JP2005189211A - Angle detector for working machinery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、クレーンや油圧ショベル等の各種の作業機械に備えられる回動可能な作業装置の回動角度を検出する作業機械の角度検出装置に関する。 The present invention relates to an angle detection device for a work machine that detects a rotation angle of a rotatable work device provided in various work machines such as a crane and a hydraulic excavator.
作業機械、例えばクレーンには、吊荷荷重による転倒防止のための過負荷防止装置が設けられている。この過負荷防止装置は、作業装置としてのブームに吊下される吊荷の荷重が、ブームの角度(作業半径)毎に予め設定される限界荷重(転倒を防止するための許容吊荷重)を越えないように監視する安全装置であり、限界荷重を超えようとするときは警報を発したり、作業半径がそれ以上大きくならないようにブームの動作を制限したりする。そして、この過負荷防止装置のためのブームの回動角度を検出するために、ブームの回動部付近には、角度検出器が設けられている。この角度検出器は、外殻を形成する筐体内に設けたポテンショメータあるいはエンコーダから成る回転センサと、この回転センサの軸に装着される振子とを備えている。そして、ブームの回動に伴って筐体が回動したとき、振子が重力方向すなわち鉛直方向を維持するように回動し、これに伴って回転センサの軸が回転し、ブームの水平面に対する角度である対地角が検出される。 Work machines, such as cranes, are provided with an overload prevention device for preventing overturning due to a suspended load. In this overload prevention device, the load of a suspended load suspended from a boom as a working device is set to a limit load (allowable suspended load for preventing a fall) set in advance for each boom angle (working radius). It is a safety device that monitors to ensure that it does not exceed the limit. When the limit load is exceeded, an alarm is issued, and the operation of the boom is limited so that the working radius does not increase any further. And in order to detect the rotation angle of the boom for this overload prevention device, an angle detector is provided near the rotation part of the boom. This angle detector includes a rotation sensor composed of a potentiometer or an encoder provided in a casing forming an outer shell, and a pendulum attached to the shaft of the rotation sensor. Then, when the housing is rotated with the rotation of the boom, the pendulum is rotated so as to maintain the gravity direction, that is, the vertical direction, and the rotation sensor shaft rotates accordingly, and the angle of the boom with respect to the horizontal plane The ground angle is detected.
この角度検出器のポテンショメータあるいはエンコーダから成る回転センサは、他の磁気抵抗素子を有する非接触タイプの回転センサに比べると、温度の変化に伴う出力電圧の変動、すなわち温度特性を考慮しなくて済むとともに、回転角度に対する出力電圧の偏差の程度、すなわち直線性に優れている。したがって、温度変化の大きい環境で作業をおこなったり、ブームやアームの角度を高精度に検出することが要望されているクレーンや油圧ショベル等の作業機械に設けるのに好適である。 The rotation sensor composed of the potentiometer or encoder of the angle detector does not need to take into consideration the fluctuation of the output voltage accompanying the change in temperature, that is, the temperature characteristic, as compared with the non-contact type rotation sensor having other magnetoresistive elements. In addition, the degree of deviation of the output voltage with respect to the rotation angle, that is, linearity is excellent. Therefore, it is suitable for installation in a working machine such as a crane or a hydraulic excavator that is required to work in an environment with a large temperature change or to detect the angle of the boom or arm with high accuracy.
しかしながら、ポテンショメータあるいはエンコーダから成る回転センサは、その構造に起因する静摩擦を生じ、この静摩擦によるヒステリシスによって検出角度に誤差を招いていた。この誤差を小さくする技術として、本出願人は先に、振動モータを内蔵させ、ポテンショメータの回転トルクを軽減してヒステリシスを小さくした角度検出装置を出願した。(特許文献1参照。)
上記公報記載の技術は、ポテンショメータが収容された筐体内に振動モータを設け、角度検出時に振動モータを作動させて、ポテンショメータの各摺動接触部を動摩擦とすることにより、ヒステリシス及び回転トルクを静摩擦時の、すなわち従来の数分の1にするものである。これにより精度向上を図りつつ、安価な角度検出器を提供している。 In the technology described in the above publication, a vibration motor is provided in a housing in which a potentiometer is housed, and the vibration motor is operated at the time of detecting an angle. It is a fraction of the time, that is, a conventional fraction. Thus, an inexpensive angle detector is provided while improving accuracy.
しかしながら、上記公報の技術には以下のような改善の余地があった。
すなわち、上記振動モータとしては、携帯電話の着信通知等で使用されている振動モータを利用することが価格や寸法の面からみて有利であるが、この携帯電話等で用いられている小型の振動モータは、その用途に特殊性(非連続使用)があるため、そもそも連続使用に絶え得る構造になっておらず、連続的に駆動した場合に寿命の点で不十分であった。
However, the technique of the above publication has room for improvement as follows.
In other words, as the vibration motor, it is advantageous from the viewpoint of price and size to use a vibration motor that is used for notification of incoming calls of a mobile phone, but the small vibration used in this mobile phone or the like. Since the motor has special characteristics (non-continuous use), it has not been constructed so that it can be used for continuous use in the first place, and it has been insufficient in terms of life when continuously driven.
本発明の目的は、連続駆動での寿命に制限のある振動モータを使った角度検出器であっても、モータの寿命を延長できる角度検出装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an angle detection device that can extend the life of a motor even if it is an angle detector using a vibration motor having a limited life in continuous driving.
上述した目的を達成するために、本発明の作業機械の角度検出装置は、回動可能な作業装置と、前記作業装置を操作する操作手段と、前記作業装置の操作状態を検出する操作状態検出手段と、前記作業装置の回動角度を検出する角度検出手段とを備えた作業機械に適用され、請求項1に記載の発明では、前記角度検出手段は、回転センサと振動発生手段とを備え、前記操作状態検出手段により検出される前記作業装置の操作状態に基づき、前記振動発生手段の駆動を制御する駆動制御手段とを備えた構成にしたものである。 In order to achieve the above-described object, an angle detection device for a work machine according to the present invention includes a rotatable work device, operation means for operating the work device, and operation state detection for detecting an operation state of the work device. And an angle detection unit that detects a rotation angle of the working device. In the invention according to claim 1, the angle detection unit includes a rotation sensor and a vibration generation unit. And a drive control means for controlling the drive of the vibration generating means based on the operation state of the working device detected by the operation state detection means.
また、請求項2に記載の発明は、前記駆動制御手段は、前記操作状態検出手段により、前記アクチュエータの操作の開始を検出すると所定時間のパルス信号を出力し、その後、操作の継続中は間歇パルス信号を出力し、操作が終了すると所定時間経過後にパルス信号を停止するものである。 According to a second aspect of the present invention, the drive control means outputs a pulse signal for a predetermined time when the operation state detection means detects the start of the operation of the actuator, and then intermittently continues during the operation. A pulse signal is output, and when the operation is completed, the pulse signal is stopped after a predetermined time has elapsed.
また、請求項3に記載の発明は、前記角度検出手段は、回転センサに振子が設けられて対地角度を検出する構成を有し、前記振動発生手段は、前記振子に設けられるものである。 According to a third aspect of the present invention, the angle detecting means is configured to detect a ground angle by providing a pendulum in a rotation sensor, and the vibration generating means is provided in the pendulum.
これにより、角度検出器が設置されたアクチュエータの角度が変化しているときのみ振動モータが駆動され、かつ振動モータが振子に内蔵されているので、定常的には間歇パルスにより必要最小限の駆動でヒステリシスを除去することが可能となり、振動モータの寿命時間を延長し、これにより角度検出器に振動モータを使用した場合の作業機の角度検出装置としての寿命時間を延長することが可能となる。 As a result, the vibration motor is driven only when the angle of the actuator in which the angle detector is installed is changing, and the vibration motor is built in the pendulum. It is possible to eliminate hysteresis and extend the life time of the vibration motor, thereby extending the life time of the working machine angle detection device when the vibration motor is used for the angle detector. .
また、アクチュエータが非操作状態になっても所定時間モータを駆動するので、ヒステリシスが残留することが無い。 Further, since the motor is driven for a predetermined time even when the actuator is not operated, hysteresis does not remain.
請求項1の発明によれば、角度検出器が設置された作業機のアクチュエータを操作している期間、すなわち角度検出器のヒステリシス除去が必要な場合のみ振動モータを駆動するので、振動モータの寿命を延長することができる。 According to the first aspect of the present invention, the vibration motor is driven only during the period when the actuator of the work machine on which the angle detector is installed is operated, that is, when the hysteresis of the angle detector needs to be removed. Can be extended.
また、請求項2の発明によれば、振動モータの駆動を間歇パルスで行うことにより、ヒステリシス除去のために必要最小限の回転速度とすることが可能となり、さらに振動モータの寿命を延長することができる。
According to the invention of
さらに請求項3の発明によれば、振動モータを振子に内蔵させたので、小さな加振力でヒステリシス除去のための必要最小限の回転速度を達成することが可能となり、振動モータの寿命をより延長することができる。 Further, according to the invention of claim 3, since the vibration motor is built in the pendulum, it becomes possible to achieve the minimum rotation speed necessary for removing hysteresis with a small excitation force, and the life of the vibration motor is further improved. Can be extended.
以下本発明の対地角検出装置の実施形態を図に基づいて説明する。
図1は、本発明の作業機械の角度検出装置が設けられる作業機械の一例であるタワークレーンを示す側面図である。
Embodiments of the ground angle detection device of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side view showing a tower crane, which is an example of a work machine provided with an angle detection device for a work machine according to the present invention.
図1に示すタワークレーンは、走行体、運転室を含む本体1と、この本体1に回動可能に設けられるタワーブーム2(作業装置)と、このタワーブーム2の上端に回動可能に設けられるタワージブ3(作業装置)と、このタワージブ3の先端に吊り下げられる巻上ロープ5と、この巻上ロープ5の下端に設けられ荷の吊り上げ下げに用いられるフック4と、本体1上に設けられ、タワーブーム2、タワージブ3の俯仰回動を行なうタワー起伏ロープ6、ジブ起伏ロープ7の巻き取り、繰り出しを行なうタワー起伏ウインチ8,ジブ起伏ウインチ9を備えている。また、タワーブーム2の下端付近には、水平面に対する対地角を検出する対地角検出器、すなわちタワーブーム角度検出器10設けられ、タワージブ3の下端付近には、同じく対地角検出器であるタワージブ角度検出器11が設けられている。タワーブーム2の起伏ロープ(不図示)の端部にはフック4で吊り上げ下げされる荷の重量を検出する荷重検出器12が設けられている。なお、このタワーブーム角度検出器10、タワージブ角度検出器11は、後述する図2のような構造を有する。
The tower crane shown in FIG. 1 is provided with a main body 1 including a traveling body and a driver's cab, a tower boom 2 (working device) that is rotatably provided on the main body 1, and a pivot at the upper end of the
また、運転室には、タワー起伏ウインチ8、ジブ起伏ウインチ9を操作する操作レバー(不図示)が設けられ、このタワー起伏ウインチ8、ジブ起伏ウインチ9の操作状態を検出する操作状態検出手段35、36が設けられる。この操作状態検出手段35、36は、前述の操作レバーの操作により切り換わるスイッチ(リミットスイッチ等)、操作レバーから各起伏ウインチ8,9への操作指令(例えば、油圧パイロット信号)を検出するセンサ、起伏ウインチ8,9の動作(回転)を直接検出するセンサなどが用いられる。
Further, an operation lever (not shown) for operating the
さらに本体1内にはタワーブーム角度検出器10、タワージブ角度検出器11、及び荷重検出器12から出力される信号に基づいて、このタワークレーンの転倒を防止する演算処理を実行する過負荷防止装置を構成する制御装置13が備えられている。
Further, in the main body 1, an overload prevention device that executes arithmetic processing for preventing the tower crane from falling based on signals output from the tower
この図1に示すタワークレーンの制御装置13は、タワーブーム2の回動に伴ってタワーブーム角度検出器10から出力される角度信号と、タワージブ3の回動に伴ってタワージブ角度検出器11から出力される角度信号とに基づいてこのタワークレーンの作業半径を演算し、その作業半径で許容される限界荷重、すなわち転倒防止の限界値である限界荷重を演算する。そして、荷重検出器12から出力される荷重信号により現実にフック4にかかっている荷重を求め、この実際の荷重と前述の限界荷重とを比較する。この比較の結果、例えば実際の荷重が限界荷重を超えようとするときは、警報器を作動させる警報信号を出力したり、作業半径がそれ以上大きくならないように自動的に制御する処理を実施する。
The tower
図2は、上述した本発明の対地角検出器であるタワーブーム角度検出器10、タワージブ角度検出器11を示す図で、(a)は前側部分を取り除いた状態を示す正面図、(b)は側断面図である。このタワーブーム角度検出器10、タワージブ角度検出器11は同様の構造を有するため、タワーブーム角度検出器10について説明する。この角度検出器10は、外殻を形成する筐体21と、この筐体21内に設けた回転センサ、例えばポテンショメータ22と、このポテンショメータ22の軸23に装着される振子24とを備えるとともに、ポテンショメータ22に与える振動を発生させる振動発生手段、例えば振動モータ25を振子24に備えている。この振動モータ25は、例えば振子24に凹部を形成しこの凹部に収容するか、振子24に予め内蔵して設けることが出来る。
FIG. 2 is a view showing the tower
このタワーブーム角度検出器10は、前述した図1に示すタワーブーム2の回動に伴って一体的に筐体21が回動したとき、振子24が重力方向すなわち鉛直方向を維持するように回動し、これに伴ってポテンショメータ22の軸23が回転し、タワーブーム2の水平面に対する角度である対地角を検出する。
The tower
また、図3は、角度検出器を含む振動モータ25の駆動を制御する駆動制御装置を含む角度検出装置の構成を示すブロック図、図4は図3に示す駆動制御装置に含まれるマイクロコントローラ等で実施される処理手順を示す出力タイムチャートである。
3 is a block diagram showing a configuration of an angle detection device including a drive control device that controls driving of the
図3に示すように角度検出装置は、ポテンショメータ22の電源31と、ポテンショメータ22から出力された角度信号、すなわちアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器32と、振動モータ25を駆動するパルス信号を出力する振動モータ駆動手段33と、A/D変換器32から入力される信号に応じて、所定の演算をおこなうとともに、適宜、振動モータ駆動手段33を作動させる制御信号、あるいは振動モータ駆動手段33を停止させる制御信号を出力するマイクロコントローラ34とを含む制御装置30と、マイクロコントローラ34に接続される操作状態検出手段35(36)とからなり、操作状態検出手段35(36)が角度検出器10(11)が設置されたタワーブーム2(タワージブ3)を起伏動作させるタワー起伏ウインチ8、(ジブ起伏ウインチ9))が操作されたことを検出すると、マイクロコントローラ34は、振動モータ駆動手段33を作動させる制御信号を出力し、振動モータ駆動手段33は、操作状態検出手段35(36)によって検出された操作状態に応じて後述のような駆動パルスを出力し、振動モータ25を駆動する。
As shown in FIG. 3, the angle detection device drives a
図4は図3に示す制御装置に含まれるマイクロコントローラ等で処理される駆動手段33の出力タイムチャートを示す図である。操作状態検出手段35(36)によってタワー起伏ウインチ8(タワージブ起伏ウインチ9)の操作が起動されたことを検出すると、図中モータ駆動出力(a)に示すように駆動手段33は振動モータ25が所定の回転になるような所定の時間幅(T1)のモータ起動パルスP1を出力する。起動パルスが終了してもタワー起伏インチ8(タワージブ起伏ウインチ9)の操作が継続している場合、駆動手段33は出力を間歇パルスP2に切替える。間歇パルスP2は振動モータ25が継続して回転を維持でき、かつヒステリシスを除去できるような必要最小限の回転速度となるようなパルス(期間T2で時間幅T3)に設定されている。
FIG. 4 is a diagram showing an output time chart of the driving means 33 processed by a microcontroller or the like included in the control device shown in FIG. When the operation state detecting means 35 (36) detects that the operation of the tower hoisting winch 8 (tower jib hoisting winch 9) is activated, the driving means 33 is driven by the
さらにタワー起伏インチ8(タワージブ起伏ウインチ9)の操作が停止されたことを検出すると、駆動手段33は、残留ヒステリシスを除去するため、所定の時間(T4a)経過後に間歇パルスP2を停止する。 Further, when detecting that the operation of the tower hoisting inch 8 (tower jib hoisting winch 9) is stopped, the driving means 33 stops the intermittent pulse P2 after a predetermined time (T4a) has elapsed in order to remove the residual hysteresis.
なお、図中モータ駆動出力(b)に示すように上記所定の時間(T4a)経過後の間歇パルスP2の停止に代えて、タワー起伏インチ8の操作が停止したことを検出して間歇パルスP2の出力を停止し、所定の時間幅(T4b)のパルスP3を出力してもよく、これによって応答性をさらに良くすることが出来る。
As shown in the motor drive output (b) in the figure, instead of stopping the intermittent pulse P2 after the predetermined time (T4a) has elapsed, it is detected that the operation of the
なお、上述した実施の形態では、タワーブーム2の角度を検出するタワーブーム角度検出器10の場合について説明したが、タワージブ3の角度を検出するタワージブ角度検出器11の場合は、タワージブ3がタワークレーンの構造上、その単独動作のみならず、タワーブーム2の起伏動作によっても角度変化するため、タワー起伏ウインチ8およびジブ起伏ウインチ9のいずれかが操作された場合に上記のような制御を行なうようにする。
In the above-described embodiment, the case of the tower
このように構成した角度検出装置の一実施形態にあっては、出願人が先に出願した上記特許文献1に記載の効果に加え、角度検出器が設置されるタワーブーム2、タワージブ3を起伏動作するタワー起伏ウインチ8、ジブ起伏ウインチ9を操作している間、すなわち角度検出器のヒステリシス除去が必要な場合のみ振動モータ25を駆動し、かつ振動モータ25の駆動を間歇パルスで行うことにより、ヒステリシス除去のために必要最小限の回転速度とすることが可能となるため、振動モータの寿命を大幅に伸ばすことができる。さらに長寿命化とともに小型の振動モータを使用できるから、携帯電話の着信通知などで使用される小型の振動モータを使用することが可能となり低コストの角度検出装置を実現できる。
In one embodiment of the angle detection device configured as described above, the
また、振動モータを振子に取り付けたので、小さな加振力でヒステリシス除去のための必要最小限の回転速度を達成することが可能となり、振動モータの長寿命化をさらに向上できる。 Further, since the vibration motor is attached to the pendulum, it is possible to achieve the minimum rotation speed necessary for removing hysteresis with a small excitation force, and the life of the vibration motor can be further improved.
1 本体
2 タワーブーム(作業装置)
3 タワージブ(作業装置)
6 タワー起伏ロープ
7 ジブ起伏ロープ
8 タワー起伏ウインチ
9 ジブ起伏ウインチ
10 タワーブーム角度検出器
11 タワージブ角度検出器
21 筐体
22 ポテンショメータ
23 軸
24 振子
25 振動モータ
30 制御装置
31 電源
32 A/D変換器
33 振動モータ駆動手段
34 マイクロコントローラ
35 操作状態検出手段(タワーブーム)
36 操作状態検出手段(タワージブ)
1
3 Tower jib (work equipment)
6 Tower hoisting rope 7
36 Operation state detection means (Tower Jib)
Claims (3)
前記作業装置を操作する操作手段と、
前記作業装置の操作状態を検出する操作状態検出手段と、
前記作業装置の回動角度を検出する角度検出手段とを備えた作業機械に用いられ、
前記角度検出手段は、回転センサと振動発生手段とを備え、
前記操作状態検出手段により検出される前記作業装置の操作状態に基づき、前記振動発生手段の駆動を制御する駆動制御手段とを備えたことを特徴とする作業機械の角度検出装置。 A rotatable working device;
Operating means for operating the working device;
An operation state detecting means for detecting an operation state of the work device;
Used in a working machine provided with an angle detection means for detecting the rotation angle of the working device,
The angle detection means includes a rotation sensor and vibration generation means,
An angle detection device for a work machine, comprising: drive control means for controlling drive of the vibration generating means based on an operation state of the work device detected by the operation state detection means.
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