挖掘机以及挖掘机的控制方法_3

文档序号:8905712阅读:来源:国知局
中心RC的第3力的力矩的大小。
[0068]并且,在图4中,距离D4表示挖掘反作用力Fk的作用线与点Ρ6之间的距离。并且,距离D4与挖掘反作用力Fk的大小之积表示绕点Ρ6的第I力的力矩的大小。
[0069]并且,在图4中,距离D5表示连接点Ρ4以及点Ρ5的直线与点Ρ6之间的距离,即闭合斗杆5的斗杆推力Fa的作用线与点Ρ6之间的距离。并且,距离D5与斗杆推力Fa的大小之积表示绕点Ρ6的第2力的力矩的大小。
[0070]在此,假定能够将挖掘反作用力Fk的铅垂成分F !^欲使挖掘机绕旋转中心RC浮起来的力的力矩的大小与欲拉伸动臂缸7的杆7C的力Fb欲使挖掘机绕旋转中心RC浮起来的力的力矩的大小进行替换。此时,绕旋转中心RC的第2力的力矩的大小与绕旋转中心RC的第3力的力矩的大小之间的关系用以下公式(I)表示。
[0071]Fei.D2 = Fr.cos Θ.D2 = Fb.D3......(I)
[0072]并且,可以认为斗杆推力Fa欲使斗杆5绕点Ρ6闭合的力的力矩的大小与挖掘反作用力?1;欲使斗杆5绕点Ρ6打开的力的力矩的大小是平衡的。此时,绕点Ρ6的第I力的力矩的大小与绕点Ρ6的第2力的力矩的大小之间的关系用以下公式(2)以及公式(2) ’表示。另外,记号“/”表示“ + ”(除法记号)。
[0073]Fa.D5 = Fk.D4......(2)
[0074]Fe= Fa.D5/D4......(2),
[0075]并且,根据公式⑴以及公式(2),欲拉伸动臂缸7的杆7C的力Fb用以下公式(3)表不。
[0076]Fb= F Α.D2.D5.cos θ / (D3.D4)......(3)
[0077]并且,如图4的X-X剖视图所示,若将面向动臂缸7的杆侧油室7R的活塞的环状受压面积设为面积Ab,将杆侧油室7R中的工作油的压力设为压力PB,则欲拉伸动臂缸7的杆7C的力匕用Fb=Pb^Ab表示。因此,公式(3)用以下公式⑷以及公式(4)’表示。
[0078]Pb= F A.D2.D5.cos θ / (Ab.D3.D4)......(4)
[0079]Fa= P B.Ab.D3.D4/ (D2.D5.cos θ )......⑷,
[0080]在此,若将机体浮起时欲拉伸动臂缸7的杆7C的力Fb设为力F BMAX,则可以认为重力M *g不使机体浮起来的绕旋转中心RC的第I力的力矩的大小与力Fbmax欲使机体浮起来的绕旋转中心RC的第3力的力矩的大小是平衡的。此时,该2个力的力矩的大小的关系用以下公式(5)表示。
[0081]M.g.Dl = Fbmax.D3......(5)
[0082]并且,若将此时的动臂缸7的杆侧油室7R中的工作油的压力设为为了防止机体浮起而使用的容许最大压力(以下,称为“第I容许最大压力”)PBMAX,则第I容许最大压力Pbmax用以下公式(6)表示。
[0083]Pbmax= M.g.Dl/(A B.D3)......(6)
[0084]并且,距离Dl是常数,距离D2?D5是与挖掘角度Θ相同地根据挖掘附属装置的姿势、即动臂角度Θ1、斗杆角度Θ 2以及铲斗角度Θ 3确定的值。具体而言,距离D2根据动臂角度Θ1、斗杆角度Θ 2以及铲斗角度0 3确定,距离D3根据动臂角度Θ I确定,距离D4根据铲斗角度Θ 3确定,距离D5根据斗杆角度Θ2确定。
[0085]其结果,容许最大压力计算部302能够利用姿势检测部301检测出的动臂角度Θ1和公式(6)计算第I容许最大压力Pbmax。
[0086]并且,动臂缸压力控制部303能够通过将动臂缸7的杆侧油室7R中的压力Pb维持在第I容许最大压力PbmaxW下的规定压力来防止挖掘机的机体浮起。具体而言,在压力Pb达到规定压力时,动臂缸压力控制部303使从杆侧油室7R朝向罐体流出的工作油的流量增大,使压力Pb下降。这是因为,如公式(4)’所示,压力Pb的下降带来斗杆推力下降,并且如公式(2)’所示,带来挖掘反作用力Fk的下降,甚至带来其铅垂成分Fki的下降。
[0087]并且,旋转中心RC的位置是根据回转角度传感器32D的输出确定的。例如,在下部行走体I与上部回转体3之间的回转角度是O度的情况下,下部行走体I与接地面接触的部分中的后端成为旋转中心RC,在下部行走体I与上部回转体3之间的回转角度是180度的情况下,下部行走体I与接地面接触的部分中的前端成为旋转中心RC。并且,在下部行走体I与上部回转体3之间的回转角度是90度或270度的情况下,下部行走体I与接地面接触的部分中的侧端成为旋转中心RC。
[0088]接着,对与用于防止在挖掘作业中机体被拖拽至挖掘地点的控制有关的参数进行说明。
[0089]在挖掘作业中欲使机体沿水平方向移动的力的关系用以下公式(7)表示。
[0090]μ.N 彡 Fk2......(7)
[0091]另外,静止摩擦系数μ表示挖掘机的接地面的静止摩擦系数,垂直阻力N表示相对于挖掘机的重力M.g的垂直阻力,力Fk2表示欲将挖掘机拖拽至挖掘地点的挖掘反作用*FK的水平成分FK2。并且,摩擦力μ.N表示欲使挖掘机静止的最大静止摩擦力,若挖掘反作用力Fk的水平成分Fk2超过最大静止摩擦力μ.N,则挖掘机被拖拽至挖掘地点。另夕卜,静止摩擦系数μ既可以是预先存储于ROM等的值,也可以是根据各种信息动态计算出来的值。在本实施例中,静止摩擦系数μ是操作者经由输入装置(未图示)选择的预先存储的值。操作者根据接地面的状态从多个级别的摩擦状态(静止摩擦系数)选择所期望的摩擦状态(静止摩擦系数)。
[0092]在此,挖掘反作用力Fk的水平成分Fk2用Fk2= Fk ^sin Θ表示,并且根据公式(2) ’,挖掘反作用力匕用?,=?广05/1)4表示,因此公式(7)用以下公式⑶表示。
[0093]μ.M.gSFA.DS.sin Θ /D4......(8)
[0094]并且,如图4的Y-Y剖视图所示,若将面向斗杆缸8的底侧油室8Β的活塞的圆形受压面积设为面积Αα,将底侧油室SB中的工作油的压力设为压力ΡΑ,则斗杆推力?4用F Α=Pa-Aa表示。因此,公式⑶用以下公式(9)表示。
[0095]Paμ.M.g.D4/ (A A.D5.sin Θ )......(9)
[0096]在此,公式(9)的右边与左边相等时的斗杆缸8的底侧油室8B中的工作油的压力Pa相当于能够避免机体被拖拽至挖掘地点的容许最大压力,即相当于为了防止机体被拖拽至挖掘地点而使用的容许最大压力(以下,称为“第2容许最大压力”)ΡΑΜΑΧ。
[0097]根据以上关系,容许最大压力计算部302能够利用姿势检测部301检测出的动臂角度Θ 1、斗杆角度Θ 2、铲斗角度Θ 3以及公式(9)计算第2容许最大压力Pamaj^
[0098]并且,斗杆缸压力控制部304能够通过将斗杆缸8的底侧油室8B中的压力?4维持在第2容许最大压力Pamax以下的规定压力来防止挖掘机的机体被拖拽至挖掘地点。具体而言,在压力Pa达到规定压力时,斗杆缸压力控制部304使从主泵14L流入底侧油室SB的工作油的流量减少,使压力Pa下降。这是因为,压力Pa的下降带来斗杆推力Fa的下降,甚至带来挖掘反作用力Fk的水平成分F ^的下降。
[0099]接着,参考图5,对挖掘支援系统100防止挖掘机的机体浮起且支援复合挖掘作业的处理(以下,称为“第I复合挖掘作业支援处理”)进行说明。另外,图5是示出第I复合挖掘作业支援处理的流程的流程图,挖掘支援系统100的控制器30以规定周期反复执行该第I复合挖掘作业支援处理。
[0100]首先,控制器30的挖掘操作检测部300判定是否为包括动臂提升操作以及斗杆闭合操作的复合挖掘操作中(步骤SI)。具体而言,挖掘操作检测部300根据压力传感器29B的输出检测是否为动臂提升操作中。并且,在检测为动臂提升操作中时,挖掘操作检测部300根据压力传感器31B的输出获取动臂缸7的杆侧油室7R的压力。并且,挖掘操作检测部300根据压力传感器31A、31C的输出计算斗杆缸8的底侧油室8B的压力减去杆侧油室SR的压力而得的压力差。并且,在杆侧油室7R的压力为规定值α以上且计算出的压力差为规定值β以上时,挖掘操作检测部300判定为复合挖掘操作中。
[0101]在挖掘操作检测部300判定不是复合挖掘操作中时(步骤SI的否),控制器30结束本次的第I复合挖掘作业支援处理。
[0102]另一方面,在挖掘操作检测部300判定为复合挖掘操作中时(步骤SI的是),姿势检测部301检测挖掘机的姿势(步骤S2)。具体而言,姿势检测部301根据斗杆角度传感器32Α、动臂角度传感器32Β以及铲斗角度传感器32C的输出检测动臂角度Θ 1、斗杆角度Θ 2以及铲斗角度Θ 3。这是为了能够使控制器30的容许最大压力计算部302导出作用于挖掘附属装置的力的作用线与规定的旋转中心之间的距离。
[0103]之后,容许最大压力计算部302根据姿势检测部301的检测值计算第I容许最大压力(步骤S3)。具体而言,容许最大压力计算部302利用上述公式(6)计算第I容许最大压力Pbmax。
[0104]之后,容许最大压力计算部302将计算出的第I容许最大压力Pbmax以下的规定压力设定为目标动臂缸压力Pbt (步骤S4)。具体而言,容许最大压力计算部302将第I容许最大压力Pbmax减去规定值后的值设定为目标动臂缸压力P BT。
[0105]之后,控制器30的动臂缸压力控制部303对动臂缸7的杆侧油室7R中的工作油的压力Pb进行监控。并且,在随着复合挖掘作业进展而压力P B上升并达到目标动臂缸压力Pbt时(步骤S5的是),动臂缸压力控制部303控制动臂切换阀17B,使动臂缸7的杆侧油室7R的压力Pb降低(步骤S6)。具体而言,动臂缸压力控制部303向电磁比例阀42供给控制电流,使施加于动臂提升操作用先导端口的先
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