JP4565709B2

JP4565709B2 - 施工機の制御装置

Info

Publication number: JP4565709B2
Application number: JP2000214210A
Authority: JP
Inventors: 隆典山崎; 克仁田中
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2020-07-14
Also published as: JP2002030883A

Description

【０００１】
【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

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。