JP4795708B2 - ドラム回転制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、ミキサ車のドラムの回転を制御するドラム回転制御装置の改良に関する。

ミキサ車と言われるアジテータトラックにあっては、一般的には、コンクリートプラントで製造されるコンクリートを、打設現場まで運搬するために、架台に回転自在に搭載されるドラムを備えている。

このドラムは、筒状のドラムシェルと、ドラムシェル内面に外周部が固定される螺旋状のブレードを備えており、ミキサ車がコンクリートを運搬する場合、ドラムを回転させることにより、ドラム内に投入されたコンクリートをブレードで攪拌するようにしている。

そして、ミキサ車にあっては、コンクリート運搬中にドラムを回転させることでコンクリートの砂利等の骨材とモルタル部分とが分離したり、運搬中にコンクリートが固化してしまったりすることを防止し、打設現場にて排出されるコンクリートのスランプ値を基準値の範囲内に維持するなど、コンクリートの品質を維持するようにしている。

このコンクリートの品質維持であるが、コンクリートがドラム内に投入されてから排出されるまで、すなわち、コンクリート運搬時間中に変化するコンクリートのスランプ値は、上記コンクリート運搬時間中のドラムの回転数量に大きく左右されることから、具体的には、従来のドラム制御装置にあっては、上記コンクリート運搬時間中のスランプ値変化を見越してドラムの総回転数量をあらかじめ設定し、打設現場到着後、上記総回転数量以内でドラムを高速回転させ分離傾向となったコンクリートを攪拌し、打設現場にて所望のスランプ値を実現してコンクリートの品質を維持するようにしている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００２−１７２６１２号公報（従来の技術欄，図１）

上述したように従来のドラム制御装置にあっては、あらかじめ設定されるドラムの総回転数量をミキサ車がプラントにてコンクリートをドラム内へ投入後、打設現場にてドラムからコンクリートを排出するまで、すなわち、コンクリート運搬時間中に消化しない場合には有効となるが、上記コンクリート運搬時間中にドラムの回転数量が設定される総回転数量を超えてしまうと問題となる。

つまり、ドラムの回転数量が総回転数量を超えるとコンクリートが余計に攪拌されることになり、この攪拌によってコンクリートには熱エネルギが与えられることになるから流動性が低くなり、打設現場にて排出するコンクリートのスランプ値は小さくなる傾向となる。

このスランプ値が打設現場で許容される範囲内であればよいが、範囲外となると打設現場では使用することが許されず返品扱いとなってしまい経済的損失に繋がるだけでなく、時間の浪費となってしまう。

したがって、従来のドラム制御装置では、総回転数量をドラムの回転数量が超えない範囲においてはコンクリートの品質維持が可能であるが、コンクリート運搬時間中に該総回転数量をドラムの回転数量が超えてしまうと品質の維持ができない場合があると指摘される場合があるのである。

そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、コンクリートの品質を維持できるドラム回転制御装置を提供することである。

上記した目的を達成するために、この発明は、コンクリートミキサ車の架台に回転自在に搭載されるドラムを回転駆動する駆動手段と駆動手段を制御する制御部とを備えたドラム回転制御装置において、スランプ値に基づいてドラムの総回転数量を求め、当該総回転数量に基づいて総回転数量以下の値となるように総回転数量閾値を決定し、ドラムの回転数量が総回転数量閾値を超えるとドラム回転速度を低下させることを特徴とする。

本発明によれば、コンクリート運搬中に、ドラムの回転数量が総回転数量閾値を超えるとドラムの回転速度は低くなるので、コンクリート排出までにドラムの回転数量が総回転数量を超えてしまうこと防止できる可能性が高まりコンクリートの品質維持が可能となり、仮にコンクリート排出までにドラムの回転数量が総回転数量を超えてしまった場合においてもコンクリートのスランプ値の変化量を最低限度に留めることが可能となり、コンクリートの品質劣化を防止することができる。

以下に、図示した実施の形態に基づいて、この発明を説明する。図１は、一実施の形態におけるドラム回転制御装置の概念図である。図２は、一実施の形態のドラム回転制御装置における入力装置の一例を示す図である。図３は、実施の形態におけるドラム回転制御装置の制御手順を示したフローチャートである。

一実施の形態におけるドラム洗浄装置は、図１に示すように、ドラムＤを回転駆動する駆動手段である液圧モータ１および液圧モータ１に液圧を供給する液圧ポンプ２と、液圧モータ１および液圧ポンプ２を制御する制御部５と、制御部５に接続され制御部５にスランプ値等の情報を入力可能な入力装置４と、を備えて構成されている。

液圧ポンプ２は、ミキサ車のエンジンＥに、ＰＴＯ（Ｐｏｗｅｒ Ｔａｋｅ Ｏｆｆ）を介して接続されており、該エンジンのクランクシャフトの回転運動が伝達されて回転駆動される。

また、液圧ポンプ２は、具体的には、斜板カム（図示せず）の傾角を変更することにより吐出方向および吐出量を可変にするアキシャル形の双方向吐出ポンプとして構成され、該液圧ポンプ２にループ状の管路１４を介して接続された液圧モータ１をそれぞれ正回転および逆回転することが可能である。

そして、上記液圧ポンプ２の斜板カムの変更は、具体的にたとえば、サーボシリンダにより行われ、この液圧ポンプ２の吐出方向および吐出量は、容量センサ６で検知して制御部５に入力され、制御部５は容量センサ６が検出する容量をフィードバックとしてサーボシリンダを駆動し液圧ポンプ２の吐出方向と吐出量を制御することができるようになっている。

また、液圧モータ１は、具体的にはたとえば、傾転角の変更により容量が変化し回転速度が変化するように設定され、回転速度センサ７で回転方向および回転速度（単位時間あたりの回転数）を検知するようになっており、制御部５は、回転速度センサ７が検出する回転方向および回転速度をフィードバックとして上記傾転角を調節して液圧モータ１の回転方向および回転速度を制御することができるようになっている。

なお、液圧ポンプ２の吐出方向および吐出容量と、液圧モータ１の傾転角をフィードバックとして液圧モータ１の回転方向および回転速度を制御するとしてもよい。

また、この場合、液圧ポンプ２の吐出容量が可変とされているので、液圧モータ１は容量一定のモータとされてもよく、また、液圧モータ１のみを容量可変として液圧ポンプ２を回転速度に対し一定の容量を吐出するものとしてもよいが、上述のように、液圧モータ１および液圧ポンプ２は供に容量可変とされているので、ドラムＤの回転速度の制御をきめ細かく行うことが可能となっている。

そして、上記液圧モータ１がドラムＤを投入回転させる時にループ状の管路１４のうち該液圧モータ１に液圧を供給する側の管路１４ａの途中には、圧力センサ１５が設けられており、該圧力センサ１５は、管路１４ａ内の圧力、すなわち、液圧ポンプ２の吐出圧力を検出し、その出力電圧からなる吐出圧力信号を制御部５に伝達するようになっている。

さらに、ドラムＤの一端は、液圧モータ１に図示しない回転シャフトに図示しない減速機を介して連結され、ドラムＤは、液圧モータ１によって回転駆動されることになり、また、制御部５は、上記回転速度センサ７からの回転速度情報からドラムＤの回転速度を把握できるようになっている。

エンジンＥは、制御部５からのエンジン回転速度指令信号をうけてエンジンＥのスロットル弁（図示せず）の開度を調節するスロットル調整装置（図示せず）によって回転速度が制御される。

このエンジンＥの回転速度は、回転速度センサ１６によって検出され、この回転速度センサ１６が出力するエンジン回転速度は制御部５に入力される。

そして、制御部５は、上記エンジン回転速度をフィードバックとしてエンジン回転速度指令信号をスロットル調整装置に出力してスロットル調整装置を制御する。

したがって、ミキサ車停車中であっても、ドラムＤの回転駆動が必要な場合には、上記制御部５がスロットル調整装置を制御して、エンジンＥの回転速度を所定の回転速度に維持することができるようになっている。

なお、エンジンＥが電子制御可能なガバナを搭載している場合には、該ガバナに信号を送ることでエンジン回転速度を調節可能であるので、上記スロットル調整装置は不要となる。

転じて、入力装置４は、図２の一例に示すように、オペレータの操作によってスランプ値、気温、湿度、コンクリート運搬時間の情報を数値として入力可能なテンキー型のスイッチ４ａと、入力された各情報を制御部５に送信する送信スイッチ４ｂと、オペレータのスイッチ４ａの操作によって入力される各情報を表示する表示部４ｃを備え、制御部５に信号線１１で接続されることにより制御部５に対して上記各情報を信号として制御部５に送信可能とされている。

また、スランプ値等の情報の入力の際に、切換スイッチ４ｄを押圧操作することにより、入力対象の情報を切換えることができ、この切換スイッチ４ｄによって入力する情報を選択することができるようになっている。

なお、入力装置４と制御部５の通信においては、信号線１１を介さない無線によって行うとされてもよく、また、スランプ値等の入力に使用されるスイッチはボリューム型とされてもよい。

そして、制御部５は、容量センサ６、回転速度センサ７，１６および圧力センサ１５が出力する信号、入力装置４から入力される信号を受け取り、液圧モータ１、液圧ポンプ２およびエンジンＥの駆動に必要な電流もしくは電圧を出力することができるものであればよく、たとえば、ハードウェアとしては図示しないが、各信号を増幅するためのアンプと、アナログ信号をデジタル信号に変換する変換器と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の演算装置と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置とから構成され、液圧モータ１および液圧ポンプ２の駆動に必要な演算処理手順と制御信号出力手順は、プログラムとしてＲＯＭや他の記憶装置に予め格納させておくとする周知なコンピュータシステムとして構成されている。

具体的には、制御部５は、図示しない液圧モータ１の傾転角および液圧ポンプ２の斜板カムの傾角を調節するサーボシリンダに、液圧の供給を可能とする電磁弁のソレノイドに対し制御電圧もしくは制御電流を出力し、液圧モータ１および液圧ポンプ２を駆動制御するとともに、必要な場合にはエンジンＥの回転速度を制御することになる。

また、制御部５は、入力装置４にスランプ値情報が入力されない状態で送信スイッチ４ｂの押圧がある場合には表示部４ｃに、たとえば、「Ｅｒｒｏｒ」といった文字を表示できるようになっている。

そして、上記のように構成されたドラム回転制御装置における制御部５は、図３に示す制御手順に従って駆動手段である液圧モータ１および液圧ポンプ２を制御する。また、この制御手順は、上述のように、予め制御部５の記憶装置に格納されている。

なお、基本的には液圧ポンプ２および液圧モータ１は制御部５により制御されるが、ミキサ車のオペレータは、図示しない操作装置によって制御部５に直接ドラムＤの回転方向および回転速度を操作できるようになっている。

以下、この制御手順について説明すると、まず、オペレータの入力装置４における送信スイッチ４ｂの押圧により、制御部５にスランプ値、気温、湿度、コンクリート運搬時間の各情報の信号が送信され、これにより、ドラム回転制御に関する以下の制御手順が実行される。なお、上記した制御手順は、オペレータがドラムＤを排出回転に切換えた場合には、自動的に終了するようになっている。

そして、ステップＦ１では、上記信号のうちスランプ値の入力がなされたか否かの判断を行う。そして、スランプ値の入力がある場合にはスランプ値を含む各情報を記憶装置に記憶してステップＦ２に移行し、スランプ値の入力がない場合には、ステップＦ３に移行して、オペレータに入力装置４へのスランプ値の入力を促すため、入力装置４の表示部４ｃに、たとえば、「Ｅｒｒｏｒ」と表示して、スランプ値の入力を待ち、その後、スランプ値の入力が一定時間経過しても入力されない場合には、ドラム回転制御の制御手順を終了する。

ここで、ステップＦ３でスランプ値の入力がなされる場合、各情報を記憶装置に記憶してステップＦ２に移行する。

したがって、コンクリートの品質維持に必要なスランプ値の入力を促すことができるので、オペレータの入力ミスを防止することができるとともに、コンクリートの品質を維持することができる。

なお、この制御手順を終了してもオペレータの上記図示しない操作装置の操作でコンクリート投入作業を行うこともできるようになっている。

つづいて、ステップＦ２では、上記各情報からドラムＤの総回転数量閾値Ｎｍａｘを演算して決定する。具体的には、まず、総回転数量を演算し、演算された総回転数量に係数αを乗算して総回転数量閾値Ｎｍａｘを決定する。ここで、係数αは０から１までの任意の値であり、決定される総回転数量に対して適当となるように設定される。また、総回転数量の決定に際して、スランプ値、気温、湿度は総回転数量を変化させるパラメータとして利用され、たとえば、あらかじめ設定される基準となる基準スランプ値に応じた基準総回転数に対し、入力されたスランプ値と基準スランプ値との比較によってマップ演算等により総回転数量を決定する。また、気温、湿度をもパラメータとする場合には、上記に加えて、基本的には、気温が高ければ高いほど総回転数量を減少させる傾向に、湿度が高ければ高いほど総回転数量を増加させる傾向になるようにして総回転数量Ｎｍａｘを決定するが、気温および湿度を総回転数量にどの程度影響させるかについては実験や経験から得られるデータ等から任意に設定される。

さらに、ステップＦ４に移行して、決定された総回転数量閾値Ｎｍａｘと、コンクリート運搬時間ｔとからドラム回転速度Ｗを演算する。具体的には、総回転数量閾値Ｎｍａｘをコンクリート運搬時間ｔで除してドラムＤの回転速度Ｗを演算する。

なお、ステップＦ１にてコンクリート運搬時間ｔの入力がなされない場合には、ドラムＤの回転速度Ｗは、たとえば、プラントから打設現場までのコンクリート運搬時間ｔを３０分として演算される。

そして、ステップＦ５では、制御部５は、容量検出センサ６および回転数検出センサ７からの信号からドラムＤがコンクリートを投入する側に回転、すなわち、投入回転しているか否かを判断し、投入回転していない場合にはステップＦ６に移行し、投入回転している場合にはステップＦ７に移行する。

さらに、ステップＦ６では、制御部５は液圧ポンプ２および液圧モータ１を制御してドラムＤを駆動して所定の回転速度にてコンクリートを投入する側に回転、すなわち、投入回転させ、ステップＦ７に移行する。

ステップＦ７では、制御部５は、圧力センサ１５の圧力が所定の値に達した時点でドラムＤの回転数量Ｎを０にする。

これは、空の状態のドラムＤ内にコンクリートが投入されると、コンクリートを含むドラムＤの重心および質量が変化し、ドラムＤを回転させるトルクに変動が生じ、液圧モータ１へ供給する液圧が上昇することから、この圧力センサ１５で検知する圧力が上昇し、ドラムＤ内にコンクリートが投入されたことを判断できる。

なお、所定の値は任意に決定できるが、ドラムＤ内にコンクリートがある程度投入された状態での圧力の値としておけばよい。

すなわち、コンクリートがドラムＤ内に投入されたことをもってしてドラムＤの回転数量の起点とすることができ、わざわざオペレータがコンクリートのドラムＤ内投入時に回転数量Ｎを０に設定するスイッチ等を押すような作業を省略することができ、作業負担を軽減することができる。

そして、ステップＦ８に移行し、制御部５は、回転数量Ｎ≧総回転数量閾値Ｎｍａｘを満たすかを判断し、満たす場合には、ステップＦ１１へ、満たさない場合にはステップＦ９に移行する。

そしてステップＦ９に移行し、ステップＦ９では、制御部５は液圧モータ１および液圧ポンプ２を制御してステップＦ４で演算されたドラムＤの回転速度Ｗを維持するようにする。

基本的には、液圧ポンプ２は、ミキサ車のエンジンによって駆動されるので、エンジン回転速度の変化によって機械的に連結された液圧ポンプ２の回転速度も変化するが、制御部５は、容量センサ６および回転速度センサ７からの信号のフィードバックを受けドラムＤの回転速度が一定となるように制御する。

ここで、エンジン回転速度が低い場合には、エンジンによって駆動される液圧ポンプ２の吐出容量が十分確保することが難しいことから、具体的には、エンジン回転速度がアイドリング状態近傍では、エンジン回転速度の上昇に伴ってドラムＤの回転速度が上昇するように制御されるとともに、エンジン回転速度が液圧ポンプ２の吐出容量を確保できる速度以上の領域においては、上述のようにドラムＤの回転速度Ｗを一定に維持するように制御される。

したがって、ドラムＤの回転速度Ｗは、オペレータの経験に頼らず総回転数量閾値Ｎｍａｘから決せられるから、打設現場にて排出されるコンクリートの品質を均一にすることができる。

また、ドラムＤの回転速度Ｗがコンクリート運搬時間ｔと総回転数量閾値Ｎｍａｘに基づいて決せられる場合には、打設現場にて排出されるコンクリートの品質を均一にすることができるとともに、あらかじめコンクリート運搬時間ｔが判明しているのでスランプ値変化を小さくするのに最適なドラムＤの回転速度Ｗを実現することができる。

なお、ドラムＤの回転速度制御において好ましくは、上述のように、エンジンＥの制御をも行うとよいが、エンジンＥの回転速度制御を行わない場合には、容量センサ６および回転速度センサ７からの信号のフィードバックのみをもってドラムＤの回転速度が一定となるように制御するとしてもよい。

ステップＦ１０では、制御部５は、回転速度センサ７からの信号から判断してドラムＤが一回転した時点でＮ＝Ｎ＋１を演算し、ステップＦ８に戻る。

さらに、ステップＦ１１では、回転数量Ｎ＞総回転数量閾値Ｎｍａｘとなっていることから、コンクリート運搬中にドラムＤの回転数量Ｎが総回転数量閾値Ｎｍａｘを超えていることが分かる。したがって、制御部５は、ドラムＤの回転速度をステップＦ４で算出した回転速度Ｗより低くなるように、液圧モータ１および液圧ポンプ２を制御する。

具体的には、ドラムＤの回転速度は、運搬中のコンクリートが固化してしまわない程度に維持され、コンクリートの品質を損なうことがなく、仮にコンクリートが分離を起した場合には、打設現場にて再混練を行うことになる。

したがって、コンクリート運搬中に、上記係数αを１より小さく設定しておけば、ドラムＤの回転数量Ｎが総回転数量を超える前に先んじて超えることになる総回転数量閾値Ｎｍａｘを超えるとドラムＤの回転速度は低くなるので、コンクリート排出までにドラムＤの回転数量が総回転数量を超えてしまうこと防止できる可能性が高まりコンクリートの品質維持が可能となり、仮にコンクリート排出までにドラムＤの回転数量が総回転数量を超えてしまった場合においてもコンクリートのスランプ値の変化量を最低限度に留めることが可能となり、コンクリートの品質劣化を防止することができる。

また、係数αを１に設定した場合にはドラムＤの回転数量が総回転数量を超えることにはなるが、それ以降のスランプ値変化を最低限度に留めることができ、コンクリートの品質劣化を防止することが可能となる。

そして、総回転数量閾値Ｎｍａｘがスランプ値のみならず気温や湿度を加味して決定される場合には、スランプ値変化をより低減することができ、コンクリートの品質維持効果を高めることができる。

さらに、このステップＦ１１にて、ドラムＤの回転数量Ｎが総回転数量閾値Ｎｍａｘを超えた後に経過した時間とともにドラムＤの回転速度を漸減するようにすることもできる。

この場合には、上記時間経過とともにドラムＤの回転速度を回転速度Ｗからコンクリートが固化してしまうことがない程度で許容される限界内で最低となる回転速度まで徐々に下げていくように制御される。

したがって、このように時間経過とともにドラムＤの回転速度を徐々に漸減する場合には、コンクリートが分離する前にコンクリートを排出する限りにおいては再混練によるスランプ値変化を防止してスランプ値変化を最小限留め、また、コンクリートが分離してしまう事態となって打設現場にてコンクリートの再混練を行う必要があってもコンクリート運搬中におけるスランプ値変化を低減することが可能となり、コンクリートの品質を維持することができる。

なお、本実施の形態においては、ドラムＤの回転数量Ｎが総回転数量閾値Ｎｍａｘを超えない場合に、ドラム回転制御装置自体でドラムＤの回転速度を制御するようにしているが、これをオペレータが任意のドラムＤの回転速度を設定するようにすることもできる。

この場合にも、ドラム回転制御装置は、ドラムＤの回転数量Ｎが総回転数量閾値Ｎｍａｘを超える場合には、ドラムＤの回転速度を低くするように制御する。

これにより、オペレータが任意のドラムＤの回転速度を設定する場合にあっても、係数αが１より小さい時には、コンクリート排出までにドラムＤの回転数量が総回転数量を超えてしまうこと防止できる可能性が高まりコンクリートの品質維持が可能となり、仮にコンクリート排出までにドラムＤの回転数量が総回転数量を超えてしまった場合においてもコンクリートのスランプ値の変化量を最低限度に留めることが可能となり、コンクリートの品質劣化を防止することができ、係数αが１である時には、ドラムＤの回転数量が総回転数量を超えることにはなるが、それ以降のスランプ値変化を最低限度に留めることができ、コンクリートの品質劣化を防止することが可能となる。

また、気温および湿度については、ミキサ車に温度センサおよび湿度センサを備え付けておき、オペレータにわざわざ入力装置４にこれら情報を入力させることなく各センサから制御部５に気温と湿度の情報を信号として入力可能としておいてもよい。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

一実施の形態におけるドラム回転制御装置の概念図である。 一実施の形態のドラム回転制御装置における入力装置の一例を示す図である。 実施の形態におけるドラム回転制御装置の制御手順を示したフローチャートである。

符号の説明

１ 液圧モータ
２ 液圧ポンプ
４ 入力装置
４ａ スイッチ
４ｂ 送信スイッチ
４ｃ 表示部
４ｄ 切換スイッチ
５ 制御部
６ 容量センサ
７，１６ 回転速度センサ
１１ 信号線
１４，１４ａ 管路
１５ 圧力センサ
Ｄ ドラム
Ｅ エンジン

Claims (5)

1. コンクリートミキサ車に回転自在に搭載されるドラムを回転駆動する駆動手段と駆動手段を制御する制御部とを備えたドラム回転制御装置において、スランプ値に基づいてドラムの総回転数量を求め、当該総回転数量に基づいて総回転数量以下の値となるように総回転数量閾値を決定し、ドラムの回転数量が総回転数量閾値を超えるとドラム回転速度を低下させることを特徴とするドラム回転制御装置。
2. ドラムの回転数量が総回転数量閾値を超えるとドラム回転速度を時間の経過とともに漸減させることを特徴とする請求項1に記載のドラム回転制御装置。
3. スランプ値と気温、もしくは、スランプ値と湿度、もしくは、スランプ値と気温と湿度、に基づいてドラムの総回転数量閾値を決定することを特徴とする請求項１または２に記載のドラム回転制御装置。
4. ドラムの回転数量が総回転数量閾値を超えない場合に総回転数量閾値に基づいてドラム回転速度を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のドラム回転制御装置。
5. ドラムの回転数量が総回転数量閾値を超えない場合に総回転数量閾値およびコンクリート運搬時間に基づいてドラム回転速度を制御する請求項１から３のいずれかに記載のドラム回転制御装置。

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