JP4565709B2 - 施工機の制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、撹拌翼等の施工具を油圧モータにより回転させて地盤の改良を行う際に、油圧モータを制御する施工機の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、特開平11−311080号公報にあるように、オーガスクリューを回転させながら地中に押し込み、杭孔を掘削する施工機が知られている。このような施工機では、掘削する地盤が軟らかいときには回転数を上げて掘削速度を上げ、地盤が固いときには十分な掘削トルクを確保できるように油圧モータのトルクを上げている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
油圧モータの出力トルクT、供給圧力P、押しのけ容積Vには下記式の関係がある。
T=P×V/(2π)
油圧モータに押しのけ容積が可変のものを用いた場合、押しのけ容積Vを減少させると油圧モータの回転数が増加し、出力トルクTは減少する。逆に押しのけ容積Vを増加すると、出力トルクTが増加し、回転数は低下する。オーガスクリューを用いて掘削をする場合、過負荷時に掘削トルクを増加すれば対処できる。
【0004】
しかしながら、オーガスクリューに代えて撹拌翼を用いる場合、単位昇降長さにおける撹拌翼の回転数である刃切り回数が重要な施工条件となり、油圧モータの出力トルクの制御よりも、回転数の管理が重要になる。
本発明の課題は、回転数の管理がしやすい施工機の制御装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
内燃機関により駆動される油圧ポンプからの作動油の供給を受ける油圧モータにより施工具を回転する施工機において、
前記油圧モータは、導入されるパイロット圧に応じて押しのけ容積が可変で、
かつ、前記油圧モータへのパイロット圧を検出するパイロット圧センサと、
前記内燃機関の回転数を検出する回転数センサと、
前記パイロット圧を指令信号に応じて制御する電磁制御弁とを備えると共に、
前記パイロット圧センサにより検出されたパイロット圧と、前記回転数センサにより検出された前記内燃機関の回転数とに基づいて前記油圧モータの設定回転数を算出して表示する表示制御手段を設けたことを特徴とする施工機の制御装置がそれである。
【0006】
あるいは、更に、前記電磁制御弁への指令信号を設定する設定手段を設けてもよい。また、前記油圧モータへの供給圧を検出する供給圧センサを設けると共に、前記電磁制御弁を制御して 前記供給圧センサにより検出された供給圧を予め設定された前記油圧モータの境界圧に制御する回転制御手段を設けてもよい。あるいは、前記油圧モータへの供給圧を検出する供給圧センサを設けると共に、前記供給圧センサにより検出された供給圧が予め設定された前記油圧モータの境界圧を超えたときには、警告を発する報知制御手段を備えてもよい。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1に示すように、1は自走式の施工機本体で、リーダ2がステー4及びキャッチングホーク6によって起倒自在に支持されている。リーダ2の前面にはその長手方向に沿って長尺状の一対のガイドレール8が敷設されている。
【0008】
ガイドレール8には、複数のガイドギブ10を介して駆動機構12が摺動可能に取り付けられている。駆動機構12には、撹拌翼を用いた施工具14が取り付けられ、図2に示すように、搭載する油圧モータ16により減速機18を介して施工具14を回転駆動するように構成されている。
【0009】
施工機本体1には、ウインチ20が搭載されており、ウインチ20から引き出されたワイヤ22は、リーダ2に沿って引き出され、リーダ2の中間に回転可能に支持されたシーブ24を介して、リーダ2の上端に回転可能に支承されたシーブ26に掛け渡されている。
【0010】
更に、ワイヤ22は、リーダ2の上端に設けられたシーブ28に掛け渡された後、ワイヤ22には駆動機構12が吊下げられており、その一端はリーダ2の上端に止結されている。尚、ウインチ20に限らず、ガイドレール8に沿ってリーダ2に敷設されたラックに噛合したピニオンを、駆動機構12に設けたモータにより回転させて、駆動機構12を昇降させるように構成したものでもよい。
【0011】
油圧モータ16は、図2に示すように、切換弁30を介して油圧ポンプ31に接続されており、油圧ポンプ31は油圧タンク32内の作動油を加圧し、切換弁30を介して油圧モータ16に供給する。油圧ポンプ31の吐出側の主流路34と低圧側としての油圧タンク32とは、リリーフ弁35を介して接続されている。リリーフ弁35は主流路34内の供給圧P3 が予め設定された設定圧P1 を超えたときに開弁して、主流路34と油圧タンク32とを連通し、油圧タンク32に作動油を逃す周知のものである。
【0012】
油圧モータ16は、1回転当りの押しのけ容積Vを可変できる構成のもので、例えば、斜板の傾きにより押しのけ容積Vを可変する斜板式、カムリングの移動により押しのけ容積Vを可変するベーン式、斜軸の傾きにより押しのけ容積Vを可変する斜軸式等の油圧モータが知られている。
【0013】
油圧モータ16が斜板式のものの場合、図示しない斜板の傾きを変えて押しのけ容積Vを変えるが、斜板の傾きは、作用室16aに導入されるパイロット圧P2 とばね16bとの釣合により決まる。即ち、斜板の傾きはパイロット圧P2 に比例し、従って、押しのけ容積Vもパイロット圧P2 に比例する。尚、本実施形態では、パイロット圧P2 が増加すると押しのけ容積Vは減少するものを用いている。
【0014】
作用室16aは、パイロット流路36を介してパイロットポンプ37に接続されており、パイロット流路36には電磁制御弁38が介装されている。電磁制御弁38は本実施形態では電磁比例式減圧弁が用いられており、入力される指令信号に応じてパイロットポンプ37からのパイロット圧を減圧して作用室16aに導く。
【0015】
電磁制御弁38は二次圧が一定となるように、二次圧と電磁力との釣合により弁開度が決定される周知のものである。尚、パイロットポンプ37の吐出側のパイロット流路36と油圧タンク32とは、リリーフ弁39を介して接続されている。
【0016】
一方、作用室16aに導入されるパイロット圧P2 を検出するパイロット圧センサ40が、電磁制御弁38の下流側のパイロット流路36に設けられている。また、主流路34には、油圧ポンプ31から主流路34に供給される供給圧P3 を検出する供給圧センサ42が設けられている。
【0017】
更に、油圧ポンプ31は、施工機本体1に搭載されている内燃機関44により駆動され、本実施形態では、この内燃機関44の回転数を検出する内燃機関回転数センサ45が設けられている。また、油圧モータ16の回転数を検出するモータ回転数検出センサ46も設けられている。
【0018】
電磁制御弁38、パイロット圧センサ40、供給圧センサ42、内燃機関回転数センサ45、モータ回転数検出センサ46は、それぞれ制御装置48に接続されている。制御装置48は、図3に示すように、電子制御回路50を備え、電子制御回路50は、周知のCPU52、ROM54、RAM56を論理演算回路の中心として構成され、外部と入出力を行う入出力回路58をコモンバス60を介して相互に接続されている。
【0019】
CPU52は、パイロット圧センサ40、供給圧センサ42、内燃機関回転数センサ45、モータ回転数検出センサ46からの信号を入出力回路58を介して入力する。一方、これらの信号及びROM54、RAM56内のデータや予め記憶された制御プログラムに基づいてCPU52は、入出力回路58を介して電磁制御弁38に指令信号を出力し、油圧モータ16の押しのけ容積Vを制御している。
【0020】
また、制御装置48は電磁制御弁38への指令信号を設定する設定手段としての設定つまみ62と、「手動」と「自動」とに切り換える切換スイッチ63とを備え、設定つまみ62を操作することにより、指令信号を可変できると共に、手動運転と自動運転とを切り換えることができる。
【0021】
制御装置48は、液晶等からなる設定回転数表示部64と実回転数表示部66とを備えると共に、警告ランプ67を備えている。制御装置48は、パイロット圧センサ40により検出されたパイロット圧P2 と、内燃機関44の回転数とに基づいて、施工具14の設定回転数を算出し、設定回転数表示部64に表示する。また、制御装置48は、モータ回転数検出センサ46により検出される油圧モータ16の実回転数から施工具14の実回転数を算出して実回転数表示部66に表示する。
【0022】
押しのけ容積Vは、油圧モータ16の斜板の角度によって定まるので、押しのけ容積Vとパイロット圧P2 とは比例し、下記式の関係がある。ここで、αは実験等によって求められる比例定数である。
V=α×P2
油圧モータ16に供給される単位時間当りの作動油量が既知であると、パイロット圧P2 により設定される油圧モータ16の設定回転数が求められる。作動油量は、内燃機関44の回転数に比例するので、パイロット圧P2 と内燃機関44の回転数とに基づいて、パイロット圧P2 により設定される油圧モータ16の設定回転数を算出できる。
【0023】
次に、前述した本実施形態の施工機の制御装置の作動について、電子制御回路50において行われる制御処理と共に説明する。
操作者は、リリーフ弁35を操作して、最大供給圧P1 を設定する。最大供給圧P1 は、これ以上の圧力が、油圧モータ16、切換弁30、主流路34等に加わった場合に、これらを破損等から保護するために設定する圧力で、一度設定すればよく、施工毎に設定する必要はない。
【0024】
そして、油圧ポンプ31が駆動されると、油圧ポンプ31から作動油が主流路34に供給され、切換弁30を介して油圧タンク32に作動油を逃がす。パイロットポンプ37からの作動油は、パイロット流路36に供給され、電磁制御弁38は設定つまみ62により設定された指令信号に応じて減圧し、作用室16aに減圧したパイロット圧P2 を供給する。このパイロット圧P2 に応じた角度に油圧モータ16の斜板が設定される。
【0025】
運転が開始されると、操作者が切換弁30を切り換えて、油圧ポンプ31から吐出される高圧作動油を主流路34を介して油圧モータ16に供給する。これにより、施工具14が回転駆動される。また、施工具14からは、スラリー等の地盤改良剤が吐出されて撹拌される。
【0026】
そして、モータ制御処理が実行されると共に、設定回転数表示処理及び実回転数表示処理が一定時間毎に割込み実行される。設定回転数表示処理が実行されると、図4に示すように、まず、内燃機関44の回転数を内燃機関回転数検出センサ45により検出する(ステップ100)。そして、パイロット圧センサ40によりパイロット圧P2 を検出する(ステップ105)。次に、この検出したパイロット圧P2 と内燃機関44の回転数と減速機18の減速比とから施工具14の設定回転数を算出する(ステップ110)。続いて、算出した設定回転数を設定回転数表示部64に表示する(ステップ115)。
【0027】
本実施形態では、内燃機関44の回転数を内燃機関回転数検出センサ45により検出しているので、この検出される回転数とに基づいて、設定回転数を算出している。
【0028】
また、実回転数表示処理が実行されると、図6に示すように、まず、モータ回転数検出センサ46により油圧モータ16の回転数が検出される(ステップ300)。そして、検出された回転数と減速機18の減速比とから施工具14の実回転数が算出される(ステップ310)。続いて、算出した実回転数を実回転数表示部66に表示する(ステップ320)。
【0029】
一方、効率のよい回転数に設定するために、図5に示すように、モータ制御処理が実行される。モータ制御処理では、まず、供給圧センサ42により供給圧P3 を検出する(ステップ130)。そして、切換スイッチ63が「自動」か「手動」かにより、自動か否かを判断する(ステップ140)。「自動」が選択されているときには、供給圧P3 が、予め設定された油圧モータ16の境界圧P4 より小さいか否かを判断する(ステップ150)。
【0030】
供給圧P3 が境界圧P4 より小さいときには、電磁制御弁38の指令信号を制御して、パイロット圧P2 を増加させる(ステップ160)。これにより、押しのけ容積Vが減少して油圧モータ16の回転数が増加する。押しのけ容積Vの減少によりトルクが減少するので、供給圧P3 が増加する。
【0031】
供給圧P3 が境界圧P4 と等しいと判断されたときには(ステップ170)、モータ制御処理を繰り返す。また、供給圧P3 が境界圧P4 より大きいと判断されたときには、電磁制御弁38の指令信号を制御して、パイロット圧P2 を減少させる(ステップ180)。これにより、押しのけ容積Vが増加して油圧モータ16の回転数が減少する。押しのけ容積Vの増加によりトルクが増加するので、供給圧P3 が減少する。このように、供給圧P3 が境界圧P4 となるように制御する。
【0032】
油圧ポンプ31は内燃機関44により駆動され、油圧ポンプ31に過大な負荷が加わらないようにするために、内燃機関44は定馬力制御されている。図7に示すように、油圧ポンプ31の供給圧と吐出流量とは、境界圧P4 まで吐出流量は最大となり、圧力が境界圧P4 以上となると吐出流量は減少する。即ち、油圧モータ16の回転数が変動してしまう。
【0033】
そこで、自動運転時には、供給圧P3 が境界圧P4 となるように制御することにより、油圧モータ16の回転数を調整し、施工効率を向上させることができる。尚、ウインチ20により駆動機構12の昇降速度は、一定となるように制御される。
【0034】
一方、ステップ130の処理の実行により、手動であると判断されると、供給圧P3 が境界圧P4 より小さいか否かを判断する(ステップ190)。供給圧P3 が境界圧P4 より小さいときには、モータ制御処理を繰り返し実行する。供給圧P3 が境界圧P4 より大きいと判断されたときには、警告ランプ67を点灯させる(ステップ200)。この警告ランプ67の点灯を操作者が見て、操作者は設定つまみ62を操作して、パイロット圧P2 を減少させる。これにより、押しのけ容積Vが増加して油圧モータ16の回転数が減少する。押しのけ容積Vの増加によりトルクが増加するので、供給圧P3 が減少する。
【0035】
パイロット圧センサ40が検出するパイロット圧P2 も変化するので、設定つまみ62の操作により、設定回転数表示部64に表示される設定回転数もそれに応じて変化する。操作者はこの表示を見ながら、設定つまみ62を操作して、施工具14に応じた設定回転数に設定する。
【0036】
尚、本実施形態では、ステップ100〜120及びステップ300〜320の処理の実行が表示制御手段として働き、ステップ130〜180の処理の実行が回転制御手段として働き、ステップ190,200の処理の実行が報知制御手段として働く。
【0037】
以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。
【0038】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の施工機の制御装置は、パイロット圧と内燃機関の回転数とに基づいて、油圧モータの設定回転数を表示するので、実際に施工具が回転する前でも油圧モータによる回転数を把握でき、回転数の管理がしやすいという効果を奏する。
【0039】
しかも、内燃機関の回転数を検出する回転数センサを設けて設定回転数を算出しているので、精度よく設定回転数を算出できる。更に、供給圧センサを設けると共に、供給圧を境界圧に制御する回転制御手段を設けると、施工効率を向上させることができる。警告を発する報知制御手段を設けると、内燃機関や油圧モータの負荷が高いことをいち早く知らせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態としての施工機の制御装置を用いた施工機の側面図である。
【図2】本実施形態の施工機の制御装置の油圧系統の構成を示すブロック図である。
【図3】本実施形態の電気系統の構成を示すブロック図である。
【図4】本実施形態の電子制御回路において行われる設定回転数表示処理の一例を示すフローチャートである。
【図5】本実施形態の電子制御回路において行われるモータ制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図6】本実施形態の電子制御回路において行われる実回転数表示処理の一例を示すフローチャートである。
【図7】本実施形態の油圧ポンプの圧力と流量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1…施工機本体 2…リーダ
8…ガイドレール 12…駆動機構
14…施工具 16…油圧モータ
18…減速機 20…ウインチ
31…油圧ポンプ 34…主流路
35…リリーフ弁 36…パイロット流路
37…パイロットポンプ
38…電磁制御弁 40…パイロット圧センサ
42…供給圧センサ 44…内燃機関
45…内燃機関回転数センサ
46…モータ回転数検出センサ
48…制御装置 50…電子制御回路
64…設定回転数表示部
66…実回転数表示部
67…警告ランプ
Claims (4)
- 内燃機関により駆動される油圧ポンプからの作動油の供給を受ける油圧モータにより施工具を回転する施工機において、
前記油圧モータは、導入されるパイロット圧に応じて押しのけ容積が可変で、
かつ、前記油圧モータへのパイロット圧を検出するパイロット圧センサと、
前記内燃機関の回転数を検出する回転数センサと、
前記パイロット圧を指令信号に応じて制御する電磁制御弁とを備えると共に、
前記パイロット圧センサにより検出されたパイロット圧と、前記回転数センサにより検出された前記内燃機関の回転数とに基づいて前記油圧モータの設定回転数を算出して表示する表示制御手段を設けたことを特徴とする施工機の制御装置。 - 更に、前記電磁制御弁への指令信号を設定する設定手段を設けたことを特徴とする請求項1記載の施工機の制御装置。
- 前記油圧モータへの供給圧を検出する供給圧センサを設けると共に、前記電磁制御弁を制御して 前記供給圧センサにより検出された供給圧を予め設定された前記油圧モータの境界圧に制御する回転制御手段を設けたことを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の施工機の制御装置。
- 前記油圧モータへの供給圧を検出する供給圧センサを設けると共に、前記供給圧センサにより検出された供給圧が予め設定された前記油圧モータの境界圧を超えたときには、警告を発する報知制御手段を備えたことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の施工機の制御装置。
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