(57)【要約】【課題】正確に荷重を演算できるクレーンの荷重演算装置を提供する。【解決手段】フック７９を吊るワイヤ４０とワイヤ４０を掛けるシーブ７１〜７８とを備えるクレーンの荷重演算装置５である。  そして、ワイヤ４０に作用する荷重を検出する荷重検出器５３と、検出された荷重をシーブ７１〜７８の回転方向に基づいてシーブ７１〜７８の摩擦力を除いた荷重に補正する荷重補正手段５１と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フックを吊るワイヤと前記ワイヤを掛けるシーブとを備えるクレーンの荷重演算装置であって、
前記ワイヤに作用する荷重を検出する荷重検出器と、検出された荷重を前記シーブの回転方向に基づいて補正する荷重補正手段と、を備えることを特徴とするクレーンの荷重演算装置。
【請求項２】
前記荷重補正手段は、ジブ又はブームの少なくともいずれか一方の姿勢変化に基づくワイヤ長さの幾何学変化量と、前記ワイヤを巻くウインチドラムの回転によるワイヤ長さの回転変化量と、を比較して前記シーブの回転方向を判定することを特徴とする請求項１に記載のクレーンの荷重演算装置。
【請求項３】
前記シーブには回転方向検出器が取付けられており、前記荷重補正手段は前記回転方向検出器によって前記シーブの回転方向を検出することを特徴とする請求項１に記載のクレーンの荷重演算装置。
【請求項４】
前記荷重補正手段は、前記シーブが正転している間に検出した荷重と逆転している間に検出した荷重の平均値によって、補正された前記荷重をさらに補正することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のクレーンの荷重演算装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のクレーンの荷重演算装置を備えることを特徴とするクレーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クレーンの荷重演算装置及びクレーンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、クレーンには転倒防止などのために安全装置が搭載されており、検出した吊り荷の荷重やブームの姿勢に基づいて危険な状態かどうかを判定し、オペレータに警告するものが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、位置検出手段と荷重検出手段と演算手段とを有しており、演算手段から出力される数値情報を音声変換手段によってオペレータに通知するクレーン用モニタ装置が開示されている。
【０００４】
この構成によれば、数値情報が音声に変換されてオペレータに通知されるので、様々な数値情報を目視で確認する負担を減らし、数値情報の見落としによって事故が発生することを防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−３０９５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記した特許文献１などの従来技術では、荷重を検出する際にシーブの回転に伴う摩擦力が作用するため、正確に荷重を検出することができなかった。
【０００７】
すなわち、吊り荷８０（重量Ｗ）を吊上げようとする場合には、図８（ａ）に示すように、シーブ７０の回転方向（左）と逆方向（右）に摩擦力ｆが作用する結果、手Ｈ（荷重検出手段に相当）には（Ｗ＋ｆ）の荷重が作用する。
【０００８】
他方、吊り荷８０を吊下げようとする場合には、図８（ｂ）に示すように、シーブ７０の回転方向（右）と逆方向（左）に摩擦力ｆが作用する結果、手Ｈには（Ｗ−ｆ）の荷重が作用する。
【０００９】
このようにシーブ７０の回転方向によっても、摩擦力ｆの作用方向が変わって計測される荷重値は異なってくるため、正確に荷重を検出することはできない。
【００１０】
そこで、本発明は、正確に荷重を演算できるクレーンの荷重演算装置と、このクレーンの荷重演算装置を備えるクレーンと、を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明のクレーンの荷重演算装置は、フックを吊るワイヤと前記ワイヤを掛けるシーブとを備えるクレーンの荷重演算装置であって、前記ワイヤに作用する荷重を検出する荷重検出器と、検出された荷重を前記シーブの回転方向に基づいて補正する荷重補正手段と、を備えている。
【発明の効果】
【００１２】
このように、本発明のクレーンの荷重演算装置は、ワイヤとシーブとを備えるクレーンの荷重演算装置であって、ワイヤに作用する荷重を検出する荷重検出器と、検出された荷重をシーブの回転方向に基づいて補正する荷重補正手段と、を備えているため、吊り荷の荷重検出の精度が向上する。したがって、検出荷重に基づく停止制御の精度が向上し、安全に作業することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１のクレーンの荷重演算装置の制御系の構成を説明するブロック図である。
【図２】クレーンの構成を説明する側面図である。
【図３】荷重検出器の構成を説明する説明図である。（ａ）は正面図であり、（ｂ）は力のつり合いを説明する説明図である。
【図４】荷重の関係を説明する説明図である。
【図５】ジブの起仰とワイヤ長さの関係を説明する説明図である。
【図６】荷重検出器で検出される荷重のタイムチャートである。
【図７】シーブと荷重検出器の位置関係を説明する説明図である。（ａ）はジブ先端側に荷重検出器を設けた場合であり、（ｂ）はフック側に荷重検出器を設けた場合である。
【図８】シーブの回転方向と摩擦力の作用方向の関係を説明する説明図である。（ａ）は巻上げの場合であり、（ｂ）は巻下げの場合である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１５】
まず、図２を用いて本発明のクレーンの荷重演算装置５を備えるクレーンとしてのオールテレーンクレーン１の全体構成を説明する。なお、本実施例ではクレーンとしてオールテレーンクレーン１を例として説明するが、ワイヤとシーブを有するクレーンであればどのようなクレーンにも本発明を適用できる。
【００１６】
本実施例のオールテレーンクレーン１は、図２に示すように、走行機能を有する車体１０と、車体１０の上に水平旋回可能に取付けられる旋回台１１と、旋回台１１に起伏可能に取付けられるブーム２と、ブーム２の先端に起伏可能に取付けられるジブ３と、を備えている。
【００１７】
ブーム２は、鋼製の筒体を入れ子状に重ねて伸縮自在に形成されるもので、付け根部分が旋回台１１の回動軸に取付けられて、起伏シリンダ２１を伸縮させることで起仰・倒伏する。
【００１８】
また、ジブ３は、作業半径や作業揚程を大きくしたり、懐作業をしたりするために用いられるもので、鋼材をトラス状に組んだラチスジブとして形成されており、ブーム２の先端の回動軸に起伏自在に取付けられている。
【００１９】
さらに、ジブ３の背面側には、マスト６１，６２が立設されて、先端側のマスト６１とジブ３の間、先端側のマスト６１と後端側のマスト６２の間にそれぞれリンク６３，６４が架けられている。
【００２０】
この一体となったジブ３の背面側には、ジブ３やマスト６１，６２やリンク６３，６４などを引き起こすように保持する保持ワイヤ４１が掛けられている。この保持ワイヤ４１の一端はジブ３に取付けられ、他端は旋回台１１に配置された保持用ウインチ６７に巻回されている。
【００２１】
そして、ジブ３の先端にはシーブ７４〜７６が取付けられており、フックブロック７９のシーブ７１〜７３との間に、吊上ワイヤ４０が往復するように掛けられている（図７（ａ）参照）。加えて、マスト６１，６２にも、それぞれシーブ７７，７８が取付けられており、吊上ワイヤ４０を吊上用ウインチ６６まで誘導している。
【００２２】
これらのシーブ７１〜７８は、吊上用ウインチ６６によって吊上ワイヤ４０を円滑に巻上・巻下するために設けられる滑車であり、回転軸との間にはベアリングが配置されて摩擦抵抗が低減されている。
【００２３】
しかし、ベアリングを配置した場合でも、回転軸との間に摩擦力は生じるため、すべてのシーブ７１〜７８を総合すると、摩擦力は吊り荷８０の重量の７〜８％に達する場合もある。
【００２４】
そして、本実施例の先端側のマスト６１のシーブ７７には、このシーブ７７の回転軸を保持して外向きに引っ張るように荷重検出器としてのロードセル５３が取付けられている（図３（ａ）参照）。ロードセル５３は、吊り荷８０を吊り上げている間は常に荷重を計測して荷重補正手段５１（図１参照）へ即時に通知する。
【００２５】
この荷重検出器としてのロードセル５３は、図３（ｂ）に示すように、吊上ワイヤ４０からシーブ７７に作用する２方向の張力Ｆｔ，Ｆｍの合力に対向するようにして外向き反力Ｆｌを発生させる。そして、生じたひずみによる抵抗変化を計測することで荷重に変換する。
【００２６】
したがって、図４に示すように、シーブ７７に作用させる外向き反力Ｆｌを計測することで、吊り荷８０の重量Ｗを計算できるようになる。
【００２７】
つまり、巻上げる場合を例として説明すると、ロードセル５３が取付けられたシーブ７７より先端側にはシーブ７１〜７６による摩擦力（ｆ１＋・・・＋ｆ６）と吊り荷の重量Ｗの１／６が作用し、後端側にはシーブ７１〜７７による摩擦力（ｆ１＋・・・＋ｆ７）と吊り荷８０の重量Ｗの１／６が作用する。
【００２８】
加えて、シーブ７６とシーブ７７とシーブ７８のなす角は常に一定であるから、上記した二方向の張力のロードセル５３方向の成分を計算すればロードセル５３による反力とつり合うことになる。
【００２９】
そうすると、これらの摩擦力ｆ１，・・・，ｆ７を、出荷時などにあらかじめ計測しておくことで、吊り荷８０の重量Ｗを計算できるようになる。
【００３０】
次に、本実施例のオールテレーンクレーン１の制御系の構成について説明する。
【００３１】
本実施例のオールテレーンクレーン１には、図１に示すように、ブーム２やジブ３の姿勢を検出する姿勢検出手段や、上記した吊り荷８０の荷重を検出する荷重検出手段として前述したロードセル５３や、この姿勢検出手段や荷重検出手段からの姿勢情報を受けて総合重心位置や転倒モーメントなどを監視する安全装置５０が配置されている。
【００３２】
この姿勢検出手段としては、ジブチルト角検出器５４、ブーム起伏角検出器５５、ブーム長さ検出器５６、ウインチ回転検出器５７などがそれぞれ配置されている。
【００３３】
また、安全装置５０は、旋回台１１の内部に配置されており、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）などを有する汎用のマイクロコンピュータによって構成される。
【００３４】
そして、この安全装置５０において、オールテレーンクレーン１の転倒を防止して安全に動作させるためのモーメント演算手段５２や、正確に荷重を演算するための荷重補正手段５１などが実行される。そして、荷重検出器としてのロードセル５３と、荷重補正手段５１と、によってクレーンの荷重演算装置５が構成されている。
【００３５】
モーメント演算手段５２は、荷重補正手段５１によって正確な値に補正されてほぼ実際の重量Ｗに等しい荷重値、ブーム２やジブ３の姿勢、などに基づいて転倒モーメントを正確に演算する。
【００３６】
また、荷重補正手段５１は、荷重検出器としてのロードセル５３によって検出された計測値を、シーブ７１〜７８の回転方向と、あらかじめ設定しておいた摩擦力と、によって補正する。この摩擦力による補正値はワイヤ掛数ごとに設定してもよい。
【００３７】
このうち回転方向は、図５に示すようなブーム２又はジブ３のいずれか一方の姿勢変化による吊上ワイヤ４０の長さの幾何学変化量と、ウインチ回転検出器５７によって検出されるウインチドラムの回転による吊上ワイヤ４０の長さの回転変化と、の大小を比較して判定される。
【００３８】
すなわち、吊上用ウインチ６６を停止させた状態でジブ３を起仰させると、図５に示すように、吊上用ウインチ６６からジブ３の先端までの距離が幾何学変化量だけ短くなる結果として、吊り荷８０は下へ移動するためシーブ７１〜７８は荷を巻き下げる方向へ回転する。
【００３９】
一方、ジブ３の起仰と同時に吊上用ウインチ６６を幾何学変化量と同量だけ巻き上げれば、吊り荷８０は静止した状態となり、シーブ７１〜７８も回転しない。
【００４０】
さらに、ジブ３の起仰と同時に吊上用ウインチ６６を幾何学変化量以上に巻き上げれば、吊り荷８０は上へ移動するためシーブ７１〜７８は荷を巻き上げる方向に回転することになる。
【００４１】
次に、本実施例のオールテレーンクレーン１の作用・効果について説明する。
【００４２】
（１）このように、本実施例のクレーンの荷重演算装置５は、フックブロック７９を吊るワイヤとしての吊上ワイヤ４０と吊上ワイヤ４０を掛けるシーブ７１〜７８とを備えるクレーンの荷重演算装置５である。
【００４３】
そして、吊上ワイヤ４０に作用する荷重を検出する荷重検出器としてのロードセル５３と、ロードセル５３によって検出された荷重をシーブ７１〜７８の回転方向に基づいてシーブ７１〜７８の摩擦力を除いた正確な荷重に補正する荷重補正手段５１と、を備えている。
【００４４】
このように、ロードセル５３によって計測された荷重値（計測値）から、シーブ７１〜７８の摩擦力の影響を除外することができるようになれば、吊り荷８０の重量Ｗの検出の精度が向上する。したがって、検出荷重に基づく停止制御の精度が向上し、安全に作業することができる。
【００４５】
つまり、シーブ７１〜７８の摩擦力は、吊り荷８０がどのような位置にあっても所定の大きさで作用するので、作業半径が大きい状態でシーブ７１〜７８が荷を巻き下げる方向に回転した場合などには、実際よりも小さく荷重を検出するため危険な状態となる可能性があった。
【００４６】
逆に、シーブ７１〜７８が荷を巻き上げる方向に回転した場合には、実際よりも大きく荷重を検出するため安全な状態である反面、性能として表示している定格荷重を実際には吊上げられない場合が生じうるという問題があった。
【００４７】
そこで、摩擦力と回転方向とによって計測値を補正して正確な荷重を演算することによって、シーブ７１〜７８が巻き下げる方向に回転した場合の危険な状態を回避できるうえに、シーブ７１〜７８が巻き上げる方向に回転した場合に定格荷重を吊上げられないことを防止できる。
【００４８】
また、吊り荷８０の近くにロードセル５３を設置する場合でも、（シーブの枚数により変化するものの）摩擦力は必ず作用するため、正確な荷重を算出することはできず、本願発明を適用する効果は大きい。
【００４９】
なお、摩擦力の影響を少なくするために、ロードセル５３を図７（ａ）（ｂ）のような位置に取付けることもできる。この図７（ａ）のようにブーム２の先端の索端止めの手前に取付けると先端のシーブ７１〜７６を必ず偶数個にしなければならず、速度も遅くなるという問題がある。また、図７（ｂ）のようにフックブロック７９側に取付けるとフックブロック７９の移動とともに通信線の長さを調整する必要があるという問題がある。
【００５０】
（２）また、荷重補正手段５１は、ジブ３又はブーム２の少なくともいずれか一方の姿勢変化に基づく吊上ワイヤ４０の長さの幾何学変化量と、吊上ワイヤ４０を巻くウインチドラムの回転による吊上ワイヤ４０の長さの回転変化量と、を比較してシーブ７１〜７８の回転方向を判定する。
【００５１】
このため、いずれかのシーブ７１〜７８に回転方向を検出するためだけの回転方向検出器を取付けなくても、既存の姿勢検出手段によって回転方向を検出することができる。
【００５２】
（３）さらに、シーブ７１〜７８のいずれかに回転方向検出器が取付けられていれば、荷重補正手段５１はこの回転方向検出器によってシーブ７１〜７８の回転方向を検出することができる。
【００５３】
このように、シーブ７１〜７８の回転方向を直接的に検出することで、より正確に摩擦力の作用方向を把握することができる。
【００５４】
（４）また、荷重補正手段５１は、シーブ７１〜７８が正転している間にロードセル５３が検出した荷重と逆転している間に検出した荷重の平均値によって、シーブ７１〜７８の摩擦力を除いた荷重をさらに補正することが好ましい。
【００５５】
具体的には、例えば、地切り時に計測された荷重値からあらかじめ設定しておいた摩擦力を差し引いて暫定的な真の荷重値としておいて、この暫定的な真の値と上記の平均値との平均値などを計算することで、より正確に補正することができる。
【００５６】
そして、この真の値を、あらかじめ試験等で設定した値と置き換えて更新していくこともできる。これにより、シーブ７１〜７８の回転軸の摩擦状態が経時変化しても、常に正確な値を設定することができる。
【００５７】
例として、図６には、ブーム２やジブ３の操作とこれに対応する張力（荷重）との関係を示した。
【００５８】
それぞれの操作について順に説明すると、（ａ）吊り荷８０にフックブロック７９を掛けて吊上ワイヤ４０を巻上げる。（ｂ）吊り荷８０が地面から離れる（地切り）。（ｃ）巻上げを停止する。（ｄ）ジブ３のチルト角を小さくする操作（起仰）をする。（ｅ）吊上ワイヤ４０の張力が下がる。（ｆ）ジブ３のチルト操作を停止する。（ｇ）旋回を開始する。（ｈ）旋回を停止して同時に巻下げする。（ｉ）吊り荷８０が地面に着き始める。（ｊ）吊り荷８０が完全に着地する。
【００５９】
この図６に示すように、（ｄ）〜（ｅ）においてチルト角を小さくするようにジブ３を起仰させると、シーブ７１〜７８の回転方向が変わり、摩擦力の作用方向が反転するため、荷重（張力）が変化する。
【００６０】
そして、（ｂ）〜（ｄ）の巻上側では計測値は（Ｗ＋ｆ）となっていると推定され、（ｅ）〜（ｉ）の巻下側では計測値は（Ｗ−ｆ）となっていると推定されるため、両者の平均値（中央値）が吊り荷８０の真の重量Ｗに相当すると考えられる。
【００６１】
このようにして真の重量Ｗを計算すれば、摩擦力ｆとしてあらかじめ設定しておいた値ではなく、実測された値を用いることになるから、より正確に重量Ｗを演算できることになる。
【００６２】
（５）そして、本実施例のクレーンとしてのオールテレーンクレーン１は、上記したいずれかのクレーンの荷重演算装置５を備えることで、クレーンの動作による荷重検出精度の低下を防止できるオールテレーンクレーン１となる。
【００６３】
以上、図面を参照して、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００６４】
例えば、前記実施例では、ロードセル５３をマスト６１に取付けて荷重を計測する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ブーム２の先端の索端止の手前に取付けるものであっても本発明を適用できる。
【００６５】
また、前記実施例では、ロードセル５３は吊り荷８０を吊上げている間は常時荷重を計測して荷重補正手段５１に通知する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、吊り荷８０による荷重は地切り時にのみ計測するものであってもよい。例えば、地切り時には必ず吊上用ウインチ６６は巻上げる方向となり、シーブ７１〜７８も巻上げ方向に回転するため、地切り時に検出した荷重から摩擦力を差し引いて正確な荷重を算出することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１          オールテレーンクレーン
２          ブーム
３          ジブ
４０        吊上ワイヤ
５          クレーンの荷重演算装置
５０        安全装置
５１        荷重補正手段
５２        モーメント演算手段
５３        ロードセル（荷重検出器）
５４        ジブチルト角検出器
５５        ブーム起伏角検出器
５６        ブーム長さ検出器
５７        ウインチ回転検出器
６１，６２  マスト
６６        吊上用ウインチ
７１〜７８  シーブ
７９        フックブロック
８０        吊り荷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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