JPH04303390A - 伸縮ブーム付クレーンの吊荷ワイヤ駆動制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、伸縮可能ブームを備え
たクレーンにおいて、上記ブームの伸縮に応じて吊荷ワ
イヤの巻取り、巻出しの制御を行うワイヤ駆動制御装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、クレーンにおけるブームの伸縮に
応じて、このブームに掛けられた吊荷ワイヤの巻取り、
巻出しを制御する装置として、様々なものが提案されて
いる。

【０００３】例えば特開昭６０−１２２６９３号公報に
は、基準位置からの実際のブーム長変化量（すなわちブ
ームの伸縮量）とブームの起伏角度とに基づき、このブ
ームの伸縮に伴う吊荷ワイヤの見かけ上の巻取りあるい
は巻出しを相殺するように吊荷ワイヤ駆動用モータを制
御する装置が示されている。すなわち、仮にワイヤを全
く駆動しないで上記ブームを伸縮させると、この伸縮量
に応じて上記ワイヤ下端部のフックの高さが変化するこ
とになるので、このフック高さを一定に保つように上記
ブームの伸縮に応じてワイヤ駆動のフィードバック制御
を行うものが提案されている。

【０００４】また、実開昭６４−５６４８９号公報には
、ブームが伸縮してもその先端のトップシーブからフッ
クまでのワイヤ長さが変化しないように、すなわち、ブ
ーム長の変化量（ブーム伸縮量）とワイヤ繰り出し長さ
変化量とを常に同一にするように、ウインチの駆動をフ
ィードバック制御する装置が記されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記装置では、ブーム
の伸縮に応じてウインチ駆動のフィードバック制御を行
っているだけであるので、ブームの伸縮量の変化が大き
いとき、すなわち、ブームが大きな速度で伸縮駆動され
た場合には、これにウインチの巻取りあるいは巻出し速
度が追従せず、目標値と実際値との偏差が広がって良好
な制御精度が得られなくなる不都合がある。また、ブー
ムの伸縮を開始した直後、すなわちブーム伸縮の立ち上
がり時においても、上記ウインチの駆動速度は追従しに
くく、偏差が広がり易い。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑み、ブーム
の伸縮速度に吊荷ワイヤの駆動速度（すなわちワイヤの
巻取りまたは巻出し速度）を良好に追従させることによ
り制御精度の向上を図ることができ、さらに好ましくは
、ブーム伸縮の立上り時においても吊荷ワイヤの駆動速
度を良好に追従させることができる伸縮ブーム付クレー
ンの吊荷ワイヤ駆動制御装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【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、このブームを伸縮駆動する伸縮駆動手段と、吊
荷ワイヤの巻取り及び巻出し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吊荷ワイヤ
が上記ブームの適所から垂下される伸縮ブーム付クレー
ンにおいて、基準状態からの吊荷ワイヤの繰り出し長さ
の変化量を検出するワイヤ長検出手段と、基準状態から
のブームの状態変化を検出するブーム状態検出手段と、
このブーム状態検出手段の検出値に基づいて算出される
吊荷ワイヤの繰り出し長さ変化量の目標値と上記ワイヤ
長検出手段による検出値との比較に基づいて上記ワイヤ
駆動手段のフィードバック制御を行うフィードバック制
御手段と、上記ワイヤ繰り出し長さの目標値の変化速度
に基づいて上記ワイヤ駆動手段のフィードフォワード制
御を行うブーム変化フィードフォワード制御手段とを備
えたものである（請求項１）。

【０００８】さらに、上記伸縮駆動手段に入力される作
動指令信号に基づいて上記ワイヤ駆動手段のフィードフ
ォワード制御を行う指令入力フィードフォワード制御手
段を備え（請求項２）、また、上記ブームの伸縮速度を
上記ワイヤ駆動手段によるワイヤ駆動速度の最大値に見
合う速度以下に抑えるように上記伸縮駆動手段の制御を
行う伸縮速度抑制手段を備えることにより（請求項３）
、後述のようなより優れた効果を得ることができる。

【０００９】

【作用】まず、請求項１記載の装置によれば、吊荷ワイ
ヤの繰り出し長さ変化量の目標値と実際の検出値との比
較に基づいてワイヤ駆動のフィードバック制御が行われ
るのに加え、上記目標値の変化速度、すなわちブーム伸
縮速度に対応する速度に基づいてワイヤ駆動のフィード
フォワード制御が行われるので、ブーム伸縮速度が大き
い場合にはこれに伴って大きなフィードフォワード制御
量が設定されることにより、上記伸縮速度に吊荷ワイヤ
の駆動速度を常に良好に追従させることができる。

【００１０】さらに、請求項２記載の装置によれば、ブ
ームの伸縮を始める際に伸縮駆動手段に入力される作動
指令信号に基づいてワイヤ駆動のフィードフォワード制
御が行われるので、このようなブーム伸縮の立ち上がり
時においても吊荷ワイヤの駆動速度を良好に追従させる
ことができる。

【００１１】さらに、請求項３記載の装置によれば、ブ
ームの伸縮速度は、作動指令信号にかかわらず、上記ワ
イヤ駆動手段によるワイヤ駆動速度の最大値に見合う速
度以下に抑えられるため、このワイヤ駆動速度の追従の
限界を超えた速度でブームが伸縮駆動されることが防が
れる。

【００１２】

【実施例】図２は本発明の一実施例における伸縮ブーム
付クレーンの全体構成を示したものである。

【００１３】このクレーンの下部走行体１０上には旋回
台１２が旋回可能に配置され、この旋回台１２には、ブ
ーム１４と、このブーム１４を起伏させる起伏シリンダ
１６とが配置されている。上記ブーム１４は、外側ブー
ム部材１４ａ及び内側ブーム部材１４ｂからなり、この
内側ブーム部材１４ｂが上記外側ブーム部材１４ａから
出没することによりブーム１４全体が伸縮可能とされて
いる。また、内側ブーム部材１４ｂの先端には着脱可能
にジブ１５が装着されている。

【００１４】上記旋回台１２には主巻ウインチ１８が回
転可能に設けられており、この主巻ウインチ１８から繰
り出される主巻ワイヤ（吊荷ワイヤ）１９は、旋回台１
２上に設けられたガイドシーブ２０、及びブーム１４先
端に設けられたガイドシーブ２２及び主巻フック吊り下
げ用シーブ２４に掛け回された後、この吊り下げ用シー
ブ２４と主巻フック２６のシーブ２７との間で複数回掛
け回されて先端がブーム１４の先端部に止着されている
。また、上記主巻ウインチ１８と隣接する位置には補巻
ウインチ２８が回転可能に設けられており、この補巻ウ
インチ２８から繰り出される補巻ワイヤ２９は、旋回台
１２上のガイドシーブ２０、及びジブ１５先端のガイド
シーブ３１に掛け回された状態で、その先端部に補巻フ
ック３２が固定されている。

【００１５】従って、ブーム１４が静止した状態におい
て、上記主巻ウインチ１８、補巻ウインチ２８の回転で
主巻ワイヤ１９、補巻ワイヤ２９がそれぞれ巻取られあ
るいは巻出されることにより、ブーム１４の先端、ジブ
１５の先端に対してそれぞれ主巻フック２６、補巻フッ
ク３２が昇降することとなる。

【００１６】次に、上記ブーム１４を伸縮駆動するため
の油圧回路を図３に基づいて説明する。

【００１７】図３において、３４は油圧ポンプ、３６は
伸縮シリンダ、３８はメインコントロール弁であり、上
記伸縮シリンダ３６の伸縮により、上記外側ブーム部材
１４ａに対して内側ブーム部材１４ｂが出没方向に駆動
され、ブーム１４が伸縮されるように構成されている。 メインコントロール弁３８は、３位置絞り切換弁で構成
されており、パイロット弁４０の操作レバーの操作によ
り立ち上がるパイロット圧ｐに応じてスプールが作動す
ることにより、図の中央位置から左位置あるいは右位置
に切換えられる。具体的に、図の中立位置ではブーム１
４を静止状態に保ち、左位置では油圧ポンプ３４の吐出
油を伸縮シリンダ３６のヘッド側に導くことによりブー
ム１４を収縮させ、右位置では上記吐出油を上記伸縮シ
リンダ３６のロッド側に導くことによりブーム１４を伸
長させる。

【００１８】なお、図において４２はメインリリーフ弁
、４４はカウンタバランス弁である。

【００１９】さらに、この装置の特徴の一つとして、上
記メインコントロール弁３８をバイパスして油圧ポンプ
３４とタンク４３とをつなぐ油路４５が設けられるとと
もに、この油路４５の途中に圧力補償付流量制御弁（伸
縮速度抑制手段）４６が配設されている。この圧力補償
付流量制御弁４６は、上記油圧ポンプ３４から伸縮シリ
ンダ３６へ供給される油の圧力が一定以上高まった場合
にのみ作動して吐出油を直接タンク４３に逃がし、これ
により伸縮シリンダ３６によるブーム１４の伸縮速度を
常に一定値以下に抑えるものである。ここで、上記圧力
補償付流量制御弁４６が作動する臨界圧力は、上記ブー
ム１４の伸縮に上記主巻ウインチ１８によるワイヤ巻速
度が追従できる程度まで上記伸縮速度が抑えられるよう
に、すなわち、上記主巻ウインチ１８の最高回転速度に
見合う速度まで抑えられるように設定されている。

【００２０】次に、上記主巻ウインチ１８の回転駆動シ
ステムを図１に基づいて説明する。なお、この実施例で
は、主巻ウインチ１８の回転駆動制御、詳しくは、ブー
ム１４の伸縮量にかかわらず常に主巻フック２６の絶対
高さ（対地高さ）を一定に保持するための主巻ワイヤ１
９の巻取りあるいは巻出し制御に本発明を適用する場合
を説明するが、本発明は補巻ワイヤ２９の駆動制御にも
適用できるものであり、さらに、両ワイヤ１９，２９の
駆動制御に同時に適用すればより優れた効果を得ること
ができる。

【００２１】上記システムは、検出部Ｓ、制御演算部Ｃ
、及び駆動部（ワイヤ駆動手段）Ｄで構成されている。

【００２２】検出部Ｓは、クレーンのエンジン回転数Ｎ
Ｅを検出するエンジン回転数センサ４６、上記パイロッ
ト圧ｐを電気信号に変換するパイロット圧センサ４７、
初期状態を基準にしたブーム長の変化量（すなわち伸縮
量）ｌＢを検出するブーム長センサ（ブーム状態検出手
段）４８、ブーム１４の起伏角θＢ（図２参照）を検出
するブーム起伏角センサ（ブーム状態検出手段）５０、
及び、上記初期状態を基準にした吊荷ワイヤ長（すなわ
ち主巻ウインチ１８から主巻ワイヤ１９が繰り出される
長さ）の変化量ｌＷを検出するワイヤ長センサ（ワイヤ
長検出手段）５２を備えている。

【００２３】制御演算部Ｃは、フィードバック制御部５
４、指令入力フィードフォワード制御部５６、ブーム変
化フィードフォワード制御部５８、及び非線形補償部６
０を備えている。

【００２４】フィードバック制御部５４は、上記ブーム
起伏角センサ５０により検出されるブーム起伏角θＢと
、ブーム長センサ４８により検出されるブーム長変化量
ｌＢとに基づき、ブーム１４の伸縮に伴うワイヤ繰り出
し長さの見かけの変化量（換言すれば、ブーム１４の伸
縮にかかわらず主巻フック２６の対地高さを一定に保つ
ために必要なワイヤ繰り出し長さの変化量）Δｌを算出
し、これを主巻ワイヤ１９の繰り出し長さの変化量の目
標値として設定するとともに、この目標値Δｌと、上記
ワイヤ長センサ５２で検出される実際のワイヤ長変化量
ｌＷとの偏差ΔｌＷに基づき、フィードバック制御量ｕ
３を算出するものである。

【００２５】ここで、上記主巻ワイヤ長の変化量の目標
値Δｌは、上記吊り下げ用シーブ２４と主巻フック２６
との間のワイヤ巻数をＮとすると次式で表される。 Δｌ＝ｌＢ＋Ｎ・ｌＢ　ｓｉｎθＢ また、上記フィードバック制御量ｕ３は、上記偏差Δｌ
Ｗに比例ゲインＫＰを乗じた値と、上記偏差ΔｌＷの積
算値ΣｌＷに積分ゲインＫｉを乗じた値とを加算するこ
とにより算出される。

【００２６】指令入力フィードフォワード制御部５６は
、上記パイロット圧センサ４７により検出されたパイロ
ット圧ｐにフィードフォワードゲインＫｆ１を乗じるこ
とにより、パイロット圧ｐに基づくフィードフォワード
制御量ｕ１を算出するものである。

【００２７】ブーム変化フィードフォワード制御部５８
は、上記フィードバック制御部５４で算出された目標値
Δｌを時間微分し、これによって得られる目標値の変化
速度ｄΔｌ／ｄｔ　にフィードフォワードゲインＫｆ２
を乗じて、上記変化速度　ｄΔｌ／ｄｔ　に基づくフィ
ードフォワード制御量ｕ２を算出するものである。

【００２８】なお、上記変化速度　ｄΔｌ／ｄｔ　は例
えば次の近似式 　　　　ｄΔｌ／ｄｔ＝（　１１Δｌｔ−６Δｌｔ−１
−３Δｌｔ−２−２Δｌｔ−３）で求めることができる
。ここで、Δｔはサンプリング周期（秒）であり、Δｌ
ｔ−ｉは時刻ｔよりも（Δｔ・ｉ）秒前の時刻における
目標値Δｌを示す。

【００２９】非線形補償部６０は、上記フィードバック
制御量ｕ３及びフィードフォワード制御量ｕ１，ｕ２の
総和に線形性を補償するための補正を加え、この値を基
本制御量ｕとして出力するものである。

【００３０】駆動部Ｄは、電磁比例減圧弁６２、制御弁
６４、及びウインチ駆動モータ６６を備えており、上記
電磁比例減圧弁６２が上記非線形補償部６０の信号を受
けることによりパイロット圧を発生させ、このパイロッ
ト圧に応じて制御弁６４のスプールが作動することによ
り、ウインチ駆動モータ６６による主巻ウインチ１８の
駆動制御が行われるようになっている。

【００３１】なお、上記制御弁６４へ流入する流量はエ
ンジン回転数ＮＥに依存するので、前記演算制御部Ｃで
用いられる各種ゲインＫｆ１，Ｋｆ２，Ｋｐ，Ｋｉは、
上記エンジン回転数センサ４６により検出されるエンジ
ン回転数ＮＥに基づいてこれに適した値が適宜演算され
るようになっている。ただし、エンジンが一定の回転数
で運転される場合には、上記各種ゲインも一定値に固定
しておけばよい。

【００３２】このような装置によれば、従来と同様、パ
イロット弁４０のレバー操作によりブーム１４を伸縮さ
せる間、その伸縮変化量ｌＢに基づくワイヤ長変化量の
目標値Δｌと実際のワイヤ長変化量ｌＷとの偏差ΔｌＷ
が一定のサンプリング周期Δｔおきに演算され、これに
基づいてフィードバック制御が行われることにより、主
巻フック２６の高さを常に一定に保持するように、主巻
ウインチ１８による主巻ワイヤ１９の巻取り動作あるい
は巻出し動作が制御される。

【００３３】さらにこの装置では、上記目標値の変化速
度ｄΔｌ／ｄｔに基づいてフィードフォワード制御が実
行される、すなわち、ブーム１４の伸縮速度に応じたフ
ィードフォワード制御量ｕ１が設定されるので、ブーム
１４が大きな速度で伸縮操作されても、このブーム１４
の伸縮に確実に主巻ウインチ１８の回転駆動を追従させ
ることができ、制御偏差を広げることなく、高精度で主
巻フック２６の高さを一定に保持することができる。

【００３４】さらに、この実施例装置では、ブーム１４
を作動させるためのパイロット圧ｐに基づいてブーム１
４の始動及び伸縮が検出され、このパイロット圧ｐに基
づくフィードフォワード制御も実行されるので、ブーム
１４が伸縮を始めた直後の制御偏差を抑えることができ
、これにより、主巻ワイヤ１９の駆動制御を立上り時か
ら円滑に実行することができる。

【００３５】また、ブーム伸縮のための油圧駆動回路に
おいては圧力補償付流量制御弁４６が設けられ、これに
より、ブーム１４の伸縮速度はパイロット弁４０のレバ
ー操作量にかかわらず常に主巻ウインチ１８の最高駆動
速度に見合う速度以下に抑えられるため、主巻ウインチ
１８の追従可能速度を超えた速度でブーム１４が伸縮す
ることにより、制御偏差が広がるのを未然に防ぐことが
できる。従って、この伸縮速度抑制手段によって、上記
フィードフォワード制御で得られる効果をより確実なも
のにすることができる。

【００３６】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。

【００３７】（１）　上記実施例では、ブーム１４の伸
縮にかかわらず、主巻フック２６の絶対高さ（対地高さ
）を一定に保持する制御を示したが、本発明装置が適用
可能な制御はこのような制御に限定されず、例えば上記
ブーム１４先端の吊り下げ用シーブ２４から主巻フック
２６までの距離を一定に保持する制御を行う場合にも適
用することができる。この場合には、ブーム長センサ４
８により検出される実際のブーム長変化量ｌＢをそのま
まワイヤ長変化量の目標値Δｌとして設定し、その後は
上記と同様の演算を行うようにすればよい。また、目標
値Δｌを上記ブーム長変化量ｌＢにそのまま設定するモ
ードと、ｌＢ＋Ｎ・ｌＢ　ｓｉｎθＢに設定するモード
とに切換可能となるように制御演算部Ｃを構成すれば、
主巻フック２６の対地高さを一定に保持する制御と、吊
り下げ用シーブ２４から主巻フック２６までの距離を一
定に保持する制御とを選択的に実行できる装置を得るこ
とができる。

【００３８】（２）　上記実施例では、パイロット圧セ
ンサ４７により検出されるパイロット圧ｐに基づいてフ
ィードフォワード制御を行うものを示したが、このフィ
ードフォワード制御は、ブーム伸縮の際に入力される作
動指令信号に基づくものであればよく、上記パイロット
圧ｐに代えて、これに対応する値、例えば、上記パイロ
ット弁４０における操作レバーの操作量を検出し、この
操作量に基づいてフィードフォワード制御を行うように
しても上記と同様の効果を得ることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明は、ブームの状態変
化に基づいて算出される吊荷ワイヤの繰り出し長さ変化
量の目標値と実際の吊荷ワイヤの繰り出し長さ変化量の
検出値との比較に基づいてワイヤ駆動のフィードバック
制御を行うのに加え、上記目標値の変化速度に基づいて
ワイヤ駆動のフィードフォワード制御を行うようにした
ものであるので、ブームが大きな速度で伸縮操作される
場合にも、これに応じたフィードフォワード制御を実行
することにより、吊荷ワイヤの駆動を上記ブームの伸縮
に常に良好に追従させることができ、これにより制御精
度の大幅な向上を図ることができる効果がある。

【００４０】さらに、請求項２記載の装置は、ブームの
伸縮に関する作動指令信号に基づいて上記ワイヤ駆動手
段のフィードフォワード制御を行うようにしたものであ
るので。特にワイヤ駆動の追従が困難なブーム伸縮の立
ち上がり時においても制御偏差が増大するのを防ぐこと
ができ、制御精度をさらに向上させることができる効果
がある。

【００４１】また、請求項３記載の装置は、ブームの伸
縮速度をワイヤ駆動速度の最大値に見合う速度以下に抑
える伸縮速度抑制手段を備えたものであるので、ワイヤ
駆動の追従可能な速度を超えた速度でブームが伸縮され
るのを未然に防ぐことができ、これにより、上記フィー
ドフォワード制御による効果をより確実なものにするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるワイヤ駆動制御装置
の構成図である。

【図２】上記ワイヤ駆動制御装置が設けられる伸縮ブー
ム付クレーンの一例を示す外観図である。

【図３】上記伸縮ブーム付クレーンに設けられたブーム
伸縮駆動用油圧回路の回路図である。

【符号の説明】

１４　　ブーム １８　　主巻ウインチ（ワイヤ駆動手段）１９　　主巻
ワイヤ（吊荷ワイヤ） ２６　　主巻フック ３４　　油圧ポンプ（伸縮駆動手段） ３６　　伸縮シリンダ（伸縮駆動手段）３８　　メイン
コントロール弁（伸縮駆動手段）４０　　パイロット弁 ４６　　圧力補償付流量制御弁（伸縮速度抑制手段）４
８　　ブーム長センサ（ブーム状態検出手段）５０　　
ブーム起伏角センサ（ブーム状態検出手段）５２　　ワ
イヤ長センサ（ワイヤ長検出手段）５４　　フィードバ
ック制御部 ５６　　指令入力フィードフォワード制御部５８　　ブ
ーム変化フィードフォワード制御部Ｃ　　制御演算部 Ｄ　　駆動部（ワイヤ駆動手段） Ｓ　　検出部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　伸縮可能なブームと、このブームを伸
   縮駆動する伸縮駆動手段と、吊荷ワイヤの巻取り及び巻
   出し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吊荷ワイヤが上記ブームの適所から
   垂下される伸縮ブーム付クレーンにおいて、基準状態か
   らの吊荷ワイヤの繰り出し長さの変化量を検出するワイ
   ヤ長検出手段と、基準状態からのブームの状態変化を検
   出するブーム状態検出手段と、このブーム状態検出手段
   の検出値に基づいて算出される吊荷ワイヤの繰り出し長
   さ変化量の目標値と上記ワイヤ長検出手段による検出値
   との比較に基づいて上記ワイヤ駆動手段のフィードバッ
   ク制御を行うフィードバック制御手段と、上記ワイヤ繰
   り出し長さの目標値の変化速度に基づいて上記ワイヤ駆
   動手段のフィードフォワード制御を行うブーム変化フィ
   ードフォワード制御手段とを備えたことを特徴とする伸
   縮ブーム付クレーンの吊荷ワイヤ駆動制御装置。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の伸縮ブーム付クレーン
   の吊荷ワイヤ駆動制御装置において、上記伸縮駆動手段
   に入力される作動指令信号に基づいて上記ワイヤ駆動手
   段のフィードフォワード制御を行う指令入力フィードフ
   ォワード制御手段を備えたことを特徴とする伸縮ブーム
   付クレーンの吊荷ワイヤ駆動制御装置。
3. 【請求項３】　　請求項１または２記載の伸縮ブーム付
   クレーンの吊荷ワイヤ駆動制御装置において、上記ブー
   ムの伸縮速度を上記ワイヤ駆動手段によるワイヤ駆動速
   度の最大値に見合う速度以下に抑えるように上記伸縮駆
   動手段の制御を行う伸縮速度抑制手段を備えたことを特
   徴とする伸縮ブーム付クレーンの吊荷ワイヤ駆動制御装
   置。