(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
0003753663.tif 000002
【図２】
0003753663.tif 000003
【図３】
0003753663.tif 000004