JP2022051893A - ショベル - Google Patents

Abstract

【課題】車体の振動を抑制可能なショベルを提供する。【解決手段】空中動作か否かが判定される（Ｓ１００）。空中動作と判定されたとき（Ｓ１００のＹ）、アタッチメントの状態を監視し（Ｓ１０２）、制御対象のシリンダの推力の上限値（制限推力）を決定する（Ｓ１０４）。そして、シリンダの推力が上限値を超えないように制御する。【選択図】図９

Description

本発明は、ショベルに関する。

ショベルは、主として走行体（クローラ、ロワーともいう）、上部旋回体、アタッチメントを備える。上部旋回体は走行体に対して回動自在に取り付けられており、旋回モータによって位置が制御される。アタッチメントは上部旋回体に取り付けられており、作業時に使用される。

オペレータは、作業内容に応じて、アタッチメントのブーム、アーム、バケットを制御するが、このとき、車体（すなわち走行体、上部旋回体）は、バケットが接触している地面あるいは構造物から、アタッチメントを介して反力を受ける。反力が加わる向きと、車体の姿勢、地面の状況によって、ショベルの本体が浮き上がってしまう場合がある。特許文献１には、ブームシリンダの収縮側（ロッド側）の圧力を抑制することにより、車体の浮き上がりを防止する技術が開示されている。

特開２０１４－１２２５１０号公報

本発明は係る状況においてされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、車体の振動を抑制し、および／または転倒を抑制可能なショベルの提供にある。

本発明のある態様はショベルに関する。ショベルは、走行体と、走行体に回動自在に設けられる上部旋回体と、ブーム、アーム、バケットを有し、上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、アタッチメントの空中動作に起因する走行体の振動が抑制されるように、アタッチメントの動作を補正する振動抑制部と、を備える。

この態様によると、アタッチメントの少なくとも一軸を利用して、アタッチメントの空中動作によって発生する力、すなわち転倒モーメントを吸収することにより、アタッチメントから走行体に対して、車体をピッチング方向に振動させる力が伝搬するのを防止でき、ひいては振動を抑制できる。

振動抑制部は、アタッチメントのブームシリンダの動作を補正してもよい。これにより、ブームシリンダの動きに起因する振動のみでなく、それより先端側の、アームおよびバケットの両方の動作に起因する振動も抑制できる。

振動抑制部は、制御対象のシリンダの推力がアタッチメントの状態に応じた上限値を超えないように動作してもよい。

振動抑制部は、制御対象のシリンダの推力の上限値を、アタッチメントの状態を入力とする演算により取得してもよい。

振動抑制部は、アタッチメントの状態を入力とし、制御対象のシリンダの推力の上限値を出力とするテーブルを備え、テーブル参照によって、制御対象のシリンダの推力の上限値を設定してもよい。

振動抑制部は、シリンダのボトム側の圧力を、シリンダの推力の上限値およびシリンダのロッド側の圧力から計算されるしきい値以下に抑制してもよい。

ショベルは、制御対象のシリンダのボトム側に設けられた電磁ポートリリーフ弁をさらに備え、振動抑制部は電磁ポートリリーフ弁を制御してもよい。

ショベルは、制御対象のシリンダのボトム室とロッド室の間に設けられた外部再生弁をさらに備え、振動抑制部は外部再生弁を制御してもよい。

ショベルは、制御対象のシリンダのボトム室からタンク室に至る油路に設けられた電磁制御弁をさらに備え、振動抑制部は電磁制御弁を制御してもよい。

本発明の別の態様もまた、ショベルである。このショベルは、走行体と、走行体に回動自在に設けられる上部旋回体と、ブーム、アーム、バケットを有し、上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、ブームおよびアームのシリンダの少なくとも一方のボトム側に設けられた電磁ポートリリーフ弁と、を備える。アタッチメントの空中動作中において電磁ポートリリーフ弁の設定圧が制御される。

本発明の別の態様もショベルに関する。ショベルは、走行体と、走行体に回動自在に設けられる上部旋回体と、上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、アタッチメントを動作させる油圧シリンダと、油圧シリンダ内の油をリリーフさせるリリーフ弁と、を備える。アタッチメントの空中動作中に所定の動作を行うと、油圧シリンダ内の油がリリーフされる。所定の動作はたとえば排土（排出動作）であり、土砂を持ったままでブームを降ろす動作、特に止まるときなどを含む。所定の動作は、アタッチメントの慣性モーメントが変化する動作であればよい。

本発明の別の態様もショベルに関する。ショベルは、走行体と、走行体に回動自在に設けられる上部旋回体と、上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、アタッチメントを動作させる油圧シリンダと、油圧シリンダ内の油をリリーフさせるリリーフ弁と、を備える。アタッチメントで排土したとき、またはアタッチメントを空中で動状態から停止状態に移行させたときに発生する振動が低減される第１状態と、第１状態を解除した第２状態と、を有し、第２状態でアタッチメントで排土したとき、またはアタッチメントを空中で動状態から停止状態に移行させたときに発生する振動は、第１状態で発生する振動より大きい。
ショベルは、たとえば第１状態と第２状態とを切り替えるボタンやインタフェースを備えてもよい。

本発明の別の態様もショベルに関する。ショベルは、走行体と、走行体に回動自在に設けられる上部旋回体と、ブーム、アーム、バケットを有し、上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、アタッチメントの空中動作に起因する、走行体あるいは上部旋回体の振動が抑制されるように、アタッチメントのうち、少なくとも１軸のシリンダを制御するコントローラと、を備える。

コントローラは、ある軸が操作されるとき、操作されていない軸のシリンダを制御してもよい。

コントローラは、制御対象のシリンダの油室と、当該シリンダの油圧回路との間を、より油が流通しやすい状態に変化させてもよい。

コントローラは、制御対象のシリンダの推力または圧力がアタッチメントの状態に応じた上限値を超えないように動作してもよい。

ショベルは、制御対象のシリンダのボトム側あるいはロッド側に設けられた電磁ポートリリーフ弁をさらに備え、コントローラは電磁ポートリリーフ弁を制御してもよい。

振動制御部は、制御対象のシリンダと、コントロールバルブが備える弁を制御してもよい。

ショベルは、制御対象のシリンダのボトム室とロッド室の間に設けられた外部再生弁をさらに備え、コントローラは外部再生弁を制御してもよい。

ショベルは、制御対象のシリンダのボトム室からタンク室に至る油路に設けられた電磁制御弁をさらに備えてもよい。コントローラは電磁制御弁を制御してもよい。

ショベルは、非走行状態または非旋回状態において、コントローラによる制御が有効となってもよい。特にアタッチメントが操作されやすい状況で自動的に有効になると、作業上、操作者の煩わしさを軽減できる。

バケットの位置が所定の領域に含まれるときにコントローラによる制御が有効となってもよい。バケットの位置が車体から離れるほど、或いは高い位置にあるほど、外力によって車体が振動／浮き上がりやすいため、このような状況において有用である。

コントローラは、車体の安定度を演算し、安定度が低い状態において制御を有効としてもよい。安定度が低い状態においては、車体が振動しやすい或いは浮き上がりやすい状態にあるため、特にこのような状態において、アタッチメントの振動／モーメント変化が車体に伝わり難いと効果的である。

操作パネルまたは表示装置に付随する操作手段が、コントローラによる制御に関連する機能をオン、オフするための入力部を提供してもよい。ショベルの熟練操作者にとっては、かえって煩わしい場面が想定されるため、操作者自身で機能させるか否かを決定することができる。

コントローラは、制御対象のシリンダが動作フリーとなるような制御を行ってもよい。アタッチメントのモーメントの変化に応じてシリンダ内の可動部が移動し、この変化を吸収することができる。

本発明の別の態様もショベルに関する。ショベルは、走行体と、走行体に回動自在に設けられる上部旋回体と、ブーム、アーム、バケットを有し、上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、ブームおよびアームのシリンダの少なくとも一方のボトム側またはロッド側に設けられ、前記シリンダの油を排出させることが可能な弁と、を備える。アタッチメントの空中動作中に弁が制御され、シリンダから油を流出させる。

本発明の別の態様もショベルに関する。ショベルは、走行体と、走行体に回動自在に設けられる上部旋回体と、上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、アタッチメントを動作させる油圧シリンダと、油圧シリンダ内の油をリリーフさせるリリーフ弁と、を備える。アタッチメントの空中動作中に所定の動作を行うと、油圧シリンダ内の油が油圧タンクまたは油圧タンクへの経路にある油圧回路にリリーフされる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、ショベルの振動を抑制できる。

建設機械の一例であるショベルの外観を示す斜視図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、ショベルの空中動作時に発生する振動の一例を説明する図である。 排出動作を行ったときに測定されたショベルの、ピッチング軸方向の角度および角速度の時間波形を示す図である。 図４（ａ）、（ｂ）は、シリンダによる振動抑制を説明する図である。 ショベルの電気系統や油圧系統などのブロック図である。 図６（ａ）～（ｃ）は、実際のショベルによって、あるオペレータが空中動作を繰り返し行ったときの、動作波形図である。 一実施例に係るショベルの振動抑制に関連するブロック図である。 一実施例に係る制限推力取得部のブロック図である。 一実施例に係るショベルの振動抑制のフローチャートである。 一実施例に係るショベルの振動抑制に関連するブロック図である。 一実施例に係るショベルの振動抑制に関連するブロック図である。 図１２（ａ）～（ｃ）は、変形例に係るショベルの振動抑制のフローチャートである。 図１３（ａ）、（ｂ）は、車体の安定度を説明する図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、建設機械の一例であるショベル５００の外観を示す斜視図である。ショベル５００は、主として下部走行体（クローラ）５０２と、下部走行体５０２の上部に旋回機構５０３を介して回動自在に搭載された上部旋回体５０４とを備えている。

旋回体５０４には、アタッチメント５１０が取り付けられる。アタッチメント５１０は、ブーム５１２と、ブーム５１２の先端にリンク接続されたアーム５１４と、アーム５１４の先端にリンク接続されたバケット５１６とを備える。ブーム５１２、アーム５１４、およびバケット５１６は、それぞれブームシリンダ５２０、アームシリンダ５２２、およびバケットシリンダ５２４によって油圧駆動される。また、旋回体５０４には、オペレータを収容するための運転室５０８や、油圧を発生するためのエンジン５０６といった動力源が設けられている。

ショベルのアタッチメント５１０や、車体には、センサ７２０，７２２，７２４，７２６が設けられる。これらのセンサは、３軸加速度センサ、３軸ジャイロセンサを含む慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）であってもよい。これらのセンサの出力にもとづいて、バケット５１６の位置や、アタッチメント５１０の姿勢等を検出することができる。

続いて、ショベル５００の空中動作に起因する振動について詳細に説明する。

本発明者は図１に示すショベルについて検討したところ、以下の課題を認識するに至った。バケットが地面に接触していない動作（以下、空中動作という）中に、アタッチメントの慣性モーメントが、ショベルの走行体（車体）に振動を誘発する場合がある。たとえばバケットから土砂を排出する際には、慣性モーメントが変化する。このときのアタッチメントは、ショベルの車体を前方向に傾けるように作用し、車体の振動を誘発する。場合によっては、車体の一部が浮き上がる場合もある。なおこの問題あるいは現象を当業者の一般的な認識として捉えてはならない。

図２（ａ）、（ｂ）は、ショベルの空中動作時に発生する振動の一例を説明する図である。ここでは空中動作の一例として排出動作を説明する。図２（ａ）では、バケット５１６およびアーム５１４が閉じており、ブーム５１２が上がった状態となっており、バケット５１６には土砂などの積載物２が収容されている。図２（ｂ）に示すように、排出動作では、バケット５１６およびアーム５１４が大きく開かれ、積載物２が排出される。このときアタッチメント５１０の慣性モーメントの変化が、ショベル５００の車体を図中矢印Ａに示すピッチング方向に振動させるように作用する。

図３は、排出動作を行ったときに測定されたショベル５００の、ピッチング軸方向の角度（ピッチ角度）および角速度（ピッチ角速度）の時間波形を示す図である。図３から、空中動作に起因して、ショベルを転倒させようとする転倒モーメントが発生し、ピッチ軸周りの振動が発生することが分かる。以下では、空中動作に起因する振動を抑制する方法および抑制可能なショベルについて説明する。

はじめに、振動抑制の原理を説明する。本実施の形態では、アタッチメントの動作に起因する力を、アタッチメント自身が備えるシリンダをクッションとして利用することにより吸収する。

図４（ａ）、（ｂ）は、シリンダによる振動抑制を説明する図である。図４（ａ）は、クッション機能が発揮されない状態を示す。一般的には、ある操作軸（たとえばブーム）に対応するシリンダ７００は、無操作時において、ロッド室７０２、ボトム室７０４はいずれも油圧回路７１０と実質的に切り離されている。したがって、シリンダ７００におけるピストンは移動しない状態であり、アタッチメントの振動７１２は、ダイレクトに車体側に伝達する。

図４（ｂ）は、クッション機能が発揮される状態を示す。ブームのシリンダ７００を伸縮させる方向に振動７１２が発生すると、無操作状態であっても、ボトム室７０４およびロッド室７０２の少なくとも一方の圧力が逃げるように、あるいは油が流れるように、油圧系統が制御される。これによりシリンダ７００がクッションとしての役割を果たし、慣性力や振動を吸収し、車体側への伝達が抑制される。この振動や慣性力はシリンダ内、それに繋がる油路の摩擦等でエネルギー消費される。なお、慣性力のみ考慮するなら、ボトム室７０４から流出させるだけで十分であるが、一般的にシリンダ内の圧力変化の反動が生ずるため、ロッド室７０４からも流出させるとよい。

図５は、ショベル５００の電気系統や油圧系統などのブロック図である。なお、図５では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。

エンジン５０６の回転は、減速機５３２を介してメインポンプ５３４に伝達される。エンジン５０６および減速機５３２に代えて、電気的な動力源（電動機）を用いてもよいし、エンジンと電動機のハイブリッドを用いてもよい。減速機５３２の出力軸にはメインポンプ５３４およびパイロットポンプ５３６が接続されており、メインポンプ５３４には高圧油圧ライン５４２を介してコントロールバルブ５４６が接続されている。コントロールバルブ５４６は、ショベル５００における油圧系の制御を行う装置である。コントロールバルブ５４６には、図１に示した下部走行体５０２を駆動するための油圧モータ５５０Ａおよび５５０Ｂの他、ブームシリンダ５２０、アームシリンダ５２２およびバケットシリンダ５２４が高圧油圧ラインを介して接続されており、コントロールバルブ５４６は、これらに供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御する。

パイロットポンプ５３６には、パイロットライン５５２を介して操作手段５５４が接続されている。操作手段５５４は、旋回用電動機５６０、下部走行体５０２、ブーム５１２、アーム５１４およびバケット５１６を操作するためのレバーやペダルであり、オペレータによって操作される。具体的には、アタッチメント５１０の各軸（ブーム５１２、アーム５１４、バケット５１６）それぞれは、運転席に設けられた操作手段５５４の操作に連動して動作する。具体的には、レバーを操作すると操作に応じて、ブームシリンダ５２０、アームシリンダ５２２、バケットシリンダ５２４が伸び縮み動作をし、それに応じてブーム５１２、アーム５１４、バケット５１６が動作する。

操作手段５５４には、油圧ライン５５６を介してコントロールバルブ５４６が接続される。操作手段５５４は、パイロットライン５５２を通じて供給される油圧（１次側の油圧）をオペレータの操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作手段５５４から出力される２次側の油圧は、油圧ライン５５６を通じてコントロールバルブ５４６に供給される。

センサ７３０は、シリンダ５２０，５２２，５２４のボトム側、ロッド側の圧力を測定する。センサ７３２は、各軸に対する操作入力を監視し、操作情報を取得する。たとえばセンサ７３２は、パイロット圧にもとづいて、操作情報を取得してもよいし、電気レバーからの情報を、電気的情報に変換してもよい。圧力センサ７３４は、高圧油圧ライン５４２の圧力を測定する。これらのセンサ７３０，７３２，７３４の出力は、コントローラ７４０に供給される。

続いて、振動抑制の概要について説明する。このショベル５００は、アタッチメント５１０の空中動作中に振動が発生しそうな状態あるいは慣性モーメントが変化しそうな状態になると、コントローラ７４０（後述の振動抑制部５８０）が自動で補正を実行する。補正によりアタッチメント５１０で振動を吸収し、車体へ伝わる振動を減少させる。補正では、シリンダ５２０，５２２，５２４の少なくともひとつ、例えばブームシリンダ５２０の内部の油室から油が抜けるような状態（シリンダの油室と油路とを連通状態にする）に移行させる。モーメントの変化で生じるアタッチメント５１０の振動、あるいはモーメントの変化そのものがブームシリンダ５２０に伝わり、その結果、ブームシリンダ５２０内の油が排出され、これにより振動が減衰する。

なお補正は、空中動作中に行うため、空中動作中か否かをコントローラ７４０が判断し、アタッチメントの空中動作で生じる振動が車体側に伝わりにくくなる制御状態に自動的に移行する。なお、常にこの状態であると、その他の作業に影響があるかもしれないので、所定条件でこの制御状態に移行してもよい。

以下、振動抑制について具体的に説明する。振動抑制部５８０は、空中動作に起因する走行体の振動が抑制されるように、アタッチメント５１０の動作を補正する。より具体的には振動抑制部５８０は、ブームシリンダ５２０、アームシリンダ５２２、バケットシリンダ５２４の少なくとも一つを制御対象とし、制御対象のシリンダに作用することにより、アタッチメント５１０の動作を補正する。

より詳しくは、振動抑制部５８０は、制御対象のシリンダの推力がアタッチメント５１０の状態に応じた上限値（制限推力）を超えないように制御する。この上限値は、アタッチメント５１０の状態から計算あるいは推定されるショベルを倒そうとする力（転倒モーメントと称する）から適切に設定してもよい。転倒モーメントは、たとえば、アームの角度、ブームの角度、バケットの中の重量、バケットの角度、傾斜角度情報、下部走行体と旋回体の相対角度、各シリンダの圧力情報などから、理論的に計算することができる。振動抑制部５８０は、各種センサ５８２からの情報を取得できる。センサ５８２は、アタッチメント５１０の状態（アーム角度、ブーム角度、バケット角度、ピッチング角、バケットの積載重量など）を示す各種検出信号が入力される。センサ５８２の個数は、コストと転倒モーメントの演算の精度のトレードオフで決めればよい。さらにアタッチメント５１０の状態は、アタッチメントの向き、すなわち旋回体と走行体の相対角を含むことができる。車体（走行体、旋回体）の位置・速度・加速度情報等から、車体の振動や浮き上がりにかかる情報を直接取得してもよい。

図５では、振動抑制部５８０からコントロールバルブ５４６に向かう制御線が描かれているが、これは振動抑制部５８０がコントロールバルブ５４６のみを制御対象とすることを限定するものではない。振動抑制部５８０の制御対象については後述する。

このショベル５００によれば、アタッチメント５１０の少なくとも一軸を利用して、アタッチメント５１０の空中動作によって発生する転倒モーメントあるいは振動、あるいはモーメントの変化を吸収することにより、アタッチメント５１０から走行体５０２に対して、車体をピッチング方に振動させる力が伝搬するのを防止でき、ひいては振動を抑制できる。

続いて、振動抑制に有効な具体的な制御および構成を説明する。
図６（ａ）～（ｃ）は、実際のショベルによって、あるオペレータが空中動作を繰り返し行ったときの、動作波形図である。図６（ａ）～（ｃ）は、異なる試行を示しており、上から順に、ピッチング角速度（すなわち車体の振動）、ブーム角加速度、アーム角加速度、ブーム角度、アーム角度が示される。図中、Ｘ印は、ピッチ角速度の負のピークに対応するポイントを示している。

図６（ａ）～（ｃ）から、ブーム角の変化が止まるときに、振動が誘発されることが分かる。言い換えれば、ブーム角加速度が、振動の発生に及ぼす影響が最も大きいと言え、裏を返せばブーム角速度が振動の抑制にもっとも有効であることが言える。このことは、バケット角に関する慣性モーメント（イナーシャ）はバケットの質量のみが影響を与え、アーム角に関する慣性モーメントはバケットとアームの質量が影響を与えるのに対して、ブーム角に関する慣性モーメントは、ブームのみでなく、アーム、バケットの全質力が影響を与えることからも直感的に理解される。

そこで振動抑制部５８０は、アタッチメント５１０のブームシリンダ５２０を制御対象として、その動作を補正することが好ましい。すなわちブームシリンダ５２０の推力がアタッチメント５１０の状態にもとづく上限値（制限推力）を超えないように、振動抑制部５８０は動作してもよい。

図７は、一実施例に係るショベル５００Ａの振動抑制に関連するブロック図である。ショベル５００Ａは、制御対象のブームシリンダ５２０のボトム側に設けられた電磁ポートリリーフ弁５８４をさらに備える。振動抑制部５８０は電磁ポートリリーフ弁５８４を制御することにより、ブームシリンダ５２０の推力を制限する。

振動抑制部５８０は、制限推力取得部５８６および電流指令生成部５８８を含む。制限推力取得部５８６は、センサ５８２からの検出信号Ｓ_１にもとづいて、制限推力Ｆ_ＭＡＸを取得する。一実施例において制限推力取得部５８６は、アタッチメント５１０の状態（すなわちセンサ５８２からの検出信号）を入力とする演算により制限推力Ｆ_ＭＡＸを取得する。

ブームシリンダ５２０の推力Ｆは、ロッド側の受圧面積をＡ_Ｒ、ロッド側の圧力をＰ_Ｒ、ボトム側の受圧面積をＡ_Ｂ、ボトム側の圧力をＰ_Ｂとするとき、以下の式で表される。
Ｆ＝Ａ_Ｂ・Ｐ_Ｂ－Ａ_Ｒ・Ｐ_Ｒ
制限推力をＦ_ＭＡＸとするとき、
Ｆ_ＭＡＸ＞Ａ_Ｂ・Ｐ_Ｂ－Ａ_Ｒ・Ｐ_Ｒ
が成り立てばよいから、
Ｐ_Ｂ＜（Ｆ_ＭＡＸ＋Ａ_Ｒ・Ｐ_Ｒ）／Ａ_Ｂ
を得る。すなわち、（Ｆ_ＭＡＸ＋Ａ_Ｒ・Ｐ_Ｒ）／Ａ_Ｂがボトム圧の上限値Ｐ_ＭＡＸとなる。

ロッド圧センサ５９０は、ブームシリンダ５２０のロッド室側の圧力Ｐ_Ｒを検出する。振動抑制部５８０は、ボトム側の圧力Ｐ_Ｂを、制限推力Ｆ_ＭＡＸおよびロッド圧Ｐ_Ｒから計算されるしきい値Ｐ_ＭＡＸ以下に抑制する。具体的には電流指令生成部５８８は、制限推力Ｆ_ＭＡＸおよびロッド圧Ｐ_Ｒから、ボトム圧Ｐ_Ｂの上限値Ｐ_ＭＡＸを計算し、上限値Ｐ_ＭＡＸに応じた電流指令Ｓ_２を電磁ポートリリーフ弁５８４に供給する。

この構成により、振動を発生させるようなアタッチメント５１０の空中動作が発生すると、電磁ポートリリーフ弁５８４が開き、ブームシリンダ５２０の推力が制限され、振動が抑制される。

なお制限推力Ｆ_ＭＡＸを小さくしすぎると、ブーム５１２が下がってくる。そこで制限推力取得部５８６は、ブーム５１２の姿勢を保持可能な推力（保持推力Ｆ_ＭＩＮ）を取得し、保持推力Ｆ_ＭＩＮより高い範囲で、制限推力Ｆ_ＭＡＸを設定するとよい。

図８は、一実施例に係る制限推力取得部５８６Ｂのブロック図である。制限推力取得部５８６Ｂは、テーブル参照にもとづいて制限推力Ｆ_ＭＡＸを設定する。制限推力取得部５８６Ｂは、第１ルックアップテーブル６００、第２ルックアップテーブル６０２、テーブルセレクタ６０４、セレクタ６０６を含む。

第１ルックアップテーブル６００は、ブーム角θ_１を入力とし、制限推力Ｆ_ＭＡＸを出力とする。第１ルックアップテーブル６００は、ショベルの異なる複数の状態に対応して設けられた複数のテーブルを含んでもよい。テーブルセレクタ６０４は、バケット角θ_３、車体のピッチ角θ_Ｐ、スイング角θ_Ｓの少なくひとつをパラメータとして、最適なテーブルを選択する。

第２ルックアップテーブル６０２は、ブーム角θ_１およびアーム角θ_２を入力とし、保持推力Ｆ_ＭＩＮを出力とする。第２ルックアップテーブル６０２も同様に、ショベルの異なる複数の状態に対応して設けられた複数のテーブルを含んでもよい。テーブルセレクタ６０４は、バケット角θ_３、車体のピッチ角θ_Ｐ、スイング角θ_Ｓの少なくひとつをパラメータとして、最適なテーブルを選択する。セレクタ６０６は、制限推力Ｆ_ＭＡＸと保持推力Ｆ_ＭＩＮのうち大きい一方を出力する。制限推力取得部５８６Ｂによれば、ブームの下がりを防止しつつ、振動を抑制できる。この実施態様によればショベルの各種姿勢で最適な制御を実現することができる。

制限推力Ｆ_ＭＡＸを、テーブル参照に代えて演算処理により取得してもよい。また保持推力Ｆ_ＭＩＮをテーブル参照に代えて、演算処理により取得してもよい。一方で、厳密に推力を制御しなくても、所定時間或いは所定の流量がシリンダから流れ出るようにすることで、操作によらないブームの下がりを最低限の位置或いは速度に規制し、且つ、振動を抑制することもできる。

図９は、一実施例に係るショベル５００の振動抑制のフローチャートである。初めに、負荷判定（作業判定）が行われ、空中作業中か否かが判定される（Ｓ１００）。負荷判定においては、空中作業中か掘削作業中か否かの判定を行ってもよい。この判定は、アタッチメントの先端の位置に基づいて行ってもよく、たとえば一実施例では、バケットの位置が、クローラ（あるいは地面）を基準として規定したある高さより低いときに掘削作業、それより高いときに空中動作と判定してもよい。あるいは、油圧ポンプの圧力や各シリンダの圧力が所定のしきい値より高いときに掘削作業と判定してもよいし、操作レバーへの入力にもとづいて、たとえばバケット引き操作、アーム引き操作の発生中は掘削作業と判定してもよい。

空中作業中でないとき（Ｓ１００のＮ）、処理Ｓ１００に戻るか、掘削作業に対応する処理シーケンスに移る。掘削作業中であれば、掘削作業中の別の安定化制御を実行しても良いし、通常状態として安定化制御を実行してもよい。あるいは掘削作業中は、バケットが土砂等に接しているため、アタッチメントの急激な動作は、空中作業中に比べて発生頻度が低いため、安定化制御を実行しないとすることもできる。むしろ、シリンダから油を排出しやすくすると、バケットで土砂を引き込む場合にシリンダの踏ん張り力が減るため、作業性の観点からは、実行しない方が好ましいとも言える。

空中作業中と判定されると（Ｓ１００のＹ）、アタッチメント５１０の状態（たとえばブーム角θ_１、アーム角θ_２、バケット角θ_３）を監視する（Ｓ１０２）。そしてアタッチメント５１０の状態に応じて、制限推力Ｆ_ＭＡＸおよび保持推力Ｆ_ＭＩＮを決定する（Ｓ１０４，Ｓ１０６）。そして制限推力Ｆ_ＭＡＸおよび保持推力Ｆ_ＭＩＮにもとづいて、制御対象のシリンダのボトム圧の上限Ｐ_ＭＡＸを決定する（Ｓ１０８）。

図１０は、一実施例に係るショベル５００Ｃの振動抑制に関連するブロック図である。ショベル５００Ｃは制御対象のシリンダ（ブームシリンダ５２０）のボトム室とロッド室の間に設けられた外部再生弁５９２を備える。振動抑制部５８０は、外部再生弁５９２を制御することにより、ブームシリンダ５２０の推力を、制限推力Ｆ_ＭＡＸを超えないように制御する。この構成によっても振動を抑制できる。

図１１は、一実施例に係るショベル５００Ｄの振動抑制に関連するブロック図である。コントロールバルブ５４６は、ブーム用の方向切換弁５９４と、電磁比例弁５９６を含む。電磁比例弁５９６は、ブームシリンダ５２０のボトム室からタンク室５４８に至る油路５４９に設けられる。

振動抑制部５８０は、電磁比例弁５９６を制御することにより、ブームシリンダ５２０の推力を、制限推力Ｆ_ＭＡＸを超えないように制御する。この構成によっても振動を抑制できる。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。

実施の形態では、ブームシリンダ５２０の圧力を制御することにより振動を抑制したが、その限りではなく、それに加えて、あるいはそれに代えて、アームシリンダ５２２やバケットシリンダ５２４の圧力を制御することにより、振動を抑制してもよい。

また実施の形態では、圧力、推力を制御する例を説明したが、その限りでなく、アタッチメントの空中動作によって発生する力、すなわち転倒モーメントを吸収することにより、アタッチメントから走行体に対して、車体をピッチング方向に振動させる力が伝搬を阻止、低減すればよく、要するに、シリンダから油が流出しやすい状態に移行させればよい。

ショベル５００を、第１状態と第２状態とで切替え可能としてもよい。第１状態は、上述した振動抑制動作が有効な状態であり、第２状態は、振動抑制が無効な状態である。たとえばショベル５００の運転室に、第１状態と第２状態を切替えるためのインタフェース（ボタンやスイッチ、タッチパネルなど）を設けてもよい。たとえばデフォルトでは第２状態となっており、オペレータが希望するときに、第１状態に切りかえて、振動抑制を有効としてもよい。あるいは第１状態と第２状態は、ショベル５００の使用状況（路面の滑りやすさ、傾斜の程度など）に応じて、ショベル５００が自動的に切りかえてもよい。

上述の振動を抑制するための補正は、空中作業中に限らず、走行していないとき（非走行状態）に実行してもよいし、旋回していないとき（非旋回状態）に実行してもよい。非走行状態や非旋回状態は、操作レバーの位置にもとづいて判定してもよく、ある操作レバーが中立位置になった場合、もしくは操作軸が実質的に中立になった場合に、それを非操作軸と判定することができる。たとえばフルレバーから中立に移行した場合や、実質的に中立な範囲で移動した場合が含まれる。

図１２（ａ）～（ｃ）は、変形例に係るショベルの振動抑制のフローチャートである。

図１２（ａ）では、コントローラは取得した情報に基づいて、所定の制御周期で安定か判定する（Ｓ２００）。不安定である場合は、振動抑制或いは転倒防止の補正を実行する(Ｓ２０２)。その後安定になるまで判定を繰り返し（Ｓ２０４）、安定になると解除する。安定度が回復したことを条件とするため、振動防止や転倒防止を確実に機能させることができる。

図１２（ｂ）では、コントローラは取得した情報に基づいて、所定の制御周期で安定か判定する（Ｓ３００）。不安定である場合は、振動抑制或いは転倒防止の補正を実行する(Ｓ３０２)。その後、補正が実行された軸が操作されることを条件として解除する。オペレータが安定したと感じた場合に操作がされることが多いためオペレータの直観を優先し、安定性と作業性との調和を図ることができる。

図１２（ｃ）では、コントローラは取得した情報に基づいて、所定の制御周期で安定か
判定する（Ｓ４０２）。不安定である場合は、振動抑制或いは転倒防止の補正を実行する(Ｓ４０４)。その後、所定時間の経過したことを判定し（Ｓ４０４）、解除する（Ｓ４０８）。解除条件が最もシンプルであり、演算処理を低減させることができる。

図１３（ａ）、（ｂ）は、車体の安定度を説明する図である。ショベルの安定性は、アタッチメントの姿勢に応じて変化する。図１３（ａ）は、旋回角がゼロの状態を、図１３（ｂ）は、９０°旋回した状態を示す。

バケットの位置情報（旋回体に対しての高さや遠さ等）や下部走行体と旋回体との間の相対角度に基づいて補正の条件や補正量を変更してもよい。また、バケットの位置が存在する場合に不安定とする領域と不安定ではない領域とを予め設定しておき、補正が機能する条件として利用してもよい。例えば、図１３（ａ）の領域(i)で排土したときは、比較的安定度であることから補正が効かず、図１３（ａ）の(ii)(iii)や図１３（ｂ）の全ての領域で、補正が効くようにしてもよい。

実施の形態ではショベルを説明したが、本発明の適用はその限りでなく、クレーンなど、油圧シリンダでアタッチメントを駆動する油圧作業要素を備えた作業機械に用いることができる。また、安定度を演算するだけでなく、安定度が低下する動作（排土、ブーム下げ、アーム開き動作をさせてアーム最大開き位置に到達させたとき等）、安定度が低下する操作（フルレバー状態から急にレバー中立にする動作、レバー入力速度が所定速度以上）の動作の有無に基づいて、アタッチメントのシリンダを制御しても効果が得られる。また、アタッチメント又は／及び旋回体に設けられたセンサから加速度や振動を検出し、車体が振動すること、振動していると判定して、補正を実行させてもよい。いずれにしてもアタッチメントから伝わる外力を減衰させるようにシリンダを制御することで、車体の振動や転倒の抑制することができる。センサから直接取得した車体のピッチング情報或いは加速度情報に基づいてシリンダを制御してもよく、直接安定度を計算せずとも、バケット位置やアタッチメントの位置情報や走行体と旋回体との間の相対角度等に基づいてシリンダを制御してもよい。

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

２…積載物、５００…ショベル、５０２…下部走行体、５０３…旋回機構、５０４…旋回体、５０６…エンジン、５０８…運転室、５１０…アタッチメント、５１２…ブーム、５１４…アーム、５１６…バケット、５２０…ブームシリンダ、５２２…アームシリンダ、５２４…バケットシリンダ、５３２…減速機、５３４…メインポンプ、５３６…パイロットポンプ、５４２…高圧油圧ライン、５４６…コントロールバルブ、５５０Ａ，５５０Ｂ…油圧モータ、５５２…パイロットライン、５５４…操作手段、５５６…油圧ライン、５８０…振動抑制部、５８２…センサ、５８４…電磁ポートリリーフ弁、５８６…制限推力取得部、５８８…電流指令生成部、５９０…ロッド圧センサ、５９２…外部再生弁、５９６…電磁比例弁、６００…第１ルックアップテーブル、６０２…第２ルックアップテーブル、６０４…テーブルセレクタ、６０６…セレクタ。

本発明は、作業機械に利用できる。

Claims (16)

1. 走行体と、
   前記走行体に回動自在に設けられる上部旋回体と、
   ブーム、アーム、バケットを有し、前記上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、
   前記アタッチメントを駆動する複数のシリンダと、
   前記複数のシリンダと接続され、操作量に対応して前記シリンダに圧油を供給する油圧回路と、
   前記アタッチメントの慣性モーメントの変化で生じる前記アタッチメントから前記上部旋回体に作用する転倒モーメントを前記シリンダが吸収するように前記油圧回路を制御するコントローラと、
   を備えることを特徴とするショベル。
2. 前記コントローラは、あるシリンダが操作されるとき、操作されていないシリンダを自動的に制御することで前記転倒モーメントを吸収することを特徴とする請求項１に記載のショベル。
3. 前記コントローラは、制御対象となるシリンダの油室と、当該シリンダの油圧回路との間を、より油が流通しやすい状態に変化させることを特徴とする請求項１または２に記載のショベル。
4. 前記コントローラは、制御対象のシリンダの推力または圧力が前記アタッチメントの状態に応じた上限値を超えないように動作させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のショベル。
5. 制御対象のシリンダの油室と接続される弁をさらに備え、前記コントローラは、前記シリンダが前記転倒モーメントを吸収するように前記弁を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のショベル。
6. 前記弁は、制御対象のシリンダの油室に設けられた電磁ポートリリーフ弁であって、前記コントローラは前記電磁ポートリリーフ弁を制御することを特徴とする請求項５に記載のショベル。
7. 前記弁は、コントロールバルブが備える弁であって、前記コントローラはコントロールバブルを制御することを特徴とする請求項５に記載のショベル。
8. 前記弁は、制御対象のシリンダの油室と他の油室との間に設けられた外部再生弁であって、前記コントローラは前記外部再生弁を制御することを特徴とする請求項５に記載のショベル。
9. 前記弁は、制御対象のシリンダの油室からタンク室に至る油路に設けられた電磁制御弁であり、前記コントローラは前記電磁制御弁を制御することを特徴とする請求項５に記載のショベル。
10. 非走行状態または非旋回状態において、前記コントローラによる制御が有効となることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のショベル。
11. 空中動作中か掘削中か判定する機能を備え、空中動作中において、前記コントローラによる制御が有効となることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のショベル。
12. バケットの位置が存在する場合に不安定とする領域が予め設定されており、バケットの位置が設定した不安定の領域に含まれるときに前記コントローラによる制御が有効となることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のショベル。
13. 車体に設けられ、ピッチング情報あるいは加速度情報を取得するセンサをさらに備え、
    前記コントローラは、前記センサの出力に基づいて、前記制御を有効とすることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のショベル。
14. 安定度が低下する動作として、排土、ブーム下げ、アーム開き動作をさせてアーム最大開き位置に到達させたとき、の少なくとも一つにおいて、前記コントローラによる制御が有効となることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のショベル。
15. 前記コントローラは、制御対象のシリンダが動作フリーとなるようにすることで、アタッチメントのモーメントの変化に応じてシリンダ内の可動部が移動し、前記変化を移動で吸収するように、制御を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のショベル。
16. 走行体と、
    前記走行体に回動自在に設けられる上部旋回体と、
    前記上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、
    前記アタッチメントに含まれるブームを動作させる油圧シリンダと、
    前記油圧シリンダと接続され、操作量に対応して前記油圧シリンダに圧油を供給する油圧回路と、
    前記油圧シリンダ内の油をリリーフさせるリリーフ弁と、
    前記アタッチメントの慣性モーメントの変化で生じる前記アタッチメントから前記上部旋回体に作用する転倒モーメントを前記油圧シリンダが吸収するように前記油圧回路を制御するコントローラと、
    を備え、
    前記アタッチメントで排土したとき、または前記アタッチメントを空中で動状態から停止状態に移行させたときに発生する振動が低減される第１状態と、前記第１状態を解除した第２状態と、を有し、前記第２状態で前記アタッチメントで排土したとき、または前記アタッチメントを空中で動状態から停止状態に移行させたときに発生する振動は、前記第１状態で発生する振動より大きいことを特徴とするショベル。

Images