(57)【要約】【課題】ガーダ上に設置されたレール上を車輪が移動する構造を備えた天井クレーンにおいて、車輪から加わる横力に対してガーダを的確に補強して、ガーダの長寿命化を図ることができる天井クレーンのガーダ補強構造を提供する。【解決手段】横行用ボックスガーダ１５上に設置された横行用レール１９上をクラブトロリー２０の車輪２１が移動する構造を備えたレードルクレーンにおいて、ガーダ１５上に、車輪２１からレール１９に加わる横力に対抗するようにレール１９を拘束する板状の拘束部材３０を、ガーダ１５長手方向の所定の位置に設置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガーダ上に設置されたレール上を車輪が移動する構造を備えた天井クレーンにおいて、ガーダ上に、車輪からレールに加わる横力に対抗するようにレールを拘束する拘束部材が設置されていることを特徴とする天井クレーンのガーダ補強構造。
【請求項２】
前記拘束部材は、レールのウェブの側面を押さえて、横力によるレールの傾きを拘束していることを特徴とする請求項１に記載の天井クレーンのガーダ補強構造。
【請求項３】
前記拘束部材は、レールの下フランジの上面を押さえて、横力によるレールの浮き上がりを拘束していることを特徴とする請求項１または２に記載の天井クレーンのガーダ補強構造。
【請求項４】
前記拘束部材は、ガーダの長手方向の任意の位置に設置されているガーダ補剛材と同じ長手方向位置に設置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の天井クレーンのガーダ補強構造。
【請求項５】
前記拘束部材は、レールとメタルタッチで接触していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の天井クレーンのガーダ補強構造。
【請求項６】
前記拘束部材は、硬質ゴムまたは硬化性充填材を介してレールと接触していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の天井クレーンのガーダ補強構造。
【請求項７】
前記拘束部材は、レールと溶接されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の天井クレーンのガーダ補強構造。
【請求項８】
前記拘束部材は、ガーダ上にボルトによって固定されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の天井クレーンのガーダ補強構造。
【請求項９】
前記拘束部材は、ガーダ上に溶接によって固定されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の天井クレーンのガーダ補強構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天井クレーンのガーダを補強するガーダ補強構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
天井クレーンは、建屋の天井付近で両側の壁に沿って設けられたランウェイ（走行軌道）を走行するもので、一般に巻上げ、横行、走行が可能で、広範囲の作業領域が確保できるため、各種工場での重量物や部品の運搬等に用いられている。
【０００３】
図１０は、このような天井クレーンの構造について、代表例として、製鋼工場でレードル（取鍋）を運搬するために用いられるレードルクレーンを示したものである。
【０００４】
図１０（ａ）に正面図、図１０（ｂ）に平面図を示すように、レードルクレーンは、建屋の天井付近で両側の壁に沿って互いに平行に水平方向に延在している一対のランウェイガーダ（走行用桁）１１、１１と、ランウェイガーダ１１、１１上に設置された走行用レール１２、１２と、走行用レール１２、１２上に車輪１３が乗った状態でランウェイガーダ１１、１１の間に架設されて走行方向に移動する横行用ガーダ（横行用桁）１４と、横行用ガーダ１４上に搭載されて横行方向に移動するクラブトロリー２０と、クラブトロリー２０上に搭載されて、フック２６で係合したレードル１０を昇降させる巻き上げ装置２５とを備えている。
【０００５】
ここで、横行用ガーダ１４は、平行に横行方向に延設された２本の箱型断面の桁（ボックスガーダ）１５、１５とその２本のボックスガーダ１５、１５の端部同士を繋ぐサドル１６、１６とで構成される井形構造をしており、それぞれのボックスガーダ１５、１５上に横行用レール１９、１９が設置されている。その横行用レール１９、１９上を車輪２１、２１によってクラブトロリー２０が横行方向に移動するようになっている。
【０００６】
そして、図１１は、横行用ボックスガーダ１５上に横行用レール１９を設置した個所を詳しく示した斜視図である。図１１に示すように、ボックスガーダ１５上に横行用レール１９が溶接されているとともに、横行用ボックスガーダ１５には、その長手方向（横行方向）に沿って所定の間隔でダイアフラム１７やリブ１８といった補剛材が溶接されている。
【０００７】
ただし、このような、ガーダ（桁）上へのレールの設置個所においては、ガーダ製作時の溶接変形やレールの反りに基づく施工の不整合に起因して、局部的に車輪からの大きな集中荷重を繰り返し受け、溶接部に疲労亀裂を生じるという問題がある。
【０００８】
この問題に対して、特許文献１においては、レールとガーダの間に充填材を注入することで、車輪からの鉛直荷重を分散し、ガーダ上へのレールの設置個所における溶接部の寿命を延命化することが提案されている。
【特許文献１】特開昭６０−１８１４０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１に記載の技術は、車輪から加わる鉛直集中荷重を分散させることで、ガーダの溶接部を守る有効な手段であるが、図１２に示すように、車輪２１から車軸２２の軸心方向に作用する力（横力）が加わった場合、それを分散させる効果は発揮されないため、横力によりレール１９が傾いて、それによる曲げ力がレール１９直下のガーダ補剛材１８の溶接部に直接伝わり、疲労亀裂が発生してしまう。
【００１０】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、ガーダ上に設置されたレール上を車輪が移動する構造を備えた天井クレーンにおいて、車輪から加わる横力に対してガーダを的確に補強して、ガーダの長寿命化を図ることができる天井クレーンのガーダ補強構造を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【００１２】
［１］ガーダ上に設置されたレール上を車輪が移動する構造を備えた天井クレーンにおいて、ガーダ上に、車輪からレールに加わる横力に対抗するようにレールを拘束する拘束部材が設置されていることを特徴とする天井クレーンのガーダ補強構造。
【００１３】
［２］前記拘束部材は、レールのウェブの側面を押さえて、横力によるレールの傾きを拘束していることを特徴とする前記［１］に記載の天井クレーンのガーダ補強構造。
【００１４】
［３］前記拘束部材は、レールの下フランジの上面を押さえて、横力によるレールの浮き上がりを拘束していることを特徴とする前記［１］または［２］に記載の天井クレーンのガーダ補強構造。
【００１５】
［４］前記拘束部材は、ガーダの長手方向の任意の位置に設置されているガーダ補剛材と同じ長手方向位置に設置されていることを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載の天井クレーンのガーダ補強構造。
【００１６】
［５］前記拘束部材は、レールとメタルタッチで接触していることを特徴とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載の天井クレーンのガーダ補強構造。
【００１７】
［６］前記拘束部材は、硬質ゴムまたは硬化性充填材を介してレールと接触していることを特徴とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載の天井クレーンのガーダ補強構造。
【００１８】
［７］前記拘束部材は、レールと溶接されていることを特徴とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載の天井クレーンのガーダ補強構造。
【００１９】
［８］前記拘束部材は、ガーダ上にボルトによって固定されていることを特徴とする前記［１］〜［７］のいずれかに記載の天井クレーンのガーダ補強構造。
【００２０】
［９］前記拘束部材は、ガーダ上に溶接によって固定されていることを特徴とする前記［１］〜［７］のいずれかに記載の天井クレーンのガーダ補強構造。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、ガーダ上に設置されたレール上を車輪が移動する構造を備えた天井クレーンにおいて、車輪からレールに加わる横力に対抗する拘束部材がガーダ上に設置されているので、その拘束部材による補強によって、ガーダに加わる負荷が緩和され、ガーダの長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、ここでは、図１０〜図１２に示したレードルクレーンを念頭において述べる。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態の基本的な構成を示すものであり、本発明の実施形態においては、横行用ボックスガーダ１５上に設置された横行用レール１９上をクラブトロリー２０の車輪２１が移動する構造を備えたレードルクレーンにおいて、ガーダ１５上に、車輪２１からレール１９に加わる横力に対抗するようにレール１９を拘束する板状の拘束部材３０を、ガーダ１５長手方向の所定の位置に設置するようにしている。
【００２４】
この補強構造によって、車輪２１からの横力に対抗して、拘束部材３０からの反力が作用するようになり、図１２に示したような、レール１９直下のガーダ補剛材１８の溶接部に加わる曲げ力が緩和され、疲労亀裂の発生が抑止されて、ガーダ１５の長寿命化を図ることができるようになる。
【００２５】
以下に、この拘束部材３０を中心にして、本発明の実施形態について詳しく述べる。
【００２６】
［実施形態１］
本発明の実施形態１を図２、図３に示す。図２は、本発明の実施形態１において、拘束部材３０（３１）がボックスガーダ１５上に設置されている状態を示す側面図であり、図３（ａ）は、その拘束部材３１の側面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
【００２７】
図３に示すように、この実施形態１においては、拘束部材３０（３１）が、板幅方向を上下方向にした拘束部材本体３１ａと、その拘束部材本体３１ａの下端に接合されたフランジ部３１ｅとからなり、逆Ｔ字形の横断面を有している。また、フランジ部３１ｅには、拘束部材３１の長手方向に沿って所定の間隔でボルト孔３１ｆが設けられている。
【００２８】
そして、図２に示すように、その拘束部材３０（３１）がボックスガーダ１５上にレール１９に直交するようにボルト３５によって固定されており、その際に、拘束部材本体３１ａの先端３１ｂがレール１９のウェブ（胴部）の側面に押し当てられているとともに、拘束部材本体３１ａの先端部の下部に設けられたテーパ部３１ｄがレール１９の下フランジ（脚部）の上面に押し当てられている。なお、拘束部材本体３１ａの先端３１ｂとテーパ部３１ｄの間にはスカラップ３１ｃが設けられている。
【００２９】
そして、拘束部材本体３１ａの先端３１ｂとレール１９のウェブ側面との接触部および拘束部材本体３１ａの先端部のテーパ部３１ｄとレール１９の下フランジの上面との接触部については、設置誤差を吸収できるように、硬質ゴム（または、モルタル等の硬化性充填材）３６を介して接触するようにする。設置精度を高く保てる場合には、メタルタッチでもよい。あるいは、溶接してもよい。
【００３０】
また、拘束部材３１は、ガーダ１５の長手方向の所定の位置に設置されているガーダ補剛材（ダイアフラム１７、リブ１８）と同じ長手方向位置に設置するのが好ましい。
【００３１】
ここで、図３において、ｔ１は拘束部材本体３１ａの板厚、ｈ１は拘束部材３１全体の高さ（＝拘束部材本体３１ａの高さ＋フランジ部３１ｂの板厚）、ｈ２は拘束部材本体３１ａとレール１９のウェブ側面との接触高さ、ｈ３は拘束部材本体３１ａのスカラップ３１ｃの高さ、Ｌ１は拘束部材本体３１ａの長さ、Ｌ２はフランジ部３１ｂの長さ、Ｌ３は拘束部材本体３１ａのテーパ部３１ｄの長さ、ｂ１はフランジ部３１ｂの板幅である。
【００３２】
このような補強構造を備えた実施形態１においては、図４に示すように、横力が車輪１９の外側方向に向けて作用した場合は、拘束部材３１がレール１９の側面に反力を与え、横力によるレール１９の傾きを拘束する。この力は、拘束部材３１からボルト３５でのせん断力を介してガーダ１５へとスムースに伝達される。
【００３３】
また、図５に示すように、横力が車輪１９の内側方向に向けて作用した場合は、拘束部材３１がレール１９の下フランジに下向きの反力を与え、横力によるレールの浮き上がりを拘束する。この力は、拘束部材３１からボルト３５での圧縮反力を介してガーダ１５へとスムースに伝達される。
【００３４】
ここで、拘束部材本体３１ａの寸法の設計方法について述べる。
【００３５】
拘束部材本体３１ａの断面寸法は、レール１９の形状と横力に対する抵抗力で決定するとよい。クレーン荷重は、ＪＩＳ  ８８３１「クレーン荷重及び荷重の組合せに関する設計原則」（２００４年）に基づいて算出すればよく、横力ＨｉＸは下記の式（１）で表すことができる。
【００３６】
ＨｉＸ＝（ＶＤｆ＋ＶＳ）β          ・・・（１）
ここで、ＶＤｆ：載時垂直荷重（ｋＮ）
ＶＳ  ：垂直静荷重（ｋＮ）
β  ：慣性力を求める係数（＝０．０６２×（Ｖｍ）１／２）
Ｖｍ：横行速度（ｍ／ｓ）
よって、拘束部材本体３１ａの板厚ｔ１は、下記の式（２）で表すことができる。
【００３７】
ｔ１≧ＨｉＸ÷ｈ２÷σａ            ・・・（２）
ここで、ｈ２：レールのウェブ側面との接触高さ
σａ：許容応力
これにより、例えば、定格荷重４００ｔｆ（３９２４ｋＮ）のレードルクレーンを例にすると、吊り荷の重量を３９４２ｋＮ、クラブトロリー２０の重量を１８０４ｋＮとし、クラブトロリー２０の車輪数を４輪（ただし、駆動軸２輪に均等に分散すると仮定）、横行速度Ｖｍ＝０．６７ｍ／ｓと仮定して、
ＶＤｆ＝４１９９ｋＮ
ＶＳ  ＝１８０８ｋＮ
β  ＝０．０６２×（０．６７）１／２
から、式（１）により、１輪の車輪から作用する横力ＨｉＸは、
ＨｉＸ＝（４１９９ｋＮ＋１８０８ｋＮ）×０．０５÷２
＝１５０ｋＮ／輪（＝１５．３ｔｆ／輪）
よって、約１５ｔｆの横力ＨｉＸが作用していると算出される。
【００３８】
そして、レール１９から横力を受ける部分（レール１９のウェブ側面との接触部）の高さｈ２を６０ｍｍとし、材質をＳＳ４００として、その許容応力（圧縮）σａを１３６ＭＰａ（ちなみに、σａ＝２３５ＭＰａ（基準降伏点）／１．５（安全率）／１．１５（圧縮の安全率））とすると、式（２）により、
ｔ１≧１５０ｋＮ÷６０ｍｍ÷１３６ＭＰａ＝１８ｍｍ
となり、拘束部材本体３１ａの板厚ｔ１は、１８ｍｍ以上とすればよい。
【００３９】
同様にして、拘束部材３１とガーダ１５を一体化するためのボルト３５も上記の横力ＨｉＸに基づいて設計することができる。
【００４０】
そして、この実施形態１に係る補強構造を適用した際のガーダ１５の長寿命化は以下のように推定される。
【００４１】
すなわち、実施形態１に係る補強構造を適用した場合のガーダ１５の寿命Ｎ２は、従来（実施形態１に係る補強構造を適用していない場合）の寿命Ｎ１に基づいて、下記の式（３）により推定できる。
【００４２】
σ１３Ｎ１＝σ２３Ｎ２
Ｎ２＝（σ１／σ２）３Ｎ１          ・・・（３）
ここで、σ１：従来の発生応力
σ２：実施形態１に係る補強構造を適用した場合の発生応力
そして、拘束部材３１等の弾性変形および拘束部材３１とレール１９との接触部３６、３７でのエネルギーの損失などを考慮すると、実施形態１に係る補強構造を適用した場合は、ガーダ１５に作用する曲げ力が２割程度に低減するので、
σ２＝０．２σ１
から、式（３）より、
Ｎ２＝（１／０．２）３Ｎ１＝１２５Ｎ１
となる。
【００４３】
このようにして、この実施形態１においては、ガーダ１５上に拘束部材３１を設置することによって、ガーダ１５に作用する曲げ力を大幅に低減することができ、その効果は極めて高い。
【００４４】
そして、拘束部材３１は低コストで作製・設置可能であるので、新設のレードルクレーンにはもちろん、既設のレードルクレーンへの設置も容易である。
【００４５】
［実施形態２］
本発明の実施形態２を図６、図７に示す。図６（ａ）は、本発明の実施形態２において用いる拘束部材３０（３２）の側面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ矢視図であり、図７（ａ）は、その拘束部材３０（３２）がボックスガーダ１５上に設置されている状態を示す側面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００４６】
この実施形態２においても、基本的な構造は実施形態１と同様であるが、実施形態１では、拘束部材３０（３１）をボルト３５によってガーダ１５上に固定していたのに対して、この実施形態２においては、拘束部材３０（３２）を溶接によってガーダ１５上に固定している。
【００４７】
その際に、拘束部材３２の下端部に適切な開先加工３２ａを実施し、溶接は完全突合せ溶接とすることが望ましい。
【００４８】
ちなみに、拘束部材３２の寸法および溶接条件については、実施形態１と同様に、横力ＨｉＸに基づいて設計することができる。
【００４９】
なお、拘束部材３０については、図８、図９に示すような単純な形状の拘束部材３３でもよい。
【００５０】
図８（ａ）は、この拘束部材３３の側面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ矢視図であり、図９（ａ）は、拘束部材３３がボックスガーダ１５上に設置されている状態を示す側面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００５１】
ただし、この拘束部材３２を用いた補強構造の場合には、応力集中には十分注意する必要がある。
【００５２】
以上、本発明の実施形態について、レードルクレーンを念頭において説明したが、本発明の適用はレードルクレーンに限定されるものではなく、ガーダ上に設置されたレール上を車輪が移動する構造を備えた天井クレーン全般に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施形態の基本的な構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１における補強構造を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１における拘束部材を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１における拘束部材の作用を示す図である。
【図５】本発明の実施形態１における拘束部材の作用を示す図である。
【図６】本発明の実施形態２における拘束部材を示す図である。
【図７】本発明の実施形態２における補強構造を示す図である。
【図８】本発明の実施形態２における他の拘束部材を示す図である。
【図９】本発明の実施形態２における他の補強構造を示す図である。
【図１０】レードルクレーンの説明図である。
【図１１】レードルクレーンにおいて、ガーダ上にレールが設置された個所の詳細図である。
【図１２】車輪から加わる横力によるガーダの疲労亀裂の発生を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０  レードル
１１  ランウェイガーダ（走行用桁）
１２  走行用レール
１３  車輪
１４  横行用ガーダ（横行用桁）
１５  ボックスガーダ（箱型桁）
１６  サドル
１７  ダイアフラム
１８  リブ
１９  横行用レール
２０  クラブトロリー
２１  車輪
２２  車軸
２５  巻き上げ装置
２６  フック
３０  拘束部材
３１  拘束部材
３１ａ  拘束部材本体
３１ｂ  拘束部材本体の先端
３１ｃ  スカラップ
３１ｄ  テーパ部
３１ｅ  フランジ部
３１ｆ  ボルト孔
３２  拘束部材
３３  拘束部材
３５  ボルト
３６  硬質ゴム（または硬化性充填材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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