JP2006069801A - 油圧駆動ウインチの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吊荷荷重が大きい場合であっても初速を抑えてフリーフォール開始時のショック及びハンチングの発生を防止する。
【解決手段】選択スイッチ１６によってフリーフォール指令が出されたときに、コントローラ１５により減圧弁１９の二次圧を低下させてシリンダ制御弁１３を大容量位置イ側に作動させ、モータ容量を大容量側にセットする。そして、このモータ容量を巻下側リモコン弁８の操作量に比例して大容量から小容量に変化させるとともに、巻下側管路４の圧力を高めていくように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は油圧モータで駆動されるウインチドラムの回転を制御する油圧駆動ウインチの制御装置に関するものである。

従来、油圧駆動ウインチの制御装置として、特許文献１に示されているように、ウインチドラムにクラッチと、ネガティブ・ポジティブ両ブレーキとを設け、ドラム駆動、ドラム停止、フリーフォール（吊荷の自由落下）の各運転状態に応じてこれらクラッチ及びブレーキをオン・オフ制御するものが公知である。

しかし、この装置によると、フリーフォールのためにクラッチ及びポジティブブレーキとこれらの制御系が必要となるため、装置構成が複雑となり、コストが高くなる等の欠点があった。

そこで本出願人は、フリーフォールのためのクラッチ及びブレーキを不要とする装置として、特許文献２に示されているように、油圧モータの回転速度は同一流量でもモータ容量に反比例し、モータ容量が小さいほど回転速度が高くなる点に着目し、フリーフォール運転時にモータを小容量に設定することによりウインチドラムを高速で巻下回転させる技術を提案した。
特公昭６３−３５５５５号公報 特開平１１−７９６７９号公報

ところが、公知技術によると、フリーフォール運転の開始と同時にモータを小容量に切換える構成をとっているため、巻下げ側への急操作によってウインチドラムがいきなり高速で巻下回転する可能性がある。従って、吊荷荷重が大きくなるにつれてフリーフォール開始時の速度(初速)が速くなり、とくに重負荷でのフリーフォール開始時に車体にショックが発生するおそれがあった。

また、重負荷での初速が大きくなることから、カウンタバランス弁の動きが吊荷の動きに追従できずにハンチングを起こすおそれもあった。

そこで本発明は、吊荷荷重が大きい場合であっても初速を抑えてフリーフォール開始時のショック及びハンチングの発生を防止することができる油圧駆動ウインチの制御装置を提供するものである。

請求項１の本発明は、ウインチドラムと、このウインチドラムを駆動する可変容量型の油圧モータと、この油圧モータの油圧源としての油圧ポンプと、上記油圧モータに対する圧油の給排を制御するコントロールバルブと、このコントロールバルブを巻上側に操作する巻上操作手段と、コントロールバルブを巻下側に操作する巻下操作手段と、上記油圧モータの容量を制御するモータ容量制御手段と、フリーフォール指令を出力するフリーフォール指令手段と、フリーフォール制御手段とを備え、このフリーフォール制御手段は、上記フリーフォール指令手段からのフリーフォール指令に基づき上記モータ容量制御手段を作動させてフリーフォール運転を開始し、上記油圧モータの容量を上記巻下操作手段の操作量に比例して大容量から小容量に変化させ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として、油圧モータの容量を変化させるモータ容量調整用アクチュエータと、このアクチュエータを作動させる油圧パイロット式のアクチュエータ制御弁と、このアクチュエータ制御弁に導入されるパイロット圧を制御するパイロット圧制御弁と、上記巻下操作手段の操作量に応じてこのパイロット圧制御弁を制御するコントローラとを具備するものである。

請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、上記フリーフォール制御手段は、上記巻下操作手段の操作量に比例して上記コントロールバルブから上記油圧モータに通じる巻下げ側管路の圧力を高めていくように構成されたものである。

請求項４の発明は、請求項３の構成において、コントロールバルブとして巻上側及び巻下側両パイロットポートを備えた油圧パイロット式のもの、巻下操作手段としてリモコン弁がそれぞれ用いられ、フリーフォール制御手段は、上記巻下側管路の圧力を設定圧力に制御する圧力制御弁を備え、フリーフォール指令手段からのフリーフォール指令に基づき上記リモコン弁の操作量に比例して上記圧力制御弁の設定圧力を変化させ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１乃至４のいずれかの構成において、コントロールバルブ切換手段を備え、このコントロールバルブ切換手段は、フリーフォール運転時に上記巻下操作手段からの切換え操作に優先して上記コントロールバルブを巻下げ側に切換えるように構成されたものである。

本発明によると、フリーフォール指令手段からフリーフォール指令が出されると、油圧モータの容量が巻下げ操作量に比例して大容量から小容量に変化する。すなわち、必ずモータ容量が大きい状態からフリーフォール運転が開始される。

従って、重負荷時でもフリーフォール開始時点での初速を抑えることができるため、フリーフォール開始直後に発生するショックを抑制できるとともにハンチングの発生を防止することができる。これにより、フリーフォール運転を安全に滑らかに行うことができる。

この場合、請求項３,４の発明によると、巻下げ操作を始めた時点では巻下げ側管路の圧力(巻下圧力)が低く設定されるため、フリーフォール開始直後のショック発生及びハンチングの発生を防止する効果が高い。

しかも、巻下げ圧力は操作手段の操作量に比例して高められるため、巻下操作量に応じてフリーフォール速度を増減することができる。

請求項５の発明によると、フリーフォール運転が開始されると、巻下操作手段の操作を待たずにコントロールバルブ切換手段が独自にコントロールバルブを巻下げ側に切換える。これにより、吊下げ負荷が加わっている状態でフリーフォール開始時から最大巻下げ速度に到達するまでの時間が短縮されるため応答性を高めることができる。

第１実施形態（図１〜図５参照）
１はウインチドラムで、このウインチドラム１の回転軸１ａが可変容量型のウインチ用油圧モータ２に直結または減速機を介して連結され、同モータ２によってウインチドラム１が回転駆動される。

この油圧モータ２の駆動回路を構成する巻上側及び巻下側両管路３，４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５を介して油圧ポンプ６に接続され、このコントロールバルブ５によってモータ２に対する圧油の給排（駆動、停止、駆動時の回転方向と速度）が制御される。

７はこのコントロールバルブ５を巻上側に操作する巻上操作手段としての巻上側リモコン弁、８は同バルブ５を巻下側に操作する巻下操作手段としての巻下側リモコン弁で、この両リモコン弁７，８の操作量に応じたパイロット圧(リモコン圧)がリモコン圧ライン９，１０を通じてコントロールバルブ５の巻上側、巻下側両パイロットポート５ａ，５ｂに送られる。

なお、巻上側、巻下側両リモコン弁７，８は、通常、一体として構成され、一つのレバーで選択操作される。

１１は動力巻下回転時に巻上側管路３に油圧ブレーキ力を発生させるブレーキ弁としてのカウンタバランス弁、Ｅは油圧ポンプ６を駆動するエンジン、Ｔはタンクである。

油圧モータ２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。

１２は油圧モータ２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モータ容量調整用アクチュエータとしてのシリンダ（以下、容量調整シリンダという）で、油圧モータ２は、同シリンダ１２が縮小した状態で大容量に設定され、シリンダ伸長状態で小容量にセットされる。

この容量調整シリンダ１２の伸長側油室１２ａは、油圧パイロット切換式のシリンダ制御弁（アクチュエータ制御弁）１３を介して巻上側管路３に接続されている。

このシリンダ制御弁１３は大容量位置イと小容量位置ロとを有し、大容量位置イでシリンダ伸長側油室１２ａがタンクＴに連通して容量調整シリンダ１２が縮小する（油圧モータ２が大容量にセットされる）。

一方、同制御弁１３が小容量位置ロに切換わると、巻上側管路３の油がシリンダ伸長側油室１２ａに導入されることによりシリンダ１２が伸長方向に作動する（油圧モータ２が小容量域にセットされる）。

１３ａはシリンダ制御弁１３の小容量側パイロットポート、１３ｂは大容量側パイロットポートである。

巻下げ側リモコン弁（操作手段）８のリモコン圧Ｐｉは圧力センサ１４によって検出され、この圧力センサ１４からの圧力信号がコントローラ１５に入力される。

コントローラ１５には選択スイッチ（フリーフォール指令手段）１６が接続されている。この選択スイッチ１６には通常の巻上げと巻下げを行う通常操作ボタン１６ａとフリーフォール操作ボタン１６ｂとが備えられ、フリーフォール操作ボタン１６ｂを押すと、コントローラ１５に対してフリーフォール指令が与えられ、コントローラ１５は予め設定されたモータ容量特性で油圧モータ２の容量を設定する。

図２は上記フリーフォール指令が出力された場合に設定されるモータ容量特性（リモコン圧Ｐｉとモータ容量Ｍｑの関係）を示したものである。

同図に示すように、モータ容量は、リモコン圧Ｐｉが小さい場合には大きく、リモコン圧Ｐｉが増加するにつれて小さくなるように構成されている。

具体的には、シリンダ制御弁１３の小容量側パイロットポート１３ａとパイロット油圧源１７とを結ぶ容量切換ライン１８に、コントローラ１５によって制御されるパイロット圧制御弁としての電磁比例式の減圧弁１９が設けられ、フリーフォール運転開始時においてリモコン圧Ｐｉが小さいときに、これを受けたコントローラ１５からの信号によってこの減圧弁１９の二次圧（シリンダ制御弁１３の小容量側パイロットポート１３ａに入力されるパイロット圧）が低下するように構成されている。

これにより、シリンダ制御弁１３が大容量位置イ側に作動し、モータ容量が大容量側にセットされる。

シリンダ制御弁１３の大容量側ポート１３ｂは、巻上側圧力検出ライン２０によって巻上側管路３に接続され、巻上側管路３の圧力(巻上側圧力)が高くなるとシリンダ制御弁１３が大容量側位置イ側に作動してモータ容量が増加する。

一方、巻上、巻下両側管路３,４をつなぐバイパス管路４ａに、巻下側圧力を設定圧力に制御する油圧パイロット式の圧力制御弁２１が設けられ、この圧力制御弁２１のパイロットポートが、油圧パイロット式の設定圧力制御弁２２を介して巻上側管路３に接続されている。

設定圧力制御弁２２は、パイロットポート２２ａに入力されるパイロット圧に応じて連通から遮断に切換わる切換位置（図では便宜的に切換位置イ〜ハで示す）を有し、同制御弁２２のパイロットライン２３が、コントローラ１５によって制御される電磁式のフリーフォール弁２４を介して巻下側リモコン圧ライン１０に接続されている。

なお、パイロットライン２３は、巻上側管路３に設けられた油圧パイロット式の保持圧制御弁２５のパイロットポート２５ａにも接続されている。

フリーフォール弁２４は、通常運転時(フリーフォール運転時以外)は図示の非作用位置イにセットされ、この状態でパイロット油圧源２６からの固定圧Ｐｃが設定圧力制御弁２２及び保持圧制御弁２５に送られる。

一方、フリーフォール弁２４は、フリーフォール指令が出されたときにコントローラ１５からの信号によってイ位置からロ位置に切換わり、この状態でパイロットライン２３に固定圧Ｐｃに代わって巻下操作量に比例して変化するリモコン圧Ｐｉが供給される。

設定圧力制御弁２２は、フリーフォール弁２４がイ位置からロ位置に切換えられたとき、巻下げ側リモコン弁８が操作されていない状態ではイ位置にある。そして同リモコン弁８が巻下げ操作されると、その操作量に応じてロ位置→ハ位置と切換わる。

この設定圧力制御弁２２がイ位置からハ位置に切換わるにつれて、圧力制御弁２１はその設定圧が最小から最大まで変化し、これに伴って巻下側圧力(巻下側管路４の圧力)が最小から最大まで変化する。

一方、保持圧制御弁２５は、フリーフォール指令が出されたときにリモコン圧Ｐｉによって連通位置に切換えられる。

このように、リモコン圧Ｐｉが小さい場合、すなわち、フリーフォール運転において巻下側リモコン弁８を操作し始めるときにモータ容量Ｍｑを大きくし、且つ巻下側圧力を低くしておくと、フリーフォール運転開始直後はモータ容量Ｍｑが大きいために油圧モータ２の回転に多くの油量を必要とすることにより初速が遅くなる。

その結果、重負荷時においてもフリーフォール開始直後に発生するショックが極めて小さくなるとともに、カウンタバランス弁１１のハンチングの発生を防止でき、これによりフリーフォール運転を安全に行うことができる。

しかも、フリーフォール時の巻下速度はレバー操作量に比例して速くなるように構成しているため、安定して定常操作状態に移行させることができ、オペレータの意に沿った運転を行うことができる。

上記コントローラ１５、フリーフォール弁２４，設定圧力制御弁２２及び圧力制御弁２１はフリーフォール制御手段として機能する。

図３（ａ）は巻下側リモコン弁８のレバー操作量の変化状況、（ｂ）はウインチドラム１の動き始めの回転数の変化状況をそれぞれ示したものである。

レバー操作によって巻下側管路４の圧力が上昇し、ウインチドラム１が回転を開始するが、巻下げ開始時にモータ容量を小さく設定した場合ではウインチドラム１の回転数が急激に増加し（グラフＮ1参照）、重負荷状態でのフリーフォール開始直後に大きなショックが発生するとともに、カウンタバランス弁１１がハンチングを起こすおそれがある。

これに対し、この実施形態によるとウインチドラム１の回転数の増加が緩やかとなり、ショックを伴わずかつハンチングを起こすことなく滑らかなフリーフォール運転を行うことができる（グラフＮ2参照）。

第２実施形態（図４参照）
第２実施形態では、巻下側リモコン弁８からのリモコン圧Ｐｉと、その巻下げ側リモコン弁８とは別に設けられたコントロールバルブ切換手段としての電磁式のパイロット圧供給弁２７からのパイロット圧Ｐｊとのいずれか一方によってコントロールバルブ５を切換えるように構成している。

ただし、Ｐｊ＞Ｐｉとする。また、２８はリモコン圧Ｐｉとパイロット圧Ｐｊの高位選択を行うシャトル弁である。

選択スイッチ１６のフリーフォール操作ボタン１６ｂが押されると、コントローラ１５からの信号によりパイロット圧供給弁２７がイ位置からロ位置に切換えられて、パイロット圧供給弁２７からパイロット圧Ｐｊが導出される。

そして、シャトル弁２８でパイロット圧Ｐｊとリモコン圧Ｐｉとの高位選択が行われ、Ｐｊ＞Ｐｉであるためにパイロット圧Ｐｊがコントロールバルブ５のパイロットポート５ｂに加えられる。

これにより、巻下側リモコン弁８の操作に優先してコントロールバルブ５が巻下げ位置ハに切換えられる。

この構成によれば、フリーフォール操作時に巻下側リモコン弁８からのリモコン圧Ｐｉ、すなわちリモコン弁８の巻下操作を待たずにコントロールバルブ５を素早く巻下げ位置に切換えることができる。従って、巻下げ開始時から巻下げ最高速度に至る時間を短縮することができ、加速性を高めることができる。

なお、フリーフォールモードが選択されない場合は、パイロット圧Ｐｊが導出されず、巻下げ側リモコン弁８から導出されるリモコン圧Ｐｉがコントロールバルブ５のパイロットポート５ｂに導入されるため、通常の巻上げ、巻下げ操作を行うことができる。

第３実施形態（図５,６参照）
第３実施形態では、バイパス管路４ａに設けられた電磁式の圧力制御弁２９をコントローラ１５で直接制御するように構成している。

すなわち、巻下側リモコン弁８のレバーストローク（リモコン圧Ｐｉ）に応じて圧力制御弁２９の設定圧を低圧から高圧へ所定のパターンで変更するための設定圧力特性をコントローラ１５のメモリ内に予め記憶しておき、圧力センサ１４によって検出されるリモコン圧Ｐｉに応じてそのメモリから設定圧力を読み出し、圧力制御弁２９に設定圧力信号として与えるようになっている。

図６は上記設定圧力特性を示したものであり、リモコン圧ＰｉがＰ０からＰＡまでは設定圧力はＰ１で一定であり、リモコン圧がＰＡからＰＢに増加するにつれて設定圧力がＰ１からＰ２まで増加するようになっている。

この構成によれば、設定圧力特性を任意に設定することができ、しかも速度応答性が速く、操作フィーリングも優れるという利点がある。

本発明の第１実施形態を示す回路構成図である。 第１実施形態におけるリモコン圧とモータ容量の関係を示す図である。 （ａ）は第１実施形態における巻下側リモコン弁のレバー操作量の変化状況、（ｂ）はウインチドラム１の動き始めの回転数の変化状況をそれぞれ示す図である。 本発明の第２実施形態を示す回路構成図である。 本発明の第３実施形態を示す回路構成図である。 第３実施形態におけるリモコン圧と圧力制御弁の設定圧力の関係を示す図である。

符号の説明

１ ウインチドラム
２ ウインチドラム用油圧モータ
５ コントロールバルブ
６ 油圧ポンプ
７ 巻上側リモコン弁
８ 巻下側リモコン弁
１２ モータ容量制御手段を構成するモータ容量調整用アクチュエータとしての容量調整シリンダ
１３ 同アクチュエータ制御弁としてのシリンダ制御弁
１４ 巻下操作量を検出する圧力センサ
１５ フリーフォール制御手段及びモータ容量制御手段を構成するコントローラ
１６ フリーフォール指令手段としての選択スイッチ
２１ フリーフォール制御手段を構成する圧力制御弁
２２ 同設定圧力制御弁
２４ 同フリーフォール弁
２７ コントロールバルブ切換手段としてのパイロット圧供給弁
２８ 同シャトル弁
２９ フリーフォール制御手段を構成する圧力制御弁

Claims (5)

1. ウインチドラムと、このウインチドラムを駆動する可変容量型の油圧モータと、この油圧モータの油圧源としての油圧ポンプと、上記油圧モータに対する圧油の給排を制御するコントロールバルブと、このコントロールバルブを巻上側に操作する巻上操作手段と、コントロールバルブを巻下側に操作する巻下操作手段と、上記油圧モータの容量を制御するモータ容量制御手段と、フリーフォール指令を出力するフリーフォール指令手段と、フリーフォール制御手段とを備え、このフリーフォール制御手段は、上記フリーフォール指令手段からのフリーフォール指令に基づき上記モータ容量制御手段を作動させてフリーフォール運転を開始し、上記油圧モータの容量を上記巻下操作手段の操作量に比例して大容量から小容量に変化させるように構成されたことを特徴とする油圧駆動ウインチの制御装置。
2. モータ容量制御手段として、油圧モータの容量を変化させるモータ容量調整用アクチュエータと、このアクチュエータを作動させる油圧パイロット式のアクチュエータ制御弁と、このアクチュエータ制御弁に導入されるパイロット圧を制御するパイロット圧制御弁と、上記巻下操作手段の操作量に応じてこのパイロット圧制御弁を制御するコントローラとを具備することを特徴とする請求項１記載の油圧駆動ウインチの制御装置。
3. 上記フリーフォール制御手段は、上記巻下操作手段の操作量に比例して上記コントロールバルブから上記油圧モータに通じる巻下側管路の圧力を高めていくように構成されたことを特徴とする請求項１または２記載の油圧駆動ウインチの制御装置。
4. コントロールバルブとして巻上側及び巻下側両パイロットポートを備えた油圧パイロット式のもの、巻下操作手段としてリモコン弁がそれぞれ用いられ、フリーフォール制御手段は、上記巻下側管路の圧力を設定圧力に制御する圧力制御弁を備え、フリーフォール指令手段からのフリーフォール指令に基づき上記リモコン弁の操作量に比例して上記圧力制御弁の設定圧力を変化させるように構成されたことを特徴とする請求項３記載の油圧駆動ウインチの制御装置。
5. コントロールバルブ切換手段を備え、このコントロールバルブ切換手段は、フリーフォール運転時に上記巻下操作手段からの切換え操作に優先して上記コントロールバルブを巻下げ側に切換えるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の油圧駆動ウインチの制御装置。

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