JP2019533777A - コンクリート分配ブームの移動制御のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、コンクリート分配ブームの移動制御のための方法及び装置に関するものであり、コンクリート分配ブームは、そのブームベースにて垂直な回転軸の周りで回転可能に１つの回転装置（１４）に支持されており、回転装置（１４）は、ブーム（１２）を所望の角度位置へ運ぶために、１つの回転駆動部（２０）を用いてまた場合によっては１つの制動部（２２）を用いて操作され、また、加速時及び／又は減速時にはブーム（１２）の望まれない固有振動が水平方向で発生し得る。本発明に従い、回転駆動部（２０）が、固有振動の少なくとも最大振動の範囲で、一時的に自由回転に切り替えられることが提案され、その結果、回転装置（１４）は自由に動くことが可能であり、また、固有振動が減少される。

Description

本発明は、コンクリート分配ブームの移動制御のための方法に関するものであり、当該コンクリート分配ブームは、そのブームベースにて垂直な回転軸の周りで回転可能に回転装置（旋回装置）に支持されており、ブームを所望の角度位置へ運ぶために、回転装置は回転駆動部を用いてそしてまた場合によっては制動部を用いて操作される、また、加速時及び／又は減速時にはブームの望まれない固有振動が水平方向で発生し得る。本発明は更に、その種の方法を実施するために設計された装置に関するものである。

現在用いられているコンクリートポンプ車においては、コンクリート分配ブームを回転させるために、複数のジョイスティックコントローラ（ジョイスティック制御部）が用いられ、それらを用いて操作者はジョイスティックの偏位に応じる移動変化を設定する。回転運動の開始に対して、ブーム先端は、回転装置が既に回転している一方で、慣性に基づいて最初はその当初の位置で止まっている。従って分配ブームには予め負荷が掛けられる。ある程度の時間の遅れを伴って初めて、ブームの先端は急に動き始める。これは、分配ブーム全体のしなるような望まれない振動を導く。それにより、下部構造にも振動がもたらされる。制動時には、同様の挙動が確認される。ますます軽くなってゆきまた従って通常より撓みやすくなっていく構成部材に関連して、その種の振動は増加する。それによりそれに続き、その種のカンチレバー構造（片持ち梁構造）の近傍での作業は困難なもとのなり、またとりわけコンクリート打設位置でのホース先端部を案内する者にとっての危険性が増す。

これに由来して、本発明は、従来技術において知られている方法及び装置を更に改善し、また、運転開始プロセス／制動プロセスによって誘発される望まれないブーム振動を減少させる或いは回避する、という課題に基づいている。

この課題を解決するために、請求項１或いは１３に記載の特徴の組み合わせが提案される。本発明の有利な構成及び発展形態は従属請求項からもたらされる。

本発明は、位置エネルギー（ポテンシャルエネルギー）と運動エネルギーの交換を、ブーム構造の運動を変化させる際に、ブーム先端を制御するために、巧みに利用する、という考えに基づいている。対応的に、方法的な観点では、少なくとも固有振動の最大振幅の範囲では回転駆動部が一時的（断続的）に自由回転（自由運動）へと切り替えられ、その結果、回転装置は回転モーメントの負荷が軽減されているか、或いは、回転モーメントが伝わらず、そしてその際、予め設定された時間の間自由に動くことが可能であること、が提案される。従って、ブームの固有振動は、広範囲に渡って機械的なコストをかけることなく、大幅に低減され得る。そのような運動制御は、実際の運動状態には依存せずに、全ての加速及び減速（制動）工程で用いられ得る。合目的には、液圧的な回転駆動部又は電気的な回転駆動部が用いられる。

制御経過（コントロールシーケンス）の有利な構成は、自由回転のためにスイッチを入れる時点（スイッチオン時点）が、回転運動時に検出される測定値に従って、決定されること、を企図している。

これに関連した更なる改良は、回転駆動部が回転装置に掛かる回転モーメントの極限値が発生する時点に対して自由回転へ切り替えられる、ことによってもたらされる。この時点では、振動性のシステムはその最大のポテンシャルエネルギーを有しており、また従ってその最小の運動エネルギーを有している。

センサ制御されるバリエーションでは、回転装置における回転モーメントがトルク変換器を用いて、特には（例えばひずみゲージを用いての）歪測定を利用してセンサ的に捕捉される。

液圧モータにより形成される回転駆動部との関連では、以下の場合が格別に有利である、すなわち、自由回転に対するスイッチオン時点が、センサ的に捕捉される液圧モータに作用する液圧の経過から、又は、当該液圧から導き出される量から、算出される場合が、格別に有利である。

その際、特には１つの切替弁を介してその複数の圧力ポートを絞りのない液圧ラインを介して接続することによって、液圧モータを自由回転のために液圧的に短絡させることによって、ポテンシャルエネルギーを狙って変換することが出来る。

更なる有利なバリエーションは、ブームの加速及び／又は減速のための制御信号に応じて自由回転を時間的に制御して起動（作動）すること、を企図している。

時間制御された経過においては以下の場合が特に有利である、すなわち、自由回転がブームの固有振動に依存して特には固有振動周期の４分の１が経過した後で、制御信号に応じてスイッチを入れられる場合が特に有利である。

ブームの「逸脱運動（暴走運動）」を避けるためには、自由回転はスイッチを入れられた後の、予め設定された期間の後に非活化されるべきである。そのような措置は、安全上の理由からも有利である。

ブームの固有振動が最小化されるように、自由回転の期間を経験的（実験的）又は演算的に既知のブームデータから導き出すことが可能である。

何れの場合においても、制動部（ブレーキ）が少なくとも自由回転の期間に対して離されたまま或いは解除されたままであることが、保障されているべきである。

有利な様態では、回転駆動部は、自由回転の予め設定された期間の間、制動的な又は駆動的な回転モーメントが回転装置に伝達されないように、回転モーメントの負荷から解放される（回転モーメントの負荷を軽減される）。

コンクリート分配ブームの運動制御のための装置も本発明の対象であり、当該装置はコンクリート分配ブーム、コンクリート分配ブームにブームベースにて垂直な回転軸の周りで回転可能に支持されている回転装置を有しており、回転装置は１つの回転駆動部を用いてまた場合によっては１つの制動部を用いて操作可能であり、また、加速時及び／又は減速時にはブームの望まれない固有振動が水平方向で発生することが可能であり、回転駆動部が制御装置によって、固有振動の少なくとも最大振動（最大振幅）の範囲で、一時的に自由回転に切り替え可能であり、その結果、回転装置が自由回転中は自由に運動可能であり、また、ブームの振動が最小化される。それにより、冒頭で制御方法に関連して詳述された長所が同様にして達成される。

格別に有利な実施は、回転駆動部が液圧モータによって形成されていること、及び、液圧モータが、自由回転のために特には切替弁を介してその複数の圧力ポートとの接続によって、液圧的に短絡されていること、を企図している。

以下において本発明は、図中で概略的に示されている実施例を用いてより詳細に説明される。

コンクリートポンプ車におけるコンクリート分配ブームの記号的な図を示す。 コンクリート分配ブームのための回転装置制御のブロック回路図を示す。 制御経過の異なる時間グラフを示す。 本発明に従う移動制御と従来の移動制御のためのブーム振動の比較を示す。

図１は、コンクリートポンプ車１０を記号的に表しており、当該コンクリートポンプ車１０は不図示のコンクリート配管（コンクリートライン）を案内するコンクリート分配ブーム１２を備えており、当該コンクリート分配ブーム１２はそのベース部にて回転装置１４を用いて垂直軸（鉛直軸）１６の周りで回転可能でありまた複数のブームアーム１８から組み立てられており、当該複数のブームアーム１８は、水平方向の複数の回転軸を有する複数のジョイント部を介して、互いに接続されているか或いは回転装置と接続されている。ジョイント部には回動駆動部として不図示の液圧シリンダは割り当てられてはいないが、その一方で、回転装置（旋回装置）１４は液圧モータ２０を介して駆動され、また、制動部２２を用いて制動可能である。これについては以下においてより詳細に説明される。それによりブーム１２は所望の回転位置或いは角度位置へと移動され得て、その一方で、コンクリート配管を介して搬送されるコンクリートを打設位置にまくために、垂直軸１６からのブーム先端部の半径方向の間隔はジョイント部の回動移動によって可変的である。

ブーム１２の通常の加速度においては（運転開始時においてと同様に制動時においても）、垂直軸１６の周りで水平方向の望まれない振動（揺れ）が発生する。この振動の原因は、一方では、バネ剛性が小さいこと（及びそれに関連した小さい固有振動数）であって、他方では、ブーム１２の全体的な減衰が僅かであること、である。その際、大きな振動振幅が発生し得て、当該振動振幅は時間をかけてしか（ゆっくりにしか）減衰しない。そのような振動は、後述の回転装置制御によって大幅に抑制され得る。

図２は、コンピュータで支援される、回転駆動部２０用の制御装置２４の回路ブロック図を示しており、当該回転駆動部２０は液圧モータとして形成されておりまた減速ギア２６を介して回転装置１４に連結されている。制御装置２４は電気的に駆動制御される比例方向制御弁（proportional directional control valve）２６を含んでおり、当該比例方向制御弁２６は入力装置２８を用いて操作者によって駆動制御され得る。これは、ジョイスティック３０を回動させることにより目的速度を手動で設定することによって、行うことが出来る。比例弁２６の圧力油排出部Ａ及びＢは、中心からずれたその貫流位置にて弁開口が一定に移行しながら方向に応じて回転駆動部２０へ連絡（接続）され得る。この様態では、回転速度は大きさと方向に応じて時間に依存して設定される。

更に、制御装置２４は回転駆動部２０の自由回転を振動を最小化して活化（アクティベート）するためのマイクロコントローラ３２を有している。この目的のために、回転駆動部２０の両方の圧力ポート３４にはそれぞれ圧力センサ３６が設けられており、当該圧力センサ３６は下流側に配されているアナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄコンバータ）３８を介して時間に応じて検知可能なデジタルの圧力信号４０をマイクロコントローラ３２へ供給する。これは、時間的に導き出される圧力差Δｐの経過４４を作成させるために、微分器４２を含んでいる。

マイクロコントローラ３２は、切替ステージ（切替ステップ）４６を有しており、当該切替ステージは、２／２方向弁として形成されている切換弁４８の制御入力部へ電気的な切替信号を出力する。これは、その弾性復帰（バネ復帰）される基本位置では遮断し、そして、電気的に操作されるその切替位置では貫流路を両方の方向で開放するので、その結果、回転駆動部２０の複数の圧力ポートが互いに接続される。この液圧的な短絡によって、回転駆動部２０は自由回転状態へ切り替えられ、当該自由回転状態では、それは回転モーメントを伝達せずまた従って自由に動くことが出来る。

一般的に、ギアボックスもまた回転駆動部２０の一部として用いられ得て、当該ギアボックスにおいては、その入力部からその出力部への機械的な出力の伝達が以下のように切り替えられる、すなわち、自由回転の予め設定された継続時間に関して出力が伝達されないように切り替えられる。例えばこれに関しては、例えば多板クラッチといった切替可能な機械的なクラッチを用いることが出来る。電気的な回転駆動部の場合、モータの電気的な短絡を極（ポール）を接続することによって切り替えることも、考えられる。

全てのバリエーションは、モータの運動に基づく回転モーメントの発生或いは伝達が避けられる点、従って駆動部が自由に回転する点で、共通している。

図３は、ブーム１２の振動の少ない加速のための制御経過を具体的に示している。その質量慣性は、加速時に、回転装置１４の予負荷（プリロード、プリストレス）を導き、それは差圧信号４０の上昇を反映させている。差圧Δｐの極限値は、時間的に導き出される信号４４のゼロ交差（ゼロクロッシング）の時点に対して発生する。この時点では、弁４８が貫流へ切り替えられ、その結果、回転駆動部２０は回転モーメントの負荷を受けず、また従って自由に動くことが出来る。第３のグラフ内で示されているように、弁４８は予め設定された期間の後、再度閉鎖されるが、これは、自由回転の非活化（ディアクティベーション）を導く。それに並行して制動部２２も自由回転の継続期間のために解除される（図３の下のグラフ）。アクティベート期間は、与えられているブーム構成に関して、経験的に或いは実験的に特性され得て、その結果、発生する振動は最小化される。

上述のプロセスはブーム１２の制動時においても対応的に繰り返され得る。差圧の代わりに、例えばひずみゲージを用いて回転装置１４に作用する回転モーメントをセンサ的に検出してもよく、その目的はそこからアナログの制御シークエンスを導き出すことである。

自由回転がジョイスティック３０を用いて発生されるドライブ信号に応じた時間間隔（タイムインターバル）にて、時間制御されて始動されることも、考えられる。時間制御されるバリエーションのためには、固有振動が知られていることが見込まれる。加速或いは減速の開始と、回転駆動部２０がモーメントなし（トルクなし）で切り替えられる時点の間での持続時間（継続時間）は、可能な限り正確に固有振動の４分の１に対応するべきである。このバリエーションは回転装置１４における追加のセンサ無しで実現可能である。しかしながら、必要な精度で固有振動を特定するためには、特にはブームアーム１８の角度位置用の、複数の適切なブームセンサが設けられているべきである。

振動最適化された制御は、図４ではブーム運動の停止を一例に、更に図示されている。定常運動（ブーム１２に対し垂直な上面図での時点０）から、回転駆動部２０は停止される。ポテンシャルエネルギーが最大の状態（時点１）では、プリロードを掛けられた回転装置１４は以下のように操作される、すなわち、このエネルギー状態からそのベースが取り除かれ、また、振動可能なシステムが自由回転によってそれ自体で緩和するように操作される（図４の時点２、右側）。その後ブーム１２はおおよそ静止状態にある（図４の時点３、右側）。回転駆動部２０はその後再度停止され得る。

接続技術的な切替に関してこれは、ブーム１２がその振動に関してちょうど静止する場合或いは逆にちょうど動き出す場合に、回転駆動部２０が狙って自由回転に切り替えられること、を意味している。急な減速傾斜（ブレーキングカーブ、制動曲線）による従来のブーム制御においては、ブームは、図４の左側で時点２及び時点３に関して図示されているように、過度に揺れる。対応的に下方の両方の時間グラフは、本発明に従う低振動の（振動の殆どない）移動制御のためのブーム先端の位置及び速度の時間的な経過を、望まれない振動を導く従来の減速傾斜と比較して示している（低振動の移動制御は実線で、また、従来の減速傾斜の場合を破線で示している）、その際、このグラフでもまた時点０から３はマーキングされている。

１２ コンクリート分配ブーム
１４ 回転装置（旋回装置）
２０ 回転駆動部（旋回駆動部）
２２ 制動部
２４ 制御装置
３４ 圧力ポート
４８ 切替弁

Claims (15)

1. コンクリート分配ブームの移動制御のための方法にして、
   当該コンクリート分配ブームは、そのブームベースにて垂直な回転軸の周りで回転可能に１つの回転装置（１４）に支持されており、当該回転装置（１４）はブーム（１２）を所望の角度位置へ運ぶために、１つの回転駆動部（２０）を用いてまた場合によっては１つの制動部（２２）を用いて操作され、また、加速時及び／又は減速時にはブーム（１２）の望まれない固有振動が水平方向で発生し得る方法において、
   前記回転駆動部（２０）が、少なくとも固有振動の最大振動の範囲で、一時的に自由回転に切り替えられ、その結果、前記回転装置（１４）が自由に動くことが可能であり、また、固有振動が減少されること、
   を特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記自由回転のためにスイッチを入れる時点が、回転運動の際に検出される測定値に従って決定されること、
   を特徴とする方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法において、
   前記回転装置（１４）にかかる回転モーメントの極限値が発生する時点に対して、前記回転駆動部（２０）が自由回転に切り替えられること、
   を特徴とする方法。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の方法において、
   前記回転装置（１４）での前記回転モーメントがトルク変換器を用いて特には歪測定を用いてセンサ的に検出されること、
   を特徴とする方法。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の方法において、
   前記回転駆動部（２０）が液圧モータによって形成されること、
   を特徴とする方法。
6. 請求項５に記載の方法において、
   前記自由回転のためにスイッチを入れる時点が、液圧モータに作用しているセンサ的に検出される液圧の経過から、又は、当該液圧から導き出される量から、算出されること、
   を特徴とする方法。
7. 請求項５又は６に記載の方法において、
   前記液圧モータが、前記自由回転のために特には切替弁（４８）を介してその複数の圧力ポート（３４）の接続によって、液圧的に短絡されていること、
   を特徴とする方法。
8. 請求項１に記載の方法において、
   前記自由回転が、前記ブーム（１２）の加速及び／又は減速のために制御信号に応じて時間制御されて起動されること、
   を特徴とする方法。
9. 請求項８に記載の方法において、
   前記自由回転が、前記ブーム（１２）の固有振動に依存して、特には固有振動周期の４分の１が経過した後で、前記制御信号に応じてスイッチを入れられること、
   を特徴とする方法。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の方法において、
    前記自由回転がスイッチを入れられた後設定された期間後に非活化されること、
    を特徴とする方法。
11. 請求項１０に記載の方法において、
    前記自由回転の前記期間が、前記ブーム（１２）の固有振動が最小化されるように、経験的に又は演算的に導き出されること、
    を特徴とする方法。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法において、
    前記制動部（２２）は、少なくとも前記自由回転の間、離されたままであるのこと、
    を特徴とする方法。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法において、
    前記回転駆動部が前記自由回転の間、回転モーメントの負荷から解放されており、その結果、制動的又は駆動的な回転モーメントが前記回転装置（１４）へ伝達されないこと、
    を特徴とする方法。
14. コンクリート分配ブームの移動制御のための装置にして、
    コンクリート分配ブーム（１２）、ブームベースにて垂直な回転軸の周りで回転可能に支持されている回転装置（１４）を有しており、１つの回転駆動部（２０）を用いてまた場合によっては１つの制動部（２２）を用いて操作可能であり、また、加速時及び／又は減速時には前記ブーム（１２）の望まれない固有振動が水平方向で発生し得る装置において、
    前記回転駆動部（２０）が制御装置（２４）によって、固有振動の少なくとも最大振動の範囲で、一時的に自由回転に切り替え可能であり、その結果、前記回転装置（１４）が自由に動くことが可能であり、また、固有振動が減少されること、
    と特徴とする装置。
15. 請求項１４に記載の装置において、
    前記回転駆動部（２０）が液圧モータによって形成されていること、及び、前記液圧モータが前記自由回転のために好ましくは切換弁（４８）を介してその複数の圧力ポート（３４）の接続によって液圧的に短絡されていること、
    を特徴とする装置。
    
    

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