准值规定为以铲斗15的铅垂方向加速度为第1轴、铲斗15的水平方向加速度为第2轴的坐标系上的预定区域(参照图27)，该区域是对作业对象物4的每个荷载值(平均加重)规定的多个区域(参照图27)，荷载溢出基准选择部53根据荷载运算部51运算出的作业对象物4的荷载值(平均荷载)从存储于荷载溢出基准存储部52的多个荷载溢出基准值中选择1个荷载溢出基准值，荷载溢出推定部54在运动状态运算部56运算出的铲斗15的铅垂方向加速度和水平方向加速度包含于选择部53选择出的荷载溢出基准值所规定的区域外部的情况下，判定为前部作业机12在作业对象物的搬运中发生了荷载溢出。
图24是第5实施方式的控制器21执行的处理的流程图，与第1实施方式的图10的不同点在于，步骤S119后执行图25所示的荷载溢出推定处理，在该图25的荷载溢出推定处理之后执行步骤S122以后的处理。在图24、25中，赋予了与图10相同符号的步骤是与图10相同的步骤，因此省略说明。图26是在图25中的步骤S150中运算的铲斗中心位置L、H的说明图，图27是图25中的步骤S151－153涉及的荷载溢出基准值的图表，图28是图25中的步骤S15－156涉及的荷载溢出基准值的图表。
在图25的步骤S150中，姿势运算部55通过以下的式(10)、(11)运算从动臂13的转动中心到铲斗中心为止的水平方向距离L以及铅垂方向距离H。
H＝Lbm·sin(θbm)+Lam·sin(θbm+θam)+Lbk·sin(θbm+θam+θbm)…(10)
L＝Lbm·cos(θbm)+Lam·cos(θbm+θam)+Lbk·cos(θbm+θam+θbm)…(11)
接着，在步骤S151中，荷载溢出推定部54判定在步骤S150中运算出的水平方向距离L是否比预先设定的针对动臂的转动中心的水平方向距离的设定值Lth大，在大的情况下判定为铲斗中心位于图26中的区域B，并前进到步骤S153。另一方面，在水平方向距离L为设定值Lth以下的情况下，判定为铲斗中心位于图26中的区域A，并前进到步骤S152。
然而，在水平方向距离L相对大的情况下旋转半径大，因旋转产生的离心力、惯性力变大，因此旋转角速度变大时容易产生荷载溢出。相反，在水平方向距离L相对小的情况下旋转半径小，即使旋转角速度变大也难以产生荷载溢出。因此，如图27所示，将液压挖掘机1周围的区域在水平方向上分割为2个区域A、B的情况下，即使挖掘物4为相同的荷载(步骤S116的平均荷载)，荷载溢出基准值也根据铲斗中心位于哪个区域而成为不同的范围。另外，在图27的例子中仅示出了荷载(中)的荷载溢出基准值，省略了荷载(小)和荷载(大)的荷载溢出基准值，但与荷载(中)的情况同样地，根据铲斗中心的位置椭圆的长轴方向的长度发生变化，这是不言而喻的。另外，在图27的例子中分为区域A、B这2个区域对荷载溢出基准值进行了修正，但也可以以随着水平方向距离L的减少椭圆的长轴方向的长度(旋转角速度方向的长度)单调地增加的方式规定荷载溢出基准值。
在步骤S152中(铲斗中心位于区域A的情况下)，荷载溢出推定部54在图27的实线的椭圆所示的区域A的ωsp(中A)设定荷载溢出基准值，并前进到步骤S120。前进到步骤S153的情况下(铲斗中心位于区域B的情况下)，荷载溢出推定部54在图27的虚线的椭圆所示的区域B的ωsp(中B)设定荷载溢出基准值，并前进到步骤S120。
在步骤S120中，使用在步骤S152或步骤S153中选择出的荷载溢出基准值来进行与上述的实施方式同样的有无荷载溢出的判定，在判定为有荷载溢出的情况下，在步骤S121中将荷载溢出推定标记设为打开并前进到步骤S154。另一方面，在判定为无荷载溢出的情况下，跳过步骤S121而前进到步骤S154。
在步骤S154中，运动状态运算部56针对铲斗中心位置的水平方向距离L和铅垂方向距离H实施二阶微分，由此运算L和H的加速度(即，铲斗15的水平方向加速度和铅垂方向加速度)，前进到步骤S155。
然而，在铅垂方向距离H的加速度为0的状态下，若使水平方向距离L的加速度的绝对值变大，则因作用于铲斗15的惯性力，从铲斗15的开口面突出的挖掘物4的部位容易掉落。此外，在水平方向距离L的加速度为0的状态下，若使铅垂方向距离H的加速度变小、即加速度作用于铲斗15落下的方向，则从铲斗15的开口面突出的挖掘物4的部位容易掉落。表示这些关系时，如图28所示，基于铲斗15的中心位置的铅垂方向距离H和水平方向距离L的加速度的大小的荷载溢出基准值在铅垂方向距离H的加速度为0以下的情况下规定为椭圆状，在铅垂方向距离H的加速度为0以上的情况下规定为长方形状以便仅使水平方向距离L的加速度的大小成为对象。在挖掘物4的荷载大的情况下，从铲斗15的开口面突出的挖掘物4的部位大，挖掘物4容易洒落，因此如图27所示允许范围变小。另一方面，在挖掘物4的荷载小的情况下，从铲斗15的开口面突出的挖掘物4的部位小，挖掘物4难以洒落，因此如图27的图表所示允许范围变大，产生余裕。
在步骤S155中，荷载溢出推定部54判定铲斗中心位置L、H的加速度的组合是否在图28的荷载溢出基准值的内部。即，与步骤S120同样地，判定铲斗中心位置的铅垂方向距离H和水平方向距离L的加速度的大小是否在图28所示的允许范围内，在允许范围内的情况下直接结束处理，在允许范围外的情况下在步骤S156中将荷载溢出推定标记设定为打开，结束处理。
这样，荷载溢出的基准指标并不限定于铲斗绝对角度和旋转角速度(即，铲斗15的移动速度)的大小，也可以包括铲斗15的水平方向距离、水平方向加速度、垂直方向加速度。并且，也可以将多个基准映射于三维以上来设定荷载溢出的基准。此外，荷载溢出的基准并不限定于固定，例如也可以经由监视器23从外部设定。
另外，在第5实施方式中，并用了由图7等所示的铲斗绝对角度和旋转角速度构成的荷载溢出基准值、由图28的铲斗中心位置的铅垂方向距离H和水平方向距离L的加速度构成的荷载溢出基准值，但也可以仅利用后者的荷载溢出基准值来判定有没有发生荷载溢出。
＜其他＞
另外，本发明并不限定于上述的各实施方式，还可以包括不脱离其主旨的范围内的各种变形例。例如，本发明并不限定于具备在上述各实施方式中说明的全部结构的实施方式，也可以包含删除了该结构的一部分的实施方式。此外，也可以将某实施方式的结构的一部分追加、置换成其他实施方式的结构。
例如，在本发明的说明中使用的液压挖掘机1具有上部旋转体11、动臂13、斗臂14、铲斗15，但作业机械的结构并不限定于此，例如也可以应用于起重磁铁机这样的具有不同方式的前部作业机的作业机械。
此外，搬运判定部50的搬运开始判定并不限定于如上所述使用斗臂缸底部压力和铲斗角度的方法。例如是起重磁铁机这样的作业机械的情况下，根据磁铁的吸附的打开、关闭信号容易判定搬运动作的开始和结束。
荷载的运算并不限定于图9所示的模型，也可以使用不同的运算式。例如，也可以根据由动臂13、斗臂14、铲斗15构成的前部作业机12的运动方程式来运算荷载。
挖掘物4的荷载值的确定方法并不限定于图10所示的方法。例如，也可以提取出动臂13的转动速度为预定值以下的期间，并将该期间的荷载平均化由此进行确定。用于再次测量荷载的动臂抬起动作的检测并不限定于动臂的角度检测，也可以检测针对操作装置22的操作输入量、铲斗15爪前端位置。
荷载溢出基准值并不限定于图7、图12等所示的值。例如，也可以不是上部旋转体11的旋转速度的大小，而置换成操作者的旋转操作量。
为了积极向操作者通知通过已报告荷载溢出推定后的动臂抬起动作而完成了平均荷载值的再运算，在步骤S117中不仅更新搬运中荷载显示部93的数值，还可以在监视器23上显示已完成荷载溢出后平均荷载值的运算。
荷载溢出的原因判别基准并不限定于图15所示的设定，也可以设定旋转速度的大小的上限。
针对荷载溢出的余裕度的运算方法并不限定于图17所示的方法，也可以运算并显示针对铲斗的绝对角度的余裕度。
在上述的各实施方式中，根据挖掘物4的荷载值变更了荷载溢出基准值，但在挖掘物的荷载值中没有较大变动的情况下，也可以仅利用预先决定的1个荷载溢出基准值的方式构成系统。
附图标记说明：
1…液压挖掘机、2…自卸车、12…前部作业机、13…动臂、14…斗臂、15…铲斗、16…动臂缸、17…斗臂缸、18…铲斗缸、21…控制器、22…操作杆(操作装置)、23…监视器(显示装置、输出装置)、24…动臂角度传感器、25…斗臂角度传感器、26…铲斗角度传感器、27…旋转角速度传感器、28…倾斜角度传感器、29…动臂底部压力传感器、30…动臂杆压力传感器、31…斗臂底部压力传感器、32…斗杆压力传感器、50…搬运判定部、51…荷载运算部、52…荷载溢出基准存储部(存储装置)、53…荷载溢出基准选择部、54…荷载溢出推定部、55…姿势运算部、56…运动状态运算部、60…荷载溢出原因基准存储部(存储装置)、61…荷载溢出推定频率运算部。

Claims (7)

1.一种作业机械，具备：具有铲斗的多关节型作业机；致动器，其驱动上述作业机；操作装置，其根据操作量生成针对上述致动器的速度指令；控制器，其基于通过上述作业机向搬运机械的上方搬运作业对象物的期间的上述致动器的推力信息，运算上述作业对象物的荷载值，其特征在于，
上述控制器具备：存储装置，其存储通过作业对象物的荷载值、上述作业机的姿势、以及上述作业机的运动状态的相互关系规定的基准值，其中，该基准值用于推定上述铲斗是否发生了作业对象物的荷载溢出，
上述控制器运算上述作业机的姿势，运算表示上述作业机的运动状态的物理量，根据存储于上述存储装置的上述基准值、上述作业对象物的荷载值、上述作业机的姿势、以及表示上述作业机的运动状态的物理量，推定上述作业机在作业对象物的搬运中是否发生了荷载溢出，
上述控制器还具备：通知装置，其通知通过上述控制器判定为发生了荷载溢出的内容。
2.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
上述存储装置中还存储有用于判别上述作业机的姿势和运动状态中的哪个为荷载溢出的原因的基准值，
在判定为上述作业机在作业对象物的搬运中发生了荷载溢出时，上述控制器根据存储于上述存储装置的基准值、上述作业机的姿势、表示上述作业机的运动状态的物理量，推定荷载溢出的原因，
上述通知装置还通知通过上述控制器推定出的荷载溢出的原因。
3.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
上述控制器还运算表示上述作业机的运动状态的物理量相对于存储于上述存储装置的上述基准值的余裕度，
在上述余裕度超过了阈值时，上述通知装置通知即使表示上述作业机的运动状态的物理量增加也不未发生荷载溢出的内容。
4.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
上述控制器对上述荷载溢出推定部推定为上述作业机在作业对象物的搬运中发生了荷载溢出的次数进行计数，
在上述次数超过了预定值时，上述通知装置还通知催促变更存储于上述存储装置的上述基准值的内容。
5.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
上述控制器计算出相对于上述铲斗的水平面的角度作为上述作业机的姿势，
上述控制器计算出上述作业机的移动速度作为表示上述作业机的运动状态的物理量，
存储于上述存储装置的上述基准值被规定为以相对于上述铲斗的水平面的角度为第1轴、以上述作业机的移动速度为第2轴的坐标系上的预定区域，该区域是按照作业对象物的荷载值被规定为多个的多个区域，
上述控制器根据上述作业对象物的荷载值，从存储于上述存储装置的上述多个区域中选择1个区域，
在相对于上述铲斗的水平面的角度和上述作业机的移动速度被包含于上述选择的区域的外部的情况下，上述控制器判定为上述作业机在作业对象物的搬运中发生了荷载溢出。
6.根据权利要求5所述的作业机械，其特征在于，
上述作业机的姿势包括从上述作业机械到上述作业机的前端部为止的水平方向距离，与上述水平方向距离的减少对应地上述区域的广度增加。
7.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
上述控制器计算出上述铲斗的位置作为上述作业机的姿势，
上述控制器根据上述铲斗的位置计算出上述铲斗的铅垂方向加速度和水平方向加速度作为表示上述作业机的运动状态的物理量，
存储于上述存储装置的上述基准值被规定为以上述铲斗的铅垂方向加速度为第1轴、以上述铲斗的水平方向加速度为第2轴的坐标系上的预定区域，该区域是按照作业对象物的荷载值被规定为多个的多个区域，
上述控制器根据上述作业对象物的荷载值，从存储于上述存储装置的上述多个区域中选择1个区域，
在上述铲斗的铅垂方向加速度和水平方向加速度被包含于上述选择的区域的外部的情况下，上述控制器判定为上述作业机在作业对象物的搬运中发生了荷载溢出。
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