JP2000192660A

JP2000192660A - 流体輸送用ブーム装置

Info

Publication number: JP2000192660A
Application number: JP10366194A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Nunohara; 達也布原
Original assignee: Kyokuto Kaihatsu Kogyo Co Ltd
Current assignee: Kyokuto Kaihatsu Kogyo Co Ltd
Priority date: 1994-01-31
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 2000-07-11
Anticipated expiration: 2018-09-02
Also published as: JP3443018B2

Abstract

(57)【要約】【目的】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。【構成】センサ５２は、振動によるストロークｘの変
化を検出し、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。Ｆ＝Ｆ₀−ｋ・（ｘ−ｘ₀）−ｃ・ｘ' ここで、Ｆ₀は非振動時の駆動力（圧力）であり、ｋお
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。ＣＰ
Ｕ５０は、演算した目標圧力Ｆを駆動指令としてサーボ
アンプ４８に与える。これにより、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。したがって、シリンダ１８は、バ
ネ作用、ダンパ作用を有するようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は流体輸送用ブーム装置
に関し、特にその振動防止に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９に、ブーム装置付きのコンクリート
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。

【０００３】各関節部１２、１４、１６のシリンダ１
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。

【０００４】ところで、送り出しポンプとしては、ピス
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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の装置には次のような問題点があった。

【０００６】周波数を変化させつつ、ブームに振動を与
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。

【０００７】図１０から明らかなように、各共振周波数
ｆａ，ｆｂ，ｆｃおよびその間の反共振点において、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、共振点や反共振点付近において、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。

【０００８】この発明は、上記のような問題点を解決し
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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１、２の流体輸送
用ブーム装置は、ブームの振動に対して、少なくともバ
ネ作用またはダンパ作用の何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。

【００１０】請求項３の流体輸送用ブーム装置は、前記
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。

【００１１】

【作用】請求項１、２の流体輸送用ブーム装置は、前記
ブームの振動に対して、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ができる。

【００１２】請求項３の流体輸送用ブーム装置は、前記
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。

【００１３】

【実施例】図２に、この発明の一実施例による流体輸送
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。

【００１４】また、ブーム４は、第１ブーム６、第２ブ
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。

【００１５】各関節部１２、１４、１６のシリンダ１
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。

【００１６】図１に、上記流体輸送用ブーム装置の制御
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。

【００１７】ブーム４の姿勢変更を行う際には、次のよ
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。

【００１８】次に、ブーム４の姿勢を決定した後の、振
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。

【００１９】この実施例では、電磁サーボ弁４４はブロ
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。

【００２０】Ｆ＝Ｆ0−ｋ・（ｘ−ｘ0）−ｃ・ｘ’・・・・(1) ここで、Ｆ0は非振動時の駆動力（圧力）であり、ｋお
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。

【００２１】ＣＰＵ５０は、演算した目標圧力Ｆを駆動
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。

【００２２】上記のように、シリンダの圧力をＦ＝Ｆ0
−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。

【００２３】この実施例では、ＣＰＵ５０、圧力センサ
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。

【００２４】図４に、上記のような制御を行った場合
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。

【００２５】他の実施例を、図５に示す。ブーム４の姿
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。

【００２６】この実施例では、バネ作用、ダンパ作用を
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。

【００２７】一方、サーボアンプ８２には、圧力センサ
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。

【００２８】したがって、図１の実施例と同様の効果を
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。

【００２９】上記各実施例では、シリンダのストローク
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。

【００３０】また、上記実施例では、関節部の回動変位
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。

【００３１】また、上記実施例では、駆動手段として、
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。

【００３２】また、上記各実施例では、基部関節部１２
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。

【００３３】なお、上記実施例では、中間関節部を有す
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。

【００３４】さらに、上記実施例では、送出手段として
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。

【００３５】また、上記実施例では、バネ作用、ダンパ
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。

【００３６】図６Ａに、他の実施例によるブロック図を
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）。

【００３７】スクイズポンプは、作動信号によって回転
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。

【００３８】なお、図４に示したように、バネ作用、ダ
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。

【００３９】さらに、図６Ｂに示すように、ブーム４先
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。

【００４０】なお、上記各実施例では、流体がコンクリ
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。

【００４１】この実施例による流体輸送用ブーム装置
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。

【００４２】この実施例の流体輸送用ブーム装置は、バ
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。

【００４３】

【発明の効果】請求項１、２の流体輸送用ブーム装置
は、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
せることができる。したがって、ブームの振動を抑える
ことができる。

【００４４】請求項３の流体輸送用ブーム装置は、変動
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例によるブーム装置の制御手
段を示す図である。

【図２】この発明の一実施例によるブーム装置をコンク
リート車に適用した場合の外観を示す図である。

【図３】実施例によるバネ作用とダンパ作用を模式的に
示す図である。

【図４】実施例による周波数特性の改善状態を示す図で
ある。

【図５】他の実施例によるブーム装置の制御手段を示す
図である。

【図６】他の実施例によるブーム装置の制御手段を示す
図である。

【図７】他の実施例によるブーム装置の模式的動作図で
ある。

【図８】他の実施例によるブーム装置の模式的動作図で
ある。

【図９】従来のブーム装置の外観を示す図である。

【図１０】ブーム装置の周波数特性を示す図である。

【図１１】ブーム装置の共振モードを示す図である。

【符号の説明】１８・・・シリンダ４４・・・電磁サーボ弁５０・・・ＣＰＵ５２・・・位置センサ５４・・・圧力センサ

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【手続補正書】

【提出日】平成１１年１０月２２日（１９９９．１０．
２２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２

【補正方法】変更

【補正内容】

Claims

【特許請求の範囲】

【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、前記ブームの振動に対して、少なくともバネ作用または
ダンパ作用の何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。
【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、前記ブームの振動に対して、少なくともバネ作用または
ダンパ作用の何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。
【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。