WO2014097689A1 - ショベル及びショベル制御方法 - Google Patents

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WO2014097689A1
WO2014097689A1 PCT/JP2013/074285 JP2013074285W WO2014097689A1 WO 2014097689 A1 WO2014097689 A1 WO 2014097689A1 JP 2013074285 W JP2013074285 W JP 2013074285W WO 2014097689 A1 WO2014097689 A1 WO 2014097689A1
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arm
excavation
oil chamber
excavator
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塚本　浩之
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住友建機株式会社
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    • E02F9/265—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool with follow-up actions (e.g. control signals sent to actuate the work tool)

Definitions

  • the present invention relates to an excavator including a drilling attachment that is moved by a hydraulic cylinder, and a control method thereof.
  • This overload prevention device detects a reaction force from the ground as a holding hydraulic pressure in the head side oil chamber of the boom cylinder during excavation work of the power shovel, and opens the relief valve when the holding hydraulic pressure reaches a predetermined pressure. This prevents the front wheels from floating.
  • the boom main arm control valve, the arm main operation valve, and the bucket main operation valve are operated to automatically operate the boom, arm, and bucket, thereby preventing the front wheels from floating. .
  • Patent Document 1 only prevents the excavator body from floating during excavation work, and prevents the excavator body from being dragged toward the bucket during excavation work. I can't.
  • An excavator is an excavator that performs excavation in response to an arm excavation operation including an arm closing operation, an excavation operation detection unit that detects that the arm excavation operation has been performed, and an attitude of the excavator Based on the position of the excavator and the excavator's attitude, the allowable maximum pressure is calculated as the allowable maximum pressure based on the excavation reaction force when the shovel is dragged.
  • a pressure calculation unit, and an arm cylinder pressure control unit that controls the pressure of the extension side oil chamber of the arm cylinder so as not to exceed the allowable maximum pressure when the arm excavation operation is performed.
  • An excavator control method is a shovel control method for performing excavation in response to an arm excavation operation including an arm closing operation, and the excavation operation for detecting that the arm excavation operation has been performed.
  • An allowable maximum pressure calculating step for calculating as a maximum pressure
  • an arm cylinder pressure control step for controlling the pressure of the extension side oil chamber of the arm cylinder so as not to exceed the allowable maximum pressure when the arm excavation operation is performed; Have.
  • the above-described means provide a shovel and a shovel control method for preventing the airframe from being dragged during excavation work.
  • FIG. 1 is a side view showing an excavator according to an embodiment of the present invention.
  • the upper swing body 3 is mounted on the lower traveling body 1 of the excavator via the swing mechanism 2.
  • a boom 4 is attached to the upper swing body 3.
  • An arm 5 is attached to the tip of the boom 4, and a bucket 6 is attached to the tip of the arm 5.
  • the boom 4, the arm 5, and the bucket 6 constitute a digging attachment and are hydraulically driven by a boom cylinder 7, an arm cylinder 8, and a bucket cylinder 9 that are hydraulic cylinders.
  • the upper swing body 3 is provided with a cabin 10 and is mounted with a power source such as an engine.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the drive system of the excavator in FIG.
  • the mechanical power system is indicated by a double line
  • the high-pressure hydraulic line is indicated by a thick solid line
  • the pilot hydraulic line is indicated by a broken line
  • the electric drive / control system is indicated by a one-dot chain line.
  • a main pump 14 and a pilot pump 15 as hydraulic pumps are connected to an output shaft of the engine 11 as a mechanical drive unit.
  • a control valve 17 is connected to the main pump 14 via a high pressure hydraulic line 16.
  • An operation device 26 is connected to the pilot pump 15 via a pilot hydraulic line 25.
  • the main pump 14 is a variable displacement hydraulic pump whose discharge flow rate per pump rotation is controlled by the regulator 13.
  • the control valve 17 is a device that controls the hydraulic system in the excavator.
  • the hydraulic actuators 1A (for right) and 1B (for left), the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, the bucket cylinder 9, the swing hydraulic motor 21 and the like for the lower traveling body 1 are connected to the control valve 17 via a high pressure hydraulic line. It is connected to the.
  • the operating device 26 is a device for operating the hydraulic actuator, and includes a lever and a pedal.
  • the operating device 26 is connected to the control valve 17 and the pressure sensor 29 via pilot hydraulic lines 27 and 28, respectively.
  • the pressure sensor 29 is connected to a controller 30 that performs drive control of the electric system.
  • the controller 30 is a main control unit that performs drive control of the excavator.
  • the controller 30 is a computer having a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and the like.
  • the controller 30 reads programs corresponding to various controls from the ROM, loads them into the RAM, and causes the CPU to execute processes corresponding to the various controls.
  • the pressure sensor 31 is a sensor that detects the pressure of the hydraulic oil in the oil chamber of the hydraulic cylinder, and outputs the detected value to the controller 30.
  • the attitude sensor 32 is a sensor that detects the attitude of the excavator, and outputs the detected value to the controller 30.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration example of the excavation support system 100 mounted on the excavator of FIG.
  • the high-pressure hydraulic line is indicated by a thick solid line
  • the pilot hydraulic line is indicated by a broken line
  • the electric drive / control system is indicated by a one-dot chain line.
  • FIG. 3 shows a state in which a complex excavation operation including a boom raising operation and an arm closing operation is being performed.
  • the excavation support system 100 is a system that supports an operation for excavation work using an excavator by an operator.
  • the excavation support system 100 mainly includes pressure sensors 29A and 29B, a controller 30, pressure sensors 31A to 31C, attitude sensors 32A to 32E, a display device 33, a sound output device 34, and an electromagnetic proportional valve 41, 42.
  • the pressure sensor 29 ⁇ / b> A is an example of the pressure sensor 29, detects the operation state of the arm operation lever 26 ⁇ / b> A that is an example of the operation device 26, and outputs the detection result to the controller 30.
  • the pressure sensor 29B is an example of the pressure sensor 29, detects an operation state of a boom operation lever 26B which is an example of the operation device 26, and outputs a detection result to the controller 30.
  • the pressure sensor 31 ⁇ / b> A is an example of the pressure sensor 31, detects the pressure of the hydraulic oil in the rod side oil chamber 8 ⁇ / b> R of the arm cylinder 8, and outputs the detection result to the controller 30.
  • the rod side oil chamber 8R corresponds to a contraction side oil chamber when the arm 5 is closed.
  • the pressure sensor 31 ⁇ / b> B is an example of the pressure sensor 31, detects the hydraulic oil pressure in the rod side oil chamber 7 ⁇ / b> R of the boom cylinder 7, and outputs the detection result to the controller 30.
  • the rod-side oil chamber 7R corresponds to a contraction-side oil chamber when the boom 4 is raised.
  • the bottom side oil chamber 7B of the boom cylinder 7 corresponds to an extension side oil chamber when the boom 4 is raised.
  • the pressure sensor 31 ⁇ / b> C is an example of the pressure sensor 31, detects the hydraulic oil pressure in the bottom side oil chamber 8 ⁇ / b> B of the arm cylinder 8, and outputs the detection result to the controller 30.
  • the bottom side oil chamber 8B corresponds to the extension side oil chamber when the arm 5 is closed.
  • the arm angle sensor 32 ⁇ / b> A is an example of the attitude sensor 32, and is, for example, a potentiometer.
  • the arm angle sensor 32 ⁇ / b> A detects an opening / closing angle of the arm 5 with respect to the boom 4 (hereinafter referred to as “arm angle”). Output.
  • the boom angle sensor 32B is an example of the attitude sensor 32, and is, for example, a potentiometer.
  • the boom angle sensor 32B detects the elevation angle of the boom 4 with respect to the upper swing body 3 (hereinafter referred to as “boom angle”), and the detection result is a controller. 30 is output.
  • the bucket angle sensor 32 ⁇ / b> C is an example of the attitude sensor 32, and is, for example, a potentiometer.
  • the bucket angle sensor 32 ⁇ / b> C detects the opening / closing angle of the bucket 6 with respect to the arm 5 (hereinafter, referred to as “bucket angle”). Output.
  • the turning angle sensor 32D is an example of the attitude sensor 32, detects the turning angle of the upper turning body 3 with respect to the lower traveling body 1, and outputs the detection result to the controller 30.
  • the inclination angle sensor 32E is an example of the attitude sensor 32, detects the inclination angle of the ground contact surface of the shovel with respect to the horizontal plane, and outputs the detection result to the controller 30.
  • the display device 33 is a device for displaying various kinds of information, and is, for example, a liquid crystal display installed in a driver's cab.
  • the display device 33 displays various information related to the excavation support system 100 in accordance with a control signal from the controller 30.
  • the audio output device 34 is a device for outputting various information as audio, for example, a speaker installed in the excavator's cab.
  • the sound output device 34 outputs various information related to the excavation support system 100 as a sound in response to a control signal from the controller 30.
  • the electromagnetic proportional valve 41 is a valve disposed on a pilot hydraulic line between the arm switching valve 17A which is an example of the control valve 17 and the arm operation lever 26A.
  • the electromagnetic proportional valve 41 controls the pilot pressure applied to the arm closing operation pilot port in the arm switching valve 17 ⁇ / b> A according to the control current from the controller 30.
  • the primary side pressure the pilot pressure for arm closing operation output from the arm operation lever 26A
  • the secondary side pressure the arm closing operation pilot port
  • the pilot pressure is configured to be the same.
  • the electromagnetic proportional valve 41 is configured such that the secondary side pressure becomes smaller than the primary side pressure as the control current from the controller 30 increases.
  • the electromagnetic proportional valve 42 is a valve disposed on a pilot hydraulic line between the boom switching valve 17B, which is an example of the control valve 17, and the boom operation lever 26B.
  • the electromagnetic proportional valve 42 controls the pilot pressure applied to the boom raising operation pilot port in the boom switching valve 17B in accordance with the control current from the controller 30.
  • the electromagnetic proportional valve 42 is applied to the primary side pressure (the pilot pressure for boom raising operation output from the boom operation lever 26B) and the secondary side pressure (the boom raising operation pilot port) when receiving no control current.
  • the pilot pressure is configured to be the same.
  • the electromagnetic proportional valve 42 is configured such that the secondary side pressure becomes larger than the primary side pressure as the control current from the controller 30 increases.
  • the controller 30 obtains the outputs of the various sensors 29A, 29B, 31A to 31C, and 32A to 32E, and performs calculations using various functional elements. Then, the controller 30 outputs the calculation result to the display device 33, the sound output device 34, and the electromagnetic proportional valves 41 and 42.
  • the various functional elements include an excavation operation detection unit 300, a posture detection unit 301, an allowable maximum pressure calculation unit 302, a boom cylinder pressure control unit 303, and an arm cylinder pressure control unit 304.
  • the excavation operation detection unit 300 is a functional element that detects that an excavation operation has been performed.
  • the excavation operation detection unit 300 detects whether or not a complex excavation operation including an arm closing operation and a boom raising operation has been performed.
  • the excavation operation detection unit 300 detects the boom raising operation, the pressure of the rod side oil chamber 7R of the boom cylinder 7 is equal to or higher than a predetermined value ⁇ , and the bottom side oil chamber 8B of the arm cylinder 8 When the pressure difference obtained by subtracting the pressure in the rod-side oil chamber 8R from the pressure is equal to or greater than the predetermined value ⁇ , it is detected that the combined excavation operation has been performed.
  • the excavation operation detection unit 300 may detect that the composite excavation operation has been performed on the additional condition that the arm closing operation is detected. It should be noted that the excavation operation detection unit 300 determines whether a complex excavation operation has been performed using the output of another sensor such as the posture sensor 32 in addition to or instead of the output of the pressure sensors 29A, 29B, 31A to 31C. It may be detected.
  • the excavation operation detection unit 300 may detect whether or not an arm excavation operation including an arm closing operation has been performed. Specifically, the excavation operation detection unit 300 detects an arm closing operation, the pressure in the rod side oil chamber 7R of the boom cylinder 7 is equal to or higher than a predetermined value ⁇ , and the bottom side oil chamber 8B of the arm cylinder 8 When the pressure difference obtained by subtracting the pressure in the rod side oil chamber 8R from the pressure is equal to or larger than the predetermined value ⁇ , it is detected that the arm excavation operation is performed.
  • the arm excavation operation includes a single operation of only the arm closing operation, a composite operation that is a combination of the arm closing operation and the boom raising operation or the boom lowering operation, and a composite operation that is a combination of the arm closing operation and the bucket closing operation. .
  • the posture detection unit 301 is a functional element that detects the posture of the excavator.
  • the posture detection unit 301 detects the boom angle, arm angle, bucket angle, tilt angle, and turning angle as the shovel posture.
  • posture detection unit 301 detects the boom angle, arm angle, and bucket angle based on the outputs of posture sensors 32A to 32C.
  • the posture detection unit 301 detects a turning angle based on the output of the turning angle sensor 32D.
  • the posture detection unit 301 detects the tilt angle based on the output of the tilt angle sensor 32E. Details of the detection of the shovel attitude by the attitude detection unit 301 will be described later.
  • the allowable maximum pressure calculation unit 302 is a functional element that calculates the allowable maximum pressure of hydraulic oil in various hydraulic cylinders that needs to be grasped in order to prevent unintentional movement of the excavator body during excavation work.
  • the allowable maximum pressure calculation unit 302 calculates the allowable maximum pressure of the rod side oil chamber 7R of the boom cylinder 7 that needs to be grasped to prevent the excavator body from lifting during excavation work. To do. In this case, the fact that the pressure in the rod side oil chamber 7R of the boom cylinder 7 exceeds the allowable maximum pressure means that the excavator body may be lifted.
  • the allowable maximum pressure calculation unit 302 needs to grasp in order to prevent the excavator body from being dragged toward the excavation point during excavation work. Calculate the maximum pressure. In this case, the pressure in the bottom side oil chamber 8B of the arm cylinder 8 exceeding the allowable maximum pressure means that the excavator body may be dragged toward the excavation point. Details of the calculation of the allowable maximum pressure by the allowable maximum pressure calculation unit 302 will be described later.
  • the boom cylinder pressure control unit 303 is a functional element that controls the pressure of hydraulic oil in the boom cylinder 7 in order to prevent unintended movement of the excavator body during excavation work.
  • the boom cylinder pressure control unit 303 controls the hydraulic oil pressure in the rod side oil chamber 7R of the boom cylinder 7 to be equal to or lower than the allowable maximum pressure in order to prevent the excavator body from being lifted.
  • the boom cylinder pressure control unit 303 increases the pressure of the rod side oil chamber 7R and reaches a predetermined pressure that is equal to or lower than the maximum allowable pressure. Control current is output.
  • the boom cylinder pressure control unit 303 sets the secondary side pressure (pilot pressure applied to the boom raising operation pilot port) to the secondary side pressure (primary pressure for boom raising operation output from the boom operation lever 26B). Increase As a result, the flow rate of the hydraulic oil flowing out from the rod side oil chamber 7R to the tank increases, and the pressure in the rod side oil chamber 7R decreases. Moreover, the raising speed of the boom 4 increases. In this way, the boom cylinder pressure control unit 303 makes the pressure in the rod-side oil chamber 7R less than a predetermined pressure, prevents the pressure in the rod-side oil chamber 7R from exceeding the allowable maximum pressure, and lifts the excavator body. To prevent.
  • the boom cylinder pressure control unit 303 outputs a control signal to at least one of the display device 33 and the audio output device 34 when a control current is output to the electromagnetic proportional valve 42. Then, the boom cylinder pressure control unit 303 causes the display device 33 to display a text message indicating that the pilot pressure applied to the boom raising operation pilot port has been automatically adjusted. In addition, the boom cylinder pressure control unit 303 causes the voice output device 34 to output a voice message or an alarm sound indicating that fact. This is to inform the operator that adjustment has been made to the boom raising operation using the boom operation lever 26B by the operator.
  • the arm cylinder pressure control unit 304 is a functional element that controls the pressure of hydraulic oil in the arm cylinder 8 in order to prevent unintended movement of the machine body during excavation work.
  • the arm cylinder pressure control unit 304 controls the hydraulic oil pressure in the bottom side oil chamber 8B of the arm cylinder 8 to be equal to or lower than the allowable maximum pressure in order to prevent the excavator body from being lifted.
  • the arm cylinder pressure control unit 304 increases the pressure of the bottom side oil chamber 8B and reaches a predetermined pressure that is equal to or lower than the maximum allowable pressure. Control current is output.
  • the arm cylinder pressure control unit 304 has a secondary side pressure (a pilot pressure applied to the arm closing operation pilot port) rather than a primary side pressure of the electromagnetic proportional valve 41 (a pilot pressure for the arm closing operation output from the arm operation lever 26A). Make it smaller. As a result, the flow rate of the hydraulic oil flowing from the main pump 14L into the bottom side oil chamber 8B is reduced, and the pressure in the bottom side oil chamber 8B is reduced. Further, the closing speed of the arm 5 is reduced. In this manner, the arm cylinder pressure control unit 304 makes the pressure in the bottom side oil chamber 8B less than a predetermined pressure, prevents the pressure in the bottom side oil chamber 8B from exceeding the allowable maximum pressure, and lifts the excavator body. To prevent.
  • the arm cylinder pressure control unit 304 may reduce the secondary side pressure of the electromagnetic proportional valve 41 until the flow rate of the hydraulic oil flowing from the main pump 14L into the bottom side oil chamber 8B disappears as necessary. That is, even when the operator performs an arm closing operation, the closing operation of the arm 5 may be stopped. This is to surely prevent the excavator body from floating.
  • the arm cylinder pressure control unit 304 controls the hydraulic oil pressure in the bottom side oil chamber 8B of the arm cylinder 8 to be equal to or lower than the maximum allowable pressure in order to prevent the excavator body from being dragged toward the excavation point. .
  • the electromagnetic proportional valve 41 is provided. Control current is output. As a result, the flow rate of the hydraulic oil flowing from the main pump 14L into the bottom side oil chamber 8B is reduced, and the pressure in the bottom side oil chamber 8B is reduced. Further, the closing speed of the arm 5 is reduced.
  • the arm cylinder pressure control unit 304 makes the pressure in the bottom side oil chamber 8B less than a predetermined pressure, prevents the pressure in the bottom side oil chamber 8B from exceeding the allowable maximum pressure, and the excavator body is excavated. Prevent dragging towards the point. Further, the arm cylinder pressure control unit 304 may reduce the secondary side pressure of the electromagnetic proportional valve 41 until the flow rate of the hydraulic oil flowing from the main pump 14L into the bottom side oil chamber 8B disappears as necessary. That is, even when the operator performs an arm closing operation, the closing operation of the arm 5 may be stopped. This is to surely prevent the excavator body from being dragged toward the excavation point.
  • the arm cylinder pressure control unit 304 outputs a control signal to at least one of the display device 33 and the audio output device 34 when a control current is output to the electromagnetic proportional valve 41. Output. This is to inform the operator that adjustment has been made to the arm closing operation using the arm operation lever 26A by the operator.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a relationship between forces acting on the excavator when excavation is performed by the composite excavation operation.
  • a point P1 indicates a connection point between the upper swing body 3 and the boom 4
  • a point P2 indicates a connection point between the upper swing body 3 and the boom cylinder 7.
  • a point P3 indicates a connection point between the rod 7C of the boom cylinder 7 and the boom 4
  • a point P4 indicates a connection point between the boom 4 and the cylinder of the arm cylinder 8.
  • a point P5 indicates a connection point between the rod 8C of the arm cylinder 8 and the arm 5
  • a point P6 indicates a connection point between the boom 4 and the arm 5.
  • a point P7 indicates a connection point between the arm 5 and the bucket 6, and a point P8 indicates a tip of the bucket 6.
  • the illustration of the bucket cylinder 9 is omitted for clarity of explanation.
  • FIG. 4 shows the angle between the straight line connecting the points P1 and P3 and the horizontal line as the boom angle ⁇ 1, and the angle between the straight line connecting the points P3 and P6 and the straight line connecting the points P6 and P7.
  • the angle between the straight line connecting the points P6 and P7 and the straight line connecting the points P7 and P8 is indicated as the bucket angle ⁇ 3 with the arm angle ⁇ 2.
  • the distance D1 is a horizontal distance between the rotation center RC and the excavator's center of gravity GC when the aircraft is lifted, that is, the gravity M ⁇ which is the product of the mass M of the shovel and the gravitational acceleration g.
  • the distance between the action line of g and the rotation center RC is shown.
  • the product of the distance D1 and the magnitude of the gravity M ⁇ g represents the magnitude of the moment of the first force around the rotation center RC.
  • the symbol “ ⁇ ” represents “ ⁇ ” (multiplication symbol).
  • the distance D2 is the horizontal distance between the rotational center RC and the point P8, that is, the distance between the line of action of the vertical component F R1 drilling reaction force F R and the rotation center RC.
  • the product of the distance D2 and the magnitude of the vertical component FR1 represents the magnitude of the second force moment around the rotation center RC.
  • excavation reaction force F R is the drilling angle ⁇ formed relative to a vertical axis
  • the excavation angle ⁇ is calculated based on the boom angle ⁇ 1, the arm angle ⁇ 2, and the bucket angle ⁇ 3.
  • the distance D3 is the distance between the straight line and the rotation center RC connecting the points P2 and the point P3, that is, the line of action of the force F B to be Daso pull rod 7C of the boom cylinder 7 rotates The distance from the center RC is shown. Then, the product of the magnitude of distance D3 and the force F B represents the magnitude of the moment of the third force around the rotation center RC.
  • the distance D4 represents the distance between the action line and the point P6 of the excavation reaction force F R. Then, the product of the distance D4 between the size of the excavation reaction force F R represents the magnitude of the moment of the first force around the point P6.
  • a distance D5 indicates a distance between a straight line connecting the points P4 and P5 and the point P6, that is, a distance between the line of action of the arm thrust F A that closes the arm 5 and the point P6.
  • the product of the distance D5 and the magnitude of the arm thrust F A represents the magnitude of the second force moment around the point P6.
  • the magnitude of the moment of force tending float the excavator vertical component F R1 is the rotation center RC about the excavation reaction force F R, the force F B to be Daso pull rod 7C of the boom cylinder 7 rotates Assume that it is possible to replace the magnitude of the moment of force that attempts to lift the shovel around the center RC.
  • the relationship between the magnitude of the second force moment around the rotation center RC and the third force moment magnitude around the rotation center RC is expressed by the following equation (1).
  • the hydraulic oil pressure in the rod side oil chamber 7R of the boom cylinder 7 at this time is an allowable maximum pressure (hereinafter referred to as “first allowable maximum pressure”) P BMAX used for preventing the airframe from lifting.
  • first allowable maximum pressure P BMAX used for preventing the airframe from lifting.
  • P BMAX M ⁇ g ⁇ D1 / (A B ⁇ D3) (6)
  • the distance D1 is a constant
  • the distances D2 to D5 are values determined according to the attitude of the excavation attachment, that is, the boom angle ⁇ 1, the arm angle ⁇ 2, and the bucket angle ⁇ 3, similarly to the excavation angle ⁇ .
  • the distance D2 is determined according to the boom angle ⁇ 1, the arm angle ⁇ 2, and the bucket angle ⁇ 3, the distance D3 is determined according to the boom angle ⁇ 1, the distance D4 is determined according to the bucket angle ⁇ 3, The distance D5 is determined according to the arm angle ⁇ 2.
  • the allowable maximum pressure calculation unit 302 can calculate the first allowable maximum pressure P BMAX using the boom angle ⁇ 1 detected by the posture detection unit 301 and the equation (6).
  • the boom cylinder pressure control unit 303 can prevent the excavator body from being lifted by maintaining the pressure P B in the rod side oil chamber 7R of the boom cylinder 7 at a predetermined pressure equal to or lower than the first allowable maximum pressure P BMAX. it can. Specifically, when the pressure P B reaches a predetermined pressure, the boom cylinder pressure control unit 303 increases the flow rate of the hydraulic oil flowing out from the rod side oil chamber 7R to the tank, and decreases the pressure P B. Drop in pressure P B is 'as shown by formula, result in decreased arm thrust F A, furthermore, (2)' (4) As shown expression, lowering of drilling reaction force F R, and thus the vertical This is because the component FR1 is reduced.
  • the position of the rotation center RC is determined based on the output of the turning angle sensor 32D. For example, when the turning angle between the lower traveling body 1 and the upper revolving body 3 is 0 degree, the rear end of the portion where the lower traveling body 1 is in contact with the ground contact surface becomes the rotation center RC, and the lower traveling body When the turning angle between 1 and the upper turning body 3 is 180 degrees, the front end of the portion where the lower traveling body 1 is in contact with the ground contact surface becomes the rotation center RC. Further, when the turning angle between the lower traveling body 1 and the upper revolving body 3 is 90 degrees or 270 degrees, the side end of the portion where the lower traveling body 1 is in contact with the ground contact surface becomes the rotation center RC. .
  • the static friction coefficient mu represents a static friction coefficient of the ground surface of the shovel
  • the normal force N represents a normal force against the gravity M ⁇ g of the shovel
  • the force F R2 is Hikizu shovel towards the drilling site It represents a horizontal component F R2 of the excavation reaction force F R to wax.
  • the frictional force mu ⁇ N represents the maximum static frictional force to try to stationary excavator
  • the horizontal component F R2 of the excavation reaction force F R is greater than the maximum static frictional force mu ⁇ N, shovel, drilling site Dragged towards.
  • the static friction coefficient ⁇ may be a value stored in advance in a ROM or the like, or may be dynamically calculated based on various information.
  • the static friction coefficient ⁇ is a value stored in advance that is selected by an operator via an input device (not shown). The operator selects a desired friction state (static friction coefficient) from a plurality of levels of friction states (static friction coefficient) according to the state of the ground contact surface.
  • the allowable maximum pressure calculation unit 302 calculates the second allowable maximum pressure P AMAX using the boom angle ⁇ 1, the arm angle ⁇ 2, the bucket angle ⁇ 3 detected by the posture detection unit 301, and the equation (9). Can be calculated.
  • the arm cylinder pressure control section 304 excavator body by maintaining the pressure P A in the bottom-side oil chamber 8B of the arm cylinder 8 to the second maximum allowable pressure P AMAX following predetermined pressure dragged towards the drilling site Can be prevented.
  • the arm cylinder pressure control section 304 when the pressure P A has reached a predetermined pressure, reducing the flow rate of the working oil flowing from the main pump 14L to the bottom side oil chamber 8B, lowering the pressure P A Let Drop in pressure P A results in a decrease in the arm thrust F A, furthermore, in order to result in a reduction of the horizontal component F R2 of the excavation reaction force F R.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the flow of the first combined excavation work support process, and the controller 30 of the excavation support system 100 repeatedly executes the first combined excavation work support process at a predetermined cycle.
  • the excavation operation detection unit 300 of the controller 30 determines whether or not a complex excavation operation including a boom raising operation and an arm closing operation is being performed (step S1). Specifically, excavation operation detection unit 300 detects whether or not a boom raising operation is being performed based on the output of pressure sensor 29B. When detecting that the boom raising operation is being performed, the excavation operation detection unit 300 acquires the pressure in the rod-side oil chamber 7R of the boom cylinder 7 based on the output of the pressure sensor 31B. The excavation operation detection unit 300 calculates a pressure difference obtained by subtracting the pressure in the rod-side oil chamber 8R from the pressure in the bottom-side oil chamber 8B of the arm cylinder 8 based on the outputs of the pressure sensors 31A and 31C. The excavation operation detection unit 300 determines that the composite excavation operation is being performed when the pressure in the rod-side oil chamber 7R is equal to or greater than the predetermined value ⁇ and the calculated pressure difference is equal to or greater than the predetermined value ⁇ .
  • the controller 30 ends the first complex excavation work support process this time.
  • the posture detection unit 301 detects the posture of the shovel (step S2). Specifically, posture detection unit 301 detects boom angle ⁇ 1, arm angle ⁇ 2, and bucket angle ⁇ 3 based on the outputs of arm angle sensor 32A, boom angle sensor 32B, and bucket angle sensor 32C. This is because the allowable maximum pressure calculation unit 302 of the controller 30 can derive the distance between the line of action of the force acting on the excavation attachment and the predetermined rotation center.
  • the allowable maximum pressure calculation unit 302 calculates a first allowable maximum pressure based on the detection value of the posture detection unit 301 (step S3). Specifically, the allowable maximum pressure calculation unit 302 calculates the first allowable maximum pressure P BMAX using the above-described equation (6).
  • the allowable maximum pressure calculation unit 302 sets a predetermined pressure equal to or lower than the calculated first allowable maximum pressure P BMAX as the target boom cylinder pressure P BT (step S4). Specifically, allowable maximum pressure calculation unit 302 sets a value after subtracting a predetermined value from first allowable maximum pressure P BMAX as target boom cylinder pressure P BT .
  • the boom cylinder pressure control unit 303 of the controller 30 monitors the pressure P B of the hydraulic oil in the rod side oil chamber 7R of the boom cylinder 7. Then, when the pressure P B increases and reaches the target boom cylinder pressure P BT as the combined excavation work proceeds (YES in step S5), the boom cylinder pressure control unit 303 controls the boom switching valve 17B to control the boom cylinder. reducing the pressure P B of 7 in the rod side oil chamber 7R (step S6). Specifically, the boom cylinder pressure control unit 303 supplies a control current to the electromagnetic proportional valve 42 to increase the pilot pressure applied to the boom raising operation pilot port.
  • the boom cylinder pressure control unit 303 decreases the pressure P B of the rod side oil chamber 7R by increasing the amount of hydraulic oil flowing out from the rod side oil chamber 7R to the tank.
  • reduced vertical component F R1 drilling reaction force F R by increasing speed of the boom 4 is increased, the lifting shovel of the aircraft is prevented.
  • the arm cylinder pressure control unit 304 of the controller 30 continues to monitor the hydraulic oil pressure P B in the rod side oil chamber 7R of the boom cylinder 7. If the pressure P B further increases to reach the first allowable maximum pressure P BMAX (YES in step S7) despite the increase in the boom 4 speed, the arm cylinder pressure control unit 304 controls switching valve 17A to reduce the pressure P a of the bottom-side oil chamber 8B of the arm cylinder 8 (step S8). Specifically, the arm cylinder pressure control unit 304 supplies a control current to the electromagnetic proportional valve 41 to reduce the pilot pressure applied to the arm closing operation pilot port.
  • the arm cylinder pressure control section 304 by reducing the amount of hydraulic oil flowing from the main pump 14L to the bottom side oil chamber 8B, reduces the pressure P A of the bottom-side oil chamber 8B.
  • reduced vertical component F R1 excavation reaction force F R by closing speed of the arm 5 is lowered, the lifting shovel of the aircraft is prevented.
  • the arm cylinder pressure control unit 304 flows into the bottom side oil chamber 8B from the main pump 14L. The amount of hydraulic oil that is used may be eliminated. In this case, the movement of the arm 5 vertical component F R1 drilling reaction force F R is lost by stopping, the floating shovel of the aircraft is prevented.
  • the boom cylinder pressure control unit 303 reduces the pressure P B of the rod side oil chamber 7R of the boom cylinder 7. The first combined excavation work support process is terminated without causing the first complex excavation work support process to be completed. This is because there is no risk of lifting the excavator body.
  • step S7 when the pressure P B remains below the first allowable maximum pressure P BMAX (NO in step S7), and the arm cylinder pressure control section 304, the pressure P A of the bottom-side oil chamber 8B of the arm cylinder 8 This first combined excavation work support process is terminated without reducing the above. This is because there is no risk of lifting the excavator body.
  • the excavation support system 100 can prevent the excavator body from floating during the complex excavation work. Therefore, it is possible to realize a composite excavation work that efficiently utilizes the weight of the body just before the excavator body rises. In addition, it is possible to improve work efficiency, such as eliminating the need to return the lifted shovel to its original position. As a result, it is possible to reduce fuel consumption, prevent airframe failure, and reduce the operational burden on the operator. .
  • the excavation support system 100 prevents the excavator body from floating during the complex excavation work by adjusting the boom raising operation using the boom operation lever 26B by the operator. Therefore, the operator does not feel uncomfortable that the boom 4 rises even though the boom operation lever 26B is not operated.
  • the excavation support system 100 prevents the airframe from being lifted by adjusting the arm closing operation by the operator when it is determined that lifting of the airframe cannot be avoided even if the boom raising operation is adjusted. As described above, the excavation support system 100 can reliably prevent the airframe from being lifted while realizing the composite excavation work using the airframe weight to the maximum by using the two-stage lift prevention measures.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the flow of the arm excavation work support process, and the controller 30 of the excavation support system 100 repeatedly executes this arm excavation work support process at a predetermined cycle.
  • the excavation operation detection unit 300 of the controller 30 determines whether or not an arm excavation operation including an arm closing operation is being performed (step S11). Specifically, the excavation operation detection unit 300 detects whether the arm closing operation is being performed based on the output of the pressure sensor 29A. When it is detected that the arm closing operation is being performed, the excavation operation detecting unit 300 detects the rod side oil chamber 8R from the pressure of the bottom side oil chamber 8B of the arm cylinder 8 based on the outputs of the pressure sensors 31A and 31C. Calculate the pressure difference minus the pressure. The excavation operation detection unit 300 determines that the arm excavation operation is being performed when the calculated pressure difference is equal to or greater than the predetermined value ⁇ .
  • the controller 30 ends the current arm excavation work support process.
  • the attitude detection unit 301 detects the attitude of the shovel (step S12). Specifically, posture detection unit 301 detects boom angle ⁇ 1, arm angle ⁇ 2, and bucket angle ⁇ 3 based on the outputs of arm angle sensor 32A, boom angle sensor 32B, and bucket angle sensor 32C. This is because the allowable maximum pressure calculation unit 302 of the controller 30 can derive the excavation angle ⁇ , the distance D4, the distance D5, and the like.
  • the allowable maximum pressure calculation unit 302 calculates the second allowable maximum pressure based on the detection value of the posture detection unit 301 (step S13). Specifically, the allowable maximum pressure calculation unit 302 calculates the second allowable maximum pressure P AMAX using the above-described equation (9).
  • the allowable maximum pressure calculation unit 302 sets a predetermined pressure equal to or lower than the calculated second allowable maximum pressure P AMAX as the target arm cylinder pressure P AT (step S14). In the present embodiment, the allowable maximum pressure calculation unit 302 sets the second allowable maximum pressure P AMAX as the target boom cylinder pressure P AT .
  • the arm cylinder pressure control part 304 of the controller 30 monitors the pressure P A of the hydraulic oil in the bottom side oil chamber 8B of the arm cylinder 8.
  • the arm cylinder pressure control portion 304 the arm cylinder by controlling the arm switching valve 17A reducing the pressure P a of the bottom-side oil chamber 8B of 8 (step S16).
  • the arm cylinder pressure control unit 304 supplies a control current to the electromagnetic proportional valve 41 to reduce the pilot pressure applied to the arm closing operation pilot port.
  • the arm cylinder pressure control section 304 by reducing the amount of hydraulic oil flowing from the main pump 14L to the bottom side oil chamber 8B, reduces the pressure P A of the bottom-side oil chamber 8B.
  • the arms closing speed of 5 is reduced horizontal component F R2 of the excavation reaction force F R by reduction, thereby preventing the excavator body is dragged towards the drilling site.
  • the pressure P A is, if not less than the second permissible maximum pressure P AMAX, arm cylinder pressure control portion 304, a bottom side oil chamber 8B from the main pump 14L
  • the amount of hydraulic oil flowing into the tank may be lost.
  • disappeared horizontal component F R2 of the excavation reaction force F R by movement of the arm 5 is stopped, excavator body is prevented from being dragged towards the drilling site.
  • step S15 if the pressure P A remains below the target arm cylinder pressure P AT (NO in step S15), and the arm cylinder pressure control section 304 reduces the pressure P A of the bottom-side oil chamber 8B of the arm cylinder 8 Without this, the current arm excavation work support processing is terminated. This is because the excavator body is not dragged.
  • the excavation support system 100 can prevent the excavator body from being dragged toward the excavation point during the arm excavation work. Therefore, it is possible to realize an arm excavation work that efficiently uses the weight of the body just before the excavator body is dragged.
  • work efficiency can be improved, such as eliminating the need to return the dragged shovel to its original position. As a result, fuel efficiency is reduced, airframe failure is prevented, and operator operation burden is reduced. it can.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the flow of the second combined excavation work support process, and the controller 30 of the excavation support system 100 repeatedly executes the second combined excavation work support process at a predetermined cycle.
  • the excavation operation detection unit 300 of the controller 30 determines whether or not a complex excavation operation including a boom raising operation and an arm closing operation is being performed (step S21). Specifically, excavation operation detection unit 300 detects whether or not a boom raising operation is being performed based on the output of pressure sensor 29B. When detecting that the boom raising operation is being performed, the excavation operation detection unit 300 acquires the pressure in the rod-side oil chamber 7R of the boom cylinder 7 based on the output of the pressure sensor 31B. The excavation operation detection unit 300 calculates a pressure difference obtained by subtracting the pressure in the rod-side oil chamber 8R from the pressure in the bottom-side oil chamber 8B of the arm cylinder 8 based on the outputs of the pressure sensors 31A and 31C. The excavation operation detection unit 300 determines that the composite excavation operation is being performed when the pressure in the rod-side oil chamber 7R is equal to or greater than the predetermined value ⁇ and the calculated pressure difference is equal to or greater than the predetermined value ⁇ .
  • the controller 30 ends the second complex excavation work support process this time.
  • the posture detection unit 301 detects the posture of the shovel (step S22). Specifically, posture detection unit 301 detects boom angle ⁇ 1, arm angle ⁇ 2, and bucket angle ⁇ 3 based on the outputs of arm angle sensor 32A, boom angle sensor 32B, and bucket angle sensor 32C. This is because the allowable maximum pressure calculation unit 302 of the controller 30 can derive the excavation angle ⁇ , the distance D3, the distance D4, the distance D5, and the like.
  • the allowable maximum pressure calculation unit 302 calculates the first allowable maximum pressure and the second allowable maximum pressure based on the detection value of the posture detection unit 301 (step S23). Specifically, the allowable maximum pressure calculation unit 302 calculates the first allowable maximum pressure P BMAX using the above-described equation (6), and the second allowable maximum pressure P using the above-described equation (9). AMAX is calculated.
  • the allowable maximum pressure calculation unit 302 sets a predetermined pressure equal to or lower than the calculated first allowable maximum pressure P BMAX as the target boom cylinder pressure P BT (step S24). Specifically, allowable maximum pressure calculation unit 302 sets a value after subtracting a predetermined value from first allowable maximum pressure P BMAX as target boom cylinder pressure P BT .
  • the boom cylinder pressure control unit 303 of the controller 30 monitors the pressure P B of the hydraulic oil in the rod side oil chamber 7R of the boom cylinder 7. If the pressure P B increases and reaches the target boom cylinder pressure P BT as the combined excavation work proceeds (YES in step S25), the boom cylinder pressure control unit 303 controls the boom switching valve 17B to control the boom cylinder. reducing the pressure P B of 7 in the rod side oil chamber 7R (step S26). Specifically, the boom cylinder pressure control unit 303 supplies a control current to the electromagnetic proportional valve 42 to increase the pilot pressure applied to the boom raising operation pilot port.
  • the boom cylinder pressure control unit 303 decreases the pressure P B of the rod side oil chamber 7R by increasing the amount of hydraulic oil flowing out from the rod side oil chamber 7R to the tank.
  • reduced vertical component F R1 drilling reaction force F R by increasing speed of the boom 4 is increased, the lifting shovel of the aircraft is prevented.
  • the arm cylinder pressure control unit 304 of the controller 30 continues to monitor the hydraulic oil pressure P B in the rod side oil chamber 7R of the boom cylinder 7. If the pressure P B further increases and reaches the first allowable maximum pressure P BMAX (YES in step S27) despite the increase in the boom 4 speed, the arm cylinder pressure control unit 304 controls switching valve 17A to reduce the pressure P a of the bottom-side oil chamber 8B of the arm cylinder 8 (step S28). Specifically, the arm cylinder pressure control unit 304 supplies a control current to the electromagnetic proportional valve 41 to reduce the pilot pressure applied to the arm closing operation pilot port.
  • the arm cylinder pressure control section 304 by reducing the amount of hydraulic oil flowing from the main pump 14L to the bottom side oil chamber 8B, reduces the pressure P A of the bottom-side oil chamber 8B.
  • reduced vertical component F R1 drilling reaction force F R by closing speed of the arm 5 is lowered, the lifting shovel of the aircraft is prevented.
  • the arm cylinder pressure control unit 304 flows into the bottom side oil chamber 8B from the main pump 14L. The amount of hydraulic oil that is used may be eliminated. In this case, the movement of the arm 5 vertical component F R1 drilling reaction force F R is lost by stopping, the floating shovel of the aircraft is prevented.
  • step S25 When the pressure P B remains below the target boom cylinder pressure P BT in step S25 (NO in step S25), the controller 30 does not reduce the pressure P B of the rod side oil chamber 7R of the boom cylinder 7 without reducing the pressure P B. The process proceeds to step S29. This is because there is no risk of lifting the excavator body.
  • step S27 when the pressure P B remains below the first allowable maximum pressure P BMAX (NO in step S27), the controller 30 is to reduce the pressure P A of the bottom-side oil chamber 8B of the arm cylinder 8 If not, the process proceeds to step S29. This is because there is no risk of lifting the excavator body.
  • step S29 the allowable maximum pressure calculation unit 302 sets a predetermined pressure equal to or lower than the calculated second allowable maximum pressure P AMAX as the target arm cylinder pressure P AT . Specifically, the allowable maximum pressure calculation unit 302 sets the second allowable maximum pressure P AMAX as the target boom cylinder pressure P AT .
  • the arm cylinder pressure control part 304 of the controller 30 monitors the pressure P A of the hydraulic oil in the bottom side oil chamber 8B of the arm cylinder 8.
  • the arm cylinder pressure control portion 304 controls the arm switching valve 17A reducing the pressure P a on the bottom side oil chamber 8B of 8 (step S30).
  • the arm cylinder pressure control unit 304 supplies a control current to the electromagnetic proportional valve 41 to reduce the pilot pressure applied to the arm closing operation pilot port.
  • the arm cylinder pressure control section 304 by reducing the amount of hydraulic oil flowing from the main pump 14L to the bottom side oil chamber 8B, reduces the pressure P A of the bottom-side oil chamber 8B.
  • the arms closing speed of 5 is reduced horizontal component F R2 of the excavation reaction force F R by reduction, thereby preventing the excavator body is dragged towards the drilling site.
  • arm cylinder pressure control unit 304 flows from the main pump 14L to the bottom side oil chamber 8B The amount of hydraulic oil that is used may be eliminated. In this case, disappeared horizontal component F R2 of the excavation reaction force F R by movement of the arm 5 is stopped, excavator body is prevented from being dragged towards the drilling site.
  • step S30 if the pressure P A remains below the target arm cylinder pressure P AT (NO in step S30), the arm cylinder pressure control section 304 reduces the pressure P A of the bottom-side oil chamber 8B of the arm cylinder 8
  • the second combined excavation work support process is terminated without causing it to occur. This is because the excavator body is not dragged.
  • a series of processes for preventing the shovel from being lifted in steps S24 to S28 and a series of processes for preventing the shovel from being dragged in steps S29 to S31 are in no particular order. Accordingly, the two series of processes may be executed in parallel, and the series of processes for preventing the excavator from being dragged are executed prior to the series of processes for preventing the shovel from being lifted. May be.
  • the excavation support system 100 can prevent the excavator body from being lifted or dragged toward the excavation point during the complex excavation work. Therefore, it is possible to realize a composite excavation work that efficiently uses the weight of the machine body, just before the excavator body is lifted or dragged. In addition, work efficiency can be improved, such as eliminating the need to return the lifted or dragged excavator to its original position, thereby reducing fuel consumption, preventing airframe failure, and reducing the operator's operational burden. Mitigation can be realized.
  • the calculation by the allowable maximum pressure calculation unit 302, the boom cylinder pressure control unit 303, and the arm cylinder pressure control unit 304 is performed on the assumption that the ground contact surface of the excavator is a horizontal plane.
  • the present invention is not limited to this.
  • Various calculations in the above-described embodiments can be appropriately executed even when the ground contact surface of the excavator is an inclined surface, additionally considering the output of the inclination angle sensor 32E.
  • the excavation support system 100 prevents the airframe from being lifted during the complex excavation operation including the arm closing operation and the boom raising operation. Specifically, the excavation support system 100 raises the boom 4 when the pressure in the rod-side oil chamber 7R of the boom cylinder 7 exceeds the target boom cylinder pressure PBT . Further, the excavation support system 100 decreases the closing speed of the arm 5 when the pressure in the rod-side oil chamber 8R reaches the first allowable maximum pressure P BMAX . In this way, the excavation support system 100 prevents the airframe from being lifted during the complex excavation operation including the arm closing operation and the boom raising operation.
  • the present invention is not limited to this.
  • the excavation support system 100 may be configured to prevent the airframe from being lifted during a complex excavation operation including a bucket closing operation and a boom raising operation.
  • the excavation support system 100 raises the boom 4 when the pressure in the rod-side oil chamber 7R exceeds the target boom cylinder pressure PBT .
  • the excavation support system 100 decreases the closing speed of the bucket 6 when the pressure in the rod side oil chamber 7R reaches the first allowable maximum pressure P BMAX . In this way, the excavation support system 100 may prevent the airframe from being lifted during the complex excavation operation including the bucket closing operation and the boom raising operation.
  • the hydraulic cylinders such as the boom cylinder 7 and the arm cylinder 8 are moved by the hydraulic oil discharged from the engine-driven main pump 14, but are moved by the hydraulic oil discharged from the electric motor-driven hydraulic pump. May be.
  • Operation device 26A ... Arm operation lever 26B ... Boom operation lever 27, 28 ... Pilot hydraulic line 29, 29A, 29B ... Pressure sensor 30 ... Controller 31, 31A-31C -Pressure sensor 32 ... Attitude sensor 32A ... Arm angle sensor 32B ... Boom angle sensor 32C ... Bucket angle sensor 32D ... Turning angle sensor 32E ... Inclination angle sensor 33 ... Display Device 34 ... Voice output device 41, 42 ... Proportional solenoid valve 100 ... Excavation support system 300 ... Excavation operation detection unit 301 ... Attitude detection unit 302 ... Allowable maximum pressure calculation unit 303 ..Boom cylinder pressure control unit 304 ... Arm cylinder pressure control unit

Landscapes

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Abstract

　本発明の実施例に係るショベルは、アーム閉じ操作を含むアーム掘削操作に応じて掘削を行うショベルであって、アーム掘削操作が行われたことを検出する掘削操作検出部（３００）と、ショベルの姿勢を検出する姿勢検出部（３０１）と、ショベルの姿勢に基づいて、掘削反力によりショベルが引き摺られるときのその掘削反力に対応するアームシリンダ８のボトム側油室８Ｂの圧力を第２許容最大圧力（ＰＡＭＡＸ）として算出する許容最大圧力算出部（３０２）と、アーム掘削操作が行われるときに、第２許容最大圧力（ＰＡＭＡＸ）を超えないようにアームシリンダ（８）のボトム側油室（８Ｂ）の圧力を制御するアームシリンダ圧制御部（３０４）と、を備える。

Description

ショベル及びショベル制御方法
　本発明は、油圧シリンダで動く掘削アタッチメントを備えるショベル及びその制御方法に関する。
　従来、油圧パワーショベルの過負荷防止装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　この過負荷防止装置は、パワーショベルの掘削作業中に、地面からの反力をブームシリンダのヘッド側油室における保持油圧として検出し、その保持油圧が所定圧に達したときにリリーフ弁を開くことにより前輪が浮き上がるのを防止している。
　また、リリーフ弁を開く代わりにブーム主操作弁、アーム主操作弁、及びバケット主操作弁を作動させてブーム、アーム、及びバケットを自動的に動作させることにより前輪が浮き上がるのを防止している。
特開昭６４－６４２０号公報
　しかしながら、特許文献１の過負荷防止装置は、掘削作業中にパワーショベルの機体が浮き上がるのを防止するのみであり、掘削作業中にパワーショベルの機体がバケットの方に引き摺られるのを防止することができない。
　上述の点に鑑み、掘削作業中に機体が掘削地点のほうに引き摺られるのを防止するショベル及びショベル制御方法を提供することが望まれる。
　本発明の実施例に係るショベルは、アーム閉じ操作を含むアーム掘削操作に応じて掘削を行うショベルであって、前記アーム掘削操作が行われたことを検出する掘削操作検出部と、ショベルの姿勢を検出する姿勢検出部と、ショベルの姿勢に基づいて、掘削反力によりショベルが引き摺られるときの該掘削反力に対応するアームシリンダの伸長側油室の圧力を許容最大圧力として算出する許容最大圧力算出部と、前記アーム掘削操作が行われるときに、前記許容最大圧力を超えないように前記アームシリンダの伸長側油室の圧力を制御するアームシリンダ圧制御部と、を備える。
　また、本発明の実施例に係るショベル制御方法は、アーム閉じ操作を含むアーム掘削操作に応じて掘削を行うショベルの制御方法であって、前記アーム掘削操作が行われたことを検出する掘削操作検出ステップと、ショベルの姿勢を検出する姿勢検出ステップと、ショベルの姿勢に基づいて、掘削反力によりショベルが引き摺られるときの該掘削反力に対応するアームシリンダの伸長側油室の圧力を許容最大圧力として算出する許容最大圧力算出ステップと、前記アーム掘削操作が行われるときに、前記許容最大圧力を超えないように前記アームシリンダの伸長側油室の圧力を制御するアームシリンダ圧制御ステップと、を有する。
　上述の手段により、掘削作業中に機体が引き摺られるのを防止するショベル及びショベル制御方法が提供される。
本発明の実施例に係るショベルの側面図である。 図１のショベルの駆動系の構成例を示すブロック図である。 図１のショベルに搭載される掘削支援システムの構成例を示す概略図である。 複合掘削操作による掘削が行われる際にショベルに作用する力の関係を示す概略図である。 第１複合掘削作業支援処理の流れを示すフローチャートである。 アーム掘削作業支援処理の流れを示すフローチャートである。 第２複合掘削作業支援処理の流れを示すフローチャートである。
　以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
　図１は、本発明の実施例に係るショベルを示す側面図である。
　ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはバケット６が取り付けられている。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、掘削アタッチメントを構成し、油圧シリンダであるブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。
　図２は、図１のショベルの駆動系の構成例を示すブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太実線、パイロット油圧ラインは破線、電気駆動・制御系は一点鎖線でそれぞれ示されている。
　機械式駆動部としてのエンジン１１の出力軸には、油圧ポンプとしてのメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。また、パイロットポンプ１５には、パイロット油圧ライン２５を介して操作装置２６が接続されている。また、メインポンプ１４は、ポンプ１回転当たりの吐出流量がレギュレータ１３によって制御される可変容量型油圧ポンプである。
　コントロールバルブ１７は、ショベルにおける油圧系の制御を行う装置である。下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、旋回油圧モータ２１等の油圧アクチュエータは、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続されている。
　操作装置２６は、油圧アクチュエータを操作するための装置であり、レバー及びペダルを含む。操作装置２６は、パイロット油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９にそれぞれ接続されている。圧力センサ２９は、電気系の駆動制御を行うコントローラ３０に接続されている。
　コントローラ３０は、ショベルの駆動制御を行う主制御部である。本実施例では、コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えたコンピュータである。コントローラ３０は、例えば、各種制御に対応するプログラムをＲＯＭから読み出してＲＡＭにロードし、各種制御に対応する処理をＣＰＵに実行させる。
　圧力センサ３１は、油圧シリンダの油室における作動油の圧力を検出するセンサであり、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。
　姿勢センサ３２は、ショベルの姿勢を検出するセンサであり、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。
　図３は、図１のショベルに搭載される掘削支援システム１００の構成例を示す概略図である。図３では、図２と同様に、高圧油圧ラインが太実線で示され、パイロット油圧ラインが破線で示され、電気駆動・制御系が一点鎖線で示される。また、図３は、ブーム上げ操作及びアーム閉じ操作を含む複合掘削操作が行われているときの状態を示す。
　掘削支援システム１００は、操作者によるショベルを用いた掘削作業のための操作を支援するシステムである。本実施例では、掘削支援システム１００は、主に、圧力センサ２９Ａ、２９Ｂ、コントローラ３０、圧力センサ３１Ａ～３１Ｃ、姿勢センサ３２Ａ～３２Ｅ、表示装置３３、音声出力装置３４、及び電磁比例弁４１、４２を含む。
　圧力センサ２９Ａは、圧力センサ２９の１例であり、操作装置２６の１例であるアーム操作レバー２６Ａの操作状態を検出し、検出結果をコントローラ３０に対して出力する。
　圧力センサ２９Ｂは、圧力センサ２９の１例であり、操作装置２６の１例であるブーム操作レバー２６Ｂの操作状態を検出し、検出結果をコントローラ３０に対して出力する。
　圧力センサ３１Ａは、圧力センサ３１の１例であり、アームシリンダ８のロッド側油室８Ｒにおける作動油の圧力を検出し、検出結果をコントローラ３０に対して出力する。本実施例では、ロッド側油室８Ｒは、アーム５が閉じる際の収縮側油室に相当する。
　圧力センサ３１Ｂは、圧力センサ３１の１例であり、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒにおける作動油の圧力を検出し、検出結果をコントローラ３０に対して出力する。本実施例では、ロッド側油室７Ｒは、ブーム４が上昇する際の収縮側油室に相当する。また、ブームシリンダ７のボトム側油室７Ｂは、ブーム４が上昇する際の伸長側油室に相当する。
　圧力センサ３１Ｃは、圧力センサ３１の１例であり、アームシリンダ８のボトム側油室８Ｂにおける作動油の圧力を検出し、検出結果をコントローラ３０に対して出力する。本実施例では、ボトム側油室８Ｂは、アーム５が閉じる際の伸長側油室に相当する。
　アーム角度センサ３２Ａは、姿勢センサ３２の１例であり、例えばポテンショメータであって、ブーム４に対するアーム５の開閉角度（以下、「アーム角度」とする。）を検出し、検出結果をコントローラ３０に対して出力する。
　ブーム角度センサ３２Ｂは、姿勢センサ３２の１例であり、例えばポテンショメータであって、上部旋回体３に対するブーム４の俯仰角度（以下、「ブーム角度」とする。）を検出し、検出結果をコントローラ３０に対して出力する。
　バケット角度センサ３２Ｃは、姿勢センサ３２の１例であり、例えばポテンショメータであって、アーム５に対するバケット６の開閉角度（以下、「バケット角度」とする。）を検出し、検出結果をコントローラ３０に対して出力する。
　旋回角度センサ３２Ｄは、姿勢センサ３２の１例であり、下部走行体１に対する上部旋回体３の旋回角度を検出し、検出結果をコントローラ３０に対して出力する。
　傾斜角度センサ３２Ｅは、姿勢センサ３２の１例であり、水平面に対するショベルの接地面の傾斜角度を検出し、検出結果をコントローラ３０に対して出力する。
　表示装置３３は、各種情報を表示するための装置であり、例えば、ショベルの運転室に設置される液晶ディスプレイである。表示装置３３は、コントローラ３０からの制御信号に応じて掘削支援システム１００に関する各種情報を表示する。
　音声出力装置３４は、各種情報を音声出力するための装置であり、例えば、ショベルの運転室に設置されるスピーカである。音声出力装置３４は、コントローラ３０からの制御信号に応じて掘削支援システム１００に関する各種情報を音声出力する。
　電磁比例弁４１は、コントロールバルブ１７の１例であるアーム切換弁１７Ａとアーム操作レバー２６Ａとの間のパイロット油圧ライン上に配置される弁である。そして、電磁比例弁４１は、コントローラ３０からの制御電流に応じてアーム切換弁１７Ａにおけるアーム閉じ操作用パイロットポートにかかるパイロット圧を制御する。本実施例では、電磁比例弁４１は、制御電流を受けない場合に、一次側圧（アーム操作レバー２６Ａが出力するアーム閉じ操作用のパイロット圧）と二次側圧（アーム閉じ操作用パイロットポートにかかるパイロット圧）とが同じになるように構成される。また、電磁比例弁４１は、コントローラ３０からの制御電流が増大するにつれて、二次側圧が一次側圧よりも小さくなるように構成される。
　電磁比例弁４２は、コントロールバルブ１７の１例であるブーム切換弁１７Ｂとブーム操作レバー２６Ｂとの間のパイロット油圧ライン上に配置される弁である。そして、電磁比例弁４２は、コントローラ３０からの制御電流に応じてブーム切換弁１７Ｂにおけるブーム上げ操作用パイロットポートにかかるパイロット圧を制御する。本実施例では、電磁比例弁４２は、制御電流を受けない場合に、一次側圧（ブーム操作レバー２６Ｂが出力するブーム上げ操作用のパイロット圧）と二次側圧（ブーム上げ操作用パイロットポートにかかるパイロット圧）とが同じになるように構成される。また、電磁比例弁４２は、コントローラ３０からの制御電流が増大するにつれて、二次側圧が一次側圧よりも大きくなるように構成される。
　コントローラ３０は、各種センサ２９Ａ、２９Ｂ、３１Ａ～３１Ｃ、３２Ａ～３２Ｅの出力を得て、各種機能要素による演算を行う。そして、コントローラ３０は、その演算結果を表示装置３３、音声出力装置３４、及び電磁比例弁４１、４２に対して出力する。
　各種機能要素は、掘削操作検出部３００、姿勢検出部３０１、許容最大圧力算出部３０２、ブームシリンダ圧制御部３０３、アームシリンダ圧制御部３０４を含む。
　掘削操作検出部３００は、掘削操作が行われたことを検出する機能要素である。本実施例では、掘削操作検出部３００は、アーム閉じ操作及びブーム上げ操作を含む複合掘削操作が行われたか否かを検出する。具体的には、掘削操作検出部３００は、ブーム上げ操作が検出され、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒの圧力が所定値α以上であり、且つ、アームシリンダ８のボトム側油室８Ｂの圧力からロッド側油室８Ｒの圧力を差し引いた圧力差が所定値β以上の場合に、複合掘削操作が行われたことを検出する。また、掘削操作検出部３００は、アーム閉じ操作が検出されたことを追加的な条件として複合掘削操作が行われたことを検出してもよい。なお、掘削操作検出部３００は、圧力センサ２９Ａ、２９Ｂ、３１Ａ～３１Ｃの出力に加え、或いはそれらに代えて、姿勢センサ３２等の他のセンサの出力を用いて複合掘削操作が行われたか否かを検出してもよい。
　また、掘削操作検出部３００は、アーム閉じ操作を含むアーム掘削操作が行われたか否かを検出してもよい。具体的には、掘削操作検出部３００は、アーム閉じ操作が検出され、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒの圧力が所定値α以上であり、且つ、アームシリンダ８のボトム側油室８Ｂの圧力からロッド側油室８Ｒの圧力を差し引いた圧力差が所定値β以上の場合に、アーム掘削操作が行われたことを検出する。なお、アーム掘削操作は、アーム閉じ操作のみの単独操作、アーム閉じ操作とブーム上げ操作又はブーム下げ操作との組み合わせである複合操作、アーム閉じ操作とバケット閉じ操作との組み合わせである複合操作を含む。
　姿勢検出部３０１は、ショベルの姿勢を検出する機能要素である。本実施例では、姿勢検出部３０１は、ブーム角度、アーム角度、バケット角度、傾斜角度、及び、旋回角度をショベルの姿勢として検出する。具体的には、姿勢検出部３０１は、姿勢センサ３２Ａ～３２Ｃの出力に基づいてブーム角度、アーム角度、バケット角度を検出する。また、姿勢検出部３０１は、旋回角度センサ３２Ｄの出力に基づいて旋回角度を検出する。また、姿勢検出部３０１は、傾斜角度センサ３２Ｅの出力に基づいて傾斜角度を検出する。なお、姿勢検出部３０１によるショベルの姿勢の検出についてはその詳細を後述する。
　許容最大圧力算出部３０２は、掘削作業中におけるショベルの機体の意図しない動きを防止するために把握しておく必要がある、各種油圧シリンダにおける作動油の許容最大圧力を算出する機能要素である。本実施例では、許容最大圧力算出部３０２は、掘削作業中におけるショベルの機体の浮き上がりを防止するために把握しておく必要がある、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒの許容最大圧力を算出する。この場合、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒの圧力がその許容最大圧力を超えることは、ショベルの機体が浮き上がるおそれがあることを意味する。また、許容最大圧力算出部３０２は、掘削作業中にショベルの機体が掘削地点のほうに引き摺られるのを防止するために把握しておく必要がある、アームシリンダ８のボトム側油室８Ｂの許容最大圧力を算出する。この場合、アームシリンダ８のボトム側油室８Ｂの圧力がその許容最大圧力を超えることは、ショベルの機体が掘削地点のほうに引き摺られるおそれがあることを意味する。なお、許容最大圧力算出部３０２による許容最大圧力の算出についてはその詳細を後述する。
　ブームシリンダ圧制御部３０３は、掘削作業中におけるショベルの機体の意図しない動きを防止するためにブームシリンダ７における作動油の圧力を制御する機能要素である。本実施例では、ブームシリンダ圧制御部３０３は、ショベルの機体の浮き上がりを防止するために、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒにおける作動油の圧力を許容最大圧力以下に制御する。具体的には、ブームシリンダ圧制御部３０３は、複合掘削動作が行われている場合に、ロッド側油室７Ｒの圧力が上昇して許容最大圧力以下の所定圧力に達すると、電磁比例弁４２に対して制御電流を出力する。そして、ブームシリンダ圧制御部３０３は、電磁比例弁４２の一次側圧（ブーム操作レバー２６Ｂが出力するブーム上げ操作用のパイロット圧）よりも二次側圧（ブーム上げ操作用パイロットポートにかかるパイロット圧）を大きくする。その結果、ロッド側油室７Ｒからタンクに流出する作動油の流量が増大し、ロッド側油室７Ｒの圧力が低下する。また、ブーム４の上昇速度が増大する。このようにして、ブームシリンダ圧制御部３０３は、ロッド側油室７Ｒの圧力を所定圧力未満にし、ロッド側油室７Ｒの圧力が許容最大圧力を超過するのを防止し、ショベルの機体が浮き上がるのを防止する。
　また、ブームシリンダ圧制御部３０３は、電磁比例弁４２に対して制御電流を出力した場合には、表示装置３３及び音声出力装置３４の少なくとも一方に制御信号を出力する。そして、ブームシリンダ圧制御部３０３は、ブーム上げ操作用パイロットポートにかかるパイロット圧を自動調整した旨を表すテキストメッセージを表示装置３３に表示させる。また、ブームシリンダ圧制御部３０３は、その旨を表す音声メッセージや警報音を音声出力装置３４から音声出力させる。操作者によるブーム操作レバー２６Ｂを用いたブーム上げ操作に調整が加えられていることを操作者に伝えるためである。
　アームシリンダ圧制御部３０４は、掘削作業中の機体の意図しない動きを防止するためにアームシリンダ８における作動油の圧力を制御する機能要素である。本実施例では、アームシリンダ圧制御部３０４は、ショベルの機体の浮き上がりを防止するために、アームシリンダ８のボトム側油室８Ｂにおける作動油の圧力を許容最大圧力以下に制御する。具体的には、アームシリンダ圧制御部３０４は、複合掘削動作が行われている場合に、ボトム側油室８Ｂの圧力が上昇して許容最大圧力以下の所定圧力に達すると、電磁比例弁４１に対して制御電流を出力する。そして、アームシリンダ圧制御部３０４は、電磁比例弁４１の一次側圧（アーム操作レバー２６Ａが出力するアーム閉じ操作用のパイロット圧）よりも二次側圧（アーム閉じ操作用パイロットポートにかかるパイロット圧）を小さくする。その結果、メインポンプ１４Ｌからボトム側油室８Ｂに流入する作動油の流量が減少し、ボトム側油室８Ｂの圧力が低下する。また、アーム５の閉じ速度が低下する。このようにして、アームシリンダ圧制御部３０４は、ボトム側油室８Ｂの圧力を所定圧力未満にし、ボトム側油室８Ｂの圧力が許容最大圧力を超過するのを防止し、ショベルの機体が浮き上がるのを防止する。また、アームシリンダ圧制御部３０４は、必要に応じて、メインポンプ１４Ｌからボトム側油室８Ｂに流入する作動油の流量が消失するまで電磁比例弁４１の二次側圧を小さくしてもよい。すなわち、操作者によるアーム閉じ操作が行われている場合であってもアーム５の閉じ動作を停止させてもよい。ショベルの機体が浮き上がるのを確実に防止するためである。
　また、アームシリンダ圧制御部３０４は、ショベルの機体が掘削地点のほうに引き摺られるのを防止するために、アームシリンダ８のボトム側油室８Ｂにおける作動油の圧力を許容最大圧力以下に制御する。具体的には、アームシリンダ圧制御部３０４は、アーム掘削作業が行われている場合に、ボトム側油室８Ｂの圧力が上昇して許容最大圧力以下の所定圧力に達すると、電磁比例弁４１に対して制御電流を出力する。その結果、メインポンプ１４Ｌからボトム側油室８Ｂに流入する作動油の流量が減少し、ボトム側油室８Ｂの圧力が低下する。また、アーム５の閉じ速度が低下する。このようにして、アームシリンダ圧制御部３０４は、ボトム側油室８Ｂの圧力を所定圧力未満にし、ボトム側油室８Ｂの圧力が許容最大圧力を超過するのを防止し、ショベルの機体が掘削地点のほうに引き摺られるのを防止する。また、アームシリンダ圧制御部３０４は、必要に応じて、メインポンプ１４Ｌからボトム側油室８Ｂに流入する作動油の流量が消失するまで電磁比例弁４１の二次側圧を小さくしてもよい。すなわち、操作者によるアーム閉じ操作が行われている場合であってもアーム５の閉じ動作を停止させてもよい。ショベルの機体が掘削地点のほうに引き摺られるのを確実に防止するためである。
　また、アームシリンダ圧制御部３０４は、ブームシリンダ圧制御部３０３と同様、電磁比例弁４１に対して制御電流を出力した場合には、表示装置３３及び音声出力装置３４の少なくとも一方に制御信号を出力する。操作者によるアーム操作レバー２６Ａを用いたアーム閉じ操作に調整が加えられていることを操作者に伝えるためである。
　次に、図４を参照しながら、姿勢検出部３０１によるショベルの姿勢の検出、及び、許容最大圧力算出部３０２による許容最大圧力の算出について説明する。なお、図４は、複合掘削操作による掘削が行われる際にショベルに作用する力の関係を示す概略図である。
　最初に、掘削作業中に機体が浮き上がるのを防止するための制御に関するパラメータについて説明する。
　図４において、点Ｐ１は、上部旋回体３とブーム４との連結点を示し、点Ｐ２は、上部旋回体３とブームシリンダ７のシリンダとの連結点を示す。また、点Ｐ３は、ブームシリンダ７のロッド７Ｃとブーム４との連結点を示し、点Ｐ４は、ブーム４とアームシリンダ８のシリンダとの連結点を示す。また、点Ｐ５は、アームシリンダ８のロッド８Ｃとアーム５との連結点を示し、点Ｐ６は、ブーム４とアーム５との連結点を示す。また、点Ｐ７は、アーム５とバケット６との連結点を示し、点Ｐ８は、バケット６の先端を示す。なお、図４は、説明の明瞭化のため、バケットシリンダ９の図示を省略している。
　また、図４は、点Ｐ１及び点Ｐ３を結ぶ直線と水平線との間の角度をブーム角度θ１とし、点Ｐ３及び点Ｐ６を結ぶ直線と点Ｐ６及び点Ｐ７を結ぶ直線との間の角度をアーム角度θ２とし、点Ｐ６及び点Ｐ７を結ぶ直線と点Ｐ７及び点Ｐ８を結ぶ直線との間の角度をバケット角度θ３として示す。
　さらに、図４において、距離Ｄ１は、機体の浮き上がりが発生するときの回転中心ＲＣとショベルの重心ＧＣとの間の水平距離、すなわち、ショベルの質量Ｍ及び重力加速度ｇの積である重力Ｍ・ｇの作用線と回転中心ＲＣとの間の距離を示す。そして、距離Ｄ１と重力Ｍ・ｇの大きさとの積は、回転中心ＲＣ周りの第１の力のモーメントの大きさを表す。なお、記号「・」は「×」（乗算記号）を表す。
　また、図４において、距離Ｄ２は、回転中心ＲＣと点Ｐ８との間の水平距離、すなわち、掘削反力ＦＲの鉛直成分ＦＲ１の作用線と回転中心ＲＣとの間の距離を示す。そして、距離Ｄ２と鉛直成分ＦＲ１の大きさとの積は、回転中心ＲＣ周りの第２の力のモーメントの大きさを表す。なお、掘削反力ＦＲは、鉛直軸に対して掘削角度θを形成し、掘削反力ＦＲの鉛直成分ＦＲ１は、ＦＲ１＝ＦＲ・ｃｏｓθで表される。また、掘削角度θは、ブーム角度θ１、アーム角度θ２、及びバケット角度θ３に基づいて算出される。
　また、図４において、距離Ｄ３は、点Ｐ２及び点Ｐ３を結ぶ直線と回転中心ＲＣとの間の距離、すなわち、ブームシリンダ７のロッド７Ｃを引っ張り出そうとする力ＦＢの作用線と回転中心ＲＣとの間の距離を示す。そして、距離Ｄ３と力ＦＢの大きさとの積は、回転中心ＲＣ周りの第３の力のモーメントの大きさを表す。
　また、図４において、距離Ｄ４は、掘削反力ＦＲの作用線と点Ｐ６との間の距離を示す。そして、距離Ｄ４と掘削反力ＦＲの大きさとの積は、点Ｐ６周りの第１の力のモーメントの大きさを表す。
　また、図４において、距離Ｄ５は、点Ｐ４及び点Ｐ５を結ぶ直線と点Ｐ６との間の距離、すなわち、アーム５を閉じるアーム推力ＦＡの作用線と点Ｐ６との間の距離を示す。そして、距離Ｄ５とアーム推力ＦＡの大きさとの積は、点Ｐ６周りの第２の力のモーメントの大きさを表す。
　ここで、掘削反力ＦＲの鉛直成分ＦＲ１が回転中心ＲＣ周りにショベルを浮き上がらせようとする力のモーメントの大きさと、ブームシリンダ７のロッド７Ｃを引っ張り出そうとする力ＦＢが回転中心ＲＣ周りにショベルを浮き上がらせようとする力のモーメントの大きさとを置き換え可能であると仮定する。この場合、回転中心ＲＣ周りの第２の力のモーメントの大きさと回転中心ＲＣ周りの第３の力のモーメントの大きさとの関係は以下の（１）式で表される。
ＦＲ１・Ｄ２＝ＦＲ・ｃｏｓθ・Ｄ２＝ＦＢ・Ｄ３・・・（１）
　また、アーム推力ＦＡが点Ｐ６周りにアーム５を閉じようとする力のモーメントの大きさと、掘削反力ＦＲが点Ｐ６周りにアーム５を開こうとする力のモーメントの大きさとはつり合うものと考えられる。この場合、点Ｐ６周りの第１の力のモーメントの大きさと点Ｐ６周りの第２の力のモーメントの大きさとの関係は以下の（２）式及び（２）’式で表される。なお、記号「／」は「÷」（除算記号）を表す。
ＦＡ・Ｄ５＝ＦＲ・Ｄ４・・・（２）
ＦＲ＝ＦＡ・Ｄ５／Ｄ４・・・（２）’
　また、（１）式及び（２）式より、ブームシリンダ７のロッド７Ｃを引っ張り出そうとする力ＦＢは、以下の（３）式で表される。
ＦＢ＝ＦＡ・Ｄ２・Ｄ５・ｃｏｓθ／（Ｄ３・Ｄ４）・・・（３）
　さらに、図４のＸ－Ｘ断面図で示すように、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒに面するピストンの環状受圧面積を面積ＡＢとし、ロッド側油室７Ｒにおける作動油の圧力を圧力ＰＢとすると、ブームシリンダ７のロッド７Ｃを引っ張り出そうとする力ＦＢは、ＦＢ＝ＰＢ・ＡＢで表される。したがって、（３）式は、以下の（４）式及び（４）’式で表される。
ＰＢ＝ＦＡ・Ｄ２・Ｄ５・ｃｏｓθ／（ＡＢ・Ｄ３・Ｄ４）・・・（４）
ＦＡ＝ＰＢ・ＡＢ・Ｄ３・Ｄ４／（Ｄ２・Ｄ５・ｃｏｓθ）・・・（４）’
　ここで、機体が浮き上がる際の、ブームシリンダ７のロッド７Ｃを引っ張り出そうとする力ＦＢを力ＦＢＭＡＸとすると、重力Ｍ・ｇが機体を浮き上がらせないようにする回転中心ＲＣ周りの第１の力のモーメントの大きさと、力ＦＢＭＡＸが機体を浮き上がらせようとする回転中心ＲＣ周りの第３の力のモーメントの大きさとはつり合うものと考えられる。この場合、それら２つの力のモーメントの大きさの関係は以下の（５）式で表される。
Ｍ・ｇ・Ｄ１＝ＦＢＭＡＸ・Ｄ３・・・（５）
　また、このときのブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒにおける作動油の圧力を、機体の浮き上がりを防止するために用いる許容最大圧力（以下、「第１許容最大圧力」とする。）ＰＢＭＡＸとすると、第１許容最大圧力ＰＢＭＡＸは、以下の（６）式で表される。
ＰＢＭＡＸ＝Ｍ・ｇ・Ｄ１／（ＡＢ・Ｄ３）・・・（６）
　また、距離Ｄ１は定数であり、距離Ｄ２～Ｄ５は、掘削角度θと同様、掘削アタッチメントの姿勢、すなわち、ブーム角度θ１、アーム角度θ２、及びバケット角度θ３に応じて決まる値である。具体的には、距離Ｄ２は、ブーム角度θ１、アーム角度θ２、及びバケット角度θ３に応じて決まり、距離Ｄ３は、ブーム角度θ１に応じて決まり、距離Ｄ４は、バケット角度θ３に応じて決まり、距離Ｄ５は、アーム角度θ２に応じて決まる。
　その結果、許容最大圧力算出部３０２は、姿勢検出部３０１が検出するブーム角度θ１と（６）式とを用いて第１許容最大圧力ＰＢＭＡＸを算出することができる。
　また、ブームシリンダ圧制御部３０３は、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒにおける圧力ＰＢを第１許容最大圧力ＰＢＭＡＸ以下の所定圧力に維持することによってショベルの機体の浮き上がりを防止することができる。具体的には、ブームシリンダ圧制御部３０３は、圧力ＰＢが所定圧力に達した場合に、ロッド側油室７Ｒからタンクに流出する作動油の流量を増大させ、圧力ＰＢを低下させる。圧力ＰＢの低下は、（４）’式が示すように、アーム推力ＦＡの低下をもたらし、さらには、（２）’式が示すように、掘削反力ＦＲの低下、ひいてはその鉛直成分ＦＲ１の低下をもたらすためである。
　また、回転中心ＲＣの位置は、旋回角度センサ３２Ｄの出力に基づいて決定される。例えば、下部走行体１と上部旋回体３との間の旋回角度が０度の場合には、下部走行体１が接地面と接触する部分のうちの後端が回転中心ＲＣとなり、下部走行体１と上部旋回体３との間の旋回角度が１８０度の場合には、下部走行体１が接地面と接触する部分のうちの前端が回転中心ＲＣとなる。また、下部走行体１と上部旋回体３との間の旋回角度が９０度又は２７０度の場合には、下部走行体１が接地面と接触する部分のうちの側端が回転中心ＲＣとなる。
　次に、掘削作業中に機体が掘削地点のほうに引き摺られるのを防止するための制御に関するパラメータについて説明する。
　掘削作業中に機体を水平方向に動かそうとする力の関係は、以下の（７）式で表される。
μ・Ｎ≧ＦＲ２・・・（７）
　なお、静止摩擦係数μは、ショベルの接地面の静止摩擦係数を表し、垂直抗力Ｎは、ショベルの重力Ｍ・ｇに対する垂直抗力を表し、力ＦＲ２は、ショベルを掘削地点のほうに引き摺ろうとする掘削反力ＦＲの水平成分ＦＲ２を表す。また、摩擦力μ・Ｎは、ショベルを静止させようとする最大静止摩擦力を表し、掘削反力ＦＲの水平成分ＦＲ２が最大静止摩擦力μ・Nを上回ると、ショベルは、掘削地点のほうに引き摺られる。なお、静止摩擦係数μは、ＲＯＭ等に予め記憶される値であってもよく、各種情報に基づいて動的に算出されるものであってもよい。本実施例では、静止摩擦係数μは、入力装置（図示せず。）を介して操作者が選択する予め記憶された値である。操作者は、接地面の状態に応じて複数レベルの摩擦状態（静止摩擦係数）から所望の摩擦状態（静止摩擦係数）を選択する。
　ここで、掘削反力ＦＲの水平成分ＦＲ２は、ＦＲ２＝ＦＲ・ｓｉｎθで表され、また、（２）’式より、掘削反力ＦＲは、ＦＲ＝ＦＡ・Ｄ５／Ｄ４で表されるため、（７）式は、以下の（８）式で表される。
μ・Ｍ・ｇ≧ＦＡ・Ｄ５・ｓｉｎθ／Ｄ４・・・（８）
　また、図４のＹ－Ｙ断面図で示すように、アームシリンダ８のボトム側油室８Ｂに面するピストンの円状受圧面積を面積ＡＡとし、ボトム側油室８Ｂにおける作動油の圧力を圧力ＰＡとすると、アーム推力ＦＡは、ＦＡ＝ＰＡ・ＡＡで表される。そのため、（８）式は、以下の（９）式で表される。
ＰＡ≦μ・Ｍ・ｇ・Ｄ４／（ＡＡ・Ｄ５・ｓｉｎθ）・・・（９）
　ここで、（９）式の右辺と左辺が等しいときのアームシリンダ８のボトム側油室８Ｂにおける作動油の圧力ＰＡは、機体が掘削地点のほうに引き摺られるのを回避可能な許容最大圧力、すなわち、機体が掘削地点のほうに引き摺られるのを防止するために用いる許容最大圧力（以下、「第２許容最大圧力」とする。）ＰＡＭＡＸに相当する。
　以上の関係より、許容最大圧力算出部３０２は、姿勢検出部３０１が検出するブーム角度θ１、アーム角度θ２、及びバケット角度θ３と、（９）式とを用いて第２許容最大圧力ＰＡＭＡＸを算出することができる。
　また、アームシリンダ圧制御部３０４は、アームシリンダ８のボトム側油室８Ｂにおける圧力ＰＡを第２許容最大圧力ＰＡＭＡＸ以下の所定圧力に維持することによってショベルの機体が掘削地点のほうに引き摺られるのを防止することができる。具体的には、アームシリンダ圧制御部３０４は、圧力ＰＡが所定圧力に達した場合に、メインポンプ１４Ｌからボトム側油室８Ｂに流入する作動油の流量を減少させ、圧力ＰＡを低下させる。圧力ＰＡの低下は、アーム推力ＦＡの低下をもたらし、さらには、掘削反力ＦＲの水平成分ＦＲ２の低下をもたらすためである。
　次に、図５を参照して、掘削支援システム１００がショベルの機体の浮き上がりを防止しながら複合掘削作業を支援する処理（以下、「第１複合掘削作業支援処理」とする。）について説明する。なお、図５は、第１複合掘削作業支援処理の流れを示すフローチャートであり、掘削支援システム１００のコントローラ３０は、所定周期で繰り返しこの第１複合掘削作業支援処理を実行する。
　最初に、コントローラ３０の掘削操作検出部３００は、ブーム上げ操作及びアーム閉じ操作を含む複合掘削操作中であるか否かを判定する（ステップＳ１）。具体的には、掘削操作検出部３００は、圧力センサ２９Ｂの出力に基づいてブーム上げ操作中であるか否かを検出する。そして、ブーム上げ操作中であることを検出した場合、掘削操作検出部３００は、圧力センサ３１Ｂの出力に基づいて、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒの圧力を取得する。また、掘削操作検出部３００は、圧力センサ３１Ａ、３１Ｃの出力に基づいて、アームシリンダ８のボトム側油室８Ｂの圧力からロッド側油室８Ｒの圧力を差し引いた圧力差を算出する。そして、掘削操作検出部３００は、ロッド側油室７Ｒの圧力が所定値α以上であり、且つ、算出した圧力差が所定値β以上の場合に、複合掘削操作中であると判定する。
　掘削操作検出部３００が複合掘削操作中でないと判定した場合（ステップＳ１のＮＯ）、コントローラ３０は、今回の第１複合掘削作業支援処理を終了させる。
　一方、掘削操作検出部３００が複合掘削操作中であると判定した場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、姿勢検出部３０１は、ショベルの姿勢を検出する（ステップＳ２）。具体的には、姿勢検出部３０１は、アーム角度センサ３２Ａ、ブーム角度センサ３２Ｂ、及びバケット角度センサ３２Ｃの出力に基づいて、ブーム角度θ１、アーム角度θ２、及びバケット角度θ３を検出する。掘削アタッチメントに作用する力の作用線と所定の回転中心との間の距離をコントローラ３０の許容最大圧力算出部３０２が導出できるようにするためである。
　その後、許容最大圧力算出部３０２は、姿勢検出部３０１の検出値に基づいて、第１許容最大圧力を算出する（ステップＳ３）。具体的には、許容最大圧力算出部３０２は、上述の（６）式を用いて第１許容最大圧力ＰＢＭＡＸを算出する。
　その後、許容最大圧力算出部３０２は、算出した第１許容最大圧力ＰＢＭＡＸ以下の所定圧力を目標ブームシリンダ圧ＰＢＴとして設定する（ステップＳ４）。具体的には、許容最大圧力算出部３０２は、第１許容最大圧力ＰＢＭＡＸから所定値を差し引いた後の値を目標ブームシリンダ圧ＰＢＴとして設定する。
　その後、コントローラ３０のブームシリンダ圧制御部３０３は、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒにおける作動油の圧力ＰＢを監視する。そして、複合掘削作業が進むにつれて圧力ＰＢが上昇して目標ブームシリンダ圧ＰＢＴに達した場合（ステップＳ５のＹＥＳ）、ブームシリンダ圧制御部３０３は、ブーム切換弁１７Ｂを制御してブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒの圧力ＰＢを低減させる（ステップＳ６）。具体的には、ブームシリンダ圧制御部３０３は、電磁比例弁４２に対して制御電流を供給し、ブーム上げ操作用パイロットポートにかかるパイロット圧を増大させる。そして、ブームシリンダ圧制御部３０３は、ロッド側油室７Ｒからタンクに流出する作動油の量を増大させることによって、ロッド側油室７Ｒの圧力ＰＢを低減させる。その結果、ブーム４の上昇速度が増大することで掘削反力ＦＲの鉛直成分ＦＲ１が減少し、ショベルの機体の浮き上がりが防止される。
　その後、コントローラ３０のアームシリンダ圧制御部３０４は、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒにおける作動油の圧力ＰＢの監視を継続する。そして、ブーム４の上昇速度を増大させたにもかかわらず圧力ＰＢがさらに上昇して第１許容最大圧力ＰＢＭＡＸに達した場合（ステップＳ７のＹＥＳ）、アームシリンダ圧制御部３０４は、アーム切換弁１７Ａを制御してアームシリンダ８のボトム側油室８Ｂの圧力ＰＡを低減させる（ステップＳ８）。具体的には、アームシリンダ圧制御部３０４は、電磁比例弁４１に対して制御電流を供給し、アーム閉じ操作用パイロットポートにかかるパイロット圧を減少させる。そして、アームシリンダ圧制御部３０４は、メインポンプ１４Ｌからボトム側油室８Ｂに流入する作動油の量を減少させることによって、ボトム側油室８Ｂの圧力ＰＡを低減させる。その結果、アーム５の閉じ速度が低下することで掘削反力ＦＲの鉛直成分ＦＲ１が減少し、ショベルの機体の浮き上がりが防止される。なお、アーム５の閉じ速度を低下させたにもかかわらず圧力ＰＢが第１許容最大圧力ＰＢＭＡＸを下回らない場合、アームシリンダ圧制御部３０４は、メインポンプ１４Ｌからボトム側油室８Ｂに流入する作動油の量を消失させてもよい。この場合、アーム５の動きが停止することで掘削反力ＦＲの鉛直成分ＦＲ１が消失し、ショベルの機体の浮き上がりが防止される。
　なお、ステップＳ５において、圧力ＰＢが目標ブームシリンダ圧ＰＢＴ未満に留まる場合（ステップＳ５のＮＯ）、ブームシリンダ圧制御部３０３は、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒの圧力ＰＢを低減させることなく、今回の第１複合掘削作業支援処理を終了させる。ショベルの機体を浮き上がらせるおそれがないためである。
　同様に、ステップＳ７において、圧力ＰＢが第１許容最大圧力ＰＢＭＡＸ未満に留まる場合（ステップＳ７のＮＯ）、アームシリンダ圧制御部３０４は、アームシリンダ８のボトム側油室８Ｂの圧力ＰＡを低減させることなく、今回の第１複合掘削作業支援処理を終了させる。ショベルの機体を浮き上がらせるおそれがないためである。
　以上の構成により、掘削支援システム１００は、複合掘削作業中にショベルの機体が浮き上がるのを防止することができる。そのため、ショベルの機体が浮き上がる寸前のところでの、機体重量を効率的に利用した複合掘削作業を実現できる。また、浮き上がったショベルの姿勢を元に戻すための操作を不要にする等、作業効率を向上させることができ、ひいては、燃費の低減、機体故障の防止、操作者の操作負担の軽減を実現できる。
　また、掘削支援システム１００は、操作者によるブーム操作レバー２６Ｂを用いたブーム上げ操作に調整を加えることによって複合掘削作業中にショベルの機体が浮き上がるのを防止する。そのため、操作者は、ブーム操作レバー２６Ｂを操作していないにもかかわらずブーム４が上昇するといった違和感を抱くこともない。
　また、掘削支援システム１００は、ブーム上げ操作に調整を加えてもなお機体の浮き上がりを回避できないと判断した場合に、操作者によるアーム閉じ操作に調整を加えることによって機体が浮き上がるのを防止する。このように、掘削支援システム１００は、２段階の浮き上がり防止対策を用いることによって、機体重量を最大限に利用した複合掘削作業を実現しながら、機体の浮き上がりを確実に防止することができる。
　次に、図６を参照して、掘削支援システム１００が、ショベルの機体が掘削地点のほうに引き摺られるのを防止しながらアーム掘削作業を支援する処理（以下、「アーム掘削作業支援処理」とする。）について説明する。なお、図６は、アーム掘削作業支援処理の流れを示すフローチャートであり、掘削支援システム１００のコントローラ３０は、所定周期で繰り返しこのアーム掘削作業支援処理を実行する。
　最初に、コントローラ３０の掘削操作検出部３００は、アーム閉じ操作を含むアーム掘削操作中であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。具体的には、掘削操作検出部３００は、圧力センサ２９Ａの出力に基づいてアーム閉じ操作中であるか否かを検出する。そして、アーム閉じ操作中であることを検出した場合、掘削操作検出部３００は、圧力センサ３１Ａ、３１Ｃの出力に基づいて、アームシリンダ８のボトム側油室８Ｂの圧力からロッド側油室８Ｒの圧力を差し引いた圧力差を算出する。そして、掘削操作検出部３００は、算出した圧力差が所定値γ以上の場合に、アーム掘削操作中であると判定する。
　掘削操作検出部３００がアーム掘削操作中でないと判定した場合（ステップＳ１１のＮＯ）、コントローラ３０は、今回のアーム掘削作業支援処理を終了させる。
　一方、掘削操作検出部３００がアーム掘削操作中であると判定した場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、姿勢検出部３０１は、ショベルの姿勢を検出する（ステップＳ１２）。具体的には、姿勢検出部３０１は、アーム角度センサ３２Ａ、ブーム角度センサ３２Ｂ、及びバケット角度センサ３２Ｃの出力に基づいて、ブーム角度θ１、アーム角度θ２、及びバケット角度θ３を検出する。コントローラ３０の許容最大圧力算出部３０２が、掘削角度θ、距離Ｄ４、距離Ｄ５等を導出できるようにするためである。
　その後、許容最大圧力算出部３０２は、姿勢検出部３０１の検出値に基づいて、第２許容最大圧力を算出する（ステップＳ１３）。具体的には、許容最大圧力算出部３０２は、上述の（９）式を用いて第２許容最大圧力ＰＡＭＡＸを算出する。
　その後、許容最大圧力算出部３０２は、算出した第２許容最大圧力ＰＡＭＡＸ以下の所定圧力を目標アームシリンダ圧ＰＡＴとして設定する（ステップＳ１４）。本実施例では、許容最大圧力算出部３０２は、第２許容最大圧力ＰＡＭＡＸを目標ブームシリンダ圧ＰＡＴとして設定する。
　その後、コントローラ３０のアームシリンダ圧制御部３０４は、アームシリンダ８のボトム側油室８Ｂにおける作動油の圧力ＰＡを監視する。そして、アーム掘削作業が進むにつれて圧力ＰＡが上昇して目標アームシリンダ圧ＰＡＴに達した場合（ステップＳ１５のＹＥＳ）、アームシリンダ圧制御部３０４は、アーム切換弁１７Ａを制御してアームシリンダ８のボトム側油室８Ｂの圧力ＰＡを低減させる（ステップＳ１６）。具体的には、アームシリンダ圧制御部３０４は、電磁比例弁４１に対して制御電流を供給し、アーム閉じ操作用パイロットポートにかかるパイロット圧を減少させる。そして、アームシリンダ圧制御部３０４は、メインポンプ１４Ｌからボトム側油室８Ｂに流入する作動油の量を減少させることによって、ボトム側油室８Ｂの圧力ＰＡを低減させる。その結果、アーム５の閉じ速度が低下することで掘削反力ＦＲの水平成分ＦＲ２が減少し、ショベルの機体が掘削地点のほうに引き摺られるのが防止される。
　なお、アーム５の閉じ速度を低下させたにもかかわらず、圧力ＰＡが、第２許容最大圧力ＰＡＭＡＸを下回らない場合、アームシリンダ圧制御部３０４は、メインポンプ１４Ｌからボトム側油室８Ｂに流入する作動油の量を消失させてもよい。この場合、アーム５の動きが停止することで掘削反力ＦＲの水平成分ＦＲ２が消失し、ショベルの機体が掘削地点のほうに引き摺られるのが防止される。
　なお、ステップＳ１５において、圧力ＰＡが目標アームシリンダ圧ＰＡＴ未満に留まる場合（ステップＳ１５のＮＯ）、アームシリンダ圧制御部３０４は、アームシリンダ８のボトム側油室８Ｂの圧力ＰＡを低減させることなく、今回のアーム掘削作業支援処理を終了させる。ショベルの機体が引き摺られるおそれがないためである。
　以上の構成により、掘削支援システム１００は、アーム掘削作業中にショベルの機体が掘削地点のほうに引き摺られるのを防止することができる。そのため、ショベルの機体が引き摺られる寸前のところでの、機体重量を効率的に利用したアーム掘削作業を実現できる。また、引き摺られたショベルの姿勢を元に戻すための操作を不要にする等、作業効率を向上させることができ、ひいては、燃費の低減、機体故障の防止、操作者の操作負担の軽減を実現できる。
　次に、図７を参照して、掘削支援システム１００が、ショベルの機体が浮き上がること、及び、ショベルの機体が掘削地点のほうに引き摺られることを防止しながら複合掘削作業を支援する処理（以下、「第２複合掘削作業支援処理」とする。）について説明する。なお、図７は、第２複合掘削作業支援処理の流れを示すフローチャートであり、掘削支援システム１００のコントローラ３０は、所定周期で繰り返しこの第２複合掘削作業支援処理を実行する。
　最初に、コントローラ３０の掘削操作検出部３００は、ブーム上げ操作及びアーム閉じ操作を含む複合掘削操作中であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。具体的には、掘削操作検出部３００は、圧力センサ２９Ｂの出力に基づいてブーム上げ操作中であるか否かを検出する。そして、ブーム上げ操作中であることを検出した場合、掘削操作検出部３００は、圧力センサ３１Ｂの出力に基づいて、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒの圧力を取得する。また、掘削操作検出部３００は、圧力センサ３１Ａ、３１Ｃの出力に基づいて、アームシリンダ８のボトム側油室８Ｂの圧力からロッド側油室８Ｒの圧力を差し引いた圧力差を算出する。そして、掘削操作検出部３００は、ロッド側油室７Ｒの圧力が所定値α以上であり、且つ、算出した圧力差が所定値β以上の場合に、複合掘削操作中であると判定する。
　掘削操作検出部３００が複合掘削操作中でないと判定した場合（ステップＳ２１のＮＯ）、コントローラ３０は、今回の第２複合掘削作業支援処理を終了させる。
　一方、掘削操作検出部３００が複合掘削操作中であると判定した場合（ステップＳ２１のＹＥＳ）、姿勢検出部３０１は、ショベルの姿勢を検出する（ステップＳ２２）。具体的には、姿勢検出部３０１は、アーム角度センサ３２Ａ、ブーム角度センサ３２Ｂ、及びバケット角度センサ３２Ｃの出力に基づいて、ブーム角度θ１、アーム角度θ２、及びバケット角度θ３を検出する。コントローラ３０の許容最大圧力算出部３０２が、掘削角度θ、距離Ｄ３、距離Ｄ４、距離Ｄ５等を導出できるようにするためである。
　その後、許容最大圧力算出部３０２は、姿勢検出部３０１の検出値に基づいて、第１許容最大圧力及び第２許容最大圧力を算出する（ステップＳ２３）。具体的には、許容最大圧力算出部３０２は、上述の（６）式を用いて第１許容最大圧力ＰＢＭＡＸを算出し、且つ、上述の（９）式を用いて第２許容最大圧力ＰＡＭＡＸを算出する。
　その後、許容最大圧力算出部３０２は、算出した第１許容最大圧力ＰＢＭＡＸ以下の所定圧力を目標ブームシリンダ圧ＰＢＴとして設定する（ステップＳ２４）。具体的には、許容最大圧力算出部３０２は、第１許容最大圧力ＰＢＭＡＸから所定値を差し引いた後の値を目標ブームシリンダ圧ＰＢＴとして設定する。
　その後、コントローラ３０のブームシリンダ圧制御部３０３は、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒにおける作動油の圧力ＰＢを監視する。そして、複合掘削作業が進むにつれて圧力ＰＢが上昇して目標ブームシリンダ圧ＰＢＴに達した場合（ステップＳ２５のＹＥＳ）、ブームシリンダ圧制御部３０３は、ブーム切換弁１７Ｂを制御してブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒの圧力ＰＢを低減させる（ステップＳ２６）。具体的には、ブームシリンダ圧制御部３０３は、電磁比例弁４２に対して制御電流を供給し、ブーム上げ操作用パイロットポートにかかるパイロット圧を増大させる。そして、ブームシリンダ圧制御部３０３は、ロッド側油室７Ｒからタンクに流出する作動油の量を増大させることによって、ロッド側油室７Ｒの圧力ＰＢを低減させる。その結果、ブーム４の上昇速度が増大することで掘削反力ＦＲの鉛直成分ＦＲ１が減少し、ショベルの機体の浮き上がりが防止される。
　その後、コントローラ３０のアームシリンダ圧制御部３０４は、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒにおける作動油の圧力ＰＢの監視を継続する。そして、ブーム４の上昇速度を増大させたにもかかわらず圧力ＰＢがさらに上昇して第１許容最大圧力ＰＢＭＡＸに達した場合（ステップＳ２７のＹＥＳ）、アームシリンダ圧制御部３０４は、アーム切換弁１７Ａを制御してアームシリンダ８のボトム側油室８Ｂの圧力ＰＡを低減させる（ステップＳ２８）。具体的には、アームシリンダ圧制御部３０４は、電磁比例弁４１に対して制御電流を供給し、アーム閉じ操作用パイロットポートにかかるパイロット圧を減少させる。そして、アームシリンダ圧制御部３０４は、メインポンプ１４Ｌからボトム側油室８Ｂに流入する作動油の量を減少させることによって、ボトム側油室８Ｂの圧力ＰＡを低減させる。その結果、アーム５の閉じ速度が低下することで掘削反力ＦＲの鉛直成分ＦＲ１が減少し、ショベルの機体の浮き上がりが防止される。なお、アーム５の閉じ速度を低下させたにもかかわらず圧力ＰＢが第１許容最大圧力ＰＢＭＡＸを下回らない場合、アームシリンダ圧制御部３０４は、メインポンプ１４Ｌからボトム側油室８Ｂに流入する作動油の量を消失させてもよい。この場合、アーム５の動きが停止することで掘削反力ＦＲの鉛直成分ＦＲ１が消失し、ショベルの機体の浮き上がりが防止される。
　なお、ステップＳ２５において、圧力ＰＢが目標ブームシリンダ圧ＰＢＴ未満に留まる場合（ステップＳ２５のＮＯ）、コントローラ３０は、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒの圧力ＰＢを低減させることなく、処理をステップＳ２９に進める。ショベルの機体を浮き上がらせるおそれがないためである。
　同様に、ステップＳ２７において、圧力ＰＢが第１許容最大圧力ＰＢＭＡＸ未満に留まる場合（ステップＳ２７のＮＯ）、コントローラ３０は、アームシリンダ８のボトム側油室８Ｂの圧力ＰＡを低減させることなく、処理をステップＳ２９に進める。ショベルの機体を浮き上がらせるおそれがないためである。
　その後、ステップＳ２９において、許容最大圧力算出部３０２は、算出した第２許容最大圧力ＰＡＭＡＸ以下の所定圧力を目標アームシリンダ圧ＰＡＴとして設定する。具体的には、許容最大圧力算出部３０２は、第２許容最大圧力ＰＡＭＡＸを目標ブームシリンダ圧ＰＡＴとして設定する。
　その後、コントローラ３０のアームシリンダ圧制御部３０４は、アームシリンダ８のボトム側油室８Ｂにおける作動油の圧力ＰＡを監視する。そして、複合掘削作業が進むにつれて圧力ＰＡが上昇して目標アームシリンダ圧ＰＡＴに達した場合（ステップＳ２９のＹＥＳ）、アームシリンダ圧制御部３０４は、アーム切換弁１７Ａを制御してアームシリンダ８のボトム側油室８Ｂの圧力ＰＡを低減させる（ステップＳ３０）。具体的には、アームシリンダ圧制御部３０４は、電磁比例弁４１に対して制御電流を供給し、アーム閉じ操作用パイロットポートにかかるパイロット圧を減少させる。そして、アームシリンダ圧制御部３０４は、メインポンプ１４Ｌからボトム側油室８Ｂに流入する作動油の量を減少させることによって、ボトム側油室８Ｂの圧力ＰＡを低減させる。その結果、アーム５の閉じ速度が低下することで掘削反力ＦＲの水平成分ＦＲ２が減少し、ショベルの機体が掘削地点のほうに引き摺られるのが防止される。
　なお、アーム５の閉じ速度を低下させたにもかかわらず圧力ＰＡが第２許容最大圧力ＰＡＭＡＸを下回らない場合、アームシリンダ圧制御部３０４は、メインポンプ１４Ｌからボトム側油室８Ｂに流入する作動油の量を消失させてもよい。この場合、アーム５の動きが停止することで掘削反力ＦＲの水平成分ＦＲ２が消失し、ショベルの機体が掘削地点のほうに引き摺られるのが防止される。
　なお、ステップＳ３０において、圧力ＰＡが目標アームシリンダ圧ＰＡＴ未満に留まる場合（ステップＳ３０のＮＯ）、アームシリンダ圧制御部３０４は、アームシリンダ８のボトム側油室８Ｂの圧力ＰＡを低減させることなく、今回の第２複合掘削作業支援処理を終了させる。ショベルの機体が引き摺られるおそれがないためである。
　また、ステップＳ２４～ステップＳ２８におけるショベルの浮き上がりを防止するための一連の処理、及び、ステップＳ２９～ステップＳ３１におけるショベルが引き摺られるのを防止するための一連の処理は順不同である。したがって、２つの一連の処理は、同時並行で実行されてもよく、ショベルが引き摺られるのを防止するための一連の処理が、ショベルの浮き上がりを防止するための一連の処理に先行して実行されてもよい。
　以上の構成により、掘削支援システム１００は、複合掘削作業中にショベルの機体が浮き上がり或いは掘削地点のほうに引き摺られるのを防止することができる。そのため、ショベルの機体が浮き上がり或いは引き摺られる寸前のところでの、機体重量を効率的に利用した複合掘削作業を実現できる。また、浮き上がった或いは引き摺られたショベルの姿勢を元に戻すための操作を不要にする等、作業効率を向上させることができ、ひいては、燃費の低減、機体故障の防止、操作者の操作負担の軽減を実現できる。
　以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
　例えば、上述の実施例では、許容最大圧力算出部３０２、ブームシリンダ圧制御部３０３、アームシリンダ圧制御部３０４による演算は、ショベルの接地面が水平面であることを前提として行われる。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。上述の実施例における各種演算は、ショベルの接地面が傾斜面であっても、傾斜角度センサ３２Ｅの出力を追加的に考慮して適切に実行され得る。
　また、上述の実施例では、掘削支援システム１００は、アーム閉じ操作及びブーム上げ操作を含む複合掘削操作中における機体の浮き上がりを防止する。具体的には、掘削支援システム１００は、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒの圧力が目標ブームシリンダ圧ＰＢＴを上回った場合にブーム４を上昇させる。さらに、掘削支援システム１００は、ロッド側油室８Ｒの圧力が第１許容最大圧力ＰＢＭＡＸに達した場合にアーム５の閉じ速度を遅くする。このようにして、掘削支援システム１００は、アーム閉じ操作及びブーム上げ操作を含む複合掘削操作中における機体の浮き上がりを防止する。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、掘削支援システム１００は、バケット閉じ操作及びブーム上げ操作を含む複合掘削操作中における機体の浮き上がりを防止するように構成されてもよい。この場合、掘削支援システム１００は、ロッド側油室７Ｒの圧力が目標ブームシリンダ圧ＰＢＴを上回った場合にブーム４を上昇させる。さらに、掘削支援システム１００は、ロッド側油室７Ｒの圧力が第１許容最大圧力ＰＢＭＡＸに達した場合に、バケット６の閉じ速度を遅くする。このようにして、掘削支援システム１００は、バケット閉じ操作及びブーム上げ操作を含む複合掘削操作中における機体の浮き上がりを防止してもよい。
　また、上述の実施例では、ブームシリンダ７、アームシリンダ８等の油圧シリンダは、エンジン駆動のメインポンプ１４が吐出する作動油によって動かされるが、電動モータ駆動の油圧ポンプが吐出する作動油によって動かされてもよい。
　また、本願は、２０１２年１２月２１日に出願した日本国特許出願２０１２－２７９８９６号に基づく優先権を主張するものでありその日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。
　１・・・下部走行体　１Ａ、１Ｂ・・・走行用油圧モータ　２・・・旋回機構　３・・・上部旋回体　４・・・ブーム　５・・・アーム　６・・・バケット　７・・・ブームシリンダ　７Ｒ・・・ブームシリンダロッド側油室　７Ｂ・・・ブームシリンダボトム側油室　８・・・アームシリンダ　８Ｒ・・・アームシリンダロッド側油室　８Ｂ・・・アームシリンダボトム側油室　９・・・バケットシリンダ　１０・・・キャビン　１１・・・エンジン　１３・・・レギュレータ　１４、１４Ｌ、１４Ｒ・・・メインポンプ　１５・・・パイロットポンプ　１６・・・高圧油圧ライン　１７・・・コントロールバルブ　１７Ａ・・・アーム切換弁　１７Ｂ・・・ブーム切換弁　２１・・・旋回油圧モータ　２５・・・パイロット油圧ライン　２６・・・操作装置　２６Ａ・・・アーム操作レバー　２６Ｂ・・・ブーム操作レバー　２７、２８・・・パイロット油圧ライン　２９、２９Ａ、２９Ｂ・・・圧力センサ　３０・・・コントローラ　３１、３１Ａ～３１Ｃ・・・圧力センサ　３２・・・姿勢センサ　３２Ａ・・・アーム角度センサ　３２Ｂ・・・ブーム角度センサ　３２Ｃ・・・バケット角度センサ　３２Ｄ・・・旋回角度センサ　３２Ｅ・・・傾斜角度センサ　３３・・・表示装置　３４・・・音声出力装置　４１、４２・・・電磁比例弁　１００・・・掘削支援システム　３００・・・掘削操作検出部　３０１・・・姿勢検出部　３０２・・・許容最大圧力算出部　３０３・・・ブームシリンダ圧制御部　３０４・・・アームシリンダ圧制御部

Claims (4)

  1. 　アーム閉じ操作を含むアーム掘削操作に応じて掘削を行うショベルであって、
    　前記アーム掘削操作が行われたことを検出する掘削操作検出部と、
    　ショベルの姿勢を検出する姿勢検出部と、
    　ショベルの姿勢に基づいて、掘削反力によりショベルが引き摺られるときの該掘削反力に対応するアームシリンダの伸長側油室の圧力を許容最大圧力として算出する許容最大圧力算出部と、
    　前記アーム掘削操作が行われるときに、前記許容最大圧力を超えないように前記アームシリンダの伸長側油室の圧力を制御するアームシリンダ圧制御部と、
    　を備えるショベル。
  2. 　前記アームシリンダ圧制御部は、前記アームシリンダの伸長側油室の圧力が前記許容最大圧力以下の所定圧力に達した場合に、前記アームシリンダの伸長側油室に流入する作動油の流量を減少させる、
    　請求項１に記載のショベル。
  3. 　前記姿勢検出部は、上部旋回体に対するブームの角度、該ブームに対するアームの角度、及び、該アームに対するバケットの角度を検出する、
    　請求項１に記載のショベル。
  4. 　アーム閉じ操作を含むアーム掘削操作に応じて掘削を行うショベルの制御方法であって、
    　前記アーム掘削操作が行われたことを検出する掘削操作検出ステップと、
    　ショベルの姿勢を検出する姿勢検出ステップと、
    　ショベルの姿勢に基づいて、掘削反力によりショベルが引き摺られるときの該掘削反力に対応するアームシリンダの伸長側油室の圧力を許容最大圧力として算出する許容最大圧力算出ステップと、
    　前記アーム掘削操作が行われるときに、前記許容最大圧力を超えないように前記アームシリンダの伸長側油室の圧力を制御するアームシリンダ圧制御ステップと、
    　を有するショベル制御方法。
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