JP4122903B2 - クレーン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多段伸縮ブームを備えたクレーンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
クレーンの多段伸縮ブームは、箱形の複数段のブーム体をテレスコープ状に嵌合させて構成され、油圧シリンダ、または油圧シリンダとロープ機構を組み合わせた伸縮駆動手段によって伸縮駆動される。
【０００３】
たとえば、３段式ブームでかつ油圧シリンダを伸縮駆動手段とするブームを例にとって従来の技術とその問題点を説明する。
【０００４】
３段式ブームは、一段（基本）ブーム体に二段ブーム体、この二段ブーム体に三段（先端）ブーム体がそれぞれ嵌合されて構成され、隣り合うブーム体間に設けられた二つの油圧シリンダによって伸縮駆動される。
【０００５】
ここで、従来のクレーンでは、一般に、ブーム伸長時にはまず二段ブーム体を伸長させた後、三段ブーム体を伸長させ、ブーム縮小時には逆に三段ブーム体を縮小させた後、二段ブーム体を縮小させる順次作動方式がとられ、最伸長状態で、隣り合うブーム体同士の差し込み量（重なり代）が最小、最縮小状態で差し込み量が最大となる。
【０００６】
なお、二，三段両ブーム体を同時に伸長及び縮小させる同時作動方式をとる場合もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のクレーンでは、ブーム最伸長時に、常に差し込み量が最小となるパターンでしか伸長しないため、通常のクレーン作業では高揚程が得られる点で有利である反面、ブームに土木アタッチメントを取付けて行う土木作業時に、差し込み量が小さいことから強度、剛性が不足し、ブームの破損や疲労破壊が発生するおそれがある。
【０００８】
なお、土木専用仕様として、差し込み量が大きくなるようにブーム最伸長状態を設定することは可能であるが、こうすると通常のクレーン作業時に揚程が減少するため、本来の吊り能力を活かせなくなる。
【０００９】
また、手動操作により、クレーン作業時と土木作業時とに応じて差し込み量を変化させることは可能であるが、操作が面倒で作業性が悪い上に、どうしても差し込み量にばらつきが生じ、定まったブーム伸長状態が得られ難い。
【００１０】
一方、クレーンには過負荷防止装置が標準装備され、ブームの長さと角度、それに吊り荷重によって決まる実荷重が、予め設定された定格総荷重を超えて転倒や機械の破損が発生しないように制御される。
【００１１】
この場合、ブームの強度は、前記のように同じブーム長さでもブーム体同士の差し込み量（ブーム伸長状態）によって変わるため、前記のように手動操作によって差し込み量を変化させる場合、この差し込み量に応じて過負荷防止のための定格総荷重を設定すべきである。
【００１２】
ところが、従来のクレーンでは、この差し込み量に関係なく単純にブーム長さを検出して定格総荷重を設定しているため、この定格総荷重が実際のブーム強度に合わない値に設定され、危険事態が発生するおそれがあった。
【００１３】
そこで本発明は、作業内容等に応じて、適正な差し込み量を持ったブーム伸長状態を確実に得ることができるクレーンを提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、三段以上のブーム体がテレスコープ状に嵌合されて伸縮自在に構成されたブームと、このブームを伸縮駆動する伸縮駆動手段と、ブーム伸長時に各段ブーム体のうち下位側のブーム体の伸長後に上位側のブーム体が伸長する順次作動方式で上記伸縮駆動手段を制御する制御手段と、ブーム伸長モードを切換えるモード切換手段とを備え、上記制御手段は、上記ブームを伸長させるブーム伸長モードとして、ブーム最伸長状態で隣り合うブーム体同士の差し込み量の異なる複数種類のブーム伸長モードが予め設定されており、上記モード切換手段によって選択されたブーム伸長モードに応じて、そのモードに対応する差し込み量が得られるように上記伸縮駆動手段を制御するように構成されたものである。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、制御手段は、相対的に差し込み量の大きい第１のブーム伸長モードと差し込み量の小さい第２のブーム伸長モードが予が設定されており、モード切換手段はブーム伸長モードをこの両モード間で切換えるように構成されたものである。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、制御手段は、ブーム伸縮作動を指令する操作手段と、ブームの伸長状態を検出する検出手段と、上記操作手段からの指令信号及び上記検出手段からの検出信号を受けて伸縮駆動手段を制御するコントローラとを備え、このコントローラは、ブームが、モード切換手段によって選択されたブーム伸長モードに対応する伸長状態となったときに上記検出手段からの検出信号に基づいてブームの伸長作動を停止させるように構成されたものである。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかの構成において、制御手段は、作業時の実荷重と予め設定された定格総荷重とを比較して過負荷防止動作を行わせる過負荷防止手段を備え、選択されたブーム伸長モードに応じて上記定格総荷重を設定するように構成されたものである。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項４の構成において、制御手段は、ブームが最縮小またはその付近の状態にあるときにのみモード切換手段によるモードの切換えを有効とするように構成されたものである。
【００１９】
請求項１〜５の構成によると、予め、ブーム体同士の差し込み量が異なる複数種類（請求項２では二種類）のブーム伸長モードを設定し、モード切換手段によって選択されたモードで、かつ、順次作動方式によってブームを伸長させるため、たとえばクレーン作業時には差し込み量が小さいモード（請求項２では第２のブーム伸長モード）でブームを伸長させることにより、揚程や作業半径を最大限にとって吊り能力を活かし、土木作業時には差し込み量が大きいモード（同、第１のブーム伸長モード）でブームを伸長させることにより、ブーム強度が高い状態としてブームの破損や疲労破壊の発生を防止することができる。
【００２０】
すなわち、作業内容に応じて、単なるブーム長さではなくブーム体同士の差し込み量を基準としてブーム伸長状態を変え、作業内容に適した差し込み状態とすることにより、クレーンが持つ能力を最大限に活かすことが可能となる。
【００２１】
請求項４，５の構成によると、クレーンに標準装備された過負荷防止手段における定格総荷重を、差し込み量に応じて設定（変更）するため、適正な定格総荷重のもとで正確な過負荷防止作用を得ることができる。
【００２２】
ところで、請求項４の構成において、たとえば差し込み量（定格総荷重）が小さいモードでクレーン作業を行っているときに、モード切換手段が切換えられると、定格総荷重のみが大きく設定されてしまう。一方、モード切換手段が切換操作されても差し込み量は変わらず、ブーム強度はクレーンモードのままであるため、定格総荷重が過大に設定されることとなり、ブーム破損等の危険事態が発生するおそれがある。
【００２３】
この場合、各段ブーム体同士の差し込み量を検出した上でモード切換えを有効とする構成をとることもできるが、各段ブーム体ごとに差し込み量センサが必要となり、コスト面で不利となるとともに構成が複雑になる。
【００２４】
これに対し、請求項５の構成によると、ブーム最縮小付近でのみモード切換えを有効とするため、定格総荷重と実際の差し込み量の関係に食い違いが生じるおそれがない。しかも、センサは、ブーム全長を検出する一つのみでよいため、コスト面で有利となるとともに構成を簡素化することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図によって説明する。
【００２６】
第１実施形態（図１〜図４参照）
図１，２において、１はクローラ式の下部走行体、２はこの下部走行体１上に縦軸まわりに旋回自在に搭載された上部旋回体で、この上部旋回体２に伸縮式のブーム３が取付けられている。４は上部旋回体２に設けられたキャビン、５はブーム３を起伏させるブーム起伏シリンダである。
【００２７】
この実施形態では、３段式ブームを例にとっている。
【００２８】
すなわち、ブーム３は、一段（基本）ブーム体６に二段ブーム体７、この二段ブーム体７に三段（先端）ブーム体８がそれぞれテレスコープ状に嵌合されて伸縮自在に構成され、一段、二段両ブーム体６，７間に設けられた第１油圧シリンダ９によって二段ブーム体７が伸縮作動し、二段、三段両ブーム体７，８間に設けられた第２油圧シリンダ１０によって三段ブーム体８が伸縮作動するように構成されている。
【００２９】
この両油圧シリンダ９，１０の駆動回路を図３に示す。
【００３０】
図３において、１１はブーム伸縮を含むクレーン各作動用油圧源としての油圧ポンプで、この油圧ポンプ１１と両油圧シリンダ９，１０との間に、油圧パイロット式のブーム伸縮用のコントロールバルブ１２が設けられ、このコントロールバルブ１２によって両シリンダ９，１０の伸縮作動が制御される。
【００３１】
すなわち、コントロールバルブ１２が中立位置イから図下側の伸長位置ロに切換わるとシリンダ９または１０が伸長作動し、縮小位置ハに切換わると両シリンダ９または１０が縮小作動する。
【００３２】
ここで、コントロールバルブ１２と両シリンダ９，１０の伸長側管路１３，１４との間に切換弁１５が設けられている。
【００３３】
この切換弁１５は、パイロット圧によって二段伸縮位置イと三段伸縮位置ロとの間で切換わるパイロット弁１６と、後述するコントローラからの信号により作動してこのパイロット弁１６を両位置イ，ロ間で切換える制御弁（電磁弁）１７から成り、ブーム伸長開始時に、パイロット弁１６が二段伸縮位置イにあって第１油圧シリンダ９が伸長作動し、パイロット弁１６が三段伸縮位置ロに切換わると第２油圧シリンダ１０が伸長作動する。
【００３４】
また、ブーム縮小時には、パイロット弁１６が三段伸縮位置ロにあって第２油圧シリンダ１０が縮小作動し、同シリンダ最縮小後にパイロット弁１６が二段伸縮位置イに切換わって第１油圧シリンダ９が縮小作動する。
【００３５】
１８はパイロット弁１６のパイロット油圧源である。
【００３６】
１９はコントロールバルブ１２を切換制御するリモコン弁で、このリモコン弁１９の伸長側パイロットライン２０に、コントローラによって制御される伸長停止弁（電磁弁）２１が設けられている。
【００３７】
この伸長停止弁２１は、ブーム伸長時には開通位置イにセットされ、コントローラからの伸長停止信号によって遮断位置ロに切換わる。これにより、両油圧シリンダ９，１０（ブーム３）の伸長作動が停止する。
【００３８】
また、油圧ポンプ１１の吐出回路に接続されたリリーフ弁２２のバネ側圧力ポートにタンクＴに連なるタンクライン２３が接続され、このタンクライン２３に、コントローラによって制御される過負荷自動停止弁２４が設けられている。
【００３９】
この過負荷自動停止弁２４は、過負荷時以外は図左側のブロック位置イにあり、過負荷時に右側の開通位置ロに切換わる。これにより、リリーフ弁２２がアンロード作用を行ってクレーン作動が停止する。
【００４０】
図１は各段ブーム体同士の差し込み量が小さい（差し込み量Ｌ１）ブーム伸長状態、図２は差し込み量が大きい（差し込み量Ｌ２）ブーム伸長状態をそれぞれ示し、図１の状態で高揚程、大作業半径を要する作業（たとえばクレーン作業、以下この例で説明する）、図２の状態で高いブーム強度を要する作業（たとえば土木作業、以下この例で説明する）がそれぞれ行われる。
【００４１】
このクレーン作業時と土木作業時とに応じた差し込み量（ブーム伸長モード）の切換えと、このモード切換えに応じたブーム伸縮作動の制御を行う制御手段の全体構成を図４に示す。
【００４２】
この制御手段は、コントローラ２５と、外部からこのコントローラ２５に信号を送る信号入力部２６と、コントローラ２５によって制御される弁部２７（切換弁１５、伸長停止弁２１、過負荷停止弁２４）によって構成される。
【００４３】
信号入力部２６は、ブーム伸長モードをクレーンモードと土木モードとの間で切換えるモード切換スイッチ２８と、ブーム長さを検出するブーム長さ計２９と、ブーム角度を検出するブーム角度計３０と、図１，２に示すブーム起伏シリンダ５の圧力（負荷）を検出する圧力検出器３１から成っている。
【００４４】
コントローラ２５の作用を含めたこのクレーンの作用を次に説明する。
【００４５】
図４にはコントローラ２５の各機能をブロック分けして示している。
【００４６】
ブーム伸長動作に先立ってモード切換スイッチ２８によってクレーンモードと土木モードのいずれかが選択される。
【００４７】
この後、図３のリモコン弁１９が伸長側に操作されると、前記切換弁１５の作用により、まず第１油圧シリンダ９が駆動されて二段ブーム体９が伸長作動を開始する。
【００４８】
一方、モード切換スイッチ２８からの信号に基づいて、クレーンモードと土木モードのいずれが選択されたかのモード判別Ａが行われるとともに、選択されたモードに対応する差し込み量（Ｌ１またはＬ２）の選択Ｂが行われる。
【００４９】
また、この差し込み量の選択結果と、ブーム長さ計２９からの信号に基づくブーム長さの演算Ｃの結果（ブーム長さ）とに基づいて、選択された差し込み量で二段ブーム体７が最伸長状態に達したかどうかの判断Ｄが行われ、最伸長状態に達したと判断されると、コントローラ２５からの信号によって図３の切換弁１５が二段伸縮位置イから三段伸縮位置ロに切換わる。
【００５０】
これにより、二段ブーム体７（第１油圧シリンダ９）の伸長作動が停止するのと入れ替わりに三段ブーム体８（第２油圧シリンダ１０）が伸長作動を開始し、上記と同じフローで三段ブーム体８が最伸長状態に達したと判断されたときに、コントローラ２５から伸長停止弁２１に伸長停止信号が送られて三段ブーム体８（第２油圧シリンダ１０）の伸長作動が停止する。
【００５１】
この作用により、ブーム３が、選択されたモード（図１のクレーンモードまたは図２の土木モード）で最伸長した状態となり、図１のクレーンモードが選択されたときは高揚程、大作業半径が得られ、図２の土木モードが選択されたときは高いブーム強度が得られる。
【００５２】
すなわち、作業内容に応じたブーム伸長状態（ブーム体差し込み量）が自動的に得られ、クレーン能力を最大限に活かすことができる。
【００５３】
また、作業中、ブーム角度計３０からの信号に基づくブーム角度の演算Ｅ、圧力検出器３１からの信号に基づく圧力演算Ｆがそれぞれ行われるとともに、ブーム長さと角度から作業半径の演算Ｇが行われ、作業半径と圧力とから実荷重の演算Ｈが行われる。
【００５４】
一方、モード判別Ａに基づいて、モードごとに予め設定された定格総荷重表の選択Ｉが行われるとともに、この選択された定格総荷重表と作業半径及びブーム長さが照合されて定格総荷重の演算Ｊが行われ、この定格総荷重と実荷重の比較Ｋの結果、過負荷と判断されると、コントローラ２５から過負荷自動停止弁２４に信号が送られて図３のリリーフ弁２２がアンロード作用を行い、クレーン作動が停止する。
【００５５】
このように、クレーンモードと土木モードでブーム体同士の差し込み量が異なり、この差し込み量によってブーム強度が異なることから、過負荷防止のための定格総荷重もモードごとに異なる値（クレーンモードで小さく、土木モードで大きい値）に設定される。
【００５６】
これにより、両モードに適合した定格総荷重での過負荷防止制御が行われるため、モードに関係なく作業半径とブーム長さとに基づいて定格総荷重を設定した場合のように、定格総荷重が過大に設定されてクレーンの転倒や破壊が発生したり、逆に定格総荷重が過小に設定されてクレーン能力が活かされなかったりするおそれがない。
【００５７】
ところで、クレーンモードでクレーン作業を行っているときに、モード切換スイッチ２８が土木モード側に切換えられると、上記フロー中の定格総荷重表の選択Ｉ、同演算Ｊによって定格総荷重のみが大きく設定されてしまう。一方、モード切換スイッチ２８が切換操作されても差し込み量は変わらず、ブーム強度はクレーンモードのままであるため、定格総荷重が過大に設定されることとなり、ブーム破損等の危険事態が発生するおそれがある。
【００５８】
この場合、各段ブーム体同士の差し込み量を検出し、その上でモード切換えを有効とする構成をとることもできるが、各段ブーム体ごとに差し込み量センサが必要となり、コスト面で不利となる。
【００５９】
そこでこの実施形態では、図４のモード判別Ａにおいて、ブーム長さ演算Ｃで求められたブーム長さをモード判別材料として取込み、ブーム３が最縮小またはそれに近い状態でのみモード切換スイッチ２８によるモード切換えを有効とし、それ以外ではモード切換えをキャンセルするように構成されている。
【００６０】
この構成により、定格総荷重と実際の差し込み量の関係に食い違いが生じるおそれがない。しかも、センサは、ブーム長さ計２９のみでよいため、コスト面で有利となる。
【００６１】
なお、ブーム縮小時には、前記のように伸長時とは逆に三段ブーム体８（第２油圧シリンダ１０）が先に縮小作動し、その後、二段ブーム体７（第１油圧シリンダ９）が縮小作動する。
【００６２】
本発明とは別の形態（図５参照）
この形態では、第１実施形態のようなブーム伸長モードの切換え機能を持たず、ブーム伸長状態（差し込み量）がオペレータの操作によって種々変化するクレーンにおいて、ブーム体同士の差し込み量を検出し、この差し込み量に応じて定格総荷重を設定する構成をとっている。
【００６３】
詳述すると、信号入力部３２のセンサとして、ブーム角度計３０及び圧力検出器３１のほか、第１及び第２両油圧シリンダ９，１０のストロークを検出するシリンダストロークセンサ３３が設けられ、これらの信号がコントローラ３４に入力される。
【００６４】
コントローラ３４では、シリンダストロークセンサ３２からの信号に基づいて、差し込み量の演算ａとブーム長さの演算ｂが行われるとともに、ブーム角度計３０からの信号に基づくブーム角度の演算ｃ、圧力検出器３１からの信号に基づく圧力演算ｄが行われる。
【００６５】
そして、演算されたブーム長さとブーム角度から作業半径の演算ｅが行われ、この作業半径と圧力から実荷重の演算ｆが行われる。
【００６６】
一方、差し込み量ごとに予め設定された定格総荷重表と作業半径及びブーム長さとを照合して定格総荷重の演算ｇが行われ、この演算された定格総荷重と実荷重との比較ｈの結果、過負荷と判断されたときに過負荷自動停止弁２４に停止信号が送られてクレーン作動が停止する。
【００６７】
この構成により、ブーム体同士の差し込み量に応じた正確な定格総荷重が設定され、適正な過負荷防止作用が行われる。
【００６８】
ところで、第１実施形態においては、クレーンモードと土木モードの２種類のブーム伸長モードの間で切換える構成をとったが、作業内容をより細かく分類して３種類またはそれ以上のモード（差し込み量）でブーム伸長モードを切換えるようにしてもよい。
【００６９】
また、本発明は三段式ブームに限らず、四段式またはそれ以上の段数を備えたブームに適用することができる。
【００７０】
【発明の効果】
上記のように請求項１〜５の発明によると、三段以上のブーム体で構成される伸縮ブームを備えたクレーンにおいて、予め、ブーム体同士の差し込み量が異なる複数種類のブーム伸長モードを設定し、モード切換手段によって選択されたモード（差し込み量）でブームを伸長させるため、たとえばクレーン作業時には差し込み量が小さいモード（請求項２では第２のブーム伸長モード）でブームを伸長させることにより、揚程と作業半径を最大限にとって吊り能力を活かし、土木作業時には差し込み量が大きいモード（同、第１のブーム伸長モード）でブームを伸長させることにより、ブーム強度が高い状態としてブームの破損や疲労破壊の発生を防止することができる。
【００７１】
すなわち、作業内容に応じて、単なるブーム長さではなくブーム体同士の差し込み量を基準としてブーム伸長状態を変え、作業内容に適した差し込み状態とすることにより、クレーンが持つ能力を最大限に活かすことが可能となる。
【００７２】
また、請求項４，５の発明によると、クレーンに標準装備された過負荷防止手段における定格総荷重を、差し込み量に応じて設定するため、適正な定格総荷重のもとで正確な過負荷防止作用を得ることができる。
【００７３】
さらに、請求項５の構成によると、ブーム最縮小付近でのみモード切換えを有効とするため、定格総荷重と実際の差し込み量の関係に食い違いが生じるおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態においてブーム体同士の差し込み量を小さくした状態の側面図である。
【図２】 同差し込み量を大きくした状態の側面図である。
【図３】 同実施形態におけるブーム伸縮回路の構成を示す図である。
【図４】 同実施形態の制御ブロック図である。
【図５】 本発明とは別の形態の制御ブロック図である。
【符号の説明】
３ ブーム
６ １段ブーム体
７ 二段ブーム体
８ 三段ブーム体
９ 二段ブーム体を伸縮させる伸縮駆動手段とての第１油圧シリンダ
１０ 三段ブーム体を伸縮させる伸縮駆動手段としての第２油圧シリンダ
Ｌ１，Ｌ２ 差し込み量
１５ 制御手段を構成する切換弁
１９ 制御手段を構成する操作手段としてのリモコン弁
２１ 同伸長停止弁
２４ 制御手段のうちの過負荷防止手段を構成する過負荷自動停止弁
２５ 制御手段を構成するコントローラ
２８ モード切換手段としてのモード切換スイッチ
２９ 過負荷防止手段を構成するブーム長さ計
３０ 同ブーム角度計
３１ 同圧力検出器
３３ 差し込み量検出手段としてのシリンダストロークセンサ
３４ 制御手段を構成するコントローラ

Claims (5)

1. 三段以上のブーム体がテレスコープ状に嵌合されて伸縮自在に構成されたブームと、このブームを伸縮駆動する伸縮駆動手段と、ブーム伸長時に各段ブーム体のうち下位側のブーム体の伸長後に上位側のブーム体が伸長する順次作動方式で上記伸縮駆動手段を制御する制御手段と、ブーム伸長モードを切換えるモード切換手段とを備え、上記制御手段は、上記ブームを伸長させるブーム伸長モードとして、ブーム最伸長状態で隣り合うブーム体同士の差し込み量の異なる複数種類のブーム伸長モードが予め設定されており、上記モード切換手段によって選択されたブーム伸長モードに応じて、そのモードに対応する差し込み量が得られるように上記伸縮駆動手段を制御するように構成されたことを特徴とするクレーン。
2. 請求項１記載のクレーンにおいて、制御手段は、相対的に差し込み量の大きい第１のブーム伸長モードと差し込み量の小さい第２のブーム伸長モードが予め設定されており、モード切換手段はブーム伸長モードをこの両モード間で切換えるように構成されたことを特徴とするクレーン。
3. 請求項１または２記載のクレーンにおいて、制御手段は、ブーム伸縮作動を指令する操作手段と、ブームの伸長状態を検出する検出手段と、上記操作手段からの指令信号及び上記検出手段からの検出信号を受けて伸縮駆動手段を制御するコントローラとを備え、このコントローラは、ブームが、モード切換手段によって選択されたブーム伸長モードに対応する伸長状態となったときに上記検出手段からの検出信号に基づいてブームの伸長作動を停止させるように構成されたことを特徴とするクレーン。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のクレーンにおいて、制御手段は、作業時の実荷重と予め設定された定格総荷重とを比較して過負荷防止動作を行わせる過負荷防止手段を備え、選択されたブーム伸長モードに応じて上記定格総荷重を設定するように構成されたことを特徴とするクレーン。
5. 請求項４記載のクレーンにおいて、制御手段は、ブームが最縮小またはその付近の状態にあるときにのみモード切換手段によるモードの切換えを有効とするように構成されたことを特徴とするクレーン。

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