JPH0563597B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本発明はアースオーガの掘削速度制御装置に関
する。

Ｂ 従来の技術 第７図にアースオーガを装備した自走式作業機
の全体構成を示す。アースオーガ１００は、アー
スオーガ本体１０１内に設けられた電動モータや
油圧モータに代表される駆動装置１０２と、この
駆動装置１０２によつて回転駆動されるスクリユ
ー１０３と、スクリユー１０３の先端の掘削ビツ
ト１０４とから成り、クローラクレーン等の自走
式作業機２００に設置した油圧ウインチ２０１に
より支持され、作業機２００に装着されたリーダ
２０２に案内されながら油圧ウインチ２０１の回
転数に依存した速度で昇降可能とされている。

このようなアースオーガの駆動装置１０２の負
荷、例えば電動モータの負荷電流（以下、オーガ
電流とする）は、掘削ビツト１０４が地盤から受
ける掘削反力、掘削量および地盤の硬さにおおむ
ね比例する。ここで、単位時間当りの掘削量はア
ースオーガの回転数と降下速度とから定まるの
で、回転数が一定であればオーガ電流はアースオ
ーガの降下速度に応じて変化する。すなわち、ア
ースオーガの降下速度が大きくなれば駆動装置１
０２に加わる負荷が増加し、降下速度が小さくな
れば駆動装置１０２に加わる負荷が減少する。

アースオーガにおいては、従来から、電動モー
タを保護するため、過電流が流れると電動モータ
の給電回路が遮断されるように構成されているの
で、操作者は電流計を目視しながらアースオーガ
の降下速度を調節して過電流が流れないようにし
ている。すなわち、オーガ電流が予め設定した上
限値以上になると降下速度を下げてオーガ電流を
下げ、予め設定した下限値以下になると降下速度
を上げてオーガ電流を上げるような操作を手動で
行なつている。

しかし、このような手動操作では、 地盤の硬さは掘削によつて頻繁に変化し、そ
の都度、オーガ電流を適正値にすべく降下速度
を調節するのは操作者に与える負担が大きい。

過電流によつて電動モータが停止して作業が
中断するのを極力防止するため、ふつうはオー
ガ電流が低い領域で作業しがちであり、アース
オーガの性能を十分発揮できないことが多い。

万一、過電流が流れると電動モータが自動停
止して再起動に手間がかかり作業能率が低下す
る。

という問題がある。

そこで本願人は先に特開昭58−164892号公報に
開示したように、 (イ) オーガ電流が許容量を越えるとアースオーガ
を巻き上げ、 (ロ) オーガ電流が許容量以内でかつアースオーガ
吊り上げ荷重が零のときにアースオーガの巻き
上げを停止し、 (ハ) 上記(イ)、(ロ)以外のときにアースオーガを巻き
下げる、 ことにより従来の欠点の改善を図つた。

Ｃ 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記公報に開示されたアースオ
ーガの掘削速度制御装置は基本的には巻き下げ／
巻き上げのオン・オフ制御であり、、は解決
されてもは依然として解決できない。以上の問
題は油圧モータによりスクリユー等を駆動する場
合にも同様である。

本発明の目的は、アースオーガの降下速度を連
続的に制御することにより上記問題点を解消した
アースオーガの掘削速度制御装置を提供すること
にある。

Ｄ 問題点を解決するための手段 第１図に示すクレーム対応図により本発明を説
明する。アースオーガ５００は、例えば油圧ウイ
ンチのような支持手段５０１に支持され所定の降
下速度で降下可能である。アースオーガ５００の
スクリユーや掘削ビツトである掘削部材５０２は
電動モータや油圧モータのような駆動手段５０３
によつて駆動される。上述した問題点は、駆動手
段５０３の負荷、例えばオーガ電流を検出する負
荷検出手段５０４と、検出された負荷の変化量を
演算する負荷変化量演算手段５０５と、演算され
た負荷変化量を基準値とし、その負荷変化量がそ
の基準値より小さいときに増速指令信号を出力
し、負荷変化量が基準値よりも大きいときに減速
指令信号を出力する比較手段５０６と、増速指令
信号によりアースオーガ５００の降下速度が増速
されるよう、また、減速指令信号により降下速度
が減速されるよう支持手段５０１を制御する速度
制御手段５０７とを備えた制御装置によつて解決
される。支持手段５０１が油圧ウインチであれ
ば、速度制御手段５０７は、油圧ウインチの油圧
モータへ圧油を供給する油圧ポンプの押し除け容
積を制御する装置として構成可能である。

Ｅ 作用 負荷検出手段５０４で駆動手段５０３の負荷が
検出され、検出された負荷に基づいて負荷変化量
演算手段５０５で負荷変化量が演算される。これ
は、例えば、所定時間隔で検出された新旧２つの
負荷データを減算することにより演算される。演
算された負荷変化量は比較手段５０６で基準値と
比較される。負荷変化量が基準値より小さいとき
には増速指令信号が出力され、負荷変化量が基準
値より大きいときには減速指令信号が出力され
る。速度制御手段５０７は、増速指令信号が入力
されるとアースオーガ５００の降下速度が早くな
るように、減速指令信号が入力されるとその降下
速度が遅くなるように支持手段５０１をそれぞれ
制御する。

Ｆ 実施例 第２図〜第６図に基づき、電動モータによりア
ースオーガのスクリユーを回転させる実施例につ
いて説明する。

第２図は本実施例の制御方法を説明するための
図で、縦軸が電動モータの負荷電流（以下、オー
ガ電流とする）Ｉ、横軸が時間ｔを示し、オーガ
電流I₁、I₂、I₃、I₄によつて区分された領域R₁〜
R₅内でのオーガ電流Ｉの制御の方向およびその
傾きに対し、アースオーガの降下速度をどのよう
に制御するかが示されている。

オーガ電流ＩがI₂以下の領域R₁＋R₂を低電流
域とし、この低電流域ではオーガ電流Ｉを増加さ
せて運転効率を上げるため、各領域R₁、R₂ごと
に定められた所定の正の傾き（オーガ電流が増大
する方向で、領域R₁の傾きがR₂よりも大きく設
定される）に対し、傾きが大きいと降下速度を遅
く（減速）してオーガ電流の低減を図り、傾きが
小さいと降下速度を早く（増速）してオーガ電流
の増大を図る。また、所定の正の傾きにはある幅
をもたせその範囲内ではオーガ電流を保持する。

オーガ電流ＩがI₃以上の領域R₄＋R₅を高電流
域とし、この高電流域ではオーガ電流Ｉを減少さ
せて過電流を防止するため、各領域R₄、R₅ごと
に定められた所定の負の傾き（オーガ電流が減少
する方向で、領域R₅の傾きがR₄よりも大きく、
従つて符号を含めた値としては小さく設定され
る）に対し、傾きが大きい（符号を含めた値とし
ては小さい）と降下速度を早く（増速）してオー
ガ電流の増大を図り、傾きが小さい（符号を含め
た値としては大きい）と降下速度を遅く（減速）
してオーガ電流の低減を図る。また、所定の負の
傾きにはある幅をもたせその範囲内ではそのとき
のオーガ電流を保持する。

オーガ電流ＩがI₂とI₃との間の領域R₃を目標電
流域とし、この目標電流域が最も運転効率がよい
ので、この領域内でオーガ電流Ｉを保持するた
め、傾きが零（オーガ電流変化なし）を基準とし
て、傾きが正のある値よりも大きい場合には降下
速度を遅く（減速）してオーガ電流の低減を図
り、傾きが負のある値よりも小さい場合には降下
速度を早く（増速）してオーガ電流の増大を図
る。また、傾きが零を中心としたある幅にある場
合にはそのときのオーガ電流を保持する。

このような制御方法は第３図および第４図ａ，
ｂに示す構成の装置で実現できる。

第３図において、図示しない配電盤に設けられ
オーガ電流を検出するオーガ電流検出器１０の検
出出力と、アースオーガの支持ワイヤロープ端末
に設けられアースオーガの吊り上げ荷重を検出す
るロードセル等の吊り上げ荷重検出器１１の検出
出力とがＡ／Ｄ変換ユニツト１２に入力される。
Ａ／Ｄ変換ユニツト１２はマルチプレクサおよび
Ａ／Ｄ変換器で構成され、オーガ電流と吊り上げ
荷重とをそれぞれデジタル化して次段のマイクロ
コンピユータユニツト１３に供給する。マイクロ
コンピユータユニツト１３は、各種の演算・制御
を行なうマイクロプロセツサユニツトMPU、後
述の処理プログラム等が格納されたリードオンリ
メモリROM、入力データや演算結果を記憶する
ランダムアクセスメモリRAM、一定時間毎に
MPUに割込み信号を出力するタイマ等で構成さ
れ、後述するようにしてアースオーガの降下速度
を制御する速度指令信号を演算し、次段のＤ／Ａ
変換器１４に供給する。Ｄ／Ａ変換器１４は入力
される速度指令信号をアナログ化して後続する電
圧−電流変換器１５に供給する。この電圧−電流
変換器１５は入力された電圧を電流に変換し増幅
する。

電圧−電流変換器１５には電磁比例減圧弁１６
が後続し、この減圧弁１６は、入力される電流値
にしたがつた二次圧力を可変容量形油圧ポンプ１
７の押し除け容積制御部に供給する。油圧ポンプ
１７は減圧弁１６からの二次圧力に応じた押し除
け容積で圧油を油圧モータ１８に吐出する。油圧
モータ１８は、第７図に示す油圧ウインチ２０１
を構成し、そのドラムに巻き回されたワイヤロー
プ２０３（第７図）の繰り出し、繰り込みを制御
し、これによつてアースオーガをワイヤロープ２
０３で支持するとともにその降下速度を制御す
る。

ここで、油圧ウインチ２０１が支持手段５０１
を、オーガ電流検出器１０が負荷検出手段５０４
を、マイクロコンピユータ１３が負荷変化量演算
手段５０５および比較手段５０６を、減圧弁１６
と油圧ポンプ１７とが速度制御手段５０７をそれ
ぞれ構成する。

第４図ａ，ｂに示す処理プログラムに基づいて
本実施例を更に詳述する。

第４図ａは、最新のオーガ電流値を格納するメ
モリI_N、前回のオーガ電流値を格納するメモリ
I_B、電磁比例減圧弁１６の制御電圧信号、すなわ
ち速度指令信号を格納するメモリＶ、オーガ電流
の傾きを格納するメモリｍ、アースオーガの吊り
上げ荷重を格納するメモリＷ、傾きのオフセツト
値を格納するメモリｘをリセツトするためのプロ
グラムで、例えばアースオーガのメイン電源オン
で起動され、その手順P1で、各メモリをリセツ
トし、手順P2でタイマ割込みを待つ。

タイマ割込みにより第４図ｂのプログラムが起
動されると、手順P11でメモリI_Nのデータをメモ
リI_Bにシフトし、手順P12で現在のオーガ電流I_N
をメモリI_Nに格納する。手順P13では、メモリI_N
の最新のオーガ電流データからメモリI_Bの前回の
オーガ電流データを減算し、メモリｍに格納す
る。手順P14では、アースオーガの吊り上げ荷重
ＷをメモリＷに格納して手順P15に進む。手順
P15では、メモリＷのデータが予め定めた最小許
容荷重値Wmin以下か否かを判定し、肯定判定さ
れると手順P27〜P30を実行して速度指令信号Ｖ
をΔVだけ減少させる。これは所定の張力をワイ
ヤロープに常時与えてワイヤロープの緩みすぎを
防止するためである。

否定判定されると手順P16〜P19で現在のオー
ガ電流I_Nが第２図に示したどの領域にあるかを判
定し、判定された領域にしたがつて、手順P20〜
P24において、傾きｍのオフセツト値をメモリｘ
に格納する。次の手順P25では、メモリｍの傾き
データと、メモリｘのオフセツト値ｘとを加算
し、その結果を補正後の傾きｍとしてメモリｍに
格納する。オフセツト値ｘを加算するのは、次の
手順P26で傾きｍの大きさを判定するに際し、低
電流域R₁＋R₂、高電流域R₄＋R₅の傾き判定基準
値として目標電流域R₃の傾きを判定基準値を用
いるためである。

したがつて、手順P26において、メモリｍ内の
傾きデータｍを、目標電流域R₃における正の傾
き判定基準値m4と比較判定するとともに、手順
P31において、メモリｍ内の傾きデータｍを、目
標電流域R₃における負の傾き判定基準値m3と比
較判定する。

手順P26で肯定判定されると、すなわち、傾き
ｍが正の基準値m4よりも大きい場合には手順
P27で、オーガ電流Ｉを減少させるため、メモリ
Ｖ内の速度指令信号からΔVを減算して新たな速
度指令信号としてメモリＶを格納する。次に手順
P28でメモリＶ内のデータが零より大きいか否か
を判定する。手順P28が否定判定されると手順
P29でメモリＶ内の速度指令信号を零として手順
P30に進む。また、手順P28が肯定判定されると
手順P30に直接進む。手順P30においては、メモ
リＶ内の速度指令信号をＤ／Ａ変換器１４に出力
する。

手順P26で否定判定されると手順P31へ進む。
手順P31が肯定判定されると手順P32で、オーガ
電流Ｉを増加させるため、メモリＶ内の速度指令
信号にΔVを加算して新たな速度指令信号として
メモリＶに格納する。次に手順P33でメモリＶ内
のデータが予め設定した最大値Vmaxより大きい
か否かを判定する。手順P33が肯定判定されると
手順P34でメモリＶ内の速度指令信号をVmaxと
して手順P30に進む。また、手順P33が否定判定
されると手順P30に進みメモリＶ内の速度指令信
号を出力する。一方、手順P31で否定判定される
と、速度指令信号を変更せずに、P30へ進む。

以上の処理手順により、オーガ電流Ｉの時間変
化量を表す傾きｍが正の傾き基準値m4よりも大
きい場合には、速度指令信号Ｖが小さくされて油
圧ポンプ17の吐出流量が減少し、これにより油圧
モータ１８の回転数が低減されてアースオーガの
降下速度が遅くなる。この結果、オーガ電流が低
減される。一方、傾きｍが負の傾き基準値m3よ
りも小さい場合には、速度指令信号Ｖが大きくさ
れて油圧ポンプ１７の吐出流量が増加し、これに
より油圧モータ１８の回転数が増してアースオー
ガの降下速度が早くなる。この結果、オーガ電流
が増加する。

第５図により、この実施例における各電流域に
対する傾きｍと降下速度の増速域、保持域、減速
域との関係を説明する。

(イ) 目標電流域R₃： 傾きｍに対して、 m4＞ｍ＞m3→降下速度変更せず ｍ≧m4→降下速度減速 ｍ≦３→降下速度増速 (ロ) 低電流域R₁： オフセツトしない真の傾きｍに対して、 m6＞ｍ＞m5→降下速度変更せず ｍ≧m6→降下速度減速 ｍ≦m5→降下速度増速 (ハ) 低電流域R₂： オフセツトしない真の硬きｍに対して、 m5＞ｍ＞m4→降下速度変更せず ｍ≧m5→降下速度減速 ｍ≦m4→降下速度増速 (ニ) 高電流域R₄： オフセツトしない真の傾きｍに対して、 m3＞ｍ＞m2→降下速度変更せず ｍ≧m3→降下速度減速 ｍ≦m2→降下速度増速 (ホ) 高電流域R₅： オフセツトしない真の傾きｍに対して、 m2＞ｍ＞m1→降下速度変更せず ｍ≧m2→降下速度減速 ｍ≦m1→降下速度増速 なお、第５図に示すx₁〜x₄が傾きｍのオフセツ
ト値を示す。

第６図に各電流域に対する傾きｍと降下速度の
増速域、保持域、減速域との関係の変形例を示
す。

これは、隣接するオーガ電流域において降下速
度の保持域を定める傾きｍの範囲を一部重複させ
たものであり、これにより、隣接する領域の減速
域と増速域との間に必ず保持域が存在し、制御の
安定化が図られる。

なお、降下速度の制御を油圧ポンプと油圧モー
タとの間に電磁比例流量制御弁を設け、この制御
弁を速度指令信号によつて制御して油圧モータの
回転数を制御してもよい。

また、以上では、アースオーガスクリユーを電
動モータにより駆動する場合について説明した
が、油圧モータによつて駆動する場合にも本発明
を適用できる。この場合、オーガ電流検出器１０
に代えて圧力検出器を用い、処理手順例に示すオ
ーガ電流に関係する記述をすべて圧力に代えれば
よい。

また、アースオーガを油圧ウインチにより支持
する場合について説明したが、電動ウインチで支
持してもよく、この場合、電動ウインチを、上述
した速度指令信号Ｖによつて速度制御可能に構成
すればよい。

更に、アースオーガはクローラクレーンに限ら
ず、油圧シヨベル、トラツククレーン等、種々の
自走式作業機に装着可能である。

なお、オーガ電流等、駆動装置の負荷がほぼ一
定に保持されているときの降下速度（掘削速度）
は地盤の硬さにほぼ反比例するので、このときの
降下速度を掘削深度と共にレコーダ等に記録すれ
ばおおよその地盤の硬さが記録できる。

Ｇ 発明の効果 本発明によれば、アースオーガ駆動手段の負荷
変化量にしたがつてアースオーガ降下速度を連続
的に制御するようにしたので、運転者に何ら負担
をかけることなく常に最も効率のよい領域でアー
スオーガを運転することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図、第２図〜第５図は本
発明の一実施例を説明する図で、第２図は制御方
法の説明図、第３図は制御ブロツク図、第４図
ａ，ｂは処理手順例を示すフローチヤート、第５
図は制御方法をより詳細に示す図、第６図は変形
例を示す図、第７図はアースオーガを装備したク
ローラクレーンの側面図である。 １０：オーガ電流検出器、１３：マイクロコン
ピユータユニツト、１６：電磁比例減圧弁、１
７：油圧ポンプ、１８：油圧モータ、１００：ア
ースオーガ、１０２：電動モータ、１０３：スク
リユー、１０４：掘削ビツト、２０１：油圧ウイ
ンチ、２０３：ワイヤロープ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 支持したアースオーガを所定の降下速度で降
   下可能な支持手段と、 前記アースオーガの掘削部材を回転駆動する駆
   動手段と、 掘削時に前記駆動手段に加わる負荷を検出する
   負荷検出手段と、 検出された前記駆動手段の負荷の変化量を演算
   する負荷変化量演算手段と、 演算された負荷変化量を基準値と比較し、その
   負荷変化量が前記基準値より小さいときに増速指
   令信号を出力し、負荷変化量が前記基準値よりも
   大きいときに減速指令信号を出力する比較手段
   と、 前記増速指令信号により前記アースオーガの降
   下速度が増速されるよう、また、前記減速指令信
   号により前記アースオーガの降下速度が減速され
   るよう前記支持手段を制御する速度制御手段と、
   を具備したことを特徴とするアースオーガの掘削
   速度制御装置。 前記基準値は、高負荷域では負の値であり、目
   標域ではほぼ零であり、低負荷域では正の値であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   アースオーガの掘削速度制御装置。 ３ 前記比較手段には、第１の基準値と、この第
   １の基準値よりも大きい第２の基準値とが設定さ
   れ、前記負荷変化量が前記第１の基準値より小さ
   いときに前記増速指令信号を、前記第２の基準値
   より大きいときに前記減速指令信号を、前記第１
   の基準値と前記第２の基準値との間にあるときは
   速度保持指令信号をそれぞれ出力することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載
   のアースオーガの掘削速度制御装置。