JPH0612123B2 - ウインチの操作力制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、クレーン等のウインチの操作レバーに負荷圧
力に応じた操作反力を付与する操作力制御装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来、ウインチの吊り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５５−１４１
９９号公報に示されているように、遠隔操作弁に巻上用
と巻下用の各反力ピストンを付設し、ウインチ用油圧モ
ータとカウンタバランス弁との間から取り出した負荷圧
力を上記各反力ピストンの背面に形成した圧力室に入力
させ、その圧力でピストンに連設したロッドを押出し
て、操作レバーに連設した作動部に接触させることによ
り、操作レバーに操作反力すなわちレバーを中立に戻そ
うとする力を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〕

上記従来の装置は各反力ピストンの背面に形成された反
力室に、モータとカウンタバランス弁との間から取出し
た負荷圧力を直接入力させるために、各反力ピストンに
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。しかも、巻上操作側の反力ピストンの直径
（受圧面積）と、巻下操作側の反力ピストンの直径（受
圧面積）とが同一かつ一定で、それらの背面に形成され
た各反力室に上記負荷圧力を直接入力させて巻上時およ
び巻下時の各操作反力を制御するものであるため、巻上
時の操作反力Ｆ_１と、巻下時の操作反力Ｆ_２とがいずれ
も第６図鎖線イ′、ロ′に示すように負荷圧力に比例し
て一定の比率で直線的に制御されることになる。

しかしながら、この種のウインチでは、巻上時の負荷圧
力は方向切換弁のスプール開口面積および負荷の大きさ
（吊荷の荷重）に応じて大きく変化するのに対し、巻下
時の負荷圧力は方向切換弁の切換え初期（過度位置）に
僅かに変化するだけで、その後、巻下が始まると負荷の
大きさに関係なくほぼ一定となる。このために巻下時の
制御有効範囲は巻上時に比べて小さいものである。

しかも、この種の操作装置では、第６図実線ハに示すよ
うに操作レバーに対し常にレバーを中立に保持するため
の中立保持力が固有の反力Ｆ_０として作用しており、そ
の固有反力Ｆ_０と、上記負荷圧力に応じて制御される操
作反力Ｆ_１またはＦ_２との和（Ｆ_０＋Ｆ_１またはＦ_０＋
Ｆ_２）が同図実線イ、ロに示すように巻上時および巻下
時の全操作反力Ｆとして作用する。この場合、とくに巻
下初期における全操作反力Ｆのうち上記の制御による操
作反力Ｆ_２の割合が小さく、このためオペレータが巻上
初期に反力Ｆの変化状態を手で感知することは困難とな
り、吊荷の動き始めを感知することは難しく、吊荷がオ
ペレータから見えない位置で作業する場合に吊荷が建築
物その他の物体に当る危険性がある。

そこで、巻上時、巻下時のいずれの場合であっても、操
作反力を適正に制御してオペレータが容易に感知できる
装置の開発が望まれている。

本発明は、このような要望に応えるために、巻上時、巻
下時のいずれの場合であっても、操作反力を巻上負荷圧
力および巻下負荷圧力に応じて適正に制御してオペレー
タが反力の変化状態を容易に手で感知でき、吊荷の動き
始めを確実に知ることができ、吊荷がオペレータから見
えない位置で作業する場合でも吊荷が建築物その他の物
体に当ることを防止でき、操作性ならびに安全性を向上
できるウインチの操作力制御装置を提供することを目的
としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的達成のために本発明は、ウインチの操作レバー
に操作反力を付与するようにレバー操作方向に対向して
設けられた巻上操作反力装置および巻下操作反力装置
と、レバーの操作方向を検出する操作方向検出手段と、
ウインチの負荷圧力を検出する負荷圧力検出手段と、上
記各検出手段による検出信号に基づいて操作方向および
負荷圧力に応じた操作反力制御信号を上記各反力装置に
出力するコントローラとを備えた構成としている。（請
求項１）。

この構成において、コントローラに、操作方向検出手段
から巻下信号が入力されたときに巻下負荷圧力に応じて
出力される操作反力制御信号の変化率を、巻上信号が入
力されたときに巻上負荷圧力に応じて出力される操作反
力制御信号の変化率よりも高くなるように制御する制御
手段を設けるようにしている（請求項２）。

また、上記各操作反力装置は操作レバーの操作方向に対
向して配置された反力シリンダと、コントローラからの
反力制御信号に応じた二次元圧力を各反力シリンダに出
力する電磁比例減圧弁とによって構成される（請求項
３）。

〔作 用〕

上記請求項１記載のウインチの操作力制御装置によれ
ば、コントローラに操作方向検出手段が検出した操作レ
バーの操作方向と負荷圧力検出手段が検出したウインチ
の負荷圧力が入力されると、コントローラは入力された
これらレバーの操作方向と負荷圧力に応じて、操作反力
制御信号を巻上操作反力装置および巻下操作反力装置に
発信するため、それを受けた操作方向の操作反力装置は
上記負荷圧力に比例した操作反力をウインチの操作レバ
ーに付与し、オペレータはこの操作レバーの操作反力で
この操作が巻上操作であるのか巻下操作であるのかの別
および負荷の大きさを容易に感知することができる。

上記請求項２記載のウインチの操作力制御装置によれ
ば、コントローラには、巻下負荷圧力に応じて出力され
る操作反力制御信号の変化率を、巻上負荷圧力に応じて
出力される操作反力制御信号の変化率よりも高くなるよ
うに制御する制御手段が設けられている。従って、同じ
距離だけ操作レバーを動かしても、巻下時の操作反力の
方が、巻上時の操作反力よりも大きな力を必要とするた
め、オペレータはこの力の差で容易に巻上操作であるの
か巻下操作であるのかを認識することができ、より安全
な操作が要求される巻下操作を支障なく確実に行うこと
が可能になる。

上記請求項３記載のウインチの操作力制御装置によれ
ば、各操作反力装置が操作レバーの操作方向に対向して
配置された反力シリンダと、コントローラからの反力制
御信号に応じた二次圧力を各反力シリンダに出力する電
磁比例制御弁とによって構成されているため、コントロ
ーラから反力信号が電磁比例制御弁に伝達されると、こ
の反力信号の大きさ、すなわち負荷の大きさに応じて上
記電磁弁の開度が設定され、この開度に応じた二次圧力
が上記反力シリンダに供給され、結局この反力シリンダ
を介して二次圧力に応じた操作レバーの操作反力が設定
される。

このように、電磁比例制御弁を介して二次圧力で操作反
力を制御するようになっているため、低圧用で小型の反
力シリンダを採用することができ、設備コストを低減さ
せることが可能になる。

〔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、方向切換弁２を切換えることにより、主油圧ポン
プ１の吐出油がウインチ用油圧モータ３に供給され、モ
ータ３が正転または逆転され、モータ３に連結されたウ
インチドラム（図示省略）が正転または逆転されて吊荷
の巻上または巻下が行われる。なお、図面は巻上運転状
態を示している。

また、この実施例では方向切換弁２にパイロット式切換
弁が用いられ、この方向切換弁２を切換えるために遠隔
操作弁４が用いられ、遠隔操作弁４に巻上用と巻下用の
各反力装置が設けられている。すなわち遠隔操作弁４の
弁本体４１には操作レバー６が枢軸６１により揺動自在
に支持され、レバー６の枢軸６１を中心とする左右の作
動部６２，６２′に対応して巻上用と巻下用の一対の減
圧弁５，５′が設けられている。減圧弁５，５′は、弁
本体４１に設けられたポンプポート４２と、タンクポー
ト４３と、出力ポート４４，４４′とに対応する圧力室
５１，５１′内に、それぞれ油孔５２，５２′を有する
スプール５３，５３′を摺動自在に挿入して構成され、
スプール５３，５３′の先端側には作動部６２，６２′
に対向するプッシュロッド５４，５４′がばね５５，５
５′を介して連結され、後端側はばね５６，５６′によ
り弁本体４１に支持されている。上記ポンプポート４２
には操作用油圧ポンプ５０が接続され、タンクポート４
３にはタンク１０が接続され、出力ポート４４，４４′
にはパイロット油路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。

巻上用および巻下用の各操作反力装置は遠隔操作弁４の
弁本体４１に一体的に組込まれた巻上用および巻下用の
一対の反力シリンダ７，７′と、巻上、巻下共通の１個
の電磁比例減圧弁８とによって構成されている。すなわ
ち弁本体４１の各減圧弁５，５′に対応する箇所にそれ
ぞれ反力シリンダ室が設けられ、各シリンダ室内に反力
ピストン７１，７１′が摺動自在に挿入され、各ピスト
ン７１，７１′に連結された反力ロッド７２，７２′が
操作レバー６の各作動部６２，６２′に対応するように
配置されている。各反力ロッド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作動部６２，６２′の下面に
接触するようにそのストロークが設定されている。

そして、レバー６の操作時に反力ピストン７１，７１′
の背面に形成された反力室７３，７３′に電磁比例減圧
弁８の二次圧力が油路８１，８１′を経て入力され、そ
の二次圧力により反力ピストン７１，７１′を介して反
力ロッド７２，７２′が突出方向に付勢され、操作レバ
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。電磁比例減圧弁８は一次側が操作用油圧ポ
ンプ５０に接続され、コントローラ９からの制御信号
（制御電流）を入力しその信号に応じて二次圧力が制御
され、この二次圧力の制御によって上記操作反力が制御
される。

コントローラ９は圧力センサ９１により検出された油路
３１の圧力（巻上時の負荷圧力）Ｐａと、圧力センサ９
１′により検出された油路３２の圧力（巻下時の負荷圧
力）Ｐｂとをそれぞれ入力し、巻上か巻下かを判別する
とともに、その方向および圧力Ｐａ，Ｐｂに応じた信号
を電磁比例減圧弁８に出力する。

ここで、第１図は遠隔操作弁４のレバー６を中立位置か
ら巻上側に操作した場合を示しており、この巻上操作に
より巻上側の操作用減圧弁５のプッシュロッド５４が押
し上げられ、スプール５３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が巻上位置に切換えられている。これによりポン
プ１の吐出油が実線矢印方向に流れてモータ３に流入さ
れ、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。

この巻上操作時において、モータ３の巻上側の油路３１
の圧力すなわち巻上負荷圧力Ｐａ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、その巻上負荷
圧力Ｐａに基づいてコントローラ９から電磁比例減圧弁
８に反力制御信号ｉ（制御電流）が出力され、その信号
ｉにより電磁比例減圧弁８の二次圧力Ｐｉが制御され、
その二次圧力Ｐｉが反力室７３に入力されて反力ロッド
７２が突出するように付勢され、その突出力が操作反力
Ｆａとしてレバー６の巻上側の作動部６２に作用する。

この場合、反力ロッド７２による巻上操作反力Ｆａは、
モータ３の負荷圧力Ｐａに比例してたとえば第５図の鎖
線II′に示すように制御される。なお、第５図におい
て、実線Ｉは遠隔操作弁４の固有の反力Ｆ_０を示す。こ
の固有反力Ｆ_０は減圧弁５，５′のプッシュロッド５
４，５４′を介してレバー６を中立に戻そうとする力で
あり、減圧弁５，５′のばね５６，５６′やスプール５
３，５３′の摺動抵抗等によって決り、ほぼ一定であ
る。上記の制御により、レバー６には第５図に実線Ｉに
示す固有反力Ｆ_０と、同図鎖線II′に示す負荷圧力Ｐａ
に応じた操作反力Ｆａとの和が同図実線IIに示す全操作
反力Ｆ（Ｆ＝Ｆａ＋Ｆｂ）として作用し、この反力Ｆの
変化すなわち操作反力Ｆａの変化により、オペレータが
負荷の変化状態をレバーを通して手で容易に感知できる
ことになる。

次に、レバー６を中立位置から巻下側に操作すると、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が巻下位置に切換えられ、ポンプの吐出油が
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
なわち巻下負荷圧力Ｐｂ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、その巻下負荷圧力Ｐ
ｂに基づいてコントローラ９から電磁比例減圧弁８に反
力制御信号ｉ（制御電流）が出力され、その信号ιによ
り電磁比例減圧弁８の二次圧力Ｐｉが制御され、その二
次圧力Ｐｉが反力室７３′に入力されて反力ロッド７
２′が突出するように付勢され、その突出力が操作反力
Ｆｂとしてレバー６の巻上側の作動部６２′に作用す
る。

この場合、反力ロッド７２′による巻上操作反力Ｆｂ
は、モータ３の負荷圧力Ｐｂに比例して制御されるが、
その変化率（比例ゲイン）は上記巻上操作反力Ｆａを制
御する場合の変化率（比例ゲイン）よりも高くしてあ
り、たとえば第５図の鎖線III′に示すように制御され
る。なお、レバー６には第５図の実線Ｉに示す固有反力
Ｆ_０と、同図鎖線III′に示す負荷圧力Ｐｂに応じた操
作反力Ｆｂとの和が同図実線IIIに示すように全操作反
力Ｆ（Ｆ＝Ｆ_０＋Ｆｂ）として作用する。このとき巻下
時における負荷圧力Ｐｂの変化域は巻上時に比べて小さ
いが、上記のように巻下時の比例ゲインを巻上時よりも
高くし、巻下操作反力Ｆｂを第５図の鎖線III′のよう
に急勾配で制御することにより、僅かな巻下 負荷圧力Ｐｂの変化を大きな巻下操作反力Ｆｂ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Ｆ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。そして、操作初期における負荷の動き始め
を上記全操作反力Ｆの変化を通して容易に感知でき、負
荷が見えない位置での操作であっても、安全に巻下操作
ならびに巻下作業を行うことができる。

ところで上記の制御に当り、巻上時において、軽負荷時
には負荷圧力Ｐａに対する巻上操作反力Ｆａの比例ゲイ
ンを巻下時のように高くし、重負荷時には負荷圧力Ｐａ
に対する操作反力Ｆａの比例ゲインが低くなるように、
コントローラ９に設けられた演算器（制御手段）により
演算処理し、巻上操作反力Ｆａすなわち全操作反力Ｆを
たとえば第５図の実線IVまたはＶに示すように折線で制
御することもできる。

こうすれば巻上時においても、軽負荷時には僅かな負荷
圧力Ｐａの変化を大きな操作反力Ｆａの変化に変換する
ことができ、その変化をレバー６を介してオペレータが
敏感に感知することができる。そして、操作初期におけ
る負荷の動き始めを上記操作反力Ｆａの変化を通して容
易に感知でき、負荷が見えない位置での巻上操作であっ
ても、安全に巻上操作ならびに巻上操作できる。しか
も、このように軽負荷時に負荷圧力Ｐａに対する巻上操
作反力Ｆａの比例ゲインを高くしても、重負荷時にはそ
の比例ゲインを低くすることにより、全操作反力Ｆがレ
バー操作可能最大値Ｆmaxを越えるおそれはなく、か
つ、重負荷時でもその負荷圧力Ｐａに応じて操作反力Ｆ
ａを適正に制御できる。これによって軽負荷時から重負
荷時の全負荷域に亘って円滑に操作ならびに作業を行う
ことができる。なお、巻下時にも上記と同様に折線で制
御するようにしてもよい。

また、第１図の実施例において、予めコントローラ９に
たとえば第５図の実線II、IV、Ｖに示すような複数の制
御パターンを設定し、巻上時（巻下時も同じ）にその制
御パターンのうち任意のものを選択スイッチ等の制御パ
ターン選択手段９２により選択するようにしてもよい。
こうすれば制御パターンの選択により作業内容に応じた
操作反力制御を行うことができ、装置の汎用性を向上で
きる。

なお、第１図において、８２は切換弁で、この切換弁８
２を図示の位置に保持することにより、電磁比例減圧弁
８に一次圧が入力されて上記の操作反力制御が行われ、
頻繁にレバー操作する作業時等、操作反力制御を必要と
しない場合に、この切換弁８２を図面上位置に切換える
ことにより、電磁比例減圧弁８がタンク１０に解放さ
れ、操作反力制御が停止される。この切換弁８２は省略
しても差支えない。

第１図の実施例では、圧力センサ９１，９１′によって
モータ巻上側の油路３１の圧力Ｐａと、巻下側の油路３
２の圧力Ｐｂとを個別に検出することにより、巻上か巻
下かの方向検出を行うとともに、その圧力Ｐａ，Ｐｂを
モータ負荷圧力として操作反力の制御を行うようにして
いるが、このウインチ回路を他のアクチュエータ回路と
シリーズ回路で使用する場合は、コントローラ９により
油路３１の圧力Ｐａと油路３２の圧力Ｐｂとの差圧を演
算し、その差圧をモータ３の巻上または巻下の有効負荷
圧力とし、その有効負荷圧力に基づいて上記の制御を行
うようにする。

第２図はモータ３の両側の油路３１，３２の圧力をシャ
トル弁３３により高圧選択して圧力センサ９３により検
出し、一方、リミットスイッチ９４等の方向検出手段に
より巻下操作を検出するようにしている。この場合、巻
上操作時はスイッチ９４がＯＦＦ（ＯＮでもよい）で、
コントローラ９により巻下操作であることを判別し、油
路３１からシャトル弁３３を経て圧力センサ９３により
検出された負荷圧力Ｐａに基づいて巻上操作反力Ｆａを
制御する。また、巻下操作時はスイッチ９４がＯＮ（Ｏ
ＦＦでもよい）されることによりコントローラ９で巻下
操作であることを判別し、油路３２からシャトル弁３３
を経て圧力センサ９３により検出された負荷圧力Ｐｂに
基づいて巻下操作反力Ｆｂを制御する。これによって第
１図の実施例と実質的に同一の作用効果が得られる。ま
た、この実施例によれば圧力スイッチを第１図の実施例
に比べて１個省略できる。

第３図は遠隔操作弁４の巻下側のパイロット油路２１′
に圧力スイッチまたは圧センサ等の検出手段（操作方向
検出手段）９５を設け、この検出手段９５により巻下か
否（巻上）かを検出するようにしたものであり、他の構
成ならびに作用効果は第２図の実施例と実質的に同一で
ある。

上記各実施例では、反力シリンダ７，７′を遠隔操作弁
４と一体的に設けた場合について説明したが、反力シリ
ンダ７，７′は必ずしも遠隔操作弁４と一体的に形成す
る必要はなく、たとえば第４図に示すように遠隔操作弁
４から離れた位置に操作レバー６を設け、その遠隔操作
弁４の操作部６３と、操作レバー６の作動部６２とをリ
ンク６４等により連結し、操作レバー６の作動部６２，
６２′に対向して反力シリンダ７，７′を配置してもよ
い。こうすれば遠隔操作弁４に既存のものをそのまま使
用できるとともに、反力シリンダ７，７′を小形化で
き、コストダウンが可能となり、かつ、遠隔操作弁４と
操作レバー６および反力シリンダ７，７′の配置を任意
に設定でき、建設機械のように狭い運転室であっても効
率よく配置して、その利用価値を高めることができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明の請求項１記載のウインチの操作力
制御装置によれば、ウインチの負荷圧力を検出するとと
もに、巻上か巻下かも検出し、その操作方向と負荷圧力
とに基づいて巻上、巻下の各操作反力装置により巻上操
作反力と、巻下操作反力とを個別に制御するようにした
ものであり、この制御により、巻上、巻下の各作業に適
した制御が行われ、負荷の変化つまり吊荷の動きをオペ
レータがレバーを通して手で容易に感知でき、操作性を
向上させることができる。

また本発明の請求項２記載のウインチの操作力制御装置
によれば、とくに巻下時に、巻上時の負荷圧力に応じた
巻上操作反力の変化率よりも高い変化率で巻下操作反力
を制御することにより、僅かな巻下負荷圧力の変化でも
大きな巻下操作反力の変化としてオペレータが確実に感
知することができ、従来では困難とされていた巻下時の
操作反力の制御が容易に実現され、負荷（吊荷）の動き
始めを確実に知ることができ、安全性を高めることがで
きる。

さらに本発明の請求項３記載のウインチの操作力制御装
置によれば、コントローラからの信号により電磁比例減
圧弁の二次圧力を制御し、その二次圧力で巻上、巻下の
各反力シリンダによる操作反力制御を行うことにより、
低圧用で小型の反力シリンダを使用して、コストダウン
を図ることができるとともに、微妙な制御が可能とな
り、制御精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す構成説明図、第２図、第
３図はそれぞれ別の実施例を示す構成説明図、第４図は
さらに別の実施例を示す概略配置図、第５図は本発明に
よる制御特性を示す負荷圧力と操作反力との関係図、第
６図は従来の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……油圧ポンプ、２……方向切換弁、３……ウインチ
用油圧モータ、４……遠隔操作弁、５，５′……操作用
減圧弁、６……操作レバー、７，７′……反力シリン
ダ、８……電磁比例減圧弁、９……コントローラ、３３
……シャトル弁、９１，９１′……圧力センサ（負荷圧
力検出手段兼操作方向検出手段）、９３……圧力センサ
（負荷圧力検出手段）、９４……リミットスイッチ（操
作方向検出手段）、９５……操作方向検出手段。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウインチの操作レバーに操作反力を付与す
   るようにレバー操作方向に対向して設けられた巻上操作
   反力装置および巻下操作反力装置と、レバーの操作方向
   を検出する操作方向検出手段と、ウインチの負荷圧力を
   検出する負荷圧力検出手段と、上記各検出手段による検
   出信号に基づいて操作方向および負荷圧力に応じた操作
   反力制御信号を上記各反力装置に出力するコントローラ
   とを備えていることを特徴とするウインチの操作力制御
   装置。
2. 【請求項２】コントローラには、操作方向検出手段から
   巻下信号が入力されたときに巻下負荷圧力に応じて出力
   される操作反力制御信号の変化率を、巻上信号が入力さ
   れたときに巻上負荷圧力に応じて出力される操作反力制
   御信号の変化率よりも高くなるように制御する制御手段
   が設けられていることを特徴とする請求項１記載のウイ
   ンチの操作力制御装置。
3. 【請求項３】上記各操作反力装置が操作レバーの操作方
   向に対向して配置された反力シリンダと、コントローラ
   からの反力制御信号に応じた二次圧力を各反力シリンダ
   に出力する電磁比例減圧弁とによって構成されているこ
   とを特徴とする請求項１または２記載のウインチの操作
   力制御装置。