挖土机、挖土机的减振方法
【专利摘要】本发明提供一种具备减振功能的挖土机。回转体(4)相对于履带(2)回转。附件(12)安装于回转体(4)。检测以回转体(4)为基准绕俯仰轴即y轴的旋转θy，根据所检测到的旋转，控制附件(12)。
【专利说明】
挖土机、挖土机的减振方法
技术领域
[0001 ]本申请主张基于2015年3月10日申请的日本专利申请第2015-047497号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
[0002]本发明涉及一种挖土机。
【背景技术】
[0003]挖土机具备称为履带的行走体、上部回转体、使上部回转体相对于行走体旋转的回转装置以及安装于上部回转体的附件。液压挖土机中，作为上部回转体的动力、斗杆、动臂以及铲斗的动力，利用液压。
[0004]在作业中，挖土机的车体经由附件受到来自地面和作业对象的反作用力而剧烈振动。以往的挖土机中没有搭载有效的除振(减振)机构，因此一旦产生振动，驾驶员(操作员)需要中断作业直到控制住振动。
[0005]并且，作业中的振动不仅给驾驶员带来不适感，而且由于该振动，有可能导致产生履带滑动，因此从安全性观点出发也不优选。
[0006]专利文献I:日本特开2007-307917号公报
[0007]专利文献2:国际公开第06/033401号小册子
【发明内容】
[0008]本发明是鉴于所涉及的课题而完成的，其一种实施方式的示例性的目的之一为提供一种具备减振功能的挖土机。
[0009]本发明的一种实施方式涉及一种挖土机。挖土机具备:履带；上部回转体，相对于履带回转;附件，安装于上部回转体;俯仰检测部，检测以上部回转体为基准绕俯仰轴的旋转；以及振动校正部，根据俯仰检测部检测的旋转，控制附件。
[0010]通过控制附件的姿势，能够改变挖土机整体的重心位置和/或惯性力矩。因此，通过监控绕俯仰轴的旋转运动，根据该旋转运动控制附件，从而能够抑制振动。
[0011]俯仰检测部检测以上部回转体为基准绕俯仰轴的角度，振动校正部可以根据角度控制附件。
[0012]俯仰检测部检测以上部回转体为基准绕俯仰轴的角速度，振动校正部可以根据角速度控制附件。
[0013]俯仰检测部检测以上部回转体为基准绕俯仰轴的角加速度，振动校正部可以根据角加速度控制附件。
[0014]附件可以包括动臂、斗杆、铲斗。振动校正部可以在铲斗的位置处于规定范围内的限制条件下控制附件。
[0015]由此，能够防止铲斗为了除振控制而乱动的现象。
[0016]另外，在方法、装置、系统等之间互相替换以上的构成要件的任意组合或本发明的构成要件或表现的方式，也作为本发明的有效方式。
[0017]发明效果
[0018]根据本发明，能够抑制挖土机的振动。
【附图说明】
[0019]图1是表示作为实施方式的施工机械的一例的挖土机的外观的立体图。
[0020]图2是说明实施方式的挖土机的减振原理的图。
[0021 ]图3是实施方式的挖土机的控制框图。
[0022]图4是表示挖土机的坐标系的外观图。
[0023]图5是振动校正部的框图。
[0024]图6是表示具备图5的振动校正部的挖土机的动作的图。
[0025]图7是实施方式的挖土机的电系统或液压系统等的框图。
[0026]图8是第I变形例的振动校正部的框图。
[0027]图中:1-挖土机，2-履带，2A、2B-行走液压马达，3_回转机构，4_回转体，4a_驾驶室，5-动臂，6-斗杆，7-动臂缸，8-斗杆缸，9-铲斗缸，10-铲斗，11-引擎，12-附件，14-主栗，15-先导栗，16-高压液压管路，17-控制阀，21-回转液压马达，25-先导管路，26-操作装置，27、28-液压管路，29-压力传感器，30-控制器，31-电磁比例阀，40-中心，42-重心，500-液压驱动器，502-驱动构件，504-俯仰检测部，510-振动校正部，511-重心运算部，512、514-乘法器，516、518-积分器，520-转换部，530-传感器，S 1-旋转信息。
【具体实施方式】
[0028]以下，根据优选实施方式，参考附图对本发明进行说明。对各附图所示的相同或者同等的构成要件、部件、处理附加相同符号，适当省略重复的说明。并且，实施方式并非限定发明，而只是例示，实施方式中叙述的所有特征或其组合未必限定为本发明的本质。
[0029]本说明书中，“部件A与部件B连接的状态”除了部件A与部件B物理地直接连接的情况以外，还包括部件A与部件B实际上不影响该些部件之间的电连接状态，或者不损害通过该些部件的结合而能够发挥的功能或效果的经由其他部件的间接连接的情况。
[0030]图1是表示作为实施方式的施工机械的一例的挖土机I的外观的立体图。挖土机I主要具备履带(也称为行走机构)2以及上部回转体(以下，也简称为回转体)4，所述上部回转体4经由回转机构3转动自如地搭载于履带2的上部。
[0031]回转体4上安装有动臂5、斗杆6以及铲斗10，所述斗杆6环形连接于动臂5的前端，所述铲斗10环形连接于斗杆6的前端。铲斗10是用于捕获砂土、钢材等吊物的设备。动臂5、斗杆6以及铲斗10统称为附件12，分别通过动臂缸7、斗杆缸8以及铲斗缸9被液压驱动。并且，回转体4上设置有用于容纳驾驶员的驾驶室4a和用于产生液压的引擎11等动力源，驾驶员操作铲斗1的位置或励磁动作以及释放动作。引擎11例如由柴油引擎构成。
[0032]图2是说明实施方式的挖土机的减振原理的图。
[0033]考虑以任意点40为中心的挖土机I的振动。定义以该点40为中心的角度Φ。用(i)表示初期状态下的车体的倾斜度Φ以及附件12的状态。
[0034]考虑车体因来自附件12的反作用力，具有绕俯仰轴的力矩(角运动量)，倾斜度Φ从⑴变化至(i i)的情况。此时，挖土机I将附件12的姿势改变为振动变小的状态(i i)。
[0035]更具体而言，检测以回转体4为基准绕俯仰轴(y)的旋转。而且，以消除与绕俯仰轴(y)的旋转对应的振动的方式控制附件12。另外，图2所示的附件12的姿势只是一例。
[0036]根据该挖土机1，通过改变附件12的位置、姿势，向消除挖土机I的振动的方向改变挖土机I整体的重心位置42和/或改变惯性力矩，由此能够抑制振动。
[0037]另外，优选挖土机I以实质上不使铲斗10位移的方式，换言之，在其坐标(x，y，z)处于规定范围内的限制条件下控制附件12 ο在这里的铲斗10的位置X、y、z是指以旋转体4的规定位置(例如动臂5的旋转轴)为基准的相对坐标，而并非θ3。规定范围可以以开始除振控制的时刻的铲斗10的位置为基准来确定。通过设置这种限制条件，无需较大改变铲斗10的位置，就可以实现除振，能够防止铲斗10乱动。
[0038]在上述减振中可以利用各种力学现象、机理。例如，可以以消除振动的方式，通过附件12产生逆向振动来抑制振动。
[0039]或者，可以利用与秋千的类推来说明的原理。摇秋千时，在角速度成为最大的最下点的时刻站立，重心变高。并且在角速度成为零的最上点(振动的两端)蹲下，重心变低。若重复该运动，则振幅放大。实施方式的挖土机I中，通过进行与其相反的运动，能够衰减振动。
[0040]接着，对挖土机I的框图进行说明。图3是实施方式的挖土机I的控制框图。挖土机I具备液压驱动器500、驱动构件502、俯仰检测部504以及振动校正部510。各块的功能通过电或机械、或者其组合来实现，不限定各块的结构以及功能的实现方法。
[0041]液压驱动器500为驱动图1的附件12的驱动器，具体而言，包括动臂缸7、斗杆缸8以及铲斗缸9。实际上，独立进行动臂缸7、斗杆缸8、铲斗缸9的控制，但在这里简化而作为一个fe制系统来表不。
[0042]在这里说明挖土机I的坐标系。图4是表示挖土机I的坐标系的外观图。回转体4相对于履带2绕回转轴回转。以回转体4为基准，定义棍轴X、俯仰轴y、偏航轴z(坐标系x，y，z)。将以回转体4为基准绕俯仰轴(y轴)的旋转角度定义为θγ，将角速度定义为ωγ，将角加速度定义为《y’。
[0043]并且，定义表示动臂5、斗杆6、铲斗10各自的位置的角度坐标是Q1-Q3的组合即表示附件12整体的位置(姿势)。
[0044]回到图3。俯仰检测部504检测以回转体4为基准绕俯仰轴Y的旋转，并输出旋转信息SI。旋转信息SI可以为角度θγ、角速度ωγ、角加速度ω/的任意，或者它们的任意组合。作为俯仰检测部504可以利用陀螺仪传感器。
[0045]振动校正部510接收旋转信息SI，基于俯仰检测部504检测的旋转以及根据驾驶员的操作输入的附件12的控制值0CNT，控制附件12。控制值0CNT包括基于驾驶员的动臂、斗杆、?产斗各自的操作指令Qcnti?9cnt3o
[0046]振动校正部510接收控制值0CNT，并校正控制值，从而消除振动地生成该值，输出校正后的控制值(指令值)0REF。指令值0REF也可以包含与动臂轴(0山斗杆轴(θ2)、铲斗轴(θ3)各自对应的值(Qrefi，9ref2，9ref3 )。优选振动校正部510以|产斗1的坐标处于规定范围的方式生成指令值Gref。
[0047]驱动构件502根据振动校正部510所生成的指令值0REF来控制液压驱动器500。
[0048]图5是振动校正部510的框图。振动校正部510的一部分或者全部可以主要由CPU等运算构件来构成。
[0049 ]该构成例中，振动校正部510以消除挖土机I的振动的方式控制挖土机I的重心的X坐标、Z坐标。并且，在该例子中，作为旋转信息SI利用角速度ω y。
[0050]表示角速度ωγ的旋转信息SI输入至振动校正部510中。重心运算部511根据旋转信息SI，以消除振动的方式运算挖土机I的重心的X坐标、Z坐标。
[0051 ] 例如，振动校正部510可以包括乘法器512、514和积分器516、518，所述乘法器512、514将角速度ω y与系数(增益)Kx、Ky相乘，所述积分器516、518对乘法器512、514的输出进行积分，并生成重心的目标值Xref、Zref。
[0052]转换部520以挖土机I的重心位置成为坐标XREf，ZREf的方式生成指示附件12位置的指令值0REF。控制值0CNT的生成根据具有3自由度(Q1^3)的附件12的机构的反向运动学来进行。转换部520中输入有驾驶员的操作输入9CNTl?0CNT3，转换部520可以以从9CNTl?0CNT3的位移变小的方式生成指令值GREF1NeREF3c3并且，优选转换部520在铲斗10的位置实际上不变化的限制条件下，生成指令值9REFl?0REF3。
[0053]转换部520在不进行减振时，将操作指令Qcnti?9cnt3直接作为指令值Qrefi?9ref3来输出即可。
[0054]驱动构件502包括生成表示附件12的当前状态的反馈值0FB的传感器530。驱动构件502以反馈值ΘΡΒ接近指令值0REF的方式控制附件12的缸体。
[0055]减法器532生成9REF与0FB的误差Δ Θ。乘法器534通过误差Δ Θ与系数K的相乘，生成速度指令《REF。即、图5的驱动构件502可以理解为进行P控制的构件。当然，转换部520可以通过PI控制或PID控制来控制缸体。对动臂轴、斗杆轴、铲斗轴分别进行该反馈控制。
[0050]以上是振动校正部510的构成例。接着，对该动作进行说明。
[0057]图6是表示具备图5的振动校正部510的挖土机I的动作的图。图6中示出旋转角0y、角速度ωγ、重心目标位置XREF、ZREF、附件12的状态0CNT。实线是不进行除振控制情况下的旋转角Gy的波形，单点划线是进行除振控制时的旋转角Gy的波形。
[0058]若以某一0\产生振动，则通过俯仰检测部504检测角速度ωγ。重心运算部511运算重心的目标位置Xref、Zref。转换部520以重心成为目标位置Xref、Zref的方式生成指令值9ref。图6中控制值0REF简略表不为一维，但实际上控制值Qref为三维。通过该控制，振动Qy以单点划线所示的方式而被抑制。
[0059]接着，对挖土机I整体的结构进行说明。
[0060]图7是实施方式的挖土机I的电力系统或液压系统等的框图。另外，图7中，用双重线表示机械传递动力的系统，用粗实线表示液压系统，用虚线表示操纵系统，用细实线表示电力系统。
[0061]作为机械式驱动部的引擎11连接于作为液压栗的主栗14及先导栗15。主栗14上经由高压液压管路16连接有控制阀17。另外，向液压驱动器供给液压的液压回路设置成双系统，这种情况下，主栗14包括2个液压栗。本说明中为了便于理解，对主栗为单系统的情况进行说明。
[0062]主栗14上经由高压液压管路16连接有控制阀17。控制阀17为进行挖土机I中的液压系统的控制的装置。控制阀17上除了连接有用于驱动图1所示的的履带2的行走液压马达2A及2B以外，经由高压液压管路连接有动臂缸7、斗杆缸8以及铲斗缸9，控制阀17根据驾驶员的操作输入控制供给至这些缸体的液压。
[0063]控制阀17为进行挖土机I中的液压系统的控制的装置。控制阀17上除了连接有用于驱动图1所示的履带2的液压马达(行走液压马达)2A及2B以外，经由高压液压管路连接有动臂缸7、斗杆缸8以及铲斗缸9，控制阀17根据驾驶员的操作输入控制供给至这些缸体的液压。
[0064]并且，用于驱动回转机构3的回转液压马达21连接于控制阀17。回转液压马达21经由回转控制装置的液压回路连接于控制阀17，但图7中未示出回转控制装置的液压回路，而进行了简化。
[0065]先导栗15上经由先导管路25连接有操作装置26(操作构件)。操作装置26为用于操作履带2、回转机构3、动臂5、斗杆6以及铲斗10的操作装置，并由驾驶员进行操作。操作装置26上经由液压管路27连接有控制阀17，并且，经由液压管路28连接有压力传感器29。
[0066]操作装置26将通过先导管路25供给的液压(初级侧的液压)转换为与驾驶员的操作量对应的液压(次级侧的液压)来输出。从操作装置26输出的次级侧的液压通过液压管路27供给至控制阀17的同时，通过压力传感器29被检测。另外，图7中由I条线绘出液压管路27，但实际上存在左行走液压马达、右行走液压马达、各自回转的控制指令值的液压管路。
[0067]操作装置26包括3个输入装置26A?26C。输入装置26A?26C为踏板或者操纵杆，输入装置26A?26C经由液压管路27及28分别连接于控制阀17及压力传感器29。压力传感器29连接于进行电力系统的驱动控制的控制器30。本实施方式中，输入装置26A作为回转操作杆发挥作用，输入装置26B作为附件的操作杆发挥作用。输入装置26C为行走用操纵杆或者踏板。
[0068]控制器30为进行挖土机的驱动控制的主控制部。控制器30由包括CPlKCentralProcessing Unit)及内部存储器的运算处理装置构成，CPU通过执行存储于内部存储器的驱动控制用程序来实现。
[0069]控制器30输入有来自俯仰检测部504的旋转信息Qy、来自传感器530的附件23的位置信息9fb、来自压力传感器29的操作指令9cnt。
[0070]该控制器30中安装有图2的振动校正部510，通过数字运算生成指示附件12的状态的指令值0REF。而且，控制器30中安装有图5所示的驱动构件502的一部分，作为动臂轴、斗杆轴、铲斗轴的速度指令值《REF输出。
[0071]先导管路25经过切换阀32分支为电磁比例阀31。电磁比例阀31相当于电力系统与液压系统的接口。电磁比例阀31可以电控制其斜板角度，将来自先导管路2 5的液压转换为与来自控制器3O的控制信号ω ref对应的液压并输出。电磁比例阀31可以为减压比例阀。实际上按附件12的3轴设置电磁比例阀31。控制阀17根据来自电磁比例阀31的液压管路的压力控制动臂缸7、斗杆缸8、铲斗缸9。
[0072]以上为挖土机I整体的框图。
[0073]以上，根据实施例对本发明进行了说明。本领域技术人员可以理解，本发明不限定于上述实施方式，可以进行各种设计变更，可以实现各种变形例，并且这些变形例也属于本发明的范围。以下，对这样的变形例进行说明。
[0074](第I变形例)
[0075]图8是第I变形例的振动校正部510a的框图。
[0076]该变形例中，作为旋转信息SI利用角度0\。重心运算部51Ia包括乘法器512a、514a，所述乘法器512a、514a将角度θγ与系数Kx、Ky相乘，并生成重心的目标坐标Xref，Zref。通过该构成例也可以抑制振动。
[0077](第2变形例)
[0078]重心运算部511可以根据角加速度ω/控制重心的X坐标、Z坐标，来代替角速度ω y、角度9y。
[0079](第3变形例)
[0080]重心运算部511可以根据角速度ωγ、角度θγ、角加速度ω/的任意组合，来对重心坐标进行运算。该情况下，合成根据角速度ωγ、角度θγ、角加速度ω/计算的重心坐标即可。
[0081](第4变形例)
[0082]振动校正部510可以具备惯性力矩运算部，来代替重心运算部511。惯性力矩运算部控制挖土机I的惯性力矩，来抑制振动。该情况下，转换部520以获得由惯性力矩运算部运算的惯性力矩的方式生成指令值9REF即可。
[0083](第5变形例)
[0084]实施方式中，根据液压挖土机进行了说明，但本发明也可以适用于回转中利用电动机的混合挖土机。
[0085]根据实施方式，利用具体的语句对本发明进行了说明，但实施方式仅示出本发明的原理、应用，可以在不脱离权利要求书所规定的本发明的思想的范围内，对实施方式施以多种变形例或配置的变更。
【主权项】
1.一种挖土机，其特征在于，具备: 履带； 上部回转体，相对于履带回转； 附件，安装于所述上部回转体； 俯仰检测部，检测以所述上部回转体为基准绕俯仰轴的旋转；以及 振动校正部，根据所述俯仰检测部检测的旋转，控制所述附件。2.根据权利要求1所述的挖土机，其特征在于， 所述俯仰检测部检测以所述上部回转体为基准绕俯仰轴的角度， 所述振动校正部根据所述角度控制所述附件。3.根据权利要求1或2所述的挖土机，其特征在于， 所述俯仰检测部检测以所述上部回转体为基准绕俯仰轴的角速度， 所述振动校正部根据所述角速度控制所述附件。4.根据权利要求1至3中任一项所述的挖土机，其特征在于， 所述俯仰检测部检测以所述上部回转体为基准绕俯仰轴的角加速度， 所述振动校正部根据所述角加速度控制所述附件。5.根据权利要求1至3中任一项所述的挖土机，其特征在于， 所述附件包括动臂、斗杆以及铲斗， 所述振动校正部在所述铲斗的位置处于规定范围内的限制条件下，控制所述附件。6.—种减振方法，其为具备履带、上部回转体以及附件的挖土机的减振方法，其特征在于，具备如下步骤: 检测以所述上部回转体为基准绕俯仰轴的旋转，以及 俯仰轴控制所述附件，以消除绕所述俯仰轴的旋转运动。
【文档编号】E02F3/36GK105971042SQ201610054809
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年1月27日
【发明人】冈田纯, 冈田纯一, 伊藤匠
【申请人】住友重机械工业株式会社