(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーガスクリューを回転させる油圧モータを備えたオーガ駆動機構を立設されたリーダに沿って昇降させて杭孔を掘削する施工機において、
前記油圧モータは、定馬力制御される内燃機関により駆動される油圧ポンプから作動油が供給されると共に、導入されるパイロット圧に応じて押しのけ容積が可変で、
かつ、前記油圧モータへの供給圧を検出する供給圧センサと、
前記パイロット圧を指令信号に応じて制御する電磁制御弁とを備え、
また、前記供給圧センサにより検出された供給圧が小さいときには、前記電磁制御弁を制御して、前記パイロット圧を前記押しのけ容積が減少し、前記油圧モータの回転数が増加する側に変更する制御手段を設けたことを特徴とする施工機の掘削制御装置。
【請求項２】
前記油圧モータへのパイロット圧を検出するパイロット圧センサを設けると共に、前記制御手段は、更に、前記パイロット圧センサにより検出されたパイロット圧と、前記供給圧センサにより検出された供給圧とに基づいて前記油圧モータの出力トルクを算出して表示することを特徴とする請求項１記載の施工機の掘削制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記電磁制御弁への指令信号を設定する設定手段を有すると共に、該設定手段による前記電磁制御弁への前記指令信号の出力に切り換える切換手段を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の施工機の掘削制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーガスクリューを油圧モータにより回転させて杭孔を掘削する際に、油圧モータを制御する施工機の掘削制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、施工機によりオーガスクリューを回転させながら地中に押し込み、杭孔を掘削している。掘削する地盤が軟らかいときには回転数を上げて掘削速度を上げ、地盤が固いときには十分な掘削トルクを確保できるように油圧モータのトルクを上げている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来のものでは、油圧モータの出力トルクＴ、供給圧力Ｐ、押しのけ容積Ｖには下記式の関係がある。
Ｔ＝Ｐ×Ｖ／（２π）
油圧モータに押しのけ容積が可変のものを用いた場合、押しのけ容積Ｖを減少させると油圧モータの回転数が増加するが、出力トルクＴも減少する。従って、無理に回転数を増加させると、出力トルクＴが不足して回転が止まってしまうという問題があった。逆に出力トルクＴを重視して、回転数を遅くすると掘削効率が犠牲になるという問題があった。
【０００４】
本発明の課題は、最適な掘削効率が得られる施工機の掘削制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
オーガスクリューを回転させる油圧モータを備えたオーガ駆動機構を立設されたリーダに沿って昇降させて杭孔を掘削する施工機において、
前記油圧モータは、定馬力制御される内燃機関により駆動される油圧ポンプから作動油が供給されると共に、導入されるパイロット圧に応じて押しのけ容積が可変で、
かつ、前記油圧モータへの供給圧を検出する供給圧センサと、
前記パイロット圧を指令信号に応じて制御する電磁制御弁とを備え、
また、前記供給圧センサにより検出された供給圧が小さいときには、前記電磁制御弁を制御して、前記パイロット圧を前記押しのけ容積が減少し、前記油圧モータの回転数が増加する側に変更する制御手段を設けたことを特徴とする施工機の掘削制御装置がそれである。
【０００６】
また、前記油圧モータへのパイロット圧を検出するパイロット圧センサを設けると共に、前記制御手段は、更に、前記パイロット圧センサにより検出されたパイロット圧と、前記供給圧センサにより検出された供給圧とに基づいて前記油圧モータの出力トルクを算出して表示するようにしてもよい。
【０００７】
あるいは、前記制御手段は、前記電磁制御弁への指令信号を設定する設定手段を有すると共に、該設定手段による前記電磁制御弁への前記指令信号の出力に切り換える切換手段を有するものでもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、１は自走式の施工機本体で、リーダ２がステー４及びキャッチングホーク６によって起倒自在に支持されている。リーダ２の前面にはその長手方向に沿って長尺状の一対のガイドレール８が敷設されている。
【０００９】
ガイドレール８には、複数のガイドギブ１０を介してオーガ駆動機構１２が摺動可能に取り付けられている。オーガ駆動機構１２には、オーガスクリュー１４が取り付けられ、図２に示すように、搭載する油圧モータ１６により減速機１８を介してオーガスクリュー１４を回転駆動するように構成されている。
【００１０】
施工機本体１には、ウインチ２０が搭載されており、ウインチ２０から引き出されたワイヤ２２は、リーダ２に沿って引き出され、リーダ２の中間に回転可能に支持されたシーブ２４を介して、リーダ２の上端に回転可能に支承されたシーブ２６に掛け渡されている。更に、ワイヤ２２は、リーダ２の上端に設けられたシーブ２８との間に掛け渡された後、ワイヤ２２にはオーガ駆動機構１２が吊下げられており、その一端はリーダ２の上端に止結されている。
【００１１】
油圧モータ１６は、図２に示すように、切換弁３０を介して油圧ポンプ３１に接続されており、油圧ポンプ３１は油圧タンク３２内の作動油を加圧し、切換弁３０を介して油圧モータ１６に供給する。油圧ポンプ３１の吐出側の主流路３４と低圧側としての油圧タンク３２とは、リリーフ弁３５を介して接続されている。リリーフ弁３５は主流路３４内の供給圧Ｐ3 が予め設定された設定圧Ｐ1 を超えたときに開弁して、主流路３４と油圧タンク３２とを連通し、油圧タンク３２に作動油を逃す周知のものである。
【００１２】
油圧モータ１６は、１回転当りの押しのけ容積Ｖを可変できる構成のもので、例えば、斜板の傾きにより押しのけ容積Ｖを可変する斜板式、カムリングの移動により押しのけ容積Ｖを可変するベーン式、斜軸の傾きにより押しのけ容積Ｖを可変する斜軸式等の油圧モータが知られている。
【００１３】
油圧モータ１６が斜板式のものの場合、図示しない斜板の傾きを変えて押しのけ容積Ｖを変えるが、斜板の傾きは、作用室１６ａに導入されるパイロット圧Ｐ2 とばね１６ｂとの釣合により決まる。即ち、斜板の傾きはパイロット圧Ｐ2 に比例し、従って、押しのけ容積Ｖもパイロット圧Ｐ2 に比例する。
【００１４】
作用室１６ａは、パイロット流路３６を介してパイロットポンプ３７に接続されており、パイロット流路３６には電磁制御弁３８が介装されている。電磁制御弁３８は本実施形態では電磁比例式減圧弁が用いられており、入力される指令信号に応じてパイロットポンプ３７からのパイロット圧を減圧して作用室１６ａに導く。電磁制御弁３８は二次圧が一定となるように、二次圧と電磁力との釣合により弁開度が決定される周知のものである。尚、パイロットポンプ３７の吐出側のパイロット流路３６と油圧タンク３２とは、リリーフ弁３９を介して接続されている。
【００１５】
一方、作用室１６ａに導入されるパイロット圧Ｐ2 を検出するパイロット圧センサ４０が、電磁制御弁３８の下流側のパイロット流路３６に設けられている。また、主流路３４には、油圧ポンプ３１から主流路３４に供給される供給圧Ｐ3 を検出する供給圧センサ４２が設けられている。
【００１６】
電磁制御弁３８、パイロット圧センサ４０、供給圧センサ４２は、それぞれ制御手段としての制御装置４４に接続されている。制御装置４４は、図３に示すように、電子制御回路５０を備え、電子制御回路５０は、周知のＣＰＵ５２、ＲＯＭ５４、ＲＡＭ５６を論理演算回路の中心として構成され、外部と入出力を行う入出力回路５８をコモンバス６０を介して相互に接続されている。
【００１７】
ＣＰＵ５２は、パイロット圧センサ４０、供給圧センサ４２からの信号を入出力回路５８を介して入力する。一方、これらの信号及びＲＯＭ５４、ＲＡＭ５６内のデータや予め記憶された制御プログラムに基づいてＣＰＵ５２は、入出力回路５８を介して電磁制御弁３８に指令信号を出力し、油圧モータ１６の押しのけ容積Ｖを制御している。
【００１８】
また、制御装置４４は電磁制御弁３８への指令信号を設定する設定手段としての設定つまみ６２と、切換手段としての「手動」と「自動」とに切り換える切換スイッチ６３とを備え、設定つまみ６２を操作することにより、指令信号を可変できる。切換スイッチ６３を「手動」側に切り換えると、油圧モータ１６の図示しない斜板がこの指令信号に応じた角度に設定される。
【００１９】
また、制御装置４４は、液晶等からなる設定トルク表示部６４と出力トルク表示部６６とを備えている。制御装置４４は、パイロット圧センサ４０により検出されたパイロット圧Ｐ2 と、リリーフ弁３５の設定圧Ｐ1 とに基づいて、設定トルクＴs を算出し、設定トルク表示部６４に表示する。また、制御装置４４は、パイロット圧Ｐ2 と、供給圧センサ４２により検出される供給圧Ｐ3 とに基づいて出力トルクＴo を算出し、出力トルク表示部６６に表示する。
【００２０】
油圧モータ１６のトルクＴは、吸入側の圧力をＰ、排出側の背圧をほぼ０であるとすると、下記（１）式の関係がある。ここで、Ｖは油圧モータ１６の前述した１回転当たりの押しのけ容積である。
Ｔ＝Ｐ×Ｖ／（２π）…（１）
押しのけ容積Ｖは、油圧モータ１６の斜板の角度によって定まるので、押しのけ容積Ｖとパイロット圧Ｐ2 とは比例し、下記（２）式の関係がある。ここで、αは実験等によって求められる比例定数である。従って、油圧モータ１６のトルクＴとパイロット圧Ｐ2 とは、下記（３）式の関係がある。
【００２１】
Ｖ＝α×Ｐ2 …（２）
Ｔ＝α×Ｐ2 ×Ｐ／（２π）…（３）
上記（３）式の圧力Ｐに、リリーフ弁３５の設定圧Ｐ1 を代入した下記（４）式により、油圧モータ１６にリリーフ弁３５の設定圧Ｐ1 の作動油が供給されたときの設定トルクＴs を算出できる。尚、リリーフ弁３５の設定圧Ｐ1 は予め操作者が制御装置４４に入力する。
【００２２】
また、上記（３）式の圧力Ｐに、供給圧Ｐ3 を代入した下記（５）式により、油圧モータ１６に供給圧Ｐ3 の作動油が供給されたときの出力トルクＴo を算出できる。
Ｔs ＝α×Ｐ2 ×Ｐ1 ／（２π）…（４）
Ｔo ＝α×Ｐ2 ×Ｐ3 ／（２π）…（５）
次に、前述した本実施形態の施工機の掘削制御装置の作動について、電子制御回路５０において行われる制御処理と共に説明する。
【００２３】
操作者は、リリーフ弁３５を操作して、設定圧Ｐ1 を設定し、設定圧Ｐ1 の値を制御装置４４に入力する。設定圧Ｐ1 は、これ以上の圧力が、油圧モータ１６、切換弁３０、主流路３４等に加わった場合に、これらを破損等から保護するために設定する圧力で、一度設定すればよく、杭孔の施工毎に設定する必要はない。そして、油圧ポンプ３１が駆動されると、油圧ポンプ３１から作動油が主流路３４に供給され、切換弁３０を介して油圧タンク３２に作動油を逃がす。
【００２４】
切換スイッチが「手動」側に設定されているときには、パイロットポンプ３７からの作動油は、パイロット流路３６に供給され、電磁制御弁３８は設定つまみ６２により設定された指令信号に応じて減圧し、作用室１６ａに減圧したパイロット圧Ｐ2 を供給する。このパイロット圧Ｐ2 に応じた角度に油圧モータ１６の斜板が設定される。
【００２５】
パイロット圧センサ４０はこのパイロット圧Ｐ2 を検出して、電子制御回路５０に出力し、電子制御回路５０は、上記（４）式により、設定圧Ｐ1 とパイロット圧Ｐ2 とから設定トルクＴs を算出する。この算出した設定トルクＴs を設定トルク表示部６４に表示する。
【００２６】
操作者は、設定トルク表示部６４に表示された設定トルクＴs を見ながら、設定つまみ６２を操作する。設定つまみ６２を操作することにより、指令信号が変化し、電磁制御弁３８により減圧されたパイロット圧Ｐ2 が変化する。よって、油圧モータ１６の斜板の角度も変化する。
【００２７】
また、パイロット圧センサ４０が検出するパイロット圧Ｐ2 も変化するので、設定つまみ６２の操作により、設定トルク表示部６４に表示される設定トルクＴs もそれに応じて変化する。操作者はこの表示を見ながら、設定つまみ６２を操作して、オーガスクリュー１４の径等に応じた設定トルクＴs に設定する。
【００２８】
次に、切換弁３０が切り換え操作されて、油圧モータ１６が回転駆動されると、減速機１６を介してオーガスクリュー１４が回転される。このとき、油圧モータ１６に供給される作動油の圧力は、オーガスクリュー１４の回転抵抗が小さいときに小さくなる。従って、主流路３４の圧力も小さく、供給圧センサ４２はこの供給圧Ｐ3 を検出して制御装置４４に出力する。制御装置４４は、この供給圧Ｐ3 とパイロット圧Ｐ2 とに基づいて、上記（５）式により出力トルクＴo を算出し、出力トルク表示部６６に表示する。
【００２９】
切換スイッチ６３が「自動」側に設定されているときには、電子制御回路５０は、図４に示す制御処理を繰り返し実行する。この制御処理では、まず、供給圧センサ４２により検出される供給圧Ｐ3 を読み込み（ステップ１００）、供給圧Ｐ3 が小さいか否かを判断する（ステップ１１０）。小さいか否かは、予め設定された所定値と比較し、その大小により小さいか否かを判断すればよい。
【００３０】
小さいと判断したときには、電磁制御弁３８への指令値を、パイロット圧を増加させて押しのけ容積Ｖを減少させる側に変更する（ステップ１２０）。これにより、油圧モータ１６の押しのけ容積Ｖが減少するので、油圧モータ１６の回転数が増加する。よって、オーガスクリュー１４による掘削速度が上がる。
【００３１】
また、ステップ１１０の処理により、小さくないと判断されたときには、電磁制御弁３８への指令値を、パイロット圧を減少させて押しのけ容積Ｖを増加させる側に変更する（ステップ１３０）。これにより、油圧モータ１６の押しのけ容積Ｖが増加するので、油圧モータ１６の回転数が減少する。
【００３２】
一方、油圧ポンプ３１は図示しない内燃機関により駆動され、油圧ポンプ３１に過大な負荷が加わらないようにするために、内燃機関は定馬力制御されている。図５に示すように、油圧ポンプ３１の供給圧と吐出流量とは、ある一定圧力まで吐出流量は最大となり、圧力がそれ以上となると吐出流量は減少する。
【００３３】
掘削負荷が軽い場合、例えば、吐出圧力が８０kgf/cm2 、流量が１００L/min のとき、その投入馬力を計算すると下記のようになる。
ＰＳ１＝８０×１００／４５０＝１７．８馬力（領域１）
掘削負荷の大きい場合、例えば、最高圧力２００kgf/cm2 で、流量が８０L/min のとき、その投入馬力を計算すると下記のようになる。
【００３４】
ＰＳ２＝２００×８０／４５０＝３５．６馬力（領域２）
このことからわかるように、掘削負荷が軽いときにはオーガスクリュー１４が地面を掘削するために投入している馬力は能力の半分しか投入していないことになる。掘削負荷が軽いときにはより回転数を上げて掘削速度を上げることができる。
【００３５】
掘削負荷が軽いとき、即ち、供給圧Ｐ3 が小さいとき、例えば、１５０kgf/cm2 より小さいとき、押しのけ容積Ｖを減少させて油圧モータ１６の回転数を増加させる。また、押しのけ容積Ｖを減少させると同時に供給圧Ｐ3 も上昇するので供給圧Ｐ3 が１５０kgf/cm2 になるようにフィードバック制御する。これにより、オーガスクリュー１４の掘削速度が上昇して掘削効率が向上すると共に、投入馬力も増加するので、内燃機関の能力を有効に使用できる。
【００３６】
以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の施工機の掘削制御装置は、供給圧力が小さいときには油圧モータの押しのけ容積を減少させて、油圧モータの回転数を増加させ、掘削効率を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての施工機の掘削制御装置を用いた施工機の側面図である。
【図２】本実施形態の施工機の掘削制御装置の概略構成図である。
【図３】本実施形態の電気系統の構成を示すブロック図である。
【図４】本実施形態の電子制御回路において行われる制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態の油圧ポンプの圧力と流量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…施工機本体          １２…オーガ駆動機構
１４…オーガスクリュー  １６…油圧モータ
３０…切換弁            ３１…油圧ポンプ
３６…パイロット流路    ３７…パイロットポンプ
３８…電磁制御弁        ４０…パイロット圧センサ
４２…供給圧センサ      ４４…制御装置
５０…電子制御回路      ６４…設定トルク表示部
６６…出力トルク表示部
【図１】
0003947302.tif 000002
【図２】
0003947302.tif 000003
【図３】
0003947302.tif 000004
【図４】
0003947302.tif 000005
【図５】
0003947302.tif 000006