JP2003220884A - ミキサドラムの駆動制御装置 - Google Patents

ミキサドラムの駆動制御装置

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JP2003220884A JP2002023771A JP2002023771A JP2003220884A JP 2003220884 A JP2003220884 A JP 2003220884A JP 2002023771 A JP2002023771 A JP 2002023771A JP 2002023771 A JP2002023771 A JP 2002023771A JP 2003220884 A JP2003220884 A JP 2003220884A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 オペレータの操作負担を増やすことなく、作
業効率を高められるミキサドラムの駆動制御装置を提供
する。 【解決手段】 生コンクリートを撹拌するミキサドラム
7と、このミキサドラム7を回転駆動しその吐出容量D
mを可変とする油圧モータ5と、この油圧モータ5に作
動油を給排しその吐出容量Dpを可変とする油圧ポンプ
4と、油圧ポンプ4を回転駆動するエンジン12とを備
える駆動制御装置において、油圧モータ5の負荷圧力P
Lを検出する負荷圧力検出手段と、この負荷圧力PLが
閾値Pmを超えないように油圧ポンプ4の吐出容量Dp
と油圧モータ5の吐出容量Dm及びエンジン回転数Ne
をそれぞれ調整してミキサドラム7の回転数Ndを制御
するコントローラ2とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンクリートミキ
サ車に搭載され、生コンクリートを混練するミキサドラ
ムの駆動制御装置の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のミキサドラムの駆動制御
装置として、例えば、のものがあった。
【0003】の駆動制御装置は、ミキサドラムを回転
駆動する固定容量型の油圧モータと、この油圧モータに
作動油を給排しその吐出容量を可変とする可変容量型の
油圧ポンプと、油圧ポンプの吐出容量及び吐出方向を切
換える操作機構と、油圧ポンプを回転駆動するエンジン
と、エンジン回転数を調整する操作機構とを備える。
【0004】この場合、ミキサドラムの回転数を調整す
る動作としては、ドラム低速回転領域ではエンジンをア
イドル回転数で運転しポンプ容量を増減する一方、ドラ
ム中高速回転領域ではポンプ容量を最大にしエンジン回
転数を増減するようになっている。
【0005】の駆動制御装置は、特開平3−l047
44号公報に開示されたものである。これは、可変容量
型の油圧モータを備え、シャトル弁により負荷圧力を検
出し、3ポート絞り切換弁のバネによる設定圧力を基準
にして、負荷圧力が設定圧力より大きい運転時にモータ
容量を大容量側に切換え、負荷圧力が設定圧力以下の運
転時にモータ容量を小容量側へ機械的に切換えるように
なっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】近年、都市部で多用さ
れる高スランプ(流動性の高い)生コンクリートの混
練、排出作業や排出後のミキサドラム内部の洗浄作業な
ど、大きな駆動力を必要としない軽負荷での作業が増え
ている。
【0007】しかしながら、の駆動制御装置は、軽負
荷での作業においても、ミキサドラムを高速回転させる
場合にはエンジンを高速回転させる必要があり、特に都
市部住宅地周辺の建設現場での作業において、エンジン
騒音が大きくなると言う問題点があった。
【0008】の駆動制御装置は、モータ容量を作動油
圧に応動して機械的に調整する構成のため、作業中に負
荷が変動するとドラム回転数が急激に変動する可能性が
ある。このため、騒音が問題となる住宅付近の建設現場
での生コン排出作業時では、負荷状態が刻一刻と変化す
るのでこの機能を適用できず、実際にはミキサドラム内
部の洗浄作業などに限られると言う問題点があった。
【0009】また、上記モータ容量を機械的に調整する
機能を働かせるには、オペレータがスイッチ操作する必
要があるため、オペレータの操作負担が増えて有効利用
されない可能性が高く、誤操作の可能性もあるという問
題点があった。
【0010】さらに、シャトル弁により負荷圧力を検出
し、3ポート絞り切換弁によりモータ容量を切換えるよ
うになっていたため、油圧回路が複雑になり油圧エネル
ギーが無駄に消費され、システム効率が低下する。この
ため、ミキサドラムを微速回転できなくなったり、ミキ
サドラムの最高回転数が低くなり、作業効率が低下する
可能性があった。
【0011】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、オペレータの操作負担を増やすことなく、作
業効率を高められるミキサドラムの駆動制御装置を提供
することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、生コンク
リートを撹拌するミキサドラムと、このミキサドラムを
回転駆動しその吐出容量Dmを可変とする油圧モータ
と、この油圧モータに作動油を給排しその吐出容量Dp
を可変とする油圧ポンプと、油圧ポンプを回転駆動する
エンジンとを備えるミキサドラムの駆動制御装置に適用
する。
【0013】そして、油圧モータの負荷圧力PLを検出
する負荷圧力検出手段と、この負荷圧力PLが閾値Pm
を超えないように油圧ポンプの吐出容量Dpと油圧モー
タの吐出容量Dm及びエンジン回転数Neをそれぞれ調
整してミキサドラムの回転数Ndを制御する制御手段と
を備えたことを特徴とするものとした。
【0014】第2の発明は、第1の発明において、油圧
モータの吐出容量Dmを段階的に調整可能としかつ油圧
ポンプの吐出容量Dpを無段階に調整可能とし、油圧モ
ータの吐出容量Dmを大きくしかつ油圧ポンプの吐出容
量Dpを増減してエンジン回転数Neをアイドル回転数
Neminに保ちながらミキサドラムの回転数Ndを制
御するドラム低回転領域と、油圧モータの吐出容量Dm
を小さくしかつ油圧ポンプの吐出容量Dpを増減してエ
ンジン回転数Neをアイドル回転数Neminに保ちな
がらミキサドラムの回転数Ndを制御するドラム中回転
領域と、油圧モータの吐出容量Dmを小さくし油圧ポン
プの吐出容量Dpを最大にしかつエンジン回転数Neを
増減してミキサドラムの回転数Ndを制御するドラム高
回転領域とを設けたことを特徴とするものとした。
【0015】第3の発明は、第2の発明において、ドラ
ム中回転領域及びドラム高回転領域にて負荷圧力PLが
閾値Pm以上に高まる重負荷時に油圧モータの吐出容量
Dmを一時的に大きくした後、油圧モータの吐出容量D
mを小さくする際に生じるエンジン回転数Neの応答遅
れを補償するように油圧ポンプの吐出容量Dpを一時的
に小さくする構成としたことを特徴とするものとした。
【0016】
【発明の作用および効果】第1の発明によると、負荷圧
力PLを基に、ポンプ容量Dp、モータ容量Dm、およ
びエンジン回転数Neをそれぞれ調整してドラム回転数
Ndを制御するため、オペレータの操作負担を増やすこ
となく、軽負荷時にエンジン回転数Neを低く抑えて作
業効率を高められる。例えば、ミキサドラムの洗浄作業
のみならず、現場での混練、排出作業時においても従来
の作業性を損なわずにエンジン回転数Neを低くするこ
とができ、エンジン騒音、燃料消費、排気ガス量を低減
することが可能となる。
【0017】また、従来システムのように油圧に応動す
るシャトル弁を用いることなく、油圧回路の簡素化がは
かれ、システム効率を高められる。このため、ミキサド
ラムの微速回転が可能となるとともに、ミキサドラムの
最高回転数を高められる。
【0018】第2の発明によると、軽負荷時にエンジン
をアイドル運転する領域を拡げて作業効率を高められ
る。
【0019】第3の発明によると、油圧モータの吐出容
量Dmを小さくする際にポンプ容量Dpを一時的に減少
させることで、エンジン回転数Neの応答遅れを補償
し、ドラム回転数Ndの変動分を小さくすることができ
る。こうして、軽負荷時と重負荷時の動作の切換えがス
ムーズに行われ、ドラム回転数Ndを安定させることが
できる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。
【0021】図1において、7は生コンクリートを回転
撹拌するミキサドラム、5はミキサドラム7を回転駆動
する可変容量油圧モータ、4は油圧モータ5に圧油を供
給して回転駆動する可変容量油圧ポンプ、12は出力の
一部を利用して油圧ポンプ4を回転させる車両のエンジ
ンである。
【0022】油圧ポンプ4はエンジン12の動力取出し
軸によって駆動される。油圧ポンプ4は、その容量と回
転数によって吐出する圧油の量が比例的に調整されるポ
ンプであり、ミキサドラム7を微速回転可能とするため
吐出容量を無段階に調整可能な比例可変容量式を適用し
ている。
【0023】油圧ポンプ4の可変容量機構を駆動するポ
ンプレギュレータ8及び可変容量機構の動きを検出する
ポンプ容量検出センサ9が設けられる。コントローラ2
は、ポンプ容量検出センサ9の検出値を基にポンプレギ
ュレータ8を作動させ、油圧ポンプ4の容量を目標値に
近づけるように制御する。ポンプレギュレータ8はポン
プ容量Dを比例的に制御するため、電磁比例弁にて構成
される。
【0024】油圧モータ5はミキサドラム7を減速機6
を介して駆動する。油圧モータ5は、その最大容量が従
来の固定容量モータの容量と同等で、その容量を最大か
ら最小まで無段階に調整可能な比例可変容量式あるい
は、その容量を大小2段階に切換え可能な2速式のどち
らでも良い。油圧モータ5の可変容量機構を駆動するモ
ータレギュレータ10及びこの動きを検出するモータ容
量検出センサ11が設けられる。コントローラ2は、モ
ータ容量検出センサ11の検出値に応じてモータレギュ
レータ10を作動させ、油圧モータ5の容量を制御す
る。モータレギュレータ10は、比例可変容量式の油圧
モータ5が用いられる場合に電磁比例弁により構成さ
れ、2速式の油圧モータ5が用いられる場合に電磁切換
弁にて構成される。なお、油圧モータ5が2速式の場
合、モータ容量検出センサ11を設ける必要がない。
【0025】油圧ポンプ4と油圧モータ5はそれぞれ作
動油の給排方向を切換えることにより正逆両方向に回転
する構成とし、油圧ポンプ4と油圧モータ5の各ポート
どうしを結ぶ一対の油圧管路によって構成される閉回路
が設けられる。
【0026】負荷圧力検出手段として、油圧ポンプ4と
油圧モータ5を結ぶ各油圧管路の圧力P1,P2を検出
する圧力センサ14a,14bが設けられ、コントロー
ラ2はこの圧力差|P1−P2|を負荷圧力PLとして
演算する。この圧力センサ14a,14bは油圧モータ
5がミキサドラム7を正回転、あるいは逆回転させると
きに生じる負荷圧力を検出する。
【0027】なお、他の実施の形態として、一方向吐出
型の油圧ポンプを用い、この油圧ポンプの吐出ポートと
タンク側及び油圧モータ5の各ポートを2方向切換弁を
介して結ぶ開回路を設けても良い。この場合、油圧モー
タ5の負荷圧力検出手段として、油圧ポンプの吐出圧を
検出する単一の圧力センサを設ければ良い。
【0028】エンジン12の出力を調整するスロットル
調整器3及びエンジン12の回転数Neを検出するエン
ジン回転検出センサ13が設けられる。コントローラ2
はエンジン回転検出センサ13の信号を基にスロットル
調整器3を作動させ、油圧ポンプ4の容量を目標値に近
づけるように制御する。
【0029】なお、電気信号のみでエンジン12の回転
数を調整できる電子制御式ガバナの場合は、コントロー
ラ2から電気信号にてガバナを作動させてエンジン回転
数Neを調整できるため、スロットル調整器3は必要な
い。
【0030】操作装置1はオペレータによって操作され
ることによってミキサドラム7の回転方向及び回転数N
dの目標値を指示するもので、この設定値を電気的にコ
ントローラ2へ伝えるポテンショメータやトリマボリュ
ームあるいはスイッチ等で構成される。
【0031】コントローラ2は、ミキサドラム7の回転
数、回転方向を自動的に制御する制御手段を構成する。
そして本発明の要旨とするところであるが、コントロー
ラ2は負荷圧力PLが閾値Pmを超えないようにポンプ
容量Dpとモータ容量Dm及びエンジン回転数Neをそ
れぞれ調整してミキサドラム7の回転数Ndを制御す
る。
【0032】2速式の油圧モータ5を用いた場合、コン
トローラ2は、モータ容量Dmを大容量Dmmax側に
しかつポンプ容量Dpを増減してエンジン回転数Neを
アイドル回転数Neminに保ちながらミキサドラム7
の回転数Ndを制御するドラム低回転領域と、モータ容
量Dmを小容量Dmmin側にしかつポンプ容量Dpを
増減してエンジン回転数Neをアイドル回転数Nemi
nに保ちながらミキサドラム7の回転数Ndを制御する
ドラム中回転領域と、モータ容量Dmを小容量Dmmi
n側にし油圧ポンプ4の吐出容量を最大Dpmaxにし
かつエンジン回転数Neを増減してミキサドラム7の回
転数Ndを制御するドラム高回転領域とを切換えて制御
を行う。
【0033】ここで、オペレータが操作装置1によりド
ラム回転数Ndの目標値を高め、生コンクリートを投
入、あるいは排出する場合にコントローラ10で実行さ
れる制御動作を図2のタイミングチャートにしたがって
説明する。
【0034】これについて説明すると、まず、ドラム回
転数Ndが0<Nd<Ndpのドラム低回転領域では、
従来システムと同様にエンジン回転数Neをアイドリン
グとしたままポンプ容量Dpを増加させることによりド
ラム回転数Ndを高める。ここで、ドラム回転数Ndp
はポンプ容量Dpが最大容量Dpmaxに達した時のド
ラム回転数Ndである。
【0035】次に、ドラム回転数NdがNdp<Nd<
Ndeのドラム中回転領域では、ドラム回転数NdをN
dpから高める場合、従来システムにおいては、エンジ
ン回転数Neを図2の破線で示すとおり高めていたが、
本システムでは、エンジン回転数Neをアイドリングと
したままの状態でドラム回転数Ndを従来よりも高回転
まで高めることができる。これは、圧力センサ14a、
14bにて検出されコントローラ2で演算された負荷圧
力PL(=|P1−P2|)が、同じくコントローラ2
で演算された閾値Pm(=PL・Dmmax/Dm)よ
りも低い軽負荷(PL<Pm)の場合に、図2に実線で
示すとおり、Nd>Ndpになったと同時にモータ容量
Dmを小容量側Dmminへ切換え、同時にかつ瞬時に
ポンプ容量DpをA点まで減少させた後に再度増加させ
ることにより実現している。このA点におけるポンプ容
量DpはDpmax・Dmmin/Dmmaxとして表
される。
【0036】なお、油圧モータ5が比例可変容量式の場
合は、ポンプ最大容量Dpmaxを保持したまま、ドラ
ム回転数Ndの増加量に比例して油圧モータ5の容量D
mを減少させることによりドラム回転数Ndをスムーズ
に高められる。
【0037】次に、ドラム回転数NdがNd>Ndeの
ドラム高回転領域では、ポンプ容量Dpが再度最大容量
Dpmaxとなった時点から更にドラム回転数Ndを高
める(Nd>Nde)場合に、油圧ポンプ4と油圧モー
タ5の各容量を保持したまま、ここで初めてエンジン回
転数Neを高めることによりドラム回転数Ndを高め、
最終的には従来よりも低いエンジン回転数Ne(B点)
でドラム最高回転数Ndmaxを得ることができる。こ
のB点におけるエンジン回転数NeはNemax・Dm
min/Dmmaxとして表される。
【0038】一方、ドラム回転数Ndを減少させる場合
の動作については、油圧ポンプ4、油圧モータ5、エン
ジン12を上記増加時の動作と逆の動作で制御すれば良
い。
【0039】このようにして、軽負荷時にてエンジン回
転数Neを従来よりも低いB点以下に抑えてドラム回転
数Ndを従来システムと同じ0<Nd<Ndmaxの範
囲で調整するため、従来システムに対して最大で図2の
斜線で示す面積分でエンジン回転数Neが低くなる。こ
の結果、ミキサドラム7の洗浄作業のみならず、現場で
の混練、排出作業時においても従来の作業性を損なわず
にエンジン回転数Neを低くすることができ、エンジン
騒音、燃料消費、排気ガス量を低減することが可能とな
る。
【0040】ところで、負荷圧力PLが閾値Pmを超え
る重負荷時(PL>Pm)に、モータ容量Dmを小容量
Dmmin側へ切換えてしまうと、負荷圧力PLがリリ
ーフ弁15a、または15bのクラッキング圧力Pcを
超えドラム挙動が不安定になってしまう。
【0041】これに対処して、本システムでは、モータ
容量Dmを大容量Dmmax側のままとして従来システ
ムと同様の動作を行うことにより、ドラム回転数Ndを
安定させることができる。
【0042】更に、ドラム回転数Nd>Ndeのドラム
中回転領域及びドラム高回転領域にて、重負荷時(PL
>Pm)になった場合には、図3に示すとおり、モータ
容量Dmを大容量側Dmmaxへ切換えると同時にエン
ジン回転数Neを高めて不安定動作を回避する。その
後、再び軽負荷時(PL<Pm)になった場合は、モー
タ容量Dmを小容量側Dmminへ切換えると同時にエ
ンジン回転数Neを減少させる。
【0043】ところで、一般にエンジン回転数Neは上
昇時に比べ降下時の応答が遅いため、エンジン回転数N
eの降下時にドラム挙動が短時間ではあるが大きく変動
し、ドラム回転数Ndが不安定になる可能性がある。
【0044】これに対処して、本システムにおいては、
ドラム回転数Nd>Ndeのドラム中回転領域及びドラ
ム高回転領域にて、負荷圧力PLが閾値Pm以上に高ま
る重負荷時に油圧モータの吐出容量Dmを一時的に大き
くした後に油圧モータ5の吐出容量Dmを小さくする際
に生じるエンジン回転数Neの応答遅れを補償するよう
に油圧ポンプ4の吐出容量Dpを一時的に小さくする構
成とする。
【0045】これは、図3に示すとおり、エンジン12
の応答遅れ分Aeだけ、ポンプ容量DpをApだけ減少
させる(Ae=Apとする)ことで、ドラム回転数Nd
の変動分を小さくすることができる。こうして、軽負荷
時と重負荷時の動作の切換えがスムーズに行われ、ドラ
ム回転数Ndを安定させることができる。
【0046】なお、油圧モータ5を比例可変容量式とし
た場合、モータ容量Dmをエンジン回転数Neの変化に
応じて緩やかに調整できるため、この補償制御は必要な
い。
【0047】以上のように、本システムは、圧力センサ
14a,14bにより負荷圧力PLを検出し、ポンプ容
量Dp、モータ容量Dm、およびエンジン回転数Neを
調整してドラム回転数Ndをフィードフォワード制御す
るため、ドラム回転数Ndの検出値に基づくフィードバ
ック制御を行う従来システムに比べてハンチング現象が
起りにくく、ミキサドラム7の回転を安定させることが
できる。
【0048】さらに、従来システムのように油圧に応動
するシャトル弁を用いることなく、油圧回路における無
駄なエネルギー損失がなく、システム効率を高められ
る。このため、ミキサドラム7の微速回転が可能となる
とともに、ミキサドラム7の最高回転数Ndmaxを高
められ、システム調整が容易である。
【0049】そして、本システムは、操作装置1の操作
のみによってドラム回転数Ndを調整できるため、オペ
レータの負担を増やさずに済む。
【0050】本発明は上記の実施の形態に限定されず
に、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がな
しうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示すミキサドラムの駆動
制御装置のシステム図。
【図2】同じくコントローラで実行される制御動作を示
すタイミングチャート。
【図3】同じくコントローラで実行される制御動作を示
すタイミングチャート。
【符号の説明】
1 操作装置 2 コントローラ 3 スロットル調整器 4 油圧ポンプ 5 油圧モータ 7 ミキサドラム 8 ポンプレギュレータ 9 ポンプ容量検出センサ 10 モータレギュレータ 11 モータ容量検出センサ 12 エンジン 13 エンジン回転検出センサ 14a,14b 圧力センサ
フロントページの続き Fターム(参考) 3G093 AA10 AA15 AB01 BA13 BA19 BA20 BA32 CA04 DA01 DB07 DB27 EA03 EA09 EB06 3H089 AA86 BB01 BB14 BB15 CC09 DA03 DA13 EE36 FF07 FF10 GG02 JJ12 3J053 AA01 AB32 AB38 AB45 DA06 DA16 EA02 FA03

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 生コンクリートを撹拌するミキサドラム
    と、 このミキサドラムを回転駆動しその吐出容量Dmを可変
    とする油圧モータと、 この油圧モータに作動油を給排しその吐出容量Dpを可
    変とする油圧ポンプと、 この油圧ポンプを回転駆動するエンジンとを備えるミキ
    サドラムの駆動制御装置において、 前記油圧モータの負荷圧力PLを検出する負荷圧力検出
    手段と、 この負荷圧力PLが閾値Pmを超えないように前記油圧
    ポンプの吐出容量Dpと油圧モータの吐出容量Dm及び
    エンジン回転数Neをそれぞれ調整して前記ミキサドラ
    ムの回転数Ndを制御する制御手段とを備えたことを特
    徴とするミキサドラムの駆動制御装置。
  2. 【請求項2】 前記油圧モータの吐出容量Dmを段階的
    に調整可能としかつ前記油圧ポンプの吐出容量Dpを無
    段階に調整可能とし、 油圧モータの吐出容量Dmを大きくしかつ油圧ポンプの
    吐出容量Dpを増減してエンジン回転数Neをアイドル
    回転数Neminに保ちながら前記ミキサドラムの回転
    数Ndを制御するドラム低回転領域と、 油圧モータの吐出容量Dmを小さくしかつ油圧ポンプの
    吐出容量Dpを増減してエンジン回転数Neをアイドル
    回転数Neminに保ちながらミキサドラムの回転数N
    dを制御するドラム中回転領域と、 油圧モータの吐出容量Dmを小さくし油圧ポンプの吐出
    容量Dpを最大にしかつエンジン回転数Neを増減して
    ミキサドラムの回転数Ndを制御するドラム高回転領域
    とを設けたことを特徴とする請求項1に記載のミキサド
    ラムの駆動制御装置。
  3. 【請求項3】 前記ドラム中回転領域及び前記ドラム高
    回転領域にて負荷圧力PLが閾値Pm以上に高まる重負
    荷時に前記油圧モータの吐出容量Dmを一時的に大きく
    した後、油圧モータの吐出容量Dmを小さくする際に生
    じるエンジン回転数Neの応答遅れを補償するように前
    記油圧ポンプの吐出容量Dpを一時的に小さくする構成
    としたことを特徴とする請求項2に記載のミキサドラム
    の駆動制御装置。
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