JP6565275B2 - アクチュエータの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動式クレーンに搭載されるアクチュエータの制御装置に関するものである。

従来から、クレーンは、旋回・起伏・伸縮自在に取付けられたブームを備えている。ブームが伸長されて長くなると、旋回・起伏・伸縮の各動作によるブーム先端の移動速度が速くなるため、旋回・起伏・伸縮の各動作の速度を規制する技術が開発されている。

例えば、特許文献１には、作業状態検出手段によって検出された作業状態に応じて操作レバーの操作量に応じた圧油量を変更する流量変更手段を備えた旋回制御装置が開示されている。この旋回制御装置によれば、ブーム長さ等の作業機の作業状態の影響を感じやすくできる。この他にも、ブーム長さ、起伏角度検出器などの姿勢検出器によってクレーンの姿勢を検出し、検出された姿勢に応じて作業機を減速する減速制御装置が開発されている。

特開２００３−１３９１０号公報

しかしながら、姿勢検出器を用いる方法は、姿勢検出器の他に、信号伝達のための多極スイベルやトランスミッタが必要であり、構成する部品点数が多く高価であった。そのため、安全装置の搭載義務がない積載型トラッククレーンにおいては、姿勢検出器を装備していない場合がある。この場合、ブームが最大長さとなった状態での操作性に基づいて、制御弁の開口特性や制御量を決定している。そうすると、ブームが最大長さになっていない状態では、必要以上の速度低下と動力損失が生じることになる。

そこで、本発明は、簡易な手法によって姿勢を推定し、推定された姿勢に基づいて油圧アクチュエータを制御するアクチュエータの制御装置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、本発明のアクチュエータの制御装置は、移動式クレーンに搭載されるアクチュエータの制御装置であって、エンジンから取り出した動力によって回転される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから送られる作動油によって駆動される複数の油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータの動作を制御する複数の制御弁と、前記エンジンの動力を調整する動力調整手段と、前記作動油を貯める作動油タンクと、前記作動油タンク内の油量を検出する油量検出器と、前記動力調整手段及び前記制御弁を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記油量検出器によって検出された前記油量に基づいて前記動力調整手段及び／又は前記制御弁を制御するようにされている。

このように、本発明のアクチュエータの制御装置は、油圧ポンプと、複数の油圧アクチュエータと、複数の制御弁と、動力調整手段と、作動油タンクと、油量検出器と、コントローラと、を備えており、コントローラは、油量検出器によって検出された油量に基づいて動力調整手段及び／又は制御弁を制御するようにされている。このような構成であるから、簡易な手法によって姿勢を推定し、推定された姿勢に基づいて油圧アクチュエータを制御することができる。

積載型トラッククレーンの全体図である。 制御系のブロック図である。 フローチャートである。 変化油量について説明する表である。 タンク内油量について説明する表である。 タンク内油面変化について説明する表である。

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。以下では、本発明のアクチュエータの制御装置Ｓを備えるクレーンとしての積載型トラッククレーン１の全体構成を説明する。なお、本発明のクレーンは、積載型トラッククレーン１に限定されるものではなく、トラッククレーン、ラフテレーンクレーン、オールテレーンクレーンなどの伸縮・起伏できるブームとウインチを備えるクレーンであれば適用可能である。

（機械系の構成）
本実施例の積載型トラッククレーン１は、図１に示すように、走行機能を有する車両の本体部分となる車体１０と、車体１０の前側左右に設けられたアウトリガ１１、１１と、車体１０に水平旋回可能に取り付けられた旋回台１２と、旋回台１２に立設されたコラム１３と、コラム１３に起伏自在に取り付けられた作業機としてのブーム１４と、を備えている。

アウトリガ１１は、積載型トラッククレーン１の転倒を防止するものであり、車体１０のフロント側の左右に設けられ、油圧アクチュエータとしてのジャッキ３５を張出すことで接地する。そして、後述するように、ジャッキ３５には、ジャッキ３５が接地されたことを検出する接地検出器４８が取り付けられている。

旋回台１２は、油圧アクチュエータとしての旋回モータ３４の動力を伝達されるピニオンギヤを有しており、このピニオンギヤが車体１０に設けた円形状のギヤに噛み合うことで旋回軸を中心に回動（旋回）する。

ブーム１４は、基端ブーム１４１と、複数の中間ブーム１４２〜１４５と、先端ブーム１４６とによって入れ子式に構成されており、油圧アクチュエータとしての伸縮シリンダ３３によって伸縮できるようになっている。そして、本実施例のブーム１４では、４段目１４４、５段目１４５、及び、先端ブーム１４６が、同時に伸縮する同時伸縮機構を備えている。ブーム１４の同時伸縮機構については公知であるから説明は省略する。

基端ブーム１４１は、基端部がコラム１３に水平に設置された支持軸に回動自在に取り付けられており、上下に起伏できるようになっている。すなわち、コラム１３と基端ブーム１４１の先端近傍との間には、油圧アクチュエータとしての起伏シリンダ３２が架け渡されており、この起伏シリンダ３２を伸縮することでブーム１４全体を起伏することができる。

さらに、先端ブーム１４６の先端には回転自在のシーブ（不図示）が取付けられており、このシーブには先端にフック１７が取付けられたワイヤ１６が掛けられている。一方、ワイヤ１６の末端はウインチ３１に巻き回されており、ウインチ３１を回転させることでワイヤ１６及びフック１７を巻上げ又は巻下げることができる。

このように、積載型トラッククレーン１は、ウインチ３１、起伏シリンダ３２、伸縮シリンダ３３、旋回モータ３４を備えている。これらは車体１０に配置されたウインチ操作レバー、起伏操作レバー、伸縮操作レバー、旋回レバーを操作することで操作レバーの操作量（ストローク）に応じた速度で動作する。

（油圧駆動系・制御系の構成）
次に、図２のブロック図を用いて、本実施例のアクチュエータの制御装置Ｓの油圧系・制御系の構成について説明する。アクチュエータの制御装置Ｓは、油圧駆動系の構成として、走行用のエンジン４１と、トランスミッション４２と、トランスミッション４２を介してエンジン４１の動力を取り出すためのＰＴＯ４３と、ＰＴＯ４３によって回転される油圧ポンプ４４と、作動油を貯める作動油タンク４５と、作動油（圧油）によって駆動される油圧アクチュエータとしてウインチ３１と、起伏シリンダ３２と、伸縮シリンダ３３と、旋回モータ３４と、ジャッキ３５と、を備えている。

そして、アクチュエータの制御装置Ｓは、制御系の構成として、ウインチ３１を制御するウインチ制御弁５１と、起伏シリンダ３２を制御する起伏シリンダ制御弁５２と、伸縮シリンダ３３を制御する伸縮シリンダ制御弁５３と、旋回モータ３４を制御する旋回モータ制御弁５４と、ジャッキ３５を制御するジャッキ制御弁５５と、エンジン４１のスロットルバルブ開度を変更することで動力を調整する動力調整手段４７と、ジャッキ３５の接地を検出する接地検出器４８と、動力調整手段４７及び制御弁５１〜５５を制御するコントローラ５０と、ジャッキ３５が接地されていない状態で油圧アクチュエータ３２〜３４の作動を規制する規制装置６０と、を備えている。

作動油タンク４５は、作動油を貯めておくと同時に、油圧回路を循環して戻ってきた作動油を受け取るための寸胴容器である。作動油タンク４５の頂面には、外気を取り込むためのエアブリーザが取り付けられている。また、図示しないが、戻り管にはリターンフィルタが配置される他、タンク内には油温計も配置される。作動油タンク４５は、必ずしも寸胴容器でなくてもよい。

油量検出器４６は、作動油タンク４５内の油量を検出するためにタンク内に配置される検出器である。油量検出器４６としては、フロートを用いて油面の高さを直接に計測するフロート型検出器や、圧力ヘッドを用いて圧力を検出することで油量を間接的に計測する圧力検出器などを用いることができる。

動力調整手段４７は、コントローラ５０から操作信号を受けて、エンジン４１のスロットルバルブ開度を変更する。後述するように、油量が閾値油量以下となった場合には、コントローラ５０からの指令を受けて、動力調整手段４７がエンジン４１のアクセル開度を減少させる。

コントローラ５０は、入力ポート、出力ポート、演算装置などを有する汎用のマイクロコンピュータであり、制御弁５１〜５５と、動力調整手段４７と、を制御する。後述するように、コントローラ５０は油量検出器４６によって検出された油量が閾値油量以下となった場合には、動力調整手段４７を制御してアクセル開度を減少させ、かつ／又は、制御弁としての起伏シリンダ制御弁５２、伸縮シリンダ制御弁５３、及び／又は、旋回モータ制御弁５４を制御して油圧アクチュエータとしての起伏シリンダ３２、伸縮シリンダ３３、及び／又は、旋回モータ３４の動作速度を減速する。一方で、コントローラ５０は油量が閾値油量以下となった場合でも、ウインチ制御弁５１については動作速度を減速しない。

コントローラ５０には、アクセル開度を減少させたり、油圧アクチュエータ５２〜５４の動作速度を遅くさせたりする際の油量の閾値として、あらかじめ閾値油量が設定される。閾値油量は、ブーム１４が同時伸縮する段数に相当する長さとなった時点、かつ、起伏角度が所定角度（例えば、使用頻度の高い角度）となった状態で、想定される油量として設定することができる。例えば、図５に示す場合では、起伏角度が４０（度）で、ブーム長さが４段目に相当する１０．２（ｍ）のときの油量２１．６（リットル）を閾値油量として設定することができる。

ここにおいて、閾値油量としては、図５に示す「油量（単位：リットル）」の他にも、さまざまな設定量が考えられる。例えば、図４に示すように、「変化油量（単位：リットル）」（すなわち、初期値からの減少量）として設定することができるし、図６に示すように、「油面変化（単位：ｃｍ）」（すなわち、初期値からの減少高さ）として設定することもできる。これらは、同一の対象を異なる側面から捉えたものであり、相互に変換可能である。したがって、本明細書においては、これらを総称して「油量」及び「閾値油量」と記載する。

減速された結果となる動作速度は、コントローラ５０にあらかじめ記憶されたテーブルに基づいて設定することもできるし、検出された油量に基づいて演算することもできる。そして、コントローラ５０は、テーブルに基づいて、又は、演算された速度に基づいて、制御弁５２〜５４のスプール移動量、及び／又は、動力調整手段４７によるアクセル開度を制御する。なお、制御弁５２〜５４は、それぞれ別の動作を制御するものであるから、スプール移動量についても制御弁５２〜５４ごとに個別に設定される。動作速度は、油量に応じて、２段階に減速することもできる。

規制装置６０は、入力ポート、出力ポート、演算装置などを有する汎用のマイクロコンピュータを含み、接地検出器４８からの信号に基づいて、ジャッキ３５が接地されていない場合に油圧アクチュエータ３２〜３４の作動を規制する。そして、規制装置６０は、ジャッキ３５が接地されている状態になると、コントローラ５０に規制解除を知らせる信号を発する。なお、規制装置６０は、コントローラ５０の一部として構成することもでき、その場合には、コントローラ５０は接地検出器４８からの信号に基づいて規制解除を検出する。

（作用）
次に、図３のフローチャートを用いて、本実施例のアクチュエータの制御装置Ｓのコントローラ５０における制御の流れについて説明する。以下の制御の流れの説明では、閾値油量が変化量として−９（リットル）に設定されていると仮定する。

（ステップＳ１）
まず、コントローラ５０は、規制装置６０としてのブーム・インターロックから、接地検出器４８による接地が検出され規制が解除されたか否かを判断する。規制が解除されていなければ、判断を繰り返す。規制が解除されていれば、クレーン作業が開始されたとみなして、作動油タンク４５内の油量を較正（すなわちゼロセット）したうえで、ステップＳ２へすすむ。

（ステップＳ２）
次に、油量検出器４６によって作動油タンク４５内の油量を検出（計測）する。ステップＳ３へすすむ。

（ステップＳ３）
次に、検出された油量を較正された油量からの変化量に変換したうえで、変化量が閾値油量である−９（リットル）以上となるか否かを判断する。変化量が−９（リットル）未満であれば、判断を繰り返す。変化量が−９（リットル）以上であれば、動作速度を減速するためにステップＳ４へすすむ。

（ステップＳ４）
最後に、コントローラ５０は、動力調整手段４７、並びに／又は、起伏シリンダ制御弁４２、伸縮シリンダ制御弁４３、及び／若しくは、旋回モータ制御弁４４を、あらかじめ設定されたテーブルに基づいて制御するか、演算された動作速度となるように制御する。すなわち、エンジン４１のアクセル開度を減少させたり、油圧アクチュエータ３２〜３４の速度を遅くしたりする。

次に、別の具体例をあてはめて説明する。まず、図５に示す油量（絶対油量）に基づいて制御する場合について説明する。あらかじめ、閾値油量を２０（リットル）に設定しているものとする。起伏角度を６０度に維持しつつブーム長さを５（ｍ）から１３（ｍ）に伸ばす場合について考える。そうすると、ブーム長さが５．８７（ｍ）で油量は２４．４（リットル）であり減速されないが、ブーム長さが１２（ｍ）程度で油量は２０（リットル）以下となるため、減速される。この場合、起伏・伸縮・旋回のすべてを減速してもよいが、伸縮シリンダ３３のみが駆動しているため、結果として伸縮のみが途中で減速されることとなる。

次に、図６に示す油面変化に基づいて制御する場合について説明する。あらかじめ、閾値油量を２１（ｃｍ）に設定しているものとする。ブーム長さを１２．４（ｍ）に維持しつつ起伏角度を１０度から７０度に起こす場合について考える。そうすると、起伏角度が１０度で油面は２２．４（ｃｍ）であり減速されないが、起伏角度が４０度程度を超えると油面は２１（ｃｍ）以下となるため、減速される。この場合、起伏・伸縮・旋回のすべてを減速してもよいが、起伏シリンダ３２のみが駆動しているため、結果として起伏のみが途中で減速されることとなる。

（効果）
次に、本実施例のアクチュエータの制御装置Ｓの奏する効果を列挙して説明する。

（１）上述してきたように、本実施例のアクチュエータの制御装置Ｓは、移動式クレーン１に搭載されるアクチュエータの制御装置Ｓである。エンジン４１から取り出した動力によって回転される油圧ポンプ４４と、油圧ポンプ４４から送られる作動油によって駆動される複数の油圧アクチュエータ３１〜３４と、油圧アクチュエータ３１〜３４の動作を制御する複数の制御弁５１〜５４と、エンジン４１の動力を調整する動力調整手段４７と、作動油を貯める作動油タンク４５と、作動油タンク４５内の油量を検出する油量検出器４６と、動力調整手段４７及び制御弁５１〜５４を制御するコントローラ５０と、を備えている。コントローラ５０は、油量検出器４６によって検出された油量に基づいて動力調整手段４７及び／又は制御弁５１〜５４を制御するようにされている。このため、簡易な手法によって姿勢を推定し、推定された姿勢に基づいて油圧アクチュエータを制御することができる。すなわち、従来のようにブーム長さ検出器や角度検出器などを必要とすることなく、油量に基づいて姿勢を推定することができる。本実施例のアクチュエータの制御装置Ｓでは、姿勢検出器が不要になることに加えて、作動油タンク４５は車体１０側（スイベルよりも下）に配置されるため、信号伝達のための多極スイベルやトランスミッタも不要となり、構成する部品点数を著しく減らすことができる。そして、このように減速制御を導入することで、常に絞った状態で作動させずに済むため、油温上昇を抑制できる。

（２）また、油圧アクチュエータとして、旋回、起伏、及び、伸縮可能なブーム１４を含み、コントローラ５０は、検出された油量が所定の閾値油量以下になると、ブーム１４の旋回、起伏、及び／又は伸縮の動作速度を減速するように、動力調整手段４７及び／又は制御弁５２〜５４を制御するようにされている。このように、ウインチ３１は減速する必要がないため減速せずに、ブーム１４の動作速度のみを減速することで、安全かつ効率よく作業することができる。そして、減速制御を導入することで、常に絞った状態で作動させずに済むため、油温上昇を抑制できる。特に、ブーム１４が長い状態では、作動油タンク４５内の油量が少なく、油温上昇しやすいために効果が大きい。

（３）さらに、ブーム１４は、４段目以降が同時伸縮するように構成され、コントローラ５０は、検出された油量が４段目以降に相当する閾値油量以下になると、ブーム１４の旋回、起伏、及び／又は伸縮の動作速度を減速するようにされている。すなわち、ブーム１４が同時伸縮する段以降では伸縮速度が約３倍速くなるため、旋回・起伏においても気をつかう長さとなるところ、同時伸縮する段以降に相当する閾値油量以下で減速すれば、急激な速度増加を抑制できる。

（４）また、油圧アクチュエータとして、旋回、起伏、及び、伸縮可能なブーム１４を含み、コントローラ５０は、ブーム１４の起伏角度が所定角度以上となる姿勢での油量に基づいて、所定の閾値油量を設定されている。このため、実際に吊荷を吊った状態に近い起伏角度範囲において、主としてブーム長さの影響に基づいて減速制御できる。例えば、起伏角度を６０度以上で検討すると、ブーム長さが１０．２ｍで減速しようとすると、起伏角度は７０度でも７８度でも変化油量は−１０（リットル）であるから、これを閾値油量として採用することができる。

（５）さらに、油圧アクチュエータとして、旋回、起伏、及び、伸縮可能なブーム１４と、移動式クレーン１の車体１０を支持する伸縮可能なジャッキ３５と、を含み、ジャッキ３５が接地されていない状態でブーム１４の作動を規制する、規制装置６０をさらに備え、コントローラ５０は、規制装置６０によるブーム１４の作動規制が解除されると、作動油タンク４５内の油量を較正するようにされている。このように構成することで、ジャッキ３５に要する分の油量を考慮できるため、より正確な制御が可能である。すなわち、ジャッキ３５は、ストロークによって要する油量がことなるところ、クレーン作業を開始する時点で油量をゼロセットすることで、作動油タンク４５内の油量を正確に計測できる。

（６）そして、本実施例の移動式クレーン１は、上述したいずれかのアクチュエータの制御装置Ｓを備えている。このため、簡易な手法によって姿勢を推定し、推定された姿勢に基づいて油圧アクチュエータを制御することができる。すなわち、従来のようにブーム長さ検出器や角度検出器などを必要とすることなく、油量に基づいて姿勢を推定することができる。すなわち、姿勢検出器が不要になるうえ、多極スイベルやトランスミッタも不要とる。そして、減速制御を導入することで、常に絞った状態で作動させずに済むため、油温上昇を抑制できる。

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、実施例では、アクセル開度及びスプール量の両方を制御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い。動力調整手段４７によってアクセル開度のみを減少させることもできる。さらに、制御弁５２〜５４のスプール量のみを操作して、油圧アクチュエータ３２〜３４への油量を制限することもできる。

Ｓ アクチュエータの制御装置
１ 積載型トラッククレーン
１１ アウトリガ
１２ 旋回台
１４ ブーム
１４１ 基端ブーム
１４２〜１４５ 中間ブーム
１４６ 先端ブーム
３１ ウインチ
３２ 起伏シリンダ（油圧アクチュエータ）
３３ 伸縮シリンダ（油圧アクチュエータ）
３４ 旋回モータ（油圧アクチュエータ）
３５ ジャッキ
４１ エンジン
４２ トランスミッション
４３ ＰＴＯ
４４ 油圧ポンプ
４５ 作動油タンク
４６ 油量検出器
５０ コントローラ
５１ ウインチ制御弁
５２ 起伏シリンダ制御弁
５３ 伸縮シリンダ制御弁
５４ 旋回モータ制御弁
６０ 規制装置

Claims (5)

1. 移動式クレーンに搭載されるアクチュエータの制御装置であって、
   エンジンから取り出した動力によって回転される油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプから送られる作動油によって駆動される複数の油圧アクチュエータと、
   前記油圧アクチュエータの動作を制御する複数の制御弁と、
   前記エンジンの動力を調整する動力調整手段と、
   前記作動油を貯める作動油タンクと、
   前記作動油タンク内の油量を検出する油量検出器と、
   前記動力調整手段及び前記制御弁を制御するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、前記油量検出器によって検出された前記油量に基づいて前記動力調整手段及び／又は前記制御弁を制御するように構成されており、
   前記油圧アクチュエータとして、旋回、起伏、及び、伸縮可能なブームを含み、
   前記コントローラは、検出された前記油量が所定の閾値油量以下になると、前記ブームの旋回、起伏、及び／又は伸縮の動作速度を減速するように、前記動力調整手段及び／又は前記制御弁を制御するように構成されている、アクチュエータの制御装置。
2. 前記ブームは、特定の段数以降が同時伸縮するように構成され、
   前記コントローラは、検出された前記油量が前記特定の段数以降に相当する閾値油量以下になると、前記ブームの旋回、起伏、及び／又は伸縮の動作速度を減速するように構成されている、請求項１に記載されたアクチュエータの制御装置。
3. 前記コントローラは、前記ブームの起伏角度が所定角度以上となる姿勢での油量に基づいて、前記所定の閾値油量を設定されている、請求項１又は請求項２に記載されたアクチュエータの制御装置。
4. 前記油圧アクチュエータとして、前記移動式クレーンの車体を支持する伸縮可能なジャッキを含み、
   前記ジャッキが接地されていない状態で前記ブームの作動を規制する、規制装置をさらに備え、
   前記コントローラは、前記規制装置による前記ブームの作動規制が解除されると、前記作動油タンク内の油量を較正するように構成されている、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載されたアクチュエータの制御装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載されたアクチュエータの制御装置を備える、移動式クレーン。