JP3789657B2

JP3789657B2 - ウインチの過巻防止装置

Info

Publication number: JP3789657B2
Application number: JP29197798A
Authority: JP
Inventors: 忍東; 和久石田; 孝次船渡; 俊己堺; 正巳落合; 照夫五十嵐; 中山　　晃; 勉宇田川
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1998-10-14
Filing date: 1998-10-14
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2018-10-14
Also published as: JP2000118963A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クレーン作業機におけるフックなどの吊下物体の巻き上げを停止するウインチの過巻防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フックの過剰な巻き上げを検出して巻上ウインチの駆動を停止させるいわゆるフック過巻防止装置と呼ばれているものに、例えば実用新案登録第２５５２６３９号公報に開示されたものがある。これによると、フックが所定量以上巻き上げられるとオンする停止スイッチをブーム先端部に設け、停止スイッチのオンにより油圧ポンプからの作動油をアンロードさせる。これによって、油圧ポンプから油圧モータへの圧油の供給が停止され、ウインチの駆動が停止される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報記載の装置では、油圧モータの駆動トルクを制御することでドラムを停止させるようにしているので、フックの過剰な巻き上げを検出した際にドラムを即座に停止させることが困難である。また、ドラムの停止後、管路内を高圧に保持することで吊り荷の自重によって油圧モータが回転されないようにするが、実際には油圧モータからのリークなどにより管路内の圧力が低下してしまうのでドラムを静止させることは困難であり、吊り荷の落下が発生する。
【０００４】
本発明の目的は、フックの巻き上げ過ぎ時にドラムを即座にかつ確実に停止させることが可能なウインチの過巻防止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】
一実施の形態を示す図１に対応づけて説明する。
（１）請求項１の発明は、油圧ポンプ１と、この油圧ポンプ１から供給される圧油により駆動する巻上モータ２と、油圧ポンプ１から巻上モータ２へ圧油を供給する切換位置、供給を遮断する中立位置を有し、巻上モータ２へ供給される圧油を制御する制御弁３と、制御弁３に操作指令を出力し、制御弁３の操作によって巻上モータ２の駆動を制御する操作レバー７と、巻上モータ２の駆動によって巻上／巻下駆動されるウインチドラム４１と、ウインチドラム４１に巻回された巻上ロープ４２の巻き取り／繰り出しにより昇降する吊下物体Ｆの所定の停止位置までの巻き上げを検出する検出手段２３Ａ,２３Ｂと、その検出手段２３Ａ,２３Ｂによって停止位置が検出されたときに、操作レバー７の操作に拘わらず制御弁３を中立位置に切り換え、巻上モータ２の駆動を停止するモータ停止装置１０,２０と、制御弁３と巻上モータ２とを接続する管路１１に設けられ、制御弁３が中立位置に切り換えられたときに、管路１１に保持圧を発生させて停止した巻上モータ２の停止状態を保持するカウンタバランス弁１２と、ウインチドラム４１を機械的に制動するブレーキ装置５とを備えたウインチの過巻防止装置に適用される。そして、検出手段２３Ａ,２３Ｂによって停止位置が検出されたとき、操作レバー７が巻上げ操作された状態でもブレーキ装置５を作動させるとともに、その後、操作レバー７を中立に操作したときにもブレーキ装置５を作動させる制御手段６,２０を備えた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、ブレーキ装置５がネガブレーキ装置であり、検出手段２３Ａ,２３Ｂによって停止位置が検出されたとき、制御手段６,２０がネガブレーキ装置を作動させるものである。
【０００６】
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。
【０００７】
【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。
−第１の実施の形態−
図１は、本発明の実施の形態に係わるウインチの過巻防止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過巻防止装置は、原動機Ｍによって駆動される固定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固定容量型の油圧モータ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、巻上ウインチ４のドラム４１を制動するブレーキ装置５と、ブレーキ装置５の駆動を制御する電磁切換弁（以下、単に電磁弁と呼ぶ）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、パイロット弁８Ｂから方向制御弁３のパイロットポート３Ｂに供給されるパイロット圧Ｐ２を制御する電磁比例減圧弁１０（以下、単に電磁比例弁と呼ぶ）と、電磁弁６と電磁比例弁１０にそれぞれ制御信号を出力するコントローラ２０と、管路１１内に保持圧を発生させるカウンタバランス弁１２とを有している。
【０００８】
ブレーキ装置５は、ドラム４１と一体のブレーキドラム４１ａを押圧するブレーキパッド駆動用のブレーキシリンダ５ａを有し、電磁弁６の切り換えによりブレーキシリンダ５ａへの圧油の供給が制御される。電磁弁６はコントローラ２０からのオフ信号により位置（イ）に切り換えられ、オン信号により位置（ロ）に切り換えられる。電磁弁６が位置（イ）に切り換えられると、ブレーキシリンダ５ａのロッド側油室はタンクに連通され、シリンダ５ａはブレーキシリンダ５ａに設けられたバネの付勢力により伸長される。これによって、ブレーキパッドを介してブレーキドラム４１ａに制動力が作用し、ブレーキ作動状態とされる。電磁弁６が位置（ロ）に切り換えられると、パイロットポンプ９からブレーキシリンダ５ａのロッド側油室に圧油が供給されてシリンダ５ａが縮退され、ブレーキパッドがブレーキドラム４１ａから離れてブレーキ解除状態とされる。
【０００９】
巻上ウインチ４のドラム４１には巻上ロープ４２が巻回され、巻上ロープ４２は、ブームＢＭの先端に設けられたポイントシーブ４３を介してフックＦに接続されている。油圧モータ２の駆動トルクは減速機１３を介して巻上ウインチ４に伝達され、巻上ウインチ４が巻上巻下げ駆動されると、巻上ロープ４２はドラム４１により巻き取りあるいは繰り出されてフックＦが昇降する。ドラム４１の近傍にはドラム４１の回転量θを検出するロータリエンコーダなどの回転検出器２１が設けられ、また、図示しない運転室にはフックＦの位置を検出する揚程計２２が設けられている。揚程計２２は予め設定された基準点でゼロリセットし、回転検出器２１からの信号をカウントすることで基準点からのフック位置を検出する。フックＦの上方には、巻上ロープ４２の巻き過ぎによりブームＢＭから吊り下げられたおもり２３Ａが持ち上げられるとオフするフック過巻スイッチ２３Ｂが設けられている。フック過巻スイッチ２３Ｂがオフするとフック過巻装置が作動し、後述するように巻上ウインチ４の駆動が停止される。パイロット弁８Ａと方向制御弁３のパイロットポート３Ａの間、およびパイロット弁８Ｂと電磁比例弁１０の間にはそれぞれ圧力スイッチ２４Ａ,２４Ｂが設けられ、圧力スイッチ２４Ａ,２４Ｂはパイロット弁８Ａ,８Ｂからのわずかなパイロット圧によってもオンするように感度が設定されている。すなわち、圧力スイッチ２４Ａ,２４Ｂにより操作レバー７の操作の有無が検出される。原動機Ｍには原動機回転数ｎを検出する回転数センサ２５が設けられている。なお、巻上ウインチ４には、操作レバー７の操作に連動して接続／解除されるクラッチ装置やペダル操作によって作動／解除されるブレーキ装置が設置されるが、これらの図示は省略する。
【００１０】
回転検出器２１と、揚程計２２と、フック過巻スイッチ２３Ｂと、圧力スイッチ２４Ａ,２４Ｂと、回転数センサ２５とは、それぞれコントローラ２０に接続されている。コントローラ２０は、これらの各検出器２１,２２,２５やスイッチ２３Ｂ,２４Ａ,２４Ｂからの信号を取り込んで後述するような処理を実行し、電磁弁６にオン／オフ信号を出力するとともに、電磁比例弁１０に制御信号Ｉを出力する。制御信号Ｉと電磁比例弁１０の２次圧Ｐ２との関係は図２に示すとおりである。図２に示すように、制御信号Ｉ＝Ｉmaxのときは電磁比例弁１０の２次圧Ｐ２は最大（＝Ｐ１）となり、この状態では操作レバー７の操作量に応じたパイロット弁８Ｂからの１次圧Ｐ１が、減圧されることなく方向制御弁３のパイロットポート３Ｂにそのまま供給される。また、制御信号Ｉ＝０のときは電磁比例弁１０の２次圧Ｐ２＝０となり、この状態では操作レバー７を巻上操作しても切換弁３のパイロットポート３Ｂにパイロット圧油は供給されない。
【００１１】
本実施の形態は、図３（ａ）,（ｂ）に示すように、おもり２３Ａの位置（以下、これをフック過巻作動位置と呼ぶ）を基準位置Ｈ０として設定される減速開始位置Ｈ１から減速終了位置Ｈ２の区間でフックＦの巻上速度ｖをｖ１からｖ２に減速制御し、減速終了位置Ｈ２からフック過巻作動位置Ｈ０の区間でフックの巻上速度ｖを定速制御（＝ｖ２）し、さらにフックＦがフック過巻作動位置Ｈ０に到達するとドラム４１を制動してフックＦの巻上を停止することを特徴とする。このような制御は、以下に述べるようにコントローラ２０での処理によって行われる。
【００１２】
図４は、コントローラ２０で実行される処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートは例えばエンジンキースイッチ（不図示）のオンによってスタートする。まず、ステップＳ１で圧力スイッチ２４Ｂがオンか否か、すなわち操作レバー７が巻上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Ｓ２に進み、回転検出器２１からの検出値θを読み込んでフック速度ｖを演算する。ドラム４１に巻回されるロープ４２の巻層とフックＦに掛け回されるロープ４２の掛け数を無視すると、フック速度ｖは次式（Ｉ）で算出される。
【数１】
ｖ＝ｒ・θ_v （I）
ただし、θ_v：ドラム角速度（ドラム回転量θの時間微分）、
ｒ：ドラム半径
次いで、ステップＳ３で揚程計２２を用いてフック位置ｈを検出する。揚程計２２を用いる場合には、基準点を設定するためのリセット作業が予め必要であり、本実施の形態ではフック過巻作動位置Ｈ０を基準点とする。これによって、揚程計２２ではフック過巻作動位置Ｈ０からの距離ｈが算出される。続いて、ステップＳ４でフック過巻スイッチ２３Ｂがオンか否かを判定する。ステップＳ４が否定されるとステップＳ５に進み、フック位置ｈが図３に示した減速開始位置Ｈ１以上か否か、すなわちフックＦが減速開始位置Ｈ１より下方にあるか否かを判定する。ステップＳ５が肯定されるとステップＳ６に進み、電磁比例弁１０に制御信号Ｉ＝Ｉmaxを出力し、次いでステップＳ７で電磁弁６にオン信号を出力してリターンする。
【００１３】
ステップＳ５が否定されるとステップＳ８に進み、後述するように電磁比例弁１０に出力される制御信号Ｉを演算し、次いでステップＳ９でその信号Ｉを出力してリターンする。また、ステップＳ４が肯定されるとステップＳ１０に進み、電磁比例弁１０に制御信号Ｉ＝０を出力し、次いでステップＳ１１で電磁弁６にオフ信号を出力してリターンする。一方、ステップＳ１が否定されるとステップＳ１２に進み、圧力スイッチ２４Ａがオンか否か、すなわち操作レバー７が巻下げ操作されているか否かを判定する。ステップＳ１２が肯定されるとステップＳ７に進み、否定されるとステップＳ１１に進む。
【００１４】
ここで、ステップＳ８において演算される制御信号Ｉについて説明するが、その前提として、操作レバー７はフルに巻上操作されているものとする。フック速度ｖはモータ回転数の増加関数であり、モータ回転数は油圧モータ２へ供給される圧油量の増加関数である。油圧モータ２へ供給される圧油量は、油圧ポンプ１からの吐出量と制御弁３をストロークさせるパイロット圧Ｐ２とによって決定され、油圧ポンプ１からの吐出量と制御弁３のパイロット圧Ｐ２は、それぞれ原動機回転数ｎと電磁比例弁１０の減圧度によって決定される。結局、フック速度ｖは原動機回転数ｎと電磁比例弁１０の減圧度とによって決定され、したがって、ステップＳ８では、回転数センサ２５からの信号ｎを読み込み、フック速度ｖが予め与えられた図５の特性に従って減速するように、フック位置ｈに応じた制御信号Ｉを演算し、ステップＳ９でその制御信号Ｉを出力して減圧度を制御する。なお、図５のフック速度ｖに対応する制御信号Ｉは例えば図６に示すようになる。図５，図６に示すように、ステップＳ５の減速開始位置Ｈ１',Ｈ１''は減速開始時のフック速度ｖ１',ｖ１''（原動機回転数ｎ１,ｎ２）に応じた値とし、減速終了位置Ｈ２における速度ｖ２はフック速度ｖ１',ｖ１''に拘わらず一定とする。また、減速開始位置Ｈ１',Ｈ１''から減速終了位置Ｈ２の区間における各特性の傾き（減速度ｄｖ／ｄｈ）は減速開始時のフック速度ｖ１',ｖ１''に拘わらず一定とし、減速終了位置Ｈ２以降の速度ｖ２は一定とする。なお、減速終了位置Ｈ２におけるフック速度ｖ２は、フック停止時のショックがなるべく小さくなるように低速に設定し、また、減速終了位置Ｈ２から停止位置Ｈ０までの距離は、各検出器２１〜２４の誤差や組立上の誤差などを吸収するような値に設定する。
【００１５】
次に、本実施の形態の動作をより具体的に説明する。
（１）フック位置ｚ＞減速開始位置Ｈ１のとき
フックＦの巻上作業を行うため操作レバー７をフルに巻上げ操作すると、パイロット弁８Ｂが最大に駆動される。このとき、フックＦが減速開始位置Ｈ１より下方にあれば、前述したステップＳ６の処理により電磁比例弁１０は位置（ロ）に切り換えられ、この状態で電磁比例弁１０は単なる開放弁として機能するとともに、ステップＳ７の処理により電磁弁６は位置（ロ）に切り換えられる。電磁比例弁１０が位置（ロ）に切り換えられると、パイロット弁８Ｂからの圧油Ｐ１は、電磁比例弁１０を介して制御弁３のパイロットポート３Ｂに供給され、制御弁３は位置（Ｂ）側に切り換えられる。メインポンプ１からは原動機回転数ｎに応じた圧油が吐出され、制御弁３が位置（Ｂ）側に切り換えられると、その圧油は制御弁３を介して油圧モータ２に供給され、油圧モータ２は原動機回転数ｎに応じた速度で巻上方向に駆動される。また、電磁弁６が位置（ロ）に切り換えられると、油圧源９からの圧油は電磁弁６を介してブレーキシリンダ５ａのロッド側油室に供給され、ブレーキ装置５は解除される。これによって、ウインチドラム４１は巻上方向に駆動され、巻上ロープ４２を巻き取ってフックＦが上昇する。
【００１６】
（２）減速開始位置Ｈ１≧フック位置ｚのとき
フックＦが減速開始位置Ｈ１に達すると、電磁比例弁１０に出力される制御信号Ｉは図６の特性に従って徐々に小さくなり（図４のステップＳ８,ステップＳ９）、電磁比例弁１０は位置（イ）側に切り換えられて、パイロットポート３Ｂへ供給される２次圧Ｐ２は徐々に小さくなる。これによって、操作レバー７がフルに巻上操作されているにも拘わらず制御弁３は位置（Ｂ）側から中立位置側へと駆動され、ウインチ４は減速させられる。フックＦが減速終了位置Ｈ２に到達すると、電磁比例弁１０に出力される制御信号Ｉは原動機回転数ｎに応じた値（図６のＩ２',Ｉ２''）に保持され、油圧モータ２へ供給される圧油量は一定となってウインチは定速（図５のｖ２）で駆動される。フックＦがフック過巻作動位置Ｈ０に到達すると、過巻スイッチ２３Ｂがオンされて電磁比例弁１０は位置（イ）に切り換えられ（図４のステップＳ１０）、制御弁３のパイロットポート３Ｂへの圧油の供給が停止される。これによって、制御弁３は中立位置に切り換えられ、油圧モータ２の駆動が停止されて管路１１内にはカウンタバランス弁１２による保持圧が発生する。また、電磁弁６は位置（イ）に切り換えられ（図４のステップＳ１１）、ブレーキシリンダ５ａへの圧油の供給が停止される。これによって、ブレーキドラム４１ａにはネガブレーキ５が作動してウインチドラム４１の回転が阻止され、吊り荷は空中で保持される。この場合のネガブレーキ５は、シリンダ５ａのバネ力により機械的に作用するものである。
【００１７】
フックＦが減速開始位置Ｈ１より上方にあり、フック速度ｖが減速されている状態、あるいはフック過巻装置が作動している状態から操作レバー７が巻下げ操作されると、パイロット弁８Ａが駆動され、パイロット弁８Ａからの圧油は制御弁３のパイロットポート３Ａに供給されて制御弁は位置（Ａ）側に切り換えられる。制御弁が位置（Ａ）側に切り換えられると、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、油圧モータ２が巻下げ方向に駆動される。また、電磁弁６は位置（ロ）に切り換えられ（図４のステップＳ７）、ブレーキ装置５の作動が解除される。これによって、巻下げ操作時にはウインチドラム４１は巻下方向に駆動され、吊り荷が巻下げられる。
【００１８】
このように本実施の形態では、フックＦがフック過巻作動位置Ｈ０まで上昇した際に操作レバー７が巻上側に操作されている場合であっても、制御弁３のパイロットポート３Ｂへのパイロット圧の供給を停止させて制御弁３を中立位置に切り換え、油圧モータ２の駆動を停止させる。またこのとき、ブレーキシリンダ５ａのロッド側油室をタンクに連通してブレーキドラム４１ａにネガブレーキ５を作用させるようにしたので、ブレーキ動作の遅れなどがなくドラム４１の回転は即座に阻止されるとともに、カウンタバランス弁１２の保持圧が低下しても吊り荷が落下することはない。この場合、ネガブレーキ５はシリンダ５ａのバネ力により機械的に作用するので、油圧装置内のリークや外部へのオイル漏れ等が発生した場合であってもブレーキは確実に作動し、より安全性が向上する。なお、フック過巻防止装置によりドラム４１の回転が停止したときに操作レバー７を中立にすると、引き続きネガブレーキ装置５が動作し、吊り荷が確実に保持される。
【００１９】
上記実施の形態ではフック過巻スイッチ２３Ｂのオンによってフック過巻装置を作動させるようにしたが、揚程計２２からの検出値ｈ（＝０）によってフック過巻装置を作動させるようにしてもよい。また、上記実施の形態ではブレーキ装置５をいわゆるネガブレーキとしたが、ポジティブブレーキとしてもよい。
【００２０】
以上の実施の形態と請求項との対応において、おもり２３Ａとフック過巻スイッチ２３Ｂとが検出手段を、電磁比例減圧弁１０とコントローラ２０とがモータ停止装置を、電磁切換弁６とコントローラ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、検出手段によって吊下物体の所定の停止位置が検出されたときウインチドラムを機械的に制動するようにしたので、油圧によるブレーキ動作の遅れや管路内の保持圧のリーク等の影響を受けることなくドラムを即座にかつ確実に停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わるウインチの過巻防止装置の構成を示す油圧回路図。
【図２】本発明の実施の形態に係わる電磁比例弁の制御特性（制御信号に対する２次圧）を示す図。
【図３】本発明の実施の形態に係わるウインチの過巻防止装置の各種定数を説明するための図。
【図４】本発明の実施の形態に係わるウインチの過巻防止装置を構成するコントローラでの処理を説明するためのフローチャート。
【図５】本発明の実施の形態に係わるウインチの過巻防止装置の動作特性（フック位置とフック速度との関係）を示す図。
【図６】本発明の実施の形態に係わるウインチの過巻防止装置のフック位置に対して出力される制御信号を示す図。
【符号の説明】
５ブレーキ装置
７操作レバー
１０電磁比例弁（減圧弁）
２０コントローラ
２１回転検出器
２２揚程計
２３Ａおもり
２３Ｂフック過巻スイッチ
４１ウインチドラム
４２巻上ロープ

Claims

油圧ポンプと、
この油圧ポンプから供給される圧油により駆動する巻上モータと、
前記油圧ポンプから前記巻上モータへ圧油を供給する切換位置、供給を遮断する中立位置を有し、前記巻上モータへ供給される圧油を制御する制御弁と、
前記制御弁に操作指令を出力し、制御弁の操作によって前記巻上モータの駆動を制御する操作レバーと、
前記巻上モータの駆動によって巻上／巻下駆動されるウインチドラムと、
前記ウインチドラムに巻回された巻上ロープの巻き取り／繰り出しにより昇降する吊下物体の所定の停止位置までの巻き上げを検出する検出手段と、
その検出手段によって前記停止位置が検出されたときに、前記操作レバーの操作に拘わらず前記制御弁を中立位置に切り換え、前記巻上モータの駆動を停止するモータ停止装置と、
前記制御弁と巻上モータとを接続する管路に設けられ、前記制御弁が中立位置に切り換えられたときに、前記管路に保持圧を発生させて停止した前記巻上モータの停止状態を保持するカウンタバランス弁と、
前記ウインチドラムを機械的に制動するブレーキ装置とを備えたウインチの過巻防止装置において、
前記検出手段によって前記停止位置が検出されたとき、前記操作レバーが巻上げ操作された状態でも前記ブレーキ装置を作動させるとともに、その後、前記操作レバーを中立に操作したときにも前記ブレーキ装置を作動させる制御手段を備えたことを特徴とするウインチの過巻防止装置。
前記ブレーキ装置はネガブレーキ装置であり、前記検出手段によって前記停止位置が検出されたとき、前記制御手段は前記ネガブレーキ装置を作動させることを特徴とする請求項１に記載のウインチの過巻防止装置。