JP2002265187A - 旋回制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポンプ流量に拘わらず良好な操作フィーリン
グを実現する。 【解決手段】 可変容量型の旋回用油圧モータ２の入出
力ポートに接続された２本の管路４Ａ，４Ｂを電比例磁
弁１３を介して接続する。コントローラ２０にはポンプ
流量ごとに操作レバー５に対する開口面積の特性が予め
設定されており、操作レバー５を所定量（２０％）操作
したときに、ポンプ吐出量の増加に伴い管路４Ａ,４Ｂ
間を連通する面積が増加するようにコントローラ２０が
電磁比例弁１３の弁開度を制御する。これによりポンプ
流量の拘わらず同一の操作量で旋回体６２を起動させる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クレーン等の建設
機械における旋回制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】クレーンの旋回制御装置として、作業半
径や負荷率等に応じてポンプ流量を制御するものが知ら
れている（例えば特許第２８７８１３１号公報）。この
公報記載の装置では、作業半径や負荷率の増加に伴いポ
ンプ流量を減少させる。これにより、旋回速度が低速に
制限されて、荷振れが抑制される。

【０００３】また、特開平１０−２９７８７６号公報に
は、旋回用油圧モータの各主管路を連通および遮断可能
とする通路を設け、この通路面積を操作レバーの操作量
に応じて変更するようにした装置が開示されている。こ
の公報記載の装置では、操作レバーの中立時に各主管路
を所定の通路面積で連通させるとともに、操作レバーの
操作量の増加に伴い通路面積を小さくする。これによ
り、起動時に、レバー操作量に応じた駆動トルクが発生
するとともに、操作レバーの戻し操作時に、旋回用油圧
モータの急停止が阻止され、荷振れが抑制される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平１０−２９７８７６号公報記載の装置では、操作レ
バーの操作量に応じて通路面積を変更するため、上記特
許第２８７８１３１号公報記載の装置のように作業半径
等に応じてポンプ流量が変化する場合には、ポンプ流量
が変わるたびに操作フィーリングが異なったものとな
る。すなわち、ポンプ流量が大きいほど少ないレバー操
作量で起動を開始し、また、ポンプ流量が大きいほど操
作レバーを戻し操作したときのブレーキ力が大きくな
る。その結果、オペレータは違和感を感じる。

【０００５】本発明の目的は、ポンプ流量に拘わらず違
和感のない良好な操作フィーリングを得ることができる
旋回制御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面
を参照して説明する。 （１）請求項１の発明は、可変容量型の油圧ポンプ３
と、該油圧ポンプ３から吐出される圧油により駆動する
旋回用油圧モータ２と、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制御弁１と、
制御弁１を切り換える操作装置５とを備えた旋回制御装
置に適用される。そして、操作装置５の操作量を検出す
る操作量検出装置８,９と、油圧ポンプ２の吐出流量を
検出する吐出量検出装置１０,１１と、旋回用油圧モー
タ２の入出力ポートにそれぞれ接続する２本の管路４
Ａ,４Ｂを連通および遮断する弁装置１３と、操作装置
５の操作量が増加するにつれて開口面積を低減する特性
を有し、同一の操作量では、油圧ポンプ２の吐出流量が
多いほど開口面積が大きく設定された操作量−開口面積
特性２４Ａ〜２４Ｃにより操作量に応じて弁装置１３の
開口面積を制御する制御装置２０とを有することにより
上述した目的は達成される。 （２）請求項２の発明は、請求項１に記載の旋回制御装
置において、操作量−開口面積特性２４Ａ〜２４Ｃを、
油圧ポンプ３の吐出流量に拘わらず、操作装置５の同一
の操作量においてほぼ等しい起動トルクを発生させるよ
うに設定したものである。 （３）請求項３の発明は、請求項１または２に記載の旋
回制御装置において、制御弁１からタンクへ連通するブ
リードオフ回路の圧力を油圧モータ２の駆動圧力に対応
した圧力に設定する圧力補償弁１Ａをさらに備えたもの
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１〜図３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
の形態に係る旋回制御装置の構成を示す回路図、図２は
その旋回制御装置が用いられるクレーンの構成を示す側
面図である。図２に示すように、移動式クレーンは、走
行体６１と、走行体６１上に搭載された旋回可能な旋回
体６２と、旋回体６２に起伏可能に支持されたブーム６
３とからなり、ブーム６３の先端に設けられたシーブ６
４を介して巻上ロープ６７に接続されたフック６５によ
り吊り荷６６を吊り上げる。吊り荷６６は巻上ロープ６
７の巻き取りまたは繰り出しによって昇降する。

【０００９】この移動式クレーンの旋回用の油圧回路
は、図１に示すように、エンジン１０１によって駆動さ
れる可変容量型の油圧ポンプ３と、油圧ポンプ３から吐
出される圧油によって駆動する旋回用油圧モータ２と、
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
の流れる方向と流量を制御する方向制御弁１と、方向制
御弁１からブリードオフされた圧油の圧力を制御する圧
力補償弁１Ａと、旋回用油圧モータ２の入出力ポートに
接続された２本の主管路４Ａ,４Ｂと、オペレータが旋
回指令を入力する旋回用操作レバー５と、操作レバー５
により操作されるパイロット弁６Ａ,６Ｂと、パイロッ
ト弁６Ａ,６Ｂに圧油を供給するパイロット油圧源７
と、パイロット弁６Ａ,６Ｂからのパイロット圧を高圧
選択する高圧選択弁８と、高圧選択弁８により選択され
たパイロット圧により操作レバー５の操作量を検出する
圧力センサ９と、エンジン回転数を検出する回転数セン
サ１０と、ポンプ傾転量を検出する傾転量センサ１１
と、オペレータが中立フリー／中立ブレーキの各モード
を指令するモード指令スイッチ１２と、２本の主管路４
Ａ,４Ｂを連通または遮断する電磁比例流量制御弁１３
（以下、電磁比例弁）と、各センサ９〜１１およびスイ
ッチ１２からの入力信号に基づいて電磁比例弁１３に制
御信号を出力するコントローラ２０とを有する。

【００１０】モード指令スイッチ１２により選択される
中立フリーモードとは、操作レバー５を中立に戻したと
きにモータ２を旋回体６２の慣性により回転させるモー
ドであり、中立ブレーキモードとは、操作レバー５を中
立に戻したときにモータ２の回転を停止させるモードで
ある。中立フリーモードにおいては、後述するように少
なくとも中立時に電磁比例弁１３を位置イ側に切り換え
て管路４Ａ,４Ｂ間の連通を許容する。これにより、油
圧モータ２からの戻り油は電磁比例弁１３を通って油圧
モータ２へと循環する。その結果、油圧モータ２には旋
回抵抗以外のブレーキ力が作用せず、旋回体６２は慣性
力で回転する。一方、中立ブレーキモードにおいては、
常に電磁比例弁１３を位置ロに切り換えて管路４Ａ,４
Ｂ間の連通を阻止する。これにより、中立時に油圧モー
タ２からの圧油は電磁比例弁１３,方向制御弁１でブロ
ックされて油圧モータ２に油圧ブレーキが作用し、旋回
体６２の回転が速やかに停止する。

【００１１】図３は、コントローラ２０で実行される処
理の一例を説明する図である。なお、図示は省略する
が、コントローラ２０では、作業半径や負荷率に応じ
て、すなわち、吊り荷の揺れやすさにに応じてポンプレ
ギュレータに制御信号を出力するという処理が併せて行
われる。これにより、ポンプ流量が例えば大流量、中量
量、小流量の３段階に制御される。この場合、作業半径
が大きい場合、あるいは負荷率が大きい場合には、それ
ぞれポンプ流量が小流量に制御される。その結果、旋回
速度が低速に制限され、吊り荷の揺れが抑制される。ま
た、作業半径が小さい場合、あるいは負荷率が小さい場
合には、それぞれポンプ流量が大流量に制御される。こ
れにより、高速旋回が可能となり、作業効率が向上す
る。

【００１２】図３において、モード選択スイッチ１２に
より中立フリーモードが選択されると切換スイッチ２１
が閉じられる。これによりテーブル選択器２２に圧力セ
ンサ９で検出された操作レバー５の操作量信号が入力さ
れる。流量演算部２３では、傾転量センサ１０で検出さ
れたポンプ傾転量と回転数センサ１１で検出されたエン
ジン回転数とによりポンプ流量を演算する。テーブル設
定器２４には、操作量に対する開口面積の特性がテーブ
ル方式で予め複数記憶されており、テーブル選択器２２
は、流量演算部２３からのポンプ流量信号に応じたテー
ブルを選択する。すなわち、ポンプ流量が大流量のとき
にテーブル２４Ａを選択し、中流量のときにテーブル２
４Ｂを選択し、小流量のときにテーブル２４Ｃを選択す
る。テーブル設定器２４では、選択されたテーブル２４
Ａ〜２４Ｃの特性から操作量信号に応じた開口面積を演
算し、その開口面積に応じた制御信号を電磁比例弁１３
のソレノイドに出力する。これにより、電磁比例弁１３
の開口面積が操作レバー５の操作量とポンプ流量とに応
じた値に制御される。

【００１３】テーブル設定器２４に記憶された各テーブ
ル２４Ａ〜２４Ｃの特性について説明する。図３に示す
ように、各テーブル２４Ａ〜２４Ｃの特性はいずれも、
レバー操作量が中立付近（０〜１０％）では開口面積が
一定となっており、そこから所定量だけ操作量が増加す
ると（１０％〜２０％）、開口面積が急激に減少してい
る。そして、レバー操作量が２０％を越す範囲では、操
作量の増加に伴い開口面積がなだらかに減少し、操作量
が所定量（９０％）以上では、開口面積が０となってい
る。

【００１４】ここで、操作量２０％の点が起動ポイント
である。この起動ポイントでは、ポンプ流量に拘わらず
同一の起動トルクが発生するように、ポンプ流量が増加
するほど開口面積が大きく設定されている。すなわち、
起動ポイントでは、テーブル２４Ａで最大開口面積の５
０％の開口面積となり、テーブル２４Ｂで２５％の開口
面積となり、テーブル２４Ｃで１０％の開口面積となる
ように各特性が設定されている。これにより、ポンプ流
量に拘わらず同一の操作量で油圧モータ２を起動させる
ことができる。また、操作レバー５の中立付近において
も、ポンプ流量が増加するほど開口面積が大きく設定さ
れている。すなわち、中立付近では、テーブル２４Ａで
１００％の開口面積となり、テーブル２４Ｂで６０％の
開口面積となり、テーブル２４Ｃで３０％の開口面積と
なるように各特性が設定されている。これにより、操作
レバー５の戻し操作時にポンプ流量に拘わらず同一の旋
回抵抗を作用させることができる。

【００１５】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。 （１）中立ブレーキモード モード指令スイッチ１２により中立ブレーキモードが選
択されると、図３に示すように切換スイッチ２１が開放
されるとともに、電磁比例弁１３のソレノイドへの制御
信号の出力は停止され、図１に示すように電磁比例弁１
３は位置ロに切り換えられる。この状態で、操作レバー
５を中立位置から起動操作すると、その操作量に応じて
パイロット弁６Ａまたは６Ｂが駆動され、パイロット油
圧源７からの圧油はパイロット弁６Ａまたは６Ｂで調圧
されて方向制御弁１のパイロットポートに供給される。
方向制御弁１はパイロットポートに作用するパイロット
圧力に応じて位置Ａ側または位置Ｂ側に切り換えられて
その開度が調整される。油圧ポンプ３の吐出流量は前述
したように作業半径や負荷率に応じて制御され、この吐
出油は方向制御弁１、管路４Ａまたは４Ｂを介して油圧
モータ２へ供給される。これにより、油圧モータ２は正
転または逆転し、旋回体６２が駆動される。

【００１６】この場合、油圧モータ２の駆動圧は圧力補
償弁１Ａにも導かれ、ブリードオフされた圧油の圧力
は、このモータ駆動圧に対応した圧力に制御される。こ
れにより、方向制御弁１の前後の圧力差は開口面積を一
定とした場合に負荷圧力に拘わらず一定となり、旋回体
６２は負荷に拘わらず操作レバー５の操作量に応じた速
度で駆動される。

【００１７】操作レバー５を中立側へ戻し操作すると、
その操作量に応じてパイロット圧が減少し、方向制御弁
１は中立側へ切り換えられる。その結果、モータ２から
の吐出側管路４Ａまたは４Ｂ内の圧力は増加してブレー
キ圧が生じ、旋回体６２の回転は減速される。操作レバ
ー５を完全に中立位置に戻すと、管路４Ａ,４Ｂは油圧
ポンプ３およびタンクからブロックされ、旋回体の回転
は速やかに停止される。

【００１８】（２）中立フリーモード モード指令スイッチ１２により中立フリーモードが選択
されると、切換スイッチ２１が閉じられる。これによ
り、ポンプ流量に応じてテーブル２４Ａ〜２４Ｃのいず
れかが選択され、選択されたテーブルの特性にそって電
磁比例弁１３のソレノイドに制御信号が出力される。こ
れにより、電磁比例弁１３の開口面積が制御される。こ
の場合、例えばポンプ流量が大流量のときはテーブル２
４Ａが選択され、レバー中立時に電磁比例弁１３の開口
面積は最大（１００％）となる。その状態で操作レバー
５を起動操作すると、操作量が１０〜２０％の範囲で開
口面積が５０％まで急激に減少する。これにより、電磁
比例弁１３を介して油圧モータ２をバイパスする流量が
大きく制限され、油圧モータ２の上流側管路４Ａまたは
４Ｂの圧力が急激に上昇し、油圧モータ２が駆動を開始
する。以降、操作量の増加に伴い開口面積が減少し、油
圧モータ２をバイパスする流量が徐々に減少する。な
お、中立フリーモードにおいても圧力補償弁１Ａにより
方向制御弁１の前後差圧が圧力補償されており、管路４
Ａまたは４Ｂ内には操作レバー５の操作量に応じた圧油
が確実に供給される。これにより、負荷圧力に拘わらず
テーブル２４Ａ〜２４Ｃの特性に応じた所望の性能を得
ることができる。

【００１９】ポンプ流量が大流量のとき、操作レバー５
を中立位置に戻し操作すると、電磁比例弁１３が位置イ
側に切り換えられ、開口面積が最大（１００％）とな
る。これにより、電磁比例弁１３を介して管路４Ａ,４
Ｂ間を大量の圧油がバイパスするので、油圧モータ２の
吐出側管路４Ａまたは４Ｂの圧力の増加は小さく、油圧
モータ２には管路抵抗に応じた油圧ブレーキ力のみが作
用する。その結果、旋回体６２の急停止は阻止され、吊
り荷の揺れが抑制される。

【００２０】一方、ポンプ流量が小流量のときはテーブ
ル設定器２４からテーブル２４Ｃが選択され、レバー中
立時に電磁比例弁１３の開口面積は最大（３０％）とな
る。その状態で操作レバー５を起動操作すると、操作量
が１０〜２０％の範囲で開口面積が３０％から１０％ま
で急激に減少する。これにより、電磁比例弁１３を通過
する流量が大幅に制限され、油圧モータ２の上流側管路
４Ａまたは４Ｂの圧力が急激に上昇する。その結果、ポ
ンプ吐出量が小流量であってもポンプ流量が大流量の場
合とほぼ同一のレバー操作量で、油圧モータ２が回転を
開始する。

【００２１】ポンプ流量が小流量のとき、操作レバー５
を中立位置に戻し操作すると、電磁比例弁１３の開口面
積はテーブル２４Ｃの特性にそって３０％まで増加す
る。これにより、管路４Ａ,４Ｂ内の圧油は電磁比例弁
１３を介してバイパスし、油圧モータ２の吐出側管路４
Ａまたは４Ｂの圧力が上述した大流量の場合とほぼ同等
になる。その結果、油圧モータ２には管路抵抗に応じた
油圧ブレーキ力が作用し、旋回体は大流量のときと同様
に慣性力で回転する。なお、ポンプ流量が中流量のとき
はテーブル設定器２４からテーブル２４Ｂが選択され、
このテーブル特性に沿って同様に動作する。

【００２２】このように本実施の形態によると、油圧モ
ータ２の入出力ポートに接続された管路４Ａ,４Ｂ間に
電磁比例弁１３を設け、その開口面積をポンプ流量ごと
に設定されたレバー操作量に対する特性にそって制御す
るようにした。これにより、ポンプ流量が大きいほど油
圧モータ２をバイパスする流量が多くなり、ポンプ流量
に拘わらず同一の起動ポイントで旋回体６２を起動させ
ることができるとともに、操作レバー５を中立位置に戻
したときのブレーキ力をポンプ流量に拘わらず同一とす
ることができる。その結果、オペレータは違和感のない
良好な操作フィーリングを得ることができる。また、圧
力補償弁１Ａを併用するようにしたので、負荷圧に拘わ
らず流量が補償され、負荷圧に応じた流量補正を考慮す
る必要がなく制御が容易である。さらに、モード指令ス
イッチの操作により管路４Ａ,４Ｂ間を遮断または連通
可能としたので、中立フリーモードと中立ブレーキモー
ドを１つの回路で実現することができ、作業に応じて両
者を使い分けることで作業効率が向上する。

【００２３】なお、上記実施の形態における旋回制御装
置はクレーンに適用するようにしたが、油圧ショベルや
ラフタレンクレーンなどにも同様に適用することができ
る。また、上記実施の形態では圧力補償弁１Ａを用いた
が、圧力補償弁１Ａがないものはテーブル２４Ａ〜２４
Ｃの特性を負荷に応じて補正するようにすればよい。さ
らに、機種変更にも対応できるように、例えばラフター
用とクレーン用をダイヤルで選択し、その選択に応じて
テーブル２４Ａ〜２４Ｃの特性を変更するようにしても
よい。さらにまた、上記実施の形態ではポンプ流量を３
段階に制御するようにしたが、ポンプ流量をより細かく
制御し、そのポンプ流量に応じてテーブルを設定するよ
うにしてもよい。また、開口面積をテーブル２４Ａ〜２
４Ｃで設定するようにしたが、関数で設定し、その関数
に基づいてポンプ流量と操作量から開口面積を演算する
ようにしてもよい。テーブル２４Ａ〜２４Ｃの特性は一
例であり、これに限るものではなく、例えば操作量０〜
１０％の範囲で開口面積を変化させるようにしてもよ
い。

【００２４】以上の実施の形態と請求項との対応におい
て、高圧選択弁８と圧力センサ９が操作量検出装置を、
回転数センサ１０と傾転量センサ１１が吐出量検出装置
を、電磁比例弁１３が弁装置を、コントローラ２０が制
御装置をそれぞれ構成する。

【００２５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、油圧モータを接続する２本の管路を連通および遮
断する弁装置を設け、操作装置の同一の操作量におい
て、ポンプ吐出流量が多いほど開口面積が大きく設定さ
れた特性により操作量に応じて弁装置の開口面積を変更
制御するようにした。これにより、ポンプ吐出流量に拘
わらず、起動ポイントを同一にすることができるととも
に、操作レバーを中立位置に戻したときのブレーキ力を
同一にすることができる。その結果、オペレータは違和
感のない良好な操作フィーリングを得ることができる。
とくに請求項３の発明によれば、圧力補償弁を備えるよ
うにしたので、流量に応じて連通面積を設定する場合
に、負荷による流量補正を考慮する必要がなく、制御が
容易である。

【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油圧
回路図。

【図２】本発明が適用されるクレーンの全体構成図。

【図３】本発明の実施の形態に係わる旋回制御装置を構
成するコントローラでの処理を説明する図。

【符号の説明】

１ 方向制御弁 １Ａ 圧力補償弁 ２ 旋回用油圧モータ ３ 油圧ポンプ ４Ａ,４Ｂ 主管路 ５ 操作レバ
ー ８ 高圧選択弁 ９ 圧力センサ １０ 回転数センサ １１ 傾転量セ
ンサ １３ 電磁比例弁 ２０ コントロ
ーラ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可変容量型の油圧ポンプと、 該油圧ポンプから吐出される圧油により駆動する旋回用
   油圧モータと、 前記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制御弁と、 前記制御弁を切り換える操作装置とを備えた旋回制御装
   置において、 前記操作装置の操作量を検出する操作量検出装置と、 前記油圧ポンプの吐出流量を検出する吐出量検出装置
   と、 前記旋回用油圧モータの入出力ポートにそれぞれ接続す
   る２本の管路を連通および遮断する弁装置と、 前記操作装置の操作量が増加するにつれて開口面積を低
   減する特性を有し、同一の操作量では、前記油圧ポンプ
   の吐出流量が多いほど開口面積が大きく設定された操作
   量−開口面積特性により前記操作量に応じて前記弁装置
   の開口面積を制御する制御装置とを有することを特徴と
   する旋回制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の旋回制御装置におい
   て、 前記操作量−開口面積特性は、前記油圧ポンプの吐出流
   量に拘わらず、前記操作装置の同一の操作量においてほ
   ぼ等しい起動トルクを発生させるように設定されること
   を特徴とする旋回制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の旋回制御装置
   において、 前記制御弁からタンクへ連通するブリードオフ回路の圧
   力を前記油圧モータの駆動圧力に対応した圧力に設定す
   る圧力補償弁をさらに備えることを特徴とする旋回制御
   装置。