JP2013177230A

JP2013177230A - クレーンの荷重検出装置

Info

Publication number: JP2013177230A
Application number: JP2012042487A
Authority: JP
Inventors: Masashi Nishimoto; 昌司西本
Original assignee: Tadano Ltd
Current assignee: Tadano Ltd
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2013-09-09

Abstract

【課題】ブームの先端部に作用する荷重を正確に検出可能とするとともに、製造コストの低減を図ることのできるクレーンの荷重検出装置を提供する。
【解決手段】ブーム５０の先端側に作用する荷重を検出するための荷重検出部１０１と、荷重検出部１０１に電力を供給するためのケーブル１０２と、荷重検出部１０１に電力を供給するとともに、ケーブル１０２に流れる電流値が荷重検出部からの出力電圧に応じた電流値となるように調整するための電流変換器１０３と、ケーブル１０２に流れる電流値に基づいてブーム５０の先端部に作用する荷重を取得するようにしている。
【選択図】図４

Description

本発明は、ブームの先端部に作用する荷重を検出するためのクレーンの荷重検出装置に関するものである。

従来、この種の荷重検出装置では、ブームの先端部に作用する荷重を検出するための荷重検出部と、荷重検出部に電源の電力を供給するための電源ケーブルと、荷重検出部の検出信号を伝送するための信号ケーブルと、を備えたものが知られている（例えば、引用文献１参照）。

特許第４２９８０５６号公報

前記クレーン装置では、電源ケーブルと信号ケーブルを、クレーン装置の下部からブームの先端側まで配線する必要がある。前記クレーン装置では、ブームが旋回したり伸縮したりするため、コードリールやスイベルジョイントを介してケーブルの配線を行う必要があり、ケーブルの本数が多くなることによって製造コストが増加する。また、前記荷重検出部の検出信号は、電圧信号として信号ケーブルを伝送されるため、接点の接触抵抗の変化等のノイズの影響を受けやすく、正確な荷重を検出することができない場合がある。

本発明の目的とするところは、ブームの先端部に作用する荷重を正確に検出可能とするとともに、製造コストの低減を図ることのできるクレーンの荷重検出装置を提供することにある。

本発明は、前記目的を達成するために、ブームの先端部に作用する荷重を検出する荷重検出部と、荷重検出部に電源の電力を供給するケーブルと、ケーブルに接続され、荷重検出部に電力を供給するとともに、ケーブルに流れる電流値が荷重検出部からの出力電圧に応じた電流値となるように調整する電流変換器と、ケーブルに流れる電流値に基づいてブームの先端部に作用する荷重を取得する荷重取得手段と、を備えている。

これにより、ケーブルに流れる電流値を荷重信号として伝送することによって、ブームの先端部に作用する荷重が取得可能となることから、電源から荷重検出部への電力の供給と荷重検出部からの荷重信号の伝送とを一本のケーブルで行うことが可能となる。

本発明によれば、電源から荷重検出部への電力の供給と荷重検出部からの荷重信号の伝送とを一本のケーブルで行うことができるので、従来の荷重検出装置よりも配線数を少なくすることができ、製造コストの低減を図ることが可能となる。また、荷重検出部からの荷重信号は、電流信号として伝送されるので、電圧信号として伝送する場合と比較してノイズの影響を受け難く、ブームの先端部に作用する荷重を高精度に検出することが可能となる。

本発明の一実施形態を示すクレーン装置を搭載した車両の斜視図である。クレーン装置の正面図である。油圧供給装置の概略構成図である。荷重検出回路の概略構成図である。荷重検出部および電流変換器の概略図である。クレーン動作制御処理を示すフローチャートである。

図１乃至図６は、本発明の一実施形態を示すものである。

本発明の荷重検出装置を備えたクレーン装置１０は、図１に示すように、車両１に搭載されるものである。

車両１は、図１に示すように、シャシフレーム２の前側に設けられたキャブ３と、シャシフレーム２の後側に設けられた荷台４と、を備えており、キャブ３と荷台４との間のシャシフレーム２にクレーン装置１０が搭載されている。

クレーン装置１０は、図２に示すように、シャシフレーム２上に固定される基台２０と、基台２０の左右両側に設けられたアウトリガ３０と、基台２０の上面に旋回自在に設けられた旋回台４０と、旋回台４０に対して起伏自在に設けられたブーム５０と、ブーム５０の先端側から垂下されるワイヤロープ６０と、ワイヤロープ６０の巻き込みまたは繰り出しを行うためのウインチ７０と、を備えている。

各アウトリガ３０は、基台２０に対して幅方向外側に移動可能であるとともに、油圧式のジャッキシリンダ３１によって下方に伸長可能である。アウトリガ３０は、下端を接地させることにより車両１を地面に対して安定的に支持する。

旋回台４０は、ボールベアリング式やローラーベアリング式の旋回サークル（図示せず）によって基台２０に対して旋回自在に設けられ、油圧式の旋回モータ４１によって旋回する。また、旋回台４０の上面には、上下方向に延びる旋回ポスト４２が設けられ、旋回ポスト４２の上端側にブーム５０が起伏自在に連結されている。

ブーム５０は、複数のブーム部材５１〜５４からなり、最先端側のブーム部材５４を除く各ブーム部材５１〜５３の内部に先端側に隣り合うブーム部材５２〜５４が収納可能な多段式に構成されている。最基端側のブーム部材５１は、基端部が旋回ポスト４２の上端側に上下方向に回転自在に連結されている。ブーム部材５１の基端側と旋回台４０との間には、油圧式の起伏シリンダ５５が連結され、起伏シリンダ５５の伸縮動作によってブーム５０を起伏させる。また、最基端側のブーム部材５１内には、油圧式の伸縮シリンダ５６が設けられ、伸縮シリンダ５６の伸縮によってブーム５０を伸縮させる。

ワイヤロープ６０は、先端側にフックブロック６１が接続され、フックブロック６１がブーム５０の先端部から垂下される。フックブロック６１には吊荷を係止可能であり、フックブロック６１に係止された吊荷がブーム５０の先端部から吊り下げられる。

ウインチ７０は、ワイヤロープ６０が巻き掛けられるドラム７１と、ドラム７１を正逆回転させるための油圧式のウインチモータ７２と、ウインチモータ７２の回転数およびトルクを変換してドラム７１に伝達する減速機７３と、を有している。

ウインチモータ７２は、例えば、斜板式のアキシャルプランジャ油圧モータであり、斜板の角度を変更可能な可変容量形の油圧モータである。つまり、ウインチモータ７２は、斜板の角度を変更することによって、所定の流量の作動油に対して回転数が可変である。ウインチモータ７２は、斜板の角度を変更するための斜板角変更レバー７２ａを有し、斜板角変更レバー７２ａは回転数が低くなる方向に付勢されている。ウインチモータ７２は、斜板角変更レバー７２ａを回転数が高くなる方向に最大限に操作したときに吊り上げ可能な吊荷の重さが、回転数が低くなる方向に最大限操作した場合よりも小さくなり、例えば約６０％となる。

各ジャッキシリンダ３１，３１、旋回モータ４１、起伏シリンダ５５、伸縮シリンダ５６およびウインチモータ７２等のアクチュエータは、作動油の供給や排出によって作動する。各アクチュエータを作動させる作動油は、図３に示す油圧供給装置８０によって供給される。

油圧供給装置８０は、車両１走行用のエンジンＥの動力を取り出すためのＰＴＯ（パワーテイクオフ）機構８１と、ＰＴＯ機構８１によって取り出されたエンジンＥの動力によって駆動する油圧ポンプ８２と、油圧ポンプ８２から吐出された作動油の流れを制御するためのコントロールバルブユニット８３と、を備え、これらは作動油回路８４に接続されている。

コントロールバルブユニット８３は、各アクチュエータのそれぞれに対応する複数のコントロールバルブを有し、各コントロールバルブが図２に示す操作レバー８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄによって操作可能である。また、コントロールバルブユニット８３を構成する各コントロールバルブは、ソレノイドからなる切換手段を有し、後述するコントローラからの信号によっても操作可能である。

作動油回路８４には、ウインチモータ７２の斜板角変更レバー７２ａを操作するための操作シリンダ８５と、操作シリンダ８５を駆動させるためのコントロールバルブ８６が接続されている。操作シリンダ８５は、作動油が供給されると伸長する単動シリンダからなり、斜板角変更レバー７２ａをウインチモータ７２の回転数を速くする方向に操作可能である。コントロールバルブ８６は、ソレノイドからなる切換手段を有し、後述するコントローラからの信号によって操作される。コントロールバルブ８６は、作動油回路８４と操作シリンダ８５内を連通する流路と、作動油タンク８４ａと操作シリンダ８５内を連通する流路と、を有し、作動油タンク８４ａと操作シリンダ８５内を連通する流路側に付勢されている。
ウインチモータ７２は、通常の状態で斜板角変更レバー７２ａが回転数「低速」に設定されており、切換手段であるソレノイドに通電すると、コントロールバルブ８６が移動して作動油が操作シリンダ８５内に流入し、斜板角変更レバー７２ａが回転数「高速」に切り換わる。また、ウインチモータ７２は、斜板角変更レバー７２ａが回転数「高速」の状態で、切換手段であるソレノイドの通電を遮断すると、コントロールバルブ８６が付勢力によって移動して作動油が操作シリンダ８５から作動油タンク８４ａに流出し斜板角変更レバー７２ａが回転数「低速」に切り換わる。

また、クレーン装置１０は、図３に示すように、油圧供給装置８０の動作に関する制御を行うためのコントローラ９０を備えている。
コントローラ９０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを有している。コントローラ９０は、入力側に接続された装置からの入力信号を受信すると、ＣＰＵが、入力信号に基づいてＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出すとともに、入力信号によって検出された状態をＲＡＭに記憶したり、出力側に接続された装置に出力信号を送信したりする。

コントローラ９０の出力側には、図３に示すように、コントロールバルブユニット８３と、コントロールバルブ８６と、クレーン装置１０の運転状態を報知するためのＬＣＤ等からなる表示部９１と、が接続されている。

また、コントローラ９０の入力側には、図３に示すように、ブーム５０の先端部に作用する荷重を検出するための荷重検出回路１００が接続されている。

荷重検出回路１００は、図４に示すように、ブーム５０の先端部に作用する荷重を検出するための荷重検出部１０１と、車両１に設けられたバッテリＢの電力（例えば、電圧：２４Ｖ）を荷重検出部１０１に供給するためのケーブル１０２と、ケーブル１０２を介して供給された電力を荷重検出部１０１に供給するとともに、ケーブル１０２を流れる電流値を荷重検出部１０１からの出力電圧に応じた電流値となるように調整するための電流変換器１０３と、ケーブル１０２を流れる電流値に応じた電位差を生じさせるためのＩＶ変換器１０４と、ＩＶ変換器１０４の両側の電位差を電圧に変換するための差動検出部１０５と、差動検出部１０５の出力電圧をデジタル信号に変換してコントローラ９０に送信するためのＡ／Ｄ変換器１０６と、ウインチ７０がワイヤロープ６０を巻き過ぎた状態である過巻状態を検出するための過巻検出スイッチ１０７と、を備えている。

荷重検出部１０１は、歪ゲージ式のロードセルであり、ブーム５０の先端部に設けられている。荷重検出部１０１には、ワイヤロープ６０の張力が伝達されることで、入力電圧に対してワイヤロープ６０の張力に応じた出力電圧を出力する。

ケーブル１０２は、例えば合成樹脂製の絶縁材料によって被覆されており、基台２０からブーム５０の先端部に向かってブーム５０に沿って延びるように設けられている。ケーブル１０２は、コードリール１０２ａに巻き掛けられており、ブーム５０の伸縮動作に合わせて巻き取りまたは繰り出しが可能に構成されている。また、ケーブル１０２は、ブーム５０が基台２０に対して旋回自在であるため、基台２０側と旋回台４０側とがスリップリング１０２ｂを介して接続されている。

電流変換器１０３は、図５に示すように、電流トランスミッタ１０３ａやオペアンプ１０３ｂ等の電子部品を有し、ケーブル１０２を介して供給された電力を荷重検出部１０１に伝達するとともに、ケーブル１０２を流れる電流値が４〜２０ｍＡの範囲となるように調整するものである。

ＩＶ変換器１０４は、バッテリＢとケーブル１０２とを接続する抵抗器であり、抵抗器の両側にケーブル１０２を流れる電流値に応じた電位差を生じさせるためのものである。

過巻検出スイッチ１０７は、図２に示すように、ブーム５０の先端部に設けられ、ケーブル１０２に接続されている。過巻検出スイッチ１０７は、フックブロック６１によって開閉され、過巻状態になると荷重検出回路１００を開状態とするものである。

また、バッテリＢの負極および電流変換器１０３は、グランドを構成する車両１のシャシフレーム２やブーム５０に接続されている。

以上のように構成されたクレーンの荷重検出装置において、通常のクレーン作業時の差動検出部１０５の出力電圧は、所定の電圧の範囲内（例えば、０．８８〜４．４Ｖ）となる。このとき、ケーブル１０２を流れる電流値は、４〜２０ｍＡの範囲内である。

また、クレーン作業時にウインチ７０が過巻状態となった場合には、フックブロック６１によって過巻検出スイッチ１０７が開状態になるため、差動検出部１０５の出力電圧が下限値の０Ｖとなる。このとき、ケーブル１０２を流れる電流値は、０ｍＡである。

さらに、クレーン作業時に、ケーブル１０２が旋回台４０やブーム５０の可動部に挟まる等、地絡した場合には、ケーブル１０２を流れる電気がシャシフレーム２やブーム５０に電流変換器１０３を介することなく流れるため、差動検出部１０５の出力電圧が上限値（例えば、５Ｖ）となる。このとき、ケーブル１０２を流れる電流値は、例えば、バッテリＢの電圧が２４Ｖにおいて１１０ｍＡである。

クレーン作業時において、コントローラ９０は、差動検出部１０５の出力電圧に基づいてクレーンの動作を制御するためのクレーン動作制御処理を行う。このときのコントローラ９０の動作を図６のフローチャートを用いて説明する。

（ステップＳ１）
ステップＳ１においてＣＰＵは、差動検出部１０５の出力電圧が所定の電圧の範囲内であるか否かを判定する。出力電圧が所定の電圧の範囲内であると判定した場合には、ステップＳ２に処理を移し、出力電圧が所定の電圧の範囲内でないと判定した場合には、ステップＳ４に処理を移す。

（ステップＳ２）
ステップＳ２においてＣＰＵは、出力電圧に基づいてウインチモータ７２の回転数を設定し、ステップＳ３に処理を移す。
具体的には、出力電圧が所定の電圧より低い（荷重が所定の荷重よりも小さい）場合にウインチモータ７２の回転数を「高速」に設定し、出力電圧が所定の電圧以上（荷重が所定の荷重以上）の場合にウインチモータ７２の回転数を「低速」に設定する。

（ステップＳ３）
ステップＳ３においてＣＰＵは、出力電圧に基づいてブーム５０の先端部に作用する荷重を算出し、算出した荷重を表示部９１に表示してクレーン動作制御処理を終了する。

（ステップＳ４）
ステップＳ１において差動検出部１０５の出力電圧が所定の電圧の範囲内でないと判定した場合に、ステップＳ４においてＣＰＵは、差動検出部１０５の出力電圧が下限値（０Ｖ）であるか否かを判定する。出力電圧が下限値であると判定した場合には、ステップＳ５に処理を移し、出力電圧が下限値であると判定しなかった場合には、ステップＳ７に処理を移す。

（ステップＳ５）
ステップＳ５においてＣＰＵは、ワイヤロープ６０を巻き込む方向のウインチモータ７２の動作を規制し、ステップＳ６に処理を移す。このとき、ワイヤロープ６０を繰り出す方向のウインチモータ７２の動作は規制しない。

（ステップＳ６）
ステップＳ６においてＣＰＵは、過巻状態である旨を表示部９１に表示してクレーン動作制御処理を終了する。

（ステップＳ７）
ステップＳ１において差動検出部１０５の出力電圧が所定の電圧の範囲内でなく、ステップＳ４において出力電圧が下限値でない場合に、ステップＳ７においてＣＰＵは、クレーンの動作を規制してステップＳ８に処理を移す。
ここでは、差動検出部１０５の出力電圧が所定の電圧の範囲内でも、下限値でもない状態に基づいて、ケーブル１０２の地絡によって荷重検出回路１００が故障していると判定する。

（ステップＳ８）
ステップＳ８においてＣＰＵは、表示部９１にエラー表示を行い、クレーン動作制御処理を終了する。

このように、本実施形態のクレーンの荷重検出装置によれば、ブーム５０の先端側に作用する荷重を検出するための荷重検出部１０１と、荷重検出部１０１に電力を供給するためのケーブル１０２と、荷重検出部１０１に電力を供給するとともに、ケーブル１０２に流れる電流値が荷重検出部からの出力電圧に応じた電流値となるように調整するための電流変換器１０３と、ケーブル１０２に流れる電流値に基づいてブーム５０の先端部に作用する荷重を取得するようにしている。これにより、バッテリＢから荷重検出部１０１への電力の供給と荷重検出部１０１からの荷重信号の伝送とを一本のケーブル１０２で行うことができるので、従来の荷重検出装置よりも配線数を少なくすることができ、製造コストの低減を図ることが可能となる。また、荷重検出部１０１からの荷重信号は、電流信号として伝送されるので、電圧信号として伝送する場合と比較してノイズの影響を受け難く、ブーム５０の先端部に作用する荷重を高精度に検出することが可能となる。

また、ケーブル１０２に過巻検出スイッチ１０７を設け、ケーブル１０２に流れる電流値に基づいて過巻検出スイッチ１０７の開状態を検出することで過巻状態を検出するようにしている。これにより、ウインチ７０の過巻状態を検出するための回路を別途構成する必要がなく、製造コストの低減を図ることが可能となる。

また、ケーブル１０２に流れる電流値に基づいて地絡を検出するようにしている。これにより、荷重検出回路１００の故障を確実に検出することが可能となることから、安全性を向上させることが可能となる。

また、従来のクレーン装置において、１本の過巻検出用のケーブルを備えている場合には、既存の過巻検出用のケーブルを用いて荷重検出回路１００を構成することで、ブーム５０の先端部に作用する荷重を正確に検出することが可能となる。この荷重検出回路１００が構成されたクレーン装置では、検出された荷重によって前述のウインチモータ７２を制御することにより、油圧ポンプ８２の作動油の吐出量を低下させた状態を維持できるとともに、消費エネルギー量を低減することができることから、低燃費および低騒音の優れた環境性能を実現できる。

なお、前記実施形態では、ウインチ７０の過巻状態や荷重検出回路１００の故障を表示部９１に表示することによって使用者に報知するようにしているが、例えば、ブザーの警報音や、スピーカからの音声によって報知するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、荷重検出回路１００によってブーム５０の先端部に作用する荷重を検出し、検出した荷重に応じてウインチモータ７２の回転数を変更するようにしたものを示したがこれに限られるものではない。例えば、ウインチ７０のワイヤロープ６０を繰り出す動作の際に、ブーム５０の先端部に作用する荷重に応じて背圧を制御するようにしてもよい。

１０…クレーン装置、５０…ブーム、６０…ワイヤロープ、７０…ウインチ、７２…ウインチモータ、９０…コントローラ、１００…荷重検出回路、１０１…荷重検出部、１０２…ケーブル、１０３…電流変換器、１０４…ＩＶ変換器、１０５…差動検出部、１０６…Ａ／Ｄ変換器、１０７…過巻検出スイッチ、Ｂ…バッテリ。

Claims

ブームの先端部に作用する荷重を検出する荷重検出部と、
荷重検出部に電源の電力を供給するケーブルと、
ケーブルに接続され、荷重検出部に電力を供給するとともに、ケーブルに流れる電流値が荷重検出部からの出力電圧に応じた電流値となるように調整する電流変換器と、
ケーブルに流れる電流値に基づいてブームの先端部に作用する荷重を取得する荷重取得手段と、を備えた
ことを特徴とするクレーンの荷重検出装置。
ケーブルに接続され、ウインチが過巻状態になると開状態となる過巻検出スイッチと、
ケーブルに流れる電流値に基づいて過巻検出スイッチの開状態を検出することで過巻状態を検出する過巻検出手段と、を備えた
ことを特徴とする請求項１に記載のクレーンの荷重検出装置。
ケーブルに流れる電流値に基づいて地絡を検出する地絡検出手段を備えた
ことを特徴とする請求項１または２に記載のクレーンの荷重検出装置。