JP2007269439A5 - - Google Patents

Description

伸縮ブームの伸縮機構

本発明は、1本の伸縮シリンダにより多段伸縮ブームを構成するブーム段を１段ずつ伸縮駆動する伸縮機構に関するものである。

移動式クレーンの多段伸縮ブームの伸縮機構として、１本の伸縮シリンダにより伸縮させようとするブーム段を１段ずつ伸縮駆動する伸縮機構が実用化されている（例えば、特許文献１参照。）。この伸縮機構は伸縮シリンダが１本であるため、伸縮機構全体を軽量化できるといる利点を有している。

この伸縮機構は、一本の伸縮シリンダが伸縮ブームに内装されてベースブーム基端部にそのロッド端部が軸支されている。そして、この伸縮機構の特有の構成として、シリンダ・ブーム連結手段とブーム間固定手段と固定ピン駆動手段を有している。

前記シリンダ・ブーム連結手段は、当該伸縮シリンダのシリンダチューブのロッド側端部に配置され、目的とするブーム段の基端部の連結穴に向けて内蔵する連結ピンを進退することにより選択したブーム段と連結・解除可能とするものである。

前記ブーム間固定手段は、隣接するブームの内側ブーム基端部に配置され、外側ブームの適所に設けられた固定穴に向けて内蔵する固定ピンを進退することにより当該隣接するブーム同士を固定・解除可能とするものである。

前記固定ピン駆動手段は、前記伸縮シリンダのシリンダチューブロッド側端部に配置され、目的とするブーム基端部の前記固定ピンの内端に作用してその固定ピンを進退駆動するものである。

そして、前記シリンダ・ブーム連結手段により前記伸縮シリンダと目的のブーム基端部を連結するシリンダ・ブーム連結行程と、前記固定ピン駆動手段により前記ブーム間固定手段による目的ブームと外側ブームとの固定を解除するブーム間固定解除行程と、前記伸縮シリンダにより目的ブームを伸縮する目的ブーム伸縮行程と、前記固定ピン駆動手段により前記ブーム間固定手段による目的ブームと外側ブームとを固定するブーム間固定行程と、前記シリンダ・ブーム連結手段による前記伸縮シリンダと目的ブーム基端部との連結を解除するシリンダ・ブーム連結解除行程と、前記伸縮シリンダが次の目的ブーム基端部まで伸縮する伸縮シリンダ伸縮行程と、からなる行程を繰り返すことにより前記伸縮ブームの伸縮を行うものである。

図４は上記伸縮機構における伸縮シリンダが伸長するときの作動圧と座屈に至る作動圧の一例を図示したものである。折れ線１はブームのみを伸長したときの伸長段により変化する伸長作動圧をプロットしたものである。これから判るように、伸長作動圧はトップブームでは２０kgf/cm2であるがセカンドブームでは８０kgf/cm2まで上昇している。また、折れ線２はブーム先端にジブを装着して伸長した時の伸長段により変化する伸長作動圧をプロットしたものである。この場合は、トップブームでは６０kgf/cm2であるがセカンドブームでは１５０kgf/cm2まで上昇している。さらに、折れ線３は伸縮シリンダが全伸長した状態でロッドが座屈するときの作動圧を伸長段ごとにプロットしたものである。トップブームでは１６０kgf/cm2であるがセカンドブームでは２００kgf/cm2まで上昇している。

図５はトップブーム４を最大伸長したときの伸縮シリンダ５の状態を図示したものである。伸縮シリンダ５はトップブーム４のみを伸長しているため、押し上げなければならない荷重は小さい。このため上述したようにトップブームの作動圧が低くてもよいこととなる。一方、図６はセカンドブーム６を最大伸長したときの伸縮シリンダ５の状態を図示したものである。伸縮シリンダ５はセカンドブーム６のみならず、サードブーム７、フォースブーム８、フィフスブーム９及びトップブーム４を一度に押し上げなければならず、その荷重は大きなものとなる。このため、上述したようにセカンドブームの作動圧がトップブームよりも高くなることとなる。さらに、トップブーム先端にジブを装着した場合には、全てのブーム段の伸長時にはジブの重量をも同時に押し上げなければならない。そのため、ジブ装着時の作動圧は全ての伸長段においてブームのみの作動圧よりも高くなる。

図５に示した寸法ＳＴはトップブーム４の伸縮ストロークであり、寸法Ｌ１は全縮小時トップブーム４のブーム基端部連結穴と伸縮シリンダ５のロッド端部との距離である。寸法ＬＴは伸縮シリンダが全伸長時のロッド長さである。図６に示した寸法ＳＴはセカンドブーム６の伸縮ストロークでありトップブームの伸縮ストロークと同じである。また、寸法Ｌ２は全縮小時セカンドブーム６のブーム基端部連結穴と伸縮シリンダ５のロッド端部との距離である。寸法ＬＳは伸縮シリンダが全伸長時のロッド長さである。Ｌ１＞Ｌ２であることから、全伸長時のロッド長さはＬＴ＞ＬＳとなる。そのため、トップブーム全伸長時のロッドが座屈に至る作動圧はセカンドブームの場合よりも低くなることとなる。
特開２００３−２５８３号公報（第３−８頁、第４図）

ところが、上記特許文献１に記載された伸縮機構をはじめ従来の1本の伸縮シリンダによる伸縮機構は、前記シリンダ・ブーム連結手段が連結し伸長するブーム段に関わりなく伸縮シリンダ伸長時のリリーフセット圧は一定であった。

伸長側油路リリーフセット圧は、一番高い作動圧が必要とされるジブ付きでのセカンドブームの作動圧を基準に、余裕を見てそれよりも少し高めの圧力が選定されていた。そのため、トップブームを伸長する際には不必要な高いリリーフセット圧力となっていた。さらに、そのリリーフセット圧とトップブーム全伸長時の一番長いロッド長さを基準に座屈に耐えるロッドを選定していた。

なお、クレーン作業では吊荷により伸縮ブーム縮小方向に大きな圧縮力が作用するが、１本の伸縮シリンダによる伸縮機構では上記ブーム間固定手段を介してブーム段の間でその圧縮力が伝達される。したがって、伸縮シリンダの設計に当たっては吊荷により発生する圧縮力は考慮する必要は無い。

このため、上記条件に適合するための座屈強度を有するロッド（必要断面二次モーメントを有するロッド）としていたため、ロッドの重量が重くなり伸縮機構軽量化の妨げとなっていた。

そこで、本願発明では、1本の伸縮シリンダを用いた伸縮機構では先端側のブーム段を伸長する際の作動圧が基端側のブーム段を伸長する際の作動圧よりも低くなることに注目し、伸縮シリンダの油圧供給手段が伸縮段に応じて伸長側リリーフセット圧が変更されるものとすることにより、軽量化が可能な伸縮機構を提供しようとするものである。

本願の伸縮ブームの伸縮機構は、ベースブーム内に複数のブームがそれぞれ伸縮自在に順次嵌挿された多段伸縮ブームと、当該伸縮ブームに内装されて前記ベースブームに取付けられている１本の伸縮シリンダと、前記伸縮シリンダに伸縮シリンダを伸縮する作動油を供給する油圧供給手段と、前記多段ブームの各段毎の伸縮を前記１本の伸縮シリンダの１回の伸縮で行う伸縮ブームの伸縮機構であって、前記油圧供給手段は供給する作動油の最大圧力を制限する最大圧力制限手段を有し、前記最大圧力制限手段は伸縮シリンダの伸長長さが長い程最大圧力の制限値を低くするよう変更することを特徴とする。

本願発明の伸縮ブームの伸縮機構は、前記伸縮シリンダが先端側のブーム段を伸長する際のリリーフセット圧が、前記伸縮シリンダが基端側のブーム段を伸長する際のリリーフセット圧よりも低圧になるよう変更されるので、全伸長時のロッド長さが最大で座屈が問題となるトップブーム伸長時のロッドに作用する圧縮荷重を従来よりも小さい値とすることができる。そこで座屈強度の決定要因であるロッドの断面二次モーメントを従来のものより小さいものとできる。すなわち、ロッド径が同じであれば肉厚を薄くできるし、肉厚が同じであれば、ロッド径を小さくできる。その結果、ロッドの断面積が小さくなりロッドの重量が従来のものより小さくなる。そうして、伸縮機構の軽量化が達成できるのである。

また、本願発明の伸縮ブームの伸縮機構は、前記伸縮シリンダの伸長ロッド長さが増大するに応じてリリーフセット圧が低圧になるよう変更されるので、ロッドの座屈が問題となるロッド長さが大きな状態での圧縮荷重が小さくなり、従来のものよりもロッドの重量を小さくできる。

図１に、本発明の実施の形態に係る1本の伸縮シリンダ５を用いた伸縮ブーム１０の伸縮機構の断面図を示す。

伸縮ブーム１０はベースブーム１１にセカンドブーム６、サードブーム７、フォースブーム８、フィフスブーム９及びトップブーム４が順次伸縮自在に嵌挿されている。伸縮ブ
ーム１０には1本の伸縮シリンダ５が内装されており、当該伸縮シリンダ５は、ベースブーム基端部１１ａにそのロッド端部１２がピン１３により軸支されている。

１４は伸縮シリンダのシリンダチューブロッド側端部１５に配置され、目的とするブームの基端部の連結穴５１に向けて内蔵する連結ピン５２を進退することにより目的ブーム基端部と連結・解除可能なシリンダ・ブーム連結手段である。

１６は隣接するセカンドブーム６とベースブーム１１の内側ブームであるセカンドブーム基端部６ａに配置されたセカンドブームのブーム間固定手段である。セカンドブームのブーム間固定手段１６は外側ブームであるベースブーム１１の長手方向適所に複数設けられた固定穴に向けて内蔵する固定ピンを進退することにより、隣接するセカンドブーム６とベースブーム１１同士を固定・解除可能とするものである。

以下同様に、１７はサードブーム７のブーム間固定手段、１８はフォースブーム８のブーム間固定手段、１９はフィフスブーム９のブーム間固定手段、２０はトップブーム４のブーム間固定手段である。

２５は伸縮シリンダ５のシリンダチューブロッド側端部１５に配置され、目的とするブーム基端部の固定ピンの内端に作用して固定ピンを進退駆動する固定ピン駆動手段である。

２６はシリンダ・ブーム連結手段１４が連結しているブーム段を検出する連結ブーム段検出手段である。連結ブーム段検出手段２６は、セカンドブーム基端部６ａ〜トップブーム基端部４ａにそれぞれ検出片を配置し、伸縮シリンダのシリンダチューブロッド側端部１５に配置した検出器（近接スイッチ）により、シリンダ・ブーム連結手段１４が連結状態にあるブーム段を検出するようにしたものである。

２７はベースブーム基端部１１ａに配置されたロッド伸長長さ検出手段である。ロッド伸長長さ検出手段２７はコード巻取器とその回転軸の回転数を検出するポテンショメータが一体となった長さ検出器で構成されており、コード巻取器から繰出されたコード２８は伸縮シリンダのシリンダチューブロッド側端部に連結されている。

図２は本願発明の実施の形態に係る伸縮機構の油圧供給手段３０を説明する回路図である。３１は伸縮切換え弁であって、ポンプ３２からの作動油圧を伸縮シリンダ５に供給切換えするものである。伸縮切換え弁３１は、パイロット油圧源３３からのパイロット油圧を制御する伸長側電磁比例減圧弁３４及び縮小側電磁比例減圧弁３５からのパイロット圧により切換えられるようになっている。３６は伸縮シリンダの伸長側油室３７と伸縮切換え弁３１の出口ポートとを連絡する伸長側油路である。３８は伸長側油路３６に介装されたカウンタバランス弁である。３９は伸縮シリンダの縮小側油室４０と伸縮切換え弁３１の出口ポートとを連絡する縮小側油路である。

４１は前記伸長側油路３６とタンク４３の間に介装された伸長側油路ポートリリーフ弁であり、４２は前記縮小側油路３９とタンク４３の間に介装された縮小側油路ポートリリーフ弁である。４４は伸長側油路リリーフセット圧変更手段であって、伸長側油路ポートリリーフ弁４１のベント油路４８に介装された二位置切換え弁４５と、当該二位置切換え弁４５に接続された第１リリーフ弁４６及び第２リリーフ弁４７とから構成されている。第１リリーフ弁４６のリリーフセット圧は１４０kgf/cm2であって、第２リリーフ弁４６のリリーフセット圧は１７０kgf/cm2である。

５０は伸縮操作手段であって、移動式クレーンのオペレータが伸縮ブームの伸縮操作を
行うための操作手段である。２６は連結ブーム段検出手段であって、図１において具体的なその構成を既に説明したものである。伸縮操作手段５０と連結ブーム段検出手段２６からの信号はコントローラ５０に入力され、コントローラからは上述した伸長側油路リリーフセット圧変更手段の二位置切換え弁４５、伸長側電磁比例減圧弁３４、及び縮小側電磁比例減圧弁３５に操作信号が出力される。

以上説明した伸縮機構の作用は以下の通りである。伸縮操作手段５０により伸長操作信号が出力されると、コントローラ５１から伸長側電磁比例減圧弁３４に操作信号が出力され、伸縮切換え弁３１は伸長側に切換えられる。その際、連結ブーム段検出手段２６からの信号により、伸縮シリンダ５が先端側のブーム段であるトップブーム４あるいはフィフスブーム９を伸長する際には前記二位置切換え弁４５はベント油路４８に前記第１リリーフ弁４６を接続する。一方、前記伸縮シリンダ５が基端側のブーム段であるフォースブーム８、サードブーム７あるいはセカンドブーム６を伸長する際には前記二位置切換え弁４５はベント油路４８に前記第２リリーフ弁４７を接続する。

図４に示した棒グラフ２２は各伸長段のリリーフセット圧を表している。図４から明らかなように、リリーフセット圧は伸縮シリンダ５が全伸長した状態でロッド２１が座屈する作動圧（折れ線３）よりも低く設定されているのでロッドが座屈する恐れは無い。一方、リリーフセット圧（棒グラフ２２）は、ブーム先端にジブを装着して伸長した時の伸長段により変化する伸長作動圧（折れ線２）よりも高く設定されているので、想定される伸縮動作を問題なく行うことができる。

以上のように、本願発明の伸縮機構は伸長段によって変化する作動圧と座屈する作動圧との間にその変化傾向にあわせて変化するリリーフセット圧を設定することができる。これにより、全伸長時のロッド長さが最大で座屈が問題となるトップブーム伸長時のロッドに作用する圧縮荷重を従来よりも小さい値で設計することができる。そこで座屈強度に有利となり伸縮シリンダの軽量化が達成できるのである。

また、本願発明の伸縮ブームの伸縮機構は、前記伸長側油路リリーフセット圧変更手段を、入手が容易な伸長側油路ポートリリーフ弁、二位置切換え弁と、第１リリーフ弁及び第２リリーフ弁で構成したので、比較的簡便な装置でもって安価に伸長側油路リリーフセット圧を二段階に変更することができる。

図３は第２の実施の形態に係る伸縮ブームの伸縮機構の油圧供給手段３０を説明する回路図である。図２に示した第１の実施の形態に係る油圧回路と共通する部分は説明を省略し、以下相違する部分について説明する。２７は図１でその構成を説明したロッド伸長長さ検出手段であって、その検出信号はコントローラ５１に入力される。４４は伸長側油路リリーフセット圧変更手段であって、本実施例では電磁比例リリーフ弁５０が用いられている。前記伸長側油路ポートリリーフ弁４１のベント油路４８に上記電磁比例リリーフ弁５０が介装されている。電磁比例リリーフ弁５０にはコントローラ５１から操作信号が出力される。コントローラ５１にはロッド伸長長さが増大するに応じて低圧になるリリーフセット圧が記憶されている。そのリリーフセット圧は、図４に示したジブ装着時の作動圧（折れ線２）よりも高く、伸縮シリンダ５が全伸長した状態でロッド２１が座屈するリリーフセット圧（折れ線３）よりも低い値がロッド長さと関係付けて連続的に又は段階的に設定されている。

以上説明した第２の実施の形態に係る伸縮機構の作用は以下の通りである。伸縮シリンダ５が伸長しロッド伸長長さが長くなってくるとコントローラは、記憶しているロッド長さに応じたリリーフセット圧を読み出し電磁比例リリーフ弁５０に出力する。これにより、全伸長時のロッド長さが最大で座屈が問題となるトップブーム伸長時のロッドに作用する圧縮荷重を従来よりも小さい値で設計することができる。そこで座屈強度に有利となり伸縮シリンダの軽量化が達成できるのである。

本発明の実施の形態に係る1本の伸縮シリンダ５を用いた伸縮機構の断面図である。 本願発明の実施の形態に係る伸縮機構の油圧供給手段３０を説明する回路図である。 第２の実施の形態に係る伸縮ブームの伸縮機構の油圧供給手段３０を説明する回路図である。 伸縮シリンダが伸長するときの作動圧の一例を図示したものである。 トップブーム４を最大伸長したときの伸縮シリンダ５の状態を図示したものである。 セカンドブーム６を最大伸長したときの伸縮シリンダ５の状態を図示したものである。

４：トップブーム
５：伸縮シリンダ
１０：伸縮ブーム
１１：ベースブーム
１２：ロッド端部
１４：シリンダ・ブーム連結手段
１５：シリンダチューブロッド側端部
１６〜２０：ブーム間固定手段
２５：固定ピン駆動手段
２６：連結ブーム段検出手段
２７：ロッド伸長長さ検出手段
４１：伸長側油路ポートリリーフ弁
４４：伸長側油路リリーフセット圧変更手段
４５：二位置切換え弁
４６：第１リリーフ弁
４７：第２リリーフ弁
４８：ベント油路

Claims (4)

1. ベースブーム内に複数のブームがそれぞれ伸縮自在に順次嵌挿された多段伸縮ブームと、
   当該伸縮ブームに内装されて前記ベースブームに取付けられている１本の伸縮シリンダと、
   前記伸縮シリンダに伸縮シリンダを伸縮する作動油を供給する油圧供給手段と、
   前記多段ブームの各段毎の伸縮を前記１本の伸縮シリンダの１回の伸縮で行う伸縮ブームの伸縮機構であって、
   前記油圧供給手段は供給する作動油の最大圧力を制限する最大圧力制限手段を有し、前記最大圧力制限手段は伸縮シリンダの伸長長さが長い程最大圧力の制限値を低くするよう変更することを特徴とする伸縮ブームの伸縮機構。
2. 前記最大圧力制限手段は、ブームを伸縮した際の伸縮シリンダの伸縮長さが長いブーム段を伸縮する場合の最大圧力の制限値を、ブームを伸縮した際の伸縮シリンダの伸縮長さが短いブーム段を伸縮する場合の最大圧力の制限値に比べて低く設定することを特徴とする請求項１に記載の伸縮ブームの伸縮機構。
3. 前記油圧供給手段は、前記伸縮シリンダが前記多段ブームのうち先端側のブーム段を伸長する際の最大圧力の制限値が基端側のブーム段を伸長する際の最大圧力の制限値よりも低圧になるよう変更されることを特徴とする請求項２に記載の伸縮ブームの伸縮機構。
4. ベースブーム内に複数のブームがそれぞれ伸縮自在に順次嵌挿された多段伸縮ブームと、
   当該伸縮ブームに内装されて前記ベースブームに取付けられている１本の伸縮シリンダと、
   前記伸縮シリンダに伸縮シリンダを駆動する作動油を供給する油圧供給手段と、
   当該伸縮シリンダと前記多段ブームのうち伸縮するブームとを連結・解除可能なシリンダ・ブーム連結手段と、
   前記多段伸縮ブームの隣接するブーム同士を固定・解除可能なブーム間固定手段と、
   前記伸縮シリンダでブームの伸縮を行う時には、前記シリンダ・ブーム連結手段を連結した状態で、前記多段ブームのうち伸縮するブームと前記伸縮するブームと隣接する伸縮しないブームとのブーム間固定手段を解除して前記伸縮シリンダを伸縮することによりブームを伸縮し、
   伸縮シリンダを単独で伸縮する際には、前記ブーム間固定手段を固定した状態でシリンダ・ブーム連結手段を解除して伸縮シリンダを伸縮し、
   前記ブームの伸縮と伸縮シリンダの単独での伸縮を組み合わせることで、多段ブーム全体の伸縮を行う伸縮ブームの伸縮機構であって、
   前記シリンダ・ブーム連結手段が連結しているブームが何段目のブーム段であるかを検出するブーム段検出手段を備え、
   前記油圧供給手段は前記ブーム段検出手段の検出したブーム段数に基づいて、多段ブームのブーム段数が先端側である場合の最大圧力の制限値が基端側のブーム段数である場合の最大圧力の制限値よりも低圧になるよう変更することを特徴とする伸縮ブームの伸縮機構。