JP2000109291A

JP2000109291A - 巻上ウインチの制御装置

Info

Publication number: JP2000109291A
Application number: JP28015998A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Ishida; 和久石田; Toshiki Sakai; 俊己堺; Koji Funato; 孝次船渡; Masami Ochiai; 正巳落合; Teruo Igarashi; 照夫五十嵐; Akira Nakayama; 中山　　晃; Tsutomu Udagawa; 勉宇田川
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1998-10-01
Filing date: 1998-10-01
Publication date: 2000-04-18

Abstract

(57)【要約】【課題】フリーフォール時の吊り荷の着地を正確に検
出し、適切なタイミングでウインチの駆動を制動する。【解決手段】ドラム４１の回転量αを検出する回転量
センサ２１を設け、回転量センサ２１からの検出値αを
コントローラ２０に取り込み、ドラム４１の加速度ａを
演算する。フリーフォール時において、ドラム４１の加
速度ａがマイナス（ａ＜０）になると吊り荷４５の着地
と判定し、電磁切換弁１２に制御信号を出力してブレー
キ装置６を作動させ、これによって、ドラム４１の駆動
が制動される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クローラクレーン
などに搭載される巻上ウインチの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】クローラクレーンに搭載された巻上ウイ
ンチをフリーフォールさせて行う作業には、動圧密工法
による作業やバケットを用いた掘削作業などがある。動
圧密工法とは、例えば空港の滑走路を建設する場合のよ
うに、比較的広範囲の地盤を改良する際に用いられる工
法であり、敷地を桝目に区切り、この桝目の交点に数十
トン規模の重錘を所定の高さから設定回数落下させ、そ
の落下エネルギにより地盤改良を行うというものであ
る。そのような作業においては、作業効率の観点から、
重錘をなるべく早く設定回数落下させることが要求され
るが、そのためには、自由落下した重錘の着地と同時に
ブレーキを掛け、巻上ロープの余分な繰り出しを防止す
ることが必要とされる。また、バケットの食い込みによ
る掘削作業（例えば、クラムシェル作業やグラブバケッ
ト作業）を行う場合にも同様に、必要な掘削量をなるべ
く早く得るためには、バケットの着地と同時にブレーキ
を掛け、巻上ロープの余分な繰り出しを防止することが
必要とされる。

【０００３】上述した動圧密工法による作業時あるいは
バケットを用いた作業時に、ブレーキを掛けるタイミン
グが早いと、重錘またはバケットの有する落下エネルギ
の一部は、制動時の摩擦エネルギ、ブームを変形させる
エネルギ等に変換され、エネルギロスが発生して作業効
率が悪化するとともに、巻上ロープには過大な張力が作
用し、車両状態が不安定になったり、巻上ロープが激し
く損傷したりするおそれがある。また、逆にブレーキを
掛けるタイミングが遅いと、ウインチドラムの慣性力に
より着地後もロープが繰り出され、ウインチドラムは乱
巻状態となってしまうので、ウインチドラムにロープを
巻き直す必要があり、作業効率が悪化する。さらに、着
地後、余分に繰り出されるロープには張力が作用してい
ないので、ロープは制御が効かない状態になり、問題が
大きい。なお、バケット作業においては、地下や海底な
ど、目視によるバケットの確認が困難な状況下での作業
も頻繁に行われるため、ブレーキを掛けるタイミングを
適切なものにすることはとくに難しい。このようなブレ
ーキ作動時のタイミングに関する問題を解決するものと
して、実公平７−１１１０９号公報には、フリーフォー
ル時における重錘（ウエイト）の着地後、自動的にブレ
ーキを掛けるようにした装置が開示されている。

【０００４】この公報記載の装置では、フックに接続さ
れたペンダントロープの張力をロードセルによって検出
し、その検出値がフックの自重に対応した値となったら
ウエイトの着地と判定し、ソレノイドバルブに切換信号
を出力する。この切換信号によってブレーキシリンダへ
の圧油の供給が停止され、ネガブレーキが作動して着地
後のウインチドラムの駆動が停止される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ウエイ
トの着地時においては、ブームの揺れや振動を伴う衝撃
が機体に作用するためロープ張力は変動し、ロープ張力
の正確な検出が困難である。したがって、上記公報記載
の装置のようにロープ張力に基づいてウエイトの着地を
判定するものでは、着地判定の精度が悪化し、適切なタ
イミングでウインチを制動することが困難である。ま
た、フックの自重に対応するロープ張力は微小であるた
め、上記公報記載の装置のように微小値を基準として着
地を判定するものでは正確な着地判定が困難である。

【０００６】本発明の目的は、フリーフォール時の吊り
荷の着地を正確に判定し、適切なタイミングでウインチ
の駆動を制動し得る巻上ウインチの制御装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（１）一実施の形態を
示す図１を参照して説明すると、請求項１の発明は、操
作レバー７からの指令によって巻上または巻下駆動され
る油圧モータ２と、この油圧モータ２からの駆動トルク
が伝達状態で巻上または巻下駆動され、非伝達状態で吊
り荷４５がフリーフォールされる巻上ドラム４１とを備
えた巻上ウインチの制御装置に適用される。そして、吊
り荷４５の加速度ａを演算する加速度演算手段２０,２
１と、巻上ドラム２の駆動を停止するブレーキ装置６
と、加速度演算手段２０,２１によって演算された加速
度ａが所定値以下となると停止指令を出力してブレーキ
装置６の作動を制御する制御手段１２,２０とを備える
ことにより上述した目的は達成される。（２）請求項２の発明は、加速度演算手段２０,２１
によって演算された加速度ａが負値（＜０）となると、
制御手段１２,２０は停止指令を出力してブレーキ装置
６の作動を制御するものである。

【０００８】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が実施の形態に限定されるものではない。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形
態に係るウインチの制御装置の構成を示す油圧回路図で
ある。図１に示すように、本実施の形態に係わるウイン
チの制御装置は、可変容量型のメインポンプ１と、メイ
ンポンプ１から吐出される圧油によって駆動する油圧モ
ータ２と、メインポンプ１から油圧モータ２に供給され
る圧油の流れを制御する方向制御弁３と、油圧モータ２
からの駆動トルクによって巻上巻下駆動される巻上ウイ
ンチ４と、油圧モータ２からの駆動トルクを巻上ウイン
チ４に伝達または非伝達状態とするクラッチ装置５と、
巻上ウインチ４の駆動を停止するブレーキ装置６と、オ
ペレータが巻上ウインチ４の巻上巻下指令を入力する操
作レバー７と、操作レバー７により操作されるパイロッ
ト弁８Ａ,８Ｂと、パイロット弁８Ａ,８Ｂに圧油を供給
するパイロットポンプ９と、クラッチ装置５の駆動を制
御する油圧パイロット切換弁１０と、パイロット弁８
Ａ,８Ｂからのパイロット圧を油圧パイロット切換弁１
０のパイロットポートに導くシャトル弁１１と、ブレー
キ装置６の駆動を制御する電磁切換弁１２と、電磁切換
弁１２に切換信号を出力するコントローラ２０とを備え
る。

【００１０】巻上ウインチ４は、ウインチロープ４２が
巻回されたウインチドラム４１を有している。ウインチ
ロープ４２はブーム４３先端に設けられたシーブ４４を
介してフックＦに接続され、ウインチドラム４１の回転
によりウインチロープ４２が巻き取りあるいは繰り出さ
れてフックＦに吊持された吊り荷４５が昇降する。ドラ
ム４１の中央には減速機１３を介して油圧モータ２に接
続された出力軸２ａが挿通され、出力軸２ａにはクラッ
チ装置５が接続されて、クラッチ装置５は出力軸２ａと
一体で回転する。クラッチ装置５はクラッチシリンダ５
１を有し、パイロットポンプ９からの圧油がクラッチシ
リンダ５１のロッド側油室に供給されると、シリンダ５
１が縮退され、ウインチドラム４１とクラッチ装置５と
が離間してクラッチ解除状態とされる。また、パイロッ
トポンプ１からの圧油の供給が停止されると、クラッチ
シリンダ５１に設けられたバネの付勢力によってシリン
ダ５１が伸長され、ウインチドラム４１とクラッチ装置
５とが接触してクラッチ接続状態とされる。

【００１１】ブレーキ装置６は、オペレータによって踏
み込み操作されるブレーキペダル６１と、電磁切換弁１
２からの１次圧Ｐ１をペダル操作に応じた２次圧に減圧
する減圧弁６２と、減圧弁６２からの２次圧Ｐ２によっ
て伸縮されるブレーキシリンダ６３と、シリンダロッド
６３ａにリンク６４を介して接続されるブレーキバンド
６５とを有している。ブレーキペダル６１が非操作で
は、減圧弁６２は単なる開放弁として機能して２次圧Ｐ
２は最大（＝Ｐ１）となり、また、ブレーキペダル６１
が最大に踏み込み操作されると減圧弁６２の減圧度は最
大となって２次圧Ｐ２はタンク圧Ｐ０に等しくなる。シ
リンダ６３のヘッド側油室に２次圧Ｐ２（＝Ｐ１）が供
給されると、シリンダ６３は縮退されてブレーキバンド
６５が拡張され、これによって、ウインチドラム４１と
一体に形成されたブレーキドラム４１ａはブレーキバン
ド６５から開放され、ブレーキ解除状態とされる。シリ
ンダ６３のヘッド側油室への圧油の供給が停止される
と、シリンダ６３内に設けられたバネの付勢力によって
シリンダ６３は伸長されてブレーキバンド６５が収縮さ
れ、これによって、ブレーキドラム６５に制動力が作用
し、ブレーキ作動状態とされる。

【００１２】コントローラ２０には、ドラム４１の回転
量を検出する回転量センサ２１と、操作レバー７の操作
に伴うシャトル弁１１からのパイロット圧の有無を検出
する圧力スイッチ２２と、電源スイッチ２３とが接続さ
れ、これらによって入力信号が入力される。コントロー
ラ２０では後述するような処理を実行し、電磁切換弁１
２のソレノイドにオン／オフ信号を出力する。電磁切換
弁１２にオン信号が出力されるとソレノイドが励磁され
て電磁切換弁１２は位置（イ）に切り換えられ、オフ信
号が出力されるとソレノイドが消磁されて電磁切換弁は
位置（ロ）に切り換えられる。

【００１３】ここで、フリーフォール時における一般的
なドラム４１の挙動について説明する。図２（ａ）は、
ブレーキ解除状態で吊り荷をフリーフォールした際のド
ラム４１の速度特性を示す図であり、図２（ｂ）は、ド
ラム４１の加速度特性を示す図である。図２に示すよう
に、フリーフォール開始から着地に至るまで吊り荷４５
は重力加速度で自由落下するため、ドラム４１には正の
加速度ａ１（＞０）が作用し、ドラム角速度ｖは徐々に
増加する。吊り荷４５が着地すると、以降ドラム４１に
はドラム４１の回転やシーブ４４の回転による摩擦損失
等の負の加速度ａ２（＜０）が作用し、ドラム角速度ｖ
は徐々に減少する。このように吊り荷４５の挙動と加速
度ａには相関関係が認められるものであり、本実施の形
態ではこの相関関係に着目して加速度ａが所定値より小
さくなったとき（ａ＜０）に吊り荷４５の着地と判定す
る。

【００１４】次に、コントローラ２０で実行される処理
について説明する。図３は、コントローラ２０で実行さ
れる処理の一例を示すフローチャートである。このフロ
ーチャートは電源スイッチ２３のオンによってスタート
し、まずステップＳ１で圧力スイッチ２２がオンか否
か、すなわち操作レバー７が操作されているか否かを判
定する。ステップＳ１が肯定されるとステップＳ４に進
み、否定されるとステップＳ２に進む。ステップＳ２で
は回転量センサ２１からの信号αを読み込み、次式
（ｌ）の関係を用いてドラム４１の角加速度ａを演算す
る。

【数１】ａ＝ｄ²（Δα）／ｄｔ² （l）ただし、 Δα：微小時間ｄｔあたりの回転量αの変化
量次いで、ステップＳ３で角加速度ａが負値（マイナス）
か否かを判定する。ステップＳ３が否定されるとステッ
プＳ４に進み、電磁切換弁１２にオフ信号を出力してリ
ターンする。ステップＳ３が肯定されるとステップＳ５
に進み、電磁切換弁１２にオン信号を出力してリターン
する。

【００１５】次に、本実施の形態の動作についてより具
体的に説明する。（１）巻上巻下作業巻上巻下作業を行おうとして操作レバー７を巻上げ側ま
たは巻下げ側に操作すると、その操作量に応じてパイロ
ット弁８Ａまたは８Ｂが駆動され、パイロットポンプ９
からの圧油は制御弁３のパイロットポート３Ａまたは３
Ｂに供給される。これによって、制御弁３は位置（ａ）
側または位置（ｂ）側に切り換えられ、メインポンプ１
からの圧油は制御弁３を介して油圧モータ２に供給され
て、油圧モータ２が駆動される。これと同時にパイロッ
ト弁８Ａ,８Ｂからの圧油は、シャトル弁１１を介して
油圧パイロット切換弁１０のパイロットポートに供給さ
れ、油圧パイロット切換弁１０が位置（イ）に切り換え
られるとともに、圧力スイッチ２２がオンされてコント
ローラ２０は電磁切換弁１２にオフ信号を出力し、その
位置は位置（ロ）に切り換えられる。これによって、ク
ラッチシリンダ５１はタンク圧となってクラッチ接続状
態とされるとともに、パイロットポンプ９からの圧油は
電磁切換弁１２、減圧弁６２を介してブレーキシリンダ
６３に供給され、ブレーキ解除状態とされる。その結
果、油圧モータ２の駆動トルクはドラム４１に伝達され
てドラム４１が巻上または巻下げ駆動され、吊り荷４５
は操作レバー７の操作量に応じた速度で昇降される。な
お、ドラム４１の駆動を停止させるには、ブレーキペダ
ル６１を操作してブレーキシリンダ６３への圧油の供給
を停止すればよい。

【００１６】（２）フリーフォール作業電源スイッチ２３をオンした状態でフリーフォール作業
を行うには、まず操作レバー７を巻上操作して吊り荷４
５を所定高さに巻き上げ、次いで操作レバー７を中立位
置に操作する。すると、パイロット弁８Ａ,８Ｂからの
圧油の供給が停止され、制御弁３が中立位置に駆動され
て油圧モータ２の回転が停止されるとともに、油圧パイ
ロット切換弁１０は位置（ロ）に切り換えられる。これ
によって、パイロットポンプ９からの圧油は、油圧パイ
ロット切換弁１０を介してクラッチシリンダ５１に供給
され、クラッチ装置５が解除されてドラム４１が自由回
転状態となり、吊り荷４５はフリーフォールする。吊り
荷４５が着地してドラム４１の加速度ａがマイナスとな
ると、前述したステップＳ５の処理により電磁切換弁１
２は位置（イ）に切り換えられる。これによって、ブレ
ーキシリンダ５３のヘッド側油室はタンク圧Ｐ０とな
り、ブレーキ装置６が作動されてドラム４１の回転が阻
止される。なお、電源スイッチ２３がオフの状態におい
ては、電磁切換弁１２は常に位置（イ）に切り換えら
れ、ブレーキ装置６が自動的に作動されることはない。

【００１７】このように本実施の形態によると、ドラム
４１の加速度ａの変化によって吊り荷の着地を判定し、
ブレーキ装置６を作動させるようにしたので、着地判定
の精度が向上し、適切なタイミングで吊り荷４５を制動
することができ、作業効率が向上する。また、加速度の
符号が正から負に変化した際に吊り荷の着地と判定する
ようにしたので着地が容易に判定されるとともに、加速
度ａの絶対値を正確に算出する必要がなく検出器２１の
精度を必要以上に高くする必要もない。さらに、電磁切
換弁１２のオン／オフ制御によってブレーキ装置６を作
動させるようにしたので、回路構成が容易となり既存の
回路にも容易に組み込むことができる。

【００１８】以上の説明では、操作レバー７を中立位置
に操作すると吊り荷４５がフリーフォールするものとし
たが、実際には、操作レバー７を中立位置に操作すると
ネガブレーキが作動するモードと、中立時にネガブレー
キを解除して吊り荷４５がフリーフォールするモードと
を選択可能に構成することが望ましい。

【００１９】なお、上記実施の形態では、加速度ａがマ
イナスとなった際に吊り荷の着地を判定しブレーキを掛
けるようにしたが、油圧によるブレーキ動作の遅れ等を
考慮し、加速度ａが所定値ａ１（＞０）より小さくなっ
た際（ａ＜ａ１）にブレーキを掛けるようにしてもよ
い。また、上記実施の形態では、ドラム４１の回転量α
からドラム４１の加速度ａを演算するようにしたが、こ
れに限らず、シーブ４４の回転量やロープ４２の速度を
検出し、これによって加速度を演算したり、あるいは加
速度センサを設け、これによって加速度を直接検出する
ようにしてもよい。さらに、吊り荷４５の挙動と相関の
あるドラム４１以外の加速度を演算し、これによって吊
り荷４５の着地を判定するようにしてもよい。さらにま
た、本実施の形態においては、巻上巻下作業とフリーフ
ォール作業とで同一のブレーキ装置６を用いるようにし
たが、専用のブレーキ装置を用いるようにしてもよい。

【００２０】以上の実施の形態と請求項との対応におい
て、コントローラ２０と回転量センサ２１とが加速度演
算手段を、電磁切換弁１２とコントローラ２０とが制御
手段をそれぞれ構成する。

【００２１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、吊り荷の加速度が所定値以下となるとブレーキ装
置に停止指令を出力して巻上ドラムの駆動を停止するよ
うにしたので、着地判定の精度が向上し、適切なタイミ
ングで吊り荷を制動することができる。また、とくに請
求項２の発明によれば、加速度の符号が負になると巻上
ドラムの駆動を停止するようにしたので、加速度の絶対
値を算出する必要がなく装置が安価となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るウインチの制御装置
の回路図。

【図２】フリーフォール時のドラムの速度特性とドラム
の加速度特性をそれぞれ示す図。

【図３】コントローラで実行される処理であるフローチ
ャートの一例を示す図。

【符号の説明】

２油圧モータ５クラッチ装置６ブレーキ装置７操作レバー１２電磁切換弁２０コントローラ２１回転量センサ４１ウインチドラム４５吊り荷

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者船渡孝次茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者落合正巳茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者五十嵐照夫茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者中山晃茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者宇田川勉茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】操作レバーからの指令によって巻上また
は巻下駆動される油圧モータと、この油圧モータからの駆動トルクが伝達状態で巻上また
は巻下駆動され、非伝達状態で吊り荷がフリーフォール
される巻上ドラムとを備えた巻上ウインチの制御装置に
おいて、前記吊り荷の加速度を演算する加速度演算手段と、前記巻上ドラムの駆動を停止するブレーキ装置と、前記加速度演算手段によって演算された加速度が所定値
以下となると停止指令を出力して前記ブレーキ装置の作
動を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする巻上
ウインチの制御装置。
【請求項２】前記制御手段は、前記加速度演算手段に
よって演算された加速度が負値となると停止指令を出力
して前記ブレーキ装置の作動を制御することを特徴とす
る請求項１に記載の巻上ウインチの制御装置。