JP2019027009A - Shovel - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、ショベルに関する。 The present disclosure relates to excavators.
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ショベルが知られている（特許文献１参照。）。このショベルは、ブーム切換弁とブーム操作レバーとの間のパイロットライン上に配置される電磁比例弁を備えている。ブーム切換弁は、ブームシリンダに流出入する作動油の流量を制御するスプール弁である。電磁比例弁は、コントローラからの制御電流に応じてブーム切換弁におけるブーム上げ操作用パイロットポートに作用するパイロット圧を制御する。具体的には、電磁比例弁は、コントローラからの制御電流が増大するにつれて、ブーム上げ操作用パイロットポートに作用する二次側圧が、ブーム操作レバーが出力する一次側圧よりも大きくなるように構成されている。 An excavator that supports complex excavation work while preventing the excavator body from lifting is known (see Patent Document 1). This shovel includes an electromagnetic proportional valve arranged on a pilot line between the boom switching valve and the boom operation lever. The boom switching valve is a spool valve that controls the flow rate of hydraulic oil flowing into and out of the boom cylinder. The electromagnetic proportional valve controls the pilot pressure acting on the boom raising operation pilot port of the boom switching valve in accordance with the control current from the controller. Specifically, the electromagnetic proportional valve is configured such that as the control current from the controller increases, the secondary side pressure acting on the boom raising operation pilot port becomes larger than the primary side pressure output by the boom operation lever. ing.
このショベルは、ブーム上げ操作とアーム閉じ操作の組み合わせである複合掘削操作中に、ブームシリンダのロッド側油室における作動油の圧力が閾値に達すると、電磁比例弁に制御電流を供給してブーム上げ操作用パイロットポートに作用するパイロット圧を増大させる。ブームシリンダのロッド側油室から作動油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、ロッド側油室における作動油の圧力を低減させるためである。その結果、ブームの上昇速度が増大して掘削反力の鉛直成分が減少し、ショベルの機体の浮き上がりが防止される。このショベルは、同様の制御により、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している。 This excavator supplies a control current to the solenoid proportional valve when the hydraulic oil pressure in the rod side oil chamber of the boom cylinder reaches a threshold during a complex excavation operation, which is a combination of a boom raising operation and an arm closing operation. The pilot pressure acting on the pilot port for raising operation is increased. This is because the pressure of hydraulic oil in the rod side oil chamber is reduced by increasing the amount of hydraulic oil flowing out from the rod side oil chamber of the boom cylinder to the hydraulic oil tank. As a result, the rising speed of the boom increases, the vertical component of the excavation reaction force decreases, and the excavator body is prevented from lifting. This shovel prevents the airframe from being dragged toward the excavation point during excavation work by the same control.
しかしながら、上述のショベルは、複合掘削操作中にブーム上げ操作用パイロットポートに作用するパイロット圧を増大させてブーム４の上昇速度を強制的に増大させることで、ショベルの機体の浮き上がりを防止する。そのため、ブーム４の上昇速度の大きさによっては、操作者が違和感を抱いてしまうおそれがある。
However, the above-described excavator prevents the lift of the excavator body by forcibly increasing the lifting speed of the
上述に鑑み、パイロット圧に影響を与えることなく、掘削作業中に機体が浮き上がったり或いは引き摺られたりしてしまうのを防止できるショベルを提供することが望まれる。 In view of the above, it is desirable to provide an excavator that can prevent the airframe from being lifted or dragged during excavation without affecting the pilot pressure.
本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、前記アタッチメントを構成する作業要素を駆動する油圧シリンダと、前記油圧シリンダのロッド側油室とボトム側油室とを接続する第１油路と、前記第１油路に配置される再生弁と、機体の安定度に関する所定の条件が満たされているか否かに基づいて前記再生弁を制御する制御装置と、を有する。 An excavator according to an embodiment of the present invention drives a lower traveling body, an upper revolving body that is turnably mounted on the lower traveling body, an attachment that is attached to the upper revolving body, and a work element that constitutes the attachment. A predetermined condition relating to the stability of the airframe, the first oil passage connecting the rod-side oil chamber and the bottom-side oil chamber of the hydraulic cylinder, the regeneration valve disposed in the first oil passage, And a control device that controls the regeneration valve based on whether or not it is satisfied.
上述の手段により、パイロット圧に影響を与えることなく、掘削作業中に機体が浮き上がったり或いは引き摺られたりしてしまうのを防止できるショベルが提供される。 The above-described means provides an excavator that can prevent the airframe from being lifted or dragged during excavation without affecting the pilot pressure.
図１は、本発明の実施例に係る建設機械としてのショベル（掘削機）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が旋回可能に搭載されている。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。作業要素としてのブーム４、アーム５及びバケット６は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントを構成し、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１１等の動力源が搭載されている。
FIG. 1 is a side view showing an excavator (excavator) as a construction machine according to an embodiment of the present invention. An
図２は、図１のショベルに搭載される駆動系の構成例を示す図である。図２において、機械的動力系は二重線、作動油ラインは太実線、パイロットラインは破線、電気制御系は一点鎖線でそれぞれ示されている。 FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a drive system mounted on the shovel of FIG. In FIG. 2, the mechanical power system is indicated by a double line, the hydraulic oil line is indicated by a thick solid line, the pilot line is indicated by a broken line, and the electric control system is indicated by a one-dot chain line.
エンジン１１の出力軸にはメインポンプ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は、１回転当たりの吐出量がレギュレータ１４Ａによって制御される可変容量型油圧ポンプである。パイロットポンプ１５は固定容量型油圧ポンプである。メインポンプ１４には作動油ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。パイロットポンプ１５にはパイロットライン２５を介して操作装置２６が接続されている。
A main pump 14 and a
コントロールバルブ１７は、複数のバルブを含むバルブセットであり、ショベルにおける油圧系を制御する。コントロールバルブ１７は、作動油ラインを介して、左側走行用油圧モータ１Ｌ、右側走行用油圧モータ１Ｒ、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、旋回用油圧モータ２１等の油圧アクチュエータに接続されている。
The
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、操作レバー及び操作ペダルを含む。操作装置２６は、パイロットライン２７を介してコントロールバルブ１７に接続され、且つ、パイロットライン２８を介して操作圧センサ２９に接続されている。
The
操作圧センサ２９は、操作装置２６が生成するパイロット圧を検出し、検出したパイロット圧に関する情報をコントローラ３０に送信する。操作圧センサ２９は、アーム操作レバーの操作状態を検出するアーム操作圧センサ、ブーム操作レバーの操作状態を検出するブーム操作圧センサ等を含む。
The
コントローラ３０は、ショベルの駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。本実施例では、コントローラ３０は、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵに実行させて各種機能を実現する。
The
シリンダ圧センサ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。シリンダ圧センサ３１は、アームロッド圧センサ、ブームロッド圧センサ、アームボトム圧センサ、ブームボトム圧センサ等を含む。アームロッド圧センサは、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であるアームロッド圧を検出する。ブームロッド圧センサは、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であるブームロッド圧を検出する。アームボトム圧センサは、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であるアームボトム圧を検出する。ブームボトム圧センサは、ブームシリンダ７のボトム側油室７Ｂにおける作動油の圧力であるブームボトム圧を検出する。
The
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。姿勢センサ３２は、アーム角度センサ、ブーム角度センサ、バケット角度センサ、旋回角度センサ、傾斜角度センサ等を含む。アーム角度センサは、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。）を検出する。ブーム角度センサは、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。）を検出する。バケット角度センサは、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。）を検出する。アーム角度センサ、ブーム角度センサ及びバケット角度センサのそれぞれは、例えば、加速度センサとジャイロセンサの組み合わせで構成される。ポテンショメータ、ストロークセンサ、ロータリエンコーダ等で構成されてもよい。旋回角度センサは、下部走行体１に対する上部旋回体３の旋回角度を検出する。傾斜角度センサは、水平面に対するショベルの接地面の角度である機体傾斜角度を検出する。
The
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各種情報を表示する。
The
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各種情報を音声出力する。
The
再生弁Ｖ１は、油圧シリンダのロッド側油室とボトム側油室とを接続する第１油路Ｃ１に配置される。すなわち、再生弁Ｖ１は、油圧シリンダへの作動油の流量を調整する流量制御弁と油圧シリンダとの間に配置されている。再生弁Ｖ１は、例えば、電磁比例弁であり、コントローラ３０からの制御電流に応じて第１油路Ｃ１の流路面積を制御する。再生弁Ｖ１は、ブーム再生弁、アーム再生弁等を含む。本実施例では、再生弁Ｖ１は、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒとボトム側油室７Ｂとを接続する第１油路Ｃ１に配置されたブーム再生弁である。再生弁Ｖ１は、ロッド側油室７Ｒとボトム側油室７Ｂとの間の双方向の作動油の流れを許容する。すなわち、チェック弁を含んでいない。但し、再生弁Ｖ１は、ロッド側油室７Ｒからボトム側油室７Ｂへの作動油の流れのみを許容するチェック弁が配置された油路を含む第１弁位置と、ボトム側油室７Ｂからロッド側油室７Ｒへの作動油の流れのみを許容するチェック弁が配置された油路を含む第２弁位置と、ロッド側油室７Ｒとボトム側油室７Ｂとの間の作動油の流れを遮断する第３弁位置とを含んでいてもよい。或いは、再生弁Ｖ１は、第１弁位置に相当する弁位置と第３弁位置に相当する弁位置の２つの弁位置を含む第１の比例弁と、第２弁位置に相当する弁位置と第３弁位置に相当する弁位置の２つの弁位置を含む第２の比例弁とで構成されていてもよい。また、再生弁Ｖ１は、コントロールバルブ１７の外部に配置されている。そのため、コントロールバルブ１７内のスプール弁の動きとは独立して制御される。
The regeneration valve V1 is disposed in the first oil passage C1 that connects the rod-side oil chamber and the bottom-side oil chamber of the hydraulic cylinder. In other words, the regeneration valve V1 is disposed between the hydraulic cylinder and the flow rate control valve that adjusts the flow rate of the hydraulic oil to the hydraulic cylinder. The regeneration valve V1 is, for example, an electromagnetic proportional valve, and controls the flow passage area of the first oil passage C1 according to the control current from the
コントローラ３０は、操作圧センサ２９、シリンダ圧センサ３１、姿勢センサ３２等の出力を得て、各種機能要素による演算を実行する。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、再生弁制御部３０３等を含む。各種機能要素は、ソフトウェアで構成されてもよくハードウェアで構成されてもよい。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、再生弁Ｖ１等に対して出力する。
The
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、アーム閉じ操作を含むアーム掘削操作が行われたことを検出する。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、ブームロッド圧が所定値以上であり、且つ、アームボトム圧とアームロッド圧の圧力差が所定値以上の場合に、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。
The excavation
掘削操作検出部３００は、ブーム上げ操作を含むブーム上げ複合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、ブーム上げ操作が検出され、ブームロッド圧が所定値以上であり、且つ、アームボトム圧とアームロッド圧の圧力差が所定値以上の場合に、ブーム上げ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ブーム上げ複合掘削操作が行われたことを検出してもよい。
The excavation
掘削操作検出部３００は、操作圧センサ２９、シリンダ圧センサ３１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掘削操作が行われたか否かを検出してもよい。
The excavation
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、姿勢センサ３２の出力に基づいてブーム角度、アーム角度、バケット角度、機体傾斜角度、及び、旋回角度をショベルの姿勢として検出する。
The
許容最大圧力算出部３０２は、掘削作業中の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。許容最大圧力は、ショベルの姿勢に応じて変化する。掘削作業中に油圧シリンダにおける作動油が許容最大圧力を超えると、ショベルの機体は意図しない動きをもたらす場合がある。意図しない動きは、機体の浮き上がり、機体の引き摺られ等を含む。本実施例では、許容最大圧力算出部３０２は、掘削作業中の許容最大ブームロッド圧を算出する。ブームロッド圧が許容最大ブームロッド圧を超えると、ショベルの機体は、浮き上がるおそれがある。許容最大圧力算出部３０２は、掘削作業中の許容最大アームボトム圧を算出してもよい。アームボトム圧が許容最大アームボトム圧を超えると、ショベルの機体は、掘削地点のほうに引き摺られるおそれがある。
The allowable maximum
再生弁制御部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再生弁Ｖ１を制御する機能要素である。本実施例では、再生弁制御部３０３は、ショベルの機体の浮き上がりを防止するために、再生弁Ｖ１の開口面積を調整してブームロッド圧を許容最大ブームロッド圧以下に制御する。具体的には、再生弁制御部３０３は、ショベルの機体の安定度に関する所定の条件（以下、「制御開始条件」とする。）が満たされていると判定した場合に再生弁Ｖ１を制御してショベルの機体の意図しない動きを防止する。
The regeneration
より具体的には、再生弁制御部３０３は、アーム閉じ操作のみの単独操作であるアーム掘削操作が行われている場合に、ブームロッド圧が上昇して許容最大ブームロッド圧以下の所定圧力に達すると、制御開始条件が満たされていると判定する。そして、再生弁Ｖ１を開いて再生弁Ｖ１の開口面積を大きくする。その結果、ロッド側油室７Ｒからボトム側油室７Ｂに作動油が流れ、ブームロッド圧は低下する。このとき、ボトム側油室７Ｂの容積は増大し、ブームシリンダ７は伸張する。このように、再生弁制御部３０３は、ブームロッド圧を低減させることで、ブームロッド圧が許容最大ブームロッド圧を超えてしまうのを防止し、ショベルの機体が浮き上がるのを防止する。
More specifically, the regeneration
また、再生弁制御部３０３は、再生弁Ｖ１を開いた場合には、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してもよい。再生弁Ｖ１を開いた旨を表すテキストメッセージを表示装置３３に表示させるため、或いは、その旨を表す音声メッセージ、警報音等を音声出力装置３４から出力させるためである。
In addition, the regeneration
次に、図３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３は、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図である。
Next, the detection of the shovel posture by the
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。 First, parameters relating to control for preventing the airframe from floating during excavation work will be described.
図３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３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。
In FIG. 3, a point P <b> 1 indicates a connection point between the
また、図３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。 In FIG. 3, the angle between the straight line connecting the points P1 and P3 and the horizontal line is the boom angle θ1, and the angle between the straight line connecting the points P3 and P6 and the straight line connecting the points P6 and P7 is shown. 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 θ3 with the arm angle θ2.
更に、図３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。 Further, in FIG. 3, the distance D1 is the 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 excavator 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).
また、図３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。 Further, in FIG. 3, 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. Incidentally, excavation reaction force F R is the drilling angle θ formed relative to a vertical axis, vertical component F R1 drilling reaction force F R is represented by F R1 = F R · cosθ. Further, the excavation angle θ is calculated based on the boom angle θ1, the arm angle θ2, and the bucket angle θ3.
また、図３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。
Further, in FIG. 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
また、図３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。 Further, in FIG. 3, 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.
また、図３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。 Also, shown in FIG. 3, the distance D5 is the distance between the straight line and the point P6 connecting the point P4 and the point P5, i.e., the distance between the action line and the point P6 of the arm thrust F A closing arm 5 . 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.
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）
更に、図３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ブームロッド圧ＰＢとし、ブームシリンダ７のボトム側油室７Ｂに面するピストンの円状受圧面積を面積ＡＢ２とし、ボトム側油室７Ｂにおける作動油の圧力をブームボトム圧ＰＢ２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−ＰＢ２・ＡＢ２で表される。但し、ＰＢ≫ＰＢ２のため、ＦＢは、ＦＢ＝ＰＢ・ＡＢで表される。従って、（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、このときのブームロッド圧ＰＢを、機体の浮き上がりを防止するために用いる許容最大ブームロッド圧（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。
Here, 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
F R1 · D2 = F R · cosθ · D2 = F B · D3 ··· (1)
Further, balances the the magnitude of the moment of force which the arm thrust F A is going to close the arm 5 around the point P6, the size of the excavation reaction force F R is the force to open the arm 5 around the point P6 moment It is considered a thing. In this case, the relationship between the magnitude of the first force moment around the point P6 and the magnitude of the second force moment around the point P6 is expressed by the following equations (2) and (2) ′. The symbol “/” represents “÷” (division symbol).
F A · D5 = F R · D4 (2)
F R = F A · D5 / D4 (2) ′
Also, equation (1) and (2), the force F B to be
F B = F A · D2 · D5 · cos θ / (D3 · D4) (3)
Further, as shown by the sectional view taken along line X-X in FIG. 3, the annular pressure receiving area of the piston facing the rod
P B = F A · D2 · D5 · cos θ / (A B · D3 · D4) (4)
F A = P B · A B · D3 · D4 / (D2 · D5 · cos θ) (4) ′
Here, when the aircraft lifted, when the force F B to be
M · g · D1 = F BMAX · D3 (5)
Further, when the boom rod pressure P B at this time is an allowable maximum boom rod pressure (hereinafter referred to as “first allowable maximum pressure”) P BMAX used for preventing the airframe from being lifted, the first allowable maximum pressure is assumed. P BMAX is represented by the following formula (6).
P BMAX = M · g · D1 / (A B · D3) (6)
Further, the distance D1 is a constant, and the distances D2 to D5 are values determined according to the attitude of the excavation attachment, that is, the boom angle θ1, the arm angle θ2, and the bucket angle θ3, similarly to the excavation angle θ. Specifically, the distance D2 is determined according to the boom angle θ1, the arm angle θ2, and the bucket angle θ3, the distance D3 is determined according to the boom angle θ1, the distance D4 is determined according to the bucket angle θ3, The distance D5 is determined according to the arm angle θ2.
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。
As a result, the allowable maximum
また、再生弁制御部３０３は、ブームロッド圧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、再生弁制御部３０３は、ブームロッド圧ＰＢが所定圧力に達した場合に、ロッド側油室７Ｒからボトム側油室７Ｂに流出する作動油の流量を増大させ、ブームロッド圧ＰＢを低下させる。ブームロッド圧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、更には、（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。
Further, the regeneration
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。
Further, 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
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。 Next, parameters relating to control for preventing the airframe from being dragged toward the excavation point during excavation work will be described.
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。
The relationship of the force to move the aircraft in the horizontal direction during excavation work is expressed by the following equation (7).
μ · N ≧ F R2 (7)
Incidentally, 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. Further, 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 μ may be a value stored in advance in a ROM or the like, or may be dynamically calculated based on various information. In the present embodiment, the static friction coefficient μ 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.
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３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アームボトム圧ＰＡとし、アームシリンダ８のロッド側油室８Ｒに面するピストンの円状受圧面積を面積ＡＡ２とし、ロッド側油室８Ｒにおける作動油の圧力をアームロッド圧ＰＡ２とすると、アーム推力ＦＡは、ＦＡ＝ＰＡ・ＡＡ−ＰＡ２・ＡＡ２で表される。但し、ＰＡ≫ＰＡ２のため、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ボトム圧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アームボトム圧、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アームボトム圧（以下、「第２許容最大圧力」とする。）ＰＡＭＡＸに相当する。
Here, the drilling reaction force F horizontal component of the R F R2 is, F R2 = F is represented by R · sin [theta, also from (2) 'formula, drilling reaction force F R is, F R = F A · D5 / Since it is represented by D4, the equation (7) is represented by the following equation (8).
μ · M · g ≧ F A · D5 · sin θ / D4 (8)
Also, as shown in the YY sectional view of FIG. 3, the circular pressure receiving area of the piston facing the bottom
P A ≦ μ · M · g · D4 / (A A · D5 · sin θ) (9)
Here, (9) the arm bottom pressure P A of when the left and right sides are equal, aircraft avoidable allowable maximum arm bottom pressure from being dragged towards the drilling site, i.e., more aircraft of drilling site This corresponds to an allowable maximum arm bottom pressure (hereinafter, referred to as “second allowable maximum pressure”) P AMAX used for preventing dragging .
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。
Based on the above relationship, the allowable maximum
また、再生弁制御部３０３は、アームボトム圧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、再生弁制御部３０３は、アームボトム圧ＰＡが所定圧力に達した場合に、第１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、アームボトム圧ＰＡを低下させる。ロッド側油室８Ｒとボトム側油室８Ｂとを接続する油路に再生弁が配置されている場合には、再生弁制御部３０３は、アームボトム圧ＰＡが所定圧力に達したときに、ボトム側油室８Ｂからロッド側油室８Ｒに流出する作動油の流量を増大させ、アームボトム圧ＰＡを低下させてもよい。アームボトム圧ＰＡの低下は、アーム推力ＦＡの低下をもたらし、更には、掘削反力ＦＲの水平成分ＦＲ２の低下をもたらすためである。
Further, the regeneration
次に、図４を参照し、図１のショベルに搭載される油圧回路の構成例について説明する。図４は、図１のショベルに搭載される油圧回路の構成例を示す図である。図４の例では、駆動系は、第１ポンプ１４Ｌ、第２ポンプ１４Ｒ、コントロールバルブ１７、及び、油圧アクチュエータを含む。油圧アクチュエータは、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、及び、旋回用油圧モータ２１を含む。また、油圧アクチュエータは、左側走行用油圧モータ１Ｌ及び右側走行用油圧モータ１Ｒを含んでいてもよい。
Next, a configuration example of a hydraulic circuit mounted on the excavator in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a hydraulic circuit mounted on the shovel of FIG. In the example of FIG. 4, the drive system includes a
旋回用油圧モータ２１は、上部旋回体３を旋回させる油圧モータであり、ポート２１Ｌ、２１Ｒがそれぞれリリーフ弁２２Ｌ、２２Ｒを介して作動油タンクＴに接続され、且つ、チェック弁２３Ｌ、２３Ｒを介して作動油タンクＴに接続されている。
The turning
第１ポンプ１４Ｌは、作動油タンクＴから作動油を吸い込んで吐出する。第１ポンプ１４Ｌはレギュレータ１４ＡＬに接続される。レギュレータ１４ＡＬは、コントローラ３０からの指令に応じて第１ポンプ１４Ｌの斜板傾転角を変更して第１ポンプ１４Ｌの押し退け容積（１回転当たりの吐出量）を制御する。第２ポンプ１４Ｒに関するレギュレータ１４ＡＲについても同様である。第１ポンプ１４Ｌ及び第２ポンプ１４Ｒは図２のメインポンプ１４に対応し、レギュレータ１４ＡＬ、１４ＡＲは図２のレギュレータ１４Ａに対応する。
The
第１ポンプ１４Ｌ、第２ポンプ１４Ｒは、センターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒ、パラレル管路４２Ｌ、４２Ｒ、戻り管路４３Ｌ、４３Ｒ、４３Ｃを経て作動油タンクＴまで作動油を循環させる。
The
センターバイパス管路４０Ｌは、コントロールバルブ１７内に配置された流量制御弁１７０、１７２Ｌ、及び１７３Ｌを通る作動油ラインである。センターバイパス管路４０Ｒは、コントロールバルブ１７内に配置された流量制御弁１７１、１７２Ｒ、及び１７３Ｒを通る作動油ラインである。
The center bypass conduit 40L is a hydraulic oil line that passes through the
パラレル管路４２Ｌは、センターバイパス管路４０Ｌに並行する作動油ラインである。パラレル管路４２Ｌは、流量制御弁１７０又は流量制御弁１７２Ｌによってセンターバイパス管路４０Ｌを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の流量制御弁に作動油を供給する。パラレル管路４２Ｒは、センターバイパス管路４０Ｒに並行する作動油ラインである。パラレル管路４２Ｒは、流量制御弁１７１又は流量制御弁１７２Ｒによってセンターバイパス管路４０Ｒを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の流量制御弁に作動油を供給する。
The parallel pipe line 42L is a hydraulic oil line parallel to the center bypass pipe line 40L. The parallel pipe line 42L supplies the working oil to the downstream flow control valve when the flow of the working oil passing through the center bypass pipe 40L is restricted or blocked by the
戻り管路４３Ｌは、センターバイパス管路４０Ｌに並行する作動油ラインである。戻り管路４３Ｌは、油圧アクチュエータから流量制御弁１７０、１７２Ｌ、１７３Ｌを通って流れる作動油を戻り管路４３Ｃに流通させる。戻り管路４３Ｒは、センターバイパス管路４０Ｒに並行する作動油ラインである。戻り管路４３Ｒは、油圧アクチュエータから流量制御弁１７１、１７２Ｒ、１７３Ｒを通って流れる作動油を戻り管路４３Ｃに流通させる。
The
センターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒは、最も下流にある流量制御弁１７３Ｌ、１７３Ｒのそれぞれと作動油タンクＴとの間にネガティブコントロール絞り１８Ｌ、１８Ｒ及びリリーフ弁１９Ｌ、１９Ｒを備える。第１ポンプ１４Ｌ、第２ポンプ１４Ｒが吐出した作動油の流れは、ネガティブコントロール絞り１８Ｌ、１８Ｒで制限される。そして、ネガティブコントロール絞り１８Ｌ、１８Ｒは、レギュレータ１４ＡＬ、１４ＡＲを制御するための制御圧（ネガコン圧）を発生させる。リリーフ弁１９Ｌ、１９Ｒは、ネガコン圧が所定のリリーフ圧に達した場合に開き、センターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒの作動油を作動油タンクＴに排出する。
The
戻り管路４３Ｃの最下流にはバネ付きチェック弁２０が設置されている。バネ付きチェック弁２０は、旋回用油圧モータ２１と戻り管路４３Ｃとを繋ぐ管路４４内の作動油の圧力を高める機能を果たす。この構成により、旋回減速時における旋回用油圧モータ２１の吸い込み側ポートに確実に作動油を補給してキャビテーションの発生を防止する。
A spring-loaded
コントロールバルブ１７は、ショベルにおける油圧駆動系の制御を行う油圧制御装置である。本実施例では、コントロールバルブ１７は、流量制御弁１７０、１７１、１７２Ｌ、１７２Ｒ、１７３Ｌ、１７３Ｒと、センターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒ、パラレル管路４２Ｌ、４２Ｒ、及び、戻り管路４３Ｌ、４３Ｒを含む鋳造部品である。
The
流量制御弁１７０、１７１、１７２Ｌ、１７２Ｒ、１７３Ｌ、及び１７３Ｒは、油圧アクチュエータに流出入する作動油の向き及び流量を制御する弁である。図４の例では、流量制御弁１７０、１７１、１７２Ｌ、１７２Ｒ、１７３Ｌ、及び１７３Ｒのそれぞれは、対応する操作装置２６が生成するパイロット圧を左右何れかのパイロットポートで受けて動作する３ポート３位置のスプール弁である。操作装置２６は、操作量（操作角度）に応じて生成したパイロット圧を、操作方向に対応する側のパイロットポートに作用させる。
The flow
具体的には、流量制御弁１７０は、旋回用油圧モータ２１に流出入する作動油の向き及び流量を制御するスプール弁であり、流量制御弁１７１は、バケットシリンダ９に流出入する作動油の向き及び流量を制御するスプール弁である。
Specifically, the
流量制御弁１７２Ｌ、１７２Ｒは、ブームシリンダ７に流出入する作動油の向き及び流量を制御するスプール弁であり、流量制御弁１７３Ｌ、１７３Ｒは、アームシリンダ８に流出入する作動油の向き及び流量を制御するスプール弁である。
The
再生弁Ｖ１は、コントローラ３０からの指令に応じて開口の大きさを調整して流量を制御する弁であり、第１油路Ｃ１に設けられている。第１油路Ｃ１は、第２油路Ｃ２と第３油路Ｃ３を接続している。第２油路Ｃ２は、ブームシリンダ７のロッド側油室７Ｒと流量制御弁１７２Ｌ、１７２Ｒとを接続している。第３油路Ｃ３は、ブームシリンダ７のボトム側油室７Ｂと流量制御弁１７２Ｌ、１７２Ｒとを接続している。図４の例では、再生弁Ｖ１は、コントロールバルブ１７の外部に配置されたブーム再生弁であり、第２油路Ｃ２と第３油路Ｃ３との間の連通・遮断を切り替え可能な１ポート２位置の電磁比例弁である。具体的には、再生弁Ｖ１は、第１弁位置にある場合に第２油路Ｃ２と第３油路Ｃ３との間を最大開口で連通させ、第２弁位置にある場合にその連通を遮断できる。また、再生弁Ｖ１は、第１弁位置と第２弁位置の間の任意の弁位置に留まることができる。再生弁Ｖ１の開口面積は、第１弁位置に近いほど大きい。再生弁Ｖ１は、流量制御弁と同様に、コントロールバルブ１７の内部に配置されていてもよい。この場合、第１油路Ｃ１もコントロールバルブ１７の内部に配置される。
The regeneration valve V1 is a valve that controls the flow rate by adjusting the size of the opening in accordance with a command from the
コントローラ３０は、例えば、ブームロッド圧が所定圧力に達したことを検知すると、再生弁Ｖ１に指令を出力する。指令を受けた再生弁Ｖ１は第２弁位置から第１弁位置に向かって変位し、第２油路Ｃ２と第３油路Ｃ３との間を連通させる。
For example, when the
図４の例では、再生弁Ｖ１は、アーム再生弁Ｖ１ａを更に含む。アーム再生弁Ｖ１ａは、アームシリンダ８のロッド側油室８Ｒとボトム側油室８Ｂとを接続する第１油路Ｃ１ａに配置される電磁比例弁である。アーム再生弁Ｖ１ａは、例えば、コントローラ３０からの制御電流に応じて第１油路Ｃ１ａの流路面積を制御する。アーム再生弁Ｖ１ａは、ロッド側油室８Ｒとボトム側油室８Ｂとの間の双方向の作動油の流れを許容する。すなわち、チェック弁を含んでいない。また、アーム再生弁Ｖ１ａは、コントロールバルブ１７の外部に配置されている。そのため、コントロールバルブ１７内のスプール弁の動きとは独立して制御される。
In the example of FIG. 4, the regeneration valve V1 further includes an arm regeneration valve V1a. The arm regeneration valve V1a is an electromagnetic proportional valve disposed in the first oil passage C1a that connects the rod-
具体的には、第１油路Ｃ１ａは、第２油路Ｃ２ａと第３油路Ｃ３ａを接続している。第２油路Ｃ２ａは、アームシリンダ８のロッド側油室８Ｒと流量制御弁１７３Ｌ、１７３Ｒとを接続している。第３油路Ｃ３ａは、アームシリンダ８のボトム側油室８Ｂと流量制御弁１７３Ｌ、１７３Ｒとを接続している。図４の例では、アーム再生弁Ｖ１ａは、第２油路Ｃ２ａと第３油路Ｃ３ａとの間の連通・遮断を切り替え可能な１ポート２位置の電磁比例弁である。具体的には、アーム再生弁Ｖ１ａは、第１弁位置にある場合に第２油路Ｃ２ａと第３油路Ｃ３ａとの間を最大開口で連通させ、第２弁位置にある場合にその連通を遮断できる。また、アーム再生弁Ｖ１ａは、第１弁位置と第２弁位置の間の任意の弁位置に留まることができる。アーム再生弁Ｖ１ａの開口面積は、第１弁位置に近いほど大きい。アーム再生弁Ｖ１ａは、流量制御弁と同様に、コントロールバルブ１７の内部に配置されていてもよい。この場合、第１油路Ｃ１ａもコントロールバルブ１７の内部に配置される。
Specifically, the first oil passage C1a connects the second oil passage C2a and the third oil passage C3a. The second oil passage C2a connects the rod
次に、図５を参照して、コントローラ３０がショベルの機体の浮き上がりを防止しながら掘削作業を支援する処理（以下、「第１支援処理」とする。）について説明する。なお、図５は、第１支援処理の流れを示すフローチャートであり、コントローラ３０は、所定周期で繰り返しこの第１支援処理を実行する。
Next, a process in which the
最初に、コントローラ３０の掘削操作検出部３００は、掘削操作中であるか否かを判定する（ステップＳ１）。
First, the excavation
コントローラ３０は、例えば、操作圧センサ２９の出力に基づいてアーム閉じ操作中であることを検出する。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、アームボトム圧とアームロッド圧の圧力差を算出する。そして、掘削操作検出部３００は、算出した圧力差が所定値以上の場合に、掘削操作中（アーム掘削操作中）であると判定する。
For example, the
或いは、コントローラ３０は、操作圧センサ２９の出力に基づいてブーム上げ操作中であることを検出する。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、ブームロッド圧を取得する。また、掘削操作検出部３００は、アームボトム圧とアームロッド圧の圧力差を算出する。そして、掘削操作検出部３００は、ブームロッド圧が所定値以上であり、且つ、算出した圧力差が所定値以上の場合に、掘削操作中（ブーム上げ複合掘削操作中）であると判定する。
Alternatively, the
掘削操作中でないと判定した場合（ステップＳ１のＮＯ）、掘削操作検出部３００は、今回の第１支援処理を終了させる。
If it is determined that the excavation operation is not being performed (NO in step S1), the excavation
一方、掘削操作検出部３００が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、ブーム角度センサ及びバケット角度センサの出力に基づいて、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。
On the other hand, when it is determined that the excavation
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ＰＢＭＡＸ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。
Thereafter, the allowable maximum
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ロッド圧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ロッド圧ＰＢＴとして設定する。
Thereafter, the allowable maximum
その後、コントローラ３０の再生弁制御部３０３は、ショベルの機体の安定度に関する所定の条件である制御開始条件が満たされているか否かを判定する（ステップＳ５）。例えば、再生弁制御部３０３は、ブームロッド圧ＰＢが目標ブームロッド圧ＰＢＴに達した場合に制御開始条件が満たされたと判定する。ブームロッド圧ＰＢがこのまま上昇し続ければショベルの機体が浮き上がるおそれがあると判断できるためである。
Thereafter, the regeneration
制御開始条件が満たされていると判定した場合（ステップＳ５のＹＥＳ）、例えば、ブームロッド圧ＰＢが目標ブームロッド圧ＰＢＴに達した場合、再生弁制御部３０３は、再生弁Ｖ１（ブーム再生弁）を制御してブームロッド圧ＰＢを低減させる（ステップＳ６）。具体的には、再生弁制御部３０３は、再生弁Ｖ１に対して制御電流を供給し、再生弁Ｖ１の開口面積を増大させる。第１油路Ｃ１の流路面積を増大させるためである。そして、再生弁制御部３０３は、ロッド側油室７Ｒからボトム側油室７Ｂに作動油を流すことによって、ブームロッド圧ＰＢを低減させる。このとき、ブームロッド圧センサの出力に基づいてブームロッド圧ＰＢをフィードバック制御してもよい。その結果、ブームシリンダ７が伸張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。
When it is determined that the control start condition is satisfied (YES in step S5), for example, when the boom rod pressure P B reaches the target boom rod pressure P BT , the regeneration
なお、ステップＳ５において、制御開始条件が満たされていないと判定した場合（ステップＳ５のＮＯ）、例えば、ブームロッド圧ＰＢが目標ブームロッド圧ＰＢＴ未満に留まる場合、再生弁制御部３０３は、ブームロッド圧ＰＢを低減させることなく、今回の第１支援処理を終了させる。ショベルの機体が浮き上がるおそれがないためである。
If it is determined in step S5 that the control start condition is not satisfied (NO in step S5), for example, if the boom rod pressure P B remains below the target boom rod pressure P BT , the regeneration
以上の構成により、コントローラ３０は、パイロット圧に影響を与えることなく、掘削作業中にショベルの機体が浮き上がるのを防止できる。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。
With the above configuration, the
また、コントローラ３０は、再生弁Ｖ１の開口面積を自動的に制御してブームロッド圧ＰＢを低減させる。すなわち、操作者によるブーム操作レバーの操作とは無関係にブームロッド圧ＰＢを低減させる。そのため、操作者は、ブーム操作レバーを微操作して機体の浮き上がりを防止する必要はない。
Further, the
また、コントローラ３０は、ロッド側油室７Ｒとボトム側油室７Ｂとの間で作動油を移動させるため、ロッド側油室７Ｒからリリーフ弁等を通じて作動油タンクＴに作動油を排出する構成に比べ、無駄に作動油タンクＴに排出されてしまう作動油の量を減らすことできる。
Further, the
また、例えばショベルの非操作時に異常な制御電流等に起因して再生弁Ｖ１が開いたままになってしまったとしても、アタッチメントの自重等によるブームシリンダ７の収縮は、ブームシリンダ７を伸張させようとする力と収縮させようとする力がつり合った時点で止まる。ロッド側油室７Ｒ及びボトム側油室７Ｂ以外に作動油が流出しないためである。そのため、ボトム側油室７Ｂと作動油タンクＴとを繋ぐ油路に電磁リリーフ弁が配置されている構成においてその電磁リリーフ弁が開いたままになってしまったときのようにブームシリンダ７を過度に収縮させてしまうこともない。
For example, even if the regeneration valve V1 remains open due to an abnormal control current or the like when the shovel is not operated, the contraction of the boom cylinder 7 due to the weight of the attachment causes the boom cylinder 7 to expand. It stops when the force to try and the force to shrink are balanced. This is because the hydraulic oil does not flow out other than the rod
次に、図６を参照し、アーム掘削作業中における各種物理量の時間的推移について説明する。図６は、アーム掘削作業中におけるアームボトム圧ＰＡ、ブームロッド圧ＰＢ、機体傾斜角度、及び、ブームシリンダストローク量のそれぞれの時間的推移を示す図である。図６の実線は第１支援処理が実行されるときの推移を表し、図６の点線は第１支援処理が実行されないときの推移を表す。図６の例では、操作者は、アーム閉じ操作のみによってアーム掘削作業を行っている。 Next, time transition of various physical quantities during the arm excavation work will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating temporal transitions of the arm bottom pressure P A , the boom rod pressure P B , the body tilt angle, and the boom cylinder stroke amount during the arm excavation work. The solid line in FIG. 6 represents a transition when the first support process is executed, and the dotted line in FIG. 6 represents a transition when the first support process is not executed. In the example of FIG. 6, the operator performs the arm excavation work only by the arm closing operation.
時刻ｔ１においてバケット６が地面と接触した後の時刻ｔ２において、アームボトム圧ＰＡは比較的急激に増大する。アーム掘削作業が進むにつれて掘削負荷が急増するためである。
At a time t2 after the
その後、時刻ｔ３において、ブームロッド圧ＰＢは、アームボトム圧ＰＡの急激な増大に僅かに遅れ、アームボトム圧ＰＡと同様に、比較的急激に増大する。 Thereafter, at time t3, the boom rod pressure P B, delayed slightly in rapid increase in the arm bottom pressure P A, similarly to the arm bottom pressure P A, increases relatively rapidly.
その後、時刻ｔ４において、ブームロッド圧ＰＢが目標ブームロッド圧ＰＢＴに達すると、第１支援処理を利用できる場合には、コントローラ３０は、再生弁Ｖ１に対して制御電流を供給し、再生弁Ｖ１の開口面積を増大させる。その結果、ブームロッド圧ＰＢは、実線で示すように、目標ブームロッド圧ＰＢＴを維持するように推移する。このとき、コントローラ３０は、ブームロッド圧ＰＢの変動に応じて再生弁Ｖ１の開口面積を増減させることでブームロッド圧ＰＢが目標ブームロッド圧ＰＢＴで維持されるようにする。具体的には、コントローラ３０は、ブームロッド圧ＰＢが目標ブームロッド圧ＰＢＴを上回ったときに再生弁Ｖ１の開口面積を増大させ、ブームロッド圧ＰＢが目標ブームロッド圧ＰＢＴを下回ったときに再生弁Ｖ１の開口面積を低減させる。
Thereafter, when the boom rod pressure P B reaches the target boom rod pressure P BT at time t4, the
そのため、ブームシリンダストローク量は、時刻ｔ４において増大し始め、その後も比較的緩やかに増大していく。すなわち、ブーム４が緩やかに上昇していく。アーム５を閉じる際に掘削反力が増大してブームロッド圧ＰＢが目標ブームロッド圧ＰＢＴを上回る度に再生弁Ｖ１の開口面積が大きくなりロッド側油室７Ｒからボトム側油室７Ｂに作動油が流れるためである。
Therefore, the boom cylinder stroke amount starts to increase at time t4 and thereafter increases relatively gradually. That is, the
その結果、機体傾斜角度は大きく変動することなくそのままの状態で推移する。すなわち、ショベルの機体が浮き上がることはない。 As a result, the aircraft inclination angle changes as it is without greatly changing. In other words, the excavator's fuselage will not rise.
一方、第１支援処理を利用しない場合には、コントローラ３０は、ブームロッド圧ＰＢが目標ブームロッド圧ＰＢＴに達しても、再生弁Ｖ１の開口面積を増大させることはない。その結果、ブームロッド圧ＰＢは、点線で示すように、時刻ｔ５においてショベルの機体が浮き上がるまで目標ブームロッド圧ＰＢＴを超えて増大し続ける。ショベルの機体が浮き上がると、ブームロッド圧ＰＢの更なる増大が抑制される。機体の浮き上がりによって掘削負荷の更なる増大が抑制されるためである。
On the other hand, when the first support process is not used, the
ブームシリンダストローク量は、点線で示すように、時刻ｔ４以降もそのままの状態で維持される。すなわち、ブームシリンダ７は伸張しない。一方、機体傾斜角度は、点線で示すように、時刻ｔ５において増大し始め、その後も比較的緩やかに増大していく。ショベルの機体が浮き上がるためである。 The boom cylinder stroke amount is maintained as it is after time t4 as shown by the dotted line. That is, the boom cylinder 7 does not extend. On the other hand, as shown by the dotted line, the aircraft inclination angle starts to increase at time t5 and thereafter increases relatively slowly. This is because the excavator's body rises.
このように、コントローラ３０は、ブームロッド圧ＰＢが目標ブームロッド圧ＰＢＴに達したときに再生弁Ｖ１を開くことで、ショベルの機体が浮き上がるのを防止できる。
Thus, the
また、コントローラ３０は、ブームシリンダ７に関する操作とは無関係に再生弁Ｖ１を制御できる。具体的には、アーム掘削作業中において、操作者がブーム操作レバーを操作していない場合であっても、必要に応じて再生弁Ｖ１を開くことでブームシリンダ７の伸張を許容し、ブームロッド圧を下げてショベルの機体が浮き上がるのを防止できる。
Further, the
次に図７を参照し、図１のショベルに搭載される油圧回路の別の構成例について説明する。図７は、図１のショベルに搭載される油圧回路の別の構成例を示す図である。図７の油圧回路は、主に、コントロールバルブ１７が可変ロードチェック弁５１〜５３、合流弁５５、及び、統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒを含む点で図４の油圧回路と異なるが、その他の点で共通する。そのため、共通部分の説明を省略し、相違部分を詳細に説明する。
Next, another configuration example of the hydraulic circuit mounted on the shovel of FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating another configuration example of the hydraulic circuit mounted on the excavator in FIG. 1. The hydraulic circuit in FIG. 7 differs from the hydraulic circuit in FIG. 4 mainly in that the
可変ロードチェック弁５１〜５３は、コントローラ３０からの指令に応じて動作する。図７の例では、可変ロードチェック弁５１〜５３は、流量制御弁１７１〜１７３のそれぞれと第１ポンプ１４Ｌ及び第２ポンプ１４Ｒのうちの少なくとも一方との間の連通・遮断を切り替え可能な１ポート２位置の電磁弁である。なお、可変ロードチェック弁５１〜５３は、第１位置において、ポンプ側に戻る作動油の流れを遮断するチェック弁を有する。具体的には、可変ロードチェック弁５１は、第１位置にある場合に流量制御弁１７１と第１ポンプ１４Ｌ及び第２ポンプ１４Ｒのうちの少なくとも一方との間を連通させ、第２位置にある場合にその連通を遮断する。可変ロードチェック弁５２及び可変ロードチェック弁５３についても同様である。
The variable
合流弁５５は、第１ポンプ１４Ｌが吐出する作動油（以下、「第１作動油」とする。）と第２ポンプ１４Ｒが吐出する作動油（以下、「第２作動油」とする。）とを合流させるか否かを切り替える。図７の例では、合流弁５５は、１ポート２位置の電磁弁であり、コントローラ３０からの指令に応じて動作する。具体的には、合流弁５５は、第１位置にある場合に第１作動油と第２作動油とを合流させ、第２位置にある場合に第１作動油と第２作動油とを合流させないようにする。
The merging
統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒは、コントローラ３０からの指令に応じて動作する。図７の例では、統一ブリードオフ弁５６Ｌは、第１作動油の作動油タンクＴへの排出量を制御可能な１ポート２位置の電磁弁である。統一ブリードオフ弁５６Ｒについても同様である。この構成により、統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒは、流量制御弁１７０〜１７３のうちの関連する流量制御弁の合成開口を実現できる。具体的には、合流弁５５が第２位置にある場合に、統一ブリードオフ弁５６Ｌは流量制御弁１７０及び流量制御弁１７３の合成開口を実現でき、統一ブリードオフ弁５６Ｒは流量制御弁１７１及び流量制御弁１７２の合成開口を実現できる。統一ブリードオフ弁５６Ｌは、第１位置にある場合にコントローラ３０からの指令に応じてその合成開口の開口面積を調整する可変絞りとして機能し、第２位置にある場合にその合成開口を遮断する。統一ブリードオフ弁５６Ｒについても同様である。
The unified bleed-off
可変ロードチェック弁５１〜５３、合流弁５５、及び、統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒのそれぞれは、パイロット圧駆動のスプール弁であってもよい。
Each of the variable
次に、図８を参照して、図７の油圧回路を搭載するショベルのコントローラ３０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、「第２支援処理」とする。）について説明する。なお、図８は、第２支援処理の流れを示すフローチャートであり、コントローラ３０は、所定周期で繰り返しこの第２支援処理を実行する。
Next, referring to FIG. 8, the
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、操作圧センサ２９の出力に基づいてアーム閉じ操作中であることを検出する。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、アームボトム圧とアームロッド圧の圧力差を算出する。そして、掘削操作検出部３００は、算出した圧力差が所定値以上の場合にアーム掘削操作中であると判定する。
First, the excavation
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）、掘削操作検出部３００は、今回の第２支援処理を終了させる。
When it is determined that the arm excavation operation is not being performed (NO in step S11), the excavation
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）。
On the other hand, when the excavation
その後、許容最大圧力算出部３０２は、姿勢検出部３０１の出力に基づいて、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。
Thereafter, the allowable maximum
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ボトム圧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を目標アームボトム圧ＰＡＴとして設定する。
Thereafter, 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 bottom pressure P AT (step S14). In the present embodiment, the allowable maximum
その後、コントローラ３０の再生弁制御部３０３は、ショベルの機体の安定度に関する所定の条件である制御開始条件が満たされているか否かを判定する（ステップＳ１５）。例えば、再生弁制御部３０３は、アームボトム圧ＰＡが目標アームボトム圧ＰＡＴに達した場合に制御開始条件が満たされたと判定する。アームボトム圧ＰＡがこのまま上昇し続ければ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と判断できるためである。
Thereafter, the regeneration
制御開始条件が満たされていると判定した場合（ステップＳ１５のＹＥＳ）、例えば、アームボトム圧ＰＡが目標アームボトム圧ＰＡＴに達した場合、再生弁制御部３０３は、アーム再生弁Ｖ１ａを制御してアームボトム圧ＰＡとアームロッド圧ＰＡ２との差圧を低減させることでアーム推力ＦＡを低減させる（ステップＳ１６）。具体的には、再生弁制御部３０３は、アーム再生弁Ｖ１ａに対して制御電流を供給し、アーム再生弁Ｖ１ａを開いてその開口面積を増大させる。第１油路Ｃ１ａの流路面積を増大させるためである。そして、流量制御弁１７３のＣＴポート（シリンダ・タンクポート）の開口が大きい場合には、再生弁制御部３０３は、ボトム側油室８Ｂから作動油を流出させることによって、アームボトム圧ＰＡを低減させる。その結果、アームシリンダ８の伸張が抑制され或いは停止されることで掘削反力ＦＲの水平成分ＦＲ２が減少し或いは消失し、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。
If the control start condition is determined to have been met (YES in step S15), and for example, if the arm bottom pressure P A has reached the target arm bottom pressure P AT, regeneration
また、流量制御弁１７３のＣＴポートの開口が小さい場合であっても、再生弁制御部３０３は、ロッド側油室８Ｒへ作動油を流入させることによって、アームロッド圧ＰＡ２を上昇させ、アームボトム圧ＰＡとアームロッド圧ＰＡ２との差圧を低減させる。その結果、アームシリンダ８の伸張が抑制され或いは停止されることで掘削反力ＦＲの水平成分ＦＲ２が減少し或いは消失し、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。
Even if the opening of the CT port of the
このように、アームシリンダ８から排出される作動油は、流量制御弁１７３のシリンダ・タンクポートの開口の大きさに応じて、排出される側の油室とは反対側の油室へ供給され、若しくは、タンクへ排出される。その結果、アームシリンダ８の伸張が抑制され或いは停止されることで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。
As described above, the hydraulic oil discharged from the
ステップＳ１５において、制御開始条件が満たされていないと判定した場合（ステップＳ１５のＮＯ）、例えば、アームボトム圧ＰＡが目標アームボトム圧ＰＡＴ未満に留まる場合、再生弁制御部３０３は、アームボトム圧ＰＡを低減させることなく、今回の第２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。
In step S15, when the control start condition is found not satisfied (NO in step S15), and for example, if the arm bottom pressure P A remains below the target arm bottom pressure P AT, regeneration
以上の構成により、コントローラ３０は、パイロット圧に影響を与えることなく、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。
With the above configuration, the
また、コントローラ３０は、ロッド側油室８Ｒとボトム側油室８Ｂとの間で作動油を移動させるため、ボトム側油室８Ｂからリリーフ弁等を通じて作動油タンクＴに作動油を排出する構成に比べ、管路等における圧力損失を抑制できる。また、アーム再生弁Ｖ１ａが開いたままになってしまったとしても、アームシリンダ８を伸張させようとする力と収縮させようとする力がつり合った時点でアームシリンダ８の伸縮が止まるため、リリーフ弁が開いたままになってしまったときのようにアームシリンダ８を過度に伸縮させることもない。
The
次に、図９を参照して、図７の油圧回路を搭載するショベルのコントローラ３０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掘削作業を支援する処理（以下、「第３支援処理」とする。）について説明する。図９は、第３支援処理の流れを示すフローチャートであり、コントローラ３０は、所定周期で繰り返しこの第３支援処理を実行する。
Next, referring to FIG. 9, the
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、操作圧センサ２９の出力に基づいてブーム上げ操作中であることを検出する。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、ブームロッド圧を取得する。また、掘削操作検出部３００は、アームボトム圧とアームロッド圧の圧力差を算出する。そして、掘削操作検出部３００は、ブームロッド圧が所定値以上であり、且つ、算出した圧力差が所定値以上の場合に、複合掘削操作中であると判定する。
First, the excavation
複合掘削操作中でないと判定した場合（ステップＳ２１のＮＯ）、掘削操作検出部３００は、今回の第３支援処理を終了させる。
If it is determined that the combined excavation operation is not being performed (NO in step S21), the excavation
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）。
On the other hand, when it is determined that the excavation
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。
Thereafter, the allowable maximum
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ロッド圧ＰＢＴとして設定する（ステップＳ２４）。
Thereafter, the allowable maximum
その後、コントローラ３０の再生弁制御部３０３は、ショベルの機体の安定度に関する所定の条件である制御開始条件が満たされているか否かを判定する（ステップＳ２５）。例えば、再生弁制御部３０３は、ブームロッド圧ＰＢが目標ブームロッド圧ＰＢＴに達した場合に制御開始条件が満たされたと判定する。ここでは、制御開始条件である所定の条件が満たされたか否かは、ブームロッド圧ＰＢを用いて判定されているが、掘削反力の鉛直成分の大きさが予め定められた条件を満たしたか否かに基づいて判定されてもよい。このように、鉛直成分に寄与するパラメータに基づいて浮き上がりの防止に関する判定が行われてもよい。
Thereafter, the regeneration
制御開始条件が満たされていると判定した場合（ステップＳ２５のＹＥＳ）、例えば、ブームロッド圧ＰＢが目標ブームロッド圧ＰＢＴに達した場合、再生弁制御部３０３は、再生弁Ｖ１（ブーム再生弁）を制御してブームロッド圧ＰＢを低減させる（ステップＳ２６）。具体的には、再生弁制御部３０３は、再生弁Ｖ１に対して制御電流を供給し、再生弁Ｖ１を開いてその開口面積を増大させる。第１油路Ｃ１の流路面積を増大させるためである。そして、再生弁制御部３０３は、ロッド側油室７Ｒから作動油を流出させることによって、ブームロッド圧ＰＢを低減させる。その結果、ブームシリンダ７が伸張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。
When it is determined that the control start condition is satisfied (YES in step S25), for example, when the boom rod pressure P B reaches the target boom rod pressure P BT , the regeneration
その後、コントローラ３０の再生弁制御部３０３は、ブームロッド圧ＰＢの監視を継続する。そして、再生弁Ｖ１の開口面積を増大させたにもかかわらずブームロッド圧ＰＢが更に上昇して第１許容最大圧力ＰＢＭＡＸに達した場合（ステップＳ２７のＹＥＳ）、再生弁制御部３０３は、アーム再生弁Ｖ１ａを制御してアームボトム圧ＰＡを低減させる（ステップＳ２８）。具体的には、再生弁制御部３０３は、アーム再生弁Ｖ１ａに対して制御電流を供給し、アーム再生弁Ｖ１ａを開いてその開口面積を増大させる。第１油路Ｃ１ａの流路面積を増大させるためである。そして、再生弁制御部３０３は、ボトム側油室８Ｂから作動油を流出させることによって、アームボトム圧ＰＡを低減させる。その結果、アームシリンダ８の伸張が抑制され或いは停止されることで掘削反力ＦＲの鉛直成分ＦＲ１が減少し或いは消失し、ショベルの機体の浮き上がりが防止される。
Thereafter, the regeneration
ステップＳ２５において、制御開始条件が満たされていないと判定した場合（ステップＳ２５のＮＯ）、例えば、ブームロッド圧ＰＢが目標ブームロッド圧ＰＢＴ未満に留まる場合、コントローラ３０は、ブームロッド圧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。
When it is determined in step S25 that the control start condition is not satisfied (NO in step S25), for example, when the boom rod pressure P B remains below the target boom rod pressure P BT , the
同様に、ステップＳ２７において、ブームロッド圧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、アームボトム圧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。
Similarly, in step S27, if the boom rod pressure P B remains below the first allowable maximum pressure P BMAX (NO in step S27), the
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ボトム圧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を目標アームボトム圧ＰＡＴとして設定する。
Thereafter, in 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 bottom pressure P AT . Specifically, the allowable maximum
その後、コントローラ３０の再生弁制御部３０３は、別の制御開始条件が満たされているか否かを判定する（ステップＳ３０）。例えば、再生弁制御部３０３は、アームボトム圧ＰＡが目標アームボトム圧ＰＡＴに達した場合に別の制御開始条件が満たされたと判定する。
Thereafter, the regeneration
別の制御開始条件が満たされていると判定した場合（ステップＳ３０のＹＥＳ）、例えば、アームボトム圧ＰＡが目標アームボトム圧ＰＡＴに達した場合、再生弁制御部３０３は、アーム再生弁Ｖ１ａを制御してアームボトム圧ＰＡとアームロッド圧ＰＡ２との差圧を低減させることでアーム推力ＦＡを低減させる（ステップＳ３１）。具体的には、再生弁制御部３０３は、アーム再生弁Ｖ１ａに対して制御電流を供給し、アーム再生弁Ｖ１ａを開いてその開口面積を増大させる。第１油路Ｃ１ａの流路面積を増大させるためである。そして、再生弁制御部３０３は、ボトム側油室８Ｂから作動油を流出させることによって、アームボトム圧ＰＡを低減させる。その結果、アームシリンダ８の伸張が抑制され或いは停止されることで掘削反力ＦＲの水平成分ＦＲ２が減少し或いは消失し、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。
If another control start condition is determined to have been met (YES in step S30), for example, if the arm bottom pressure P A has reached the target arm bottom pressure P AT, regeneration
また、アームシリンダ８が収縮する際にも、例えば、アームロッド圧ＰＡ２が目標アームロッド圧ＰＡ２Ｔに達した場合、再生弁制御部３０３は、アーム再生弁Ｖ１ａを制御してアームボトム圧ＰＡとアームロッド圧ＰＡ２との差圧を低減させることでアーム推力ＦＡを低減させることができる。この場合、アーム５が開き方向に回動する場合でも、ショベルが引き摺られるのを防止できる。ここでは、制御開始条件である所定の条件が満たされたか否かは、アームロッド圧ＰＡ２又はアームボトム圧Ａを用いて判定されているが、掘削反力の水平成分の大きさが予め定められた条件を満たしたか否かに基づいて判定されてもよい。このように、水平成分に寄与するパラメータに基づいて引き摺られの防止に関する判定が行われてもよい。
Further, even when the
ステップＳ３０において、別の制御開始条件が満たされていないと判定した場合（ステップＳ３０のＮＯ）、例えば、アームボトム圧ＰＡが目標アームボトム圧ＰＡＴ未満に留まる場合、再生弁制御部３０３は、アームボトム圧ＰＡを低減させることなく、今回の第３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。
In step S30, when it is determined that another control start condition is not satisfied (NO in step S30), for example, if the arm bottom pressure P A remains below the target arm bottom pressure P AT, regeneration
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。従って、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。 Further, the series of processes for preventing the shovel from being lifted in steps S24 to S28 and the series of processes for preventing the shovel from being dragged in steps S29 to S31 are in no particular order. Therefore, 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.
以上の構成により、コントローラ３０は、パイロット圧に影響を与えることなく、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。
With the above configuration, the
以上、本発明の好ましい実施例について詳説した。しかしながら、本発明は、上述した実施例に制限されることはない。上述した実施例は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形及び置換が適用され得る。また、上述の実施例を参照して説明された特徴のそれぞれは、技術的に矛盾しない限り、適宜に組み合わされてもよい。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the embodiments described above. Various modifications and substitutions may be applied to the embodiments described above without departing from the scope of the present invention. In addition, each of the features described with reference to the above-described embodiments may be appropriately combined as long as there is no technical contradiction.
例えば、上述の実施例では、許容最大圧力算出部３０２及び再生弁制御部３０３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、傾斜角度センサの出力を追加的に考慮して適切に実行され得る。
For example, in the above-described embodiment, the calculation by the allowable maximum
コントローラ３０は、バケット閉じ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、コントローラ３０は、ブームロッド圧が目標ブームロッド圧ＰＢＴを上回った場合に再生弁Ｖ１を開く。また、コントローラ３０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、コントローラ３０は、ブームロッド圧が目標ブームロッド圧ＰＢＴを上回った場合に再生弁Ｖ１を開く。そして、コントローラ３０は、ブームロッド圧が第１許容最大圧力ＰＢＭＡＸに達した場合に、バケットシリンダ９のロッド側油室とボトム側油室を接続する第１油路に配置されたバケット再生弁を開く。このようにして、コントローラ３０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。同様に、バケット再生弁を利用してショベルの機体が引き摺られるのを防止してもよい。
The
また、上述の実施例では、再生弁Ｖ１は、ロッド側油室７Ｒから作動油を流出させるために利用されているが、ボトム側油室７Ｂから作動油を流出させるために利用されてもよい。また、アーム再生弁Ｖ１ａは、ボトム側油室８Ｂから作動油を流出させるために利用されているが、ロッド側油室８Ｒから作動油を流出させるために利用されてもよい。すなわち、コントローラ３０は、アーム再生弁Ｖ１ａを開いてアームシリンダ８のロッド側油室８Ｒからボトム側油室８Ｂに、若しくは、アームシリンダ８のボトム側油室８Ｂからロッド側油室８Ｒに、自重に応じて作動油が流れるようにしてもよい。バケット再生弁についても同様である。
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。
Further, in the above-described embodiment, the regeneration valve V1 is used for causing the hydraulic oil to flow out from the rod
In the above-described embodiment, the hydraulic cylinders such as the boom cylinder 7 and the
また、上述の構成は、油圧シリンダにより上下運動を行うフォークリフト、ホイールローダ等の他の建設機械に搭載されてもよい。 The above-described configuration may be mounted on other construction machines such as a forklift and a wheel loader that move up and down with a hydraulic cylinder.
１・・・下部走行体 １Ｌ・・・左側走行用油圧モータ １Ｒ・・・右側走行用油圧モータ 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 ７Ｂ・・・ボトム側油室 ７Ｒ・・・ロッド側油室 ８・・・アームシリンダ ８Ｂ・・・ボトム側油室 ８Ｒ・・・ロッド側油室 ９・・・バケットシリンダ １０・・・キャビン １１・・・エンジン １３・・・変速機 １４・・・メインポンプ １４Ｌ・・・第１ポンプ １４Ｒ・・・第２ポンプ １４Ａ、１４ＡＬ、１４ＡＲ・・・レギュレータ １５・・・パイロットポンプ １６・・・作動油ライン １７・・・コントロールバルブ １８Ｌ、１８Ｒ・・・ネガティブコントロール絞り １９Ｌ、１９Ｒ・・・リリーフ弁 ２０・・・バネ付きチェック弁 ２１・・・旋回用油圧モータ ２１Ｌ、２１Ｒ・・・ポート ２２Ｌ、２２Ｒ・・・リリーフ弁 ２３Ｌ、２３Ｒ・・・チェック弁 ２５・・・パイロットライン ２６・・・操作装置 ２７、２８・・・パイロットライン ２９・・・操作圧センサ ３０・・・コントローラ ３１・・・シリンダ圧センサ ３２・・・姿勢センサ ３３・・・表示装置 ３４・・・音声出力装置 ４０Ｌ、４０Ｒ・・・センターバイパス管路 ４２Ｌ、４２Ｒ・・・パラレル管路 ４３Ｃ、４３Ｌ、４３Ｒ・・・戻り管路 ４４・・・管路 ５１、５２、５３・・・可変ロードチェック弁 ５５・・・合流弁 ５６Ｌ、５６Ｒ・・・統一ブリードオフ弁 １７０、１７１、１７２、１７２Ｌ、１７２Ｒ、１７３、１７３Ｌ、１７３Ｒ・・・流量制御弁 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・・・再生弁制御部 Ｃ１、Ｃ１ａ・・・第１油路 Ｃ２、Ｃ２ａ・・・第２油路 Ｃ３、Ｃ３ａ・・・第３油路 Ｖ１・・・再生弁 Ｖ１ａ・・・アーム再生弁 Ｔ・・・作動油タンク
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
前記アタッチメントを構成する作業要素を駆動する油圧シリンダと、
前記油圧シリンダのロッド側油室とボトム側油室とを接続する第１油路と、
前記第１油路に配置される再生弁と、
機体の安定度に関する所定の条件が満たされているか否かに基づいて前記再生弁を制御する制御装置と、を有する、
ショベル。 A lower traveling body,
An upper swivel body that is turnably mounted on the lower traveling body;
An attachment attached to the upper swing body;
A hydraulic cylinder for driving a working element constituting the attachment;
A first oil passage connecting a rod side oil chamber and a bottom side oil chamber of the hydraulic cylinder;
A regeneration valve disposed in the first oil passage;
A control device that controls the regeneration valve based on whether or not a predetermined condition relating to the stability of the airframe is satisfied,
Excavator.
前記油圧シリンダのロッド側油室と前記流量制御弁とを接続する第２油路と、
前記油圧シリンダのボトム側油室と前記流量制御弁とを接続する第３油路と、を有し、
前記第１油路は、第２油路と第３油路を接続する、
請求項１に記載のショベル。 A flow rate control valve for controlling the flow rate of hydraulic oil flowing into and out of the hydraulic cylinder;
A second oil passage connecting the rod-side oil chamber of the hydraulic cylinder and the flow control valve;
A third oil passage connecting the bottom oil chamber of the hydraulic cylinder and the flow control valve;
The first oil passage connects the second oil passage and the third oil passage,
The excavator according to claim 1.
前記制御装置は、前記再生弁を開いて前記ブームシリンダのロッド側油室からボトム側油室に作動油が流れるようにする、
請求項１又は２に記載のショベル。 The hydraulic cylinder is a boom cylinder;
The control device opens the regeneration valve so that hydraulic oil flows from the rod side oil chamber of the boom cylinder to the bottom side oil chamber;
The shovel according to claim 1 or 2.
請求項１乃至３の何れかに記載のショベル。 The control device controls the regeneration valve regardless of an operation related to the hydraulic cylinder.
The excavator according to any one of claims 1 to 3.
前記制御装置は、前記再生弁を開いて前記アームシリンダのロッド側油室からボトム側油室に、若しくは、前記アームシリンダのボトム側油室からロッド側油室に、自重に応じて作動油が流れるようにする、
請求項１又は２に記載のショベル。 The hydraulic cylinder is an arm cylinder;
The control device opens the regeneration valve so that hydraulic oil flows from the rod side oil chamber of the arm cylinder to the bottom side oil chamber, or from the bottom side oil chamber of the arm cylinder to the rod side oil chamber according to its own weight. Make it flow,
The shovel according to claim 1 or 2.
請求項１に記載のショベル。 The regeneration valve is disposed between a flow rate control valve that adjusts a flow rate of hydraulic oil to the hydraulic cylinder and the hydraulic cylinder.
The excavator according to claim 1.
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