JP2023130563A

JP2023130563A - クレーン

Info

Publication number: JP2023130563A
Application number: JP2022034907A
Authority: JP
Inventors: 哲朗佐藤; Tetsuro Sato; 浩之星野; Hiroyuki Hoshino
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Construction Crane Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Construction Crane Co Ltd
Priority date: 2022-03-08
Filing date: 2022-03-08
Publication date: 2023-09-21

Abstract

【課題】ブームの旋回角度変化によるブームの起伏角度の変動の影響を抑制する。【解決手段】下部走行体２と、下部走行体２に回転可能に設けられた上部旋回体３と、上部旋回体３に起伏可能に設けられたブーム４とを備えるクレーン１であって、旋回角度によって変化するブーム４の角度に応じて、当該ブーム４の起伏制御の補助制御を行う。例えば、補助制御は、少なくとも、ブーム４の作業半径を縮小する動作制御又は上部旋回体３の旋回開始からのブーム４の角度の変動を抑制する動作制御を含んでもよい。【選択図】図３

Description

本発明は、クレーンに関する。

従来のクレーンは、吊荷の運搬作業において、作業者に対して、クレーンを中心とする作業可能な範囲を示す旋回曲線の表示を行っていた（例えば、特許文献１の図２参照）。

特開２００５－２１９９３２号公報

クレーンの下部走行体は、上部旋回体側から受ける荷重に対する剛性が旋回角度によって異なることから、上部旋回体の旋回角度が変化すると、下部走行体の撓み量も変化する。そのため、ブームの起伏角度（地面に対するブームの起伏角度）も変動して作業範囲に変化を生じる場合がある。
しかしながら、特許文献１のクレーンは、各旋回角度における下部走行体の剛性が異なることによるブームの起伏角度の変動は考慮されていなかった。

本発明は、上部旋回体の旋回角度変化によるブームの起伏角度の変動の影響を抑制することを目的とする。

本発明は、
下部走行体と、
前記下部走行体に回転可能に設けられた上部旋回体と、
前記上部旋回体に起伏可能に設けられたブームと、
を備えるクレーンであって、
旋回角度によって変化する前記ブームの角度に応じて、当該ブームの起伏制御の補助制御を行う、という構成としている。

本発明によれば、上部旋回体の旋回角度変化によるブームの起伏角度の変動の影響を抑制することが可能となる。

本発明の実施形態に係るクレーンの側面図である。クレーンの制御装置及びその周辺の構成を示すブロック図である。クレーン１を平面視で模式的に表した説明図である。起伏制御の補助制御のフローチャートである。

［クレーンの概略構成］
図１はクレーン１の側面図である。クレーン１は、いわゆる移動式のクローラクレーンである。クレーン１の記載に関して、クレーン本体としての下部走行体２のから見た前後左右方向をクレーン１の前後左右方向として説明する。なお、特に言及しない場合には、原則として、下部走行体２は、上部旋回体３と前後方向が一致した状態（基準姿勢とする）にあるものとして各部の方向を説明する。
また、以下の説明において、クレーン１は、水平面上に位置していることを前提とし、「平面視」という場合には、クレーン１が位置する水平面に対して垂直な方向、即ち、鉛直方向から見た状態を示すものとする。

図１に示すように、クレーン１は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に搭載された上部旋回体３と、上部旋回体３の前側に起伏可能に取付けられたブーム４とを含んで構成されている。

下部走行体２は、本体ボディ２１と、本体ボディ２１の左右両側に設けられたクローラ２２とを備えている。左右のクローラ２２は、それぞれ図示しない走行用油圧モータによって回転駆動される。

上部旋回体３の前側には、ブーム４が起伏可能に取り付けられている。ブーム４の上側の先端近傍には、巻上ロープ３２をガイドするシーブ４３が回転可能に取付けられている。
また、上部旋回体３におけるブーム４よりも後側には、マスト３１の下端部が支持されている。
また、上部旋回体３は、図示しない旋回用油圧モータによって下部走行体２に対して鉛直上下方向の軸回りに旋回動作が行われる。

上部旋回体３の後部には、ブーム４及び吊荷Ｌとの重量バランスをとるカウンタウエイト５が取付けられる。カウンタウエイト５は、必要に応じて枚数を増減させることができる。

カウンタウエイト５近傍には、ブーム４の起伏動作を行う起伏ウインチ４２が配設され、その前側には、巻き上げロープ３２の巻取り、巻出しを行う巻上ウインチ３６が配設されている。巻上ウインチ３６は、巻上用油圧モータ（図示略）により、巻上ロープ３２の巻取り、巻出しを行い、フック３４及び吊荷Ｌの巻き上げ、巻き下げを行う。
また、上部旋回体３の右前側にはキャブ３３が配置されている。

マスト３１は、上端部に上部スプレッダ３５を備え、上部スプレッダ３５は、一端部がブーム４の上端部に接続されたペンダントロープ４４の他端部に接続されている。上部スプレッダ３５の下方には下部スプレッダ（図示略）が設けられ、これらの間に複数回掛け回された起伏ロープ３７が起伏ウインチ４２により巻取り又は巻出されると上部スプレッダ３５と下部スプレッダとの間隔が変化してブーム４が起伏する。起伏ウインチ４２は、起伏用油圧モータ（図示略）により駆動する。

［クレーンの制御系］
上部旋回体３のキャブ３３等には、クレーンの制御装置６０が搭載されている。図２は制御装置６０及びその周辺の構成を示すブロック図である。制御装置６０は、クレーン１に搭載された制御端末であり、主に、クレーン１の走行、旋回、ブーム４の起伏回動、吊荷の巻き上げ、巻き下げ等の各種動作の制御を行う。
制御装置６０は、ＣＰＵや記憶装置であるＲＯＭおよびＲＡＭ、その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成されているコントローラ６１を備えている。
コントローラ６１は、後述するブーム４の起伏関連動作を行う起伏補助制御部６１１のソフトウェアモジュールを備える。なお、起伏補助制御部６１１は、ハードウェアから構成してもよい。

コントローラ６１には、入力部６２１、表示装置６２２、警報器６２３、操作レバー６２４、メモリ６２５が接続され、これらが制御装置６０を構成している。
さらに、コントローラ６１には、ロードセル６３１、ブーム角度センサ６３２、旋回量センサ６３３及びコントロールバルブ６３５が接続されている。

入力部６２１は、例えば、タッチパネルのような入力インターフェイスであり、作業者からの操作に対応する制御信号をコントローラ６１に出力する。作業者は、入力部６２１を操作してブーム４の長さ、吊荷の重量、その他の各種の設定や操縦に必要な各種の入力を行うことができる。
表示装置６２２は、例えば、入力部６２１としても利用されるタッチパネル式のディスプレイを備え、コントローラ６１から出力される制御信号に基づいて、表示画面に吊荷の重量、ブーム角度、上部旋回体３の旋回角度等の情報を表示する。
警報器６２３は、コントローラ６１から出力される制御信号に基づいて、警報を発生する。

操作レバー６２４は、例えば、クレーン１に各種の動作を行わせる操作を手動入力し、操作レバー６２４の操作量に対応する制御信号をコントローラ６１に入力する。
例えば、操作レバー６２４は、下部走行体２の走行動作、上部旋回体３の旋回動作、ブーム４の起伏動作、吊荷の昇降動作の操作入力を行うことができる。

ロードセル６３１は、上部スプレッダ３５と下部スプレッダに複数回掛け回された起伏ロープ３７の末端に取付けられており、ブーム４を起伏させる際に起伏ロープ３７に作用する張力を検出し、検出した張力に対応する制御信号をコントローラ６１に出力する。
なお、ロードセル６３１は、ブーム４の起伏力を間接的に計測できればどこに配置されていてもよい。例えば、ブーム４先端のペンダントロープ４４の取付位置（不図示）に設けて、ペンダントロープ４４に掛かる張力を検出してもよい。

ブーム角度センサ６３２は、図１に示すように、ブーム４の基端近傍に取付けられており、ブーム４の起伏角度（以下、ブーム角度とも記す）を検出し、検出したブーム角度に対応する制御信号をコントローラ６１に出力する。ブーム角度センサ６３２は、例えば、重りや液面等の重力の影響を受ける物質を利用して重力方向に対する傾斜方向からブーム４の絶対的な水平面に対する起伏角度をブーム角度として検出するセンサを例示する。
なお、原則として、クレーン１は、水平面に設置されているから、ブーム角度センサ６３２は、仮に、クレーン１が傾斜面に配置されている場合であっても、水平面に対するブーム４の対地角を起伏角度として検出する。なお、地面に対するブーム４の起伏角度をブーム角度として検出してもよい。

旋回量センサ６３３は、下部走行体２と上部旋回体３の間に取付けられており、上部旋回体３の旋回角度を検出し、検出した旋回角度に対応する制御信号をコントローラ６１に出力する。旋回量センサ６３３は、例えば、垂直となる上部旋回体３の中心軸回りの角度を旋回角度として検出し、下部走行体２の前方と上部旋回体３の前方とが一致した状態を0°としている。

コントロールバルブ６３５は、コントローラ６１からの制御信号に応じて切り替えが可能な複数のバルブから構成されている。
例えば、コントロールバルブ６３５は、下部走行体２の左右のクローラ２２の回転駆動を制御するバルブ、上部旋回体３の旋回動作を制御するバルブ、起伏ウインチ４２の回転駆動を制御するバルブ、巻上ウインチ３６の回転駆動を制御するバルブ等を含んでいる。

［起伏制御部による起伏関連動作］
図３はクレーン１を平面視で模式的に表した説明図であり、上部旋回体３の旋回時におけるブーム４の平面視の作業範囲を示している。

まず、仮に上部旋回体３がいずれの方向を向いた場合でも吊荷Ｌ（及びブーム４の自重）の荷重に対する下部走行体２のそれぞれの剛性が均一であると仮定する。その場合、起伏操作をしないで旋回を行った場合のブーム４の作業半径（平面視での旋回中心からブーム４の先端部までの距離）は一定に維持される。従って、ブーム４の先端部は、図３に示す真円状の軌道Ｔ１を描いて旋回を行う。

しかしながら、全方向について下部走行体２の剛性を均一にすることは、現実的には困難であり、上部旋回体３の旋回角度ごとに下部走行体２の剛性は異なっている。
例えば、下部走行体２が、前後に長いクローラ２２が左右に配置され、これらクローラ２２に対して本体ボディ２１が懸架された構造であるような場合等、下部走行体２の構造に応じて、ブーム４が左右方向を向いた状態とブーム４が前後方向を向いた状態とで剛性が異なる場合がある。つまり、旋回角度ごとに下部走行体２が撓み、作業半径が変化する量が変化する場合がある。
例えば、ブーム４が左右方向を向いた状態よりもブーム４が前後方向を向いた状態で剛性が小さい場合、ブーム４（上部旋回体３）が左右いずれかの方向を向いた状態から前後いずれかの方向となるように旋回を行うと、下部走行体２が撓むことで、地面に対するブーム４の起伏角度が小さくなる。その場合、図３のように、ブーム４が右方を向いた状態から前方に向いた状態（下部走行体２の撓み量が増える方向）に旋回すると、作業半径が漸増し、略楕円の軌道Ｔ２を描く。
このように、旋回によって作業半径の変動を生じると、吊荷Ｌの移動の際に、その経路が予測から外れて操縦が難しくなる場合がある。

このため、起伏補助制御部６１１は、起伏関連動作として、下部走行体２に対する上部旋回体３の旋回角度によって変化するブーム４の起伏角度に対して、ブーム４の起伏角度の変化が低減される補正を行うよう、コントロールバルブ６３５を通じて起伏ウインチ４２を制御する。
具体的には、起伏補助制御部６１１は、起伏関連動作として、所定の旋回角度におけるブーム４の起伏角度を基準として、旋回角度の変化によってブーム４の起伏角度に変動を生じた場合に、その変動が低減するようにコントロールバルブ６３５を通じて起伏ウインチ４２を制御する。

例えば、図３の例の場合、ブーム４が右方を向いた状態からブーム４が前方に向いた方向に上部旋回体３が旋回を開始した場合（下部走行体２の撓み量が増える方向に上部旋回体３の旋回を開始した場合）、ブーム角度センサ６３２は、ブーム４の起伏角度の減少を検出するので、起伏補助制御部６１１は、ブーム４の起伏角度を増加させて、旋回開始時の起伏角度の変化を抑制或いは旋回開始時の起伏角度を維持するように起伏ウインチ４２を駆動させる。

図４は、起伏補助制御部６１１が実行する起伏関連動作の処理を具体的に且つ詳細に示したフローチャートである。
図示のように、起伏補助制御部６１１は、オペレータから操作レバー６２４により上部旋回体３の旋回が入力されると、入力開始時に検出されたブーム４の当初の起伏角度を記憶する（ステップＳ１）。
なお、ブーム４の起伏角度に替えて、或いは、ブーム４の起伏角度と共に、当初の作業半径を算出し、記憶してもよい。作業半径は、予め用意されたブーム４の長さの記憶データと入力開始時に検出されたブーム４の起伏角度とから算出して取得することができる。

次いで、起伏補助制御部６１１は、オペレータから操作レバー６２４によりブーム４の起伏操作が入力されているか否かを判定する（ステップＳ３）。
そして、起伏操作が入力されている場合には、処理をステップＳ１に戻して、ブーム４の当初の起伏角度を更新する。
なお、起伏操作が入力されている間は、ブーム４の当初の起伏角度の更新が繰り返されるので、起伏操作の入力が終了すると、当該終了時の起伏角度が当初の起伏角度として記憶される。

一方、ステップＳ３において、操作レバー６２４によりブーム４の起伏操作が入力されていない場合又は入力が終了した場合には、起伏補助制御部６１１は、ステップＳ１により記憶されたブーム４の当初の起伏角度（又は作業半径）に対して、ブーム角度センサ６３２により現在検出されているブーム４の起伏角度（又は作業半径）が変化したか否かを判定する（ステップＳ５）。
そして、変化が生じていなければ、ステップＳ３に戻り、操作レバー６２４によるブーム４の起伏操作の入力の有無を判定する。

一方、ブーム角度センサ６３２により現在検出されているブーム４の起伏角度（又は作業半径）が変化した場合には、当該変化が減少する方向にブーム４を回動させて、ブーム４が当初の起伏角度からの変化を抑制又は当初の起伏角度を維持するように、起伏ウインチ４２を制御する（ステップＳ７）。
そして、ステップＳ３に処理を戻して、操作レバー６２４による上部旋回体３の旋回の入力操作が終わるまで、上記ステップＳ１～Ｓ７の処理を繰り返す。

［発明の実施形態における技術的効果］
上記のように、クレーン１では、起伏補助制御部６１１が下部走行体２に対する上部旋回体３の旋回角度に応じて、当該ブーム４を起伏させるための起伏関連動作を行っている。
これにより、上部旋回体３の旋回によるブーム４の作業範囲の変化に対処することが可能となる。さらには、上部旋回体３の旋回によるブーム４の起伏角度の変化又はその影響を抑制することが可能となり得る。

また、ブーム４の起伏角度の変動を抑えるために、ブーム４の旋回角度範囲の全方向について、或いは、ブーム４の旋回角度が左右方向と前後方向の両方について、下部走行体２の剛性が等しくなるように、当該下部走行体２を設計すると、クレーン１の車体に要求される作業幅や輸送幅を適正な範囲に設計することが難しくなる。
しかしながら、起伏補助制御部６１１の起伏関連動作により、ブーム４の起伏角度の変動を抑えつつも、下部走行体２に求められる設計条件の制約を緩和することができ、作業幅や輸送幅を適正な範囲に設計することが可能となる。

また、起伏補助制御部６１１が行う起伏関連動作では、少なくとも、上部旋回体３側からの荷重により下部走行体２の撓み量が増える方向に上部旋回体３を旋回させた場合に、ブーム４を起立させるための動作を行う。
このため、上部旋回体３の旋回によるブーム４の作業半径（作業範囲）の拡大を抑制することができ、吊荷Ｌやフック３４を精度よく移動させることが可能となる。また、吊荷Ｌやフック３４の移動経路が外側に広がることによる周囲への影響を抑制することが可能となる。

また、起伏補助制御部６１１が行う起伏関連動作には、上部旋回体３の旋回開始からのブーム４の起伏角度の変動を抑制、さらには、旋回開始時のブーム４の起伏角度を維持する動作制御が含まれている。このため、オペレータが上部旋回体３の旋回操作を入力する場合、入力開始時のブーム４の起伏角度が維持又は変化が抑制されるので、想定された通り又は想定に近い動作が行われ、精度の向上や操縦性の向上を図ることが可能となる。

また、起伏補助制御部６１１は、起伏関連動作の実施中において上部旋回体３の旋回中にブーム４の起伏動作の操作指令を受けると、前述した図４のステップＳ３に示すように、ブーム４の起伏角度の変化を抑制する補助制御に進まず、当該起伏関連動作を停止する処理を行う。
このため、オペレータが、ブーム４の起伏動作の操作を入力した場合には、操作に応じたブーム４の起伏動作が行われ、オペレータの任意に応じた操縦が行われ、良好な操縦性を維持することが可能となる。

また、起伏補助制御部６１１は、図４のステップＳ１～Ｓ５の流れに示すように、ブーム４の起伏動作の操作により起伏関連動作を停止した後、ブーム４の起伏動作の操作指令が停止し、かつ上部旋回体３が旋回中の場合には、起伏関連動作を再開する。
このため、オペレータの操縦によって調整されたブーム４の起伏角度が維持又は変化が抑制されるので、さらなる操縦性の向上を図ることが可能となる。

［その他］
上記発明の実施の形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、前述した実施形態における起伏制御の起伏関連動作は、クレーンの一例として、クローラクレーンを例示したがこれに限らず、タワーアタッチメントを付けたクレーンやホイールクレーン、トラッククレーン等の移動式クレーンに適用可能である。
また、フックを備えるクレーンに限らず、マグネット、アースドリルバケット等のアタッチメントを吊下するクレーンも本発明の適用の対象である。

また、クレーン１が水平面に配置されている前提で、ブーム角度センサ６３２が水平面に対するブーム４の起伏角度を対地角として検出する場合を例示したが、クレーン１の配置面は厳格な水平面である場合に限定されない。例えば、クレーン１が水平面に対して許容される範囲内での傾斜面に配置されてもよい。さらに、傾斜面に配置された場合には、例えば、傾斜面の傾斜方向及び角度を求め、これをコントローラ６１に入力し、当該傾斜面に対するブーム４の起伏角度が一定となる又は変動が抑制されるようにブーム４の角度を制御するように補正してもよい。

また、起伏関連動作として、ブーム４の起伏角度を補正する制御を例示したが、これに限定されない。例えば、上部旋回体３の旋回角度に応じたブーム４の起伏角度の変動量が算出可能又はテーブルデータとして用意されている場合であって、上部旋回体３の旋回角度範囲が予め分かっている場合（例えば、吊荷Ｌの移動の始点と終点とが決まっている場合等）には、起伏制御の起伏関連動作として、上部旋回体３の旋回角度範囲の始点と終点とで生じるブーム４の起伏角度の変化量を旋回動作の開始前に、表示や音声等により、オペレータに通知する制御を行ってもよい。

また、起伏制御の起伏関連動作は、予め、実行の有無を選択可能としてもよい。オペレータによっては、コントローラ６１の制御によってブーム４の起伏角度が補正されずに自らの操作によってブーム４を動作させる要請があり、これに対応することが可能となる。

また、上記起伏制御の起伏関連動作では、旋回の入力操作の開始時の起伏角度を基準として行う場合を例示したが、これに限定されない。
例えば、予め、ブーム４の起伏角度の値が設定され、これを基準として、起伏制御の起伏関連動作を行ってもよい。

また、上記起伏制御の起伏関連動作では、基準となるブーム４の起伏角度に基づく作業半径が拡大される場合にも縮小される場合にもその変動が抑制される起伏制御が行われる場合を例示したが、これに限定されない。
例えば、起伏制御の起伏関連動作として、ブーム４の起伏角度に基づく作業半径が拡大される場合にのみ、変動が抑制される起伏制御を行ってもよい。

また、上記実施形態では、ブーム４の向きが前後方向と左右方向とで、下部走行体２の剛性が異なる場合を例示したが、少なくともブーム４が異なるいずれかの二方向について下部走行体２の剛性に変動が生じるのであれば、上記起伏制御の起伏関連動作は適用可能である。

また、上記起伏制御の起伏関連動作の適用は、キャブ３３に搭乗したオペレータがクレーン１を操縦する場合に限定されない。例えば、クレーン１が外部から遠隔操縦が行われるような場合にも起伏制御の起伏関連動作は有効である。

１クレーン
２下部走行体
３上部旋回体
４ブーム
２１本体ボディ
２２クローラ
３４フック
４２起伏ウインチ
６０制御装置
６１コントローラ
６１１起伏補助制御部
６２１入力部
６２２表示装置
６２４操作レバー
６３２ブーム角度センサ
６３３旋回量センサ
Ｌ吊荷

Claims

下部走行体と、
前記下部走行体に回転可能に設けられた上部旋回体と、
前記上部旋回体に起伏可能に設けられたブームと、
を備えるクレーンであって、
前記下部走行体に対する上部旋回体の旋回角度に応じて、前記ブームを起伏させるための起伏関連動作を行うクレーン。
前記起伏関連動作は、少なくとも、前記上部旋回体側からの荷重により前記下部走行体の撓み量が増える方向に前記上部旋回体を旋回させた場合に、前記ブームを起立させるための動作を行う
請求項１に記載のクレーン。
前記起伏関連動作は、前記上部旋回体の旋回開始からの前記ブームの角度の変動を抑制する動作制御を含む
請求項１又は２に記載のクレーン。
前記起伏関連動作は、前記上部旋回体の旋回開始時の角度を維持するようにブームの角度の変動を抑制する動作制御を行う
請求項３に記載のクレーン。
前記クレーンは、前記上部旋回体の旋回中に前記ブームの起伏動作の操作指令を受けると、前記起伏関連動作を停止する
請求項１から３のいずれか一項に記載のクレーン。
前記クレーンは、前記起伏関連動作を停止した後、前記ブームの起伏動作の操作指令が停止し、かつ前記上部旋回体が旋回中の場合には、前記起伏関連動作を再開する
請求項４に記載のクレーン。