JPH0733387A - 伸縮式クレーンの吊りワイヤ駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で、ブーム伸縮に伴うワイヤ吊り
長の変動を高い精度及び応答性で抑制する。 【構成】 主巻ワイヤロープ長Ｌの変化に伴って回転す
る検出用ローラ７４の回転状態をロータリエンコーダ等
で検出し、コントローラ６０に入力する。コントローラ
６０は、ブーム１４の伸縮中に検出される上記主巻ワイ
ヤロープ長Ｌの変化に基づいて、このワイヤロープ長Ｌ
を伸縮前の初期長さに保つように、主巻ウインチ２４に
よる主巻ワイヤロープ２８の駆動を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、伸縮可能なブームを備
えた伸縮式クレーンにおいて、上記ブームの先端部から
垂下される吊り作業用のワイヤの駆動を制御する装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６（ａ）（ｂ）は、従来の伸縮式クレ
ーンに設置された伸縮可能なブーム９０の構造の一例を
示したものである。図例では、２段のブーム９０が示さ
れており、このブーム９０は、基端側の外側ブーム部材
９１と、先端側の内側ブーム部材９２とを備え、この内
側ブーム部材９２が外側ブーム部材９１内に挿入されて
いる。外側ブーム部材９１内には、図略の伸縮駆動用シ
リンダが収容されており、この伸縮駆動用シリンダの伸
縮作動によって内側ブーム部材９２が外側ブーム部材９
１に対して軸方向に相対移動する（すなわちブーム９０
全体が伸縮する）ようになっている。

【０００３】上記内側ブーム部材９２の先端部にはワイ
ヤガイドシーブ９３，９４が設けられる一方、図略のク
レーン本体にはウインチ９５が搭載されており、このウ
インチ９５から繰り出された吊りワイヤロープ９６が上
記ワイヤガイドシーブ９３，９４に掛けられた状態でブ
ーム先端部から垂下され、その下端部に吊りフック９７
が装着されている。従って、ブーム９０が静止した状態
で、ウインチ９５が駆動されて吊りワイヤロープ９６の
繰り出しもしくは巻取りが行われることにより、吊りフ
ック９７に吊り下げられた荷を昇降できるようになって
いる。

【０００４】ところが、このようなクレーンでは、上記
ウインチ９５を静止させていても、この状態のまま図６
（ａ）に示すようにブーム９０を伸長させると、その伸
長分だけ上記ブーム先端部から吊りフック９７までのワ
イヤロープ長（以下、ワイヤ吊り長と称する。）Ｌが急
激に減少し、逆に同図（ｂ）に示すようにブーム９０を
収縮させると、その収縮分だけ上記ワイヤ吊り長Ｌが急
激に増大してしまう。前者の場合には、吊りフック９７
がブーム先端部に接触して過巻状態に陥るおそれがあ
り、逆に後者の場合には、吊りフック９７が地上に落下
して地面もしくは地上の障害物と接触するおそれがあ
る。このため操作者は、ブーム伸縮操作と並行してウイ
ンチによる繰り出し・巻取り操作を行い、上記ワイヤ吊
り長Ｌを略一定に保つといった作業を強いられており、
その負担は多大なものとなっている。

【０００５】そこで近年は、上記操作者の負担を軽減す
べく、上記ブーム９０の伸縮に伴うウインチ９５の駆動
制御を自動的に行う装置の開発が進められている。例え
ば実開昭６４−５６４８９号公報には、上記ウインチ９
５からの吊りワイヤロープ９６の繰り出し量（すなわち
ウインチ９５から吊りフック９７までのワイヤロープ長
さ）を検出するロープ長センサと、ブーム９０の伸縮長
さを検出するブーム長センサとを備え、両者の検出信号
に基づいて上記ワイヤ吊り長Ｌを演算により求め、この
ワイヤ吊り長を一定にするようにウインチ９５を自動制
御するようにした装置が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記装置では、検出器
としてブーム長センサとロープ長センサの２つのセンサ
を用い、両者の検出結果に基づいてワイヤ吊り長を演算
するようにしているので、演算制御内容が複雑となり、
装置構造の簡略化は難しい。また、このように演算で間
接的に求められたワイヤ吊り長Ｌを基盤にウインチ駆動
制御を行っているので、その制御精度及び応答性の向上
を図るのは難しい。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑み、簡単な
構成で、ブーム伸縮に伴うワイヤ吊り長の変動を高い精
度及び応答性で抑制することができる吊りワイヤ駆動制
御装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、伸縮可能なブ
ームと、吊りワイヤの繰り出し及び巻取りを行うワイヤ
駆動手段とを備え、このワイヤ駆動手段から繰り出され
たワイヤを上記ブームの所定位置から垂下させ、その下
端部に吊り具を装着した伸縮式クレーンにおいて、上記
ブームから垂下された部分の吊りワイヤ長さであるワイ
ヤ吊り長の変化量を検出するワイヤ吊り長検出手段と、
このワイヤ吊り長検出手段の検出結果に基づき上記ブー
ムの伸縮中に上記ワイヤ吊り長を一定に保つように上記
ワイヤ駆動手段の作動を制御する駆動制御手段とを備え
たものである（請求項１）。

【０００９】上記ワイヤ吊り長検出手段としては、上記
ブームにおいて吊りワイヤの垂下始点もしくはこの垂下
始点と常時一体に移動する個所に上記吊りワイヤと接触
する状態で回転可能に設けられ、この吊りワイヤの長さ
方向の変位に連動して回転する回転体と、この回転体の
回転角度を検出する回転検出手段とを備えたものが好ま
しく（請求項２）、その回転体は、ブーム先端部に装着
されたワイヤガイドシーブであることがより好ましい
（請求項３）。

【００１０】

【作用】請求項１記載の装置によれば、ブームの伸縮動
作中、ワイヤ吊り長検出手段により検出された吊りワイ
ヤ長の変化に基づき、この吊りワイヤ長を一定値に近付
けるように駆動制御手段によってワイヤ駆動手段の作動
が制御され、これによりブームの伸縮にかかわらず吊り
ワイヤ長が略一定に保たれる。

【００１１】より具体的に、請求項２記載の装置では、
上記吊りワイヤ長が変化するのに伴い、吊りワイヤにお
いて回転体と接触する部分がこの回転体に対してワイヤ
長さ方向に相対変位し、この変位に伴って回転体（請求
項３ではワイヤガイドシーブ）が回転するので、この回
転体を回転検出手段で検出することにより、上記吊りワ
イヤ長の変化を把握することができる。

【００１２】

【実施例】本発明の第１実施例を図１〜図４に基づいて
説明する。

【００１３】図２に示すクレーンは、下部走行体１０を
備え、この下部走行体１０に旋回フレーム１２が旋回可
能に設置されており、この旋回フレーム１２に水平軸回
りに回動可能に（すなわち起伏可能に）ブーム１４が取
付けられている。

【００１４】このブーム１４は、外側ブーム部材１６及
び内側ブーム部材１８を備えた二段伸縮型ブームであ
り、外側ブーム部材１６の基端部が上記旋回フレーム１
２に連結され、内側ブーム部材１８が外側ブーム部材１
６にその先端側から挿入されている。外側ブーム部材１
６内には伸縮シリンダ２０が収容され、そのロッドに上
記内側ブーム部材１８が連結されており、上記伸縮シリ
ンダ２０の伸縮に伴って内側ブーム部材１８が外側ブー
ム部材１６に対して軸方向に移動し、これによってブー
ム１４全体が伸縮するようになっている。また、外側ブ
ーム部材１６は起伏シリンダ２２を介してクレーン旋回
部の適所に連結されており、この起伏シリンダ２２の伸
縮によってブーム１４全体が起伏するようになってい
る。

【００１５】クレーン旋回部の適所には、主巻ウインチ
２４及び補巻ウインチ２６が搭載されている。主巻ウイ
ンチ２４から繰り出された主巻ワイヤロープ（吊りワイ
ヤロープ）２８は、ブーム１４先端部に回転可能に装着
されたワイヤガイドシーブ３０，３２に掛けられ、さら
にワイヤガイドシーブ３２とフック側シーブ３５との間
に複数回巻回された状態でブーム先端から垂下されてい
る。上記フック側シーブ３５は、フックブラケット３４
に回転可能に装着され、このフックブラケット３４に主
巻フック（吊り具）３６が固定されており、よって主巻
ワイヤロープ２８の垂下部分の下端部に主巻フック３６
が装着された状態となっている。また、補巻ウインチ２
６から繰り出された補巻ワイヤロープ３７は、ワイヤガ
イドシーブ３０に接触し、さらにブーム先端から張り出
されたジブ３８の先端のワイヤガイドシーブ４０に掛け
られてこのワイヤガイドシーブ４０から垂下されてお
り、その下端部に補フック４２が固定されている。

【００１６】図１に示すように、上記伸縮シリンダ２０
のヘッド側室及びロッド側室はそれぞれライン４５，４
６を介して３位置油圧切換弁４４の出口側ポートに接続
されており、この油圧切換弁４４の入口側ポートが油圧
源４８及びタンク５０にそれぞれ接続されている。一
方、操縦室内には操作レバー４７が設けられ、その操作
レバー４７の操作方向に応じてパイロット弁４９から上
記油圧切換弁４４にパイロット圧が適宜供給されること
により、油圧切換弁４４が作動し、伸縮シリンダ３３が
収縮・停止・伸長の各状態に切換えられるようになって
いる。

【００１７】上記主巻ウインチ２４は、上記主巻ワイヤ
ロープ２８を巻取るウインチドラム５１と、このウイン
チドラム５１を回転駆動する油圧モータ５２とを備えて
いる。油圧モータ５２はライン５３，５４を介して３位
置電磁油圧切換弁５６の出口側ポートに接続されてお
り、この３位置電磁油圧切換弁５６の入口側ポートが油
圧源５８及び上記タンク５０にそれぞれ接続されてい
る。上記電磁油圧切換弁５６の切換用ソレノイドは、後
述のコントローラ６０に接続されており、このコントロ
ーラ６０から上記切換用ソレノイドに励磁電流が出力さ
れることにより、上記電磁油圧切換弁５６が作動し、こ
れによって油圧モータ５２の方向制御及び流量制御、換
言すれば主巻ドラム５１の回転方向制御及び回転速度制
御が行われるようになっている。

【００１８】次に、このクレーンにおける主巻ワイヤロ
ープ２８のワイヤ吊り長（ワイヤガイドシーブ３２から
主フック４２に至るまでの距離）Ｌの変化を検出するた
めの装置を図３に基づいて説明する。なお、図３では便
宜上、ワイヤガイドシーブ３２の前側（同図では右側）
から垂下されている主巻ワイヤロープ２８のみ図示して
いる。

【００１９】内側ブーム部材１８の先端部からは下方に
ローラブラケット７０が延設されており、このローラブ
ラケット７０はその途中で後側ローラ支持部７１と前側
ローラ支持部７２とに分岐している。後側ローラ支持部
７１には検出用ローラ（回転体）７４が回転可能に装着
され、前側ローラ支持部７２には圧縮バネ７７を介して
挾持用ローラ７６が回転可能に支持されており、上記ワ
イヤガイドシーブ３２から垂下された主巻ワイヤロープ
２８が、上記圧縮バネ７７の弾発力によって上記検出用
ローラ７４と挾持用ローラ７６とで挾持されている。す
なわち、上記検出用ローラ７４は主巻ワイヤロープ２８
と接触した状態でこの主巻ワイヤロープ２８の軸方向の
変位（すなわち上下方向の変位）に伴い回転するように
なっている。

【００２０】そして、この検出用ローラ７４にその回転
を検出するロータリエンコーダ（回転検出手段を構成）
７８が装着されている。このロータリエンコーダ７８
は、上記検出用ローラ７４の回転に伴ってその回転量に
応じたパルス数のパルス信号を出力するように構成され
ており、そのパルス信号は前記コントローラ６０に入力
されるようになっている。

【００２１】このコントローラ６０は、図４に示すよう
に、モード切換部６１、カウンタ６２、初期位置記憶部
６３、制御信号演算部６４、及びモータ制御部６５を備
えている。

【００２２】モード切換部６１は、図略の操作装置で運
転者によりワイヤ吊り長固定制御モードが選択された場
合に、その選択された時点、すなわち上記操作装置から
ワイヤ吊り長固定制御モードの設定信号が入力された時
点で、初期位置記憶部６３に記憶指令信号を出力するも
のである。

【００２３】カウンタ（回転検出手段を構成）６２は、
上記ロータリエンコーダ７５から出力されたパルス信号
のパルス数をカウントし、これに基づいて求められる検
出用ローラ７４の回転方向及び回転量に関する情報信号
を初期位置記憶部６３及び制御信号演算部６４に入力す
るものである。

【００２４】初期位置記憶部６３は、上記モード切換部
６１から記憶指令信号が入力された時点でカウンタ６２
から入力される信号に基づき、上記時点における検出用
ローラ７４の回転角度位置（初期位置）を記憶するもの
である。

【００２５】制御信号演算部６４は、上記カウンタ６２
から時々刻々出力される情報信号を取込み、上記初期位
置記憶部６３で記憶された初期位置からの検出用ローラ
７４の回転方向及び回転量を演算するとともに、その演
算結果に基づいて、油圧モータ５２を制御するための制
御信号を演算するものである。モータ制御部６５は、上
記制御信号演算部６４で演算された制御信号に見合う励
磁電流を電磁油圧切換弁５６の適当な側の切換用ソレノ
イドに入力することにより、この電磁油圧切換弁５６の
作動制御、換言すれば主巻ウインチ２４による主巻ワイ
ヤロープ２８の駆動制御を行うものである。

【００２６】すなわち、上記初期位置記憶部６３、制御
信号演算部６４、及びモータ制御部６５により、検出用
ローラ７４の回転状態検出結果に基づいて主巻ウインチ
２４によるワイヤ駆動を制御する駆動制御手段が構成さ
れている。

【００２７】次に、このコントローラ６０により実際に
行われる演算制御動作を説明する。

【００２８】まず、図略の操作装置において、制御モー
ドとして吊りワイヤ長固定制御モードが選択されると、
この選択が行われた時点でモード切換部６１から初期位
置記憶部６３に記憶指令信号が入力され、初期位置記憶
部６３はこの時点でカウンタ６２から入力される情報信
号を受取り、その時点での検出用ローラ７４の回転角度
位置（初期位置）ｘoを記憶する。

【００２９】この時点から、伸縮シリンダ２０が作動し
てブーム１４が伸縮する、すなわち内側ブーム部材１８
が外側ブーム部材１６に対して相対移動すると、その伸
縮分だけワイヤ吊り長Ｌが変化する（具体的には、ブー
ム１４が伸長するとワイヤ吊り長Ｌが減少し、ブーム１
４が収縮するとワイヤ吊り長Ｌが増加する）こととなる
が、これに伴ってブーム部材１８と主巻ワイヤロープ２
８とがロープ長さ方向に相対変位し、その変位量に見合
った量だけ検出用ローラ７４が上記初期位置から回転す
る。この回転量は、ロータリエンコーダ７５及びカウン
タ６２によって検出され、制御信号演算部６４に入力さ
れる。

【００３０】そこで、制御信号演算部６４は、上記初期
位置からの検出用ローラ回転方向及び回転量に基づき、
ブーム伸縮にかかわらず上記検出用ローラ７４を初期位
置に保つ（すなわち吊りワイヤ長Ｌを初期長さに保つ）
ようなモータ制御信号を演算する。具体的に、この実施
例では、制御信号演算部６４は次式に基づいてＰＩＤ制
御用のモータ制御信号ｕを演算する。

【００３１】

【数１】 ｕ＝−Ｋ_p・ｅ−Ｋ_d・(ｄｅ/ｄｔ）−Ｋ_i∫ｅｄｔ ｅ＝ｘ−ｘo ただし、ｘ：現在の検出用ローラ回転角度位置 ｘo：記憶された検出用ローラ回転角度位置（初期位
置） ｅ：初期位置からの検出用ローラの回転量（正負は回転
方向を表す） ｄｅ/ｄｔ：ｅの時間変化率 ∫ｅｄｔ：初期位置記憶時点からのｅの時間積分値 Ｋ_p：比例制御ゲイン Ｋ_d：微分制御ゲイン Ｋ_i：積分制御ゲイン とする。

【００３２】モータ制御部６５は、電磁油圧切換弁５６
に対し、上記モータ制御信号ｕに見合った励磁電流をそ
の正負に応じた側の切換用ソレノイドに出力し、電磁油
圧切換弁５６を作動させる。これにより、ブーム１４の
伸縮にかかわらず、ワイヤ吊り長Ｌを一定に保つような
油圧モータ５２の駆動制御が実行される。より具体的
に、上記ワイヤ吊り長Ｌが初期長さよりも減少してお
り、また大きく減少傾向にある場合には、主巻ウインチ
２４のウインチドラム５１を繰り出し方向に作動させ、
逆に上記ワイヤ吊り長Ｌが初期長さよりも増加してお
り、また大きく増加傾向にある場合には、主巻ウインチ
２４のウインチドラム５１を巻取り方向に作動させると
いったＰＩＤ制御が実行される。

【００３３】以上のようにこの装置では、検出用ローラ
７４、ロータリエンコーダ７５、及びカウンタ６２によ
ってワイヤ吊り長Ｌの変化を直接検出し、その変化状態
に基づいて上記ワイヤ吊り長Ｌを一定に保つように主巻
ウインチ２４によるワイヤ駆動を制御するようにしたも
のであるので、従来のように複数のセンサを用いる制御
装置に比べ、より簡単な制御内容で、ワイヤ吊り長固定
制御の制御精度及び応答性を高めることができる。

【００３４】次に、第２実施例を図５に基づいて説明す
る。

【００３５】この実施例では、前記実施例におけるロー
タリエンコーダ７８を直接ワイヤガイドシーブ３２に装
着し、このワイヤガイドシーブ３２の回転状態を検出す
るようにしている。

【００３６】このような構造においても、上記ワイヤガ
イドシーブ３２は内側ブーム部材１８に対する主巻ワイ
ヤロープ２８の軸方向変位に伴って回転するため、この
ワイヤガイドシーブ３２の回転状態を検出することによ
り、ワイヤ吊り長の変化を把握することができる。しか
も、既設のワイヤガイドシーブ３２を検出用回転体とし
て兼用しているので、装置の構造をより簡略化すること
ができる。

【００３７】なお、本発明はこのような実施例に限定さ
れるものでなく、例として次のような態様をとることも
可能である。

【００３８】(1) 本発明において、回転体を設ける位置
は、吊りワイヤの垂下始点（第１実施例ではワイヤガイ
ドシーブ３２）もしくはこの垂下始点と常時一体に移動
する個所（第１実施例では内側ブーム部材１８における
任意の個所）であればよく、例えば図３に示すワイヤガ
イドシーブ３０を回転体としてその回転を検出するよう
にしてもよい。

【００３９】(2) 本発明では、回転検出手段の種類を問
わず、例えば上記ロータリエンコーダ７５及びカウンタ
６２の代わりに、ポテンショメータ及び動歪計を用いる
ようにしてもよい。

【００４０】(3) 本発明ではブームの段数を問わず、３
段以上の伸縮式ブームを備えたクレーンにも本発明を適
用することができる。また、吊りワイヤの垂下始点はブ
ーム先端部に限らず、ブームの途中から吊りワイヤが垂
下される場合にも上記と同様に適用することができる。

【００４１】(4) 上記実施例では、主巻ワイヤロープ２
８の駆動制御を示したが、補巻ワイヤロープ３７の駆動
制御に本発明を適用することも可能であり、また、両ワ
イヤロープ２８，３７の駆動制御を同時に行う場合にも
適用が可能である。

【００４２】(5) 上記実施例では、ロータリエンコーダ
７８の検出信号に基づいてＰＩＤ制御を行うものを示し
たが、本発明における駆動制御手段の制御内容はこれに
限らず、その他ののフィードバック制御や、これに種々
の制御を組み合わせたもの等、幅広く適用することがで
きる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明は、ワイヤ吊り長の
変化を直接検出し、その変化状態に基づいて上記ワイヤ
吊り長を一定に保つようにワイヤ駆動手段の作動を制御
するようにしたものであるので、従来のように複数のセ
ンサを用いる制御装置に比べ、より簡単な制御内容でワ
イヤ吊り長の変化を確実に抑制し、かつその制御精度及
び応答性を高めることができる効果がある。

【００４４】さらに、請求項２記載の装置によれば、上
記ブームにおいて吊りワイヤの垂下始点もしくはこの始
点と常時一体に移動する個所に上記吊りワイヤと接触す
る状態で回転体を設けるだけの簡単な構造で、上記ワイ
ヤ吊り長の変化を容易に検出することができる効果があ
る。

【００４５】特に、請求項３記載の装置では、ブーム先
端部に装着された既設のワイヤガイドシーブを上記回転
体として兼用することにより、装置の構造をさらに簡略
化することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例におけるブームの伸縮装置
及びワイヤ駆動装置を示す構成図である。

【図２】上記ブームを備えたクレーンの全体側面図であ
る。

【図３】上記ブームの先端部に設けられたワイヤ吊り長
検出装置の側面図である。

【図４】上記クレーンに装備されるコントローラの機能
構成を示すブロック図である。

【図５】本発明の第２実施例におけるワイヤ吊り長検出
装置の側面図である。

【図６】（ａ）は従来のクレーンにおいてブームが伸長
するときのワイヤ吊り長の変化を示す説明図、（ｂ）は
上記クレーンにおいてワイヤが収縮するときのワイヤ吊
り長の変化を示す説明図である。

【符号の説明】

１４ ブーム ２４ 主巻ウインチ（ワイヤ駆動手段） ２８ 主巻ワイヤロープ（吊りワイヤ） ３０，３２ ワイヤガイドシーブ ６０ コントローラ ６２ カウンタ（回転検出手段を構成） ６３ 初期位置記憶部（駆動制御手段を構成） ６４ 制御信号演算部（駆動制御手段を構成） ６５ モータ制御部（駆動制御手段を構成） ７４ 検出用ローラ（回転体） ７５ ロータリエンコーダ（回転検出手段を構成）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 普司 兵庫県明石市大久保町八木740番地 株式 会社神戸製鋼所大久保建設機械工場内 (72)発明者 石尾 章 兵庫県明石市大久保町八木740番地 株式 会社神戸製鋼所大久保建設機械工場内 (72)発明者 朽木 聖綱 兵庫県明石市大久保町八木740番地 株式 会社神戸製鋼所大久保建設機械工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 伸縮可能なブームと、吊りワイヤの繰り
   出し及び巻取りを行うワイヤ駆動手段とを備え、このワ
   イヤ駆動手段から繰り出されたワイヤを上記ブームの所
   定位置から垂下させ、その下端部に吊り具を装着した伸
   縮式クレーンにおいて、上記ブームから垂下された部分
   の吊りワイヤ長さであるワイヤ吊り長の変化量を検出す
   るワイヤ吊り長検出手段と、このワイヤ吊り長検出手段
   の検出結果に基づき上記ブームの伸縮中に上記ワイヤ吊
   り長を一定に保つように上記ワイヤ駆動手段の作動を制
   御する駆動制御手段とを備えたことを特徴とする伸縮式
   クレーンの吊りワイヤ駆動制御装置。
2. 【請求項２】 上記ワイヤ吊り長検出手段として、上記
   ブームにおいて吊りワイヤの垂下始点もしくはこの垂下
   始点と常時一体に移動する個所に上記吊りワイヤと接触
   する状態で回転可能に設けられ、この吊りワイヤの長さ
   方向の変位に連動して回転する回転体と、この回転体の
   回転角度を検出する回転検出手段とを備えたことを特徴
   とする請求項１記載の伸縮式クレーンの吊りワイヤ駆動
   制御装置。
3. 【請求項３】 上記回転体は、ブーム先端部に装着され
   たワイヤガイドシーブであることを特徴とする請求項２
   記載の伸縮式クレーンの吊りワイヤ駆動制御装置。