(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウィンチドラムを回転駆動する可変容量型の油圧モータと、エンジンにより駆動されて上記油圧モータに圧油を供給する可変容量型の油圧ポンプとの間に、操作手段からの指令信号に基づいて上記油圧モータの回転方向と速度を制御するコントロールバルブが設けられ、制御手段により、上記操作手段の操作量に応じて、馬力の限界ラインを超えない範囲でモータ容量及びポンプ容量を制御する馬力制御を行いつつモータ回転数を制御するように構成された油圧ウィンチの制御装置において、上記油圧ポンプの吐出圧を検出するポンプ圧検出手段を備え、上記制御手段は、巻下時には巻上時よりもモータ回転数の上限値が高くなって馬力制限が巻上時よりも緩やかになるように、上記ポンプ圧検出手段によって検出されるポンプ吐出圧に基づいて上記油圧モータの馬力制御を行うように構成されたことを特徴とする油圧ウィンチの制御装置。
【請求項２】
ウィンチドラムを回転駆動する可変容量型の油圧モータと、エンジンにより駆動されて上記油圧モータに圧油を供給する可変容量型の油圧ポンプとの間に、操作手段からの指令信号に基づいて上記油圧モータの回転方向と速度を制御するコントロールバルブが設けられ、制御手段により、上記操作手段の操作量に応じて、馬力の限界ラインを超えない範囲でモータ容量及びポンプ容量を制御する馬力制御を行いつつモータ回転数を制御するように構成された油圧ウィンチの制御装置において、巻上時か巻下時かを検出する巻上・巻下検出手段を備え、制御手段は、巻下時には巻上時よりもモータ回転数の上限値が高くなって馬力制限が巻上時よりも緩やかになるように、上記巻上・巻下検出手段によって検出される巻上・巻下の別に応じて上記油圧モータの馬力制御を行うように構成されたことを特徴とする油圧ウィンチの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はクレーンや作業船等の巻上作業機械におけるフック巻上用またはブーム巻上用の油圧ウィンチの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
たとえばフック巻上用の油圧ウィンチは、油圧モータによってウィンチドラムを回転駆動し、このウィンチドラムから繰り出された巻上ロープを巻取りまたは巻戻すことによってフック（吊荷）を上げ下げするように構成されている。
【０００３】
油圧モータと、同モータに対する圧油供給源である油圧ポンプとの間にはコントロールバルブが設けられ、操作手段（たとえばリモコン弁）のレバー操作によりこのコントロールバルブが切換えられて油圧モータの回転方向（巻上・巻下）が切換えられ、かつ、制御手段により、次のようにして油圧モータの回転数制御が行われる。
【０００４】
油圧モータおよび油圧ポンプはそれぞれ可変容量型のものが用いられ、レバー中立状態ではモータ容量最大、ポンプ容量最小の状態となる。
【０００５】
この状態からレバー操作されると、レバー操作量に応じてポンプ傾転が変化してポンプ容量が増加し、ポンプ吐出流量（以下、ポンプ流量という）が増加する。これにより、第１段階としてモータ回転数が増加する。
【０００６】
次に、ポンプ容量が最大値に達してそれ以上ポンプ流量が増加しなくなると、第２段階として、レバー操作量に応じてモータ容量が減少し、これによってモータ回転数がさらに増加する。
【０００７】
ここで、モータ回転数は、小負荷の場合は、最大ポンプ容量と最小モータ容量で決まる最高回転数までレバー操作に従って制御されるが、大負荷時にはエンジン馬力に制限があるため（エンスト防止のため）馬力制限を加える必要がある。
【０００８】
従来、この馬力制限は次のようにして行われていた。
【０００９】
まず、図５に示すようにモータ巻上圧との関係においてモータ容量を制限する。すなわち、モータ巻上圧がある値（設定値）ＰMsetを超えると、それ以上モータ容量が減少しないようにして馬力制限を加える。同図中、ｑmaxは最大モータ容量、ｑminは最小モータ容量である。
【００１０】
このモータ容量の制限が限界に達し、これ以上モータでは馬力制限ができなくなった後は、ポンプ流量の最大値を制限してさらに馬力制限を加える。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図６はモータの馬力制御特性を示している。同図の横軸はモータにかかる負荷トルク（負荷の大きさで決まる）を示し、この負荷トルクの上限は油圧回路に設けられたメインリリーフ弁の設定圧によって規制される。縦軸はモータ回転数を示し、その上限は最大ポンプ流量と最小モータ容量によって決まり、図中のＢ−Ｃ−Ｄのラインはエンジン馬力の制限ラインである。
【００１２】
一方、図７はポンプの馬力線図であり、横軸はポンプ吐出圧、縦軸はポンプ流量をそれぞれ示す。
【００１３】
図８はモータの負荷トルクとモータ容量の関係を示し、実線は負荷トルクに対して取りうるモータ容量の下限値を表している。
【００１４】
ここで、ウィンチの巻上・巻下動作を考えると、同一負荷でも巻下時には吊荷の位置エネルギーを利用できることから、巻上時よりもエンジンの負担が軽くなる。
【００１５】
ところが、従来の馬力制御法によると、このようなエンジン負担の軽重に関係なく、モータの負荷トルクのみに基づいて馬力制御を行っているため、次のような問題が発生していた。
【００１６】
すなわち、同一負荷でも、ポンプ吐出圧は巻上時と巻下時で異なり、巻上時にはたとえば図７のｂ−ｂ´のような値となって、ポンプ流量が点イに制限される。
【００１７】
このときモータの負荷トルクは、図８のｃ−ｃ´の値となり、モータ容量は最大（ｑmax）となる。これは、図６のｄ−ｄ´の負荷トルクに対してモータ回転数が点ロで制限されていることになる。
【００１８】
これに対し巻下時は、吊荷の位置エネルギーを利用できることからポンプ吐出圧は巻上時よりも低くなり、たとえば図７のａ−ａ´の圧力となってポンプの流量制限はかからなくなり、ポンプは最大流量まで吐出できるようになる。
【００１９】
このとき、負荷トルクは巻上時と同じ大きさ（図８のｃ−ｃ´）となる（巻下時にも吊荷を支える力としての保持圧が必要なためであり、通常の油圧回路では巻上側管路に設けられたカウンタバランス弁によってこの保持圧が確保される）。従って、巻下時にもモータ容量は巻上時とほぼ同じ（図８のｑmax）となる。
【００２０】
このとき、ポンプは制限を受けずに最大流量を吐出するため、モータ回転数は図６のｄ−ｄ´の負荷トルク値に対して点ハの値に制限されていることになる。
【００２１】
これをまとめると、
巻上時：図６のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ
巻下時：図６のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｃ´−Ｄ−Ｅ
の馬力制御が行われる。
【００２２】
このように、従来の技術によると、同一負荷であっても巻下時は巻上時よりもポンプ吐出圧が低くてエンジン負担が軽く、従ってモータは最高回転数まで回転させても良い場合であっても、巻上時と同じ馬力制限を加えている。
【００２３】
つまり、図６のＢ−Ｂ´−Ｃ´−Ｃの範囲について不要な回転数制限が加えられ、システムの持つ能力を最大限に活用していないという問題があった。
【００２４】
そこで本発明は、巻上時と巻下時とに応じた油圧モータの馬力制御を行うことができる油圧ウィンチの制御装置を提供するものである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ウィンチドラムを回転駆動する可変容量型の油圧モータと、エンジンにより駆動されて上記油圧モータに圧油を供給する可変容量型の油圧ポンプとの間に、操作手段からの指令信号に基づいて上記油圧モータの回転方向と速度を制御するコントロールバルブが設けられ、制御手段により、上記操作手段の操作量に応じて、馬力の限界ラインを超えない範囲でモータ容量及びポンプ容量を制御する馬力制御を行いつつモータ回転数を制御するように構成された油圧ウィンチの制御装置において、上記油圧ポンプの吐出圧を検出するポンプ圧検出手段を備え、上記制御手段は、巻下時には巻上時よりもモータ回転数の上限値が高くなって馬力制限が巻上時よりも緩やかになるように、上記ポンプ圧検出手段によって検出されるポンプ吐出圧に基づいて上記油圧モータの馬力制御を行うように構成されたものである。
【００２６】
請求項２の発明は、ウィンチドラムを回転駆動する可変容量型の油圧モータと、エンジンにより駆動されて上記油圧モータに圧油を供給する可変容量型の油圧ポンプとの間に、操作手段からの指令信号に基づいて上記油圧モータの回転方向と速度を制御するコントロールバルブが設けられ、制御手段により、上記操作手段の操作量に応じて、馬力の限界ラインを超えない範囲でモータ容量及びポンプ容量を制御する馬力制御を行いつつモータ回転数を制御するように構成された油圧ウィンチの制御装置において、巻上時か巻下時かを検出する巻上・巻下検出手段を備え、制御手段は、巻下時には巻上時よりもモータ回転数の上限値が高くなって馬力制限が巻上時よりも緩やかになるように、上記巻上・巻下検出手段によって検出される巻上・巻下の別に応じて上記油圧モータの馬力制御を行うように構成されたものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図によって説明する。
【００２８】
第１実施形態
図１に第１実施形態にかかる制御装置の油圧回路を示している。
【００２９】
１は図示しないウィンチドラムを巻上・巻下駆動する可変容量型の油圧モータ、２はこのモータ１に対する圧油供給源としての可変容量型の油圧ポンプ、３はこのモータ１とポンプ２との間に設けられたコントロールバルブ、４は電気ジョイスティック式の操作部で、この操作部４からレバー操作量に応じた速度指令信号（電気信号）がコントローラ５に入力され、このコントロール５からの制御信号によってコントロールバルブ３が制御される。
【００３０】
コントローラ５は、流量指令演算部６とモータ容量指令演算部７とを備え、速度指令信号に基づき、流量指令演算部６からポンプ２（レギュレータ８）への流量指令信号、およびコントロールバルブ３へのスプールストローク指令信号がそれぞれ出力される。
【００３１】
これにより、速度指令信号に応じてポンプ流量（図９参照）、およびモータ容量（図１０参照）が変化する。
【００３２】
このとき、前記したように、エンスト防止のため、ポンプ吐出圧に応じたポンプ２の馬力制御が行われ、図７に示すようにポンプ吐出圧に応じてポンプ流量が制限される。
【００３３】
図１中、９は負荷の落下を防止するためのカウンタバランス弁、１０は回路の最高圧力を設定するメインリリーフ弁である。
【００３４】
また、この装置においては、センサとして、ポンプ吐出圧を検出するポンプ吐出圧センサ１１と、図示しないエンジンの回転数を検出するエンジン回転数センサ１２が設けられている。
【００３５】
モータ１の容量制御機構は、サーボピストン１３と、このサーボピストン１３を制御する容量制御弁１４と、外部油圧源１５の油圧を減圧して容量制御弁１４に向けて送る電磁比例減圧弁１６によって構成され、速度指令信号に応じたモータ容量指令演算部７からの制御信号に基づいて図１０に示すようにモータ容量が制御される。
【００３６】
ここで、モータ回転数を増加させるためのポンプ流量の増加とモータ容量の減少という二つの手段の切換えのタイミングは、ポンプ流量が最大に達した時点でモータ容量の減少が開始されるように設定される。
【００３７】
これは、図９，１０に示すＶsetの値をほぼ同じにすることによって実現することができ、その結果、速度指令信号とモータ回転数の関係は図１１に示すようになる。
【００３８】
また、モータ１についてもポンプ２と同様に馬力制御が行われる。これを図２のフローチャートを用いて説明する。
【００３９】
制御開始後、まず、モータ容量の下限値ｑｘを最大モータ容量ｑmaxとする初期設定が行われる（ステップＳ１）。
【００４０】
次いで、投入可能馬力Ｌｃを与え（ステップＳ２）、この投入可能馬力Ｌｃとポンプ最大流量Ｑmaxから、馬力一定となるポンプ吐出圧（設定圧）Ｐｐsetを次の数１を用いて算出する（ステップＳ３）。
【００４１】
【数１】
Ｐｐset＝Ｋ×Ｌｃ／Ｑmax            （Ｋは係数）
また、ポンプ吐出圧センサ１１によって検出されたポンプ吐出圧Ｐｐの読み込み（ステップＳ４）、この検出値Ｐｐとポンプ設定圧Ｐｐsetの差ΔＰの算出（ステップＳ５）、この差圧ΔＰが０よりも大きいか否かの判断（ステップＳ６）が順次行われ、０よりも大きい場合はステップＳ７〜Ｓ９で、０よりも小さい場合はステップＳ１０〜Ｓ１３で、それぞれ差圧ΔＰが０になるようにモータ容量の下限値ｑｘを求める。
【００４２】
さらに、ステップＳ１４で速度指令信号に基づいて指令すべきモータ容量ｑｊを求めた後、この求められたモータ容量ｑｊと設定されたモータ容量ｑｘとを比較し（ステップＳ１５）、大きい方の値をモータ容量制御機構の電磁比例減圧弁１６に出力し（ステップＳ１６，Ｓ１７）、ステップＳ４に戻る。
【００４３】
こうして、馬力の限界ラインを超えるモータ容量とならないようにモータ容量の下限値が制限され、この操作によって馬力一定制御が行われる。
【００４４】
なお、エンジン回転数が変化するとポンプ最大流量Ｑmaxが変化するため、エンジン回転数センサ１２からの信号に応じてＱmaxを変えるようにする。
【００４５】
このように、この制御装置においては、ポンプ吐出圧Ｐｐを検出し、このポンプ吐出圧Ｐｐに基づいてモータ１の馬力制御を行うため、同一負荷でも巻上時と巻下時とで馬力制限を異ならせることができる。
【００４６】
すなわち、巻上時には、ポンプ吐出圧Ｐｐが高くなるためモータ容量が大きくなってモータ回転数の上限値が低く抑えられ、馬力制限ラインは図６のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅとなる。
【００４７】
これに対し、巻下時には、ポンプ吐出圧Ｐｐが低くなるためモータ容量が小さくなってモータ回転数の上限値が高くなり、馬力制限ラインは図６のＡ−Ｂ−Ｂ´−Ｃ´−Ｄ−Ｅとなって最大限の能力を活用できることとなる。
【００４８】
第２実施形態
第１実施形態との相違点のみを説明する。
【００４９】
第２実施形態においては、センサとして、図１中に二点鎖線で示すようにモータ１の巻上側圧力（モータ巻上圧）を検出する巻上側圧力センサ１７と、モータ巻下側の圧力を検出する巻下側圧力センサ１８が加えられ、コントローラ５により、この両圧力センサ１７，１８の検出値をも用いてモータ１の馬力制御が行われるように構成されている。
【００５０】
図３，４のフローチャートを用いて説明する。
【００５１】
図３に示すように、まず、初期設定（ステップＳ１）の後、投入可能馬力Ｌｃを与える（ステップＳ２）。
【００５２】
この投入可能馬力Ｌｃは、巻上側、巻下側両圧力センサ１７，１８によって検出された両側圧力の差（有効圧）を用いて負荷トルクを求め、この負荷トルクに基づいて算出される。
【００５３】
なお、負荷トルクはモーメントリミッタなどに用いる荷重センサの値を変換して用いてもよい。
【００５４】
次に、操作部４からの速度指令信号（動作方向の指令信号でもある）に基づいて巻上動作を行っているか巻下動作を行っているかを判断する（ステップＳ３，Ｓ４）。
【００５５】
なお、この判断は、他に、モータ１の回転方向を検出することによって、あるいは巻下側圧力の検出値に基づいて行ってもよい。
【００５６】
巻上動作を行っていると判断した場合（ステップＳ４でＹＥＳの場合）は、そのままステップＳ６に移るが、巻下動作を行っていると判断した場合は、ステップＳ５において、モータ容量指令演算部７に予め設定しておいた巻下用の投入可能馬力ＬdownをＬｃに代入する（Ｌｃ＝Ｌdownとする）。
【００５７】
こうして得られた投入可能馬力Ｌｃとポンプ最大流量Ｑmaxとから、馬力一定となるポンプ吐出圧の設定値Ｐsetを算出する（ステップＳ６）。
【００５８】
次に、巻上側圧力センサ１７によって検出されたモータ巻上圧ＰMの読み込み（ステップＳ７）、このモータ巻上圧ＰMと上記ポンプ吐出圧の設定値Ｐｐsetの差ΔＰの算出（ステップＳ８）、この差圧ΔＰが０よりも大きいか否かの判断（図４のステップＳ９）が順次行われ、第１実施形態の場合と同様に、０よりも大きい場合はステップＳ１０〜Ｓ１２で、０よりも小さい場合はステップＳ１３〜Ｓ１６で、それぞれ差圧ΔＰが０になるようにモータ容量の下限値ｑｘを求める。
【００５９】
さらに、ステップＳ１７で速度指令信号に基づいて指令すべきモータ容量ｑｊを求めた後、この求められたモータ容量ｑｊと設定されたモータ容量ｑｘとを比較し（ステップＳ１８）、大きい方の値をモータ容量制御機構の電磁比例減圧弁１６に出力する（ステップＳ１９，Ｓ２０）。
【００６０】
こうして、第１実施形態の場合と同様に、馬力の限界ラインを超えるモータ容量とならないようにモータ１の馬力一定制御が行われつつ、巻上時には図６のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅの馬力ラインで、巻下時には図６のＡ−Ｂ−Ｂ´−Ｃ´−Ｄ−Ｅの馬力ラインでそれぞれモータ１が馬力制御される。
【００６１】
ところで、上記実施形態では、従来技術に倣って、ポンプ流量が最大に達した後、モータ容量を減少させる手順を踏んだが、ポンプ流量が最大に達する前にモータ容量を減少させるようにしてもよい。
【００６２】
【発明の効果】
上記のように本発明によると、エンジン負担が軽い巻下時には、巻上時よりも馬力制限を緩やかにして、モータ回転数を不要に制限せず、システムの能力を最大限に活用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態にかかる制御装置の油圧回路とその制御系の構成図である。
【図２】  同装置によるモータの馬力制御作用を説明するためのフローチャートである。
【図３】  本発明の第２実施形態にかかる制御装置によるモータ馬力制御作用を説明するためのフローチャートである。
【図４】  図３の続きのフローチャートである。
【図５】  馬力制御によるモータ巻上圧とモータ容量の関係を示す図である。
【図６】  馬力制御による負荷トルクとモータ回転数の関係を示す図である。
【図７】  馬力制御によるポンプ吐出圧とポンプ流量の関係を示す図である。
【図８】  馬力制御による負荷トルクとモータ容量の関係を示す図である。
【図９】  モータの速度制御における速度指令信号とポンプ流量の関係を示す図である。
【図１０】  モータの速度制御における速度指令信号とモータ容量の関係を示す図である。
【図１１】  モータの速度制御における速度指令信号とモータ回転数の関係を示す図である。
【符号の説明】
１  ウィンチの油圧モータ
２  油圧ポンプ
８  ポンプのレギュレータ
３  コントロールバルブ
４  操作部
５  コントローラ
６  コントローラの流量指令演算部
７  同モータ容量指令演算部
１３  モータ容量制御機構を構成するサーボピストン
１４  同容量制御弁
１６  同電磁比例減圧弁
１１  ポンプ吐出圧センサ
１７，１８  モータ巻上側および巻下側圧力センサ
【図１】
0004218110.tif 000002
【図２】
0004218110.tif 000003
【図３】
0004218110.tif 000004
【図４】
0004218110.tif 000005
【図５】
0004218110.tif 000006
【図６】
0004218110.tif 000007
【図７】
0004218110.tif 000008
【図８】
0004218110.tif 000009
【図９】
0004218110.tif 000010
【図１０】
0004218110.tif 000011
【図１１】
0004218110.tif 000012