JP3649781B2 - タワークレーンの安全装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タワージブの起こし過ぎを防止するためのタワークレーンの安全装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タワークレーンの安全装置の一種として、ジブ過巻防止装置と呼ばれるものがある。この装置は、タワージブ起伏用ウインチの過巻によるタワージブの起こし過ぎを防止するもので、タワージブが所定の限界位置まで起こされたことをタワーブームに取り付けられたリミットスイッチで検出し、これに応答してクレーンの油圧回路に設けられた電磁弁を中立位置へ切換えてジブ起伏用ウインチの駆動モータへの圧油の供給を遮断する。この種の装置が設けられている場合、タワージブを通常の作業速度で作動させている最中に過巻防止装置が作動すると、タワージブが急停止してそのショックで荷振れが生じる。そこで、クレーンのオペレータは、ジブ過巻防止装置が作動するときのタワージブの対地角（水平面に対するタワージブの角度）を予め調べておき、運転席の表示器に表示されるタワージブの対地角が過巻防止装置の作動時の角度に接近するとウインチの巻上げ速度を落として停止ショックが生じないようにタワージブを操作していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、タワークレーンの使用態様として、操作性の向上、作業範囲の拡大等を目的として、作業中にタワーブームを起伏させる例が増加している。上述したジブ過巻防止装置では、タワーブームに取り付けたリミットスイッチにてタワージブの起立方向の限界位置を検出しているため、タワーブームの姿勢が変化するとそれに連れてジブ過巻防止装置が作動するときのタワージブの対地角も変化する。このため、作業中にタワーブームの姿勢を変化させた場合、表示器に表示されたタワージブの対地角だけでは、ジブ過巻防止装置がどの段階で作動するか判断できず、不必要にタワージブを低速度で操作して作業効率を悪化させたり、予想したよりも早期にジブ過巻防止装置が作動して荷振れを招くことがあった。
【０００４】
本発明の目的は、タワージブを起こし過ぎたときにこれを自動的に停止させる安全装置において、タワージブの停止タイミングをタワーブームの姿勢に拘わりなく正確に把握できるようにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
一発明の実施の形態を示す図１〜図４を参照して説明すると、請求項１の発明は、タワーブーム２に対するタワージブ５の相対角θrがタワージブ５の起立方向の限界値θsに達したとき、タワージブ５の起立動作に対する停止信号を出力するタワークレーンの安全装置に適用される。そして、相対角θrを検出する相対角検出手段２１、２２、２１１と、相対角検出手段２１、２２、２１１にて検出された相対角θrと限界値θsとの差（θr−θs）が所定の閾値（θw−θs）以内に減少したとき警報信号を出力する警報信号出力手段２１３と、タワージブ５の角速度ω j を検出する角速度検出手段２２、２１５と、タワージブ５の角速度ω j が大きいときは角速度ω j が小さいときよりも閾値（θ w −θ s ）が大きくなるように、角速度検出手段２２、２１５の検出結果に基づいて閾値（θ w −θ s ）を変化させる閾値変更手段２１６と、を備えて上述した目的を達成する。
図２、図３および図９を参照して説明すると、請求項２の発明は、タワーブーム２に対するタワージブ５の相対角θrがタワージブ５の起立方向の限界値θsに達したとき、タワージブ５の起立動作に対する停止信号を出力するタワークレーンの安全装置に適用される。そして、特定の基準面ＨＰに対するタワーブーム２の角度θbを検出するブーム角検出手段２１と、特定の基準面ＨＰに対するタワージブ５の角度θjを検出するジブ角検出手段２２と、相対角θrが限界値θsのときジブ角検出手段２２にて検出されるべき角度θjsをブーム角検出手段２１の検出結果に対応して特定する特定手段２１８と、特定手段２１８にて特定された角度θjsおよびジブ角検出手段２２にて検出された角度θjをそれぞれ表示するジブ角表示手段２７と、を備えて上述した目的を達成する。
【０００６】
請求項１の発明では、タワージブ５の起立動作に伴って相対角θrと限界値θsとの差（θr−θs）が閾値（θw−θs）以内まで減少すると、警報信号出力手段２１３から警報信号が出力される。この警報信号を警報器２５に与えて音等による警報を発生させれば、限界値θsの接近、換言すればタワージブ５が自動的に停止するタイミングが接近したことをオペレータに確実に認識させることができる。そして、警報器２５等からの警報を受けてタワージブ５の減速操作を開始したときの角速度ωjが高いほど、実際の速度が十分に低下するまでのタワージブ５の移動量が大きくなるのに対して、タワージブ５の角速度ωjが大きいときは小さいときよりも早期に警報信号が発せられる。従って、早期の減速操作を必要とする高速作業時（角速度ωjが大きいとき）に警報が遅れてタワージブ５が十分に減速する前に自動停止が働くおそれがなく、低速作業時に必要以上に早い段階から警報が始まってタワージブ５の減速操作が無駄に長引くこともない。
請求項２の発明では、ジブ角表示手段２７にて表示される二つの角度θ j 、θ js を対比すれば、タワージブ５の停止タイミングを正確に把握できる。
【０００７】
なお、本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１〜図１１を参照して本発明の発明の実施の形態を説明する。なお、図１〜図１１において相互に共通する部分には同一符号を付してある。
【０００９】
−第１発明の実施の形態−
図１〜図３を参照して第１発明の実施の形態を説明する。図２は発明の実施の形態に係るタワークレーンの概略構成を示すもので、１は下部走行体と上部旋回体とを備えたクレーン本体、２はクレーン本体１に俯仰動自在に連結されたタワーブーム、３はタワーブーム２の上端に取り付けられたブーム起伏ロープ、４はブーム起伏ロープ３の巻取りおよび繰り出しを行なってタワーブーム２を起伏させるブーム起伏ウインチ、５はタワーブーム２の上端に俯仰動自在に連結されたタワージブ、６はタワージブ５を起伏するためのジブ起伏ロープ、７はスイングレバーである。スイングレバー７は３本の部材を三角形状に組合せて概略構成され、三つの頂点の一つがタワーブーム２の上端に回動自在に連結され、他の二つの頂点がジブ起伏ロープ６およびジブペンダントロープ８にそれぞれ連結されている。ジブペンダントロープ８の上端はタワージブ５の上端に連結されている。９はジブ起伏ロープ６の巻取りおよび繰り出しを行なってタワージブ５を起伏させるジブ起伏ウインチ、１０は吊下げ用のフック、１１はフック１０の巻上げロープ、１２は巻上げロープ１１の巻取りおよび繰り出しを行なってフック１０を昇降させる巻上げウインチである。
【００１０】
２０Ａは過負荷防止等に必要なデータ処理を行なう制御装置である。この制御装置２０Ａへの情報入力手段として、本発明の実施の形態ではタワーブーム角度検出器２１、タワージブ角度検出器２２、荷重検出器２３およびジブ過巻検出スイッチ２４が設けられている。これらの情報入力手段が検出する値について図３を参考に説明すると、タワーブーム角度検出器２１はタワーブーム２の水平面ＨＰに対する角度（以下、ブーム角度と呼ぶ。）θbを検出し、タワージブ角度検出器２２はタワージブ５の水平面ＨＰに対する角度（以下、ジブ角度と呼ぶ。）θjを検出する。ジブ過巻検出スイッチ２４は、プランジャ等の可動部の変位に応じてオン・オフが切換わるリミットスイッチを利用したもので、タワーブーム２の上端に取り付けられている。タワーブーム２とタワージブ５との相対角（タワージブ２の延長線Ｌ2とタワージブ５とがなす角度）θrが所定の限界角θsまで減少すると、ジブ過巻検出スイッチ２４の可動部（不図示）がタワージブ５にて押し込まれ、所定のオン信号がジブ過巻検出スイッチ２４から出力される。なお、限界角θsおよび後述する警報作動角θwにおけるタワージブ５の位置を図中に想像線Ｐs、Ｐwでそれぞれ示した。荷重検出器２３は、フック１０の吊荷の実荷重に関連した物理量として、ジブペンダントロープ８の張力を検出する。
【００１１】
次に、図１を参照して制御装置２０Ａを説明する。制御装置２０Ａは過負荷防止部２００と、ジブ過巻防止部２１０Ａとを有する。過負荷防止部２００は限界荷重（フック１０にて吊り上げ可能な最大荷重）よりも重い吊荷の吊り上げを防止するもので、二つの角度検出器２１、２２にて検出されたブーム角θbおよびジブ角度θjと、既知のタワーブーム２の長さおよびタワージブ５の長さとからクレーンの作業半径を演算する作業半径演算部２０１と、予め作成された作業半径と限界荷重とを対応付けたテーブルに基づいて、現在の作業半径に対応した限界荷重を演算する限界荷重演算部２０２と、荷重検出器２３が検出したロープ張力に基づいてフック１０に作用する実荷重を演算する実荷重演算部２０３と、両演算部２０２、２０３にてそれぞれ演算された限界荷重および実荷重を比較し、実荷重が限界荷重を超えるとき所定の自動停止信号を出力する比較演算部２０４とを有する。比較演算部２０４から自動停止信号が出力されると、クレーンの吊り上げ作業を実行する各種のアクチュエータへの圧油の供給が阻止されて吊り上げ作業が不可能となる。例えば、図２のウインチ４、９、１２の駆動源である油圧モータ（不図示）の駆動回路に設けられた制御弁が上記自動停止信号により中立位置に拘束されて各油圧モータに圧油が閉じ込められ、これにより過負荷の吊り上げが阻止される。なお、過負荷か否かの判定手法には種々のものがあるが、入力情報としてブーム角θb、ジブ角θjを利用するものであれば本発明を適用できる。
【００１２】
一方、ジブ過巻防止部２１０Ａはジブ起伏ウインチ９の過巻によるタワージブ５の起こし過ぎを防止するもので、角度検出器２１、２２の検出したブーム角度θbおよびジブ角度θjとから、両者の相対角θr（＝θb−θj、図３参照）を演算する相対角演算部２１１と、警報作動角θwを記憶するメモリ２１２と、相対角演算部２１１にて演算された相対角θrと、メモリ２１２からの警報作動角θwとを比較する比較演算部２１３とを有する。図３に示したように、警報作動角θwは限界角θs、すなわちリミットスイッチ２４がオンするときの相対角θrよりも大きく設定されている。例えば、限界角θsが１５゜のとき、警報作動角θwは１７゜〜２０゜程度に設定される。比較演算部２１３は、相対角演算部２１１にて求められた相対角θrが警報作動角θw以下のとき所定の警報信号を警報器２５に出力し、これを受けて警報器２５はクレーンのオペレータに所定の警報を発する。なお、警報器２５はクレーンの運転席に近傍に設けられる。警報器２５としては、警報音を発生し、あるいは警報灯を点灯または点滅させるものなど、聴覚や視覚に訴えるものを適宜選択してよい。メモリ２１２に任意の警報作動角θwを書き込むための入力手段を設けてもよい。
【００１３】
また、ジブ過巻防止部２１０Ａには、上記のジブ過巻検出スイッチ２４からのオン信号の出力に応答して、タワージブ自動停止信号を出力する停止信号出力部２１４が設けられている。このタワージブ自動停止信号の出力により、ジブ起伏ウインチ９の巻取り方向の動作が自動的に停止する。ウインチ９を停止させるには、例えばウインチ９の駆動モータ（不図示）への圧油の供給を制御する制御弁を中立位置に拘束し、その駆動モータへの圧油の供給を阻止するとともに駆動モータからの戻り管路に戻り油を閉じ込める。
【００１４】
以上のように構成されたタワークレーンによれば、相対角θrと警報作動角θwとを比較して警報信号の出力および出力停止を切換え、かつ警報作動角θwを限界角θsよりも僅かに大きくしているので、タワーブーム２がどのような姿勢であっても、ジブ過巻検出スイッチ２４がオンしてタワージブ５が自動的に停止する直前に警報器２５から警報が発せられる。従って、タワージブ５が自動停止するタイミングをオペレータが正確に把握でき、自動停止が働く直前の必要最小範囲でタワージブ５の速度を落として停止ショックによる荷振れを防止できる。
【００１５】
−第２発明の実施の形態−
図４および図５を参照して第２発明の実施の形態を説明する。なお、タワークレーンの全体構成は図２の通りである。図４に示すように、本発明の実施の形態は上述した第１発明の実施の形態の制御装置２０Ａを制御装置２０Ｂに変更したものである。この制御装置２０Ｂのジブ過巻防止部２１０Ｂには、図１のジブ過巻防止部２１０Ａのメモリ２１２に代えて、角速度演算部２１５およびメモリ２１６が設けられている。角速度演算部２１５は、タワージブ角度検出器２２にて検出されたジブ角度θjを微分してタワージブ５の角速度ωjを演算する。メモリ２１６には、角速度ωjと警報作動角θwとを図５の線図に従って対応付けたテーブルが予め記憶されている。
【００１６】
角速度演算部２１５から現在の角速度ωjが出力されると、メモリ２１６からはその角速度ωjに対応した警報作動角θwが出力される。ここで、図５は上述した限界角θs（図３参照）が１５゜のときの例であり、警報作動角θwは１７゜〜２０゜の範囲で角速度ωjが大きいほど増加する。このような設定によれば、タワージブ５の角速度ωjが高いときには警報時期が早く、角速度ωjが低いときには警報時期が遅くなる。
【００１７】
−第３発明の実施の形態−
図６を参照して第３発明の実施の形態を説明する。なお、タワークレーンの全体構成は図２の通りである。図６に示すように、本発明の実施の形態は上述した第１発明の実施の形態の制御装置２０Ａを制御装置２０Ｃに変更したものである。この制御装置２０Ｃのジブ過巻防止部２１０Ｃは、図１のジブ過巻防止部２１０Ａからメモリ２１２および比較演算部２１３を省略したものに相当する。そして、相対角演算部２１１にて求められた相対角θrは表示器２６にて直接オペレータに表示される。表示器２６はアナログ指針式、デジタル表示式など適宜選択できる。図２のクレーンでは、ジブ過巻検出スイッチ２４がオンするときの相対角θr（図３の限界角θs）がタワーブーム２の姿勢に拘わりなく一定なため、限界値θsを表示器２６の近傍に表示する等してオペレータに知らしめれば、オペレータがその限界値θsと表示器２６に表示された相対角θrとを比較することで、タワージブ５の自動停止のタイミングを把握、その直前に従来と同様の減速操作を行なってタワージブ５の停止ショックを回避することができる。
【００１８】
−第４発明の実施の形態−
図７および図８を参照して第４発明の実施の形態を説明する。なお、タワークレーンの全体構成は図２の通りである。図７に示すように、本発明の実施の形態は、上述した図４に示す制御装置２０Ｂを、マイクロコンピュータおよびその周辺装置にて構成された制御装置２０Ｄに変更したものである。制御装置２０Ｄのメモリ２１７には、図４の過負荷防止部２００およびジブ過巻防止部２１０Ｂにおける各種の演算に必要な情報が記憶されている。制御装置２０Ｄによる警報器２５の制御に係るルーチンを図８に示す。この処理では、ステップＳ１で角度検出器２１、２２が検出したブーム角度θbおよびジブ角度θjを読み込み、ステップＳ２で相対角θr（＝θb−θj）を演算する。続くステップＳ３では、ステップＳ１で読み込んだジブ角度θjを微分してタワージブ５の現在の角速度ωjを演算し、演算された角速度ωjに対応する警報作動角θwをステップＳ４で特定する。この警報作動角θwを特定するには、図４のメモリ２１６に記憶させたものと同様のテーブルをメモリ２１７に予め書き込んでおけばよい。
【００１９】
警報作動角θwの特定後はステップＳ５に進み、ステップＳ２で演算した相対角θrが警報作動角θwよりも大きいか否か判断する。相対角θrが警報作動角θwよりも大きいときはステップＳ６で警報器２５への警報信号の出力を停止し、相対角θrが警報作動角θw以下のときはステップＳ７へ進んで警報器２５へ警報信号を出力する。その後はステップＳ１へ戻る。なお、図８の処理中にジブ過巻検出スイッチ２４がオンしたときは、割込み処理としてタワージブ５の起立動作を停止させる。過負荷防止に係る制御は、例えば図８に示す処理と適当な周期で交互に行なってよい。
【００２０】
−第５発明の実施の形態−
図９〜図１１を参照して第５発明の実施の形態を説明する。なお、タワークレーンの全体構成は図２の通りである。図９に示すように、本発明の実施の形態は上述した第１発明の実施の形態の制御装置２０Ａを制御装置２０Ｅに変更したものである。この制御装置２０Ｅのジブ過巻防止部２１０には、図１のジブ過巻防止部２１０Ａの相対角演算部２１１、メモリ２１２および比較演算部２１３に代えてメモリ２１８が設けられている。メモリ２１８には、ブーム角度θbと、ジブ過巻検出スイッチ２４がオンするときのジブ角度（図３の角度θjs、以下、限界対地角と呼ぶ。）とを図１０の線図に従って対応付けたテーブルが記憶されている。なお、図１０は限界角θs（図３参照）が１５゜のときの例である。
【００２１】
タワーブーム角度検出器２１からメモリ２１８へブーム角度θbが入力されると、メモリ２１８からはそのブーム角度θbに対応した限界対地角θjsが出力され、その値が表示器２７に入力される。表示器２７にはタワージブ角度検出器２２にて検出された現在のジブ角度θjも入力され、両角度θj、θjsが表示器２７にて同時に表示される。表示器２７は例えば図１１のように構成する。この表示器２７は、角度表示用の目盛２７０と、ジブ角度検出器２２にて検出されたジブ角度θjを表示する第１指針２７１と、メモリ２１８から出力された限界対地角θjsを表示する第２指針２７２とを有する。以上の構成によれば、オペレータが表示器２７に表示された現在のジブ角度θjと限界対地角θjsとの差、すなわち第１指針２７１と第２指針２７２との差からタワージブ５の自動停止のタイミングを把握し、従来と同様の減速操作によりタワージブ５の停止ショックを防止できる。なお、表示器２７はデジタル表示式としてもよい。
【００２２】
以上の発明の実施の形態では、タワーブーム角度検出器２１がブーム角度検出手段を、タワージブ角度検出器２２がジブ角度検出手段を、相対角演算部２１１が演算手段を、両角度検出器２１、２２および相対角演算部２１１が相対角検出手段を、比較演算部２１３が警報信号出力手段を、タワーブーム角度検出器２１および角速度演算部２１５が角速度検出手段を、メモリ２１６が閾値変更手段を、表示器２６が表示手段を、角度検出器２１、２２および過負荷防止部２００が過負荷防止装置を、メモリ２１８が特定手段を、表示器２７がジブ角表示手段をそれぞれ構成する。なお、ブーム角θbとジブ角θjとから相対角θrを演算する例に限らず、タワーブーム２とタワージブ５との間に角度検出器を設けて相対角θrを直接検出してもよい。過負荷防止部２００は省略してもよい。タワージブ５の角速度は、ジブ角θjを微分して求める例に限らず、角速度に関連する物理量、例えばジブ起伏ウインチ９の回転速度やその駆動モータへの圧油の流量等から求めてもよい。警報信号を出力するための閾値を複数設定し、限界値に近付くにつれて警報をより緊急的なものに変更してもよい。ブーム角θbやジブ角θjは水平面ＨＰからの角度に限らず、鉛直面あるいはそれ以外の基準面からの角度としてもよい。相対角は、タワーブーム２とタワージブ５との開き角（図３のθrの補角）としてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明では、タワーブームの姿勢に拘わりなく、タワージブがその起こし過ぎにより自動停止する前に警報信号が出力されるとともに、警報信号の出力タイミングをタワージブの角速度に応じて最適化できる。そのため、タワージブが自動停止するタイミングをオペレータが常に正確に把握できるようになる。従って、自動停止が働く直前まで必要な作業速度で効率良く作業を行ない、かつ自動停止が働く直前でタワージブの速度を十分に低下させて停止ショックによる荷振れを確実に回避できる。
請求項２の発明では、ジブ角表示手段にて表示される二つの角度の対比により、タワージブが自動停止するタイミングを把握できるので、自動停止が働く直前まで必要な作業速度で効率良く作業を行ない、かつ自動停止が働く直前でタワージブの速度を十分に低下させて停止ショックによる荷振れを確実に回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１発明の実施の形態のタワークレーンにおける制御系のブロック図。
【図２】発明の実施の形態に係るタワークレーンの全体構成を示す図。
【図３】図２のタワークレーンを模式的に示す図。
【図４】本発明の第２発明の実施の形態のタワークレーンにおける制御系のブロック図。
【図５】図４のメモリに記憶されたジブ角度と警報作動角との対応関係を示す線図。
【図６】本発明の第３発明の実施の形態のタワークレーンにおける制御系のブロック図。
【図７】本発明の第４発明の実施の形態のタワークレーンにおける制御系のブロック図。
【図８】図７の制御装置にて実行される警報器の制御手順を示すフローチャート。
【図９】本発明の第５発明の実施の形態のタワークレーンにおける制御系のブロック図。
【図１０】図９のメモリに記憶されたブーム角度とタワージブの限界対地角との対応関係を示す線図。
【図１１】図９の表示器の一例を示す図。
【符号の説明】
２ タワーブーム
５ タワージブ
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ 制御装置
２１ タワーブーム角度検出器
２２ タワージブ角度検出器
２３ 荷重検出器
２４ ジブ過巻検出スイッチ
２００ 過巻防止部
２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃ，２１０Ｅ ジブ過巻防止部
θb ブーム角度
θj ジブ角度
θr タワーブームとタワージブとの相対角
θs 相対角の限界値
θw 警報作動角

Claims (2)

1. タワーブームに対するタワージブの相対角が前記タワージブの起立方向の限界値に達したとき、前記タワージブの起立動作に対する停止信号を出力するタワークレーンの安全装置において、
   前記相対角を検出する相対角検出手段と、
   前記相対角検出手段にて検出された相対角と前記限界値との差が所定の閾値以内に減少したとき警報信号を出力する警報信号出力手段と、
   前記タワージブの角速度を検出する角速度検出手段と、
   前記タワージブの角速度が大きいときは前記角速度が小さいときよりも前記閾値が大きくなるように、前記角速度検出手段の検出結果に基づいて前記閾値を変化させる閾値変更手段と、
   を備えたことを特徴とするタワークレーンの安全装置。
2. タワーブームに対するタワージブの相対角が前記タワージブの起立方向の限界値に達したとき、前記タワージブの起立動作に対する停止信号を出力するタワークレーンの安全装置において、
   特定の基準面に対する前記タワーブームの角度を検出するブーム角検出手段と、
   特定の基準面に対する前記タワージブの角度を検出するジブ角検出手段と、
   前記相対角が前記限界値のとき前記ジブ角検出手段にて検出されるべき角度を、前記ブーム角検出手段の検出結果に対応して特定する特定手段と、
   前記特定手段にて特定された角度および前記ジブ角検出手段にて検出された角度をそれぞれ表示するジブ角表示手段と、
   を備えたことを特徴とするタワークレーンの安全装置。

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