(57)【要約】【課題】ワイヤロープとシーブの滑り自体を防止することで、ワイヤロープの保護による補修費用の抑制を目的とする。【解決手段】シーブ２０でワイヤロープ２１の移動方向を変更しながら、吊り荷を吊り上げ・吊り降ろすクレーン用の吊り上げ装置において、シーブ２０の質量による慣性力とシーブ２０を支承する軸受２４による回転に対する抵抗力との和が、ワイヤロープ２１とシーブ２０の接触面における摩擦力よりも小さくなるように当該シーブ２０を設計する。【選択図】        図２
2018203379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シーブでワイヤロープの移動方向を変更しながら、吊り荷を吊り上げ・吊り降ろすクレーン用の吊り上げ装置で使用される上記シーブについて、
シーブの質量による慣性力とシーブを支承する軸受による回転に対する抵抗力との和が、ワイヤロープとシーブの接触面における摩擦力よりも小さくなるように当該シーブを設計することを特徴とする吊り上げ装置用のシーブ設計方法。
【請求項２】
シーブでワイヤロープの移動方向を変更しながら、吊り荷を吊り上げ・吊り降ろすクレーン用の吊り上げ装置で使用される上記シーブについて、
下記（１）式で示されるシーブの回転に対する抵抗力をＦｒとし、下記（２）式で示される、そのシーブに支承されるワイヤロープと当該シーブとの間の摩擦力をＦ０とした場合に、
吊り荷を吊り上げ・吊り降ろす行程で発生すると推定される全加減速度において、抵抗力Ｆｒに対する摩擦力Ｆ０の比であるＳｆ（＝Ｆ０／Ｆｒ）が１より大きくなるように、シーブの質量を設計することを特徴とする吊り上げ装置用のシーブ設計方法。
【数１】
2018203379.tif 000006
【数２】
2018203379.tif 000007
但し、
Ｉ：ワイヤロープ移動時にシーブの質量による慣性モーメント
α：加減速度
Ｔ：ワイヤロープ張力［Ｎ］
ｒ：シーブを支承する軸受の径［ｍｍ］
ｄ：ワイヤロープのロープ径［ｍｍ］
Ｄ：シーブ径［ｍｍ］
μ１：ワイヤロープとシーブとの間の摩擦係数
μ２：シーブを支承する軸受の摩擦係数
Ａ：ワイヤロープとシーブの接触面積［ｍｍ２］
である。
【請求項３】
上記ワイヤロープへの荷重が最低の状態で上記Ｓｆを求めることを特徴とする請求項２に記載した吊り上げ装置用のシーブ設計方法。
【請求項４】
シーブでワイヤロープの移動方向を変更しながら、吊り荷を吊り上げ・吊り降ろすクレーン用の吊り上げ装置において、
シーブの質量による慣性力とシーブを支承する軸受による回転に対する抵抗力との和が、ワイヤロープとシーブの接触面における摩擦力よりも小さいシーブを使用した吊り上げ装置。
【請求項５】
シーブでワイヤロープの移動方向を変更しながら、吊り荷を吊り上げ・吊り降ろすクレーン用吊り上げ装置において、
下記（１）式で示されるシーブの回転に対する抵抗力をＦｒとし、下記（２）式で示される、そのシーブに支承されるワイヤロープと当該シーブとの間の摩擦力をＦ０とした場合に、
吊り荷を吊り上げ・吊り降ろす行程で発生すると推定される全加減速度において、抵抗力Ｆｒに対する摩擦力Ｆ０の比であるＳｆ（＝Ｆ０／Ｆｒ）が１より大きくなるシーブ及びワイヤロープを使用することを特徴とする吊り上げ装置。
【数３】
2018203379.tif 000008
【数４】
2018203379.tif 000009
但し、
Ｉ：ワイヤロープ移動時にシーブの質量による慣性モーメント
α：加減速度
Ｔ：ワイヤロープ張力［Ｎ］
ｒ：シーブを支承する軸受の径［ｍｍ］
ｄ：ワイヤロープのロープ径［ｍｍ］
Ｄ：シーブ径［ｍｍ］
μ１：ワイヤロープとシーブとの間の摩擦係数
μ２：シーブを支承する軸受の摩擦係数
Ａ：ワイヤロープとシーブの接触面積［ｍｍ２］
である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クレーン用の吊り上げ装置、及び吊り上げ装置に使用されるシーブの設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
クレーン用の吊り上げ装置は、吊り荷を吊り上げるためのワイヤロープとシーブを備える。そして、通常、クレーン構造規格に基づいて、シーブ径Ｄをロープ径ｄで除した値である（Ｄ／ｄ）だけから、シーブの設計が行われる。
一方、シーブに関する従来技術としては、例えば特許文献１や特許文献２に記載の技術がある。
【０００３】
特許文献１に記載の技術は、クレーン用の吊り上げ装置に関する技術ではないが、受索輪が備えるゴムライナーの外周面に対し、索条と係合する案内溝と案内溝の両側方に形成された緩衝溝とを設けることで、搬器通過時の振動や騒音を軽減することを目的としている。
また、特許文献２に記載の技術は、シーブの溝面に嵌め込む軟質ライナーに関する発明であって、軟質ライナーに摩耗限度を示す標識体を埋め込むことで、ワイヤロープを衝撃による損傷から保護して、騒音発生を減少させると共に、摩耗したライナーの交換時期を簡易に察知し得ることを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２２１０５号公報
【特許文献２】特開昭５８−１７０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、発明者らが検討したところによると、吊り荷の移動速度の高速化や高荷重化によって、ワイヤロープとシーブの間で滑り磨耗が発生してワイヤロープ外素線が磨耗及び熱により損傷し、ワイヤロープの早期断線が発生しているとの知見を得た。
しかし、上記の特許文献１及び特許文献２に記載のシーブは、ワイヤロープの保護や騒音に効果がある技術であるが、ワイヤロープとシーブの滑り自体を防止するものではない。
【０００６】
特に、特許文献２に記載のシーブは、摩耗を前提として軟質のゴムライニングの定期交換を行う技術である。しかし、大型アンローダなどのクレーンにおいては、シーブの設置位置が約４０ｍ以上の高所であることが多く、ゴムライニング交換の際に多額の補修費用が発生する。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、ワイヤロープとシーブの滑り自体を防止することで、ワイヤロープの保護による補修費用の抑制を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
課題を解決するために、本発明の一態様は、シーブでワイヤロープの移動方向を変更しながら、吊り荷を吊り上げ・吊り降ろすクレーン用の吊り上げ装置において、シーブの質量による慣性力とシーブを支承する軸受による回転に対する抵抗力との和が、ワイヤロープとシーブの接触面における摩擦力よりも小さくなるように当該シーブを設計する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、ワイヤロープとシーブとの滑りが発生しないか抑制されるため、ワイヤロープ外素線の磨耗及び熱による損傷が防止することができる。すなわち、磨耗及び熱によるワイヤロープの損傷を防止することができる。これによりワイヤロープの取替に伴う補修費用を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に基づく実施形態に係るアンローダを説明する概念図である。
【図２】本発明に基づく実施形態に係る吊り上げ装置のワイヤロープとシーブとの関係を示す模式図である。
【図３】本発明に基づく実施形態に係るワイヤロープの断面図を示す図である。
【図４】本発明に基づく実施形態に係るシーブの断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
なお、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造等が下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
本実施形態では、グラブトロリ式橋形アンローダ用の吊り上げ装置を例に挙げて説明する。但し、本発明の吊り上げ装置は他のクレーン構造であっても適用出来る。
【００１１】
本実施形態のアンローダ１００は、図１に示すように、橋脚２に支持されて横方向に横架したガータ３を備え、そのガータ３に沿ってトロリ４が横行可能になっている、図１中、符号５は機械室、符号６はグラブバケット、符号７はホッパ、符号８は機内コンベア、符号１０は船体、符号１１は吊り荷となる原料を示す。
【００１２】
このアンローダ１００用の吊り上げ装置においては、図２に示すように、ワイヤロープ２１及びシーブ２０が配置される。この例では、４本のワイヤロープ２１が例示されている。その４本のワイヤロープ２１は、トロリシーブ２０Ａで延在方向が下方に変更され、その下側に向かうロープ部分の下部にグラブバケット６が設けられている。図２中、符号２０Ｂは海端側のシーブ２０を、符号２０Ｃは陸端側のシーブ２０を示す。また符号２２は、各ワイヤロープ２１が巻回したドラムであって、ドラム２２によってワイヤロープ２１を巻き上げ・巻き戻しを行うことで、４本のワイヤロープ２１を同調させてグラブバケット６を操作するように構成されている。
【００１３】
そして、ワイヤロープ２１を巻き戻すことで、グラブバケット６を原料１１に向けて下降させて、グラブバケット６で原料１１を掴むグラブバケット６が原料１１を掴んだら、ワイヤロープ２１を巻き上げてグラブバケット６を上昇させると共に、トロリ４をホッパ７の上方位置まで横行させて、ホッパ７に原料１１を供給する。
【００１４】
本実施形態のワイヤロープ２１は、例えば図３に示す断面図からなる。このワイヤロープ２１は、型式Ｆｉ（２９）、ロープ径：５６ｍｍ、外素線径：３．２５ｍｍ、ストランド数：６本の場合を例示している。アンローダ１００に使用されるワイヤロープ２１は、例えば３００ｍ／１本などと長く、使用されるシーブ２０の数も多い事から、ワイヤロープ２１が屈曲される部分も多い構成となっている。
【００１５】
各シーブ２０は、図４に示すような断面図となっており、回転軸２３に、軸受２４を介して取り付けられている。本実施形態の各シーブ２０は、樹脂シーブから構成されている。樹脂シーブの材質は、例えば６ナイロンから構成され、その機械的特性は、例えば、次のような特性となっている。
［樹脂シーブの機械的特性］
材質：６ナイロン
圧縮強度：１３０ＭＰａ
密度：１．１５ｇ／ｃｍ３
弾性率：３．３ＧＰａ
摩擦係数：０．０９（グリス潤滑時）
一般にクレーン用のシーブ本体は鋳鉄製であり、樹脂製のシーブ２０を採用することで、シーブ２０質量を大幅に軽量化することが出来る。
【００１６】
ここで、近年の技術発展に伴い、アンローダを始めとするワイヤロープ２１とシーブ２０により構成される吊上げ装置は、従来よりも高速移動させつつ高荷重を取り扱うようになっている。ワイヤロープ２１はシーブ２０により案内されるが、設備能力が高速・高荷重になると、ロープ径の増大に伴うシーブ２０寸法・質量が増大すると共に、吊上げ動作の加減速度が増大する。そして、このような増大に伴い、吊り上げ時の制動で発生するシーブ２０の慣性力とシーブ軸受２４による回転に対する抵抗力Ｆｒが増加する。その抵抗力Ｆｒが、吊上げ荷重によるワイヤロープ・シーブ間の摩擦力Ｆ０以上となると、ワイヤロープ２１とシーブ２０に滑り磨耗が発生し、ワイヤロープ外素線の素線切れによる早期寿命到達に繋がる。
【００１７】
本発明では、上記のような点に鑑み、シーブ２０の回転に対する抵抗力Ｆｒが、ワイヤロープ２１とシーブ２０との間の摩擦力Ｆ０よりも小さくなるように設計することで、ワイヤロープ２１とシーブ２０との間の滑り磨耗及び熱による早期の寿命到達を防止し、補修費用を抑制することが可能となる。
ここで、シーブ２０の慣性及びその軸受２４による回転に対する抵抗力Ｆｒは、（１）式で求めることができる。又、ワイヤロープ２１とシーブ２０間の摩擦力Ｆ０は（２）式で求めることができる。なお（１）式で示される抵抗力Ｆｒにおいて、第１項は慣性項であり、第２項は軸受項である。
【００１８】
「シーブの回転に対する抵抗力Ｆｒ」
【数１】
2018203379.tif 000003
【００１９】
「ワイヤロープ・シーブ間の摩擦力Ｆ０」
【数２】
2018203379.tif 000004
【００２０】
但し、
Ｉ：ワイヤロープ移動時にシーブの質量による慣性モーメント
α：加減速度
Ｔ：ワイヤロープ張力［Ｎ］
ｒ：シーブを支承する軸受の径［ｍｍ］
ｄ：ワイヤロープのロープ径［ｍｍ］
Ｄ：シーブ径［ｍｍ］
μ１：ワイヤロープとシーブとの間の摩擦係数
μ２：シーブを支承する軸受の摩擦係数
Ａ：ワイヤロープとシーブの接触面積［ｍｍ２］
である。
【００２１】
なお、下記のような条件から求めている。
ロープ張力：Ｔ＝Ｗ／４
ワイヤロープ・シーブ間の面圧：Ｐ＝２Ｔ／ｄＤ
ワイヤロープ・シーブ摩擦力Ｆ０＝μ１ＰＡ
なお、Ｗ［ｔｏｎ］は荷重である。
【００２２】
更に本実施形態では、安全係数Ｓｆ＝（Ｆ０／Ｆｒ）と定義する。
そして、（２）式で求めた抵抗力Ｆｒが、（１）式で求めた摩擦力Ｆ０よりも小さくなるように、すなわち、安全係数Ｓｆが１より大きくなるように、ワイヤロープ２１及びシーブ２０を設計することで、ワイヤロープ２１の滑り磨耗は防止できる。更に、安全係数Ｓｆを１．２以上とすることが好ましい。安全係数Ｓｆを１．２以上とすることで、より確実に滑りの発生が抑えられて、滑り摩耗を確実に防止できることを確認している。
【００２３】
このとき、摩擦力Ｆ０＞抵抗力Ｆｒを達成するために、シーブ２０の軽量化による、シーブ２０の慣性力の低下が有効であり、ワイヤロープを支承するのに必要な強度に不足が生じない範囲での寸法変更（例えば、小型化するなど）、又は軽い材質に変更するようにシーブ２０を設計する手法が挙げられる。シーブ２０に使用する軽い材質の例として、６ナイロンのようなエンジニアリングプラスチックなどの硬質プラスチックが挙げられる。
【００２４】
従来、シーブ２０は鋳鉄製の鋳物であるのに対し、６ナイロンは密度が鋳鉄の約１／６（鋳鉄：７．２５ｇ／ｃｍ３、６ナイロン：１．１５ｇ／ｃｍ３）のため、大幅に慣性力を低減できる。
上述のように、シーブ２０の軽量化による抵抗力Ｆｒの低下策は、材質による軽量化の他に、シーブ２０径を小さくすることでも可能となる。
【００２５】
また、エンジニアリングプラスチックを採用することで、鋳鉄製に比べて摩擦力Ｆ０を増加させるという効果もある。
このように、安全係数Ｓｆが１より大きくなるシーブ２０を採用することで、ワイヤロープ２１とシーブ２０との滑りが発生しないか滑りが抑制されるため、ワイヤロープ２１の外素線の磨耗及び熱による損傷が防止することができる。すなわち、磨耗及び熱によるワイヤロープ２１の損傷を防止することができる。これによりワイヤロープ２１の取替に伴う補修費用を抑制することが可能となる。
【００２６】
また、確認したところ、ワイヤロープ２１への荷重Ｗが小さいほど、安全係数Ｓｆが小さくなる。このため、吊り上げ装置の使用時に想定される、ワイヤロープ２１への荷重が最低の状態での安全係数Ｓｆが１より大きくなるように、シーブ２０を設計することが好ましい。
又、慣性力Ｉは、巻上げ制動の際に大きくなるため、巻上げ制動時の慣性力を採用すれば良い。
【００２７】
ここで、発明者らは、検討の結果、ワイヤロープ２１の早期断線は、滑り摩耗の他、次の理由も加味して、ワイヤロープ２１が早期断線することを突き止めた。
すなわち、シーブ２０とワイヤロープ２１との間で滑りが発生すると、接触面の温度上昇によって焼き付きが発生しやすくなり、その焼き付きによってワイヤロープ２１の表面損傷が発生し、更にその表面損傷で亀裂が発生し、亀裂が進展して早期断線に繋がると推定される。
【実施例】
【００２８】
図１及び図２に示すような構成からなるシングルロープトロリ式アンローダ（定格荷重７５ｔｏｎ、動作加減速度０．８９ｍ／ｓ２）での実施例を示す。
定格荷重７５ｔｏｎを４本のワイヤロープで支持するため、１本あたりのワイヤロープ径ｄは５６ｍｍとした。シーブ径Ｄはクレーン構造規格に規定されるＤ／ｄ≧３２に基づき、１８００ｍｍとした。
【００２９】
また、シーブ質量は、鋳鉄製の場合１．６ｔｏｎ、樹脂（６ナイロン）製の場合０．４ｔｏｎとなる。
以上の仕様に基づき、鋳鉄製シーブと樹脂シーブの回転に対する抵抗力：Ｆｒと、ワイヤロープ・シーブの摩擦力：Ｆ０を算出し、滑りに対する安全係数Ｓｆを評価した結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
2018203379.tif 000005
表１から分かるように、シーブ材質を鋳鉄から樹脂に変更することで、安全係数Ｓｆが０．８１から２．９１と大きくなり、滑りを防止できることがわかる。
【符号の説明】
【００３１】
１１  原料（吊り荷）
２０   シーブ
２１   ワイヤロープ
２３   回転軸
２４   軸受
１００ アンローダ
Ｆ０   摩擦力
Ｆｒ   抵抗力
Ｓｆ   安全係数
【図１】
2018203379.tif 000010
【図２】
2018203379.tif 000011
【図３】
2018203379.tif 000012
【図４】
2018203379.tif 000013