JP5171122B2 - リフティングマグネット機の駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、油圧駆動の発電機を有するリフティングマグネット機の駆動システムに関する。

従来より、油圧モータの駆動により発電機を駆動し、発電機で発生した電力をリフティングマグネットに供給して電磁力を発生させ、リフティングマグネットにスクラップ等の吸着物を吸着させて、吸着作業を行うようにしたリフティングマグネット機が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載のリフティングマグネット機では、リフマグ専用の油圧ポンプを設け、この油圧ポンプからの圧油により油圧モータを駆動し、吸着作業を行う。

ところで、この種のリフティングマグネット機では、効率よく作業を行うために吸着作業の開始時にリフティングマグネットに印加する電圧を高くして、リフティングマグネットに流れる電流を早く立ち上げ、リフティングマグネットの吸着能力を早く上昇させるようにしているものがある（例えば特許文献２参照）。

特開２００２−３４８０８７号公報 特開２００２−３５９１１２号公報

しかしながら、上記特許文献記載のものは、吸着作業の開始時にリフティングマグネットの印加電圧をコントローラの制御のみにより高めるようにしているため、効率の点で問題があった。

本発明によるリフティングマグネット機の駆動システムは、第１の油圧源からの圧油により駆動する油圧モータと、油圧モータの駆動により発電する発電機と、作業用フロントに取り付けられ、発電機で発電した電力によって発生する磁力により吸着作業を行うリフティングマグネットと、第２の油圧源からの圧油により駆動し、作業用フロントを上下方向に回動させる油圧シリンダと、吸着作業の開始を指令する指令手段と、油圧シリンダの縮退による作業用フロントの下げ動作を検出する動作検出手段と、指令手段による吸着作業の開始指令時に、動作検出手段により作業用フロントの下げ動作が検出されているときは、油圧シリンダから排出された戻り油を第１の油圧源からの圧油に合流するように流路を形成する合流手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、吸着作業の開始時に作業用フロントの下げ動作が検出されているときは、油圧シリンダからの戻り油を発電機駆動用の油圧モータに合流して導くようにしたので、油圧モータの回転数を増加させることができ、リフティングマグネットの印加電圧を効率よく高めることができる。

以下、図１〜図７を参照して本発明によるリフティングマグネット機の駆動システムの実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る駆動システムを有するリフティングマグネット機の外観側面図である。このリフティングマグネット機は油圧ショベルをベースマシンとしており、走行体１と、走行体１上に旋回可能に支持された旋回体２と、旋回体２に回動可能に取り付けられた作業用フロント３とを有する。

作業用フロント３は、旋回体２に回動可能に軸支されたブーム４と、ブーム先端部に回動可能に軸支されたアーム５と、アーム先端部に回動可能に軸支されたリフティングマグネット１０とを有する。ブーム４は、ブームシリンダ４ａの伸縮により上下方向に回動し、アーム５は、アームシリンダ５ａの伸縮によりクラウドまたはダンプする。リフティングマグネット１０は、リンク機構（リンク６ｂ，６ｃ）を介してチルトシリンダ６ａの伸縮によりチルトする。なお、図の点線はリフティングマグネット１０に鉄やスクラップ等の吸着物５０を吸着した吸着作業状態を示している。

図２は、本実施の形態に係るリフティングマグネット機の駆動システムの全体構成を示す油圧回路図である。この実施の形態では、作業機駆動用の油圧ポンプ１１，１２（作業機用ポンプ）とは別にリフティングマグネット駆動用の専用の油圧ポンプ１３（リフマグ用ポンプ）を設けており、これらはそれぞれエンジン１４により駆動される。作業機用ポンプ１１，１２は可変容量型ポンプであり、リフマグ用ポンプ１３は固定容量型ポンプである。

リフマグ用ポンプ１３から吐出された圧油は、管路Ｌ１を介して油圧モータ１５に供給され、管路Ｌ２を介してタンクに戻される。このリフマグ用ポンプ１３からの駆動圧により油圧モータ１５が回転し、油圧モータ１５の回転によって発電機１６が駆動して、発電機１６で発電が行われる。コントローラ１７は発電機１６で発生した電気を整流し、リフティングマグネット１０に電流を流す。リフティングマグネット１０はコントローラ１７からの電流に応じて磁力を発生し、鉄やスクラップ等を吸着して荷役を行う。

作業機用ポンプ１１，１２から吐出された圧油は、作業機駆動用の油圧アクチュエータ２０に対応して設けられた制御弁１８を介し、各油圧アクチュエータ２０に供給される。なお、図では油圧アクチュエータ２０としてブームシリンダ４ａと一の油圧モータ（例えば旋回用油圧モータ）のみを示し、アームシリンダ５ａやチルトシリンダ６ａ等、他の油圧アクチュエータ２０の図示を省略している。制御弁１８は運転室内の操作レバーの操作によって操作され、油圧アクチュエータ２０への圧油の流れを制御する。

図３は、操作回路を含めたブームシリンダ４ａの駆動用回路の一例を示す図である。操作レバー３１の操作に応じてパイロット弁３２が駆動され、パイロット弁３２の駆動により油圧源３３からのパイロット圧が制御弁１８のパイロットポートに作用する。これにより作業機用ポンプ１２からの圧油がブームシリンダ４ａに供給され、ブームシリンダ４ａが伸張または縮退する。

本実施の形態の特徴的構成として、図２に示すように制御弁１８とブームシリンダ４ａのボトム室４０ａとを接続する管路Ｌ３には電磁切換弁２１が設けられている。電磁切換弁２１のソレノイドにはスイッチ２２が接続されている。スイッチ２２は、リフティングマグネット１０の吸着動作の開始／終了を指令する操作スイッチであり、作業員は吸着動作の開始指令時に操作スイッチ２２をオンし、終了指令時にオフする。操作スイッチ２２は例えば操作レバー３１に設けられる。

図２において、電磁切換弁２１が位置イに切り換わった状態では、制御弁２１とブームシリンダ４ａのボトム室４０ａとが連通する。これにより作業機用ポンプ１２からの圧油がボトム室４０ａに供給され、あるいはボトム室４０ａの圧油がタンクに戻される。一方、電磁切換弁２１が位置ロに切り換わった状態では、ブームシリンダ４ａのボトム室４０ａはチェック弁２４を介して油圧モータ１５の上流側の管路Ｌ１に連通する。これによりボトム室４０ａの戻り油を管路Ｌ１に合流できる。

本実施の形態の主要な動作について説明する。吸着作業を行わない場合は、作業員は操作スイッチ２２をオフする。この状態では、電磁切換弁２１は常に位置イに切り換えられる。このため、操作レバー３１によりブーム上げを指令すると、作業機用ポンプ１２からの圧油が電磁切換弁２１を介してブームシリンダ４ａのボトム室４０ａに供給されるとともに、ロッド室４０ｂの圧油がタンクに戻され、ブームシリンダ４ａが伸張する。一方、操作レバー３１によりブーム下げを指令すると、作業機用ポンプ１２からの圧油がロッド室４０ｂに供給されるとともに、ボトム室４０ａの圧油が電磁切換弁２１を介してタンクに戻され、ブームシリンダ４ａが縮退する。

吸着作業を行う場合は、作業員は操作スイッチ２２をオンする。これにより電磁切換弁２１が位置ロに切り換わる。さらに、作業員はリフティングマグネット１０の下方の吸着物にリフティングマグネット１０を近づけるため、操作スイッチ２２のオンと同時に操作レバー３１によりブーム下げを指令する。これにより作業機用ポンプ１２からの圧油がロッド室４０ｂに供給されてブームシリンダ４ａが縮退し、ボトム室４０ａからの戻り油がチェック弁２４を介して管路Ｌ１に合流する。その結果、油圧モータ１５に供給される圧油量が増加し、油圧モータ１５の回転数が上昇する。

図４は、油圧モータ１５の回転数Ｎと電動機１６で発生する電圧Ｖｄの関係を示す図である。管路Ｌ１にブームシリンダ４ａの戻り油が合流する前は、油圧モータ１５はリフマグ用ポンプ１３からの圧油のみにより回転する。このため、モータ回転数はＮ１で、発電機１６の発生電圧ＶｄはＶｄ１である。吸着作業の開始時に管路Ｌ１にブームシリンダ４ａの戻り油が合流すると、モータ回転数はＮ２（＞Ｎ１）となり、発生電圧ＶｄはＶｄ２（＞Ｖｄ１）となる。

図５は、吸着作業開始時にリフティングマグネット１０に作用する印加電圧Ｖｍと電流Ｉの変化を示すタイミングチャートである。時点ｔ１で、操作スイッチ２２をオンして吸着作業を開始すると、コントローラ１７は印加電圧ＶｍをＶｍ２まで立ち上げる。これによりリフティングマグネット１０に流れる電流Ｉが徐々に上昇し、リフティングマグネット１０に磁力が発生する。時点ｔ２で電流ＩがＩ２まで上昇すると、コントローラ１７は印加電圧ＶｍをＶｍ１まで下げる。これにより電流ＩがＩ１に下がり、以降、電圧一定（＝Ｖｍ１）、電流一定（＝Ｉ１）の状態が維持される。

このように吸着作業開始時の印加電圧Ｖｍ２を定常時の印加電圧Ｖｍ１よりも大きくすることで、リフティングマグネット１０の吸着能力が早期に上昇し、効率よく作業を行うことができる。この場合、吸着作業開始時におけるブーム４の下げ動作に連動して、管路Ｌ１にボトム室４０ａの戻り油が合流し、発電機１６の発生電圧ＶｄがＶｄ２まで上昇するため、印加電圧ＶｍをＶｍ２まで容易に高めることができる。すなわち、タンクに戻る油を利用してモータ回転数を上昇させることで、発電機１６の発生電圧Ｖｄが増加して印加電圧Ｖｒを高めることができるので、バッテリ等に蓄電された電力を放電して印加電圧Ｖｍを高める場合に比べ、効率的である。

本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）ブームシリンダ４ａのボトム室４０ａに連通する管路Ｌ３に電磁切換弁２１を介装し、吸着作業の開始時に電磁切換弁２１を切り換えて、ボトム室４０ａからの戻り油を油圧モータ１５の駆動圧供給管路Ｌ１に合流するように流路を形成した。これにより発電機１６の発生電圧Ｖｄが上昇し、リフティングマグネット１０の印加電圧Ｖｍを効率よく高めることができる。
（２）発電機１６の発生電圧Ｖｄの上昇分（Ｖｄ２−Ｖｄ１）をそのまま印加電圧Ｖｍの上昇に寄与することができ、コントローラ１７の制御のみによって印加電圧を上昇させるものに比べ、コントローラ１７の構成を簡素化できる。
（３）リフマグ専用の油圧ポンプ１３により油圧モータ１５を駆動するので、作業機用ポンプ１１，１２からの圧油を油圧モータ１５に導くための分流弁が不要であり、油圧アクチュエータ２０の複合操作時にも、安定した吸着性能を発揮できる。

なお、上記実施の形態では、操作スイッチ２２のオン時に操作レバー３１が下げ操作されることを想定し、操作スイッチ２２のオン時に電磁切換弁２１を位置ロに切り換えるようにしたが、操作スイッチ２２のオン時にブーム４の下げ動作が検出されたときに、電磁切換弁２１を位置ロに切り換えるようにしてもよい。この場合、例えば図６に示すように、ブーム下げ動作に連動して作動する検出スイッチ２３を操作スイッチ２２に直列に接続すればよい。圧力センサによりフロント３の下げ動作を検出したときに検出スイッチ２３がオンするようにしてもよい。なお、操作レバー３１が下げ操作されたときにブーム下げ動作を検出するようにしてもよく、例えば図３のパイロット回路Ｐ１，Ｐ２に圧力スイッチを設け、圧力スイッチにより検出スイッチ２３を構成してもよい。スイッチ２３以外の動作検出手段を設けてもよい。

上記実施の形態では、吸着作業の開始時にブーム４の下げ動作を伴うことを前提としてシステムを構成したが、ブーム４が既に下げ状態にあるときに吸着作業を開始する場合を考慮し、例えば図７に示すように構成してもよい。図７では、管路Ｌ１に電磁切換弁２５を設けている。電磁切換弁２５が位置イに切り換わると、ポンプ圧油の全量が油圧モータ１５に供給されるのに対し、位置ロに切り換わると、ポンプ圧油の一部が油圧モータ１５に供給され、残りがタンクに戻される。

電磁切換弁２５は、選択スイッチ２６の操作により切り換わる。選択スイッチ２６は通常時はオフされ、ブーム４が下げ状態にあるときに吸着作業を開始する場合等、モータ回転数を強制的に増加させる際にオンされる。リフマグ作業の開始時に選択スイッチ２６をオンすると電磁切換弁２５が位置イに切り換わり、リフマグ用ポンプ１３から油圧モータ１５への圧油供給量が増加する。これにより吸着作業を効率よく開始できる。なお、リフマグ用ポンプ１３を可変ポンプとして構成し、選択スイッチ２６の操作に応じてポンプ傾転量を制御することで、油圧モータ１５への圧油供給量を調整するようにしてもよい。この場合、選択スイッチ２６のオンから所定時間経過後、あるいはマグネット１０の電流ＩがＩ２まで上昇したことが検出されたときに、圧油供給量の増量指令を自動的に解除すればよい。

なお、上記実施の形態では、リフマグ用ポンプ１３（第１の油圧源）からの圧油により油圧モータ１５を駆動し、作業機用ポンプ１２（第２の油圧源）からの圧油によりブームシリンダ４ａを駆動するようにしたが（図２）、油圧回路の構成はこれに限らない。吸着作業の開始時にブームシリンダ４ａからの戻り油を管路Ｌ１に合流するようにしたが、作業用フロント３を上下方向に回動する他の油圧シリンダ（例えばアームシリンダ５ａ）からの戻り油を管路Ｌ１に合流するようにしてもよい。操作スイッチ２２の操作により吸着作業の開始を指令するようにしたが、指令手段はこれに限らない。電磁切換弁２１の切換により戻り油を管路Ｌ１に合流するようにしたが、少なくとも吸着作業の開始が指令されたときに、シリンダ４ａから排出された戻り油をリフマグ用ポンプ１３からの圧油に合流して油圧モータ１５に導くように流路を形成するのであれば、合流手段はいかなるものでもよい。

作業用フロント３にリフティングマグネット１０を取り付けるのであれば、リフティングマグネット機の構成も上述したものに限らない。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態のリフティングマグネット機の駆動システムに限定されない。

本発明の実施の形態に係るリフティングマグネット機の外観側面図。 本発明の実施の形態に係る駆動システムの全体構成を示す油圧回路図。 図２のブームシリンダの駆動用回路を操作回路を含めて示す図。 油圧モータの回転数と電動機で発生する電圧の関係を示す図。 吸着作業開始時における動作の一例を示すタイミングチャート。 図２の変形例を示す図。 図２の別の変形例を示す図。

符号の説明

４ａ ブームシリンダ
１０ リフティングマグネット
１１，１２ 作業機用ポンプ
１３ リフマグ用ポンプ
１５ 油圧モータ
１６ 発電機
２１ 電磁切換弁
２２ 操作スイッチ
２３ 検出スイッチ

Claims (2)

1. 第１の油圧源からの圧油により駆動する油圧モータと、
   前記油圧モータの駆動により発電する発電機と、
   作業用フロントに取り付けられ、前記発電機で発電した電力によって発生する磁力により吸着作業を行うリフティングマグネットと、
   第２の油圧源からの圧油により駆動し、前記作業用フロントを上下方向に回動させる油圧シリンダと、
   吸着作業の開始を指令する指令手段と、
   前記油圧シリンダの縮退による前記作業用フロントの下げ動作を検出する動作検出手段と、
   前記指令手段による吸着作業の開始指令時に、前記動作検出手段により前記作業用フロントの下げ動作が検出されているときは、前記油圧シリンダから排出された戻り油を前記第１の油圧源からの圧油に合流するように流路を形成する合流手段とを備えることを特徴とするリフティングマグネット機の駆動システム。
2. 請求項１に記載のリフティングマグネット機の駆動システムにおいて、
   前記第１の油圧源は、前記油圧モータを駆動するための専用の油圧ポンプであることを特徴とするリフティングマグネット機の駆動システム。

Images