JP3753663B2 - ミキサドラムの駆動制御装置 - Google Patents
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Description
【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▲1▼、▲2▼のものがあった。
【0003】
▲1▼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】
▲2▼の駆動制御装置は、特開平3−l04744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、▲1▼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】
▲2▼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を備え、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、負荷圧力PLが閾値Pmより低い軽負荷状態を維持するように、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2の発明は、第1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】
また、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2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Nd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を制御するドラム中回転領域と、モータ容量Dmを小容量Dmmin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Ndp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Dm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・Dmmin/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Ne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
Claims (2)
- 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を備え、
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、
前記負荷圧力PLが閾値Pmより低い軽負荷状態を維持するように、
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ミキサドラムの駆動制御装置。 - 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1に記載のミキサドラムの駆動制御装置。
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