JPS6367394A - ア−スオ−ガの掘削速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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１
０１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によって回転
駆動されるスクリュー１０３と、スクリュー１０３の先
端の掘削ビット１０４とから成り、クローラクレーン等
の自走式作業機２ＱＱに設置した油圧ウィンチ２０１に
より支持され１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ィンチ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
、掘削ビット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。一方、掘削反力
と掘削量とはアースオーガの降下速度におおむね比例す
る。したがって、オーガ電流はアースオーガの降下速度
と地盤の硬さにほぼ比例する。

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
目視しなか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っ
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って頻繁に変化し、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。

■　過電流によっ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）　オーガ電流が許容値を越えるとアースオーガを
巻き上げ。

（ロ）　オーガ電流が許容値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った。

Ｃ０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
ュ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。

Ｄ０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１例えば油圧ウィンチのような支
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のスクリューや掘削ビットであ
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によって駆動される。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
を基準値と比較し、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５
０５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って解決される。

支持手段５０１が油圧ウィンチであれば、速度制御手段
５０７は、油圧ウィ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は容積を制御する装置として構成可
能である。

Ｅ２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５０
６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
ガのスクリュ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）
■、横軸が時間ｔを示し、オーガ電流Ｉ０．Ｉ、、Ｉ、
、Ｉ、によって区分された領域Ｒ１−Ｒ６内でのオーガ
電流工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が工２以下の領域Ｒ工＋Ｒ２を低電流域と
し、この低電流域ではオーガ電流工を増加させて運転効
率を上げるため、各領域Ｒ１，Ｒ。

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が工３以上の領域Ｒ４＋Ｒ，を高電流域と
し、この高電流域ではオーガ電流工を減少させて過電流
を防止するため、各領域Ｒ４，Ｒ。

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Ｒ９の傾きがＲ４よりも大きく、従って
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。

オーガ電流工が工、と■３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、ニット１２
に入力される。Ａ／Ｄ変換ユニット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
ピュータユニット１３に供給する。マイクロコンピュー
タユニット１３は、各種の演算・制御を行なうマイクロ
プロセッサユニット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った二
次圧力を可変容量膨油圧ポンプ１７の押し除は容積制御
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は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図に示す油圧ウィンチ
２０１を構成し、そのドラムに巻き回されたワイヤロー
ブ２０３（第７図）の繰り出し、繰り込みを制御し、こ
れによってアースオーガをワイヤロープ２０３で支持す
るとともにその降下速度を制御する。

ここで、油圧ウィンチ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
ンピュータ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
ＩＮ、前回のオーガ電流値を格納するメモリＩＢ、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
、傾きのオフセット値を格納するメモリＸをリセットす
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、各メモリをリセッ
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ｐＨでメモリＩＮのデータをメモリＩＢに
シフトし、手順Ｐ１２で現在のオーガ電流ＩＮをメモリ
ＩＮに格納する０手順Ｐ１３では、メモリＩＮの最新の
オーガ電流データからメモリＩＢ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Ｗ　ｍ　ｉ　ｎ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ブの緩みす
ぎを防止するためである。

否定判定されると手順Ｐ１６〜Ｔ’１９で現在のオーガ
電流ＩＮ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って、手順Ｐ２０−Ｐ２４にお
いて、傾きｍのオフセット値をメモリ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
のオフセット値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。オフセット値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Ｒ，十Ｒ，，高電流域Ｒ４＋Ｒ，の傾き
判定基準値として目標電流域Ｒ１の傾き判定基準値を用
いるためである。

したがって、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Ｒ１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
ガ電流工を減少させるため、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
に格納する。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Ｐ２ｇ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１手順Ｐ２ｇ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
流工を増加させるため、メモリＶ内の速度指令信号にΔ
Ｖ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Ｖ　ｍａｘ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、Ｐ２Ｏ
へ進む。

以上の処理手順により、オーガ電流工の時間変化量を表
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Ｒ１： 傾きｍに対して、 ｍ　４　）　ｍ　）　ｍ　３　　→　降下速度変更せず
ｍ≧ｍ４　　→　降下速度減速 ｍ≦ｍ３　　→　降下速度増速 口）　低電流域Ｒ工： オフセットしない真の傾きｍに対して。

ｍ　６　）　ｍ　）　ｍ　５　　→　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： オフセットしない真の傾きｍに対して。

ｍ　５　）　ｍ　）　ｍ　４　　→　降下速度変更せず
ｍ≧ｍ５　　→　降下速度減速 ｍ≦ｍ４　　→　降下速度増速 二）　高電流域Ｒ４＝ オフセットしない真の傾き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Ｒ６： オフセットしない真の傾きｍに対して、ｍ２＞ｍ＞ｍｌ
　　→　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Ｘ工〜ｘ４が傾きｍのオフセット値
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
号によっ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。

油圧モータによっ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ィンチにより支持する場合
について説明したが、電動ウィンチで支持してもよく、
この場合、電動ウィンチを、上述した速度指令信号Ｖに
よっ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
ショベル、トラッククレーン等、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。

Ｇ０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
したがっ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図は制御ブロック図、第４図（ａ）、（ｂ）は処理手
順例を示すフローチャート、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：マイクロコンピュータユニット １６：電磁比例減圧弁　　　１７：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ニスクリユー１０４；掘削ビッ
ト　　　　　２０１：油圧ウィンチ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
   、 その駆動手段の負荷を検出する負荷検出手段と、 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
   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その降
   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。 ２）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項に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、その値よりも
   大きい第２の基準値とが設定され、前記負荷量がその第
   １の基準値より小さいときに前記増速指令信号を、その
   第２の基準値より大きいときに前記減速指令信号を、第
   １の基準値と第２の基準値との間にあるときには速度保
   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。