JP2005263470A - ウィンチ速度制御装置、およびウィンチ速度制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ブームの伸縮に関わらず、ブームとフックとの相対位置が所定の関係となるように制御するウィンチ速度制御装置、およびウィンチ速度制御方法を提供する。
【解決手段】 選択スイッチ61によって平行モードが選択された場合、テレスコピックブーム20が伸縮されると、切替弁56,57のソレノイドを励磁して、スプールを励磁位置に切り替える。そして、ブーム長さ検出器13からの信号変化からブーム長さLbの時間微分値dLb/dt(テレスコピックブーム20の伸縮速度Vb)を算出する。ロープ速度検出器12で検出したロープ速度Vrと伸縮速度Vbとを比較して、ロープ速度Vrが伸縮速度Vbと一致するように比例電磁弁54または55のソレノイドを励磁して、コントロール弁42に供給されるパイロット圧油、すなわち油圧モータ45の回転をフィードバック制御する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、フックを昇降駆動するウィンチの速度制御技術に関する。
伸縮するブームの先端に吊り下げられたフックによって荷を吊り上げるクレーンが知られている。このクレーンでは、フックを昇降させるウィンチを停止したままブームを伸縮させると、ウィンチから繰り出されたワイヤロープの長さとブームの長さとの比率が変化して、ブーム先端とフックとの相対位置が変化してしまう。この問題を解決するため、ウィンチを作動させる油圧回路とブームを伸縮させる油圧回路とを直列に接続して、ブームの伸縮とウィンチのドラムの回転とを連動できるクレーンが提案されている(特許文献1参照)。
特開平11−171474号公報
ウィンチのドラムには、ワイヤロープが複数層にわたって巻かれるため、ドラムの回転数が一定であっても、ワイヤロープが巻き取られている層数によってワイヤロープの速度が変化する。ところが、従来のクレーンでは、ブームの伸縮速度とウィンチのドラムの回転速度との割合が一定であるため、ブームの伸縮速度に対してワイヤロープの速度が変化してしまい、ブーム先端とフックとの相対位置も変化してしまう。
(1) 請求項1の発明によるウィンチ速度制御装置は、伸縮するブームと、ブームの先端に掛け回されたワイヤロープによって吊下されるフックと、ワイヤロープを巻き取りおよび繰り出すウィンチと、ブームとフックとの相対位置の変化に伴う物理量を検出する検出手段と、ブームが伸縮する際に、相対位置があらかじめ定めた関係となるように物理量に基づいてウィンチを制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
(2) 請求項2の発明は、請求項1に記載のウィンチ速度制御装置において、検出手段は、ウィンチから巻き取りおよび繰り出されるワイヤロープの移動速度と、ブームの伸縮速度とを検出して、ブームとフックとの相対位置の変化を検出することを特徴とする。
(3) 請求項3の発明によるウィンチ速度制御方法は、伸縮するブームと、ブームの先端に掛け回されたワイヤロープによって吊下されるフックとの相対位置の変化を検出し、ブームが伸縮する際に、検出した相対位置があらかじめ定めた関係となるようにウィンチを制御することを特徴とする。
本発明によれば、ブームが伸縮する際のブームとフックとの相対位置の変化に伴う物理量を検出し、ブームとフックとの相対位置が所定の関係となるようにウィンチを制御するよう構成した。これにより、ウィンチに巻き取られているワイヤロープの層数に影響されることなくブームとフックとの相対位置を所定の関係に維持できる。これにより、オペレータが意図したとおりに吊荷を移動できるので、荷役作業の効率を向上できる。
図1〜5を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。図1は、本発明によるウィンチ速度制御装置を搭載したクローラクレーンの全体図である。クローラクレーン100は、走行体1に旋回体3が旋回可能に取り付けられている。旋回体3の前部には運転室4が設けられている。運転室4の後方にはエンジンおよび油圧ポンプを含む主要駆動装置等の装置5とカウンタウエイト6とが設けられている。
伸縮可能な多段式のテレスコピックブーム20は、運転室4の右側前方で旋回体3に起伏動可能に連結されている。巻上ウィンチ8は、運転室4の右側後方で旋回体3に固定されている。巻上ウィンチ8から繰り出されてテレスコピックブーム20の先端(ブーム先端)21に掛け回されたワイヤロープ9の下端には、フック7が吊り下げられている。
テレスコピックブーム20のうち、旋回体3に連結されている段(以下、後端段と呼ぶ)22は、テレスコピックブーム20の伸縮にかかわらず巻上ウィンチ8からの距離が変化しない段である。この後端段22にはブーム先端21とフック7との相対位置の変化に伴う物理量を検出するために各検出器11〜13が設けられている。11は、テレスコピックブーム20の水平面からの起伏角度θを検出する角度検出器である。12は、後端段22に対するワイヤロープ9の速度(以下、ロープ速度Vrと呼ぶ)、すなわち、巻上ウィンチ8に対するロープ速度Vrを検出するロープ速度検出器である。13は、テレスコピックブーム22の伸縮長さ、すなわちブーム先端21と後端段22との相対距離(以下、ブーム長さLbと呼ぶ)を検出するブーム長さ検出器である。
なお、角度検出器11およびブーム長さ検出器13から出力される信号は、過負荷によるクローラクレーン100の転倒を防止するモーメントリミッタ(不図示)にも利用される。ロープ速度検出器12は、ワイヤロープ9に接した滑車の回転速度から通過するワイヤロープ9の速度を検出する。
図2は、クローラクレーン100の油圧回路を含む主要機器の構成を示す図である。巻上ウィンチ8を駆動する油圧回路には、メインポンプ41と、コントロール弁42と、メインリリーフ弁43と、作動油タンク44と、油圧モータ45とが設けられている。また、コントロール弁42を制御するためのパイロット油圧回路には、パイロットポンプ51と、操作レバー31により操作されるパイロット弁52と、リリーフ弁53と、比例電磁弁54,55と、切替弁56,57とが設けられている。
図示しないエンジンによりメインポンプ41が駆動されると、作動油タンク44の作動油がコントロール弁42を介して油圧モータ45へ供給される。この油圧回路の最高圧力はメインリリーフ弁43で規定される。コントロール弁42は、切替弁56,57によって選択されたパイロット弁52からのパイロット圧油、または、比例電磁弁54,55からのパイロット圧油によってスプールが駆動されて、油圧モータ45への圧油の流れ(方向、流量)を制御する。
比例電磁弁54,55と、切替弁56,57とは、制御回路60からの制御信号によって制御される。切替弁56,57のソレノイドが非励磁の場合、すなわち切替弁56,57のスプールが非励磁位置の場合、操作レバー31の操作に応じて、パイロット弁52からのパイロット圧油がコントロール弁42のパイロットポートに供給される。これにより、巻上ウィンチ8を駆動する油圧モータ45が駆動される。切替弁56,57のソレノイドが励磁された場合、すなわち切替弁56,57のスプールが励磁位置の場合、比例電磁弁54,55を介してパイロットポンプ51の吐出圧がコントロール弁42のパイロットポートに供給される。これにより、後述するように、制御回路60からの制御信号に基づいて巻上ウィンチ8が駆動される。
制御回路60は、各検出器11〜13が検出したテレスコピックブーム20の状態、および、選択スイッチ61の操作状況に基づいて、切替弁56,57の切替位置を制御するとともに、比例電磁弁54,55のスプールの駆動量、すなわち出力圧力を制御し、テレスコピックブーム20の伸縮に伴うフック7の高さ位置を制御する。選択スイッチ61は、運転室4に設けられたスイッチであり、後述するように、制御回路60による制御形態を平行モード、水平モードおよび通常モードとして選択するものである。選択スイッチ61は、選択されたモードを示すモード信号を制御回路60へ出力する。
−−−テレスコピックブーム20の伸縮の影響−−−
巻上ウィンチ8を停止したままテレスコピックブーム20を伸縮させると、巻上ウィンチ8から繰り出されたワイヤロープ9の長さとブーム長さLbとの比率が変化する。これにより、ブーム先端21からフック7に掛け回されているワイヤロープの長さが変化してしまい、ブーム先端21とフック7との相対位置が変化してしまう。具体的にいえば、巻上ウィンチ8を停止したままテレスコピックブーム20を伸張させると、巻上ウィンチ8とブーム先端21との距離が長くなるので、ブーム先端21からフック7に掛け回されている部分のワイヤロープの長さが短くなり、ブーム先端21とフック7とが接近してしまう。逆に、巻上ウィンチ8を停止したままテレスコピックブーム20を短縮させると、巻上ウィンチ8とブーム先端21との距離が短くなるので、ブーム先端21からフック7に掛け回されている部分のワイヤロープの長さが長くなり、ブーム先端21とフック7とが遠ざかってしまう。
−−−制御回路60での制御について−−−
本実施の形態のクローラクレーン100では、次に述べるように、制御回路60で各弁54〜57を制御することで、テレスコピックブーム20の伸縮に合わせて巻上ウィンチ8を制御する。次に述べる(1)〜(3)の制御パターンは、選択スイッチ61で選択可能である。
(1) 平行モード:テレスコピックブーム20を伸縮させてもブーム先端21とフック7との相対位置が変化しないように制御することができる。すなわち、テレスコピックブーム20の伸縮に伴ってブーム先端21とフック7とはともに平行に移動するように制御される。以下の説明では、このように制御する状態を、平行モードと呼ぶ。
(2) 水平モード:テレスコピックブーム20を伸縮させてもフック7が水平に移動するように制御することができる。すなわち、テレスコピックブームの伸縮に伴ってブーム先端21の位置が上下動してもフック7の高さ位置が変化しないように制御される。以下の説明では、このように制御する状態を、水平モードと呼ぶ。
(3) 通常モード:テレスコピックブーム20を伸縮させても巻上ウィンチ8を駆動しないように制御することができる。この制御状態では、従来のクローラクレーンと同様に、テレスコピックブーム20の伸縮と巻上ウィンチ8の回転とは連動せず、巻上ウィンチ8は操作レバー31によって操作される。以下の説明では、このように制御する状態を、通常モードと呼ぶ。
−−−平行モードについて−−−
図3に示すように、平行モードでは、テレスコピックブーム20の伸縮に関わらず、ブーム先端21とフック7との相対距離Lを一定としなければならない。そのためには、テレスコピックブーム20を伸縮させても、ブーム先端21からフック7に掛け回されている部分のワイヤロープの長さが変化しないように巻上ウィンチ8を駆動すればよい。したがって、巻上ウィンチ8から繰り出される、または巻き取られるワイヤロープ9の速度(すなわち上述したロープ速度Vr)と、テレスコピックブーム20の伸縮速度Vbとが一致するように制御すればよい。
ここで、テレスコピックブーム20の伸縮速度Vbは、ブーム長さ検出器13で検出したブーム長さLbを時間微分することで求められる。したがって、平行モードでは、ブーム長さLbの時間微分値dLb/dtにロープ速度検出器12で検出したロープ速度Vrが一致するように、巻上ウィンチ8を駆動する。
−−−平行モードにおける制御回路60の制御内容−−−
上述した3つのモードのうち、選択スイッチ61によって平行モードが選択されると、制御回路60は、次のように制御する。テレスコピックブーム20が伸縮されると、ブーム長さ検出器13で検出されるブーム長さLbの信号も変化する。制御回路60は、ブーム長さ検出器13からの信号が変化したと判断すると、切替弁56,57のソレノイドを励磁して、スプールを励磁位置に切り替える。そして、制御回路60は、ブーム長さ検出器13からの信号変化からブーム長さLbの時間微分値dLb/dt、すなわち、テレスコピックブーム20の伸縮速度Vbを算出する。
次いで、制御回路60は、ロープ速度検出器12で検出したロープ速度Vrとテレスコピックブーム20の伸縮速度Vbとを比較する。そして、ロープ速度検出器12で検出したロープ速度Vrがテレスコピックブーム20の伸縮速度Vbと一致するように比例電磁弁54または55のソレノイドを励磁して、コントロール弁42に供給されるパイロット圧油、すなわち油圧モータ45の回転をフィードバック制御する。
−−−水平モードについて−−−
図4に示すように、水平モードでは、テレスコピックブーム20の伸縮に関わらず、水平面(たとえば地面)からのフック7の高さHを一定としなければならない。そのためには、テレスコピックブーム20の伸縮によるブーム先端21の高さ変化量を、ブーム先端21からフック7に掛け回されている部分のワイヤロープの長さの変化量で吸収するように巻上ウィンチ8を駆動すればよい。すなわち、テレスコピックブーム20の伸縮によるブーム先端21の高さ方向の移動速度(Vbh)を巻上ウィンチ8の回転駆動により変化するブーム先端21とフック7との相対速度で相殺すればよい。
テレスコピックブーム20の伸縮速度Vbに対するブーム先端21の高さ方向の移動速度Vbhは、伸縮速度Vbおよび起伏角度θを用いて、次のように表される。
Vbh=Vb・sinθ ・・・(1)
フック7は、ブーム先端21に掛け回されたワイヤロープ9によって、動滑車として吊り下げられている。このため、フック7のワイヤ掛け数をnとすると、ブーム先端21とフック7との相対速度でブーム先端21の高さ方向の移動速度Vbhを相殺するためにはブーム先端21を通過するワイヤロープの速度を高さ方向の移動速度Vbhのn倍とする必要がある。すなわち、ブーム先端21に対するワイヤロープ9の相対速度Vrrelは次式で表される。
Vrrel=n・Vbh
=n・Vb・sinθ ・・・(2)
ここで、ブーム先端21は、巻上ウィンチ8に対して伸縮速度Vbで移動しているため、ロープ速度検出器12で検出されるロープ速度Vrは、ブーム先端21に対するワイヤロープ9の相対速度Vrrelに伸縮速度Vbを加えた値となる。したがって、ロープ速度Vrを次式で表される目標ロープ速度Vrspに一致させれば、水平面とフック7との相対速度がゼロとなるので、テレスコピックブーム20の伸縮に関わらず、水平面からのフック7の高さが一定となる。
Vrsp=Vb+Vrrel
=Vb+n・Vb・sinθ ・・・(3)
−−−水平モードにおける制御回路60の制御内容−−−
上述した3つのモードのうち、選択スイッチ61によって水平モードが選択されると、制御回路60は、次のように制御する。制御回路60は、平行モードの場合と同様にブーム長さ検出器13からの信号が変化したと判断すると、切替弁56,57のソレノイドを励磁して、スプールを励磁位置に切り替える。そして、制御回路60は、ブーム長さ検出器13からの信号変化からブーム長さLbの時間微分値dLb/dt、すなわち、テレスコピックブーム20の伸縮速度Vbを算出する。
次いで、制御回路60は、ロープ速度検出器12で検出したロープ速度Vrと上述した式(3)で算出される目標ロープ速度Vrspとを比較する。そして、ロープ速度検出器12で検出したロープ速度Vrが目標ロープ速度Vrspと一致するように比例電磁弁54または55のソレノイドを励磁して、コントロール弁42に供給されるパイロット圧油、すなわち油圧モータ45の回転をフィードバック制御する。
−−−通常モードについて−−−
上述のように、通常モードでは、従来のクローラクレーンと同様に、テレスコピックブーム20の伸縮と巻上ウィンチ8の回転とは連動させない。したがって、上述した3つのモードのうち、選択スイッチ61によって通常モードが選択されると、制御回路60は、切替弁56,57のソレノイドを励磁しない。これにより、切替弁56,57のスプールは非励磁位置に固定され、巻上ウィンチ8は操作レバー31の操作に応じて操作される。
図5は、ウィンチ8の制御の概略を示す図である。ブーム速度演算部60aは、ブーム長さ検出器13からの信号変化に基づいてテレスコピックブーム20の伸縮速度Vbを演算して、ロープ速度演算部60bへ出力する。ロープ速度演算部60bには、角度検出器11からの起伏角度θ、および選択スイッチ61からのモード信号も入力される。ロープ速度演算部60bは、入力された伸縮速度Vbとモード信号とに基づいて、伸縮速度Vb、または目標ロープ速度Vrspのいずれかの値をロープ速度の目標値(基準入力)として偏差器60cへ出力する。偏差器60cは、ロープ速度演算部60bからの基準入力と、ロープ速度検出器12で検出されたロープ速度Vr(フィードバック量)とに基づいて、制御偏差を比例電磁弁54,55へ出力する。なお、通常モードでは、上記制御は行われない。
上述したウィンチ速度制御装置では、次の作用効果を奏する。
(1) テレスコピックブーム20が伸縮する際のブーム先端21とフック7との相対位置の変化に伴う物理量を各検出器11〜13で検出し、ブーム先端21とフック7との相対位置が所定の関係となるように巻上ウィンチ8を制御回路60で制御するよう構成した。これにより、巻上ウィンチ8に巻き取られているワイヤロープの層数に影響されることなくブーム先端21とフック7との相対位置を所定の関係に維持できる。これにより、オペレータが意図したとおりに吊荷を移動できるので、荷役作業の効率を向上できる。
(2) 平行モードを選択できるよう構成したので、ブーム先端21と吊荷との距離を一定に保ったまま、テレスコピックブーム20を伸縮できる。これにより、狭い場所で確実に荷役作業ができ、利便性が高い。
(3) 水平モードを選択できるよう構成したので、水平面と吊荷との距離を一定に保ったまま、テレスコピックブーム20を伸縮できる。これにより、吊り荷を水平移動でき、位置合わせ作業などを簡単な操作で行うことができる。
(4) 通常モードを選択できるよう構成した。これにより、巻上ウィンチ8を操作しなくてもテレスコピックブーム20の伸張に伴ってブーム先端21と吊荷との距離が縮まるので、クローラクレーン近傍の地上の荷をクローラクレーンから遠い高揚程の作業場所まで運ぶ際の作業効率を向上できる。また逆に、クローラクレーンから遠い高揚程の作業場所からクローラクレーン近傍の地上へ荷を下ろす際にも効率的な作業ができる。
(5) ロープ速度検出器12とブーム長さ検出器13とによって、テレスコピックブーム20が伸縮する際のブーム先端21とフック7との相対位置の変化を検出するよう構成した。ロープ速度検出器12は、安価な構造の検出器であり、ブーム長さ検出器13は、従来から設けられているモーメントリミッタに利用される検出器と兼用している。したがって、安価な構成でブーム先端21とフック7との相対位置の変化を検出でき、コスト面で有利である。
−−−変形例−−−
(1) 上述の説明では、ロープ速度検出器12は後端段22に取り付けられているが、本発明はこれに限定されない。テレスコピックブーム20の伸縮に伴って移動する部分、たとえば、ブーム先端21に設けられたシーブの回転速度からワイヤロープの速度を検出してもよい。この場合、平行モードではシーブの回転速度がゼロとなるように巻上ウィンチ8を制御すればよく、水平モードでは、シーブの回転速度(周速)が上述した(2)式の相対速度Vrrelとなるように制御すればよい。
(2) 上述の説明では、平行モードおよび水平モードが選択されて、ブーム長さ検出器13からの信号が変化したと判断されると、切替弁56,57のソレノイドが励磁されて、スプールが励磁位置に切り替えられるよう構成している。そのため、平行モードおよび水平モードが選択されていてもブーム長さLbが変化しない状態では、操作レバー31の操作によってウィンチ8を操作することができ、作業性が向上できる。また、上述の説明では、テレスコピックブーム20が伸縮動作しているときには操作レバー31の操作では巻上ウィンチ8を駆動できないが、本発明はこれに限定されない。たとえば、操作レバー31の操作によって、パイロット弁52と切替弁56,57とを結ぶ油路の圧力上昇を検出して、切替弁56,57のソレノイドを非励磁として、スプールを非励磁位置に切り替えるよう構成し、ブーム長さ検出器13からの信号によりフック7の高さ位置が制御されている状態であっても操作レバー31が操作された場合には、制御を中断して操作レバー31による巻上ウィンチ8の操作を優先させるようにすることもできる。このように、操作レバー31による巻上ウィンチ8の操作を優先させるように構成した場合には、選択スイッチ61によって、平行モードまたは水平モードが選択された時点で、切替弁56,57のソレノイドが励磁されて、スプールが励磁位置に切り替えられるよう構成することもできる。
(3) 上述の説明では、コントロール弁42のスプールは、操作レバー31により操作されるパイロット弁52からのパイロット圧油で駆動されるよう構成したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、いわゆる電気レバーを用いてコントロール弁42を制御するよう構成してもよい。
(4) 上述の説明では、フック7のワイヤ掛け数nの変更について触れていないが、たとえば、モーメントリミッタに設けれてる掛け数選択スイッチなどからの掛け数の情報を得て、制御回路60で掛け数を変更して上述した(2)式の相対速度Vrrelを演算するようにしてもよい。また、別途掛け数の入力スイッチを設けてもよい。
(5) 上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。
以上の実施の形態およびその変形例において、たとえば、ブームはテレスコピックブーム20に、ウィンチは巻上ウィンチ8に、制御手段は制御回路60に、ロープ速度検出手段はロープ速度検出器12にそれぞれ対応する。検出手段は、ロープ速度検出器12とブーム長さ検出器13とに対応する。さらに、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施の形態における機器構成に何ら限定されない。
本発明によるウィンチ速度制御装置を搭載したクローラクレーンの全体図である。 クローラクレーン100の油圧回路を含めた主要機器の構成を示す図である。 平行モードにおいて、テレスコピックブーム20が伸縮した場合の、ブーム先端21とフック7との関係を示す図である。 水平モードにおいて、テレスコピックブーム20が伸縮した場合の、ブーム先端21とフック7との関係を示す図である。 ウィンチ8の制御内容を示すブロック線図である。
符号の説明
7 フック 8 巻上ウィンチ
9 ワイヤロープ 11 角度検出器
12 ロープ速度検出器 13 ブーム長さ検出器
20 テレスコピックブーム 21 ブーム先端
31 操作レバー 41 メインポンプ
42 コントロール弁 45 油圧モータ
52 パイロット弁 54,55 比例電磁弁
56,57 切替弁 60 制御回路
61 選択スイッチ 100 クローラクレーン

Claims (3)

  1. 伸縮するブームと、
    前記ブームの先端に掛け回されたワイヤロープによって吊下されるフックと、
    前記ワイヤロープを巻き取りおよび繰り出すウィンチと、
    前記ブームと前記フックとの相対位置の変化に伴う物理量を検出する検出手段と、
    前記ブームが伸縮する際に、前記相対位置があらかじめ定めた関係となるように前記物理量に基づいて前記ウィンチを制御する制御手段とを備えることを特徴とするウィンチ速度制御装置。
  2. 請求項1に記載のウィンチ速度制御装置において、
    前記検出手段は、前記ウィンチから巻き取りおよび繰り出されるワイヤロープの移動速度と、前記ブームの伸縮速度とを検出して、前記ブームと前記フックとの相対位置の変化を検出することを特徴とするウィンチ速度制御装置。
  3. 伸縮するブームと、前記ブームの先端に掛け回されたワイヤロープによって吊下されるフックとの相対位置の変化を検出し、
    前記ブームが伸縮する際に、検出した前記相対位置があらかじめ定めた関係となるように前記ウィンチを制御することを特徴とするウィンチ速度制御方法。
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