JP3443018B2 - 流体輸送用ブーム装置 - Google Patents
流体輸送用ブーム装置Info
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Description
に関し、特にその振動防止に関するものである。
ポンプ車を示す。車本体2には、流体であるコンクリー
トを送り出すポンプ(図示せず)が設けられている。ま
た、車本体2には、ブーム4が回動可能に固定されてい
る。ブーム4は、関節部12、14、16によって回動
可能な第1ブーム6、第2ブーム8、第3ブーム10を
備えている。各ブーム6、8、10に沿ってパイプ24
が設けられており、その根元は送り出しポンプに接続さ
れ、先端部は吐出口26となっている。
8、20、22の伸縮を制御することにより、所望の位
置に吐出口26をセッテイングすることができる。その
後、送り出しポンプを作動させれば、コンクリートを吐
出口26から排出することができる。つまり、広い範囲
を対象として、コンクリート打設の作業を行うことがで
きる。
トン式のポンプやスクイズ式のポンプが用いられてい
る。ピストン式の送り出しポンプは、往復動する2つの
ピストンによって流体を送り出すものである。また、ス
クイズ式の送り出しポンプは、ゴムチューブを押しつぶ
しながら回転するローラによって、流体を送り出すもの
である。いずれの方式においても、流体に脈動が生じ、
この脈動によってブームが大きく振動するおそれがあっ
た。このようにブームが大きく振動すると、吐出口26
が動き、流体を所望の位置に吐出できなくなるおそれが
あった。また、振動によって、ブーム装置の疲労が大き
くなり、寿命が短くなるおそれもあった。このような振
動を抑制するため、特開平5−141086号公報や特
開平5−230999号公報に開示されるような装置が
提案されている。いずれの装置も、ブームの脈動を検出
し、この脈動と逆位相(つまり180度の位相差で)の
振動が生じるようにブームの駆動ピストンの油圧を制御
するものである。これにより、振動を抑えるようにして
いる。
ような従来の装置には次のような問題点があった。
えた場合の、先端部における振動振幅のゲイン(先端部
の振動振幅/与えた振動振幅)と位相の変化を、図10
に示す。周波数を徐々に上げて行くと、周波数faにお
いて共振する(1次共振モード)。この時の振動形態
は、図11Aに示すとおりである。なお、ここでは、ブ
ームを、車本体2に固定された片持梁として扱ってい
る。同様に、周波数fbにおいて共振し(2次共振モー
ド)、図11Bのような振動形態となる。さらに、周波
数fcにおいて共振し(3次共振モード)、図11Cの
ような振動形態となる。
fa,fb,fcおよびその間の***振点において、急
激に位相が180度変化する。このため、上記のような
従来の装置では、共振点や***振点付近において、振動
抑制制御を行うことは極めて困難であった。なぜなら、
わずかに周波数が変るだけで位相が180度変化するた
め、フィードバック制御の応答が遅れると、かえって、
振動増加をもたらすおそれがあるからである。つまり、
従来の装置では、確実に振動を抑制することが困難であ
るという問題点があった。
て、ブームの振動を抑えた流体輸送用ブーム装置を提供
することを目的とする。
用ブーム装置は、前記輸送路を流れる流体の脈動による
前記ブームの振動に対して、少なくとも下記(1)に示す
バネ作用または下記(2)に示すダンパ作用のいずれかを
生じるように、駆動手段の駆動力を制御する制御手段を
設けたことを特徴としている、(1) 前記輸送路を流れ
る流体の脈動により生じる共振周波数を、前記輸送路を
流れる流体の脈動周波数からずらすバネ作用、(2) 前
記輸送路を流れる流体の脈動により生じる共振周波数付
近でのゲインを小さくするダンパ作用。
制御手段が、前記関節部の回動変位、回動速度もしくは
回動加速度のうち少なくとも一つを直接または関接的に
検出する変動検出手段、前記駆動手段の駆動力を検出す
る駆動力検出手段、変動検出手段によって検出した変動
に基づいて、目標駆動力を演算し、駆動指令として出力
する演算手段、駆動力検出手段によって検出された駆動
力が駆動指令として与えられた目標駆動力に合致するよ
うに、駆動手段への駆動力供給を調整する駆動力調整手
段、を備えていることを特徴としている。
路を流れる流体の脈動によるブームの振動に対して、共
振周波数を流体の脈動周波数からずらすバネ作用または
共振周波数付近でのゲインを小さくするダンパ作用を生
じするように、駆動手段の駆動力を制御する制御手段を
設けたことを特徴としている。ダンパ作用によって、ブ
ームの振動に対する減衰率を大きくし、振動を抑えるこ
とができる。また、バネ作用によってブームの共振周波
数を変化させ、ブームの共振周波数を流体の脈動周波数
からずらせることによって、ブームの振動を抑えること
ができる。
制御手段が、前記関節部の回動変位、回動速度もしくは
回動加速度のうち少なくとも一つを直接または関接的に
検出する変動検出手段、前記駆動手段の駆動力を検出す
る駆動力検出手段、変動検出手段によって検出した変動
に基づいて、目標駆動力を演算し、駆動指令として出力
する演算手段、駆動力検出手段によって検出された駆動
力が駆動指令として与えられた目標駆動力に合致するよ
うに、駆動手段への駆動力供給を調整する駆動力調整手
段を備えていることを特徴としている。したがって、シ
リンダへの圧力供給を調整することにより、バネ作用お
よびダンパ作用を与えることができる。
用ブーム装置を適用したコンクリートポンプ車を示す。
車本体2には、流体であるコンクリートを送り出す送出
手段であるスクイズポンプ(図示せず)が設けられてい
る。また、車本体2には、基部関節部12によって、ブ
ーム4が回動可能に固定されている。つまり、駆動点3
2を中心として上下方向αに回転可能であるとともに、
ベース30が水平方向βにも旋回可能であるように取り
付けられている。なお、ブーム4を上下に駆動するの
は、駆動手段であるシリンダ18である。
ーム8、第3ブーム10を備えており、中間関節部1
4、16によって回動可能に接続されている。各ブーム
6、8、10に沿ってパイプ24が設けられており、そ
の根元はスクイズポンプに接続され、先端部は吐出口2
6となっている。
8、20、22の伸縮を制御することにより、ブーム4
の姿勢を変え、所望の位置に吐出口26をセッテイング
することができる。その後、スクイズポンプを作動させ
れば、コンクリートを吐出口26から排出することがで
きる。つまり、広い範囲を対象として、コンクリート打
設の作業を行うことができる。
手段の部分を示す。この実施例では、基部関節部12
に、変位に比例した力を作用させるバネ作用、変位速度
に比例した力を作用させるダンパ作用を与えるようにし
ている。オイルタンク40とシリンダ18との間には、
電磁サーボ弁44、オイルポンプ42が設けられてい
る。
うに動作する。電磁サーボ弁44をCPU50によって
制御し、シリンダ18の圧力を変え、第1ブーム6の角
度を所望の角度にする。第2ブーム8、第3ブーム10
についても同様である。このようにして、ブーム4を所
望の姿勢に制御することができる。
動抑制の動作について説明する。シリンダ18のストロ
ークxを検出する変動検出手段である位置センサ52が
設けられ、その出力はCPU50に与えられている。ま
た、シリンダ18の圧力を検出する圧力センサ54が設
けられ、その出力はサーボアンプ48に与えられてい
る。
ックされていない。したがって、ブーム4に振動が発生
すると、これに応じてシリンダ18が移動し、そのスト
ロークxに変動が生じる。センサ52は、このストロー
クxを検出し、CPU50に与える。CPU50は、与
えられたストロークxを取り込んで、目標駆動力である
目標圧力Fを下式にしたがって演算する。
よびcは係数であり、x0は非加振時のシリンダ長であ
り、xは加振時のシリンダ長であり、x’はシリンダ移
動速度である。なお、シリンダ移動速度x’は、シリン
ダ長xの変化を時間で割ることによって得ている。
指令としてサーボアンプ48に与える。サーボアンプ4
8には、現在のシリンダ18の圧力も与えられている。
サーボアンプ48は、両者の差に応じた出力を、電磁サ
ーボ弁44に与え、シリンダ18の圧力を目標圧力Fに
一致するように制御する。すなわち、シリンダ18の圧
力よりも目標圧力Fの方が小さければオイルタンク40
からオイルを供給し、シリンダ18の圧力よりも目標圧
力Fの方が大きければオイルタンク40にオイルを排出
するように制御を行う。したがって、シリンダ18の圧
力は、CPU50によって演算された目標圧力Fに等し
くなるよう制御される。
−k・(x−x0)−c・x’となるように制御するこ
との意味は、次のとおりである。電磁サーボ弁44をブ
ロックした場合の圧力はF0である。したがって、上記
制御により付加された圧力Ffは、Ff=−k・(x−x
0)−c・x’である。ここで、x−x0は変位量である
から、−k・(x−x0)は、バネ定数kのバネ要素で
ある。また、−c・x’は、ダンパ係数cのダンパ要素
である。つまり、上式にしたがってシリンダ18の圧力
を制御することにより、図3に示すように、シリンダ1
8にバネ作用60、ダンパ作用62を持たせることがで
きる。
54、位置センサ52、サーボアンプ48、電磁サーボ
弁44によって制御手段が構成されている。
の、周波数特性を示す。バネ作用によって、共振周波数
faが、破線で示すように、低い側へ移動している。上
記バネ定数kを調整することにより、この移動量を制御
することができる。したがって、定数kを選択すること
により、共振周波数faを、スクイズポンプの駆動周波
数(すなわち流体の脈動周波数)からずらして、振動を
小さく抑えることができる。また、ダンパ作用によっ
て、共振周波数付近でのゲインが小さくなっており、こ
の点でも振動を抑えることができる。なお、位相の周波
数特性も、共振点付近での急激な変化がなくなり、なめ
らかに連続した変化となっている。
勢変更を行う際には、電磁弁70を制御し、シリンダ1
8の圧力を変え、第1ブーム6の角度を所望の角度にす
る。第2ブーム8、第3ブーム10についても同様であ
る。このようにして、ブーム4を所望の姿勢に制御する
ことができる。
持たせるために、シリンダ18の他に補助シリンダであ
る増圧シリンダ72を設けている。位置センサ84は、
増圧シリンダ72のストロークを検出し、CPU50に
与えている。増圧シリンダ72とシリンダ18のストロ
ークには、増圧比による一定の関係がある。したがっ
て、CPU50は、増圧シリンダ72のストロークに基
づいて、シリンダ18のストロークを演算する。このス
トロークxに基づいて、上記(1)式の演算を行い、シリ
ンダ18の目標圧力Fを算出する。CPU50は、この
目標圧力Fを、補助駆動指令として、サーボアンプ82
に出力する。
74によって検出された、現在のシリンダ18の圧力も
与えられている。サーボアンプ82は、両者の差に応じ
た出力を、電磁サーボ弁76に与え、シリンダ18の圧
力を目標圧力Fに一致するように制御する。すなわち、
シリンダ18の圧力よりも目標圧力Fの方が小さければ
オイルタンク80からオイルを供給し、シリンダ18の
圧力よりも目標圧力Fの方が大きければオイルタンク8
0にオイルを排出するように制御を行う。したがって、
シリンダ18の圧力は、CPU50によって演算された
目標圧力Fに等しくなるよう制御される。
得ることができる。さらに、図5の実施例によれば、電
磁サーボ弁76の制御に異常をきたしても、その影響は
電磁サーボ弁76のストロークの範囲内にとどまる。つ
まり、ブーム4が広範囲にわたって異常動作をするおそ
れがない。
を検出することにより関節部の回動変位を関間接的に検
出している。しかしながら、ブームの角度(図2のθ参
照)を検出することによって直接的に関節部の回動変位
を検出してもよい。
を検出し、これに基づいて目標駆動力を演算している
が、速度センサや加速度センサを用いて、回動速度や回
動加速度を検出し、これに基づいて目標駆動力を演算し
てもよい。さらに、これらを組合せて目標駆動力を演算
するようにしてもよい。
油圧シリンダを用いているが、その他のシリンダを用い
てもよい。さらに、油圧モータ、電動モータを駆動手段
として用いてもよい。
において、上記の制御を行うようにしているが、中間関
節部14、16において行うようにしてもよい。また、
双方で行ってもよい。ただし、片持ち梁の振動は、図1
1に示すように、1次、2次、3次・・・のいずれのモ
ードにおいても、根元部分(すなわち基部関節部12)
が振動の腹となる。したがって、上記実施例のように基
部関節部12において制御を行えば、全モードの振動に
対する対応が容易となる。
るブーム装置について説明したが、伸縮ブームを有する
ような中間関節部を持たないブーム装置についても適用
できる。
スクイズポンプを用いたが、ピストンポンプを用いても
よい。
作用の双方を付加しているが、いずれか一方だけを与え
るようにしてもよい。
示す。この実施例では、図1または図5の実施例による
制御に加えて、より積極的に振動抑制の制御を行うよう
にしている。上記の各実施例では、CPU50は、位置
センサ84(52)の出力したシリンダストローク量か
ら目標圧力Fを得ていた。これに対し、この実施例で
は、CPU50は、スクイズポンプ90の送り出し信号
である作動信号uも加味して、目標圧力Fを得るように
している。その、演算式は、次のとおりである。F=F
0−k・(x−x0)−c・x’−G・C-1・u・・・・
(2)ここで、Gは作動信号uが無いときのスクイズポン
プ90からブーム4の先端までの伝達関数(またはこれ
を同定したもの)である(図7の模式図参照)。Cは作
動信号uが無いときのシリンダ18からブーム4の先端
までの伝達関数(またはこれを同定したもの)である
(図7の模式図参照)。
動作するので、コンクリートの脈動はこの作動信号uに
依存する。したがって、作動信号uおよび伝達関数Gが
与えられれば、ブーム4先端の振動を演算することがで
きる。この演算された振動に対して、逆位相の振動(逆
相加振力)を与えることができれば、振動を十分に抑え
ることが可能である。したがって、逆の振動がブーム4
先端に生じるように、伝達関数Cを用いて、シリンダ1
8に与えるべき振動(すなわち圧力変化)を演算すれば
よい。これが、上記の式(2)である。
ンパ作用により位相の周波数特性がなめらかに変化する
ようになっているので、逆位相の振動を与えることは、
従来に比べて格段に容易である。また、伝達関数G、C
は、予め、振動試験機等によって測定しておいて用い
る。
端部に取り付けた振動検出手段である加速度センサ98
の信号を用いて、これをエラー信号として、式(2)の
G、Cをリアルタイムに修正するようにしてもよい。こ
れにより、ブーム4の姿勢変化やコンクリートの混合比
の変化等によって、予想していた伝達関数G、Cが変化
しても、リアルタイムに対応でき、確実に振動を抑制す
ることができる。つまり、図8の模式図に示すように、
Wの伝達特性を有する適応フィルタを用いるとともに、
エラー信号に基づきLMSアルゴリズムによってその伝
達特性を変化させるようにしている。
ートである場合を説明したが、その他の流体にも適用す
ることができる。
は、前記制御手段に補助シリンダを設け、補助シリンダ
への圧力供給を調整するようにしている。駆動手段を直
接制御しないので、制御異常が生じても、ブームの異常
動作が補助シリンダによる駆動範囲内おさまり、安全性
が高い。
ネ作用またはダンパ作用に基づく制御力に伝送手段の送
出信号uを用いた逆相加振力を加えて目標駆動力を得る
ことを特徴としている。したがって、より確実に先端部
の振動を抑えることができる。 この実施例の流体輸送
用ブーム装置は、ブーム先端に振動検出手段を設けて振
動信号を得るとともに、検出された振動信号に基づい
て、逆加振力を演算する際に用いる伝達関数G・Cー1を
リアルタイムに修正することを特徴としている。したが
って、さらに確実に先端部の振動を抑えることができ
る。
は、輸送路を流れる流体の脈動によるブームの振動に対
して、共振周波数を流体の脈動周波数からずらすバネ作
用または共振周波数付近でのゲインを小さくするダンパ
作用を生じするように、駆動手段の駆動力を制御する制
御手段を設けたことを特徴としている。ダンパ作用によ
って、ブームの振動に対する減衰率を大きくし、振動を
抑えることができる。また、バネ作用によってブームの
共振周波数を変化させ、ブームの共振周波数を流体の脈
動周波数からずらせることによって、ブームの振動を抑
えることができる。
検出手段によって関節部の変動を検出し、検出した変動
に基づいて目標駆動力を演算し、駆動手段へ駆動指令と
して与えるようにしている。したがって、駆動手段への
駆動力供給を調整することにより、バネ作用およびダン
パ作用を与えることができる。
段を示す図である。
リート車に適用した場合の外観を示す図である。
示す図である。
ある。
図である。
図である。
ある。
ある。
Claims (3)
- 【請求項1】基部関節部によって本体に対して回動可能
に固定されるブーム、 前記ブームに保持され、送出手段によって送り込まれた
流体を輸送して先端部から排出する輸送路、 前記基部関節部に設けられ、ブームの駆動点を上下方向
に駆動する駆動手段、を備えた流体輸送用ブーム装置に
おいて、 前記輸送路を流れる流体の脈動による前記ブームの振動
に対して、少なくとも下記(1)に示すバネ作用または下
記(2)に示すダンパ作用のいずれかを生じるように、駆
動手段の駆動力を制御する制御手段を設けたことを特徴
とする流体輸送用ブーム装置、(1) 前記輸送路を流れる流体の脈動により生じる共振
周波数を、前記輸送路を流れる流体の脈動周波数からず
らすバネ作用、 (2) 前記輸送路を流れる流体の脈動により生じる共振
周波数付近でのゲインを小さくするダンパ作用。 - 【請求項2】基部関節部によって本体に対して回動可能
に固定され、全長に対する中間部に中間関節部を有する
ブーム、 前記ブームに保持され、送出手段によって送り込まれた
流体を輸送して先端部から排出する輸送路、 前記基部関節部および前記中間関節部に設けられ、ブー
ムの駆動点を上下方向に駆動する駆動手段、 を備えた流体輸送用ブーム装置において、 前記輸送路を流れる流体の脈動による前記ブームの振動
に対して、少なくとも下記(1)のバネ作用または下記(2)
のダンパ作用のいずれかを生じるように、前記関節部の
少なくとも一つに、駆動手段の駆動力を制御する制御手
段を設けたことを特徴とする流体輸送用ブーム装置、(1) 前記輸送路を流れる流体の脈動により生じる共振
周波数を、前記輸送路を流れる流体の脈動周波数からず
らすバネ作用、 (2) 前記輸送路を流れる流体の脈動により生じる共振
周波数付近でのゲインを小さくするダンパ作用。 - 【請求項3】請求項1または2の流体輸送用ブーム装置
において、 前記制御手段は、 前記関節部の回動変位、回動速度もしくは回動加速度の
うち少なくとも一つを直接または関接的に検出する変動
検出手段、 前記駆動手段の駆動力を検出する駆動力検出手段、 変動検出手段によって検出した変動に基づいて、目標駆
動力を演算し、駆動指令として出力する演算手段、 駆動力検出手段によって検出された駆動力が駆動指令と
して与えられた目標駆動力に合致するように、駆動手段
への駆動力供給を調整する駆動力調整手段、 を備えていることを特徴とする流体輸送用ブーム装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36619498A JP3443018B2 (ja) | 1994-01-31 | 1998-12-24 | 流体輸送用ブーム装置 |
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JP36619498A JP3443018B2 (ja) | 1994-01-31 | 1998-12-24 | 流体輸送用ブーム装置 |
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JP36619498A Expired - Lifetime JP3443018B2 (ja) | 1994-01-31 | 1998-12-24 | 流体輸送用ブーム装置 |
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