JP2012051723A - マグネット作業機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マグネット作業機のマグネットに必要な電圧が低い場合でも発電機を高速で保持していることによる、発電機駆動系のエネルギーロスの大きい問題を除く。
【解決手段】マグネット作業機の制御装置が、「吸引」開始時の強励磁、定常「吸引」時の定常励磁、「釈放」時の釈放逆励磁、それぞれに対応した出力電圧を得るように、マグネット操作スイッチ信号およびエンジン設定回転数信号をもとに、発電機を駆動するための、油圧ポンプの吐出流量を調整し油圧モータの回転数を変化させ、発電機の回転数を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スクラップなどの荷を吸着、釈放するマグネットを装着したマグネット作業機の制御装置に関する。

マグネット作業機は、作業機本体の油圧アクチュエータを駆動する油圧ポンプとは別に同一のエンジンによって駆動するマグネット発電用の油圧ポンプと、その吐出油によって駆動され発電機を駆動する発電用の油圧モータを備え、エンジンの回転数が作業機の作業形態によって変化した場合でも、吸着力が低下しないように、発電機の回転数を一定に保持する制御装置を備えている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３４９５０３号公報（図２）

上述したとおりの従来のマグネット作業機の制御装置には、次のとおりの解決すべき課題がある。

すなわち、マグネット作業機は、マグネットによる作業効率を改善するため吸着開始時にはマグネットの供給電圧を上げて電流の立ち上がりを早くし、スクラップの吸着時間を短縮する。吸着後は定常電圧に下げている。発電機の電圧は、回転数に比例して上昇するが、従来技術では、発電機の回転数を一定に保持するので、定常励磁状態のように要求される電圧が低い場合でも、発電機を高速で保持しているため、発電機駆動系のエネルギーロスが大きい。

本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、マグネットの励磁状態に対応したマグネット出力電圧が得られるように、発電機の回転数を制御し、発電機駆動系のエネルギーロスを小さくすることができる、マグネット作業機の制御装置を提供することである。

請求項１記載の発明は、作業機に装備した発電機の出力によりマグネットを励磁して荷の吸引・釈放作業を行うマグネット作業機の制御装置であって、作業機のエンジンにより駆動される可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプにより駆動される、発電機が連結された油圧モータと、エンジンの回転数を設定するエンジン制御器と、マグネット作業モードをＯＮ・ＯＦＦ指令するマグネットモードスイッチと、マグネットの励磁をＯＮ・ＯＦＦ指令するマグネット操作スイッチと、マグネット制御器と、を備え、マグネット制御器は、マグネット作業モードにおいて、「吸引」開始時の強励磁、定常「吸引」時の定常励磁、「釈放」時の釈放逆励磁、それぞれに対応した出力電圧を得るように、マグネット操作スイッチ信号およびエンジン設定回転数信号をもとに、油圧ポンプの吐出流量を調整し、油圧モータの回転数を変化させ、発電機の回転数を制御する、ことを特徴とするマグネット作業機の制御装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のマグネット作業機の制御装置において、マグネット制御器は、マグネット作業モードにおいて、マグネット操作スイッチが所定の時間非励磁の「待機」時は、油圧ポンプの吐出流量を最少に調整し、油圧モータの回転数を低くするものである。

請求項１記載の発明によれば、マグネット制御器は、マグネットの励磁状態に対応したマグネット出力電圧が得られるように、発電機の回転数を制御し、発電機の回転数を高速に保持することがないので、発電機駆動系のエネルギーロスを小さくすることができる。

請求項２記載の発明によれば、マグネットが所定の時間非励磁の時には油圧ポンプの吐出流量を最少に調整して、油圧モータの回転数を低くするので、さらに、発電機駆動系のエネルギーロスを小さくすることができる。

本発明に従って構成された制御装置を備えたマグネット作業機のシステム構成図。 マグネット制御器の構成および制御手順を示すフローチャート。 図２の「吸引制御タスク」のフローチャート。 図２の「釈放制御タスク」のフローチャート。 図２の「待機制御タスク」のフローチャート。 図１のマグネット制御器の制御状態を示すタイムチャート。 発電機の出力特性線図。 マグネット仕様機の側面図。

以下、本発明に従って構成されたマグネット作業機の制御装置について、好適実施形態を図示している添付図面を参照して、さらに詳細に説明する。

図８を参照して、先ずマグネット作業機について説明する。全体を番号３０で示すマグネット作業機は周知の油圧ショベルをベースにしたもので、下部走行体１と、下部走行体１上に旋回自在に取付けられた上部旋回体２と、上部旋回体２に取付けられたブーム３、アーム４、マグネット５、ブームシリンダ３ａ、アームシリンダ４ａ、およびバケットシリンダ５ａを備えている。マグネット作業機３０は、マグネット５を、装備した発電機の出力によって励磁してスクラップなどの荷の吸着・釈放のマグネット作業を行う。

図１を参照してマグネット作業機３０の制御装置４０について説明する。制御装置４０は、作業機３０のエンジン６により駆動される発電専用の可変容量型の油圧ポンプ９と、油圧ポンプ９により駆動される、発電機１１が連結された油圧モータ１０と、エンジン６の回転数を設定するエンジン制御器２２と、マグネット作業モードをＯＮ・ＯＦＦ指令するマグネットモードスイッチ２０と、マグネット５の励磁をＯＮ・ＯＦＦ指令するマグネット操作スイッチ２１と、マグネット制御器１８を備えている。マグネット制御器１８は、マグネット作業モードにおいては、マグネット操作スイッチ信号およびエンジン設定回転数信号をもとに、油圧ポンプ９の吐出流量を調整し、油圧モータ１０の回転数を変化させ、発電機１１の回転数を制御する。

油圧ポンプ９は可変容量斜板型の油圧ポンプである。発電機１１は、図７に示すように、発電機回転数に比例して上昇する電圧を出力する。

油圧ポンプ９と油圧モータ１０を結ぶ一対の油路の間には、アンロード弁１２、リリーフ弁１３、バキューム防止のためのチェック弁１４、およびタンク１６への戻り油路に背圧用のチェック弁１５を備えている。マグネット制御器１８にはモニタ表示器１９が接続されている。

アンロード弁１２は、電磁弁によって構成され、マグネット制御器１８の信号によってＯＮ・ＯＦＦされ、ＯＮ状態で閉じられ油圧モータ１０に油圧ポンプ９の吐出油を流し、ＯＦＦ状態で開放され油圧モータ１０への吐出油をタンク１６にアンロードし、発電機１１の回転は停止状態になる。

マグネット作業機はまた、エンジン６によって駆動される作業機用のメイン油圧ポンプ７，８、メインコントロールバルブ１７、エンジン回転数を規定するアクセルダイヤル２３、エンジン６の回転を検出する回転センサ２５を備えている。エンジン制御器２２は、マグネット制御器１８、アクセルダイヤル２３、回転センサ２５の出力に基づいて、エンジン６および電磁比例弁２４を介してメイン油圧ポンプ７，８を制御する。

図２を参照して、マグネット制御器１８の構成および制御手順について説明する。

処理器Ｓ１でマグネットモードスイッチ２０、マグネット操作スイッチ２１の信号を読み込む。同時に、エンジン制御器２２からアクセルダイヤル２３、エンジン回転センサ２５の信号を読み込む。

（１）非マグネット作業：
判定器Ｓ２でマグネットモードスイッチ２０の信号を判定する。非マグネット作業でマグネットモードスイッチ２０がＯＦＦの場合は、処理器Ｓ１４に移り、アンロード弁１２をＯＦＦにし、かつ油圧ポンプ９の斜板角を最小にする。

次に、処理器Ｓ１５で、後述する制御に係わる待機フラグをＯＮ、吸引フラグおよび釈放フラグをＯＦＦにする。また、後述する強励磁時間を制御するＯＥタイマおよび、釈放時の逆励磁時間を制御する釈放タイマをリセットし、「開始」に戻る。

（２）マグネット作業：
判定器Ｓ２でマグネットモードスイッチ２０がＯＮの場合は、判定器Ｓ３に移りアクセルダイヤル２３信号を判定する。アクセルダイヤル２３信号がマグネット作業の下限値よりも低い場合は、処理器Ｓ４でエンジン設定回転数を強制的にマグネット作業の下限値にする。

次に、判定器Ｓ５に移り、マグネット操作スイッチ２１の信号を判定する。マグネット操作スイッチ２１の信号がＯＦＦからＯＮになった場合は、判定器Ｓ６に移り、待機フラグおよび釈放フラグを判定する。マグネット操作スイッチ２１の信号がＯＦＦからＯＮに変化する以外の場合は、処理器Ｓ９に移行する。

判定器Ｓ６で待機フラグまたは釈放フラグがＯＮの場合は、処理器Ｓ７に移り、吸引フラグをＯＮにする。判定器Ｓ６で待機フラグまたは釈放フラグがＯＦＦの場合は、処理器Ｓ８で釈放フラグをＯＮにする。

判定器Ｓ９で吸引フラグを判定し、吸引フラグがＯＮの場合は、処理器Ｓ１０の吸引制御タスクに入る。判定器Ｓ９で吸引フラグがＯＦＦの場合は、判定器Ｓ１１に移り、釈放フラグを判定する。釈放フラグがＯＮの場合は、処理器Ｓ１２の釈放制御タスクに移る。釈放フラグがＯＦＦの場合は、処理器Ｓ１３の待機制御タスクに入る。

上記の作用により、図６に示すように、待機中または釈放中にマグネット操作スイッチ２１を操作すると吸引制御に入り、吸引中にマグネット操作スイッチ２１を操作すると釈放制御に入る。

図３を参照して吸引制御タスクについて説明する。吸引制御タスクにおいては、処理器Ｓ２０で釈放フラグをＯＦＦ、釈放タイマをリセットする。

次に、判定器２１で強励磁時間を設定するＯＥタイマを判定する。ＯＥタイマが設定時間に達していない場合は、処理器Ｓ２２でカウントアップする。次に、処理器Ｓ２３でエンジン設定回転数をもとに、強励磁のための斜板角（図６のΦ１）を設定する。

判定器Ｓ２１でＯＥタイマが設定時間に達した場合は、処理器Ｓ２４でエンジン設定回転数をもとに定常吸引のポンプ斜板角（図６のΦ２）を設定する。

上記の作用により、図６に示すように、吸引開始時は一定時間、油圧モータ６の回転数が上昇する。それに伴って発電機１１の出力電圧が上昇するので、マグネット電流の立ち上がりが速まり、荷、例えばスクラップを急速に吸着できる。吸着後は、油圧モータ６は定常回転数に下がり、マグネットの供給電圧が下がり、スクラップの吸着を保持するマグネット電流が供給される。

図４を参照して釈放制御タスクについて説明する。釈放制御タスクにおいては、処理器Ｓ３０で吸引フラグをＯＦＦ、ＯＥタイマをリセットする。

次に、判定器Ｓ３１で釈放時の逆励磁時間を設定する釈放タイマを判定する。釈放タイマが設定時間に達していない場合は、処理器Ｓ３２でカウントアップする。次に、処理器Ｓ３３でエンジン設定回転数をもとに、釈放時のポンプ斜板角（図６のΦ３）を設定する。

判定器Ｓ３１で釈放タイマが設定時間に達した場合は、釈放が完了したので処理器Ｓ３４で待機フラグをＯＮ、吸引フラグおよび釈放フラグをＯＦＦにする。

上記の作用により、図６に示すように、釈放時には釈放電圧に見合った油圧モータ６の回転数に設定して、マグネットを逆励磁してスクラップを速やかに釈放する。釈放後は、待機モードに移る。

図５を参照して待機制御タスクについて説明する。待機制御タスクにおいては、処理器Ｓ４０で吸引フラグ、釈放フラグをＯＦＦ、ＯＥタイマおよび釈放タイマをリセットする。

次に処理器Ｓ４１でエンジン設定回転数をもとに、ポンプ斜板角を待機の斜板角（図４のΦ４）に設定する。

上記の作用により、図６に示すように、待機時は、油圧ポンプの傾斜角が下がり、油圧モータ６の回転数が低く設定されるので、待機時のエネルギーロスを低減できる。

上述したとおりのマグネット作業機３０の制御装置４０の作用効果についてまとめる。

マグネット制御器１８は、マグネット５の励磁状態、強励磁、定常励磁、釈放逆励磁によって、エンジン設定回転数をもとに油圧ポンプ９の吐出油量を制御して、励磁状態、強励磁、定常励磁、釈放逆励磁の各制御に応じた出力電圧が得られるように発電機１１の回転数を制御する。したがって、発電機１１の回転数を常に高速に保持することがないので、発電機駆動系のエネルギーロスを小さくすることができる。また、制御盤での昇圧や降圧などの電圧制御が不要になり、制御盤を簡素化できる。

さらに、マグネット５が所定の時間非励磁の時には油圧ポンプ９の吐出流量を最少に調整して、油圧モータ１０の回転数を低くするので、発電機駆動系のエネルギーロスをさらに小さくすることができる。

５：マグネット
９：油圧ポンプ
１０：油圧モータ
１１：発電機
１８：マグネット制御器
２０：マグネットモードスイッチ
２１：マグネット操作スイッチ
２２：エンジン制御器
３０：マグネット作業機
４０：制御装置

Claims (2)

1. 作業機に装備した発電機の出力によりマグネットを励磁して荷の吸引・釈放作業を行うマグネット作業機の制御装置であって、
   作業機のエンジンにより駆動される可変容量型の油圧ポンプと、
   この油圧ポンプにより駆動される、発電機が連結された油圧モータと、
   エンジンの回転数を設定するエンジン制御器と、
   マグネット作業モードをＯＮ・ＯＦＦ指令するマグネットモードスイッチと、
   マグネットの励磁をＯＮ・ＯＦＦ指令するマグネット操作スイッチと、
   マグネット制御器と、を備え、
   マグネット制御器は、マグネット作業モードにおいて、
   「吸引」開始時の強励磁、定常「吸引」時の定常励磁、「釈放」時の釈放逆励磁、それぞれに対応した出力電圧を得るように、マグネット操作スイッチ信号およびエンジン設定回転数信号をもとに、油圧ポンプの吐出流量を調整し、油圧モータの回転数を変化させ、発電機の回転数を制御する、
   ことを特徴とするマグネット作業機の制御装置。
2. マグネット制御器は、マグネット作業モードにおいて、
   マグネット操作スイッチが所定の時間非励磁の「待機」時は、油圧ポンプの吐出流量を最少に調整し、油圧モータの回転数を低くする、
   ことを特徴とする請求項１記載のマグネット作業機の制御装置。

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