(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業船上のウインチから繰り出され、上記作業船に立設されたケーシングリーダの頂部を経由してケーシングパイプの上端部に先端部が連結されたワイヤのたるみ制御装置において、上記ワイヤの繰り出し長さを計測するワイヤ繰り出し長さ計測装置と、同ワイヤ繰り出し長さ計測装置により計測された上記ワイヤの繰り出し長さの計測値および上記ケーシングパイプの打ち込み深度の計測値に基づいて、上記ケーシングリーダの頂部における上記ワイヤの水平張力を演算し、同水平張力に基づいて上記ウインチの巻取り巻戻し作動を制御するための制御信号を出力する演算装置と、同演算装置からの制御信号に従って上記ウインチの巻取り巻戻し作動を制御するウインチ制御装置とを備えており、上記演算装置が、上記ケーシングパイプの打ち込み深度を計測するグラウンド・レベル計の計測値を用いて上記ケーシングリーダの頂部から上記ケーシングパイプの上端部までのワイヤの長さを算出する計測値変換器と、上記ワイヤ繰り出し長さ計測装置から送られた上記ワイヤの繰り出し長さを表すワイヤ繰り出し長さ信号および上記計測値変換器から送られた上記ケーシングリーダの頂部から上記ケーシングパイプの上端部までの上記ワイヤの長さを表すケーシングリーダ・ケーシングパイプ間長さ信号に基づいて、上記ウインチと上記ケーシングリーダの頂部との間の上記ワイヤの長さを算出する減算器と、同減算器により算出された上記ウインチと上記ケーシングリーダの頂部との間の上記ワイヤの長さを、上記ウインチを最下点とし上記ケーシングリーダの頂部を通るカテナリ曲線の長さとして、同カテナリ曲線から上記ケーシングリーダの頂部における上記ワイヤの水平張力を求めるカテナリ演算器と、同カテナリ演算器により求められた上記ワイヤの上記水平張力と設定張力との差に基づいてウインチ制御信号を出力する比較器とを備え、上記ウインチ制御装置が、上記比較器から送られた上記ウインチ制御信号に基づいて、上記ワイヤの過度のたるみを防止する向きに上記ウインチの巻取り巻戻し作動を自動的に制御するように構成されていることを特徴とする、作業船用ワイヤたるみ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業船、例えば砂杭打船等の作業船における作業用ワイヤのたるみを自動的に制御するようにした、作業船用ワイヤたるみ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば図５に示されるように、作業船上のウインチ５から繰り出され、さらに上記作業船に立設されたケーシングリーダの頂部を経由してケーシングパイプの上端部に先端部が連結されたワイヤ４のたるみ量を検出するに際し、ケーシングパイプの打ち込み深度を制御するウインチ５にかかる負荷を検出することにより、ワイヤ４のたるみ量を検出するようにしていた。すなわち、図５において、ウインチ５を駆動する油圧モータ１００の出入口の油圧をそれぞれ油圧計１０１ａ、１０１ｂにより計測するとともに、各油圧計１０１ａ、１０１ｂにより計測された油圧間の油圧差を、油圧モータ１００の出入口にそれぞれ連通する油圧ライン間に取り付けられた差圧計１０２により検出し、同差圧計１０２により検出された油圧差を油圧モータ１００の負荷量として扱い、同差圧計１０２の出力信号をワイヤ４のたるみ量を表す信号として、ウインチ５の巻取り巻戻し作動を制御する制御装置１０３へ送るようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば砂杭打船のような作業船の作業項目として、ケーシングパイプの上げ下げ作業がある。ケーシングパイプの上げ下げ作動は、そのケーシングパイプを吊り下げているワイヤの長さを調整することにより行なわれる。このようなケーシングパイプの上げ下げ作動において、ケーシングパイプが土中に貫入する際には、土中の状況に応じてケーシングパイプが受ける反力が一定ではなく、したがってケーシングパイプの土中への貫入速度が一定でないため、ケーシングパイプを吊り下げているワイヤにたるみが発生することがある。その際のワイヤの過度のたるみは、ワイヤ外れ等の原因となり作業に多大な支障を来すこととなるため、常にワイヤのたるみに注意を払いながらケーシングパイプの上げ下げ作業を行なうことが必要となる。しかしながら、従来、上述の図５に示されたようなワイヤのたるみ量検出装置が考えられてはいたものの、図５に示されたようなワイヤのたるみ量検出装置も含めて、ワイヤのたるみを正確に計測するための有効な手段がなかったため、実際上は、ワイヤのたるみの確認は、オペレータの目視に頼っていた。その場合には、必然的に、ケーシングパイプの上げ下げ作動の制御は、オペレータの手動制御によることとなり、このような事態が、作業の省力化にとって大きな障壁となっていた。
【０００４】
そこで、本発明は、ワイヤのたるみ量を定量的に、しかも客観的に安定して計測することができ、定量的に計測されたワイヤの客観的なたるみ量に基づいて、ワイヤ外れを防止しつつ効率良くケーシングパイプの深度制御を自動的に遂行することができるような、作業船用ワイヤたるみ制御装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明の作業船用ワイヤたるみ制御装置は、作業船上のウインチから繰り出され、上記作業船に立設されたケーシングリーダの頂部を経由してケーシングパイプの上端部に先端部が連結されたワイヤのたるみ制御装置において、上記ワイヤの繰り出し長さを計測するワイヤ繰り出し長さ計測装置と、同ワイヤ繰り出し長さ計測装置により計測された上記ワイヤの繰り出し長さの計測値および上記ケーシングパイプの打ち込み深度の計測値に基づいて、上記ケーシングリーダの頂部における上記ワイヤの水平張力を演算し、同水平張力に基づいて上記ウインチの巻取り巻戻し作動を制御するための制御信号を出力する演算装置と、同演算装置からの制御信号に従って上記ウインチの巻取り巻戻し作動を制御するウインチ制御装置とを備えており、上記演算装置が、上記ケーシングパイプの打ち込み深度を計測するグラウンド・レベル計の計測値を用いて上記ケーシングリーダの頂部から上記ケーシングパイプの上端部までのワイヤの長さを算出する計測値変換器と、上記ワイヤ繰り出し長さ計測装置から送られた上記ワイヤの繰り出し長さを表すワイヤ繰り出し長さ信号および上記計測値変換器から送られた上記ケーシングリーダの頂部から上記ケーシングパイプの上端部までの上記ワイヤの長さを表すケーシングリーダ・ケーシングパイプ間長さ信号に基づいて、上記ウインチと上記ケーシングリーダの頂部との間の上記ワイヤの長さを算出する減算器と、同減算器により算出された上記ウインチと上記ケーシングリーダの頂部との間の上記ワイヤの長さを、上記ウインチを最下点とし上記ケーシングリーダの頂部を通るカテナリ曲線の長さとして、同カテナリ曲線から上記ケーシングリーダの頂部における上記ワイヤの水平張力を求めるカテナリ演算器と、同カテナリ演算器により求められた上記ワイヤの上記水平張力と設定張力との差に基づいてウインチ制御信号を出力する比較器とを備え、上記ウインチ制御装置が、上記比較器から送られた上記ウインチ制御信号に基づいて、上記ワイヤの過度のたるみを防止する向きに上記ウインチの巻取り巻戻し作動を自動的に制御するように構成されている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態について説明する。図１、図４（ａ）および図４（ｂ）に示されるように、作業船１上のウインチ５から繰り出されたワイヤ４は、上記作業船に立設されたケーシングリーダ３の頂部に設けられたシーブ等のすべり無しワイヤ支持具により形成された通過ワイヤ支持部を経由して、その先端部がケーシングパイプ２の上端部に連結されている。ワイヤ４の繰り出し長さは、例えばロータリエンコーダよりなる線長計等のワイヤ繰り出し長さ計測装置６により計測される。この線長計等のワイヤ繰り出し長さ計測装置６は、例えば半径ｒのウインチ５のドラム上に整列巻きされたワイヤ４の繰り出し長さを、ドラムの回転角度θ を検出することにより計測する。
【０００７】
ケーシングリーダ３の根元部には、ケーシングパイプ２の打ち込み深度を計測する例えばロータリエンコーダよりなるグラウンド・レベル計７が配設されている。このグラウンド・レベル計７は計測用ワイヤ１０の巻取り巻戻しを行なう巻取り巻戻し装置と一体になっており、このグラウンド・レベル計７と一体となった巻取り巻戻し装置のドラムから繰り出された計測用ワイヤ１０は、ケーシングリーダ３の頂部に設けられたシーブ等のすべり無しワイヤ支持具により形成された通過計測用ワイヤ支持部を経由して、その先端部がケーシングパイプ２の上端部に連結されている。グラウンド・レベル計７は、計測用ワイヤ１０の繰り出し長さを計測することにより、ケーシングパイプ２の打ち込み深度を検出する。
【０００８】
図１および図２に示されるように、線長計等のワイヤ繰り出し長さ計測装置６により計測されたワイヤ４の繰り出し長さを表すワイヤ繰り出し長さ信号、およびグラウンド・レベル計７により計測されたケーシングパイプ２の打ち込み深度を表すケーシングパイプ打ち込み深度信号は、それぞれ演算装置８へ送られる。演算装置８は、ワイヤ繰り出し長さ信号およびケーシングパイプ打ち込み深度信号に基づき、ウインチ制御信号をウインチ制御装置１８へ送る。ウインチ制御装置１８は、演算装置８から送られたウインチ制御信号に基づいて、ワイヤ４に過度のたるみが生じないようにウインチ５の巻取り巻戻し作動を制御する。
【０００９】
次に、本発明によるワイヤ４のたるみ検出の原理について説明する。
図３（ａ）において、原点Ｏから横軸に水平距離を表すｙ座標をとり、縦軸に高さを表すｚ座標をとったときの原点Ｏを最下点とするＯＡ間のワイヤの懸垂形状を表すカテナリ曲線を考える。ワイヤの単位重量をｗ、Ａ点におけるワイヤの張力Ｔａの水平成分、すなわち水平張力をＴｈ、ワイヤの張力Ｔａの鉛直成分をＴｖ、ＯＡ間のカテナリ曲線の曲線長をＳとすると、
Ａ点（ｙ，ｚ）の高さｚは
【数１】
ｚ＝ａ｛ｃｏｓｈ（ｙ／ａ）−１｝
ＯＡ間の曲線長Ｓは
【数２】
Ｓ＝ａ・ｓｉｎｈ（ｙ／ａ）
ただし
【数３】
ａ＝ｗ／Ｔｈ
となる。
【００１０】
そこで、図３（ｂ）に示されるように、図３（ａ）の原点をウインチ５のワイヤ繰り出し部とし、図３（ａ）のＡ点をケーシングリーダ３の頂部とすると、図３（ａ）のカテナリ曲線のＯＡ間の水平距離、すなわちＡ点のｙ座標はウインチ５からケーシングリーダ３までの水平距離に相当し、カテナリ曲線のＯＡ間の鉛直距離、すなわちＡ点のｚ座標はウインチ５のワイヤ繰り出し部の高さの水平レベルからケーシングリーダ３の頂部までの鉛直方向の高さに相当する。したがって、ウインチ５のワイヤ繰り出し部からケーシングリーダ３の頂部までのワイヤ４の長さが求まれば、ケーシングリーダ３の頂部におけるワイヤ４の水平張力Ｔｈが上記［数１］、［数２］および［数３］により求まる。このようにして求まったケーシングリーダ３の頂部におけるワイヤ４の水平張力の大きさによって、ワイヤ４のたるみの程度を知ることができるので、あらかじめケーシングリーダ３の頂部におけるワイヤ４の水平張力について、基準となる水平張力を設定しておくことによって、ケーシングリーダ３の頂部におけるワイヤ４の水平張力が常に少なくとも設定張力を維持するようにウインチ５の巻取り巻戻し作動を制御し、ワイヤ４の過度のたるみが生じるのを未然に防止することができる。その場合、設定張力に許容範囲を持たせて、ケーシングリーダ３の頂部におけるワイヤ４の水平張力が許容範囲内に維持されるようにウインチ５の巻取り巻戻し作動を制御するようにすることもできる。
【００１１】
次に図６および図７により演算装置８の具体例について説明する。図６および図７において、演算装置８は、ケーシングパイプ２の打ち込み深度ｄを計測するグラウンド・レベル計７の計測値、設定器１４により設定されるケーシングパイプ長Ｌｐおよびケーシングリーダ長Ｌｌを用いてケーシングリーダ３の頂部からケーシングパイプ２の上端部までのワイヤの長さＧＬを算出する計測値変換器１３と、ワイヤ繰り出し長さ計測装置６から送られたワイヤ４の繰り出し長さＬＬを表すワイヤ繰り出し長さ信号および計測値変換器１３から送られたケーシングリーダ３の頂部からケーシングパイプ２の上端部までのワイヤ４の長さＧＬを表すケーシングリーダ・ケーシングパイプ間長さ信号に基づいてウインチ５とケーシングリーダ３の頂部との間のワイヤ４の長さ△Ｌを算出する減算器１２と、同減算器１２により算出されたワイヤ４の長さ△Ｌおよび諸元設定器１６から送られたワイヤ４の単位重量ｗ、ウインチ５とケーシングリーダ３との間の水平距離Ｌｙ、ケーシングリーダ３の頂部の高さＬｌ等の諸元の値に基づき、ウインチ５を最下点としケーシングリーダ３の頂部を通るカテナリ曲線にしたがって算出されるケーシングリーダ３の頂部におけるワイヤ４の水平張力Ｔｈを求めるカテナリ演算器１５と、同カテナリ演算器１５により求められたワイヤ４の水平張力Ｔｈと設定張力Ｔｈ0 との差に基づいてウインチ制御信号をウインチ制御装置１８へ送る比較器１７とを備えている。
【００１２】
ウインチ制御装置１８は、比較器１７から送られたウインチ制御信号に基づいて、ワイヤ４の水平張力Ｔｈが設定張力Ｔｈ0 よりも小さいときは、ワイヤ４が過度にたるむ可能性が生じたものと判断し、ワイヤ４の水平張力Ｔｈが設定張力Ｔｈ0 まで増加するようにワイヤ４を巻取るかワイヤ４の繰り出しを制動するようにウインチ５を作動させる。
【００１３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の作業船用ワイヤたるみ制御装置によれば、以下のような効果が得られる。
（１）作業船上のウインチから繰り出され、上記作業船に立設されたケーシングリーダの頂部を経由してケーシングパイプの上端部に先端部が連結されたワイヤのたるみ制御装置において、上記ワイヤの繰り出し長さを計測するワイヤ繰り出し長さ計測装置と、同ワイヤ繰り出し長さ計測装置により計測された上記ワイヤの繰り出し長さの計測値および上記ケーシングパイプの打ち込み深度の計測値に基づいて、上記ケーシングリーダの頂部における上記ワイヤの水平張力を演算し、同水平張力に基づいて上記ウインチの巻取り巻戻し作動を制御するための制御信号を出力する演算装置と、同演算装置からの制御信号に従って上記ウインチの巻取り巻戻し作動を制御するウインチ制御装置とを備えているので、ワイヤのたるみ量をケーシングリーダの頂部におけるワイヤの水平張力を演算することにより定量的に、しかも客観的に安定して計測することができ、定量的に計測されたワイヤの客観的なたるみ量に基づいて、ワイヤ外れを防止しつつ効率良くケーシングパイプの深度制御を自動的に遂行することができる。
（２）上記演算装置が、上記ケーシングパイプの打ち込み深度を計測するグラウンド・レベル計の計測値を用いて上記ケーシングリーダの頂部から上記ケーシングパイプの上端部までのワイヤの長さを算出する計測値変換器と、上記ワイヤ繰り出し長さ計測装置から送られた上記ワイヤの繰り出し長さを表すワイヤ繰り出し長さ信号および上記計測値変換器から送られた上記ケーシングリーダの頂部から上記ケーシングパイプの上端部までの上記ワイヤの長さを表すケーシングリーダ・ケーシングパイプ間長さ信号に基づいて、上記ウインチと上記ケーシングリーダの頂部との間の上記ワイヤの長さを算出する減算器と、同減算器により算出された上記ウインチと上記ケーシングリーダの頂部との間の上記ワイヤの長さを、上記ウインチを最下点とし上記ケーシングリーダの頂部を通るカテナリ曲線の長さとして、同カテナリ曲線から上記ケーシングリーダの頂部における上記ワイヤの水平張力を求めるカテナリ演算器と、同カテナリ演算器により求められた上記ワイヤの上記水平張力と設定張力との差に基づいてウインチ制御信号を出力する比較器とを備え、上記ウインチ制御装置が、上記比較器から送られた上記ウインチ制御信号に基づいて、上記ワイヤの過度のたるみを防止する向きに上記ウインチの巻取り巻戻し作動を自動的に制御するように構成されているので、ワイヤのたるみ量を実際のワイヤの繰り出し長さに基づいて、カテナリ演算器を有する演算装置により定量的に、しかも客観的に安定して計測することができ、定量的に計測されたワイヤの客観的なたるみ量に基づいて、ワイヤ外れを防止しつつ効率良くケーシングパイプの深度制御を自動的に遂行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の１実施の形態に係る作業船用ワイヤたるみ制御装置の全体斜視図である。
【図２】  図１の実施の形態に係る作業船用ワイヤたるみ制御装置における演算装置に対する信号の授受関係を示すブロック図である。
【図３】   （ａ）図はカテナリ曲線において曲線長と張力との関係を説明するための説明図である。（ｂ）図は（ａ）図における演算原理を図１の作業船用ワイヤたるみ制御装置に適用する場合の説明図である。
【図４】  図１の作業船用ワイヤたるみ制御装置の要部拡大図であり、（ａ）図はグラウンドレベル計と計測用ワイヤとの関係を示す図、（ｂ）図はワイヤ繰り出し長さ測定装置とウインチとの関係を示す斜視図である。
【図５】  従来のワイヤたるみ検出装置の１例を示す油圧回路図である。
【図６】  図１の作業船用ワイヤたるみ制御装置における演算装置の１例を示す演算回路図である。
【図７】  図６の演算装置による演算過程を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１    作業船
２    ケーシングパイプ
３    ケーシングリーダ
４    ワイヤ
５    ウインチ
６    線長計等のワイヤ繰り出し長さ計測装置
７    グラウンドレベル計
８    演算装置
１０    計測用ワイヤ
１２    減算器
１３    計測値変換器
１４    設定器
１５    カテナリ演算器
１６    諸元設定器
１７    比較器
１８    ウインチ制御装置
１００    油圧モータ
１０１ａ，１０１ｂ    油圧計
１０２    差圧計
１０３    制御装置
ｄ      打ち込み深度
△Ｌ    ウインチ・ケーシングリーダ頂部間ワイヤ長
ＧＬ    ケーシングリーダ頂部・ケーシングパイプの上端部間ワイヤ長
ＬＬ    ワイヤの繰り出し長さ全長
Ｌｐ    ケーシングパイプの全長
Ｌｌ    ケーシングリーダの高さ
Ｌｙ    ウインチ・ケーシングリーダ間水平距離
Ｓ      カテナリ曲線長
Ｔａ    カテナリ曲線を描くワイヤの軸方向張力
Ｔｈ    カテナリ曲線を描くワイヤの水平張力
Ｔｈ0   設定張力
Ｔｖ    カテナリ曲線を描くワイヤの鉛直張力
ｗ      ワイヤの単位重量
【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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