JP2005195045A

JP2005195045A - 油圧ウィンチの制御装置

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Publication number: JP2005195045A
Application number: JP2003435098A
Authority: JP
Inventors: Koichi Shimomura; 耕一下村; Masaaki Ebara; 正明江原
Original assignee: Kobelco Cranes Co Ltd
Current assignee: Kobelco Cranes Co Ltd
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2005-07-21
Also published as: EP1547963B1; EP1547963A2; HK1080444A1; US20050143219A1; EP1547963A3; CN100344524C; US7166061B2; CN1636857A

Abstract

【課題】巻上作業中に自動停止が働いた後の復帰時にモータ容量が回復するまでの遅れを無くし、制御の応答性を改善する。
【解決手段】ウィンチ駆動源である可変容量型の油圧モータの容量を、レギュレータ１８によりモータ負荷圧に応じて制御するとともに、過負荷防止のための自動停止時にネガブレーキ１２によって油圧モータ１を停止保持するように構成し、自動停止時に、コントローラ２５からレギュレータ制御弁２６を介してレギュレータ１８に信号を送り、モータ容量を大容量側に設定するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は可変容量型の油圧モータを駆動源としてウィンチドラムを巻上／巻下制御する油圧ウィンチの制御装置に関するものである。

油圧ウィンチにおいては、巻上／巻下の速度と力を負荷等に応じて変えられるように可変容量型の油圧モータを駆動源として用いる場合がある。

このタイプの制御装置の構成を図６によって説明する。

１はウィンチ駆動源としての可変容量型の油圧モータで、この油圧モータ１の巻上側及び巻下側両管路２，３は、中立、巻上、巻下の三位置イ，ロ，ハを備えた油圧パイロット切換式のコントロールバルブ４を介して油圧ポンプ５に接続され、コントロールバルブ４によって油圧モータ１に対する圧油の給排（油圧モータ１の駆動、停止、回転方向及び速度）が制御される。

６はこのコントロールバルブ４を巻上側または巻下側に操作する操作手段としてのリモコン弁で、このリモコン弁６の操作量に応じたリモコン圧が巻上側、巻下側両リモコン圧ライン７u，７dによってコントロールバルブ４の巻上側、巻下側パイロットポート４ａ，４ｂに送られる。

８は巻上側管路２に設けられたカウンタバランス弁(ブレーキ弁)で、このカウンタバランス弁８によって巻下時に油圧ブレーキ力が発生するとともに、吊荷が宙吊り状態に保持される。９はオーバーロードリリーフ弁、Ｔはタンクである。

リモコン弁６の両側リモコン圧ライン７ｕ,７ｄには電磁切換弁である自動停止弁１０,１０が設けられ、過負荷(フックの過巻を含む)の危険が生じたときに、図示しない過負荷センサからの信号に基づくコントローラ１１からの自動停止信号によってこの自動停止弁１０,１０が通常位置イから、タンクＴに連通する図示の遮断位置ロに切換わる。

これにより、コントロールバルブ４が中立復帰して油圧モータ１の巻上回転が自動停止する。

一方、油圧モータ１には、同モータ１を停止状態に保持するブレーキ装置としてのネガブレーキ１２が設けられている。

このネガブレーキ１２は、圧力室１２ａがブレーキ圧ライン１３、及び油圧パイロット切換弁であるブレーキ弁１４を介してブレーキ油圧源１５に接続され、ブレーキ弁１４が図左側のブレーキ解放位置イから右側のブレーキ作動位置ロに切換わったときに、圧力室１２ａの油圧がタンクＴに抜かれてネガブレーキ１２がブレーキ作動状態となる。

ブレーキ弁１４のパイロットポート１４ａは、電磁式の切換弁１６及びシャトル弁１７を介して両側リモコン圧ライン７ｄ,７ｕに接続され、リモコン弁６の操作時にリモコン圧が切換弁１６を介してブレーキ弁１４のパイロットポート１４ａに供給される。

これにより、リモコン弁操作時にはブレーキ弁１４がブレーキ解放位置イにセットされ、ネガブレーキ１２がブレーキ解放状態となる(特許文献１参照)。

また、切換弁１６は、コントローラ１１からの切換信号によって切換制御され、自動停止時に同切換弁１６が図右側のリモコン圧取出し位置ロから右側のリモコン圧遮断位置イに切換わる。

これにより、自動停止時にブレーキ弁１４がブレーキ作動位置ロに切換わってネガブレーキ１２が作動し、油圧モータ１が停止状態に保持される。

次に、油圧モータ１の容量を制御するモータ容量制御手段について説明する。

このモータ容量制御手段は、油圧モータ１の傾転角を変えることによってモータ容量を変化させるレギュレータ１８を備えている。

このレギュレータ１８は、斜板駆動用のパワーピストンとこれを制御するサーボ弁等(周知につき図示省略)を備え、基本的には、
(ｉ) 油圧モータ１に作用する負荷圧
(ｉｉ) リモコン弁６の操作量
の２つの信号に基づいて制御される。

具体的には、第１に、モータ負荷圧(モータ出口圧と入り口圧の差圧)が負荷圧ライン１９,１９を介してレギュレータ１８に取り込まれ、シーケンス弁や馬力一定制御弁(ＣＨＰ弁:Constant Horse Power Valve)の作用により、負荷圧の上昇に応じてモータ容量を増加させ、負荷圧の上昇を抑える定馬力制御が行われる(特許文献２参照)。

第２に、両側リモコン圧ライン７ｄ,７ｕがシャトル弁１７及びリモコン圧取り出しライン２０を介してレギュレータ１８に接続され、リモコン弁６の操作量が大きいほどモータ容量を小さくしてモータ速度(巻上／巻下速度)を増加させる速度制御が行われる。

従って、リモコン弁６の操作量が０の状態(中立状態)でモータ容量が最大となる。

なお、図示のようにエンジン回転数をモータ容量を決める一つの要素としてコントローラ１１に取り込み、たとえばエンジン回転数が高いときには高速での巻上／巻下作業が意図されているとしてモータ容量を減少させる制御を行う場合、及びオペレータの意思を反映させるためにトリマ２１の信号をもとにモータ容量を制御する場合もある。
特許第３３２６１１６号特開２００１−３１７４４２号

ところが、上記のように油圧モータ１に作用する負荷圧に基づいてモータ容量を変化させ、かつ、自動停止時にネガブレーキ１２を作動させる構成をとると、次のような問題が生じていた。

(ｉ) たとえば大負荷の巻上作業時に、ブーム下げとウィンチ巻上の複合操作等によって荷揺れが生じると、負荷が過負荷の境界付近で変動するため、自動停止作用とその解除作用が交互に働くチャタリングが発生する。

ここで、リモコン弁６を中立位置に戻せば油圧モータ１が大容量に制御されるため問題は生じないが、巻上操作したままの場合、自動停止でネガブレーキ１２が作動することによってモータ負荷圧が０となり、これに反応してモータ容量が小さくなる。

従って、次に自動停止解除状態となってネガブレーキ１２が解放されても、モータ容量がそのときの負荷圧等に応じた値に回復するまでに一定の時間がかかる。

このため、自動停止後の復帰時に、一時的にオペレータの意思に反して小モータ容量で高い負荷圧が作用する状況が発生し、制御の応答性が悪くなる。

(ｉｉ) 図７はウィンチのラインプル(モータ負荷圧力)とラインスピード(モータ容量)の関係を示し、図中の曲線部が定馬力制御域を示す。

たとえば、モータ１の可変容量範囲が中間容量範囲における小容量側のＢ点と大容量側のＣ点との間(破線内の範囲)に設定されている場合に、大容量側のＣ点で荷重を吊った状態で上記のように自動停止がかかり、ネガブレーキ１２が働くと、モータ負荷圧が０となって定馬力制御が働くため、モータ容量は小容量側のＢ点に移る。

リモコン弁６を操作したままここで自動停止が解除すると、Ｃ点での負荷をＢ点で瞬時に受けることとなるため、モータ負荷圧は、
容量比(Ｃ／Ｂ)×定馬力セット圧
となる。

ここで、定馬力セット圧をたとえばオーバーロード圧の半分程度とした場合、容量比(Ｃ／Ｂ)が半分以下であれば、Ｃ／Ｂ×定馬力セット圧がオーバーロードリリーフ弁９の設定圧(オーバーロード圧)よりも低くなるため、オーバーロードリリーフ作用が働くことなくモータ容量がＢ点からＣ点に増加する。

これに対し、モータ容量比を大きくとり、たとえば最小容量のＡ点からＣ点までの範囲でモータ容量が変化するように設定すると、自動停止からの復帰時にモータ負荷圧が、
Ｃ／Ａ×定馬力セット圧
となってオーバーロード設定圧よりも大きくなり、オーバーロードリリーフ作用が働くため、巻上の応答性が非常に悪くなる。

これが、従来、モータ１の可変容量比を大きくとれない一因となっており、これにより同一供給油量での速度制御レンジを広くとれないこととなっていた。

そこで本発明は、負荷圧に応じてモータ容量を変化させ、かつ、自動停止時にネガブレーキを作動させる構成を前提として、自動停止後の復帰時の制御応答性を改善することができる油圧ウィンチの制御装置を提供するものである。

請求項１の発明は、ウィンチ駆動源としての可変容量型の油圧モータと、この油圧モータの容量を負荷圧に応じて高負荷圧で大容量となるように制御するモータ容量制御手段と、予め設定された条件下で上記油圧モータの回転を自動停止させる自動停止手段と、自動停止時に油圧モータを停止状態に保持するブレーキ装置とを備えた油圧ウィンチの制御装置において、上記モータ容量制御手段は、上記自動停止手段による自動停止時にモータ容量を大容量側に設定するように構成されたものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、モータ容量制御手段は、油圧モータの負荷圧に加えて、外部から送られる外部指令信号に基づいてモータ容量を制御するように構成されたものである。

請求項３の発明は、請求項２の構成において、モータ容量制御手段は、油圧モータの作動を制御する操作手段の操作信号を外部指令信号として、小操作量でモータ容量を大容量側に制御するように構成されたものである。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかの構成において、モータ容量制御手段は、油圧モータの傾転角を変えるレギュレータと、油圧モータの容量を制御する容量制御信号をレギュレータ制御弁を介して上記レギュレータに送るコントローラとを具備し、自動停止時に、上記コントローラからの容量制御信号により上記レギュレータを駆動してモータ容量を大容量側に設定するように構成されたものである。

請求項５の発明は、請求項４の構成において、ブレーキ装置として、ブレーキ油圧源からの油圧が圧力室に導入されたときにブレーキ解放状態となるネガブレーキが用いられ、レギュレータ制御弁は、油圧源導入ポートが上記ネガブレーキの圧力室に接続されたものである。

請求項６の発明は、請求項３の構成において、モータ容量制御手段は、操作手段の操作信号に応じて油圧モータの傾転角を変えるレギュレータを備え、自動停止時に上記操作信号を遮断することによってモータ容量を大容量側に設定するように構成されたものである。

本発明によると、モータ容量をモータ負荷圧に応じて(請求項２ではこれに加えて外部指令信号、請求項３,６ではそのうちの操作手段の操作信号に応じて)変化させる構成において、自動停止時にモータ容量が自動的に大容量側に設定・固定される。

つまり、自動停止時点の負荷圧等に関係なく、自動停止すればモータ大容量状態となるため、たとえば巻上中に荷揺れ等によって自動停止作用とその解除作用が交互に働くチャタリングが発生した場合でも、自動停止後の復帰時点からモータが大容量の状態で回転し始める。

従って、従来のようなモータ容量が回復するまでの遅れがなくなり、制御の応答性を改善することができる。

また、自動停止でモータ大容量に設定するため、自動停止時にモータ小容量となる可能性がある従来のように、モータの可変容量比を大きくとった場合には、自動停止解除時にモータ圧力がオーバーロード圧を超えてオーバーロード作用が働くという問題がなくなる。従って、モータの可変容量比を大きくとることが可能となり、これによって速度制御レンジを広げることができるため、小型のモータで大能力のウィンチを構成でき、クレーンの性能を大幅に向上させることができる。

以下の実施形態において、図６に示す従来技術と同じ部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。

第１実施形態(図１〜図３参照)
図１に示すように、リモコン弁６の両側リモコン圧ライン７,８間に、ブレーキ装置としてのネガブレーキ１２を制御する油圧パイロット切換式のブレーキ弁(図６のブレーキ弁１４に相当)２２が設けられている。

このブレーキ弁２２は、中立のブレーキ作動位置イでネガブレーキ１２の圧力室１２ａをタンクＴに連通させて同ブレーキ１２を作動させ、リモコン弁６の操作時に操作された側のリモコン圧により両側ブレーキ解放装置ロ,ハの一方に切換わってブレーキ油圧源１５の油圧をネガブレーキ１２に送る。

これにより、図５に示す従来技術同様に、リモコン弁６の操作に連動してネガブレーキ１２がブレーキ解放／ブレーキ作動する。

また、リモコン圧ライン７,８のリモコン圧は圧力センサ２３,２４により検出されて、容量制御手段を構成するコントローラ２５に入力される。

コントローラ２５は、このリモコン圧と、エンジン回転数信号及びトリマ２１の信号を外部指令として、これらに基づいて指令値を決定し、レギュレータ制御弁２６に容量制御信号として出力する。

レギュレータ１８は、この外部指令に基づく容量制御信号と、負荷圧ライン１９,１９を介して取り込んだモータ負荷圧(モータ出口圧と入り口圧の差圧)とに基づいて、油圧モータ１の容量を制御する。

具体的には、負荷圧に対してはシーケンス弁や馬力一定制御弁による定馬力制御により、負荷圧の上昇に応じてモータ容量を増加させ、負荷圧の上昇を抑える定馬力制御を行う。

一方、外部指令に対しては、たとえばリモコン圧(リモコン弁６の操作量)が大きいほどモータ容量を小さい値に設定する。

この点は従来の場合と同様であり、外部指令と負荷圧が競合する場合は大容量側優先としてモータ容量が制御される点もまた従来と同じである。

図中、２７はレギュレータ制御弁２６を介してレギュレータ１８に油圧を供給するレギュレータ油圧源である。

この制御装置においては、自動停止作用が働いたとき、すなわち、図示しない過負荷センサからの信号に基づいてコントローラ２５から自動停止弁１０,１０に対して自動停止信号が出力されたときに、ネガブレーキ１２の作動と同時に、コントローラ２５からレギュレータ制御弁２６に向けて大容量を指令する信号が出力され、この信号に基づいて油圧モータ１が大容量に設定される。

ここで、「大容量」とは、設定された負荷を自動停止解除時に保持するに十分なモータ容量をいい、通常は最大モータ容量またはそれに近い値が設定される。

この点のコントローラ２５の作用を図２のフローチャートによって詳述する。

巻上作業中、まず、自動停止条件が成立したか否かが判別され(ステップＳ１)、非成立の場合はモータ容量の指令値をそのときの負荷圧やリモコン圧等によって決定された値に維持する。

一方、ステップＳ１でＹＥＳ(自動停止条件が成立した＝過負荷の危険がある)となると、ステップＳ３で巻上操作中(なお危険操作中)か否かが判断され、ここでＮＯ(巻上操作中でない)の場合はさらにステップＳ４で巻下操作中か(過負荷を回避する操作が行われているか)否かが判断される。

ここでＹＥＳの場合は、過負荷の危険が回避されたとしてステップＳ２に移り、モータ容量が維持される。

これに対し、ステップＳ３でＹＥＳの場合、またはステップＳ４でＮＯの場合は、過負荷の危険があるため自動停止すべきとして、ステップＳ５で自動停止弁１０,１０に自動停止信号を出力してリモコン圧をカットするとともに、ステップＳ６でレギュレータ制御弁２６に指令信号を送り、モータ容量を大容量側に設定し固定する。

なお、ネガブレーキ１２はこの時点でブレーキ作動する。

このコントローラ２５の作用によるリモコン圧、ネガブレーキ１２、モータ容量等の変化状況を図３に示す。

すなわち、図２のステップＳ５で自動停止作用が働くと、リモコン圧(リモコン弁二次圧)がカットされると同時にネガブレーキ１２が作動する。

このネガブレーキ１２の作動によって油圧モータ１が停止保持され、これによって負荷圧が０になる。

このとき、従来は図３中に二点鎖線Ｓで示すようにモータ容量が小さい値に設定されていたのに対し、本装置によるとモータ容量が大容量側に設定されるため、この後、自動停止が解除されたとき、油圧モータ１は設定された大容量で回転を開始する。

このため、オペレータが巻上操作していれば、油圧モータ１が間違いなく巻上側に回転し、従来のように自動停止後の復帰時に油圧モータ１の制御応答性が悪くなるおそれがなくなる。

また、上記のように自動停止でモータ大容量に設定するため、油圧モータ１の可変容量比を大きくとった場合でも、自動停止解除時にモータ圧力がオーバーロード圧を超えてオーバーロード作用が働くという問題がなくなる。このため、モータの可変容量比を大きくとることが可能となり、これによって速度制御レンジを広げることができる。

第２実施形態(図４参照)
第１実施形態との相違点のみを説明する。

第１実施形態では、レギュレータ油圧源２７からレギュレータ制御弁２６を介してレギュレータ１８に油圧を供給する構成をとっているため、電磁弁に起こり易い現象としてレギュレータ制御弁２６が小容量の指令側でフェールすると、自動停止時にレギュレータ１８が大容量側に動かない事態が発生する。

そこで第２実施形態では、レギュレータ制御弁２６の油圧源導入ポート２６ａをネガブレーキ１２の圧力室１２ａに接続している。

この構成をとれば、もしレギュレータ制御弁２６が小容量側でフェールしても、ネガブレーキ１２のブレーキ作動時には圧力室１２ａの油圧が抜かれることでレギュレータ制御弁２６の油圧源がなくなるため、小容量信号があっても、同制御弁２６からレギュレータ１８に大容量側の駆動信号(圧力＝０)が送られる。このため、自動停止時に油圧モータ１を確実に大容量にセットすることができる。

第３実施形態(図５参照)
第１、第２両実施形態では、自動停止時にネガブレーキ１２の作動と同時に、コントローラ２５からレギュレータ制御弁２６に大容量指令信号を出力し、この信号に基づいて油圧モータ１を大容量に設定する構成としたのに対し、第３実施形態では、自動停止時にリモコン弁６の操作信号であるリモコン圧を遮断することによって油圧モータ１を大容量に設定する構成をとっている。

詳述すると、両側リモコン圧ライン７,８を、シャトル弁１７、コントローラ２５によって制御される電磁式の切換弁２８、及びリモコン圧取り出しライン２９を介してレギュレータ１８に接続し、リモコン弁６の操作量が大きいほどモータ容量を小さくする構成としている。

切換弁２８は、通常時には図右側のリモコン圧取出し位置ロにあり、コントローラ２５から自動停止信号が出力されたときに図左側のリモコン圧遮断位置イに切換わる。

このリモコン圧遮断位置イでは、リモコン圧取出しライン２９がタンクＴに連通し、レギュレータ１８に対するリモコン圧の供給が遮断されて、リモコン弁６の操作量が０の状態(中立状態)と同じ状態となる。

このため、自動停止時に、レギュレータ１８の傾転制御作用によって油圧モータ１が自動的に大容量にセットされる。

この第３実施形態の構成によっても、第１、第２両実施形態と基本的に同じ作用効果を得ることができる。

その他の実施形態
(１) 第１及び第２両実施形態ではリモコン圧を圧力センサ２３,２４により電気信号に変換し、コントローラ２５及びレギュレータ制御弁２６を介してレギュレータ１８にモータ容量制御のための外部指令として送る構成をとったが、図６に示す従来技術同様、リモコン圧を直接レギュレータ１８に外部指令信号として送るように構成してもよい。

(２) 上記各実施形態では、自動停止時に油圧モータ１を停止状態に保持するブレーキ装置としてネガブレーキ１２を用いたが、これに代えて、油圧を供給されたときにブレーキ作動を行うポジブレーキを用いてもよい。

本発明の第１実施形態にかかる油圧ウィンチの制御装置の回路構成図である。同装置の作用を説明するためのフローチャートである。同タイムチャートである。本発明の第２実施形態にかかる油圧ウィンチの制御装置の回路構成図である。本発明の第３実施形態にかかる油圧ウィンチの制御装置の回路構成図である。従来装置の回路構成図である。従来装置におけるモータの可変容量比に関する問題点を説明するためのラインプル／ラインスピードの特性図である。

符号の説明

１可変容量型の油圧モータ
６操作手段としてのリモコン弁
１０,１０自動停止手段を構成する自動停止弁
１２ブレーキ装置としてのネガブレーキ
１２ａネガブレーキの圧力室
１８モータ容量制御手段を構成するレギュレータ
２６同レギュレータ制御弁
２６ａレギュレータ制御弁の油圧源導入ポート
２５自動停止手段及びモータ容量制御手段を構成するコントローラ
２３,２４外部指令信号の一つとしての操作信号であるリモコン圧を検出する圧力センサ
２１外部指令信号を送るトリマ
２８リモコン弁のリモコン圧をレギュレータに対して供給・遮断する容量制御手段としての切換弁
２９リモコン圧取出しライン

Claims

ウィンチ駆動源としての可変容量型の油圧モータと、この油圧モータの容量を負荷圧に応じて高負荷圧で大容量となるように制御するモータ容量制御手段と、予め設定された条件下で上記油圧モータの回転を自動停止させる自動停止手段と、自動停止時に油圧モータを停止状態に保持するブレーキ装置とを備えた油圧ウィンチの制御装置において、上記モータ容量制御手段は、上記自動停止手段による自動停止時にモータ容量を大容量側に設定するように構成されたことを特徴とする油圧ウィンチの制御装置。
請求項１記載の油圧ウィンチの制御装置において、モータ容量制御手段は、油圧モータの負荷圧に加えて、外部から送られる外部指令信号に基づいてモータ容量を制御するように構成されたことを特徴とする油圧ウィンチの制御装置。
請求項２記載の油圧ウィンチの制御装置において、モータ容量制御手段は、油圧モータの作動を制御する操作手段の操作信号を外部指令信号として、小操作量でモータ容量を大容量側に制御するように構成されたことを特徴とする油圧ウィンチの制御装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の油圧ウィンチの制御装置において、モータ容量制御手段は、油圧モータの傾転角を変えるレギュレータと、油圧モータの容量を制御する容量制御信号をレギュレータ制御弁を介して上記レギュレータに送るコントローラとを具備し、自動停止時に、上記コントローラからの容量制御信号により上記レギュレータを駆動してモータ容量を大容量側に設定するように構成されたことを特徴とする油圧ウィンチの制御装置。
請求項４記載の油圧ウィンチの制御装置において、ブレーキ装置として、ブレーキ油圧源からの油圧が圧力室に導入されたときにブレーキ解放状態となるネガブレーキが用いられ、レギュレータ制御弁は、油圧源導入ポートが上記ネガブレーキの圧力室に接続されたことを特徴とする油圧ウィンチの制御装置。
請求項３記載の油圧ウィンチの制御装置において、モータ容量制御手段は、操作手段の操作信号に応じて油圧モータの傾転角を変えるレギュレータを備え、自動停止時に上記操作信号を遮断することによってモータ容量を大容量側に設定するように構成されたことを特徴とする油圧ウィンチの制御装置。