JP4570735B2 - 回転体を回転させる液圧シリンダの制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体を回転させる液圧シリンダの制御方法および制御装置に係り、特に回転体をほぼ一定のトルクで回転させるために有効な回転体を回転させる液圧シリンダの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来技術の概念図である。
この図４に示す従来技術では、回転体１１を回転駆動するために液圧シリンダ１が設置されている。
【０００３】
前記液圧シリンダ１の一端部は、固定部材５に固定されたブラケット６に、シリンダエンドピン７を介して取り付けられていて、液圧シリンダ１は揺動自在に支持されている。
【０００４】
前記液圧シリンダ１の内部には、ピストン（この図４では省略）が往復動可能に嵌挿されている。このピストンには、ピストンロッド３が取り付けられている。
【０００５】
前記ピストンロッド３の一端部は、クランク８にロッドエンドピン７を介して連接されている。前記クランク８は、回転体１１に一体に設けられた回転軸１０に取り付けられている。
【０００６】
そして、従来技術では液圧供給源として定吐出量ポンプ（図示せず）から液圧シリンダ１に常時一定の液圧Ｐを供給し、ピストンロッド３を伸縮させ、クランク８を介して回転軸１０に軸トルクを付与し、回転体１１を回転させるようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種液圧シリンダにより回転体を回転させる機構における液圧シリンダの制御において、従来技術のごとく、液圧シリンダへの液圧供給源として定吐出量ポンプを使用すると、図４から分かるように、液圧Ｐつまり吐出圧力は一定であるが、回転体１１が図４において時計方向に０°から９０°回転する過程で、液圧シリンダ１とクランク８のなす角度が直角になったとき、回転体１１のトルクＴが最大となる。また、回転体１１が１８０°回転し、液圧シリンダ１が押しから引きに変わり、回転体１１が２７０°を越えて回転し、液圧シリンダ１とクランク８のなす角度が再び直角になったとき、回転体１１のトルクＴが再び大きくなる。
【０００８】
このように、液圧シリンダへの液圧供給源として、定吐出量ポンプを用いた場合には、回転体が一回転する間に、トルクＴが大きく変動する。このため、従来技術では回転体を安定したトルクで回転させることができないという課題があった。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、液圧シリンダの負荷に応じて、液圧シリンダへの供給液圧を自動的に調整し、回転体をほぼ一定のトルクで回転させ得る液圧シリンダの制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１の本発明は、ポンプ内傾斜角が変わり供給液圧が調整可能な圧力補償付可変容量型液圧ポンプ１４と、この圧力補償付可変容量型液圧ポンプ１４に、弁切換により所定の液圧を送出する３位置方向切換弁１５を介し接続され、前記３位置方向切換弁１５からの液圧によりピストンロッドが伸縮し、ピストンロッドの伸縮により回転体１１を回転させる液圧シリンダ１と、この液圧シリンダ１の前記ピストンロッドの上下死点間の位置検出信号を出力するピストンロッド位置検出装置１８と、このピストンロッド位置検出装置１８からのピストンロッド３の位置検出信号が取り込まれ、かつ前記回転体１１の回転角度θと前記液圧シリンダ１に供給する液圧Ｐとに関するデータが取り込まれ、前記回転体１１を一定トルクＴで３６０°連続回転させるべく前記圧力補償付可変容量型液圧ポンプ１４へ供給液圧の信号を送り、かつ前記３位置方向切換弁１５に弁切換の制御信号を送る制御器２５と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２の本発明は、請求項１記載の回転体を回転させる液圧シリンダの制御装置において、前記ピストンロッド位置検出装置は、前記液圧シリンダ１の外側に固定されたセンサ取り付け板１９と、ロッドクレビス４に取り付けられかつ前記センサ取り付け板１９にガイドされてスライドするスライド板２０と、互いに所定の間隔をおいて配置されかつ前記センサ取り付け板１９に取り付けられた第１、第２のセンサ２１、２２と、前記スライド板２０に設けられた検出体２３とを備えてなることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施例を示すもので、液圧シリンダの制御装置の説明図、図２は制御器の論理説明図、図３は本発明の概念図である。
【００１４】
本発明における図１に示す実施例では、液圧シリンダ１の一端部が固定部材５に固定されたブラケット６に、シリンダエンドピン７を介して取り付けられていて、液圧シリンダ１は揺動可能に支持されている。
【００１５】
前記液圧シリンダ１の内部には、ピストン２が往復動可能に嵌挿されている。このピストン２には、ピストンロッド３が設けられている。
【００１６】
前記ピストンロッド３の一端部には、ロッドクレビス４が設けられており、このロッドクレビス４は図３に示すクランク８に、ロッドエンドピン９を介して連接されている。
【００１７】
前記クランク８は、図３に示す回転軸１０に一体に取り付けられている。この回転軸１０は、図３に示す回転体１１に一体に設けられている。
【００１８】
前記液圧シリンダ１は、液圧回路に接続されている。この液圧回路は、図１に示すように、液タンク１２と、ポンプ用の駆動源１３と、この駆動源１３に駆動連結され、内部パイロット圧あるいは外部パイロット圧によってポンプ内傾斜角が変わる圧力補償付可変容量型液圧ポンプ１４と、３位置方向切換弁１５と、液通路１６、１７とを備えている。そして、この液圧回路は３位置方向切換弁１５が図１に示す中立位置からロ位置に切り換えられたとき、圧力補償付可変容量型液圧ポンプ１４から液通路１７を通じて液圧シリンダ１のピストンロッド側室に、液圧シリンダ１の負荷に応じて液圧を供給し、前記中立位置からイ位置に切り換えられたとき、前記圧力補償付可変容量型液圧ポンプ１４から液通路１６を通じて液圧シリンダ１のピストンヘッド側室に、液圧シリンダ１の負荷に応じて液圧を供給し得るように構成されている。
【００１９】
前記液圧シリンダ１とピストンロッド３とにわたって、図１に示すように、上下死点信号出力装置として、ピストンロッド位置検出装置１８が設けられている。このピストンロッド位置検出装置１８は、液圧シリンダ１の外側に固定されたセンサ取り付け板１９と、ロッドクレビス４に取り付けられかつ前記センサ取り付け板１９にガイドされてスライドするスライド板２０と、互いに所定の間隔をおいて配置されかつ前記センサ取り付け板１９に取り付けられた第１、第２のセンサ２１、２２と、前記スライド板２０に設けられた検出体２３とを備えている。前記第１、第２のセンサ２１、２２と検出体２３には、磁気や光を検出媒体とする近接センサ、またはリミットスイッチ等が用いられる。そして、このピストンロッド位置検出装置１８はピストンロッド３が伸長方向に移動してその死点付近の設定位置に達したとき、これを第１のセンサ２１と検出体２３とにより検出し、その検出信号２４を図２に示す制御器２５に送り込み、またピストンロッド３が収縮方向に移動してその死点付近の設定位置に達したとき、これを第２のセンサ２２と検出体２３とにより検出し、その検出信号２４も前記制御器２５に送り込むように構成されている。
【００２０】
前記制御器２５は、図２に示すように、計算部門２６と、データ部門２７とを有している。前記データ部門２７には、回転体１１の回転角度θと、回転体１１のトルクＴを一定に調整すべく、設定した圧力範囲内で、液圧シリンダ１の負荷に応じて、液圧シリンダ１に供給する液圧Ｐに関するデータが格納されている。そして、この制御器２５は計算部門２６でピストンロッド位置検出装置１８からピストンロッド３の位置の検出信号２４を取り込み、データ部門２７からは回転体１１の回転角度θ−液圧シリンダ１に供給する液圧Ｐとに関するデータを取り込み、これらのデータから回転体１１を一定のトルクＴで回転させるべく、設定した圧力範囲内で、液圧シリンダ１の負荷に応じて、液圧シリンダ１への供給液圧を演算し、その演算値に基づいて、圧力補償付可変容量型液圧ポンプ１４に供給液圧の出力電圧信号あるいは出力電流信号２８を送り、さらにピストンロッド位位置検出装置１８からの検出信号２４に基づいて、３位置方向切換弁１５に制御信号２９を送るように構成されている。
【００２１】
次に、前述のごとく構成した液圧シリンダの制御装置の作用に関連して、本発明方法の一例を説明する。
【００２２】
まず、液圧シリンダの制御装置は初期状態では、液圧シリンダ１内のピストン２およびこれに設けられたピストンロッド３は図１に仮想線で示すように、ピストンロッド３の収縮方向の死点位置に、回転体１１は図３に示す０°の位置に、３位置方向切換弁１５は中立位置にそれぞれセットされているものとする。
【００２３】
かかる初期状態から起動ボタン（図示せず）がＯＮ操作されると、圧力補償付可変容量型液圧ポンプ１４が駆動され、３位置方向切換弁１５がイ位置に切り換えられる。
【００２４】
図２において、回転体１１の回転角度θが０°および１８０°の位置では一定のトルクＴで回転させるべく、圧力補償付可変容量型液圧ポンプ１４内あるいは同ポンプ１４外のパイロット圧は負荷が大きくなるため液圧Ｐが高くなり、パイロット圧によって同ポンプ１４内の傾斜角が小さくなって液圧Ｐは一定圧まで上昇する。回転体１１の回転角度θが０°が９０°ではパイロット圧は小さくなり、回転角度θが１８０で再び最大となる。
【００２５】
また、図２において、制御器２５から圧力補償付可変容量型液圧ポンプ１４に供給液圧の出力電圧信号あるいは出力電流信号２８が送り込まれ、圧力補償付可変容量型液圧ポンプ１４の供給液圧が回転体１１を一定のトルクＴで回転させるべく、設定した圧力範囲内で、液圧シリンダ１の負荷に応じた供給圧に調整される。したがって、圧力補償付可変容量型液圧ポンプ１４から、回転体１１を一定のトルクＴで回転させるべく、液圧シリンダ１の負荷に応じて調整された液圧Ｐが吐出され、その液圧Ｐは３位置方向切換弁１５→液通路１６→液圧シリンダ１のピストンヘッド側室に供給され、ピストン２を介してピストンロッド３が伸長方向に移動する。その結果、ピストンロッド３によりクランク８が押進され、回転軸１０を介して回転体１１が一定のトルクＴで回転駆動される。
【００２６】
前記ピストンロッド３の伸長方向への移動と一緒に、ピストンロッド位置検出装置１８のスライド板２０が移動し、このスライド板２０に設けられている検出体２３が第１のセンサ２１に接近する方向に移動する。
【００２７】
そして、ピストンロッド３が伸長方向の死点付近の設定位置まで移動するに伴い、クランク８および回転軸１０を介して回転体１１が１８０°回転する。このとき、ピストンロッド位置検出装置１８の第１のセンサ２１と検出体２３とにより、ピストンロッド３が伸長方向の死点付近の設定位置に達したことが検出され、その検出信号２４が制御器２５に送り込まれる。そこで、制御器２５は前記検出信号２４に基づいて３位置方向切換弁１５に制御信号２９を送り込む。これにより、３位置方向切換弁１５は前述のイ位置からいったん中立位置に切り換えられ、ついでロ位置に切り換えられる。
【００２８】
前述のごとく、３位置方向切換弁１５がロ位置に切り換えられると、圧力補償付可変容量型液圧ポンプ１４から、回転体１１を一定のトルクＴで回転させるべく、設定した圧力範囲内で、液圧シリンダ１の負荷に応じて調整された液圧Ｐが３位置方向切換弁１５→液通路１７→液圧シリンダ１のピストンロッド側室に供給され、ピストン２を介してピストンロッド３が収縮方向に移動する。このピストンロッド３によりクランク８が牽引され、回転軸１０を介して回転体１１が一定のトルクＴで回転駆動される。
【００２９】
この場合も、ピストンロッド３の収縮方向への移動に追従して、ピストンロッド位置検出装置１８のスライド板２０と、これに設けられている検出体２３とが第２のセンサ２２に接近する方向に移動する。
【００３０】
しかして、ピストンロッド３が収縮方向の死点付近の設定位置まで移動すると、クランク８および回転軸１０を介して回転体１１が３６０°回転する。このとき、ピストンロッド位置検出装置１８の第２のセンサ２２と検出体２３とにより、ピストンロッド３が収縮方向の死点付近の設定位置に達したことが検出され、その検出信号２４が制御器２５に送り込まれ、制御器２５から前記検出信号２４に基づいて３位置方向切換弁１５に制御信号２９が送り込まれ、３位置方向切換弁１５は前述のロ位置からいったん中立位置に切り換えられたのち、再びイ位置に切り換えられる。
【００３１】
以上が回転体１１の１サイクルであるが、各部材に前述のごとき動作を繰り返して行わせることにより、回転体１１を連続的に回転させることができる。
【００３２】
そして、この実施例では図３からも分かるように、回転体１１を一定のトルクＴで回転させるべく、設定した圧力範囲内で、液圧シリンダ１の負荷に応じて調整した液圧Ｐを、液圧シリンダ１に供給し、この液圧シリンダ１により回転体１１を回転させるようにしているので、回転体１１をほぼ一定したトルクＴで回転させることができる。
【００３３】
なお、この実施例において、クランク８を省略し、ピストンロッド３の一端部を回転体１１の偏心位置に連接ピンで直接連接してもよい。
【００３４】
また、ピストンロッド位置検出装置１８に代えて、クランク８の回転角度や、回転体１１の回転角度を検出する装置を用いてもよい。
【００３５】
さらに、本発明では回転軸に例えば連結板を取り付け、この連結板に複数本の液圧シリンダの各ピストンロッドを連結し、前記連結板を複数本の液圧シリンダにより回転させ、回転軸を回転させるようにしてもよい。
【００３６】
次に、図５はトンネル掘削機のカッタ回転軸を複数本の液圧シリンダにより回転駆動する場合の一実施例を示すもので、トンネル掘削機を後方から見た図である。
【００３７】
この図５に示す実施例では、カッタ回転軸３０にクランク３１を介して、回転体としての連結板３２が取り付けられている。
【００３８】
一方、掘削機外殻３３の内部には５本の液圧シリンダ１−１〜１−５が所要の間隔をおいて設置されている。各液圧シリンダ１−１〜１−５のシリンダエンドは、掘削機外殻３３に固定のシリンダブラケット３４に、シリンダエンドピン３５を介して揺動自在に取り付けられている。各液圧シリンダ１−１〜１−５のロッドエンドは、前記連結板３２にロッドエンドピン３６により連接されている。
【００３９】
各液圧シリンダ１−１〜１−５には、上下死点信号出力装置として、ピストンロッド位置検出装置１８が設けられている。各ピストンロッド位置検出装置１８は、当該ピストンロッドの位置を検出し、ピストンロッドの位置の検出信号２４を制御器２５に送るようにしている。
【００４０】
前記制御器２５は、当該液圧シリンダ１−１〜１−５のピストンロッドの検出位置に基づき、圧力補償付可変容量型液圧ポンプ（図５中では省略）に供給液圧の出力電圧信号あるいは出力電流信号２８を送り、３位置方向切換弁（これも図示省略）に制御信号２９を送るように構成されている。
【００４１】
したがって、この図５に示す実施例によれば、圧力補償付可変容量型液圧ポンプの供給液圧を自動的に調整し、５本の液圧シリンダ１−１〜１−５により連結板３２およびクランク３１を介して、カッタ回転軸３０をほぼ一定のトルクＴで連続的に回転させることができる。
【００４２】
なお、この図５に示す実施例において、液圧シリンダの設置本数は５本に限らず、３本等であってもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、回転体１１をほぼ一定のトルクＴで回転させるべく、設定した圧力範囲内で、液圧シリンダ１の負荷に応じて、液圧シリンダ１への供給液圧を自動的に調整するようにしているので、回転体１１をほぼ一定のトルクＴで安定的に３６０°連続回転させ得る効果がある。
【００４４】
また、本発明装置では液圧シリンダ１への液圧供給源として圧力補償付可変容量型液圧ポンプ１４を設置し、回転体１１をほぼ一定のトルクＴで回転させるべく、設定した圧力範囲内で、液圧シリンダ１の負荷に応じて、液圧シリンダ１への供給液圧を自動的に調整可能に構成しているので、前記本発明方法を的確に実施し得る効果がある。
【００４５】
さらに、本発明装置では上下死点信号出力装置を備えた液圧シリンダからの信号によって、圧力補償付可変容量型液圧ポンプの供給液圧を、自動的に調整可能に構成しているので、この発明においても、回転体をほぼ一定のトルクで回転させ得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明液圧シリンダの制御装置の一実施例を示す説明図である。
【図２】 図１に示す実施例における制御器の論理説明図である。
【図３】 本発明の概念図である。
【図４】 従来技術の概念図である。
【図５】 トンネル掘削機のカッタ回転軸を複数本の液圧シリンダにより回転駆動する場合の一実施例を示す図である。
【符号の説明】
１ 液圧シリンダ
２ ピストン
３ ピストンロッド
８ クランク
１０ 回転軸
１１ 回転体
１４ 圧力補償付可変容量型液圧ポンプ
１５ ３位置方向切換弁
１６、１７ 液通路
１８ ピストンロッド位置検出装置
２１、２２ 第１、第２のセンサ
２３ 検出体
２４ ピストンロッドの位置の検出信号
２５ 制御器
２８ 供給液圧の出力電圧信号あるいは出力電流信号
２９ ３位置方向切換弁の制御信号
Ｐ 液圧
Ｔ トルク
θ 回転体の回転角度
１−１〜１−５ 液圧シリンダ
３０ トンネル掘削機のカッタ回転軸
３１ 同クランク
３２ 同連結板
３３ 掘削機外殻

Claims (2)

1. 液圧シリンダにより回転体を回転させる機構における液圧シリンダの制御装置において、
   ポンプ内傾斜角が変わり供給液圧が調整可能な圧力補償付可変容量型液圧ポンプ（１４）と、
   この圧力補償付可変容量型液圧ポンプ（１４）に、弁切換により所定の液圧を送出する３位置方向切換弁（１５）を介し接続され、前記３位置方向切換弁（１５）からの液圧によりピストンロッドが伸縮し、ピストンロッドの伸縮により回転体（１１）を回転させる液圧シリンダ（１）と、
   この液圧シリンダ（１）の前記ピストンロッドの上下死点間の位置検出信号を出力するピストンロッド位置検出装置（１８）と、
   このピストンロッド位置検出装置（１８）からのピストンロッド（３）の位置検出信号が取り込まれ、かつ前記回転体（１１）の回転角度θと前記液圧シリンダ（１）に供給する液圧Ｐとに関するデータが取り込まれ、前記回転体（１１）を一定トルクＴで３６０°連続回転させるべく前記圧力補償付可変容量型液圧ポンプ（１４）へ供給液圧の信号を送り、かつ前記３位置方向切換弁（１５）に弁切換の制御信号を送る制御器（２５）と、
   を備えることを特徴とする回転体を回転させる液圧シリンダの制御装置。
2. 請求項１記載の回転体を回転させる液圧シリンダの制御装置において、
   前記ピストンロッド位置検出装置は、前記液圧シリンダ（１）の外側に固定されたセンサ取り付け板（１９）と、ロッドクレビス（４）に取り付けられかつ前記センサ取り付け板（１９）にガイドされてスライドするスライド板（２０）と、互いに所定の間隔をおいて配置されかつ前記センサ取り付け板（１９）に取り付けられた第１、第２のセンサ（２１、２２）と、前記スライド板（２０）に設けられた検出体（２３）とを備えてなることを特徴とする回転体を回転させる液圧シリンダの制御装置。

Images