(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吊り荷を先端部から吊り下げる吊り部材と、ロープを介して前記吊り部材を起伏させる起伏部材とを有するクレーンに設けられる吊荷重検出装置であって、
前記ロープの張力を検出する張力検出器と、
前記吊り部材の起伏角度を検出する起伏角度検出器と、
前記起伏部材の起立角度を検出する起立角度検出器と、
前記張力検出器、前記起伏角度検出器および前記起立角度検出器からの検出値に基づいて吊荷重を算出する演算装置と、
を備えることを特徴とする吊荷重検出装置。
【請求項２】
前記演算装置は、前記起立角度検出器で検出された前記起伏部材の起立角度に基づいて、前記吊り部材の先端部および前記起伏部材の先端部を結ぶ直線と前記吊り部材の起伏支点との間の距離を求め、当該距離を用いて吊荷重を算出する請求項１に記載の吊荷重検出装置。
【請求項３】
吊り荷を先端部から吊り下げる吊り部材と、ロープを介して前記吊り部材を起伏させる起伏部材とを有するクレーンであって、請求項１または２に記載の吊荷重検出装置を備えていることを特徴とするクレーン。
【請求項４】
吊り荷を先端部から吊り下げる吊り部材と、ロープを介して前記吊り部材を起伏させる起伏部材とを有するクレーンの吊荷重を算出する演算装置であって、
前記ロープの張力、前記吊り部材の起伏角度、および前記起伏部材の起立角度に基づいて吊荷重を算出することを特徴とする演算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吊り荷を先端部から吊り下げる吊り部材と、ロープを介して吊り部材を起伏させる起伏部材とを有するクレーンの吊荷重を求めるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１、２には、吊り荷を先端部から吊り下げるブーム（吊り部材）と、ロープを介してブームを起伏させるマスト（起伏部材）とを有するクレーンにおいて、吊り荷やフックの重量を含む吊荷重を算出する技術が開示されている。吊荷重はブームに作用するモーメントのつり合い式に基づいて求められるが、その際、ロープの張力によるモーメントの演算には、ブームの先端部およびマストの先端部を結ぶ直線とブームの起伏支点との間の距離（特許文献１ではｆ、特許文献２ではＨｓ）が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１９１２８６号公報
【特許文献２】特開２００１−３９６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、ブームを起伏させるロープは吊荷重に応じて伸び、このロープの伸び等によってマストの先端位置は変化する。マストの先端位置が変化すると、上記の距離ｆや距離Ｈｓも変化するが、特許文献１、２ではこの距離の変化を考慮した演算は行われていない。このため、最終的に算出される吊荷重の精度が低下するという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、起伏部材の先端位置が変化する場合においても、吊荷重を精度よく算出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明にかかる吊荷重検出装置は、吊り荷を先端部から吊り下げる吊り部材と、ロープを介して前記吊り部材を起伏させる起伏部材とを有するクレーンに設けられる吊荷重検出装置であって、前記ロープの張力を検出する張力検出器と、前記吊り部材の起伏角度を検出する起伏角度検出器と、前記起伏部材の起立角度を検出する起立角度検出器と、前記張力検出器、前記起伏角度検出器および前記起立角度検出器からの検出値に基づいて吊荷重を算出する演算装置と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明にかかるクレーンは、吊り荷を先端部から吊り下げる吊り部材と、ロープを介して前記吊り部材を起伏させる起伏部材とを有するクレーンであって、上記吊荷重検出装置を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明にかかる演算装置は、吊り荷を先端部から吊り下げる吊り部材と、ロープを介して前記吊り部材を起伏させる起伏部材とを有するクレーンの吊荷重を算出する演算装置であって、前記ロープの張力、前記吊り部材の起伏角度、および前記起伏部材の起立角度に基づいて吊荷重を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ロープの伸び等によって起伏部材の先端位置が変化する場合であっても、起伏部材の起立角度の検出値に基づいて吊荷重の算出が行われるので、吊荷重を精度よく算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態にかかるクレーンの側面図である。
【図２】吊荷重検出装置の構成を示すブロック図である。
【図３】係数δの算出過程を説明するための模式的な側面図である。
【図４】その他の実施形態にかかるクレーンの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本実施形態にかかるクレーンについて、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施形態にかかるクレーンの側面図である。クレーン１は、上部旋回体２が旋回ベアリング３を介してクローラ式の下部走行体４に旋回可能に搭載された構成となっている。なお、クレーン１は、クローラ以外の移動手段（例えばホイール）を用いた移動式クレーンであってもよいし、移動手段を持たない固定式クレーンであってもよい。
【００１２】
上部旋回体２は、キャブ５およびカウンタウェイト６等を有している。キャブ５は、上部旋回体２の前部に設けられた運転室である。カウンタウェイト６は、上部旋回体２の後部に配設されており、クレーン１の前方安定度を向上させるためのおもりである。上部旋回体２の前部には、ブーム７の基端部が回動可能に連結されている。ブーム７の先端部に設けられたポイントシーブ８には、巻上げロープ９が巻き掛けられており、吊り荷Ｗを吊るためのフック１０が巻上げロープ９に吊り下げられている。巻上げロープ９を巻上げるためのウィンチ１１は、上部旋回体２に設けられている。
【００１３】
上部旋回体２には、ブーム７を起伏させるマスト１２の基端部が回動可能に連結されている。マスト１２の回動支点は、ブーム７の回動支点よりも後方側に位置する。ブーム７の先端部とマスト１２の先端部とは、ワイヤロープからなるガイライン１３によって連結されている。マスト１２の起立角度θ２を変えると、ガイライン１３を介してブーム７の起伏角度θ１を変更することができる。ブーム７およびマスト１２は、上部旋回体２とともに旋回中心Ｏ周りに旋回する。
【００１４】
図２は、吊荷重検出装置の構成を示すブロック図である。吊荷重検出装置２０は、吊り荷Ｗやフック１０の重量を含む吊荷重を検出するための装置である。吊荷重検出装置２０は、ガイライン１３の張力Ｆ（図１参照）を検出する張力検出器２１、ブーム７の起伏角度θ１を検出する起伏角度検出器２２、マスト１２の起立角度θ２を検出する起立角度検出器２３、および各検出器２１〜２３からの検出値に基づいて吊荷重を算出する演算装置２４を有して構成される。演算装置２４は、内部に記憶部２５を有しており、記憶部２５には吊荷重の演算に必要な各種データが格納されている。また、演算装置２４は、キャブ５内に設けられている表示部１５と接続されており、算出した吊荷重を表示部１５に表示させる。
【００１５】
演算装置２４は、基本的に特許文献１に記載されているように、次式（１）、（２）に基づいて吊荷重ＷＡを算出する。
ＷＡ＝（Ｆ−Ｆ0）／δ  ・・・式（１）
δ＝ａ／ｆ  ・・・式（２）
【００１６】
ここで、Ｆはガイライン１３の張力である。張力Ｆは、吊荷重ＷＡおよびブーム７の自重成分の両方を含む総荷重により生じる張力であり、張力検出器２１により検出される。一方、Ｆ0はブーム７の自重成分により生じる張力であり、ブーム７およびマスト１２が張力Ｆの検出時と同位置にある場合に吊荷重ＷＡが作用しない場合の張力を意味する。記憶部２５には、作業半径Ｒ（図３参照、旋回中心Ｏとブーム７の先端部との間の水平距離）から張力Ｆ0を求めるためのテーブルが記憶されている。ａはブーム７の起伏支点と吊り荷Ｗとの間の水平距離を、ｆはブーム７の先端部およびマスト１２の先端部を結ぶ直線とブーム７の起伏支点との間の距離をそれぞれ示している（特許文献１の図２参照）。
【００１７】
なお、特許文献１の数式３では、δ＝（ａ−ｔ／Ｎ）／ｆと定義されている。ｔはブーム７の起伏支点と巻上げロープ９との間の距離を示しており、Ｎは巻上げロープ９の巻き数を示している。このように、特許文献１では、ウィンチ１１による吊り荷Ｗの巻上げに関する項ｔ／Ｎが考慮されているが、本実施形態では、係数δを上式（２）のように簡易的に定義する。ただし、係数δを特許文献１の数式３のように定義することも可能である。
【００１８】
上述のように、式（２）のｆは、ブーム７の先端部およびマスト１２の先端部を結ぶ直線とブーム７の起伏支点との間の距離を示しているが、ガイライン１３の伸び等によってマスト１２の先端位置は変化し得る。マスト１２の先端位置が変化すると距離ｆも変化し、吊荷重ＷＡの精度が低下してしまう。そこで、本実施形態では、起立角度検出器２３で検出されたマスト１２の起立角度θ２に基づいて、距離ｆや係数δを求める。
【００１９】
図３は、係数δの算出過程を説明するための図１の模式的な側面図である。以下に、図中の各符号が示すものを説明する。
Ｂ：ブーム７の中心軸
ＢＰ１：ブーム７の起伏支点（回動支点）
ＢＰ２：ブーム７の中心軸の先端位置
ＢＰ３：ポイントシーブ８の位置
ＢＰ４：ガイライン１３のブーム７への取付位置
Ｈ１：ＢＰ１を通る水平面
Ｍ：マスト１２の中心軸
ＭＰ１：マスト１２の起立支点（回動支点）
ＭＰ２：ガイライン１３のマスト１２への取付位置
ＬＢ：ブーム７の中心軸Ｂの長さ
ＬＭ：マスト１２の中心軸Ｍの長さ
Ｈ２：ＭＰ１を通る水平面
Ｌ１：ＢＰ１とＢＰ４との間の距離
Ｌ２：ＢＰ１とＭＰ２との間の距離
Ｌ３：ＢＰ４とＭＰ２との間の距離
Ｌ４：ＢＰ４およびＭＰ２を結ぶ直線とＢＰ１との間の距離（式（２）のｆと同じ）
Ｌ５：ＢＰ１とＢＰ３との間の距離
θ１：ブーム７の水平面Ｈ１からの起伏角度（起伏角度検出器２２の検出値）
θ２：マスト１２の水平面Ｈ２からの起立角度（起立角度検出器２３の検出値）
θ３：ＢＰ２−ＢＰ１−ＢＰ４の角度
θ４：ＢＰ１およびＭＰ２を結ぶ直線と水平面Ｈ１とのなす角度
θ５：ＢＰ４−ＢＰ１−ＭＰ２の角度
θ６：ＢＰ１−ＢＰ４−ＭＰ２の角度
θ７：ＢＰ２−ＢＰ１−ＢＰ３の角度
ＢＦＸ：旋回中心ＯとＢＰ１との間の水平距離
ＢＰＸ：ＢＰ１とＢＰ３との間の水平距離（式（２）のａと同じ）
ＢＰＹ：ブーム７の中心軸ＢとＢＰ３との間の距離
ＢＧＸ：ＢＰ４からブーム７の中心軸Ｂに下ろした垂線の足とＢＰ２との距離
ＢＧＹ：ブーム７の中心軸ＢとＢＰ４との間の距離
ＭＦＸ：旋回中心ＯとＭＰ１との間の水平距離
ＭＦＹ：ＭＰ１と水平面Ｈ１との間の距離
Ｒ：作業半径
【００２０】
演算装置２４は、張力検出器２１で検出されたガイライン１３の張力Ｆ、起伏角度検出器２２で検出されたブーム７の起伏角度θ１、および起立角度検出器２３で検出されたマスト１２の起立角度θ２に基づいて、式（１）より吊荷重ＷＡを算出する。まず、演算装置２４は、ブーム７の起伏角度θ１に基づいて作業半径Ｒを計算し、記憶部２５に記憶されているテーブルを参照して、作業半径Ｒより張力Ｆ0を求める。
【００２１】
また、演算装置２４は、ブーム７の起伏角度θ１およびマスト１２の起立角度θ２に基づいて、係数δ（＝ＢＰＸ／Ｌ４）を求める。係数δを求める手順を以下に示す。
[１]Ｌ１、θ３の計算
Ｌ１＝[（ＬＢ−ＢＧＸ）2＋ＢＧＹ2]1/2
θ３＝arctan[ＢＧＹ／（ＬＢ−ＢＧＸ）]
[２]Ｌ２、θ４の計算
Ｌ２＝[（ＢＦＸ−ＭＦＸ＋ＬＭ・cosθ２）2＋（ＭＦＹ＋ＬＭ・sinθ２）2]1/2
θ４＝arctan[（ＭＦＹ＋ＬＭ・cosθ２）／（ＢＦＸ−ＭＦＸ＋ＬＭ・sinθ２）]
[３]θ５の計算
θ５＝１８０°−θ１−θ３−θ４
[４]Ｌ３の計算
Ｌ３＝[Ｌ１2＋Ｌ２2−２・Ｌ１・Ｌ２・cosθ５]1/2
[５]θ６の計算
θ６＝arccos[（Ｌ３2＋Ｌ１2−Ｌ２2）／（２・Ｌ１・Ｌ３）]
[６]Ｌ４の計算
Ｌ４＝Ｌ１・sinθ６
[７]Ｌ５、θ７の計算
Ｌ５＝[ＬＢ2＋ＢＰＹ2]1/2
θ７＝arctan（ＢＰＹ／ＬＢ）
[８]ＢＰＸの計算
ＢＰＸ＝Ｌ５・cos（θ１−θ７）
[９]δの計算
δ＝ＢＰＸ／Ｌ４
【００２２】
このようにして求められた係数δ、テーブルから求められた張力Ｆ0、および張力検出器２１で検出された張力Ｆから、演算装置２４は、式（１）に基づいて吊荷重ＷＡを算出する。求められた吊荷重ＷＡはキャブ５内の表示部１５に表示され、作業者が現在の吊荷重ＷＡを知ることが可能となっている。
【００２３】
以上のように、起立角度検出器２３で検出されたマスト１２の起立角度θ２を用いることで、ガイライン１３の伸び等によってマスト１２の先端位置が変化する場合であっても、ブーム７の先端部（詳細にはガイライン１３のブーム７への取付位置ＢＰ４）およびマスト１２の先端部（詳細にはガイライン１３のマスト１２への取付位置ＭＰ２）を結ぶ直線とブーム７の起伏支点ＢＰ１との間の距離Ｌ４を精度よく算出することができる。その結果、係数δ、ひいては吊荷重ＷＡを精度よく算出することが可能となる。
【００２４】
（その他の実施形態）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上記実施形態の要素を適宜組み合わせまたは種々の変更を加えることが可能である。
【００２５】
例えば、上記実施形態では、本発明の「吊り部材」としてブーム７が設けられ、本発明の「起伏部材」としてマスト１２が設けられたクレーン１について説明した。しかしながら、本発明の適用対象はこのようなクレーン１に限定されない。例えば、図４に示すようなラッフィングジブクレーン１００に対して本発明を適用することも可能である。
【００２６】
図４に示すように、ラッフィングジブクレーン１００は、下部走行体５２の上に上部旋回体５１が旋回可能に配置されたクレーンであって、上部旋回体５１には、ブーム５３、ジブ５４、前ストラット５６、後ストラット５７、マスト５５などが取り付けられる。ブーム５３の基端部は上部旋回体５１に取り付けられ、ブーム５３の先端部にジブ５４が取り付けられる。ブーム５３は上部旋回体５１に対して起伏し、ジブ５４はブーム５３に対して起伏する。図示は省略するが、ジブ５４の先端部には、ポイントシーブが設けられており、このポイントシーブから吊り下げられたフックに吊り荷が掛けられる。
【００２７】
ジブ５４の先端部と前ストラット５６の先端部とは、ガイライン５８（ロープ）で連結されており、前ストラット５６の起立角度θ２（水平面からの傾斜角度）が変更されると、ガイライン５８を介してジブ５４の起伏角度θ１（水平面からの傾斜角度）が変わる。つまり、この実施形態においては、ジブ５４が本発明の「吊り部材」に相当し、前ストラット５６が本発明の「起伏部材」に相当する。この場合においても、上記実施形態と同様に、前ストラット５６の起立角度θ２を検出し、この検出値に基づいて吊荷重を求めることによって、吊荷重の算出精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１：クレーン
７：ブーム（吊り部材）
１２：マスト（起伏部材）
１３：ガイライン（ロープ）
２０：吊荷重検出装置
２１：張力検出器
２２：起伏角度検出器
２３：起立角度検出器
２４：演算装置
θ１：起伏角度
θ２：起立角度
Ｆ：張力
Ｗ：吊り荷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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