JP2009107833A - ウインチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃費を悪化することなくドラグトルクに対抗した十分なフリーフォール速度を得る。
【解決手段】吊り荷の負荷によるフリーフォール時にインナディスク１２の回転を摩擦力を付加して制動するブレーキ装置１０を設け、インナディスク１２が収容されたブレーキケース内に冷却回路２０を介して冷却油を供給する。この際、電磁切換弁２２を切り換えることで、ブレーキケース内にはパイロットポンプ２１からの冷却油またはパイロットリリーフ弁９を通過したより高温の冷却油のいずれかを供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、吊り荷のフリーフォールが可能なウインチ装置に関する。

従来、吊り荷のフリーフォール時に十分な制動力を得るものとして、湿式多板式ブレーキを有するウインチ装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この公報記載の装置では、冷却油ポンプからブレーキに冷却油を供給する管路に圧力制御弁を設け、冷却油温度が所定値以下のときに、圧力制御弁により冷却油を加圧する。これにより冷却油温を上昇させ、油の粘性による回転抵抗（いわゆるドラグトルク）を低減し、フリーフォール速度の不足を解消するようにしている。

特許第３６４４３７２号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置では、冷却油ポンプの下流の圧力制御弁により冷却油を加圧するので、冷却油ポンプに作用する負荷が増大し、燃費の悪化を伴う。

本発明によるウインチ装置は、ウインチドラムと、ウインチドラムを巻上げおよび巻下げ駆動する巻上用油圧モータと、油圧ポンプから油圧モータへの圧油の流れを制御する方向制御弁と、吊り荷の負荷によるフリーフォール時にウインチドラムと一体に回転する回転体の回転を、摩擦力を付加して制動するブレーキ装置と、回転体が収容された空間内に冷却油を供給する冷却回路と、フリーフォール時に回転体の回転を許容し、吊り荷の巻上げおよび巻下げ時に回転体の回転を阻止するようにブレーキ装置を制御するブレーキ制御装置とを備え、冷却回路は、空間内に冷却油を供給する第１の回路と、空間内に第１の回路よりも高温の冷却油を供給する第２の回路と、第１の回路と第２の回路のいずれかに冷却回路を切り換える切換手段とを有することを特徴とする。
ウインチドラムの巻上げおよび巻下げを指令する操作レバーによって操作されるパイロット弁と、パイロット弁にパイロット圧を供給する操作用油圧ポンプとを含んで構成され、操作レバーが巻上げまたは巻下げ操作されると、パイロット弁を介して方向制御弁に操作用油圧ポンプからのパイロット圧を供給して方向制御弁を切り換え、操作レバーが中立位置に操作されると、方向制御弁へのパイロット圧の供給を遮断する操作回路を備え、第２の回路を、操作回路からの油をブレーキ装置に供給するものとしてもよい。
操作回路の圧力を制限するリリーフ弁を有し、第２の回路を、リリーフ弁を通過したリリーフ油をブレーキ装置に供給するものとしてもよい。
冷却油の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段により検出された冷却油温が所定値未満のときは冷却回路を前記第２の回路に切り換え、所定値以上のときは第１の回路に切り換えるように切換手段を制御する切換制御手段とを備えることもできる。
吊り荷の荷重を検出する吊り荷重検出手段と、検出された荷重が所定値未満のときは冷却回路を第２の回路に切り換え、所定値以上のときは第１の回路に切り換えるように切換手段を制御する切換制御手段とを備えることもできる。

本発明によれば、回転体に冷却油を供給する第１の回路と第１の回路よりも高温の冷却油を供給する第２の回路とを切換可能としたので、第１の回路の負荷を増大して油温を上昇させる必要がなく、燃費の悪化を防ぐことができる。

以下、図１〜４を参照して本発明によるウインチ装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るウインチ装置の構成を示す油圧回路図であり、図３はこのウインチ装置を有するクレーンの外観側面図である。図３に示すように、クレーンは、走行体１０１と、走行体１０１上に搭載された旋回可能な旋回体１０２と、旋回体１０２に起伏可能に支持されたブーム１０３とを有する。旋回体１０２にはウインチドラム１が搭載され、ウインチドラム１の駆動によりワイヤロープ１０４が巻上げまたは巻下げられ、吊り荷（掘削用バケット等）１０６が昇降する。また、旋回体１０２には起伏ドラム１０７が搭載され、起伏ドラム１０７の駆動により起伏ロープ１０８が巻上げまたは巻下げられ、ブーム１０３が起伏される。

図１に示すようにウインチ装置は、ウインチドラム１と、ウインチドラム１を駆動する油圧モータ２と、エンジンＭにより駆動され、油圧モータ２に駆動圧油を供給する可変容量型の油圧ポンプ３（メインポンプ）と、メインポンプ３から油圧モータ２への圧油の流れを制御する方向制御弁４と、ウインチドラム１の巻上げ、巻下げを指令する操作レバー５と、操作レバー５により操作されるパイロット弁６ａ，６ｂと、エンジンＭにより駆動され、パイロット弁６ａ，６ｂを介して方向制御弁４にパイロット圧を供給する油圧ポンプ７（パイロットポンプ）と、メインポンプ３の吐出圧の最大値を所定値Ｐａに制限するメインリリーフ弁８と、パイロットポンプ７の吐出圧の最大値を所定値Ｐｂに制限するパイロットリリーフ弁９と、フリーフォール時にウインチドラム１に制動力を付与するブレーキ装置１０と、ブレーキ装置１０に冷却油を供給する冷却回路２０とを有する。なお、リリーフ弁８の設定圧Ｐａはリリーフ弁９の設定圧Ｐｂよりも大きい。

図２は、ブレーキ装置１０の構成を示す図である。油圧モータ２の出力軸２ａは遊星減速機構３０のサンギア３１に連結され、サンギア３１にはプラネタリギア３２が噛合されている。プラネタリギア３２にはウインチドラム１の内周側に設けられたリングギア３３が噛合され、プラネタリギア３２はキャリア軸３４により支持されている。これにより油圧モータ２の駆動力は遊星減速機構３０を介してウインチドラム１に伝達される。

ブレーキ装置１０は湿式多板ブレーキである。ブレーキケース１１内において、キャリア軸３４には複数枚のインナディスク１２がスプライン結合により軸方向に移動可能に係合され、インナディスク１２はキャリア軸３４と一体に回転可能となっている。ブレーキケース１１の内周面には複数枚のアウタディスク１３がスプライン結合により軸方向に移動可能に係合されている。アウタディスク１３とインナディスク１２は軸方向に交互に配置されている。

最外部のアウタディスク１３の側方にはブレーキディスク１４が配置されている。ブレーキディスク１４にはばね１６により、ディスク１２，１３同士を圧接するよう付勢力が作用する。この付勢力によってインナディスク１２の表面には、アウタディスク１３との接触による摩擦力が作用し、インナディスク１２の回転が阻止される。ブレーキディスク１４はブレーキシリンダ１５のピストンを形成し、ブレーキシリンダ１５の油室１５ａに圧油が供給されると、ブレーキディスク１４にはばね１６の付勢力に対抗した油圧力（ブレーキ解除圧）が作用する。これによりディスク１２，１３同士の圧接力が除去され、インナディスク１２が回転可能となる。

ブレーキシリンダ１５の油室１５ａは電磁切換弁１８およびブレーキ弁１９を介して油圧源２５（例えばパイロットポンプ７）に接続されている。ブレーキ弁１９はブレーキペダル１９ａにより操作され、ブレーキ圧を発生する。ブレーキ弁１９で発生するブレーキ圧は、ブレーキペダル１９ａの非操作時に最大であり、ブレーキペダル１９ａの操作量の増加に伴い減少する。ブレーキペダル１９ａの最大踏込時には、ブレーキ圧は最小となる。

電磁切換弁１８は、運転室内に設けられた図示しないフリーフォールスイッチの操作により切り換えられる。すなわちフリーフォールスイッチがオンされると位置ａに切り換えられ、オフされると位置ｂに切り換えられる。電磁切換弁１８が位置ａに切り換わった状態では、油圧源２５から油室１５ａに圧油が供給可能となり、位置ｂに切り換わった状態では、油室１５ａにタンク圧が作用する。

ブレーキケース１１には給油ポート１１ａおよび排油ポート１１ｂが設けられ、ブレーキケース１１内には給油ポート１１ａを介して、後述の冷却回路２０から冷却油が供給される。この冷却油はブレーキケース内を流れてディスク１２,１３を冷却した後、排油ポート１１ｂを介して排出され、フィルタ１７を経てタンクに戻る。このような湿式多板ブレーキは、ディスク１２，１３の面積が大きいため、吊り荷のフリーフォール作業等において十分なブレーキ力を発揮することができるが、その反面、ディスク１２，１３間の油の粘性による回転抵抗（いわゆるドラグトルク）が大きく、フリーフォール時の速度が不足しやすい。

ドラグトルクを減少させるためには、冷却油の温度を上昇させて油の粘度を小さくすることが有効である。しかし、可変リリーフ弁等により冷却用ポンプの吐出圧を調整することで冷却油を昇温させるのでは、冷却用ポンプに作用する負荷が増大し、燃費の悪化を伴う。これを防ぐために、本実施の形態では以下のように冷却回路２０を構成する。

図１に示すように冷却回路２０は、エンジンＭにより駆動される冷却用油圧ポンプ２１と、油圧ポンプ２１と給油ポート１１ａとを接続する冷却油供給管路２３に設けられた電磁切換弁２２とを有する。電磁切換弁２２には、パイロットリリーフ弁９からタンクへの戻り管路２４が接続されている。なお、図示は省略するが、油圧ポンプ２１と電磁切換弁２２の間にはリリーフ弁が設けられ、油圧ポンプ２１の吐出圧は所定値Ｐｃ以下に制限されている。Ｐｃはパイロットリリーフ弁９の設定圧Ｐｂよりも小さい。

電磁切換弁２２は、運転室内に設けられた図示しない切換スイッチの操作により切り換えられる。すなわち切換スイッチがオフ状態では位置ａに切り換えられ、オンされると位置ｂに切り換えられる。電磁切換弁２２が位置ａに切り換わった状態では、油圧ポンプ２１からの冷却油がブレーキ装置１０に供給され、位置ｂに切り換わった状態では、パイロットリリーフ弁９からリリーフされたリリーフ油がブレーキ装置１０に供給される。

本実施の形態に係るウインチ装置の主要な動作を説明する。
（１）フリーフォールスイッチオフ
フリーフォールスイッチがオフのときは、図２に示す電磁切換弁１８は位置ｂに切り換えられ、ブレーキシリンダ１５の油室１５ａはタンクに連通する。この状態ではブレーキシリンダ１５にブレーキ解除圧が作用しないため、ブレーキディスク１４はばね１６の付勢力によりディスク１２，１３側に押動される。これによりアウタディスク１３とインナディスク１２が互いに圧接され、摩擦力によってインナディスク１２の回転が阻止されて、ブレーキ作動状態となる。この状態をネガブレーキ作動状態とも呼ぶ。

ネガブレーキ作動状態では、キャリア軸３４の回転が阻止され、油圧モータ２の回転はサンギア３１、プラネタリギア３２、リングギア３３を介してウインチドラム１に伝達可能となる。このとき、図１の操作レバー５が非操作であれば、方向制御弁４のパイロットポートにパイロット圧は作用せず、方向制御弁４は中立位置に切り換わる。また、ネガブレーキ装置２７が作動し、油圧モータ２の回転が阻止される。

この状態から操作レバー５を巻上または巻下操作すると、方向切換弁４のパイロットポートにパイロットポンプ７からのパイロット圧が作用し、方向切換弁４が中立位置から巻上側または巻下側に切り換わる。また、パイロットポンプ７からのパイロット圧は、シャトル弁２６を介してネガブレーキ装置２７にも作用し、ブレーキ装置２７が解除され、油圧モータ２の回転が許可される。これにより油圧モータ２が巻上または巻下方向に回転し、ウインチドラム１が巻上または巻下駆動され、吊り荷を昇降することができる。

（２）フリーフォールスイッチオン（切換スイッチオフ）
操作レバー５を中立位置に操作して方向切換弁４を中立位置に切り換えると、油圧モータ２への圧油の供給が遮断され、油圧モータ２の回転が停止する。この状態でフリーフォールスイッチをオンすると、図２の電磁切換弁１８が位置ａに切り換えられる。これにより油圧源２５からのブレーキ解除圧がブレーキ弁１９、電磁切換弁１８を介してブレーキシリンダ１５の油室１５ａに作用する。このブレーキ解除圧によりばね１６が縮退し、ブレーキディスク１４はディスク１２，１３から離間する。その結果、ディスク１２，１３に作用する圧接力が除去され、インナディスク１２は回転してブレーキ解除状態となる。この状態をフリーフォール状態とも呼ぶ。

フリーフォール状態では、キャリア軸５４の回転が許容され、ウインチドラム１は吊り荷の負荷によって自由回転状態となり、吊り荷をフリーフォールすることができる。フリーフォール時にブレーキペダル１９ａを踏み込み操作すると、操作力の増加に伴い油室１５ａに作用する油圧力が減少し、ブレーキディスク１４がディスク１２，１３側に付勢される。これによりウインチドラム１に作用するブレーキ力が増加し、フリーフォールを停止することができる。

フリーフォール状態において、切換スイッチがオフされていると、図１の電磁切換弁２２が位置ａに切り換えられる。この切換により油圧ポンプ２１からの圧油が冷却用管路２３、給油ポート１１ａを介してブレーキケース内に供給され、ディスク１２，１３を冷却することができる。このとき操作レバー５は非操作であるため、パイロットポンプ７からの吐出油はパイロット弁６ａ，６ｂで遮断され、パイロットポンプ７の吐出圧は所定値Ｐｂまで上昇し、パイロットリリーフ弁９、戻り管路２４、電磁切換弁２２を介してタンクに戻る。

（２）切換スイッチオン
フリーフォール状態において、切換スイッチをオンすると、電磁切換弁２２が位置ｂに切り換えられる。この切換によりパイロットリリーフ弁９からリリーフした油が戻り管路２４、電磁切換弁２２、冷却用管路２３を介してブレーキケース内に供給される。リリーフ弁９からリリーフした油は、圧力が所定値Ｐｂまで上昇したことにより昇温し、油の粘度が低下している。これによりディスク１２，１３に作用するドラグトルクを低減することができ、フリーフォール速度を増速できる。このとき、油圧ポンプ２１の吐出油は電磁切換弁２２を介してタンクに戻る。このため油圧ポンプ２１に作用する負荷圧は大きくならず、燃費の悪化を防ぐことができる。

切換スイッチは、作業員自身が冷却油温を上昇させる必要があるか否かを判断し、フリーフォール時に冷却油温を上昇させる必要があると判断したときに、必要に応じてオンすればよい。例えば寒冷地での作業、エンジン始動直後の作業等において、ドラグトルクを低減するために切換スイッチをオンすればよい。

本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）ブレーキ装置１０に冷却油を供給する冷却回路２０に電磁切換弁２２を設け、電磁切換弁２２の切換により油圧ポンプ２１からの冷却油、またはパイロットポンプ用のパイロットリリーフ弁９からリリーフした冷却油のいずれかをブレーキ装置１０に供給するようにした。これにより油圧ポンプ２１に作用する負荷を増大させることなく、パイロットリリーフ弁９を介して冷却油を昇温することができ、燃費の悪化を防ぐことができる。

（２）パイロットリリーフ弁９からリリーフした油を冷却油として用いるので、油温を上昇させるためのリリーフ弁等を新たに追加する必要がなく、コストを抑えることができる。
（３）フリーフォール時に操作レバー５を中立位置に操作した際に、パイロットリリーフ弁９からリリーフしたパイロットポンプ７からの余剰の油を冷却油として用いるので、効率的である。
（４）操作レバー５が中立状態ではパイロットポンプ７の吐出油の全量がリリーフ弁９からリリーフするため、ブレーキ装置１０に十分な量の冷却油を供給することができる。

以上では、電磁切換弁２２を切換スイッチの操作により切り換えるようにしたが、電磁切換弁２２を手動で切り換えるのではなく、自動で切り換えるようにしてもよい。その構成の例を図４に示す。

図４（ａ）は、油圧ポンプ２１から吐出された冷却油の温度Ｔを温度センサ４１により検出し、温度検出値Ｔに応じて電磁切換弁２２を切り換える例である。コントローラ４０は、温度検出値Ｔが所定値Ｔ０（例えば４０℃）未満のときに電磁切換弁２２にオン信号を出力して電磁切換弁２２を位置ｂに切り換え、所定値Ｔ０以上のときにオフ信号を出力して位置ａに切り換える。これにより冷却油温に応じて電磁切換弁２２が最適に切り換えられ、切換スイッチを操作することなく、フリーフォール作業を良好に行うことができる。

図４（ｂ）は、過負荷防止装置としてのモーメントリミッタ４２からの信号により吊り荷重Ｗを検出し、吊り荷重Ｗに応じて電磁切換弁２２を切り換える例である。コントローラ４０は、吊り荷重Ｗが所定値Ｗ０未満のときに電磁切換弁２２にオン信号を出力して電磁切換弁２２を位置ｂに切り換え、所定値Ｗ０以上のときにオフ信号を出力して位置ａに切り換える。これにより吊り荷の落下速度を速めることができ、作業効率を向上できる。すなわち吊り荷重が軽いとき（例えば空フックのとき）は、吊り荷重が重いときよりも吊り荷の落下速度が遅くなりやすいが、吊り荷重が軽いときに冷却油温を上昇させてドラグトルクを低減するので、十分なフリーフォール速度で作業を行うことができる。

なお、コントローラ４０に切換スイッチと温度センサ４１とモーメントリミッタ４２を接続し、切換スイッチのオン、温度検出値Ｔが所定値Ｔ０未満、吊り荷重検出値Ｗが所定値Ｗ０未満のいずれか１つでも条件が成立したときに、電磁切換弁２２を位置ｂに切り換えてドラグトルクを減少させるようにしてもよい。また、フリーフォールスイッチをコントローラ４０に接続し、少なくともフリーフォールスイッチのオンを条件として電磁切換弁２２を位置ｂに切り換えるようにしてもよい。

上記実施の形態では、油圧ポンプ２１からブレーキケース１１に至る回路（第１の回路）と、パイロットリリーフ弁９からブレーキケース１１に至る回路（第２の回路）と、これら両回路を切り換える電磁切換弁２２（切換手段）とにより冷却回路２０を構成したが、冷却回路はこれに限らない。例えば電磁切換弁２２を比例電磁弁として構成し、油圧ポンプ２１からの冷却油とパイロットリリーフ弁９からの冷却油を所定の割合で合流してブレーキケース１１に導くようにしてもよい。

パイロットリリーフ弁９を通過したリリーフ油を、戻り管路２４、電磁切換弁２２、冷却油供給管路２３を介してブレーキケース１１に供給するようにしたが、第２の回路の構成はこれに限らない。パイロットポンプ７とパイロット弁６ａ，６ｂとを含んで方向制御弁４を操作するための操作回路を構成したが、操作回路の構成は上述したものに限らない。図４（ａ）では、温度センサ４１により冷却油温を検出したが、油温検出手段はいかなるものでもよい。図４（ｂ）では、モーメントリミッタ４２により吊り荷重を検出したが、吊り荷重検出手段はいかなるものでもよい。冷却油温Ｔが所定値Ｔ０未満のときあるいは吊り荷重Ｗが所定値Ｗ０未満のときに電磁切換弁２２を位置ｂに切り換えるのであれば、切換制御手段としてのコントローラ４０の構成もいかなるものでもよい。

上記実施の形態では、湿式多板式ブレーキを用いたが、他のブレーキ装置を用いてもよい。したがって、回転体もインナディスク１２に限らない。回転体を回転可能に収容するブレーキケース１１の構成も上述したものに限らない。電磁切換弁１８の切換とブレーキ弁１９の作動によりブレーキ装置１０を制御するようにしたが、ブレーキ制御装置の構成はこれに限らない。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態のウインチ装置に限定されない。

本発明の実施の形態に係るウインチ装置の構成を示す油圧回路図。 図１のブレーキ装置の構成を示す図。 本発明の実施の形態に係るウインチ装置を有するクレーンの外観側面図。 本発明の実施の形態に係るウインチ装置の変形例を示す図。

符号の説明

１ ウインチドラム
２ 油圧モータ
４ 方向制御弁
６ａ，６ｂ パイロット弁
７ パイロットポンプ
９ パイロットリリーフ弁
１０ ブレーキ装置
２０ 冷却回路
２２ 電磁切換弁
２３ 冷却油供給回路
２４ 戻り油回路
４０ コントローラ
４１ 温度センサ
４２ モーメントリミッタ

Claims (5)

1. ウインチドラムと、
   前記ウインチドラムを巻上げおよび巻下げ駆動する巻上用油圧モータと、
   油圧ポンプから前記油圧モータへの圧油の流れを制御する方向制御弁と、
   吊り荷の負荷によるフリーフォール時に前記ウインチドラムと一体に回転する回転体の回転を、摩擦力を付加して制動するブレーキ装置と、
   前記回転体が収容された空間内に冷却油を供給する冷却回路と、
   フリーフォール時に前記回転体の回転を許容し、吊り荷の巻上げおよび巻下げ時に前記回転体の回転を阻止するように前記ブレーキ装置を制御するブレーキ制御装置とを備え、
   前記冷却回路は、
   前記空間内に冷却油を供給する第１の回路と、
   前記空間内に前記第１の回路よりも高温の冷却油を供給する第２の回路と、
   前記第１の回路と前記第２の回路のいずれかに冷却回路を切り換える切換手段とを有することを特徴とするウインチ装置。
2. 請求項１に記載のウインチ装置において、
   前記ウインチドラムの巻上げおよび巻下げを指令する操作レバーによって操作されるパイロット弁と、前記パイロット弁にパイロット圧を供給する操作用油圧ポンプとを含んで構成され、前記操作レバーが巻上げまたは巻下げ操作されると、前記パイロット弁を介して前記方向制御弁に前記操作用油圧ポンプからのパイロット圧を供給して前記方向制御弁を切り換え、前記操作レバーが中立位置に操作されると、前記方向制御弁へのパイロット圧の供給を遮断する操作回路を備え、
   前記第２の回路は、前記操作回路からの油を前記ブレーキ装置に供給することを特徴とするウインチ装置。
3. 請求項２に記載のウインチ装置において、
   前記操作回路の圧力を制限するリリーフ弁を有し、
   前記第２の回路は、前記リリーフ弁を通過したリリーフ油を前記ブレーキ装置に供給することを特徴とするウインチ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のウインチ装置において、
   さらに冷却油の温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段により検出された冷却油温が所定値未満のときは冷却回路を前記第２の回路に切り換え、前記所定値以上のときは前記第１の回路に切り換えるように前記切換手段を制御する切換制御手段とを備えることを特徴とするウインチ装置。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のウインチ装置において、
   さらに吊り荷の荷重を検出する吊り荷重検出手段と、
   前記検出された荷重が所定値未満のときは冷却回路を前記第２の回路に切り換え、前記所定値以上のときは前記第１の回路に切り換えるように前記切換手段を制御する切換制御手段とを備えることを特徴とするウインチ装置。

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