以下、図面を参照して本開示の実施形態に係るショベル100について説明する。最初に、図1を参照して、ショベル100の概要について説明する。図1は、ショベル100の側面図である。
The shovel 100 according to an embodiment of the present disclosure will now be described with reference to the drawings. First, an overview of the shovel 100 will be described with reference to FIG. 1. FIG. 1 is a side view of the shovel 100.
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ATの一例である掘削アタッチメントを構成するブーム4、アーム5、及び、バケット6と、キャビン10とを備える。
The excavator 100 includes a lower carrier 1, an upper rotating body 3 mounted on the lower carrier 1 so as to be freely rotatable via a rotating mechanism 2, a boom 4, an arm 5, and a bucket 6 constituting an excavation attachment which is an example of an attachment AT, and a cabin 10.
下部走行体1は、左右一対のクローラが走行油圧モータ2M(図2参照)でそれぞれ油圧駆動されることにより、ショベル100を走行させる。走行油圧モータ2Mは、左走行油圧モータ2ML及び右走行油圧モータ2MRを含む。つまり、左走行油圧モータ2ML及び右走行油圧モータ2MRは、被駆動部としての下部走行体1(クローラ)を駆動する。
The lower traveling body 1 allows the excavator 100 to travel by hydraulically driving a pair of left and right crawlers by traveling hydraulic motors 2M (see FIG. 2). The traveling hydraulic motors 2M include a left traveling hydraulic motor 2ML and a right traveling hydraulic motor 2MR. In other words, the left traveling hydraulic motor 2ML and the right traveling hydraulic motor 2MR drive the lower traveling body 1 (crawlers) as the driven part.
上部旋回体3は、旋回油圧モータ2A(図2参照)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。つまり、旋回油圧モータ2Aは、被駆動部としての上部旋回体3を駆動する旋回駆動部であり、上部旋回体3の向きを変化させることができる。
The upper rotating body 3 is driven by a hydraulic motor 2A (see FIG. 2) to rotate relative to the lower traveling body 1. In other words, the hydraulic motor 2A is a rotation drive unit that drives the upper rotating body 3 as a driven unit, and can change the orientation of the upper rotating body 3.
尚、上部旋回体3は、旋回油圧モータ2Aの代わりに、電動アクチュエータとしての旋回用電動機により電気駆動されてもよい。つまり、旋回用電動機は、旋回油圧モータ2Aと同様、被駆動部としての上部旋回体3を駆動する旋回駆動部であり、上部旋回体3の向きを変化させることができる。
The upper rotating body 3 may be electrically driven by a rotating electric motor as an electric actuator instead of the rotating hydraulic motor 2A. In other words, the rotating electric motor is a rotating drive part that drives the upper rotating body 3 as a driven part, similar to the rotating hydraulic motor 2A, and can change the orientation of the upper rotating body 3.
ブーム4は、上部旋回体3の前部中央に回動可能に取り付けられ、ブーム4の先端には、アーム5が回動可能に取り付けられ、アーム5の先端には、エンドアタッチメントとしてのバケット6が回動可能に取り付けられている。ブーム4、アーム5、及びバケット6は、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。
The boom 4 is rotatably attached to the center of the front of the upper rotating body 3, an arm 5 is rotatably attached to the tip of the boom 4, and a bucket 6 is rotatably attached to the tip of the arm 5 as an end attachment. The boom 4, arm 5, and bucket 6 are hydraulically driven by a boom cylinder 7, arm cylinder 8, and bucket cylinder 9, which serve as hydraulic actuators, respectively.
尚、バケット6は、エンドアタッチメントの一例であり、アーム5の先端には、作業内容等に応じて、バケット6の代わりに、他のエンドアタッチメント、例えば、法面用バケット、浚渫用バケット、又はブレーカ等が取り付けられてもよい。
The bucket 6 is an example of an end attachment, and other end attachments, such as a slope bucket, a dredging bucket, or a breaker, may be attached to the tip of the arm 5 instead of the bucket 6 depending on the work content, etc.
キャビン10は、操作者が搭乗する運転室であり、上部旋回体3の前部左側に設けられている。
The cabin 10 is the driver's compartment in which the operator sits and is located on the front left side of the upper rotating body 3.
次に、図1に加えて、図2を参照し、ショベル100の具体的な構成について説明する。図2は、ショベル100の制御システムの構成例を概略的に示す図である。尚、図2において、機械的動力伝達ライン、作動油ライン、パイロットライン、電気信号ラインは、それぞれ、二重線、実線、破線、点線で示されている。
Next, the specific configuration of the shovel 100 will be described with reference to FIG. 2 in addition to FIG. 1. FIG. 2 is a diagram that shows a schematic example of the configuration of the control system of the shovel 100. In FIG. 2, the mechanical power transmission lines, hydraulic oil lines, pilot lines, and electrical signal lines are indicated by double lines, solid lines, dashed lines, and dotted lines, respectively.
ショベル100の駆動系は、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ユニット17を含む。また、ショベル100の油圧駆動系は、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のそれぞれを油圧駆動する走行油圧モータ2M、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。
The drive system of the excavator 100 includes an engine 11, a regulator 13, a main pump 14, and a control valve unit 17. The hydraulic drive system of the excavator 100 also includes hydraulic actuators such as a travel hydraulic motor 2M, a swing hydraulic motor 2A, a boom cylinder 7, an arm cylinder 8, and a bucket cylinder 9 that hydraulically drive the lower travel structure 1, the upper swing structure 3, the boom 4, the arm 5, and the bucket 6, respectively.
エンジン11は、油圧駆動系における動力源であり、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、コントローラ30による直接的或いは間接的な制御下で、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、ディーゼルエンジンである。
The engine 11 is a power source in the hydraulic drive system, and is mounted, for example, at the rear of the upper rotating body 3. Specifically, the engine 11 rotates at a constant speed at a preset target speed under direct or indirect control by the controller 30, and drives the main pump 14 and the pilot pump 15. The engine 11 is, for example, a diesel engine.
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(傾転角)を調節する。レギュレータ13は、例えば、左レギュレータ13L及び右レギュレータ13Rを含む(図3参照)。
The regulator 13 controls the discharge volume of the main pump 14. For example, the regulator 13 adjusts the angle (tilt angle) of the swash plate of the main pump 14 in response to a control command from the controller 30. The regulator 13 includes, for example, a left regulator 13L and a right regulator 13R (see FIG. 3).
メインポンプ14は、例えば、上部旋回体3の後部に搭載され、作動油ラインを通じてコントロールバルブユニット17に作動油を供給する。メインポンプ14は、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、コントローラ30の制御下で、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(押しのけ容積)が制御される。メインポンプ14は、例えば、左メインポンプ14L及び右メインポンプ14Rを含む(図3参照)。
The main pump 14 is mounted, for example, on the rear of the upper rotating body 3, and supplies hydraulic oil to the control valve unit 17 through a hydraulic oil line. The main pump 14 is driven by the engine 11. The main pump 14 is, for example, a variable displacement hydraulic pump, and under the control of the controller 30, the tilt angle of the swash plate is adjusted by the regulator 13 to adjust the stroke length of the piston, thereby controlling the discharge flow rate (displacement volume). The main pump 14 includes, for example, a left main pump 14L and a right main pump 14R (see FIG. 3).
コントロールバルブユニット17は、例えば、上部旋回体3の中央部に搭載され、操作者による操作装置26に対する操作に応じて、油圧駆動系の制御を行う油圧制御装置である。コントロールバルブユニット17は、作動油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、複数の油圧アクチュエータ(走行油圧モータ2M、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)のそれぞれに選択的に供給する。具体的には、コントロールバルブユニット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。より具体的には、制御弁171は、左走行油圧モータ2MLに対応し、制御弁172は、右走行油圧モータ2MRに対応し、制御弁173は、旋回油圧モータ2Aに対応する。また、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。制御弁175は、例えば、制御弁175L及び制御弁175Rを含み、制御弁176は、例えば、制御弁176L、176Rを含む(図3参照)。
The control valve unit 17 is a hydraulic control device mounted, for example, at the center of the upper rotating body 3, and controls the hydraulic drive system in response to the operation of the operating device 26 by the operator. The control valve unit 17 is connected to the main pump 14 via a hydraulic oil line, and selectively supplies hydraulic oil supplied from the main pump 14 to each of a plurality of hydraulic actuators (travel hydraulic motor 2M, swing hydraulic motor 2A, boom cylinder 7, arm cylinder 8, and bucket cylinder 9) in response to the operating state of the operating device 26. Specifically, the control valve unit 17 includes control valves 171 to 176 that control the flow rate and flow direction of hydraulic oil supplied from the main pump 14 to each of the hydraulic actuators. More specifically, the control valve 171 corresponds to the left traveling hydraulic motor 2ML, the control valve 172 corresponds to the right traveling hydraulic motor 2MR, and the control valve 173 corresponds to the swing hydraulic motor 2A. Furthermore, control valve 174 corresponds to bucket cylinder 9, control valve 175 corresponds to boom cylinder 7, and control valve 176 corresponds to arm cylinder 8. Control valve 175 includes, for example, control valve 175L and control valve 175R, and control valve 176 includes, for example, control valves 176L and 176R (see FIG. 3).
ショベル100の操作系は、パイロットポンプ15及び操作装置26を含む。また、ショベル100の操作系は、コントローラ30によるマシンコントロール機能に関する構成として電磁弁31を含む。
The operation system of the shovel 100 includes a pilot pump 15 and an operating device 26. The operation system of the shovel 100 also includes a solenoid valve 31 as a component related to the machine control function by the controller 30.
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、パイロットラインを介して制御弁171~176のそれぞれのパイロットポートに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、エンジン11により駆動される。
The pilot pump 15 is mounted, for example, at the rear of the upper rotating body 3 and supplies pilot pressure to each pilot port of the control valves 171 to 176 via a pilot line. The pilot pump 15 is, for example, a fixed displacement hydraulic pump, and is driven by the engine 11.
操作装置26は、キャビン10内の運転席の近くに設けられ、操作者が各種動作要素(下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット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、操作者がそれぞれの動作要素を駆動する油圧アクチュエータ(走行油圧モータ2M、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)の操作を行うための操作入力手段である。制御弁171~176のそれぞれのパイロットポートには、操作装置26の操作内容(操作方向及び操作量)に応じたパイロット圧が入力される。図示例では、操作装置26は、上部旋回体3(旋回油圧モータ2A)及びアーム5(アームシリンダ8)を操作するレバー装置である左操作レバー26L(図4A参照)と、ブーム4(ブームシリンダ7)及びバケット6(バケットシリンダ9)を操作するレバー装置である右操作レバー26R(図4B参照)と、下部走行体1のクローラ(走行油圧モータ2M)を操作する走行操作装置26D(図4E参照)とを含む。走行操作装置26Dは、左クローラ(左走行油圧モータ2ML)を操作する左走行レバー26DL(図4E参照)と、右クローラ(右走行油圧モータ2MR)を操作する右走行レバー26DR(図4F参照)とを含む。走行操作装置26Dは、左クローラ(左走行油圧モータ2ML)を操作する左走行ペダル、及び、右クローラ(右走行油圧モータ2MR)を操作する右走行ペダルを含んでいてもよい。
The operating device 26 is provided near the driver's seat in the cabin 10, and is an operation input means for the operator to operate various operating elements (lower traveling body 1, upper rotating body 3, boom 4, arm 5, bucket 6, etc.). In other words, the operating device 26 is an operation input means for the operator to operate the hydraulic actuators (travel hydraulic motor 2M, swing hydraulic motor 2A, boom cylinder 7, arm cylinder 8, bucket cylinder 9, etc.) that drive each operating element. A pilot pressure according to the operation content (operation direction and operation amount) of the operating device 26 is input to each pilot port of the control valves 171 to 176. In the illustrated example, the operation device 26 includes a left operation lever 26L (see FIG. 4A) which is a lever device for operating the upper rotating body 3 (swing hydraulic motor 2A) and the arm 5 (arm cylinder 8), a right operation lever 26R (see FIG. 4B) which is a lever device for operating the boom 4 (boom cylinder 7) and the bucket 6 (bucket cylinder 9), and a travel operation device 26D (see FIG. 4E) which operates the crawler (travel hydraulic motor 2M) of the lower traveling body 1. The travel operation device 26D includes a left travel lever 26DL (see FIG. 4E) which operates the left crawler (left traveling hydraulic motor 2ML) and a right travel lever 26DR (see FIG. 4F) which operates the right crawler (right traveling hydraulic motor 2MR). The travel operation device 26D may include a left travel pedal which operates the left crawler (left traveling hydraulic motor 2ML) and a right travel pedal which operates the right crawler (right traveling hydraulic motor 2MR).
図示例では、操作装置26は、電気信号を出力する電気式であり、操作装置26からの電気信号は、コントローラ30に入力され、コントローラ30は、入力される電気信号に応じて、制御弁171~176のそれぞれのパイロットポートに作用するパイロット圧を制御することにより、操作装置26に対する操作内容に応じた、各種油圧アクチュエータの動作を実現する。具体的には、パイロットポンプ15と制御弁171~176のそれぞれのパイロットポートとの間には、コントローラ30からの電気信号に応じて動作する電磁弁31が配置されている。そして、操作装置26が操作されると、コントローラ30は、その操作量(例えば、レバー操作量)に対応する電気信号によって電磁弁31を制御してパイロット圧を増減させることで、操作装置26に対する操作の内容に合わせて、制御弁171~176のそれぞれを動作させることができる。尚、制御弁171~176は、コントローラ30からの指令により駆動する電磁ソレノイド式スプール弁であってよい。
In the illustrated example, the operating device 26 is an electric type that outputs an electric signal, and the electric signal from the operating device 26 is input to the controller 30, which controls the pilot pressure acting on each pilot port of the control valves 171 to 176 according to the input electric signal, thereby realizing the operation of various hydraulic actuators according to the operation content of the operating device 26. Specifically, between the pilot pump 15 and each pilot port of the control valves 171 to 176, a solenoid valve 31 that operates according to an electric signal from the controller 30 is disposed. Then, when the operating device 26 is operated, the controller 30 controls the solenoid valve 31 by an electric signal corresponding to the operation amount (e.g., the lever operation amount) to increase or decrease the pilot pressure, thereby operating each of the control valves 171 to 176 according to the operation content of the operating device 26. The control valves 171 to 176 may be electromagnetic solenoid spool valves that are driven by commands from the controller 30.
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、操作センサ29と、電磁弁31と、表示装置40と、入力装置42と、音出力装置43と、記憶装置47と、ブーム角度センサS1と、アーム角度センサS2と、バケット角度センサS3と、機体傾斜センサS4と、旋回状態センサS5と、撮像装置S6と、測位装置Q1と、通信装置T1とを含む。
The control system of the excavator 100 includes a controller 30, a discharge pressure sensor 28, an operation sensor 29, a solenoid valve 31, a display device 40, an input device 42, a sound output device 43, a memory device 47, a boom angle sensor S1, an arm angle sensor S2, a bucket angle sensor S3, a machine body inclination sensor S4, a turning state sensor S5, an imaging device S6, a positioning device Q1, and a communication device T1.
コントローラ30(制御装置の一例)は、キャビン10内に設けられ、ショベル100の駆動制御を行うように構成されている。コントローラ30は、その機能が任意のハードウェア、ソフトウェア、或いは、その組み合わせにより実現されてよい。図示例では、コントローラ30は、CPU(Central Processing Unit)と、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)と、不揮発性の補助記憶装置と、各種入出力インターフェース等を含むマイクロ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、ROMや不揮発性の補助記憶装置に格納される各種プログラムをCPU上で実行することにより各種機能を実現する。
The controller 30 (an example of a control device) is provided in the cabin 10 and is configured to control the drive of the excavator 100. The functions of the controller 30 may be realized by any hardware, software, or a combination thereof. In the illustrated example, the controller 30 is configured mainly with a microcomputer including a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a non-volatile auxiliary storage device, various input/output interfaces, etc. The controller 30 realizes various functions by, for example, executing various programs stored in the ROM or non-volatile auxiliary storage device on the CPU.
図示例では、コントローラ30は、操作者等の所定操作により予め設定される作業モード等に基づき、目標回転数を設定し、エンジン11を一定回転させる駆動制御を行う。コントローラ30は、必要に応じてレギュレータ13に対して制御指令を出力し、メインポンプ14の吐出量を変化させてもよい。
In the illustrated example, the controller 30 sets a target rotation speed based on a work mode, etc., that is preset by a predetermined operation by an operator, etc., and performs drive control to rotate the engine 11 at a constant speed. The controller 30 may output a control command to the regulator 13 as necessary to change the discharge volume of the main pump 14.
コントローラ30は、操作者による操作装置26を通じたショベル100の手動操作をガイド(案内)するマシンガイダンス機能に関する制御を行うように構成されていてもよい。また、コントローラ30は、操作者による操作装置26を通じたショベル100の手動操作を自動的に支援するマシンコントロール機能に関する制御を行うように構成されていてもよい。この場合、コントローラ30は、マシンガイダンス機能及びマシンコントロール機能に関する機能部として、マシンガイダンス部50を含んでいてもよい。
The controller 30 may be configured to control a machine guidance function that guides the operator in manually operating the shovel 100 through the operating device 26. The controller 30 may also be configured to control a machine control function that automatically assists the operator in manually operating the shovel 100 through the operating device 26. In this case, the controller 30 may include a machine guidance unit 50 as a functional unit related to the machine guidance function and the machine control function.
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。すなわち、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。例えば、マシンガイダンス機能及びマシンコントロール機能は、専用のコントローラ(制御装置)により実現されてもよい。
In addition, some of the functions of the controller 30 may be realized by other controllers (control devices). That is, the functions of the controller 30 may be realized in a distributed manner by multiple controllers. For example, the machine guidance function and the machine control function may be realized by a dedicated controller (control device).
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。吐出圧センサ28は、例えば、左吐出圧センサ28L及び右吐出圧センサ28Rを含む(図3参照)。
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 input to the controller 30. The discharge pressure sensor 28 includes, for example, a left discharge pressure sensor 28L and a right discharge pressure sensor 28R (see FIG. 3).
操作センサ29は、操作装置26の操作内容(操作方向及び操作量)を検出する。操作センサ29の検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。操作センサ29は、例えば、左操作レバー26Lの前後方向(アーム操作方向)における操作内容を検出する操作センサ29LA(図4A参照)、右操作レバー26Rの前後方向(ブーム操作方向)における操作内容を検出する操作センサ29RA(図4B参照)、右操作レバー26Rの左右方向(バケット操作方向)における操作内容を検出する操作センサ29RB(図4C参照)、左操作レバー26Lの左右方向(旋回操作方向)における操作内容を検出する操作センサ29LB(図4D参照)、左走行レバー26DLの操作内容を検出する操作センサ29DL(図4E参照)、及び、右走行レバー26DRの操作内容を検出する操作センサ29DR(図4F参照)を含む。
The operation sensor 29 detects the operation contents (operation direction and operation amount) of the operation device 26. The detection signal of the operation sensor 29 is taken into the controller 30. The operation sensor 29 includes, for example, an operation sensor 29LA (see FIG. 4A) that detects the operation contents in the front-rear direction (arm operation direction) of the left operation lever 26L, an operation sensor 29RA (see FIG. 4B) that detects the operation contents in the front-rear direction (boom operation direction) of the right operation lever 26R, an operation sensor 29RB (see FIG. 4C) that detects the operation contents in the left-right direction (bucket operation direction) of the right operation lever 26R, an operation sensor 29LB (see FIG. 4D) that detects the operation contents in the left-right direction (swing operation direction) of the left operation lever 26L, an operation sensor 29DL (see FIG. 4E) that detects the operation contents of the left travel lever 26DL, and an operation sensor 29DR (see FIG. 4F) that detects the operation contents of the right travel lever 26DR.
図示例では、操作センサ29は、操作装置26の操作量(傾倒量)や傾倒方向を検出可能な傾斜センサであるが、エンコーダ又はポテンショメータ等の任意のセンサであってもよい。
In the illustrated example, the operation sensor 29 is a tilt sensor capable of detecting the amount of operation (amount of tilt) and the direction of tilt of the operating device 26, but it may be any sensor such as an encoder or potentiometer.
電磁弁31は、パイロットポンプ15と制御弁171~176のそれぞれのパイロットポートとを接続するパイロットラインに設けられ、その流路面積(作動油が通流可能な断面積)を変更できるように構成される。電磁弁31は、コントローラ30から入力される制御指令に応じて動作する。これにより、コントローラ30は、操作者により操作装置26が操作されていない場合であっても、パイロットポンプ15から吐出されるパイロット油を、電磁弁31を介し、制御弁171~176のそれぞれのパイロットポートに供給できる。図示例では、電磁弁31は、図4A~図4Fに示すように、電磁弁31AL~電磁弁31FL及び電磁弁31AR~電磁弁31FRを含む。
The solenoid valve 31 is provided in a pilot line connecting the pilot pump 15 and each pilot port of the control valves 171 to 176, and is configured so that its flow path area (cross-sectional area through which hydraulic oil can flow) can be changed. The solenoid valve 31 operates in response to a control command input from the controller 30. This allows the controller 30 to supply pilot oil discharged from the pilot pump 15 to each pilot port of the control valves 171 to 176 via the solenoid valve 31, even when the operating device 26 is not being operated by the operator. In the illustrated example, the solenoid valve 31 includes solenoid valves 31AL to 31FL and solenoid valves 31AR to 31FR, as shown in Figures 4A to 4F.
表示装置40は、キャビン10内の運転席に着座した操作者から視認し易い場所に設けられ、コントローラ30による制御下で、各種情報を表示する。表示装置40は、車載通信ネットワークを介してコントローラ30に接続されていてもよいし、一対一の専用線を介してコントローラ30に接続されていてもよい。
The display device 40 is provided in a location that is easily visible to an operator seated in the driver's seat inside the cabin 10, and displays various information under the control of the controller 30. The display device 40 may be connected to the controller 30 via an in-vehicle communication network, or may be connected to the controller 30 via a one-to-one dedicated line.
入力装置42は、キャビン10内の運転席に着座した操作者の手が届く範囲に設けられ、操作者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、各種情報を表示する表示装置40の画面上に実装されるタッチパネル、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、トグルスイッチ、又は、回転ダイヤル等である。入力装置42に対する操作に対応する信号は、コントローラ30に取り込まれる。
The input device 42 is provided within reach of an operator seated in the driver's seat inside the cabin 10, accepts various operational inputs by the operator, and outputs signals corresponding to the operational inputs to the controller 30. The input device 42 is, for example, a touch panel mounted on the screen of the display device 40 that displays various information, a knob switch provided at the tip of the lever of a lever device, a button switch, lever, toggle switch, or rotary dial installed around the display device 40, etc. Signals corresponding to operations on the input device 42 are taken into the controller 30.
また、入力装置42は、モードスイッチ42aを有する。モードスイッチ42aは、ショベル100の作業モードを切り替えるためのスイッチである。作業モードは、ショベル100による作業の種別を意味し、例えば、クレーンモード及び通常モード等を含む。尚、モードスイッチ42aは、表示装置40の画面上に表示されるソフトウェアスイッチであってもよく、表示装置40の周辺に設置されたハードウェアスイッチであってもよく、キャビン10内の別の位置に設置されたスイッチであってもよい。
The input device 42 also has a mode switch 42a. The mode switch 42a is a switch for switching the work mode of the shovel 100. The work mode refers to the type of work performed by the shovel 100, and includes, for example, a crane mode and a normal mode. The mode switch 42a may be a software switch displayed on the screen of the display device 40, a hardware switch installed in the vicinity of the display device 40, or a switch installed in another position within the cabin 10.
音出力装置43は、例えば、キャビン10内に設けられ、コントローラ30と接続され、コントローラ30による制御下で、音を出力する。音出力装置43は、例えば、スピーカ又はブザー等である。音出力装置43は、コントローラ30からの音出力指令に応じて各種情報を聴覚的に出力する。
The sound output device 43 is provided, for example, in the cabin 10, connected to the controller 30, and outputs sound under the control of the controller 30. The sound output device 43 is, for example, a speaker or a buzzer. The sound output device 43 audibly outputs various information in response to a sound output command from the controller 30.
記憶装置47は、例えば、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、各種情報を記憶する。記憶装置47は、例えば、半導体メモリ等の不揮発性記憶媒体である。記憶装置47は、ショベル100の動作中に各種機器が出力する情報を記憶してもよく、ショベル100の動作が開始される前に各種機器を介して取得する情報を記憶してもよい。記憶装置47は、例えば、通信装置T1等を介して取得される、或いは、入力装置42等を通じて設定される目標点に関するデータを記憶していてもよい。目標点は、例えば、目標施工面上の点である。目標点に関するデータは、ショベル100の操作者により設定(保存)されてもよいし、施工管理者等により設定されてもよい。
The storage device 47 is provided, for example, in the cabin 10, and stores various information under the control of the controller 30. The storage device 47 is, for example, a non-volatile storage medium such as a semiconductor memory. The storage device 47 may store information output by various devices during operation of the shovel 100, or may store information acquired via various devices before operation of the shovel 100 is started. The storage device 47 may store data regarding a target point acquired, for example, via the communication device T1, or set via the input device 42, for example. The target point is, for example, a point on a target construction surface. The data regarding the target point may be set (saved) by the operator of the shovel 100, or may be set by a construction manager, etc.
ブーム角度センサS1は、ブーム4に取り付けられ、ブーム4の回動角度(以下、「ブーム角度」)を検出する。ブーム角度は、例えば、側面視において、上部旋回体3の旋回平面(旋回軸に垂直な平面)に対してブーム4の両端の点(連結ピンの中心点)を結ぶ直線が成す角度である。ブーム角度センサS1は、例えば、ロータリエンコーダ、加速度センサ、6軸センサ、IMU(Inertial Measurement Unit:慣性計測装置)、又は、それらの組み合わせ等である。また、ブーム角度センサS1は、可変抵抗器を利用したポテンショメータ、ブーム角度に対応する油圧シリンダ(ブームシリンダ7)のストローク量を検出するストロークセンサ等で構成されていてもよい。アーム角度センサS2及びバケット角度センサS3についても同様である。ブーム角度センサS1によるブーム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。
The boom angle sensor S1 is attached to the boom 4 and detects the rotation angle of the boom 4 (hereinafter, "boom angle"). The boom angle is, for example, the angle formed by a straight line connecting both ends of the boom 4 (center points of the connecting pins) with the rotation plane (plane perpendicular to the rotation axis) of the upper rotating body 3 in a side view. The boom angle sensor S1 is, for example, a rotary encoder, an acceleration sensor, a six-axis sensor, an IMU (Inertial Measurement Unit), or a combination thereof. The boom angle sensor S1 may also be composed of a potentiometer using a variable resistor, a stroke sensor that detects the stroke amount of a hydraulic cylinder (boom cylinder 7) corresponding to the boom angle, or the like. The same applies to the arm angle sensor S2 and the bucket angle sensor S3. The detection signal corresponding to the boom angle by the boom angle sensor S1 is taken into the controller 30.
アーム角度センサS2は、アーム5に取り付けられ、アーム5の回動角度(以下、「アーム角度」)を検出する。アーム角度は、例えば、側面視において、ブーム4の両端の点(連結ピンの中心点)を結ぶ直線に対してアーム5の両端の点(連結ピンの中心点)を結ぶ直線が成す角度である。アーム角度センサS2によるアーム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。
The arm angle sensor S2 is attached to the arm 5 and detects the rotation angle of the arm 5 (hereinafter, the "arm angle"). For example, in a side view, the arm angle is the angle between a line connecting both ends of the boom 4 (the center points of the connecting pin) and a line connecting both ends of the arm 5 (the center points of the connecting pin). A detection signal corresponding to the arm angle by the arm angle sensor S2 is input to the controller 30.
バケット角度センサS3は、バケット6に取り付けられ、バケット6の回動角度(以下、「バケット角度」)を検出する。バケット角度は、例えば、側面視において、アーム5の両端の点(連結ピンの中心点)を結ぶ直線に対してバケット6の支点(連結ピンの中心点)と先端(刃先)とを結ぶ直線が成す角度である。バケット角度センサS3によるバケット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。尚、バケット角度センサS3は省略されてもよい。
The bucket angle sensor S3 is attached to the bucket 6 and detects the rotation angle of the bucket 6 (hereinafter, "bucket angle"). For example, in a side view, the bucket angle is the angle between a line connecting both ends of the arm 5 (center points of the connecting pin) and a line connecting the fulcrum (center point of the connecting pin) and the tip (blade tip) of the bucket 6. A detection signal corresponding to the bucket angle by the bucket angle sensor S3 is input to the controller 30. Note that the bucket angle sensor S3 may be omitted.
機体傾斜センサS4は、水平面に対する機体(上部旋回体3又は下部走行体1)の傾斜状態を検出する。機体傾斜センサS4は、例えば、上部旋回体3に取り付けられ、ショベル100(すなわち、上部旋回体3)の前後方向及び左右方向の2軸回りの傾斜角度(以下、「前後傾斜角」及び「左右傾斜角」)を検出する。機体傾斜センサS4は、例えば、ロータリエンコーダ、加速度センサ、6軸センサ、IMU、又は、それらの組み合わせ等である。機体傾斜センサS4による傾斜角度(前後傾斜角及び左右傾斜角)に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
The machine body tilt sensor S4 detects the tilt state of the machine body (upper rotating body 3 or lower running body 1) relative to the horizontal plane. The machine body tilt sensor S4 is attached to, for example, the upper rotating body 3, and detects the tilt angles around two axes in the forward/backward and left/right directions (hereinafter, "forward/rearward tilt angle" and "left/right tilt angle") of the shovel 100 (i.e., upper rotating body 3). The machine body tilt sensor S4 is, for example, a rotary encoder, an acceleration sensor, a six-axis sensor, an IMU, or a combination thereof. The detection signal corresponding to the tilt angle (forward/backward tilt angle and left/right tilt angle) by the machine body tilt sensor S4 is input to the controller 30.
旋回状態センサS5は、上部旋回体3の旋回状態に関する情報を出力する。旋回状態センサS5は、例えば、上部旋回体3の旋回角速度を検出する。旋回状態センサS5は、旋回角度を検出してもよい。旋回状態センサS5は、例えば、ジャイロセンサ、レゾルバ、又はロータリエンコーダ等である。旋回状態センサS5による上部旋回体3の旋回角速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。
The rotation state sensor S5 outputs information regarding the rotation state of the upper rotating body 3. The rotation state sensor S5 detects, for example, the rotation angular velocity of the upper rotating body 3. The rotation state sensor S5 may also detect the rotation angle. The rotation state sensor S5 is, for example, a gyro sensor, a resolver, or a rotary encoder. The detection signal corresponding to the rotation angular velocity of the upper rotating body 3 by the rotation state sensor S5 is input to the controller 30.
空間認識装置としての撮像装置S6は、ショベル100の周辺を撮像する。図示例では、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。尚、撮像装置S6は、直接、コントローラ30と通信可能に接続されてもよい。
The imaging device S6, which serves as a spatial recognition device, captures images of the periphery of the shovel 100. In the illustrated example, the imaging device S6 includes a camera S6F that captures an image in front of the shovel 100, a camera S6L that captures an image to the left of the shovel 100, a camera S6R that captures an image to the right of the shovel 100, and a camera S6B that captures an image to the rear of the shovel 100. The imaging device S6 may be directly connected to the controller 30 so as to be able to communicate with it.
図示例では、カメラS6Fは、キャビン10の天井、すなわち、キャビン10の内部に取り付けられている。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。
In the illustrated example, camera S6F is attached to the ceiling of cabin 10, i.e., inside cabin 10. Camera S6F may also be attached to the outside of cabin 10, such as the roof of cabin 10 or the side of boom 4. Camera S6L is attached to the left end of the top surface of upper rotating body 3, camera S6R is attached to the right end of the top surface of upper rotating body 3, and camera S6B is attached to the rear end of the top surface of upper rotating body 3.
撮像装置S6(カメラS6F、カメラS6B、カメラS6L、及びカメラS6R)のそれぞれは、例えば、広い画角をもたらす単眼の広角カメラである。撮像装置S6のそれぞれは、ステレオカメラ又は距離画像カメラ等であってもよい。撮像装置S6のそれぞれによる撮像画像は、表示装置40を介してコントローラ30に取り込まれる。
Each of the imaging devices S6 (camera S6F, camera S6B, camera S6L, and camera S6R) is, for example, a monocular wide-angle camera that provides a wide angle of view. Each of the imaging devices S6 may be a stereo camera or a distance imaging camera, etc. Images captured by each of the imaging devices S6 are input to the controller 30 via the display device 40.
空間認識装置としての撮像装置S6は、物体検知装置として機能してもよい。この場合、撮像装置S6は、ショベル100の周囲に存在する物体を検知してよい。検知対象の物体には、例えば、人、動物、車両、建設機械、建造物、及び穴等が含まれうる。物体検知装置としての撮像装置S6は、撮像装置S6又はショベル100から認識された物体までの距離を算出してもよい。物体検知装置としての撮像装置S6は、ステレオカメラ又は距離画像センサ等であってもよい。具体的には、撮像装置S6は、CCD又はCMOS等の撮像素子を有する単眼カメラであり、撮像した画像を表示装置40に出力する。
The imaging device S6 as a spatial recognition device may function as an object detection device. In this case, the imaging device S6 may detect objects present around the shovel 100. Objects to be detected may include, for example, people, animals, vehicles, construction machinery, buildings, holes, etc. The imaging device S6 as an object detection device may calculate the distance from the imaging device S6 or the shovel 100 to the recognized object. The imaging device S6 as an object detection device may be a stereo camera or a distance image sensor, etc. Specifically, the imaging device S6 is a monocular camera having an imaging element such as a CCD or CMOS, and outputs the captured image to the display device 40.
ショベル100には、撮像装置S6に加えて、空間認識装置として、例えば、超音波センサ、ミリ波レーダ、LIDAR、赤外線センサ等の他の物体検知装置が設けられてもよい。空間認識装置としてのミリ波レーダ、超音波センサ、又はレーザレーダ等は、多数の信号(レーザ光等)を物体に向けて発し、その反射信号を受信することで、反射信号から物体の距離及び方向を検出してもよい。
In addition to the imaging device S6, the shovel 100 may be provided with other object detection devices, such as ultrasonic sensors, millimeter wave radar, LIDAR, and infrared sensors, as spatial recognition devices. A millimeter wave radar, ultrasonic sensor, laser radar, or the like, as a spatial recognition device, may emit multiple signals (such as laser light) toward an object and receive the reflected signals to detect the distance and direction of the object from the reflected signals.
ブームシリンダ7にはブームロッド圧センサS7R及びブームボトム圧センサS7Bが取り付けられている。アームシリンダ8にはアームロッド圧センサS8R及びアームボトム圧センサS8Bが取り付けられている。バケットシリンダ9には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が取り付けられている。ブームロッド圧センサS7R、ブームボトム圧センサS7B、アームロッド圧センサS8R、アームボトム圧センサS8B、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、集合的に「シリンダ圧センサ」とも称される。
A boom rod pressure sensor S7R and a boom bottom pressure sensor S7B are attached to the boom cylinder 7. An arm rod pressure sensor S8R and an arm bottom pressure sensor S8B are attached to the arm cylinder 8. A bucket rod pressure sensor S9R and a bucket bottom pressure sensor S9B are attached to the bucket cylinder 9. The boom rod pressure sensor S7R, the boom bottom pressure sensor S7B, the arm rod pressure sensor S8R, the arm bottom pressure sensor S8B, the bucket rod pressure sensor S9R, and the bucket bottom pressure sensor S9B are collectively referred to as the "cylinder pressure sensors."
ブームロッド圧センサS7Rはブームシリンダ7のロッド側油室の圧力(以下、「ブームロッド圧」とする。)を検出し、ブームボトム圧センサS7Bはブームシリンダ7のボトム側油室の圧力(以下、「ブームボトム圧」とする。)を検出する。アームロッド圧センサS8Rはアームシリンダ8のロッド側油室の圧力(以下、「アームロッド圧」とする。)を検出し、アームボトム圧センサS8Bはアームシリンダ8のボトム側油室の圧力(以下、「アームボトム圧」とする。)を検出する。バケットロッド圧センサS9Rはバケットシリンダ9のロッド側油室の圧力(以下、「バケットロッド圧」とする。)を検出し、バケットボトム圧センサS9Bはバケットシリンダ9のボトム側油室の圧力(以下、「バケットボトム圧」とする。)を検出する。
The boom rod pressure sensor S7R detects the pressure in the rod side oil chamber of the boom cylinder 7 (hereinafter referred to as the "boom rod pressure"), and the boom bottom pressure sensor S7B detects the pressure in the bottom side oil chamber of the boom cylinder 7 (hereinafter referred to as the "boom bottom pressure"). The arm rod pressure sensor S8R detects the pressure in the rod side oil chamber of the arm cylinder 8 (hereinafter referred to as the "arm rod pressure"), and the arm bottom pressure sensor S8B detects the pressure in the bottom side oil chamber of the arm cylinder 8 (hereinafter referred to as the "arm bottom pressure"). The bucket rod pressure sensor S9R detects the pressure in the rod side oil chamber of the bucket cylinder 9 (hereinafter referred to as the "bucket rod pressure"), and the bucket bottom pressure sensor S9B detects the pressure in the bottom side oil chamber of the bucket cylinder 9 (hereinafter referred to as the "bucket bottom pressure").
測位装置Q1は、上部旋回体3の位置を測定するように構成されている。図示例では、測位装置Q1は、GNSS(Global Navigation Satellite System)コンパスであり、上部旋回体3の位置及び向きを検出し、上部旋回体3の位置及び向きに対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。尚、上部旋回体3の向きは、上部旋回体3に取り付けられた方位センサ等の別の装置により検出されてもよい。
The positioning device Q1 is configured to measure the position of the upper rotating body 3. In the illustrated example, the positioning device Q1 is a GNSS (Global Navigation Satellite System) compass that detects the position and orientation of the upper rotating body 3, and a detection signal corresponding to the position and orientation of the upper rotating body 3 is input to the controller 30. Note that the orientation of the upper rotating body 3 may be detected by another device, such as a direction sensor attached to the upper rotating body 3.
通信装置T1は、移動体通信網、衛星通信網、又はインターネット網等を含む任意の通信ネットワークを通じて外部機器と通信を行うように構成されている。具体的には、通信装置T1は、LTE(Long Term Evolution)、4G(4th Generation)、又は、5G(5th Generation)等の移動体通信規格に対応する移動体通信モジュール、又は、衛星通信網に接続するための衛星通信モジュール等で構成されていてもよい。
The communication device T1 is configured to communicate with an external device through any communication network including a mobile communication network, a satellite communication network, or the Internet. Specifically, the communication device T1 may be configured as a mobile communication module compatible with a mobile communication standard such as LTE (Long Term Evolution), 4G (4th Generation), or 5G (5th Generation), or a satellite communication module for connecting to a satellite communication network.
マシンガイダンス部50は、マシンガイダンス機能を実行するように構成されている。図示例では、マシンガイダンス部50は、目標点と制御点(例えば、エンドアタッチメントの作業部位)との距離等の作業情報を、表示装置40又は音出力装置43等を通じて、操作者に伝える。目標点に関するデータは、記憶装置47に予め記憶されている。目標点に関するデータは、基準座標系で表現されている。基準座標系は、例えば、世界測地系である。世界測地系は、地球の重心に原点をおき、X軸をグリニッジ子午線と赤道との交点の方向に、Y軸を東経90度の方向に、そして、Z軸を北極の方向にとる三次元直交XYZ座標系である。操作者は、入力装置42を通じ、施工現場の任意の点を基準点と定めた上で、その基準点と目標点との間の相対的な位置関係を設定してもよい。エンドアタッチメントの作業部位は、例えば、バケット6の先端(爪の先)、又は、バケット6の背面等である。マシンガイダンス部50は、表示装置40又は音出力装置43等を通じて、作業情報を操作者に通知し、操作者による操作装置26を通じたショベル100の操作をガイドする。
The machine guidance unit 50 is configured to execute a machine guidance function. In the illustrated example, the machine guidance unit 50 conveys work information such as the distance between the target point and the control point (for example, the working part of the end attachment) to the operator through the display device 40 or the sound output device 43. Data related to the target point is pre-stored in the storage device 47. The data related to the target point is expressed in a reference coordinate system. The reference coordinate system is, for example, the World Geodetic System. The World Geodetic System is a three-dimensional orthogonal XYZ coordinate system with the origin at the center of gravity of the earth, the X axis in the direction of the intersection of the Greenwich meridian and the equator, the Y axis in the direction of 90 degrees east longitude, and the Z axis in the direction of the North Pole. The operator may set an arbitrary point on the construction site as a reference point through the input device 42, and then set the relative positional relationship between the reference point and the target point. The working part of the end attachment is, for example, the tip (tip of the claw) of the bucket 6, or the back of the bucket 6, etc. The machine guidance unit 50 notifies the operator of work information via the display device 40 or the sound output device 43, etc., and guides the operator in operating the shovel 100 via the operating device 26.
また、マシンガイダンス部50は、マシンコントロール機能を実行するように構成されていてもよい。マシンガイダンス部50は、例えば、操作者が手動で操作を行っているときに、目標点と制御点(エンドアタッチメントの作業部位における点)とが一致するように、旋回油圧モータ2A、走行油圧モータ2M、ブーム4、アーム5、及び、バケット6の少なくとも一つを自動的に動作させてもよい。
The machine guidance unit 50 may also be configured to execute a machine control function. For example, when an operator is manually operating the machine, the machine guidance unit 50 may automatically operate at least one of the swing hydraulic motor 2A, the traveling hydraulic motor 2M, the boom 4, the arm 5, and the bucket 6 so that the target point and the control point (a point in the working portion of the end attachment) coincide with each other.
図示例では、マシンガイダンス部50は、ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3、機体傾斜センサS4、旋回状態センサS5、撮像装置S6、測位装置Q1、通信装置T1、及び入力装置42等から情報を取得する。そして、マシンガイダンス部50は、取得した情報に基づき、目標点と制御点との間の距離を算出し、音出力装置43からの音及び表示装置40に表示される画像により、目標点と制御点との間の距離の大きさを操作者に通知したり、制御点と目標点とが一致するように、アクチュエータの動作を自動的に制御したりする。マシンガイダンス部50は、マシンガイダンス機能及びマシンコントロール機能に関する機能要素として、位置算出部51、距離算出部52、情報伝達部53、自動制御部54、力算出部55、及び、掘削支援部56を含む。
In the illustrated example, the machine guidance unit 50 acquires information from the boom angle sensor S1, arm angle sensor S2, bucket angle sensor S3, vehicle tilt sensor S4, turning state sensor S5, imaging device S6, positioning device Q1, communication device T1, input device 42, etc. Then, based on the acquired information, the machine guidance unit 50 calculates the distance between the target point and the control point, notifies the operator of the size of the distance between the target point and the control point by sound from the sound output device 43 and an image displayed on the display device 40, and automatically controls the operation of the actuator so that the control point and the target point coincide. The machine guidance unit 50 includes a position calculation unit 51, a distance calculation unit 52, an information transmission unit 53, an automatic control unit 54, a force calculation unit 55, and an excavation support unit 56 as functional elements related to the machine guidance function and the machine control function.
位置算出部51は、所定の測位対象の位置を算出する。例えば、位置算出部51は、制御点の基準座標系における座標を算出する。具体的には、位置算出部51は、下部走行体1の走行距離、上部旋回体3の旋回角度、並びに、ブーム4、アーム5、及びバケット6のそれぞれの回動角度(ブーム角度、アーム角度、及びバケット角度)等から制御点の座標を算出する。
The position calculation unit 51 calculates the position of a predetermined positioning target. For example, the position calculation unit 51 calculates the coordinates of a control point in a reference coordinate system. Specifically, the position calculation unit 51 calculates the coordinates of the control point from the travel distance of the lower traveling body 1, the rotation angle of the upper rotating body 3, and the respective rotation angles (boom angle, arm angle, and bucket angle) of the boom 4, arm 5, and bucket 6, etc.
距離算出部52は、2つの測位対象間の距離を算出するように構成されている。図示例では、距離算出部52は、制御点と目標点との間の距離を算出する。例えば、距離算出部52は、バケット6の先端上の制御点と目標施工面上の点との間の距離等を算出する。
The distance calculation unit 52 is configured to calculate the distance between two positioning targets. In the illustrated example, the distance calculation unit 52 calculates the distance between a control point and a target point. For example, the distance calculation unit 52 calculates the distance between a control point on the tip of the bucket 6 and a point on a target construction surface.
情報伝達部53は、表示装置40又は音出力装置43等の通知手段を通じて、各種情報をショベル100の操作者に伝達(通知)する。情報伝達部53は、距離算出部52により算出された各種距離等の大きさをショベル100の操作者に通知してもよい。例えば、情報伝達部53は、表示装置40による視覚情報及び音出力装置43による聴覚情報の少なくとも一方を用いて、制御点と目標点との間の距離の大きさを操作者に伝えてもよい。
The information transmission unit 53 transmits (notifies) various pieces of information to the operator of the shovel 100 through notification means such as the display device 40 or the sound output device 43. The information transmission unit 53 may notify the operator of the shovel 100 of the magnitude of various distances, etc. calculated by the distance calculation unit 52. For example, the information transmission unit 53 may convey the magnitude of the distance between the control point and the target point to the operator using at least one of visual information from the display device 40 and auditory information from the sound output device 43.
具体的には、情報伝達部53は、音出力装置43による断続音を用いて、制御点と目標点との間の距離の大きさを操作者に伝えてもよい。この場合、情報伝達部53は、その距離が小さくなるほど、断続音の間隔を短くし、その距離が大きくなるほど、断続音の間隔を長くしてよい。また、情報伝達部53は、連続音を用いてもよく、音の高低又は強弱等を変化させながら、その距離の大きさの違いを表すようにしてもよい。また、情報伝達部53は、バケット6の先端における制御点が目標施工面よりも低い位置になった、つまり、目標施工面を超えてしまった場合、音出力装置43を通じて警報を発してもよい。この警報は、例えば、断続音より顕著に大きい連続音である。
Specifically, the information transmission unit 53 may use intermittent sounds from the sound output device 43 to inform the operator of the distance between the control point and the target point. In this case, the information transmission unit 53 may shorten the interval of the intermittent sounds as the distance decreases, and may lengthen the interval of the intermittent sounds as the distance increases. The information transmission unit 53 may also use a continuous sound, or may express the difference in the distance by varying the pitch or intensity of the sound. The information transmission unit 53 may also issue an alarm through the sound output device 43 when the control point at the tip of the bucket 6 is lower than the target construction surface, that is, when it has passed beyond the target construction surface. This alarm is, for example, a continuous sound that is significantly louder than the intermittent sound.
また、情報伝達部53は、制御点と目標点との間の距離の大きさ等を作業情報として表示装置40に表示させてもよい。表示装置40は、コントローラ30による制御下で、撮像装置S6から受信した画像データと共に、情報伝達部53から受信した作業情報を表示してもよい。情報伝達部53は、アナログメータの画像又はバーグラフインジケータの画像等を用いて、その距離の大きさを操作者に伝えるようにしてもよい。
The information transmission unit 53 may also cause the display device 40 to display, as work information, the distance between the control point and the target point, etc. The display device 40 may display the work information received from the information transmission unit 53 together with the image data received from the imaging device S6 under the control of the controller 30. The information transmission unit 53 may convey the distance to the operator using an image of an analog meter or a bar graph indicator, etc.
自動制御部54は、アクチュエータを自動的に動作させることで操作者による操作装置26を通じたショベル100の手動操作を自動的に支援する。具体的には、自動制御部54は、複数の油圧アクチュエータのそれぞれに対応する制御弁のパイロットポートに作用するパイロット圧を個別に且つ自動的に調整することができる。これにより、自動制御部54は、それぞれの油圧アクチュエータを自動的に動作させることができる。自動制御部54によるマシンコントロール機能に関する制御は、例えば、入力装置42に含まれる所定のスイッチが押下された場合に実行されてよい。所定のスイッチは、例えば、マシンコントロールスイッチ(以下、「MC(Machine Control)スイッチ」)であり、ノブスイッチとして操作装置26(例えば、アーム5の操作に用いるレバー装置であるアーム操作レバー)の把持部の先端に配置されていてもよい。以下の説明は、MCスイッチが押下されている場合に実行されるマシンコントロール機能に関する。
The automatic control unit 54 automatically assists the operator in manually operating the excavator 100 through the operating device 26 by automatically operating the actuators. Specifically, the automatic control unit 54 can individually and automatically adjust the pilot pressure acting on the pilot port of the control valve corresponding to each of the multiple hydraulic actuators. This allows the automatic control unit 54 to automatically operate each hydraulic actuator. The control of the machine control function by the automatic control unit 54 may be performed, for example, when a predetermined switch included in the input device 42 is pressed. The predetermined switch may be, for example, a machine control switch (hereinafter, "MC (Machine Control) switch"), and may be disposed as a knob switch at the tip of the grip of the operating device 26 (for example, an arm operating lever, which is a lever device used to operate the arm 5). The following description relates to the machine control function that is performed when the MC switch is pressed.
例えば、自動制御部54は、MCスイッチ等が押されている場合、掘削作業を支援するために、アーム操作レバーの操作に応じたアームシリンダ8の動作に合わせて、ブームシリンダ7及びバケットシリンダ9の少なくとも一つを自動的に伸縮させる。具体的には、自動制御部54は、操作者が手動でアーム5の閉じ操作(以下、「アーム閉じ操作」)を行っている場合に、目標施工面における目標点とバケット6の先端又は背面等の作業部位における制御点とが一致するようにブームシリンダ7及びバケットシリンダ9の少なくとも一つを自動的に伸縮させる。この場合、操作者は、例えば、アーム操作レバーをアーム閉じ方向に操作するだけで、バケット6の先端等を目標施工面に一致させながら、アーム5を閉じることができる。
For example, when an MC switch or the like is pressed, the automatic control unit 54 automatically extends and retracts at least one of the boom cylinder 7 and the bucket cylinder 9 in accordance with the operation of the arm cylinder 8 in response to the operation of the arm operation lever in order to support excavation work. Specifically, when an operator manually performs a closing operation of the arm 5 (hereinafter, "arm closing operation"), the automatic control unit 54 automatically extends and retracts at least one of the boom cylinder 7 and the bucket cylinder 9 so that a target point on the target construction surface coincides with a control point on a work site such as the tip or back of the bucket 6. In this case, the operator can close the arm 5 while aligning the tip of the bucket 6 with the target construction surface, for example, simply by operating the arm operation lever in the arm closing direction.
力算出部55は掘削反力又は掘削力を算出するように構成されている。掘削反力は、掘削力の反力であり、掘削力と同じ大きさを有する、掘削力とは逆向きの力である。そのため、掘削反力を算出することは、掘削力を算出することに等しい。図示例では、力算出部55は、掘削アタッチメントの姿勢と掘削アタッチメントに作用する荷重とに基づいて掘削力を導き出す。掘削アタッチメントの姿勢は姿勢センサによって検出される。姿勢センサは、ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、及びバケット角度センサS3の少なくとも一つを含む。掘削アタッチメントに作用する荷重はシリンダ圧センサによって検出される。シリンダ圧センサは、ブームロッド圧センサS7R、ブームボトム圧センサS7B、アームロッド圧センサS8R、アームボトム圧センサS8B、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の少なくとも一つを含む。
The force calculation unit 55 is configured to calculate the excavation reaction force or the excavation force. The excavation reaction force is a reaction force to the excavation force, and is a force having the same magnitude as the excavation force and directed in the opposite direction to the excavation force. Therefore, calculating the excavation reaction force is equivalent to calculating the excavation force. In the illustrated example, the force calculation unit 55 derives the excavation force based on the attitude of the excavation attachment and the load acting on the excavation attachment. The attitude of the excavation attachment is detected by an attitude sensor. The attitude sensor includes at least one of a boom angle sensor S1, an arm angle sensor S2, and a bucket angle sensor S3. The load acting on the excavation attachment is detected by a cylinder pressure sensor. The cylinder pressure sensor includes at least one of a boom rod pressure sensor S7R, a boom bottom pressure sensor S7B, an arm rod pressure sensor S8R, an arm bottom pressure sensor S8B, a bucket rod pressure sensor S9R, and a bucket bottom pressure sensor S9B.
具体的には、力算出部55は、所定の計算式を用いて所定の演算周期で繰り返し掘削力を導き出す。また、力算出部55は、土砂密度等の土砂特性を考慮し、導き出した掘削力を補正してもよい。土砂特性を表す値は、入力装置42等を通じて操作者が入力する値であってもよく、画像センサ(撮像装置S6)又はシリンダ圧センサ等の各種センサの出力に基づいて自動的に算出される値であってもよい。図示例では、力算出部55は、掘削力の垂直成分を算出するように構成されていてもよい。掘削力の垂直成分は、機体の浮き上がりが発生するときの支点(回転中心)と掘削力の作用点(例えばバケット6の先端)とを結ぶ直線に垂直な方向における成分である。尚、支点回りの掘削力の垂直成分のモーメントは、支点回りの掘削反力の垂直成分のモーメントに対する反モーメントであり、支点回りの掘削反力の垂直成分のモーメントは、機体の浮き上がりをもたらす力のモーメントである。
Specifically, the force calculation unit 55 repeatedly derives the excavation force at a predetermined calculation period using a predetermined calculation formula. The force calculation unit 55 may also correct the derived excavation force taking into account soil characteristics such as soil density. The value representing the soil characteristics may be a value input by the operator through the input device 42 or the like, or may be a value automatically calculated based on the output of various sensors such as an image sensor (imaging device S6) or a cylinder pressure sensor. In the illustrated example, the force calculation unit 55 may be configured to calculate the vertical component of the excavation force. The vertical component of the excavation force is a component in a direction perpendicular to a straight line connecting the fulcrum (center of rotation) when the machine body is lifted and the point of action of the excavation force (for example, the tip of the bucket 6). The moment of the vertical component of the excavation force around the fulcrum is a reaction moment to the moment of the vertical component of the excavation reaction force around the fulcrum, and the moment of the vertical component of the excavation reaction force around the fulcrum is the moment of the force that causes the machine body to lift up.
掘削支援部56は、ショベル100の操作者によって実行される掘削動作を支援するように構成されている。例えば、掘削支援部56は、掘削動作中に下部走行体1が支点を中心に回動して上部旋回体3の前端部が浮き上がるのを抑制するように構成されている。具体的には、掘削支援部56は、掘削動作中に繰り返し算出する掘削力の値が所定値を上回ったときに、ブーム4を自動的に上昇させるように構成されている。図示例では、掘削支援部56は、掘削動作中に繰り返し算出する掘削力の垂直成分の値が所定値THを上回ったときに、ブーム4を自動的に上昇させるように構成されている。
The excavation support unit 56 is configured to support the excavation operation performed by the operator of the excavator 100. For example, the excavation support unit 56 is configured to prevent the lower traveling body 1 from rotating about the fulcrum during the excavation operation, causing the front end of the upper rotating body 3 to rise up. Specifically, the excavation support unit 56 is configured to automatically raise the boom 4 when the value of the excavation force repeatedly calculated during the excavation operation exceeds a predetermined value. In the illustrated example, the excavation support unit 56 is configured to automatically raise the boom 4 when the value of the vertical component of the excavation force repeatedly calculated during the excavation operation exceeds a predetermined value TH.
図示例では、所定値THは、機体の浮き上がりを発生させない掘削力の最大値である許容最大掘削力の垂直成分に基づいて算出される値であり、例えば、許容最大掘削力の垂直成分の値に所定の比率(例えば0.8)を乗じた値である。尚、許容最大掘削力の垂直成分の値は、掘削アタッチメントの姿勢に基づいて算出される値である。また、所定の比率は、典型的には、1.0未満の値であるが、1.0であってもよい。
In the illustrated example, the predetermined value TH is a value calculated based on the vertical component of the maximum allowable excavation force, which is the maximum value of the excavation force that does not cause the machine body to lift up, and is, for example, a value obtained by multiplying the value of the vertical component of the maximum allowable excavation force by a predetermined ratio (for example, 0.8). The value of the vertical component of the maximum allowable excavation force is a value calculated based on the attitude of the excavation attachment. Furthermore, the predetermined ratio is typically a value less than 1.0, but may be 1.0.
具体的には、掘削支援部56は、掘削力の垂直成分の値が所定値THを上回っている場合には、掘削力の垂直成分の値と所定値THとの間の差である超過分が大きいほどブーム4の上昇速度が大きくなるように、ブーム4を自動的に上昇させる。この場合、掘削支援部56は、超過分の大きさに基づいてブームシリンダ7に対応する電磁弁31に対する制御指令の大きさを決定してもよい。
Specifically, when the value of the vertical component of the excavation force exceeds a predetermined value TH, the excavation support unit 56 automatically raises the boom 4 so that the raising speed of the boom 4 increases as the excess, which is the difference between the value of the vertical component of the excavation force and the predetermined value TH, increases. In this case, the excavation support unit 56 may determine the magnitude of the control command for the solenoid valve 31 corresponding to the boom cylinder 7 based on the magnitude of the excess.
また、掘削支援部56は、掘削力の垂直成分の値が所定値THを上回っている場合には、掘削力の作用点が支点に向かって移動するようにブーム4を自動的に上昇させてもよい。この場合、掘削支援部56は、アーム閉じ速度の大きさに基づいてブームシリンダ7に対応する電磁弁31に対する制御指令の大きさを決定してもよい。尚、アーム閉じ速度は、単位時間当たりのアーム5の回動角度、単位時間当たりのアームシリンダ8の伸張量、単位時間当たりのアーム閉じ側パイロット圧の増分、又は、アーム操作レバーの操作量(傾倒角度)若しくは操作速度(傾倒角速度)等に対応している。
In addition, when the value of the vertical component of the excavation force exceeds a predetermined value TH, the excavation support unit 56 may automatically raise the boom 4 so that the point of application of the excavation force moves toward the fulcrum. In this case, the excavation support unit 56 may determine the magnitude of the control command for the solenoid valve 31 corresponding to the boom cylinder 7 based on the magnitude of the arm closing speed. The arm closing speed corresponds to the rotation angle of the arm 5 per unit time, the extension amount of the arm cylinder 8 per unit time, the increment of the arm closing side pilot pressure per unit time, or the operation amount (tilt angle) or operation speed (tilt angular speed) of the arm operating lever, etc.
また、掘削支援部56は、超過分の大きさに基づく電磁弁31に対する制御指令の大きさと、アーム閉じ速度の大きさに基づく電磁弁31に対する制御指令の大きさとを同時並行的に決定するように構成されていてもよい。この場合、掘削支援部56は、超過分の大きさに基づいて決まる制御指令の大きさを、アーム閉じ速度の大きさに基づいて決まる制御指令の大きさによって補正することにより、最終的に電磁弁31に対して出力する制御指令の大きさを決定するように構成されていてもよい。或いは、掘削支援部56は、超過分の大きさに基づいて決まる制御指令、及び、アーム閉じ速度の大きさに基づいて決まる制御指令のうちの大きい方を最終的に電磁弁31に対して出力する制御指令として採用するように構成されていてもよい。
The excavation support unit 56 may be configured to simultaneously determine the magnitude of the control command for the solenoid valve 31 based on the magnitude of the excess and the magnitude of the control command for the solenoid valve 31 based on the magnitude of the arm closing speed. In this case, the excavation support unit 56 may be configured to determine the magnitude of the control command to be finally output to the solenoid valve 31 by correcting the magnitude of the control command determined based on the magnitude of the excess by the magnitude of the control command determined based on the magnitude of the arm closing speed. Alternatively, the excavation support unit 56 may be configured to adopt the larger of the control command determined based on the magnitude of the excess and the control command determined based on the magnitude of the arm closing speed as the control command to be finally output to the solenoid valve 31.
次に、図3を参照して、ショベル100の油圧システムについて説明する。図3は、ショベル100の油圧システムの構成例を概略的に示す図である。尚、図3において、機械的動力伝達ライン、作動油ライン、パイロットライン、及び電気信号ラインは、図2等の場合と同様、それぞれ、二重線、実線、破線、及び点線で示されている。
Next, the hydraulic system of the excavator 100 will be described with reference to FIG. 3. FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration example of the hydraulic system of the excavator 100. Note that in FIG. 3, the mechanical power transmission lines, hydraulic oil lines, pilot lines, and electrical signal lines are shown by double lines, solid lines, dashed lines, and dotted lines, respectively, as in FIG. 2 and the like.
油圧システムは、エンジン11により駆動される左メインポンプ14Lから左センタバイパス油路C1L及び左パラレル油路C2Lを経て作動油タンクまで作動油を循環させ、且つ、エンジン11により駆動される右メインポンプ14Rから右センタバイパス油路C1R及び右パラレル油路C2Rを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。
The hydraulic system circulates hydraulic oil from the left main pump 14L driven by the engine 11 to the hydraulic oil tank via the left center bypass oil passage C1L and the left parallel oil passage C2L, and also circulates hydraulic oil from the right main pump 14R driven by the engine 11 to the hydraulic oil tank via the right center bypass oil passage C1R and the right parallel oil passage C2R.
左センタバイパス油路C1Lは、左メインポンプ14Lを起点として、コントロールバルブユニット17内に配置される制御弁171、制御弁173、制御弁175L、及び制御弁176Lを順に通過し、作動油タンクに至る。
The left center bypass oil passage C1L starts at the left main pump 14L, passes through the control valves 171, 173, 175L, and 176L arranged in the control valve unit 17, and reaches the hydraulic oil tank.
右センタバイパス油路C1Rは、右メインポンプ14Rを起点として、コントロールバルブユニット17内に配置される制御弁172、制御弁174、制御弁175R、及び制御弁176Rを順に通過し、作動油タンクに至る。
The right center bypass oil passage C1R starts at the right main pump 14R, passes through the control valves 172, 174, 175R, and 176R arranged in the control valve unit 17, and reaches the hydraulic oil tank.
制御弁171は、左メインポンプ14Lから吐出される作動油を左走行油圧モータ2MLへ供給し、且つ、左走行油圧モータ2MLが吐出する作動油を作動油タンクに排出させるスプール弁である。
The control valve 171 is a spool valve that supplies hydraulic oil discharged from the left main pump 14L to the left traveling hydraulic motor 2ML and discharges hydraulic oil discharged by the left traveling hydraulic motor 2ML into the hydraulic oil tank.
制御弁172は、右メインポンプ14Rから吐出される作動油を右走行油圧モータ2MRへ供給し、且つ、右走行油圧モータ2MRが吐出する作動油を作動油タンクへ排出させるスプール弁である。
The control valve 172 is a spool valve that supplies hydraulic oil discharged from the right main pump 14R to the right traveling hydraulic motor 2MR and discharges hydraulic oil discharged by the right traveling hydraulic motor 2MR to the hydraulic oil tank.
制御弁173は、左メインポンプ14Lから吐出される作動油を旋回油圧モータ2Aへ供給し、且つ、旋回油圧モータ2Aが吐出する作動油を作動油タンクへ排出させるスプール弁である。
The control valve 173 is a spool valve that supplies hydraulic oil discharged from the left main pump 14L to the swing hydraulic motor 2A and discharges hydraulic oil discharged by the swing hydraulic motor 2A into the hydraulic oil tank.
制御弁174は、右メインポンプ14Rから吐出される作動油をバケットシリンダ9へ供給し、且つ、バケットシリンダ9内の作動油を作動油タンクへ排出させるスプール弁である。
The control valve 174 is a spool valve that supplies hydraulic oil discharged from the right main pump 14R to the bucket cylinder 9 and also discharges the hydraulic oil in the bucket cylinder 9 to the hydraulic oil tank.
制御弁175は、制御弁175L及び制御弁175Rを含む。制御弁175Lは、左メインポンプ14Lが吐出する作動油をブームシリンダ7へ供給し、且つ、ブームシリンダ7内の作動油を作動油タンクへ排出させるスプール弁である。制御弁175Rは、右メインポンプ14Rが吐出する作動油をブームシリンダ7へ供給し、且つ、ブームシリンダ7内の作動油を作動油タンクへ排出させるスプール弁である。
The control valve 175 includes control valve 175L and control valve 175R. Control valve 175L is a spool valve that supplies hydraulic oil discharged by the left main pump 14L to the boom cylinder 7 and discharges the hydraulic oil in the boom cylinder 7 to the hydraulic oil tank. Control valve 175R is a spool valve that supplies hydraulic oil discharged by the right main pump 14R to the boom cylinder 7 and discharges the hydraulic oil in the boom cylinder 7 to the hydraulic oil tank.
制御弁176は、制御弁176L及び制御弁176Rを含む。制御弁176Lは、左メインポンプ14Lが吐出する作動油をアームシリンダ8へ供給し、且つ、アームシリンダ8内の作動油を作動油タンクへ排出させるスプール弁である。制御弁176Rは、右メインポンプ14Rが吐出する作動油をアームシリンダ8へ供給し、且つ、アームシリンダ8内の作動油を作動油タンクへ排出させるスプール弁である。
The control valve 176 includes a control valve 176L and a control valve 176R. The control valve 176L is a spool valve that supplies hydraulic oil discharged by the left main pump 14L to the arm cylinder 8 and discharges the hydraulic oil in the arm cylinder 8 to the hydraulic oil tank. The control valve 176R is a spool valve that supplies hydraulic oil discharged by the right main pump 14R to the arm cylinder 8 and discharges the hydraulic oil in the arm cylinder 8 to the hydraulic oil tank.
制御弁171~176のそれぞれは、パイロットポートに作用するパイロット圧に応じて、油圧アクチュエータに供給される作動油の流量を調整したり、流れる方向を切り替えたりする。
Each of the control valves 171 to 176 adjusts the flow rate and/or switches the flow direction of the hydraulic oil supplied to the hydraulic actuator depending on the pilot pressure acting on the pilot port.
左パラレル油路C2Lは、左センタバイパス油路C1Lと並行するように配置され、制御弁173、制御弁175L、及び制御弁176Lのそれぞれに左メインポンプ14Lが吐出する作動油を供給できるように構成されている。これにより、左パラレル油路C2Lは、制御弁171、制御弁173、又は制御弁175Lの何れかによって左センタバイパス油路C1Lを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。
The left parallel oil passage C2L is arranged in parallel with the left center bypass oil passage C1L and is configured to supply hydraulic oil discharged by the left main pump 14L to each of the control valves 173, 175L, and 176L. This allows the left parallel oil passage C2L to supply hydraulic oil to a downstream control valve when the flow of hydraulic oil through the left center bypass oil passage C1L is restricted or blocked by either the control valve 171, 173, or 175L.
右パラレル油路C2Rは、右センタバイパス油路C1Rと並行するように配置され、制御弁174、制御弁175R、及び制御弁176Rのそれぞれに右メインポンプ14Rが吐出する作動油を供給できるように構成されている。これにより、右パラレル油路C2Rは、制御弁172、制御弁174、又は制御弁175Rの何れかによって右センタバイパス油路C1Rを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。
The right parallel oil passage C2R is arranged in parallel with the right center bypass oil passage C1R and is configured to be able to supply hydraulic oil discharged by the right main pump 14R to each of the control valves 174, 175R, and 176R. This allows the right parallel oil passage C2R to supply hydraulic oil to a more downstream control valve when the flow of hydraulic oil through the right center bypass oil passage C1R is restricted or blocked by any of the control valves 172, 174, or 175R.
左レギュレータ13Lは、コントローラ30による制御下で、左メインポンプ14Lの斜板の傾転角を調節することによって、左メインポンプ14Lの吐出量を調節できるように構成されている。右レギュレータ13Rは、コントローラ30による制御下で、右メインポンプ14Rの斜板の傾転角を調節することによって、右メインポンプ14Rの吐出量を調節できるように構成されている。
The left regulator 13L is configured to adjust the discharge volume of the left main pump 14L by adjusting the tilt angle of the swash plate of the left main pump 14L under the control of the controller 30. The right regulator 13R is configured to adjust the discharge volume of the right main pump 14R by adjusting the tilt angle of the swash plate of the right main pump 14R under the control of the controller 30.
左吐出圧センサ28Lは、左メインポンプ14Lの吐出圧を検出し、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。右吐出圧センサ28Rについても同様である。これにより、コントローラ30は、左メインポンプ14Lの吐出圧に応じて左レギュレータ13Lを制御することができ、且つ、右メインポンプ14Rの吐出圧に応じて右レギュレータ13Rを制御することができる。
The left discharge pressure sensor 28L detects the discharge pressure of the left main pump 14L, and a detection signal corresponding to the detected discharge pressure is input to the controller 30. The same is true for the right discharge pressure sensor 28R. This allows the controller 30 to control the left regulator 13L according to the discharge pressure of the left main pump 14L, and to control the right regulator 13R according to the discharge pressure of the right main pump 14R.
左センタバイパス油路C1Lには、最も下流にある制御弁176Lと作動油タンクとの間には、左絞り18Lが設けられる。これにより、左メインポンプ14Lにより吐出された作動油の流れは、左絞り18Lで制限される。そして、左絞り18Lは、左レギュレータ13Lを制御するための左制御圧を発生させる。右センタバイパス油路C1Rには、最も下流にある制御弁176Rと作動油タンクとの間には、右絞り18Rが設けられる。これにより、右メインポンプ14Rにより吐出された作動油の流れは、右絞り18Rで制限される。そして、右絞り18Rは、右レギュレータ13Rを制御するための右制御圧を発生させる。
A left throttle 18L is provided in the left center bypass oil passage C1L between the most downstream control valve 176L and the hydraulic oil tank. As a result, the flow of hydraulic oil discharged by the left main pump 14L is restricted by the left throttle 18L. The left throttle 18L generates a left control pressure for controlling the left regulator 13L. A right throttle 18R is provided in the right center bypass oil passage C1R between the most downstream control valve 176R and the hydraulic oil tank. As a result, the flow of hydraulic oil discharged by the right main pump 14R is restricted by the right throttle 18R. The right throttle 18R generates a right control pressure for controlling the right regulator 13R.
左制御圧センサ19Lは、左制御圧を検出し、検出された左制御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。右制御圧センサ19Rは、右制御圧を検出し、検出された右制御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。
The left control pressure sensor 19L detects the left control pressure, and a detection signal corresponding to the detected left control pressure is input to the controller 30. The right control pressure sensor 19R detects the right control pressure, and a detection signal corresponding to the detected right control pressure is input to the controller 30.
コントローラ30は、左吐出圧センサ28Lにより検出される左メインポンプ14Lの吐出圧に応じて、左レギュレータ13Lを制御し、左メインポンプ14Lの吐出量を調節してよい。例えば、コントローラ30は、左メインポンプ14Lの吐出圧の増大に応じて、左レギュレータ13Lを制御し、左メインポンプ14Lの斜板傾転角を調節することにより、左メインポンプ14Lの吐出量を減少させてよい。右レギュレータ13Rについても同様である。これにより、コントローラ30は、吐出圧と吐出量との積で表されるメインポンプ14の吸収馬力がエンジン11の出力馬力を超えないように、メインポンプ14の全馬力制御を行うことができる。
The controller 30 may control the left regulator 13L in response to the discharge pressure of the left main pump 14L detected by the left discharge pressure sensor 28L, and adjust the discharge volume of the left main pump 14L. For example, the controller 30 may control the left regulator 13L in response to an increase in the discharge pressure of the left main pump 14L, and reduce the discharge volume of the left main pump 14L by adjusting the swash plate tilt angle of the left main pump 14L. The same applies to the right regulator 13R. This allows the controller 30 to control the total horsepower of the main pump 14 so that the absorption horsepower of the main pump 14, which is expressed as the product of the discharge pressure and the discharge volume, does not exceed the output horsepower of the engine 11.
また、コントローラ30は、左制御圧センサ19Lにより検出される左制御圧に応じて、左レギュレータ13Lを制御することにより、左メインポンプ14Lの吐出量を調節してよい。例えば、コントローラ30は、左制御圧が大きいほど左メインポンプ14Lの吐出量を減少させ、左制御圧が小さいほど左メインポンプ14Lの吐出量を増大させる。右メインポンプ14Rの吐出量についても同様である。
The controller 30 may also adjust the discharge volume of the left main pump 14L by controlling the left regulator 13L according to the left control pressure detected by the left control pressure sensor 19L. For example, the controller 30 decreases the discharge volume of the left main pump 14L as the left control pressure increases, and increases the discharge volume of the left main pump 14L as the left control pressure decreases. The same applies to the discharge volume of the right main pump 14R.
具体的には、ショベル100における油圧アクチュエータが何れも操作されていない待機状態(図3に示す状態)の場合、左メインポンプ14Lが吐出する作動油は、左センタバイパス油路C1Lを通って左絞り18Lに至る。そして、左メインポンプ14Lが吐出する作動油の流れは、左絞り18Lの上流で発生する左制御圧を増大させる。その結果、コントローラ30は、左メインポンプ14Lの吐出量を許容最小吐出量まで減少させ、左メインポンプ14Lが吐出した作動油が左センタバイパス油路C1Lを通過する際の圧力損失(ポンピングロス)を抑制する。右メインポンプ14Rが吐出した作動油が右センタバイパス油路C1Rを通過する際の圧力損失(ポンピングロス)についても同様である。
Specifically, in the case of a standby state (state shown in FIG. 3) in which none of the hydraulic actuators in the excavator 100 are operated, the hydraulic oil discharged by the left main pump 14L passes through the left center bypass oil passage C1L to the left throttle 18L. The flow of the hydraulic oil discharged by the left main pump 14L increases the left control pressure generated upstream of the left throttle 18L. As a result, the controller 30 reduces the discharge amount of the left main pump 14L to the allowable minimum discharge amount, suppressing the pressure loss (pumping loss) when the hydraulic oil discharged by the left main pump 14L passes through the left center bypass oil passage C1L. The same applies to the pressure loss (pumping loss) when the hydraulic oil discharged by the right main pump 14R passes through the right center bypass oil passage C1R.
一方、何れかの油圧アクチュエータが操作装置26を通じて操作された場合、左メインポンプ14Lが吐出する作動油は、操作対象の油圧アクチュエータに対応する制御弁を介して、操作対象の油圧アクチュエータに流れ込む。そして、左メインポンプ14Lが吐出する作動油の流れは、左絞り18Lに至る量を減少或いは消失させ、左絞り18Lの上流で発生する左制御圧を低下させる。その結果、コントローラ30は、左メインポンプ14Lの吐出量を増大させ、操作対象の油圧アクチュエータに十分な作動油を循環させ、操作対象の油圧アクチュエータを確実に駆動させることができる。右メインポンプ14Rが吐出する作動油についても同様である。
On the other hand, when any of the hydraulic actuators is operated through the operating device 26, the hydraulic oil discharged from the left main pump 14L flows into the hydraulic actuator to be operated via the control valve corresponding to the hydraulic actuator to be operated. The flow of hydraulic oil discharged from the left main pump 14L reduces or eliminates the amount of hydraulic oil reaching the left throttle 18L, lowering the left control pressure generated upstream of the left throttle 18L. As a result, the controller 30 increases the discharge volume of the left main pump 14L, circulating sufficient hydraulic oil to the hydraulic actuator to be operated, and reliably driving the hydraulic actuator to be operated. The same applies to the hydraulic oil discharged from the right main pump 14R.
次に、図4A~図4Fを参照し、コントローラ30がアクチュエータを動作させるための構成について説明する。図4A~図4Fは、油圧システムの一部を抜き出した図である。具体的には、図4Aは、アームシリンダ8の操作に関する油圧システム部分を抜き出した図であり、図4Bは、ブームシリンダ7の操作に関する油圧システム部分を抜き出した図である。図4Cは、バケットシリンダ9の操作に関する油圧システム部分を抜き出した図であり、図4Dは、旋回油圧モータ2Aの操作に関する油圧システム部分を抜き出した図である。図4Eは、左走行油圧モータ2MLの操作に関する油圧システム部分を抜き出した図であり、図4Fは、右走行油圧モータ2MRの操作に関する油圧システム部分を抜き出した図である。
Next, the configuration for the controller 30 to operate the actuators will be described with reference to Figures 4A to 4F. Figures 4A to 4F are diagrams of parts of the hydraulic system. Specifically, Figure 4A is a diagram of the hydraulic system portion related to the operation of the arm cylinder 8, and Figure 4B is a diagram of the hydraulic system portion related to the operation of the boom cylinder 7. Figure 4C is a diagram of the hydraulic system portion related to the operation of the bucket cylinder 9, and Figure 4D is a diagram of the hydraulic system portion related to the operation of the swing hydraulic motor 2A. Figure 4E is a diagram of the hydraulic system portion related to the operation of the left traveling hydraulic motor 2ML, and Figure 4F is a diagram of the hydraulic system portion related to the operation of the right traveling hydraulic motor 2MR.
図4A~図4Fに示すように、油圧システムは、電磁弁31を含む。電磁弁31は、電磁弁31AL~電磁弁31FL及び電磁弁31AR~電磁弁31FRを含む。
As shown in Figures 4A to 4F, the hydraulic system includes solenoid valves 31. Solenoid valves 31 include solenoid valves 31AL to 31FL and solenoid valves 31AR to 31FR.
電磁弁31は、パイロットポンプ15とコントロールバルブユニット17内の対応する制御弁のパイロットポートとを接続する管路に配置され、開口面積を変更することにより、その管路の流路面積を変更できるように構成されている。本実施形態では、電磁弁31は、電磁比例弁であり、コントローラ30が出力する制御指令に応じて動作する。そのため、コントローラ30は、操作者による操作装置26の操作に応じ、又は、操作者による操作装置26の操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31を介し、コントロールバルブユニット17内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できる。そして、コントローラ30は、電磁弁31が生成するパイロット圧を、対応する制御弁のパイロットポートに作用させることができる。
The solenoid valve 31 is disposed in a pipe connecting the pilot pump 15 and the pilot port of the corresponding control valve in the control valve unit 17, and is configured to be able to change the flow area of the pipe by changing the opening area. In this embodiment, the solenoid valve 31 is an electromagnetic proportional valve, and operates in response to a control command output by the controller 30. Therefore, the controller 30 can supply the pilot oil discharged by the pilot pump 15 to the pilot port of the corresponding control valve in the control valve unit 17 via the solenoid valve 31 in response to the operation of the operating device 26 by the operator, or regardless of the operation of the operating device 26 by the operator. Then, the controller 30 can apply the pilot pressure generated by the solenoid valve 31 to the pilot port of the corresponding control valve.
この構成により、コントローラ30は、特定の操作装置26に対する操作が行われている場合に加え、特定の操作装置26に対する操作が行われていない場合であっても、その特定の操作装置26に対応する油圧アクチュエータを動作させることができる。また、コントローラ30は、特定の操作装置26に対する操作が行われている場合であっても、その特定の操作装置26に対応する油圧アクチュエータの動作を強制的に停止させることができる。
With this configuration, the controller 30 can operate the hydraulic actuator corresponding to a specific operating device 26 not only when an operation is being performed on the specific operating device 26, but also when no operation is being performed on the specific operating device 26. Furthermore, the controller 30 can forcibly stop the operation of the hydraulic actuator corresponding to the specific operating device 26 even when an operation is being performed on the specific operating device 26.
例えば、図4Aに示すように、左操作レバー26Lは、アーム5を操作するために用いられる。具体的には、左操作レバー26Lは、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を利用し、前後方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁176のパイロットポートに作用させる。この場合、左操作レバー26Lはアーム操作レバーとして機能する。より具体的には、左操作レバー26Lは、アーム閉じ方向(後方向)に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁176Lの右側パイロットポート(アーム閉じ側パイロットポート)と制御弁176Rの左側パイロットポート(アーム閉じ側パイロットポート)に作用させる。また、左操作レバー26Lは、アーム開き方向(前方向)に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁176Lの左側パイロットポート(アーム開き側パイロットポート)と制御弁176Rの右側パイロットポート(アーム開き側パイロットポート)に作用させる。
For example, as shown in FIG. 4A, the left operating lever 26L is used to operate the arm 5. Specifically, the left operating lever 26L uses pilot oil discharged by the pilot pump 15 to apply pilot pressure corresponding to the operation in the forward and backward directions to the pilot port of the control valve 176. In this case, the left operating lever 26L functions as an arm operating lever. More specifically, when the left operating lever 26L is operated in the arm closing direction (rearward direction), it applies pilot pressure corresponding to the operation amount to the right pilot port (arm closing side pilot port) of the control valve 176L and the left pilot port (arm closing side pilot port) of the control valve 176R. Also, when the left operating lever 26L is operated in the arm opening direction (forward direction), it applies pilot pressure corresponding to the operation amount to the left pilot port (arm opening side pilot port) of the control valve 176L and the right pilot port (arm opening side pilot port) of the control valve 176R.
操作装置26にはスイッチSWが設けられている。本実施形態では、スイッチSWは、スイッチSW1及びスイッチSW2を含む。スイッチSW1は、左操作レバー26Lの先端に設けられたMCスイッチ(押しボタンスイッチ)である。操作者は、スイッチSW1を押しながら左操作レバー26Lを操作できる。スイッチSW1は、右操作レバー26Rに設けられていてもよく、キャビン10内の他の位置に設けられていてもよい。スイッチSW2は、左走行レバー26DLの先端に設けられたMCスイッチ(押しボタンスイッチ)である。操作者は、スイッチSW2を押しながら左走行レバー26DLを操作できる。スイッチSW2は、右走行レバー26DRに設けられていてもよく、キャビン10内の他の位置に設けられていてもよい。
The operation device 26 is provided with a switch SW. In this embodiment, the switch SW includes a switch SW1 and a switch SW2. The switch SW1 is an MC switch (push button switch) provided at the tip of the left operation lever 26L. The operator can operate the left operation lever 26L while pressing the switch SW1. The switch SW1 may be provided on the right operation lever 26R or at another position in the cabin 10. The switch SW2 is an MC switch (push button switch) provided at the tip of the left travel lever 26DL. The operator can operate the left travel lever 26DL while pressing the switch SW2. The switch SW2 may be provided on the right travel lever 26DR or at another position in the cabin 10.
操作センサ29LAは、操作者による左操作レバー26Lに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
The operation sensor 29LA detects the forward/rearward operation of the left operating lever 26L by the operator and outputs the detected value to the controller 30.
電磁弁31ALは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から電磁弁31ALを介して制御弁176Lの右側パイロットポート及び制御弁176Rの左側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31ARは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から電磁弁31ARを介して制御弁176Lの左側パイロットポート及び制御弁176Rの右側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31ALは、制御弁176L及び制御弁176Rを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。同様に、電磁弁31ARは、制御弁176L及び制御弁176Rを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。
The solenoid valve 31AL operates in response to a control command (current command) output by the controller 30. The solenoid valve 31AL adjusts the pilot pressure by the pilot oil introduced from the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 176L and the left pilot port of the control valve 176R via the solenoid valve 31AL. The solenoid valve 31AR operates in response to a control command (current command) output by the controller 30. The solenoid valve 31AR adjusts the pilot pressure by the pilot oil introduced from the pilot pump 15 to the left pilot port of the control valve 176L and the right pilot port of the control valve 176R via the solenoid valve 31AR. The solenoid valve 31AL can adjust the pilot pressure so that the control valve 176L and the control valve 176R can be stopped at any valve position. Similarly, the solenoid valve 31AR can adjust the pilot pressure so that the control valve 176L and the control valve 176R can be stopped at any valve position.
この構成により、コントローラ30は、操作者によるアーム閉じ操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31ALを介し、制御弁176Lの右側パイロットポート及び制御弁176Rの左側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者によるアーム閉じ操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31ALを介し、制御弁176Lの右側パイロットポート及び制御弁176Rの左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者によるアーム閉じ操作に応じ、或いは、操作者によるアーム閉じ操作とは無関係に、アーム5を閉じることができる。このように、電磁弁31ALは、「アーム用電磁弁」又は「アーム閉じ用電磁弁」として機能する。
With this configuration, the controller 30 can supply pilot oil discharged by the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 176L and the left pilot port of the control valve 176R via the solenoid valve 31AL in response to the arm closing operation by the operator. The controller 30 can also supply pilot oil discharged by the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 176L and the left pilot port of the control valve 176R via the solenoid valve 31AL, regardless of the arm closing operation by the operator. In other words, the controller 30 can close the arm 5 in response to the arm closing operation by the operator or regardless of the arm closing operation by the operator. In this way, the solenoid valve 31AL functions as an "arm solenoid valve" or an "arm closing solenoid valve".
また、コントローラ30は、操作者によるアーム開き操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31ARを介し、制御弁176Lの左側パイロットポート及び制御弁176Rの右側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者によるアーム開き操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31ARを介し、制御弁176Lの左側パイロットポート及び制御弁176Rの右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者によるアーム開き操作に応じ、或いは、操作者によるアーム開き操作とは無関係に、アーム5を開くことができる。このように、電磁弁31ARは、「アーム用電磁弁」又は「アーム開き用電磁弁」として機能する。
In addition, the controller 30 can supply pilot oil discharged by the pilot pump 15 to the left pilot port of the control valve 176L and the right pilot port of the control valve 176R via the solenoid valve 31AR in response to the arm opening operation by the operator. In addition, the controller 30 can supply pilot oil discharged by the pilot pump 15 to the left pilot port of the control valve 176L and the right pilot port of the control valve 176R via the solenoid valve 31AR, regardless of the arm opening operation by the operator. In other words, the controller 30 can open the arm 5 in response to the arm opening operation by the operator or regardless of the arm opening operation by the operator. In this way, the solenoid valve 31AR functions as an "arm solenoid valve" or an "arm opening solenoid valve".
また、この構成により、コントローラ30は、操作者によるアーム閉じ操作が行われている場合であっても、必要に応じて、制御弁176の閉じ側のパイロットポート(制御弁176Lの左側パイロットポート及び制御弁176Rの右側パイロットポート)に作用するパイロット圧を減圧し、アーム5の閉じ動作を強制的に停止させることができる。操作者によるアーム開き操作が行われているときにアーム5の開き動作を強制的に停止させる場合についても同様である。
In addition, with this configuration, even if the operator is performing an arm closing operation, the controller 30 can, if necessary, reduce the pilot pressure acting on the pilot ports on the closing side of the control valve 176 (the left pilot port of the control valve 176L and the right pilot port of the control valve 176R) to forcibly stop the closing operation of the arm 5. The same applies to the case where the opening operation of the arm 5 is forcibly stopped when the operator is performing an arm opening operation.
或いは、コントローラ30は、操作者によるアーム閉じ操作が行われている場合であっても、必要に応じて、電磁弁31ARを制御し、制御弁176の閉じ側のパイロットポートの反対側にある、制御弁176の開き側のパイロットポート(制御弁176Lの右側パイロットポート及び制御弁176Rの左側パイロットポート)に作用するパイロット圧を増大させ、制御弁176を強制的に中立位置に戻すことで、アーム5の閉じ動作を強制的に停止させてもよい。操作者によるアーム開き操作が行われている場合にアーム5の開き動作を強制的に停止させる場合についても同様である。
Alternatively, even if the operator is performing an arm closing operation, the controller 30 may, as necessary, control the solenoid valve 31AR to increase the pilot pressure acting on the opening pilot port of the control valve 176 (the right pilot port of control valve 176L and the left pilot port of control valve 176R) opposite the closing pilot port of the control valve 176, and forcibly return the control valve 176 to the neutral position, thereby forcibly stopping the closing operation of the arm 5. The same applies to the case where the opening operation of the arm 5 is forcibly stopped when the operator is performing an arm opening operation.
また、以下の図4B~図4Fを参照しながらの説明を省略するが、操作者によるブーム上げ操作又はブーム下げ操作が行われている場合にブーム4の動作を強制的に停止させる場合、操作者によるバケット閉じ操作又はバケット開き操作が行われている場合にバケット6の動作を強制的に停止させる場合、及び、操作者による旋回操作が行われている場合に上部旋回体3の旋回動作を強制的に停止させる場合、についても同様である。また、操作者による走行操作が行われている場合に下部走行体1の走行動作を強制的に停止させる場合についても同様である。
Although the following explanation with reference to Figures 4B to 4F is omitted, the same applies to the case where the operation of the boom 4 is forcibly stopped when the operator is performing a boom-raising or boom-lowering operation, the case where the operation of the bucket 6 is forcibly stopped when the operator is performing a bucket-closing or bucket-opening operation, and the case where the rotation operation of the upper rotating body 3 is forcibly stopped when the operator is performing a rotation operation. The same also applies to the case where the traveling operation of the lower traveling body 1 is forcibly stopped when the operator is performing a traveling operation.
また、コントローラ30は、アーム操作(アーム閉じ操作及びアーム開き操作)の応答性を良くするため、アーム操作が行われる前から微小なパイロット圧を制御弁176の両側のパイロットポートに作用させるように構成されていてもよい。ブーム操作(ブーム上げ操作及びブーム下げ操作)等の他の操作についても同様である。すなわち、コントローラ30は、より多くのパイロット油を使用することにより、油圧アクチュエータの応答性を高めることができる。
The controller 30 may also be configured to apply a small pilot pressure to the pilot ports on both sides of the control valve 176 before the arm operation (arm closing operation and arm opening operation) is performed, in order to improve the responsiveness of the arm operation. The same applies to other operations such as boom operation (boom raising operation and boom lowering operation). In other words, the controller 30 can increase the responsiveness of the hydraulic actuator by using more pilot oil.
また、図4Bに示すように、右操作レバー26Rは、ブーム4を操作するために用いられる。具体的には、右操作レバー26Rは、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を利用し、前後方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁175のパイロットポートに作用させる。この場合、右操作レバー26Rはブーム操作レバーとして機能する。より具体的には、右操作レバー26Rは、ブーム上げ方向(後方向)に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁175Lの右側パイロットポート(ブーム上げ側パイロットポート)と制御弁175Rの左側パイロットポート(ブーム上げ側パイロットポート)に作用させる。また、右操作レバー26Rは、ブーム下げ方向(前方向)に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁175Rの右側パイロットポート(ブーム下げ側パイロットポート)に作用させる。
Also, as shown in FIG. 4B, the right operating lever 26R is used to operate the boom 4. Specifically, the right operating lever 26R uses pilot oil discharged by the pilot pump 15 to apply pilot pressure corresponding to the operation in the forward and backward directions to the pilot port of the control valve 175. In this case, the right operating lever 26R functions as a boom operating lever. More specifically, when the right operating lever 26R is operated in the boom-up direction (rearward), it applies pilot pressure corresponding to the operation amount to the right pilot port (boom-up side pilot port) of the control valve 175L and the left pilot port (boom-up side pilot port) of the control valve 175R. Also, when the right operating lever 26R is operated in the boom-down direction (forward), it applies pilot pressure corresponding to the operation amount to the right pilot port (boom-down side pilot port) of the control valve 175R.
操作センサ29RAは、操作者による右操作レバー26Rに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
The operation sensor 29RA detects the forward/rearward operation of the right operating lever 26R by the operator and outputs the detected value to the controller 30.
電磁弁31BLは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から電磁弁31BLを介して制御弁175Lの右側パイロットポート及び制御弁175Rの左側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31BRは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から電磁弁31BRを介して制御弁175Rの右側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31BLは、制御弁175L及び制御弁175Rを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。また、電磁弁31BRは、制御弁175Rを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。
The solenoid valve 31BL operates in response to a control command (current command) output by the controller 30. It adjusts the pilot pressure by the pilot oil introduced from the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 175L and the left pilot port of the control valve 175R via the solenoid valve 31BL. The solenoid valve 31BR operates in response to a control command (current command) output by the controller 30. It adjusts the pilot pressure by the pilot oil introduced from the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 175R via the solenoid valve 31BR. The solenoid valve 31BL can adjust the pilot pressure so that the control valve 175L and the control valve 175R can be stopped at any valve position. The solenoid valve 31BR can also adjust the pilot pressure so that the control valve 175R can be stopped at any valve position.
この構成により、コントローラ30は、操作者によるブーム上げ操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31BLを介し、制御弁175Lの右側パイロットポート及び制御弁175Rの左側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者によるブーム上げ操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31BLを介し、制御弁175Lの右側パイロットポート及び制御弁175Rの左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者によるブーム上げ操作に応じ、或いは、操作者によるブーム上げ操作とは無関係に、ブーム4を上げることができる。このように、電磁弁31BLは、「ブーム用電磁弁」又は「ブーム上げ用電磁弁」として機能する。
With this configuration, the controller 30 can supply pilot oil discharged from the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 175L and the left pilot port of the control valve 175R via the solenoid valve 31BL in response to the boom-raising operation by the operator. The controller 30 can also supply pilot oil discharged from the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 175L and the left pilot port of the control valve 175R via the solenoid valve 31BL, regardless of the boom-raising operation by the operator. In other words, the controller 30 can raise the boom 4 in response to the boom-raising operation by the operator or regardless of the boom-raising operation by the operator. In this way, the solenoid valve 31BL functions as a "boom solenoid valve" or a "boom-raising solenoid valve".
また、コントローラ30は、操作者によるブーム下げ操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31BRを介し、制御弁175Rの右側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者によるブーム下げ操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31BRを介し、制御弁175Rの右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者によるブーム下げ操作に応じ、或いは、操作者によるブーム下げ操作とは無関係に、ブーム4を下げることができる。このように、電磁弁31BRは、「ブーム用電磁弁」又は「ブーム下げ用電磁弁」として機能する。
In addition, the controller 30 can supply pilot oil discharged by the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 175R via the solenoid valve 31BR in response to the boom lowering operation by the operator. In addition, the controller 30 can supply pilot oil discharged by the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 175R via the solenoid valve 31BR, regardless of the boom lowering operation by the operator. In other words, the controller 30 can lower the boom 4 in response to the boom lowering operation by the operator or regardless of the boom lowering operation by the operator. In this way, the solenoid valve 31BR functions as a "boom solenoid valve" or a "boom lowering solenoid valve".
また、図4Cに示すように、右操作レバー26Rは、バケット6を操作するためにも用いられる。具体的には、右操作レバー26Rは、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を利用し、左右方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁174のパイロットポートに作用させる。この場合、右操作レバー26Rはバケット操作レバーとして機能する。より具体的には、右操作レバー26Rは、バケット閉じ方向(左方向)に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁174の左側パイロットポートに作用させる。また、右操作レバー26Rは、バケット開き方向(右方向)に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁174の右側パイロットポートに作用させる。
As shown in FIG. 4C, the right operating lever 26R is also used to operate the bucket 6. Specifically, the right operating lever 26R uses pilot oil discharged by the pilot pump 15 to apply pilot pressure corresponding to left/right operation to the pilot port of the control valve 174. In this case, the right operating lever 26R functions as a bucket operating lever. More specifically, when the right operating lever 26R is operated in the bucket closing direction (left direction), it applies pilot pressure corresponding to the operation amount to the left pilot port of the control valve 174. Also, when the right operating lever 26R is operated in the bucket opening direction (right direction), it applies pilot pressure corresponding to the operation amount to the right pilot port of the control valve 174.
操作センサ29RBは、操作者による右操作レバー26Rに対する左右方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。尚、コントローラ30は、バケット角度センサS3が省略されている場合、操作センサ29RBの出力に基づいてバケット角度を推定してもよい。
The operation sensor 29RB detects the left/right operation of the right operating lever 26R by the operator and outputs the detected value to the controller 30. If the bucket angle sensor S3 is omitted, the controller 30 may estimate the bucket angle based on the output of the operation sensor 29RB.
電磁弁31CLは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から電磁弁31CLを介して制御弁174の左側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31CRは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から電磁弁31CRを介して制御弁174の右側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31CLは、制御弁174を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。同様に、電磁弁31CRは、制御弁174を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。
The solenoid valve 31CL operates in response to a control command (current command) output by the controller 30. It adjusts the pilot pressure by the pilot oil introduced from the pilot pump 15 to the left pilot port of the control valve 174 via the solenoid valve 31CL. The solenoid valve 31CR operates in response to a control command (current command) output by the controller 30. It adjusts the pilot pressure by the pilot oil introduced from the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 174 via the solenoid valve 31CR. The solenoid valve 31CL can adjust the pilot pressure so that the control valve 174 can be stopped at any valve position. Similarly, the solenoid valve 31CR can adjust the pilot pressure so that the control valve 174 can be stopped at any valve position.
この構成により、コントローラ30は、操作者によるバケット閉じ操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31CLを介し、制御弁174の左側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者によるバケット閉じ操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31CLを介し、制御弁174の左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者によるバケット閉じ操作に応じ、或いは、操作者によるバケット閉じ操作とは無関係に、バケット6を閉じることができる。このように、電磁弁31CLは、「バケット用電磁弁」又は「バケット閉じ用電磁弁」として機能する。
With this configuration, the controller 30 can supply pilot oil discharged by the pilot pump 15 to the left pilot port of the control valve 174 via the solenoid valve 31CL in response to the bucket closing operation by the operator. The controller 30 can also supply pilot oil discharged by the pilot pump 15 to the left pilot port of the control valve 174 via the solenoid valve 31CL, regardless of the bucket closing operation by the operator. In other words, the controller 30 can close the bucket 6 in response to the bucket closing operation by the operator, or regardless of the bucket closing operation by the operator. In this way, the solenoid valve 31CL functions as a "bucket solenoid valve" or a "bucket closing solenoid valve".
また、コントローラ30は、操作者によるバケット開き操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31CRを介し、制御弁174の右側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者によるバケット開き操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31CRを介し、制御弁174の右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者によるバケット開き操作に応じ、或いは、操作者によるバケット開き操作とは無関係に、バケット6を開くことができる。このように、電磁弁31CRは、「バケット用電磁弁」又は「バケット開き用電磁弁」として機能する。
In addition, the controller 30 can supply pilot oil discharged by the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 174 via the solenoid valve 31CR in response to the bucket opening operation by the operator. In addition, the controller 30 can supply pilot oil discharged by the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 174 via the solenoid valve 31CR, regardless of the bucket opening operation by the operator. In other words, the controller 30 can open the bucket 6 in response to the bucket opening operation by the operator, or regardless of the bucket opening operation by the operator. In this way, the solenoid valve 31CR functions as a "solenoid valve for bucket" or a "solenoid valve for bucket opening".
また、図4Dに示すように、左操作レバー26Lは、旋回機構2を操作するためにも用いられる。具体的には、左操作レバー26Lは、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を利用し、左右方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁173のパイロットポートに作用させる。この場合、左操作レバー26Lは旋回操作レバーとして機能する。より具体的には、左操作レバー26Lは、左旋回方向(左方向)に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁173の左側パイロットポートに作用させる。また、左操作レバー26Lは、右旋回方向(右方向)に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁173の右側パイロットポートに作用させる。
As shown in FIG. 4D, the left operating lever 26L is also used to operate the turning mechanism 2. Specifically, the left operating lever 26L uses pilot oil discharged by the pilot pump 15 to apply pilot pressure corresponding to the operation in the left and right direction to the pilot port of the control valve 173. In this case, the left operating lever 26L functions as a turning operating lever. More specifically, when the left operating lever 26L is operated in the left turning direction (left direction), it applies pilot pressure corresponding to the operation amount to the left pilot port of the control valve 173. Also, when the left operating lever 26L is operated in the right turning direction (right direction), it applies pilot pressure corresponding to the operation amount to the right pilot port of the control valve 173.
操作センサ29LBは、操作者による左操作レバー26Lに対する左右方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
The operation sensor 29LB detects the left/right operation of the left operating lever 26L by the operator and outputs the detected value to the controller 30.
電磁弁31DLは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から電磁弁31DLを介して制御弁173の左側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31DRは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から電磁弁31DRを介して制御弁173の右側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31DLは、制御弁173を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。同様に、電磁弁31DRは、制御弁173を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。
The solenoid valve 31DL operates in response to a control command (current command) output by the controller 30. It adjusts the pilot pressure by the pilot oil introduced from the pilot pump 15 to the left pilot port of the control valve 173 via the solenoid valve 31DL. The solenoid valve 31DR operates in response to a control command (current command) output by the controller 30. It adjusts the pilot pressure by the pilot oil introduced from the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 173 via the solenoid valve 31DR. The solenoid valve 31DL can adjust the pilot pressure so that the control valve 173 can be stopped at any valve position. Similarly, the solenoid valve 31DR can adjust the pilot pressure so that the control valve 173 can be stopped at any valve position.
この構成により、コントローラ30は、操作者による左旋回操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31DLを介し、制御弁173の左側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者による左旋回操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31DLを介し、制御弁173の左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者による左旋回操作に応じ、或いは、操作者による左旋回操作とは無関係に、旋回機構2を左旋回させることができる。このように、電磁弁31DLは、「旋回用電磁弁」又は「左旋回用電磁弁」として機能する。
With this configuration, the controller 30 can supply pilot oil discharged by the pilot pump 15 to the left pilot port of the control valve 173 via the solenoid valve 31DL in response to a left turning operation by the operator. The controller 30 can also supply pilot oil discharged by the pilot pump 15 to the left pilot port of the control valve 173 via the solenoid valve 31DL, regardless of a left turning operation by the operator. In other words, the controller 30 can rotate the turning mechanism 2 to the left in response to a left turning operation by the operator or regardless of a left turning operation by the operator. In this way, the solenoid valve 31DL functions as a "swing solenoid valve" or a "left turning solenoid valve".
また、コントローラ30は、操作者による右旋回操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31DRを介し、制御弁173の右側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者による右旋回操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31DRを介し、制御弁173の右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者による右旋回操作に応じ、或いは、操作者による右旋回操作とは無関係に、旋回機構2を右旋回させることができる。このように、電磁弁31DRは、「旋回用電磁弁」又は「右旋回用電磁弁」として機能する。
In addition, the controller 30 can supply pilot oil discharged by the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 173 via the solenoid valve 31DR in response to a right turning operation by the operator. In addition, the controller 30 can supply pilot oil discharged by the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 173 via the solenoid valve 31DR, regardless of a right turning operation by the operator. In other words, the controller 30 can rotate the turning mechanism 2 to the right in response to a right turning operation by the operator or regardless of a right turning operation by the operator. In this way, the solenoid valve 31DR functions as a "swing solenoid valve" or a "right turning solenoid valve".
また、図4Eに示すように、左走行レバー26DLは、左クローラ1CLを操作するために用いられる。具体的には、左走行レバー26DLは、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を利用し、前後方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁171のパイロットポートに作用させる。より具体的には、左走行レバー26DLは、前進方向(前方向)に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁171の左側パイロットポートに作用させる。また、左走行レバー26DLは、後進方向(後方向)に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁171の右側パイロットポートに作用させる。
Also, as shown in FIG. 4E, the left travel lever 26DL is used to operate the left crawler 1CL. Specifically, the left travel lever 26DL uses pilot oil discharged by the pilot pump 15 to apply pilot pressure corresponding to the operation in the forward and backward directions to the pilot port of the control valve 171. More specifically, when the left travel lever 26DL is operated in the forward direction (forward direction), it applies pilot pressure corresponding to the operation amount to the left pilot port of the control valve 171. Also, when the left travel lever 26DL is operated in the reverse direction (rearward direction), it applies pilot pressure corresponding to the operation amount to the right pilot port of the control valve 171.
操作センサ29DLは、操作者による左走行レバー26DLに対する前後方向への操作の内容を電気的に検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
The operation sensor 29DL electrically detects the forward/rearward operation of the left travel lever 26DL by the operator and outputs the detected value to the controller 30.
電磁弁31ELは、コントローラ30が出力する電流指令に応じて動作する。そして、電磁弁31ELは、パイロットポンプ15から電磁弁31ELを介して制御弁171の左側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31ERは、コントローラ30が出力する電流指令に応じて動作する。そして、電磁弁31ERは、パイロットポンプ15から電磁弁31ERを介して制御弁171の右側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31EL、31ERは、制御弁171を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。
The solenoid valve 31EL operates in response to a current command output by the controller 30. The solenoid valve 31EL adjusts the pilot pressure by the pilot oil introduced from the pilot pump 15 to the left pilot port of the control valve 171 via the solenoid valve 31EL. The solenoid valve 31ER operates in response to a current command output by the controller 30. The solenoid valve 31ER adjusts the pilot pressure by the pilot oil introduced from the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 171 via the solenoid valve 31ER. The solenoid valves 31EL and 31ER can adjust the pilot pressure so that the control valve 171 can be stopped at any valve position.
この構成により、コントローラ30は、操作者による左前進操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31ELを介し、制御弁171の左側パイロットポートに供給できる。すなわち、左クローラ1CLを前進させることができる。また、コントローラ30は、操作者による左後進操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31ERを介し、制御弁171の右側パイロットポートに供給できる。すなわち、左クローラ1CLを後進させることができる。このように、電磁弁31ELは、「左走行用電磁弁」又は「左前進用電磁弁」として機能し、電磁弁31ERは、「左走行用電磁弁」又は「左後進用電磁弁」として機能する。
With this configuration, the controller 30 can supply pilot oil discharged by the pilot pump 15 to the left pilot port of the control valve 171 via the solenoid valve 31EL, regardless of the left forward movement operation by the operator. In other words, the left crawler 1CL can be moved forward. Also, the controller 30 can supply pilot oil discharged by the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 171 via the solenoid valve 31ER, regardless of the left reverse movement operation by the operator. In other words, the left crawler 1CL can be moved backward. In this way, the solenoid valve 31EL functions as a "left running solenoid valve" or a "left forward running solenoid valve", and the solenoid valve 31ER functions as a "left running solenoid valve" or a "left reverse running solenoid valve".
また、図4Fに示すように、右走行レバー26DRは、右クローラ1CRを操作するために用いられる。具体的には、右走行レバー26DRは、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を利用し、前後方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁172のパイロットポートに作用させる。より具体的には、右走行レバー26DRは、前進方向(前方向)に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁172の右側パイロットポートに作用させる。また、右走行レバー26DRは、後進方向(後方向)に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁172の左側パイロットポートに作用させる。
As shown in FIG. 4F, the right travel lever 26DR is used to operate the right crawler 1CR. Specifically, the right travel lever 26DR uses pilot oil discharged by the pilot pump 15 to apply pilot pressure corresponding to the operation in the forward and backward directions to the pilot port of the control valve 172. More specifically, when the right travel lever 26DR is operated in the forward direction (forward direction), it applies pilot pressure corresponding to the operation amount to the right pilot port of the control valve 172. Also, when the right travel lever 26DR is operated in the reverse direction (rearward direction), it applies pilot pressure corresponding to the operation amount to the left pilot port of the control valve 172.
操作センサ29DRは、操作者による右走行レバー26DRに対する前後方向への操作の内容を電気的に検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
The operation sensor 29DR electrically detects the forward/rearward operation of the right travel lever 26DR by the operator and outputs the detected value to the controller 30.
電磁弁31FLは、コントローラ30が出力する電流指令に応じて動作する。そして、電磁弁31FLは、パイロットポンプ15から電磁弁31FLを介して制御弁172の左側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31FRは、コントローラ30が出力する電流指令に応じて動作する。そして、電磁弁31FRは、パイロットポンプ15から電磁弁31FRを介して制御弁172の右側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31FL、31FRは、制御弁172を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。
The solenoid valve 31FL operates in response to a current command output by the controller 30. The solenoid valve 31FL adjusts the pilot pressure by the pilot oil introduced from the pilot pump 15 to the left pilot port of the control valve 172 via the solenoid valve 31FL. The solenoid valve 31FR operates in response to a current command output by the controller 30. The solenoid valve 31FR adjusts the pilot pressure by the pilot oil introduced from the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 172 via the solenoid valve 31FR. The solenoid valves 31FL and 31FR can adjust the pilot pressure so that the control valve 172 can be stopped at any valve position.
この構成により、コントローラ30は、操作者による右前進操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31FLを介し、制御弁172の右側パイロットポートに供給できる。すなわち、右クローラ1CRを前進させることができる。また、コントローラ30は、操作者による右後進操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31FRを介し、制御弁172の左側パイロットポートに供給できる。すなわち、右クローラ1CRを後進させることができる。このように、電磁弁31FLは、「右走行用電磁弁」又は「右前進用電磁弁」として機能し、電磁弁31FRは、「右走行用電磁弁」又は「右後進用電磁弁」として機能する。
With this configuration, the controller 30 can supply pilot oil discharged by the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 172 via the solenoid valve 31FL, regardless of the right forward movement operation by the operator. In other words, the right crawler 1CR can be moved forward. Also, the controller 30 can supply pilot oil discharged by the pilot pump 15 to the left pilot port of the control valve 172 via the solenoid valve 31FR, regardless of the right reverse movement operation by the operator. In other words, the right crawler 1CR can be moved backward. In this way, the solenoid valve 31FL functions as a "right running solenoid valve" or a "right forward running solenoid valve", and the solenoid valve 31FR functions as a "right running solenoid valve" or a "right reverse running solenoid valve".
また、ショベル100は、バケットチルト機構を自動的に動作させる構成を備えていてもよい。この場合、バケットチルト機構を構成するバケットチルトシリンダに関する油圧システム部分は、ブームシリンダ7の操作に関する油圧システム部分等と同じように構成されてもよい。
The excavator 100 may also be configured to automatically operate the bucket tilt mechanism. In this case, the hydraulic system portion related to the bucket tilt cylinder that constitutes the bucket tilt mechanism may be configured in the same manner as the hydraulic system portion related to the operation of the boom cylinder 7, etc.
また、操作装置26の形態として電気式操作レバーに関する説明を記載したが、電気式操作レバーではなく油圧式操作レバーが採用されてもよい。この場合、油圧式操作レバーの操作量は、圧力センサによって圧力の形で検出されてコントローラ30へ入力されてもよい。また、油圧式操作レバーとしての操作装置26と各制御弁のパイロットポートとの間には電磁弁が配置されてもよい。電磁弁は、コントローラ30からの電気信号に応じて動作するように構成される。この構成により、油圧式操作レバーとしての操作装置26を用いた手動操作が行われると、操作装置26は、操作量に応じてパイロット圧を増減させることで各制御弁を移動させることができる。また、各制御弁は電磁スプール弁で構成されていてもよい。この場合、電磁スプール弁は、電気式操作レバーの操作量に対応するコントローラ30からの電気信号に応じて動作する。
Although the description has been given of an electric operation lever as the form of the operation device 26, a hydraulic operation lever may be used instead of an electric operation lever. In this case, the operation amount of the hydraulic operation lever may be detected in the form of pressure by a pressure sensor and input to the controller 30. In addition, a solenoid valve may be disposed between the operation device 26 as a hydraulic operation lever and the pilot port of each control valve. The solenoid valve is configured to operate in response to an electric signal from the controller 30. With this configuration, when manual operation is performed using the operation device 26 as a hydraulic operation lever, the operation device 26 can move each control valve by increasing or decreasing the pilot pressure in response to the operation amount. In addition, each control valve may be configured as an electromagnetic spool valve. In this case, the electromagnetic spool valve operates in response to an electric signal from the controller 30 corresponding to the operation amount of the electric operation lever.
次に、図5を参照しながら、掘削が行われる際にショベル100に作用する力の関係について説明する。図5は、掘削が行われる際にショベル100に作用する力の関係を示す図である。尚、図5は、説明を簡単にするため、水平面上に位置しているショベル100による掘削が行われる際にショベル100に作用する力の関係を示している。
Next, referring to FIG. 5, the relationship of forces acting on the shovel 100 when excavation is performed will be described. FIG. 5 is a diagram showing the relationship of forces acting on the shovel 100 when excavation is performed. For ease of explanation, FIG. 5 shows the relationship of forces acting on the shovel 100 when excavation is performed by the shovel 100 located on a horizontal plane.
最初に、掘削作業中にショベル100の機体が浮き上がるのを抑制するための制御に関するパラメータについて説明する。
First, we will explain the parameters related to the control to prevent the body of the shovel 100 from floating up during excavation operations.
図5において、点P1は、上部旋回体3とブーム4との間の連結点を示す。点P2は、上部旋回体3とブームシリンダ7のシリンダとの間の連結点を示す。点P3は、ブームシリンダ7のロッド7Cとブーム4との間の連結点を示す。点P4は、ブーム4とアームシリンダ8のシリンダとの間の連結点を示す。点P5は、アームシリンダ8のロッド8Cとアーム5との間の連結点を示す。点P6は、ブーム4とアーム5との間の連結点を示す。点P7は、アーム5とバケット6との間の連結点を示す。点P8は、掘削力の作用点(バケット6の先端)を示す。尚、図5は、明瞭化のため、バケットシリンダ9の図示を省略している。
In FIG. 5, point P1 indicates the connection point between the upper rotating body 3 and the boom 4. Point P2 indicates the connection point between the upper rotating body 3 and the cylinder of the boom cylinder 7. Point P3 indicates the connection point between the rod 7C of the boom cylinder 7 and the boom 4. Point P4 indicates the connection point between the boom 4 and the cylinder of the arm cylinder 8. Point P5 indicates the connection point between the rod 8C of the arm cylinder 8 and the arm 5. Point P6 indicates the connection point between the boom 4 and the arm 5. Point P7 indicates the connection point between the arm 5 and the bucket 6. Point P8 indicates the point of action of the excavation force (the tip of the bucket 6). Note that for clarity, the bucket cylinder 9 is not shown in FIG. 5.
また、図5は、点P1と点P3を結ぶ直線と水平線との間の角度をブーム角度θ1とし、点P3と点P6を結ぶ直線と点P6と点P7を結ぶ直線との間の角度をアーム角度θ2とし、点P6と点P7を結ぶ直線と点P7と点P8を結ぶ直線との間の角度をバケット角度θ3として示す。ブーム角度θ1は、ブーム角度センサS1によって検出され、アーム角度θ2は、アーム角度センサS2によって検出され、バケット角度θ3は、バケット角度センサS3によって検出される。
In addition, FIG. 5 shows the angle between the horizontal line and the line connecting points P1 and P3 as boom angle θ1, the angle between the line connecting points P3 and P6 and the line connecting points P6 and P7 as arm angle θ2, and the angle between the line connecting points P6 and P7 and the line connecting points P7 and P8 as bucket angle θ3. The boom angle θ1 is detected by boom angle sensor S1, the arm angle θ2 is detected by arm angle sensor S2, and the bucket angle θ3 is detected by bucket angle sensor S3.
また、図5において、距離D1は、機体の浮き上がりが発生するときの支点である回転中心RCとショベル100の重心GCとの間の水平距離、すなわち、ショベル100の質量Mと重力加速度gとの積である重力M・gの作用線と回転中心RCとの間の距離を示す。そして、距離D1と重力M・gの大きさとの積は、回転中心RC回りの第1の力のモーメントの大きさを表す。尚、記号「・」は乗算記号である。また、掘削力の作用点である点P8及び回転中心RCは何れも水平面上に位置している。
In addition, in FIG. 5, distance D1 indicates the horizontal distance between the center of rotation RC, which is the fulcrum when lift-up of the machine body occurs, and the center of gravity GC of the shovel 100, i.e., the distance between the line of action of gravity M·g, which is the product of the mass M of the shovel 100 and the gravitational acceleration g, and the center of rotation RC. The product of distance D1 and the magnitude of gravity M·g represents the magnitude of the moment of the first force around the center of rotation RC. Note that the symbol "·" is a multiplication symbol. Also, point P8, which is the point of application of the excavation force, and the center of rotation RC are both located on a horizontal plane.
また、図5において、距離D2は、回転中心RCと点P8との間の水平距離、すなわち、掘削反力FRの鉛直成分FR1の作用線と回転中心RCとの間の距離を示す。そして、距離D2と鉛直成分FR1の大きさとの積は、回転中心RC回りの第2の力のモーメントの大きさを表す。尚、掘削反力FRは、鉛直線に対して掘削角度θを形成し、掘削反力FRの鉛直成分FR1は、FR1=FR×cosθで表される。また、掘削角度θは、ブーム角度θ1、アーム角度θ2、及びバケット角度θ3に基づいて算出される。
In addition, in FIG. 5, distance D2 indicates the horizontal distance between the center of rotation RC and point P8, i.e., the distance between the line of action of the vertical component FR1 of the excavation reaction force FR and the center of rotation RC. The product of distance D2 and the magnitude of the vertical component FR1 represents the magnitude of the second force moment around the center of rotation RC. The excavation reaction force FR forms an excavation angle θ with respect to the vertical line, and the vertical component FR1 of the excavation reaction force FR is expressed as FR1 = FR × cos θ. The excavation angle θ is calculated based on the boom angle θ1, the arm angle θ2, and the bucket angle θ3.
また、図5において、距離D3は、点P2と点P3を結ぶ直線と回転中心RCとの間の距離、すなわち、ブームシリンダ7のロッド7Cを引っ張り出そうとする力FBの作用線と回転中心RCとの間の距離を示す。そして、距離D3と力FBの大きさとの積は、回転中心RC回りの第3の力のモーメントの大きさを表す。
In addition, in FIG. 5, distance D3 indicates the distance between the line connecting points P2 and P3 and the center of rotation RC, i.e., the distance between the line of action of force FB attempting to pull out rod 7C of boom cylinder 7 and the center of rotation RC. The product of distance D3 and the magnitude of force FB represents the magnitude of the third force moment around the center of rotation RC.
また、図5において、距離D4は、掘削反力FRの作用線と点P6との間の距離を示す。そして、距離D4と掘削反力FRの大きさとの積は、点P6回りの第1の力のモーメントの大きさを表す。
In addition, in FIG. 5, distance D4 indicates the distance between the line of action of the excavation reaction force FR and point P6. The product of distance D4 and the magnitude of the excavation reaction force FR represents the magnitude of the first force moment about point P6.
また、図5において、距離D5は、点P4と点P5を結ぶ直線と点P6との間の距離、すなわち、アーム5を閉じるアーム推力FAの作用線と点P6との間の距離を示す。そして、距離D5とアーム推力FAの大きさとの積は、点P6回りの第2の力のモーメントの大きさを表す。
In addition, in FIG. 5, distance D5 indicates the distance between point P6 and the straight line connecting points P4 and P5, i.e., the distance between point P6 and the line of action of arm thrust FA that closes arm 5. The product of distance D5 and the magnitude of arm thrust FA represents the magnitude of the second force moment around point P6.
ここで、掘削反力FRの鉛直成分FR1が回転中心RC回りにショベルを浮き上がらせようとする力のモーメントと、ブームシリンダ7のロッド7Cを引っ張り出そうとする力FBが回転中心RC回りにショベルを浮き上がらせようとする力のモーメントとを置き換え可能であると仮定する。この場合、回転中心RC回りの第2の力のモーメントの大きさと回転中心RC回りの第3の力のモーメントの大きさとの関係は以下の(1)式で表される。
FR1・D2=FR・cosθ・D2=FB・D3・・・(1)
また、アーム推力FAが点P6回りにアーム5を閉じようとする力のモーメントと、掘削反力FRが点P6回りにアーム5を開こうとする力のモーメントとはつり合うものと考えられる。この場合、点P6回りの第1の力のモーメントの大きさと点P6回りの第2の力のモーメントの大きさとの関係は以下の(2)式及び(2)'式で表される。尚、記号「/」は除算記号である。
FA・D5=FR・D4・・・(2)
FR=FA・D5/D4・・・(2)'
また、(1)式及び(2)式より、ブームシリンダ7のロッド7Cを引っ張り出そうとする力FBは、以下の(3)式で表される。
FB=FA・D2・D5・cosθ/(D3・D4)・・・(3)
さらに、図5のX-X断面図で示すように、ブームシリンダ7のロッド側油室7Rに面するピストンの環状受圧面積を面積A1とし、ロッド側油室7Rにおける作動油の圧力を圧力PBとすると、ブームシリンダ7のロッド7Cを引っ張り出そうとする力FBは、FB=PB・A1で表される。したがって、(3)式は、以下の(4)式及び(4)'式で表される。
PB=FA・D2・D5・cosθ/(A1・D3・D4)・・・(4)
FA=PB・A1・D3・D4/(D2・D5・cosθ)・・・(4)'
ここで、機体が浮き上がる際の、ブームシリンダ7のロッド7Cを引っ張り出そうとする力FBを力FBmaxとすると、重力M・gが機体を浮き上がらせないようにする回転中心RC回りの第1の力のモーメントと、力FBmaxが機体を浮き上がらせようとする回転中心RC回りの第3の力のモーメントとはつり合うものと考えられる。この場合、それら2つの力のモーメントの大きさの関係は以下の(5)式で表される。
M・g・D1=FBmax・D3・・・(5)
また、このときのブームシリンダ7のロッド側油室7Rにおける作動油の圧力を、機体の浮き上がりを発生させない圧力の最大値である許容最大圧力PBmaxとすると、許容最大圧力PBmaxは、以下の(6)式で表される。
PBmax=M・g・D1/(A1・D3)・・・(6)
尚、距離D1は旋回角度に応じて決まる値であり、距離D2及び距離D3は、旋回角度と掘削アタッチメントの姿勢、すなわち、ブーム角度θ1、アーム角度θ2、及びバケット角度θ3とに応じて決まる値である。具体的には、距離D2は、旋回角度とブーム角度θ1、アーム角度θ2、及びバケット角度θ3とに応じて決まり、距離D3は、旋回角度とブーム角度θ1とに応じて決まる。また、距離D4は、バケット角度θ3に応じて決まり、距離D5は、アーム角度θ2に応じて決まる。
Here, it is assumed that the vertical component FR1 of the excavation reaction force FR can be replaced with the force moment tending to lift the shovel about the center of rotation RC and the force FB tending to pull out the rod 7C of the boom cylinder 7 tending to lift the shovel about the center of rotation RC. In this case, the relationship between the magnitude of the second force moment about the center of rotation RC and the magnitude of the third force moment about the center of rotation RC is expressed by the following equation (1).
FR1・D2=FR・cosθ・D2=FB・D3...(1)
It is also considered that the force moment of the arm thrust force FA attempting to close the arm 5 about point P6 and the force moment of the excavation reaction force FR attempting to open the arm 5 about point P6 are balanced. In this case, the relationship between the magnitude of the first force moment about point P6 and the magnitude of the second force moment about point P6 is expressed by the following formulas (2) and (2)'. Note that the symbol "/" is a division symbol.
FA・D5=FR・D4...(2)
FR=FA・D5/D4...(2)'
Further, from equations (1) and (2), the force FB attempting to pull out the rod 7C of the boom cylinder 7 is expressed by the following equation (3).
FB=FA・D2・D5・cosθ/(D3・D4)...(3)
5, if the annular pressure-receiving area of the piston facing rod-side oil chamber 7R of boom cylinder 7 is area A1 and the pressure of the hydraulic oil in rod-side oil chamber 7R is pressure PB, then force FB attempting to pull out rod 7C of boom cylinder 7 is expressed as FB = PB · A1. Therefore, formula (3) can be expressed by the following formulas (4) and (4)'.
PB=FA・D2・D5・cosθ/(A1・D3・D4)...(4)
FA=PB・A1・D3・D4/(D2・D5・cosθ)...(4)'
Here, if the force FB that tries to pull out the rod 7C of the boom cylinder 7 when the machine body is lifted is defined as a force FBmax, then the moment of the first force about the center of rotation RC that prevents gravity M·g from lifting the machine body and the moment of the third force about the center of rotation RC that tries to lift the machine body by the force FBmax are considered to be in balance. In this case, the relationship in magnitude between the moments of these two forces is expressed by the following equation (5).
M・g・D1=FBmax・D3...(5)
In addition, if the pressure of the hydraulic oil in the rod side oil chamber 7R of the boom cylinder 7 at this time is the maximum allowable pressure PBmax, which is the maximum pressure that does not cause the aircraft body to lift up, the maximum allowable pressure PBmax is expressed by the following equation (6).
PBmax=M・g・D1/(A1・D3)...(6)
The distance D1 is a value determined according to the swing angle, while the distances D2 and D3 are values determined according to the swing angle and the attitude of the excavation attachment, i.e., the boom angle θ1, the arm angle θ2, and the bucket angle θ3. Specifically, the distance D2 is determined according to the swing angle and the boom angle θ1, the arm angle θ2, and the bucket angle θ3, while the distance D3 is determined according to the swing angle and the boom angle θ1. Furthermore, the distance D4 is determined according to the bucket angle θ3, and the distance D5 is determined according to the arm angle θ2.
そのため、コントローラ30は、旋回角度とブーム角度θ1と(6)式とを用いて許容最大圧力PBmaxを算出することができる。
Therefore, the controller 30 can calculate the maximum allowable pressure PBmax using the rotation angle, the boom angle θ1, and equation (6).
また、コントローラ30は、ブームシリンダ7のロッド側油室7Rにおける圧力PBを許容最大圧力PBmax以下の所定圧力以下に維持することによってショベル100の機体の浮き上がりを抑制することができる。具体的には、コントローラ30は、圧力PBが所定圧力に達した場合に、ロッド側油室7Rから作動油タンクに流出する作動油の流量を増大させ、圧力PBを低下させる。圧力PBの低下は、(4)'式が示すように、アーム推力FAの低下をもたらし、さらには、(2)'式が示すように、掘削反力FR及びその鉛直成分FR1の低下をもたらすためである。
The controller 30 can also suppress the lifting of the excavator 100 by maintaining the pressure PB in the rod-side oil chamber 7R of the boom cylinder 7 at a predetermined pressure that is equal to or lower than the maximum allowable pressure PBmax. Specifically, when the pressure PB reaches the predetermined pressure, the controller 30 increases the flow rate of hydraulic oil flowing out from the rod-side oil chamber 7R to the hydraulic oil tank, thereby lowering the pressure PB. This is because the reduction in pressure PB reduces the arm thrust FA, as shown in equation (4)', and further reduces the excavation reaction force FR and its vertical component FR1, as shown in equation (2)'.
尚、機体の浮き上がりを発生させない掘削反力の最大値である許容最大掘削反力FRmaxは、以下の(7)式で表され、許容最大掘削反力FRmaxの鉛直成分FR1maxは、以下の(8)式で表される。許容最大掘削反力FRmaxは、許容最大掘削力と同じ大きさを有する、許容最大掘削力とは逆向きの力である。
FRmax=M・g・D1/(D2・cosθ)・・・(7)
FR1max=M・g・D1/D2・・・(8)
また、回転中心RCの位置は、旋回状態センサS5の出力に基づいて決定される。例えば、下部走行体1前後軸と上部旋回体3の前後軸との間の角度である旋回角度が0度の場合には、下部走行体1が接地面(水平面)と接触する部分のうちの後端が回転中心RCとなり、旋回角度が180度の場合には、下部走行体1が接地面と接触する部分のうちの前端が回転中心RCとなる。また、旋回角度が90度又は270度の場合には、下部走行体1が接地面と接触する部分のうちの側端が回転中心RCとなる。
The maximum allowable excavation reaction force FRmax, which is the maximum value of the excavation reaction force that does not cause the machine body to lift up, is expressed by the following formula (7), and the vertical component FR1max of the maximum allowable excavation reaction force FRmax is expressed by the following formula (8). The maximum allowable excavation reaction force FRmax is a force that has the same magnitude as the maximum allowable excavation force and is in the opposite direction to the maximum allowable excavation force.
FRmax=M・g・D1/(D2・cosθ)...(7)
FR1max=M・g・D1/D2...(8)
The position of the rotation center RC is determined based on the output of the turning state sensor S5. For example, when the turning angle, which is the angle between the front-rear axis of the lower traveling body 1 and the front-rear axis of the upper rotating body 3, is 0 degrees, the rear end of the part where the lower traveling body 1 contacts the ground surface (horizontal plane) becomes the rotation center RC, and when the turning angle is 180 degrees, the front end of the part where the lower traveling body 1 contacts the ground surface becomes the rotation center RC. When the turning angle is 90 degrees or 270 degrees, the side end of the part where the lower traveling body 1 contacts the ground surface becomes the rotation center RC.
次に、図6及び図7を参照し、コントローラ30が掘削動作を支援する処理(以下、「支援処理」とする。)について説明する。図6は、支援処理の流れの一例を示すフローチャートである。コントローラ30は掘削動作が行われているときに所定の制御周期で繰り返しこの支援処理を実行する。図7は、支援処理を実行するショベル100が土砂山を掘削する様子を示す図である。具体的には、図7は、操作者が左操作レバー26Lを後方(アーム閉じ方向)に操作して掘削作業を行っているときの様子を示している。尚、図7では、明瞭化のため、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の図示が省略されている。
Next, a process in which the controller 30 assists in an excavation operation (hereinafter, referred to as "assistance process") will be described with reference to Figures 6 and 7. Figure 6 is a flow chart showing an example of the flow of the assistance process. The controller 30 repeatedly executes this assistance process at a predetermined control period while an excavation operation is being performed. Figure 7 is a diagram showing the state in which the excavator 100 executing the assistance process excavates a pile of earth and sand. Specifically, Figure 7 shows the state in which the operator is performing excavation work by operating the left operating lever 26L rearward (in the direction of closing the arm). Note that, for clarity, the boom cylinder 7, arm cylinder 8, and bucket cylinder 9 are omitted from Figure 7.
最初に、コントローラ30は、掘削力が所定値を上回っているか否かを判定する(ステップST1)。図示例では、コントローラ30の掘削支援部56は、力算出部55が算出した掘削力EFの垂直成分EF1が所定値THを上回っている場合に、掘削力EFが所定値を上回っていると判定する。図示例では、所定値THは、許容最大掘削力の垂直成分の値に0.7を乗じた値である。
First, the controller 30 determines whether the excavation force exceeds a predetermined value (step ST1). In the illustrated example, the excavation support unit 56 of the controller 30 determines that the excavation force EF exceeds a predetermined value when the vertical component EF1 of the excavation force EF calculated by the force calculation unit 55 exceeds a predetermined value TH. In the illustrated example, the predetermined value TH is a value obtained by multiplying the value of the vertical component of the maximum allowable excavation force by 0.7.
図7は、矢印AR1で示すような機体の浮き上がりが発生するときの支点である回転中心RCと掘削力EFの作用点WPとを結ぶ線分L1と、作用点WPを通るとともに線分L1に垂直な線分L2とを示している。また、図7は、掘削力EF及びその垂直成分EF1のそれぞれをブロック矢印で示し、垂直成分EF1の値が超過分EXだけ所定値THを上回っていること、及び、垂直成分EF1の値が許容最大掘削力の垂直成分である許容最大垂直成分ULを下回っていることを示している。
Figure 7 shows line segment L1 connecting the center of rotation RC, which is the fulcrum when lift-off of the machine body occurs as shown by arrow AR1, to the point of application WP of the excavation force EF, and line segment L2 passing through the point of application WP and perpendicular to line segment L1. Figure 7 also shows the excavation force EF and its vertical component EF1 with block arrows, indicating that the value of the vertical component EF1 exceeds the predetermined value TH by an excess amount EX, and that the value of the vertical component EF1 is below the maximum allowable vertical component UL, which is the vertical component of the maximum allowable excavation force.
掘削力EFが所定値を上回っていないと判定した場合(ステップST1のNO)、掘削支援部56は、今回の支援処理を終了させる。機体の浮き上がりが発生しないためである。この場合、掘削力の作用点であるバケット6の先端は、図7の点線で示す軌道L3に沿って移動する。
If it is determined that the excavation force EF does not exceed the predetermined value (NO in step ST1), the excavation support unit 56 ends the current support process. This is because the machine body will not lift up. In this case, the tip of the bucket 6, which is the point of application of the excavation force, moves along the trajectory L3 shown by the dotted line in Figure 7.
掘削力EFが所定値を上回っていると判定した場合(ステップST1のYES)、掘削支援部56は、超過分に基づいてブーム上げ速度を決定する(ステップST2)。図示例では、掘削支援部56は、超過分が大きいほどブーム上げ速度が大きくなるようにブーム上げ速度を決定する。図示例では、ブーム上げ速度を決定することは、ブーム上げ用電磁弁としての電磁弁31BL(図4B参照)の開口面積を決定すること、すなわち、電磁弁31BLに対する制御指令(電流指令)の大きさを決定することを意味する。そして、ブーム上げ速度を大きくすることは、電磁弁31BLの開口面積を大きくすることを意味する。尚、電磁弁31BLの開口面積は、開ループ制御によって制御されてもよく、パイロット圧センサが検出するブーム上げ側パイロット圧、ストロークセンサが検出するブームシリンダ7のストローク量、又は、ブーム角度センサS1が検出するブーム角度等に基づく閉ループ制御によって制御されてもよい。
When it is determined that the excavation force EF exceeds the predetermined value (YES in step ST1), the excavation support unit 56 determines the boom raising speed based on the excess (step ST2). In the illustrated example, the excavation support unit 56 determines the boom raising speed so that the boom raising speed increases as the excess increases. In the illustrated example, determining the boom raising speed means determining the opening area of the solenoid valve 31BL (see FIG. 4B) as a boom raising solenoid valve, that is, determining the magnitude of the control command (current command) for the solenoid valve 31BL. Increasing the boom raising speed means increasing the opening area of the solenoid valve 31BL. The opening area of the solenoid valve 31BL may be controlled by open loop control, or may be controlled by closed loop control based on the boom raising side pilot pressure detected by the pilot pressure sensor, the stroke amount of the boom cylinder 7 detected by the stroke sensor, or the boom angle detected by the boom angle sensor S1.
その後、掘削支援部56は、アーム操作量が所定量を上回っているか否かを判定する(ステップST3)。図示例では、掘削支援部56は、左操作レバー26Lの後方(アーム閉じ方向)への操作量(傾倒角度)が所定量(所定角度)を上回っている場合に、アーム操作量が所定量を上回っていると判定する。
Then, the excavation support unit 56 determines whether the amount of arm operation exceeds a predetermined amount (step ST3). In the illustrated example, the excavation support unit 56 determines that the amount of arm operation exceeds a predetermined amount when the amount of operation (tilt angle) of the left operating lever 26L backward (arm closing direction) exceeds a predetermined amount (predetermined angle).
尚、掘削支援部56は、左操作レバー26Lの後方(アーム閉じ方向)への操作量が所定量を上回っているか否かを判定する代わりに、左操作レバー26Lの後方(アーム閉じ方向)への操作速度(単位時間当たりの操作角度)が所定速度を上回っているか否かを判定してもよい。そして、操作速度が所定速度を上回っている場合に、アーム操作量が所定量を上回っていると判定してもよい。
In addition, instead of determining whether the amount of operation of the left operating lever 26L backward (arm closing direction) exceeds a predetermined amount, the excavation support unit 56 may determine whether the operation speed (operation angle per unit time) of the left operating lever 26L backward (arm closing direction) exceeds a predetermined speed. Then, if the operation speed exceeds the predetermined speed, it may be determined that the amount of arm operation exceeds the predetermined amount.
アーム操作量が所定量を上回っていると判定した場合(ステップST3のYES)、掘削支援部56は、アーム操作量に基づいてブーム上げ速度を補正する(ステップST4)。図示例では、掘削支援部56は、図7の矢印AR2で示すように作用点WPが線分L1に沿って移動するように、超過分の大きさに基づいて決定したブーム上げ速度を補正する。換言すれば、掘削支援部56は、線分L2に平行な方向における作用点WPの移動速度がゼロとなるようにブーム上げ速度を補正する。すなわち、掘削支援部56は、アーム閉じ動作による線分L2に平行な方向における作用点WPの下方への移動が、ブーム上げ動作による線分L2に平行な方向における作用点WPの上方への移動によって打ち消されるようにブーム上げ速度を補正する。
When it is determined that the arm operation amount exceeds the predetermined amount (YES in step ST3), the excavation support unit 56 corrects the boom raising speed based on the arm operation amount (step ST4). In the illustrated example, the excavation support unit 56 corrects the boom raising speed determined based on the magnitude of the excess so that the application point WP moves along the line segment L1 as shown by the arrow AR2 in FIG. 7. In other words, the excavation support unit 56 corrects the boom raising speed so that the movement speed of the application point WP in a direction parallel to the line segment L2 becomes zero. That is, the excavation support unit 56 corrects the boom raising speed so that the downward movement of the application point WP in a direction parallel to the line segment L2 due to the arm closing operation is canceled by the upward movement of the application point WP in a direction parallel to the line segment L2 due to the boom raising operation.
一方、アーム操作量が所定量を上回っていないと判定した場合(ステップST3のNO)、掘削支援部56は、ブーム上げ速度を補正することなく、次のステップであるステップST5を実行する。
On the other hand, if it is determined that the arm operation amount does not exceed the predetermined amount (NO in step ST3), the excavation support unit 56 executes the next step, step ST5, without correcting the boom raising speed.
その後、掘削支援部56は、ブーム上げ動作を実行する(ステップST5)。図示例では、超過分の大きさに基づいて決定したブーム上げ速度、又は、アーム操作量に基づいて補正したブーム上げ速度を実現するようにブーム上げ動作を実行する。すなわち、掘削支援部56は、操作者によるブーム上げ操作が行われているか否かにかかわらず、ブーム上げ動作を実行する。尚、操作者によるブーム上げ操作が行われている場合には、掘削支援部56は、ブーム上げ操作によって決まるブーム上げ速度と、掘削支援部56が導き出したブーム上げ速度とのうちの大きい方が実現されるようにブーム上げ動作を実行する。
Then, the excavation support unit 56 executes the boom raising operation (step ST5). In the illustrated example, the boom raising operation is executed so as to achieve a boom raising speed determined based on the size of the excess, or a boom raising speed corrected based on the amount of arm operation. That is, the excavation support unit 56 executes the boom raising operation regardless of whether or not the operator is performing a boom raising operation. Note that, when the operator is performing a boom raising operation, the excavation support unit 56 executes the boom raising operation so as to achieve the greater of the boom raising speed determined by the boom raising operation and the boom raising speed derived by the excavation support unit 56.
このような支援処理を実行することにより、コントローラ30は、機体の浮き上がりを抑制しながら、許容最大掘削力となり得る掘削力を利用した掘削動作を実現できる。そのため、コントローラ30は、ショベル100の作業効率を高めることができる。
By executing such support processing, the controller 30 can realize an excavation operation that utilizes an excavation force that can be the maximum allowable excavation force while suppressing floating of the machine body. Therefore, the controller 30 can improve the work efficiency of the excavator 100.
上述のように、本開示の実施形態に係るショベル100は、図1に示すように、下部走行体1と、下部走行体1に旋回可能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、アーム5、及びバケット6を含むアタッチメントATと、アタッチメントATによる掘削動作に関する情報に基づいて掘削力を繰り返し算出する制御装置としてのコントローラ30と、を備えている。そして、コントローラ30は、図7に示すように、アーム閉じ動作中に生じる掘削力EFの反力によって下部走行体1が支点(回転中心RC)を中心に回動し、矢印AR1で示すように上部旋回体3の前端部が浮き上がるのを抑制するために、掘削力EFが所定値を超えている場合に、作用点WPが支点(回転中心RC)に向かって移動するようにブーム4を上昇させるように構成されている。
As described above, the excavator 100 according to the embodiment of the present disclosure includes, as shown in FIG. 1, a lower traveling body 1, an upper rotating body 3 rotatably mounted on the lower traveling body 1, an attachment AT including a boom 4, an arm 5, and a bucket 6 attached to the upper rotating body 3, and a controller 30 as a control device that repeatedly calculates the excavation force based on information related to the excavation operation by the attachment AT. As shown in FIG. 7, the controller 30 is configured to raise the boom 4 so that the point of action WP moves toward the fulcrum (center of rotation RC) when the excavation force EF exceeds a predetermined value in order to prevent the lower traveling body 1 from rotating about the fulcrum (center of rotation RC) due to the reaction force of the excavation force EF generated during the arm closing operation and the front end of the upper rotating body 3 from lifting up as shown by the arrow AR1.
この構成により、コントローラ30は、掘削動作の際に上部旋回体3の前端部が浮き上がるのを抑制することができる。すなわち、コントローラ30は、掘削動作の際にいわゆるジャッキアップが発生してしまうのを抑制できる。そのため、ショベル100は、許容最大掘削力を利用した掘削動作を実現でき、作業効率を高めることができる。
With this configuration, the controller 30 can prevent the front end of the upper rotating body 3 from lifting up during excavation operations. In other words, the controller 30 can prevent so-called jacking up from occurring during excavation operations. Therefore, the excavator 100 can perform excavation operations using the maximum allowable excavation force, thereby improving work efficiency.
また、別の観点から見ると、本開示の実施形態に係るショベル100において、コントローラ30は、図7に示すように、アーム閉じ動作中に生じる掘削力EFの反力によって下部走行体1が支点(回転中心RC)を中心に回動し、矢印AR1で示すように上部旋回体3の前端部が浮き上がるのを抑制するために、アーム閉じ動作中に生じる掘削力EFが所定値を超えている場合に、ブーム4を上昇させるように構成されている。そして、ブーム4の上昇速度(ブーム上げ速度)は、掘削力EFの現在値と所定値との間の差である超過分に基づいて決定され、その超過分が大きいほど大きくなるように制御される。図7に示す例では、コントローラ30は、アーム閉じ動作中に生じる掘削力EFの垂直成分EF1が所定値THを超えている場合に、ブーム4を上昇させるように構成されている。そして、ブーム4の上昇速度(ブーム上げ速度)は、掘削力EFの垂直成分EF1の現在値と所定値THとの間の差である超過分EXに基づいて決定され、その超過分EXが大きいほど大きくなるように制御される。
From another perspective, in the excavator 100 according to the embodiment of the present disclosure, the controller 30 is configured to raise the boom 4 when the excavation force EF generated during the arm closing operation exceeds a predetermined value in order to prevent the lower traveling body 1 from rotating about the fulcrum (center of rotation RC) due to the reaction force of the excavation force EF generated during the arm closing operation and the front end of the upper rotating body 3 from lifting up as shown by the arrow AR1, as shown in Fig. 7. The lifting speed of the boom 4 (boom raising speed) is determined based on the excess, which is the difference between the current value of the excavation force EF and the predetermined value, and is controlled to be larger as the excess increases. In the example shown in Fig. 7, the controller 30 is configured to raise the boom 4 when the vertical component EF1 of the excavation force EF generated during the arm closing operation exceeds a predetermined value TH. The lifting speed of the boom 4 (boom raising speed) is determined based on the excess EX, which is the difference between the current value of the vertical component EF1 of the excavation force EF and a predetermined value TH, and is controlled to be larger the larger the excess EX is.
この構成により、コントローラ30は、掘削動作の際に上部旋回体3の前端部が浮き上がるのを抑制することができる。すなわち、コントローラ30は、掘削動作の際にいわゆるジャッキアップが発生してしまうのを抑制できる。そのため、ショベル100は、許容最大掘削力を利用した掘削動作を実現でき、作業効率を高めることができる。
With this configuration, the controller 30 can prevent the front end of the upper rotating body 3 from lifting up during excavation operations. In other words, the controller 30 can prevent so-called jacking up from occurring during excavation operations. Therefore, the excavator 100 can perform excavation operations using the maximum allowable excavation force, thereby improving work efficiency.
また、ショベル100において、コントローラ30は、掘削力EFが所定値を超えている場合に、ブームシリンダ7のストローク量、ブーム4の回動角度、ブーム上げ側パイロット圧、又は、ブーム上げ用電磁弁としての電磁弁31BLの開口面積等を開ループ制御又は閉ループ制御等によって制御することでブーム4の上昇を制御するように構成されていてもよい。
In addition, in the excavator 100, the controller 30 may be configured to control the lifting of the boom 4 by controlling the stroke amount of the boom cylinder 7, the rotation angle of the boom 4, the boom-raising pilot pressure, or the opening area of the solenoid valve 31BL as a boom-raising solenoid valve by open-loop control or closed-loop control, etc., when the excavation force EF exceeds a predetermined value.
この構成により、コントローラ30は、ブーム上げ速度を高精度に制御することができ、ジャッキアップが発生してしまうのをより確実に抑制できる。
This configuration allows the controller 30 to control the boom raising speed with high precision, and more reliably prevents the jacking up from occurring.
また、ショベル100において、コントローラ30は、掘削力EFが所定値を超えている場合で、且つ、ブーム上げ操作が行われている場合には、ブーム上げ操作の操作量に応じた上昇速度よりも大きい上昇速度でブーム4を上昇させてもよい。
In addition, in the excavator 100, when the excavation force EF exceeds a predetermined value and a boom raising operation is being performed, the controller 30 may raise the boom 4 at a raising speed that is greater than the raising speed corresponding to the amount of operation of the boom raising operation.
この構成により、コントローラ30は、ショベル100の操作者がブーム上げ操作及びアーム閉じ操作を含む複合操作を行っている場合にも、ブーム4を適切な上昇速度で上昇させることによってジャッキアップが発生してしまうのを抑制できる。
With this configuration, the controller 30 can prevent jacking up by raising the boom 4 at an appropriate lifting speed, even when the operator of the excavator 100 is performing a combined operation that includes a boom raising operation and an arm closing operation.
また、ショベル100において、掘削力EFが所定値を超えている場合は、図7に示すように、掘削力EFの垂直成分EF1が所定値THを超えている場合であってもよい。尚、垂直成分EF1は、支点(回転中心RC)と作用点(バケット6の先端)とを結ぶ直線(線分L1)に垂直な方向における成分である。
In addition, in the excavator 100, when the excavation force EF exceeds a predetermined value, as shown in FIG. 7, the vertical component EF1 of the excavation force EF may exceed a predetermined value TH. The vertical component EF1 is a component in a direction perpendicular to the straight line (line segment L1) connecting the fulcrum (center of rotation RC) and the point of action (tip of the bucket 6).
この構成により、コントローラ30は、掘削力EFのうちの、ジャッキアップの発生に大きな影響を及ぼす垂直成分EF1の大きさに基づいてブーム4を上昇させるか否かを判定できる。そのため、コントローラ30は、掘削動作の際にジャッキアップが発生してしまうのをより確実に抑制できる。そして、ショベル100は、許容最大掘削力を利用した掘削動作をより確実に実現でき、作業効率をさらに高めることができる。
With this configuration, the controller 30 can determine whether to raise the boom 4 based on the magnitude of the vertical component EF1 of the excavation force EF, which has a significant effect on the occurrence of jacking up. Therefore, the controller 30 can more reliably prevent jacking up from occurring during excavation operations. And the excavator 100 can more reliably perform excavation operations using the maximum allowable excavation force, further improving work efficiency.
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、後述する実施形態に制限されることもない。上述した或いは後述する実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形又は置換等が適用され得る。また、別々に説明された特徴は、技術的な矛盾が生じない限り、組み合わせが可能である。
The above describes preferred embodiments of the present invention in detail. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, nor to the embodiments described below. Various modifications or substitutions can be applied to the above-described or below-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Furthermore, features described separately can be combined as long as no technical contradiction occurs.
例えば、ショベル100は、遠隔操作式のショベルであってもよい。この場合、コントローラ30は、ショベル100の外部にある遠隔操作室に設置される制御装置であってもよい。また、ショベル100は、操作者による操作を必要としない自律式のショベルであってもよい。
For example, the shovel 100 may be a remote-controlled shovel. In this case, the controller 30 may be a control device installed in a remote control room outside the shovel 100. The shovel 100 may also be an autonomous shovel that does not require operation by an operator.