JP5436907B2

JP5436907B2 - クレーン

Info

Publication number: JP5436907B2
Application number: JP2009078060A
Authority: JP
Inventors: 博之藤野; 正人長尾; 直人川淵
Original assignee: Tadano Ltd
Current assignee: Tadano Ltd
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2029-03-27
Also published as: JP2010228865A

Description

本発明は、ジブを有するクレーンに関するものである。

従来、クレーンのブームの先端に、さらにラフィングジブを取付けて構成されるクレーンが知られている。

このラフィングジブを有するクレーンは、ブームの先端にラフィングジブを起伏可能に取り付け、このラフィングジブの先端からフックブロックを吊り下げることで、高揚程、大作業半径の作業を可能としている。

そして、このラフィングジブを有するクレーンでは、ラフィングジブを立てる方向に起伏角度を大きくしていくと、ラフィングジブを支えるマストやワイヤの重量による後方への回転モーメントが大きくなり、ラフィングジブが後方に転倒するおそれがある。

このため、例えば特許文献１では、ブームとラフィングジブの間に転倒防止シリンダを架け渡す構成が開示されている。

この構成によれば、後方への回転モーメントが大きくなった場合に、転倒防止シリンダの圧力を低圧から高圧に切り替えてラフィングジブを前方に押し返すことで転倒を防止できる。

特開平成１１−２６３５８９号公報

しかしながら、前記した従来のクレーンでは、後方への回転モーメントが小さくなって転倒防止シリンダの圧力を高圧から低圧に切り替えたときに、保持ワイヤの張力が急激に開放されてブームが撓むため、荷振れが生じる場合があった。

そこで、本発明は、ジブの後方転倒を防止しつつ荷振れを低減できるクレーンを提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明のクレーンは、ブームと、前記ブームの先端に起伏可能に取付けられるジブと、前方に傾斜した前記ジブを後方に引き起こすようにして保持する保持ワイヤと、前記ブームと前記ジブに架け渡されて前記ジブを前方に駆動する転倒防止手段と、を有するクレーンであって、前記保持ワイヤの張力が所定の転倒許容張力よりも小さくなる転倒危険領域では、当該張力の前記所定の転倒許容張力に対する不足分の張力を計算し、前記転倒防止手段は、当該不足分の張力に相当する力で前記ジブを駆動することを特徴とする。

本発明のクレーンは、保持ワイヤの張力が所定の転倒許容張力よりも小さくなる転倒危険領域では、当該張力の所定の転倒許容張力に対する不足分の張力を計算し、転倒防止手段は、当該不足分の張力に相当する力でジブを駆動する。

このように、保持ワイヤの張力の不足分を補う力でジブを駆動することで、保持ワイヤの張力を一定に維持できるため、ブームが急激に撓むことはなく、荷触れが生じることもなくなる。

本発明のクレーンの構成を説明する説明図である。クレーンの全体構成を説明する説明図である。クレーンの油圧回路図である。チルト角の変化を示した説明図である。転倒防止手段の制御手順を説明するフローチャートである。転倒防止手段の制御手順を説明するフローチャートである。保持ワイヤの張力と転倒防止手段の圧力の関係を示したグラフである。チルト角と保持ワイヤの張力の関係を示したグラフである。従来例の油圧回路図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

まず、図２を用いて本発明のクレーン１の全体構成を説明する。

本発明のクレーン１は、オールテレーンクレーンであり、図２に示すように、走行機能を有する車体１０と、車体１０の上に水平旋回可能に取付けられる旋回台１１と、旋回台１１に起伏可能に取付けられるブーム２と、ブーム２の先端に起伏可能に取付けられるジブとしてのラフィングジブ３と、を備えている。

なお、本実施例ではクレーン１としてオールテレーンクレーンに適用する場合について説明するが、ジブを有するクレーンであって転倒防止用のシリンダを有するものであればどのようなクレーンにも適用できる。

図１に示すように、車体１０の内部には、クレーン１が転倒しないように総合重心位置や転倒モーメントを監視する安全装置（ＡＭＬ）７０が配置されており、後述するバックストッパシリンダ５の動作を制御する。安全装置（ＡＭＬ）７０は、中央演算処理装置、主記憶装置、補助記憶装置などを有する汎用のマイクロコンピュータなどによって構成することができる。

このブーム２は、鋼製の筒体を入れ子状に重ねて伸縮自在に形成されるもので、本体２０の付け根部分が旋回台１１の回動軸に取付けられて、起伏シリンダ２１を伸縮させることで起仰・倒伏する。

また、ジブとしてのラフィングジブ３は、作業半径、作業揚程を大きくするために用いられるもので、鋼材をトラス状に組んだラチスジブとして形成されており、ブーム２の先端の回動軸に起伏自在に取付けられている。

さらに、このラフィングジブ３の先端に取付けたシーブ３１には、吊上ワイヤ４０が掛けられており、この吊上ワイヤ４０の一方の先端にはフックが取付けられ、他方の末端は旋回台１１に配置された吊上用ウインチ６６に巻回されている。

そして、このラフィングジブ３の背面側には、マスト６１，６２が立設されて、先端側のマスト６１とラフィングジブ３の間、先端側のマスト６１と後端側のマスト６２の間にそれぞれリンク６３，６４が架けられている。

加えて、この一体となったラフィングジブ３の背面側には、ラフィングジブ３やマスト６１，６２やリンク６３，６４などを引き起こすように保持する保持ワイヤ４１が掛けられている。この保持ワイヤ４１の一端はラフィングジブ３の先端に取付けられ、他端は旋回台１１に配置された保持用ウインチ６７に巻回されている。

また、本実施例の保持ワイヤ４１には、後端側のマスト６２と保持用ウインチ６７の間に、この保持ワイヤ４１に作用する張力を計測する張力計測器６５が設置されている。

例えば、このラフィングジブ３をチルト角θが小さくなるように起仰する場合は、保持用ウインチ６７によって保持ワイヤ４１を巻き取り、チルト角θが大きくなるように倒伏する場合は、保持用ウインチ６７によって保持ワイヤ４１を送り出す。

そして、本実施例のブーム２の先端とラフィングジブ３の付根の間には、ラフィングジブ３の後方転倒を防止するために、背面側（上面側）に転倒防止手段としてのバックストッパシリンダ５が架け渡されている。バックストッパシリンダ５のキャップ側５２はラフィングジブ３に取り付けられ、ヘッド側５３はブーム２に取付けられている。

このバックストッパシリンダ５は、例えば、ラフィングジブ３がチルト角θを小さくするように起仰して、ラフィングジブ３全体の総合重心位置（後述）がラフィングジブ３の回動軸近傍に位置するようになり、転倒許容張力よりも保持ワイヤ張力が小さくなると、ラフィングジブ３を前方（チルト角θを大きくする方向）に押し返す。

ここにおいて、ラフィングジブ３全体の総合重心位置とは、ラフィングジブ３とマスト６１，６２とリンク６３，６４と保持ワイヤ４１と吊り荷のそれぞれの重力の合力の作用点をいう。

また、チルト角θとは、ブーム２の軸とラフィングジブ３の軸とがなす上側の角のことをいうものとする。さらに、ブーム２やラフィングジブ３について前方とは、フックや荷が位置する側を指すものとし、後方とはフックや荷が位置する方向とは逆側を指すものとする。

なお、図示しないが、作業機の姿勢を計測する計測手段として、ブーム２にはブーム長計測器、起伏角度計測器、旋回角度計測器が取付けられ、ラフィングジブ３には傾斜角度計測器が取付けられ、吊上用ウインチ６６や保持用ウインチ６７には回転数計測器が取付けられており、それぞれ制御装置としての安全装置７０に計測値を通知するようにされている。

次に、本実施例のクレーン１のバックストッパシリンダ５を制御するための油圧回路について、図３を用いて説明する。

このバックストッパシリンダ５の内部は、ロッド５１が配置されるヘッド側５３と、ピストンを挟んで反対側のキャップ側５２と、に区分され、それぞれがポンプ８８やタンク８９に繋がっている。

キャップ側５２の回路には、設定圧を変化させることができる電磁比例リリーフ弁８１と、カウンタバランス弁８３と、が接続されている。

電磁比例リリーフ弁８１は、キャップ側５２の圧力を任意の圧力に保持するためのもので、キャップ側５２とタンク８９の間に配置されている。

また、この電磁比例リリーフ弁８１は、単動可変式のソレノイド（電磁アクチュエータ）によって制御されており、制御装置としての安全装置７０からの司令を受けてソレノイドが前後して設定圧が定められる。

そして、キャップ側５２の回路内の油圧が設定圧に達すると、ソレノイド吸引力とスプリング反力に抗してピストンを押し込むことで、弁が開いて作動油が流れて圧力を維持する。

同様に、ヘッド側５３の回路には、リリーフ弁８６と、ヘッド側排油弁８５と、カウンタバランス弁８４と、が接続されている。

リリーフ弁８６は、ヘッド側５３の圧力の上限を維持するためのもので、スプリングによってピストンを押圧して弁を閉じる常時閉の弁であり、ヘッド側５３とタンク８９の間に配置されている。

また、ヘッド側排油弁８５は、ヘッド側５３の作動油を低圧でタンク８９側に排出するために用いられるもので、制御装置としての安全装置７０から指示を与えた場合にのみソレノイドが移動して弁を開く常時閉の弁であり、ヘッド側５３とタンク８９の間に配置されている。

次に、本実施例のクレーン１の作用について、図４〜８を用いて説明する。なお、以下で説明する張力保持制御は、主として制御手段としての安全装置７０において実行される。

まず、ラフィングジブ３を起仰させてチルト角θを小さくしていくと（例えば、図４のθｅからθｃ）、張力計測器６５で計測された保持ワイヤ４１の張力Ｔが減少して許容張力Ｔ１になり、これ以降は転倒危険領域に入る（ステップＳ１〜Ｓ３）。

この転倒危険領域では、ラフィングジブ３を起仰させる際に（図４のθｃからθｄ１）、保持ワイヤ４１の張力Ｔを張力計測器６５によって連続的に計測し、バックストッパシリンダ５のキャップ側５２をこの張力Ｔの許容張力Ｔ１に対する不足分（Ｔ１−Ｔ）に相当する圧力で加圧して、張力Ｔを許容張力Ｔ１に一定に保持する（ステップＳ４〜Ｓ７のＮＯ）。

ここにおいて、張力Ｔの不足分（Ｔ１−Ｔ）に相当するバックストッパシリンダ５の圧力は、不足分（Ｔ１−Ｔ）の大きさ、ブーム２の起伏角度、ラフィングジブ３のチルト角θ、保持ワイヤ４１や吊上ワイヤ４０の長さ、吊荷の重さ、などの入力値に基づいて安全装置７０で演算される。

実際には、一定の微小時間間隔で、圧力の計測、張力Ｔの不足分（Ｔ１−Ｔ）の計算、バックストッパシリンダ５による加圧、を繰り返すことで、計測された張力Ｔを許容張力Ｔ１の上下の所定範囲に収束させることができる。

この場合、油圧回路は安全装置７０の司令を受けて、キャップ側送油弁９０がＯＮ、電磁比例リリーフ弁８１が安全装置７０で演算された張力Ｔの不足分（Ｔ１−Ｔ）に相当する設定圧に調整されている。したがって、バックストッパシリンダ５のキャップ側５２に作動油が送油され、キャップ側５２の圧力が徐々に上昇し、電磁比例リリーフ弁８１が作動して張力Ｔの不足分（Ｔ１−Ｔ）に相当する設定圧に調整する。

そして、さらにラフィングジブ３を起仰させてチルト角θを小さくしていき（図４のθｄ１からθｆ）、バックストッパシリンダ５の圧力が転倒防止圧Ｈに達すると（ステップＳ７のＹＥＳ）、上記の張力保持制御を終了する。

なお、ラフィングジブ３を起仰させてチルト角θを小さくして（図４のθｄ１からθｆ、ステップＳ８〜Ｓ１０）、保持ワイヤ４１の張力Ｔが所定の限界張力ＴＢに達すると、安全装置７０によって、これ以降は転倒モーメントが大きくなるようなすべての動作が禁止される（ステップＳ１１）。

これと反対に、ラフィングジブ３を倒伏させてチルト角θを大きくしていくと、上記と逆順の制御となる。

すなわち、チルト角θｄ１からチルト角θｃまでの転倒危険領域では、ラフィングジブ３を倒伏させつつ、張力Ｔの不足分（Ｔ１−Ｔ）に相当する圧力でバックストッパシリンダ５を加圧し、チルト角θｃ以上の転倒余裕領域では、バックストッパシリンダ５を低圧Ｌのままとする。

なお、上記した張力保持制御では、保持ワイヤ４１の張力Ｔを張力計測器６５によって直接的に計測して、バックストッパシリンダ５を加圧する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、直接的には計測せずにラフィングジブ３に取付けたチルト角計測器（不図示）によってチルト角θを計測することで間接的に張力Ｔを推測してもよい。

つまり、ラフィングジブ３の重量は、保持ワイヤ４１とブーム２とによって支持されているが、ラフィングジブ３のチルト角θが変化して姿勢が変わると、重量の分担割合が変化するため、保持ワイヤ４１の張力Ｔも変化する。

したがって、保持ワイヤ４１の張力Ｔを計測しなくても、チルト角θを計測することによって、保持ワイヤ４１の張力Ｔを推定できることになる。

そこで、チルト角θが減少して所定の許容チルト角θｃに達すると、保持ワイヤ４１の張力Ｔが許容張力Ｔ１に略一致するように、必要なバックストッパシリンダ５の出力を計算したうえで加圧する。

この場合、ブーム２の起伏角、長さ、ラフィングジブ３のチルト角に応じて変化する総合重心位置や後方転倒角に応じて、転倒を防止できるようなバックストッパシリンダ５の圧力を計算して加圧する。

そして、チルト角θが減少してチルト角θｄ１に達すると張力保持制御を終了し、さらにチルト角θｆに達すると危険側の動作を禁止する。

なお、図５で説明した転倒防止手段の制御手順は、図６に示すような制御手順で実行することもできる。

すなわち、張力を計測して（ステップＳ２１）、張力Ｔが許容張力Ｔ１と一致すれば（ステップＳ２２のＹＥＳ）、バックストッパシリンダ５の伸側の電磁比例リリーフ弁８１の設定圧を維持して（ステップＳ２３）、はじめに戻る。

一方、張力Ｔが許容張力Ｔ１と一致せず（ステップＳ２２のＮＯ）、かつ許容張力Ｔ１より大きければ（ステップＳ２４のＹＥＳ）、バックストッパシリンダ５の電磁比例リリーフ弁８１の設定圧を下げて（ステップＳ２５）、はじめに戻る。

他方、張力Ｔが許容張力Ｔ１と一致せず（ステップＳ２２のＮＯ）、かつ許容張力Ｔ１以下であれば（ステップＳ２４のＮＯ）、バックストッパシリンダ５の伸側の電磁比例リリーフ弁８１の設定圧を上げる（ステップＳ２６）。

次に、張力Ｔが限界張力ＴＢ以下になれば（ステップＳ２７のＹＥＳ）、動作を停止して（ステップＳ２８）、はじめに戻る。また、張力Ｔが限界張力ＴＢより大きければ（ステップＳ２７のＮＯ）、はじめに戻る。

次に、本発明のクレーン１の効果について説明する。

（１）本実施例のクレーン１は、ブーム２と、ブーム２の先端に起伏可能に取付けられるジブとしてのラフィングジブ３と、前方に傾斜したラフィングジブ３を後方に引き起こすようにして保持する保持ワイヤ４１と、ブーム２とラフィングジブ３に架け渡されてラフィングジブ３を前方に駆動して押し返す転倒防止手段としてのバックストッパシリンダ５、を有している。

したがって、このバックストッパシリンダ５によってラフィングジブ３を前方に押し返すことで、ラフィングジブ３の後方転倒を防止することができる。

また、クレーン１は、保持ワイヤ４１の張力Ｔが所定の転倒許容張力Ｔ１よりも小さくなる転倒危険領域では、バックストッパシリンダ５は張力Ｔの不足分（Ｔ１−Ｔ）に相当する圧力でラフィングジブ３を押し返して、張力Ｔを転倒許容張力としての許容張力Ｔ１と略一致させる張力保持制御が実行される。

このように、保持ワイヤ４１の張力Ｔの変化分に相当する圧力でラフィングジブ３を押し返すことで、転倒モーメントの増加を防止しつつ、保持ワイヤ４１の張力Ｔを一定に維持することで、ブーム２が急激に撓むことがなくなり、荷触れが生じることもなくなる。

つまり、図９に示すように、従来、リリーフ弁とアンロード弁とを用いて、バックストッパシリンダ５のキャップ側５２の圧力を制御しており、圧力として転倒防止圧Ｈと低圧Ｌの２つの値をとるように構成されていた。

しかし、圧力を転倒防止圧Ｈから低圧Ｌに切り替える際に、保持ワイヤ４１の張力Ｔが短時間（瞬間的）に安定張力ＴＡから弛緩張力Ｔ２まで低下することで、ブーム２の撓みが急激に増加するため、荷の位置が急激に変化して荷振れが生じていた。

これに対して、本実施例では、バックストッパシリンダ５の圧力は、保持ワイヤ４１の張力Ｔに応じて、不足分の圧力を可変式の電磁比例リリーフ弁８１で設定できるため、荷振れが生じることはない。

したがって、荷振れによって吊荷が周囲の構造物に衝突したりすることがなくなり、オペレータの負担も減り、安全かつ迅速に作業できることとなる。

特に、軽量化の進んだ大型のクレーンでは、ブーム２の撓みも大きくなり、荷振れも大きくなるため、このように荷振れを防止することは効果が大きい。

加えて、バックストッパシリンダ５は、常に張力Ｔの不足分（Ｔ１−Ｔ）に相当するだけの圧力のみをかけてラフィングジブ３を前方に押し返すため、吊上性能を犠牲にすることもない。

つまり、許容張力Ｔ１以下の転倒危険領域では、バックストッパシリンダ５によってラフィングジブ３を前方に押し返す必要があるが、このようにラフィングジブ３を前方に押し返せば、ラフィングジブ３の吊上性能を低下させることにもなる。

そこで、転倒モーメントが増加しない最小の力である張力Ｔの不足分（Ｔ１−Ｔ）を生じさせるバックストッパシリンダ５の圧力によって、ラフィングジブ３を押し返せば、吊上性能の低下を最小限に抑制できる。

（２）また、ラフィングジブ３のチルト角θが所定の転倒許容角としての許容チルト角θｃよりも小さくなる転倒危険領域では、バックストッパシリンダ５は、保持ワイヤ４１の張力Ｔが所定の許容張力Ｔ１になるように、チルト角θに応じた圧力でラフィングジブ３を駆動して押し返すこともできる。

したがって、保持ワイヤ４１の張力Ｔを計測しなくても、チルト角θを計測することによって、保持ワイヤ４１の張力Ｔを推定して張力Ｔを略一定に保持できる。

以上、図面を参照して、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、ブーム２やラフィングジブ３の姿勢によって、ラフィングジブ３の先端の移動量は変化すると考えられるため、これを考慮した最適な荷振防止制御を行うことが好ましい。例えば、ブーム２の長さが所定長さ以下で、バックストッパシリンダ５の圧力開放時の荷振れが少ない場合には、必ずしも本制御は行わなくてもよい。

また、前記実施例では、張力Ｔに基づく制御とチルト角θに基づく制御とを別々に説明したが、これに限定されるものではなく、一方を主として他を補助的に用いることもできるし、ラフィングジブ３の姿勢（チルト角θ）によって制御を使い分けてもよい。

さらに、前記実施例では、図７に示す履歴において、位置ｄ１から位置ｃへとヒステリシスを持たさない場合について説明したが、これに限定されるものではなく、位置ｄ１から位置ａを経由させて位置ｂ１へとヒステリシスを持たせる制御をすることもできる。

そして、前記実施例では、転倒防止手段としてのバックストッパシリンダ５の張力保持制御について説明したが、これに限定されるものではなく、マストシリンダなど、ジブを前方に押し返す機構であれば本発明の制御内容を適用できる。

また、前記実施例では、転倒防止手段としてバックストッパシリンダ５がブーム２とラフィングジブ３の上側に架け渡されてキャップ側５２を加圧して所定の安定張力にする場合について説明したが、これに限定されるものではなく、転倒防止手段が下側に架け渡される場合にはヘッド側を加圧して所定の安定張力にしてもよい。さらに、サーボモータとネジ駆動によってジブを前方に駆動するものであってもよい。

１クレーン
２ブーム
３ラフィングジブ（ジブ）
４１保持ワイヤ
５バックストッパシリンダ（転倒防止手段）
５２キャップ側
６５張力計測器
８１リリーフ弁
Ｌ低圧
Ｈ転倒防止圧
Ｔ張力
Ｔ１許容張力（転倒許容張力）
ＴＡ安定張力
ＴＢ限界張力
θ チルト角
θｃ許容チルト角（転倒許容角）

Claims

ブームと、前記ブームの先端に起伏可能に取付けられるジブと、前方に傾斜した前記ジブを後方に引き起こすようにして保持する保持ワイヤと、前記ブームと前記ジブに架け渡されて前記ジブを前方に駆動する転倒防止手段と、を有するクレーンであって、
前記保持ワイヤの張力が所定の転倒許容張力よりも小さくなる転倒危険領域では、当該張力の前記所定の転倒許容張力に対する不足分の張力を計算し、前記転倒防止手段は、当該不足分の張力に相当する力で前記ジブを駆動することを特徴とするクレーン。
ブームと、前記ブームの先端に起伏可能に取付けられるジブと、前方に傾斜した前記ジブを後方に引き起こすようにして保持する保持ワイヤと、前記ブームと前記ジブに架け渡されて前記ジブを前方に駆動する転倒防止手段と、を有するクレーンであって、
前記ジブのチルト角が所定の転倒許容角よりも小さくなる転倒危険領域では、前記ブームの起伏角、長さ、前記ジブのチルト角に応じて変化する総合重心位置や後方転倒角に応じて転倒を防止できるような力を計算し、前記転倒防止手段は、当該力で保持ワイヤの張力が所定の転倒許容張力になるように前記ジブを駆動することを特徴とするクレーン。