JP2608237B2 - バケット作業機械のウィンチ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はクラムシェル作業機のよ
うにバケットを上下させ、開閉させて掘削作業を行うバ
ケット作業機械のウィンチ制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】クラムシェル作業機を例にとって従来技
術を説明する。

【０００３】図３にクラムシェルバケットの概略構成を
示している。このバケット１は、ウィンチによって駆動
される支持ロープ２および開閉ロープ３によって作動す
る。

【０００４】すなわち、開閉ロープ３を緩め、支持ロー
プ２に張力をかけた状態で（ａ）に示すようにバケット
１が開き、この状態から開閉ロープ３のみを巻上げると
バケット１が閉じる。このバケット閉じ状態では、原則
として開閉ロープ３のみに張力がかかる。

【０００５】従って、実際の作業において、バケット１
を上げ下げ操作する場合、バケット１が開いているとき
は開閉ロープ３を支持ロープ２に追従させて張力がかか
らないようにし、逆にバケット１が閉じているときは支
持ロープ２を開閉ロープ３に追従させる必要がある。

【０００６】このようなバケット操作を行うためのウィ
ンチ制御装置を図４に示している。

【０００７】同図において、４は支持ロープ２が巻取ら
れる支持ドラム、５は開閉ロープ３が巻取られる開閉ド
ラムで、これら両ドラム４，５はそれぞれ油圧モータ
（以下、第１モータ、第２モータという）６，７によっ
て回転駆動される。

【０００８】この両モータ６，７は、それぞれ独立した
油圧パイロット式のモータ制御弁８，９によって回転方
向と回転速度とが制御される。

【０００９】両モータ６，７は互いのモータ制御弁８，
９を介してシリーズ接続され、一つのポンプ１０からの
圧油によってこれら両モータ６，７が駆動される。

【００１０】また、両モータ制御弁８，９のパイロット
ラインには、それぞれパイロット弁１１，１２が接続さ
れ、この両パイロット弁１１，１２が操作レバー１３，
１４で操作されることにより、その操作方向と操作量に
対応して両モータ制御弁８，９がストローク作動し、両
モータ６，７（両ドラム４，５）が回転して巻上、巻下
作用が行われる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来技
術によると、 イ）バケット開き状態での巻下時には、支持ロープ２で
バケット荷重を支えた状態で開閉ロープ３を追従させ、 ロ）バケット閉じ状態での巻上時には、開閉ロープ３で
バケット荷重を支えた状態で支持ロープ２を追従させる という同調操作をレバー１３，１４とブレーキ（巻下
時）の調整のみによって行わなければならなかった。

【００１２】このため、この同調操作が非常に面倒でオ
ペレータの負担が大きかった。

【００１３】また、正確な同調制御が困難であるため、
バケット巻上中、閉じたバケット１が勝手に開き始めて
中身がこぼれたり、巻下中、バケット全開状態から掘削
動作に入る前にバケット１が閉じ始めて掘削量が減少し
たりする等のトラブルが生じ易かった。

【００１４】そこで本発明は、両モータを簡単な操作で
正確に同調制御することができるバケット作業機械のウ
ィンチ制御装置を提供するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、バケ
ットを上げ下げする支持ロープと、バケットを開閉する
開閉ロープと、上記支持ロープが巻取られる支持ドラム
と、上記開閉ロープが巻取られる開閉ドラムと、これら
両ドラムを別々に駆動する支持ドラム用および開閉ドラ
ム用両モータと、この両モータを個別に制御するモータ
制御弁と、上記両モータに対して回転方向と基準速度の
指令を出す操作手段と、両モータに作用する実負荷を検
出する負荷検出手段と、上記操作手段による指令を受け
て両モータ制御弁に対する制御信号を出力する制御手段
とを具備し、この制御手段は、上記操作手段によって指
令された回転方向に応じ、予め両モータについて回転方
向別に設定された負荷配分に基づいて目標負荷を演算
し、この目標負荷と、上記負荷検出手段によって検出さ
れた実負荷との偏差を求め、この偏差が０となるように
上記操作手段によって指令された基準速度に補正を加え
て両モータの目標速度を演算し、この目標速度に見合っ
た制御信号を上記モータ制御弁に出力するように構成さ
れたものである。

【００１６】請求項２の発明は、請求項１の構成におい
て、負荷検出手段として、両モータの入口圧と出口圧の
差である有効圧を検出する手段が用いられたものであ
る。

【００１７】

【作用】上記構成によると、制御手段において予めバケ
ット巻上時と巻下時とに応じて両モータの負荷配分（支
持ロープと開閉ロープの張力配分）が設定され、この設
定された負荷配分に応じて両モータの目標負荷が演算さ
れ、この目標負荷と実負荷の偏差が０となるように両モ
ータの速度が制御される。これにより、両モータが、設
定された負荷配分通りの負荷状態に保持される。

【００１８】すなわち、オペレータによる細かな同調操
作が不要となり、しかも両モータを正確に同調制御する
ことができる。

【００１９】また、請求項２の構成によると、この基本
的作用に加えて、両モータの有効圧を負荷として検出す
るため、たとえばモータの入口圧を負荷として検出する
場合と比較して、負荷を正確に検出することができる。

【００２０】とくに、両モータがシリーズに接続された
構成では、下流側のモータ負荷が上流側のモータ負荷に
加算されるが、この場合でも有効圧を検出することで負
荷を正確に検出し、正確な同調制御を行うことができ
る。

【００２１】

【実施例】本発明の実施例を図１，２によって説明す
る。なお、以下の実施例において、図４に示す従来技術
と同一部分には同一符号を付して示し、その重複説明を
省略する。

【００２２】図１において、１５は第１モータ６の回転
方向と回転速度（基準速度）を指令する操作手段として
の操作レバー、１６は第２モータ７の回転方向と回転速
度（基準速度）を指令する操作手段としての操作レバー
で、この両操作レバー１５，１６の操作方向と操作量が
それぞれポテンショメータ１７，１８で検出され、この
ポテンショメータ１７，１８からの操作方向信号および
操作量信号がコントローラ１９に入力される。

【００２３】また、第１および第２両モータ６，７のモ
ータ回路には、それぞれモータ６，７の出入口圧を検出
する圧力センサ２０，２１，２２，２３が設けられ、こ
れら圧力センサ２０〜２３からの圧力信号もまたコント
ローラ１９に入力される。

【００２４】このコントローラ１９には、予め、バケッ
ト巻上時および巻下時のそれぞれについて両モータ６，
７の負荷配分が設定され、この設定された負荷配分によ
って決まる両モータ６，７の目標負荷と、実負荷との偏
差が求められ、この偏差が０となるように操作レバー１
３，１４によって指令された基準速度に補正が加えられ
る。

【００２５】詳述すると、バケット巻上時、巻下時にお
いて、両モータ６，７にかかる負荷は、両ドラム４，５
のドラム径とロープ巻層数が同じであれば、モータ出入
口圧の差である有効圧に比例する。

【００２６】すなわち、第１モータ６側の圧力センサ２
０，２１で検出された圧力をＰa1，Ｐa2、第２モータ６
側の圧力センサ１９，２０で検出された圧力をＰb1，Ｐ
b2とすると両モータ６，７の有効圧（実負荷）Ｐa,Ｐb
は、

【００２７】

【数１】 Ｐａ＝Ｐａ１−Ｐａ２

【００２８】

【数２】 Ｐｂ＝Ｐｂ１−Ｐｂ２

【００２９】となり、バケット１を支えるのに必要な有
効圧Ｐtは、

【００３０】

【数３】 Ｐｔ＝Ｐａ＋Ｐｂ

【００３１】となる。

【００３２】従って、両モータ６，７の負荷配分（支持
ロープ２と開閉ロープ３の張力配分）をＸ：１−Ｘ（０
≦Ｘ≦１）とすると、同調条件が成立するための両モー
タ６，７の目標有効圧（目標負荷）Ｐa0，Ｐb0は、

【００３３】

【数４】 Ｐａ０＝Ｘ・Ｐｔ

【００３４】

【数５】 Ｐｂ０＝（１−Ｘ）・Ｐｔ

【００３５】となり、両モータ６，７からフィードバッ
クされる有効圧の値が常にこのＰa0，Ｐb0となるように
巻上、巻下速度を制御することによって両モータ６，７
（両ロープ２，３を同調させることができる。

【００３６】ここで、バケット作業時において、巻下時
はバケット開、巻上時はバケット閉の状態で両ロープ
２，３が同調していればよい。

【００３７】従って、巻下時には、開閉ロープ３は支持
ロープ２に追従するのみであるから、上記Ｘの値は１ま
たはこれに近い値とすればよい。一方、巻上時には開閉
ロープ３がバケット荷重を支えればよいから、Ｘの値を
０またはこれに近い値にすればよい。

【００３８】コントローラ１９には、この両モータ６，
７の負荷配分「Ｘ：１−Ｘ」の値がバケット巻上時およ
び巻下時別に予め入力され、作業時に、ポテンショメー
タ１７，１８からの操作方向信号によっていずれかの設
定負荷配分が選択される。

【００３９】一方、操作レバー１５，１６の操作量によ
って決まる基準指令速度をＳｗとすると、目標有効圧Ｐ
a0，Ｐb0と実際有効圧Ｐa，Ｐbとの偏差に応じた補正を
加えた目標速度（補正指令速度）Ｓwa，Ｓwaは次式で求
められる。

【００４０】

【数６】 Ｓｗａ＝Ｓｗ＋Ｋ_ｐ（Ｐａ０−Ｐａ）

【００４１】

【数７】 Ｓｗｂ＝Ｓｗ＋Ｋｐ（Ｐｂ０−Ｐｂ）

【００４２】Ｋp：補正用比例ゲイン コントローラ１９はこの演算を行い、求められたこの目
標速度に見合った制御信号（電流）がコントローラ１９
から電磁比例弁２４，２５，２６，２７に送られ、この
電磁比例弁２４〜２７の二次圧が両モータ制御弁８，９
にパイロット圧、すなわち目標速度指令信号として送ら
れる。

【００４３】こうして、巻上・巻下作業中、両ロープ
２，３の張力が、予め設定された配分から外れ、両モー
タ６，７の実負荷と目標負荷とに偏差が生じたときに、
この偏差が０となるように両モータ６，７が速度制御さ
れる（たとえば巻上時に支持ロープ２に設定配分以上の
張力が作用した場合には第１モータ６の速度が落され、
あるいは第２モータ７の速度が速められる）ことによ
り、両モータ５，６の同調がとられて両ロープ３，４の
張力配分が設定値に保たれる。

【００４４】このコントローラ１９の作用を図２に示す
フローチャートによって整理すると、制御開始ととも
に、操作量が読み込まれて（ステップＳ１）、基準指令
速度が演算される（ステップＳ２）。

【００４５】また、圧力センサ２０〜２３からの圧力信
号が読み込まれ（ステップＳ３）、この圧力に基づいて
両モータ６，７に作用している実負荷が演算される（ス
テップＳ４）。

【００４６】さらに、操作方向が読み込まれて（ステッ
プＳ５）、巻上か巻下かが判別され（ステップＳ６）、
巻上時にはステップＳ７で、巻下時にはステップＳ８
で、それぞれ予め設定された負荷配分に基づいて目標負
荷が演算される。

【００４７】次に、これら実負荷と目標負荷の偏差が求
められ（ステップＳ９）、この偏差を０とするための目
標速度が演算され（ステップＳ１０）、この目標速度に
見合った制御信号が電磁比例弁２４〜２７に出力される
（ステップＳ１１）。

【００４８】なお、両モータ６，７の負荷配分Ｘ：１−
Ｘを設定するについて、Ｘの値は、巻上時には０、巻下
時には１としてもよい。ただし、こうすると、 イ）巻上時には開閉ロープ３に、巻下時には支持ロープ
２にそれぞれ全荷重が作用すること、 ロ）巻上と巻下の切替え時に一方のロープ２または３に
荷重が急激に作用することにより、ロープ２，３に無理
がかかり、ロープ寿命が短くなる。

【００４９】そこで、Ｘの値は、巻上時には０でなくこ
れに近い値、巻下時には１でなくこれに近い値に設定す
るのが望ましい。

【００５０】また、上記実施例では両ドラム４，５のド
ラム径、および両ドラム４，５に対するロープ２，３の
巻層数が等しいことを前提としたが、これらが異なる場
合には、ロープ２，３からドラム４，５に作用するトル
クに影響が出るため、両ロープ２，３に作用する張力が
設定配分通りであっても、両モータ６，７の負荷配分が
設定値から外れることとなる。

【００５１】そこで、このような条件下では、ドラム径
については予めコントローラ１９に入力し、ロープ巻層
数についてはこれを検出してコントローラ１９に入力す
ることにより、これらを加味して目標有効圧を演算すれ
ばよい。

【００５２】一方、上記実施例では両モータ６，７の有
効圧を負荷として検出する構成としたが、これに代えて
ロープ張力、ウィンチ駆動系のトルク等をモータ負荷と
して検出するようにしてもよい。

【００５３】

【発明の効果】上記のように本発明によるときは、バケ
ットを閉じた状態での巻上時、およびバケットを開いた
状態での巻下時のそれぞれについて、制御手段において
予め設定されたモータ負荷配分に応じて支持ドラム用お
よび開閉ドラム用両モータの目標負荷を演算し、この目
標負荷と実負荷との偏差が０となるように両モータの速
度を自動的に制御する構成としたから、巻上時には開閉
ロープ、巻下時には支持ロープがそれぞれ主にバケット
荷重を負担する状態で両モータ（両ロープ）を同調させ
ることができる。

【００５４】これにより、同調制御を簡単な操作によっ
て正確に行うことができる。このため、オペレータの操
作負担を軽減することができるとともに、バケット巻上
中、閉じたバケットが勝手に開き始めて中身がこぼれた
り、巻下中、バケット全開状態から掘削動作に入る前に
バケットが閉じ始めて掘削量が減少したりする等のトラ
ブルが生じず、作業性を向上させることができる。

【００５５】また、請求項２の発明によると、この基本
的作用に加えて、両モータの有効圧を負荷として検出す
るため、たとえばモータの入口圧を負荷として検出する
場合と比較して、負荷を正確に検出することができる。
このため、同調制御をより正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す全体構成図である。

【図２】同実施例の作用を説明するためのフローチャー
トである。

【図３】（ａ）はクラムシェルバケットの開き状態、
（ｂ）は閉じ状態の概略構成図である。

【図４】従来技術を説明するための全体構成図である。

【符号の説明】

１ バケット ２ 支持ロープ ３ 開閉ロープ ４ 支持ドラム ５ 開閉ドラム ６ 支持ドラム用モータ ７ 開閉ドラム用モータ ８，９ モータ制御弁 １５，１６ 操作手段を構成する操作レバー １７，１８ 同ポテンショメータ １９ 制御手段と負荷検出手段を兼ねるコントローラ ２０，２１，２２，２３ 負荷検出手段を構成する圧力
センサ ２４，２５，２６，２７ モータ制御弁を駆動する電磁
比例弁

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バケットを上げ下げする支持ロープと、
   バケットを開閉する開閉ロープと、上記支持ロープが巻
   取られる支持ドラムと、上記開閉ロープが巻取られる開
   閉ドラムと、これら両ドラムを別々に駆動する支持ドラ
   ム用および開閉ドラム用両モータと、この両モータを個
   別に制御するモータ制御弁と、上記両モータに対して回
   転方向と基準速度の指令を出す操作手段と、両モータに
   作用する実負荷を検出する負荷検出手段と、上記操作手
   段による指令を受けて両モータ制御弁に対する制御信号
   を出力する制御手段とを具備し、この制御手段は、上記
   操作手段によって指令された回転方向に応じ、予め両モ
   ータについて回転方向別に設定された負荷配分に基づい
   て目標負荷を演算し、この目標負荷と、上記負荷検出手
   段によって検出された実負荷との偏差を求め、この偏差
   が０となるように上記操作手段によって指令された基準
   速度に補正を加えて両モータの目標速度を演算し、この
   目標速度に見合った制御信号を上記モータ制御弁に出力
   するように構成されたことを特徴とするバケット作業機
   械のウィンチ制御装置。
2. 【請求項２】 負荷検出手段が、両モータの入口圧と出
   口圧の差である有効圧を検出するものであることを特徴
   とする請求項１記載のバケット作業機械のウィンチ制御
   装置。