JP2000053384A

JP2000053384A - 巻上ロープの過巻防止装置

Info

Publication number: JP2000053384A
Application number: JP10220724A
Authority: JP
Inventors: Akira Nakayama; 中山　　晃; Masami Ochiai; 正巳落合; Teruo Igarashi; 照夫五十嵐; Toshiki Sakai; 俊己堺; Kazuhisa Ishida; 和久石田; Koji Funato; 孝次船渡
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1998-08-04
Filing date: 1998-08-04
Publication date: 2000-02-22

Abstract

(57)【要約】【課題】重錘の必要のない過巻防止装置を提供する。【解決手段】ドラム４１の回転を検出する回転検出器１
５と基準点からのフックＦの位置を検出する揚程計１６
とをコントローラ１２に接続する。コントローラ１２で
は、フック速度ｖに応じた減速開始位置Ｈ１を演算し、
フックＦがこの減速開始位置Ｈ１より上方に巻き上げら
れると、電磁比例減圧弁１１に制御信号を出力し、方向
制御弁３を中立位置側に切り換えるように、パイロット
ポート３ａへのパイロット圧を制御する。これによっ
て、ドラム４１が減速,停止され、フックＦの巻き上げ
過ぎが防止される。

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過ぎを防止する
巻上ロープ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、例えば特開平９−１７５７８
４号公報に開示されたものがある。これによると、ブー
ム頂部から互いに異なった下方の位置に、中央に巻上ロ
ープの挿通するドーナツ状の重錘を２組設け、その各々
を別々のマイクロスイッチに接続された重錘吊り下げ用
ロープから吊り下げる。マイクロスイッチは、重錘が吊
り下げられた状態ではオフされているが、フックの巻き
上げにより重錘が持ち上げられると、重錘吊り下げ用ロ
ープの張力が低下してオンされる。この場合、より下方
にある重錘に対応したマイクロスイッチがオンされると
巻上ウインチの駆動は減速され、より上方にある重錘に
対応したマイクロスイッチがオンされると巻上ウインチ
の駆動は停止される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たフック過巻防止装置のように重錘を用いてフック過巻
状態を検出するものでは、重錘が巻上ロープ等にからみ
つき、その結果、重錘吊り下げ用ロープの張力が低下し
てフック過巻が不所望に作動するおそれがある。このよ
うな問題を避けるため、重錘を取り外して、すなわちフ
ック過巻装置の作動を無効にして作業が行われる場合が
ある。

【０００４】また、上述したフック過巻防止装置では、
重錘を用いてフックを減速,停止させるので、その構造
が複雑となるとともに、セットした重錘の位置によって
ウインチの減速開始位置が決まってしまい、フックの巻
上速度に応じて減速開始位置を変えることは困難であ
る。

【０００５】本発明の目的は、重錘の必要のない簡易な
構成によってフックなどの吊下物体の巻き上げ過ぎを未
然に防ぐことが可能な巻上ロープの過巻防止装置を提供
することにある。

【０００６】

【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、操作レバー７からの指令に
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の巻き上げ過ぎ
時に所定の停止位置Ｈ０でウインチドラム４１の駆動を
停止する停止制御装置５,６（,１２）とを備えた巻上ロ
ープの過巻防止装置に適用される。そして、吊下物体Ｆ
の昇降位置ｚに応じた信号を出力する位置検出手段１６
を備え、停止制御装置１２が、位置検出手段１６から出
力される信号に基づいて吊下物体Ｆの停止位置Ｈ０を演
算す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、操作レバー７からの指令に
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の巻き上げ過ぎ
時に所定の停止位置Ｈ０でウインチドラム４１の駆動を
停止する停止制御装置５,６（,１２）とを備えた巻上ロ
ープの過巻防止装置に適用される。そして、吊下物体Ｆ
の昇降位置ｚに応じた信号を出力する位置検出手段１６
と、吊下物体Ｆの巻上速度ｖを検出する速度検出手段１
５と、ウインチドラム４１の駆動速度を減速させる減速
手段１１とを有し、停止制御手段１２は、速度検出手段
１５により検出される吊下物体Ｆの速度に応じて減速開
始位置Ｈ１を演算し、位置検出手段１６から出力される
信号により吊下物体Ｆの減速開始位置Ｈ１への到達が検
出されると減速手段１１に減速指令Ｉを出力することに
より上述した目的は達成される。（３）請求項３の発明は、停止制御装置１２が、吊下
物体Ｆの位置ｚと速度ｖが一対一対応となるように減速
手段１１に減速指令を出力するものである。

【０００７】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。

【０００８】

【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、原動機Ｍによって駆動される可変容量
型の油圧ポンプ１と、油圧ポンプ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、油圧ポンプ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
駆動を制御する油圧パイロット切換弁（以下、単に切換
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８
Ａ,８Ｂに圧油を供給するパイロット油圧源９と、パイ
ロット弁８Ａ,８Ｂからの圧油を切換弁６のパイロット
ポート６ａに導くシャトル弁１０と、シャトル弁１０と
パイロット弁８Ａの間に設けられた電磁比例減圧弁（以
下、単に電磁比例弁と呼ぶ）１１と、電磁比例弁１１の
弁開度を制御するコントローラ１２とを有している。

【０００９】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を有している。切換弁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。切換弁６が位置（ロ）側に切り換えられると、油
圧源１３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。切換弁６は、操作レバー７がわずかにでも操
作されると（ロ）位置に切り換えられるようにバネ圧が
設定されている。

【００１０】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とフックＦに設けら
れたフックシーブ４４との間を複数回掛け回され、その
端部はブームＢＭに連結されている。油圧モータ２の駆
動トルクは減速機１４を介して巻上ウインチ４に伝達さ
れ、これによって巻上ウインチ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が昇降し、ポイントシーブ４
３とフックシーブ４４との間の距離は変化する。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１５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
１６が設けられている。揚程計１６は予め設定された基
準点でゼロリセットし、回転検出器１５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。
回転検出器１５と揚程計１６はそれぞれ制御装置１２に
接続され、コントローラ１２では後述するような処理が
実行されて電磁比例弁１１に制御信号Ｉを出力する。

【００１１】制御信号Ｉと電磁比例弁１１の減圧度Ｐ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１１の２次圧Ｐ
＝Ｐmaxとなり、この状態では圧源９からの１次圧が減
圧されることなく、操作レバー７の操作量に応じたパイ
ロット圧油がパイロットポート６ａに供給される。ま
た、制御信号Ｉ＝０のときは電磁比例弁１１の２次圧Ｐ
＝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６のパイロットポート６ａにパイロット圧油は
供給されない。

【００１２】本実施の形態では、ブーム先端の拡大図で
ある図３に示すように、ポイントシーブ４３から所定距
離Ｈ１,Ｈ０下方の点をそれぞれ減速開始位置,停止位置
と定義し、以下に詳述するように、フックＦが減速開始
位置Ｈ１より上方に巻き上げられるとウインチ４の駆動
速度を減速させ、フックＦが停止位置Ｈ０まで巻き上げ
られるとウインチ４の巻上を停止させるようにする。な
お、この場合の停止位置Ｈ０はフックＦの巻上速度に拘
わらず一定値として設定するが、減速開始位置Ｈ１は後
述するようにフックＦの巻上速度に応じた可変値として
設定する。

【００１３】図４は、コントローラ１２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のオンによって
スタートする。まず、ステップＳ１で回転検出器１５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／ｎ（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、ｎ：シーブ４３,４４間のロープ掛け
数次いで、ステップＳ２で、減速開始位置Ｈ１を算出す
る。

【００１４】減速開始位置Ｈ１の算出に際し、本実施の
形態では次の（ａ）〜（ｃ）のような仮定をおく。（ａ）停止位置Ｈ０はフック速度ｖに拘わらず一定。（ｂ）減速開始から停止までに要する時間Δｔはフック
速度ｖに拘わらず一定。（ｃ）減速中（減速開始時から停止時まで）は減速開始
時のフック速度ｖ1に応じた一定の加速度で減速。このような仮定の下、減速開始位置Ｈ１は次式で算出さ
れる。

【数２】Ｈ１＝Ｈ０＋ｖ１・Δｔ／２（II）

【００１５】次いで、ステップＳ３で揚程計１６を用い
てフック位置ｚを検出する。揚程計１６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、本実施の形態ではポイントシーブ４３の位置を基
準点（ｚ＝０）とする。これによって、揚程計１６では
ポイントシーブ４３からのフック位置ｚが検出される。

【００１６】続いて、ステップＳ４でフック位置ｚが減
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Ｓ
４が肯定されるとステップＳ５に進み、制御信号ｉ＝ｉ
maxを出力してリターンする。ステップｓ４が否定され
るとステップＳ６に進み、フック位置ｚがフック停止位
置Ｈ０以上か否かを判定する。ステップＳ６が肯定され
るとステップＳ７に進み、減速開始からの経過時間ｔに
応じた制御信号ｉ（＝ｉmax（１−ｔ／Δｔ））を電磁
比例弁１１に出力し、ステップＳ３に戻る。ステップＳ
６が否定されるとステップＳ８に進み、電磁比例弁１１
に制御信号ｉ＝０を出力してリターンする。

【００１７】上述した処理によって、フック位置ｚとフ
ック速度ｖとの関係、および時間ｔとフック速度ｖとの
関係は、それぞれ図５（ａ）,（ｂ）に示すようにな
る。すなわち、減速開始時におけるフック速度ｖ１が速
いほど減速開始位置Ｈ１はより下方（例えばフック速度
ｖ１ａよりｖ１ｂの方がより下方）になり、減速中にお
けるフック位置ｚと速度ｖとの関係は、図５（ａ）に示
すように減速開始時のフック速度ｖ１に拘わらず一定、
すなわち１対１対応（フック位置ｚが１つ決まれば対応
するフック速度ｖも１つ決まるという関係）となる。な
お、前述した仮定（ｃ）より減速中の加速度は一定とし
たが、これに限らずフック位置ｚとフック速度ｖが１対
１対応するならば、図６に示すように加速度をフック位
置ｚに応じて変化させてもよい。

【００１８】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を巻上げ側
に操作すると、その操作量に応じてパイロット弁８Ａが
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、油圧源９からの圧油は電磁比例弁１１
を介して制御弁３のパイロットポート３ａに供給される
とともに、電磁比例弁１１,シャトル弁１０を介して切
換弁６のパイロットポート６ａに供給される。これによ
って、制御弁３は（ａ）位置側に切り換えられ、油圧ポ
ンプ１からの圧油は制御弁３,カウンタバランス弁ＣＢ
を介して油圧モータ２に供給される。また、切換弁６は
（イ）位置から（ロ）位置に切り換えられ、油圧源１３
からの圧油は切換弁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て、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。

【００１９】（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より上方になると、図４の
ステップＳ７に示した処理により、電磁比例弁１１の減
圧度Ｐは減速開始時からの経過時間ｔに応じて制御さ
れ、制御弁３のパイロットポート３ａへのパイロット圧
油の圧力と切換弁６のパイロットポート６ａへのパイロ
ット圧油の圧力はともに制限される。これによって、操
作レバー７が巻上操作されているにも拘わらずウインチ
４の駆動は減速させられる。フックＦが停止位置Ｈ０に
到達すると図４のステップＳ８に示した処理により電磁
比例弁１１の２次圧Ｐは最小となり（Ｐ＝０）、これに
よって、パイロット弁８Ａからのパイロット圧力は電磁
比例弁１１で遮断されて制御弁３は中立位置に、切換弁
６は位置（イ）にそれぞれ切り換えられウインチ４の駆
動は停止させられる。なお、この場合の巻上速度ｖとフ
ック位置ｚとの関係は図５に示したとおりであり、減速
中のフック速度ｖはフック位置ｚに応じて一定に制御さ
れる。なお、操作レバー７が巻下操作された場合には、
その操作量に応じたパイロット圧油がそのまま制御弁３
のパイロットポート３ｂと切換弁６のパイロットポート
６ａとにそれぞれ供給され、これによってドラム４１は
巻下駆動され、巻上ロープ４２を繰り出してフックＦが
下降する。

【００２０】このように本実施の形態では、フック位置
ｚを揚程計１６によって検出し、フックＦが減速開始位
置Ｈ１以上になるとウインチ４の駆動を減速し、フック
Ｆが停止位置Ｈ０まで巻き上げられるとウインチ４の駆
動を停止するようにしたので、巻上ロープ４２に重錘を
設ける必要もなく簡易な構成によってフックの巻き上げ
過ぎを防止することができる。また、フック速度ｖに応
じて減速開始位置Ｈ１を変更するようにしたので、フッ
クＦを安定して停止させることができる。すなわち、減
速開始位置Ｈ１が一定の場合には、図７に示すようにフ
ック位置ｚ１におけるフック速度ｖがｖ'ａ,ｖ'ｂと異
なったものとなり、減速開始時のフック速度ｖ１が速い
場合（ｖ１ａ）にはフックＦを急停止させることとなる
が、本実施の形態ではこのようなことはない。

【００２１】なお、上記実施の形態で用いた各種定数の
設定は一例であり、これに限定されるものではない。例
えば、減速時間Δｔを減速開始時のフック速度ｖ１に拘
わらず一定としたが、減速時の加速度（図５（ｂ）の傾
き）をフック速度ｖ１に拘わらず一定としてもよい。ま
た、ウインチ４の減速に際しパイロット圧を制御して方
向制御弁３の開口量を調節するようにしたが、これに限
らず、例えばエンジン回転数を下げたり、油圧ポンプ１
の傾転角を制御して減速するようにしてもよい。あるい
は、油圧モータ２を可変モータとしてその傾転角を制御
してもよい。さらに、フック位置ｚの検出に関し、揚程
計１６を用いるようにしたがこれに限らず、他の検出器
（例えばレーザや超音波などの検出器）を用いて、フッ
ク４４とポイントシーブ４３との間の距離を検出するよ
うにしてもよい。さらにまた、巻上ロープにはフック以
外のもの（例えばバケット）を取り付けてもよい。

【００２２】以上の実施の形態と請求項との対応におい
て、ブレーキ装置５と油圧パイロット切換弁６とコント
ローラ１２が停止制御装置を、揚程計１６が位置検出手
段を、回転検出器１５が速度検出手段を、電磁比例減圧
弁１１が減速手段をそれぞれ構成する。

【００２３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項１の
発明によれば、吊下物体の昇降位置に応じた信号に基づ
いて吊下物体の停止位置を演算するようにしたので、重
錘などによって構成されるフック過巻スイッチが不要と
なる。また、請求項２の発明によれば、吊下物体の巻上
速度に応じて減速開始位置を演算し、その減速開始位置
到達後に吊下物体を減速するようにしたので、吊下物体
の急停止を避けることができる。さらに、請求項３の発
明によれば、吊下物体の位置と速度を１対１対応させる
ようにしたので、減速時の吊下物体の速度は減速開始時
のフック速度に拘わらず減速時の位置に応じて一定に制
御されるので、減速開始時のフック速度が速い場合であ
っても吊下物体を安定して停止させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係わる巻上ロープの過巻防止装
置の構成を示す油圧回路図。

【図２】本実施の形態に係わる電磁比例減圧弁の制御特
性（制御信号に対する減圧度）を示す図。

【図３】本実施の形態に係わる巻上ロープの過巻防止装
置の各種定数を説明するための図。

【図４】本実施の形態に係わる巻上ロープの過巻防止装
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】本実施の形態に係わる巻上ロープの過巻防止装
置のフック位置とフック速度、および減速時間とフック
速度の関係を示す図。

【図６】フック位置とフック速度、および減速時間とフ
ック速度の別の関係を示す図。

【図７】減速開始位置を一定とした場合のフック位置と
フック速度との関係を示す図。

【符号の説明】

４ウインチ５ブレーキ装置６油圧パイロット切換弁７操作レバー１１電磁比例減圧弁１２コントローラ１５回転検出器１６揚程計４１ウインチドラム４２巻上ロープＦフック

フロントページの続き (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)発明者堺俊己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)発明者石田和久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Ｆターム(参考） 3F204 AA04 BA02 CA05 FA02 FB04 FC01 FC08 FD02 FE03 3F205 AA05 CA02 CA09 KA10

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／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巻き上げ過ぎ時に
所定の停止位置で前記ウインチドラムの駆動を停止する
停止制御装置とを備えた巻上ロープの過巻防止装置にお
いて、前記吊下物体の昇降位置に応じた信号を出力する位置検
出手段を備え、前記停止制御装置は、前記位置検出手段から出力される
信号に基づいて前記吊下物体の停止位置を演算すること
を特徴とする巻上ロープの過巻防止装置。
【請求項２】操作レバーからの指令によって巻上／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巻き上げ過ぎ時に
所定の停止位置で前記ウインチドラムの駆動を停止する
停止制御装置とを備えた巻上ロープの過巻防止装置にお
いて、前記吊下物体の昇降位置に応じた信号を出力する位置検
出手段と、前記吊下物体の巻上速度を検出する速度検出手段と、前記ウインチドラムの駆動速度を減速させる減速手段と
を有し、前記停止制御手段は、前記速度検出手段により検出され
る前記吊下物体の速度に応じて減速開始位置を演算し、
前記位置検出手段から出力される信号により前記吊下物
体の前記減速開始位置への到達が検出されると前記減速
手段に減速指令を出力することを特徴とする巻上ロープ
の過巻防止装置。
【請求項３】前記停止制御装置は、前記吊下物体の位
置と速度が一対一対応となるように前記減速手段に減速
指令を出力することを特徴とする請求項２に記載の巻上
ロープの過巻防止装置。