JP2003040583A - 巻上ウインチの制動装置、バンド式ブレーキのブレーキ力検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フリーフォール作業時におけるブレーキペダ
ルの操作フィーリングを向上させる。 【解決手段】 ブレーキペダル８の操作量に応じてブレ
ーキバンド２を収縮させ、ブレーキドラム１にブレーキ
力Ｆを作用させるようにした制動装置において、ペダル
操作量を検出する操作量検出器からの検出値に基づいて
ブレーキバンド２のライブ側張力Ｔ2を算出するととも
に、荷重検出器３によりデッド側張力Ｔ1を検出し、こ
の張力Ｔ1,Ｔ2によりドラム１に作用する実ブレーキ力
Ｆを演算する。そして、このブレーキ力Ｆに応じて電磁
比例減圧弁１２の減圧度を制御し、ブレーキペダル８に
反力を及ぼす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フリーフォール作
業等においてウインチドラムの回転を停止する巻上ウイ
ンチの制動装置、およびバンド式ブレーキのブレーキ力
検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の制動装置は、例えば特開２００
０−１６７７３号公報に開示されている。この公報記載
の装置では、ブレーキペダルの操作力を電気信号に変換
し、この電気信号に応じてブレーキ圧供給用の電磁比例
減圧弁の減圧度を制御し、ブレーキ力を制御するように
している（いわゆる動油圧式ブレーキ）。これにより、
ペダル踏力とブレーキ力との関係を任意に設定すること
ができ、操作性が向上する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報記載の装置では、ペダル踏力で直接ブレーキ力を調整
するものでなく、ペダル踏力を電気信号に変換し、この
電気信号に基づいてブレーキ力を制御しているので、加
工精度やドラムの摩耗等が影響し、所定のペダル踏力に
対して設定したとおりのブレーキ力を得られないおそれ
がある。その結果、ブレーキペダルからの反力によりオ
ペレータが感じるブレーキ力と実際のブレーキ力とが異
なったものとなり、違和感が生じる。

【０００４】上述した問題は、とくにバンド式ブレーキ
を用いた場合に顕著である。すなわち、一般にバンド式
ブレーキでは、ブレーキバンドのデッド側を固定し、ラ
イブ側をペダル操作により駆動するが、ブレーキドラム
に作用するブレーキ力はライブ側の張力だけでなく、ブ
レーキバンドとブレーキドラムとの接触角などにも影響
を受ける。そのため、ライブ側に作用するペダル踏力に
応じてブレーキ力を制御すると、ブレーキペダルを介し
てオペレータが感じるブレーキ力と実際のブレーキ力と
の間にずれが生じやすい。その結果、オペレータはペダ
ル踏力からブレーキ力を推定することが困難となり、ブ
レーキペダルの操作フィーリングが悪化する。

【０００５】本発明の目的は、ブレーキペダルの操作フ
ィーリングを向上させさ得る巻上ウインチの制動装置、
およびバンド式ブレーキのブレーキ力を検出するブレー
キ力検出方法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、操作量に応じた制動指令を出
力する操作部材８と、操作部材８からの制動指令に応じ
てウインチドラム１００を制動する制動手段１,２,４〜
６,１３,２１とを備えた巻上ウインチの制動装置に適用
される。そして、ウインチドラム１００に作用する実ブ
レーキ力Ｆを求めるブレーキ力演算手段３,１３,２２
と、ブレーキ力演算手段３,１３,２２により求められた
実ブレーキ力Ｆに応じた反力を操作部材８に及ぼす反力
発生手段１０,１２,２２とを備えることにより上述した
目的を達成する。 （２）請求項２の発明は、請求項１に記載の巻上ウイン
チの制動装置において、制動手段が、ウインチドラム１
００と一体に回転するブレーキドラム１と、このブレー
キドラム１の外周部に配設されて一端が固定され、他端
が操作部材８の操作量に応じて駆動されるブレーキバン
ド２とを有し、ブレーキ力演算手段が、ブレーキバンド
２の固定端側の張力Ｔ1を検出する張力検出装置３を有
し、この検出値Ｔ1に基づいて実ブレーキ力Ｆを演算す
るものである。 （３）請求項３の発明は、請求項１または２に記載の巻
上ウインチの制動装置において、反力発生手段１０,１
２,２２が、実ブレーキ力Ｆに対して比例的に反力を増
加させるようにしたものである。 （４）請求項４の発明によるバンド式ブレーキの検出方
法は、操作量に応じた制動指令を出力する操作部材８
と、ウインチドラム１００と一体に回転するブレーキド
ラム１と、ブレーキドラム１の外周部に配設されて一端
が固定され、他端が操作部材８の操作量に応じて駆動さ
れるブレーキバンド２とを備えたバンド式ブレーキのブ
レーキ力検出方法であって、ブレーキバンド２の固定端
側の張力Ｔ1を検出し、この検出値Ｔ1に基づいてブレー
キ力Ｆを演算することにより上述した目的を達成する。

【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】図１〜図６を参照して本発明によ
る巻上ウインチの制動装置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巻上ウインチの
制動装置の構成を示す図であり、図６はこの制動装置を
有するクレーンの側面図である。図６に示すように、移
動式クレーンは、走行体１０１と、走行体１０１上に搭
載された旋回可能な旋回体１０２と、旋回体１０２に起
伏可能に支持されたブーム１０３とからなり、旋回体１
０２に搭載されたウインチドラム１００の駆動によりワ
イヤロープ１０４が巻上げまたは巻下られ、ワイヤロー
プ１０４に接続されたフック１０５により吊り荷１０６
が吊り上げられる。ウインチドラム１００の軸方向端部
には、ドラム１００と一体に回転するブレーキドラム１
が固定されている。

【０００９】図１に示すように、ブレーキドラム１の外
周部には、拡縮可能なブレーキバンド２が設けられてい
る。なお、ブレーキバンド２は、例えば図示ｓ部におい
て周方向に２分割され、両者はボルトなどにより締結さ
れている。ブレーキバンド２のデッド側端部２ａはロー
ドセルなどの荷重検出器３を介して固定され、荷重検出
器３によりブレーキバンド２のデッド側張力Ｔ1が検出
される。ライブ側端部２ｂはリンク４を介してブレーキ
シリンダ５のシリンダロッドに連結され、シリンダ５の
伸縮に応じて回動軸４ａを支点にリンク４が回動され
て、ブレーキバンド２が拡縮される。ブレーキシリンダ
５のボトム室は電磁比例減圧弁６を介して油圧ポンプ７
に接続され、電磁比例減圧弁６の減圧度に応じてシリン
ダ５がストロークされる。

【００１０】ブレーキペダル８はリンク９を介して反力
シリンダ１０のシリンダロッドに連結され、リンク９に
はばね１１が接続されている。これによりペダル操作量
に応じてシリンダ１０がストロークし、ブレーキペダル
８はシリンダ１０からの反力を受けるとともに、ペダル
操作量に応じてばね１１が伸縮し、ばね１１からの反力
を受ける。反力シリンダ１０のボトム室は電磁比例減圧
弁１２を介して油圧ポンプ７に接続され、電磁比例減圧
弁１２の減圧度に応じてシリンダ１０がストロークされ
る。ブレーキペダル８の回動軸には、ペダル操作量を検
出する操作量検出器１３が設けられている。

【００１１】操作量検出器１３からの信号はシリンダ圧
力演算部２１に入力される。シリンダ圧力演算部２１に
は、例えば図２に示すようなペダル操作量と電磁比例減
圧弁６通過後の２次圧Ｐ6との関係が予め設定されてお
り、この特性に従ってペダル操作量に応じた制御信号が
電磁比例減圧弁６に出力される。なお、図２に示すよう
に、電磁比例減圧弁６の弁特性は、ペダル操作量の増加
に伴い２次圧Ｐ6が増加するように設定されている。こ
れによりペダル操作量の増加に伴いブレーキシリンダ５
が伸長し、ブレーキバンド２が収縮してブレーキドラム
１にブレーキ力Ｆが作用する。この場合、ブレーキバン
ド２のライブ側張力Ｔ2はペダル操作量に応じた値にな
る。すなわち、ペダル操作量とライブ側張力Ｔ2の間に
は所定の相関関係があり、ライブ側張力Ｔ2はペダル操
作量から一義的に求めることができる。

【００１２】ここで、ブレーキドラム１に作用するブレ
ーキ力Ｆの算出方法について説明する。図１に示すよう
に、ブレーキバンド２のデッド側張力をＴ1、ライブ側
張力をＴ2、ブレーキドラム１とブレーキバンド２の有
効接触角をθ、ブレーキバンド２の摩擦係数をμとする
と、矢印ａ方向に回転中のブレーキドラム１に作用する
ブレーキ力Ｆは、一般に、Ｆ＝Ｔ1−Ｔ2となり、デッド
側張力Ｔ1とライブ側張力Ｔ2の間には、Ｔ1＝Ｔ2・ｅμ
θという関係が成立する。したがって、デッド側張力Ｔ
1、ライブ側張力Ｔ2、有効接触角μのいずれか２つが求
まれば、ブレーキ力Ｆを算出することができる。本実施
の形態では、以下のようにデッド側張力Ｔ1とライブ側
張力Ｔ2からブレーキ力Ｆを算出し、このブレーキ力Ｆ
に応じてブレーキペダル８に反力を付与する。

【００１３】ペダル反力演算部２２には、シリンダ圧力
演算部２１を介して操作量検出器１３からの信号が入力
されるとともに、荷重検出器３からの信号が入力され
る。図３は、ペダル反力演算部２２での処理の一例を示
すフローチャートである。まずステップＳ１で、操作量
検出器１３からの信号と荷重検出器３からの信号を読み
込む。次いで、ステップＳ２で操作量検出器１３からの
信号に基づいてライブ側張力Ｔ2を演算する。前述した
ようにペダル操作量とライブ側張力Ｔ2の間には電磁比
例減圧弁６の弁特性等によって定まる所定の相関関係が
あり、この関係を予め把握しておくことでライブ側張力
Ｔ2を演算する。次のステップＳ３では、荷重検出器３
により検出されたデッド側張力Ｔ1からライブ側張力Ｔ2
を減算し、ブレーキ力Ｆを演算する。次いで、ステップ
Ｓ４でこのブレーキ力Ｆに所定の係数αを乗じた値（Ｆ
×α）が電磁比例減圧弁１０通過後の２次圧Ｐ12となる
ように、電磁比例減圧弁１２に制御信号を出力する。こ
れにより、ブレーキペダル８には、ブレーキ力に応じた
反力シリンダ１０からの反力が作用し、ペダル踏力Ｂと
ブレーキ力Ｆとの関係は図４に示すように比例関係にな
る。

【００１４】次に、本実施の形態の動作についてより具
体的に説明する。吊り荷（バケット）１０６を空中で保
持している状態では、ブレーキペダル８の踏み込み操作
によりブレーキバンド２が収縮し、ブレーキドラム１は
ブレーキバンド２に締め付けられ、ウインチドラム１の
回転は停止している。その状態で、例えば不図示のフリ
ーフォールスイッチなどの操作によりウインチドラム１
のクラッチをオフ（切断）してウインチドラム１の自由
回転を許容し、ブレーキペダル８を解放（非操作）する
と、図２の特性より電磁比例減圧弁６通過後の２次圧Ｐ
6が最小となり、ばね５ａの付勢力によってブレーキシ
リンダ５が縮退する。これにより、ブレーキドラム１が
ブレーキバンド２から解放され、吊り荷１０６がフリー
フォールを開始する。

【００１５】フリーフォール時にブレーキペダル８を操
作すると、その操作量に応じて２次圧Ｐ6が増加し、ブ
レーキシリンダ５が伸長する。これにより、ブレーキバ
ンド２のライブ側端部２ｂが引っ張られ、ブレーキバン
ド２が収縮されてブレーキドラム１にブレーキ力Ｆが作
用する。このとき、いわゆるつれ込み現象によりドラム
１の回転方向に大きな摩擦力が働くため、図５に示すよ
うにペダル操作量の増加に伴いブレーキ力Ｆの増加の割
合は大きくなる。したがって、ペダル操作量の大きい領
域では大きなブレーキ力Ｆを得ることができ、フリーフ
ォール中のドラム１の回転を確実に停止することができ
る。

【００１６】ブレーキ操作を行うと、その操作量に応じ
て反力シリンダ１０が押動され、シリンダ１０内の圧油
は電磁比例減圧弁１２を介してタンクに戻される。これ
により、ブレーキペダル８には電磁比例減圧弁１２の減
圧度に応じた油圧力が作用するとともに、ばね１１から
の戻り力が作用する。このとき、反力シリンダ１０に作
用する２次圧Ｐ12はブレーキ力Ｆに応じて変化し（ステ
ップＳ４）、図４の特性に示すようにブレーキ力Ｆの増
加に伴いペダル踏力Ｂが比例的に増加する。これによ
り、ペダル操作量に対するペダル踏力Ｂの関係は図５に
示すようになり、ペダル踏力Ｂの特性とブレーキ力Ｆの
特性が互いに等しい傾向、すなわち相似形となる。その
結果、オペレータは、ブレーキペダル８から受ける反力
の大きさによって実際のブレーキ力Ｆを体感することが
でき、意図した通りのブレーキ力Ｆを作用させることが
できる。

【００１７】なお、図５のペダル踏力Ｂの特性の勾配
は、ステップＳ４の係数αを適宜設定することで任意に
変更することができる。これにより、特性の勾配を小さ
く設定すれば、軽踏力で大きなブレーキ力Ｆを得ること
ができ、オペレータの疲労が軽減される。また、特性の
勾配を大きく設定すれば、ペダル８が重くなり、ペダル
８の踏み込み過ぎによるドラム１の急停止が防止され
る。

【００１８】このように本実施の形態では、荷重検出器
３と操作量検出器１３からの検出信号に基づいてブレー
キバンド２によるブレーキ力Ｆを演算し、このブレーキ
力Ｆに応じて反力シリンダ１２に油圧力を作用させるよ
うにした。これにより、ブレーキペダル８にはブレーキ
力Ｆに応じた反力が作用し、オペレータはこの反力によ
り実際のブレーキ力Ｆを体感することができ、操作フィ
ーリングが向上する。また、ペダル踏力Ｂとブレーキ力
Ｆの関係を比例関係としたので、ブレーキ力Ｆの調整が
容易である。さらに、荷重検出器３によりブレーキバン
ド２のデッド側張力Ｔ1を検出し、この検出値Ｔ1に基づ
いてブレーキ力Ｆを演算するようにしたので、荷重検出
器３の取り付けが容易であり、有効接触角θなどを検出
する場合に比べて、ブレーキ力Ｆを容易かつ正確に算出
することができる。

【００１９】なお、以上では、図５に示すように、ブレ
ーキペダル８の操作開始と同時にブレーキ力Ｆが作用す
るように設定したが、ブレーキペダル８が所定量以上操
作されたときにブレーキ力Ｆが作用するように設定し、
このブレーキ力Ｆに対応してペダル踏力Ｂを増加させる
ようにしてもよい。これにより、ブレーキの効き始めを
容易に把握することができる。また、バンド式ブレーキ
の代わりにディスクブレーキを用い、ディスクブレーキ
のブレーキ力に応じてブレーキペダル８に反力を与える
ようにしてもよい。さらに、荷重検出器３によりデッド
側張力Ｔ1を直接検出するようにしたが、他の検出器に
より間接的に検出するようにしてもよい。さらにまた、
操作量検出器１３からの信号に基づいてライブ側張力Ｔ
2を間接的に検出するようにしたが、リンク４とブレー
キバンド２の連結部にピン型ロードセルを設け、ライブ
側張力Ｔ2を直接検出するようにしてもよい。

【００２０】また、ブレーキペダル８ではなく手動式の
レバーによりブレーキ指令を出力し、レバーに反力を作
用させるようにしてもよい。さらに、上記実施の形態
は、フリーフォール時に適用したが、フリーフォール時
以外に用いてもよい。さらにまた、反力シリンダ１０の
ボトム室またはロッド室にばね１１に相当するような油
圧力を作用させ、ばね１１を省略してもよい。

【００２１】以上の実施の形態と請求項との対応におい
て、ブレーキペダル８が操作部材を、ブレーキドラム１
とブレーキバンド２とリンク４とブレーキシリンダ５と
電磁比例減圧弁６と操作量検出器１３とシリンダ圧力演
算部２１が制動手段を、荷重検出器３と操作量検出器１
３とペダル反力演算部がブレーキ力演算手段を、反力シ
リンダ１０と電磁比例減圧弁１２とペダル反力演算部２
２が反力発生手段を、それぞれ構成する。

【００２２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、ウインチドラムに作用する実ブレーキ力を演算し、
このブレーキ力に応じた反力を制動指令用の操作部材に
及ぼすようにしたので、オペレータは操作部材を介して
ブレーキ力を体感することができ、操作部材の操作フィ
ーリングが向上する。とくに請求項２の発明によれば、
ブレーキバンドの固定端側の張力に基づいてブレーキ力
を算出するようにしたので、ブレーキバンドとブレーキ
ドラムの有効接触角などを検出する必要がなく、ブレー
キ力を容易に算出することができる。また、請求項３の
発明によれば、実ブレーキ力に対して反力を比例的に増
加させるようにしたので、オペレータはブレーキ力を良
好に体感することができ、ブレーキ力の調整が容易であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係わる巻上ウインチの制動装置
の構成を示す図。

【図２】本実施の形態に係わる制動装置のペダル操作量
と電磁比例減圧弁通過後の２次圧との関係を示す図。

【図３】ペダル反力演算部での処理の一例を示すフロー
チャート。

【図４】本実施の形態に係わる制動装置のペダル踏力と
ブレーキ力との関係を示す図。

【図５】本実施の形態に係わる制動装置のペダル操作量
に対するペダル踏力とブレーキ力との対応関係を示す
図。

【図６】本発明が適用されるクレーンの側面図。

【符号の説明】

１ ブレーキドラム ２ ブレーキバ
ンド ３ 荷重検出器 ４ リンク ５ ブレーキシリンダ ６ 電磁比例減
圧弁 ８ ブレーキペダル １０ 反力シリン
ダ １１ ばね １２ 電磁比例
減圧弁 １３ 操作量検出器 ２１ シリンダ
圧力演算部 ２２ ペダル反力演算部 １００ ウインチ
ドラム

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操作量に応じた制動指令を出力する操作
   部材と、 前記操作部材からの制動指令に応じてウインチドラムを
   制動する制動手段とを備えた巻上ウインチの制動装置に
   おいて、 前記ウインチドラムに作用する実ブレーキ力を求めるブ
   レーキ力演算手段と、 前記ブレーキ力演算手段により求められた実ブレーキ力
   に応じた反力を前記操作部材に及ぼす反力発生手段とを
   備えることを特徴とする巻上ウインチの制動装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の巻上ウインチの制動装
   置において、 前記制動手段は、前記ウインチドラムと一体に回転する
   ブレーキドラムと、このブレーキドラムの外周部に配設
   されて一端が固定され、他端が前記操作部材の操作量に
   応じて駆動されるブレーキバンドとを有し、 前記ブレーキ力演算手段は、前記ブレーキバンドの固定
   端側の張力を検出する張力検出装置を有し、この検出値
   に基づいて実ブレーキ力を演算することを特徴とする巻
   上ウインチの制動装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の巻上ウインチ
   の制動装置において、 前記反力発生手段は、前記実ブレーキ力に対して比例的
   に反力を増加させるようにしたことを特徴とする巻上ウ
   インチの制動装置。
4. 【請求項４】 操作量に応じた制動指令を出力する操作
   部材と、 ウインチドラムと一体に回転するブレーキドラムと、 前記ブレーキドラムの外周部に配設されて一端が固定さ
   れ、他端が前記操作部材の操作量に応じて駆動されるブ
   レーキバンドとを備えたバンド式ブレーキのブレーキ力
   検出方法であって、 前記ブレーキバンドの固定端側の張力を検出し、この検
   出値に基づいてブレーキ力を演算することを特徴とする
   バンド式ブレーキのブレーキ力検出方法。