WO2020067326A1 - ショベル - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a shovel.
- an object of the present invention is to provide a shovel capable of suppressing an unstable phenomenon that may occur in a body of the shovel when the attachment is in the air.
- An undercarriage An upper revolving structure that is rotatably mounted on the lower traveling structure, A boom attached to the revolving superstructure, an arm attached to a tip of the boom, and an attachment having an end attachment attached to a tip of the arm, Correct the operation of the arm or the end attachment according to the stable state of the body of the shovel, An excavator is provided.
- FIG. 3 is a diagram illustrating details of an example of a hydraulic circuit including a hydraulic oil holding circuit and a relief valve. It is a figure which shows the example of the rear rising phenomenon of a shovel. It is a figure which shows the example of the rear rising phenomenon of a shovel. It is a figure explaining the static overturning moment which acts on the body of a shovel.
- FIG. 3 is a diagram illustrating details of an example of a hydraulic circuit including a hydraulic oil holding circuit and a relief valve. It is a figure which shows the example of the rear rising phenomenon of a shovel. It is a figure which shows the example of the rear rising phenomenon of a shovel. It is a figure explaining the static overturning moment which acts on the body of a shovel.
- FIG. 9 is a top view showing a specific example of a stable range of the shovel in consideration of an orientation of the upper swing body with respect to the lower traveling body. It is a top view which shows the specific example of the stable range of an attachment at the time of considering the inclination of a work surface. It is a top view which shows the specific example of the stable range of an attachment at the time of considering the inclination of a work surface. It is a side view which shows the other example of a shovel. It is a block diagram showing the 4th example of composition of a shovel.
- FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a control method of stabilization control for suppressing a rear lifting phenomenon. It is a figure showing the 5th example of composition of a shovel. It is a figure showing the 6th example of composition of a shovel. It is a figure showing an example of composition of a shovel management system.
- FIG. 1 is a side view showing an example of the shovel 100 according to the present embodiment.
- the shovel 100 includes a lower traveling body 1, an upper revolving body 3 that is rotatably mounted on the lower traveling body 1 via a rotating mechanism 2, a boom 4 as an attachment (an example of a work attachment),
- the vehicle includes an arm 5, a bucket 6, and a cabin 10 on which an operator rides.
- plan view when the shovel 100 is viewed in a plan view (hereinafter, simply referred to as “plan view”) from directly above the shovel 100 along the pivot axis of the upper revolving structure 3, the front of the shovel 100 is positioned with respect to the upper revolving structure 3.
- the direction in which the attachment extends hereinafter simply referred to as the “direction in which the attachment extends”.
- the left and right sides of the shovel 100 respectively correspond to the left and right sides of the operator in the cabin 10 when the shovel 100 is viewed in a plan view.
- the lower traveling body 1 includes, for example, a pair of right and left crawlers, and the shovel 100 travels when each of the crawlers is hydraulically driven by the traveling hydraulic motors 1L and 1R (see FIGS. 2 to 4).
- the upper swing body 3 swings with respect to the lower traveling body 1 by being driven by the swing hydraulic motor 2A (see FIGS. 2 to 4).
- the boom 4 is pivotally attached to the center of the front part of the upper swing body 3 so as to be able to descend.
- An arm 5 is pivotally attached to the tip of the boom 4 so as to be vertically rotatable. It is pivotally mounted pivotally.
- the boom 4, the arm 5, and the bucket 6 are respectively hydraulically driven by a boom cylinder 7, an arm cylinder 8, and a bucket cylinder 9 as hydraulic actuators.
- a hook 80 for crane work is attached to the bucket 6.
- the hook 80 has a base end rotatably connected to a bucket pin 62 that connects between the arm 5 and the bucket 6.
- the hook 80 is stored in the hook storage unit 50 formed between the two bucket links 70.
- the bucket 6 is an example of an end attachment
- the shovel 100 includes an end attachment of a type different from that of the bucket 6 (eg, a crusher, a lifting magnet, an end attachment having a different use from the bucket 6, a large bucket, or the like).
- An end attachment having a specification other than that of the bucket 6 may be attached. That is, the shovel 100 may be configured so that the type of the end attachment can be appropriately changed according to the work content or the like.
- the cabin 10 is a cockpit in which an operator boards, and is mounted on the front left side of the upper swing body 3.
- the shovel 100 is driven by the lower traveling unit 1, the upper revolving unit 3, the boom 4, the arm 5, the bucket 6, and the like in accordance with an operation of an operator (hereinafter referred to as “boarding operator” for convenience) riding in the cabin 10. Make the element work.
- the shovel 100 is configured to control the lower traveling unit 1, the upper revolving unit 3, the boom 4, the arm 5, the bucket 6, and the like in response to a remote control signal received from a predetermined external device (for example, a management device 200 described later). May be operated. That is, the shovel 100 may be remotely operated. When the shovel 100 is remotely operated, the inside of the cabin 10 may be unmanned.
- a predetermined external device for example, a management device 200 described later.
- the excavator 100 may automatically operate the hydraulic actuator without depending on the operation of the boarding operator of the cabin 10 or the remote operation of the operator of the external device (hereinafter, “remote operator” for convenience).
- the shovel 100 has a function of automatically operating at least a part of driven elements such as the lower traveling structure 1, the upper revolving structure 3, the boom 4, the arm 5, and the bucket 6 (hereinafter, “automatic operation function").
- automated operation function To achieve.
- the boarding operator and the remote operator may be generically referred to as operators.
- the automatic driving function includes a function of automatically operating a driven element (hydraulic actuator) other than the driven element (hydraulic actuator) to be operated according to the operation of the boarding operator or the remote operation of the remote operation operator (so-called “semi-automatic”). Luck function ").
- the automatic driving function is a function that automatically operates at least a part of a plurality of driven elements (hydraulic actuators) on the assumption that there is no operation by a boarding operator or remote operation by a remote operator (a so-called “fully automatic driving function”). ) May be included.
- the fully automatic driving function is effective in the shovel 100, the inside of the cabin 10 may be unmanned.
- the automatic driving function includes a gesture of a worker or the like around the shovel 100, which is recognized by the shovel 100, and at least a part of a plurality of driven elements (hydraulic actuators) according to the content of the recognized gesture. May be included (“gesture operation function”).
- the semi-automatic driving function, the fully automatic driving function, and the gesture operation function include a mode in which the operation content of a driven element (hydraulic actuator) to be automatically driven is automatically determined according to a predetermined rule. Good.
- the shovel 100 autonomously makes various kinds of judgments, and, based on the judgment results, the driven element (hydraulic actuator) to be automatically driven automatically. ) May be included (so-called “autonomous driving function”).
- FIGS. 2 to 4 are block diagrams showing first to third examples of the configuration of the shovel 100 according to the present embodiment. Specifically, FIGS. 2 to 4 differ from each other in the configuration of a hydraulic circuit related to a relief valve V8R described later.
- FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a hydraulic circuit including the hydraulic oil holding circuit 90 and the relief valve V8R. Specifically, the hydraulic oil holding circuit 90 and the relief valve V8R corresponding to the configuration of the shovel 100 illustrated in FIG.
- FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a hydraulic circuit including a hydraulic circuit.
- the mechanical power line is indicated by a double line
- the high-pressure hydraulic line is indicated by a solid line
- the pilot line is indicated by a broken line
- the electric drive / control line is indicated by a dotted line.
- the hydraulic drive system of the shovel 100 includes traveling hydraulic motors 1L and 1R that hydraulically drive the lower traveling unit 1, the upper revolving unit 3, the boom 4, the arm 5, and the bucket 6, respectively, and the pivot hydraulic pressure. It includes hydraulic actuators such as motor 2A, boom cylinder 7, arm cylinder 8, and bucket cylinder 9. Further, the hydraulic drive system of the shovel 100 according to the present embodiment includes an engine 11, a regulator 13, a main pump 14, and a control valve 17.
- the engine 11 is a main power source in the hydraulic drive system, and is mounted, for example, at the rear of the upper swing body 3. Specifically, under direct or indirect control by a controller 30 to be described later, the engine 11 rotates at a predetermined target rotation speed and drives the main pump 14 and the pilot pump 15.
- the engine 11 is, for example, a diesel engine using light oil as fuel.
- the regulator 13 controls the discharge amount of the main pump 14. For example, the regulator 13 adjusts the angle of the swash plate of the main pump 14 (hereinafter, “tilt angle”) according to a control command from the controller 30.
- the main pump 14 is mounted, for example, at the rear of the upper revolving unit 3 like the engine 11 and supplies hydraulic oil to the control valve 17 through a high-pressure hydraulic line.
- the main pump 14 is driven by the engine 11 as described above.
- the main pump 14 is, for example, a variable displacement hydraulic pump.
- the stroke length of the piston is adjusted by adjusting the tilt angle of the swash plate by the regulator 13 under the control of the controller 30 as described above.
- the flow rate (discharge pressure) can be controlled.
- the control valve 17 is, for example, a hydraulic control device that is mounted at the center of the upper swing body 3 and controls a hydraulic actuator in accordance with an operation of the operating device 26 by a boarding operator or a remote operation by a remote operator. As described above, the control valve 17 is connected to the main pump 14 via the high-pressure hydraulic line, and supplies the hydraulic oil supplied from the main pump 14 to a hydraulic actuator (travel hydraulic motors 1L, 1R) according to the operation contents of the operator. , The swing hydraulic motor 2A, the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, and the bucket cylinder 9).
- control valve 17 includes a plurality of control valves (for example, a control valve 17A described later corresponding to the arm cylinder 8) that controls the flow rate and the flow direction of hydraulic oil supplied from the main pump 14 to each of the hydraulic actuators. Etc.).
- the operation system of the shovel 100 includes the pilot pump 15 and the operation device 26.
- the pilot pump 15 is mounted, for example, at the rear of the upper swing body 3 and supplies hydraulic oil (pilot pressure) to an operation device 26 via a pilot line 25.
- the pilot pump 15 is, for example, a fixed displacement hydraulic pump, and is driven by the engine 11 as described above.
- the operation device 26 is provided near the cockpit of the cabin 10 and is an operation input means for the operator to operate various operation elements (the lower traveling structure 1, the upper revolving structure 3, the boom 4, the arm 5, the bucket 6, etc.). It is. In other words, the operating device 26 controls the operation of the hydraulic actuators (ie, the traveling hydraulic motors 1L and 1R, the swing hydraulic motor 2A, the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, the bucket cylinder 9, and the like) that drive the respective operation elements. Is an operation input means to be performed.
- the hydraulic actuators ie, the traveling hydraulic motors 1L and 1R, the swing hydraulic motor 2A, the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, the bucket cylinder 9, and the like
- the operating device 26 is, for example, a hydraulic pilot type using hydraulic oil supplied from the pilot pump 15 through the pilot line 25.
- the operating device 26 uses the operating oil supplied from the main pump 14 to output a pilot pressure corresponding to the operation content to a pilot line 27 on the secondary side.
- the operating device 26 is connected to the control valve 17 through a pilot line 27 on the secondary side.
- a pilot pressure according to the operating state of the lower traveling structure 1, the upper swing structure 3, the boom 4, the arm 5, the bucket 6, and the like in the operating device 26 is input to the control valve 17. Therefore, the control valve 17 can realize the operation of each hydraulic actuator according to the operation state of the operation device 26.
- the operation device 26 may be, for example, an electric device that outputs an electric signal (hereinafter, referred to as an “operation signal”) according to the operation content.
- An operation signal output from the operation device 26 is, for example, captured by the controller 30.
- the controller 30 issues a control command corresponding to the operation content of the operation device 26 in accordance with the received operation signal, to a hydraulic control system interposed in a pilot line connecting the pilot pump 15 and the pilot port of the control valve 17. Output to a valve (hereinafter, “operation control valve”).
- operation control valve a pilot pressure corresponding to the operation content of the operation device 26 is supplied to the control valve 17 from the operation control valve. Therefore, the control valve 17 can realize the operation of each hydraulic actuator according to the operation content on the operation device 26 such as a boarding operator.
- the operation control valve may be used.
- the controller 30 outputs a control command corresponding to the content of the remote operation to the operation control valve in response to a remote operation signal received from an external device.
- a pilot pressure corresponding to the content of the remote operation is supplied from the operation control valve to the control valve 17. Therefore, the control valve 17 can realize the operation of each hydraulic actuator according to the content of the remote operation by the remote operator.
- the operation control valve may be used.
- the controller 30 outputs a control command corresponding to the operation of the hydraulic actuator by the automatic operation function without depending on the operation of the operator.
- a pilot pressure corresponding to the operation of the hydraulic actuator by the automatic operation function is supplied to the control valve 17 from the operation control valve. Therefore, the control valve 17 can realize the operation of each hydraulic actuator corresponding to the automatic operation function.
- the operating device 26 includes, for example, a lever device that operates each of the boom 4 (boom cylinder 7), the arm 5 (arm cylinder 8), the bucket 6 (bucket cylinder 9), and the upper swing body 3 (swing hydraulic motor 2A). Including.
- the operation device 26 includes, for example, a pedal device or a lever device that operates each of the left and right lower traveling bodies 1 (travel hydraulic motors 1L and 1R).
- the control system of the shovel 100 includes a controller 30, an operation pressure sensor 29, a display device 40, an input device 42, a sound output device 44, a hook storage state detection device 51, and a boom posture sensor S1.
- the controller 30 controls the drive of the shovel 100.
- the function of the controller 30 may be realized by any hardware or a combination of hardware and software.
- the controller 30 includes a CPU (Central Processing Unit), a memory device such as a RAM (Random Access Memory), a non-volatile auxiliary storage device such as a ROM (Read Only Memory), and various input / output interface devices. It is composed mainly of computers.
- the controller 30 includes, for example, a dynamic unstable state determining unit 301 and a static unstable state determining unit as functional units realized by executing one or more programs installed in an auxiliary storage device or the like on the CPU. 302 and a stabilization control unit 303.
- controller 30 may be realized by another controller (control device). That is, the function of the controller 30 may be realized in a mode that is distributed by a plurality of controllers.
- the operation pressure sensor 29 detects the pilot pressure on the secondary side (pilot line 27) of the operation device 26, that is, the pilot pressure corresponding to the operation state of each operating element (hydraulic actuator) in the operation device 26. I do. A detection signal of a pilot pressure corresponding to an operation state of the lower traveling structure 1, the upper swing body 3, the boom 4, the arm 5, the bucket 6, and the like in the operation device 26 by the operation pressure sensor 29 is taken into the controller 30.
- the display device 40 is disposed at a position in the cabin 10 that is easily visible to an operator, and displays various information images under the control of the controller 30.
- the display device 40 is, for example, a liquid crystal display or an organic EL (Electroluminescence) display.
- the input device 42 is provided within a range that can be reached from a seated operator in the cabin 10, receives various operation inputs from the operator, and outputs a signal corresponding to the operation input to the controller 30.
- the input device 42 is, for example, a touch panel mounted on a display of a display device that displays various information images, a knob switch provided at a tip of a lever portion of a lever device included in the operation device 26, and installed around the display device 40. Buttons, a lever, a toggle, a dial, a touch panel mounted on the display device 40, a touch pad separate from the display device 40, and the like.
- the input device 42 receives an operation input for an operator or the like to switch the operation mode of the shovel 100 between a normal mode for performing excavation work and the like and a crane mode for performing crane work using the hook 80.
- a crane mode switch may be included.
- the normal mode is the operation mode of the shovel 100 in which the operation speed of the attachment (for example, the boom 4) to the operation of the operator through the operation device 26 is relatively high
- the crane mode is the operation mode of the operator through the operation device 26.
- This is an operation mode of the shovel 100 in which the operation speed of the attachment for the operation is relatively slow.
- the controller 30 switches the operation mode of the shovel 100 from the normal mode to the crane mode when the crane mode switch is turned on, and switches the operation mode of the shovel 100 from the crane mode to the normal mode when the crane mode switch is turned off. Switch.
- the controller 30 sets the target rotation speed of the engine 11 in the crane mode lower than in the normal mode. Thereby, the controller 30 can make the operation of the attachment slower in the crane mode than in the normal mode.
- the sound output device 44 is provided in the cabin 10 and outputs various sounds under the control of the controller 30.
- the sound output device 44 is, for example, a speaker, a buzzer, or the like.
- the hook storage state detection device 51 detects the storage state of the hook 80 in the attachment (hook storage unit 50).
- the hook storage state detection device 51 is, for example, a switch that is in a conductive state when the hook 80 is present in the hook storage unit 50 and is in a cutoff state when the hook 80 is not present in the hook storage unit 50.
- the hook storage state detection device 51 is connected to the controller 30 through the cable 35, and the controller 30 determines whether the hook 80 is stored in the hook storage unit 50 based on the conduction / non-conduction of the hook storage state detection device 51. it can.
- the controller 30 may automatically switch the operation mode of the shovel 100 between the crane mode and the normal mode based on information detected by the hook storage state detection device 51.
- the crane mode switch may be omitted.
- the controller 30 switches the operation mode of the shovel 100 from the normal mode to the crane mode when determining that the hook 80 has been removed from the hook storage unit 50 by switching the hook storage state detection device 51 from the conductive state to the cutoff state. You can switch.
- the controller 30 determines that the hook 80 has been returned to the hook storage unit 50 by switching the hook storage state detection device 51 from the blocking state to the conduction state
- the controller 30 changes the operation mode of the shovel 100 from the crane mode to the normal mode. You can switch.
- the boom posture sensor S1 is attached to the boom 4 and detects a posture angle of the boom 4 with respect to the upper swing body 3, specifically, an elevation angle (hereinafter, “boom angle”).
- the boom posture sensor S1 detects, for example, an angle formed by a straight line connecting the fulcrums at both ends of the boom 4 with respect to the turning plane of the upper turning body 3 in a side view.
- the boom attitude sensor S1 may include, for example, a rotary encoder, an acceleration sensor, an angular acceleration sensor, a 6-axis sensor, an IMU (Inertial Measurement Unit), and the like.
- an arm attitude sensor S2, a bucket attitude sensor S3 The same applies to the body attitude sensor S4.
- a detection signal corresponding to the boom angle ⁇ 1 by the boom posture sensor S1 is taken into the controller 30.
- the arm posture sensor S2 is attached to the arm 5, and a posture angle of the arm 5 with respect to the boom 4, specifically, a rotation angle (hereinafter, “arm angle”), for example, fulcrums at both ends of the boom 4 in a side view.
- arm angle a rotation angle
- the detection signal corresponding to the arm angle ⁇ 2 by the arm posture sensor S2 is taken into the controller 30.
- the bucket attitude sensor S3 is attached to the bucket 6, and an attitude angle of the bucket 6 with respect to the arm 5, specifically, a rotation angle (hereinafter, “bucket angle”), for example, fulcrums at both ends of the arm 5 in a side view.
- a rotation angle hereinafter, "bucket angle”
- the detection signal corresponding to the bucket angle ⁇ 3 by the bucket attitude sensor S3 is taken into the controller 30.
- the body posture sensor S4 detects the posture state of the body, specifically, the upper swing body 3.
- the body attitude sensor S4 is attached to, for example, the upper swing body 3, and the attitude angle of the upper swing body 3 about two axes in the front-rear direction and the left-right direction, that is, the tilt angle (hereinafter, the “front-back tilt angle” and the “left-right tilt”). Corner)).
- the body attitude sensor S4 detects the vertical attitude angle of the upper swing body 3, that is, the swing angle about the swing axis 2X.
- the detection signals corresponding to the inclination angles (the front-back inclination angle and the left-right inclination angle) and the turning angle by the body posture sensor S4 are taken into the controller 30.
- the boom rod pressure sensor S7R and the boom bottom pressure sensor S7B are respectively attached to the boom cylinder 7, and the pressure in the rod-side oil chamber of the boom cylinder 7 (hereinafter, “boom rod pressure”) and the pressure in the bottom-side oil chamber (hereinafter, referred to as “boom rod pressure”). , “Boom bottom pressure”). Detection signals corresponding to the boom rod pressure and the boom bottom pressure by the boom rod pressure sensor S7R and the boom bottom pressure sensor S7B are taken into the controller 30, respectively.
- the arm rod pressure sensor S8R and the arm bottom pressure sensor S8B are attached to the arm cylinder 8, respectively, and the pressure of the rod side oil chamber of the arm cylinder 8 (hereinafter, “arm rod pressure”) and the pressure of the bottom side oil chamber ( Hereinafter, “arm bottom pressure” is detected. Detection signals corresponding to the arm rod pressure and the arm bottom pressure by the arm rod pressure sensor S8R and the arm bottom pressure sensor S8B are taken into the controller 30, respectively.
- the bucket rod pressure sensor S9R and the bucket bottom pressure sensor S9B are respectively attached to the bucket cylinder 9, and the pressure in the rod-side oil chamber of the bucket cylinder 9 (hereinafter, “bucket rod pressure”) and the pressure in the bottom-side oil chamber (hereinafter, referred to as “bucket rod pressure”). , “Bucket bottom pressure”).
- Bucket rod pressure the pressure in the rod-side oil chamber of the bucket cylinder 9
- Bucket rod pressure the pressure in the bottom-side oil chamber
- the relief valve V8R discharges hydraulic oil in the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 to the hydraulic oil tank T in response to a control command from the controller 30, and releases the pressure of the hydraulic oil in the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8. I do.
- the arm cylinder 8 moves to the rod side, that is, the extension side by the weight of the arm 5 connected at the tip of the rod, and as a result, the arm 5 moves (rotates) in the closing direction.
- the relief valve V8R may be provided in a high-pressure hydraulic line between the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 and the control valve 17.
- the relief valve V8R is a control valve of a high-pressure hydraulic line between the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 and the control valve 17A corresponding to the arm cylinder 8 in the control valve 17. It may be provided in a part built in the valve 17. That is, the relief valve V8R may be provided in the high-pressure hydraulic line between the control valve 17A corresponding to the arm cylinder 8 and the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8, regardless of inside or outside of the control valve 17.
- the relief valve V8R may be built in the control valve 17A.
- the relief valve V8R is connected to the center bypass oil passage in the control valve 17 from the oil passage communicating with the port connected to the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 in the control valve 17A (the operating oil of the main pump 14
- the hydraulic oil may be discharged to an oil passage that circulates to the tank T).
- a hydraulic oil holding circuit 90 may be provided in a high-pressure hydraulic line between the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 and the control valve 17.
- arm closing operation When the operation of closing the arm 5 in the closing direction (hereinafter referred to as “arm closing operation”) is not performed through the operating device 26, the operating oil holding circuit 90 controls the operating oil in the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8. Hold.
- the hydraulic oil holding circuit 90 is configured to prevent the arm 5 from falling in the closing direction even when a leak of hydraulic oil or the like occurs on the downstream side when the arm cylinder 8 side is set as the upstream side. The situation can be prevented.
- the relief valve V8R is located closer to the control valve 17A than the hydraulic oil holding circuit 90 on the high-pressure hydraulic line between the rod side oil chamber of the arm cylinder 8 and the control valve 17A in the control valve 17 (the arm cylinder side is It may be provided on the downstream side when it is on the upstream side.
- the relief valve V8R may be provided outside the control valve 17, that is, in a high-pressure hydraulic line between the hydraulic oil holding circuit 90 and the control valve 17, as shown in FIG. 3, the relief valve V8R is a control valve 17 of the high pressure hydraulic line between the rod side oil chamber of the arm cylinder 8 and the control valve 17A corresponding to the arm cylinder 8 in the control valve 17. It may be provided in a part built in the. Further, the relief valve V8R may be built in the control valve 17A as described above.
- the hydraulic oil holding circuit 90 is provided on a high-pressure hydraulic line that connects between the control valve 17 and the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8.
- the hydraulic oil holding circuit 90 mainly includes a holding valve 90a and a spool valve 90b.
- the holding valve 90a allows the hydraulic oil to flow from the control valve 17 into the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8. Specifically, the holding valve 90a supplies the operating oil supplied from the control valve 17 through the oil passage 901 in response to the operation of the operation device 26 in the opening direction of the arm 5 (hereinafter, “arm opening operation”). The oil is supplied to the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 through the oil passage 903. On the other hand, the holding valve 90a blocks outflow of hydraulic oil from the rod-side oil chamber (oil passage 903) of the arm cylinder 8 to the oil passage 901 connected to the control valve 17.
- the holding valve 90a is, for example, a poppet valve.
- the holding valve 90 a is connected to one end of an oil passage 902 branched from the oil passage 901, and supplies the hydraulic oil in the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 to the downstream oil passage 901 through a spool valve 90 b disposed in the oil passage 902. (Control valve 17). Specifically, when the spool valve 90b provided in the oil passage 902 is in the non-communication state (the leftmost spool position in the figure), the holding valve 90a holds the operating oil in the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 as the operating oil. It is held so as not to be discharged to the downstream side (oil passage 901) of the circuit 90.
- the holding valve 90a holds the operating oil in the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 via the oil passage 902. It can be discharged downstream of the circuit 90.
- the spool valve 90b is provided in the oil passage 902, and discharges hydraulic oil in the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8, which is shut off by the holding valve 90a, to the downstream of the hydraulic oil holding circuit 90 (oil passage 901). Can be.
- the spool valve 90b is provided with a first spool position (a left end spool position in the drawing) for disconnecting the oil passage 902 and a second spool position (a center spool position in the drawing) for restricting the oil passage 902 to communicate. ), And a third spool position (the rightmost spool position in the figure) for making the oil passage 902 fully open for communication.
- the degree of throttle of the spool valve 90b is varied according to the magnitude of the pilot pressure input to the pilot port.
- the spool valve 90b When the pilot pressure is not input to the pilot port, the spool valve 90b has the spool at the first spool position, and the hydraulic oil in the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 is supplied to the hydraulic oil holding circuit 90 via the oil passage 902. It is not discharged downstream (oil passage 901).
- the spool when the pilot pressure is input to the pilot port of the spool valve 90b, the spool is at either the second position or the third position according to the magnitude of the pilot pressure. Specifically, as the pilot pressure acting on the pilot port of the spool valve 90b increases, the degree of throttle at the second position decreases, and the spool approaches the third spool position from the second spool position. When the pilot pressure acting on the pilot port increases to some extent, the spool valve 90b moves the spool to the third spool position.
- a pilot circuit for inputting pilot pressure to the spool valve 90b is provided.
- the pilot circuit includes a pilot pump 15, an arm closing remote control valve 26Aa, an electromagnetic switching valve 92, and a shuttle valve 94.
- the arm closing remote control valve 26Aa is connected to the pilot pump 15 through the pilot line 25A.
- the arm closing remote control valve 26Aa is included in a lever device for operating the arm cylinder 8 of the operating device 26, and uses a hydraulic oil supplied from the pilot pump 15 to operate a pilot pressure corresponding to the closing operation of the arm 5. Is output to the pilot line 27U.
- the electromagnetic switching valve 92 branches from a pilot line 25A between the pilot pump 15 and the arm closing remote control valve 26Aa, bypasses the arm closing remote control valve 26Aa, and is connected to one input port of the shuttle valve 94. It is provided on line 25B.
- the electromagnetic switching valve 92 switches the communication state / non-communication state of the pilot line 25B.
- the shuttle valve 94 has one input port connected to one end of the pilot line 25B, and the other port connected to one end of the secondary pilot line 27U of the arm closing remote control valve 25Aa.
- the shuttle valve 94 outputs one of the two input ports having a higher pilot pressure to the pilot port of the spool valve 90b.
- pilot pressure acts on the pilot port of the spool valve 90b from the shuttle valve 94, and the spool valve 90b is brought into a communicating state. Therefore, the spool valve 90b discharges the hydraulic oil in the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 downstream of the hydraulic oil holding circuit 90 (oil path 901) via the oil path 902 in response to the arm closing operation on the lever device 26A. can do.
- the spool valve 90b operates in conjunction with the arm closing operation on the operating device 26, and when the arm closing operation is performed through the operating device 26, the hydraulic oil shut off by the holding valve 90a is removed from the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 by the holding valve 90a. Discharge. Further, even when the arm closing operation is not performed through the operation device 26, the shuttle valve 94 is connected to the pilot port of the spool valve 90b from the electromagnetic switching valve 92 via the shuttle valve 94 under the control of the controller 30. Pilot pressure can be applied.
- the controller 30 releases the hydraulic oil holding function of the hydraulic oil holding circuit 90 (spool valve 90 b) via the electromagnetic switching valve 92, and regardless of whether or not the arm closing operation is performed on the operating device 26 (lever device), the oil is released.
- the controller 30 releases the hydraulic oil holding function of the hydraulic oil holding circuit 90 via the electromagnetic switching valve 92, so that the relief disposed downstream of the hydraulic oil holding circuit 90, that is, on the control valve 17 side.
- the function of releasing the pressure of the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 by the valve V8R can be made effective.
- the controller 30 outputs a control command to the relief valve V8R in a state where the function of releasing the pressure of the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 by the relief valve V8R is enabled, so that the rod of the arm cylinder 8 is connected to the relief valve V8R.
- the pressure in the side oil chamber can be released.
- the relief valve V8R may be provided on a high-pressure hydraulic line on the arm cylinder 8 side of the holding valve 90a of the hydraulic oil holding circuit 90.
- the relief valve V8R can discharge the operating oil in the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 to the operating oil tank T regardless of whether or not the operating oil holding function of the operating oil holding circuit 90 is released. That is, the controller 30 releases the pressure of the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 to the relief valve V8R by outputting a control command to the relief valve V8R without releasing the hydraulic oil holding function of the hydraulic oil holding circuit 90. Can be done.
- a control valve for discharging (supplying) the hydraulic oil in the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 to the bottom-side oil chamber of the arm cylinder 8 may be employed.
- the regeneration valve in response to the control command from the controller 30, the regeneration valve is opened from the fully closed state at an opening corresponding to the content of the control command.
- the working oil in the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 is regenerated into the bottom oil chamber of the arm cylinder 8 through the regeneration valve by the weight of the arm 5, and the arm 5 operates in the downward direction.
- the dynamic unstable state determination unit 301 determines whether the body of the shovel 100 including the lower traveling body 1 and the upper revolving superstructure 3 is in a dynamic unstable state (hereinafter, “dynamically unstable state”). I do.
- the dynamic unstable state of the airframe is a dynamic disturbance that acts on the airframe in response to the operation of the shovel 100 during the aerial operation of the attachment (for example, the anti-moment of the operation of the attachment or the operation of the undercarriage 1 when traveling. Moment, etc.), a predetermined instability phenomenon may occur.
- the dynamic unstable state of the fuselage includes a predetermined state due to a dynamic disturbance acting on the fuselage in accordance with the operation of the shovel 100 except when the attachment is in the air (eg, when the attachment is digging). It may include a state in which the unstable phenomenon may occur.
- FIG. 6 shows a specific example of an unstable phenomenon in which the rear part of the body of the shovel 100 (the lower traveling body 1) floats (hereinafter, “a rear lifting phenomenon”) as an example of the predetermined unstable phenomenon.
- a rear lifting phenomenon As an example of the predetermined unstable phenomenon.
- FIG. 6A is a diagram illustrating a state in which the shovel 100 stores (holds) the earth and sand ES in the bucket 6, and
- FIG. 6B illustrates an opening of the bucket 6 from the state of FIG. 6A. It is a figure which shows the state which performs operation
- the counter-moment (hereinafter, referred to as a dynamic disturbance) is generated. “Dynamic overturning moment”) acts on the upper rotating body 3 through the attachment.
- the dynamic overturn moment is determined by using the ground point of the front end of the lower traveling body 1 (in this example, one outer end of the pair of left and right crawlers) as a fulcrum (hereinafter, “overturn fulcrum”) and the body of the shovel 100. Is acted in a direction to cause the vehicle to fall forward, that is, a direction to make the rear part of the lower traveling body 1 rise. Further, the dynamic overturning moment increases as the position of the bucket 6 moves away from the overturning fulcrum, that is, as the position of the bucket 6 moves away from the body (the lower traveling body 1 and the upper swing body 3). In addition, the dynamic moment increases as the weight of the bucket 6 including the contents increases.
- the dynamic overturning moment increases as the opening operation of the bucket 6 increases (specifically, as the acceleration increases).
- the orientation of the upper revolving unit 3 with respect to the lower traveling unit 1, that is, the extension direction of the attachment is deviated from the traveling direction of the lower traveling unit 1, Since the front end approaches the airframe, the position of the bucket 6 relatively moves away from the overturning fulcrum, and the dynamic overturning moment increases.
- the overturning moment may be reduced. 6B, the rear lifting phenomenon of the shovel 100 may occur as shown in FIG. 6B.
- the shovel 100 may discharge the earth and sand of the bucket 6 to the outside in a mode in which the arm 5 is opened while the boom 4 is lowered. Also in this case, similarly, there is a possibility that the dynamic overturning moment caused by the operation of the attachment acts on the airframe, and the rear lifting phenomenon of the shovel 100 occurs.
- the traveling of the shovel 100 is hindered by an operation of the operator or by the influence of irregularities on the ground or the like.
- the lower traveling body 1 may suddenly decelerate.
- a dynamic overturning moment around the overhanging fulcrum based on the inertial force acting on the airframe and the attachment due to the sudden deceleration of the shovel 100 may act on the airframe, and a rear lifting phenomenon of the shovel 100 may occur.
- the state of "facing the attachment in the traveling direction” means not only a state in which the traveling direction of the lower traveling body 1 and the direction of the attachment are completely matched, but also a situation in which the traveling direction of the lower traveling body 1 and the attachment A state where the difference from the orientation is relatively small is also included. The same applies to the following examples.
- the shovel 100 may enter a descending slope having a relatively large slope, or may enter the lower traveling body 1 in a relatively large depression. If the front of the aircraft falls, the forward lean amount of the aircraft may increase suddenly. In this case, a sudden increase in the forward lean amount of the body causes a downward acceleration (gravitational acceleration) on the body, and immediately after the front part of the lower traveling body 1 comes into contact with the ground, the body (the lower traveling body 1). Sudden deceleration occurs. Then, in response to the rapid deceleration, a dynamic overturning moment around the overturning fulcrum based on the inertial force acting on the attachment acts, and a rear lifting phenomenon of the shovel may occur.
- gravitation gravitation
- a situation in which a predetermined instability occurs due to a dynamic disturbance (dynamic overturning moment) acting on the fuselage according to the operation of the shovel 100 is referred to as a “dynamic instability situation”. Called.
- the dynamic unstable state determination unit 301 suppresses the overturning moment that causes the body of the shovel 100 to fall forward around the overturning fulcrum (the ground contact point at the front end of the undercarriage 1) and the suppression of the forward overturning.
- the comparison with the moment may determine whether the body of the shovel 100 is in a dynamically unstable state.
- the overturning moment includes a static overturning moment due to the weight of the attachment (hereinafter, “static overturning moment”) and the above-mentioned dynamic overturning moment accompanying the operation of the shovel 100.
- the dynamic overturning moment is determined by the load state of the attachment, that is, the thrusts F1 to F3 of the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, and the bucket cylinder 9, the posture state and the operation state of the attachment, that is, the boom 4, the arm 5 and the bucket 6 around the fulcrum, angular velocity, angular acceleration, and the like.
- the restraining moment depends on the weight of the body of the shovel 100, that is, the own weight of the lower traveling structure 1 and the upper swing body 3, the distance between the overturning fulcrum and each center of gravity, and the like.
- the dynamic unstable state determination unit 301 determines the load state, the posture state, and the operation state based on the detection information, that is, the detection values of the sensors S1 to S3, S7B, S7R, S8B, S8R, S9B, S9R, and the like. , The overturning moment can be calculated. Further, the dynamic unstable state determination unit 301 can calculate the suppression moment from the own weights of the lower traveling unit 1 and the upper revolving unit 3 of the shovel 100, the distance between the respective centers of gravity and the overturning fulcrum, and the like.
- the dynamic unstable state determination unit 301 determines a predetermined conditional expression (hereinafter, referred to as a “dynamic fall suppression conditional expression”) in a range where the fall moment does not exceed the suppression moment between the fall moment and the calculated value of the suppression moment. ) May be determined. Accordingly, the dynamic unstable state determination unit 301 can determine that the body of the shovel 100 is in the dynamic unstable state when the dynamic overturn suppression conditional expression is not satisfied.
- a dynamic fall suppression conditional expression a predetermined conditional expression in a range where the fall moment does not exceed the suppression moment between the fall moment and the calculated value of the suppression moment.
- the dynamic unstable state determination unit 301 grasps a specific situation (dynamic unstable situation) in which an unstable phenomenon is likely to occur dynamically according to the operation of the shovel 100, and thereby the shovel. It may be determined whether or not the 100 aircraft are in a dynamically unstable state.
- the dynamic unstable state determining unit 301 performs the operation.
- One hundred aircraft may be determined to be in a dynamically unstable state.
- the controller 30 determines whether the current attachment state, which is obtained from the detection values of the boom attitude sensor S1, the arm attitude sensor S2, and the bucket attitude sensor S3, and the operating state of the shovel 100 immediately before (for example, It may be determined whether or not the attachment performs the operation of discharging the contents in the bucket 6 based on whether or not the turning operation has been performed in the posture state of the attachment containing the earth and sand.
- the dynamic unstable state determination unit 301 determines whether the shovel 100 (the lower traveling body 1) is decelerated rapidly while the shovel 100 (the lower traveling body 1) is traveling with the attachment directed in the traveling direction.
- the aircraft may be determined to be in a dynamically unstable state.
- the controller 30 may determine the degree of coincidence between the direction of the attachment and the traveling direction of the lower traveling body 1 based on the turning angle of the upper rotating body 3 detected by the body attitude sensor S4. Further, the controller 30 may determine the deceleration state of the undercarriage 1 based on a detection value of the body posture sensor S4 (an acceleration sensor or the like included therein).
- the dynamic unstable state determination unit 301 may determine whether the excavator 100 (the lower traveling body 1) suddenly increases in the inclination amount of the aircraft while the attachment is oriented in the traveling direction. May be determined to be in a dynamically unstable state. At this time, the controller 30 may determine the increase state of the inclination amount of the body based on the detection information of the body posture sensor S4.
- the static unstable state determination unit 302 determines whether or not the excavator 100 is in a static unstable state (hereinafter, “static unstable state”).
- the static unstable state of the aircraft is a certain unstable phenomenon that occurs when the attachment is in the air and the aircraft is in a static or quasi-static condition where no dynamic disturbance acts on the aircraft. Represents a state in which may occur.
- the static state of the shovel 100 indicates a state in which the shovel 100 is stationary.
- the quasi-static state of the shovel 100 indicates an operation state of the shovel 100 that is moderate enough to disregard a dynamic disturbance to the airframe, and is, for example, an operation state of the shovel 100 (attachment) in a crane operation.
- FIG. 7 illustrates, as an example of the predetermined instability phenomenon, a static overturning moment that causes a rear lifting phenomenon of the body of the shovel 100 under a static or quasi-static situation of the attachment, and suppression of suppressing the rear lifting phenomenon. It is a figure explaining a moment.
- the excavator 100 is caused to fall forward around the overturning fulcrum F, that is, a static overturning moment is applied to the aircraft to lift the rear part of the aircraft.
- the own weight W1 acting on the position of the center of gravity of the lower traveling unit 1 including the turning mechanism 2 and the own weight W3 acting on the position of the center of gravity of the upper revolving unit 3 fall forward around the tipping support point F, that is, the body A restraining moment for suppressing the lifting of the rear part of the body is applied to the fuselage.
- the tip of the attachment that is, the position of the bucket 6 relatively moves away from the body (overturning fulcrum F) under static or quasi-static conditions of the shovel 100 during the air movement of the attachment
- the overturning moment changes in the increasing direction.
- the boom 4 performs the lowering operation in a state where the position of the bucket 6 is relatively separated from the fuselage
- the bucket moves in accordance with the lowering of the boom 4 with the connection point with the upper rotating body 3 as a fulcrum.
- the position 6 is further away from the overturning fulcrum F. Therefore, there is a possibility that the static overturning moment becomes excessive and the rear part of the body is lifted, and the body is overturned forward.
- the static overturning moment becomes the suppressing moment depending on the posture state of the attachment.
- the rear portion of the fuselage becomes relatively large and the rear portion of the fuselage rises, and the fuselage falls forward.
- the static overturning moment becomes relatively large, that is, While changing in the increasing direction, the suppression moment becomes relatively small, that is, changes in the decreasing direction. Therefore, when the shovel (lower traveling body 1) is traveling with the attachment body directed in the traveling direction and the vehicle enters the downhill and the forward lean amount of the aircraft increases, the static overturning moment is relative to the restraining moment. There is a possibility that the rear of the aircraft will be lifted due to an excessively large size and the aircraft will fall forward.
- static instability situation a situation in which a predetermined instability phenomenon may occur due to a change in a static moment (static overturning moment and suppression moment) according to the operation of the shovel 100 is referred to as a “static instability situation”. Called.
- the static unstable state determination unit 302 determines whether the body of the shovel 100 is in a static unstable state by comparing the static overturning moment and the restraining moment around the overturning fulcrum. Good. Specifically, the static unstable state determination unit 302 can calculate a static overturning moment based on the detection values of the sensors S1 to S4. In addition, the static unstable state determination unit 302 can calculate the suppression moment from the own weight of the lower traveling unit 1 and the upper revolving unit 3 of the shovel 100, the distance between the center of gravity of each of the lower traveling unit 1, and the overturning fulcrum.
- the static unstable state determination unit 302 sets a predetermined conditional expression (hereinafter, referred to as “static fall”) in a range where the static fall moment does not exceed the suppression moment between the static fall moment and the calculated value of the suppression moment. It may be determined whether or not the suppression condition expression “) is satisfied. Accordingly, the static unstable state determination unit 302 can determine that the body of the shovel 100 is in the static unstable state when the static fall suppression conditional expression is not satisfied.
- static fall a predetermined conditional expression
- the static unstable state determination unit 302 determines the position of the bucket 6 with respect to the lower traveling body 1, the weight including the contents of the bucket 6, and the orientation of the upper revolving body 3 with respect to the lower traveling body 1. Whether or not the body of the shovel 100 is in a static unstable state may be determined based on (the extension direction of the attachment), the inclination state of the work surface of the shovel 100, and the like. As described above, the occurrence of the unstable phenomenon of the excavator 100 on the body of the excavator 100 depends on the position of the bucket 6 with respect to the lower traveling body 1, the weight including the contents of the bucket 6, and the upper revolving superstructure with reference to the lower traveling body 1.
- the static unstable state determination unit 302 determines based on the detection values of the boom posture sensor S1, the arm posture sensor S2, and the bucket posture sensor S3, and the known link lengths of the boom 4, the arm 5, and the bucket 6, and the like. , The position of the bucket 6 with respect to the undercarriage 1 can be calculated. Further, the static unstable state determination unit 302 determines the bucket 6 based on the detection values of the boom posture sensor S1, the arm posture sensor S2, and the bucket posture sensor S3, the boom bottom pressure detected by the boom bottom pressure sensor S7B, and the like. Can be calculated.
- the static unstable state determination unit 302 can calculate the direction (for example, the turning angle) of the upper turning body 3 with respect to the lower traveling body 1 based on the detection value of the body attitude sensor S4.
- the static unstable state determination unit 302 can calculate the inclination state (the presence or absence of the inclination and the inclination direction) of the work surface with respect to the undercarriage 1 based on the detection value of the body posture sensor S4. More specifically, the static unstable state determination unit 302 determines a stability (hereinafter, “stability”) indicating that a predetermined unstable phenomenon such as a rear floating phenomenon does not easily occur in a static or quasi-static state of the attachment. Static stability ”) may be calculated, and when the static stability falls below a predetermined reference, it may be determined that the body of the shovel 100 is in a static unstable state.
- a stability hereinafter, “stability”
- the static unstable state determination unit 302 obtains a specific situation (static unstable situation) in which the body of the shovel 100 is likely to generate a static unstable phenomenon (a rear floating phenomenon). Alternatively, it may be determined whether or not the body of the shovel 100 is in a static unstable state.
- the static unstable state determination unit 302 determines that the position of the bucket 6 is relatively distant from the airframe during the aerial operation of the attachment (specifically, the distance from the overturning fulcrum to the bucket 6 is If it is more than a predetermined threshold), it may be determined that the body of the shovel 100 is in a static unstable state. In addition, the static unstable state determination unit 302 determines that the lowering operation of the boom 4 is performed in a state where the bucket 6 is relatively separated from the body (overturning fulcrum) during the aerial operation of the attachment. Alternatively, it may be determined that the body of the shovel 100 is in a statically unstable state. At this time, the controller 30 can determine the relative position of the bucket 6 with respect to the body and the operation state of the boom 4 based on the detection values of the boom posture sensor S1, the arm posture sensor S2, and the bucket posture sensor S3.
- the static unstable state determination unit 302 may determine that the body of the shovel 100 is in the static unstable state when the attachment is performing an operation of housing and lifting an object such as earth and sand. In addition, the static unstable state determination unit 302 performs an operation in which the touchment accommodates and lifts an object such as earth and sand in a state where the bucket 6 is relatively separated from the body (overturning fulcrum). Alternatively, it may be determined that the body of the shovel 100 is in a statically unstable state. At this time, the controller 30 can determine the operation state of the attachment based on the detection values of the boom posture sensor S1, the arm posture sensor S2, and the bucket posture sensor S3 and the operation state of the attachment of the operation device 26.
- the static unstable state determination unit 302 determines that the body of the shovel 100 is in the static unstable state when the upper swing body 3 is turning so that the direction of the attachment is away from the traveling direction of the lower running body 1. It may be determined that there is. In addition, the static unstable state determination unit 302 turns upward so that the direction of the attachment is away from the traveling direction of the lower traveling body 1 in a state where the bucket 6 is relatively away from the body (overturning fulcrum). When the body 3 is turning, the body of the shovel 100 may be determined to be in a statically unstable state.
- the controller 30 can determine the turning state of the upper revolving unit 3 with respect to the traveling direction of the lower traveling unit 1 based on the detection value of the body posture sensor S4 and the operation state of the operating device 26 regarding the upper revolving unit 3.
- the static unstable state determination unit 302 determines whether the shovel 100 has a relatively large forward inclination while the traveling body is traveling with the attachment directed in the traveling direction.
- One hundred aircraft may be determined to be in a statically unstable state.
- the static unstable state determination unit 302 determines that the bucket 6 is relatively distant from the body (overturning fulcrum) and the traveling body is traveling with the attachment in the traveling direction.
- the controller 30 can determine the direction of the attachment with respect to the traveling direction of the lower traveling unit 1 and the forward tilt state of the aircraft based on the detection value of the aircraft attitude sensor S4.
- the stabilization control unit 303 controls the stabilization of the shovel 100 (hereinafter referred to as “stabilization control”) by suppressing the occurrence of an unstable phenomenon (for example, the above-described rear lifting phenomenon) occurring in the shovel 100. Details of the stabilization control will be described later.
- the stabilization control unit 303 controls the relief valve V8R or the relief valve V8R and the electromagnetic switching valve 92 when the dynamic unstable state determination unit 301 determines that the body of the shovel 100 is in the dynamic unstable state.
- a command is output to release the pressure in the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8.
- the stabilization control unit 303 sets the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 when the attachment performs the discharging operation of the container such as the earth and sand ES by the opening operation of the bucket 6. Can be released. Therefore, in the process in which the dynamic disturbance due to the opening operation of the bucket 6 is transmitted from the arm 5 to the machine body via the boom 4, the arm cylinder 8 is moved by the weight of the arm 5 in the extending direction, that is, in the closing direction of the arm 5. Be able to move.
- the stabilization control unit 303 controls the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8. Pressure can be released. Therefore, similarly, the dynamic disturbance due to the lowering operation of the boom 4 and the opening operation of the arm 5 is less likely to be transmitted as a dynamic overturning moment to the fuselage, and the dynamic rear lifting phenomenon of the shovel 100 can be suppressed.
- the stabilization control unit 303 determines the pressure of the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 when the lower traveling body 1 suddenly decelerates while the lower traveling body 1 is traveling with the attachment directed in the traveling direction. Can be opened. Therefore, at least a part of the dynamic overturning moment around the overturning fulcrum caused by the rapid deceleration of the undercarriage 1 is absorbed by the movement of the arm cylinder 8 in the extension direction, and the dynamic rear lifting phenomenon of the shovel 100 can be suppressed.
- the stabilization control unit 303 controls the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 when the inclination amount of the body suddenly increases while the lower traveling body 1 is traveling with the attachment directed in the traveling direction. Can be released. Therefore, the attachment rapidly accelerates downward in response to the undercarriage 1 entering a steeply sloping land or dropping into a large depression, and then rapidly decelerates. At least a part of the overturning moment is absorbed by the movement of the arm cylinder 8 in the extension direction, so that the dynamic rear lifting phenomenon of the shovel 100 can be suppressed.
- the stabilization control unit 303 determines whether the body of the shovel 100 is in the dynamically unstable state by the dynamically unstable state determination unit 301, regardless of the operation state of the operator (the presence or absence of the operation).
- the arm 5 is automatically or semi-automatically moved in the closing direction. Specifically, the stabilization control unit 303 moves the arm 5 in the closing direction so as to suppress a dynamic moment (dynamic overturning moment) acting on the body of the shovel 100 in accordance with the operation of the shovel 100. Make it work. Thereby, the stabilization control unit 303 can suppress the occurrence of the unstable phenomenon of the aircraft (the rear lifting phenomenon) due to the dynamic overturning moment acting on the aircraft in response to the operation of the shovel 100.
- the stabilization control unit 303 can move the bucket 6 closer to the machine side, which is a more statically stable direction, that is, the tipping fulcrum side, as shown in FIG. it can. Therefore, the stabilization control unit 303 can suppress the static overturning moment and improve the static stability of the body of the shovel 100.
- the stabilization control unit 303 uses the control valve 17 to release the pressure in the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 from the control valve 17. May be supplied with hydraulic oil. That is, the stabilization control unit 303 determines whether the body of the shovel 100 is in the dynamically unstable state by the dynamically unstable state determination unit 301, regardless of the operation state of the operator (the presence or absence of the operation). Alternatively, the arm 5 may be moved in the closing direction by positively moving the arm cylinder 8 in the extending direction. The same applies to the case of a second example of stabilization control described later.
- the stabilization control unit 303 controls the relief valve V8R or the relief valve V8R and the electromagnetic switching valve 92.
- a command is output to release the pressure in the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8.
- the stabilization control unit 303 can move the arm cylinder 8 in the extending direction by the weight of the arm 5 and move the arm 5 in the closing direction. Therefore, as shown in FIG. 7, the stabilization control unit 303 can bring the bucket 6 closer to the fuselage, which is a more stable direction.
- the stabilization control unit 303 automatically or stably operates regardless of the presence or absence of the operation of the operator.
- the arm 5 is moved semi-automatically in the closing direction.
- the stabilization control unit 303 can suppress the occurrence of the unstable phenomenon (the rear floating phenomenon) of the aircraft under the static or quasi-static state of the shovel 100.
- the stabilization control unit 303 controls the static moment (static overturning moment and suppression moment) acting on the airframe including the lower traveling structure 1 and the upper revolving superstructure 3 according to the operation of the shovel 100. ),
- the arm 5 can be operated in the closing direction.
- the stabilization control unit 303 determines that the position of the bucket 6 has relatively moved away from the airframe during the aerial operation of the attachment (specifically, the distance from the overturning fulcrum to the bucket 6 is longer than a predetermined threshold. ), The arm 5 can be moved in the closing direction.
- the stabilization control unit 303 controls the arm when the lowering operation of the boom 4 is performed in a state where the bucket 6 is relatively separated from the body (overturning fulcrum) during the aerial operation of the attachment. 5 can be operated in the closing direction. Therefore, the stabilization control unit 303 can suppress an increase in the static overturning moment due to the position of the bucket 6 moving away from the body, and can suppress a predetermined unstable phenomenon that may occur in the body.
- the stabilization control unit 303 can operate the arm 5 in the closing direction when the attachment is performing an operation of housing and lifting an object such as earth and sand. Further, for example, the stabilization control unit 303 may perform an operation in which the touchment accommodates and lifts an object such as earth and sand in a state where the bucket 6 is relatively separated from the body (falling fulcrum). , Arm 5 can be operated in the closing direction. Therefore, the stabilization control unit 303 suppresses an increase in the static overturning moment due to an increase in the weight of the tip end of the attachment due to the sediment or the like being stored in the bucket 6, and suppresses a predetermined unstable phenomenon that may occur in the airframe. Can be suppressed.
- the stabilization control unit 303 moves the arm 5 when the forward lean amount of the aircraft increases (relatively gently) while the traveling body is traveling with the attachment directed in the traveling direction. It can be operated in the closing direction. In a state where the bucket 6 is relatively distant from the body (falling fulcrum), the stabilization control unit 303 controls the front of the body while the traveling body is traveling with the attachment in the traveling direction. When the amount of inclination increases (relatively gently), the arm 5 can be moved in the closing direction.
- the stabilization control unit 303 suppresses an increase in the static overturning moment due to the change in the tilting state of the work surface in the forward tilting direction when the undercarriage 1 travels, and the predetermined instability that may occur in the fuselage. The phenomenon can be suppressed.
- the stabilization control unit 303 operates the operator. Arm 5 is moved in the closing direction regardless of the presence or absence of. Thereby, even if the operator concentrates on operations other than the arm 5 corresponding to the crane operation (for example, lowering operation of the boom 4), even if the body of the shovel 100 becomes in a static unstable state, the operation of the operator is not performed. Irrespective of the presence or absence, it is possible to suppress the occurrence of an unstable phenomenon on the airframe.
- FIG. 8 is a top view showing a specific example of a stable range of the attachment when the orientation of the upper swing body 3 with respect to the lower traveling body 1 (that is, the orientation of the attachment) is considered.
- an outer edge of the stable range that is, a boundary (hereinafter, “stable range boundary”) TBL between the stable range and an unstable range located outside the stable range when viewed from the lower traveling body 1 is illustrated.
- FIG. 9 FIGS. 9A and 9B
- the stable range of the attachment is such that under the static or quasi-static condition of the shovel 100, a predetermined unstable phenomenon such as a rear uplift phenomenon is unlikely to occur on the body, and the lower traveling body when the body is in a statically stable state.
- the working range of the attachment with reference to 1 (that is, the range of the position of the bucket 6 which is the tip of the attachment) is defined in advance.
- the stable range is a range in which the above-described static stability is equal to or higher than a predetermined reference, and the stable range boundary TBL corresponds to the predetermined reference.
- the stable range boundary TBL is set at a position relatively distant from the center of the aircraft when the traveling direction of the lower traveling structure 1 and the direction of the upper revolving structure 3 (the direction of the attachment) are the same. Is done.
- the stable range boundary TBL is relatively close to the center of the aircraft (the revolving center AX).
- the direction of the upper revolving unit 3 is different from the traveling direction of the lower traveling unit 1 by 90 °, the upper revolving unit 3 is closest to the center of the airframe.
- the front end of the lower traveling structure 1 based on the orientation of the upper revolving structure 3 (attachment), that is, the overturning fulcrum, This is because they relatively approach the center (the turning center AX). That is, the stable range of the attachment is set relatively wide in the traveling direction of the lower traveling body 1 (the front-rear direction in the figure) when viewed from the turning center AX of the shovel 100. On the other hand, the stable range of the attachment becomes relatively narrow when the direction seen from the turning center AX of the shovel 100 is relatively large away from the traveling direction of the lower traveling structure 1, and becomes the direction seen from the turning center AX of the shovel 100. Becomes narrowest in the width direction of the lower traveling body 1.
- FIG. 9 is a top view showing a specific example of a stable range of the attachment in consideration of the inclination of the work surface.
- FIG. 9A is a top view illustrating an example of a stable range of the attachment in consideration of the inclination of the work surface, and is a width direction of the lower traveling body 1 (specifically, a right direction in the drawing).
- FIG. 7 is a top view showing a specific example of a stable range of the attachment when the work surface is inclined downward.
- FIG. 9B is a top view showing another example of a stable range of the attachment in consideration of the inclination of the work surface, and is directed to the traveling direction of the lower traveling body 1 (specifically, forward in the figure).
- FIG. 8 is a top view showing a specific example of a stable range of the attachment when the work surface is inclined downward.
- the orientation of the upper swing body 3 with respect to the lower traveling body 1 is also considered in the stable range of the attachment, as in the case of FIG.
- the dotted line adjacent to the stable range boundary TBL in FIGS. 9A and 9B represents the stable range boundary when the work surface is not inclined (that is, the stable range boundary TBL in FIG. 8).
- the stable range boundary TBL becomes relatively closer in the downward direction of the inclination of the work surface when viewed from the turning center AX of the shovel 100, while in the upward direction of the inclination of the work surface.
- the stable range of the attachment when viewed from the turning center AX of the shovel 100, is relatively narrow in the downward direction of the inclination of the work surface, and is relatively wide in the upward direction of the inclination of the work surface.
- the stable range of the attachment is relatively narrowed to the left in the drawing, which is the downward direction of the work surface, while the rightward direction, in the figure, which is the upward direction of the work surface.
- the stable range of the attachment is relatively narrow in the upward direction in the drawing, which is the downward direction of the work surface, and is relatively small in the downward direction in the drawing, which is the upward direction of the work surface. It is wide.
- the static overturning moment is relatively large, and the restraining moment is relatively small.
- the direction of the attachment is in the upward direction, the static This is because the overturning moment becomes relatively small and the suppressing moment becomes relatively large.
- the stable range of the attachment as shown in FIGS. 8, 9A, and 9B may be defined.
- the stable range of the attachment becomes relatively narrower as the weight of the bucket 6 containing the stored material such as earth and sand increases with respect to the lower traveling body 1, while the weight of the bucket 6 including the stored material such as the soil and the like. The larger the is, the larger it is.
- the stabilization control unit 303 can perform the stabilization control of the body of the shovel 100 based on the stable range of the attachment as illustrated in FIGS. 8, 9A, and 9B. Specifically, the static unstable state determination unit 302 determines that the body of the shovel 100 is in the static unstable state when the position of the bucket 6 viewed from the lower traveling body 1 exceeds the stable range boundary BL. The determination is made, and the stabilization control unit 303 operates the arm 5 in the closing direction according to the determination result. Accordingly, the stabilization control unit 303 determines that the orientation of the upper revolving unit 3 with respect to the lower traveling unit 1, the inclination state of the work surface, the weight of the bucket 6 including the contents, and the like affect the static stability of the excavator 100. In consideration of the above, occurrence of a predetermined unstable phenomenon such as a rear floating phenomenon on the body of the shovel 100 can be suppressed.
- a predetermined unstable phenomenon such as a rear floating phenomenon on the body of the shovel 100 can be suppressed.
- the controller 30 causes the arm 5 to move in the closing direction when in the dynamic unstable state or in the static unstable state, but is not limited to this mode.
- the controller 30 may operate in the closing direction of the arm 5 when an unstable phenomenon such as a rear lifting phenomenon of the lower traveling body 1 occurs (specifically, immediately after the occurrence).
- an unstable phenomenon such as a rear lifting phenomenon of the lower traveling body 1 occurs (specifically, immediately after the occurrence).
- the controller 30 detects the occurrence of the rear floating phenomenon or the like of the lower traveling body 1 based on the detection value of the body posture sensor S4 and the image captured by the imaging device that captures the surroundings mounted on the upper swing body 3. Good.
- the stabilization control of the shovel 100 according to the present embodiment may be naturally employed not only when the shovel 100 is operated by an operator but also when the shovel 100 operates by an automatic driving function.
- FIG. 10 is a side view showing another example of the shovel 100 according to the present embodiment.
- FIG. 11 is a block diagram illustrating a fourth example of the configuration of the shovel 100 according to the present embodiment.
- the mechanical power line is indicated by a double line
- the high-pressure hydraulic line is indicated by a solid line
- the pilot line is indicated by a broken line
- the electric drive / control line is indicated by a dotted line.
- the hydraulic drive system of the shovel 100 includes a traveling hydraulic motor 1L, which hydraulically drives each of the lower traveling unit 1, the upper revolving unit 3, the boom 4, the arm 5, and the bucket 6, as in the above-described example. 1R, a swing hydraulic motor 2A, a boom cylinder 7, an arm cylinder 8, and a hydraulic actuator such as a bucket cylinder 9. Further, the hydraulic drive system of the shovel 100 according to the present embodiment includes the engine 11, the regulator 13, the main pump 14, and the control valve 17, as in the case of the above-described example.
- the control valve 17 is a hydraulic control device that controls a hydraulic actuator in accordance with an operation by an operator, as in the case of the above example.
- the control valve 17 is connected to the main pump 14 via the high-pressure hydraulic line, and supplies the hydraulic oil supplied from the main pump 14 to a hydraulic actuator (the traveling hydraulic motor 1L) in accordance with the operation state of the operation device 26. , 1R, the swing hydraulic motor 2A, the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, and the bucket cylinder 9).
- the control valve 17 includes control valves 171 to 176 for controlling the flow rate and the flow direction of the hydraulic oil supplied from the main pump 14 to each of the hydraulic actuators.
- control valve 171 corresponds to the traveling hydraulic motor 1L
- control valve 172 corresponds to the traveling hydraulic motor 1R
- control valve 173 corresponds to the swing hydraulic motor 2A
- control valve 174 The control valve 175 corresponds to the boom cylinder 7, and the control valve 176 corresponds to the arm cylinder 8.
- the operation system of the shovel 100 includes the pilot pump 15 and the operation device 26 as in the case of the above-described example.
- the control system of the shovel 100 includes a controller 30, a discharge pressure sensor 28, an operation pressure sensor 29, a display device 40, an input device 42, a sound output device 44, a boom posture sensor S1, Arm posture sensor S2, bucket posture sensor S3, body posture sensor S4, turning state sensor S5, imaging device S6, boom bottom pressure sensor S7B, boom rod pressure sensor S7R, arm bottom pressure sensor S8B, It includes an arm rod pressure sensor S8R, a bucket bottom pressure sensor S9B, and a bucket rod pressure sensor S9R.
- the controller 30 controls the drive of the shovel 100 as in the case of the above-described example.
- the controller 30 may cause an unstable phenomenon in which the rear part of the shovel 100 (the lower traveling body 1) floats up (hereinafter, a “rear lifting phenomenon”) due to an aerial movement of the attachment based on the operation of the operator.
- a rear lifting phenomenon an unstable phenomenon in which the rear part of the shovel 100 (the lower traveling body 1) floats up
- stabilization control for suppressing the occurrence of the rear lifting phenomenon is performed.
- FIG. 6 is a diagram showing a specific example of the rear lifting phenomenon of the shovel 100.
- the overturning moment is determined by using the ground point at the front end of the lower traveling body 1 (in this example, the outer end of one crawler) as a fulcrum (hereinafter, “overturning fulcrum”) and the body of the shovel 100 (the lower traveling body 1 and the upper turning body). It acts in the direction of causing the body 3) to fall forward, that is, in the direction of raising the rear part of the undercarriage 1. Further, the overturning moment increases as the position of the bucket 6 moves away from the overturning fulcrum, that is, as the position of the bucket 6 moves away from the body (the lower traveling structure 1 and the upper revolving structure 3).
- the overturning moment increases as the opening operation of the bucket 6 increases (specifically, as the acceleration increases).
- the direction of the upper revolving unit 3 that is, the extension direction of the attachment with respect to the upper revolving unit is different from the traveling direction of the lower traveling unit 1, the front end of the ground contact point of the lower traveling unit 1. Is closer to the airframe, the position of the bucket 6 moves relatively away from the overturning fulcrum, and the overturning moment increases.
- the overturning moment becomes relatively large depending on conditions such as the positional relationship of the bucket 6 with respect to the body, the acceleration of the opening operation of the bucket 6, the orientation of the upper revolving unit 3 with respect to the lower traveling unit 1, and the like, as shown in FIG. 6B.
- a rear lifting phenomenon of the shovel 100 may occur.
- the controller 30 restricts the operation of the bucket 6 when the rear lifting phenomenon is likely to occur, or when the rear lifting phenomenon occurs, thereby suppressing or generating the rear lifting phenomenon. It is intended to suppress an increase in the rear lifting phenomenon. Details of the stabilization control will be described later.
- the discharge pressure sensor 28 detects the discharge pressure of the main pump 14. A detection signal corresponding to the discharge pressure detected by the discharge pressure sensor 28 is taken into the controller 30.
- the turning state sensor S5 is attached to the upper turning body 3, and outputs detection information on the turning state of the upper turning body 3.
- the turning state sensor S5 detects, for example, the turning angular velocity and the turning angle of the upper turning body 3.
- the turning state sensor S5 includes, for example, a gyro sensor, a resolver, a rotary encoder, and the like.
- the detection information on the turning state detected by the turning state sensor S5 is taken into the controller 30.
- the turning state sensor S5 may be omitted. This is because the body attitude sensor S4 can output information (turning angle) relating to the turning state of the upper turning body 3. Further, the function of outputting information on the turning state of the upper turning body 3 in the configuration of the body attitude sensor S4 may be omitted.
- the imaging device S6 images the periphery of the shovel 100.
- the imaging device S6 includes a camera S6F for imaging the front of the shovel 100, a camera S6L for imaging the left of the shovel 100, a camera S6R for imaging the right of the shovel 100, and a camera S6B for imaging the rear of the shovel 100. .
- the camera S6F is attached to, for example, the ceiling of the cabin 10, that is, the inside of the cabin 10. Further, the camera S6F may be attached to the outside of the cabin 10, such as the roof of the cabin 10, the side surface of the boom 4, and the like.
- the camera S6L is attached to the upper left end of the upper swing body 3
- the camera S6R is attached to the upper right end of the upper swing body 3
- the camera S6B is attached to the upper rear end of the upper swing body 3.
- the imaging device S6 (cameras S6F, S6B, S6L, S6R) is, for example, a monocular wide-angle camera having a very wide angle of view. Further, the imaging device S6 may be a stereo camera, a range image camera, or the like. The image captured by the imaging device S6 is captured by the controller 30.
- FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a control method of the stabilization control for suppressing the rear lifting phenomenon. More specifically, FIG. 12 shows the change over time of the moving speed V of the bucket cylinder 9 in the contraction direction limited by the stabilization control, that is, the moving speed V of the bucket cylinder 9 when the bucket 6 is driven in the opening direction. Represent.
- the controller 30 delays the opening operation of the bucket 6 when there is a possibility that the rear lifting phenomenon of the shovel 100 will occur. Thereby, the overturning moment for causing the shovel 100 to fall forward due to the opening operation of the bucket 6 during the air movement of the attachment can be relatively reduced. Therefore, the controller 30 can suppress the occurrence of the rear lifting phenomenon of the shovel 100.
- the controller 30 may control the shovel 100 based on the relationship between the overturning moment acting on the body of the shovel 100 (the upper revolving superstructure 3) and the restraining moment for suppressing the forward fall.
- the upper limit values of the moving speed (hereinafter simply referred to as “moving speed”) V and the moving acceleration (hereinafter simply referred to as “moving acceleration”) ⁇ of the bucket cylinder 9 in the contraction direction for suppressing the occurrence of rear uplift are set. I do.
- the falling moment includes a static falling moment due to the weight of the attachment (hereinafter, “static falling moment”) and a dynamic falling moment accompanying the operation of the attachment (hereinafter, “dynamic falling moment”).
- the dynamic overturning moment is determined by the load state of the attachment, that is, the thrusts F1 to F3 of the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, and the bucket cylinder 9, the posture state and the operation state of the attachment, that is, the boom 4, the arm 5 and the bucket 6 around the fulcrum, angular velocity, angular acceleration, and the like.
- the suppression moment depends on the own weight of the body of the shovel 100 (the lower traveling structure 1 and the upper revolving structure 3), the distance between the overturning fulcrum and each center of gravity, and the like.
- the controller 30 determines the value of the bucket 6 based on the detection information on the load state, the posture state, and the operation state of the attachment, that is, the detection values of the sensors S1 to S4, S7B, S7R, S8B, S8R, S9B, S9R, and the like. It is possible to calculate a formula for calculating the overturning moment including the moving speed V and the moving acceleration ⁇ of the bucket cylinder 9 corresponding to the angular velocity and the angular acceleration in the opening direction as variables. In addition, the controller 30 can calculate the restraining moment from the own weight of the lower traveling unit 1 and the upper revolving unit 3 of the shovel 100 and the distance between the respective center of gravity and the overturning moment.
- the controller 30 sets a conditional expression (hereinafter, referred to as a “falling suppression conditional expression”) in a range where the falling moment does not exceed the suppression moment between the calculation formula of the falling moment and the calculated value of the suppression moment.
- the upper limit value hereinafter referred to as “upper limit moving speed” Vlim of the moving speed of the bucket cylinder 9 and the upper limit value (hereinafter referred to as “upper limit moving acceleration”) ⁇ lim of the bucket cylinder 9 may be set so as to satisfy the overturn suppression conditional expression. .
- the controller 30 sets the upper limit of the angular velocity and the angular acceleration of the bucket 6 in the opening direction of the bucket 6 using a formula for calculating the overturning moment including the angular velocity and the angular acceleration of the bucket 6 as variables, and then sets the upper limit of the bucket cylinder 9.
- the moving speed Vlim and the upper limit moving acceleration ⁇ lim may be converted. Further, the controller 30 uses each of the sensors S1 to S3, using a conversion formula or a conversion map that is defined in advance so as to satisfy a fall suppression condition formula between the calculation formula of the fall moment and the calculated value of the suppression moment.
- the upper limit moving speed Vlim and the upper limit moving acceleration ⁇ lim of the bucket cylinder 9 may be directly derived from the detected values of S7B, S7R, S8B, S8R, S9B, S9R and the like.
- the controller 30 derives the upper limit moving speed Vlim and the upper limit moving acceleration ⁇ lim for each predetermined control cycle.
- the controller 30 controls the operation of the bucket cylinder 9 so that the moving speed V and the moving acceleration ⁇ of the bucket cylinder 9 are equal to or lower than the upper limit moving speed Vlim and the upper limit moving acceleration ⁇ lim, respectively.
- the controller 30 outputs a control command to the regulator 13 and controls (limits) the flow rate of the main pump 14 so that the moving speed V and the moving acceleration ⁇ of the bucket cylinder 9 become the upper limit moving speed Vlim.
- the upper limit movement acceleration ⁇ lim or less is the upper limit movement acceleration ⁇ lim or less.
- the controller 30 controls the main pump 14 using a predefined control map to which the calculated upper limit moving speed Vlim and upper limit moving acceleration ⁇ lim are applied, so that the moving speed V of the bucket cylinder 9 and the moving acceleration Each of ⁇ may be equal to or less than the upper limit moving speed Vlim and the upper limit moving acceleration ⁇ lim. Further, the controller 30 monitors the measured values of the moving speed and the moving acceleration of the bucket cylinder 9 and applies, for example, feedback control, so that the moving speed V and the moving acceleration ⁇ of the bucket cylinder 9 are respectively moved to the upper limit.
- the speed Vlim and the upper limit movement acceleration ⁇ lim may be equal to or lower than the speed Vlim.
- the controller 30 monitors the moving speed V and the moving acceleration ⁇ of the bucket cylinder 9 based on the detection values of the cylinder sensor attached to the bucket cylinder 9 and capable of detecting the position, moving speed, moving acceleration, and the like of the cylinder. May be.
- the bucket cylinder 9 starts to move in the contracting direction with the movement acceleration ⁇ larger than the upper limit movement acceleration ⁇ lim.
- the controller 30 starts to limit the movement acceleration ⁇ of the bucket cylinder 9 to the upper limit movement acceleration ⁇ lim because the movement acceleration ⁇ is larger than the upper limit movement acceleration ⁇ lim. Accordingly, the controller 30 can relatively slow down the angular acceleration of the bucket 6 in the opening direction, so that the occurrence of the rear floating phenomenon of the shovel 100 can be suppressed.
- the controller 30 limits the moving speed V of the bucket cylinder 9 so that the moving speed V does not further increase. Accordingly, the controller 30 can relatively lower the angular velocity of the bucket 6 in the opening direction, so that the occurrence of the rear floating phenomenon of the shovel 100 can be further suppressed.
- the upper limit moving speed Vlim and the upper limit moving acceleration ⁇ lim are constant, but are calculated for each predetermined control cycle, and may change as time elapses.
- the upper limit movement speed Vlim and the upper limit movement acceleration ⁇ lim are set so as to satisfy the overturn suppression condition as described above. Therefore, even if the controller 30 does not specifically determine whether or not the rear lifting phenomenon of the shovel 100 may occur, the controller 30 may open the bucket 6 when the rear lifting phenomenon may occur. Operation can be relatively slow.
- the static overturning moment is obtained.
- the dynamic overturning moment associated with the opening operation of the bucket 6 becomes relatively large, so that the rear lifting phenomenon of the undercarriage 1 may occur.
- the position of the bucket 6 is relatively distant from the overhanging fulcrum, that is, the lower traveling body 1, the static overturning moment becomes relatively large, so that the dynamic overturning moment caused by the opening operation of the bucket 6 is reduced. When this occurs, there is a possibility that the rear lifting phenomenon of the lower traveling structure 1 will occur.
- the attachment When the attachment performs a discharging operation of the contents in the bucket 6 (for example, a discharging operation of the earth and sand ES as shown in FIG. 3), the weight including the contents of the bucket 6 is relatively large, and the bucket 6 falls over statically. Since the moment becomes relatively large, and a dynamic overturning moment is actually generated with the opening operation of the bucket 6, the rear lifting phenomenon of the lower traveling body 1 may occur. Further, when a plurality of the above-described conditions (conditions relating to the position of the bucket 6, conditions relating to the weight including the contents of the bucket 6, and conditions relating to the discharging operation of the bucket 6) are combined, furthermore, the rear lifting of the lower traveling body 1 The possibility that the phenomenon occurs increases.
- the controller 30 limits the moving speed V and the moving acceleration ⁇ of the bucket cylinder 9 to be equal to or less than the upper limit moving speed Vlim and the upper limit moving acceleration ⁇ lim, respectively.
- the opening operation of the bucket 6 can be made relatively slow.
- the controller 30 specifically determines whether or not the rear lifting phenomenon of the shovel 100 may occur, and then determines whether the rear lifting phenomenon of the shovel 100 may occur. Alternatively, the opening operation of the bucket 6 may be relatively delayed. Thereby, the controller 30 calculates the overturning moment of the shovel 100 based on the detection values of the sensors S1 to S4, S7B, S7R, S8B, S8R, S9B, S9R, for example, and the calculated value exceeds the predetermined threshold. In such a case, it may be determined that the rear lifting phenomenon of the shovel 100 may occur.
- the controller 30 calculates the overturning moment and the restraining moment of the shovel 100, and when the subtraction value obtained by subtracting the calculated value of the overturning moment from the calculated value of the restraining moment is equal to or less than a predetermined threshold value, the rear lifting phenomenon of the shovel 100. May be determined to occur.
- the controller 30 determines that the rear lifting phenomenon of the undercarriage 1 may occur in the rear lifting situation as described above, and even if the opening operation of the bucket 6 is relatively slowed down. Good. Thereby, the controller 30 can specifically limit the opening operation of the bucket 6 after specifying the situation where the rear lifting phenomenon may occur. Therefore, the controller 30 can limit the period during which the opening operation of the bucket 6 can be restricted, and can achieve compatibility with the work efficiency of the shovel 100. Specifically, the controller 30 determines that the bucket 6 has a storage such as earth and sand, the bucket 6 is changed to a specification product larger than the normal specification, and the weight including the storage of the bucket 6 is relatively large. In this case, it may be determined that the rear lifting phenomenon of the shovel 100 may occur.
- the controller 30 may, for example, determine whether the bucket 6 contains earth and sand or the like based on an image captured by the imaging device S6 (camera S6F). In addition, the controller 30 may, for example, calculate the value of the bucket 6 calculated from the detected values of the boom posture sensor S1, the arm posture sensor S2, and the bucket posture sensor S3, and the known link lengths of the boom 4, the arm 5, and the bucket 6. Whether the bucket 6 contains earth and sand or the like may be determined based on the position, the absolute posture state of the bucket 6 viewed from the outside, and the like.
- the controller 30 determines whether the bucket 6 is a specification product heavier than normal use based on information about the type of the currently mounted bucket 6 set and input by the operator through the input device 42, for example. You may figure out.
- the controller 30 may cause a rear floating phenomenon of the undercarriage 1. You may judge that there is.
- the controller 30 determines, for example, based on the detected values of the boom posture sensor S1, the arm posture sensor S2, and the bucket posture sensor S3, and the known link lengths of the boom 4, the arm 5, and the bucket 6, and the like. , The position of the bucket 6 may be ascertained.
- the controller 30 may determine that the rear lifting phenomenon of the lower traveling body 1 may occur when the attachment performs the operation of discharging the contents in the bucket 6. At this time, the controller 30 determines whether the current attachment state, which is obtained from the detection values of the boom attitude sensor S1, the arm attitude sensor S2, and the bucket attitude sensor S3, and the operating state of the shovel 100 immediately before (for example, It may be determined whether or not the attachment performs the operation of discharging the contents in the bucket 6 based on whether or not the turning operation has been performed in the posture state of the attachment containing the earth and sand.
- the controller 30 determines that the possibility of occurrence of the rear lifting phenomenon of the lower traveling body 1 is relatively high in the rear lifting situation as described above, the controller 30 delays the opening operation of the bucket 6. May be. Thereby, the controller 30 specifies the situation in which the rear lifting phenomenon may occur, and confirms that the possibility of the rear lifting phenomenon has relatively increased. Can be restricted. Therefore, the controller 30 can further limit the period during which the opening operation of the bucket 6 can be restricted, and can improve the work efficiency of the shovel 100.
- the controller 30 may relatively slow the opening operation of the bucket 6 by another method.
- FIGS. 13 and 14 are block diagrams showing fifth and sixth examples of the configuration of the shovel 100 according to the present embodiment, respectively.
- a pressure reducing valve V27B is provided in the pilot line 27B.
- the pressure reducing valve V27B corresponds to the bucket cylinder 9 in the control valve 17 as it is, with the pilot pressure output from the operating device 26 to the pilot line 27B and corresponding to the operation related to the bucket 6. Act on control valve 174.
- the pressure reducing valve V27B reduces the pilot pressure corresponding to the operation related to the bucket 6 and output to the pilot line 27B from the operating device 26 in response to the control command. Then, the reduced pilot pressure is applied to the control valve 174 corresponding to the bucket cylinder 9 in the control valve 17.
- the pressure reducing valve V27B causes the control valve 174 corresponding to the bucket cylinder 9 in the control valve 17 to reduce the pilot pressure corresponding to the operation amount smaller than the actual operation amount of the operation on the bucket 6 by the operator. Can be acted upon. Therefore, by outputting a control command to the pressure reducing valve V27B, the controller 30 can limit the opening operation of the bucket 6 and relatively slow the operation.
- a flow control valve V9B is provided in a high-pressure hydraulic line between the bottom oil chamber of the bucket cylinder 9 and the control valve 17.
- the flow control valve V ⁇ b> 9 ⁇ / b> B (an example of a throttle valve) discharges hydraulic fluid from the bottom-side oil chamber of the bucket cylinder 9 toward the control valve 17 according to the control command. Restrict (throttle) the flow rate.
- the flow control valve V9B can relatively slow down the moving speed of the bucket cylinder 9 in the contraction direction corresponding to the opening operation of the bucket 6. Therefore, by outputting a control command to the flow control valve V9B, the controller 30 can limit the opening operation of the bucket 6 and relatively slow the operation.
- the controller 30 when the operation of the bucket 6 is restricted, the controller 30 notifies that the operation of the bucket 6 is restricted (that is, the stabilization control is performed) without depending on the operation of the operator. Is also good. Specifically, the controller 30 may output the control command to the display device 40 or the sound output device 44 to notify the operator of the notification using visual image information or auditory audio information. Accordingly, when the operation of the bucket 6 is restricted, the operator can understand that fact, and therefore, the controller 30 suddenly reduces the uncomfortable feeling of the operator due to the operation restriction of the bucket 6. be able to.
- the operation of the bucket 6 is restricted, but the same operation may be restricted when other types of end attachments are attached. That is, the control content of the other example described above may be applied when an arbitrary end attachment is attached to the tip of the arm 5.
- shovel 100 may include both contents specific to each of the above-described example and other examples.
- the shovel 100 corrects the operation of the arm 5 and moves it in the closing direction, and corrects the operation of the bucket 6 in order to suppress the rear lifting phenomenon of the undercarriage 1 to relatively increase the operation speed. It may have both the function of delaying.
- the shovel 100 can further suppress the occurrence of the rear lifting phenomenon of the lower traveling body 1 and the increase of the generated rear lifting phenomenon.
- the shovel 100 may be a component of the shovel management system SYS.
- the shovel management system SYS includes a shovel 100, a management device 200, and a mobile terminal 300.
- the shovel 100 included in the shovel management system SYS may be a single shovel or a plurality of shovels.
- the mobile terminal 300 included in the shovel management system SYS may be a single terminal or a plurality of mobile terminals.
- the shovel management system SYS collects various information from the shovel 100 in the management device 200, for example, and monitors the operation status of the shovel 100, whether there is a failure, and the like. In addition, the shovel management system SYS, for example, distributes various information related to the shovel 100 from the management device 200 to the mobile terminal 300, and transmits a control command from the management device 200 to the shovel 100.
- the shovel 100 includes a communication device T1 and is configured to be able to communicate with the management device 200.
- the communication device T1 communicates with an external device of the shovel 100 (for example, the management device 200) through a predetermined communication line NW.
- the communication line NW may include, for example, a mobile communication network having a base station as a terminal.
- the communication line NW may include, for example, a satellite communication network using a communication satellite.
- the communication line NW may include, for example, the Internet network.
- the communication line NW may be a short-range communication network based on standards such as Bluetooth (registered trademark) and WiFi, for example.
- the communication device T1 uploads (transmits) various information acquired by the shovel 100 to the management device 200, for example, under the control of the controller 30.
- the communication device T1 receives, for example, information transmitted from the management device 200 through the communication line NW.
- the information received by the communication device T1 is taken into the controller 30.
- FIGS. 2 to 4, 11, 11, and 14 Other configurations of the shovel 100 other than the communication device T1 may be represented by, for example, FIGS. 2 to 4, 11, 11, and 14. Therefore, description of the other components is omitted.
- the management device 200 is arranged outside the shovel 100.
- the management device 200 is, for example, a server installed in a place different from a work site where the shovel 100 performs work.
- the server may be a cloud server or an edge server.
- the management device 200 may be, for example, a management terminal arranged in a management office at a work site where the shovel 100 performs work.
- the management device 200 includes a control device 210, a communication device 220, a display device 230, and an input device 240.
- the control device 210 performs various controls related to the operation of the management device 200.
- the function of the control device 210 may be realized by any hardware or a combination of any hardware and software.
- the control device 210 mainly includes a computer including a CPU, a memory device such as a RAM, an auxiliary storage device such as a ROM, and various input / output interface devices.
- a computer including a CPU, a memory device such as a RAM, an auxiliary storage device such as a ROM, and various input / output interface devices.
- a computer including a CPU, a memory device such as a RAM, an auxiliary storage device such as a ROM, and various input / output interface devices.
- the communication device 220 communicates with a predetermined external device (for example, the shovel 100 or the mobile terminal 300) through the communication line NW.
- the communication device 220 transmits various information, control commands, and the like to the shovel 100 and the mobile terminal 300 under the control of the control device 210, for example.
- the communication device 220 receives information transmitted (uploaded) from the shovel 100 or the mobile terminal 300, for example. Information received by the communication device 220 is taken into the control device 210.
- the display device 230 displays various information images under the control of the control device 210 for an administrator, a worker, or the like of the management device 200 (hereinafter, “administrator, etc.”).
- the display device 230 is, for example, an organic EL (Electroluminescence) display or a liquid crystal display.
- organic EL Electrode
- liquid crystal display a display that displays various information images under the control of the control device 210 for an administrator, a worker, or the like of the management device 200 (hereinafter, “administrator, etc.”).
- the display device 230 is, for example, an organic EL (Electroluminescence) display or a liquid crystal display.
- the input device 240 receives an operation input from the administrator of the management device 200 or the like and outputs the operation input to the control device 210.
- the input device 240 includes, for example, operation input means of any hardware such as a button, a toggle, a lever, a joystick, a keyboard, a mouse, and a touch panel.
- the input device 240 may include a virtual operation input unit (for example, a button icon or the like) displayed on the display device 230 and operable through a hardware operation input unit (for example, a touch panel).
- a virtual operation input unit for example, a button icon or the like
- a hardware operation input unit for example, a touch panel
- some of the functions of the shovel 100 (controller 30) described above may be transferred to the control device 210 of the management device 200.
- the functions of the dynamic unstable state determination unit 301, the static unstable state determination unit 302, and the stabilization control unit 303 in the above-described example of the shovel 100 may be transferred to the management device 200 (control device 210). .
- the control device 210 determines whether the body of the shovel 100 is in a dynamic unstable state or in a static unstable state in the same manner as described above. May be monitored (determined). Then, when the control device 210 determines that the shovel 100 is in the dynamic unstable state or the static unstable state, the control device 210 releases the pressure of the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 through the communication device 220. May be transmitted to the shovel 100.
- control device 210 transmits to the portable terminal 300, for example, information on whether or not the body of the shovel 100 is in a dynamically unstable state or a monitoring result (determination result) as to whether or not the shovel 100 is in a statically unstable state. You may transmit sequentially. Thereby, the manager of the shovel 100 having the portable terminal 300 or the supervisor of the work site can grasp the stable state from outside the shovel 100.
- the function related to the stabilization control in another example of the above-described shovel 100 may be transferred to the management device 200 (the control device 210).
- the control device 210 may determine (monitor) whether or not the rear lifting phenomenon of the shovel 100 may occur based on information uploaded from the shovel 100, for example, in the same manner as described above. Then, when it is determined that the rear lifting phenomenon of the shovel 100 may occur, a control command for instructing the opening operation of the end attachment to be relatively slow may be transmitted to the shovel 100 via the communication device 220. .
- the control device 210 may sequentially transmit, to the mobile terminal 300, information on a monitoring result (judgment result) as to whether or not the shovel 100 may have a rear lifting phenomenon. Thereby, the manager of the shovel 100 having the portable terminal 300 or the supervisor of the work site can grasp the stable state from outside the shovel 100.
- the mobile terminal 300 is owned by the owner of the shovel 100, a manager, a supervisor of a work site, an operator, and the like.
- the mobile terminal 300 is, for example, a mobile phone, a smartphone, a tablet terminal, a laptop computer terminal, or the like.
- the mobile terminal 300 includes a control device 310, a communication device 320, a display device 330, and an input device 340.
- the control device 310 performs various controls related to the operation of the mobile terminal 300.
- the communication device 320 communicates with a predetermined external device (for example, the management device 200) through the communication line NW.
- the communication device 320 transmits various types of information to the management device 200, for example, under the control of the control device 310.
- the communication device 320 receives information transmitted (downloaded) from the management device 200, for example. Information received by the communication device 320 is taken into the control device 310.
- the display device 330 displays various information images to the user of the mobile terminal 300 under the control of the control device 310.
- the input device 340 receives an operation input from a user of the mobile terminal 300 and outputs the operation input to the control device 310.
- the user of the mobile terminal 300 performs a predetermined operation on the input device 340 to activate a predetermined application program (hereinafter, “excavator stable state viewing application”) installed in the control device 310. Then, the user of the mobile terminal 300 transmits, to the management device 200, a request signal for requesting viewing of the monitoring result regarding the stable state of the shovel 100 via the input device 340 on a predetermined application screen corresponding to the shovel stable state viewing application. Perform the operation to make it.
- the control device 310 transmits a request signal to the management device 200 via the communication device 320 according to the operation.
- the management device 200 sequentially transmits the monitoring result (determination result) regarding the stable state of the shovel 100 to the mobile terminal 300 at a predetermined control cycle in response to the request signal from the mobile terminal 300. Therefore, the user of the mobile terminal 300 can check the stable state of the shovel 100 from outside the shovel 100.
- the mobile terminal 300 may be configured to be able to directly communicate with the shovel 100 via the communication device 320. In this case, it relates to the functions of the dynamic unstable state determination unit 301, the static unstable state determination unit 302, and the stabilization control unit 303 in the above-described example of the shovel 100, and the stabilization control in another example of the above-described shovel 100.
- the function may be transferred to the control device 310 of the mobile terminal 300.
- the controller 30 corrects the operation of the arm 5 or the end attachment according to the stable state of the shovel 100. Specifically, when the stability of the body of the shovel 100 is relatively high, the controller 30 causes the arm 5 and the end attachment to perform an operation according to the operation content or the operation command of the automatic driving function. On the other hand, when the stability of the shovel 100 is relatively low, the controller 30 corrects the operation of the arm 5 or the end attachment in a direction in which the stability is recovered from the operation corresponding to the operation content or the operation command related to the automatic driving function. May do it.
- the controller 30 can suppress an unstable phenomenon that can occur in the body of the shovel 100 when the attachment is in the air.
- the controller 30 may correct the operation of the boom 4 in addition to correcting the operation of the arm 5 or the end attachment according to the stable state of the shovel 100. For example, the controller 30 may release the pressure of the bottom-side oil chamber of the boom cylinder 7 when the rear lifting phenomenon may occur. Thereby, the boom cylinder 7 plays a role of a cushion, and the occurrence of a rear floating phenomenon is suppressed.
- the controller 30 may cause the arm 5 to move in the closing direction according to the operation of the shovel 100.
- the controller 30 can specifically suppress the unstable phenomenon that may occur in the body of the shovel 100 when the attachment operates in the air.
- the controller 30 may suppress an unstable phenomenon other than the rear lifting phenomenon. For example, as shown in FIG. 6A, when an operation of the attachment for discharging the contents of the bucket 6 to the outside is performed, a vibration as an unstable phenomenon occurs in the body of the shovel 100 due to a dynamic disturbance caused by the operation of the attachment. May occur. Also in such a case, by operating the arm 5, at least a part of the dynamic disturbance caused by the operation of the shovel 100 (attachment) can be absorbed, and the vibration of the body of the shovel 100 can be suppressed.
- the controller 30 moves the arm 5 in the closing direction so as to suppress a dynamic moment (dynamic falling moment) that can act on the body of the shovel 100 in accordance with the operation of the shovel 100. May work.
- the controller 30 can be configured to perform an unstable phenomenon that can occur in the airframe of the attachment when the attachment is in the air, in response to a dynamic disturbance that can act on the airframe of the shovel in response to the operation of the shovel 100. Can be suppressed.
- the controller 30 may operate the arm 5 in the closing direction.
- the controller 30 can suppress the occurrence and increase of the unstable phenomenon in a specific situation where a dynamic moment (dynamic overturning moment) may occur.
- the controller 30 may operate the arm 5 in the closing direction when the lower traveling body 1 is rapidly decelerated while the lower traveling body 1 is traveling with the attachment directed in the traveling direction. .
- the controller 30 can suppress the occurrence and increase of the unstable phenomenon in a specific situation where a dynamic moment (dynamic overturning moment) may occur.
- the controller 30 causes the arm 5 to move in the closing direction when the forward lean amount of the aircraft suddenly increases in a state where the lower traveling body 1 is traveling with the attachment directed in the traveling direction. May be.
- the controller 30 can suppress the occurrence and increase of the unstable phenomenon in a specific situation where a dynamic moment (dynamic overturning moment) may occur.
- the controller 30 controls the arm 5 so as to suppress a change in a static moment (static overturning moment and restraining moment) acting on the body according to the operation of the shovel 100. It may be operated in the closing direction.
- the controller 30 specifically performs the air movement of the attachment in a form corresponding to the change of the static moment (static overturning moment and suppression moment) acting on the body according to the operation of the shovel 100. Instability phenomena that can occur in the aircraft at the time can be suppressed.
- the controller 30 may cause the arm 5 to move in the closing direction according to the lowering operation of the boom 4 in a state where the bucket 6 is relatively separated from the body.
- the controller 30 can suppress the occurrence and increase of the unstable phenomenon in a specific situation where a static moment change may occur.
- the controller 30 may cause the arm 5 to move in the closing direction according to the operation in which the attachment accommodates and lifts an object such as earth and sand in the bucket 6.
- the controller 30 can suppress the occurrence and increase of the unstable phenomenon in a specific situation where a static moment change may occur.
- the controller 30 may operate the arm 5 in the closing direction in accordance with the turning of the upper turning body 3 such that the direction of the attachment is away from the traveling direction of the lower traveling body 1.
- the controller 30 can suppress the occurrence and increase of the unstable phenomenon in a specific situation where a static moment change may occur.
- the controller 30 moves the arm 5 in the closing direction in accordance with the increase in the forward lean amount of the body of the shovel 100 in a state where the lower traveling body 1 is traveling with the attachment directed in the traveling direction. It may be operated.
- the controller 30 can suppress the occurrence and increase of the unstable phenomenon in a specific situation where a static moment change may occur.
- the controller 30 may cause the relief valve V8R to release the pressure in the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 in accordance with the operation of the shovel 100, and may cause the arm 5 to move in the closing direction by its own weight. .
- the controller 30 can eliminate the static unstable state and the dynamic unstable state of the shovel 100 by operating the arm 5 by its own weight.
- the controller 30 releases the function of holding the hydraulic oil in the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 by the hydraulic oil holding circuit 90 in accordance with the operation of the shovel 100, whereby the arm by the relief valve V8R is released.
- the function of releasing the pressure of the hydraulic oil of the cylinder 8 may be enabled.
- the controller 30 can control the arm by the relief valve V8R.
- the pressure in the rod-side oil chamber of the cylinder 8 can be released. Therefore, the shovel 100 has a function of preventing the arm 5 from falling (a function of holding the hydraulic oil in the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8) and a function relating to stabilization control of the body of the shovel 100 (a function of releasing the pressure of the arm cylinder 8). Can be compatible.
- the controller 30 relatively slows the opening operation of the end attachment (bucket 6) when the rear lifting phenomenon of the lower traveling body 1 is likely to occur.
- the controller 30 may relatively slow down the opening operation of the bucket 6 when the rear lifting phenomenon of the lower traveling body 1 occurs. As a result, it is possible to suppress an increase in the rear lifting phenomenon of the lower traveling body 1 that has already occurred, and to converge the rear lifting phenomenon early. In this case, the controller 30 may detect the occurrence of the rear floating phenomenon of the undercarriage 1 based on the detection value of the body posture sensor S4 and the captured image of the imaging device S6.
- the controller 30 determines whether the weight of the end attachment (in the case of the bucket 6, the weight including the contents) is relatively large, or the position of the end attachment is relatively away from the undercarriage 1. In this case, the opening operation of the bucket 6 may be relatively slowed.
- the controller 30 can perform the lower traveling in a specific situation where the static overturning moment is relatively large and the rear lifting phenomenon of the lower traveling body 1 is likely to occur due to the opening operation of the end attachment. The occurrence of the rear lifting phenomenon of the body 1 can be suppressed. Further, in this situation, the controller 30 can suppress an increase in the rear lifting phenomenon that has occurred, and can converge the rear lifting phenomenon early.
- the controller 30 may relatively slow down the opening operation of the bucket 6 when the attachment performs the discharging operation of the contents in the bucket 6.
- the controller 30 suppresses the occurrence of the rear floating phenomenon of the lower traveling body 1 in a specific situation in which the opening operation of the bucket 6 is performed and the dynamic overturning moment is likely to act on the upper revolving superstructure 3. can do. Similarly, in the same situation, the controller 30 can suppress an increase in the rear lifting phenomenon that has occurred, and can converge the rear lifting phenomenon early.
- the controller 30 opens the bucket 6 when the position of the bucket 6 is relatively separated from the lower traveling body 1 and the attachment performs an operation of discharging the contents in the bucket 6.
- the operation may be relatively slow.
- the controller 30 has a relatively large static overturning moment, the opening operation of the bucket 6 is performed, the dynamic overturning moment acts on the upper revolving unit 3, and the rear lifting phenomenon of the lower traveling unit 1 occurs.
- the controller 30 can suppress an increase in the rear lifting phenomenon that has occurred, and can converge the rear lifting phenomenon early.
- the possibility that the rear lifting phenomenon of the lower traveling body 1 occurs becomes relatively high, or When the rear lifting phenomenon of the undercarriage 1 occurs, the opening operation of the bucket 6 may be relatively delayed.
- the operation of the bucket 6 is not restricted until the possibility that the rear lifting phenomenon of the undercarriage 1 occurs is relatively high or actually occurs. Therefore, the controller 30 can improve the work efficiency of the shovel 100 while suppressing the rear lifting phenomenon.
- the controller 30 controls the main pump 14 that supplies the hydraulic oil to the bucket cylinder 9 (an example of the end attachment cylinder) through the regulator 13 to restrict the discharge flow rate, so that the opening operation of the end attachment is relatively controlled. May be slowed down. Further, the controller 30 causes the control valve 174 in the control valve 17 that controls the flow rate of the hydraulic oil supplied from the main pump 14 to the bucket cylinder 9 to limit the flow rate to the bucket cylinder 9 through the pressure reducing valve V27B. The opening operation of the end attachment may be relatively slowed. Further, the controller 30 causes the flow control valve (throttle valve) V9R to reduce the flow rate of the hydraulic oil discharged from the (bottom side oil chamber) of the bucket cylinder 9, thereby relatively slowing the opening operation of the end attachment. May be.
- the controller 30 can specifically limit the hydraulic oil supplied to the bucket cylinder 9 and relatively slow down the opening operation of the end attachment.
- the controller 30 may relatively slow down the opening operation of the end attachment by limiting the moving speed V and the moving acceleration ⁇ of the bucket cylinder 9 to a predetermined upper limit or less.
- the controller 30 can realize a specific control mode of relatively delaying the opening operation of the end attachment.
- controller 30 may set an upper limit value for only one of the moving speed V and the moving acceleration ⁇ of the bucket cylinder 9, and limit only one of the moving speed V and the moving acceleration ⁇ to the upper limit value or less.
- the controller 30 detects the state of the attachment based on detection information of predetermined sensors (each of the sensors S1 to S4, S7B, S7R, S8B, S8R, S9B, S9R, etc.).
- An upper limit value (upper limit moving speed Vlim, upper limit moving acceleration ⁇ lim) of at least one of the moving speed and the moving acceleration is calculated.
- the controller 30 can calculate the upper limit value in consideration of the posture state and the operation state of the attachment that affect the static overturning moment and the dynamic overturning moment. Therefore, the controller 30 can more appropriately restrict the opening operation of the end attachment in accordance with the situation at that time.
- the controller 30 suppresses the overturning moment in the direction in which the rear part of the lower traveling body 1 is lifted and the lifting of the rear part of the lower traveling body 1 based on detection information of a predetermined sensor that detects the state of the attachment. Calculate the restraining moment in the direction of movement. Then, the controller 30 calculates the upper limit movement speed Vlim and the upper limit movement acceleration ⁇ lim of the bucket cylinder 9 so that the calculated overturning moment is lower than the suppression moment.
- the controller 30 can calculate the upper limit value of the moving speed and the moving acceleration of the bucket cylinder 9 that can suppress the excavator 100 from tipping over.
- the shovel 100 is configured to hydraulically drive all the various operation elements such as the lower traveling unit 1, the upper revolving unit 3, the boom 4, the arm 5, and the bucket 6, A part of them may be electrically driven. That is, the configuration and the like disclosed in the above-described embodiment may be applied to a hybrid shovel, an electric shovel, and the like.
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Abstract
アタッチメントの空中動作時に、ショベルの機体に発生しうる不安定現象を抑制可能なショベルを提供する。本発明の一実施形態に係るショベル100は、下部走行体1と、下部走行体1に旋回自在に搭載される上部旋回体3と、上部旋回体3に取り付けられるブーム4と、ブーム4の先端に取り付けられるアーム5と、アーム5の先端に取り付けられるバケット6と有するアタッチメントと、を備え、ショベル100の安定状態に合わせて、アーム5又はバケット6の動作を補正する。
Description
本発明は、ショベルに関する。
例えば、掘削作業時において、ショベルの機体に発生する、後部の浮き上がり等の所定の不安定現象を抑制する技術が知られている(特許文献1等参照)。
しかしながら、アタッチメントが空中にあるとき(以下、「アタッチメントの空中動作時」)にも、ショベルの動作に応じて、ショベルの機体に後部の浮き上がり等の不安定現象が発生する可能性がある。
そこで、上記課題に鑑み、アタッチメントの空中動作時に、ショベルの機体に発生しうる不安定現象を抑制可能なショベルを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一実施形態では、
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、
前記旋回体に取り付けられるブームと、前記ブームの先端に取り付けられるアームと、前記アームの先端に取り付けられるエンドアタッチメントと有するアタッチメントと、を備え、
ショベルの機体の安定状態に合わせて、前記アーム又は前記エンドアタッチメントの動作を補正する、
ショベルが提供される。
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、
前記旋回体に取り付けられるブームと、前記ブームの先端に取り付けられるアームと、前記アームの先端に取り付けられるエンドアタッチメントと有するアタッチメントと、を備え、
ショベルの機体の安定状態に合わせて、前記アーム又は前記エンドアタッチメントの動作を補正する、
ショベルが提供される。
上述の実施形態によれば、アタッチメントの空中動作時に、ショベルの動作に応じて、ショベルの機体に発生しうる不安定現象を抑制可能なショベルを提供することができる。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。
[ショベルの概要]
まず、図1を参照して、本実施形態に係るショベル100の概要について説明をする。
まず、図1を参照して、本実施形態に係るショベル100の概要について説明をする。
図1は、本実施形態に係るショベル100の一例を示す側面図である。
本実施形態に係るショベル100は、下部走行体1と、旋回機構2を介して旋回自在に下部走行体1に搭載される上部旋回体3と、アタッチメント(作業アタッチメントの一例)としてのブーム4、アーム5、及びバケット6と、オペレータが搭乗するキャビン10とを備える。以下、ショベル100の前方は、ショベル100を上部旋回体3の旋回軸に沿って真上から平面視(以下、単に「平面視」と称する)で見たときに、上部旋回体3に対して、アタッチメントが延出する方向(以下、単に「アタッチメントの延出方向」と称する)に対応する。また、ショベル100の左方及び右方は、それぞれ、ショベル100を平面視で見たときに、キャビン10内のオペレータの左方及び右方に対応する。
下部走行体1は、例えば、左右一対のクローラを含み、それぞれのクローラが走行油圧モータ1L,1R(図2~図4参照)で油圧駆動されることにより、ショベル100を走行させる。
上部旋回体3は、旋回油圧モータ2A(図2~図4参照)で駆動されることにより、下部走行体1に対して旋回する。
ブーム4は、上部旋回体3の前部中央に俯仰可能に枢着され、ブーム4の先端には、アーム5が上下回動可能に枢着され、アーム5の先端には、バケット6が上下回動可能に枢着される。ブーム4、アーム5、及びバケット6は、それぞれ、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ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。
また、バケット6には、クレーン作業用のフック80が取り付けられる。フック80は、基端が、アーム5とバケット6との間を連結するバケットピン62に回動可能に連結される。これにより、フック80は、掘削作業等のクレーン作業以外の作業が行われる場合、2本のバケットリンク70の間に形成されるフック収納部50に収納される。
また、バケット6は、エンドアタッチメントの一例であり、ショベル100には、バケット6とは異なる種類のエンドアタッチメント(例えば、破砕機、リフティングマグネット等、バケット6と用途の異なるエンドアタッチメントや、大型バケット等、バケット6と用途以外の仕様が異なるエンドアタッチメント)が取り付けられてもよい。つまり、ショベル100は、作業内容等に合わせて、適宜、エンドアタッチメントの種類を交換可能に構成されてよい。
キャビン10は、オペレータが搭乗する操縦室であり、上部旋回体3の前部左側に搭載される。
ショベル100は、キャビン10に搭乗するオペレータ(以下、便宜的に「搭乗オペレータ」)の操作に応じて、下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の被駆動要素を動作させる。
また、ショベル100は、所定の外部装置(例えば、後述の管理装置200)から受信される遠隔操作信号に応じて、下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の動作要素(被駆動要素)を動作させてもよい。即ち、ショベル100は、遠隔操作されてもよい。ショベル100が遠隔操作される場合、キャビン10の内部は、無人状態であってよい。
また、ショベル100は、キャビン10の搭乗オペレータの操作や外部装置のオペレータ(以下、便宜的に「遠隔オペレータ」)の遠隔操作の内容に依らず、自動で油圧アクチュエータを動作させてもよい。これにより、ショベル100は、下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の被駆動要素の少なくとも一部を自動で動作させる機能(以下、「自動運転機能」)を実現する。以下、搭乗オペレータ及び遠隔オペレータを包括的にオペレータと称する場合がある。
自動運転機能には、搭乗オペレータの操作や遠隔操作オペレータの遠隔操作に応じて、操作対象の被駆動要素(油圧アクチュエータ)以外の被駆動要素(油圧アクチュエータ)を自動で動作させる機能(いわゆる「半自動運機能」)が含まれてよい。また、自動運転機能には、搭乗オペレータの操作や遠隔オペレータの遠隔操作がない前提で、複数の被駆動要素(油圧アクチュエータ)の少なくとも一部を自動で動作させる機能(いわゆる「完全自動運転機能」)が含まれてよい。ショベル100において、完全自動運転機能が有効な場合、キャビン10の内部は無人状態であってよい。また、自動運転機能には、ショベル100の周囲の作業者等の人のジェスチャをショベル100が認識し、認識されるジェスチャの内容に応じて、複数の被駆動要素(油圧アクチュエータ)の少なくとも一部を自動で動作させる機能(「ジェスチャ操作機能」)が含まれてよい。また、半自動運転機能や完全自動運転機能やジェスチャ操作機能には、自動運転の対象の被駆動要素(油圧アクチュエータ)の動作内容が予め規定されるルールに従って自動的に決定される態様が含まれてよい。また、半自動運転機能や完全自動運転機能やジェスチャ操作機能には、ショベル100が自律的に各種の判断を行い、その判断結果に沿って、自律的に自動運転の対象の被駆動要素(油圧アクチュエータ)の動作内容が決定される態様(いわゆる「自律運転機能」)が含まれてもよい。
[ショベルの一例]
次に、ショベル100の一例について説明する。
次に、ショベル100の一例について説明する。
<ショベルの構成>
図1に加えて、図2~図5を参照して、ショベル100の具体的な構成について説明する。
図1に加えて、図2~図5を参照して、ショベル100の具体的な構成について説明する。
図2~図4は、本実施形態に係るショベル100の構成の第1例~第3例を示すブロック図である。具体的には、図2~図4は、相互に、後述するリリーフ弁V8Rに関連する油圧回路の構成が異なる。図5は、作動油保持回路90及びリリーフ弁V8Rを含む油圧回路の一例を示す図であり、具体的には、図4に示すショベル100の構成に対応する作動油保持回路90及びリリーフ弁V8Rを含む油圧回路の一例を示す図である。
尚、図中において、機械的動力ラインは二重線、高圧油圧ラインは実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御ラインは点線でそれぞれ示される。
本例に係るショベル100の油圧駆動系は、上述の如く、下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6のそれぞれを油圧駆動する走行油圧モータ1L,1R、旋回油圧モータ2A、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等の油圧アクチュエータを含む。また、本実施形態に係るショベル100の油圧駆動系は、エンジン11と、レギュレータ13と、メインポンプ14と、コントロールバルブ17とを含む。
エンジン11は、油圧駆動系におけるメイン動力源であり、例えば、上部旋回体3の後部に搭載される。具体的には、エンジン11は、後述するコントローラ30による直接或いは間接的な制御の下、予め設定される目標回転数で一定回転し、メインポンプ14及びパイロットポンプ15を駆動する。エンジン11は、例えば、軽油を燃料とするディーゼルエンジンである。
レギュレータ13は、メインポンプ14の吐出量を制御する。例えば、レギュレータ13は、コントローラ30からの制御指令に応じて、メインポンプ14の斜板の角度(以下、「傾転角」)を調節する。
メインポンプ14は、例えば、エンジン11と同様、上部旋回体3の後部に搭載され、高圧油圧ラインを通じてコントロールバルブ17に作動油を供給する。メインポンプ14は、上述の如く、エンジン11により駆動される。メインポンプ14は、例えば、可変容量式油圧ポンプであり、上述の如く、コントローラ30による制御の下、レギュレータ13により斜板の傾転角が調節されることでピストンのストローク長が調整され、吐出流量(吐出圧)が制御されうる。
コントロールバルブ17は、例えば、上部旋回体3の中央部に搭載され、搭乗オペレータによる操作装置26の操作や遠隔オペレータによる遠隔操作に応じて、油圧アクチュエータの制御を行う油圧制御装置である。コントロールバルブ17は、上述の如く、高圧油圧ラインを介してメインポンプ14と接続され、メインポンプ14から供給される作動油を、オペレータの操作内容に応じて、油圧アクチュエータ(走行油圧モータ1L,1R、旋回油圧モータ2A、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)に選択的に供給する。具体的には、コントロールバルブ17は、メインポンプ14から油圧アクチュエータのそれぞれに供給される作動油の流量と流れる方向を制御する複数の制御弁(例えば、アームシリンダ8に対応する後述の制御弁17A等)を含む。
本実施形態に係るショベル100の操作系は、パイロットポンプ15と、操作装置26とを含む。
パイロットポンプ15は、例えば、上部旋回体3の後部に搭載され、パイロットライン25を介して操作装置26に作動油(パイロット圧)を供給する。パイロットポンプ15は、例えば、固定容量式油圧ポンプであり、上述の如く、エンジン11により駆動される。
操作装置26は、キャビン10の操縦席付近に設けられ、オペレータが各種動作要素(下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、バケット6等)の操作を行うための操作入力手段である。換言すれば、操作装置26は、それぞれの動作要素を駆動する油圧アクチュエータ(即ち、走行油圧モータ1L,1R、旋回油圧モータ2A、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等)の操作をオペレータが行うための操作入力手段である。
図2~図4に示すように、操作装置26は、例えば、パイロットライン25を通じてパイロットポンプ15から供給される作動油を利用する油圧パイロット式である。操作装置26は、メインポンプ14から供給される作動油を利用して、その操作内容に応じたパイロット圧をその二次側のパイロットライン27に出力する。操作装置26は、その二次側のパイロットライン27を通じてコントロールバルブ17に接続される。これにより、コントロールバルブ17には、操作装置26における下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の操作状態に応じたパイロット圧が入力される。そのため、コントロールバルブ17は、操作装置26における操作状態に応じた、それぞれの油圧アクチュエータの動作を実現することができる。
また、操作装置26は、例えば、操作内容に応じた電気信号(以下、「操作信号」)を出力する電気式であってもよい。操作装置26から出力される操作信号は、例えば、コントローラ30に取り込まれる。コントローラ30は、受信される操作信号に応じて、操作装置26の操作内容に応じた制御指令を、パイロットポンプ15とコントロールバルブ17のパイロットポートとの間を結ぶパイロットラインに介設される油圧制御弁(以下、「操作用制御弁」)に出力する。これにより、操作用制御弁から操作装置26の操作内容に応じたパイロット圧がコントロールバルブ17に供給される。そのため、コントロールバルブ17は、搭乗オペレータ等の操作装置26に対する操作内容に応じた、それぞれの油圧アクチュエータの動作を実現することができる。
尚、ショベル100が遠隔操作される場合についても、操作用制御弁が利用されてよい。例えば、コントローラ30は、外部装置から受信される遠隔操作信号に応じて、遠隔操作の内容に応じた制御指令を操作用制御弁に出力する。これにより、操作用制御弁から遠隔操作の内容に応じたパイロット圧がコントロールバルブ17に供給される。そのため、コントロールバルブ17は、遠隔オペレータによる遠隔操作の内容に応じた、それぞれの油圧アクチュエータの動作を実現することができる。また、ショベル100が自動運転機能を有する場合についても、操作用制御弁が利用されてよい。例えば、コントローラ30は、オペレータの操作に依らず、自動運転機能による油圧アクチュエータの動作に対応する制御指令を出力する。これにより、操作用制御弁から自動運転機能による油圧アクチュエータの動作に応じたパイロット圧がコントロールバルブ17に供給される。そのため、コントロールバルブ17は、自動運転機能に対応するそれぞれの油圧アクチュエータの動作を実現することができる。
操作装置26は、例えば、ブーム4(ブームシリンダ7)、アーム5(アームシリンダ8)、バケット6(バケットシリンダ9)、及び上部旋回体3(旋回油圧モータ2A)のそれぞれを操作するレバー装置を含む。また、操作装置26は、例えば、左右の下部走行体1(走行油圧モータ1L,1R)のそれぞれを操作するペダル装置或いはレバー装置を含む。
本実施形態に係るショベル100の制御系は、コントローラ30と、操作圧センサ29と、表示装置40と、入力装置42と、音出力装置44と、フック収納状態検出装置51と、ブーム姿勢センサS1と、アーム姿勢センサS2と、バケット姿勢センサS3と、機体姿勢センサS4と、ブームボトム圧センサS7Bと、ブームロッド圧センサS7Rと、アームボトム圧センサS8Bと、アームロッド圧センサS8Rと、バケットボトム圧センサS9Bと、バケットロッド圧センサS9Rと、リリーフ弁V8Rとを含む。
コントローラ30は、ショベル100の駆動制御を行う。コントローラ30は、その機能が任意のハードウェア、或いは、ハードウェア及びソフトウェアの組み合わせ等により実現されてよい。例えば、コントローラ30は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)等のメモリ装置、ROM(Read Only Memory)等の不揮発性の補助記憶装置、及び各種入出力用のインタフェース装置等を含むコンピュータを中心に構成される。コントローラ30は、例えば、補助記憶装置等にインストールされる一以上のプログラムをCPU上で実行することにより実現される機能部として、動的不安定状態判定部301と、静的不安定状態判定部302と、安定化制御部303を含む。
尚、コントローラ30の機能の一部は、他のコントローラ(制御装置)により実現されてもよい。即ち、コントローラ30の機能は、複数のコントローラにより分散される態様で実現されてもよい。
操作圧センサ29は、上述の如く、操作装置26の二次側(パイロットライン27)のパイロット圧、即ち、操作装置26におけるそれぞれの動作要素(油圧アクチュエータ)の操作状態に対応するパイロット圧を検出する。操作圧センサ29による操作装置26における下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の操作状態に対応するパイロット圧の検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
表示装置40は、キャビン10内のオペレータから視認し易い位置に配置され、コントローラ30による制御下で、各種情報画像を表示する。表示装置40は、例えば、液晶ディスプレイや有機EL(Electroluminescence)ディスプレイ等である。
入力装置42は、キャビン10内の着座したオペレータから手が届く範囲に設けられ、オペレータによる各種操作入力を受け付け、操作入力に応じた信号をコントローラ30に出力する。入力装置42は、例えば、各種情報画像を表示する表示装置のディスプレイに実装されるタッチパネル、操作装置26に含まれるレバー装置のレバー部の先端に設けられるノブスイッチ、表示装置40の周囲に設置されるボタンスイッチ、レバー、トグル、ダイヤル、表示装置40に実装されるタッチパネル、表示装置40と別体のタッチパッド等を含みうる。
例えば、入力装置42は、掘削作業等を行うための通常モードとフック80を用いてクレーン作業を行うためのクレーンモードとの間でショベル100の動作モードをオペレータ等が切り替えるための操作入力を受け付けるクレーンモードスイッチを含んでよい。このとき、通常モードは、操作装置26を通じたオペレータの操作に対するアタッチメント(例えば、ブーム4)の動作速度が相対的に速いショベル100の動作モードであり、クレーンモードは、操作装置26を通じたオペレータの操作に対するアタッチメントの動作速度が相対的に遅いショベル100の動作モードである。これにより、クレーン作業時において、例えば、オペレータによる操作に対するブーム4の動作が比較的緩慢になるため、ショベル100は、吊荷を安定して吊り上げたり、移動させたりすることができる。コントローラ30は、クレーンモードスイッチがオン操作されると、ショベル100の動作モードを通常モードからクレーンモードに切り替え、クレーンモードスイッチがオフ操作されると、ショベル100の動作モードをクレーンモードから通常モードに切り替える。
尚、コントローラ30は、クレーンモードにおいて、エンジン11の目標回転数を通常モードの場合よりも低く設定する。これにより、コントローラ30は、クレーンモードにおいて、アタッチメントの動作を通常モードよりも緩慢にすることができる。
音出力装置44は、キャビン10内に設けられ、コントローラ30による制御下で、各種音声を出力する。音出力装置44は、例えば、スピーカやブザー等である。
フック収納状態検出装置51は、フック80のアタッチメント(フック収納部50)への収納状態を検出する。フック収納状態検出装置51は、例えば、フック収納部50内にフック80が存在する場合、導通状態になり、フック収納部50内にフック80が存在しない場合に遮断状態となるスイッチである。フック収納状態検出装置51は、ケーブル35を通じてコントローラ30と接続され、コントローラ30は、フック収納状態検出装置51の導通/非導通によって、フック80がフック収納部50に収納されているか否かを判断できる。
尚、コントローラ30は、フック収納状態検出装置51による検出情報に基づき、自動的に、クレーンモードと通常モードとの間でショベル100の動作モードを切り替えてもよい。この場合、クレーンモードスイッチは、省略されてもよい。例えば、コントローラ30は、フック収納状態検出装置51が導通状態から遮断状態に切替わることにより、フック80がフック収納部50から取り出されたと判断すると、ショベル100の動作モードを通常モードからクレーンモードに切り替えてよい。また、コントローラ30は、フック収納状態検出装置51が遮断状態から導通状態に切替わることにより、フック80がフック収納部50に戻されたと判断すると、ショベル100の動作モードをクレーンモードから通常モードに切り替えてよい。
ブーム姿勢センサS1は、ブーム4に取り付けられ、ブーム4の上部旋回体3に対する姿勢角度、具体的には、俯仰角度(以下、「ブーム角度」)を検出する。ブーム姿勢センサS1は、例えば、側面視において、上部旋回体3の旋回平面に対してブーム4の両端の支点を結ぶ直線が成す角度を検出する。ブーム姿勢センサS1は、例えば、ロータリエンコーダ、加速度センサ、角加速度センサ、6軸センサ、IMU(Inertial Measurement Unit:慣性計測装置)等を含んでよく、以下、アーム姿勢センサS2、バケット姿勢センサS3、機体姿勢センサS4についても同様である。ブーム姿勢センサS1によるブーム角度θ1に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
アーム姿勢センサS2は、アーム5に取り付けられ、アーム5のブーム4に対する姿勢角度、具体的には、回動角度(以下、「アーム角度」)、例えば、側面視において、ブーム4の両端の支点を結ぶ直線に対してアーム5の両端の支点を結ぶ直線が成す角度を検出する。アーム姿勢センサS2によるアーム角度θ2に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
バケット姿勢センサS3は、バケット6に取り付けられ、バケット6のアーム5に対する姿勢角度、具体的には、回動角度(以下、「バケット角度」)、例えば、側面視において、アーム5の両端の支点を結ぶ直線に対してバケット6の支点と刃先とを結ぶ直線が成す角度を検出する。バケット姿勢センサS3によるバケット角度θ3に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
機体姿勢センサS4は、機体、具体的には、上部旋回体3の姿勢状態を検出する。機体姿勢センサS4は、例えば、上部旋回体3に取り付けられ、上部旋回体3の前後方向及び左右方向の2軸回りの姿勢角度、つまり、傾斜角度(以下、「前後傾斜角」及び「左右傾斜角」)を検出する。また、機体姿勢センサS4は、上部旋回体3の上下方向の姿勢角度、つまり、旋回軸2X回りの旋回角度を検出する。機体姿勢センサS4による傾斜角度(前後傾斜角及び左右傾斜角)及び旋回角度に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
ブームロッド圧センサS7R及びブームボトム圧センサS7Bは、それぞれ、ブームシリンダ7に取り付けられ、ブームシリンダ7のロッド側油室の圧力(以下、「ブームロッド圧」)及びボトム側油室の圧力(以下、「ブームボトム圧」)を検出する。ブームロッド圧センサS7R及びブームボトム圧センサS7Bによるブームロッド圧及びブームボトム圧に対応する検出信号は、それぞれ、コントローラ30に取り込まれる。
アームロッド圧センサS8R及びアームボトム圧センサS8Bは、それぞれ、アームシリンダ8に取り付けられ、アームシリンダ8のロッド側油室の圧力(以下、「アームロッド圧」)、及びボトム側油室の圧力(以下、「アームボトム圧」)を検出する。アームロッド圧センサS8R及びアームボトム圧センサS8Bによるアームロッド圧及びアームボトム圧に対応する検出信号は、それぞれ、コントローラ30に取り込まれる。
バケットロッド圧センサS9R及びバケットボトム圧センサS9Bは、それぞれ、バケットシリンダ9に取り付けられ、バケットシリンダ9のロッド側油室の圧力(以下、「バケットロッド圧」)及びボトム側油室の圧力(以下、「バケットボトム圧」)を検出する。バケットロッド圧センサS9R及びバケットボトム圧センサS9Bによるバケットロッド圧及びバケットボトム圧に対応する検出信号は、それぞれ、コントローラ30に取り込まれる。
リリーフ弁V8Rは、コントローラ30からの制御指令に応じて、アームシリンダ8のロッド側油室の作動油を作動油タンクTに排出し、アームシリンダ8のロッド側油室の作動油の圧力を開放する。これにより、アームシリンダ8は、ロッドの先端で連結されているアーム5の自重によって、ロッド側、つまり、伸長側に移動し、結果として、アーム5は、閉じ方向に動作(回動)する。
例えば、図2に示すように、リリーフ弁V8Rは、アームシリンダ8のロッド側油室とコントロールバルブ17との間の高圧油圧ラインに設けられてよい。また、例えば、図3に示すように、リリーフ弁V8Rは、アームシリンダ8のロッド側油室とコントロールバルブ17内のアームシリンダ8に対応する制御弁17Aとの間の高圧油圧ラインのうちのコントロールバルブ17に内蔵される部分に設けられてもよい。つまり、リリーフ弁V8Rは、コントロールバルブ17の内外問わず、アームシリンダ8に対応する制御弁17Aとアームシリンダ8のロッド側油室との間の高圧油圧ラインに設けられてよい。
尚、リリーフ弁V8Rは、制御弁17Aに内蔵されてもよい。この場合、リリーフ弁V8Rは、制御弁17Aにおけるアームシリンダ8のロッド側油室と接続されるポートと連通する油路からコントロールバルブ17内のセンタバイパス油路(メインポンプ14の作動油を作動油タンクTまで循環させる油路)に作動油を排出させる態様であってよい。
また、図4に示すように、アームシリンダ8のロッド側油室とコントロールバルブ17との間の高圧油圧ラインに作動油保持回路90が設けられる場合がありうる。作動油保持回路90は、操作装置26を通じてアーム5の閉じ方向の操作(以下、「アーム閉じ操作」)が行われていない場合に、アームシリンダ8のロッド側油室の作動油(の油圧)を保持する。これにより、例えば、作動油保持回路90は、アームシリンダ8側を上流としたときの下流側で、作動油の漏れ等が発生した場合であっても、アーム5が閉じ方向に落下するような事態を防止できる。
この場合、リリーフ弁V8Rは、アームシリンダ8のロッド側油室とコントロールバルブ17内の制御弁17Aとの間の高圧油圧ライン上における作動油保持回路90よりも制御弁17A側(アームシリンダ側を上流としたときの下流側)に設けられてよい。具体的には、リリーフ弁V8Rは、図4に示すように、コントロールバルブ17の外、つまり、作動油保持回路90とコントロールバルブ17との間の高圧油圧ラインに設けられてもよい。また、リリーフ弁V8Rは、図3の場合と同様、アームシリンダ8のロッド側油室とコントロールバルブ17内のアームシリンダ8に対応する制御弁17Aとの間の高圧油圧ラインのうちのコントロールバルブ17に内蔵される部分に設けられてもよい。また、リリーフ弁V8Rは、上述の如く、制御弁17Aに内蔵されてもよい。
図5に示すように、作動油保持回路90は、コントロールバルブ17とアームシリンダ8のロッド側油室との間を接続する高圧油圧ラインに介設される。作動油保持回路90は、主に、保持弁90aと、スプール弁90bとを含む。
保持弁90aは、コントロールバルブ17からアームシリンダ8のロッド側油室への作動油の流入を許容する。具体的には、保持弁90aは、操作装置26に対するアーム5の開き方向の操作(以下、「アーム開き操作」)に対応して、油路901を通じてコントロールバルブ17から供給される作動油を、油路903を通じてアームシリンダ8のロッド側油室に供給する。一方、保持弁90aは、アームシリンダ8のロッド側油室(油路903)からコントロールバルブ17に接続される油路901への作動油の流出を遮断する。保持弁90aは、例えば、ポペット弁である。
また、保持弁90aは、油路901から分岐する油路902の一端に接続され、油路902に配置されるスプール弁90bを通じてアームシリンダ8のロッド側油室の作動油を下流の油路901(コントロールバルブ17)に排出することができる。具体的には、保持弁90aは、油路902に設けられるスプール弁90bが非連通状態(図中の左端のスプール位置)の場合、アームシリンダ8のロッド側油室の作動油が作動油保持回路90の下流側(油路901)に排出されないように保持する。一方、保持弁90aは、スプール弁90bが連通状態(図中の中央或いは右端のスプール位置)の場合、油路902を経由して、アームシリンダ8のロッド側油室の作動油を作動油保持回路90の下流側に排出することができる。
スプール弁90bは、油路902に設けられ、保持弁90aにより遮断されるアームシリンダ8のロッド側油室の作動油を作動油保持回路90の下流(油路901)に迂回して排出させることができる。スプール弁90bは、油路902を非連通にする第1のスプール位置(図中の左端のスプール位置)、油路902を絞って連通にする第2のスプール位置(図中の中央のスプール位置)、及び、油路902を全開で連通にする第3のスプール位置(図中の右端のスプール位置)を有する。このとき、第2のスプール位置において、スプール弁90bは、パイロットポートに入力されるパイロット圧の大きさに応じて、その絞り度合いが可変される。
スプール弁90bは、パイロットポートにパイロット圧が入力されない場合、スプールが第1のスプール位置にあり、アームシリンダ8のロッド側油室の作動油は、油路902を経由した作動油保持回路90の下流(油路901)に排出されない。一方、スプール弁90bは、そのパイロットポートにパイロット圧が入力される場合、そのパイロット圧の大きさに応じて、スプールが第2の位置或いは第3の位置の何れかにある。具体的には、スプール弁90bは、パイロットポートに作用するパイロット圧が大きくなるほど、第2の位置における絞り度合いが小さくなると共に、スプールが第2のスプール位置から第3のスプール位置に近づく。そして、スプール弁90bは、パイロットポートに作用するパイロット圧がある程度大きくなると、スプールが第3のスプール位置になる。
また、本例では、スプール弁90bにパイロット圧を入力するパイロット回路が設けられる。当該パイロット回路は、パイロットポンプ15とアーム閉じ用リモコン弁26Aaと、電磁切換弁92と、シャトル弁94とを含む。
アーム閉じ用リモコン弁26Aaは、パイロットライン25Aを通じて、パイロットポンプ15と接続される。アーム閉じ用リモコン弁26Aaは、操作装置26のうちのアームシリンダ8を操作するレバー装置に含まれ、パイロットポンプ15から供給される作動油を利用して、アーム5の閉じ操作に対応するパイロット圧をパイロットライン27Uに出力する。
電磁切換弁92は、パイロットポンプ15とアーム閉じ用リモコン弁26Aaとの間のパイロットライン25Aから分岐し、アーム閉じ用リモコン弁26Aaをバイパスしてシャトル弁94の一方の入力ポートに接続されるパイロットライン25Bに設けられる。電磁切換弁92は、パイロットライン25Bの連通/非連通状態を切り換える。
シャトル弁94は、一方の入力ポートにパイロットライン25Bの一端が接続され、他方のポートには、アーム閉じ用リモコン弁25Aaの二次側のパイロットライン27Uの一端が接続される。シャトル弁94は、二つの入力ポートのうちのパイロット圧が高い方をスプール弁90bのパイロットポートに出力する。これにより、アーム閉じ操作がされている場合、シャトル弁94からスプール弁90bのパイロットポートにパイロット圧が作用し、スプール弁90bが連通状態になる。そのため、スプール弁90bは、レバー装置26Aに対するアーム閉じ操作に対応して、アームシリンダ8のロッド側油室の作動油を油路902経由で作動油保持回路90の下流(油路901)に排出することができる。つまり、スプール弁90bは、操作装置26に対するアーム閉じ操作と連動し、操作装置26を通じてアーム閉じ操作が行われる場合に、保持弁90aにより遮断された作動油をアームシリンダ8のロッド側油室から排出する。また、シャトル弁94は、操作装置26を通じてアーム閉じ操作がされていない場合であっても、コントローラ30による制御下で、電磁切換弁92からシャトル弁94を経由してスプール弁90bのパイロットポートにパイロット圧を作用させることができる。そのため、コントローラ30は、電磁切換弁92を介して作動油保持回路90(スプール弁90b)の作動油保持機能を解除し、操作装置26(レバー装置)に対するアーム閉じ操作の有無に依らず、油路902を連通状態にして、アームシリンダ8のロッド側油室の作動油を作動油保持回路90の下流(油路901)に排出させることができる。よって、コントローラ30は、電磁切換弁92を介して作動油保持回路90の作動油保持機能を解除することにより、作動油保持回路90よりも下流側、つまり、コントロールバルブ17側に配置されるリリーフ弁V8Rによるアームシリンダ8のロッド側油室の圧力の開放機能を有効にすることができる。そして、コントローラ30は、リリーフ弁V8Rによるアームシリンダ8のロッド側油室の圧力の開放機能が有効な状態で、リリーフ弁V8Rに制御指令を出力することで、リリーフ弁V8Rにアームシリンダ8のロッド側油室の圧力を開放させることができる。
尚、リリーフ弁V8Rは、作動油保持回路90の保持弁90aよりもアームシリンダ8側の高圧油圧ラインに設けられてもよい。この場合、リリーフ弁V8Rは、作動油保持回路90の作動油保持機能の解除の有無に依らず、アームシリンダ8のロッド側油室の作動油を作動油タンクTに排出させることができる。つまり、コントローラ30は、作動油保持回路90の作動油保持機能を解除することなく、リリーフ弁V8Rに制御指令を出力することで、リリーフ弁V8Rにアームシリンダ8のロッド側油室の圧力を開放させることができる。また、リリーフ弁V8Rの代わりに、アームシリンダ8のロッド側油室の作動油をアームシリンダ8のボトム側油室に排出(供給)する制御弁(再生弁)が採用されてもよい。この場合、再生弁は、コントローラ30からの制御指令に応じて、全閉状態から制御指令の内容に対応する開度で開放される。これにより、アーム5の自重で、アームシリンダ8のロッド側油室の作動油が再生弁を通じてアームシリンダ8のボトム側油室に再生され、アーム5が下げ方向に動作する。
動的不安定状態判定部301は、ショベル100の下部走行体1及び上部旋回体3を含む機体が動的な不安定状態(以下、「動的不安定状態」)にあるか否かを判定する。機体の動的不安定状態は、アタッチメントの空中動作時において、ショベル100の動作に応じて機体に作用する動的な外乱(例えば、アタッチメントの動作の反モーメントや下部走行体1の走行時に作用するモーメント等)に起因して、所定の不安定現象が発生する可能性がある状態を表す。また、機体の動的不安定状態には、アタッチメントの空中動作時以外(例えば、アタッチメントの掘削動作時)において、ショベル100の動作に応じて機体に作用する動的な外乱に起因して、所定の不安定現象が発生する可能性がある状態を含んでもよい。
例えば、図6(図6A、図6B)は、所定の不安定現象の一例として、ショベル100の機体(下部走行体1)の後部が浮き上がる不安定現象(以下、「後部浮き上がり現象」)の具体例を示す図である。具体的には、図6Aは、ショベル100がバケット6に土砂ESを収容している(抱えている)状態を示す図であり、図6Bは、ショベル100が図6Aの状態からバケット6の開き動作を行い、バケット6に収容された土砂ESを排出している状態を示す図である。
図6Aに示すように、アタッチメントが空中でバケット6に土砂ESを抱えた状態で、オペレータの操作に応じて、バケット6が開き動作を行うと、その動的な外乱としての反モーメント(以下、「動的転倒モーメント」)がアタッチメントを通じて、上部旋回体3に作用する。
当該動的転倒モーメントは、下部走行体1の前端部(本例では、左右一対のクローラのうちの一方の外端)の接地点を支点(以下、「転倒支点」)として、ショベル100の機体を前方に転倒させる方向、つまり、下部走行体1の後部を浮き上がらせる方向に作用する。また、当該動的転倒モーメントは、バケット6の位置が転倒支点から離れるほど、つまり、バケット6の位置が機体(下部走行体1及び上部旋回体3)から離れるほど、大きくなる。また、当該動的モーメントは、バケット6の収容物を含む重量が大きいほど、大きくなる。また、当該動的転倒モーメントは、バケット6の開き動作が速いほど(具体的には、加速度が大きいほど)、大きくなる。また、図6Aに示すように、下部走行体1に対する上部旋回体3の向き、つまり、アタッチメントの延出方向が下部走行体1の進行方向とずれている場合、下部走行体1の接地点の前端が機体に近づくため、相対的に、バケット6の位置が転倒支点から遠ざかり、当該動的転倒モーメントが大きくなる。
そのため、バケット6の機体に対する位置関係、バケット6の収容物を含む重量、バケット6の開き動作の速度や加速度、上部旋回体3の下部走行体1に対する向き等の条件によっては、当該転倒モーメントが相対的に大きくなり、図6Bに示すように、ショベル100の後部浮き上がり現象が発生する可能性がある。
また、例えば、ショベル100が、ブーム4を下げつつアーム5を開く態様で、バケット6の土砂等を外部に排出させる場合もありうる。この場合についても、同様に、アタッチメントの当該動作に起因する動的転倒モーメントが機体に作用し、ショベル100の後部浮き上がり現象が発生する可能性がある。
また、例えば、アタッチメントを進行方向に向けてショベル100(下部走行体1)が走行している最中に、オペレータの操作によって、或いは、地面の凹凸等の影響でショベル100の走行が妨げられて、下部走行体1が急減速してしまうような場合がありうる。この場合、ショベル100の急減速に起因して機体及びアタッチメントに作用する慣性力に基づく転倒支点回りの動的転倒モーメントが機体に作用し、ショベル100の後部浮き上がり現象が発生する可能性がある。
尚、"アタッチメントを進行方向に向けて"いる状態には、下部走行体1の進行方向とアタッチメントの向きとが完全に一致している状態だけでなく、下部走行体1の進行方向とアタッチメントの向きとの差異が比較的小さい状態も含まれる。以下の例示についても同様である。
また、例えば、アタッチメントを進行方向に向けてショベル100(下部走行体1)が走行している最中に、斜度が比較的大きい下り傾斜地に進入したり、比較的大きな窪みに下部走行体1の前部が落ちてしまったりすると、機体の前傾量が急に増加する場合がある。この場合、機体の前傾量の急増により、機体に下方への加速度(重力加速度)が生じ、直後に、地面に下部走行体1の前部が接地することで、機体(下部走行体1)に急減速が生じる。すると、この急減速に応じて、アタッチメントに作用する慣性力に基づく転倒支点回りの動的転倒モーメントが作用し、ショベルの後部浮き上がり現象が発生する可能性がある。
以下、上述のように、ショベル100の動作に応じて、機体に作用する動的な外乱(動的転倒モーメント)に起因して所定の不安定現象が発生するシチュエーションを"動的不安定シチュエーション"と称する。
例えば、動的不安定状態判定部301は、転倒支点(下部走行体1の前端部の接地点)回りに、ショベル100の機体を前方に転倒させる転倒モーメントと、前方への転倒を抑制する抑制モーメントと比較することで、ショベル100の機体が動的不安定状態であるか否かを判定してよい。
転倒モーメントには、アタッチメントの自重による静的な転倒モーメント(以下、「静的転倒モーメント」)と、ショベル100の動作に伴う上述の動的転倒モーメントが含まれる。このうち、動的転倒モーメントは、アタッチメントの負荷状態、つまり、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のそれぞれの推力F1~F3、アタッチメントの姿勢状態及び動作状態、つまり、ブーム4、アーム5、及びバケット6のそれぞれの支点回りの姿勢角度、角速度、角加速度等に依存する。一方、抑制モーメントは、ショベル100の機体、つまり、下部走行体1及び上部旋回体3の自重や転倒支点とそれぞれの重心との間の距離等に依存する。
よって、動的不安定状態判定部301は、負荷状態、姿勢状態、及び動作状態に関する検出情報、つまり、各センサS1~S3、S7B,S7R,S8B,S8R,S9B,S9R等の検出値に基づき、転倒モーメントを算出することができる。また、動的不安定状態判定部301は、ショベル100の下部走行体1及び上部旋回体3の自重と、それぞれの重心と転倒支点との間の距離等から抑制モーメントを算出することができる。そして、動的不安定状態判定部301は、転倒モーメント及び抑制モーメントの算出値との間に、転倒モーメントが抑制モーメントを超えない範囲の所定の条件式(以下、「動的転倒抑制条件式」)を満足するか否かを判定してよい。これにより、動的不安定状態判定部301は、当該動的転倒抑制条件式を満足しない場合に、ショベル100の機体が動的不安定状態にあると判定できる。
また、例えば、動的不安定状態判定部301は、ショベル100の動作に応じて、動的に不安定現象が発生し易い具体的なシチュエーション(動的不安定シチュエーション)を把握することにより、ショベル100の機体が動的不安定状態にあるか否かを判定してもよい。
具体的には、動的不安定状態判定部301は、アタッチメントがバケット6内の収容物の排出動作(例えば、図6A,6Bに示すような土砂ESの排土動作)を行う場合に、ショベル100の機体が動的不安定状態にあると判定してよい。このとき、コントローラ30は、ブーム姿勢センサS1、アーム姿勢センサS2、及びバケット姿勢センサS3の検出値から把握される現在のアタッチメントの姿勢状態や、直前のショベル100の動作状態(例えば、バケット6に土砂等を収容したアタッチメントの姿勢状態で旋回動作が行われたか否か等)に基づき、アタッチメントがバケット6内の収容物の排出動作を行うか否かを判断してよい。
また、動的不安定状態判定部301は、アタッチメントを進行方向に向けてショベル100(下部走行体1)が走行している最中に、下部走行体1が急減速する場合に、ショベル100の機体が動的不安定状態であると判定してよい。このとき、コントローラ30は、機体姿勢センサS4により検出される上部旋回体3の旋回角度に基づき、アタッチメントの向きと下部走行体1の進行方向との一致度を判断してよい。また、コントローラ30は、機体姿勢センサS4(に含まれる加速度センサ等)の検出値に基づき、下部走行体1の減速状態を判断してよい。
また、動的不安定状態判定部301は、アタッチメントを進行方向に向けてショベル100(下部走行体1)が走行している最中に、機体の傾斜量が急に増加する場合に、ショベル100の機体が動的不安定状態であると判定してよい。このとき、コントローラ30は、機体姿勢センサS4の検出情報に基づき、機体の傾斜量の増加状態を判断してよい。
静的不安定状態判定部302は、ショベル100の機体が静的な不安定状態(以下、「静的不安定状態」)にあるか否かを判定する。機体の静的不安定状態は、アタッチメントの空中動作時において、機体に動的な外乱が作用しないような静的或いは準静的状況下であると仮定したときに、機体に所定の不安定現象が発生する可能性がある状態を表す。このとき、ショベル100の静的状況とは、ショベル100が静止している状況を表す。また、ショベル100の準静的状況とは、機体への動的な外乱が無視できる程度に緩やかなショベル100の動作状況を表し、例えば、クレーン作業におけるショベル100(アタッチメント)の動作状況である。
例えば、図7は、所定の不安定現象の一例として、アタッチメントの静的或いは準静的状況下におけるショベル100の機体の後部浮き上がり現象を発生させる静的転倒モーメント、及び後部浮き上がり現象を抑制する抑制モーメントを説明する図である。
図7に示すように、ブーム4の重心位置に作用する自重W4、アーム5の重心位置に作用する自重W5、及びバケット6の重心位置に作用する自重W6は、下部走行体1の前端接地点である転倒支点F回りに、ショベル100の機体を前方に転倒させる、つまり、機体の後部を浮き上がらせる静的転倒モーメントを機体に作用させる。
一方、旋回機構2を含む下部走行体1の重心位置に作用する自重W1及び上部旋回体3の重心位置に作用する自重W3は、転倒支点F回りに、機体の前方への転倒、つまり、機体の後部の浮き上がりを抑制する抑制モーメントを機体に作用させる。
よって、アタッチメントの空中動作時におけるショベル100の静的或いは準静的な状況下で、アタッチメントの先端、つまり、バケット6の位置が相対的に機体(転倒支点F)から離れてしまった場合、静的転倒モーメントが増加する方向に変化する。特に、バケット6の位置が機体から相対的に離れてしまっている状態で、ブーム4が下げ動作を行うと、ブーム4が上部旋回体3との連結点を支点として下がるのに応じて、バケット6の位置は、転倒支点Fから更に離れていってしまう。そのため、静的転倒モーメントが過大になって機体の後部が浮き上がり、機体が前方に転倒してしまう可能性がある。
また、図7に示すように、バケット6に土砂ES等の収容物が収容された場合、バケット6に土砂ES等の収容物が収容されていない場合に比べて、転倒モーメントが増加する方向に変化する。そのため、例えば、土砂等の対象物をバケット6に収容し持ち上げる動作を行う際に、アタッチメントの姿勢状態によっては、静的転倒モーメントが過大になって機体の後部が浮き上がり、機体が前方に転倒してしまう可能性がある。
また、図7に示すように、上部旋回体3の向き、つまり、アタッチメントの向き(延出方向)と、下部走行体1の進行方向との間の差が相対的に大きくなると、下部走行体1の転倒支点Fが機体(下部走行体1及び上部旋回体3)の重心位置に近くなる一方、アタッチメント(ブーム4、アーム5、及びバケット6)の重心位置から遠ざかる。その結果、転倒モーメント(静的転倒モーメント)は、増加する方向に変化する一方、抑制モーメントは、減少する方向に変化する。よって、上部旋回体3の向き、つまり、アタッチメントの向きと、下部走行体1の進行方向との間の差が相対的に大きくなると、アタッチメントの姿勢状態によっては、静的転倒モーメントが抑制モーメントに対して相対的に過大になって機体の後部が浮き上がり、機体が前方に転倒してしまう可能性がある。
また、例えば、アタッチメントを進行方向に向けてショベル100(下部走行体1)が走行している最中に、下り傾斜地に進入してしまうと、静的転倒モーメントが相対的に大きくなる、つまり、増加する方向に変化する一方、抑制モーメントが相対的に小さくなる、つまり、減少する方向に変化する。よって、アタッチメンを進行方向に向けてショベル(下部走行体1)が走行している状態で、下り傾斜地に侵入し機体の前傾量が増加した場合、静的転倒モーメントが抑制モーメントに対して相対的に過大になって機体の後部が浮き上がり、機体が前方に転倒してしまう可能性がある。
以下、上述のように、ショベル100の動作に応じた、静的なモーメント(静的転倒モーメント及び抑制モーメント)の変化によって、所定の不安定現象が発生しうるシチュエーションを"静的不安定シチュエーション"と称する。
例えば、静的不安定状態判定部302は、転倒支点回りに、静的転倒モーメントと抑制モーメントとを比較することで、ショベル100の機体が静的不安定状態であるか否かを判定してよい。具体的には、静的不安定状態判定部302は、各センサS1~S4の検出値に基づき、静的な転倒モーメントを算出することができる。また、静的不安定状態判定部302は、ショベル100の下部走行体1及び上部旋回体3の自重と、それぞれの重心と転倒支点との間の距離等から抑制モーメントを算出することができる。そして、静的不安定状態判定部302は、静的転倒モーメント及び抑制モーメントの算出値との間に、静的転倒モーメントが抑制モーメントを超えない範囲の所定の条件式(以下、「静的転倒抑制条件式」)を満足するか否かを判定してよい。これにより、静的不安定状態判定部302は、当該静的転倒抑制条件式を満足しない場合に、ショベル100の機体が静的不安定状態にあると判定できる。
また、例えば、静的不安定状態判定部302は、下部走行体1を基準とするバケット6の位置、バケット6の収容物を含む重量、下部走行体1を基準とする上部旋回体3の向き(アタッチメントの延出方向)、ショベル100の作業面の傾斜状態等に基づき、ショベル100の機体が静的不安定状態にあるか否かを判定してもよい。上述の如く、ショベル100の機体への不安定現象の発生は、下部走行体1を基準とするバケット6の位置、バケット6の収容物を含む重量、下部走行体1を基準とする上部旋回体3の向き(アタッチメントの延出方向)、ショベル100の作業面の傾斜状態等に影響されるからである。このとき、静的不安定状態判定部302は、ブーム姿勢センサS1、アーム姿勢センサS2、及びバケット姿勢センサS3の検出値と、既知のブーム4、アーム5、及びバケット6のリンク長等に基づき、下部走行体1を基準とするバケット6の位置を算出できる。また、静的不安定状態判定部302は、ブーム姿勢センサS1、アーム姿勢センサS2、及びバケット姿勢センサS3の検出値と、ブームボトム圧センサS7Bにより検出されるブームボトム圧等に基づき、バケット6の重量を算出できる。また、静的不安定状態判定部302は、機体姿勢センサS4の検出値に基づき、下部走行体1に対する上部旋回体3の向き(例えば、旋回角度)を算出できる。また、静的不安定状態判定部302は、機体姿勢センサS4の検出値に基づき、下部走行体1を基準とする作業面の傾斜状態(傾斜の有無や傾斜方向)等を算出できる。具体的には、静的不安定状態判定部302は、アタッチメントの静的或いは準静的状況下で、後部浮き上がり現象等の所定の不安定現象が発生しにくさを表す安定度(以下、「静的安定度」)を算出し、静的安定度が所定基準を下回った場合に、ショベル100の機体が静的不安定状態にあると判定してよい。
また、例えば、静的不安定状態判定部302は、ショベル100の機体に静的に不安定現象(後部浮き上がり現象)が発生し易い具体的なシチュエーション(静的不安定シチュエーション)を把握することにより、ショベル100の機体が静的不安定状態にあるか否かを判定してもよい。
具体的には、静的不安定状態判定部302は、アタッチメントの空中動作時において、バケット6の位置が機体から相対的に離れている(具体的には、転倒支点からバケット6までの距離が所定閾値より離れている)場合に、ショベル100の機体が静的不安定状態にあると判定してよい。また、静的不安定状態判定部302は、アタッチメントの空中動作時において、バケット6が機体(転倒支点)に対して相対的に離れている状態で、ブーム4の下げ動作が行われている場合に、ショベル100の機体が静的不安定状態にあると判定してもよい。このとき、コントローラ30は、ブーム姿勢センサS1、アーム姿勢センサS2、及びバケット姿勢センサS3の検出値に基づき、バケット6の機体に対する相対位置やブーム4の動作状態を判断できる。
また、静的不安定状態判定部302は、アタッチメントが土砂等の対象物を収容し持ち上げる動作を行っている場合に、ショベル100の機体が静的不安定状態にあると判定してよい。また、静的不安定状態判定部302は、バケット6が機体(転倒支点)に対して相対的に離れている状態で、タッチメントが土砂等の対象物を収容し持ち上げる動作を行っている場合に、ショベル100の機体が静的不安定状態にあると判定してもよい。このとき、コントローラ30は、ブーム姿勢センサS1、アーム姿勢センサS2、及びバケット姿勢センサS3の検出値や操作装置26のアタッチメントに関する操作状態に基づき、アタッチメントの動作状態を判断できる。
また、静的不安定状態判定部302は、アタッチメントの向きが下部走行体1の進行方向から離れるように、上部旋回体3が旋回している場合、ショベル100の機体が静的不安定状態であると判定してもよい。また、静的不安定状態判定部302は、バケット6が機体(転倒支点)に対して相対的に離れている状態で、アタッチメントの向きが下部走行体1の進行方向から離れるように、上部旋回体3が旋回している場合に、ショベル100の機体が静的不安定状態であると判定してもよい。このとき、コントローラ30は、機体姿勢センサS4の検出値や操作装置26の上部旋回体3に関する操作状態に基づき、下部走行体1の進行方向に対する上部旋回体3の旋回状態を判断できる。
また、静的不安定状態判定部302は、アタッチメントを進行方向に向けて走行体が走行している最中に、ショベル100の機体の前傾量が(比較的緩やかに)増加した場合、ショベル100の機体が静的不安定状態にあると判定してよい。また、静的不安定状態判定部302は、バケット6が機体(転倒支点)に対して相対的に離れている状態で、アタッチメントを進行方向に向けて走行体が走行している最中に、ショベル100の機体の前傾量が(比較的緩やかに)増加した場合に、ショベル100の機体が静的不安定状態にあると判定してもよい。このとき、コントローラ30は、機体姿勢センサS4の検出値に基づき、下部走行体1の進行方向に対するアタッチメントの向きや機体の前傾状態を判断できる。
安定化制御部303は、ショベル100の機体に発生する不安定現象(例えば、上述の後部浮き上がり現象)の発生を抑制し、ショベル100の機体を安定化させる制御(以下、「安定化制御」を行う。安定化制御の詳細は、後述する。
<安定化制御の詳細>
次に、図6(図6A,6B)、図7に加えて、図8、図9(図9A,9B)を参照して、コントローラ30による安定化制御の詳細について説明する。
次に、図6(図6A,6B)、図7に加えて、図8、図9(図9A,9B)を参照して、コントローラ30による安定化制御の詳細について説明する。
〔安定化制御の第1例〕
安定化制御部303は、動的不安定状態判定部301により、ショベル100の機体が動的不安定状態にあると判定された場合に、リリーフ弁V8R或いはリリーフ弁V8R及び電磁切換弁92に制御指令を出力し、アームシリンダ8のロッド側油室の圧力を開放する。
安定化制御部303は、動的不安定状態判定部301により、ショベル100の機体が動的不安定状態にあると判定された場合に、リリーフ弁V8R或いはリリーフ弁V8R及び電磁切換弁92に制御指令を出力し、アームシリンダ8のロッド側油室の圧力を開放する。
これにより、例えば、安定化制御部303は、図6Aの場合のように、アタッチメントがバケット6の開き動作による土砂ES等の収容物の排出動作を行う場合に、アームシリンダ8のロッド側油室の圧力を開放させることができる。そのため、バケット6の開き動作による動的な外乱がアーム5からブーム4を介して機体に伝達される過程において、アームシリンダ8がアーム5の自重で、伸長方向、つまり、アーム5の閉じ方向に移動できるようになる。よって、バケット6の開き動作による動的な外乱がアームシリンダ8の伸長方向への移動によって、少なくともその一部が吸収され、動的な外乱が機体に対する動的転倒モーメントとして伝達されにくくなり、ショベル100の動的な後部浮き上がり現象を抑制できる。
また、例えば、安定化制御部303は、アタッチメントがブーム4の下げ動作とアーム5の開き動作によるバケット6の土砂等の収容物が排出動作を行う場合に、アームシリンダ8のロッド側油室の圧力を開放させることができる。よって、同様に、ブーム4の下げ動作及びアーム5の開き動作による動的な外乱が機体に対する動的転倒モーメントとして伝達されにくくなり、ショベル100の動的な後部浮き上がり現象を抑制できる。
また、例えば、安定化制御部303は、アタッチメントを進行方向に向けて下部走行体1が走行している状態で、下部走行体が急減速した場合に、アームシリンダ8のロッド側油室の圧力を開放させることができる。よって、下部走行体1の急減速に伴う転倒支点回りの動的転倒モーメントの少なくとも一部をアームシリンダ8の伸長方向への移動によって吸収させ、ショベル100の動的な後部浮き上がり現象を抑制できる。
また、例えば、安定化制御部303は、アタッチメントを進行方向に向けて下部走行体1が走行している状態で、機体の傾斜量が急に増加した場合に、アームシリンダ8のロッド側油室の圧力を開放させることができる。よって、下部走行体1の急傾斜地への侵入や大きな窪みへの落ち込み等に応じて、アタッチメントが下方に急加速した後、急減速することでアタッチメントに作用する慣性力に基づく転倒支点回りの動的転倒モーメントの少なくとも一部をアームシリンダ8の伸長方向への移動によって吸収させ、ショベル100の動的な後部浮き上がり現象を抑制できる。
つまり、安定化制御部303は、動的不安定状態判定部301により、ショベル100の機体が動的不安定状態にあると判定された場合に、オペレータの操作状態(操作の有無)に依らず、自動的或いは半自動的に、アーム5を閉じ方向に動作させる。具体的には、安定化制御部303は、当該ショベル100の動作に応じて、ショベル100の機体に作用する動的なモーメント(動的転倒モーメント)を抑制するように、アーム5を閉じ方向に動作させる。これにより、安定化制御部303は、ショベル100の動作に応じて機体に作用する動的転倒モーメントによる機体の不安定現象(後部浮き上がり現象)の発生を抑制することができる。
また、安定化制御部303は、アーム5を閉じ方向に動作させると、図7に示すように、バケット6をより静的に安定な方向である機体側、つまり、転倒支点側に近づけることができる。よって、安定化制御部303は、静的転倒モーメントを抑制し、ショベル100の機体の静的な安定性についても向上させることができる。
尚、安定化制御部303は、アームシリンダ8のロッド側油室の圧力を開放させる代わりに、オペレータの操作状態(操作の有無)に依らず、コントロールバルブ17からアームシリンダ8のボトム側油室に作動油を供給させてもよい。つまり、安定化制御部303は、動的不安定状態判定部301により、ショベル100の機体が動的不安定状態にあると判定された場合に、オペレータの操作状態(操作の有無)に依らず、積極的に、アームシリンダ8を伸長方向に移動させることにより、アーム5を閉じ方向に動作させてもよい。後述する安定化制御の第2例の場合についても同様である。
〔安定化制御の第2例〕
安定化制御部303は、静的不安定状態判定部302により、ショベル100の機体が静的不安定状態にあると判定された場合に、リリーフ弁V8R或いはリリーフ弁V8R及び電磁切換弁92に制御指令を出力し、アームシリンダ8のロッド側油室の圧力を開放する。
安定化制御部303は、静的不安定状態判定部302により、ショベル100の機体が静的不安定状態にあると判定された場合に、リリーフ弁V8R或いはリリーフ弁V8R及び電磁切換弁92に制御指令を出力し、アームシリンダ8のロッド側油室の圧力を開放する。
これにより、安定化制御部303は、アーム5の自重によって、アームシリンダ8を伸長方向に移動させ、アーム5を閉じ方向に動作させることができる。そのため、安定化制御部303は、図7に示すように、バケット6をより静的に安定な方向である機体側に近づけることができる。
つまり、安定化制御部303は、静的不安定状態判定部302により、ショベル100の機体が静的不安定状態にあると判定された場合に、オペレータの操作の有無に依らず、自動的或いは半自動的に、アーム5を閉じ方向に動作させる。これにより、安定化制御部303は、ショベル100の静的或いは準静的状況下で、機体の不安定現象(後部浮き上がり現象)の発生を抑制することができる。
具体的には、安定化制御部303は、当該ショベル100の動作に応じた、下部走行体1及び上部旋回体3を含む機体に作用している静的なモーメント(静的転倒モーメント及び抑制モーメント)の変化を抑制するように、アーム5を閉じ方向に動作させることができる。
例えば、安定化制御部303は、アタッチメントの空中動作時において、バケット6の位置が機体から相対的に離れてしまった(具体的には、転倒支点からバケット6までの距離が所定閾値より離れている)場合に、アーム5を閉じ方向に動作させることができる。また、安定化制御部303は、アタッチメントの空中動作時において、バケット6が機体(転倒支点)に対して相対的に離れている状態で、ブーム4の下げ動作が行われている場合に、アーム5を閉じ方向に動作させることができる。よって、安定化制御部303は、バケット6の位置が機体から離れることによる静的転倒モーメントの増加を抑制し、機体に発生しうる所定の不安定現象を抑制することができる。
また、例えば、安定化制御部303は、アタッチメントが土砂等の対象物を収容し持ち上げる動作を行っている場合に、アーム5を閉じ方向に動作させることができる。また、例えば、安定化制御部303は、バケット6が機体(転倒支点)に対して相対的に離れている状態で、タッチメントが土砂等の対象物を収容し持ち上げる動作を行っている場合に、アーム5を閉じ方向に動作させることができる。よって、安定化制御部303は、バケット6に土砂等が収容されることによるアタッチメントの先端部の重量の増加による静的転倒モーメントの増加を抑制し、機体に発生しうる所定の不安定現象を抑制することができる。
また、例えば、安定化制御部303は、アタッチメントを進行方向に向けて走行体が走行している最中に、前記機体の前傾量が(比較的緩やかに)増加した場合に、アーム5を閉じ方向に動作させることができる。また、安定化制御部303は、バケット6が機体(転倒支点)に対して相対的に離れている状態で、アタッチメントを進行方向に向けて走行体が走行している最中に、機体の前傾量が(比較的緩やかに)増加した場合に、アーム5を閉じ方向に動作させることができる。よって、安定化制御部303は、下部走行体1の走行時における作業面の前傾方向への傾斜状態の変化に伴う静的転倒モーメントの増加を抑制し、機体に発生しうる所定の不安定現象を抑制することができる。
また、例えば、安定化制御部303は、ショベル100の準静的な動作時、例えば、クレーン作業時等に、ショベル100の機体が静的不安定状態にあると判定されると、オペレータの操作の有無に依らず、アーム5を閉じ方向に動作させる。これにより、オペレータがクレーン作業に対応するアーム5以外の操作(例えば、ブーム4の下げ操作等)に集中し、ショベル100の機体が静的不安定状態になってしまっても、オペレータの操作の有無に依らず、機体への不安定現象の発生を抑制できる。
また、例えば、図8は、下部走行体1に対する上部旋回体3の向き(即ち、アタッチメントの向き)を考慮した場合のアタッチメントの安定範囲の具体例を示す上面図である。図中では、安定範囲の外縁、つまり、下部走行体1から見て、安定範囲とその外側に位置する不安定範囲との境界(以下、「安定範囲境界」)TBLが図示されている。以下、後述の図9(図9A,9B)についても同様である。
アタッチメントの安定範囲は、ショベル100の静的或いは準静的状況下で、機体に後部浮き上がり現象等の所定の不安定現象が発生しにくく、機体が静的に安定状態にあるときの下部走行体1を基準とするアタッチメントの作業範囲(つまり、アタッチメントの先端であるバケット6の位置の範囲)として予め規定される。例えば、安定範囲は、上述の静的安定度が所定基準以上の範囲であり、安定範囲境界TBLは、当該所定基準に相当する。
図8に示すように、安定範囲境界TBLは、下部走行体1の進行方向と上部旋回体3の向き(アタッチメントの向き)が同じである場合、機体の中心から相対的に離れた位置に設定される。一方、安定範囲境界TBLは、下部走行体1の進行方向と上部旋回体3の向きとが同じでなく、その差異が相対的に大きい場合、機体の中心(旋回中心AX)から相対的に近くなり、上部旋回体3の向きが下部走行体1の進行方向と90°の差がある場合に、機体の中心に最も近くなる。下部走行体1の進行方向と上部旋回体3の向きに差異が生じると、上部旋回体3(アタッチメント)の向きを基準としたときの下部走行体1の前端部、つまり、転倒支点が機体の中心(旋回中心AX)に相対的に近づくからである。つまり、アタッチメントの安定範囲は、ショベル100の旋回中心AXから見て、下部走行体1の進行方向(図中の前後方向)では、相対的に広く設定される。一方、アタッチメントの安定範囲は、ショベル100の旋回中心AXから見た向きが下部走行体1の進行方向から相対的に大きく離れると、相対的に狭くなり、ショベル100の旋回中心AXから見た向きが下部走行体1の幅方向になると、最も狭くなる。
また、図9(図9A,9B)は、作業面の傾斜を考慮した場合のアタッチメントの安定範囲の具体例を示す上面図である。具体的には、図9Aは、作業面の傾斜を考慮した場合のアタッチメントの安定範囲の一例を示す上面図であり、下部走行体1の幅方向(具体的には、図中の右方向)に作業面が下り傾斜している場合のアタッチメントの安定範囲の具体例を示す上面図である。また、図9Bは、作業面の傾斜を考慮した場合のアタッチメントの安定範囲の他の例を示す上面図であり、下部走行体1の進行方向(具体的には、図中の前方)に向かって作業面が下り傾斜している場合のアタッチメントの安定範囲の具体例を示す上面図である。
尚、図9A、図9Bでは、図8の場合と同様、アタッチメントの安定範囲に、下部走行体1に対する上部旋回体3の向きも考慮されている。図9A、図9Bの安定範囲境界TBLに隣接する点線は、作業面が傾斜していない場合の安定範囲境界(つまり、図8の安定範囲境界TBL)を表している。
図9A、図9Bに示すように、安定範囲境界TBLは、ショベル100の旋回中心AXから見て、作業面の傾斜の下り方向で、相対的に近くなる一方、作業面の傾斜の上り方向で、相対的に遠くなる。つまり、アタッチメントの安定範囲は、ショベル100の旋回中心AXから見て、作業面の傾斜の下り方向に相対的に狭くなる一方、作業面の傾斜の上り方向に相対的に広くなる。具体的には、図9Aに示すように、アタッチメントの安定範囲は、作業面の下り方向である図中の左方向に相対的に狭くなる一方、作業面の上り方向である図中の右方向に相対的に広くなっている。また、図9Bに示すように、アタッチメントの安定範囲は、作業面の下り方向である図中の上方向に相対的に狭くなる一方、作業面の上り方向である図中の下方向に相対的に広くなっている。上述の如く、アタッチメントの向きが下り方向になってしまうと、静的転倒モーメントが相対的に大きくなり、且つ、抑制モーメントが相対的に小さくなる一方、アタッチメントの向きが上り方向になると、静的転倒モーメントが相対的に小さくなり、且つ、抑制モーメントが相対的に大きくなるからである。
また、バケット6の土砂等の収容物を含む重量が考慮された上で、図8、図9A、図9Bに示すようなアタッチメントの安定範囲が規定されてもよい。この場合、アタッチメントの安定範囲は、下部走行体1を基準として、バケット6の土砂等の収容物を含む重量が大きくなるほど、相対的に狭くなる一方、バケット6の土砂等の収容物を含む重量が大きくなるほど、相対的に広くなる。
よって、安定化制御部303は、図8、図9A、図9Bに示すようなアタッチメントの安定範囲に基づき、ショベル100の機体の安定化制御を行うことができる。具体的には、静的不安定状態判定部302は、下部走行体1から見たバケット6の位置が安定範囲境界BLを超えた場合に、ショベル100の機体が静的不安定状態であると判定し、安定化制御部303は、当該判定結果に応じて、アーム5を閉じ方向に動作させる。これにより、安定化制御部303は、下部走行体1に対する上部旋回体3の向き、作業面の傾斜状態、バケット6の収容物を含む重量等によるショベル100の機体の静的安定性への影響を考慮しながら、ショベル100の機体に後部浮き上がり現象等の所定の不安定現象の発生を抑制できる。
尚、上述した一例では、コントローラ30は、動的不安定状態である場合、或いは、静的不安定状態である場合に、アーム5を閉じ方向に動作させるが、当該態様には限定されない。例えば、コントローラ30は、下部走行体1の後部浮き上がり現象等の不安定現象が発生した場合(具体的には、発生直後)に、アーム5の閉じ方向に動作させてもよい。これにより、既に発生した下部走行体1の後部浮き上がり現象等の所定の不安定現象の増大を抑制し、早期に不安定現象を収束させることができる。この場合、コントローラ30は、機体姿勢センサS4の検出値や上部旋回体3に搭載される周囲を撮像する撮像装置の撮像画像に基づき、下部走行体1の後部浮き上がり現象等の発生を検出してよい。また、本例に係るショベル100の安定化制御は、当然の如く、ショベル100がオペレータにより操作される場合だけでなく、ショベル100が自動運転機能により動作する場合についても採用されてよい。以下、後述するショベル100の他の例における安定化制御についても同様である。
[ショベルの他の例]
次に、ショベル100の他の例について説明する。以下、上述の一例と異なる部分を中心に説明を行い、同じ或いは対応する構成の説明を省略する場合がある。
次に、ショベル100の他の例について説明する。以下、上述の一例と異なる部分を中心に説明を行い、同じ或いは対応する構成の説明を省略する場合がある。
<ショベルの構成>
図10、図11を参照して、ショベル100の具体的な構成について説明する。
図10、図11を参照して、ショベル100の具体的な構成について説明する。
図10は、本実施形態に係るショベル100の他の例を示す側面図である。図11は、本実施形態に係るショベル100の構成の第4例を示すブロック図である。
尚、図11において、機械的動力ラインは二重線、高圧油圧ラインは実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御ラインは点線でそれぞれ示される。
本例に係るショベル100の油圧駆動系は、上述の一例の場合と同様、下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6のそれぞれを油圧駆動する走行油圧モータ1L,1R、旋回油圧モータ2A、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等の油圧アクチュエータを含む。また、本実施形態に係るショベル100の油圧駆動系は、上述の一例の場合と同様、エンジン11と、レギュレータ13と、メインポンプ14と、コントロールバルブ17とを含む。
コントロールバルブ17は、上述の一例の場合と同様、オペレータによる操作に応じて、油圧アクチュエータの制御を行う油圧制御装置である。コントロールバルブ17は、上述の如く、高圧油圧ラインを介してメインポンプ14と接続され、メインポンプ14から供給される作動油を、操作装置26の操作状態に応じて、油圧アクチュエータ(走行油圧モータ1L,1R、旋回油圧モータ2A、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)に選択的に供給する。具体的には、コントロールバルブ17は、メインポンプ14から油圧アクチュエータのそれぞれに供給される作動油の流量と流れる方向を制御する制御弁171~176を含む。具体的には、制御弁171は、走行油圧モータ1Lに対応し、制御弁172は、走行油圧モータ1Rに対応し、制御弁173は、旋回油圧モータ2Aに対応し、制御弁174は、バケットシリンダ9に対応し、制御弁175は、ブームシリンダ7に対応し、制御弁176は、アームシリンダ8に対応する。
本実施形態に係るショベル100の操作系は、上述の一例の場合と同様、パイロットポンプ15と、操作装置26とを含む。
本実施形態に係るショベル100の制御系は、コントローラ30と、吐出圧センサ28と、操作圧センサ29と、表示装置40と、入力装置42と、音出力装置44と、ブーム姿勢センサS1と、アーム姿勢センサS2と、バケット姿勢センサS3と、機体姿勢センサS4と、旋回状態センサS5と、撮像装置S6と、ブームボトム圧センサS7Bと、ブームロッド圧センサS7Rと、アームボトム圧センサS8Bと、アームロッド圧センサS8Rと、バケットボトム圧センサS9Bと、バケットロッド圧センサS9Rとを含む。
コントローラ30は、上述の一例の場合と同様、ショベル100の駆動制御を行う。
例えば、コントローラ30は、オペレータの操作に基づくアタッチメントの空中動作に起因して、ショベル100(下部走行体1)の後部が浮き上がる不安定現象(以下、「後部浮き上がり現象」)が発生する可能性がある場合に、後部浮き上がり現象の発生を抑制する安定化制御を行う。
例えば、上述の如く、図6(図6A、図6B)は、ショベル100の後部浮き上がり現象の具体例を示す図である。
図6Aに示すように、アタッチメントが空中でバケット6に土砂ESを抱えた状態で、オペレータの操作に応じて、バケット6が開き動作を行うと、その動的な外乱としての反力、具体的には、反モーメント(以下、「転倒モーメント」)がアタッチメントを通じて、上部旋回体3に作用する。
当該転倒モーメントは、下部走行体1の前端(本例では、一方のクローラの外端)の接地点を支点(以下、「転倒支点」)として、ショベル100の機体(下部走行体1及び上部旋回体3)を前方に転倒させる方向、つまり、下部走行体1の後部を浮き上がらせる方向に作用する。また、当該転倒モーメントは、バケット6の位置が転倒支点から離れるほど、つまり、バケット6の位置が機体(下部走行体1及び上部旋回体3)から離れるほど、大きくなる。また、当該転倒モーメントは、バケット6の開き動作が速いほど(具体的には、加速度が大きいほど)、大きくなる。また、図6Aに示すように、上部旋回体3の向き、つまり、上部旋回体に対するアタッチメントの延出方向が下部走行体1の進行方向とずれている場合、下部走行体1の接地点の前端が機体に近づくため、相対的に、バケット6の位置が転倒支点から遠ざかり、当該転倒モーメントが大きくなる。
そのため、バケット6の機体に対する位置関係、バケット6の開き動作の加速度、上部旋回体3の下部走行体1に対する向き等の条件によっては、当該転倒モーメントが相対的に大きくなり、図6Bに示すように、ショベル100の後部浮き上がり現象が発生しうる。
そこで、コントローラ30は、後部浮き上がり現象が発生する可能性がある場合、或いは、後部浮き上がり現象が発生した場合に、バケット6の動作制限を行うことで、後部浮き上がり現象の発生の抑制、或いは、発生した後部浮き上がり現象の増大の抑制を図る。安定化制御の詳細は、後述する。
吐出圧センサ28は、メインポンプ14の吐出圧を検出する。吐出圧センサ28により検出された吐出圧に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
旋回状態センサS5は、上部旋回体3に取り付けられ、上部旋回体3の旋回状態に関する検出情報を出力する。旋回状態センサS5は、例えば、上部旋回体3の旋回角速度や旋回角度を検出する。旋回状態センサS5は、例えば、ジャイロセンサ、レゾルバ、ロータリエンコーダ等を含む。旋回状態センサS5により検出される旋回状態に関する検出情報は、コントローラ30に取り込まれる。
尚、旋回状態センサS5は、省略されてもよい。機体姿勢センサS4は、上部旋回体3の旋回状態に関する情報(旋回角度)を出力できるからである。また、機体姿勢センサS4の構成のうちの上部旋回体3の旋回状態に関する情報を出力する機能の方が省略されてもよい。
撮像装置S6は、ショベル100の周辺を撮像する。撮像装置S6は、ショベル100の前方を撮像するカメラS6F、ショベル100の左方を撮像するカメラS6L、ショベル100の右方を撮像するカメラS6R、及び、ショベル100の後方を撮像するカメラS6Bを含む。
カメラS6Fは、例えば、キャビン10の天井、即ち、キャビン10の内部に取り付けられている。また、カメラS6Fは、キャビン10の屋根、ブーム4の側面等、キャビン10の外部に取り付けられていてもよい。カメラS6Lは、上部旋回体3の上面左端に取り付けられ、カメラS6Rは、上部旋回体3の上面右端に取り付けられ、カメラS6Bは、上部旋回体3の上面後端に取り付けられている。
撮像装置S6(カメラS6F,S6B,S6L,S6R)は、それぞれ、例えば、非常に広い画角を有する単眼の広角カメラである。また、撮像装置S6は、ステレオカメラや距離画像カメラ等であってもよい。撮像装置S6による撮像画像は、コントローラ30に取り込まれる。
[安定化制御の詳細]
次に、図12を参照して、コントローラ30による安定化制御の詳細について説明する。
次に、図12を参照して、コントローラ30による安定化制御の詳細について説明する。
図12は、後部浮き上がり現象を抑制する安定化制御の制御手法の一例を説明する図である。具体的には、図12は、安定化制御により制限されたバケットシリンダ9の縮み方向の移動速度V、つまり、バケット6を開き方向に駆動するときのバケットシリンダ9の移動速度Vの時間変化を表す。
上述の如く、アタッチメントの空中動作時に、バケット6の動作に起因して、ショベル100の後部浮き上がり現象が発生する可能性がある。
これに対して、コントローラ30は、ショベル100の後部浮き上がり現象が発生する可能性がある場合に、バケット6の開き動作を遅くする。これにより、アタッチメントの空中動作時におけるバケット6の開き動作に起因する、ショベル100を前方に転倒させようとする転倒モーメントを相対的に小さくすることができる。そのため、コントローラ30は、ショベル100の後部浮き上がり現象の発生を抑制することができる。
例えば、コントローラ30は、ショベル100の機体(上部旋回体3)に作用する、前方に転倒させようとする転倒モーメントと、前方への転倒を抑制しようとする抑制モーメントとの関係に基づき、ショベル100の後部浮き上がりの発生を抑制するためのバケットシリンダ9の縮み方向への移動速度(以下、単に「移動速度」)V及び移動加速度(以下、単に「移動加速度」)αのそれぞれの上限値を設定する。
転倒モーメントには、アタッチメントの自重による静的な転倒モーメント(以下、「静的転倒モーメント」)と、アタッチメントの動作に伴う動的な転倒モーメント(以下、「動的転倒モーメント」)が含まれる。このうち、動的転倒モーメントは、アタッチメントの負荷状態、つまり、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のそれぞれの推力F1~F3、アタッチメントの姿勢状態及び動作状態、つまり、ブーム4、アーム5、及びバケット6のそれぞれの支点回りの姿勢角度、角速度、角加速度等に依存する。一方、抑制モーメントは、ショベル100の機体(下部走行体1及び上部旋回体3)の自重や転倒支点とそれぞれの重心との間の距離等に依存する。
よって、コントローラ30は、アタッチメントの負荷状態、姿勢状態、及び動作状態に関する検出情報、つまり、各センサS1~S4、S7B,S7R,S8B,S8R,S9B,S9R等の検出値に基づき、バケット6の開き方向への角速度及び角加速度に対応するバケットシリンダ9の移動速度V及び移動加速度αを変数として含む転倒モーメントの算出式を算出することができる。また、コントローラ30は、ショベル100の下部走行体1及び上部旋回体3の自重と、それぞれの重心と転倒モーメントとの間の距離等から抑制モーメントを算出することができる。そして、コントローラ30は、転倒モーメントの算出式と、抑制モーメントの算出値との間に、転倒モーメントが抑制モーメントを超えない範囲の条件式(以下、「転倒抑制条件式」)を設定し、当該転倒抑制条件式を満足するように、バケットシリンダ9の移動速度の上限値(以下、「上限移動速度」)Vlim及び移動加速度の上限値(以下、「上限移動加速度」)αlimを設定してよい。また、コントローラ30は、バケット6の角速度及び角加速度を変数として含む転倒モーメントの算出式を利用して、バケット6の開き方向の角速度及び角加速度の上限を設定した上で、バケットシリンダ9の上限移動速度Vlim及び上限移動加速度αlimに変換してもよい。また、コントローラ30は、転倒モーメントの算出式と抑制モーメントの算出値との間の転倒抑制条件式を満足するように予め規定された変換式や変換マップを利用して、各センサS1~S3、S7B,S7R,S8B,S8R,S9B,S9R等の検出値から、直接的に、バケットシリンダ9の上限移動速度Vlim及び上限移動加速度αlimを導出してもよい。
コントローラ30は、所定の制御周期ごとに、上限移動速度Vlim及び上限移動加速度αlimを導出する。そして、コントローラ30は、バケットシリンダ9の移動速度V及び移動加速度αのそれぞれが上限移動速度Vlim及び上限移動加速度αlim以下になるように、バケットシリンダ9の動作制御を行う。具体的には、コントローラ30は、レギュレータ13に制御指令を出力し、メインポンプ14の流量を制御(制限)することにより、バケットシリンダ9の移動速度V及び移動加速度αのそれぞれが上限移動速度Vlim及び上限移動加速度αlim以下になるようにする。このとき、コントローラ30は、算出した上限移動速度Vlim及び上限移動加速度αlimを適用した予め規定される制御マップを利用し、メインポンプ14を制御することで、バケットシリンダ9の移動速度Vや移動加速度αのそれぞれが上限移動速度Vlim及び上限移動加速度αlim以下になるようにしてよい。また、コントローラ30は、バケットシリンダ9の移動速度や移動加速度の測定値をモニタリングしながら、例えば、フィードバック制御等を適用することで、バケットシリンダ9の移動速度Vや移動加速度αのそれぞれが上限移動速度Vlim及び上限移動加速度αlim以下になるようにしてもよい。このとき、コントローラ30は、バケットシリンダ9に取り付けられる、シリンダの位置、移動速度、移動加速度等を検出可能なシリンダセンサの検出値に基づき、バケットシリンダ9の移動速度V及び移動加速度αをモニタリングしてよい。
図12に示すように、本例では、時刻t1において、上限移動加速度αlimよりも大きい移動加速度αを伴って、バケットシリンダ9が縮み方向に移動し始めている。
すると、時刻t2において、移動加速度αが上限移動加速度αlimよりも大きい状態であることに起因して、コントローラ30は、バケットシリンダ9の移動加速度αを上限移動加速度αlimに制限し始める。これにより、コントローラ30は、バケット6の開き方向の角加速度を相対的に遅くすることができるため、ショベル100の後部浮き上がり現象の発生を抑制することができる。
そして、時刻t3において、バケットシリンダ9の移動速度Vが上限移動速度Vlimに到達すると、コントローラ30は、それ以上に移動速度Vが上昇しないように、バケットシリンダ9の移動速度Vを制限する。これにより、コントローラ30は、バケット6の開き方向の角速度を相対的に遅くすることができるため、ショベル100の後部浮き上がり現象の発生を更に抑制することができる。
尚、本例(図12)において、上限移動速度Vlim及び上限移動加速度αlimは、一定であるが、所定の制御周期ごとに算出されるため、時間経過に応じて、変化する場合がある。
上限移動速度Vlimや上限移動加速度αlimは、上述の如く、転倒抑制条件式を満足するように、設定される。そのため、コントローラ30は、ショベル100の後部浮き上がり現象が発生する可能性の有無を具体的に判断せずとも、下部走行体1の後部浮き上がり現象が発生する可能性がある場合に、バケット6の開き動作を相対的に遅くすることができる。
例えば、バケット6に土砂等の収容物があったり、バケット6が通常仕様より重量が大きい仕様品に変更されたりし、バケット6の収容物を含む重量が相対的に大きい場合、静的転倒モーメント及びバケット6の開き動作に伴う動的転倒モーメントの双方が相対的に大きくなるため、下部走行体1の後部浮き上がり現象が発生する可能性がある。また、バケット6の位置が転倒支点、つまり、下部走行体1から相対的に離れている場合、静的転倒モーメントが相対的に大きくなるため、バケット6の開き動作に起因する動的転倒モーメントが発生すると、下部走行体1の後部浮き上がり現象が発生する可能性がある。また、アタッチメントがバケット6内の収容物の排出動作(例えば、図3に示すような土砂ESの排土動作)を行う場合、バケット6の収容物を含む重量が相対的に大きく、静的転倒モーメントが相対的に大きくなり、且つ、バケット6の開き動作に伴い動的転倒モーメントが実際に発生するため、下部走行体1の後部浮き上がり現象が発生する可能性がある。また、上述の条件(バケット6の位置に関する条件、バケット6の収容物を含む重量に関する条件、及びバケット6の排出動作に関する条件)が複数組み合わる場合には、更に、下部走行体1の後部浮き上がり現象が発生する可能性が高くなる。このようなシチュエーション(以下、「後部浮き上がりシチュエーション」)において、コントローラ30は、バケットシリンダ9の移動速度V及び移動加速度αのそれぞれを上限移動速度Vlim及び上限移動加速度αlim以下になるように制限し、バケット6の開き動作を相対的に遅くすることができる。
また、コントローラ30は、具体的に、ショベル100の後部浮き上がり現象が発生する可能性があるか否かを判断した上で、ショベル100の後部浮き上がり現象が発生する可能性があると判断した場合に、バケット6の開き動作を相対的に遅くしてもよい。これにより、コントローラ30は、例えば、各センサS1~S4、S7B,S7R,S8B,S8R,S9B,S9R等の検出値に基づき、ショベル100の転倒モーメントを算出し、その算出値が所定閾値を超えた場合に、ショベル100の後部浮き上がり現象が発生する可能性があると判断してよい。また、コントローラ30は、ショベル100の転倒モーメント及び抑制モーメントを算出し、抑制モーメントの算出値から転倒モーメントの算出値を減算した減算値が所定閾値以下になった場合に、ショベル100の後部浮き上がり現象が発生する可能性があると判断してよい。
また、コントローラ30は、上述のような後部浮き上がりシチュエーションにある場合に、下部走行体1の後部浮き上がり現象が発生する可能性があると判断し、バケット6の開き動作を相対的に遅くしてもよい。これにより、コントローラ30は、具体的に、後部浮き上がり現象が発生する可能性があるシチュエーションを特定した上で、バケット6の開き動作を制限できる。そのため、コントローラ30は、バケット6の開き動作が制限されうる期間を限定し、ショベル100の作業効率との両立を図ることができる。具体的には、コントローラ30は、バケット6に土砂等の収容物があったり、バケット6が通常仕様より大型の仕様品に変更されたりし、バケット6の収容物を含む重量が相対的に大きい場合に、ショベル100の後部浮き上がり現象が発生する可能性があると判断してよい。このとき、コントローラ30は、例えば、撮像装置S6(カメラS6F)の撮像画像に基づき、バケット6に土砂等が収容されているか否かを把握してよい。また、コントローラ30は、例えば、ブーム姿勢センサS1、アーム姿勢センサS2、及びバケット姿勢センサS3の検出値と、既知のブーム4、アーム5、及びバケット6のリンク長等から算出されるバケット6の位置や外部から見たバケット6の絶対的な姿勢状態等に基づき、バケット6に土砂等が収容されているか否かを把握してもよい。また、コントローラ30は、例えば、入力装置42を通じて、オペレータにより設定入力される、現在取り付けられているバケット6の種類に関する情報に基づき、バケット6が通常使用より重量が大きい仕様品であるか否かを把握してよい。また、コントローラ30は、バケット6の位置が下部走行体1から相対的に離れている(より具体的には、所定閾値を超えている)場合、下部走行体1の後部浮き上がり現象が発生する可能性があると判断してよい。このとき、コントローラ30は、上述の如く、例えば、ブーム姿勢センサS1、アーム姿勢センサS2、及びバケット姿勢センサS3の検出値と、既知のブーム4、アーム5、及びバケット6のリンク長等に基づき、バケット6の位置を把握してよい。また、コントローラ30は、アタッチメントがバケット6内の収容物の排出動作を行う場合に、下部走行体1の後部浮き上がり現象が発生する可能性があると判断してよい。このとき、コントローラ30は、ブーム姿勢センサS1、アーム姿勢センサS2、及びバケット姿勢センサS3の検出値から把握される現在のアタッチメントの姿勢状態や、直前のショベル100の動作状態(例えば、バケット6に土砂等を収容したアタッチメントの姿勢状態で旋回動作が行われたか否か等)に基づき、アタッチメントがバケット6内の収容物の排出動作を行うか否かを判断してよい。
また、コントローラ30は、上述のような後部浮き上がりシチュエーションにある場合で、更に、下部走行体1の後部浮き上がり現象が発生する可能性が相対的高いと判断したときに、バケット6の開き動作を遅くしてもよい。これにより、コントローラ30は、後部浮き上がり現象が発生する可能性があるシチュエーションを特定し、且つ、後部浮き上がり現象が発生する可能性が相対的に高まったことを確認した上で、バケット6の動作を制限できる。そのため、コントローラ30は、バケット6の開き動作が制限されうる期間を更に限定し、ショベル100の作業効率を向上させることができる。
また、コントローラ30は、メインポンプ14を制御する代わりに、他の方法で、バケット6の開き動作を相対的に遅くしてもよい。
例えば、図13、図14は、それぞれ、本実施形態に係るショベル100の構成の第5例及び第6例を示すブロック図である。
図13に示すように、本例では、操作装置26とコントロールバルブ17との間のパイロットライン27、具体的には、バケット6の開き操作以外の操作に対応するパイロットライン27A及びバケット6の開き操作に対応するパイロットライン27Bのうち、パイロットライン27Bに減圧弁V27Bが設けられる。減圧弁V27Bは、コントローラ30からの制御指令が入力されない場合、操作装置26からパイロットライン27Bに出力される、バケット6に関する操作に対応するパイロット圧をそのままコントロールバルブ17内のバケットシリンダ9に対応する制御弁174に作用させる。一方、減圧弁V27Bは、コントローラ30からの制御指令が入力される場合、当該制御指令に応じて、操作装置26からパイロットライン27Bに出力される、バケット6に関する操作に対応するパイロット圧を減圧し、減圧したパイロット圧をコントロールバルブ17内のバケットシリンダ9に対応する制御弁174に作用させる。これにより、減圧弁V27Bは、オペレータの操作装置26に対するバケット6に関する操作の実際の操作量よりも小さい操作量に相当する減圧したパイロット圧をコントロールバルブ17内のバケットシリンダ9に対応する制御弁174に作用させることができる。よって、コントローラ30は、減圧弁V27Bに制御指令を出力することにより、バケット6の開き動作を制限し、その動作を相対的に遅くすることができる。
また、図14に示すように、本例では、バケットシリンダ9のボトム側油室とコントロールバルブ17との間の高圧油圧ラインに流量制御弁V9Bが設けられる。
流量制御弁V9B(絞り弁の一例)は、コントローラ30から制御指令が入力される場合、当該制御指令に応じて、バケットシリンダ9のボトム側油室からコントロールバルブ17に向けて排出される作動油の流量を制限する(絞る)。これにより、流量制御弁V9Bは、バケット6の開き動作に対応するバケットシリンダ9の縮み方向の移動速度を相対的に遅くすることができる。よって、コントローラ30は、流量制御弁V9Bに制御指令を出力することにより、バケット6の開き動作を制限し、その動作を相対的に遅くすることができる。
また、コントローラ30は、バケット6の動作制限を行う場合に、オペレータの操作に依らず、バケット6の動作制限がなされていること(つまり、安定化制御が行われていること)を通知してもよい。具体的には、コントローラ30は、表示装置40や音出力装置44に制御指令を出力することにより、視覚的な画像情報や聴覚的な音声情報を用いて、オペレータに当該通知を行ってよい。これにより、オペレータは、バケット6の動作制限が行われる場合に、その旨を把握することができるので、コントローラ30は、不意に、バケット6の動作制限が行われることによるオペレータの違和感を軽減させることができる。
尚、上述した他の例では、バケット6の動作制限がされるが、他の種類のエンドアタッチメントが取り付けられている場合についても同様の動作制限が行われてよい。即ち、上述した他の例の制御内容は、アーム5の先端に任意のエンドアタッチメントが取り付けられている場合に適用されてよい。
[ショベルの更に他の例]
次に、ショベル100の更に他の例について説明する。
次に、ショベル100の更に他の例について説明する。
上述のショベル100の一例及び他の例は、適宜組み合わせられてよい。即ち、ショベル100は、上述の一例及び他の例のそれぞれに特有の内容の双方を含んでもよい。
例えば、ショベル100は、下部走行体1の後部浮き上がり現象を抑制するために、アーム5の動作を補正し、閉じ方向へ動作させる機能と、バケット6の動作を補正し、動作速度を相対的に遅くする機能との双方を有してもよい。
これにより、ショベル100は、下部走行体1の後部浮き上がり現象の発生や発生した後部浮き上がり現象の増大を更に抑制させることができる。
[ショベル管理システムの構成]
次に、図15を参照して、ショベル管理システムSYSの構成について説明する。
次に、図15を参照して、ショベル管理システムSYSの構成について説明する。
図15に示すように、ショベル100は、ショベル管理システムSYSの構成要素であってもよい。
ショベル管理システムSYSは、ショベル100と、管理装置200と、携帯端末300とを含む。ショベル管理システムSYSに含まれるショベル100は、一台であっても複数台であってもよい。また、ショベル管理システムSYSに含まれる携帯端末300は、一台であってもよいし、複数台であってもよい。
ショベル管理システムSYSは、例えば、管理装置200において、ショベル100から各種情報を収集し、ショベル100の運用状況や故障の有無等を監視する。また、ショベル管理システムSYSは、例えば、管理装置200から携帯端末300に対して、ショベル100に関する各種情報を配信したり、管理装置200からショベル100に制御指令を送信したりする。
<ショベルの構成>
図15に示すように、ショベル100は、通信装置T1を含み、管理装置200と通信可能に構成される。
図15に示すように、ショベル100は、通信装置T1を含み、管理装置200と通信可能に構成される。
通信装置T1は、所定の通信回線NWを通じて、ショベル100の外部装置(例えば、管理装置200)と通信を行う。通信回線NWは、例えば、基地局を末端とする移動体通信網を含んでよい。また、通信回線NWは、例えば、通信衛星を利用する衛星通信網を含んでもよい。また、通信回線NWは、例えば、インターネット網を含んでもよい。また、通信回線NWは、例えば、ブルートゥース(登録商標)やWiFi等の規格に基づく近距離通信網であってもよい。
通信装置T1は、例えば、コントローラ30の制御下で、ショベル100で取得される各種情報を管理装置200にアップロード(送信)する。また、通信装置T1は、例えば、管理装置200から通信回線NWを通じて送信される情報を受信する。通信装置T1により受信される情報は、コントローラ30に取り込まれる。
通信装置T1以外のショベル100のその他の構成は、例えば、図2~図4、図11、図13、図14等で表されてよい。そのため、その他の構成に関する説明を省略する。
<管理装置の構成>
管理装置200は、ショベル100の外部に配置される。管理装置200は、例えば、ショベル100が作業を行う作業現場とは異なる場所に設置されるサーバである。当該サーバは、クラウドサーバであってもよいし、エッジサーバであってもよい。また、管理装置200は、例えば、ショベル100が作業を行う作業現場の管理事務所に配置される管理端末であってもよい。
管理装置200は、ショベル100の外部に配置される。管理装置200は、例えば、ショベル100が作業を行う作業現場とは異なる場所に設置されるサーバである。当該サーバは、クラウドサーバであってもよいし、エッジサーバであってもよい。また、管理装置200は、例えば、ショベル100が作業を行う作業現場の管理事務所に配置される管理端末であってもよい。
管理装置200は、制御装置210と、通信装置220と、表示装置230と、入力装置240とを含む。
制御装置210は、管理装置200の動作に関する各種制御を行う。制御装置210は、その機能が任意のハードウェア、或いは、任意のハードウェア及びソフトウェアの組み合わせにより実現されてよい。制御装置210は、例えば、CPU、RAM等のメモリ装置、ROM等の補助記憶装置、及び各種の入出力用のインタフェース装置等を含むコンピュータを中心に構成される。以下、後述する携帯端末300の制御装置310についても同様である。
通信装置220は、通信回線NWを通じて、所定の外部装置(例えば、ショベル100や携帯端末300)と通信を行う。通信装置220は、例えば、制御装置210の制御下で、ショベル100や携帯端末300に各種情報や制御指令等を送信する。また、通信装置220は、例えば、ショベル100や携帯端末300から送信(アップロード)される情報を受信する。通信装置220により受信される情報は、制御装置210に取り込まれる。
表示装置230は、制御装置210の制御下で、管理装置200の管理者や作業者等(以下、「管理者等」)に向けて、各種情報画像を表示する。表示装置230は、例えば、有機EL(Electroluminescence)ディスプレイや液晶ディスプレイである。以下、後述する携帯端末300の表示装置330についても同様である。
入力装置240は、管理装置200の管理者等からの操作入力を受け付け、制御装置210に出力する。入力装置240は、例えば、ボタン、トグル、レバー、ジョイスティック、キーボード、マウス、タッチパネル等の任意のハードウェアの操作入力手段を含む。また、入力装置240は、表示装置230に表示される、ハードウェアの操作入力手段(例えば、タッチパネル)を通じて操作可能な仮想的な操作入力手段(例えば、ボタンアイコン等)を含んでもよい。以下、後述する携帯端末300の入力装置340についても同様である。
本例では、上述のショベル100(コントローラ30)の機能の一部は、管理装置200の制御装置210に移管されてよい。
例えば、上述のショベル100の一例における動的不安定状態判定部301、静的不安定状態判定部302、及び安定化制御部303の機能は、管理装置200(制御装置210)に移管されてよい。
制御装置210は、例えば、ショベル100からアップロードされる情報に基づき、上述と同様の方法で、ショベル100の機体が動的不安定状態にあるか否かや、静的不安定状態にあるか否かを監視(判定)してよい。そして、制御装置210は、ショベル100が動的不安定状態にある、或いは、静的不安定状態にあると判定した場合、通信装置220を通じて、アームシリンダ8のロッド側油室の圧力を開放するように指令する制御指令をショベル100に送信してよい。
また、制御装置210は、例えば、ショベル100の機体が動的不安定状態にあるか否かや、静的不安定状態にあるか否かの監視結果(判定結果)に関する情報を携帯端末300に逐次送信してもよい。これにより、携帯端末300を所持するショベル100の管理者や作業現場の監督者等は、ショベル100の外部からその安定状態を把握することができる。
また、例えば、上述のショベル100の他の例における安定化制御に関する機能は、管理装置200(制御装置210)に移管されてよい。
制御装置210は、例えば、ショベル100からアップロードされる情報に基づき、上述と同様の方法で、ショベル100の後部浮き上がり現象が発生する可能性があるか否かを判定(監視)してよい。そして、ショベル100の後部浮き上がり現象が発生する可能性があると判定した場合、通信装置220を通じて、エンドアタッチメントの開き動作を相対的に遅くするように指令する制御指令をショベル100に送信してよい。
また、制御装置210は、例えば、ショベル100に後部浮き上がり現象が発生する可能性があるか否かの監視結果(判定結果)に関する情報を携帯端末300に逐次送信してもよい。これにより、携帯端末300を所持するショベル100の管理者や作業現場の監督者等は、ショベル100の外部からその安定状態を把握することができる。
<携帯端末の構成>
携帯端末300は、ショベル100のオーナ、管理者、作業現場の監督者、オペレータ等により所持される。携帯端末300は、例えば、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、ラップトップ型のコンピュータ端末等である。
携帯端末300は、ショベル100のオーナ、管理者、作業現場の監督者、オペレータ等により所持される。携帯端末300は、例えば、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、ラップトップ型のコンピュータ端末等である。
携帯端末300は、制御装置310と、通信装置320と、表示装置330と、入力装置340とを含む。
制御装置310は、携帯端末300の動作に関する各種制御を行う。
通信装置320は、通信回線NWを通じて、所定の外部装置(例えば、管理装置200)と通信を行う。通信装置320は、例えば、制御装置310の制御下で、管理装置200に各種情報を送信する。また、通信装置320は、例えば、管理装置200から送信(ダウンロード)される情報を受信する。通信装置320により受信される情報は、制御装置310に取り込まれる。
表示装置330は、制御装置310の制御下で、携帯端末300のユーザに向けて各種情報画像を表示する。
入力装置340は、携帯端末300のユーザからの操作入力を受け付け、制御装置310に出力する。
携帯端末300のユーザは、入力装置340に対して所定の操作を行い、制御装置310にインストールされる所定のアプリケーションプログラム(以下、「ショベル安定状態閲覧アプリ」)を起動させる。そして、携帯端末300のユーザは、ショベル安定状態閲覧アプリに対応する所定のアプリ画面上で、入力装置340を通じて、ショベル100の安定状態に関する監視結果の閲覧を要求する要求信号を管理装置200に送信させるための操作を行う。制御装置310は、当該操作に応じて、通信装置320を通じて、要求信号を管理装置200に送信する。これにより、管理装置200は、携帯端末300からの要求信号に応じて、ショベル100の安定状態に関する監視結果(判定結果)を所定の制御周期毎に携帯端末300に逐次送信する。よって、携帯端末300のユーザは、ショベル100の外部からショベル100の安定状態を確認することができる。
また、携帯端末300は、通信装置320を通じて、ショベル100と直接的に通信可能な構成であってもよい。この場合、上述のショベル100の一例における動的不安定状態判定部301、静的不安定状態判定部302、及び安定化制御部303の機能や上述のショベル100の他の例における安定化制御に関する機能は、携帯端末300の制御装置310に移管されてもよい。
[作用]
次に、本実施形態に係るショベル100の作用について説明する。
次に、本実施形態に係るショベル100の作用について説明する。
本実施形態では、コントローラ30は、ショベル100の機体の安定状態に合わせて、アーム5又はエンドアタッチメントの動作を補正する。具体的には、コントローラ30は、ショベル100の機体の安定度が相対的に高い場合、アーム5及びエンドアタッチメントにその操作内容又は自動運転機能の動作指令に応じた動作を行わせる。一方、コントローラ30は、ショベル100の安定度が相対的に低い場合、操作内容又は自動運転機能に関する動作指令に対応する動作よりも安定度が回復する方向に、アーム5又はエンドアタッチメントの動作を補正してよい。
これにより、アタッチメントの空中動作時において、ショベル100の機体の安定度を相対的に高くなる方向に回復させることができる。そのため、コントローラ30は、アタッチメントの空中動作時に、ショベル100の機体に発生しうる不安定現象を抑制することができる。
尚、コントローラ30は、ショベル100の安定状態に合わせて、アーム5又はエンドアタッチメントの動作を補正するのに加えて、ブーム4の動作を補正してもよい。例えば、コントローラ30は、後部浮き上がり現象が発生する可能性がある場合に、ブームシリンダ7のボトム側油室の圧力を開放してもよい。これにより、ブームシリンダ7がクッションの役割を果たし、後部浮き上がり現象の発生が抑制される。
また、本実施形態では、コントローラ30は、ショベル100の動作に応じて、アーム5を閉じ方向に動作させてよい。
これにより、アタッチメントの空中動作時において、ショベル100が機体に動的転倒モーメントを作用しうるような動作を行っても、アームシリンダ8の伸長方向、つまり、アーム5の閉じ方向に対応する移動によって、ショベル100の動作に起因する動的な外乱(動的転倒モーメント)の少なくとも一部が吸収され、ショベル100の機体に作用しにくくなる。また、アタッチメントの空中動作時において、ショベル100の動作に応じた、静的なモーメント(静的転倒モーメント及び抑制モーメント)の変化が生じるような場合でも、静的転倒モーメントの相対的な増加を抑制させることができる。よって、コントローラ30は、アタッチメントの空中動作時に、ショベル100の機体に発生しうる不安定現象を具体的に抑制することができる。
尚、コントローラ30は、後部浮き上がり現象以外の不安定現象を抑制してもよい。例えば、図6Aに示すように、バケット6の収容物を外部に排出させるアタッチメントの動作が行われる場合、アタッチメントの動作に起因する動的な外乱によって、ショベル100の機体に不安定現象としての振動が発生する場合がありうる。このような場合についても、アーム5を動作させることによって、ショベル100(アタッチメント)の動作に起因する動的な外乱の少なくとも一部が吸収され、ショベル100の機体の振動を抑制することができる。
また、本実施形態では、コントローラ30は、当該ショベル100の動作に応じて、ショベル100の機体に作用しうる動的なモーメント(動的転倒モーメント)を抑制するように、アーム5を閉じ方向に動作させてよい。
これにより、コントローラ30は、具体的に、ショベル100の動作に応じて、ショベルの機体に作用しうる動的な外乱に対応する形で、アタッチメントの空中動作時における機体に発生しうる不安定現象を抑制することができる。
また、本実施形態では、コントローラ30は、アタッチメントがバケット6の収容物を排出させる動作を行う場合、アーム5を閉じ方向に動作させてよい。
これにより、コントローラ30は、動的なモーメント(動的転倒モーメント)が生じうる具体的なシチュエーションでの不安定現象の発生や増大を抑制することができる。
また、本実施形態では、コントローラ30は、アタッチメントを進行方向に向けて下部走行体1が走行している状態で、下部走行体1が急減速した場合、アーム5を閉じ方向に動作させてよい。
これにより、コントローラ30は、動的なモーメント(動的転倒モーメント)が生じうる具体的なシチュエーションでの不安定現象の発生や増大を抑制することができる。
また、本実施形態では、コントローラ30は、アタッチメントを進行方向に向けて下部走行体1が走行している状態で、機体の前傾量が急に増加した場合、アーム5を閉じ方向に動作させてよい。
これにより、コントローラ30は、動的なモーメント(動的転倒モーメント)が生じうる具体的なシチュエーションでの不安定現象の発生や増大を抑制することができる。
また、本実施形態では、コントローラ30は、当該ショベル100の動作に応じた、機体に作用している静的なモーメント(静的転倒モーメント及び抑制モーメント)の変化を抑制するように、アーム5を閉じ方向に動作させてよい。
これにより、コントローラ30は、具体的に、ショベル100の動作に応じた、機体に作用している静的なモーメント(静的転倒モーメント及び抑制モーメント)の変化に対応する形で、アタッチメントの空中動作時における機体に発生しうる不安定現象を抑制することができる。
また、本実施形態では、コントローラ30は、バケット6が機体に対して相対的に離れている状態でのブーム4の下げ動作に応じて、アーム5を閉じ方向に動作させてよい。
これにより、コントローラ30は、静的なモーメントの変化が生じうる具体的なシチュエーションでの不安定現象の発生や増大を抑制することができる。
また、本実施形態では、コントローラ30は、アタッチメントがバケット6に土砂等の対象物を収容し持ち上げる動作に応じて、アーム5を閉じ方向に動作させてよい。
これにより、コントローラ30は、静的なモーメントの変化が生じうる具体的なシチュエーションでの不安定現象の発生や増大を抑制することができる。
また、本実施形態では、コントローラ30は、アタッチメントの向きが下部走行体1の進行方向から離れるように、上部旋回体3が旋回するのに応じて、アーム5を閉じ方向に動作させてよい。
これにより、コントローラ30は、静的なモーメントの変化が生じうる具体的なシチュエーションでの不安定現象の発生や増大を抑制することができる。
また、本実施形態では、コントローラ30は、アタッチメントを進行方向に向けて下部走行体1が走行している状態でのショベル100の機体の前傾量の増加に応じて、アーム5を閉じ方向に動作させてもよい。
これにより、コントローラ30は、静的なモーメントの変化が生じうる具体的なシチュエーションでの不安定現象の発生や増大を抑制することができる。
また、本実施形態では、コントローラ30は、ショベル100の動作に応じて、リリーフ弁V8Rにアームシリンダ8のロッド側油室の圧力を開放させて、自重でアーム5を閉じ方向に動作させてよい。
これにより、コントローラ30は、アーム5を自重で動作させることで、ショベル100の静的不安定状態や動的不安定状態を解消させることができる。
また、本実施形態では、コントローラ30は、ショベル100の動作に応じて、作動油保持回路90によるアームシリンダ8のロッド側油室の作動油の保持機能を解除することにより、リリーフ弁V8Rによるアームシリンダ8の作動油の圧力の開放機能を有効にしてよい。
これにより、コントローラ30は、リリーフ弁V8Rよりも上流側、つまり、アームシリンダ8側にアーム5の落下防止用の作動油保持回路90が設けられている場合であっても、リリーフ弁V8Rでアームシリンダ8のロッド側油室の圧力を開放させることができる。よって、ショベル100は、アーム5の落下防止機能(アームシリンダ8のロッド側油室の作動油保持機能)と、ショベル100の機体の安定化制御に関する機能(アームシリンダ8の圧力の開放機能)とを両立させることができる。
また、本実施形態では、コントローラ30は、下部走行体1の後部浮き上がり現象が発生するが可能性がある場合に、エンドアタッチメント(バケット6)の開き動作を相対的に遅くする。
これにより、エンドアタッチメント(バケット6)の開き動作に起因して上部旋回体3に作用する動的転倒モーメントを抑制し、空中でのバケットの開き動作に起因する下部走行体1の後部浮き上がり現象を抑制することができる。
尚、コントローラ30は、下部走行体1の後部浮き上がり現象が発生した場合に、バケット6の開き動作を相対的に遅くしてもよい。これにより、既に発生した下部走行体1の後部浮き上がり現象の増大を抑制し、早期に後部浮き上がり現象を収束させることができる。この場合、コントローラ30は、機体姿勢センサS4の検出値や撮像装置S6の撮像画像に基づき、下部走行体1の後部浮き上がり現象の発生を検出してよい。
また、本実施形態では、コントローラ30は、エンドアタッチメントの重量(バケット6の場合、収容物を含む重量)が相対的に大きい場合、又は、エンドアタッチメントの位置が下部走行体1から相対的に離れている場合に、バケット6の開き動作を相対的に遅くしてよい。
これにより、コントローラ30は、静的転倒モーメントが相対的に大きく、エンドアタッチメントの開き動作に起因して、下部走行体1の後部浮き上がり現象が発生する可能性が高い具体的な状況で、下部走行体1の後部浮き上がり現象の発生を抑制できる。また、コントローラ30は、同状況で、発生した後部浮き上がり現象の増大を抑制し、後部浮き上がり現象を早期に収束させることができる。
また、本実施形態では、コントローラ30は、アタッチメントがバケット6内の収容物の排出動作を行う場合に、バケット6の開き動作を相対的に遅くしてよい。
これにより、コントローラ30は、バケット6の開き動作が行われ、上部旋回体3に動的転倒モーメントが作用する可能性が高い具体的な状況において、下部走行体1の後部浮き上がり現象の発生を抑制することができる。同様に、コントローラ30は、同状況で、発生した後部浮き上がり現象の増大を抑制し、後部浮き上がり現象を早期に収束させることができる。
また、本実施形態では、コントローラ30は、バケット6の位置が下部走行体1から相対的に離れており、且つ、アタッチメントがバケット6内の収容物の排出動作を行う場合に、バケット6の開き動作を相対的に遅くしてもよい。
これにより、コントローラ30は、静的転倒モーメントが相対的に大きく、且つ、バケット6の開き動作が行われ、上部旋回体3に動的転倒モーメントが作用し、下部走行体1の後部浮き上がり現象が発生する可能性が非常に高い具体的な状況において、下部走行体1の後部浮き上がり現象の発生を抑制することができる。同様に、コントローラ30は、同状況で、発生した後部浮き上がり現象の増大を抑制し、後部浮き上がり現象を早期に収束させることができる。
また、本実施形態では、コントローラ30は、アタッチメントがバケット6内の収容物の排出動作を行う場合、下部走行体1の後部浮き上がり現象が発生する可能性が相対的に高くなったとき、又は、下部走行体1の後部浮き上がり現象が発生したときに、バケット6の開き動作を相対的に遅くしてもよい。
これにより、下部走行体1の後部浮き上がり現象が発生する可能性が相対的に高くなったり、実際に発生したりするまで、バケット6の動作が制限されない。よって、コントローラ30は、後部浮き上がり現象の抑制を図りつつ、ショベル100の作業効率を向上させることができる。
また、本実施形態では、コントローラ30は、レギュレータ13を通じて、バケットシリンダ9(エンドアタッチメントシリンダの一例)に作動油を供給するメインポンプ14に吐出流量を制限させることにより、エンドアタッチメントの開き動作を相対的に遅くしてよい。また、コントローラ30は、減圧弁V27Bを通じて、メインポンプ14からバケットシリンダ9に供給される作動油の流量を制御するコントロールバルブ17内の制御弁174にバケットシリンダ9への流量を制限させることにより、エンドアタッチメントの開き動作を相対的に遅くしてもよい。また、コントローラ30は、流量制御弁(絞り弁)V9Rに、バケットシリンダ9(のボトム側油室)から排出される作動油の流量を絞らせることにより、エンドアタッチメントの開き動作を相対的に遅くしてもよい。
これにより、コントローラ30は、具体的に、バケットシリンダ9に供給される作動油を制限させて、エンドアタッチメントの開き動作を相対的に遅くすることができる。
また、本実施形態では、コントローラ30は、バケットシリンダ9の移動速度V及び移動加速度αを所定の上限値以下に制限することにより、エンドアタッチメントの開き動作を相対的に遅くしてよい。
これにより、コントローラ30は、エンドアタッチメントの開き動作を相対的に遅くする具体的な制御態様を実現することができる。
尚、コントローラ30は、バケットシリンダ9の移動速度V及び移動加速度αのうちの何れか一方だけに上限値を設定し、当該一方だけを上限値以下に制限してもよい。
また、本実施形態では、コントローラ30は、アタッチメントの状態を検出する所定のセンサ(各センサS1~S4、S7B,S7R,S8B,S8R,S9B,S9R等)の検出情報に基づき、バケットシリンダ9の移動速度及び移動加速度の少なくとも一方の上限値(上限移動速度Vlim、上限移動加速度αlim)を算出する。
これにより、コントローラ30は、静的転倒モーメント及び動的転倒モーメントに影響するアタッチメントの姿勢状態や動作状態等を考慮して、上限値を算出することができる。よって、コントローラ30は、そのときの状況に合わせて、より適切に、エンドアタッチメントの開き動作を制限することができる。
また、本実施形態では、コントローラ30は、アタッチメントの状態を検出する所定のセンサの検出情報に基づき、下部走行体1の後部を浮き上がらせる方向の転倒モーメント及び下部走行体1の後部の浮き上がりを抑制する方向の抑制モーメントを算出する。そして、コントローラ30は、算出した転倒モーメントが抑制モーメントを下回るように、バケットシリンダ9の上限移動速度Vlimや上限移動加速度αlimを算出する。
これにより、コントローラ30は、ショベル100の転倒を抑制可能なバケットシリンダ9の移動速度や移動加速度の上限値を算出できる。
以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
また、上述した実施形態及び変形例では、ショベル100は、下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の各種動作要素を全て油圧駆動する構成であったが、その一部が電気駆動される構成であってもよい。つまり、上述した実施形態で開示される構成等は、ハイブリッドショベルや電動ショベル等に適用されてもよい。
最後に、本願は、2018年9月27日に出願した日本国特許出願2018-181988号、及び2018年10月3日に出願した日本国特許出願2018-188453号に基づく優先権を主張するものであり、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
1L 走行油圧モータ
1R 走行油圧モータ
2A 旋回油圧モータ
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
8 アームシリンダ
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 メインポンプ(油圧ポンプ)
15 パイロットポンプ
17 コントロールバルブ
17A 制御弁
25,25A パイロットライン
26 操作装置
27,27A,27B,27U パイロットライン
28 吐出圧センサ
29 操作圧センサ
30 コントローラ
40 表示装置
42 入力装置
44 音出力装置
50 フック収納部
51 フック収納状態検出装置
62 バケットピン
70 バケットリンク
80 フック
90 作動油保持回路
90a 保持弁
90b スプール弁
92 電磁切換弁
94 シャトル弁
100 ショベル
S1 ブーム姿勢センサ
S2 アーム姿勢センサ
S3 バケット姿勢センサ
S4 機体姿勢センサ
S5 旋回状態センサ
S6 撮像装置
S6B,S6F,S6L,S6R カメラ
S7B ブームボトム圧センサ
S7R ブームロッド圧センサ
S8B アームボトム圧センサ
S8R アームロッド圧センサ
S9B バケットボトム圧センサ
S9R バケットロッド圧センサ
V8R リリーフ弁
1L 走行油圧モータ
1R 走行油圧モータ
2A 旋回油圧モータ
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
8 アームシリンダ
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 メインポンプ(油圧ポンプ)
15 パイロットポンプ
17 コントロールバルブ
17A 制御弁
25,25A パイロットライン
26 操作装置
27,27A,27B,27U パイロットライン
28 吐出圧センサ
29 操作圧センサ
30 コントローラ
40 表示装置
42 入力装置
44 音出力装置
50 フック収納部
51 フック収納状態検出装置
62 バケットピン
70 バケットリンク
80 フック
90 作動油保持回路
90a 保持弁
90b スプール弁
92 電磁切換弁
94 シャトル弁
100 ショベル
S1 ブーム姿勢センサ
S2 アーム姿勢センサ
S3 バケット姿勢センサ
S4 機体姿勢センサ
S5 旋回状態センサ
S6 撮像装置
S6B,S6F,S6L,S6R カメラ
S7B ブームボトム圧センサ
S7R ブームロッド圧センサ
S8B アームボトム圧センサ
S8R アームロッド圧センサ
S9B バケットボトム圧センサ
S9R バケットロッド圧センサ
V8R リリーフ弁
Claims (18)
- 下部走行体と、
前記下部走行体に旋回自在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ブームと、前記ブームの先端に取り付けられるアームと、前記アームの先端に取り付けられるエンドアタッチメントと有するアタッチメントと、を備え、
ショベルの機体の安定状態に合わせて、前記アーム又は前記エンドアタッチメントの動作を補正する、
ショベル。 - 前記機体の安定度が相対的に高い場合、前記アーム及び前記エンドアタッチメントに操作内容又は自動運転機能の動作指令に応じた動作を行わせ、前記安定度が相対的に低い場合、前記操作内容又は前記動作指令に対応する動作よりも前記安定度が回復する方向に、前記アーム又は前記エンドアタッチメントの動作を補正する、
請求項1に記載のショベル。 - ショベルの所定の動作に合わせて、前記アームを閉じ方向に動作させる、
請求項1に記載のショベル。 - ショベルの前記所定の動作に合わせて、前記下部走行体及び前記上部旋回体を含む機体に作用しうる動的なモーメントを抑制するように、前記アームを閉じ方向に動作させる、
請求項3に記載のショベル。 - 前記所定の動作は、前記アタッチメントが前記エンドアタッチメントとしてのバケットの収容物を排出させる動作、前記アタッチメントを進行方向に向けて前記下部走行体が走行している状態で、前記下部走行体が急減速する動作、及び前記アタッチメントを進行方向に向けて前記下部走行体が走行している状態で、前記機体の前傾量が相対的に大きく増加する動作の少なくとも一つを含む、
請求項4に記載のショベル。 - ショベルの前記所定の動作に応じた、前記下部走行体及び前記上部旋回体を含む機体に作用している静的なモーメントの変化を抑制するように、前記アームを閉じ方向に動作させる、
請求項3に記載のショベル。 - 前記エンドアタッチメントが前記機体に対して相対的に離れている状態での前記ブームの下げ動作、前記アタッチメントが前記エンドアタッチメントとしてのバケットに対象物を収容し持ち上げる動作、前記アタッチメントの向きが前記下部走行体の進行方向から離れるように、前記上部旋回体が旋回する動作、及び前記アタッチメントを進行方向に向けて前記下部走行体が走行している状態での前記機体の前傾量が増加する動作の少なくとも一つを含む、
請求項6に記載のショベル。 - 前記アームを駆動するアームシリンダと、
前記アームシリンダのロッド側油室の作動油の圧力を開放するリリーフ弁と、を備え、
ショベルの前記所定の動作に合わせて、前記リリーフ弁に前記アームシリンダのロッド側油室の圧力を開放させて、自重で前記アームを閉じ方向に動作させる、
請求項3に記載のショベル。 - 前記アームシリンダのロッド側油室と前記リリーフ弁との間の油路に設けられ、前記アームの閉じ方向の操作が行われていない場合に、前記アームシリンダのロッド側油室の作動油を保持する作動油保持回路を備え、
ショベルの前記所定の動作に合わせて、前記作動油保持回路による前記アームシリンダのロッド側油室の作動油の保持機能を解除することにより、前記リリーフ弁による前記アームシリンダの作動油の圧力の開放機能を有効にする、
請求項8に記載のショベル。 - 前記下部走行体の後部が浮き上がる可能性がある、又は、前記下部走行体の後部の浮き上がりが発生した場合に、前記エンドアタッチメントの開き動作を相対的に遅くする、
請求項1に記載のショベル。 - 前記エンドアタッチメントの重量が相対的に大きい場合、又は、前記エンドアタッチメントの位置が前記下部走行体から相対的に離れている場合に、前記エンドアタッチメントの開き動作を相対的に遅くする、
請求項10に記載のショベル。 - 前記アタッチメントが前記エンドアタッチメントとしてのバケット内の収容物の排出動作を行う場合に、前記バケットの開き動作を相対的に遅くする、
請求項10に記載のショベル。 - 前記バケットの位置が前記下部走行体から相対的に離れており、且つ、前記アタッチメントが前記排出動作を行う場合に、前記バケットの開き動作を相対的に遅くする、
請求項12に記載のショベル。 - 前記アタッチメントが前記排出動作を行う場合、前記下部走行体の後部が浮き上がる可能性が相対的に高くなったとき、又は、前記下部走行体の後部の浮き上がりが発生したときに、前記バケットの開き動作を相対的に遅くする、
請求項12に記載のショベル。 - 前記エンドアタッチメントを駆動するエンドアタッチメントシリンダを備え、
前記エンドアタッチメントシリンダに作動油を供給する油圧ポンプに吐出流量を制限させる、前記油圧ポンプから前記エンドアタッチメントシリンダに供給される作動油の流量を制御する制御弁に前記エンドアタッチメントシリンダへの流量を制限させる、又は、前記制御弁と前記エンドアタッチメントシリンダとの間の油路に設けられる絞り弁に、前記エンドアタッチメントシリンダから排出される作動油の流量を絞らせることにより、前記エンドアタッチメントの開き動作を相対的に遅くする、
請求項10に記載のショベル。 - 前記エンドアタッチメントシリンダの移動速度及び移動加速度の少なくとも一方を所定の上限値以下に制限することにより、前記エンドアタッチメントの開き動作を相対的に遅くする、
請求項15に記載のショベル。 - 前記アタッチメントの状態を検出する所定のセンサを備え、
前記所定のセンサの検出情報に基づき、前記上限値を算出する、
請求項16に記載のショベル。 - 前記所定のセンサの検出情報に基づき、前記下部走行体の後部を浮き上がらせる方向の転倒モーメント及び前記下部走行体の後部の浮き上がりを抑制する方向の抑制モーメントを算出すると共に、前記転倒モーメントが前記抑制モーメントを下回るように前記上限値を算出する、
請求項17に記載のショベル。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US11447935B2 (en) * | 2019-04-30 | 2022-09-20 | Deere & Company | Camera-based boom control |
| CN113898017A (zh) * | 2021-10-11 | 2022-01-07 | 中联重科股份有限公司 | 多路阀及挖掘机 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07180192A (ja) * | 1993-12-24 | 1995-07-18 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 油圧シヨベルの転倒防止装置 |
| JPH0988126A (ja) * | 1995-09-20 | 1997-03-31 | Seirei Ind Co Ltd | 掘削作業機 |
| JP2000104290A (ja) * | 1998-09-30 | 2000-04-11 | Yutani Heavy Ind Ltd | 建設機械の制御装置 |
| JP2015067994A (ja) * | 2013-09-27 | 2015-04-13 | ダイキン工業株式会社 | 建設機械 |
| JP2016169572A (ja) * | 2015-03-13 | 2016-09-23 | 住友重機械工業株式会社 | ショベル |
| JP2017179929A (ja) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 日立建機株式会社 | 作業機械の駆動制御装置 |
| JP2018091131A (ja) * | 2016-12-05 | 2018-06-14 | 住友重機械工業株式会社 | ショベル |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2355001Y (zh) * | 1998-05-08 | 1999-12-22 | 刘国民 | 自平衡节能型挖掘机 |
| KR101934017B1 (ko) * | 2011-06-10 | 2018-12-31 | 히다치 겡키 가부시키 가이샤 | 작업 기계 |
| EP3249114B1 (en) * | 2014-12-29 | 2020-02-19 | Volvo Construction Equipment AB | Control valve for construction equipment |
| JP6598685B2 (ja) * | 2016-01-05 | 2019-10-30 | 住友建機株式会社 | ショベル |
| CN109689980B (zh) * | 2016-09-30 | 2022-04-08 | 住友重机械工业株式会社 | 挖土机 |
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| KR102138783B1 (ko) * | 2017-09-29 | 2020-07-28 | 가부시키가이샤 히다치 겡키 티에라 | 작업 기계의 유압 구동 장치 |
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07180192A (ja) * | 1993-12-24 | 1995-07-18 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 油圧シヨベルの転倒防止装置 |
| JPH0988126A (ja) * | 1995-09-20 | 1997-03-31 | Seirei Ind Co Ltd | 掘削作業機 |
| JP2000104290A (ja) * | 1998-09-30 | 2000-04-11 | Yutani Heavy Ind Ltd | 建設機械の制御装置 |
| JP2015067994A (ja) * | 2013-09-27 | 2015-04-13 | ダイキン工業株式会社 | 建設機械 |
| JP2016169572A (ja) * | 2015-03-13 | 2016-09-23 | 住友重機械工業株式会社 | ショベル |
| JP2017179929A (ja) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 日立建機株式会社 | 作業機械の駆動制御装置 |
| JP2018091131A (ja) * | 2016-12-05 | 2018-06-14 | 住友重機械工業株式会社 | ショベル |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022208694A1 (ja) * | 2021-03-30 | 2022-10-06 | 日立建機株式会社 | 作業機械 |
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