JPH03209001A - 可変容量形油圧モータの操作装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、クレーンのウインチを駆動する油圧モータ等
、とくに可変容量形油圧モータの操作レバーに負荷圧力
およびモータ容量に応じた操作反力を付与する操作装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、ウインチ用油圧モータにより吊荷の巻上げ、巻下
げを行う際、吊荷重に応じて操作レバーに操作反力を付
与する手段として、たとえば実開昭５５−１４１９９号
公報に示されているように、遠隔操作弁（パイロット弁
）に巻土用と巻下川の各反カピストンを付設し、ウイン
チ用油圧モータ（固定容量形）とカウンタバランス弁と
の間から取出した負荷圧力を上記各反カピストンの背面
に形成した油圧室に入力させ、その圧力でピストンに連
設したロツドを押出して、レバーに連設した操作部に接
触させることにより、レバーを中立に戻そうとする力す
なわち操作反力をレバーに付与するようにしたものが知
られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ウインチ用油圧モータには固定容量形油圧モータを用い
る場合と、可変容量形油圧モータを用いる場合とがある
。前者において、吊荷の巻上げ作業を行う場合、吊荷重
に比例してモータの負荷圧力が変化するので、上記従来
のように負荷圧力に基づいて操作反力を制御すれば、そ
の操作反力を感知することにより負荷圧力を感知し、吊
荷重を知ることができる。

ただし、上記従来技術では、反カシリンダのピストン背
面に形成された油圧室に、モータ側のメイン管路から取
出した巻上げ負荷圧力を直接人力させるため、反カシリ
ンダに高圧、高強度のものが必要であり、それだけコス
トアップになる。

一方、後者では、作業内容に応じて可変容量形油圧モー
タの容量を変更し、その作動速度および圧力を制御する
場合がある。この場合、吊荷重Ｗと負荷圧力Ｐとの関係
が、第３図に示すようにモータの容量が最大の時は実線
工、モータの容量が最小の時は実線Ｈのようになる。こ
のため、同じ吊荷重たとえばＷエに対し、モータ容量が
最大の時は負荷圧力がＰ１、モータ容量が最小の時は負
荷圧力がＰ２　（ＰエくＰ２）となり、モータの容量に
よって負荷圧力が異なることになる。一方、？来技術で
は単に負荷圧力Ｐに基づいて操作反力Ｆを制御するだけ
であるので、その制御特性は第６図の実線■のようにな
る。したがって、この従来技術を可変容量形油圧モータ
を用いた機械に適用した場合、同一吊荷重Ｗ１に対し、
上記のようにモータの容量によって負荷圧力ＰがＰ■，
Ｐ２と変化するに伴って、操作反力Ｆも第６図の実線■
のようにＦエ＋Ｆ２と変化することになる。また、逆に
吊荷重Ｗが異なっても、モータの容量が変れば、負荷圧
力が同じになり、操作反力が同じになる場合がある。こ
のため操作反力を感知しても吊荷重を正確に知ることは
できない。

本発明は、このような事情に鑑み、とくに可変容量形油
圧モータを用いた場合において、モータの容量が変化し
ても、吊荷重に応じた操作反力が得られるようにし、操
作反力の感知により吊荷重を常に正確に知ることができ
ようにすることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、可変容量形油圧モータと、油圧源から上記モ
ータに対する圧油の供給を制御するコントロールバルブ
と、コントロールバルブを操作するレバーと、レバーを
中立に戻す方向の力をレ・バーに付与する反力機構と、
上記モータの負荷を検出する負荷検出手段と、上記モー
タの容量を調節する容量調節手段と、上記負荷検出手段
および容量調節手段からの信号に基づいて反力制御信号
を上記反力機構に付与して反力機構を作動させる制御手
段とを備えた構威としている。

この構成において、上記制御手段は、上記モータの容量
が小さい時のモータ負荷に対する操作反力の変化率を、
上記モータの容量が大きい時のモータ負荷に対する操作
反力の変化率よりも小さくする反力制御信号を出力する
信号処理手段を備えている。

上記反力機構は、反力制御用油圧室と、その油圧室に入
力される反力指令用油圧信号に応じた力でレバーを中立
位置に戻す方向に作動する作動部材とを有し、この反力
機構が、上記コントロールバルブへの切換信号を出力す
るパイロット弁に連設され、パイロット弁の弁ケースに
支持されたレバーに、パイロット弁のプッシュロッドと
反力機構の作動部材とに係合する操作部が設けられてい
る。

上記モータの容量調節手段は、容量切換スイッチと、こ
のスイッチからの信号に基づいて上記モータの傾転を制
御しモータの容量を調節する容量調節機構とからなり、
制御手段は、上記負荷検出手段および容量切換スイッチ
からの信号に基づいて反力制御信号を出力するコントロ
ーラと、コントローラからの信号に応じたパイロット圧
を上記反力機構に出力して反力機構を作動させる電磁比
例減圧弁とを備えている。

上記モータの容量調節手段は、容量切換スイッチと、こ
のスイッチからの信号に基づいて上記モータの傾転制御
用レギュレータに油圧を供給する状態としない状態とに
切換えられる容量切換弁とからなり、かつ、上記レギュ
レータに対する制御圧力の検出器を有し、制御手段は、
上記負荷検出手段および制御圧力検出器からの信号に基
づいて反力制御信号を出力するコントローラと、コント
ローラからの信号に応じたパイロット圧を反力機構に出
力して反力機構を作動させる電磁比例減圧弁とを備えて
いる。

〔作　用〕

上記の構成により、同一吊荷重に対し、モータの容量が
変化しても同一の操作反力が得られ、オペレータがレバ
ーを操作している手で操作反力を感知することによって
、吊荷重の大きさ等を容易に、かつ、正確に知ることが
でき、操作性ならびに安全性を向上できる。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示すものであり、この図にお
いて、１は主油圧ポンプ、２は方向切換弁、３はウイン
チ用油圧モータを示す。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４が設けられている。パイロット弁４は一対の減
圧弁５，５′を備えている。減圧弁５．５′は、弁，本
体４１に設けられた入力ポート４２と、リターンボート
４３と、出力ボー｝４４．４４’　とに対応する室５１
．５１’内に、それぞれ油孔５２．５２’を有するスブ
ール５３．５３’　を摺動自在に挿入して構成されてい
る。スプール５３，５３’の先端側にはプッシュロッド
５４．５４’がばね５５，５５′を介して連結され、ス
プール５３．５３’の後端側はばね５６．５６’　によ
り弁本体４１に支持されている。

上記弁本体４１には枢軸６１を介してレバー６が回動自
在に支持され、このレバー６１に、上記プッシュロッド
５４．５４’　に対応する操作部６２．６２’が連設さ
れている。上記入力ボート４２に操作用油圧ボンブ５０
が接続され、リターンボート４３にタンクＩＯが接続さ
れ、出力ポート４４．４４’　にパイロット管路２１．
２１’を介して方向切換弁２の切換え用パイロット部が
接続されている。

上記モータ３は可変容量形油圧モータであり、その容量
調節手段として、レギュレータ３３と容量切換スイッチ
９２および容量切換弁９３が設けられている。モータ３
にはウインチドラム（図示省略）が連結され、このモー
タ３の負荷検出手段として、モータ３の両側の管路３１
，３２の圧一力（負荷圧力）を検出する圧カセンサ９１
．９１’が設けられている。

反力機構７，７′は、パイロット弁４の弁本体４１に一
体的に組込まれている。すなわち弁本体４ｌの各減圧弁
５，５′に隣接する箇所にそれぞれ反カシリンダ室が設
けられ、各シリンダ室内にピストン７１．７１’が摺動
自在に挿入され、各ピストン７１．７１’　に連結され
たロッド７２．７２′が作動部材としてレバー６の各操
作部６２．６２′に対応するように配置されて反力機構
７．７′が構成されている。そして、ピストン７１，７
１’の背面に形成された反力制御用油圧室７３，７３′
に油圧信号が入力されることにより、ピストン７１．７
１’　を介してロッド７２．７２’　が突出方向に付勢
され、レバー６の操作部６２．６２′に操作反力が作用
するようになっている。各ロッ｝’７２．７２’　はレ
バー中立時にはレバー６に操作反力を加えず、レバー操
作開始と同時に操作反力を加えるように、最大突出状態
でその先端がレバー中立状態での操作部６２．６２’の
下面に接触するようにその最大ストロークが設定されて
いる。

上記反力機構７．７′による操作反力の制御手段として
、コントローラ９と電磁比例減圧弁８とが設けられてい
る。コントローラ９は圧カセンサ９１．９１’　により
検出された管路３１．３２の圧力Ｐ，Ｐ’　を入力する
とともに、モータ３の容量切換スイッチ９２からの信号
を入力し、これらの信号に応じた反力制御信号（制御電
流）Ｐｆを電磁比例減圧弁８に出力する。電磁比例減圧
弁８は一次側が切換弁８１を介して操作用油圧ポンプ５
０に接続され、二次側が管路８２，８２’を介して反力
機構７．７′の油圧室７３．７３’　に接続されている
。９４は制御パターン（ゲイン）選択手段を示す。

次に、作用について説明する。

まず、第１図のようにレバー６を中立位置から巻上側に
操作すると、巻上側の操作用減圧弁５のプッシュロツド
５４が押し下げられ、スプール５３が押し下げられてボ
ート４４からレバー操作戸に応じたパイロット圧がパイ
ロット油路２１に出力され（矢印イ方向）、そのパイロ
ット圧により方向切換弁２が巻上位直に切換えられる。

これによりボンブｌの吐出油がモータ３に流入され（矢
印口方向）、その巻上側の管路３１の圧力（負荷圧力）
が上昇し、その圧力でモータ３が正転され、ウインチド
ラム（図示省略）が巻上方向に回転され、吊荷が巻上げ
られる。

この巻上作業時において、容量切換スイッチ９２により
モータ容量最大を選択（スイッチＯＦＦ）しておけば、
容量切換弁９３が第１図々示の位置に保持され、モータ
３の傾転が最大で、その容量が最大に保持される。この
ため、モータ３の負荷圧力Ｐは吊荷重Ｗに比例して第３
図実線工のように変化する。そして、この負荷圧力Ｐが
圧カセンサ９ｌにより検出されてコントロー２９に入力
される。このとき、コントローラ９には容量切換ス？ッ
チ９２によるモータ容量最大の選択信号（ＯＦＦ）が入
力されているので、コントローラ９はモータ容量が最大
の時の第３図実線Ｉの負荷圧力Ｐに応じた反力制御信号
Ｐｆを第４図実線■のように演算し、電磁比例減圧弁８
に出力する。因みに、モータ容量が最大で、吊荷重がＷ
１の時は、第３図実線■によりモータ３の負荷圧力がＰ
■となり、第４図実線■により電磁比例減圧弁８に対す
る反力制御信号がＰｆ１となる。

なお、このときの負荷圧力Ｐに対する反力制御信号Ｐｆ
の変化率（比例ゲイン）すなわち第４図実線■の制御勾
配は、制御パターン設定手段９４により設定されるもの
であり、その設定値は機械および作業内容等に応じて任
意に選定される。

一方、上記巻上作業時に、容量切換スイッチ９２により
モータ容量最小を選択（スイッチＯＮ）した場合、容量
切換弁９３のソレノイドが励磁され、この切換弁９３が
図面右位置に切換えられ、ポンプ５０からレギュレータ
３３に圧油が供給され、モータ３の傾転が最小となり、
容量が最小に？換えられる。このため、モータ３の負荷
圧カＰは吊荷重Ｗに応じて第３図実線■のように変化す
ることになる。そして、この負荷圧力Ｐが圧力・センサ
９１により検出されてコントローラ９に入力される。こ
のとき、コントローラ９には上記スイッチ９２によるモ
ータ容量最小の選択信号（Ｏ　Ｎ）が入力されているの
で、コントローラ９は、第３図案線■に示す負荷圧力Ｐ
に基づいて第４図破線■に示す反力制御信号Ｐｆを演算
し、電磁比例減圧弁８に出力する。

すなわち、たとえば吊荷重Ｗ■に対する負荷圧力は、モ
ータ容量が最大の時にＰ１、モータ容量が最小の時にＰ
２となるが、モータ３の容量比（旧ｘｌｍ目）をｔとす
ると、圧力比は１　／　ｔとなるので、モータ容量が最
小の時の負荷圧カＰ２および反力制御信号Ｐｆ２と、モ
ータ容量が最大の時の負荷圧力Ｐ１および反力制御信号
Ｐｆ１との関係は、Ｐｚ　＝Ｐ１　×４　ＳＰ　ｆ　２
　＝Ｐ　ｆ　１　ｘ　４　，となる。そこで、コントロ
ーラ９は、上記負荷圧力Ｐ２を入力した時、モータ容量
が最大の時の変化率を基準として第４図実線■にょり反
力制御信号Ｐｆ２　（イ点）を演算する。そして、モー
タ容量が最小の選択信号の入力により、上記反力制御信
号Ｐｆ２および負荷圧力Ｐ２から、 Ｐｆｚ／ｔ＝Ｐｆ１　　・・・■ Ｐ２／／ｉ＝Ｐ１　　　　・・・■ の演算が行われる。上記の式により第４図実線■のａ点
から破線■のｂ点が演算され、さらに、上記■式により
第４図実線■のＣ点が演算される。

この結果、同一吊荷重Ｗ１に対し、モータ容量が最大の
時は負荷圧力がＰエで、モータ容量が最小の時は負荷圧
力がＰ２となるが、上記の演算により、モータ容量が最
大、最小いずれの場合も同じ反力制御信号Ｐｆエが出力
される。

そして、上記反力制御信号Ｐｆ（Ｐｆエ）が電磁比例減
圧弁８に入力されることにより、電磁比例減圧弁８から
上記信号Ｐｆに応じたパイロット圧Ｐｉが反力機構７の
油圧室７３に入力され、その圧力によりロツド７２が突
出するように付勢され、その突出力が操作反力Ｆａ（Ｆ
ａエ）として？バー６の巻上側の操作部６２に作用す゛
る。この場合、第５図に示すようにレバー６には減圧弁
５のばね５６等による固有の反力Ｆ。（ほぼ一定）が作
用しており、これに上記負荷圧力に応じた操作反力Ｆａ
が作用するので、レバー６に作用する全操作反力Ｆは、
Ｆ＝Ｆ０＋Ｆａで、第５図実線■のようになる。なお、
吊荷重Ｗ■の時は、レバー６にかかる全操作反力Ｆは、
Ｆ＝Ｆｏ＋Ｆａｌである。

したがって、上記反力Ｆの変化すなわち操作反力Ｆａ（
Ｆｔ）を感知することにより、吊荷重Ｗ（Ｗ１）をレバ
ー６を通して手で容易に感知できることになる。とくに
この場合、モータ３の容量を変更しても、同一吊荷重に
対しては、同一の反力制御信号が得られ、反力機構によ
り同一の操作反力が得られるので、操作反力から吊荷重
を正確に知ることができる。

次に、レバー６を中立位置から巻下側に操作した場合、
巻下側の操作用減圧弁５′のプッシュロッド５４′が押
し下げられ、スプール５３′が押し下げられて出力ボー
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２１′に出力され、そのパイロット圧により
方向切換弁２が巻下位直に切換えられ、ボンプ１の吐出
油が破線矢印方向に流れてモータ３が逆転され、吊荷が
巻下げられる。

この巻下時には、モータ３の巻下側の油路３２の圧力す
なわち負荷圧力が圧カセンサ９１′により検出されてコ
ントローラ９に入力される。この場合もモータ３の容量
切換スイッチ９２によりモータ３の容量が切換えられ、
以下、上記と同様のの作用により電磁比例減圧弁８が作
動され、この電磁比例減圧弁８からのパイロット圧によ
って巻下側の反力機構７′のロツド７２′が突出する方
向に付勢され、その突出力が操作反力としてレバー６の
巻下側の作動部６２′に作用する。

この場合、ロツド７２′による巻下操作反力は、モータ
３の容量および負荷圧力に対応して上記巻上時と同様に
制御される。ただし、この巻下時における負荷圧力の変
化域は巻上時に比べて小さいので、制御パターン設定手
段９４により巻下時の変化率を巻上時のそれよりも高く
設定し、巻下操作反力を急勾配で制御することにより、
僅かな壱下負荷圧力の変化を大きな巻下操作反力の変化
に変換することができ、その変化すなわち全操作反力の
変化をレバー６を介してオペレータが敏感に感知するこ
とができる。

第２図は別の実施例を示すものであり、この実施例では
、容量切換弁９３を別途スイッチまたは他の制御回路（
図示省略）からの信号により切換えるようにし、この切
換弁９３とレギュレータ３４との間の管路の圧力を圧カ
センサ９５により検出し、その検出信号に基づいてコン
トローラ９により上記の演算および制御を行うようにし
ている。

この場合も上記と同様の作用効果が得られる。なお、モ
ータの傾転を検出して上記の制御を行うよようにしても
よい。

ところで、上記実施例では、モータ３の負荷検出手段と
して、圧カセンサによりモータの負荷圧力を検出してい
るが、モータのトルク、巻上げ口ープにかかる張力、吊
荷重等を検出するようにしてもよい。

また、パイロット弁と反力機構とは必ずしも一体的に形
成する必要はなく、両者を互いに独立して成形してもよ
く、さらに、両者を離れた箇所に配置して、レバーの操
作部とパイロット弁の操作部とをリンク等により連結し
て連動させるようにしてもよい。

本発明の装置における可変容量形油圧モータは、ウイン
チ用油圧モータに限らず、たとえばクレーンのプーム俯
仰用油圧モータ等にも適用できるものであり、かつ、モ
ータの容量を複数段に、あるいは無段階に変更する場合
にも適用できるものである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、とくに可変容量形油圧モ
ータを用いた機械において、作業時にモータの負荷およ
び容量を検出してレバーに対する操作反力を制御するの
で、たとえば同一吊荷重に対し、モータの容量が変化し
ても同一の操作反力を得ることができる。したがって、
オペレータがレバーを操作している手で操作反力を感知
することによって、吊荷重の大きさ等をモータの容Ｉ量
に関係なく容易に、かつ、正確に知ることができ、操作
性ならびに安全性を向上できる。また、コントローラと
電磁比例減圧弁を用い、電磁比例減圧弁からのパイロッ
ト圧で反力機構による操作反力を制御することにより、
従来のようにモータの負荷圧力を反カシリンダに直接入
力させる場合に比べて、反力機構に低圧用のものを使用
でき、故陣も少なく、コストダウンを図ることができる
とともに、制御性を向上できる等の作用効果がある。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は本発明の実施例を示す構成説明図、第２図は別
の実施例を示す構成説明図、第３図は可変容量形油圧モ
ータの容量を変更した場合の吊荷重と負荷圧力との関係
図、第４図は本発明による制御特性を示す負荷圧力と反
力制御信号との関係図、第５図はその反力制御信号と操
作反力との関係図、第６図は従来技術による制御特性を
示す負荷圧力と操作反力との関係図である。 １・・・主油圧ポンプ、２・・・方向切換弁、３・・・
ウインチ用油圧モータ（可変容量形油圧モータ）、４・
・・パイロット弁、５．５’　・・・操作用減圧弁、６
・・・レバー　７，７′・・・反力機構、８・・・電磁
比例減圧弁、９・・・コントローラ、３４・・・容量切
換用レギュレータ、９１．９１’・・・圧カセンサ（負
荷検出手段）、９２・・・容量切換スイッチ、９３・・
・容量切換弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、可変容量形油圧モータと、油圧源から上記モータに
   対する圧油の供給を制御するコントロールバルブと、コ
   ントロールバルブを操作するレバーと、レバーを中立に
   戻す方向の力をレバーに付与する反力機構と、上記モー
   タの負荷を検出する負荷検出手段と、上記モータの容量
   を調節する容量調節手段と、上記負荷検出手段および容
   量調節手段からの信号に基づいて反力制御信号を上記反
   力機構に付与して反力機構を作動させる制御手段とを備
   えていることを特徴とする可変容量形油圧モータの操作
   装置。 ２、上記制御手段は、上記モータの容量が小さい時のモ
   ータ負荷に対する操作反力の変化率を、上記モータの容
   量が大きい時のモータ負荷に対する操作反力の変化率よ
   りも小さくする反力制御信号を出力する信号処理手段を
   備えていることを特徴とする請求項１記載の可変容量形
   油圧モータの操作装置。 ３、上記反力機構は反力制御用油圧室と、その油圧室に
   入力される反力指令用油圧信号に応じた力でレバーを中
   立位置に戻す方向に作動する作動部材とを有し、この反
   力機構が、上記コントロールバルブへの切換信号を出力
   するパイロット弁に連設され、パイロット弁の弁ケース
   に支持されたレバーに、パイロット弁のプッシュロッド
   と反力機構の作動部材とに係合する操作部が設けられて
   いることを特徴とする請求項１または２記載の可変容量
   形油圧モータの操作装置。 ４、上記モータの容量調節手段は、容量切換スイッチと
   、このスイッチからの信号に基づいて上記モータの傾転
   を制御しモータの容量を調節する容量調節機構とからな
   り、制御手段は、上記負荷検出手段および容量切換スイ
   ッチからの信号に基づいて反力制御信号を出力するコン
   トローラと、コントローラからの信号に応じたパイロッ
   ト圧を上記反力機構に出力して反力機構を作動させる電
   磁比例減圧弁とを備えていることを特徴とする請求項１
   乃至３のいずれかに記載の可変容量形油圧モータの操作
   装置。 ５、上記モータの容量調節手段は、容量切換スイッチと
   、このスイッチからの信号に基づいて上記モータの傾転
   制御用レギュレータに油圧を供給する状態としない状態
   とに切換えられる容量切換弁とからなり、かつ、上記レ
   ギュレータに対する制御圧力の検出器を有し、制御手段
   は、上記負荷検出手段および制御圧力検出器からの信号
   に基づいて反力制御信号を出力するコントローラと、コ
   ントローラからの信号に応じたパイロット圧を反力機構
   に出力して反力機構を作動させる電磁比例減圧弁とを備
   えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに
   記載の可変容量形油圧モータの操作装置。