JP2009064419A - 振動機に油圧流体を供給する油圧ユニットのためのサーボ制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】振動機のエネルギー消費を抑制する。
【解決手段】油圧システム７のためのサーボ制御システムは，油圧流体を受ける少なくとも一つの油圧モータによって回転駆動される偏心ウエイトを含む振動機１又は振動システムに，前記流体を供給する，モータ９により駆動されるポンプ８を含む。振動機１により実際に消費されているエネルギーに関連する，油圧ユニット７のモータ９の回転速度の連続的な適応のための適応手段をさらに含む。
【選択図】図１

Description

本発明は，杭，木材ライニング(timber lining)などの対象を地中に打ち込むために使用されるタイプの振動機に，又さらには，本出願人により登録された，例えば商標「Vibrolance」で示されるタイプのスピンドル形状の振動システムに油圧流体を供給するための油圧ユニット用のサーボ制御システムに関する。

より厳密には，「Vibrolance」は，振動締固め(vibro-compaction)又は砕石充填(ballast filling)といった地盤改良法に使用されるスピンドル形状の振動機である。これは，１５００〜３２００ｒｐｍ程度の速度で回転するカウンターウエイトを含み，その回転軸に直交する平面内で力を得る。

一般に，このタイプの用途向けには，ケーシングの内部に回転可能に取り付けられ，同じ速度ではあるが反対方向に回転する，一又は複数の対の偏心ウエイト（カウンターウエイト）を含む振動機が使用されることが多く，結果として正弦波強度を有する垂直力から成る合力（互いに打ち消しあう力の水平成分）を達成することが既知である。

通常，偏心ウエイトは，例えばケーシングに取り付けられた油圧モータによって，１２００〜３０００ｒｐｍ程度の速度で回転駆動される。

この回転による振動で生成される振幅は，偏心モーメント，振動数（回転速度）及びシステムの合計重量（振動機／マウント／打ち込まれる対象）に関連する。

振動機のモーメントは固定又は可変にすることができる。後者の場合，振動機は少なくとも二組の偏心ウエイトを含み，各組は，反対方向に回転する少なくとも一対の偏心ウエイトを含み，一方で二組の偏心ウエイトは，移相器を介して互いに結合される。二つの組を移相させることにより，振動振幅を，ゼロ振幅（位相外）と最大振幅（位相内）との間で変動させることが可能である。

あらゆる場合において，油圧モータは油圧エネルギーを受け，それを機械的回転エネルギーに変換する。油圧ユニットは，油圧ホースを介して，振動機モータに油圧エネルギーを供給する。この油圧ユニットは，該油圧ポンプを回転駆動させるモータ（通常は熱機関）を含む。

振動機によって吸収される油圧動力は極めて可変的である。打ち込まれる対象の挿入深さ，及び関係する地盤の地質特性（土壌タイプ）に特に依存する。

通常，恒久的な電力蓄積(power reserve)を有するように，油圧ユニットのモータを全速で動作させる。これによって燃料の大量消費の増大が生じ，空気への及び騒音の公害も増大する。

本発明の目的は特に，これらの短所を解消することにある。

したがって，振動機によって実際に消費されたエネルギーに関連して，油圧モータの回転速度の連続的な適応を可能にする手段を含むサーボ制御システムが提案される。

利点として，油圧ユニットモータは，その負荷率を測定する装置を含んでもよく，負荷量に関連して，モータの回転速度の連続的な調節を確実にするための手段が備えられる。

さらに，モータ速度の変動による流量変動を弱めるために，可変容量型ポンプを使用することができる。このシステムはまた，このポンプの容量を連続的に調節するための手段を含み，所要の流量（設定量）を得ることができる。

添付図面を参照して，本発明の一つの実施形態が，非限定的な例によって以下に記載される。

図１に図示されている例では，従来型の振動機１が概略的に示され，懸架マウント３を介して，昇降装置のフック２から吊り下がっている。この振動機は，木材ライニング４を打ち込むために使用される。振動機１のケーシングと木材ライニング４との間の連結は，油圧クランプ５を介して確実にされる。

振動機１の偏心ウエイトは，ポンプ８の容量の連続的な調節を可能にするアクチュエータによって制御される可変流量油圧ポンプと，ポンプ８を回転駆動するモータ９とを使用して，油圧ユニット７によって供給される加圧された油圧流体の供給を受ける少なくとも一つの油圧モータ６によって回転駆動される。ポンプ８と，振動機１の油圧モータ６との間の連結は，二本の可撓性の導管，すなわち高圧供給導管１０及び低圧タンク戻り導管１１を介して得られる。

ここでは，モータ９は，エンジン負荷率（すなわち，使用された動力／利用可能な動力の割合）を測定するための装置が装備された熱機関で構成されている。これには，その回転速度のサーボ制御も装備されていることが必要である。

振動機１及び油圧ユニットに関連する制御／指令回路は：
− 振動数を調節するためのボタン１３（又は類似物）を含む制御ボックス１２（マン／マシンインタフェース）と，
− 熱機関９（双方向リンク１５）と，油圧ポンプ８（容量の変動を制御）と，振動機１のケーシングに取り付けられた振動数センサ１６とに，電気的に接続された中央計算機１４とを使用する。双方向リンク１５によって，計算器が，モータ９の回転速度を制御することが可能になり，モータ９が，計算器１４にその負荷率についての情報を送ることが可能になる。

油圧ユニット７／振動機アセンブリ１のブロック図が，図２に概略的に示される。

このアセンブリは，以下の構成から成る二重の制御の対象となる，
第１のサーボ制御ループＢ_１は，振動数センサ１６によって測定される振動数と，ボタン１３上に表示される設定振動数Ｃ_１との間の差分を測定するために使用される減算器２１を含む第１のサーボ制御ループＢ_１であって，減算器２１によって送出された差分信号（誤差）が，ポンプ容量を調節するアクチュエータ２３（流速アクチュエータ）に適用されるポンプ容量制御信号（流量）を生成する振動数補正器２２に伝送され，
第２のサーボ制御ループＢ_２は，モータ９に取り付けられた負荷率インジケータＩＴによって測定された，モータ９の負荷率の瞬間値と，設定負荷率Ｃ_２との間の差分を測定するために使用される減算器２４を含み，前記減算器２４によって送出された差分信号（誤差）は，モータ速度制御信号を生成し，この信号をモータ速度アクチュエータ（動力部２６）に適用する負荷率補正器２５に伝送される第２のサーボ制御ループＢ_２とを含む二重のサーボ制御の対象となる。この例では，負荷率補正器２５は，振動数補正器２７によって与えられる最大容量制御に関する情報を受ける。

したがって，前記サーボ制御システムの原理は以下の通りである：
○ まずオペレータは，制御ボックス１２の専用ボタン１３を使用して，設定振動数を画定する；
○ 振動数センサ１６は，振動機１の実際の振動数を連続的に測定する；
○ 計算器１４は，所望の振動数（設定振動数Ｃ１）と，振動数センサ１６によって与えられる測定された振動数との間の差分を比較し，それに応じてポンプ８の流量の補正を（その容量を変動させることにより）制御する；
○ 同時に，計算器１４は，設定負荷率Ｃ_２を，モータ９の測定された負荷率と比較する。計算器１４は，それに応じて，熱機関９の回転速度を補正する。（測定された負荷率が設定負荷率Ｃ_２より低い場合，及びポンプ容量の制御がその最大値にない場合，計算器１４は，例えばスロットル制御動作によって，モータ９の減速を起動させる。測定された負荷率が設定負荷率Ｃ_２よりも高い場合，計算器１４は，モータ９の加速を起動させる）。設定負荷率Ｃ_２が高いほど（１００％近く），燃料節約はより良好になる。反対に，設定負荷率Ｃ_２が低いと，モータ９は全速で作動することになる。この設定負荷率Ｃ_２は，任意には，調節部材，例えばケーシング１２上の調節ボタン２８を使用して，ユーザが調節してもよい。それでもなお，この設定負荷率を固定にして，ユーザによる変更を不可能にしてもよい。

つまり，本解決策は，二つの別個のパラメータ（振動数及び熱機関の負荷率のそれぞれ）に関連する一つの同じプロセスについて，同時に二つのアクチュエータ（ポンプ流量及び熱機関の回転速度）をサーボ制御することからなる。

一方のサーボ制御に対して作用が働くと，他方が補償を実行しなくてはならないのは，各制御が同一のプロセスに作用するためである。

当然のことながら，本発明は，前記条件に限定されない。例えば，振動数センサを，ポンプ８と振動機１との間に配置された油圧流量センサに置き換えても良い。振動数は流量に関連するので，結果は実質的に同じである。

同様に，センサ（振動数センサ１６又は流量用）を省略して，ポンプ容量と，熱機関の回転数との制御に基づき流量の理論的計算を行う手段に置き換えてもよい。

油圧流体供給回路を備える振動機及びその制御／指令回路の概略図。 図１に図示される制御／指令回路中で使用される二重サーボ制御システムのブロック図。

Claims (13)

1. 油圧流体を受ける少なくとも一つの油圧モータによって回転駆動される偏心ウエイトを含む振動機（１）又は振動システムに前記流体を供給するモータ（９）によって駆動されるポンプ（８）を含む油圧ユニット（７）のためのサーボ制御システムであって，
   前記振動機（１）により実際に消費されているエネルギーに関連する，前記油圧ユニット（７）の前記モータ（９）の回転速度の連続的な適応のための適応手段を含むことを特徴とするサーボ制御システム。
2. 前記油圧ユニット（７）が，容量の変動による可変流量ポンプ（８）を含み，設定流量に等しい流量を得るために，前記ポンプ（８）の容量の連続的な調節を確実にするための手段を含むことを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 前記油圧ユニットのモータが，その負荷率を測定するための装置を含み，前記負荷率に関連して前記モータの回転速度の連続的な調節を確実にする手段を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のシステム。
4. 前記振動機（１）が振動数センサ（１６）を備え，前記油圧ユニット（７）の前記モータ（９）が，その負荷率を測定するための装置を備えた熱機関であり，前記適応手段が；
   − 前記振動数センサ（１６）によって測定された振動数と，設定振動数値（Ｃ_１）との間の第１の差分を測定するために使用される減算器（２１）と，前記第１の差分に関連して，前記ポンプ（８）の容量調節手段に流量制御信号を適用する振動数補正器（２２）とを含む第１のサーボ制御ループ（Ｂ_１）と；
   − 前記負荷率測定装置によって測定された，前記モータ（９）の負荷率の瞬間値と，設定負荷率値（Ｃ_２）との間の第２の差分を測定するために使用される減算器（２４）と，前記第２の差分に関連して，モータ速度アクチュエータに制御信号を適用する負荷率補正器（２５）とを含む第２のサーボ制御ループ（Ｂ_２）と
   を含むサーボ制御手段を含むことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のシステム。
5. 前記負荷率補正器（２５）が，前記振動数補正器（２２）から最大容量制御信号を受信することを特徴とする請求項４記載のシステム。
6. 前記振動数センサ（１６）が，前記ポンプと前記振動機との間に配置された油圧流量センサに置き換えられることを特徴とする請求項４記載のシステム。
7. 前記設定負荷率（Ｃ_２）が，ユーザによって調節可能であることを特徴とする請求項４記載のシステム。
8. 前記設定負荷率（Ｃ_２）が固定であることを特徴とする請求項４記載のシステム。
9. 前記設定振動数値が，ユーザによって調節可能であることを特徴とする請求項４〜８いずれか１項記載のシステム。
10. 前記振動機が，固定又は可変モーメントを有することを特徴とする請求項１〜９いずれか１項記載のシステム。
11. 前記振動システムが，スピンドル形状を有することを特徴とする請求項1〜９いずれか１項記載のシステム。
12. 前記測定された負荷率が前記設定負荷率（Ｃ_２）よりも低い場合で，ポンプ容量制御がその最大値にない場合，サーボ制御手段（１４）が前記モータの減速を開始させ，前記測定された負荷率が前記設定負荷率（Ｃ_２）よりも高い場合，前記サーボ制御手段が前記モータの加速を起動させることを特徴とする請求項５記載のシステム。
13. 前記振動数センサ（１６）が省略され，前記ポンプの容量及び前記熱機関の回転速度の制御に基づき流量の理論的計算を行う手段に置き換えられることを特徴とする請求項４記載のシステム。

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