JP3764692B2 - ゲート開閉装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゲートを吊持したワイヤを巻き出し、又は巻き戻してゲートを昇降させるドラムを、メカニカルサーボ弁により油圧シリンダのポートを変えて、ロッドの伸縮制御で回転させて、ゲートの開閉を行うゲート開閉装置に係わり、特に、メカニカルサーボ弁のリフト量制御若しくはメカニカルサーボ弁の差圧調整により、油圧シリンダへの作動油流量を制御して、ドラムの回転速度を変えゲート昇降速度をゲート負荷に依存せずに、任意に変更できるゲート開閉装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水門等を開閉する高揚程型ゲート開閉装置のゲート昇降に使用される昇降装置には、例えば、一つのドラムに一対のワイヤを巻き付け、一対のワイヤでゲートの両端部をそれぞれ吊持するもの、或いは個々に設けた左右一対の各ドラムに巻き付けた各ワイヤでゲートの各端部を吊持するものがある。
【０００３】
このようなワイヤロープウィンチ式の開閉装置では、ドラム回転速度を０．５〜１ｒｐｍ程度になるよう非常に遅くする必要があり、かつ、引上げに要するトルクが非常に大きい。
このため、可変速度機能を有する油圧モータを使用してドラムを回転させ、低速、高トルクを容易に実現できるようにしたものもあるが、ゲート開閉装置のように大きな負荷がかかるゲートを昇降させるには、市場には出回っていない大容量の油圧モータを必要とするために、製作コストが嵩む不具合があり、通常、これらドラム駆動は何れも主に電動モータによって行われている。
【０００４】
しかしながら、このような電動モータを使用するようにした、ワイヤロープウィンチ式の開閉装置では、前述の通りドラム回転速度が非常に遅く、かつ、トルクが非常に大きいため減速比の大きな減速機を必要とし、また、始動時のエネルギー効率が悪く、さらには、電動モータ容量を定常負荷の２００％にする必要がある等により大型化し、その設置に大きなスペースを必要とする不具合があった。
【０００５】
この不具合を解消するため、ドラムの回転を油圧シリンダによるロッドの伸縮で行うようにして、ゲート開閉用に好適な低速・高トルクの油圧式回転駆動装置にでき、しかも、無給電、センサーレスで切換えができ、油圧シリンダの移動方向と速度をメカニカルに切換えできる制御装置を具えて、ドラムの回転方向を自在に制御できるゲート開閉装置の提供を目的として、本発明者等は、特開平２０００−５１２４５号「ゲート開閉装置」を提案した。
【０００６】
このゲート開閉装置は、図１２に示すように、図示省略したゲートの昇降を行うワイヤ２を巻き取り、又は巻き戻すドラム１では、ドラム１両端からドラム軸４を突出して設けてドラム軸受３で支持し、また、このドラム軸４の両側端面には、それぞれ回転中に発生トルクが零になることを避けるため周方向に角度を変えて、油圧シリンダ５のロッド６先端をドラム１の軸心から外してそれぞれ枢着し、また、シリンダ５はドラム１の回転により周方向に位相が変るロッド６の枢着点の方向に軸心方向が追従できるように、ドラム１を設置する架台に揺動自在に枢着している。
また、ロッド６の移動方向を制御するために、油圧シリンダ５の２つのポートへの作動油の出入りを制御する無電力式駆動制御機構７及び作動油圧を発生させる駆動機構８を設けている。
【０００７】
また、ゲート落下防止のため、ドラム１端部に設けている端板を挟み込み、押圧してドラム１の回動を止めることができるようにしたディスクブレーキ９等からなる制動機構１０を設けている。
【０００８】
次に、図１３はドラム１の回転駆動を行うための前述した無電力式駆動・制御機構７と駆動機構８の概念図である。
なお、図１３では作動を理解し易くするために、ドラム軸４の両側端面に取付けられているロッド６、油圧シリンダ５を同一側端面に配置して示すと共に、ロッド６先端の両側面への枢着を周方向に位相を変えて設置されたものと同等の作動ができる油圧シリンダ５の配置にしたものを示している。
【０００９】
図に示すように、各油圧シリンダ５の両端部には２つのポートが設けられ、三方の切り換えができるサーボ弁１１からの作動油が導出入できる２本の配管をそれぞれ接続し、例えば左側の油圧シリンダ５のように、ロッド６が最大長さになったとき、油圧ポンプ１２から作動油がロッド側ポートから油圧シリンダ５内に流入し、ロッド６を縮退させてドラム１に回転トルクを与えるようにしている。
【００１０】
なお、図においては後述する偏心カム１５の回転角度とサーボ弁１１のポート位置との関係を併せて示しており、右側油圧シリンダ５のサーボ弁１１は、ロック状態で示されているが、ドラム１の回転方向によっては、右側油圧シリンダ５のロッド６は伸展又は退縮の過程にあり、油圧シリンダ５の上、下側ポートの何れかが油圧ポンプ１２の吐出口と連通して、油圧シリンダ５内に作動油を流入させるようにしている。
【００１１】
また、サーボ弁１１は、ドラム１の回転軸１３とチェン１４で連結され、ドラム１の回転方向と回転角度とが伝達され回転する前述した偏心カム１５により、スプール１６を押圧して、ドラム１の回転方向および回転角度に対してポート位置を制御するようにした無電力式駆動・制御機構７が採用され、また、駆動機構８は、通常、電源１７で駆動されるモータ１８で作動する油圧ポンプ１２からの作動油を油圧シリンダ５に供給する油圧ユニット１９、及び油圧ポンプ１２が作動できないとき、手動ポンプ２１からの作動油を油圧シリンダ５に供給する予備動力ユニット２２からなる。
【００１２】
また、駆動機構８にこのような冗長性を持たせているにも拘わらず、油圧シリンダ５へ作動油が供給できない場合、又はワイヤ２が繰り出されるにも拘わらずゲートが下降せず、ワイヤ２たるみが生じゲートの落下の危険が生じた場合、又は逆にワイヤ２のドラム１への巻込みにも拘わらずゲートが動かず、ワイヤ２に異常張力が生じる場合を予測して、前述したドラム１の端板を油圧力で締め付けるディスクブレーキ９及び／又は油圧シリンダ５とロッド６との相対移動ができないようにするために、油圧シリンダ５とロッド６との間を締め付ける摺動部材２３からなる制動機構１０を設け、これらの作動により、ドラム１の回動ができないようにし、ゲートの落下防止、又はワイヤ２の破損を防止を行うようにしている。
【００１３】
このように、先に提案したゲート開閉装置では、ドラム１の回転を油圧シリンダ５で行うため、コンパクトな駆動装置にでき、しかも、低速・高トルクでドラム１を回動でき、従来減速比が大きいために、大型化し大きな設置スペースを必要とする不具合、又は始動時のエネルギー効率が悪く、容量の大きい電動モータが必要となる不具合、又はこれらの不具合に伴い製作費が高価になる不具合を解消できるとともに、回転するドラム１回転角度に対応して、油圧シリンダ５に作動油を供給するためのサーボ弁１１をメカニカルに切換えるために、無給電、センサーレスでドラム１回転角度に対応してロッド６の移動方向と速度とを制御でき、ドラム１の回転速度を一定にすることができ、信頼性の高いものにでき、さらに制動機構を設けドラム１の回転を緊急に停止させ、ゲートの落下の回避、又は異常な張力発生時のワイヤ破損の防止、若しくはワイヤ緩みの発生を防止することができ、ゲート開閉作業の安全性を高めることができる。
【００１４】
一方、水門等のゲート開閉装置では、ゲートの開閉過程（以下開閉状況という）により回転ドラム１の回転トルク、回転速度を変動させる必要がある。
即ち、水中と空気中ではゲートの荷重が異なる等開閉状況により、回転ドラムのトルクが変動し、さらに浮力が生じ荷重が軽減される同じ水中でも、水流等の影響によりゲートの荷重が異なる。
特に、閉鎖されているゲートの開放初期には、ゲートとガイドレールがスティクし、さらにはゲートの上昇慣性力を発生させるためにゲート負荷が最大となり、ゲートを吊持しているワイヤを巻回している回転ドラム１には、開閉状況中で最大トルクが発生する。
【００１５】
このため、回転ドラム１においては、通常、ゲート開放初期に必要とする最大トルクを発生できるだけの高トルクの設計仕様のもの、換言すれば低速で回転できるものが採用されている。
しかしながら、ゲート開閉においては、前述した低速、高トルクの開閉状態の他に、低トルク、高速度でできる開閉状態、換言すれば高速度で開閉させることが好ましい状態もある。
【００１６】
即ち、開放されているゲートを閉鎖する場合は、閉鎖初期から閉鎖直前までは低トルク、高速でのゲートの下降、低トルク、低速での閉鎖直前の下降、また、閉鎖されているゲートを開放する場合は、前述した開放初期の最大トルクを必要とするゲートの上昇の外に、ある程度の慣性力が生じゲートの浮力が付加される水中上昇時、又はゲートの全量が負荷される空中上昇時の上昇、低速が要求される全開直前の上昇等、開閉状態に応じて速度を変えてドラムを回転させ、開閉作動に支障が生じず、開閉作業時間を短縮し、さらには、全閉時又は全開時の衝突によるゲート等の損傷を防止できるようにしたゲートの開閉作業を行う必要がある。
【００１７】
しかしながら、先に提案したゲート開閉装置では、サーボ弁１１の作動が軸方向に一定にされた断面形状の偏心カム１５で行われ、リフト量が一定であり、また、サーボ弁１１の吸入口と吐出口の作動油の差圧が制御できないため、単位時間当たりサーボ弁１１を通過する流量は一定となり、回転ドラム１は一定速度で回転する。
従って、回転ドラム１の回転速度を変更する場合、例えば高速回転が必要な場合には、サーボ弁１１の開度を回転速度に対応させて大きくするか、複数個のサーボ弁１１を設置するか、又は駆動装置から吐出される作動油の油圧を高めて、サーボ弁１１を通過する作動油の流速を大きくするしかなく、さらに、ドラム１の回転トルクを増大する場合には、油圧シリンダのストロークを長くするか、作動油の油圧を高めるかしか方法がなく、何れにしても機器等の変更を必要とし、開閉作動中において回転ドラム１の回転速度又は回転トルクを任意に変えることはできない。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述した先に提案したゲート開閉装置においては実施が困難であった、ゲート開閉動作に支障が生じることがなく、開閉作業時間を短縮することができ、さらには、ゲート全閉時又は全開時の衝突によるゲート等の損傷を防止するために、ゲートの開閉を行うワイヤの巻きだし、巻き込みを行う回転ドラムの速度、及び回転トルクを、ゲート開閉作業中に開閉状況に応じてより好適なものに変えて、作動させることのできるようにしたゲート開閉装置の提供を課題とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
このため、第１番目の本発明のゲート開閉装置は、次の手段とした。
【００２０】
（１）ワイヤを巻き込み、巻きだしゲートを昇降させるドラムの側端面に周方向の間隔を設けて端部が枢着されたロッドを、供給された作動油で伸縮させてドラムを回転させる複数の油圧シリンダ、油圧シリンダに作動油を供給する油圧回路、油圧回路に介装され油圧シリンダに供給される作動油の供給ポートを切換えるサーボ弁からなり、サーボ弁がドラムの回転角に対応して回転する偏心カムにより、ロッドの移動方向をメカニカルに切換えるようにしたゲート開閉装置において、偏心カムが軸方向にテーパ面を有し、軸方向に移動してサーボ弁のリフト量を変動させ流量特性を変更できるものにした。
【００２１】
（ａ）これにより、サーボ弁は、ドラムの回転角に対応して回転する偏心カム側縁で押圧され、ドラムの回転角に対応したリフトになり、ロッドの移動方向を回転角に応じて動かすことのできるメカニカルな切換えができるとともに、偏心カムを回転軸の軸方向へ移動させてサーボ弁スプールのリフト量を変えることのできる軸方向にテーパ面を有する偏心カムにして、油圧シリンダへ供給される作動油の流量を変えて、ドラムの回転速度を任意に変動させることができ、ゲートを開閉状況に応じた速度で昇降させることができ、ゲートの開閉が容易になり、開閉時間を短縮でき、しかも、高速での衝突が回避できるゲートの開閉操作ができ、ゲート等の装置の損傷を軽減することができる。
【００２２】
また、第２番目の本発明のゲート開閉装置は、次の手段とした。
【００２３】
（２）ワイヤを巻き込み、巻きだしゲートを昇降させるドラムの側端面に周方向の間隔を設けて端部が枢着されたロッドを、供給された作動油で伸縮させてドラムを回転させる複数の油圧シリンダ、油圧シリンダに作動油を供給する油圧回路、油圧回路に介装され油圧シリンダに供給される作動油の供給ポートを切換えるサーボ弁又は流量制御弁と切換弁との組合せからなり、サーボ弁又は流量制御弁と切換弁との組合せがドラムの回転角に対応して回転する偏心カムにより、ロッドの移動方向をメカニカルに切換えるようにしたゲート開閉装置において、油圧回路に圧力補償弁が設置され、外部パイロット圧により圧力補償弁の設定値を変更して、サーボ弁又は流量制御弁前後の圧力差を変動させて流量特性を変更できるようにした。
【００２４】
（ｂ）これにより、外部パイロット圧による圧力補償弁の設定値変更により、サーボ弁又は流量制御弁前後の差圧が変更されることにより、サーボ弁又は流量制御弁の流量特性が変わり、油圧シリンダへ供給される作動油の流量を変えられ、ドラムの回転速度を任意に変動させることができ、ゲートを開閉状況に応じた速度で昇降させることができ、ゲートの開閉が容易になり、開閉時間が短縮でき、しかも、高速での衝突が回避できるゲートの開閉操作ができ、ゲート等の装置の損傷を軽減することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のゲート開閉装置の実施の一形態を図面にもとづき説明する。
なお、図において前述した図１２、１３において示した部材、装置と同一のものについては、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
また、本実施の形態の説明において,サーボ弁とは流量制御と方向切換（ポート選択）を同時に行なえるバルブを指称し、切換弁とは方向切換（ポート選択）のみを行なうバルブを指称するものとする。
【００２６】
図１は本発明の実施の第１形態としてのゲート開閉装置に使用される、３次元偏心カムを示す斜視図である。
この３次元偏心カム３０を除き、図示省略したゲートを昇降させるドラムの駆動機構７及び無電力式駆動・制御機構は、模式的に示した図１３のものと同様の構成にされている。
即ち、本実施の形態のゲート開閉装置も油圧シリンダ５を用いて、一端部でゲートを吊持し他端部を巻回したワイヤ２の巻込み、巻戻しをすることにより、ゲートを昇降させるようにしているドラム１を直接回転させてゲートの開閉を行うようにしている。
【００２７】
しかしながら、ドラム１の回転軸１３からチェン１４により伝達されるドラム１の回転角に対応して、サーボ弁１１の切替えを行う偏心カムは、図１３に示した軸方向の断面形状が一定にされた２次元の偏心カム１５に代えて、軸方向に連続的なテーパ面を設けた３次元偏心カム３０を使用し、しかも３次元偏心カム３０を軸方向に移動させて、側縁とサーボ弁１１のスプール１６との接触ポイントを軸方向にも変えられるようにし、スプール１６のリフト量を接触ポイントの周方向及び軸方向にも変動できるようにしている。
【００２８】
即ち、この３次元偏心カム３０は、断面形状が、図１３に示すように長円にされ、中心部にチェン１４により回転軸１３の回転角が伝達される回転軸３１が挿通されたもの、或いは図４（ｂ）に示すように、断面形状は真円に近い円にされてはいるが、中心部から離れた位置に回転軸３１が挿通されたものにされ、回転軸３１の軸心に対して、側縁が偏心したものになるとともに、挿通している回転軸３１の軸心方向には滑らかな傾斜のテーパ面の側縁にされている。
【００２９】
図２に示すように、この回転軸３１は中空体からなり軸受３２で支持され、回転軸１３からのドラム１の回転角を伝達するチェン１４で駆動されて回転するとともに、軸心部には油圧供給路が穿設され、この油圧供給路に作動油を供給する油圧供給配管３４の一端部が、相対的に回転できるようにして油圧供給路３３内に挿入されている。
【００３０】
即ち、図２のＡ部の断面を示す図３に示しているように、軸心部に穿設された油圧供給路３３が開口している回転軸３１一端部には、押え板３６が固定ボルト３７で固着されており、この押え板３６軸心部に油圧供給配管３４の外径より大きい内径にされたブッシュ３５が嵌入され、ブッシュ３５内面と油圧供給配管３４の外周面との間にはパッキン３８が介装され、油圧供給路３３内に供給された作動油の漏洩を防止するとともに、回転軸３１が固定して設置されている油圧供給配管３４の外周を自在に回転できるようにしている。
【００３１】
さらに、図２のＢ部の断面を示す図４（ａ）に示しているように、図１に示すスプール１６の配置位置近傍の回転軸３１の外周には、一端部が油圧供給路３３に連通し他端部が回転軸３１外周に開口する油圧供給路３９を貫通させた、キー４０が固着されている。
また、このキー４０の外周には、キー４０の外周を内周面が軸方向に摺動できるようにした３次元偏心カム３０設けられている。
【００３２】
この３次元偏心カム３０は、図４（ａ）の矢視αーα′における断面図である図４（ｂ）に示すように、真円に近い円形の断面形状にされ、軸心から離れた位置を回転中心にして偏心回転し、しかも挿通している回転軸３１の軸方向には、図４（ａ）に示すように側縁が滑らかな傾斜にされたテーパ面を有するものにされている。
即ち、この３次元偏心カム３０は真円に近い円形の断面形状にされた截頭円錐台の軸心から離れた位置に、回転軸３１外周に固着されているキー４０の外周が摺動自在に移動できる大きさの孔が軸心と平行に貫通され、回転軸３１の外周面から突出するキー４０高さの偏心量を有するものにされている。
【００３３】
また、３次元偏心カム３０の大径端面及び小径端面には、端面外径と同等の外径にされ、中心に回転軸３１を貫通させるようにした孔を設けた円板状の押え板４１がボルト４２で固定され、また、押え板４１の孔内周面と回転軸３１の外周面との間にはシール４３が介装され、キー４０の外周を内周面が摺動できるようにして、３次元偏心カム３０が回転軸３１の外周面に沿って移動できるようにしている。
【００３４】
さらに、大径端面に設けた押え板４１内面とこれと対向するキー４０の端面との間には、これらの端面に両端がそれぞれ固定され、常時３次元偏心カム３０の大径部を、回転軸３１外周に固定されているキー４０方向と反対方向に放そうとしている圧縮バネ４４が設けられている。
【００３５】
本実施の形態のゲート開閉装置は、このような３次元偏心カム３０を設けて、油圧シリンダ５に供給される作動油の流量を制御するサーボ弁１１のリフト量を調整するようにしているので、油圧シリンダ５に供給される作動油の流量は、油圧供給路３９から３次元偏心カム３０内に供給される供給油量による回転軸３１の軸心に沿った３次元偏心カム３０の移動により、調整できるので、ドラム１はゲートの開閉状況に応じた回転速度、回転トルクで、常時作動させることができる。
【００３６】
即ち、ドラム１の回転角度に対応してサーボ弁１１のポートを切換えて、油圧シリンダ５に作動油を供給し、ドラム１を回転させることができるようにしている２次元偏心カム１５に代えて、３次元偏心カム３０にしたので、３次元偏心カム３０に供給される供給油量を調整することにより、ドラム１の回転速度を任意に変更でき、ゲートの開閉状況に応じてゲートの昇降速度が調整できるようになり、特に、ゲートの巻き上げでは、最大トルクを必要とする巻き上げ開始時に、ゆっくりと巻き上げ、必要とするトルクが小さい途中では高速で巻き上げ、さらにゲートの降下時には、ゲートが着地する間際までは高速で下降させ、着地間際に減速させて着地によるゲートの衝撃を緩和することができるようになる。
これにより、ゲート開閉作業の時間短縮と共にゲートをはじめとする装置の損傷を軽減することができる。
【００３７】
次に、本発明の実施の第２形態として、ゲート開閉装置に使用されるサーボ弁の流量特性を変えることにより、ドラムの回転速度を変更できるようにした油圧回路について説明する。
【００３８】
油圧回路においては、作動油が供給される機器の負荷に依存せずにサーボ弁の流量特性を一定に保つために、一般的には図１１に示すようなサーボ弁の供給側と負荷側の圧力差を一定に保つ機能を有する圧力補償弁を設けるようにしたものがある。
即ち、この圧力補償弁は、サーボ弁等に対応するオリフィスＡの上流部に段付きスプールによって構成される圧力補償部を構成し、スプールの移動によって開度を増減させ、この部分を通過する流量を制御するようにしたものであり、オリフィスＡの前後の差圧は段付きスプールに作用し、入口圧力は右端小径部ａ1 及び環状部ａ2 に作用し、出口圧力は圧縮大径部に作用し、さらには段付きスプールには設定されたスプリング荷重を負荷して、オリフィスＡの入口と出口の圧力差が変化しても、スプリングの設定荷重により調整された流量を、通過させるようにしたものである。
【００３９】
本実施の形態のゲート開閉装置では、この圧力補償弁の設定値を外部パイロット圧力により変更することで、サーボ弁１１の前後の圧力差を変化させ、サーボ弁１１の流量特性を変更することにより、油圧シリンダ５への供給流量の制御を行い、ドラム１の回転速度を任意に変更してゲートの開閉状況に応じて、ゲートの昇降速度の調整を行うようにしたものである。
なお、この圧力補償弁は、図１３に示す油圧ユニット、予備動力ユニットからなる駆動機構８とサーボ弁１１、偏心カム１５等からなる無電力式駆動・制御機構７との間に設けるようにしたメータインにすることも、油圧シリンダ５と無電力式駆動・制御機構７との間に設けるようにしたメータアウトにすることもでき、さらには、油圧シリンダ５の各ポートにパラレルに設置することもできる。
図５は、本実施の形態において、圧力補償弁を駆動機構８と無電力式駆動・制御機構７との間に設けるようにした、メータインタイプの圧力補償弁を具えた油圧回路の第１例を示す図である。
【００４０】
図５に示すように、駆動機構８とサーボ弁１１との間に設置された圧力補償弁５０には、設定値を変えるためのパイロット圧力５１と、油圧シリンダ５の入口圧及び出口圧であるサーボ弁１１の吐出側と吸入側との圧力差で作動する、負荷圧選択弁５２からの負荷圧力５３とが入力され、設定値が変更できるようにしている。
また、サーボ弁１１は温度補償機構を持つものにされ、作動油の温度変化により生じるドラム１の回転変動を抑えるようにされている。
また、ドラム１の回転角度に対応してサーボ弁１１の切換えを行う偏心カムは、サーボ弁１１の流量調整がパイロット圧力５１で行われることから、先に提案している２次元偏心カムを採用している。
【００４１】
このように、本例ではパイロット圧力５１により圧力補償弁５０に設定される圧力補償値を変更し、サーボ弁１１の流量特性を変更することにより、ドラム１の回転速度の変更、換言すればゲートの開閉状況に応じて必要とする回転トルクに変更することができる。
なお、図において５４は、油圧シリンダ５で作動させた作動油を回収するドレーン側を示している。
【００４２】
次に、図６はメータインタイプの圧力補償弁を具えた油圧回路の第２例を示す図である。
本例では、圧力補償弁５０′と切換弁１１′との間に流量制御弁５５′を設け、パイロット圧力５１により、この流量制御弁５５′の流量調整を行うようにしている。
即ち、圧力補償弁５０′には、パイロット圧力５１と前例で示した負荷圧選択弁５２に代えて、流量制御用カム５６で流量が制御されている、温度補償機能付の流量制御弁５５′から吐出される作動油圧である負荷圧力５３とが入力されて、圧力補償値を変更し、流量制御弁５５′の流量特性を変更し、流量調整を行うようにしている。
【００４３】
従って、本例において油圧シリンダ５への作動油の流路を切換える、切換弁は、図１３に示した単に油圧シリンダ５のポート選択を行うのみの機能を有する切換弁１１′を採用し、前例と同様にドラム１の回転速度をゲートの開閉状況に応じて変更することができる。
【００４４】
次に、図７はメータインタイプの圧力補償弁を具えた油圧回路の第３例を示す図である。
本例においては、第２例で示した圧力補償弁５０′、流量制御弁５５と同じものを設け、圧力補償弁５０′で設定される設定値に基づき流量調整された作動油を各切換弁１１′を介して、２本の油圧シリンダ５に供給するようにしたものである。
このように、本例では１個の圧力補償弁５０′で複数本の油圧シリンダ５を制御するようにしたので、第１例、第２例で示したものを複数本の油圧シリンダ５を制御する場合に比較して流量制御用回路の数が少なくでき、油圧回路の構成が簡略化され、システムの信頼性が向上するという特徴がある。
他方、第１例で示した油圧回路で複数本の油圧シリンダを制御する場合に比較し、制御用のカムの数が多くなるというデメリットもある。
【００４５】
次に、図８はメータアウトタイプの圧力補償弁を具えた油圧回路の第１例を示す図である。
本例では、第５図に示すメータインタイプ、第１例の圧力補償弁５０と同様のものを、油圧シリンダ５の２つのポートとサーボ弁１１との間に２個設けるようにしている。
即ち、油圧シリンダ５の２つのポートとサーボ弁１１との間には、流路を切換えるものがなく、油圧シリンダ５の作動によっては、２つのポートの何れも作動油の供給側、排出側になるためにチェックバルブ５７と並列に配置された圧力補償弁５０を２つのポートへ連通させた流路にそれぞれ設けるようにしている。
また、圧力補償弁５０に入力する負荷圧力５３は、サーボ弁１１からドレーン側５４に挿出される作動油の圧力としている。
【００４６】
次に、図９はメータアウトタイプの圧力補償弁を具えた油圧回路の第２例を示す図である。本例では、第６図示すメータインタイプの第２例の圧力補償弁５０′と同様のものを切換弁１１′と流量制御弁５５との間に設けるようにしている。
【００４７】
さらに、図１０はメータアウトタイプの圧力補償弁を具えた油圧回路の第３例を示す図である。
本例においては、図９に示す第２例で示した圧力補償弁５０′、流量制御弁５５と同じものを設け２本の油圧シリンダ５のそれぞれから排出される作動油を各切換弁１１′を介して圧力補償弁５０′に導入し、圧力補償弁５０′で設定される設定値に基づき、流量調整された作動油を流量制御弁５５からドレーン側５４に落すようにしたものである。
【００４８】
このように、本例では１個の圧力補償弁５０で複数本の油圧シリンダ５を制御するようにしたので、第１例、第２例で示したもので、複数本の油圧シリンダ５を制御する場合に比較して流量制御用回路の数が少なくでき、油圧回路の構成が簡略化され、システムの信頼性が向上するというメータインタイプの第３例と同様の特徴があるものにできれば、他方図８に示す第１例で示した油圧回路で複数本の油圧シリンダを制御する場合に比較し、メータインタイプの第３例と同様に制御用のカムの数が多くなるというデメリットのあるものになる。
【００４９】
以上、本発明の実施の第２形態としてのゲート開閉装置に使用される油圧回路について説明したが、何れの実施例においても油圧回路中に設けられ、サーボ弁１１、または流量制御弁５５前後の差圧を一定とし、サーボ弁１１、または流量制御弁５５の流量特性を負荷によらず、一定にできる圧力補償弁５０，５０′の差圧設定値を外部からのパイロット圧力５１により変更し、サーボ弁１１、または流量制御弁５５前後の差圧を変更することにより流量特性を変更し、油圧シリンダ５への供給流量を任意に調整できるようにしたことにより、ドラム１の回転速度を任意に変更できるようになり、開閉作業における巻上げ、また降下の工程途中にゲートの開閉速度を増加させたり減速させたりすることが可能となる。
【００５０】
特に巻上げでは、巻上げ開始時に最もトルクを必要とするが、このときはゆっくりと巻上げ、必要トルクの少ない途中工程では、高速で巻き上げるようにすることができる。反対に降下させるときには、途中工程では高速で降下させ、ゲートが下面に着地する間際で減速させ、ゲートへの衝撃を緩和させることができ開閉作業時間の短縮と共に、ゲートをはじめとする装置の損傷の少いゲート開閉装置とすることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明のゲート開閉装置は、ワイヤを巻き込み、巻きだしゲートを昇降させるドラムの側端面に周方向の間隔を設けて端部が枢着されたロッドを、供給された作動油で伸縮させてドラムを回転させる複数の油圧シリンダ、油圧シリンダに作動油を供給する油圧回路、油圧回路に介装され油圧シリンダに供給される作動油の供給ポートを切換えるサーボ弁からなり、サーボ弁がドラムの回転角に対応して回転する偏心カムにより、ロッドの移動方向をメカニカルに切換えるようにしたゲート開閉装置において、偏心カムが軸方向にテーパ面を有し、軸方向に移動してサーボ弁のリフト量を変動させ流量特性を変更できるものにした。
【００５２】
これにより、先に提案したサーボ弁でメカニカルな切換えができることに加え、油圧シリンダへ供給される作動油の流量を変えドラムの回転速度を任意に変動させることができ、ゲートを開閉状況に応じた速度で昇降でき、ゲートの開閉が容易になり、開閉時間が短縮でき、しかも、高速での衝突が回避できるゲートの開閉操作ができ、ゲート等の装置の損傷が軽減できる。
【００５３】
また、本発明のゲート開閉装置は、ワイヤを巻き込み、巻きだしゲートを昇降させるドラムの側端面に周方向の間隔を設けて端部が枢着されたロッドを、供給された作動油で伸縮させてドラムを回転させる複数の油圧シリンダ、油圧シリンダに作動油を供給する油圧回路、油圧回路に介装され油圧シリンダに供給される作動油の供給ポートを切換えるサーボ弁又は流量制御弁と切換弁との組合せからなり、サーボ弁又は流量制御弁と切換弁との組合せがドラムの回転角に対応して回転する偏心カムにより、ロッドの移動方向をメカニカルに切換えるようにしたゲート開閉装置において、油圧回路に圧力補償弁が設置され、外部パイロット圧により圧力補償弁の設定値を変更して、サーボ弁又は流量制御弁前後の圧力差を変動させて流量特性を変更できるようにした。
【００５４】
これにより、外部パイロット圧による圧力補償弁の設定値変更で、油圧シリンダへ供給される作動油の流量を変え、ドラムの回転速度を任意に変動でき、ゲートを開閉状況に応じた速度で昇降させることができ、ゲートの開閉が容易になり、開閉時間が短縮でき、しかも、高速での衝突が回避できるゲートの開閉操作ができ、ゲート等の装置の損傷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態としてのゲート開閉装置に使用される、３次元偏心カムを示す斜視図、
【図２】図１に示す３次元偏心カムの設置状況及び油圧供給配管の取付け状況を示す斜視図、
【図３】図２に示すＡ部の断面図、
【図４】図に示すＢ部を示す図で、図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の矢視αーα′における端面図、
【図５】本発明の実施の第２形態としてのゲート開閉装置に使用される圧力補償弁を駆動機構と無電力式駆動・制御機構との間に設けるようにしたメータインタイプの圧力補償弁を具えた油圧回路の第１例を示す図、
【図６】メータインタイプの圧力補償弁を具えた油圧回路の第２例を示す図、
【図７】メータインタイプの圧力補償弁を具えた油圧回路の第３例を示す図、
【図８】メータアウトタイプの圧力補償弁を具えた油圧回路の第１例を示す図、
【図９】メータアウトタイプの圧力補償弁を具えた油圧回路の第２例を示す図、
【図１０】メータアウトタイプの圧力補償弁を具えた油圧回路の第３例を示す図、
【図１１】図５〜図１０に示す圧力補償弁の作動原理を説明するための図、
【図１２】先に提案したゲート開閉装置のドラム及び駆動装置を示す図、
【図１３】図１２に示す、ドラムの回転駆動を行うための前述した無電力式駆動・制御機構と駆動機構の概念図である。
【符号の説明】
１ ドラム
２ ワイヤ
３ ドラム軸受
４ ドラム軸
５ 油圧シリンダ
６ ロッド
７ 無電力式駆動・制御機構
８ 駆動機構
９ ディスクブレーキ
１０′ 制動機構
１１ サーボ弁
１１’ 切換弁
１２ 油圧ポンプ
１３ （ドラム）回転軸
１４ チェン
１５ （２次元）偏心カム
１６ スプール
１７ 電源
１８ モータ
１９ 油圧ユニット
２１ 手動ポンプ
２２ 予備動力ユニット
３０ ３次元偏心カム
３１ 回転軸
３２ 軸受
３３ 油圧供給路
３４ 油圧供給配管
３５ ブッシュ
３６ 押え板
３７ ボルト
３８ パッキン
３９ 油圧供給路
４０ キー
４１ 押え板
４２ ボルト
４３ シール
４４ 圧縮バネ
５０，５０′ 圧力補償弁
５１ パイロット圧
５２ 負荷圧選択弁
５３ 負荷圧力
５４ ドレーン側
５５ 流量制御弁
５６ 流量制御用カム
５７ チェックバルブ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゲートを吊持したワイヤを巻き出し、又は巻き戻してゲートを昇降させるドラムを、メカニカルサーボ弁により油圧シリンダのポートを変えて、ロッドの伸縮制御で回転させて、ゲートの開閉を行うゲート開閉装置に係わり、特に、メカニカルサーボ弁のリフト量制御若しくはメカニカルサーボ弁の差圧調整により、油圧シリンダへの作動油流量を制御して、ドラムの回転速度を変えゲート昇降速度をゲート負荷に依存せずに、任意に変更できるゲート開閉装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水門等を開閉する高揚程型ゲート開閉装置のゲート昇降に使用される昇降装置には、例えば、一つのドラムに一対のワイヤを巻き付け、一対のワイヤでゲートの両端部をそれぞれ吊持するもの、或いは個々に設けた左右一対の各ドラムに巻き付けた各ワイヤでゲートの各端部を吊持するものがある。
【０００３】
このようなワイヤロープウィンチ式の開閉装置では、ドラム回転速度を０．５〜１ｒｐｍ程度になるよう非常に遅くする必要があり、かつ、引上げに要するトルクが非常に大きい。
このため、可変速度機能を有する油圧モータを使用してドラムを回転させ、低速、高トルクを容易に実現できるようにしたものもあるが、ゲート開閉装置のように大きな負荷がかかるゲートを昇降させるには、市場には出回っていない大容量の油圧モータを必要とするために、製作コストが嵩む不具合があり、通常、これらドラム駆動は何れも主に電動モータによって行われている。
【０００４】
しかしながら、このような電動モータを使用するようにした、ワイヤロープウィンチ式の開閉装置では、前述の通りドラム回転速度が非常に遅く、かつ、トルクが非常に大きいため減速比の大きな減速機を必要とし、また、始動時のエネルギー効率が悪く、さらには、電動モータ容量を定常負荷の２００％にする必要がある等により大型化し、その設置に大きなスペースを必要とする不具合があった。
【０００５】
この不具合を解消するため、ドラムの回転を油圧シリンダによるロッドの伸縮で行うようにして、ゲート開閉用に好適な低速・高トルクの油圧式回転駆動装置にでき、しかも、無給電、センサーレスで切換えができ、油圧シリンダの移動方向と速度をメカニカルに切換えできる制御装置を具えて、ドラムの回転方向を自在に制御できるゲート開閉装置の提供を目的として、本発明者等は、特開平２０００−５１２４５号「ゲート開閉装置」を提案した。
【０００６】
このゲート開閉装置は、図１２に示すように、図示省略したゲートの昇降を行うワイヤ２を巻き取り、又は巻き戻すドラム１では、ドラム１両端からドラム軸４を突出して設けてドラム軸受３で支持し、また、このドラム軸４の両側端面には、それぞれ回転中に発生トルクが零になることを避けるため周方向に角度を変えて、油圧シリンダ５のロッド６先端をドラム１の軸心から外してそれぞれ枢着し、また、シリンダ５はドラム１の回転により周方向に位相が変るロッド６の枢着点の方向に軸心方向が追従できるように、ドラム１を設置する架台に揺動自在に枢着している。
また、ロッド６の移動方向を制御するために、油圧シリンダ５の２つのポートへの作動油の出入りを制御する無電力式駆動制御機構７及び作動油圧を発生させる駆動機構８を設けている。
【０００７】
また、ゲート落下防止のため、ドラム１端部に設けている端板を挟み込み、押圧してドラム１の回動を止めることができるようにしたディスクブレーキ９等からなる制動機構１０を設けている。
【０００８】
次に、図１３はドラム１の回転駆動を行うための前述した無電力式駆動・制御機構７と駆動機構８の概念図である。
なお、図１３では作動を理解し易くするために、ドラム軸４の両側端面に取付けられているロッド６、油圧シリンダ５を同一側端面に配置して示すと共に、ロッド６先端の両側面への枢着を周方向に位相を変えて設置されたものと同等の作動ができる油圧シリンダ５の配置にしたものを示している。
【０００９】
図に示すように、各油圧シリンダ５の両端部には２つのポートが設けられ、三方の切り換えができるサーボ弁１１からの作動油が導出入できる２本の配管をそれぞれ接続し、例えば左側の油圧シリンダ５のように、ロッド６が最大長さになったとき、油圧ポンプ１２から作動油がロッド側ポートから油圧シリンダ５内に流入し、ロッド６を縮退させてドラム１に回転トルクを与えるようにしている。
【００１０】
なお、図においては後述する偏心カム１５の回転角度とサーボ弁１１のポート位置との関係を併せて示しており、右側油圧シリンダ５のサーボ弁１１は、ロック状態で示されているが、ドラム１の回転方向によっては、右側油圧シリンダ５のロッド６は伸展又は退縮の過程にあり、油圧シリンダ５の上、下側ポートの何れかが油圧ポンプ１２の吐出口と連通して、油圧シリンダ５内に作動油を流入させるようにしている。
【００１１】
また、サーボ弁１１は、ドラム１の回転軸１３とチェン１４で連結され、ドラム１の回転方向と回転角度とが伝達され回転する前述した偏心カム１５により、スプール１６を押圧して、ドラム１の回転方向および回転角度に対してポート位置を制御するようにした無電力式駆動・制御機構７が採用され、また、駆動機構８は、通常、電源１７で駆動されるモータ１８で作動する油圧ポンプ１２からの作動油を油圧シリンダ５に供給する油圧ユニット１９、及び油圧ポンプ１２が作動できないとき、手動ポンプ２１からの作動油を油圧シリンダ５に供給する予備動力ユニット２２からなる。
【００１２】
また、駆動機構８にこのような冗長性を持たせているにも拘わらず、油圧シリンダ５へ作動油が供給できない場合、又はワイヤ２が繰り出されるにも拘わらずゲートが下降せず、ワイヤ２たるみが生じゲートの落下の危険が生じた場合、又は逆にワイヤ２のドラム１への巻込みにも拘わらずゲートが動かず、ワイヤ２に異常張力が生じる場合を予測して、前述したドラム１の端板を油圧力で締め付けるディスクブレーキ９及び／又は油圧シリンダ５とロッド６との相対移動ができないようにするために、油圧シリンダ５とロッド６との間を締め付ける摺動部材２３からなる制動機構１０を設け、これらの作動により、ドラム１の回動ができないようにし、ゲートの落下防止、又はワイヤ２の破損を防止を行うようにしている。
【００１３】
このように、先に提案したゲート開閉装置では、ドラム１の回転を油圧シリンダ５で行うため、コンパクトな駆動装置にでき、しかも、低速・高トルクでドラム１を回動でき、従来減速比が大きいために、大型化し大きな設置スペースを必要とする不具合、又は始動時のエネルギー効率が悪く、容量の大きい電動モータが必要となる不具合、又はこれらの不具合に伴い製作費が高価になる不具合を解消できるとともに、回転するドラム１回転角度に対応して、油圧シリンダ５に作動油を供給するためのサーボ弁１１をメカニカルに切換えるために、無給電、センサーレスでドラム１回転角度に対応してロッド６の移動方向と速度とを制御でき、ドラム１の回転速度を一定にすることができ、信頼性の高いものにでき、さらに制動機構を設けドラム１の回転を緊急に停止させ、ゲートの落下の回避、又は異常な張力発生時のワイヤ破損の防止、若しくはワイヤ緩みの発生を防止することができ、ゲート開閉作業の安全性を高めることができる。
【００１４】
一方、水門等のゲート開閉装置では、ゲートの開閉過程（以下開閉状況という）により回転ドラム１の回転トルク、回転速度を変動させる必要がある。
即ち、水中と空気中ではゲートの荷重が異なる等開閉状況により、回転ドラムのトルクが変動し、さらに浮力が生じ荷重が軽減される同じ水中でも、水流等の影響によりゲートの荷重が異なる。
特に、閉鎖されているゲートの開放初期には、ゲートとガイドレールがスティクし、さらにはゲートの上昇慣性力を発生させるためにゲート負荷が最大となり、ゲートを吊持しているワイヤを巻回している回転ドラム１には、開閉状況中で最大トルクが発生する。
【００１５】
このため、回転ドラム１においては、通常、ゲート開放初期に必要とする最大トルクを発生できるだけの高トルクの設計仕様のもの、換言すれば低速で回転できるものが採用されている。
しかしながら、ゲート開閉においては、前述した低速、高トルクの開閉状態の他に、低トルク、高速度でできる開閉状態、換言すれば高速度で開閉させることが好ましい状態もある。
【００１６】
即ち、開放されているゲートを閉鎖する場合は、閉鎖初期から閉鎖直前までは低トルク、高速でのゲートの下降、低トルク、低速での閉鎖直前の下降、また、閉鎖されているゲートを開放する場合は、前述した開放初期の最大トルクを必要とするゲートの上昇の外に、ある程度の慣性力が生じゲートの浮力が付加される水中上昇時、又はゲートの全量が負荷される空中上昇時の上昇、低速が要求される全開直前の上昇等、開閉状態に応じて速度を変えてドラムを回転させ、開閉作動に支障が生じず、開閉作業時間を短縮し、さらには、全閉時又は全開時の衝突によるゲート等の損傷を防止できるようにしたゲートの開閉作業を行う必要がある。
【００１７】
しかしながら、先に提案したゲート開閉装置では、サーボ弁１１の作動が軸方向に一定にされた断面形状の偏心カム１５で行われ、リフト量が一定であり、また、サーボ弁１１の吸入口と吐出口の作動油の差圧が制御できないため、単位時間当たりサーボ弁１１を通過する流量は一定となり、回転ドラム１は一定速度で回転する。
従って、回転ドラム１の回転速度を変更する場合、例えば高速回転が必要な場合には、サーボ弁１１の開度を回転速度に対応させて大きくするか、複数個のサーボ弁１１を設置するか、又は駆動装置から吐出される作動油の油圧を高めて、サーボ弁１１を通過する作動油の流速を大きくするしかなく、さらに、ドラム１の回転トルクを増大する場合には、油圧シリンダのストロークを長くするか、作動油の油圧を高めるかしか方法がなく、何れにしても機器等の変更を必要とし、開閉作動中において回転ドラム１の回転速度又は回転トルクを任意に変えることはできない。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述した先に提案したゲート開閉装置においては実施が困難であった、ゲート開閉動作に支障が生じることがなく、開閉作業時間を短縮することができ、さらには、ゲート全閉時又は全開時の衝突によるゲート等の損傷を防止するために、ゲートの開閉を行うワイヤの巻きだし、巻き込みを行う回転ドラムの速度、及び回転トルクを、ゲート開閉作業中に開閉状況に応じてより好適なものに変えて、作動させることのできるようにしたゲート開閉装置の提供を課題とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
このため、第１番目の本発明のゲート開閉装置は、次の手段とした。
【００２０】
（１）ワイヤを巻き込み、巻きだしゲートを昇降させるドラムの側端面に周方向の間隔を設けて端部が枢着されたロッドを、供給された作動油で伸縮させてドラムを回転させる複数の油圧シリンダ、油圧シリンダに作動油を供給する油圧回路、油圧回路に介装され油圧シリンダに供給される作動油の供給ポートを切換えるサーボ弁からなり、サーボ弁がドラムの回転角に対応して回転する偏心カムにより、ロッドの移動方向をメカニカルに切換えるようにしたゲート開閉装置において、偏心カムが軸方向にテーパ面を有し、軸方向に移動してサーボ弁のリフト量を変動させ流量特性を変更できるものにした。
【００２１】
（ａ）これにより、サーボ弁は、ドラムの回転角に対応して回転する偏心カム側縁で押圧され、ドラムの回転角に対応したリフトになり、ロッドの移動方向を回転角に応じて動かすことのできるメカニカルな切換えができるとともに、偏心カムを回転軸の軸方向へ移動させてサーボ弁スプールのリフト量を変えることのできる軸方向にテーパ面を有する偏心カムにして、油圧シリンダへ供給される作動油の流量を変えて、ドラムの回転速度を任意に変動させることができ、ゲートを開閉状況に応じた速度で昇降させることができ、ゲートの開閉が容易になり、開閉時間を短縮でき、しかも、高速での衝突が回避できるゲートの開閉操作ができ、ゲート等の装置の損傷を軽減することができる。
【００２２】
また、第２番目の本発明のゲート開閉装置は、次の手段とした。
【００２３】
（２）ワイヤを巻き込み、巻きだしゲートを昇降させるドラムの側端面に周方向の間隔を設けて端部が枢着されたロッドを、供給された作動油で伸縮させてドラムを回転させる複数の油圧シリンダ、油圧シリンダに作動油を供給する油圧回路、油圧回路に介装され油圧シリンダに供給される作動油の供給ポートを切換えるサーボ弁又は流量制御弁と切換弁との組合せからなり、サーボ弁又は流量制御弁と切換弁との組合せがドラムの回転角に対応して回転する偏心カムにより、ロッドの移動方向をメカニカルに切換えるようにしたゲート開閉装置において、油圧回路に圧力補償弁が設置され、外部パイロット圧により圧力補償弁の設定値を変更して、サーボ弁又は流量制御弁前後の圧力差を変動させて流量特性を変更できるようにした。
【００２４】
（ｂ）これにより、外部パイロット圧による圧力補償弁の設定値変更により、サーボ弁又は流量制御弁前後の差圧が変更されることにより、サーボ弁又は流量制御弁の流量特性が変わり、油圧シリンダへ供給される作動油の流量を変えられ、ドラムの回転速度を任意に変動させることができ、ゲートを開閉状況に応じた速度で昇降させることができ、ゲートの開閉が容易になり、開閉時間が短縮でき、しかも、高速での衝突が回避できるゲートの開閉操作ができ、ゲート等の装置の損傷を軽減することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のゲート開閉装置の実施の一形態を図面にもとづき説明する。
なお、図において前述した図１２、１３において示した部材、装置と同一のものについては、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
また、本実施の形態の説明において,サーボ弁とは流量制御と方向切換（ポート選択）を同時に行なえるバルブを指称し、切換弁とは方向切換（ポート選択）のみを行なうバルブを指称するものとする。
【００２６】
図１は本発明の実施の第１形態としてのゲート開閉装置に使用される、３次元偏心カムを示す斜視図である。
この３次元偏心カム３０を除き、図示省略したゲートを昇降させるドラムの駆動機構７及び無電力式駆動・制御機構は、模式的に示した図１３のものと同様の構成にされている。
即ち、本実施の形態のゲート開閉装置も油圧シリンダ５を用いて、一端部でゲートを吊持し他端部を巻回したワイヤ２の巻込み、巻戻しをすることにより、ゲートを昇降させるようにしているドラム１を直接回転させてゲートの開閉を行うようにしている。
【００２７】
しかしながら、ドラム１の回転軸１３からチェン１４により伝達されるドラム１の回転角に対応して、サーボ弁１１の切替えを行う偏心カムは、図１３に示した軸方向の断面形状が一定にされた２次元の偏心カム１５に代えて、軸方向に連続的なテーパ面を設けた３次元偏心カム３０を使用し、しかも３次元偏心カム３０を軸方向に移動させて、側縁とサーボ弁１１のスプール１６との接触ポイントを軸方向にも変えられるようにし、スプール１６のリフト量を接触ポイントの周方向及び軸方向にも変動できるようにしている。
【００２８】
即ち、この３次元偏心カム３０は、断面形状が、図１３に示すように長円にされ、中心部にチェン１４により回転軸１３の回転角が伝達される回転軸３１が挿通されたもの、或いは図４（ｂ）に示すように、断面形状は真円に近い円にされてはいるが、中心部から離れた位置に回転軸３１が挿通されたものにされ、回転軸３１の軸心に対して、側縁が偏心したものになるとともに、挿通している回転軸３１の軸心方向には滑らかな傾斜のテーパ面の側縁にされている。
【００２９】
図２に示すように、この回転軸３１は中空体からなり軸受３２で支持され、回転軸１３からのドラム１の回転角を伝達するチェン１４で駆動されて回転するとともに、軸心部には油圧供給路が穿設され、この油圧供給路に作動油を供給する油圧供給配管３４の一端部が、相対的に回転できるようにして油圧供給路３３内に挿入されている。
【００３０】
即ち、図２のＡ部の断面を示す図３に示しているように、軸心部に穿設された油圧供給路３３が開口している回転軸３１一端部には、押え板３６が固定ボルト３７で固着されており、この押え板３６軸心部に油圧供給配管３４の外径より大きい内径にされたブッシュ３５が嵌入され、ブッシュ３５内面と油圧供給配管３４の外周面との間にはパッキン３８が介装され、油圧供給路３３内に供給された作動油の漏洩を防止するとともに、回転軸３１が固定して設置されている油圧供給配管３４の外周を自在に回転できるようにしている。
【００３１】
さらに、図２のＢ部の断面を示す図４（ａ）に示しているように、図１に示すスプール１６の配置位置近傍の回転軸３１の外周には、一端部が油圧供給路３３に連通し他端部が回転軸３１外周に開口する油圧供給路３９を貫通させた、キー４０が固着されている。
また、このキー４０の外周には、キー４０の外周を内周面が軸方向に摺動できるようにした３次元偏心カム３０設けられている。
【００３２】
この３次元偏心カム３０は、図４（ａ）の矢視αーα′における断面図である図４（ｂ）に示すように、真円に近い円形の断面形状にされ、軸心から離れた位置を回転中心にして偏心回転し、しかも挿通している回転軸３１の軸方向には、図４（ａ）に示すように側縁が滑らかな傾斜にされたテーパ面を有するものにされている。
即ち、この３次元偏心カム３０は真円に近い円形の断面形状にされた截頭円錐台の軸心から離れた位置に、回転軸３１外周に固着されているキー４０の外周が摺動自在に移動できる大きさの孔が軸心と平行に貫通され、回転軸３１の外周面から突出するキー４０高さの偏心量を有するものにされている。
【００３３】
また、３次元偏心カム３０の大径端面及び小径端面には、端面外径と同等の外径にされ、中心に回転軸３１を貫通させるようにした孔を設けた円板状の押え板４１がボルト４２で固定され、また、押え板４１の孔内周面と回転軸３１の外周面との間にはシール４３が介装され、キー４０の外周を内周面が摺動できるようにして、３次元偏心カム３０が回転軸３１の外周面に沿って移動できるようにしている。
【００３４】
さらに、大径端面に設けた押え板４１内面とこれと対向するキー４０の端面との間には、これらの端面に両端がそれぞれ固定され、常時３次元偏心カム３０の大径部を、回転軸３１外周に固定されているキー４０方向と反対方向に放そうとしている圧縮バネ４４が設けられている。
【００３５】
本実施の形態のゲート開閉装置は、このような３次元偏心カム３０を設けて、油圧シリンダ５に供給される作動油の流量を制御するサーボ弁１１のリフト量を調整するようにしているので、油圧シリンダ５に供給される作動油の流量は、油圧供給路３９から３次元偏心カム３０内に供給される供給油量による回転軸３１の軸心に沿った３次元偏心カム３０の移動により、調整できるので、ドラム１はゲートの開閉状況に応じた回転速度、回転トルクで、常時作動させることができる。
【００３６】
即ち、ドラム１の回転角度に対応してサーボ弁１１のポートを切換えて、油圧シリンダ５に作動油を供給し、ドラム１を回転させることができるようにしている２次元偏心カム１５に代えて、３次元偏心カム３０にしたので、３次元偏心カム３０に供給される供給油量を調整することにより、ドラム１の回転速度を任意に変更でき、ゲートの開閉状況に応じてゲートの昇降速度が調整できるようになり、特に、ゲートの巻き上げでは、最大トルクを必要とする巻き上げ開始時に、ゆっくりと巻き上げ、必要とするトルクが小さい途中では高速で巻き上げ、さらにゲートの降下時には、ゲートが着地する間際までは高速で下降させ、着地間際に減速させて着地によるゲートの衝撃を緩和することができるようになる。
これにより、ゲート開閉作業の時間短縮と共にゲートをはじめとする装置の損傷を軽減することができる。
【００３７】
次に、本発明の実施の第２形態として、ゲート開閉装置に使用されるサーボ弁の流量特性を変えることにより、ドラムの回転速度を変更できるようにした油圧回路について説明する。
【００３８】
油圧回路においては、作動油が供給される機器の負荷に依存せずにサーボ弁の流量特性を一定に保つために、一般的には図１１に示すようなサーボ弁の供給側と負荷側の圧力差を一定に保つ機能を有する圧力補償弁を設けるようにしたものがある。
即ち、この圧力補償弁は、サーボ弁等に対応するオリフィスＡの上流部に段付きスプールによって構成される圧力補償部を構成し、スプールの移動によって開度を増減させ、この部分を通過する流量を制御するようにしたものであり、オリフィスＡの前後の差圧は段付きスプールに作用し、入口圧力は右端小径部ａ1 及び環状部ａ2 に作用し、出口圧力は圧縮大径部に作用し、さらには段付きスプールには設定されたスプリング荷重を負荷して、オリフィスＡの入口と出口の圧力差が変化しても、スプリングの設定荷重により調整された流量を、通過させるようにしたものである。
【００３９】
本実施の形態のゲート開閉装置では、この圧力補償弁の設定値を外部パイロット圧力により変更することで、サーボ弁１１の前後の圧力差を変化させ、サーボ弁１１の流量特性を変更することにより、油圧シリンダ５への供給流量の制御を行い、ドラム１の回転速度を任意に変更してゲートの開閉状況に応じて、ゲートの昇降速度の調整を行うようにしたものである。
なお、この圧力補償弁は、図１３に示す油圧ユニット、予備動力ユニットからなる駆動機構８とサーボ弁１１、偏心カム１５等からなる無電力式駆動・制御機構７との間に設けるようにしたメータインにすることも、油圧シリンダ５と無電力式駆動・制御機構７との間に設けるようにしたメータアウトにすることもでき、さらには、油圧シリンダ５の各ポートにパラレルに設置することもできる。
図５は、本実施の形態において、圧力補償弁を駆動機構８と無電力式駆動・制御機構７との間に設けるようにした、メータインタイプの圧力補償弁を具えた油圧回路の第１例を示す図である。
【００４０】
図５に示すように、駆動機構８とサーボ弁１１との間に設置された圧力補償弁５０には、設定値を変えるためのパイロット圧力５１と、油圧シリンダ５の入口圧及び出口圧であるサーボ弁１１の吐出側と吸入側との圧力差で作動する、負荷圧選択弁５２からの負荷圧力５３とが入力され、設定値が変更できるようにしている。
また、サーボ弁１１は温度補償機構を持つものにされ、作動油の温度変化により生じるドラム１の回転変動を抑えるようにされている。
また、ドラム１の回転角度に対応してサーボ弁１１の切換えを行う偏心カムは、サーボ弁１１の流量調整がパイロット圧力５１で行われることから、先に提案している２次元偏心カムを採用している。
【００４１】
このように、本例ではパイロット圧力５１により圧力補償弁５０に設定される圧力補償値を変更し、サーボ弁１１の流量特性を変更することにより、ドラム１の回転速度の変更、換言すればゲートの開閉状況に応じて必要とする回転トルクに変更することができる。
なお、図において５４は、油圧シリンダ５で作動させた作動油を回収するドレーン側を示している。
【００４２】
次に、図６はメータインタイプの圧力補償弁を具えた油圧回路の第２例を示す図である。
本例では、圧力補償弁５０′と切換弁１１′との間に流量制御弁５５′を設け、パイロット圧力５１により、この流量制御弁５５′の流量調整を行うようにしている。
即ち、圧力補償弁５０′には、パイロット圧力５１と前例で示した負荷圧選択弁５２に代えて、流量制御用カム５６で流量が制御されている、温度補償機能付の流量制御弁５５′から吐出される作動油圧である負荷圧力５３とが入力されて、圧力補償値を変更し、流量制御弁５５′の流量特性を変更し、流量調整を行うようにしている。
【００４３】
従って、本例において油圧シリンダ５への作動油の流路を切換える、切換弁は、図１３に示した単に油圧シリンダ５のポート選択を行うのみの機能を有する切換弁１１′を採用し、前例と同様にドラム１の回転速度をゲートの開閉状況に応じて変更することができる。
【００４４】
次に、図７はメータインタイプの圧力補償弁を具えた油圧回路の第３例を示す図である。
本例においては、第２例で示した圧力補償弁５０′、流量制御弁５５と同じものを設け、圧力補償弁５０′で設定される設定値に基づき流量調整された作動油を各切換弁１１′を介して、２本の油圧シリンダ５に供給するようにしたものである。
このように、本例では１個の圧力補償弁５０′で複数本の油圧シリンダ５を制御するようにしたので、第１例、第２例で示したものを複数本の油圧シリンダ５を制御する場合に比較して流量制御用回路の数が少なくでき、油圧回路の構成が簡略化され、システムの信頼性が向上するという特徴がある。
他方、第１例で示した油圧回路で複数本の油圧シリンダを制御する場合に比較し、制御用のカムの数が多くなるというデメリットもある。
【００４５】
次に、図８はメータアウトタイプの圧力補償弁を具えた油圧回路の第１例を示す図である。
本例では、第５図に示すメータインタイプ、第１例の圧力補償弁５０と同様のものを、油圧シリンダ５の２つのポートとサーボ弁１１との間に２個設けるようにしている。
即ち、油圧シリンダ５の２つのポートとサーボ弁１１との間には、流路を切換えるものがなく、油圧シリンダ５の作動によっては、２つのポートの何れも作動油の供給側、排出側になるためにチェックバルブ５７と並列に配置された圧力補償弁５０を２つのポートへ連通させた流路にそれぞれ設けるようにしている。
また、圧力補償弁５０に入力する負荷圧力５３は、サーボ弁１１からドレーン側５４に挿出される作動油の圧力としている。
【００４６】
次に、図９はメータアウトタイプの圧力補償弁を具えた油圧回路の第２例を示す図である。本例では、第６図示すメータインタイプの第２例の圧力補償弁５０′と同様のものを切換弁１１′と流量制御弁５５との間に設けるようにしている。
【００４７】
さらに、図１０はメータアウトタイプの圧力補償弁を具えた油圧回路の第３例を示す図である。
本例においては、図９に示す第２例で示した圧力補償弁５０′、流量制御弁５５と同じものを設け２本の油圧シリンダ５のそれぞれから排出される作動油を各切換弁１１′を介して圧力補償弁５０′に導入し、圧力補償弁５０′で設定される設定値に基づき、流量調整された作動油を流量制御弁５５からドレーン側５４に落すようにしたものである。
【００４８】
このように、本例では１個の圧力補償弁５０で複数本の油圧シリンダ５を制御するようにしたので、第１例、第２例で示したもので、複数本の油圧シリンダ５を制御する場合に比較して流量制御用回路の数が少なくでき、油圧回路の構成が簡略化され、システムの信頼性が向上するというメータインタイプの第３例と同様の特徴があるものにできれば、他方図８に示す第１例で示した油圧回路で複数本の油圧シリンダを制御する場合に比較し、メータインタイプの第３例と同様に制御用のカムの数が多くなるというデメリットのあるものになる。
【００４９】
以上、本発明の実施の第２形態としてのゲート開閉装置に使用される油圧回路について説明したが、何れの実施例においても油圧回路中に設けられ、サーボ弁１１、または流量制御弁５５前後の差圧を一定とし、サーボ弁１１、または流量制御弁５５の流量特性を負荷によらず、一定にできる圧力補償弁５０，５０′の差圧設定値を外部からのパイロット圧力５１により変更し、サーボ弁１１、または流量制御弁５５前後の差圧を変更することにより流量特性を変更し、油圧シリンダ５への供給流量を任意に調整できるようにしたことにより、ドラム１の回転速度を任意に変更できるようになり、開閉作業における巻上げ、また降下の工程途中にゲートの開閉速度を増加させたり減速させたりすることが可能となる。
【００５０】
特に巻上げでは、巻上げ開始時に最もトルクを必要とするが、このときはゆっくりと巻上げ、必要トルクの少ない途中工程では、高速で巻き上げるようにすることができる。反対に降下させるときには、途中工程では高速で降下させ、ゲートが下面に着地する間際で減速させ、ゲートへの衝撃を緩和させることができ開閉作業時間の短縮と共に、ゲートをはじめとする装置の損傷の少いゲート開閉装置とすることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明のゲート開閉装置は、ワイヤを巻き込み、巻きだしゲートを昇降させるドラムの側端面に周方向の間隔を設けて端部が枢着されたロッドを、供給された作動油で伸縮させてドラムを回転させる複数の油圧シリンダ、油圧シリンダに作動油を供給する油圧回路、油圧回路に介装され油圧シリンダに供給される作動油の供給ポートを切換えるサーボ弁からなり、サーボ弁がドラムの回転角に対応して回転する偏心カムにより、ロッドの移動方向をメカニカルに切換えるようにしたゲート開閉装置において、偏心カムが軸方向にテーパ面を有し、軸方向に移動してサーボ弁のリフト量を変動させ流量特性を変更できるものにした。
【００５２】
これにより、先に提案したサーボ弁でメカニカルな切換えができることに加え、油圧シリンダへ供給される作動油の流量を変えドラムの回転速度を任意に変動させることができ、ゲートを開閉状況に応じた速度で昇降でき、ゲートの開閉が容易になり、開閉時間が短縮でき、しかも、高速での衝突が回避できるゲートの開閉操作ができ、ゲート等の装置の損傷が軽減できる。
【００５３】
また、本発明のゲート開閉装置は、ワイヤを巻き込み、巻きだしゲートを昇降させるドラムの側端面に周方向の間隔を設けて端部が枢着されたロッドを、供給された作動油で伸縮させてドラムを回転させる複数の油圧シリンダ、油圧シリンダに作動油を供給する油圧回路、油圧回路に介装され油圧シリンダに供給される作動油の供給ポートを切換えるサーボ弁又は流量制御弁と切換弁との組合せからなり、サーボ弁又は流量制御弁と切換弁との組合せがドラムの回転角に対応して回転する偏心カムにより、ロッドの移動方向をメカニカルに切換えるようにしたゲート開閉装置において、油圧回路に圧力補償弁が設置され、外部パイロット圧により圧力補償弁の設定値を変更して、サーボ弁又は流量制御弁前後の圧力差を変動させて流量特性を変更できるようにした。
【００５４】
これにより、外部パイロット圧による圧力補償弁の設定値変更で、油圧シリンダへ供給される作動油の流量を変え、ドラムの回転速度を任意に変動でき、ゲートを開閉状況に応じた速度で昇降させることができ、ゲートの開閉が容易になり、開閉時間が短縮でき、しかも、高速での衝突が回避できるゲートの開閉操作ができ、ゲート等の装置の損傷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態としてのゲート開閉装置に使用される、３次元偏心カムを示す斜視図、
【図２】図１に示す３次元偏心カムの設置状況及び油圧供給配管の取付け状況を示す斜視図、
【図３】図２に示すＡ部の断面図、
【図４】図に示すＢ部を示す図で、図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の矢視αーα′における端面図、
【図５】本発明の実施の第２形態としてのゲート開閉装置に使用される圧力補償弁を駆動機構と無電力式駆動・制御機構との間に設けるようにしたメータインタイプの圧力補償弁を具えた油圧回路の第１例を示す図、
【図６】メータインタイプの圧力補償弁を具えた油圧回路の第２例を示す図、
【図７】メータインタイプの圧力補償弁を具えた油圧回路の第３例を示す図、
【図８】メータアウトタイプの圧力補償弁を具えた油圧回路の第１例を示す図、
【図９】メータアウトタイプの圧力補償弁を具えた油圧回路の第２例を示す図、
【図１０】メータアウトタイプの圧力補償弁を具えた油圧回路の第３例を示す図、
【図１１】図５〜図１０に示す圧力補償弁の作動原理を説明するための図、
【図１２】先に提案したゲート開閉装置のドラム及び駆動装置を示す図、
【図１３】図１２に示す、ドラムの回転駆動を行うための前述した無電力式駆動・制御機構と駆動機構の概念図である。
【符号の説明】
１ ドラム
２ ワイヤ
３ ドラム軸受
４ ドラム軸
５ 油圧シリンダ
６ ロッド
７ 無電力式駆動・制御機構
８ 駆動機構
９ ディスクブレーキ
１０′ 制動機構
１１ サーボ弁
１１’ 切換弁
１２ 油圧ポンプ
１３ （ドラム）回転軸
１４ チェン
１５ （２次元）偏心カム
１６ スプール
１７ 電源
１８ モータ
１９ 油圧ユニット
２１ 手動ポンプ
２２ 予備動力ユニット
３０ ３次元偏心カム
３１ 回転軸
３２ 軸受
３３ 油圧供給路
３４ 油圧供給配管
３５ ブッシュ
３６ 押え板
３７ ボルト
３８ パッキン
３９ 油圧供給路
４０ キー
４１ 押え板
４２ ボルト
４３ シール
４４ 圧縮バネ
５０，５０′ 圧力補償弁
５１ パイロット圧
５２ 負荷圧選択弁
５３ 負荷圧力
５４ ドレーン側
５５ 流量制御弁
５６ 流量制御用カム
５７ チェックバルブ
Claims (2)
- ワイヤを巻き込み、巻きだしゲートを昇降させるドラムの側端面に周方向の間隔を設けて端部が枢着されたロッドを、供給された作動油で伸縮させて前記ドラムを回転させる複数の油圧シリンダ、前記油圧シリンダに作動油を供給する油圧回路、油圧回路に介装され前記油圧シリンダに供給される作動油の供給ポートを切換えるサーボ弁からなり、前記サーボ弁が前記ドラムの回転角に対応して回転する偏心カムにより、前記ロッドの移動方向をメカニカルに切換えるようにしたゲート開閉装置において、前記偏心カムが軸方向にテーパ面を有し、軸方向に移動して前記サーボ弁のリフト量を変動させ流量特性を変更できるものであることを特徴とするゲート開閉装置。
- ワイヤを巻き込み、巻きだしゲートを昇降させるドラムの側端面に周方向の間隔を設けて端部が枢着されたロッドを、供給された作動油で伸縮させて前記ドラムを回転させる複数の油圧シリンダ、前記油圧シリンダに作動油を供給する油圧回路、前記油圧回路に介装され前記油圧シリンダに供給される作動油の供給ポートを切換えるサーボ弁又は流量制御弁と切換弁との組合せからなり、前記サーボ弁又は前記流量制御弁と前記切換弁との組合せが前記ドラムの回転角に対応して回転する偏心カムにより、前記ロッドの移動方向をメカニカルに切換えるようにしたゲート開閉装置において、前記油圧回路に圧力補償弁が設置され、外部パイロット圧により前記圧力補償弁の設定値を変更して、前記サーボ弁又は前記流量制御弁前後の圧力差を変動させて流量特性を変更できるようにしたことを特徴とするゲート開閉装置。
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