(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変容量油圧ポンプと、
該可変容量油圧ポンプから吐出される圧油によって旋回体を駆動する旋回用油圧モータと、
前記可変容量油圧ポンプから前記旋回用油圧モータに供給される圧油の流れを制御する旋回用方向制御弁と、
オペレータの操作指令を入力して前記旋回用方向制御弁を操作する操作手段とを備えたクレーンの旋回制御装置において、
前記操作手段の操作方向を検出する操作方向検出手段と、
前記旋回用油圧モータの負荷状態を検出する負荷状態検出手段と、
前記操作方向検出手段および前記負荷状態検出手段からの信号に基づいて、前記吊荷が旋回体の旋回より遅れている荷振れ状態が検出されているときは吐出流量を減少させ、前記吊荷が旋回体の旋回より進んでいる荷振れ状態が検出されているときは吐出流量を増加させるように前記可変容量油圧ポンプの傾転角を制御する制御手段とを備えることを特徴とするクレーンの旋回制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クレーンの旋回制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば操作レバーの操作量に応じて流体圧アクチュエータの駆動を制御する装置として、いわゆる速度制御式のものが一般によく知られている。これをクレーンの旋回にあてはめて説明する。図６はクレーンの全体構成図であり、図７は従来技術での旋回制御装置の回路構成図である。図６に示すように、クレーンは走行体６１と、走行体６１上に搭載され旋回可能な旋回体６２と、旋回体６２上に設けられたブーム６３とを有し、シーブ６４を介してワイヤロープに接続されたフック６５により吊荷６６を吊り上げる。
【０００３】
旋回体６２の旋回のための油圧回路は、図７に示すように、原動機１０１と、この原動機１０１によって駆動される可変容量油圧ポンプ３と、可変容量油圧ポンプ３から吐出される圧油によって駆動される旋回用油圧モータ２と、可変容量油圧ポンプ３から旋回用油圧モータ２に供給される圧油の流れを制御する旋回用方向制御弁１と、方向制御弁１によりタンク８へブリードオフされた圧油の圧力を制御する圧力補償弁４と、オペレータが旋回指令を入力する操作レバー５と、操作レバー５の操作量を方向制御弁１に伝達するパイロット油圧回路へ圧油を供給するパイロット油圧源７とを備えている。圧力補償弁４は、ブリードオフされた圧油の圧力を旋回用油圧モータ２の駆動圧を導くことにより旋回用油圧モータ２の駆動圧力と等価な圧力に制御できる構成となっている。
【０００４】
このような従来の旋回装置では、上記のように旋回用油圧モータ２の駆動圧とブリードオフされた圧油の圧力とが等しくなるように構成されているため、同一の開口面積であれば旋回負荷に拘わらず方向制御弁１の前後の圧力差が等しくなり、旋回用油圧モータ２側への流量と、ブリード側への流量は、可変容量油圧ポンプ３の吐出流量を旋回用方向制御弁１の開口面積比どおりに配分されることとなり、負荷圧力によらずオペレータが入力したとおりの流量配分ができる。
【０００５】
一方、油圧モータに作用する負荷の変化を検出し、旋回速度を目標旋回速度どおりに制御する方法として、例えば特開平６−１０９０５号公報に記載されているような方法が知られている。この方法では、油圧モータに作用する負荷が異なっても同一速度で作動できるように、ポンプ吐出圧とモータ負荷圧、すなわち、方向制御弁の前後の圧力をそれぞれ検出して、方向制御弁のスプール変位を制御している。したがって、モータの負荷にかかわらず旋回速度を同一に制御できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、クレーンにおいては、常に正確に操作レバーの操作量や負荷に対応した旋回速度を得るのがよいとも限らない場合がある。例えば、クレーンの旋回においては、ワイヤロープを介して吊荷を吊り下げているため、荷振れと呼ぶ振動現象（振り子運動）が生じる。吊荷の振れは旋回用油圧モータの負荷として作用するが、上記従来技術では、オペレータの旋回指令どおりに旋回速度を強制的に達成しようとするため、荷振れとは無関係に旋回動作をすることになる。したがって、オペレータは、荷振れによる旋回用油圧モータへの負荷状態が把握しずらく、吊荷が振れないように慎重に操作を行う必要があり、オペレータの労力と熟練した技量とを必要とする。
【０００７】
本発明の目的は、旋回用油圧モータへの負荷状態を検出し、吊荷が振れないように旋回体の旋回を制御しつつ、オペレータの旋回指令どおりに旋回速度を制御するクレーンの旋回制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
一実施の形態を示す図１〜図６を参照して説明すると、本発明は、可変容量油圧ポンプ３と、可変容量油圧ポンプ３から吐出される圧油によって旋回体６２を駆動する旋回用油圧モータ２と、可変容量油圧ポンプ３から旋回用油圧モータ２に供給される圧油の流れを制御する旋回用方向制御弁１と、オペレータの操作指令を入力して旋回用方向制御弁１を操作する操作手段５とを備えたクレーンの旋回制御装置に適用され、操作手段５の操作方向を検出する操作方向検出手段１１と、旋回用油圧モータ２の負荷状態を検出する負荷状態検出手段１２Ａ，１２Ｂと、操作方向検出手段１１および負荷状態検出手段１２Ａ，１２Ｂからの信号に基づいて、吊荷６６が旋回体６２の旋回より遅れている荷振れ状態が検出されているときは吐出流量を減少させ、吊荷６６が旋回体６２の旋回より進んでいる荷振れ状態が検出されているときは吐出流量を増加させるように可変容量油圧ポンプ３の傾転角を制御する制御手段１０，１３とを備えることにより上記目的を達成する。
【０００９】
なお、上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かりやすく説明するため実施の形態の図に対応付けたが、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。
【００１０】
【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クレーンの旋回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、本実施の形態に係るクレーンの旋回制御装置の油圧回路は、原動機１０１と、この原動機１０１によって駆動される可変容量油圧ポンプ３と、可変容量油圧ポンプ３から吐出される圧油によって駆動される旋回用油圧モータ２と、可変容量油圧ポンプ３から旋回用油圧モータ２に供給される圧油の流れを制御する旋回用方向制御弁１と、方向制御弁１によりタンク８へブリードオフされた圧油の圧力を制御する圧力補償弁４と、オペレータが旋回指令を入力する操作レバー５と、操作レバー５の操作量を方向制御弁１に伝達するパイロット油圧回路へ圧油を供給するパイロット油圧源７とを備えている。圧力補償弁４は、ブリードオフされた圧油の圧力を旋回用油圧モータ２の駆動圧を導くことにより旋回用油圧モータ２の駆動圧力と等価な圧力に制御できる構成となっている。
【００１１】
また、本実施の形態は、旋回用油圧モータ２の入口側圧力および出口側圧力を検出する圧力検出器１２Ａ，１２Ｂと、操作レバー５の操作方向を検出する操作方向検出器１１と、可変容量油圧ポンプ３の傾転角を変更する傾転角変更装置１３と、圧力検出器１２Ａ，１２Ｂの検出信号および操作方向検出器１１の検出信号に基づいて、可変容量油圧ポンプ３の吐出流量を制御するよう傾転角変更装置１３に信号を出力するコントローラ１０とを備える。なお、圧力検出器１２Ａ，１２Ｂのどちらが入口側あるいは出口側となるかは、旋回用油圧モータ２の指令旋回方向によって定められる。
【００１２】
図２はコントローラ１０の詳細な構成を示すブロック図である。図２に示すように、コントローラ１０は、操作方向検出器１１による検出信号ＳＤに基づいて、操作レバー５がＡ方向に操作されている場合はフラグを１にセットし、Ｂ方向に操作されている場合はフラグを−１にセットするフラグセット部２１と、圧力検出器１２Ａ，１２Ｂによる検出信号ＰＡ，ＰＢの差信号ΔＰを算出する加算器２２と、差信号ΔＰとフラグとの乗算を行って信号ΔＰＦを得る乗算器２３と、乗算結果にゲインＫを乗算して信号ΔＰＦＫを得る係数器２４と、信号ΔＰＦＫの高周波成分のみを抽出して信号ΔＰＦＫＨを得るハイパスフィルタ２５と、係数器２４とハイパスフィルタ２５からの信号ΔＰＦＫ，ΔＰＦＫＨの出力を切換えるスイッチ２６と、信号ΔＰＦＫあるいはΔＰＦＫＨと予め設定された流量信号Ｑとの差分を演算して吐出流量信号ＱＳとして傾転角変更装置１３に出力する加算器２７とからなる。なお、流量信号Ｑは、例えば原動機１０１の回転数Ｎによることなく一定流量となるように定められている。
【００１３】
そして、加算器２２において検出信号ＰＡ，ＰＢの差ΔＰを算出し、乗算器２３においてフラグを乗算することにより、旋回方向に対して旋回用油圧モータ２にどの程度の負荷が作用しているかを把握することができ、これにゲインＫを乗算することにより可変容量油圧ポンプ３の吐出流量の増減量ΔＰＦＫあるいはΔＰＦＫＨとし、予め設定された流量信号Ｑから減算することにより、次回の吐出流量を設定することができる。
【００１４】
ここで、ハイパスフィルタ２５は以下のように作用する。例えば、傾斜地や風などの影響により定常負荷が生じやすいときに、スイッチ２６を切換えて、係数器２４からの信号ΔＰＦＫをハイパスフィルタ処理することにより、定常負荷による影響を除去することができ、これにより、圧力検出器１２Ａ，１２Ｂにより検出される信号にのみ基づいて、吐出量の制御を行うことができる。
【００１５】
またここで、吊荷６６の振れと旋回用油圧モータ２の圧力との関係を説明する。図３は吊荷６６の振れと旋回用油圧モータ２の圧力との関係を説明するための図である。
【００１６】
旋回体６２は、減速器（不図示）を介して旋回用油圧モータ２に接続されており、旋回体６２の回転トルクは、旋回用油圧モータ２によって発生する。逆に、旋回体６２に働く外乱（外部負荷）は、旋回用油圧モータ２に作用する。すなわち、旋回体６２は、吊荷６６の振れによって、吊荷６６が振れている方向に力を受けることになる。荷振れにより、旋回方向に対して旋回体に働く力は、シーブ６４（振り子の支点と近似できる）において、
Ｍ：吊荷質量、  ｇ：重力加速度、  θ：吊荷の振れ角度とすると、
Ｆ＝Ｍ×ｇ×ｔａｎθ  ・・・・・・・・（１）
となる。よって、シーブ６４に働く力Ｆは、式（１）より、吊荷質量Ｍと吊荷６６の振れ角度θで表すことができる。
【００１７】
また、Ｘ：吊荷６６の振れ幅、Ｌ：ワイヤロープの長さとし、ワイヤロープの長さＬが、吊荷６６の振れ幅Ｘに対して非常に大きい（Ｌ＞＞Ｘ）とすると、
ｔａｎθ≒ｓｉｎθ≒Ｘ／Ｌ  ・・・・・（２）
とみなすことができるので、
Ｆ＝Ｍ×ｇ×Ｘ／Ｌ  ・・・・・・・・・（３）
と表すこともできる。すなわち、式（３）により、シーブ６４に働く力Ｆは、吊荷質量Ｍと、ワイヤロープの長さＬと、吊荷６６の振れ幅Ｘで表すこともできる。
【００１８】
シーブ６４に作用する力Ｆに、作業半径ＲＬ、減速比αを乗算することにより、式（４）のとおり旋回用油圧モータ２へのトルクが換算できる。
Ｔ＝Ｆ×ＲＬ×α  ・・・・・・・・・・（４）
また、旋回用油圧モータ２のトルクを、旋回用油圧モータ２の出口側と入口側の圧力差ΔＰ０と、１回転あたりのモータ吐出容量Ｑ０で表すと、一般に、
Ｔ＝ΔＰ０×Ｑ０／（２×π）  ・・・・・・（５）
となり、旋回用油圧モータ２の容量Ｑ０が一定とすると、トルクＴは、旋回用油圧モータ２の出口側と入口側の圧力差ΔＰ０により表すことができる。
式（１）、（４）、（５）より、
ｔａｎθ＝（ΔＰ０×Ｑ０）／（２π×Ｍ×ｇ×ＲＬ×α）  ・・・（６）
が導き出され、旋回用油圧モータ２の入口側圧力と、出口側圧力と、吊荷質量Ｍと、作業半径ＲＬと、減速比αとが分かれば、振れの状態θが把握できる。この場合、容量Ｑ０は一定とする。また、ワイヤロープの長さＬが分かれば、吊荷６６の振れ幅Ｘが把握できる。
【００１９】
図４（ａ），（ｂ）は旋回方向と吊荷６６の状態を示す図である。図４に示すように操作レバー５のＡ方向への操作により旋回体６２がＡ方向に回転するとした場合、圧力検出器１２Ａにより旋回用油圧モータ２の入口側の圧力が検出され、圧力検出器１２Ｂにより旋回用油圧モータ２の出口側の圧力が検出される。そして、図４（ａ）に示すように、旋回体６２の旋回に対して吊荷６６の移動が遅れた場合、旋回用油圧モータ２の入口側の圧力は出口側よりも大きくなり、逆に図４（ｂ）に示すように吊荷６６の移動が先行した場合は入口側の圧力は出口側よりも小さくなる。したがって、図４（ａ）に示す場合は、加算器２２において算出される差ΔＰは正の値となり、図４（ｂ）に示す場合は負の値となる。
【００２０】
次いで、本実施の形態の動作について説明する。
オペレータにより操作レバー５がＡ方向に操作されているとすると、操作方向検出器１１により操作レバー５のＡ方向への操作が検出され、フラグセット部２１においてフラグが１にセットされる。また、圧力検出器１２Ａ，１２Ｂの検出信号ＰＡ，ＰＢの差信号ΔＰが加算器２２において算出され、乗算器２３において差信号ΔＰとフラグとの乗算が行われ信号ΔＰＦが得られる。そして係数器２４において信号ΔＰＦにゲインＫが乗算され、信号ΔＰＦＫが得られる。ここで、傾斜地などにおいて作業を行っている場合は、スイッチ２６がＢ側に切換えられており、ハイパスフィルタ２５において信号ΔＰＦＫのハイパスフィルタ処理が行われ、信号ΔＰＦＫＨが得られる。なお、平坦地などにおいて作業を行う場合はスイッチ２６はＡ側に切換えられる。そして、加算器２７において流量信号Ｑと信号ΔＰＦＫあるいはΔＰＦＫＨとの差分が求められ、次回の吐出流量を表す信号ＱＳが得られる。そしてこの信号ＱＳは傾転角変更装置１３に入力され、可変容量油圧ポンプ３の吐出流量が制御される。
【００２１】
ここで、図４（ａ）に示すような状態においては、加算器２２において得られる信号ΔＰは正であるため、信号ΔＰＦＫあるいはΔＰＦＫＨは正となる。したがって、加算器２７において得られる次回の吐出流量を表す信号ＱＳは流量信号Ｑより小さいものとなるため、傾転角変更装置１３により可変容量油圧ポンプ３の傾転角は小さくなるように制御される。したがって、吊荷６６の遅れに追従するように旋回速度が小さくなり吊荷６６の振れが防止される。
【００２２】
一方、図４（ｂ）に示すような状態においては、加算器２２において得られる信号ΔＰは負であるため、信号ΔＰＦＫあるいはΔＰＦＫＨは負となる。したがって、加算器２７において得られる次回の吐出流量を表す信号ＱＳは流量信号Ｑより大きいものとなるため、傾転角変更装置１３により可変容量油圧ポンプ３の傾転角は大きくなるように制御される。したがって、吊荷６６の先行に追従するように旋回速度が大きくなり吊荷６６の振れが防止される。
【００２３】
図５（ａ）〜（ｄ）は吊荷６６の振れによる可変容量油圧ポンプの吐出量、旋回油圧モータへの流入量および旋回速度の関係を示す図である。図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、旋回用油圧モータ２の負荷が変動すると、この負荷を打ち消すように可変容量油圧ポンプ３の流量が変化し、これとともに旋回用油圧モータ２への流入流量も変化する。その結果、旋回体の旋回速度は吊荷６６の振れを小さくする方向に変化し、これにより吊荷６６の振れが防止される。
【００２４】
なお、荷振れが収まっているときには、圧力検出器１２Ａ，１２Ｂにより検出される信号の差信号ΔＰはゼロとなるため、流量信号Ｑは補正されることなく、流量信号Ｑに応じた旋回速度により旋回体が旋回する。
【００２５】
このように、本実施の形態においては、旋回用油圧モータ２に作用する負荷および操作レバー５の操作方向を検出し、この検出結果に基づいて吊荷６６の振れを抑制するようにしたため、圧力補償弁４により負荷圧力によらずオペレータが指令した旋回速度により旋回を行うことができるとともに、荷振れを防止することができる。これにより、オペレータは吊荷６６の振れを抑制するための操作を必要とせず、オペレータの労力は低減され、熟練した技量も必要としないため、クレーン旋回の操作性を向上させることができる。また、荷振れを防止するために、旋回体の速度が変更されるため、オペレータは荷振れを容易に認識することができる。さらに、可変容量油圧ポンプ３の吐出流量を変更するという可変ポンプに不可欠な機能を用いて荷振れを防止できるため、装置の構成が簡易なものとなり、また安全面からも好適である。
【００２６】
なお、上記実施の形態においては、吊荷６６の振れを検出するための手段として、旋回用油圧モータ２の入口側圧力および出口側圧力を検出する圧力検出器１２Ａ，１２Ｂを用いているが、ブーム６３の先端にロープの振れ角度を検出する角度センサを設け、この角度センサによりロープの振れ角度を検出することにより、吊荷６６の振れを検出してもよい。
また、上記実施の形態においては、荷振れの際の作業半径を考慮していないが、上記式（６）に示すように作業半径を考慮することにより、荷振れをより一層防止することができる。
【００２７】
以上の実施の形態と請求項との対応において、操作レバー５が操作手段を、操作方向検出器１１が操作方向検出手段を、圧力検出器１２Ａ，１２Ｂが負荷状態検出手段を、コントローラ１０および傾転角変更装置１３が制御手段を構成する。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、旋回用油圧モータの負荷および操作手段の操作方向を検出し、この検出結果に基づいて傾転角を変更することにより吊荷の振れを抑制するようにしたため、オペレータが指令した旋回速度により旋回を行うことができるとともに、荷振れを防止することができる。これにより、オペレータは吊荷の振れを抑制するための操作を必要とせず、オペレータの労力は低減され、熟練した技量も必要としないため、クレーン旋回の操作性を向上させることができる。また、荷振れを防止するために、旋回体の速度が変更されるため、オペレータは荷振れを容易に認識することができる。さらに、可変容量油圧ポンプの吐出流量を変更するという補助的な構成により荷振れを防止できるため、装置の構成が簡易なものとなり、また安全面からも好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る旋回制御装置の構成を示す油圧回路図
【図２】コントローラの構成を示すブロック図
【図３】吊荷の振れと旋回用油圧モータの圧力との関係を説明するための図
【図４】旋回体の回転方向と吊荷の振れとの関係を示す図
【図５】旋回用油圧モータの負荷とポンプ流量、モータ流入流量および旋回速度との関係を示すグラフ
【図６】クレーンの構成を示す図
【図７】従来の旋回制御装置の構成を示す油圧回路図
【符号の説明】
１  旋回用方向制御弁
２  旋回用油圧モータ
３  可変容量油圧ポンプ
４  圧力補償弁
５  操作レバー
７  パイロット油圧源
１０  コントローラ
１１  操作方向検出器
１２Ａ，１２Ｂ  圧力検出器
１３  傾転角変更装置
２１  フラグセット部
２２，２７  加算器
２３  乗算器
２４  係数器
２５  ハイパスフィルタ
２６  スイッチ
６１  走行体
６２  旋回体
６３  ブーム
６４  シーブ
６５  フック
６６  吊荷
１０１  原動機
【図１】
0003750763.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003750763.tif 000004
【図４】
0003750763.tif 000005
【図５】
0003750763.tif 000006
【図６】
0003750763.tif 000007
【図７】
0003750763.tif 000008