JP2019167166A - ウインチ制御方法、及び同方法を用いたウインチシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 合成繊維ロープには吊荷降下現象が発生する。【解決手段】 合成繊維ロープを使用するウインチシステム３０であって、ウインチ操作レバー１１と、吊荷の重さを検出する吊荷重さ検出手段２６と、吊荷の高さを検出する吊荷高さ検出手段２７と、合成繊維ロープを巻き取り・巻き戻しするウインチ手段８と、ウインチ操作レバー１１からの操作信号と吊荷重さ検出手段２６及び吊荷高さ検出手段２７からの検出信号が入力されウインチ手段８に駆動信号を出力するコントローラ３１と、を備え、コントローラ３１は、ウインチ操作レバー１１からの操作信号及び吊荷重さ検出手段２６からの検出信号により吊荷が宙吊り状態でウインチ操作レバー１１が中立に戻されたことを判断すると、吊荷を同じ高さに維持するよう吊荷高さ検出手段２７からの検出信号を用いてウインチ手段８による巻取り駆動をフィードバック制御する。【選択図】 図２

Description

本発明は、合成繊維ロープ使用により発生する「時間経過に伴う吊荷の降下」を自動巻上げ補償するウインチシステムに関する。

ワイヤロープと同等の強度を有しながらも単位長さ当たりの重量が小さく装置の軽量化に役立つことから、クレーンのウインチの吊荷用ロープとして合成繊維ロープの使用が検討されるようになってきた。

ところが、吊荷が宙吊りの状態でウインチドラムの回転を停止させたような張力がかかったままの状態では、合成繊維ロープでは伸びやウインチドラムでの食込み、潰れが発生する。そのため、吊荷が降下してしまい、吊荷の降下が止まるまで安定するのに時間がかかるという現象が指摘されている。

図５は、出願人が計測した「合成繊維ロープにおける経過時間と吊荷の降下量との関係」を示すグラフである。図５から分かるように、宙吊りにされた吊荷は初期に急速に降下したあと徐々に時間当たりの降下量が減少しつつも時間の経過とともに降下していき、数分間で数十ｍｍ降下する。なお、図５に示したグラフは、合成繊維ロープの特性の一例を示すものであって、合成繊維ロープの材質、編み方、長さ、直径、張力、温度、湿度、ウインチドラムでの巻層数、等により特性は大きく変化する。

このように、合成繊維ロープには吊荷降下現象が発生するため、吊荷が宙吊り状態でウインチドラムを停止させてからのクレーン作業である、ボルト通しにおける吊荷の位置合わせが困難となってしまう。

ところで、かご及び釣合重りを吊り下げる主索に合成繊維ロープを用いるエレベータにおいて、駆動シーブとそらせ車との間に移動可能な調整シーブを備えた、主索の伸び補償装置が提案されている（特許文献１）。特許文献１に記載された伸び補償装置によって合成繊維ロープに発生する伸びを補償することにより、主索の長さの変化に対応してかご及び釣合重りの位置関係を適正に保つことができる。

ＷＯ２００２／０３８４８１号公報

しかし、クレーンのウインチには釣合重りが存在しないし、吊荷用ロープをウインチドラムに巻き取るようになっている、などエレベータとは全体構成が全く異なるため、特許文献１に記載された伸び補償装置を適用することができない。

そこで、本発明は、クレーン操縦者がウインチの操作レバーを中立に戻した以降は、宙吊り状態の吊荷の検出した高さ信号に基づきウインチドラムによる巻取り駆動をフィードバック制御し吊荷降下を補償することで、吊荷高さを一定に保つことができるウインチ制御方法、及び同方法を用いたウインチシステムを提案する。

第１の発明のウインチ制御方法は、合成繊維ロープを使用するウインチの制御方法であって、宙吊り状態の吊荷の高さを検出し、当該検出信号を用いて前記ウインチの巻取り駆動をフィードバック制御することによって、前記吊荷を同じ高さに維持することを特徴とする。

第１の発明のウインチ制御方法は、吊荷高さ信号に基づきウインチの巻取り駆動をフィードバック制御することにより、合成繊維ロープ使用により発生する「時間経過に伴う吊荷の降下」を自動巻上げ補償することができる。すなわち、宙吊り状態の吊荷を同じ高さに維持しておける。

第２の発明のウインチシステムは、合成繊維ロープを使用するウインチシステムであって、ウインチ操作レバーと、吊荷の重さを検出する吊荷重さ検出手段と、前記吊荷の高さを検出する吊荷高さ検出手段と、前記合成繊維ロープを巻き取り・巻き戻しするウインチ手段と、前記ウインチ操作レバーの操作信号と前記吊荷重さ検出手段及び前記吊荷高さ検出手段からの検出信号が入力され前記ウインチ手段に駆動信号を出力するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記ウインチ操作レバーからの操作信号及び前記吊荷重さ検出手段からの検出信号により前記吊荷が宙吊り状態で前記ウインチ操作レバーが中立に戻されたことを判断すると、前記吊荷を同じ高さに維持するよう前記吊荷高さ検出手段からの検出信号を用いて前記ウインチ手段による巻取り駆動をフィードバック制御することを特徴とする。

第２の発明のウインチシステムは、コントローラが吊荷を同じ高さに維持するよう吊荷高さ検出手段からの検出信号を用いてウインチ手段による巻取り駆動をフィードバック制御するので合成繊維ロープ使用により発生する「時間経過に伴う吊荷の降下」を自動巻上げ補償し、宙吊り状態の吊荷を同じ高さに維持しておける。そのため、建て方作業におけるボルト合わせのようなクレーン作業において、吊荷の高さ方向の位置合わせが安全かつ効率的に行える。

第３の発明のウインチシステムは、前記ウインチ手段は、油圧式ウインチであることを特徴とする。

移動式クレーンに多く使用される油圧式ウインチに合成繊維ロープを使用した場合にも、吊荷が宙吊り状態でウインチ操作レバーを中立に戻した以降において同じ吊荷高さを維持することができる。

第４の発明のウインチシステムは、前記吊荷高さ検出手段は、非接触型の距離センサーを用いたものであることを特徴とする。

第４の発明のウインチシステムは、非接触型の距離センサーを用いることにより、屋外作業が多い移動式クレーンなどにも本発明のウインチシステムを適用することができる。

本発明のウインチ制御方法又はウインチシステムによれば、合成繊維ロープを使用していても、クレーン操縦者がウインチの操作レバーを中立に戻した以降は、宙吊り状態の吊荷の検出した高さ信号に基づきウインチドラムによる巻取り駆動をフィードバック制御し吊荷降下を補償することで、吊荷高さを一定に保つことができる。そのため、建て方作業におけるボルト合わせのようなクレーン作業において、吊荷の高さ方向の位置合わせが安全かつ効率的に行える。

本発明のウインチシステムを搭載したラフテレーンクレーンである。 本発明の実施の形態に係るウインチシステムのブロック図である。 図２のウインチシステムの制御フローチャートである。 本発明のウインチシステムによる吊荷高さ維持制御の例を示すグラフである。 合成繊維ロープにおける経過時間と吊荷の降下量との関係を示すグラフである。

図１は、本発明のウインチシステムを搭載したラフテレーンクレーン１である。ラフテレーンクレーン１は、アウトリガ２を地面３に接地したのち伸縮ブーム４を起仰かつ伸長させたクレーン作業姿勢となっている。図１に示したラフテレーンクレーン１には合成繊維ロープ７を吊荷用ロープとして使用するウインチシステムが搭載されている。旋回フレーム５には合成繊維ロープ７を巻き取り・巻き戻しするウインチ手段８が搭載されている。旋回フレーム５に配置された運転室１０内にはウインチ操作レバー１１が配置されている。

図１に示すように、ウインチ手段８のウインチドラム１２から繰り出された合成繊維ロープ７は、伸縮ブーム４の背面部１３を経由してブームヘッド１４から吊り下げられる。さらに合成繊維ロープ７は、吊荷用フック１５のシーブ１６及びブームヘッド１４のシーブ１７に必要回数掛け回されたのち、ブームヘッド１４又は吊荷用フック１５にその端部を係止される。図１に示した吊荷用フック１５には玉掛けワイヤ１８を介して吊荷２０が宙吊り状態で吊り下げられている。

ブームヘッド１４には、吊荷高さ検出手段２０を構成する非接触型の距離センサー２１が吊下げられている。距離センサー２１として具体的には、超音波を用いるセンサー、レーザーを用いるセンサーなどが使用される。距離センサー２１から吊荷用フック１５の上面の反射板２２に対し超音波２３又はレーザー２４を照射し、反射して返ってくるまでの時間を計測し、その距離を計測する。この場合、正確には吊荷用フック１５の高さを検出している。吊荷２０と吊荷用フック１５を連絡する玉掛けワイヤ１８の伸びは無視し得るので、本発明では吊荷高さを制御対象としているが、吊荷用フック１５の高さを検出することで吊荷高さを制御することが可能である。

旋回フレーム５と伸縮ブーム４との間に介装される起伏シリンダ２５には、吊荷重さ検出手段２６を構成する起伏シリンダ軸力センサーが配置されている。その起伏シリンダ軸力センサーは、起伏シリンダ２５に作用する軸力を検出する。吊荷重さ検出手段２６は、検出した起伏シリンダ軸力および伸縮ブーム４の長さ・起伏角度から吊荷２０の重さを演算する。

図２は、本発明の実施の形態に係るウインチシステム３０のブロック図である。コントローラ３１には、ウインチ操作レバー１１（図１参照）からの操作信号が入力される。具体的には、ウインチ操作レバー１１の操作方向（巻上げ、巻下げ）と操作量（巻き上げ下げ速度）の操作信号がコントローラ３１に入力される。

コントローラ３１には、吊荷重さ検出手段２６からの検出信号が入力される。吊荷重さ検出手段２６は、起伏シリンダ軸力センサー３２、ブーム長さセンサー３３、ブーム角度センサー３４、吊荷重さ演算部３５から構成されている。起伏シリンダ軸力センサー３２としては、具体的には、起伏シリンダ２５（図１参照）の保持側油室に設けられる油圧センサーあるいは、ロッドに設けられるロードセルが使用される。ブーム長さセンサー３３としては、具体的には、伸縮ブーム４（図１参照）の基端部と先端部とを連絡して配置されるコードリール式長さ検出器などが使用される。ブーム角度センサー３４としては、具体的には、旋回フレーム５の伸縮ブーム４枢支部（図１参照）に配置され両者の相対角度を検出するポテンショメーターなどが使用される。

起伏シリンダ軸力センサー３２、ブーム長さセンサー３３、ブーム角度センサー３４の検出信号は、吊荷重さ演算部３５に入力される。吊荷重さ演算部３５は、伸縮ブーム４各部の重量重心データを記憶している。吊荷重さ演算部３５は、入力信号及び記憶データから吊荷（図１参照）の重さを演算し、コントローラ３１に出力する。

吊荷高さ検出手段２７は、距離センサー２１（図１参照）、吊荷高さ演算部３６から構成されている。距離センサー２１からの検出信号が吊荷高さ演算部３６に入力され、吊荷高さ演算部３６は吊荷用フック１５又は吊荷２０の高さを演算する。コントローラ３１には、吊荷高さ検出手段２７からの検出信号が入力される。吊荷高さ維持制御スイッチ３７は、吊荷高さ維持制御を行うか行わないかを選択するスイッチで、運転室１０（図面１参照）内のウインチ操作レバー１１の近傍に配置されている。吊荷高さ維持制御スイッチ３７の操作信号はコントローラ３１に入力される。

ウインチ手段８では、合成繊維ロープが巻き取られるウインチドラム１２が減速機４１を介して油圧モーター４２によって回転駆動される。油圧モーター４２には、油圧ポンプ４３から吐出された圧油がパイロット式切換弁４４によって方向と流量を切り換え制御され供給される。巻上げ側電磁比例弁４５は、コントローラ３１からの巻上げ駆動信号に応じたパイロット圧を生成し、パイロット式切換弁４４に供給する。巻下げ側電磁比例弁４６は、コントローラ３１からの巻下げ駆動信号に応じたパイロット圧を生成し、パイロット式切換弁４４に供給する。パイロット式切換弁４４は、コントローラ３１からの駆動信号に応じた方向と流量に圧油を切り換え油圧モーター４２に供給する。なお、油圧モーター４２への供給油路にはカウンタバランス弁４７が介装されている。

図３に図２に示したウインチシステム３０の制御フローチャート５０を示す。ウインチ操作レバー１１（図２参照）からコントローラ３１にウインチ操作レバー信号が入力される（ステップ１）。コントローラ３１からウインチ手段８にウインチ駆動信号が出力される（ステップ２）。吊荷重さ検出手段２６からコントローラ３１に吊荷重さ信号が入力される（ステップ３）。以上は、通常のウインチ操作のフローチャートである。

次に、ウインチ操作レバー１１（図２参照）が中立かどうか判定される（ステップ４）。中立でない場合は、通常のウインチ操作のフローチャートが継続される。中立の場合は、ウインチ操作が停止されたと判断され、吊荷重さの変化が判定される（ステップ５）。吊荷重さが同じでない場合、すなわち宙吊りだった吊荷２０（図１参照）が接地された場合はウインチシステム３０の制御が終了する（ステップ６）。吊荷重さが同じ場合、すなわち吊荷２０が宙吊り状態でウインチ操作が停止した場合は、吊荷高さ検出手段２７（図２参照）からレバー中立直後吊荷高さＨｓがコントローラ３１に入力される（ステップ７）。

次に、吊荷高さ維持制御スイッチ３７からの信号がＯＮかどうか判定される（ステップ８）。吊荷高さ維持制御がＯＦＦの場合は、ウインチシステム３０の制御が終了する（ステップ６）。吊荷高さ維持制御がＯＮの場合は、吊荷降下量Ｈｄが閾値よりも大きいかどうかが判定される（ステップＳ９）。吊荷降下量Ｈｄが閾値よりも大きい場合は、コントローラ３１からウインチ手段８に対してウインチ微少巻上げ駆動信号が出力される（Ｓ１０）。吊荷降下量Ｈｄが閾値よりも小さい場合は、コントローラ３１からウインチ手段８に対してウインチ微少巻上げ駆動信号が出力されることなく、次のステップに移行する。

次に、制御時吊荷高さＨｃが、吊荷高さ検出手段２７（図２参照）からコントローラ３１に入力される（ステップ１１）。吊荷降下量Ｈｄ（Ｈｄ＝Ｈｓ―Ｈｃ）がコントローラ３１で演算される（ステップ１２）。以降、吊荷２０（図１参照）を同じ高さに維持するよう吊荷高さ検出手段２７からの検出信号を用いてウインチ手段８による巻取り駆動するフィードバック制御（ステップ８〜ステップ１２で示される）が繰り返される。

図４は、実施の形態に係るウインチシステム３０による吊荷高さ維持制御の一例を示すグラフである。吊荷２０が宙吊り状態（図１参照）でウインチ操作レバー１１（図２参照）が中立位置に戻された時から、吊荷高さ維持制御がスタートする。図４に示した制御例では、制御の閾値がΔＺｍｍに設定されている。図４に示されるように、吊荷降下量ＨｄがΔＺｍｍに達すると、吊荷の降下量Ｈｄが０ｍｍとなるよう合成繊維ロープ７がウインチ手段８によって微少量巻き上げられる。この微少巻上げが繰り返されることにより、吊荷２０（図１参照）が同じ高さに維持される。なお、本発明のウインチ制御は、図４に示した例に限定されない。宙吊り状態の吊荷の検出した高さ信号に基づきウインチドラムによる巻取り駆動をフィードバック制御するものであればどのような制御内容であっても採用可能である。

図５に示すように、合成繊維ロープ７を用いたウインチシステム３０の吊荷降下量は、時間の経過とともに単位時間当たりの吊荷降下量が減少する特性を有している。そのため、本発明のウインチシステム３０での巻上げは、経過時間とともに作動のインターバル時間が長くなる傾向となる。なお、本発明の吊荷高さ維持のフィードバック制御の閾値の設定にあたっては、各種の制御ファクターが考慮される。例えば、油圧供給系（油圧ポンプ４３、パイロット切換弁４４）の１回に供給可能な最小油量、油圧モーター４２の可能な最小回転角度、吊荷高さ検出手段２７の検出高さ分解能などが考慮され、総合的に適切な閾値が設定される。なお、その際にはボルト合わせ等のクレーン作業時において許容される吊荷高さの変化程度も考慮される。

以上、本発明のウインチ制御方法又はウインチシステム３０によれば、合成繊維ロープを使用していても、クレーン操縦者がウインチ操作レバー１１を中立に戻した以降は、宙吊り状態の吊荷の検出した高さ信号に基づきウインチドラムによる巻取り駆動をフィードバック制御し吊荷降下を補償することで、吊荷高さを一定に保つことができる。そのため、建て方作業におけるボルト合わせのようなクレーン作業において、吊荷の高さ方向の位置合わせが安全かつ効率的に行える。

７：合成繊維ロープ
８：ウインチ手段
１１：ウインチ操作レバー
２０：吊荷
２１：距離センサー
２６：吊荷重さ検出手段
２７：吊荷高さ検出手段
３０：ウインチシステム
３１：コントローラ

Claims (4)

1. 合成繊維ロープを使用するウインチの制御方法であって、
   宙吊り状態の吊荷の高さを検出し、当該検出信号を用いて前記ウインチの巻取り駆動をフィードバック制御することによって、前記吊荷を同じ高さに維持することを特徴とするウインチ制御方法。
2. 合成繊維ロープを使用するウインチシステムであって、
   ウインチ操作レバーと、
   吊荷の重さを検出する吊荷重さ検出手段と、
   前記吊荷の高さを検出する吊荷高さ検出手段と、
   前記合成繊維ロープを巻き取り・巻き戻しするウインチ手段と、
   前記ウインチ操作レバーからの操作信号と前記吊荷重さ検出手段及び前記吊荷高さ検出手段からの検出信号が入力され前記ウインチ手段に駆動信号を出力するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、前記ウインチ操作レバーからの操作信号及び前記吊荷重さ検出手段からの検出信号により前記吊荷が宙吊り状態で前記ウインチ操作レバーが中立に戻されたことを判断すると、前記吊荷を同じ高さに維持するよう前記吊荷高さ検出手段からの検出信号を用いて前記ウインチ手段による巻取り駆動をフィードバック制御することを特徴とするウインチシステム。
3. 前記ウインチ手段は、油圧式ウインチであることを特徴とする、
   請求項２に記載されたウインチシステム。
4. 前記吊荷高さ検出手段は、非接触型の距離センサーを用いたものであることを特徴とする、
   請求項２又は３に記載されたウインチシステム。
   

Images