JP2006272591A - 流動化剤添加量演算装置、流動化剤添加量演算方法およびミキサ車 - Google Patents

Abstract

【課題】 作業者の負担を軽減できるとともに適切な流動化剤添加量を演算可能な流動化剤添加量演算装置およびミキサ車を提供することである。
【解決手段】 流動化剤添加量演算装置であって、ミキサ車のドラムＤを回転駆動する液圧モータ１の駆動圧力を検出する圧力検出手段５と、ドラムＤ内に投入されたコンクリートの投入量Ｌと、コンクリートのドラム内投入時のスランプ値Ｓと、ドラムＤを所定の回転速度にて回転駆動したときにおける液圧モータ１の駆動圧力のコンクリート運搬中の変化量ΔＰとに基づいて流動化剤添加量Ｒを演算する演算手段とを備えた。
【選択図】 図１

Description

この発明は、コンクリートの流動化剤投入量を演算可能な流動化剤添加量演算装置およびミキサ車の改良に関する。

ミキサ車と言われるアジテータトラックにあっては、一般的には、コンクリートプラントで製造されるコンクリートを、打設現場まで運搬するために、架台に回転自在に搭載されるドラムを、コンクリート運搬中にドラムを回転させることでコンクリートの砂利等の骨材とモルタル部分とが分離したり、運搬中にコンクリートが固化してしまったりすることを防止し、打設現場にて排出されるコンクリートのスランプ値を基準値の範囲内に維持するなど、コンクリートの品質を維持するようにしている（たとえば、特許文献１参照）。

しかし、コンクリートのスランプロスが著しい場合には、そのままでは、コンクリートを打設しづらいために、打設現場にてコンクリートに流動化剤を添加することが行われている。

ここで、流動化剤とは、混和剤の一種で、あらかじめ練り混ぜられたコンクリートに添加した後にこれを攪拌しコンクリートの流動性を増大させることを主目的とした混和剤である。
特開２００２−１７２６１２号公報

上述したように打設現場にてコンクリートに流動化剤を添加するには、ミキサ車のドラム内にコンクリートの投入量、流動化剤添加前後のスランプ差等に基づいて流動化剤添加量を決定し、添加量分の流動化剤をドラム内に投入し、ドラムを高速回転してコンクリートと流動化剤とを攪拌するようにしている。

そして、プラント側では、経験上、ミキサ車のコンクリート運搬時間や気温、湿度によって打設現場にて必要となるスランプ値を見越してコンクリートを製造するが、打設現場到着後のコンクリートのスランプ値はミキサ車毎にばらつきがでてしまう場合があり、都度、スランプ試験を行わないと流動化剤添加量を決定することができなかった。

また、流動化剤の添加量の管理は、ミキサ車毎に専門知識をもった者が行う必要があるので、流動化添加における作業負担は大きい。

そこで、本発明は、上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、作業者の負担を軽減できるとともに適切な流動化剤添加量を演算可能な流動化剤添加量演算装置およびミキサ車を提供することである。

上記した目的を達成するために、この発明の流動化剤添加量演算装置は、ドラム内に投入されたコンクリートの投入量とコンクリートのドラム内投入時のスランプ値とミキサ車のドラムを所定の回転速度にて回転駆動したときにおける液圧モータの駆動圧力のコンクリート運搬中の変化量とに基づいて流動化剤添加量を演算する演算手段とを備えた。

また、この発明の流動化剤添加量演算方法は、ミキサ車のドラムを回転駆動する液圧モータの駆動圧力のコンクリート運搬中における変化量とコンクリートのスランプ値を運搬前と略同様にする流動化剤添加量との関係をあらかじめ複数のコンクリート投入量および複数のスランプ値に対して求めておき、コンクリート運搬中の液圧モータの駆動圧力の変化量とドラム内に投入されるコンクリート投入量とドラム内に投入されるコンクリートのスランプ値とに基づいて流動化剤添加量を演算する。

さらに、この発明のミキサ車は、ドラム内に投入されたコンクリートの投入量と、コンクリートのドラム内投入時のスランプ値と、ミキサ車のドラムを所定の回転速度にて回転駆動したときにおける液圧モータの駆動圧力のコンクリート運搬中の変化量と、に基づいて流動化剤添加量を演算する演算手段とを備えた。

本発明によれば、圧力値の変化量、スランプ値およびコンクリート投入量に基づいて流動化剤添加量を演算するので、正確にスランプロスを把握して該スランプロスに見合った最適な流動化剤添加量を演算できる。

したがって、流動化剤添加量の流動化剤をコンクリートに添加すると、コンクリートは、プラント出荷時のスランプ値にまで戻されることになり、ミキサ車で運搬することによるスランプロスをキャンセルすることが可能となる。

また、わざわざミキサ車毎にスランプ試験を行って流動化剤添加量を計算する手間が省け、さらに、圧力値の変化量、スランプ値およびコンクリート投入量に基づいて流動化剤添加量を演算するので、最適な流動化剤添加量を演算可能であるので特に専門的な知識を有しなくとも流動化剤の添加を行うことが可能となる。

したがって、流動化剤添加量の管理が非常に簡易となり、流動化剤添加における作業負担を大幅に軽減することができる。

以下に、図示した実施の形態に基づいて、この発明を説明する。図１は、一実施の形態のミキサ車における流動化剤添加量演算装置の概念図である。図２は、一実施の形態の流動化剤添加量演算装置における入力装置の一例を示す図である。図３は、実施の形態における流動化剤添加量演算装置の演算手順を示したフローチャートである。図４は、コンクリート積載中のドラムの回転軸に垂直な断面を示した図である。

一実施の形態における流動化剤添加量演算装置はミキサ車（図示せず）に搭載されており、図１に示すように、ドラムＤを回転駆動する駆動手段である液圧モータ１および液圧モータ１に液圧を供給する液圧ポンプ２と、液圧モータ１の駆動圧力を検出する圧力検出手段たる圧力センサ５と、流動化剤添加量を演算する演算手段３と、演算手段３に接続され演算手段３にスランプ値等の情報を入力可能な入力装置４と、を備えて構成されている。

液圧ポンプ２は、ミキサ車のエンジンＥに、ＰＴＯ（Ｐｏｗｅｒ Ｔａｋｅ Ｏｆｆ）を介して接続されており、該エンジンのクランクシャフトの回転運動が伝達されて回転駆動される。

また、液圧ポンプ２は、具体的には、斜板カム（図示せず）の傾角を変更することにより吐出方向および吐出量を可変にするアキシャル形の双方向吐出ポンプとして構成され、該液圧ポンプ２にループ状の管路１４を介して接続された液圧モータ１をそれぞれ正回転および逆回転することが可能である。

そして、上記液圧ポンプ２の斜板カムの変更は、具体的にたとえば、サーボシリンダにより行われるが、この液圧ポンプ２の吐出方向および吐出量は、ミキサ車に搭載される制御手段１０によって制御されている。そして、この制御手段１０は、液圧ポンプ２の吐出方向および吐出量を検知する容量センサ１１の信号をフィードバックとしてサーボシリンダを駆動し液圧ポンプ２の吐出方向と吐出量を制御することができるようになっている。

また、液圧モータ１は、具体的にはたとえば、傾転角の変更により容量が変化し回転速度が変化するように設定され、回転速度センサ１２で回転方向および回転速度（単位時間あたりの回転数）を検知するようになっており、制御手段１０は、回転速度センサ１２が検出する回転方向および回転速度をフィードバックとして上記傾転角を調節して液圧モータ１の回転方向および回転速度を制御することができるようになっている。

なお、液圧ポンプ２の吐出方向および吐出容量と、液圧モータ１の傾転角をフィードバックとして液圧モータ１の回転方向および回転速度を制御するとしてもよい。

また、この場合、液圧ポンプ２の吐出容量が可変とされているので、液圧モータ１は容量一定のモータとされてもよく、また、液圧モータ１のみを容量可変として液圧ポンプ２を回転速度に対し一定の容量を吐出するものとしてもよいが、上述のように、液圧モータ１および液圧ポンプ２は供に容量可変とされているので、ドラムＤの回転速度の制御をきめ細かく行うことが可能となっている。

そして、上記液圧モータ１がドラムＤを投入回転させる時にループ状の管路１４のうち該液圧モータ１に液圧を供給する側の管路１４ａの途中には、圧力センサ５が設けられており、該圧力センサ５は、管路１４ａ内の圧力、すなわち、液圧モータ１の駆動圧力を検出し、その出力電圧からなる吐出圧力信号を演算手段３に伝達するようになっている。

さらに、ドラムＤの一端は、液圧モータ１に図示しない回転シャフトに図示しない減速機を介して連結され、ドラムＤは、液圧モータ１によって回転駆動されることになる。

エンジンＥは、制御手段１０からのエンジン回転速度指令信号をうけてエンジンＥのスロットル弁（図示せず）の開度を調節するスロットル調整装置（図示せず）によって回転速度が制御される。

このエンジンＥの回転速度は、回転速度センサ１３によって検出され、この回転速度センサ１３が出力するエンジン回転速度は制御手段１０に入力される。

そして、制御手段１０は、上記エンジン回転速度をフィードバックとしてエンジン回転速度指令信号をスロットル調整装置に出力してスロットル調整装置を制御する。

したがって、ミキサ車停車中であっても、ドラムＤの回転駆動が必要な場合には、上記制御手段１０がスロットル調整装置を制御して、エンジンＥの回転速度を所定の回転速度に維持することができるようになっている。

なお、エンジンＥが電子制御可能なガバナを搭載している場合には、該ガバナに信号を送ることでエンジン回転速度を調節可能であるので、上記スロットル調整装置は不要となる。

転じて、入力装置４は、図２の一例に示すように、オペレータの操作によってスランプ値およびドラムＤへのコンクリート投入量の各情報を数値として入力可能なテンキー型のスイッチ４ａと、入力された各情報を演算手段３に送信する送信スイッチ４ｂと、オペレータのスイッチ４ａの操作によって入力される各情報および演算手段３によって算出される流動化剤添加量を表示する表示部４ｃと、演算手段３に演算処理を行う指令を信号として与える演算スイッチ４ｄとを備え、演算手段３に信号線２０で接続されることにより演算手段３に対して上記各情報を信号として演算手段３に送信可能とされている。

また、スランプ値等の情報の入力の際に、切換スイッチ４ｅを押圧操作することにより、入力対象の情報を切換えることができ、この切換スイッチ４ｅによって入力する情報を選択することができるようになっている。

なお、入力装置４と演算手段３の通信においては、信号線２０を介さない無線によって行うとされてもよく、また、スランプ値等の入力に使用されるスイッチはボリューム型とされてもよい。

そして、演算手段３は、圧力センサ５が出力する信号、入力装置４から入力される信号を受け取り、流動化剤添加量を演算し、その結果を入力装置４の表示部４ｃに出力できるのであればよく、たとえば、ハードウェアとしては図示しないが、各信号を増幅するためのアンプと、アナログ信号をデジタル信号に変換する変換器と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｓｓｅｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の演算を実行する装置と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置とから構成され、流動化剤添加量の演算に必要な演算処理手順は、プログラムとしてＲＯＭや他の記憶装置に予め格納させておくとする周知なコンピュータシステムとして構成されている。

なお、演算手段３とは別に、制御手段１０は、図示しない液圧モータ１の傾転角および液圧ポンプ２の斜板カムの傾角を調節するサーボシリンダに、液圧の供給を可能とする電磁弁のソレノイドに対し制御電圧もしくは制御電流を出力し、液圧モータ１および液圧ポンプ２を駆動制御するとともに、必要な場合にはエンジンＥの回転速度を制御することになり、ハードウェアとしては、上述の演算手段３と同様に周知のコンピュータシステムとすればよい。

そしてまた、演算手段３は、制御手段１０に適宜ドラムＤの回転速度を所定の速度にする指令を信号として出力することができるようになっており、この演算手段３が出力する速度指令信号によって制御手段１０は、指令どおりドラムＤを一定時間、所定の回転速度にて駆動する制御を行うようになっている。

また、演算装置３は、入力装置４にスランプ値情報が入力されない状態で送信スイッチ４ｂの押圧がある場合には表示部４ｃに、たとえば、「Ｅｒｒｏｒ」といった文字を表示できるようになっている。

そして、上記のように構成された流動化剤添加量演算装置における演算手段３は、図３に示す演算処理手順に従って流動化剤添加量を演算する。また、この演算処理手順は、上述のように、予め演算手段３の記憶装置に格納されている。

なお、この実施の形態に場合、演算手段３と制御手段１０とをハードウェアとしては別にしているが、演算手段３と制御手段１０のハードウェアを統一してもよい。

以下、この演算処理手順について説明すると、まず、オペレータの入力装置４における送信スイッチ４ｂの押圧により、演算手段３にドラム内投入時における初期のスランプ値Ｓ、コンクリート投入量Ｌの各情報の信号が送信され、これにより、流動化剤添加量演算に関する以下の演算処理手順が実行される。

なお、オペレータの入力装置４における送信スイッチ４ｂの押圧は、プラントにてドラムＤ内にコンクリートを投入後すぐに行われる。

そして、ステップＦ１では、上記信号のうち初期のスランプ値Ｓ、コンクリート投入量Ｌの入力がなされたか否かの判断を行う。そして、初期のスランプ値Ｓおよびコンクリート投入量Ｌの入力がある場合には初期のスランプ値Ｓおよびコンクリート投入量Ｌを記憶装置に記憶してステップＦ２に移行し、初期のスランプ値Ｓおよびコンクリート投入量Ｌの入力がない場合には、ステップＦ３に移行して、オペレータに入力装置４への初期のスランプ値Ｓおよびコンクリート投入量Ｌの入力を促すため、入力装置４の表示部４ｃに、たとえば、「Ｅｒｒｏｒ」と表示して、初期のスランプ値Ｓおよびコンクリート投入量Ｌの入力を待ち、その後、初期のスランプ値Ｓおよびコンクリート投入量Ｌの入力が一定時間経過しても入力されない場合には、流動化剤添加量の演算処理手順を終了する。

したがって、流動化剤添加量演算に必要な初期のスランプ値Ｓおよびコンクリート投入量Ｌの入力を促すことができるので、オペレータの入力ミスを防止することができる。

なお、ステップＦ３で初期のスランプ値Ｓおよびコンクリート投入量Ｌの入力がなされる場合、初期のスランプ値Ｓおよびコンクリート投入量Ｌを記憶装置に記憶してステップＦ２に移行する。

つづいて、ステップＦ２では、演算手段３は、制御手段１０にドラムＤを一定時間、所定の回転速度にて回転させるように速度指令信号を出力する。

そして、制御手段１０は、この速度指令信号に基づいてドラムＤの回転速度を一定時間、所定の回転速度となるように制御する。

なお、ドラムＤの所定の回転速度は、ミキサ車のエンジンＥ、液圧ポンプ２および液圧モータ１の仕様から決せられる限界の範囲内で任意に設定することができるが、コンクリート運搬中のドラムＤの総回転数量が多ければ多いほどスランプロスを招くことになるので、コンクリートの分離を招かない程度に低くするほうがよい。

さらに、ステップＦ４に移行して、演算手段３は、圧力センサ５から入力される圧力値Ｐ１を記憶装置に記憶する。

そして、ステップＦ５に移行し、演算処理指令を待ち、演算スイッチ４ｄの押圧がある場合、すなわち、演算処理を行う指令がある場合には、ステップＦ６に移行する。

なお、オペレータの演算スイッチ４ｄの押圧は、ミキサ車が打設現場に到着後、コンクリートを排出する直前に行われる。

ステップＦ６では、演算手段３は、制御手段１０にドラムＤを一定時間、所定の回転速度にて回転させるように速度指令信号を出力する。

つづいて、ステップＦ７に移行し、演算手段３は、圧力センサ５から入力される圧力値Ｐ２を記憶装置に記憶する。

さらに、ステップＦ８では、演算手段３は、初期のスランプ値Ｓ、コンクリート投入量Ｌ、圧力値Ｐ１，Ｐ２から流動化剤添加量Ｒを演算する。

ここで、液圧モータ１の駆動圧力である圧力値Ｐ１，Ｐ２は、ドラムＤの回転駆動させるときのトルクに比例する。そして、このトルクは、圧力値を採取する時点でのスランプ値とコンクリート投入量Ｌによって変化する値である。

すなわち、図４に示したコンクリートを積載したドラムＤを回転軸に対して垂直な面で切断した断面図を見ると、コンクリートはドラムＤが回転すると自身の粘度に比例してコンクリート面ＣはドラムＤの回転方向に傾きθをもって傾くことになり、この断面にコンクリートの重心Ｃｇが存在する場合、コンクリートの重心Ｃｇは、上記コンクリート面Ｃに対して垂下される仮想線Ｖ上にあり、所定の回転速度でドラムＤの回転軸Ｏ回りに回転させるときの必要トルクは、概ね回転軸Ｏと重心Ｃｇとの間の長さｈとコンクリート投入量Ｌの質量の積で計算されるモーメントとなる。

また、上述のとおり、圧力値Ｐ１，Ｐ２は検出時点でのドラムＤを回転させるトルクに比例し、上記した傾きθは、スランプ値によって変化するので、圧力値の変化量ΔＰ（＝Ｐ２−Ｐ１）は、コンクリート投入量Ｌが一定で、かつ、ドラムＤの回転速度が所定の値とされ一定であるので、スランプ値の変化量に依存した値となる。

そこで、あらかじめ、ある初期のスランプ値Ｓおよびあるコンクリート投入量Ｌにおける圧力値の変化量ΔＰと流動化剤添加量Ｒとの関係を示すマップを、たとえば、スランプ値を１ｃｍ毎、コンクリート投入量を０．１ｍ^３に変化させるなどして異なる条件で複数作成しておいて記憶装置に記憶させておき、オペレータによって入力される初期のスランプ値Ｓおよびコンクリート投入量Ｌの条件に合致するマップを抽出して、上記圧力値の変化量ΔＰから流動化剤添加量Ｒを演算する。

なお、実際に使用される流動化剤の仕様によって添加量が異なることもあるので、たとえば、入力装置４に流動化剤の種類を入力することができるようにしておき、たとえば、種類毎に番号をあらかじめ決定しておき、この番号を入力させることによって種類を演算手段３に判別させるようにして、流動化剤の種類に対応して流動化剤添加量Ｒを演算するようにしてもよい。

そして、ステップＦ９では、演算手段３は、演算された流動化剤添加量Ｒを表示部４ｃに表示する。

このように、圧力値の変化量ΔＰ、初期のスランプ値Ｓおよびコンクリート投入量Ｌに基づいて流動化剤添加量Ｒを演算するので、正確にスランプロスを把握して該スランプロスに見合った最適な流動化剤添加量Ｒを演算できる。

したがって、流動化剤添加量Ｒの流動化剤をコンクリートに添加すると、コンクリートは、プラント出荷時のスランプ値にまで戻されることになり、ミキサ車で運搬することによるスランプロスをキャンセルすることが可能となる。

また、わざわざミキサ車毎にスランプ試験を行って流動化剤添加量を計算する手間が省け、さらに、圧力値の変化量ΔＰ、初期のスランプ値Ｓおよびコンクリート投入量Ｌに基づいて流動化剤添加量Ｒを演算するので、最適な流動化剤添加量Ｒを演算可能であるので特に専門的な知識を有しなくとも流動化剤の添加を行うことが可能となる。

したがって、流動化剤添加量の管理が非常に簡易となり、流動化剤添加における作業負担を大幅に軽減することができる。

なお、流動化剤添加量Ｒの演算に際して、マップを用いて演算しているが、この圧力値の変化量ΔＰと初期のスランプ値Ｓとコンクリート投入量Ｌとからスランプ値の変化量を演算することも可能であるから、スランプ値の変化量を演算したうえで流動化剤添加量Ｒを演算するようにしてもよい。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

一実施の形態のミキサ車における流動化剤添加量演算装置の概念図である。 一実施の形態の流動化剤添加量演算装置における入力装置の一例を示す図である。 実施の形態における流動化剤添加量演算装置の演算手順を示したフローチャートである。 コンクリート積載中のドラムの回転軸に垂直な断面を示した図である。

符号の説明

１ 液圧モータ
２ 液圧ポンプ
３ 演算手段
４ 入力装置
４ａ スイッチ
４ｂ 送信スイッチ
４ｃ 表示部
４ｄ 演算スイッチ
４ｅ 切換スイッチ
５ 圧力検出手段たる圧力センサ
１０ 制御手段
１１ 容量センサ
１２，１３ 回転速度センサ
１４，１４ａ 管路
２０ 信号線
Ｄ ドラム
Ｅ エンジン

Claims (6)

1. ドラム内に投入されたコンクリートの投入量とコンクリートのドラム内投入時のスランプ値とミキサ車のドラムを所定の回転速度にて回転駆動したときにおける液圧モータの駆動圧力のコンクリート運搬中の変化量とに基づいて流動化剤添加量を演算する演算手段とを備えた流動化剤添加量演算装置。
2. 演算された流動化剤添加量を表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の流動化剤添加量演算装置。
3. ミキサ車のドラムを回転駆動する液圧モータの駆動圧力のコンクリート運搬中における変化量とコンクリートのスランプ値を運搬前と略同様にする流動化剤添加量との関係をあらかじめ複数のコンクリート投入量および複数のスランプ値に対して求めておき、コンクリート運搬中の液圧モータの駆動圧力の変化量とドラム内に投入されるコンクリート投入量とドラム内に投入されるコンクリートのスランプ値とに基づいて流動化剤添加量を演算することを特徴とする流動化剤添加量演算方法。
4. ドラム内に投入されたコンクリートの投入量と、コンクリートのドラム内投入時のスランプ値と、ミキサ車のドラムを所定の回転速度にて回転駆動したときにおける液圧モータの駆動圧力のコンクリート運搬中の変化量と、に基づいて流動化剤添加量を演算する演算手段とを備えたミキサ車。
5. ミキサ車のドラムを回転駆動する液圧モータの駆動圧力を検出する圧力検出手段と、ドラムの回転速度を所定の回転速度に制御する制御手段と、ドラム内に投入されたコンクリートの投入量とコンクリートのドラム内投入時のスランプ値とドラムを所定の回転速度にて回転駆動したときにおける圧力検出手段で検出される駆動圧力のコンクリート運搬中の変化量とに基づいて流動化剤添加量を演算する演算手段とを備えたミキサ車。
6. 演算された流動化剤添加量を表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項４または５に記載のミキサ車。

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