JP2009242006A - デッキクレーンの旋回制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 デッキクレーンの容量可変機構付き油圧モータの容量を小さくして高速で旋回させて停止時に大容量で低速に切り換えるときに瞬間的に油圧モータの入口側が負圧になることを未然に防止するようにする。
【解決手段】 容量を可変にできるようにしてある油圧モータ１，２に圧油給排ライン５，６及び分岐ライン５ａ，５ｂを接続し、圧油を、方向切換弁９を介して圧油給排ライン５と分岐ライン５ａ又は圧油給排ライン６と分岐ライン６ａを通して油圧モータ１，２に供給し、該油圧モータ１，２から排出された圧油を、圧油給排ライン６と分岐ライン６ａ又は圧油給排ライン５と分岐ライン５ａを通してタンク側へ排出させるようにしてある構成において、上記方向切換弁からタンク側に延びる圧油排出ライン８の途中に背圧弁５５を設ける。該背圧弁５５と方向切換弁９との間の圧油排出ライン８と、圧油給排ライン５及び６との間に、補給ライン５１と５２を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、船舶に設置されて油圧モータにより旋回動作が行えるようにしてあるデッキクレーンの旋回制御装置に関するものであり、詳しくは、２段式の容量可変機能付きの油圧モータを用いて旋回時の高速、低速の切り換えを行うようにするときに用いるデッキクレーンの旋回制御装置に関するものである。

デッキクレーンのうち、大型のデッキクレーンでは、旋回用の油圧モータは２個用いられ、フレーム上の旋回環の内歯ギヤに噛合させた２つのピニオンを、それぞれ対応する油圧モータを同期して回転駆動させることにより旋回環を旋回させるようにし、上記油圧モータの回転方向を切り換えることにより、右旋回、左旋回させるようにしてある。

これまでに用いられているデッキクレーンの旋回制御装置としては、図２に示す如く、負荷の大きさにより低速（高トルク）、高速（低トルク）に切り換えて使用することができるように容量可変機構付きの油圧モータ１，２を用いたものが実施されている。

上記容量可変機構付き油圧モータ１，２は、図２に示す如く、アキシャルシリンダ３のアキシャルピストン４をストローク方向へ往復動させることにより傾転角を変え、供給される圧油の量を可変にするようにしてあるもので、各油圧モータ１，２には、圧油給排ライン５，６と分岐ライン５ａ，６ａが接続されている。

上記各圧油給排ライン５と６は、図示してない圧油供給源としての油圧ポンプの吐出側に接続された圧油供給ライン７と図示しないタンクへの圧油排出ライン８に、方向切換弁９を介して接続し、各油圧モータ１，２が、上記方向切換弁９の切り換えにより、圧油給排ライン５を通して供給される圧油により一方向に回転駆動させられたり、圧油給排ライン６を通して供給される圧油により反対方向に回転駆動させられるようにしてある。

又、上記油圧モータ１，２の容量の可変は、アキシャルシリンダ３のアキシャルピストン４を移動することによる傾転角の変更により行うようにしてあり、圧油供給ライン７から分岐させた圧油ライン７ａの圧力をアキシャルシリンダ３の圧力室３ａに供給して低速（大容量）に傾転角を調整したり、圧油ライン７ａの圧油を切換弁１０を介して図上右側の圧力室３ｂに供給して高速（小容量）に傾転角を調整するようにしてある。上記切換弁１０の切り換えは、上記圧油ライン７ａ途中の電磁弁１１の切り換えにより圧油を切換弁１０に作用させて切換弁１０を切り換えたり、該切換弁１０をスプリングにより復帰させるようにしてある。

更に、上記圧油給排ライン５と６には、カウンターバランス弁１２，１３があり、カウンターバランス弁１３は、方向切換弁９をポート（イ）に切り換えたときに、圧油給排ライン５からのパイロット油圧が供給されて油圧モータ１，２の出口側となる圧油給排ライン６を方向切換弁９へ連通させるようにしてある。カウンターバランス弁１２は、方向切換弁９をポート（ロ）に切り換えたときに、圧油給排ライン６からパイロット油圧が供給されて油圧モータ１，２の出口側となる圧油給排ライン５を方向切換弁９へ連通させるようにしてある。

１４，１５は圧油供給ライン５，６の間に設けたリリーフ弁である。

上記のような構成としてある２段式の容量可変機構付きの油圧モータ１，２を用いるデッキクレーンの旋回制御を行う場合は、油圧モータ１，２を、負荷の大きさにより低速（大容量・高トルク）、高速（小容量・低トルク）に切り換えて使用するようにしてある。

次に、デッキクレーンの油圧駆動装置として、旋回制御ではないが、油圧モータを制御して、吊荷を巻上げ、巻卸しを行うようにしたものとして、図３に示すようにしたものがある。

すなわち、図３に示すデッキクレーンの油圧駆動装置は、油圧ポンプ１６から２個のタンデム型油圧モータ１７，１８に接続される作動油路１９にコントロール弁２０を設け、油圧モータ１７，１８に接続される作動油路１９への作動油の供給、遮断を切り換えることにより、油圧モータ１７，１８に直結されている巻上装置２１の巻上げ、中立、巻卸しの動作の切り換えを行うようにし、上記油圧モータ１７の出口に接続した油路２２と、油圧モータ１８の出口に接続した油路２３より分岐した油路２３ａには、それぞれカウンターバランス弁２４と２５が設けてある。

上記カウンターバランス弁２４には、作動油路１９から分岐された作動油を可変絞り２６で絞って流量及び圧力を減じたパイロット油圧を供給するようにして、油圧モータ１７の出口側の油路２２と上記コントロール弁２０への油路２７とを連通あるいは遮断するようにしてあり、又、上記別のカウンターバランス弁２５には、作動油路１９から分岐された作動油を可変絞り２８で絞って流量及び圧力を減じたパイロット油圧を供給させるようにして、上記油圧モータ１８の出口側の油路２３ａと上記コントロール弁２０への油路２３ｂとを連通あるいは遮断するようにしてある。更に、上記油圧モータ１７，１８に作動油を供給する作動油路に、負圧の吸収用のアキュムレータ２９を設置した構成としてある。これにより、積荷を巻上げ位置から積荷を降ろす際において油圧モータ１７，１８への作動油路に負圧が発生しようとする際に、アキュムレータ２９が作動油路１９内に作動油を供給することによって、油圧モータ１７，１８の吸入側に作動油を充満させ、該油圧モータ１７，１８の吸入側における負圧による空気の吸い込みを回避するようにしてある（たとえば、特許文献１参照）。

又、デッキクレーンではないが、油圧クレーン等の建設機械において、旋回モータの油圧回路を複雑化することなく自動的に設定圧力が変更できて、ショックレスでしかも最適な状態で旋回モータの起動・停止や振れ戻り防止を図るようにしたものもある。

図４はその一例を示すもので、ブーム等の旋回部材を旋回させる旋回モータ３０の駆動回路３１，３２を図示しない切換弁を介して油圧ポンプとタンクに選択接続させるようにし、旋回モータ３０を起動するとき、あるいは減速停止するとき、駆動回路３１，３２の圧力を制御してスムースにその起動・停止を行うために、該駆動回路３１，３２にリリーフバルブが設けてある構成において、上記リリーフバルブとして、設定圧力が電流値により制御され、且つその電流値の増加に従って該設定圧力が減少する逆特性電磁比例リリーフバルブ３３，３４を用いるように構成したものである。これにより、逆特性電磁比例リリーフバルブ３３，３４の電流値を旋回モータ３０の回転数や駆動回路３１，３２の圧力に応じて自在に変更することが可能になり、前記のような逆特性を有するので、該電磁比例リリーフバルブ３３，３４の電気系の故障でも旋回モータの作動の安全性が維持できるものとしてある（たとえば、特許文献２参照）。

更に、油圧ショベル等の建設機械に用いられる油圧モータ制御回路として、旋回用油圧モータへ作動油を供給するライン内が負圧状態になることを防止するようにしたものもある。

図５はその一例を示すもので、旋回用油圧モータ３５は、たとえば、斜板型又は斜軸型の油圧モータ等によって構成され、上部旋回体等の慣性体を減速機等を介して旋回駆動するものである。又、油圧モータ３５は、油圧ポンプ３６とタンク３７に一対の主管路３８，３９を介して接続され、該主管路３８，３９の途中には、油圧パイロット式の方向切換弁４０が設けられ、該方向切換弁４０と油圧モータ３５との間に主管路３８，３９の分岐管路４１ａ，４１ｂ、４２ａ，４２ｂを介してタンク３７に接続するタンク管路４３を設けると共に、上記分岐管路４１ａ，４１ｂの途中にそれぞれチェック弁４４ａ，４４ｂを、又、上記分岐管路４２ａ，４２ｂの途中にそれぞれリリーフ弁４５ａ，４５ｂを設け、チェック弁４４ａ，４４ｂは、タンク２７から主管路３８，３９側に向けて作動油が流通するのを許すことにより、主管路３８，３９内が負圧状態になるのを防止するようにしてある。更に、上記リリーフ弁４５ａ，４５ｂには、内部が可動隔壁４６ａ，４６ｂにより蓄油室４７ａ，４７ｂと圧力室４８ａ，４８ｂとに画成され、各主管路３８，３９からの圧油を各リリーフ弁４５ａ，４５ｂを介して各蓄油室４７ａ，４７ｂに蓄油することにより、高圧のリリーフ設定圧よりも低い圧力で該リリーフ弁４５ａ，４５ｂを一時的に低圧リリーフさせるアキュムレータ４９ａ，４９ｂを付設し、該アキュムレータ４９ａ，４９ｂの圧力室４８ａ，４８ｂをブレーキ管路５０に接続した構成としてある（たとえば、特許文献３参照）。

特開２００７−１３７６４１号公報 特開平７−１２７６０４号公報 特開平９−７１９７７号公報

ところが、前記した図２に示すデッキクレーンの旋回制御装置を実施するときには、負荷の大きさに応じて可変容量型の油圧モータ１，２を低速（高トルク）、高速（低トルク）に切り換えて使用しているが、高速から低速、すなわち、油圧モータ１，２の容量を、低容量（高速）から大容量（低速）へ切り換えたときには、クレーンの慣性が残るため、瞬間的には大容量かつ高速回転の状態がある。このとき、油圧モータ１，２の入口側の油量が不足し負圧になると、空気を吸引するキャビテーションによる異音発生並びに制御不能状態となるおそれがあり、可変動作を多くとることができなかった。

又、特許文献１に記載されたものは、巻上装置２１が積荷を巻上げた後、コントロール弁２０を中立位置から巻下し位置に切換えて該積荷を降ろすときには、積荷の自重によって巻上装置が逆転し、油圧モータ１７，１８がポンプ作用を行い、このポンプ作用によって油圧モータ１７，１８への作動油路１９に負圧が発生しようとする際に、アキュムレータ２９が作動油路１９内に作動油を供給することによって、油圧モータ１７，１８の吸入側に作動油を充満させるようにしてあるものであるが、油圧モータ１７，１８のタンクへの排出側の作動油を油圧モータ１７，１８の入口側へ供給させるようにするものではない。

特許文献２に記載されたものは、建設機械等の油圧式の旋回制御装置で、旋回モータ３０の駆動回路３１，３２に設ける該旋回モータ３０の起動時・停止時の圧力制御を行うリリーフバルブに、設定圧力が電流値により制御され且つその電流値の増加に従って該設定圧力が減少する逆特性電磁比例リリーフバルブ３３，３４を用いたというものであり、旋回モータの容量を、低容量から大容量へ切り換えたときの該旋回モータ吸入側が負圧になることを解消するものではない。

更に、特許文献３に記載されたものは、油圧モータ３５に接続されている一対の主管路３８，３９に分岐管路４１ａ，４１ｂ、４２ａ，４２ｂを介してタンク３７に接続するタンク管路４３を設け、更に、分岐管路４１ａ，４１ｂにチェック弁４４ａ，４４ｂを設けて、主管路３８，３９が負圧になるのを防止するようにしたものであるが、タンク管路４３は大気に開放されているタンク３７に接続されているにすぎないものである。

そこで、本発明は、可変容量型の油圧モータを用いた旋回制御装置において、油圧モータ容量を低容量（高速）から大容量（低速）へ可変した場合に、クレーンの慣性が残る瞬間的には大容量かつ高速回転の状態があることに鑑み、かかる大容量かつ高速回転の状態の際に油圧モータの入口側が負圧となることを未然に防止できるようにするデッキクレーンの旋回制御装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、容量を可変にできるようにしてある旋回用油圧モータに接続した圧油給排ラインを、方向切換弁を介して油圧ポンプとタンクに接続して、上記方向切換弁の切り換えにより圧油を油圧モータに給排させて旋回動作を行わせるようにしてあるデッキクレーンの旋回制御装置において、上記圧油給排ラインの途中位置と上記方向切換弁を通して排出される圧油の排出ラインの途中位置とを、補給ラインを介し接続すると共に、該補給ラインの途中に、圧油排出ラインの圧油を圧油給排ラインを通して油圧モータ入口へのみ流すようにするためチェック弁を設け、且つ上記圧油排出ラインの補給ラインの接続位置よりもタンク側の位置に、背圧弁を設けて、圧油排出側の圧力を背圧弁により高く設定するようにした構成とする。

又、上記構成において、補給ラインを、方向切換弁の切り換えにより油圧モータへ圧油を供給する側となる圧油給排ラインの途中位置と方向切換弁を通してタンクへ戻される圧油排出ラインの途中位置との間に、上記方向切換弁をバイパスさせて接続するようにする。

本発明によれば、以下の如き優れた効果を発揮する。
（１）容量を可変にできるようにしてある旋回用油圧モータに接続した圧油給排ラインを、方向切換弁を介して油圧ポンプとタンクに接続して、上記方向切換弁の切り換えにより圧油を油圧モータに給排させて旋回動作を行わせるようにしてあるデッキクレーンの旋回制御装置において、上記圧油給排ラインの途中位置と上記方向切換弁を通して排出される圧油の排出ラインの途中位置とを、補給ラインを介し接続すると共に、該補給ラインの途中に、圧油排出ラインの圧油を圧油給排ラインを通して油圧モータ入口へのみ流すようにするためチェック弁を設け、且つ上記圧油排出ラインの補給ラインの接続位置よりもタンク側の位置に、背圧弁を設けて、圧油排出側の圧力を背圧弁により高く設定するようにした構成とし、更に、補給ラインを、方向切換弁の切り換えにより油圧モータへ圧油を供給する側となる圧油給排ラインの途中位置と方向切換弁を通してタンクへ戻される圧油排出ラインの途中位置との間に、上記方向切換弁をバイパスさせて接続するようにした構成としてあるので、旋回動作時に油圧モータを小容量低トルクで高速回転させている状態から、旋回停止に際して油圧モータを大容量高トルクで低速回転に切り換えるとき、クレーンの慣性で瞬間的に大容量で高速回転状態になることに伴い、油圧モータの入口側の油量が不足して負圧になるような場合に、補給ラインを通して排出側の圧油が油圧モータの入口側へ補給でき、負圧によるキャビテーションを発生させるようなことが未然に防止される。
（２）これにより、旋回起動／停止時は高トルク低速運転、起動後の軽負荷運転では低トルク高速運転、高負荷変動時には高トルク低速運転を、油圧モータの入口側に負圧を生じさせることなく行わせることが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施の一形態を示すもので、図２に示したと同様に、２個の容量可変機構付き油圧モータ１，２に、圧油給排ライン５，６と、該圧油給排ライン５，６から分岐させた分岐ライン５ａ，６ａとを接続し、方向切換弁９の切り換えにより油圧ポンプの吐出側に接続されている圧油供給ライン７とタンクに接続されている圧油排出ライン８とを、上記圧油給排ライン５又は６に接続できるようにしてあり、更に、上記容量可変機構付きの油圧モータ１と２を、アキシャルシリンダ３の作動により低容量（高速）、大容量（低速）に切り換えるようにしてあり、電磁弁１１のソレノイドを励磁して、切換弁１０を介してアキシャルシリンダ３の図上右側の圧力室３ｂに圧油給排ライン５，６の圧油を導入させることにより、アキシャルピストン４が図上左方向へ移動させられて油圧モータ１，２の傾転角が変えられて小容量（高速）に切り換えられる。又、上記電磁弁１１のソレノイドを消磁して、切換弁１０を図示の位置に切り換えると、油圧ポンプ側の圧油がアキシャルシリンダ３の図上左側の圧力室３ａに導入されることにより、アキシャルピストン４が図上右方向へ移動させられて油圧モータ１，２の傾転角が変えられて大容量（低速）に切り換えられるようにしてある構成において、２個の油圧モータ１，２に接続されている圧油給排ライン５，６と、方向切換弁９と図示しないタンクとを接続する圧油排出ライン８との間に補給ライン５１，５２をそれぞれ接続して設けた構成とする。

詳述すると、２個の油圧モータ１及び２に接続されている圧油給排ライン５及び６の各途中位置と、圧油排出ライン８の途中位置との間に、方向切換弁９をバイパスするように補給ライン５１と５２を接続して設ける。上記各補給ライン５１，５２の各途中に、上記圧油排出ライン８から圧油給排ライン５，６の方向へのみ圧油を流すようにするチェック弁５３，５４を設ける。更に、上記圧油排出ライン８における補給ライン５１，５２の接続位置よりもタンクに近い下流側位置に、絞り弁による背圧弁５５を設け、該背圧弁５５は、これよりも上流側で、上記補給ライン５１又は５２及び油圧モータ１，２に接続される圧油給排ライン５又は６の圧力損力を差し引いても零以上の背圧が立つように絞りを決めるようにする。すなわち、油圧モータ１，２の入口圧力は、
油圧モータ入口圧力＝背圧弁の背圧Ｐｄ−圧力損失Δｐ＞０
となるようにする。そのために、上記背圧弁５５は、無負荷旋回時において、圧油供給ライン７の途中位置に、たとえば、圧力計５６の位置での圧力が最低２．０ＭＰａ以上となるよう決定するものとしてある。

その他の構成は、図２に示したものと同じであり、同一のものには同一符号が付してある。

本発明のデッキクレーンの旋回制御装置は、上記構成としてあるので、デッキクレーンで吊荷をした後、吊荷を右又は左へ旋回させる場合は、方向切換弁９をポート（イ）又はポート（ロ）が連通するように切り換える。

方向切換弁９を、たとえば、ポート（イ）側に切り換えると、圧油供給ライン７が方向切換弁９を介して図１において左側の圧油給排ライン５と連通し、圧油給排ライン５とその分岐ライン５ａを通して２個の油圧モータ１，２のそれぞれの左側の入口へ供給される。これにより油圧モータ１，２が回転駆動させられて、吊荷を左旋回か右旋回のいずれか一方の方向へ旋回させられることになる。

上記油圧モータ１，２の駆動によりデッキクレーンを旋回させようとする場合、旋回起動時は、油圧モータ１，２の容量を大容量に可変して大トルクが得られるようにし、且つ低速回転で駆動させるようにする。

その後、旋回動作が行われているときは、油圧モータ１，２の容量を小容量に可変にしてトルクを小さくし、且つ高速回転させて駆動させるようにする。

次に、旋回を停止させるときは、油圧モータ１，２の容量を、小容量（高速）から大容量（低速）へ可変させるようにする。この際、クレーンの慣性で瞬間的に旋回動作が低速になることはなく、高速状態で大容量になることになり、油圧モータ１，２の入口側に供給される油量が不足し負圧になることがある。

油圧モータ１，２の入口側の油量が不足して負圧になると、キャビテーションによる異常発生並びに制御不能状態となるおそれがある。

本発明では、このような油圧モータ１，２に入口側となる圧油給排ライン５が負圧になると、方向切換弁９からタンクへ戻される圧油排出ライン８の圧油が、補給ライン５１を通して圧油給排ライン５の下流側と分岐ライン５ａへ導かれ、油圧モータ１，２の入口側へ圧油排出ライン８を流れる圧油が供給されることになる。これにより不足する油量が補給させられ、負圧になることが防止されることになる。この際、背圧弁５５により圧油排出ライン８が絞られて、該圧油排出ライン８の圧力が高く設定されて油圧モータ１，２の入口側と差圧が生じるようにしてあり、しかも、油圧モータ１，２の入口までの圧力損失分よりも高い圧力が確保できるようにしてあるため、上記油圧モータ１，２の入口側で負圧が生じるようになると、自動的に油量を補給することができる。

方向切換弁９をポート（ロ）側に切り換えて、圧油を圧油給排ライン６とその分岐ライン６ａを経て２個の油圧モータ１，２の右側へ供給するようにすれば、前記とは逆方向に旋回させることができるが、この場合でも、旋回を始めて１，２の容量を小容量（高速）から大容量（低速）へ可変させるようにするが、クレーンの慣性で前記したと同様の現象が生じ、油圧モータ１，２の入口側が負圧になることがある。この場合は、背圧弁５５で高い圧力に設定された圧油排出ライン８の圧油が、補給ライン５２から圧油給排ライン６、分岐ライン６ａを経て油圧モータ１，２へ供給されることになり、油圧モータ１，２入口側が負圧になることを防止できることになる。

上記において、カウンターバランス弁１２，１３の応答速度が油圧モータ１，２の容量切り換え速度よりも遅い場合にも、油圧モータ１，２入口の負圧を回避することができる。

本発明のデッキクレーンの旋回制御装置の実施の一形態を示す概要図である。 容量可変機構付き油圧モータを用いたデッキクレーンの旋回制御装置として現在実施されているものの回路図である。 従来のデッキクレーンの巻上装置の油圧駆動装置の系統図である。 従来の建設機械等で用いられている旋回制御装置の回路図である。 従来の建設機械等に用いられている油圧モータ制御回路図である。

符号の説明

１ 油圧モータ
２ 油圧モータ
５ 圧油給排ライン
６ 圧油給排ライン
７ 圧油供給ライン
８ 圧油排出ライン
９ 方向切換弁
５１ 補給ライン
５２ 補給ライン
５３ チェック弁
５４ チェック弁
５５ 背圧弁

Claims (2)

1. 容量を可変にできるようにしてある旋回用油圧モータに接続した圧油給排ラインを、方向切換弁を介して油圧ポンプとタンクに接続して、上記方向切換弁の切り換えにより圧油を油圧モータに給排させて旋回動作を行わせるようにしてあるデッキクレーンの旋回制御装置において、上記圧油給排ラインの途中位置と上記方向切換弁を通して排出される圧油の排出ラインの途中位置とを、補給ラインを介し接続すると共に、該補給ラインの途中に、圧油排出ラインの圧油を圧油給排ラインを通して油圧モータ入口へのみ流すようにするためチェック弁を設け、且つ上記圧油排出ラインの補給ラインの接続位置よりもタンク側の位置に、背圧弁を設けて、圧油排出側の圧力を背圧弁により高く設定するようにした構成を有することを特徴とするデッキクレーンの旋回制御装置。
2. 補給ラインを、方向切換弁の切り換えにより油圧モータへ圧油を供給する側となる圧油給排ラインの途中位置と方向切換弁を通してタンクへ戻される圧油排出ラインの途中位置との間に、上記方向切換弁をバイパスさせて接続するようにした請求項１記載のデッキクレーンの旋回制御装置。

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