JP4198371B2 - ウインチの駆動制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のロープでバケットを昇降および開閉させるクラムシェル作業を行うクレーン等の作業機械に搭載されるウインチの駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
クラムシェル作業機は、ブームの先端から吊持されたクラムシェルバケットを昇降し、深穴での掘削作業等を行う作業機であり、クラムシェルバケットを支持する支持ロープと、クラムシェルバケット内で複数本掛けされバケットの開閉を行う開閉ロープとを備えており、支持ロープと開閉ロープはそれぞれウインチに接続されている。また、ウインチを駆動する油圧モータの出力軸にはウインチドラムの回転を制動制御するための多板ブレーキ等を用いたブレーキ装置が設けられている。
【０００３】
クラムシェル作業としては、掘削、巻き上げ、降下等がある。一般的に、減速機内蔵型ウインチを搭載したクラムシェル作業機でクラムシェルバケットを降下させるときは、バケットの自重を用いたフリーフォールを用い、ブレーキペダルを操作して降下速度を制御する。バケットの巻き上げ時には、支持ロープを巻き取る支持ウインチの操作レバーと開閉ロープを巻き取る開閉ウインチの操作レバーとを操作する。つまり、オペレータは、クラムシェル作業を行うために、支持ウィンチの操作レバーと、開閉ウインチの操作レバーと、支持ウインチのブレーキペダルと、開閉ウインチのブレーキペダルとを複合操作して、支持ロープと開閉ロープの巻き上げトルク、スピードを調整する（従来技術１）。
【０００４】
特開平７−５３１８３号公報には、操作レバーやブレーキペダル等の操作なしでクラムシェル作業を行うことのできるクレーンの駆動装置が開示されている。このクレーンの駆動装置は、操作量指令入力手段によってバケットの昇降速度を設定するとともに、バケット開閉指令入力手段によってバケットの開閉を設定することによって、クラムシェルバケットの昇降および開閉動作を行うものである（従来技術２）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術１において、クラムシェルバケットを降下させるときは、バケットの自重を用いたフリーフォールを用い、ブレーキペダルを操作して降下速度を制御する。このとき、開閉ロープ張力が支持ロープ張力よりも小さくなければ、バケットが閉じてしまい、バケット降下後の掘削作業を行うことができなくなってしまう。一方、クラムシェルバケットを巻き上げるときは、開閉ロープ張力が支持ロープ張力よりも大きくなるように支持ウインチおよび開閉ウインチのそれぞれの操作レバーを操作しなければ、バケットが開いてしまい、掘削物を落下させてしまう。このように、オペレータは両手・両足を用いて２つの操作レバーと２つのブレーキペダルを操作する必要があり、作業には熟練を要するうえ、疲労度も大きいという問題があった。
【０００６】
一方、従来技術２においては、動力巻き上げ・巻下げによってクラムシェル作業を行うため、操作レバーやブレーキペダルの複雑な操作は必要ない。しかしながら、バケット降下時にフリーフォール用いることができないため、作業効率が悪い等の問題があった。
【０００７】
本発明は、クラムシェルバケットの開閉ウインチおよび支持ウインチのトルクを制御して、容易にクラムシェル作業を行うことのできるウインチの駆動制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によるウインチの駆動装置は、第１の駆動装置によって巻き上げ／巻下げ駆動される第１のウインチ装置と、第２の駆動装置によって巻き上げ／巻下げ駆動される第２のウインチ装置と、前記第１の駆動装置による駆動力を制動する第１のブレーキ装置と、前記第２の駆動装置による駆動力を制動する第２のブレーキ装置と、前記第１のウインチ装置および前記第２のウインチ装置に駆動指令を出力する操作指令手段と、前記第１のブレーキ装置および前記第２のブレーキ装置に制動指令を出力する制動指令手段と、前記操作指令手段および前記制動指令手段からの指令に基づいて、前記第１のウインチ装置および前記第２のウインチ装置のトルクをそれぞれ制御するように前記第１のブレーキ装置および前記第２のブレーキ装置の作動を制御する制御装置とを備えたウインチの駆動制御装置において、前記制御装置は、前記第１のウインチ装置および前記第２のウインチ装置が搭載される作業機械の動作に対応して予め設定された、前記制動指令手段の操作量と前記第１のウインチ装置および前記第２のウインチ装置に作用するブレーキ力との関係を表すブレーキ特性を記憶するとともに、前記操作指令手段および前記制動指令手段からの操作信号に基づいて、前記作業機械の動作を判断し、前記記憶されたブレーキ特性から、前記作業機械の動作に対応するブレーキ特性を選択するブレーキ特性選択部を有し、前記ブレーキ特性選択部で選択された前記ブレーキ特性に応じて前記第１のウインチ装置および前記第２のウインチ装置に作用する前記ブレーキ力を制御するように、前記第１のブレーキ装置および前記第２のブレーキ装置の作動を制御することを特徴とするウインチの駆動制御装置。
【０００９】
前記第１のウインチ装置および前記第２のウインチ装置のいずれか一方に駆動指令を出力する第２の操作指令手段と、前記第１のブレーキ装置および前記第２のブレーキ装置のいずれか一方に制動指令を出力する第２の制動指令手段と、前記作業機械で行う作業の種類を切り換えるモード切換手段をさらに備え、前記制御装置は、（１）前記モード切換手段によって第１の作業モードが選択されると、前記操作指令手段、前記制動指令手段、前記第２の操作指令手段、および前記第２の制動指令手段からの指令に基づいて、対応する前記第１または第２のウインチ装置のトルクをそれぞれ制御し、（２）前記モード切換手段によって第２の作業モードが選択されると、前記操作指令手段および前記制動指令手段からの指令のみに基づいて、前記作業機械の動作に対応して選択されたブレーキ特性に応じて前記第１のウインチ装置および前記第２のウインチ装置のトルクを制御してもよい。
【００１０】
前記第２の作業モードは、クラムシェルバケットを装着して行うクラムシェル作業であり、前記第１のウインチ装置は、前記クラムシェルバケットの開閉動作を行う開閉ロープを巻き取る開閉ウインチであり、前記第２のウインチ装置は、前記クラムシェルバケットを支持する支持ロープを巻き取る支持ウインチであることが好ましい。
【００１１】
前記操作指令手段が操作されたことを検出する第１の検出器と、前記制動指令手段の操作量を検出する第２の検出器とをさらに有し、前記第１のブレーキ装置および前記第２のブレーキ装置は、それぞれ油圧シリンダによって駆動され、前記制御装置は、前記第１の検出器および前記第２の検出器の検出結果に基づいて、前記第１のウインチ装置および前記第２のウインチ装置のそれぞれのトルクを設定し、前記設定されたトルクを実現するように前記２つの油圧シリンダに導かれる圧油の流れをそれぞれ制御して前記２つのブレーキ装置に発生させるブレーキ力を制御することが好ましい。
【００１２】
前記作業機械の動作がバケットの降下である場合に対応するブレーキ特性は、前記第２のブレーキ装置のブレーキ力が前記第１のブレーキ装置のブレーキ力よりも大きく、かつ、それぞれのブレーキ力が前記制動指令手段の操作量に応じて大きくなるように設定されていることが好ましい。
【００１３】
前記作業機械の動作がバケットによる掘削・巻き上げである場合に対応するブレーキ特性は、前記第１のブレーキ装置のブレーキ力が最大で、前記第２のブレーキ装置のブレーキ力が前記第１のブレーキ装置のブレーキ力よりも小さくなるように設定されていることが好ましい。
【００１４】
前記バケットを所定の位置で保持するための保持スイッチをさらに有し、前記ブレーキ特性選択部は、前記操作指令手段および前記制動指令手段からの前記指令に加えて、前記保持スイッチからの信号に基づいて、前記作業機械の動作を判断し、前記作業機械の動作が前記バケットによる掘削物の解放である場合に対応するブレーキ特性は、前記第２のブレーキ装置のブレーキ力が最大で、前記第１のブレーキ装置のブレーキ力が前記第２のブレーキ装置のブレーキ力よりも小さくかつ前記制動指令手段の操作量に応じて大きくなるように設定されていることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明のウインチの駆動制御装置の一実施の形態を搭載し、クラムシェルバケットを装着してクラムシェル作業機として用いるクレーンの概略構成を示す側面図である。図１において、１はクレーンの走行体、３は、旋回装置２を介して走行体１に旋回可能に連結された旋回体である。３ａは、旋回体３の一方側に設けられ、後述する操作レバー等を備えた運転室である。４は、旋回体３に起伏動可能に連結されたブームであり、５は、ブーム４の先端から後述するロープによって吊持されたクラムシェルバケットである。この作業機は、クラムシェルバケット５を装着して行うクラムシェル作業と、クラムシェルバケットの代わりに不図示のフックを装着して行うクレーン作業とを選択的に行うことができる。この作業モードの切換は、後述するモード切換スイッチによって選択することができる。
【００１６】
６は、クラムシェルバケット５の開閉動作を行う開閉ロープ７を巻き取る開閉用の第１のウインチ（以降、開閉ウインチと呼ぶ）であり、８は、クラムシェルバケット５を支持する支持ロープ９を巻き取る支持用の第２のウインチ（以降、支持ウインチと呼ぶ）である。開閉ウインチ６および支持ウインチ８は、上部旋回体３に設置される。
【００１７】
図２（ａ）、（ｂ）に、クラムシェルバケット５の構造を示す。図２（ａ）（ｂ）において、５１，５２は、開閉ロープ７が掛け回される上下２つのシーブであり、それぞれ上部支持部材５３，下部支持部材５４に回転可能に軸支されている。５５は、その上端を上部支持部材５３に揺動可能に連結され、その下端をクラムシェルバケット５に揺動可能に連結されたリンク機構である。なお、支持ロープ９は上部支持部材５３に固定され、開閉ロープ７は上部支持部材５３に設けられた不図示の穴を通って上下シーブ５１，５２に複数本掛け（例えば、６本掛け）され、その端部は下部支持部材５４に固定されている。
【００１８】
図２（ａ）に示すクラムシェルバケット５の開状態から、開閉ロープ７を開閉ウインチ６によって巻き取ると、上・下シーブ５１，５２の距離が短くなり、リンク機構５５の下端が内側に移動して図２（ｂ）に示すようにクラムシェルバケット５を閉じる。このとき、開閉ロープの張力＞支持ロープの張力である。一方、図２（ｂ）に示すクラムシェルバケット５の閉状態から、支持ロープ９の張力より開閉ロープ７の張力が小さくなると（開閉ロープの張力＜支持ロープの張力）、クラムシェルバケット５，下シーブ５２および下部支持部材５４等の自重によって上下シーブ間の距離が長くなる。これにより、リンク機構５５の下端が外側に移動して図２（ａ）に示すようにクラムシェルバケット５が開く。
【００１９】
従来、オペレータはクラムシェルバケット５の開閉、昇降作業を行うために、開閉ロープ７を巻き上げるための操作レバーと、支持ロープ９を巻き上げるための操作レバーと、開閉ウインチ６の制動を制御するためのブレーキペダルと、支持ウインチ８の制動を制御するためのブレーキペダルとを、両手・両足を用いて操作していた。この操作は大変複雑であり、熟練を要するものであった。そこで、本発明によるウインチの制御装置においては、これらの操作を、１つの操作レバーと１つのブレーキペダルを用いて容易に行うことができるようにした。以下、本発明の一実施の形態によるウインチの制御装置について詳細に説明する。
【００２０】
図３は、本発明の一実施の形態によるウインチの制御装置の構成を示す油圧回路図である。図３において、１１ａ，１１ｂは油圧ポンプ、１２ａ，１２ｂは油圧ポンプ１１ａ，１１ｂから吐出される圧油によってそれぞれ開閉ウインチ６および支持ウインチ８を駆動する油圧モータである。１３は第１のウインチ用操作レバー、１４は第２のウインチ用操作レバーである。１５ａ，１５ｂは、第１のウインチ用操作レバー１３および第２のウインチ用操作レバー１４の操作量に応じて、油圧ポンプ１１ａ，１１ｂから油圧モータ１２ａ，１２ｂに供給される圧油の流れをそれぞれ制御する制御弁である。なお、操作レバー１４は、クレーン作業モードが選択された場合に操作される。
【００２１】
開閉ウインチ６および支持ウインチ８は、油圧モータ１２ａ，１２ｂからの駆動トルクによってそれぞれ駆動され、ブレーキ装置１６ａ，１６ｂによってその駆動がそれぞれ制御される。１７ａ，１７ｂは、油圧モータ１２ａ，１２ｂの出力軸の回転を減速する遊星減速機構である。開閉ウインチ６および支持ウインチ８の駆動・制動制御方法は同様であるので、以下、開閉ウインチ６についてのみ説明する。
【００２２】
遊星減速機構１７ａは、開閉ウインチ６のウインチドラム６ａの内側に設けられたリングギア１７ｂと、油圧モータ１２ａの出力軸に連結されたサンギア１７ｃと、リングギア１７ｂおよびサンギア１７ｃに歯合するとともに、キャリア軸１７ｅに支持されるプラネタリギア１７ｄとを有している。キャリア軸１７ｅはブレーキ装置１６ａのブレーキドラム１６ａｂ内に達している。キャリア軸１７ｅには、軸方向に移動可能な複数枚のインナディスク１７ｆが係合されており、インナディスク１７ｆは、キャリア軸１７ｅとともに回転可能となっている。
【００２３】
ブレーキ装置１６ａは、いわゆる湿式多板式ブレーキ装置である。ブレーキドラム１６ａｂの内周面には、複数枚のアウタディスク１６ｃが軸方向に移動可能に係合され、アウタディスク１６ｃとインナディスク１７ｆは、それぞれ交互に配置されている。ブレーキドラム１６ａｂ内には、アウタディスク１６ｃとインナディスク１７ｆとを互いに圧接させるブレーキディスク１６ｄと、ブレーキディスク１６ｄをディスク１６ｃ，１７ｆ方向に付勢するばね１６ｅとが設けられている。また、ブレーキディスク１６ｄには、ブレーキシリンダ１８ａが接続されている。
【００２４】
１９ａ，１９ｂは油圧源であり、２０は開閉ウインチ６のブレーキシリンダ１８ａのロッド室ａを油圧源１９ａまたはタンクに連通させる電磁比例減圧弁であり、２１は支持ウインチ８のブレーキシリンダ１８ｂのロッド室ａを油圧源１９ｂまたはタンクに連通させる電磁比例減圧弁（以降、比例弁と呼ぶ）である。比例弁２０，２１が切り換わることによってブレーキシリンダ１８ａ，１８ｂのそれぞれのロッド室ａに流入／流出する圧油の流れが変更される。
【００２５】
２２は第１のウインチ６のブレーキペダルであり、２３は第２のウインチ８のブレーキペダルであり、２４，２５はブレーキペダル２２，２３の操作量をそれぞれ検出するポテンショメータなどの操作量検出器である。２６は、クレーンが旋回する場合などに、クラムシェルバケット４０等の吊り荷をその吊り下げ位置で保持するための保持ボタンであり、２７は、クレーン作業モードあるいはクラムシェル作業モードを選択するためのモード切換スイッチである。２８は、制御弁１５ａを操作するパイロット管路と、制御弁１５ｂを操作するパイロット管路との連結あるいは遮断を切り換えるための切換弁である。２９は、操作レバー１３の操作量に応じて出力されるパイロットバルブ１３ａの二次圧を検出する圧力センサである。なお、ブレーキペダル２３は、クレーン作業モードが選択された場合に操作され、クラムシェル作業モードが選択された場合には、その操作は無効とされる。
【００２６】
３０は、クレーンの動作を制御するＣＰＵ等のコントローラである。図４に、コントローラ３０とその周辺のブロック図を示す。コントローラ３０には、ブレーキペダル２２，２３の操作量検出器２４，２５，保持ボタン２６，モード切換スイッチ２７，圧力センサ２９からの信号が入力されるとともに、これらの入力信号に応じた指令信号を、比例弁２０，２１および切換弁２８に出力する。
【００２７】
コントローラ３０は、ブレーキ特性選択部３１と演算部３２とを有しており、ブレーキ特性選択部３１には、後述するようにクラムシェル作業機の動作に対応したブレーキ特性（図５（ａ）〜（ｃ））が予め記憶されている。
【００２８】
コントローラ３０は、モード切換スイッチ２７によってクラムシェル作業モードが選択されると、１つの操作レバー１３および１つのブレーキペダル２２のみでの操作を可能とするために、操作量検出器２５から入力される信号を無効とするとともに、切換弁２８を位置ａに切り換えるよう指令信号を出力する。モード切換スイッチ２７によってクラムシェル作業モードが選択されると、コントローラ３０は、ブレーキ特性選択部３１に記憶されたブレーキ特性に従って開閉ウインチ６および支持ウインチ８に作用するブレーキ力をそれぞれ制御する。これにより、開閉ウインチ６、支持ウインチ８にかかるトルクが制御され、開閉ロープ７および支持ロープ９の張力が制御されて、クラムシェルバケット５の不所望な開閉やロープの乱巻などを防止しながら適切なクラムシェル作業が行われる。
【００２９】
以上、一実施の形態によるウインチの駆動制御装置の構成を説明した。つぎに、上述した構成によるウインチの駆動制御装置を搭載したクラムシェル作業機によってクラムシェル作業を行う場合の動作について、図３〜６を用いて説明する。
【００３０】
図５（ａ）〜（ｃ）は、降下・制動作業、掘削・巻上作業、旋回・排土作業における、ブレーキペダルの操作量に応じたブレーキ特性を示す図である。なお、図５（ａ）〜（ｃ）において、開閉ウインチ６および支持ウインチ８に作用するブレーキ力と開閉ロープ７および支持ロープ９はそれぞれ対応している。開閉ウインチ６および支持ウインチ８に作用するブレーキ力が大きくなると、それぞれのウインチにかかるトルクが大きくなり、これによってロープの張力も大きくなる。そのため、開閉ウインチ６および支持ウインチ８に作用するブレーキ力を制御することにより、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように開閉ロープ７および支持ロープ９のロープ張力をそれぞれ任意に制御することができる。
【００３１】
図６は、以下に説明するクレーンのクラムシェル作業の動作と、操作レバー１３，ブレーキペダル２２，保持ボタン２６および旋回レバー（不図示）の操作との関係を簡単に示す図である。
【００３２】
図４に示すように、モード切換スイッチ２７によってクラムシェル作業モードが選択されると、その信号はコントローラ３０の演算部３２に入力される。演算部３２は、ブレーキペダル２３の操作量を検出するポテンショメータ２５からの信号を無効とするとともに、切換弁２８を位置ａに切り換える。切換弁２８が位置ａに切り換えられることによって、制御弁１５ａのパイロット管路と制御弁１５ｂのパイロット管路とが連通して、制御弁１５ａ、１５ｂは、１つの操作レバー１３の操作によって駆動される。
【００３３】
なお、クラムシェル作業としては、以下のような動作がある。
（１）降下
（２）制動
（３）掘削
（４）巻き上げ
（５）旋回
（６）排土
通常、クラムシェル作業は（１）〜（６）の順で行われ、掘削した土砂等をダンプ車両に排土した後、再びクラムシェルバケットを降下させて（１）〜（６）の作業を繰り返す。また、図６に示すように、オペレータは、例えば操作レバー１３を右手で、ブレーキペダル２２を右足で、保持ボタン２６を右手で、旋回レバーを左手で操作する。
【００３４】
（１）バケット降下（フリーフォール）
クラムシェルバケット５を降下させるときは、クラムシェルバケット５等の吊り荷の自重を利用してフリーフォールを用いる。オペレータは、操作レバー１３を中立にし、保持ボタン２６をオフにする。操作レバー１３が中立位置に操作されると、制御弁１５ａ、１５ｂがともに中立位置となり、油圧ポンプ１１ａ，１１ｂからの圧油はタンクへ還流し油圧モータ１２ａ、１２ｂへの圧油の供給が遮断される。
【００３５】
コントローラ３０は、ブレーキペダル２２の操作量検出器２４と、クラムシェルバケット５の保持ボタン２６と、操作レバー１３の操作検出用の圧力センサ２９とからの入力信号に基づいて、操作レバー１３が中立、ブレーキペダル２２がオフかつ保持ボタン２６がオフである場合に、フリーフォール（降下）であると判断し、ブレーキ特性選択部３１で、図５（ａ）に示すブレーキ特性を選択する。演算部３２は、図５（ａ）のブレーキ特性を実現するための比例弁２０，２１の駆動量をそれぞれ算出し、比例弁２０，２１に電気信号を出力する。
【００３６】
ブレーキペダル２２が操作されていないため、比例弁２０，２１は単なる開放弁となって油圧源１９ａ、１９ｂからの圧油がブレーキシリンダ１８ａ、１８ｂのそれぞれのロッド室ａに供給され、ブレーキディスク１６ｄがばね力に抗して図面左方向に移動する。これにより、アウタディスク１６ｃおよびインナディスク１７ｆに作用する圧接力が除去される。インナディスク１７ｆは、アウタディスク１６ｃから離れて回転可能となり、ブレーキが解除される。ブレーキが解除されると、キャリア軸１７ｅの回転が許容され、ウインチドラム６ａ，８ａは吊り荷の負荷によって自由回転状態となり、吊り荷をフリーフォールさせることができる。なお、ブレーキペダル２２の操作によるフリーフォール中のバケット５の速度制御や制動制御については、後述する。
【００３７】
（２）制動（フリーフォール）
バケット５がフリーフォールで降下する際に、その降下速度を制御するためにバケット５の制動を行う。バケット５の制動を行うために、オペレータはフリーフォールの状態からブレーキペダル２２を操作して、開閉ウインチ６および支持ウインチ８にブレーキを掛ける。
【００３８】
ブレーキ特性選択部３１は、フリーフォールの状態からブレーキペダル２２が踏み込み操作されると、つまり、操作レバー１３が中立、ブレーキペダル２２がオンかつ保持ボタン２６がオフの場合に、制動と判断し、図５（ａ）のブレーキ特性を選択する。演算部３２は、操作量検出器２４で検出されたブレーキペダル２２の操作量に基づいて、図５（ａ）のブレーキ特性を実現するための比例弁２０，２１の駆動量を算出し、比例弁２０，２１に電気信号を出力する。
【００３９】
比例弁２０，２１は、コントローラ３０から入力された信号に応じてそれぞれ駆動され、比例弁２０，２１の駆動量の増加に伴って、ブレーキシリンダ１８ａ、１８ｂのロッド室ａがタンクと連通するとともに、油圧源１９ａ、１９ｂからブレーキシリンダ１８ａ、１８ｂのロッド室ａに供給される圧油の流量が減少する。これにより、ブレーキシリンダ１８ａ，１８ｂのロッド室ａ内の圧力が低下し、ばね１６ｅのばね力によってブレーキディスク１６ｄが図面右方向に付勢される。ブレーキディスク１６ｄが付勢されることによってインナディスク１７ｆとアウタディスク１６ｃとが圧接され、インナディスク１７ｆの回転が阻止されてブレーキが作動する。
【００４０】
なお、図５（ａ）のブレーキ特性は、支持ウインチ８のブレーキ装置１６ｂのブレーキ力が、開閉ウインチ６のブレーキ装置１６ａのブレーキ力よりも常に大きくなるように設定されている。さらに、ブレーキペダル２２の操作量が大きくなるほど、支持ウインチ８のブレーキ装置１６ｂのブレーキ力および開閉ウインチ６のブレーキ装置１６ａのブレーキ力がともに大きくなるように設定されている。ブレーキ装置１６ａ，１６ｂのブレーキ力が大きくなるにつれてキャリア軸１７ｅが固定され、油圧モータ１２ａ，１２ｂの回転がウインチドラム６ａ，８ａに伝達される。これによって開閉ウインチ６および支持ウインチ８にかかるトルクが大きくなり、開閉ロープＴｋおよび支持ロープ９の張力Ｔｓが大きくなる。
【００４１】
図５（ａ）のブレーキ特性を実現するようなブレーキ力を発生させるように比例弁２０，２１を駆動することによって、支持ロープ９の張力Ｔｓは常に開閉ロープ７の張力Ｔｋよりも大きく、さらにブレーキペダル２２の操作量が大きくなるほど張力Ｔｋ、Ｔｓが大きくなるように制御される。なお、支持ロープ９の張力Ｔｓに対して開閉ロープ７の張力Ｔｋは、バケット５がフリーフォールで降下する際に開閉ロープ７に乱巻が生じないように設定される。
【００４２】
このように、フリーフォールの状態からブレーキペダル２２を踏み込んだ場合には、ブレーキペダル２２の踏み込み量に応じた制動が行われるとともに、フリーフォールでの降下中に開閉ロープ７が弛緩して乱巻を生じることなく、バケット５は開いたままで接地することができる。
【００４３】
（３）掘削
全開しているバケット５が接地した後、バケット５を閉じて掘削を行う。掘削を行うために、オペレータは操作レバー１３を巻き上げ側に操作する。
【００４４】
ブレーキ特性選択部３１は、制動の状態から、操作レバー１３が巻き上げ側に操作されて圧力センサ２９の検出値が所定値を上回ると、図５（ｂ）のブレーキ特性を選択する。つまり、操作レバー１３が巻き上げ側に操作され、ブレーキペダル２２がオン（オフでもよい）、かつ保持ボタン２６がオフの場合に、掘削と判断する。演算部３２は、ブレーキペダル２２の操作量に関わらず、図５（ｂ）のブレーキ特性を実現するための比例弁２０，２１の駆動量を算出し、比例弁２０，２１に電気信号を出力する。
【００４５】
比例弁２０，２１は、コントローラ３０から入力された信号に応じてそれぞれ駆動される。比例弁２０は、図５（ｂ）に示すように開閉ロープ７に最大張力Ｔｋｍａｘを発生させるブレーキ力を開閉ウインチ６に発生させるため、図面右方向に駆動される。ブレーキシリンダ１８ａのロッド室ａはタンクと連通してロッド室ａ内の圧力が低下し、ばね１６ｅのばね力によってブレーキディスク１６ｄが図面右方向に付勢される。これにより、インナディスク１７ｆとアウタディスク１６ｃとが圧接されてインナディスク１７ｆに摩擦力が作用し、インナディスク１７ｆの回転が阻止される。インナディスク１７ｆの回転が阻止されると、キャリア軸１７ｅの回転が停止される。この場合、ブレーキ装置１６ａはクラッチアンドブレーキ装置として機能し、油圧モータ１２ａの回転をウインチドラム６ａに伝達／非伝達する。すなわち、図５（ａ）〜（ｃ）に示すブレーキ特性においては、便宜上、ブレーキ力＝ロープ張力として説明しているが、このブレーキ力をクラッチ力と呼ぶこともできる。
【００４６】
同時に、オペレータによる操作レバー１３の操作量に応じて制御弁１５ａが駆動される。これによって油圧ポンプ１１ａからの圧油が油圧モータ１２ａに供給され、油圧モータ１２ａが駆動される。比例弁２０の駆動によってキャリア軸１７ｅの回転が停止されているので、油圧モータ１２ａの回転はサンギア１７ｃ、プラネタリギア１７およびリングギア１７ｂを介してウインチドラム６ａに伝達される。この結果、開閉ロープ７は最大張力Ｔｋｍａｘを実現するように巻き上げられ、クラムシェルバケット５を閉じて掘削を行うことができる。
【００４７】
なお、比例弁２１は、図５（ｂ）に示すように支持ロープ９に張力Ｔｓｍを発生させるブレーキ力を支持ウインチ８に発生させるように駆動される。操作レバー１３の操作によって制御弁１５ｂも駆動され、油圧ポンプ１１ｂからの圧油が油圧モータ１２ｂに供給される。これによって油圧モータ１２ｂは回転駆動するが、支持ウインチ８に作用するブレーキ力は図５（ｂ）のブレーキ特性に示すように開閉ウインチ６に作用するブレーキ力よりも小さくなるように制御される。
【００４８】
つまり、開閉ロープ７の張力Ｔｋが最大値Ｔｋｍａｘに制御され、支持ロープ９の張力Ｔｓが、開閉ロープ７の張力Ｔｋｍａｘよりも小さい所定の値Ｔｓｍに制御される。これにより、開閉ロープ７が巻き取られてバケット５が閉じ、クラムシェルバケット５による掘削を行うことができる。
【００４９】
（４）巻き上げ
バケット５によって土砂等を掘削した後、つまりバケット５が全閉した後、オペレータが操作レバー１３をそのまま巻き上げ側に操作していると、バケット５の巻き上げが開始される。
【００５０】
掘削の状態と同様に、操作レバー１３は巻き上げ側に操作され、ブレーキペダルはオン（オフでもよい）、かつ保持ボタン２６はオフであるので、ブレーキ特性選択部３１は、図５（ｂ）のブレーキ特性をそのまま選択し、演算部３２は、図５（ｂ）のブレーキ特性を実現するように算出した比例弁２０，２１の駆動量を電気信号として比例弁２０，２１に出力する。
【００５１】
比例弁２０は、上述した掘削の場合と同様に駆動され、ブレーキ装置１６ａはクラッチ装置として機能し、油圧モータ１２ａの回転をウインチドラム６ａに伝達する。ウインチドラム６ａの回転により、開閉ロープ７は最大張力Ｔｋｍａｘで巻き取られる。なお、比例弁２１は上述した掘削の場合と同様に駆動される。
【００５２】
つまり、ブレーキペダル２２の操作量に関わらず、開閉ロープ７の張力Ｔｋは最大値Ｔｋｍａｘに制御され、支持ロープ９の張力Ｔｓは開閉ロープ７の張力Ｔｋｍａｘよりも小さい所定値Ｔｓｍに制御される。これにより、バケット５は確実に閉じたまま、掘削した土砂がこぼれ落ちることなく巻き上げられる。なお、支持ロープ９の所定の張力Ｔｓｍは、バケット５が開閉ロープ７によって巻き上げられる際に支持ロープ９を弛緩させない程度の値が設定される。
【００５３】
（５）旋回
土砂を掘削して所定の位置までバケット５を巻き上げた後、土砂を排出するためにダンプ車両等の位置まで旋回を行う。旋回を行うために、オペレータは操作レバー１３を中立位置に戻し、ブレーキペダル２２を踏み込んで、保持ボタン２６をオンする。さらに、クレーン本体の上部旋回体３を旋回させるために、オペレータは不図示の旋回レバーを操作する。クレーンの旋回動作については周知であるので詳細な説明を省略する。
【００５４】
ブレーキ特性選択部３１は、操作レバー１３が中立、ブレーキペダル２２がオン、かつ保持ボタン２６がオンの場合に、旋回と判断して、図５（ｃ）のブレーキ特性を選択する。演算部３２は、操作量検出器２４で検出されたブレーキペダル２２の操作量に基づいて、図５（ｃ）のブレーキ特性を実現するための比例弁２０，２１の駆動量を算出し、比例弁２０，２１に電気信号を出力する。
【００５５】
比例弁２１は、図５（ｃ）に示すように支持ロープ９に最大張力Ｔｓｍａｘを発生させるブレーキ力を支持ウインチ８に発生させるように駆動される。ブレーキシリンダ１８ｂのロッド室ａはタンクと連通してロッド室ａ内の圧力が低下し、インナディスク１７ｆとアウタディスク１６ｃとが圧接される。これにより、ブレーキが作動してウインチドラム８ａの回転は阻止される。
【００５６】
比例弁２０は、図５（ｃ）に示すように開閉ロープ９に張力Ｔｋを発生させるようなブレーキ力を支持ウインチ８に発生させるように駆動される。なお、開閉ロープ７の張力Ｔｋは、ブレーキペダル２２の操作量が大きくなるほど大きくなるように設定される。
【００５７】
つまり、支持ロープ９の張力Ｔｓは、ブレーキペダル２２の操作量に関わらず最大値Ｔｓｍａｘに制御され、開閉ロープ７の張力Ｔｋは、ブレーキペダル２２の操作量が大きくなるほど大きくなるように制御される。これにより、バケット５が所定の位置（高さ）で保持されるとともに、ブレーキペダル２２を踏み込んでいるのでバケット５が開くことなく旋回を行うことができる。
【００５８】
（６）排土
土砂を積んだバケット５を所定位置まで旋回させた後、バケット５を開いて土砂を排出する。排土を行うために、オペレータはブレーキペダル２２を解放する。
【００５９】
ブレーキ特性選択部３１は、旋回の状態から、操作量検出器２４によって検出されるブレーキペダル２２の操作量が低下して「開閉ウインチ６のブレーキ力＜土砂をふくんだバケット５の重量」となると、排土と判断し、旋回と同様に図５（ｃ）のブレーキ特性を選択する。つまり、操作レバー１３が中立で、ブレーキペダル２２がオフで、かつ保持ボタン２６がオンである場合は、排土と判断する。演算部３２は、図５（ｃ）のブレーキ特性を実現するための比例弁２０，２１の駆動量を算出し、比例弁２０，２１に電気信号を出力する。
【００６０】
排土を行う場合はブレーキペダル２２が解放されるので、比例弁２０は、上述した（５）旋回の状態から開閉ロープ７の張力Ｔｋを小さく、つまり開閉ウインチ６に作用するブレーキ力を小さくするように駆動される。比例弁２０は、コントローラ３０からの信号に応じて図面左側に駆動され、油圧源１９ａからの圧油がブレーキシリンダ１８ａのロッド室ａに供給される。これによってブレーキシリンダ１８ａはばね力に抗して収縮し、インナディスク１７ｆとアウタディスク１６ｃとの間の圧接力が除去されてブレーキが解除される。ブレーキが解除されるとウインチドラム６ａは吊り荷の負荷によって自由回転状態となる。
【００６１】
一方、比例弁２１は、上述した（５）旋回の場合と同様に図５（ｃ）に示すように支持ロープ９に最大張力Ｔｓｍａｘを発生させるブレーキ力を支持ウインチ８に作用させるように駆動される。
【００６２】
つまり、支持ロープ９の張力Ｔｓは最大値Ｔｓｍａｘに制御され、開閉ロープ７の張力Ｔｋは、ブレーキペダル２２の操作量が小さくなるほど小さくなるように制御される。これにより、バケット５が支持ロープ９によって所定の位置で保持されるとともに、開閉ウインチ６が自由回転状態となって開閉ロープ７が繰り出され、吊り荷の自重によってバケット５が開き、排土が行われる。
【００６３】
コントローラ３０は、モード切換スイッチ２７によってクラムシェル作業モードの代わりにクレーン作業モードが入力されると、操作量検出器２５によって検出されるブレーキペダル２５の操作量の検出値を有効とするとともに、切換弁２８を位置ｂに切り換える。これにより、制御弁１５ａのパイロット管路と制御弁１５ｂのパイロット管路との連通が遮断され、第１のウインチ６の駆動は操作レバー１３およびブレーキペダル２２に応じて制御され、第２のウインチ８の駆動は操作レバー１４およびブレーキペダル２３の操作に応じて制御される。
【００６４】
以上説明したように、本発明によるウインチの駆動制御装置においては、クラムシェル作業モードが選択された場合に、１つの操作レバーと１つのブレーキペダルの操作に基づいて、第１のウインチおよび第２のウインチに作用させるブレーキ力を制御するようにした。これにより、オペレータはクラムシェル作業を行う際に１つの操作レバーと１つのブレーキペダルを操作するだけでよく、作業を行う際の負荷が軽減される。
【００６５】
それぞれのウインチに作用させるブレーキ力のブレーキ特性は、ロープの乱巻やクラムシェルバケットの不所望な開閉が生じないようにクラムシェル作業の動作に応じて適切に設定される。このため、開閉ロープと支持ロープを同調させるための操作を２つの操作レバーを用いて手動で行う必要がなくなり、オペレータの疲労が軽減されるとともに、掘削効率も向上する。また、巻き上げ中にバケットが開いて掘削物が落下するということもなくなり、良好にクラムシェル作業を行うことができる。さらに、熟練を積んでいないオペレータでも容易に操作することができ、現場での作業員不足等を解消する期待ももたれる。
【００６６】
−実施の形態の変形例−
上述した一実施の形態においては、本発明によるウインチの駆動制御装置が搭載されるクレーンにモード切換スイッチを設け、クレーン作業モードとクラムシェル作業モードとを選択できるようにした。しかし、クラムシェル作業専用の作業機にも、本発明によるウインチの駆動制御装置を適用することができる。
【００６７】
図７に、本発明の一実施の形態の変形例によるウインチの制御装置の構成を示す油圧回路図を示す。なお、図７において、図３の油圧回路と同一の機能を有するものには同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。ここでは、上述した実施の形態との相違点を主に説明する。
【００６８】
図７に示すように一実施の形態の変形例においては、図３の油圧回路図と比べて、支持ウインチ８の制動を制御するブレーキペダル２３およびその操作量を検出する検出器２５と，クラムシェル作業モードとクレーン作業モードとを切り換えるモード切換スイッチ２７と、制御弁１５ａのパイロット管路と制御弁１５ｂのパイロット管路との連通／非連通を切り換える切換弁２８とが省略されている。つまり、本発明によるウインチの駆動制御装置が搭載されるクラムシェル作業専用の作業機においては、開閉ウインチ６および支持ウインチ８の駆動を制御する操作レバーおよびブレーキペダルはそれぞれ１つずつ設けられていればよい。
【００６９】
コントローラ３０で行われるブレーキ特性の選択および比例弁２０，２１の駆動量の算出等は上述した実施の形態と同様である。
【００７０】
このように、クラムシェル作業を専用に行う作業機に本発明によるウインチの駆動制御装置を搭載した場合は、操作レバーとブレーキペダルを１つずつ設ければよいので、上述した効果に加えて、オペレータはどのレバーやペダルを操作すればよいのか混乱することなく容易且つ正確ににクラムシェル作業を行うことができる。
【００７１】
なお、以上説明した実施の形態においては、開閉ウインチ６および支持ウインチ８にそれぞれ遊星減速機構１７ａと、ブレーキアンドクラッチ装置の機能を有するブレーキ装置１６ａとを設けた例を説明した。しかしながら、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、油圧モータの回転をウインチドラムに伝達する減速機構を油圧モータの回転軸に設け、ウインチドラムを制動するブレーキ装置をウインチドラムに設けてもよい。
【００７２】
また、クラムシェルバケット５を降下させる場合にフリーフォールを用いるとして説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることはなく、ウインチを利用して動力巻き下げを行うようにしてもよい。動力巻下げを行う場合にも、開閉ウインチ６と支持ウインチ８に発生させるブレーキ力は、図５（ａ）に示すブレーキ特性を実現するように制御される。つまり、クラムシェルバケット５が接地して地面に食い込むまでクラムシェルバケット５が閉じないように、開閉ロープの張力Ｔｋ＜支持ロープの張力Ｔｓとなるように制御される。
【００７３】
さらに、開閉ウインチ６および支持ウインチ８を油圧モータ１２ａ、１２ｂによって回転駆動したが、本発明は上記実施の形態に限定されることはなく、電気モータ等を用いてもよい。
【００７４】
つまり、本発明によるウインチの駆動制御装置は、開閉ロープおよび支持ロープのそれぞれの張力、つまり開閉ウインチおよび支持ウインチのそれぞれにかかるトルクを適切に制御してクラムシェル作業を容易に行うことができるように構成したものであり、それぞれのウインチにかかるトルクを制御するために、クラムシェル作業機の動作に応じて開閉ウインチおよび支持ウインチに作用するブレーキ力を図５（ａ）〜（ｃ）に示すような特性を実現するように制御したものである。
【００７５】
以上の実施の形態において、開閉ウインチ６が第１のウインチ装置を、支持ウインチ８が第２のウインチ装置を、油圧モータ１２ａが第１の駆動装置を、油圧モータ１２ｂが第２の駆動装置を、ブレーキ装置１６ａが第１の動力伝達機構を、ブレーキ装置１６ｂが第２の動力伝達機構を、操作レバー１３が操作指令部材を、コントローラ３０が制御装置を、ブレーキペダル２２およびポテンショメータ２４が制動指令部材を構成する。
【００７６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のウインチの駆動制御装置によれば、１つの操作指令部材からの指令に基づいて第１のウインチ装置および第２のウインチ装置のトルクをそれぞれ制御するようにしたので、オペレータにかかる負担が軽減され、容易に作業を行うことができる。
また、本発明のウインチの駆動制御装置によれば、１つの操作指令部材および１つの制動指令部材からの指令に基づいて、２つのブレーキ装置に発生させるブレーキ力を制御することにより、第１のウインチ装置および第２のウインチ装置のトルクをそれぞれ制御するようにしたので、オペレータの疲労が軽減され、掘削効率も上昇する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態によるウインチの駆動制御装置を搭載したクレーンの側面図。
【図２】（ａ）図１に示すクラムシェルバケットが開いた状態を示す図、（ｂ）クラムシェルバケットが閉じた状態を示す図。
【図３】 本発明の一実施の形態によるウインチの駆動制御装置の油圧回路図。
【図４】 図３に示すコントローラとその周辺の構成を示すブロック図。
【図５】（ａ）降下・制動時のブレーキ特性の一例を示す図、（ｂ）掘削・巻き上げ時のブレーキ特性の一例を示す図、（ｃ）旋回・排土時のブレーキ特性の一例を示す図。
【図６】 本発明の一実施の形態によるウインチの駆動制御装置における、それぞれの動作と操作レバーおよびブレーキペダルの操作との関係を示す図。
【図７】 本発明の実施の形態の変形例によるウインチの駆動制御装置の油圧回路図。
【符号の説明】
５：クラムシェルバケット
６：開閉用の第１のウインチ
７：開閉ロープ
８：支持用の第２のウインチ
９：支持ロープ
１２ａ、１２ｂ：油圧モータ
１３，１４：操作レバー
１５ａ、１５ｂ：制御弁
１６ａ、１６ｂ：ブレーキ装置
１７ａ：遊星減速機構
１８ａ、１８ｂ：ブレーキシリンダ
２０，２１：電磁比例減圧弁
２２，２３：ブレーキペダル
２４，２５：ポテンショメータ
２６：保持ボタン
２７：モード切換スイッチ
２８：切換弁
２９：圧力センサ
３０：コントローラ

Claims (7)

1. 第１の駆動装置によって巻き上げ／巻下げ駆動される第１のウインチ装置と、
   第２の駆動装置によって巻き上げ／巻下げ駆動される第２のウインチ装置と、
   前記第１の駆動装置による駆動力を制動する第１のブレーキ装置と、
   前記第２の駆動装置による駆動力を制動する第２のブレーキ装置と、
   前記第１のウインチ装置および前記第２のウインチ装置に駆動指令を出力する操作指令手段と、
   前記第１のブレーキ装置および前記第２のブレーキ装置に制動指令を出力する制動指令手段と、
   前記操作指令手段および前記制動指令手段からの指令に基づいて、前記第１のウインチ装置および前記第２のウインチ装置のトルクをそれぞれ制御するように前記第１のブレーキ装置および前記第２のブレーキ装置の作動を制御する制御装置とを備えたウインチの駆動制御装置において、
   前記制御装置は、
   前記第１のウインチ装置および前記第２のウインチ装置が搭載される作業機械の動作に対応して予め設定された、前記制動指令手段の操作量と前記第１のウインチ装置および前記第２のウインチ装置に作用するブレーキ力との関係を表すブレーキ特性を記憶するとともに、前記操作指令手段および前記制動指令手段からの操作信号に基づいて、前記作業機械の動作を判断し、前記記憶されたブレーキ特性から、前記作業機械の動作に対応するブレーキ特性を選択するブレーキ特性選択部を有し、
   前記ブレーキ特性選択部で選択された前記ブレーキ特性に応じて前記第１のウインチ装置および前記第２のウインチ装置に作用する前記ブレーキ力を制御するように、前記第１のブレーキ装置および前記第２のブレーキ装置の作動を制御することを特徴とするウインチの駆動制御装置。
2. 請求項１に記載のウインチの駆動制御装置において、
   前記第１のウインチ装置および前記第２のウインチ装置のいずれか一方に駆動指令を出力する第２の操作指令手段と、
   前記第１のブレーキ装置および前記第２のブレーキ装置のいずれか一方に制動指令を出力する第２の制動指令手段と、
   前記作業機械で行う作業の種類を切り換えるモード切換手段をさらに備え、
   前記制御装置は、（１）前記モード切換手段によって第１の作業モードが選択されると、前記操作指令手段、前記制動指令手段、前記第２の操作指令手段、および前記第２の制動指令手段からの指令に基づいて、対応する前記第１または第２のウインチ装置のトルクをそれぞれ制御し、（２）前記モード切換手段によって第２の作業モードが選択されると、前記操作指令手段および前記制動指令手段からの指令のみに基づいて、前記作業機械の動作に対応して選択されたブレーキ特性に応じて前記第１のウインチ装置および前記第２のウインチ装置のトルクを制御することを特徴とするウインチの駆動制御装置。
3. 請求項２に記載のウインチの駆動制御装置において、
   前記第２の作業モードは、クラムシェルバケットを装着して行うクラムシェル作業であり、
   前記第１のウインチ装置は、前記クラムシェルバケットの開閉動作を行う開閉ロープを巻き取る開閉ウインチであり、
   前記第２のウインチ装置は、前記クラムシェルバケットを支持する支持ロープを巻き取る支持ウインチであることを特徴とするウインチの駆動制御装置。
4. 請求項３に記載のウインチの駆動制御装置において、
   前記操作指令手段が操作されたことを検出する第１の検出器と、
   前記制動指令手段の操作量を検出する第２の検出器とをさらに有し、
   前記第１のブレーキ装置および前記第２のブレーキ装置は、それぞれ油圧シリンダによって駆動され、
   前記制御装置は、前記第１の検出器および前記第２の検出器の検出結果に基づいて、前記第１のウインチ装置および前記第２のウインチ装置のそれぞれのトルクを設定し、前記設定されたトルクを実現するように前記２つの油圧シリンダに導かれる圧油の流れをそれぞれ制御して前記２つのブレーキ装置に発生させるブレーキ力を制御することを特徴とするウインチの駆動制御装置。
5. 請求項３または請求項４に記載のウインチの駆動制御装置において、
   前記作業機械の動作がバケットの降下である場合に対応するブレーキ特性は、前記第２のブレーキ装置のブレーキ力が前記第１のブレーキ装置のブレーキ力よりも大きく、かつ、それぞれのブレーキ力が前記制動指令手段の操作量に応じて大きくなるように設定されていることを特徴とするウインチの駆動制御装置。
6. 請求項３または請求項４に記載のウインチの駆動制御装置において、
   前記作業機械の動作がバケットによる掘削・巻き上げである場合に対応するブレーキ特性は、前記第１のブレーキ装置のブレーキ力が最大で、前記第２のブレーキ装置のブレーキ力が前記第１のブレーキ装置のブレーキ力よりも小さくなるように設定されていることを特徴とするウインチの駆動制御装置。
7. 請求項３または請求項４に記載のウインチの駆動制御装置において、
   前記バケットを所定の位置で保持するための保持スイッチをさらに有し、
   前記ブレーキ特性選択部は、前記操作指令手段および前記制動指令手段からの前記指令に加えて、前記保持スイッチからの信号に基づいて、前記作業機械の動作を判断し、
   前記作業機械の動作が前記バケットによる掘削物の解放である場合に対応するブレーキ特性は、前記第２のブレーキ装置のブレーキ力が最大で、前記第１のブレーキ装置のブレーキ力が前記第２のブレーキ装置のブレーキ力よりも小さくかつ前記制動指令手段の操作量に応じて大きくなるように設定されていることを特徴とするウインチの駆動制御装置。

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