JP2016199366A - ブーム長さ制限装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブームの過伸長によりフックが下降不可能となることを防止できるブーム長さ制限装置を提供する。【解決手段】ブーム１３の長さを検出する長さ検出器２１と、ブーム１３を伸縮するアクチュエータ５１の駆動を制御する制御装置４０とを備え、制御装置４０は、フックの重量Ｗとワイヤロープの巻掛本数Ｎとワイヤロープの単位長さ当りの重量ρとから、フックの吊り下げ力Ｆaとワイヤロープの自重による力Ｆbとが釣り合うブームの最大長さＬmaxを求め、長さ検出器２１の検出値Ｌdが最大長さＬmaxを超えないように、アクチュエータ５１の駆動を停止する。ブーム長さが制限されるので、ブーム１３の過伸長によりフック１８が下降不可能となることを防止できる。【選択図】図１

Description

本発明は、ブーム長さ制限装置に関する。さらに詳しくは、クレーンにおいてブームの過伸長によりフックが下降不可能となることを防止するためのブーム長さ制限装置に関する。

移動式クレーンは、走行車体と、走行車体に搭載された旋回台と、旋回台に起伏自在に設けられたブームとを備えている。旋回台にはウインチが設けられている。ウインチから巻き出されたワイヤロープはブーム先端部のシーブを介してフックに掛け回されている。ウインチの駆動によりフックの巻上げ、巻下げが行われる。

何らかの原因でワイヤロープの張力が緩められると、ウインチドラムに巻かれているワイヤロープにズレが生じ、正常な巻き付けが行われず乱巻となる。特許文献１には、この乱巻を防止するための張力発生装置が開示されている。

特開２０１２−８２０５３号公報

ブーム先端部のシーブとフックとの間のワイヤロープの巻掛本数が多い場合、ブームを所定長以上に伸長させると、シーブを境としてフック側に下向きに作用するフックの吊り下げ力（フックの重量／ワイヤロープの巻掛本数）よりウインチ側に下向きに作用するワイヤロープの自重による力の方が大きくなることがある。この状態ではウインチを巻下げ方向に回転させてもフックが下降せず、逆にフックがブームの先端部に当接するまで上昇してしまう。そうすると、ウインチドラムに巻回されたワイヤロープが緩む。そのままウインチの駆動を継続すると乱巻が生じる。

そこで、作業員はフックの吊り下げ力がワイヤロープの自重による力よりも大きい状態を維持できるブーム長さの範囲内でブームの伸縮を行う必要がある。しかし、経験の浅い作業員にとって前記条件を満たすブームの最大長さは分かり難いという問題がある。

本発明は上記事情に鑑み、ブームの過伸長によりフックが下降不可能となることを防止できるブーム長さ制限装置を提供することを目的とする。

第１発明のブーム長さ制限装置は、伸縮式のブームと、該ブームからワイヤロープにより吊り下げられたフックとを備えるクレーンに設けられるブーム長さ制限装置であって、前記ブームの長さを検出する長さ検出器と、前記ブームを伸縮するアクチュエータの駆動を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記フックの重量と前記ワイヤロープの巻掛本数と前記ワイヤロープの単位長さ当りの重量とから、前記フックを最巻上げした状態における前記フックの吊り下げ力と、前記ワイヤロープの自重による力とが釣り合う前記ブームの最大長さを求め、前記長さ検出器の検出値が前記最大長さを超えないように、前記アクチュエータの駆動を停止することを特徴とする。
第２発明のブーム長さ制限装置は、第１発明において、前記ブームの起伏角度を検出する角度検出器を備え、前記制御装置は、前記角度検出器の検出値が角度閾値を越える場合に、前記長さ検出器の検出値が前記最大長さを超えないように、前記アクチュエータの駆動を停止することを特徴とする。
第３発明のブーム長さ制限装置は、第２発明において、前記制御装置は、前記フックの重量と前記ワイヤロープの巻掛本数と前記ワイヤロープの単位長さ当りの重量とから、前記ブームの全伸長さにおいて前記フックの吊り下げ力と前記ワイヤロープの自重による力とが釣り合う前記ブームの最大起伏角度を求め、前記最大起伏角度を前記角度閾値に設定することを特徴とする。

第１発明によれば、ブーム長さが制限されるので、ブームの過伸長によりフックが下降不可能となることを防止できる。
第２発明によれば、ブームの起伏角度が小さい場合にはブーム長さが制限されないので、吊り荷を広範囲で移動させることができる。
第３発明によれば、角度閾値に最大起伏角度が設定されているので、ブーム長さを適切な範囲で制限できる。

一実施形態に係るブーム長さ制限装置１のブロック図である。 最大値演算処理のフローチャートである。 ブーム長さ制限処理のフローチャートである。 移動式クレーンＣＲの側面図である。 ワイヤロープ１４の掛け回しの説明図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の一実施形態に係るブーム長さ制限装置１は、伸縮式のブームを有するあらゆるクレーンに設けられる。例えば、ラフテレンクレーンや、オルテレンクレーン、トラッククレーンなどの移動式クレーンのほか、固定式クレーンにも設けられる。以下では移動式クレーンを例に説明する。

（移動式クレーンＣＲ）
まず、移動式クレーンＣＲの基本的構造を図４に基づき説明する。
図４中符号１１は走行車体である。走行車体１１には走行のための原動機や車輪のほか、クレーン作業中の安定を確保するアウトリガが設けられている。走行車体１１の上面には旋回台１２が搭載されており、旋回モータにより水平面内で360°旋回できるようになっている。

旋回台１２にはブーム１３が起伏自在に取り付けられている。ブーム１３の基端部はピンで旋回台１２に枢支され、ブーム１３と旋回台１２との間には起伏シリンダが取り付けられている。この起伏シリンダを伸長させるとブーム１３が起仰し、起伏シリンダを収縮させるとブーム１３が倒伏する。ブーム１３はテレスコピック状に構成された伸縮式のブームであり、伸縮シリンダにより伸縮する。

旋回台１２にはワイヤロープ１４が巻回されたウインチ１５が搭載されている。ウインチ１５から巻き出されたワイヤロープ１４は、ブーム１３に沿ってブーム１３の基端部から先端部まで導かれている。ブーム１３の先端部には先端シーブ１６およびブーム先端シーブブロック１７が設けられている。フック１８にはフックシーブブロック１９が設けられている。ブーム１３の先端部に導かれたワイヤロープ１４は先端シーブ１６を経由した後、ブーム先端シーブブロック１７とフックシーブブロック１９とに巻き掛けられている。フック１８はワイヤロープ１４によりブーム１３の先端部から吊り下げられている。

ウインチ１５はホイストモータの駆動により正逆回転する。ウインチ１５にワイヤロープ１４を巻き取り、繰り出しすることでフック１８の巻上げ巻下げができる。旋回台１２の旋回、ブーム１３の起伏、伸縮、フック１８の巻上げ巻下げを組合せることにより、立体空間内での荷揚げと荷降ろしが可能となっている。

図５に示すように、ブーム先端シーブブロック１７およびフックシーブブロック１９はそれぞれ複数のシーブで構成されている。ワイヤロープ１４はこれらのシーブの間に掛け回されている。図５に示す例ではワイヤロープ１４が６本掛けであるが、ワイヤロープ１４を掛け替えることにより巻掛本数を変更できる。

ワイヤロープ１４には先端シーブ１６を境としてフック１８側にフック１８の吊り下げ力Ｆ_aが下向きに作用し、ウインチ１５側にワイヤロープ１４の自重による力Ｆ_bが下向きに作用する。フック１８の吊り下げ力Ｆ_aはフック１８を巻下げる方向の力として働き、ワイヤロープ１４の自重による力Ｆ_bはフック１８を巻上げる方向の力として働く。以下、フック１８の吊り下げ力Ｆ_aを「巻下げ方向力Ｆ_a」と称し、ワイヤロープ１４の自重による力Ｆ_bを「巻上げ方向力Ｆ_b」と称する。

フック１８に吊り荷が掛けられておらず、フック１８がブーム１３の先端部近傍まで巻上げられている場合（フック１８を最巻上げした場合）、巻下げ方向力Ｆ_aは下記数１で表される。ここで、Ｗはフック１８の重量、Ｎはワイヤロープ１４の巻掛本数、ｇは重力加速度を意味する。

一方、巻上げ方向力Ｆ_bは下記数２で表される。ここで、ρはワイヤロープ１４の単位長さ当りの重量、Ｌはウインチ１５から先端シーブ１６までのワイヤロープ１４の長さ、θはブーム１３の起伏角度を意味する。

通常は、数３に示すように、巻下げ方向力Ｆ_aが巻上げ方向力Ｆ_bよりも大きい状態を維持しつつクレーン作業が行われる。巻下げ方向力Ｆ_aが巻上げ方向力Ｆ_bよりも小さくなってしまうと、ウインチ１５を巻下げ方向に回転させてもフック１８が下降せず、逆にフック１８がブーム１３の先端部に当接するまで上昇してしまうからである。すなわち、フック１８が下降不可能になる。

数３から分かるように、起伏角度θが大きい状態でブーム１３の背面側に位置するワイヤロープ１４の長さＬが長くなると、巻上げ方向力Ｆ_bが巻下げ方向力Ｆ_aよりも大きくなってしまう。ここで、ワイヤロープ１４の長さＬはブーム１３の長さ（以下、「ブーム長さ」と称する。）に依存する。そこで、本実施形態のブーム長さ制限装置１は、数３に示す条件を満たすようにブーム長さを制限する。

（ブーム長さ制限装置１）
つぎに、ブーム長さ制限装置１の構成を説明する。
図１に示すように、ブーム長さ制限装置１は、長さ検出器２１と、角度検出器２２と、入力装置３０と、制御装置４０とを備えている。

長さ検出器２１はブーム長さを検出する検出器である。長さ検出器２１の構成は特に限定されないが、例えばブーム１３の先端部にコードの端部が固定されたコードリールの回転角度をポテンショメータで読み取る構成が挙げられる。

角度検出器２２はブーム１３の起伏角度を検出する検出器である。角度検出器２２の構成は特に限定されないが、ポテンショメータに振り子を取り付けた振子式の角度測定器が挙げられる。

入力装置３０は制御装置４０に各種の情報を入力するための装置であり、各種のスイッチ等で構成される。入力装置３０は例えば移動式クレーンＣＲの運転室に設けられる。

制御装置４０はブーム１３を伸縮するアクチュエータの駆動を制御する装置である。ブーム１３には油圧シリンダである伸縮シリンダ５１が内蔵されている。また、移動式クレーンＣＲには伸縮シリンダ５１に作動油を供給する油圧回路５０が搭載されている。油圧回路５０は油圧ポンプ５２のほか、伸縮シリンダ５１に供給される作動油の流量および方向を制御する電磁制御弁５３を備えている。制御装置４０は電磁制御弁５３のスプール位置を切り換えることで、伸縮シリンダ５１の伸長、収縮、停止を制御する。

なお、ブーム１３の姿勢を制御する制御装置は別途設けられている。この制御装置は運転室に設けられたレバーやペダル等の操作装置の操作に従って電磁制御弁５３のスプール位置を切り換え、伸縮シリンダ５１の伸長、収縮、停止を制御する。

制御装置４０は、最大値演算部４１と、最大値記憶部４２と、ブーム長さ制限部４３とを備えている。制御装置４０はＣＰＵやメモリなどで構成されたコンピュータである。メモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、最大値演算部４１、最大値記憶部４２およびブーム長さ制限部４３が実現される。なお、移動式クレーンＣＲには一般に過負荷防止装置が搭載されている。制御装置４０を過負荷防止装置の一機能として実装してもよい。

最大値演算部４１は前記数３に示す条件を満たすブーム１３の最大長さＬ_maxを求める機能を有する。最大値演算部４１には入力装置３０からフック１８の重量Ｗと、ワイヤロープ１４の巻掛本数Ｎと、ワイヤロープ１４の単位長さ当りの重量ρとが入力される。これらの入力はフック１８やワイヤロープ１４を交換した時やワイヤロープ１４を掛け替えた時に行われる。

最大値演算部４１は、フックの重量Ｗと、ワイヤロープの巻掛本数Ｎと、ワイヤロープの単位長さ当りの重量ρとから、フック１８を最巻上げした状態における巻下げ方向力Ｆ_a（フック１８の吊り下げ力）と、巻上げ方向力Ｆ_b（ワイヤロープ１４の自重による力）とが釣り合うブーム長さＬを求め、そのブーム長さＬを最大長さＬ_maxとする。

具体的には下記数４より最大長さＬ_maxを求める。ここで、ブーム１３の起伏角度θは90°（sinθ=1）としている。ブーム長さＬを一定とした場合、ブーム１３の起伏角度θが90°に近づくほど（ブーム１３が起仰するほど）巻上げ方向力Ｆ_bは大きくなる。起伏角度θを90°とすることで、一番悪い条件におけるブーム１３の最大長さＬ_maxを求めている。

ところで、ブーム長さと、ウインチ１５から先端シーブ１６までのワイヤロープ１４の長さとはほぼ一致する。そのため、ブーム長さとワイヤロープ１４の長さとを同一として考えてもよい。しかし、ブーム長さとワイヤロープ１４の長さとの不一致を考慮する場合には、数４の右辺にオフセット値を加算するなどして、ワイヤロープ１４の長さからブーム長さに変換してもよい。

例えば、フック１８の重量Ｗが290kgであり、ワイヤロープ１４の単位長さ当りの重量ρが1.8kgである場合、６本掛けにするとブーム１３の最大長さＬ_maxは26.8mとなる。また、同条件において８本掛けにするとブーム１３の最大長さＬ_maxは20.1mとなる。

最大値演算部４１は、上記のように求めた最大長さＬ_maxを最大値記憶部４２に記憶する。

最大値演算部４１は前記数３に示す条件を満たすブーム１３の最大起伏角度θ_maxを求める機能も有する。最大値演算部４１は、フックの重量Ｗと、ワイヤロープの巻掛本数Ｎと、ワイヤロープの単位長さ当りの重量ρとから、ブーム１３を全伸させたときのブーム長さＬ_e（以下、「全伸長さＬ_e」と称する。）において巻下げ方向力Ｆ_a（フック１８の吊り下げ力）と巻上げ方向力Ｆ_b（ワイヤロープ１４の自重による力）とが釣り合うブーム１３の起伏角度θを求め、その起伏角度θを最大起伏角度θ_maxとする。

具体的には下記数５より最大起伏角度θ_maxを求める。ブーム１３の起伏角度θが最大起伏角度θ_maxよりも小さい場合には、ブーム１３を全伸させたとしても、巻下げ方向力Ｆ_aが巻上げ方向力Ｆ_bよりも大きい状態を維持できる。そのため、最大起伏角度θ_maxはブーム長さを制限する必要があるか否かを判断するための閾値として用いることができる。

最大値演算部４１は、上記のように求めた最大起伏角度θ_maxを角度閾値θ_tとして最大値記憶部４２に記憶する。すなわち、最大起伏角度θ_maxを角度閾値θ_tに設定する。

ブーム長さ制限部４３は巻下げ方向力Ｆ_aが巻上げ方向力Ｆ_bよりも大きい状態を維持するように、ブーム長さを制限する機能を有する。ブーム長さ制限部４３には、長さ検出器２１および角度検出器２２の検出値Ｌ_d、θ_dが入力されている。

ブーム長さ制限部４３は、まず、角度検出器２２の検出値θ_dと角度閾値θ_tとを比較する。検出値θ_dが角度閾値θ_tを越える場合には、長さ検出器２１の検出値Ｌ_dと最大長さＬ_maxとを比較する。そして、検出値Ｌ_dが最大長さＬ_maxを越える場合には、伸縮シリンダ５１の伸長を停止する。

つぎに、ブーム長さ制限装置１の処理を説明する。
（最大値演算処理）
まず、図２に基づき最大値演算処理を説明する。
最大値演算処理はフック１８やワイヤロープ１４を交換した時やワイヤロープ１４を掛け替えた時に行われる。

まず、最大値演算部４１は入力装置３０によるフック１８の重量Ｗと、ワイヤロープ１４の巻掛本数Ｎと、ワイヤロープ１４の単位長さ当りの重量ρの入力を受け付ける（ステップS11）。

つぎに、最大値演算部４１は、入力されたフック１８の重量Ｗと、ワイヤロープ１４の巻掛本数Ｎと、ワイヤロープ１４の単位長さ当りの重量ρとを数４に代入し、ブーム１３の最大長さＬ_maxを求める（ステップS12）。そして、求めた最大長さＬ_maxを最大値記憶部４２に記憶する。

つぎに、最大値演算部４１は、入力されたフック１８の重量Ｗと、ワイヤロープ１４の巻掛本数Ｎと、ワイヤロープ１４の単位長さ当りの重量ρとを数５に代入し、ブーム１３の最大起伏角度θ_maxを求める（ステップS13）。そして、求めた最大起伏角度θ_maxを角度閾値θ_tとして最大値記憶部４２に記憶する。

（ブーム長さ制限処理）
つぎに、図３に基づきブーム長さ制限処理を説明する。
ブーム長さ制限処理はクレーン作業時に常時繰り返し実行される。

まず、ブーム長さ制限部４３は長さ検出器２１および角度検出器２２からそれぞれの検出値Ｌ_d、θ_dを取得する（ステップS21）。長さ検出器２１の検出値Ｌ_dは現在のブーム長さであり、角度検出器２２の検出値θ_dはブーム１３の現在の起伏角度である。

つぎに、ブーム長さ制限部４３は角度検出器２２の検出値θ_dと最大値記憶部４２に記憶された角度閾値θ_tとを比較する（ステップS22）。検出値θ_dが角度閾値θ_tより小さい場合は、再びステップS21に戻る。

検出値θ_dが角度閾値θ_t以上の場合は、長さ検出器２１の検出値Ｌ_dと最大値記憶部４２に記憶された最大長さＬ_maxとを比較する（ステップS23）。検出値Ｌ_dが最大長さＬ_maxより小さい場合は、再びステップS21に戻る。

検出値Ｌ_dが最大長さＬ_max以上の場合はブーム１３が過伸長である。すなわち、巻上げ方向力Ｆ_bが巻下げ方向力Ｆ_a以上となっている。この場合、ブーム長さ制限部４３は伸縮シリンダ５１の伸長を停止し、ブーム１３の伸長を停止する（ステップS24）。

なお、検出値Ｌ_dが最大長さＬ_max以上となる前にブーム１３の伸長を停止することが好ましい。そのためには、長さ検出器２１の検出値Ｌ_dが最大長さＬ_maxにある程度近づいたタイミングでブーム１３の伸長を停止すればよい。

以上のように処理することで、角度検出器２２の検出値θ_dが角度閾値θ_tを越える場合に、長さ検出器２１の検出値Ｌ_dがブーム１３の最大長さＬ_maxを超えないように、伸縮シリンダ５１の駆動を停止できる。

巻下げ方向力Ｆ_aが巻上げ方向力Ｆ_bよりも大きい状態を維持するようにブーム長さが制限されるので、ブーム１３の過伸長によりフック１８が下降不可能となることを防止できる。しかも、ブームの起伏角度が（角度閾値θ_tより）小さい場合には、ブーム長さが制限されないので、吊り荷を広範囲で移動させることができる。さらに、角度閾値θ_tに最大起伏角度θ_maxが設定されているので、ブーム長さを適切な範囲で制限できる。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、角度閾値θ_tを最大起伏角度θ_maxに設定したが、これに代えて任意の値に設定してもよい。また、角度検出器２２の検出値θ_dが角度閾値θ_tを越える場合に限らず、あらゆる起伏角度において、長さ検出器２１の検出値Ｌ_dがブーム１３の最大長さＬ_maxを超えないように、伸縮シリンダ５１の駆動を停止するよう構成してもよい。

１ ブーム長さ制限装置
１３ ブーム
１４ ワイヤロープ
１８ フック
２１ 長さ検出器
２２ 角度検出器
３０ 入力装置
４０ 制御装置
４１ 最大値演算部
４２ 最大値記憶部
４３ ブーム長さ制限部

Claims (3)

1. 伸縮式のブームと、該ブームからワイヤロープにより吊り下げられたフックとを備えるクレーンに設けられるブーム長さ制限装置であって、
   前記ブームの長さを検出する長さ検出器と、
   前記ブームを伸縮するアクチュエータの駆動を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記フックの重量と前記ワイヤロープの巻掛本数と前記ワイヤロープの単位長さ当りの重量とから、前記フックを最巻上げした状態における前記フックの吊り下げ力と、前記ワイヤロープの自重による力とが釣り合う前記ブームの最大長さを求め、
   前記長さ検出器の検出値が前記最大長さを超えないように、前記アクチュエータの駆動を停止する
   ことを特徴とするブーム長さ制限装置。
2. 前記ブームの起伏角度を検出する角度検出器を備え、
   前記制御装置は、
   前記角度検出器の検出値が角度閾値を越える場合に、前記長さ検出器の検出値が前記最大長さを超えないように、前記アクチュエータの駆動を停止する
   ことを特徴とする請求項１記載のブーム長さ制限装置。
3. 前記制御装置は、
   前記フックの重量と前記ワイヤロープの巻掛本数と前記ワイヤロープの単位長さ当りの重量とから、前記ブームの全伸長さにおいて前記フックの吊り下げ力と前記ワイヤロープの自重による力とが釣り合う前記ブームの最大起伏角度を求め、
   前記最大起伏角度を前記角度閾値に設定する
   ことを特徴とする請求項２記載のブーム長さ制限装置。