JP4617885B2 - クレーンのレバー操作反力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、クレーンの操作レバーに操作反力を付与するレバー操作反力制御装置に関するものである。

従来、クレーンの旋回操作における起動加速操作時や減速停止操作時に荷揺れの原因となる急加速・急減速操作を防止することを目的として、操作レバーに操作反力を与えることで、アクチュエータの加速や減速の変化状況をオペレータに感知させることができるようにしたレバー操作反力制御装置が知られている。この種の装置として、例えば下記特許文献１には、操作反力の上限値を規制して高負荷時の反力を抑えるものが開示されており、また下記特許文献２には、モータの負荷圧力等のアクチュエータの作動状態に応じて操作反力を制御するものが開示され、また、下記特許文献３には、作業装置の作業半径に応じて操作反力を制御するものが開示されている。
実公平６−４３５２４号公報 特公平６−１２１２２号公報 特開平１０−１２９９８３号公報

しかしながら、従来のレバー操作反力制御装置においては、旋回操作時の操作性を向上するために更なる改善の余地が残されている。すなわち、ブームにジブを連結可能な構成のアタッチメントを装着したクレーンにおいては、ブームとジブとの連結部にはガタがあるため、旋回操作時においてはジブがブームに対して上部旋回体の旋回方向に揺動することがあり得る。このため、ジブ連結時における旋回操作時にジブ先端部を目標位置に正確に合わせるのにオペレータが労力を要するという問題がある。

そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ブームとジブとが連結されている場合にはジブ先端部の位置ずれを抑制し、オペレータの旋回操作に対する負担を軽減できるようにすることにある。

前記の目的を達成するため、本発明は、旋回可能に構成されたクレーン本体に支持されるブームを備えるとともにこのブームがジブを連結可能に構成されているクレーンに設けられ、操作レバーにより前記クレーン本体の旋回操作を行うときにこの操作レバーに付与される操作反力を調整するレバー操作反力制御装置を前提として、前記操作レバーに操作反力を付与する反力機構と、過負荷防止装置に入力されたデータに基づいて、前記ブームに前記ジブが連結されているか否かを判定する連結判定手段と、前記連結判定手段の判定結果に基づいて、前記反力機構から前記操作レバーに付与される操作反力を調整する連結用反力調整手段とを備え、前記連結用反力調整手段は、前記ジブが連結されていると判定されたときには、前記ジブが連結されていないと判定されたときよりも操作反力を大きくするように構成されていることを特徴とする。

この構成では、ブームにジブが連結されているか否かによって操作レバーに付与される操作反力が調整されるので、ブームにジブが連結されている場合の旋回操作において、ブームとジブとの連結部にガタがあることでブームに対してジブがクレーン本体の旋回方向に揺動することがあるとしても、ジブ連結時にはこのジブの揺動を加味した操作反力が操作レバーに付与されることになる。一方、ジブが連結されていない場合には、それに応じた操作反力が付与される。この結果、ジブ非連結時にはブーム先端部を目標位置に容易に操作可能としつつ、ジブが連結されている場合のクレーン本体の旋回操作時にジブ先端部が目標位置からずれるのを抑制することができ、オペレータの旋回操作に対する負担を軽減することができる。

前記反力調整手段は、前記ジブが連結されていると判定されたときには、前記ジブが連結されていないと判定されたときよりも操作反力を大きくするように構成されている。ブームとジブとのガタによってジブが旋回方向に揺動することがあるが、ジブが連結されていると判定されたときには、前記ジブが連結されていないと判定されたときよりも操作反力を大きくすることにより、ジブが連結されている場合に操作レバーの操作に対してより大きな負荷がかかることになるので、ジブが連結されていない場合に比べてラフな操作をし辛くなる。この結果、ジブがブームに対して揺動するような操作を抑制できて、ジブが目標位置からずれるのを確実に抑制することができる。

また、クレーンに予め搭載されている過負荷防止装置に入力されたデータを利用できるので、新たにデータ入力手段等を付加する必要がなく、コストの増大を抑制することができる。

また、前記ブーム又は前記ジブに設けられ、風速を検出する風速検出手段と、前記風速検出手段の検出結果に基づいて、前記反力機構から操作レバーに付与される操作反力を調整する風力用反力調整手段とを備えていてもよい。

すなわち、ブームとジブとの連結部にガタがあることから、ジブは風を受けるとその風力に応じてブームに対してクレーン本体の旋回方向に揺動することとなるが、この構成では、検出された風速に応じて操作反力を調整するので、風速に応じて生ずるジブの揺れに対して効果的に操作反力を与えることができる。この結果、風がある中でのクレーン本体の旋回操作時に、ジブ先端部が目標位置からずれるのを抑制することができ、オペレータの旋回操作に対する負担を軽減することができる。

ここで、前記風力用反力調整手段は、検出風速が大きなときほど前記操作レバーに付与される操作反力を大きくするように構成されているのが好ましい。

すなわち、風が大きなときほどジブが受ける風力が大きくなってジブが揺動しやすくなるが、この構成では、検出風速が大きなときほど操作レバーに付与される操作反力が大きくなるようにしているので、風が大きなときほどラフな操作をし難くなる。この結果、ジブがブームに対して揺動するような操作を抑制できて、ジブが目標位置からずれるのを確実に抑制することができる。

以上説明したように、本発明によれば、ブームにジブが連結されている場合に、ブームとジブとの連結部にガタがあることでジブ先端部がクレーン本体の旋回方向に位置ずれするのを抑制することができ、オペレータの旋回操作に対する負担を軽減することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る安全装置が適用されたクレーン１０の全体構成を示している。このクレーン１０は、クローラ式の下部走行体１４と、この下部走行体１４上に縦軸まわりに旋回自在に搭載されたクレーン本体の一例としての上部旋回体１５と、この上部旋回体１５に取り付けられたアタッチメント１２とを備えている。上部旋回体１５は、キャブのオペレータ室内に配設される後述の操作レバー６の操作により、左回り・右回りに旋回するようになっている。

アタッチメント１２は、上部旋回体１５に取り付けられるブーム（タワーブーム）１７と、このブーム１７の先端部に連結されるジブ１９とを備えている。ジブ１９は、必要に応じて連結されるものであり、このクレーン１０は、ジブ有り姿勢及びジブ無し姿勢の何れでも作業可能となっている。

ブーム１７の先端部には、ブーム起伏ウィンチ２１によって巻取り駆動されるブーム起伏ロープ２３がブームガイライン２５を介して接合されており、ブーム１７は、ブーム起伏ロープ２３の繰り出し、引き込みにより起伏動作するようになっている。そして、ジブ１９は、ジブ起伏ロープ２９の繰り出し、引き込みによりブーム１７に対して回動動作するようになっている。

図２は、このクレーン１０の旋回動作に関連する油圧系統を示しており、同図に示すように上部旋回体１５は、操作レバー６の操作によって方向切換弁（旋回用コントロールバルブ）２が切り換わり、油圧モータ（旋回用油圧モータ）３の旋回方向を切り換えるようになっている。以下、具体的に説明する。

方向切換弁２はパイロット式切換弁であり、この方向切換弁２を切換えるためにパイロット弁（旋回用油圧パイロット弁）４が用いられている。パイロット弁４は一対の減圧弁（操作用減圧弁）５，５’を有する。各減圧弁５，５’は、弁本体４１に設けられた弁室５１，５１’内にスプール５３，５３’を摺動自在に挿入して構成されている。弁室５１，５１’には、それぞれ入力ポート４２と、リターンポート４３と、出力ポート４４，４４’とが設けられている。スプール５３，５３’には、それぞれ油孔５２，５２’が形成されている。

スプール５３，５３’の先端側（上端側）は、弁本体４１から上方へ突出するように設けられたプッシュロッド５４，５４’の基端側穴に挿入されている。そして、スプール５３，５３’とプッシュロッド５４，５４’との間には、コイルばね５５，５５’が介装される一方、スプール５３，５３’の後端側と、弁本体４１との間にはコイルばね５６，５６’が介装されている。

上記入力ポート４２は油路を通して操作用油圧ポンプ５０に接続され、またリターンポート４３は油路を通してタンク３３に接続され、また出力ポート４４，４４’はパイロット油路３４，３４’を通して方向切換弁２のパイロットポートに接続されている。

操作レバー６は、枢軸６１を介して弁本体４１に揺動自在に支持されている。操作レバー６は、前記一対の減圧弁５，５’に対向するように左右の作動部６２，６２’が設けられていて、操作レバー６を枢軸６１回りに回動操作することによりパイロット弁４を操作できるようになっている。図２はパイロット弁４の操作レバー６を中立位置から一方側（図の左側）に傾倒操作した状態を示しており、この操作により一方の減圧弁５のプッシュロッド５４が押し下げられ、これに伴ってスプール５が押し下げられて出力ポート４４からレバー操作角に応じたパイロット圧がパイロット油路３４に出力され、そのパイロット圧により方向切換弁２が中立位置イから位置ロに切り換えられている。これにより油圧ポンプ１の吐出油が矢印方向に油路３１を流れて油圧モータ３に導入され、この油圧モータ３が正転されて上部旋回体１５が例えば左方向に旋回される。一方、方向切換弁２が中立状態イから位置ハに切り換えられたときには、油圧ポンプの吐出油が油路３２に流れ、油圧モータ３は逆転されて上部旋回体１５が例えば右方向に旋回される。

油圧ポンプ１から方向切換弁２に至る油路には、圧力センサ９１が設けられており、この圧力センサ９１によって油圧モータ３の旋回負荷圧力が検出されている。圧力センサ９１は、その検出値に応じた検出信号（ＰＭ）を出力するように構成されている。

パイロット弁４には、操作レバー６に操作反力を付与する反力機構３０が設けられている。この反力機構３０は、パイロット弁４の弁本体４１に一体的に組込まれた反カシリンダ７，７’によって構成される。すなわち反力シリンダ７，７’は、弁本体４１の減圧弁５，５’に対応する側にそれぞれ設けられた反カシリンダ室と、各シリンダ室内に摺動自在に挿入されたピストン７１，７１’と、各ピストン７１，７１’に連結され且つ操作レバー６の各作動部６２，６２’に対応するように配置されたロッド７２，７２’とによって構成されている。ピストン７１，７１’の背面には油室７３，７３’が形成されており、この油室７３、７３’は、油路８１，８１’を通して後述の電磁比例減圧弁８と接続されている。

ロッド７２，７２’は、レバー中立位置において操作レバー６に操作反力を付加しない状態で作動部６２，６２’の下面に接触するような突出高さに設定されている。そして、ロッド７２，７２’は、操作レバー６の傾倒操作開始と同時にその作動部６２，６２’に操作反力を加えるようになっている。ロッド７２，７２’のストローク量は操作レバー６の傾倒操作の操作ストロークに対応している。

本実施形態に係るクレーン１０は、入力信号に応じて圧油を流出させる電油変換手段としての電磁比例減圧弁８と、過負荷防止装置１００と、風速検出手段１０３と、コントローラ９とを備えている。過負荷防止装置１００には、アタッチメントとして取り付けられているブーム１７、ジブ１９等の諸元に関するデータ、ジブ１９の連結の有無についてのデータ等が入力されている。風速検出手段１０３は、ブーム１７の先端部に取り付けられており、ブーム１７及びジブ１９の周囲の風速を検出して、その検出した風速に応じた検出信号を出力するように構成されている。

コントローラ９は、過負荷防止装置１００からの出力信号と、風速検出手段１０３からの検出信号とを入力とする一方、電磁比例減圧弁８に対する反力制御信号ｉ（制御電流）を出力とする。コントローラ９には、制御マップやデータ並びにプログラムが記憶されており、これら制御マップやデータ並びにプログラムを実行することによって、コントローラ９には、連結判定手段としての判定制御部１０５と、連結用反力制御部１０７と、風力用反力制御部１０８とが機能的に含まれている。

判定制御部１０５は、過負荷防止装置１００に入力されたデータに基づいてジブ１９の連結の有無を判定するように構成されている。

連結用反力制御部１０７は、判定制御部１０５の判定結果に応じて反力機構３０に付与される操作反力を導出するように構成されており、その導出された操作反力に応じた反力制御信号ｉを出力するように構成されている。そして、この連結用反力制御部１０７と電磁比例減圧弁８とによって、判定制御部１０５の判定結果に応じて、反力機構３０から操作レバー６に付与される操作反力を調整する連結用反力調整手段が構成されている。

連結用反力制御部１０７による操作反力は、図３に示すように、ジブ有り姿勢と、ジブ無し姿勢とで異なる値が導出されるようになっている。すなわち、ジブ１９が連結されたジブ有り姿勢では、ジブ１９が連結されていないジブ無し姿勢のときよりも大きな操作反力が付与されるようになっており、ジブ有り姿勢ではラフな旋回操作がし難くなっている。導出値は、油圧モータ３の旋回負荷圧力が大きくなるにしたがって増大する構成とされている。

この場合において、ジブ１９が連結されていると判定されたときには、ブーム１７に対してジブ１９が揺動するようなガタのないと仮定したときに旋回負荷圧力に応じて付与される操作反力よりも大きな操作反力が操作レバー６に付与される。したがって、ブーム１７とジブ１９とを単純に加えてそのアタッチメント長さや作業半径等に応じて旋回反力を付与するものに比べて、より効果的な大きな操作反力が付与されることとなり、しかもジブ１９が連結されていない場合には、不必要に大きな操作反力が付与されない。

なお、同図に示す例では、油圧モータ３の旋回負荷圧力に応じて操作反力を変える構成としているが、これに限られるものではなく、操作反力を旋回負荷圧力に関わり無く一定値にするとともに、ジブ有り姿勢とジブ無し姿勢とで導出値を変えるだけの２値固定値としてもよい。この場合には、圧力センサ９１を省略することも可能である。

風力用反力制御部１０８は、風速検出手段１０３から出力された検出信号に応じて反力機構３０に付与される操作反力を導出するように構成されており、その導出された操作反力に応じた制御信号ｉを出力するように構成されている。この操作反力は、連結用反力制御部１０７によって導出された操作反力を補正するものである。したがって、ジブ有り姿勢での操作反力及びジブ無し姿勢での操作反力をそれぞれさらに風速に応じて補正している。そして、風力用反力制御部１０８と電磁比例減圧弁８とによって、風速検出手段１０３の検出結果に応じて、反力機構３０から操作レバー６に付与される操作反力を調整する風力用反力調整手段が構成されている。

風力用反力制御部１０８による操作反力は、図４に示すように、検出された風速が増大するのに従って増大されるように構成されている。すなわち、ジブ１９が連結されている場合、ジブ１９は風を受けるとブーム１７に対して上部旋回体１５の旋回方向に揺動する虞があるので、検出した風速に応じて操作反力が大きくなるようにすることで、ジブ１９が揺動してジブ先端部が目標位置からずれる傾向にあるときにラフな操作を抑制することができるようになっている。

この構成では、追い風となる方向に旋回加速操作を行う場合には、ジブ１９が風に押される格好となるが、この場合には、無風時に比べて操作レバー６の操作量は少なくなるため、風速に応じて操作反力が大きくなる構成としても問題は生じない。一方、向かい風となる方向に旋回加速する場合には、受ける風の風速に応じて操作反力が付与されることとなり、風が強い場合ほどラフな操作をし難くなる。

なお、図例では、操作反力が風速の増大に伴って比例的に増大する構成としているが、これに限られるものではない。例えば、所定風速未満の低速域で第１の操作反力が与えられる一方、所定風速以上の高速域ではそれよりも大きな第２の操作反力が与えられる構成としたり、図３と同様に風速が増大するほど操作反力を増大させつつ低速域のゲインを高速域のゲインよりも小さくする構成としてもよく、あるいは操作反力が曲線的に増大する構成としてもよい。

電磁比例減圧弁８は、一次側が油圧ポンプ（操作用油圧ポンプ）５０に接続される一方、受信部にコントローラ９からの制御信号ｉが入力されるようになっている。そして、電磁比例減圧弁８は、入力信号に応じて反力制御信号（パイロット圧）Ｐｉを出力する。このパイロット圧Ｐｉによって操作反力が制御される。

コントローラ９が出力した制御信号ｉが電磁比例減圧弁８に入力されると、パイロット圧Ｐｉが油路８１，８１’を経て油室７３，７３’に入力され、そのパイロット圧Ｐｉによりピストン７１，７１’を介してロッド７２，７２’が突出方向（上方）に押し出され、操作レバー６の作動部６２を押圧する。この押圧力は操作レバー６の操作反力Ｆｂとして作用する。このとき、操作レバー６には減圧弁５のプッシュロッド５４を中立に戻そうとする力およびパイロット弁４の二次圧反力が固有の反力Ｆａとして作用しており、この固有反力Ｆａと上記負荷圧力ＰＭに応じて制御される操作反力Ｆｂとの和が全操作反力Ｆ（Ｆ＝Ｆａ＋Ｆｂ）として操作レバー６に作用する。固有反力Ｆａはパイロット弁４における減圧弁５のコイルばね５６やスプール５３の摺動抵抗等によって決るものであり、ほぼ一定である。これに対し、反力機構３０のロッド７２による操作反力Ｆｂは、ジブ１９の連結の有無及び／又は風速に応じて調整されるものである。

以上説明したように、本実施形態によれば、ブーム１７とジブ１９との連結部にガタがあることでブーム１７に対してジブ１９が上部旋回体１５の旋回方向に揺動することがあるとしても、操作レバー６に付与される操作反力が、ブーム１７にジブ１９が連結されているか否かによって調整され、しかもジブ１９が受ける風速に応じて操作反力の大きさが調整されるので、ジブ非連結時にはブーム先端部を目標位置に容易に操作可能としつつ、ジブ１９が連結されている場合の上部旋回体１５の旋回操作時にジブ先端部が目標位置からずれるのを抑制することができ、オペレータの旋回操作に対する負担を軽減することができる。

また、本実施形態では、ジブ１９が連結されている場合により大きな操作反力が付与されるようにしているので、ジブ１９が連結されている場合に操作レバー６により大きな操作反力がかかることになり、ジブ１９が連結されていない場合に比べてラフな操作をし辛くなる。この結果、ジブ１９がブーム１７に対して揺動するような操作を抑制できて、ジブ１９が目標位置からずれるのを確実に抑制することができる。

また、本実施形態では、過負荷防止装置１００に入力されたデータを利用してジブ１９の連結の有無を判定するようにしたので、クレーン１０に予め搭載されている過負荷防止装置１００に入力されたデータを利用でき、新たにデータ入力手段等を付加する必要がなく、コストの増大を抑制することができる。

また、本実施形態では、検出風速が大きなときほど操作レバー６に付与される操作反力が大きくなるようにしているので、風が大きなときほどラフな操作をし難くなる。この結果、ジブ１９がブーム１７に対して揺動するような操作を抑制できて、ジブ１９が目標位置からずれるのを確実に抑制することができる。

なお、本実施形態では、ジブ１９連結の有無に基づく操作反力制御と、風力に基づく操作反力制御とを併用する構成としたが、これに限られるものではなく、何れか一方のみとしてもよい。

本実施形態と異なり、反力機構３０を図５に示す構成にしてもよい。すなわち、反力機構３０は、反力シリンダ８１と、電磁比例リリーフ弁８３と、一対のチェック弁８７とによって構成してもよい。この構成では、操作レバー６は方向切換弁２のスプールに結合されており、操作レバー６によって直接方向切換弁２を切り換える構成となっている。また、反力シリンダ８１は、ピストン８８を挟んで両側にそれぞれ油室８２，８２’が設けられるとともに、ピストンロッド８９が方向切換弁２のスプールに結合されている。チェック弁８７は、反力シリンダ８１の各油室８２，８２’と電磁比例リリーフ弁８３の入力ポートとを接続する油路に設けられている。そして、チェック弁８７は、反力シリンダ８１の各油室８２，８２’から電磁比例リリーフ弁８３へ向かう流れを許容する一方、その逆向きの流れを阻止し、高圧選択弁として機能する。電磁比例リリーフ弁８３は、受信部にコントローラ９による制御信号ｉが入力されるようになっていて、入力信号に応じて圧力制御を行うようになっている。この結果、反力シリンダ８１の油室８２，８２’内の圧力が調整され、操作レバー６に付与される操作反力が調整される。なお、符号８５は、キャビテーション防止用のチェック弁である。

この構成でも、前記実施形態と同様に、ジブ１９が連結されている場合の旋回操作時にジブ先端部が目標位置からずれるのを抑制することができ、オペレータの旋回操作に対する負担を軽減することができる。

本発明の実施形態に係るクレーンの全体構成を概略的に示す図である。 前記クレーンの旋回用油圧モータの制御系統を示す回路図である。 コントローラに記憶されている旋回負荷圧力と操作反力との関係を示す特性図である。 コントローラに記憶されている風速と操作反力との関係を示す特性図である。 その他の実施形態に係るクレーンの旋回用油圧モータの制御系統を示す回路図である。

６ 操作レバー
８ 電磁比例減圧弁
１５ 上部旋回体（クレーン本体の一例）
１７ ブーム
１９ ジブ
３０ 反力機構
８３ 電磁比例リリーフ弁
１０５ 判定制御部（連結判定手段の一例）
１０７ 連結用反力制御部
１０８ 風力用反力制御部

Claims (3)

1. 旋回可能に構成されたクレーン本体に支持されるブームを備えるとともにこのブームがジブを連結可能に構成されているクレーンに設けられ、操作レバーにより前記クレーン本体の旋回操作を行うときにこの操作レバーに付与される操作反力を調整するレバー操作反力制御装置であって、
   前記操作レバーに操作反力を付与する反力機構と、
   過負荷防止装置に入力されたデータに基づいて、前記ブームに前記ジブが連結されているか否かを判定する連結判定手段と、
   前記連結判定手段の判定結果に基づいて、前記反力機構から前記操作レバーに付与される操作反力を調整する連結用反力調整手段とを備え、
   前記連結用反力調整手段は、前記ジブが連結されていると判定されたときには、前記ジブが連結されていないと判定されたときよりも操作反力を大きくするように構成されていることを特徴とするクレーンのレバー操作反力制御装置。
2. 前記ブーム又は前記ジブに設けられ、風速を検出する風速検出手段と、
   前記風速検出手段の検出結果に基づいて、前記反力機構から操作レバーに付与される操作反力を調整する風力用反力調整手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のクレーンのレバー操作反力制御装置。
3. 前記風力用反力調整手段は、検出風速が大きなときほど前記操作レバーに付与される操作反力を大きくするように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のクレーンのレバー操作反力制御装置。
   

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