CN111819331B - 工程机械 - Google Patents

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Abstract

本发明提供在作业时可以减轻铲斗受到的来自地面的阻力并能提高施工面的平滑度的工程机械。该工程机械具备具有作业装置主体以及铲斗(30)的作业装置(4)和使铲斗(30)转动的第一以及第二铲斗致动器(32，35)以及控制装置。第二铲斗致动器(35)使铲斗(30)相对于作业装置主体进行绕与铲斗横轴垂直的轴心(C1)的偏航动作。控制装置，在挖掘作业时或平整土地作业时，以使铲斗(30)在偏航动作的方向振动的方式控制第二铲斗致动器(35)。

Description

工程机械
技术领域
本发明涉及一种液压挖掘机等的工程机械。
背景技术
以往已知有一种技术，如专利文献1、2所示，具备动臂、斗杆以及铲斗的工程机械在挖掘作业时，使动臂液压缸、斗杆液压缸以及铲斗液压缸中的任意一个液压缸动作从而使铲斗振动，由此来降低挖掘阻力(进入地面内部的铲斗受到的来自该地面的阻力)。
然而，如上所述的动臂液压缸、斗杆液压缸以及铲斗液压缸因为通常都是具有较大容量的液压缸，难以使上述铲斗快速地(即，以较短的周期)振动。
而且，因为动臂液压缸、斗杆液压缸以及铲斗液压缸通常都是使动臂、斗臂、铲斗分别沿着俯仰(pitch)方向转动，基于这些液压缸的动作控制的铲斗的振动也是在俯仰方向的转动振动，在通过挖掘作业形成的施工面容易产生起伏或凹凸。
而且，例如，在使地面平滑的平整土地作业中，如果为了减轻铲斗的移动阻力通过动臂液压缸、斗杆液压缸以及铲斗液压缸的任意一个动作控制来使铲斗振动，则难以平滑地平整地面。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利公开公报特开平8－165678号公报
专利文献2:日本专利公开公报特开平2－24424号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种工程机械，可以减轻铲斗受到的来自地面的阻力并能提高施工面的平滑度。
本发明提供的工程机械，具备机体、搭载在所述机体上的作业装置以及控制所述作业装置的动作的控制装置，所述作业装置具备：作业装置主体，具有与所述机体连结的基端部和其相反侧的远端部；铲斗，以可相对于所述远端部相对地进行第一转动动作以及第二转动动作的方式安装在所述作业装置主体的所述远端部；以及，多个铲斗致动器，可使所述铲斗相对于所述作业装置主体相对地动作，其中，所述第一转动动作是绕与所述铲斗的宽度方向平行的方向的铲斗横轴的转动动作即俯仰动作，所述第二转动动作是绕与所述铲斗横轴垂直的方向的轴的转动动作，所述多个铲斗致动器包含使所述铲斗进行所述第一转动动作的第一铲斗致动器和使所述铲斗进行所述第二转动动作的第二铲斗致动器，所述控制装置，以使所述铲斗在所述铲斗压接于地面的状态下通过所述第二转动动作周期性地振动的方式，控制所述第二铲斗致动器。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式涉及的工程机械即液压挖掘机的整体构成的侧视图。
图2是表示上述第一实施方式涉及的包含铲斗的主要部分的侧视图。
图3是表示上述第一实施方式涉及的上述工程机械的控制装置的功能构成的方框图。
图4是表示上述第一实施方式涉及的铲斗的偏航角的时间变化的图表。
图5是表示上述第一实施方式涉及的铲斗的偏航振动的仰视图。
图6是表示上述第一实施方式涉及的包含上述铲斗的上述主要部分的侧视图。
图7是表示本发明的第二实施方式涉及的包含工程机械的铲斗的主要部分的侧视图。
图8是表示上述第二实施方式涉及的上述工程机械的控制装置的功能构成的方框图。
图9是表示上述第二实施方式涉及的上述铲斗的倾斜角的时间变化的图表。
图10是表示上述第二实施方式涉及的上述铲斗的倾斜振动的后视图。
具体实施方式
以下参照图1至图6对本发明的第一实施方式进行说明。图1表示本实施方式的工程机械1。该工程机械1例如是液压挖掘机。该工程机械1具备履带式的行走体2、可回转地搭载在行走体2上作为机体的回转体3、安装在回转体3上的作业装置4。行走体2的行走动作以及回转体3的回转动作分别被省略图示的液压马达而驱动。
回转体3具备位于其前部的驾驶室3a和位于其后部的机械室3b。在机械室3b收纳有省略图示的发动机以及各种液压设备(液压泵、方向切换阀等)。
作业装置4具有动臂10、斗杆20、铲斗30以及多个液压缸。在该实施方式，上述动臂10以及上述斗杆20构成作业装置主体。上述动臂10具有基端部和在其相反侧的远端部。上述基端部相当于上述作业装置主体的基端部，该动臂10的上述基端部以让上述动臂10从回转体3的适当位置例如驾驶室3a的侧面的位置延伸的姿势与上述回转体3连结。上述斗杆20具有使该斗杆20从动臂10的远端部进一步延伸的姿势与该动臂10的远端部连结的基端部和在其相反侧的远端部。上述铲斗30被安装在上述作业装置主体的远端部即上述斗杆20的远端部。上述多个液压缸包含动臂液压缸12、斗杆液压缸22、铲斗液压缸32。
上述动臂10以可以相对于上述回转体3能相对地进行俯仰(pitch)动作的方式经由支承轴11被上述回转体3轴支承。上述俯仰动作在该实施方式是绕上述回转体3的左右方向的轴的转动动作。上述动臂10经由动臂用液压缸即上述动臂液压缸12与回转体3连结。该动臂液压缸12以使上述动臂10绕上述支承轴11的轴心进行转动动作即上述俯仰动作的方式而伸缩。
上述斗杆20以可以相对于上述动臂10能相对地进行上述俯仰动作即绕上述回转体3的左右方向的轴转动动作的方式经由支承轴21被上述动臂10的远端部轴支承。上述斗杆20经由斗杆用液压缸即上述斗杆液压缸22与动臂10连结。该斗杆液压缸22以使上述斗杆20绕上述支承轴21的轴心进行上述俯仰动作的方式而伸缩。
上述铲斗30，以可以相对于上述斗杆20能相对地进行第一转动动作并且也能进行第二转动动作的方式，被安装在相当于作业装置主体的远端部的上述斗杆20的远端部。上述第一转动动作是俯仰动作(pitch motion)，是绕与上述铲斗30的宽度方向平行的方向即铲斗横轴的转动动作。上述第二转动动作是绕与上述铲斗横轴垂直的方向的轴的转动动作，在该第一实施方式是以后详细说明的偏航动作(yaw motion)。
如图2所示，上述铲斗30具有构成该铲斗30的远端部的多个爪部30a、底部30b、铲斗侧安装构件30c。上述多个爪部30a从上述铲斗30的开口端的远端侧边缘部即构成该铲斗30的砂土的收容部的铲斗主体部分的远端部彼此朝向相同的方向突出。上述铲斗侧安装构件30c构成上述铲斗30的基端部即与上述多个爪部30a相反侧的端部，该铲斗侧安装构件30c经由斗杆侧安装构件33被安装在上述斗杆20上。
上述斗杆侧安装构件33，以能够相对于上述斗杆20进行上述第一转动动作即上述俯仰动作的方式经由支承轴31被上述斗杆20的远端部轴支承，并经由第一连杆臂34A以及第二连杆臂34B与上述斗杆20连结。上述第一以及第二连杆臂34A、34B分别具有经由销34C可相互相对转动地连结的一端部和其相反侧的另一端部。上述第一连杆臂34A的上述另一端部被上述斗杆侧安装构件33轴支承，上述第二连杆臂34B的另一端部被上述斗杆20轴支承。
上述铲斗液压缸32是铲斗用液压缸，相当于本发明的第一铲斗致动器即使上述铲斗30相对于上述斗杆20可相对地进行上述俯仰动作的致动器。具体而言，上述铲斗液压缸32具有头侧端部(在图1中为上侧端部)和其相反侧的杆侧端部(在图1中为下侧端部)，上述头侧端部经由销23与上述斗杆20可转动地连结，上述杆侧端部经由上述销34C与上述第一以及第二连杆臂34A、34B的一端部可转动地连结。该铲斗液压缸32以让上述斗杆侧安装构件33以及与其连结的上述铲斗30绕上述支承轴31的轴心进行上述俯仰动作的方式而伸缩。
上述铲斗侧安装构件30c以如下方式被上述斗杆侧安装构件33支承，即，可相对于上述斗杆侧安装构件33以及上述斗杆20相对地进行上述第二转动动作，在该实施方式为偏航动作，具体而言，可以进行图2所示的绕偏航轴心C1的转动动作。上述偏航轴心C1是与从上述铲斗30的底部30b到远端部的上述多个爪部30a为止的壁面即接地壁面30f垂直的方向(包含相对于该接地壁面30f大致垂直的方向)的轴心，即，与上述接地壁面30f的法线方向平行的方向的轴心(包含相对于该法线方向大致平行的方向)，也是作为上述斗杆侧安装构件33的上述第一转动动作的轴心的支承轴31的轴心，即，与上述铲斗横轴垂直的方向(也包含大致垂直的方向)的轴心。
上述作业装置4还具备由液压马达构成的铲斗转动马达35。上述铲斗转动马达35相当于让上述铲斗30进行上述第二转动动作即偏航动作的第二铲斗致动器。该铲斗转动马达35具有被固定在上述斗杆侧安装构件33的马达主体和与上述铲斗侧安装构件30c连结的输出轴。上述马达主体，通过使上述输出轴进行转动动作，使包含上述铲斗侧安装构件30c的上述铲斗30相对于上述斗杆侧安装构件33和与其连结的上述斗杆20相对地进行上述第二转动动作即作为绕上述偏航轴心C1的转动动作的上述偏航动作。
使上述铲斗30相对于上述斗杆20进行相对的上述第二转动动作即偏航动作的偏航致动器(在本发明称为第二铲斗致动器)，并不局限于上述铲斗转动马达35。该偏航致动器例如也可以是使上述铲斗安装构件30c经由曲柄臂(crank arm)等的线性/转动变换机构绕上述偏航轴心C1转动的液压缸。或者，该偏航致动器例如也可以是电动马达。
上述工程机械1具备如图3所示的控制器60、比例阀组65以及控制阀单元70。这些作为控制上述作业装置4的动作的控制装置而发挥作用。具体而言，可自动操纵上述铲斗30进行挖掘地面的挖掘作业或平整地面的平整土地作业。
上述控制阀单元70包含方向切换阀71、72、73、74，这些阀被分别设置在上述动臂液压缸12、斗杆液压缸22、铲斗液压缸32以及铲斗转动马达35各自的致动器的动作油供给路上，以控制从省略图示的液压泵向各自的致动器供给动作油的方式进行开闭动作。上述方向切换阀71至74的每个切换阀都是具有一对先导口的先导操作式的液压切换阀，通过向上述一对先导口中的任意一个先导口输入先导压，该液压切换阀以与该先导压的大小对应的开度向接受到该先导压的输入的先导口所对应的方向打开。
上述比例阀组65包含与上述方向切换阀71、72、73、74分别对应的多个比例阀66。该多个比例阀66分别由电磁阀构成，介于上述方向切换阀71至74之中对应的方向切换阀与未图示的先导液压源之间，通过以与从上述控制器60输入的指令信号对应的开度打开从而使输入到该方向切换阀的先导压的大小变化。
上述控制器60，通过分别向上述多个比例阀66输入适当的上述指令信号，利用该多个比例阀66操作上述方向切换阀71至74，由此控制上述动臂液压缸12、上述斗杆液压缸22、上述铲斗液压缸32以及上述铲斗转动马达35的动作。
因为上述方向切换阀71、72、73、74分别具有一对先导口，所以上述多个比例阀66被设置在上述方向切换阀71、72、73、74各自的上述一对先导口。上述控制阀单元70，除了上述方向切换阀71至74之外，也可以包含与使上述行走体2进行行走动作的液压马达连结的方向切换阀，与使上述回转体3进行回转动作的液压马达连结的方向切换阀。同样，上述比例阀组65，除了上述多个比例阀66以外，也可以包含用于控制与上述液压马达分别连结的方向切换阀的先导压的比例阀。
上述工程机械1还具备：用于检测该工程机械1的存在位置的GNSS接收机50(GNNS：Grobal Navigation Satellite System)；用于检测上述作业装置4的姿势状态的多个姿势传感器51；检测回转体3(机体)的倾斜角的倾斜传感器52；用于分别检测包含动臂液压缸12、斗杆液压缸22、铲斗液压缸32以及铲斗转动马达35的多个液压致动器的操作状态的多个致动器操作传感器53；用于接受与上述铲斗30的上述第二转动动作(偏航动作)有关的设定操作的铲斗动作设定操作器54；用于设定是否自动操纵用于挖掘作业或者平整土地作业的铲斗30(切换该自动操纵的ON/OFF)的自动操纵开关55。
上述多个姿势传感器51包含多个角度传感器，例如，检测动臂10相对于回转体3的俯仰动作的方向(绕支承轴11的轴心旋转的方向)的旋转角即俯仰角的角度传感器；检测斗杆20相对于动臂10的俯仰动作的方向(绕支承轴21的轴心旋转的方向)的旋转角即俯仰角的角度传感器；检测铲斗30相对于斗杆20的俯仰角θp即上述铲斗30的俯仰动作的方向(绕支承轴31的轴心旋转的方向)的俯仰方向的旋转角的角度传感器、检测铲斗30相对于斗杆20的偏航角θp即上述铲斗30的偏航动作的方向(绕上述偏航轴心C1的第一转动动作的方向)的偏航方向的旋转角的角度传感器。该多个角度传感器例如分别由旋转编码器(rotaryencoder)、旋转变压器(resolver)等构成。
上述多个姿势传感器51并不局限于检测出动臂10、斗杆20以及铲斗30各自的俯仰角的多个角度传感器。该多个姿势传感器51也可以是例如包含分别检测动臂液压缸12、斗杆液压缸22以及铲斗液压缸32的行程位移量(stroke displacements)的多个行程传感器。
上述倾斜传感器52例如包含具有加速度传感器以及角速度传感器的功能的惯性传感器。可以基于该惯性传感器的检测信号通过捷联(strapdown)方式等来确定上述回转体3的倾斜角。
上述多个致动器操作传感器53例如包含多个先导压传感器。该多个先导压传感器由用于检测分别赋予上述方向切换阀71、72、73、74的一对先导口的先导压的压力传感器构成。
上述铲斗动作设定操作器54以及上述自动操纵开关55被配置在上述驾驶室3a。上述铲斗动作设定操作器54在本实施方式构成为可以接受在进行挖掘作业或者平整土地作业时的多个设定操作。该多个设定操作包含例如是否需要上述铲斗30在偏航方向的振动(以规定角度在绕上述偏航轴心C1的正转方向以及反转方向交替地周期地转动的动作即基于第二转动动作的振动)即偏航振动、该偏航振动的周期Ty(或者频率)以及该偏航振动的振幅Ay(向正转方向以及反转方向的最大旋转角)。上述偏航振动的周期Ty(或者频率)以及上述偏航振动的幅度Ay可以分别被设定在预定的范围内。
上述铲斗动作设定操作器54，不仅是用于设定与铲斗30的动作有关的操作，还可以接受除此以外的与工程机械1有关的各种设定操作。而且，铲斗动作设定操作器54以及自动操纵开关55也可以一体地构成。
上述控制器60由包含微型计算机、存储器、接口电路等的电子电路单元构成。在该控制器60被输入有通过上述GNSS接收机50接收的GNSS信号(工程机械1的存在位置的检测信号)；由上述姿势传感器51、上述倾斜传感器52以及上述致动器操作传感器53分别生成的检测信号；由铲斗动作设定操作器54以及自动操纵开关55分别生成的操作信号。
在上述控制器60中预先保存或者从外部的服务器等下载的三维的地图数据。该地图数据包含与上述工程机械1进行作业的作业现场的实际的地形有关的信息、与通过该作业应该实现的目标地形有关的信息。
上述控制器60具备以下功能，在进行挖掘作业或者平整土地作业时对上述多个比例阀66的每个比例阀生成适当的指令信号并通过将指令信号输入到相应的比例阀66来操作上述方向切换阀71至74，由此来控制上述动臂液压缸12、上述斗杆液压缸22、上述铲斗液压缸32以及上述铲斗转动马达35的动作。该功能通过安装在上述控制器60的硬件构成以及程序(软件构成)的至少其中之一来实现。
其次，对该第一实施方式涉及的上述工程机械1进行挖掘作业时以及平整土地作业时的动作进行说明。本实施方式的工程机械1可以一边使铲斗30进行上述第二转动动作的振动即上述偏航振动一边使该铲斗30进行挖掘作业或平整土地作业。
上述挖掘作业例如如下进行。上述工程机械1的驾驶员对铲斗动作设定操作器54进行设定铲斗30的偏航振动的周期(或者频率)和振幅的操作，并且，还进行用于设定应该执行该偏航振动的操作(使偏航振动为ON的操作)。
并且，驾驶员通过对未图示的行走操作杆赋予适当的行走操作使上述工程机械1移动到规定的作业场所。然后，在该作业场所，通过向用于使作业装置4动作的未图示的作业操作杆赋予适当的作业操作，使动臂10以及斗杆20动作并使铲斗30移动到挖掘作业的开始位置。
其次，驾驶员进行使自动操纵开关55为ON的操作，并且，对用于使铲斗30开始实际的移动的规定的操作杆(例如，用于使斗杆20动作的斗杆操作杆)赋予规定的操作。伴随该操作，控制器60，基于通过从GNSS接收机50输入的GNSS信号而掌握的上述工程机械1的当前位置、通过从倾斜传感器52输入的检测信号而掌握的回转体3的倾斜角、预先存储的作业信息即与作业现场的实际的地形有关的信息以及与挖掘作业的目标地形有关的信息(在图2用双点划线所示的目标施工面St的位置以及姿势的信息)，决定铲斗30的目标移动路径，并且，决定为了实现该目标移动路径有关动臂10、斗杆20以及关于铲斗30在俯仰方向的目标姿势的轨道(时序图(time-seriespattern))。
上述铲斗30的目标姿势例如以如下方式而决定，即，在将该铲斗30的爪部30a插入地面的内部之后，如图2所示，从铲斗30的底部30b到爪部30a为止的壁面即接地壁面30f(或者爪部30a的远端部)沿着上述目标施工面St。
而且，上述控制器60，以使上述铲斗30以通过赋予上述铲斗动作设定操作器54的操作而设定的周期以及振幅进行上述偏航振动的方式，决定该铲斗30的上述偏航角(绕上述偏航轴心C1的旋转角)θy的目标波形图(target waveform pattern)(该偏航角θy的目标值随时间变化的图形)。该目标波形图例如被设定为如图4所示的三角波形状的图形。该目标波形图并不局限于三角波形状的图形，例如，也可以是正弦波状的图形等平滑的曲线状的图形。
图4所示的上述铲斗30的偏航角θy以如下方式设定，在上述铲斗30的宽度方向(在该实施方式为上述多个爪部30a排列的方向)与作为上述铲斗30的第一转动动作即上述俯仰动作的轴心的铲斗横轴(在该实施方式为上述支承轴31的轴心)的方向一致或者大致一致的状态(在铲斗30的偏航方向的标准姿势状态)下，上述铲斗30的偏航角θy为零。
上述控制器60，以使通过上述多个姿势传感器51的各自的检测信号而掌握的上述动臂10、上述斗杆20以及上述铲斗30各自在俯仰方向上的实际的姿势追随上述目标姿势的方式，对与每个方向切换阀71至73对应的多个比例阀66输入适当的指令信号并操作赋予该方向切换阀71至73的先导压。由此，可以执行对动臂液压缸12、斗杆液压缸22以及铲斗液压缸32的动作的控制，从而使动臂液压缸12、斗杆液压缸22以及铲斗液压缸32在俯仰方向上的实际的姿势追随上述目标姿势。
而且，上述控制器60，以使通过上述多个姿势传感器51的检测信号而掌握的上述铲斗30的上述偏航角θy按照预先设定的目标波形图而变化的方式，对与方向切换阀74对应的比例阀66输入适当的指令信号并控制赋予到该方向切换阀74的先导压。由此，上述铲斗30的实际的偏航角θy追随上述目标波形图而变化。即，实现该铲斗30如下所示的偏航振动，即，如图5所示，上述铲斗30的实际的偏航角在正转方向以及反转方向以规定的振幅以及周期交替地变化。
通过进行如上所述的作业装置4的动作的控制，可以一边使铲斗30进行偏航振动一边使该铲斗30沿着目标移动路径移动来进行地面的挖掘作业。
使上述铲斗30进行上述偏航振动的上述铲斗转动马达35可以是比较小型的马达。因此，可以使该铲斗30以比较短的周期进行偏航振动。这可以使铲斗30在挖掘作业时的每个单位移动量的偏航动作的重复次数变多，由此，在上述铲斗30压接于地面的状态，具体而言，在上述多个爪部30a插入土地中的状态下，可以有效地减轻上述铲斗30在该移动时受到的阻力。
而且，在使上述铲斗30的上述接地壁面30f以及上述多个爪部30a的各自的远端部的至少其中之一稳定地沿着上述目标施工面St的状态下，通过使铲斗30一边偏航振动一边沿着上述目标施工面St移动，可以形成平滑的施工面。
上述平整土地作业例如如下进行。工程机械1的驾驶员与进行上述挖掘作业的情况同样，对上述铲斗动作设定操作器54进行设定铲斗30的偏航振动的周期Ty(或者频率)以及振幅Ay的操作，并且进行使该偏航振动为ON的操作。并且，驾驶员，通过对上述行走操作杆赋予适当的行走操作使上述工程机械1移动到规定的作业场所，在该作业场所，通过对用于操作作业装置4的操作杆赋予适当的作业操作，使作业装置主体即动臂10以及斗杆20动作从而使铲斗30移动到平整土地作业的开始位置。
其次，驾驶员对自动操纵开关55赋予ON操作，并且，对用于使铲斗30开始实际的移动的规定的操作杆(例如，上述斗杆操作杆)赋予规定的操作。伴随该操作，控制器60与挖掘作业的情况相同，决定上述铲斗30的目标移动路径，并且，决定为了实现该目标移动路径动臂10、斗杆20以及铲斗30在各自的俯仰方向的目标姿势的轨道(时序图)。
上述铲斗30的目标移动路径以及目标姿势被以如下方式决定，如图6所示，从铲斗30的底部30b到多个爪部30a为止的壁面即上述接地壁面30f沿着上述目标施工面(目标的地面的表面)St。
而且，上述控制器60，与挖掘作业的情况相同，以使上述铲斗30以通过对上述铲斗动作设定操作器54赋予的操作而设定的周期以及振幅进行上述偏航振动的方式，决定上述铲斗30的偏航角θy的目标波形图。
上述控制器60，与挖掘作业的情况相同，以使动臂10、斗杆20以及铲斗30在各自的俯仰方向的实际的姿势追随上述目标姿势的方式，对与每个上述方向切换阀71至73对应的比例阀66输入适当的指令信号并控制上述动臂液压缸12、上述斗杆液压缸22以及上述铲斗液压缸32的动作。
而且，上述控制器60，与挖掘作业的情况相同，以使上述铲斗30的实际的偏航角θy以上述目标波形图变化的方式，对与上述方向切换阀74对应的比例阀66输入适当的指令信号并控制上述铲斗转动马达35的动作，由此使铲斗30进行与上述目标波形图对应的偏航振动。
通过进行如上所述的作业装置4的控制，可以实现一边使铲斗30进行偏航振动一边使该铲斗30沿着目标移动路径移动的地面的平整土地作业。
即使是在上述平整土地作业，也与上述挖掘作业时相同，因为可以使上述铲斗30以比较短的周期进行偏航振动，所以在上述铲斗30抵接于地面的状态，具体而言，在上述接地壁面30f碾压在地面的状态下，可以有效地减轻上述铲斗30沿着目标移动路径移动时受到的阻力。
而且，通过在使上述铲斗30的上述接地壁面30f以及上述多个爪部30a的远端部的至少其中之一稳定地沿着目标施工面St的状态下使该铲斗30一边进行偏航振动一边沿着上述目标移动路径移动，可以形成平滑的施工面。
其次，参照图7至图10对本发明的第二实施方式进行说明。另外，对于在第二实施方式中包含的构成要素之中与第一实施方式包含的构成要素相同的要素，省略其说明。
如图7所示，第二实施方式涉及的铲斗30与第一实施方式的铲斗相同，具有多个爪部30a和铲斗侧安装构件30c，以可以相对于斗杆20相对地进行俯仰动作以及倾斜动作的方式被安装在斗杆20的远端部。上述倾斜动作是绕与上述铲斗30的多个爪部30a的延伸方向即多个爪部30a的突出方向平行的方向(也包含大致平行的方向)延伸的倾斜轴心C2的转动动作。该倾斜轴心C2，如图10所示，在沿着该倾斜轴心C2的方向观察时最好位于铲斗30的正上方的位置。
该第二实施方式涉及的上述倾斜轴心C2，换句话说是与上述接地壁面30f平行的方向(也包含大致平行的方向)并且相对于上述铲斗横轴垂直的方向(也包含大致垂直的方向)的轴心。因此，该第二实施方式涉及的“倾斜动作”相当于绕与铲斗横轴垂直的方向的轴的转动动作，即，本发明所称的第二转动动作。
具体而言，上述铲斗侧安装构件30c具有平板状的主体，转动轴30d被固定在该主体上。该转动轴30d以沿着与上述铲斗侧安装构件30c的上述主体平行的方向延伸的姿势被固定在上述铲斗侧安装构件30c上，该转动轴30d的轴心与上述倾斜轴心C2一致。另一方面，与上述第一实施方式相同，斗杆侧安装构件33以能够进行俯仰动作即绕回转体3的左右方向的轴转动动作的方式被安装在斗杆20上，上述转动轴30d的两端分别经由轴承33a、33b以绕其轴心即上述倾斜轴心C2可转动的方式被该斗杆侧安装构件33支承。
该第二实施方式涉及的工程机械1具备分别为液压缸的一对左右铲斗倾斜液压缸36，作为使上述铲斗30进行上述倾斜动作的倾斜致动器即使上述铲斗30进行第二转动动作的第二铲斗致动器。该一对左右铲斗倾斜液压缸36被设置在上述铲斗30的左右侧面和上述斗杆侧安装构件33之间。在图7所示的例子中，上述一对左右铲斗倾斜液压缸36具有分别连结到铲斗30的左右侧面的杆侧端部(在图7所示的姿势下为下侧的端部)和连结到上述斗杆侧安装构件33的头侧端部(在图7所示的姿势下为上侧的端部)。在图7中，仅示意了左铲斗倾斜液压缸36。上述头侧端部是上述铲斗倾斜液压缸36的液压缸主体的两端部之中与杆相反侧的端部，绕与上述倾斜轴心C2平行的方向的轴心可摇动地连结于被固定在上述斗杆侧安装构件33的支架33c上。上述杆侧端部是上述杆的远端部，绕与上述倾斜轴心C2平行的方向的轴心可摇动地连结于被分别固定在上述铲斗30的左右侧面的支架30e。
因此，该第二实施方式涉及的上述铲斗30与第一实施方式相同可以进行如下动作，即，对应于铲斗液压缸32的伸缩动作进行绕支承轴31的轴心的第一转动动作即俯仰动作，对应于上述铲斗倾斜液压缸36的伸缩动作具体而言就是一个铲斗倾斜液压缸36的伸展动作和另一个铲斗倾斜液压缸36的伸缩动作进行绕上述倾斜轴心C2的第二转动动作即倾斜动作。
使上述铲斗30在倾斜方向转动的倾斜致动器(本发明所称的第二铲斗致动器)并不局限于上述一对铲斗倾斜液压缸36。该倾斜致动器例如也可以是液压马达或者电动马达，通过将马达连结到上述转动轴30d并使马达转动而使上述铲斗30绕上述倾斜轴心C2转动。
该第二实施方式涉及的工程机械1，与上述第一实施方式相同，具备如图8所示的控制器60、比例阀组65以及控制阀单元70，但是，上述控制阀单元70包含分别连结到上述一对铲斗倾斜液压缸36的先导操作式的方向切换阀75来代替在第一实施方式连结到转动马达35的上述方向切换阀74，上述比例阀组65包含连结到上述方向切换阀75的一对先导口的比例阀66来替代在上述第一实施方式连结到上述方向切换阀74的一对先导口上述比例阀66。
而且，该第二实施方式涉及的工程机械1与第一实施方式相同包含多个姿势传感器51，但是，该多个姿势传感器51包含用于检测上述铲斗30在倾斜方向的旋转角即作为绕倾斜轴心C2的旋转角的倾斜角θt的角度传感器来替代在上述第一实施方式用于检测铲斗30的偏航角θy的角度传感器。
该第二实施方式涉及的工程机械1与上述第一实施方式相同具备铲斗动作设定操作器54，但是该铲斗动作设定操作器54，在工程机械1进行挖掘作业时，受理用于设定是否需要上述铲斗30在倾斜方向的振动(以规定角度在绕上述倾斜轴心C2的正转方向以及反转方向交替地周期地转动的动作即基于上述第二转动动作的振动)即倾斜振动、该倾斜振动的周期Tt(或者频率)以及该倾斜振动的振幅At(向正转方向以及反转方向的最大旋转角)的操作。上述倾斜振动的周期Tt(或者频率)以及振幅At可以分别设定在预定的范围内。
其次，对该第二实施方式涉及的工程机械1进行挖掘作业时的动作进行说明。在该工程机械1，可以一边使上述铲斗30进行基于上述第二转动动作的振动即上述倾斜振动一边通过该铲斗30进行挖掘作业。
上述挖掘作业例如以如下方式进行。上述工程机械1的驾驶员对铲斗动作设定操作器54进行设定铲斗30的倾斜振动的周期(或者频率)以及振幅的操作，并且，还进行用于设定应该执行该倾斜振动的操作(倾斜振动的ON操作)。
并且，驾驶员通过对未图示的行走操作杆进行适当的行走操作，使上述工程机械1移动到规定的作业场所。然后，在该作业场所，通过对使作业装置4动作的未图示的作业操作杆赋予适当的作业操作，使动臂10以及斗杆20动作并使铲斗30移动到挖掘作业的开始位置。
其次，驾驶员进行使自动操纵开关55开启的ON操作，并且，对用于使铲斗30的实际的移动开始的规定的操作杆(例如，上述斗杆操作杆)赋予规定的操作。伴随该操作，控制器60，与第一实施方式涉及的控制器60同样，决定上述铲斗30的目标移动路径，并且进一步决定为了实现该目标移动路径对于动臂10、斗杆20以及铲斗30的俯仰方向的目标姿势的轨道(时序图)。
上述铲斗30的目标移动路径以及目标姿势例如以如下方式决定，即，将该铲斗30的爪部30a插入地面的内部之后，在使铲斗30以通过上述铲斗动作设定操作器54设定的振幅进行如图10所示分别在正转方向以及反转方向转到最大角度为止的倾斜动作时(即，绕倾斜轴心C2转动时)，上述铲斗30的多个爪部30a之中的最下方的爪部30a沿着在图7中用双点划线所示的目标施工面St。
而且，上述控制器60，以使上述铲斗30用通过对上述铲斗动作设定操作器54进行的操作而设定的周期以及振幅进行倾斜振动的方式，决定该铲斗30的倾斜角(绕上述倾斜轴心C2的旋转角)θt的目标波形图(该倾斜角θt的目标值随时间变化的图形)。该目标波形图例如被设定成图9所示的三角波形状的图形。该目标波形图并不局限于三角波形状的图形，例如也可以是正弦波形的图形等平滑的曲线状的图形。
图9所示的上述铲斗30的倾斜角θt被设定成，在上述铲斗30的宽度方向(上述多个爪部30a排列的方向)与作为上述铲斗30的第一转动动作即俯仰动作的轴心的铲斗横轴(在本实施方式为上述支承轴31的轴心)的方向一致或者大致一致的状态(铲斗30在倾斜方向的标准姿势状态)下为零。
上述控制器60，与上述第一实施方式涉及的控制器60相同，通过对与方向切换阀71至73分别对应的多个比例阀66输入适当的指令信号来控制动臂液压缸12、斗杆液压缸22以及铲斗液压缸32的动作，使得上述动臂10、上述斗杆20以及上述铲斗30各自在俯仰方向的实际的姿势追随上述目标姿势。
而且，上述控制器60，以使通过上述多个姿势传感器51的各自的检测信号而掌握的上述铲斗30的实际的倾斜角θt随着预先设定的目标波形图而变化的方式，对与方向切换阀75对应的比例阀66输入适当的指令信号并操作赋予该方向切换阀75的先导压。由此，铲斗30的实际的倾斜角θt追随上述目标波形图而变化。即，如图10所示，铲斗30进行让上述铲斗30的实际倾斜角θt即绕上述倾斜轴心C2的旋转角以一定的振幅At以及周期Tt在正转方向以及反转方向交替地变化的第二转动动作(倾斜动作)。
在挖掘作业时，通过进行如上所述的作业装置4的动作控制，可以一边让铲斗30进行倾斜振动一边使该铲斗30进行沿着目标移动路径移动的地面的挖掘作业。
用于使上述铲斗30进行倾斜振动的上述一对铲斗倾斜液压缸36可以是比较小型的液压缸。因此，可以使该铲斗30以比较短的周期进行倾斜振动。这可以使铲斗30在挖掘作业时的每个单位移动量的倾斜动作的重复次数变多。由此，在多个爪部30a插入土地中的状态下，可以有效地减轻铲斗30在该移动时受到的阻力。
而且，因为上述铲斗30的倾斜振动即因绕与上述多个爪部30a的延伸方向平行的方向的倾斜轴心C2的转动动作而引起的振动不受该铲斗30的多个爪部30a的朝向的变动的影响，所以能不管该倾斜振动如何都可以使上述多个爪部3的朝向总是维持在与铲斗30的移动方向平行的方向。这就可以确保通过挖掘作业实现的施工面的平滑度。
并且，如上所述，通过在使铲斗30在倾斜振动的正转方向以及反转方向的各自的方向上转动到最大角度为止时以使上述多个爪部30a之中最下方的爪部30a沿着目标的施工面的方式设定铲斗30，可以防止通过挖掘作业实现的施工面比目标施工面St深。
本发明并不局限于以上说明的实施方式。本发明例如可以包含如下所述的实施方式。
在上述第一以及第二实施方式，铲斗30的偏航振动和倾斜振动是在通过自动操纵进行挖掘作业或平整土地作业时才进行的，但是本发明的挖掘作业和平整土地作业的实施方式并不受到该限制。例如，也可以在驾驶员通过手动操作进行挖掘作业或平整土地作业时通过操作规定的操作按钮等，来执行铲斗30的偏航振动或者倾斜振动。
在上述第一实施方式以及第二实施方式，铲斗30仅在偏航方向以及倾斜方向中的任意一个方向上转动，但是本发明并不局限于此。本发明涉及的铲斗也可以以使铲斗在偏航方向以及倾斜方向的两个方向上都能转动的方式安装在作业装置主体的远端部(例如，上述斗杆20的远端部)。
在上述第一实施方式以及第二实施方式，铲斗30的偏航振动或者倾斜振动的幅度以及周期双方都是可变的并且可以由驾驶员等对其进行设定，但是本发明并不局限于此。例如，也可以仅使该振幅以及周期中的任意一方可变，或者，也可以使该振幅以及周期双方都固定为恒定值。
本发明涉及的工程机械并不局限于图1所示的履带式的液压挖掘机。本发明涉及的工程机械例如也可以是轮式挖掘机。而且，本发明涉及的工程机械也可以不具备相对于移动体可回转的回转体。而且，作业装置主体(例如上述动臂10)除了进行上述俯仰动作之外，还可以进行绕垂直轴的转动即偏航动作和/或进行与回转体3的宽度方向平行的滑动动作。
如上所述，本发明提供可以减轻铲斗受到的来自地面的阻力并能提高施工面的平滑度的工程机械。该工程机械具备机体、搭载在所述机体上的作业装置以及控制所述作业装置的动作的控制装置。所述作业装置具备：作业装置主体，具有与所述机体连结的基端部和其相反侧的远端部；铲斗，以可相对于所述远端部相对地进行第一转动动作以及第二转动动作的方式安装在所述作业装置主体的所述远端部；以及，多个铲斗致动器，可使所述铲斗相对于所述作业装置主体相对地动作。所述第一转动动作是绕与所述铲斗的宽度方向平行的方向的铲斗横轴的转动动作即俯仰动作，所述第二转动动作是绕与所述铲斗横轴垂直的方向的轴的转动动作。所述多个铲斗致动器包含使所述铲斗进行所述第一转动动作的第一铲斗致动器和使所述铲斗进行所述第二转动动作的第二铲斗致动器。所述控制装置，以使所述铲斗在所述铲斗压接于地面的状态下通过所述第二转动动作周期性地振动的方式，控制所述第二铲斗致动器。
在上述工程机械，因为用于使上述铲斗进行第二转动动作(例如偏航动作或倾斜动作)的所述第二铲斗致动器与用于使该铲斗进行俯仰动作即第一转动动作的所述第一铲斗致动器相比可以是比较小型的，所以能以比较短的周期迅速地进行基于该铲斗的第二转动动作(例如偏航动作或倾斜动作)的振动。由此，在所述铲斗压接于地面的作业时(例如挖掘作业时或平整土地作业时)，通过使所述铲斗进行所述第二转动动作而周期性地振动，可以有效地减轻铲斗受到的来自地面的阻力。
在所述铲斗具有底部、在该铲斗的远端彼此朝同一方向突出的多个爪部、从所述底部到所述多个爪部为止的壁面即可与施工面接触的接地壁面的情况下，所述第二转动动作最好例如是绕与所述接地壁面垂直的方向的轴的转动动作即偏航动作。即，优选所述控制装置以使所述铲斗在所述偏航动作的方向即偏航方向周期性地振动的方式控制所述第二铲斗致动器。在该偏航动作，可以一边使从所述接地壁面即所述铲斗的所述底部到所述多个爪部为止的壁面维持在基本不变的姿势一边使该铲斗振动。这使得一边抑制施工面产生凹凸等一边使铲斗移动成为可能，由此可以减轻所述铲斗在该移动时受到的来自地面的阻力并形成平滑的施工面。
在如此能让所述铲斗进行偏航动作的实施方式，优选，所述控制装置，在通过所述铲斗进行挖掘地面的挖掘作业时，以使所述铲斗让所述接地壁面以及所述多个爪部的远端部的至少其中之一沿着目标的施工面移动的方式，控制所述作业装置的动作。这可以使通过挖掘作业实现的施工面更高精度地接近目标的施工面。
而且，优选，所述控制装置，在使所述接地壁面按压地面的状态下通过使所述铲斗移动进行该地面的平整的平整土地作业时，以使所述铲斗在所述偏航动作的方向即偏航方向周期性地振动的方式控制所述第二铲斗致动器。在所述铲斗的偏航动作，因为可以使所述铲斗的所述接地壁面维持在基本不变的姿势，可以平滑地平整地面。
而且，优选，所述控制装置，在所述平整土地作业时，以使所述铲斗让所述接地壁面沿着目标的施工面移动的方式控制所述作业装置的动作。该控制可以使通过平整土地作业实现的施工面更高精度地接近目标的施工面。
在述铲斗具有底部、在该铲斗的远端彼此朝同一方向突出的多个爪部、从所述底部到所述多个爪部为止的壁面即可与施工面接触的接地壁面的情况下，所述第二转动动作也可以是绕与所述多个爪的突出的方向平行的方向的轴的转动动作即倾斜动作。即，所述控制装置以使所述铲斗在所述倾斜动作的方向即倾斜方向周期性地振动的方式控制所述第二铲斗致动器。所述倾斜动作，在挖掘作业时，可以使所述多个爪部的突出方向维持在与所述铲斗的移动方向(挖掘方向)基本相同的方向。这使得一边抑制施工面产生凹凸等一边使铲斗移动成为可能，由此可以减轻所述铲斗在该移动时受到的来自地面的阻力并形成平滑的施工面。
在如此能让所述铲斗进行所述倾斜动作的实施方式，优选，所述控制装置，在通过所述铲斗进行挖掘地面的挖掘作业时，在使该铲斗在所述倾斜方向转动在所述铲斗的所述倾斜动作的方向的振动中最大的转动量的情况下，以使该铲斗的所述多个爪部之中的最下方的爪部沿着目标的施工面的方式使该铲斗移动，来控制所述作业装置的动作。该控制可以防止通过所述挖掘作业实现的施工面因所述倾斜动作成为比目标的施工面深的施工面。
而且，优选，所述控制装置可以使所述铲斗的振动的周期以及振幅的至少其中之一能够变更。如此，可以将所述铲斗的振动的周期以及振幅的至少其中之一设定成适于作业对象的地面的状态的值。

Claims (8)

1.一种工程机械，具备机体、搭载在所述机体上的作业装置以及控制所述作业装置的动作的控制装置，其特征在于，
所述作业装置具备：
作业装置主体，具有与所述机体连结的基端部和其相反侧的远端部；
铲斗，以可相对于所述远端部相对地进行第一转动动作以及第二转动动作的方式安装在所述作业装置主体的所述远端部；以及，
多个铲斗致动器，可使所述铲斗相对于所述作业装置主体相对地动作，其中，
所述第一转动动作是绕与所述铲斗的宽度方向平行的方向的铲斗横轴的转动动作即俯仰动作，所述第二转动动作是绕与所述铲斗横轴垂直的方向的轴的周期性振动，
具备接受有关所述铲斗的所述第二转动动作的设定操作的铲斗动作设定操作器，
所述多个铲斗致动器包含使所述铲斗进行所述第一转动动作的第一铲斗致动器和使所述铲斗进行所述第二转动动作的第二铲斗致动器，
所述控制装置，在所述铲斗压接于地面的状态下以使所述铲斗通过所述第二转动动作周期性地振动的方式，控制所述第二铲斗致动器。
2.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，
所述铲斗具有底部、在该铲斗的远端彼此朝同一方向突出的多个爪部、从所述底部到所述多个爪部为止的壁面即可与施工面接触的接地壁面，
所述第二转动动作是绕与所述接地壁面垂直的方向的轴的转动动作即偏航动作，
所述控制装置以使所述铲斗在所述偏航动作的方向即偏航方向周期性地振动的方式控制所述第二铲斗致动器。
3.根据权利要求2所述的工程机械，其特征在于，
所述控制装置，在通过所述铲斗进行挖掘地面的挖掘作业时，以使所述铲斗让所述接地壁面以及所述多个爪部的远端部的至少其中之一沿着目标的施工面移动的方式，控制所述作业装置的动作。
4.根据权利要求2或3所述的工程机械，其特征在于，
所述控制装置，在使所述接地壁面按压地面的状态下通过使所述铲斗移动进行该地面的平整的平整土地作业时，以使所述铲斗在所述偏航动作的方向即偏航方向周期性地振动的方式控制所述第二铲斗致动器。
5.根据权利要求4所述的工程机械，其特征在于，
所述控制装置，在所述平整土地作业时，以使所述铲斗让所述接地壁面沿着目标的施工面移动的方式控制所述作业装置的动作。
6.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，
所述铲斗具有底部、在该铲斗的远端彼此朝同一方向突出的多个爪部、从所述底部到所述多个爪部为止的壁面即可与施工面接触的接地壁面，
所述第二转动动作是绕与所述多个爪部的突出的方向平行的方向的轴的转动动作即倾斜动作，
所述控制装置以使所述铲斗在所述倾斜动作的方向即倾斜方向周期性地振动的方式控制所述第二铲斗致动器。
7.根据权利要求6所述的工程机械，其特征在于，
所述控制装置，在通过所述铲斗进行挖掘地面的挖掘作业时，在使该铲斗在所述倾斜方向转动在所述铲斗的所述倾斜动作的方向的振动中最大的转动量的情况下，以使该铲斗让该铲斗的所述多个爪部之中的最下方的爪部沿着目标的施工面移动的方式，来控制所述作业装置的动作。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的工程机械，其特征在于，
所述控制装置可以使所述铲斗的振动的周期以及振幅的至少其中之一能够变更。
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