JP2021155150A - クレーン - Google Patents

Abstract

【課題】安定した旋回特性を得ることができるクレーンを提供すること。【解決手段】エンジン（１０）と、エンジンにより駆動されるメインポンプ（１１）と、メインポンプから吐出される圧油により駆動される旋回用油圧モータ（２０）と、操作装置（３５）の操作により作動し、メインポンプから旋回用油圧モータへ供給される圧油の流れ方向を制御する方向制御弁（１５）と、方向制御弁の前後差圧が予め設定された目標値に近づくように、メインポンプから方向制御弁に供給される圧油の流量を調節する流量調節弁（１７）と、を備えたクレーンにおいて、エンジンの回転数に関わらず、操作装置の操作量に応じて目標値を変更する。【選択図】図２

Description

本発明は、クレーンに関する。

クレーンの旋回特性を任意に変更する技術が知られている。例えば、特許文献１には、「油圧ポンプと、油圧ポンプからの圧油により駆動する旋回用油圧モータと、旋回指令を入力する操作部材と、操作部材の操作量に応じて油圧ポンプから旋回用油圧モータへの圧油の流れを制御する方向制御弁と、起動特性と停止特性の少なくとも一方を任意に変更する変更手段とを備える。そして、コントローラから電磁比例弁への制御信号によりブリードオフ制御弁を切り換えることで、起動操作時に起動特性に基づき旋回用油圧モータに導かれる圧油供給量を制御するとともに、停止操作時に停止操作に基づき旋回用油圧モータに導かれる圧油供給量を制御する。」ことが記載されている（要約参照）。

特開２００８−１４３６３５号公報

しかしながら、特許文献１では、ブリードオフ制御弁を切り換えて旋回用油圧モータに導かれる圧油供給量を制御する構成であるため、油圧ポンプの吐出流量が変化するとクレーンの旋回特性が安定しない可能性がある。

そこで、本発明は、安定した旋回特性を得ることができるクレーンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、代表的な本発明は、エンジンと、前記エンジンにより駆動されるメインポンプと、前記メインポンプから吐出される圧油により駆動される旋回用油圧モータと、操作装置の操作により作動し、前記メインポンプから前記旋回用油圧モータへ供給される圧油の流れ方向を制御する方向制御弁と、前記方向制御弁の前後差圧が予め設定された目標値に近づくように前記メインポンプから前記方向制御弁に供給される圧油の流量を調節する流量調節弁と、を備えたクレーンにおいて、前記エンジンの回転数に関わらず、前記操作装置の操作量に応じて前記目標値を変更することを特徴とする。

本発明によれば、安定した旋回特性を得ることができる。なお、上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態に係るクレーンの側面図である。 旋回用油圧モータを駆動する油圧回路の構成図である。 旋回操作レバーの操作量と流量調節弁の設定差圧との関係を示す図である。 表示パネルの画面を示す図である。 旋回操作レバーの操作量と流量調節弁の設定差圧との関係を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るクレーンの側面図である。本実施形態に係るクレーンは、走行体１０１と、旋回装置１０２を介して走行体１０１上に旋回可能に搭載された旋回体１０３と、旋回体１０３の先端部に起伏可能に取り付けられたブーム１０４と、運転室１０８と、を有する。旋回体１０３は、旋回装置１０２により左右方向に所望の速度で旋回する。この旋回装置１０２は、旋回用油圧モータ２０を含む（図２参照）。

旋回体１０３には巻上ドラム１０５が搭載され、巻上ドラム１０５の駆動により巻上ロープ１０６が巻き取りまたは繰り出され、ブーム１０４の先端から吊り下げられたフック１０７を介して吊り荷が昇降する。運転室１０８には、オペレータが旋回体１０３の旋回操作を行うための旋回操作レバー（操作装置）３５、クレーンの制御を行うコントローラ３０、表示パネル３１等が設けられている（図２参照）。この旋回操作レバー３５は、例えば電気式レバーである。勿論、旋回操作レバー３５は、油圧式レバーであっても良い。

図２は、旋回用油圧モータ２０を駆動する油圧回路の構成図である。図２に示す油圧回路は、メインポンプ１１と、パイロットポンプ１２と、旋回用油圧モータ２０と、方向制御弁１５と、流量調節弁１７と、圧力制御弁１８と、リリーフ弁１６と、を含む。図２において、Ｌ１〜Ｌ８は油路、Ｅ１〜Ｅ５は電気配線を示している。なお、符号２５は、作動油を貯留するタンクである。

メインポンプ１１は、エンジン１０により駆動され、方向制御弁１５に圧油を供給する。メインポンプ１１の吐出流量は、不図示のレギュレータで調整される。メインポンプ１１は、可変容量型の油圧ポンプである。パイロットポンプ１２は、エンジン１０により駆動され、圧力制御弁１８に圧油を供給する。パイロットポンプ１２は、固定容量型の油圧ポンプである。なお、エンジン１０の回転数は、オペレータにより操作される不図示のアクセルグリップの操作量に基づき制御される。

旋回用油圧モータ２０は、メインポンプ１１から吐出される圧油により駆動される。方向制御弁１５は、旋回用油圧モータ２０に供給される圧油の流れ方向と流量を制御する。方向制御弁１５の位置（スプール位置）が切り換わることにより、旋回用油圧モータ２０が正転または逆転する。

方向制御弁１５は、その左右にパイロット信号（電気信号）を入力する入力部１５ａ，１５ｂを有する。旋回操作レバー３５が操作されると、その操作量に応じたパイロット信号Ｐｌ，Ｐｒがコントローラ３０によって生成される。パイロット信号Ｐｌ，Ｐｒは、電気配線Ｅ１，Ｅ２を介して入力部１５ａ，１５ｂにそれぞれ入力され、方向制御弁１５の位置が切り換わる。

具体的には、方向制御弁１５は、常態では中立位置Ｏにあり、入力部１５ａにパイロット信号Ｐｌが入力されると、左位置Ａに切り換わり、入力部１５ｂにパイロット信号Ｐｒが入力されると、右位置Ｂに切り換わる。

方向制御弁１５が中立位置Ｏにある場合は、メインポンプ１１から吐出された圧油は油路Ｌ１から油路Ｌ５を流れて、タンク２５へ戻る。方向制御弁１５が左位置Ａに切り換わると、メインポンプ１１から吐出された圧油は、油路Ｌ１から油路Ｌ２を流れて旋回用油圧モータ２０を正転させる。旋回用油圧モータ２０から排出された圧油は、油路Ｌ３、油路Ｌ５を順に流れてタンク２５に戻る。

一方、方向制御弁１５が右位置Ｂに切り換わると、メインポンプ１１から吐出された圧油は、油路Ｌ１から油路Ｌ３を流れて旋回用油圧モータ２０を逆転させる。旋回用油圧モータ２０から排出された圧油は、油路Ｌ２、油路Ｌ５を順に流れてタンク２５に戻る。

流量調節弁１７は、メインポンプ１１と方向制御弁１５とを接続する油路Ｌ１から分岐してタンク２５へ接続される油路Ｌ４上に設けられる。流量調節弁１７は、常態ではバネ１７ａにより閉じる方向に保持されている。流量調節弁１７には、メインポンプ１１の吐出側の圧力Ｐｓ、方向制御弁１５の下流側の圧力Ｐｃ、圧力制御弁１８の下流側の圧力Ｐｖがそれぞれ作用している。具体的には、圧力Ｐｓは、流量調節弁１７を開く方向に作用し、圧力Ｐｃおよび圧力Ｐｖは、流量調節弁１７を閉じる方向に作用する。

よって、流量調節弁１７は、方向制御弁１５の前後差圧（圧力Ｐｓと圧力Ｐｃとの差）と圧力制御弁１８から導入される圧油の圧力Ｐｖとのバランスによって開閉動作する。なお、圧力Ｐｃは、方向制御弁１５の圧力損失の影響を受けるため、圧力Ｐｓより低い。

圧力制御弁１８は、パイロットポンプ１２から吐出された圧油が流れる油路Ｌ６に設けられる。常態では、圧力制御弁１８は油路Ｌ７と油路Ｌ８とが連通する位置に保持されており、圧力Ｐｖはタンク圧と等しい。コントローラ３０から電気配線Ｅ５を介して制御信号が圧力制御弁１８に入力されると、制御信号に応じて圧力制御弁１８は油路Ｌ６と油路Ｌ７とが連通する位置に切り換わる。その結果、パイロットポンプ１２からの圧油が流量調節弁１７に導入される。

リリーフ弁１６は、メインポンプ１１の吐出圧の上限を設定圧力に制限する。よって、図２に示す油圧回路内の圧力は、リリーフ弁１６の設定圧力を超えることはない。

コントローラ３０は、図示しないが、各種演算等を行うＣＰＵ、ＣＰＵによる演算を実行するためのプログラムを格納するＲＯＭやＨＤＤ等の記憶装置、ＣＰＵがプログラムを実行する際の作業領域となるＲＡＭ、および他の機器とデータを送受信する際のインタフェースである通信インタフェースを含むハードウェアと、記憶装置に記憶され、ＣＰＵにより実行されるソフトウェアとから構成される。コントローラ３０の各機能は、ＣＰＵが、記憶装置に格納された各種プログラムをＲＡＭにロードして実行することにより、実現される。

コントローラ３０は、旋回操作レバー３５から電気配線Ｅ３を介して操作指令が入力されると、その操作指令に応じた制御信号を生成し、圧力制御弁１８にその制御信号を出力する。例えば、本実施形態では、旋回操作レバー３５の操作量が大きいほど、圧力制御弁１８の設定圧力が大きくなる（流量調節弁１７に作用する圧力Ｐｖの値が大きくなる）ような制御信号がコントローラ３０により生成される。よって、旋回操作レバー３５の操作量が小さいと方向制御弁１５の前後差圧の設定（目標値）を小さくでき、旋回操作レバー３５の操作量が大きいと方向制御弁１５の前後差圧の設定（目標値）を大きくできる。

勿論、旋回操作レバー３５の操作量に関わらず、圧力制御弁１８の設定圧力が一定となるような制御信号をコントローラ３０が生成するようにしても良い。

また、コントローラ３０には、表示パネル３１が電気配線Ｅ４を介して接続されている。表示パネル３１は、例えばタッチ式の液晶パネルであり、オペレータがタッチ操作することで、クレーンの各種設定や状態の確認を行うことができる。

（油圧回路の動作）
次に、本実施形態に係る油圧回路の動作について説明する。ここでは、オペレータが旋回体１０３を左旋回させるために、旋回操作レバー３５を左旋回の方向に操作した場合を例に挙げて説明する。

オペレータが旋回操作レバー３５を操作すると、旋回操作レバー３５からの操作指令がコントローラ３０に入力される。コントローラ３０は、操作指令に基づいて、パイロット信号Ｐｌを入力部１５ａに出力する。すると、方向制御弁１５は左位置Ａに切り換わり、メインポンプ１１からの圧油が旋回用油圧モータ２０に供給され、旋回用油圧モータ２０が回転駆動され、旋回体１０３が左旋回を開始する。

また、コントローラ３０は、入力された操作指令に応じて、圧力制御弁１８を動作させるための制御信号を生成し、その制御信号を圧力制御弁１８に出力する。

圧力制御弁１８は、入力された制御信号に従って油路Ｌ６と油路Ｌ７とが連通するように動作し、パイロットポンプ１２から吐出された圧油が流量調節弁１７に導入される。

その結果、流量調節弁１７は、圧力制御弁１８の下流側の圧力Ｐｖの作用により閉じる方向に動作し、方向制御弁１５の前後差圧が圧力Ｐｖに応じた設定差圧（予め定められた目標値）に調整される。圧力Ｐｖは旋回操作レバー３５の操作量に応じて決定されるため、方向制御弁１５の前後差圧は、旋回操作レバー３５の操作量に応じた目標値となる。

より詳細に説明すると、旋回操作レバー３５の操作量に応じた圧力Ｐｖが流量調節弁１７に作用するため、方向制御弁１５の前後差圧が圧力Ｐｖとバネ１７ａとの合計値より小さければ、流量調節弁１７は開く方向に動作せず、閉じる方向に動作する。これにより、方向制御弁１５の前後差圧は成り行きとなる。そして、方向制御弁１５の前後差圧が圧力Ｐｖとバネ１７ａとの合計値を超えると、流量調節弁１７が開く方向に動作するため、方向制御弁１５の前後差圧が予め設定された目標値、即ち、圧力Ｐｖとバネ１７ａの付勢力の合計値に近づくように制御される。そして、旋回操作レバー３５の操作量に応じて圧力制御弁１８の設定圧力Ｐｖが変化するため、方向制御弁１５の前後差圧も旋回操作レバー３５の操作量に応じた目標値に近づくように制御される。

こうして、旋回操作レバー３５の操作に応じて予め設定された目標値に近づくように制御された方向制御弁１５の前後差圧の下で、所望の流量の圧油が、エンジン１０の回転数に関わらず旋回用油圧モータ２０に供給される。

（効果）
このように、本実施形態によれば、方向制御弁１５の前後差圧は、メインポンプ１１の吐出流量の変化やエンジン１０の回転数に変化に関わらず、予め設定された目標値に近づくように制御される。その結果、方向制御弁１５の前後差圧に応じた流量の圧油が安定してメインポンプ１１から旋回用油圧モータ２０に供給される。そのため、例えば、巻上ドラム１０５を高速で駆動するためにエンジン１０の回転数を上げても、旋回体１０３の旋回速度が変化しないので、クレーンの安定した旋回特性を得ることができる。また、クレーンの複合操作性が向上する。

また、流量調節弁１７の設定差圧を、コントローラ３０から圧力制御弁１８への制御信号により任意に調整できるため、オペレータの好みに合ったクレーンの操作性を実現できる。

本実施形態では、旋回操作レバー３５の操作量が大きくなるほど、流量調節弁１７の設定差圧が大きくなるように設定されている。よって、方向制御弁１５の前後差圧の設定（目標値）を小さくして旋回操作レバー３５を操作した場合には流量調節弁１７のバイパス流量（流量調節弁１７を流れる流量）が増加し、旋回用油圧モータ２０を駆動するトルクの上がり方が緩やかになり、緩やかな加速特性が得られる。

一方、方向制御弁１５の前後差圧の設定を大きくして旋回操作レバー３５を操作した場合には流量調節弁１７のバイパス流量が減少し、旋回用油圧モータ２０を駆動するトルクの上がり方が大きくなり、急激な加速特性が得られる。

このように、本実施形態によれば、オペレータの好みに応じた任意の旋回特性を、安定的に得ることができる。また、圧力制御弁１８を設ける程度の簡単な構成でクレーンの操作性向上を実現できるという利点もある。

（変形例）
上記した実施形態において、コントローラ３０に、流量調節弁１７の制御特性（動作特性）の異なる複数のモードＭ１〜Ｍ３を予め設定しておき、オペレータが好みのモードを表示パネル３１で選択すると、流量調節弁１７が選択されたモードに従って動作するように構成しても良い。

例えば、図３に示すように、旋回操作レバー３５の操作量に応じて流量調節弁１７の設定差圧が異なる３つのモードＭ１〜Ｍ３を予め設けておく。モードＭ１〜Ｍ３は、それぞれ、旋回操作レバー３５の操作量が大きいほど流量調節弁１７の設定差圧が大きくなる制御特性であるが、旋回操作レバー３５の操作量に対する流量調節弁１７の設定差圧が異なっている。

そして、図４に示すように、表示パネル３１のモード設定画面で、モードＭ１〜Ｍ３の何れかをオペレータがタッチ操作すると、表示パネル３１からコントローラ３０に選択されたモードが出力される。コントローラ３０は、そのモードに従って圧力制御弁１８の制御信号を生成する。

例えば、モードＭ１とモードＭ３とを比較すると、同じ旋回操作レバー３５の操作量に対して流量調節弁１７の設定差圧はモードＭ１の方がモードＭ３に比べて大きい。そのため、モードＭ１を選択した方が方向制御弁１５の前後差圧が大きくなるため、同じ旋回操作レバー３５の操作量でも、旋回用油圧モータ２０に供給される圧油の流量が大きくなり、より高速で旋回体１０３を旋回させることができる。

この変形例によれば、より一層、オペレータの好みに応じた旋回操作が可能となる。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。前記実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。

例えば、図３のモードＭ１〜Ｍ３に代えて、図５に示すように、旋回操作レバー３５の操作量に対する流量調節弁１７の設定差圧が階段状に変化するモードＭ４〜Ｍ６を用いることもできる。また、旋回操作レバー３５の操作量と流量調節弁１７の設定差圧との関係をマップ化したデータをコントローラ３０が記憶しておき、そのデータに基づいてコントローラ３０が圧力制御弁１８の動作を制御しても良い。

また、表示パネル３１によるタッチ操作の代わりに、モードを選択するための専用スイッチやダイヤルなどを別途設ける構成としても良い。これらのモードはオペレータが任意に追加、変更、削除できる構成としても良い。

なお、クレーンの一例として、クローラクレーンを例示したが、本発明は、これに限らず、ホイールクレーン、トラッククレーン、ラフテレーンクレーン、オールテレーンクレーン等の他の移動式クレーンに加えて、タワークレーン、天井クレーン、ジブクレーン、引込みクレーン、スタッカークレーン、門型クレーン、アンローダ等のあらゆるクレーンに適用可能である。

１０ エンジン
１１ メインポンプ
１２ パイロットポンプ
１５ 方向制御弁
１７ 流量調節弁
１８ 圧力制御弁
２０ 旋回用油圧モータ
３５ 操作レバー（操作装置）
３０ コントローラ
３１ 表示パネル

Claims (4)

1. エンジンと、
   前記エンジンにより駆動されるメインポンプと、
   前記メインポンプから吐出される圧油により駆動される旋回用油圧モータと、
   操作装置の操作により作動し、前記メインポンプから前記旋回用油圧モータへ供給される圧油の流れ方向を制御する方向制御弁と、
   前記方向制御弁の前後差圧が予め設定された目標値に近づくように、前記メインポンプから前記方向制御弁に供給される圧油の流量を調節する流量調節弁と、を備えたクレーンにおいて、
   前記エンジンの回転数に関わらず、前記操作装置の操作量に応じて前記目標値を変更することを特徴とするクレーン。
2. 請求項１に記載のクレーンにおいて、
   前記操作装置の操作量が大きくなるほど前記目標値が大きくなるように変更することを特徴とするクレーン。
3. 請求項１または２に記載のクレーンにおいて、
   前記流量調節弁の制御特性が異なる複数のモードが予め設定されており、
   選択された前記モードに従って、前記目標値を変更することを特徴とするクレーン。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のクレーンにおいて、
   前記エンジンにより駆動されるパイロットポンプをさらに備え、
   前記パイロットポンプから吐出される圧油は、前記操作装置の操作量に応じた圧力で前記流量調節弁に導入されると共に、前記流量調節弁を閉じる方向に作用することを特徴とするクレーン。
   

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