JP6945540B2 - ショベル - Google Patents

Description

本発明は、ショベルに関する。

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

オペレータは、作業内容に応じて、アタッチメントのブーム、アーム、バケットを制御するが、このとき、車体（すなわち走行体、上部旋回体）はアタッチメントからの反力を受ける。反力が加わる向きと、車体の姿勢、地面の状況によって、ショベルの本体が浮き上がってしまう場合がある。

特許文献１には、ブームシリンダの収縮側（ロッド側）の圧力を抑制することにより、車体の浮き上がりを防止する技術が開示されている。

特開２０１４−１２２５１０号公報

本発明者はショベルについて検討したところ、以下の課題を認識するに至った。ショベルの作業状態によっては、車体の前方を支点として、車体の後方が浮き上がり、作業効率を低下させるおそれがある。

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、アタッチメントの動作に起因する車体の後方の浮き上がりの抑制機構を備えたショベルの提供にある。

本発明のある態様はショベルに関する。ショベルは、走行体と、走行体に回動自在に設けられる上部旋回体と、ブーム、アーム、バケットを有し、上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、走行体の前方を転倒支点とする後方の浮き上がりが抑制されるように、アタッチメントのブームシリンダの動作を補正する浮き上がり抑制部と、を備える。

ブームシリンダの動作を補正することで、アタッチメントが車体に及ぼす反力を抑制でき、その結果、後方浮き上がりを抑制することができる。

浮き上がり抑制部は、ブームシリンダが上部旋回体に及ぼす力にもとづいて、ブームシリンダの動作を補正してもよい。

浮き上がり抑制部は、ブームシリンダのロッド圧およびボトム圧にもとづいて、ブームシリンダの動作を補正してもよい。

浮き上がり抑制部は、ブームシリンダのロッド圧を制御してもよい。
たとえばブームシリンダのロッド側にリリーフ弁を設け、ロッド圧が高くなりすぎるのを抑制することで、後方浮き上がりを抑制できる。あるいはブームシリンダのコントロールバルブに対するパイロットラインに電磁制御弁を設け、パイロット圧を調節することで、ロッド圧が高くなりすぎるのを抑制してもよい。

ショベルの車体重心と走行体の転倒支点の間の距離をＤ_２、ブームシリンダの延長線と転倒支点の間の距離をＤ_４、ブームシリンダが上部旋回体に及ぼす力をＦ_１、車体重量をＭ、重力加速度をｇとするとき、浮き上がり抑制部は、Ｄ_４Ｆ_１＜Ｄ_２Ｍｇが成り立つように、ブームシリンダの動作を補正してもよい。
Ｄ_２／Ｄ_４×Ｍｇを力Ｆ_１の許容最大値Ｆ_ＭＡＸとして、
Ｆ_１＜Ｄ_２／Ｄ_４×Ｍｇ
が成り立つようにＦ_１を制御することにより、後方浮き上がりを抑制してもよい。
ここでＦ_１は、ブームシリンダのロッド圧Ｐ_Ｒとボトム圧Ｐ_Ｂにもとづいて計算してもよい。

転倒支点の位置を、上部旋回体の向きに応じて変化させてもよい。

距離Ｄ_４，Ｄ_２またはそれらの比を、走行体が浮き上がったタイミングにおける力Ｆ_１にもとづいて取得してもよい。

上部旋回体の向きにかかわらず、転倒支点の位置を一定としてもよい。

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

本発明によれば、ショベルの走行体の後方の浮き上がりを抑制できる。

実施の形態に係る建設機械の一例であるショベルの外観を示す斜視図である。 ショベルの作業中に発生する後方浮き上がりの一例を説明する図である。 ショベルの電気系統および油圧系統のブロック図である。 後方浮き上がりに関連するショベルの力学的なモデルを示す図である。 第１構成例に係るショベルの浮き上がり抑制部およびその周辺のブロック図である。 第２構成例に係る浮き上がり抑制部を示すブロック図である。 第３構成例に係るショベルの浮き上がり抑制部およびその周辺のブロック図である。 実施の形態に係る後方浮き上がり補正のフローチャートである。 図９（ａ）〜（ｃ）は、旋回体の旋回角度θと、転倒支点の関係を示す図である。 ショベルの運転室に設けられたディスプレイおよび操作部一例を示す図である。 図１１（ａ）、（ｂ）は、浮き上がり抑制機能を無効化すべき状況を説明する図である。 図１２（ａ）、（ｂ）は、後方浮き上がりの別の例を説明する図である。 前方浮き上がりに関連するショベルの力学的なモデルを示す図である。

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

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図１は、実施の形態に係る建設機械の一例であるショベル１の外観を示す斜視図である。ショベル１は、主として走行体（ロワー、クローラともいう）２と、走行体２の上部に旋回装置３を介して回動自在に搭載された上部旋回体４と、を備えている。

上部旋回体４には、アタッチメント１２が取り付けられる。アタッチメント１２は、ブーム５と、ブーム５の先端にリンク接続されたアーム６と、アーム６の先端にリンク接続されたバケット１０とが取り付けられている。バケット１０は、土砂、鋼材などの吊荷を捕獲するための手段である。ブーム５、アーム６およびバケット１０は、それぞれブームシリンダ７、アームシリンダ８およびバケットシリンダ９によって油圧駆動される。また、上部旋回体４には、バケット１０の位置や励磁動作および釈放動作を操作するオペレータ（運転者）を収容するための運転室４ａや、油圧を発生するためのエンジン１１といった動力源が設けられている。

続いて、ショベル１の後方浮き上がりおよびその抑制について詳細に説明する。

ショベル１による浮き上がりの抑制は、突っ張っているアタッチメントを緩やかにして、アタッチメントの反動・力が車体に伝わらないようにするものと理解できる。

図２は、ショベルの作業中に発生する後方浮き上がりの一例を説明する図である。ショベル１は、地面５０の掘削作業を行っており、バケット１０が斜面５１を掘り込むように力Ｆ_２が発生しており、またブーム５がバケット１０を斜面５１に抑え付けるように力Ｆ_３が発生している。このときブームシリンダ７は、ショベル１の車体（走行体２、旋回装置３、旋回体４）に反力Ｆ_１を及ぼす。反力Ｆ_１が車体を傾けようとする力（トルク）が、重量にもとづく車体を地面に抑え付けようとする力（トルク）を上回ると、車体の後方が浮き上がってしまう。

図２に示すように、バケット１０が地面や対象物に接触し、引っかかったり、あるいは、めり込んでいる場合、ブーム５に力が作用しても、ブーム５は動かず、したがってブームシリンダ７のロッドは変位しない。ロッド側油室の圧力が大きくなるとブームシリンダ７自体を持ち上げる力Ｆ_１が大きくなり、車体を前方に傾けようとする力（トルク）Ｆ_３が大きくなる。

このようなケースは、バケット１０が車体（走行体２）よりも下方に位置する深掘りや、図２に示すように前方斜面の整地作業で起こりえる。また、ブーム自体を操作した場合に限らず、アームやバケットを操作した場合にも生じうる。

続いて、後方の浮き上がりを抑制可能なショベル１の具体的な構成を説明する。図３は、ショベル１の電気系統および油圧系統のブロック図である。なお、図３では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。なおここでは油圧ショベルについて説明するが、旋回に電動機を用いるハイブリッドショベルにも本発明は適用可能である。

エンジン１１は、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５に接続されている。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。なお、油圧アクチュエータに油圧を供給する油圧回路は２系統設けられることがあり、その場合にはメインポンプ１４は２つの油圧ポンプを含む。本明細書では理解の容易化のため、メインポンプが１系統の場合を説明する。

コントロールバルブ１７は、ショベル１における油圧系の制御を行う装置である。コントロールバルブ１７には、図１に示した走行体２を駆動するための走行油圧モータ２Ａ及び２Ｂの他、ブームシリンダ７、アームシリンダ８およびバケットシリンダ９が高圧油圧ラインを介して接続されており、コントロールバルブ１７は、これらに供給する油圧（制御圧）をオペレータの操作入力に応じて制御する。

また、旋回装置３を駆動するための旋回油圧モータ２１がコントロールバルブ１７に接続される。旋回油圧モータ２１は、旋回コントローラの油圧回路を介してコントロールバルブ１７に接続されるが、図３には旋回コントローラの油圧回路は示されず、簡略化されている。

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（操作手段）が接続されている。操作装置２６は、走行体２、旋回装置３、ブーム５、アーム６およびバケット１０を操作するための操作手段であり、オペレータによって操作される。操作装置２６には、油圧ライン２７を介してコントロールバルブ１７が接続され、また、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９が接続される。

たとえば操作装置２６は、油圧パイロット式の操作レバー２６Ａ〜２６Ｄを含む。操作レバー２６Ａ〜２６Ｄはそれぞれ、ブーム軸、アーム軸、バケット軸および旋回軸に対応する操作レバーである。実際には、操作レバーは二個設けられ、一方の操作レバーの縦方向、横方向に２軸が、残りの操作レバーの縦方向、横方向に残りの２軸が割り当てられる。また操作装置２６は、走行軸を制御するためのペダル（不図示）を含む。

操作装置２６は、パイロットライン２５を通じて供給される油圧（１次側の油圧）をオペレータの操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作装置２６から出力される２次側の油圧（制御圧）は、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７に供給されるとともに、圧力センサ２９によって検出される。すなわち圧力センサ２９の検出値は、操作レバー２６Ａ〜２６Ｄそれぞれに対するオペレータの操作入力θ_ＣＮＴを示す。なお図３において油圧ライン２７は１本で描かれているが、実際には左走行油圧モータ、右走行油圧モータ、旋回それぞれの制御指令値の油圧ラインが存在する。

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。コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵがメモリにロードされた駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される。

さらにショベル１は、浮き上がり抑制部６００を備える。浮き上がり抑制部６００は、アタッチメント１２の延長方向の後方への走行体２の後方浮き上がりが抑制されるように、アタッチメント１２のブームシリンダ７の動作を補正する。浮き上がり抑制部６００の主要部は、コントローラ３０の一部として構成することができる。

図４は、後方浮き上がりに関連するショベルの力学的なモデルを示す図である。
Ｄ_２は、ショベルの車体重心Ｐ_３と、走行体２の前方の転倒支点Ｐ_１の間の距離を表す。転倒支点Ｐ_１は、走行体２の有効接地領域５２のうち、アタッチメント１２が延びる方向（旋回体４の向き）における最先端とみなすことができる。

またＤ_４は、ブームシリンダ７の延長線ｌ_２と、転倒支点Ｐ_１の間の距離を表す。Ｆ_１はブームシリンダ７が上部旋回体４に及ぼす力であり、Ｍは車体重量、ｇは重力加速度である。このとき、転倒支点Ｐ_１まわりに車体を前方に傾けようとするトルクτ_１は、式（１）で表される。
τ_１＝Ｄ_４×Ｆ_１ …（１）

一方、重力が転倒支点Ｐ_１まわりに車体を地面に抑え付けようとするトルクτ_２は、式（２）で表される。
τ_２＝Ｄ_２Ｍｇ …（２）

車体の後方が浮き上がらずに安定する条件は、
τ_１＜τ_２ …（３）
であり、式（１）、（２）を代入すると、安定条件として不等式（４）を得る。
Ｄ_４Ｆ_１＜Ｄ_２Ｍｇ …（４）
となる。すなわち浮き上がり抑制部６００は、不等式（４）が成り立つように、ブームシリンダ７の動作を補正すればよい。

（第１構成例）
図５は、第１構成例に係るショベル１の浮き上がり抑制部６００およびその周辺のブロック図である。圧力センサ５１０，５１２はそれぞれ、ブームシリンダ７のロッド側油室の圧力（ロッド圧）Ｐ_Ｒ、ボトム側油室の圧力（ボトム圧）Ｐ_Ｂを測定する。測定された圧力Ｐ_Ｒ，Ｐ_Ｂは、浮き上がり抑制部６００（コントローラ３０）に入力される。

浮き上がり抑制部６００は、力推定部６０２、距離算出部６０４、圧力調節部６０６を含む。
力Ｆ_１は圧力Ｐ_Ｒ，Ｐ_Ｂの関数ｆ（Ｐ_Ｒ，Ｐ_Ｂ）で表される。
Ｆ_１＝ｆ（Ｐ_Ｒ，Ｐ_Ｂ） …（５）
力推定部６０２は、ロッド圧Ｐ_Ｒおよびボトム圧Ｐ_Ｂにもとづいて、ブームシリンダ７が旋回体４に及ぼす力Ｆ_１を計算する。

一例として、ロッド側の受圧面積をＡ_Ｒ、ボトム側の受圧面積をＡ_Ｂとするとき、
Ｆ_１＝Ａ_Ｒ・Ｐ_Ｒ−Ａ_Ｂ・Ｐ_Ｂ
と表すことができる。力推定部６０２はこの式にもとづいて力Ｆ_１を計算あるいは推定してもよい。

また距離算出部６０４は、距離Ｄ_２およびＤ_４をそれぞれ取得し、あるいはそれらの比Ｄ_２／Ｄ_４を取得する。アタッチメント１２を含まない車体重心Ｐ_３の位置は、旋回体４の旋回角度θにかかわらず一定であるが、転倒支点Ｐ_１の位置は、旋回角度θによって変化する。したがって実際には、距離Ｄ_２は、旋回体４の旋回角度θに応じて変化しうるが、最も簡易には距離Ｄ_２を定数として扱ってもよい。

距離Ｄ_４は、転倒支点Ｐ_１の位置と、ブームシリンダ７の角度（たとえばブームシリンダ７と鉛直軸５４のなす角度η_１）とにもとづいて幾何学的に計算することができる。角度η_１は、ブームシリンダ７の伸縮長とショベル１の寸法ならびにショベル１の車体の傾き等から幾何学的に計算することができる。あるいは角度η_１を測定するセンサを設け、センサの出力を利用してもよい。

圧力調節部６０６は、力Ｆ_１、距離Ｄ_２，Ｄ_４にもとづいて、不等式（４）が成り立つように、ブームシリンダ７の圧力を制御する。この構成例では、圧力調節部６０６は、不等式（４）が成り立つようにブームシリンダ７のロッド圧Ｒ_Ｒを調節する。

電磁比例リリーフ弁５２０は、ブームシリンダ７のボトム側油室とタンクの間に設けられる。圧力調節部６０６は、不等式（４）が成り立つように、電磁比例リリーフ弁５２０を制御し、ブームシリンダ７のシリンダ圧をリリーフする。これによりロッド圧Ｐ_Ｒが低下し、したがってＦ_１が小さくなり、後方の浮き上がりを抑制することができる。

なおブームシリンダ７を制御するコントロールバルブ１７のスプールの状態、言い換えればメインポンプ１４からブームシリンダ７に供給される圧油の向きは特に限定されず、アタッチメント１２の状態（作業内容）によっては、図５のような順方向でなく、逆方向であったり、遮蔽状態であってもよい。

（第２構成例）
図６は、第２構成例に係る浮き上がり抑制部６００を示すブロック図である。不等式（４）を変形すると、以下の関係式（６）を得る。
Ｆ_１＜Ｄ_２／Ｄ_４×Ｍｇ …（６）
つまり、Ｄ_２／Ｄ_４×Ｍｇは、力Ｆ_１の許容最大値Ｆ_ＭＡＸである。

またロッド圧Ｐ_Ｒは、力Ｆ_１およびボトム圧Ｒ_Ｂの関数ｇ（Ｆ_１，Ｒ_Ｂ）として表すこともできる。
Ｐ_Ｒ＝ｇ（Ｆ_１，Ｒ_Ｂ） …（７）
したがって、ロッド圧Ｐ_Ｒが取り得る最大値（最大圧力）Ｐ_ＲＭＡＸを計算することができる。
Ｐ_ＲＭＡＸ＝ｇ（Ｆ_ＭＡＸ，Ｒ_Ｂ） …（８）

最大圧力算出部６０８は、式（８）にもとづいて、ロッド圧Ｐ_Ｒに許容される最大圧力Ｐ_ＲＭＡＸを算出する。圧力調節部６０６は、圧力センサ５１０が検出するロッド圧Ｐ_Ｒが、最大圧力Ｐ_ＲＭＡＸを超えないように、電磁比例リリーフ弁５２０を制御する。

当業者によれば、図５や図６のほかにも、不等式（４）を満たすようにロッド圧Ｐ_Ｒを制御しうることが理解される。

（第３構成例）
図７は、第３構成例に係るショベル１の浮き上がり抑制部６００およびその周辺のブロック図である。図７のショベル１は、図５のショベル１の電磁比例リリーフ弁５２０に代えて、電磁比例制御弁５３０を備える。電磁比例制御弁５３０は、操作レバー２６Ａからコントロールバルブ１７へのパイロットライン２７Ａに設けられている。浮き上がり抑制部６００は、不等式（４）を満たすように電磁比例制御弁５３０への制御信号を変化させ、コントロールバルブ１７への圧力を変化させ、これによりブームシリンダ７のボトム側油室の圧力およびロッド側油室の圧力を変化させる。

なお図７の浮き上がり抑制部６００の構成や制御方式は限定されず、図５あるいは図６その他の構成、方式を採用しうる。

以上がショベル１の構成である。続いてその動作を説明する。

図８は、実施の形態に係る後方浮き上がり補正のフローチャートである。はじめにショベルが走行中か否かが判定される（Ｓ１００）。そして走行中である場合（Ｓ１００のＹ）、ふたたびＳ１００の判定に戻る。ショベルが走行停止中である場合（Ｓ１００のＮ）、アタッチメントが動作中か否かが判定される（Ｓ１０２）。非動作中であれば（Ｓ１０２のＮ）、ステップＳ１００に戻る。アタッチメント１２の動作が検出されると（Ｓ１０２のＹ）、浮き上がり抑制処理が有効となる。

浮き上がり抑制処理では、ブームシリンダのボトム圧およびロッド圧、ひいてはブームが車体に及ぼす力Ｆ_１が監視される。そして浮き上がりが発生しないように、より詳しくは不等式（４）を満たすようにブームシリンダ７の圧力が調整される。

以上がショベル１の動作である。実施の形態に係るショベル１によれば、ショベルの浮き上がりが発生する前に、未然に浮き上がりを抑制することができる。

続いて、距離Ｄ_２およびＤ_４について詳細に説明する。図９（ａ）〜（ｃ）は、旋回体４の旋回角度θと、転倒支点Ｐ_１の関係を示す図である。ｌ_１は、アタッチメントが延びる方向（旋回体４の向き）と直交しており、かつ有効接地領域５２のうちアタッチメント１２が延びる方向における最先端を通る線を表している。転倒支点Ｐ_１は、この線ｌ_１上に位置する。図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、距離Ｄ_２は、旋回体４の角度θに応じて変化するため、浮き上がり抑制部６００は、距離Ｄ_２を幾何学的に計算してもよい。あるいは角度θと距離Ｄ_２の関係をルックアップテーブルに格納しておき、それを参照して距離Ｄ_２を取得してもよい。角度θの検出方法は特に限定されない。

図９（ａ）〜（ｃ）には表されないが、転倒支点Ｐ_１とブームシリンダ７の延長線ｌ_２の距離Ｄ_４は、旋回体４の旋回角θとブームシリンダ７の角度ηにもとづいて取得することができる。

続いて、距離Ｄ_２，Ｄ_４の取得に関する別の方法を説明する。図５に戻る。ショベル１は加速度センサ、速度センサ、ジャイロセンサなどのセンサ５４０を備えてもよい。センサ５４０はショベルの車体のピッチ軸周りの回転を検出する。

浮き上がり抑制部６００は、センサ５４０の出力にもとづいて、走行体２（車体）が浮き上がった瞬間を検出する。浮き上がりのタイミング（の直前）において、式（９）が成り立つ。
Ｄ_４Ｆ_{１＿ＩＮＩＴ}＝Ｄ_２Ｍｇ …（９）
Ｆ_{１＿ＩＮＩＴ}は、浮き上がりのタイミングにおける力Ｆ_１である。浮き上がり抑制部６００は、力Ｆ_{１＿ＩＮＩＴ}を取得し、距離Ｄ_４，Ｄ_２の関係式（９）を決定する。

この関係式を取得した以降は、浮き上がり抑制部６００は、不等式（４）あるいは（６）が成り立つように、力Ｆ_１を補正することができる。たとえば
Ｄ_２／Ｄ_４＝Ｆ_{１＿ＩＮＩＴ}／Ｍｇ
を計算し、不等式（６）にもとづいて力Ｆ_１を制御してもよい。

あるいは、関係式（９）を利用して、転倒支点Ｐ_１の位置を計算し、計算された転倒支点Ｐ_１を利用して、距離Ｄ_２，Ｄ_４それぞれを演算してもよい。このように、浮き上がりの瞬間を検出することで、旋回体４の角度θを検出しなくても、距離Ｄ_２，Ｄ_４を取得することができる。

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

（変形例１）
アタッチメント１２の動作の補正を高速に行うことで、オペレータが補正を意識せずに浮き上がりを抑制することは理論的に可能である。しかしながら応答遅延が大きくなると、オペレータが、自分自身の操作と、アタッチメント１２の動作に乖離を感じる可能性もある。そこでショベル１は、アタッチメント１２の動作の補正と平行して、オペレータに浮き上がりが生じていることを報知、警報してもよい。この報知、警報は、音声メッセージや警告音などの聴覚的手段を用いてもよいし、ディスプレイや警告灯などの視覚的手段を用いてもよいし、振動などの触覚的（物理的）手段を用いてもよい。

これにより、オペレータは、操作と動作の乖離が、アタッチメント１２の動作の自動補正によるものであることを認知することができる。またオペレータは、この報知が連続して発生する場合には、自身の操作が不適切であることを認識することが可能であり、操作が支援される。

（変形例２）
オペレータが意図的に、車体の浮き上がりを利用したい場合もある。そこで浮き上がり抑制機能を、オペレータがオン、オフできるようにするとよい。図１０は、ショベルの運転室に設けられたディスプレイ７００および操作部７１０一例を示す図である。たとえばディスプレイ７００には、浮き上がり抑制機能のオン・オフ（有効・無効）をオペレータに尋ねるダイアログ７０２やアイコンが表示される。オペレータは操作部７１０を利用して、浮き上がり補正機能を有効にするか、無効にするかを選択する。操作部７１０はタッチパネルであってもよく、オペレータは、ディスプレイ上の適切な箇所をタッチすることにより、有効・無効を指定してもよい。

図１１（ａ）、（ｂ）は、浮き上がり抑制機能を無効化すべき状況を説明する図である。図１１（ａ）は、走行体２が深みにはまってしまい、そこから脱出したい場合である。走行体２による推進力がうまく得られない場合には、アタッチメント１２を操作して、積極的に走行体２を浮かせたり滑らせることにより、深みから脱出できる。

図１１（ｂ）は、走行体２のクローラー（キャタピラー）の泥落としを行いたい場合である。アタッチメント１２を利用して、片側のクローラーを浮かせて空転させることにより、クローラーの泥を落とすことができる。この場合にも、浮き上がり抑制機能は無効化すべきである。

（変形例３）
図２を参照して、ブームの操作に起因する浮き上がりについて説明したが、本発明の適用はそれに限定されない。図１２（ａ）、（ｂ）は、後方浮き上がりの別の例を説明する図である。図１２（ａ）は、バケット１０の操作により、バケットに土砂を掻き入れようとしたときに、硬い石８００と接触した状態を示す。この場合、前方を支点として後方が浮き上がろうとする。

図１２（ｂ）は、法面の仕上げ作業を示す。この作業では、法面に沿ってバケット１０を移動させる動作が行われ、ブームとアームが同時に操作される。この際に、バケット１０が、法面に埋まった石８００と衝突すると、前方を支点として後方が浮き上がろうとする。図１２（ａ）、（ｂ）のような状況においても、上述の浮き上がり抑制機能は有効に働く。

（変形例４）
後方支点の前方浮き上がりを説明する。車体の姿勢、地面の状況によっては、ショベルは、後方を支点として前方が浮き上がってしまう場合がある。

図１３は、前方浮き上がりに関連するショベルの力学的なモデルを示す図である。Ｄ_２は、ショベルの車体重心Ｐ_３と、走行体２の後方の転倒支点Ｐ_１の間の距離を表す。転倒支点Ｐ_１は、走行体２の有効接地領域５２のうち、アタッチメント１２が延びる方向（旋回体４の向き）における最後端とみなすことができる。

またＤ_４は、ブームシリンダ７の延長線ｌ_２と、転倒支点Ｐ_１の間の距離を表す。Ｆ_１はブームシリンダ７が上部旋回体４に及ぼす力であり、Ｍは車体重量、ｇは重力加速度である。このとき、転倒支点Ｐ_１を中心として反時計回りに車体を傾けようとするトルクτ_１（すなわち浮かせようとするトルク）は、式（１０）で表される。
τ_１＝Ｄ_４×Ｆ_１ …（１０）

一方、重力が転倒支点Ｐ_１を中心として時計回りに車体を傾けようとするトルクτ_２（すなわち地面に抑え付けようとするトルク）は、式（１１）で表される。
τ_２＝Ｄ_２Ｍｇ …（１１）

車体の前方が浮き上がらずに安定する条件は、
τ_１＜τ_２ …（１２）
であり、式（１０）、（１１）を代入すると、安定条件として不等式（１３）を得る。
Ｄ_４Ｆ_１＜Ｄ_２Ｍｇ …（１３）
となる。すなわち浮き上がり抑制部６００は、不等式（１３）が成り立つように、ブームシリンダ７の動作を補正すればよい。

実施の形態では、ブームシリンダ７の圧力を制御することにより、浮き上がりを抑制したが、それに加えて、アームシリンダやバケットシリンダの圧力を制御してもよい。

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

１…ショベル、２…走行体、２Ａ，２Ｂ…走行油圧モータ、３…旋回装置、４…旋回体、４ａ…運転室、５…ブーム、６…アーム、７…ブームシリンダ、８…アームシリンダ、９…バケットシリンダ、１０…バケット、１１…エンジン、１２…アタッチメント、１４…メインポンプ、１５…パイロットポンプ、１７…コントロールバルブ、２１…旋回油圧モータ、２６…操作装置、２７…パイロットライン、３０…コントローラ、６００…浮き上がり抑制部、６０２…力推定部、６０４…距離算出部、６０６…圧力調節部、５１０，５１２…圧力センサ、５２０…電磁比例リリーフ弁、５３０…電磁比例制御弁。

本発明は産業機械に利用できる。

Claims (10)

1. 走行体と、
   前記走行体に回動自在に設けられる上部旋回体と、
   ブーム、アーム、バケットを有し、前記上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、
   走行体の前方を転倒支点とする後方の浮き上がりが抑制されるように、前記アタッチメントのブームシリンダの動作を補正する浮き上がり抑制部と、
   を備え、
   前記浮き上がり抑制部は、前記ブームシリンダのロッド圧およびボトム圧にもとづいて、前記ブームシリンダの動作を補正することを特徴とするショベル。
2. 前記浮き上がり抑制部は、前記ブームシリンダが前記上部旋回体に及ぼす力にもとづいて、前記ブームシリンダの動作を補正することを特徴とする請求項１に記載のショベル。
3. 加速度センサ、速度センサ、ジャイロセンサの少なくともひとつであって、前記ショベルのピッチ軸周りの回転を検出するセンサをさらに備え、
   前記浮き上がり抑制部は、前記センサの出力にもとづいて前記ブームシリンダの動作を補正することを特徴とする請求項１または２に記載のショベル。
4. 前記浮き上がり抑制部は、前記ショベルが走行していないこと、前記アタッチメントが操作されていること、を条件として前記ブームシリンダの動作を補正することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のショベル。
5. 前記ショベルの車体重心と前記走行体の転倒支点の間の距離をＤ_２、前記ブームシリンダと前記上部旋回体との連結点と前記転倒支点の間の距離をＤ_４、前記ブームシリンダが前記上部旋回体に及ぼす力をＦ_１、車体重量をＭ、重力加速度をｇとするとき、前記浮き上がり抑制部は、
   Ｄ_４Ｆ_１＜Ｄ_２Ｍｇ
   が成り立つように、前記ブームシリンダの動作を補正することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のショベル。
6. 前記転倒支点の位置を、前記上部旋回体の向きに応じて変化させることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のショベル。
7. 距離Ｄ_４，Ｄ_２またはそれらの比を、前記走行体が浮き上がったタイミングにおける前記ブームシリンダが前記上部旋回体に及ぼす力Ｆ_{１＿ＩＮＩＴ}にもとづいて取得することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のショベル。
8. 前記浮き上がり抑制部の機能の有効、無効の状態をオペレータが選択するための操作部をさらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のショベル。
9. 前記浮き上がり抑制部による前記ブームシリンダの動作補正は、前記ブーム、前記アーム、前記バケットの少なくともひとつを操作しているときに実行されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のショベル。
10. 前記浮き上がり抑制部はさらに、前記走行体の後方を転倒支点とする前方の浮き上がりが抑制されるように、前記アタッチメントのブームシリンダの動作を補正することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のショベル。

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