(57)【要約】【課題】自動・手動を問わず幅広い型式のクレーンに適用でき、かつクレーンサイクルに影響を与えないでワイヤーロープの初期振れを抑制可能とするクレーンのワイヤーロープ振れ止め装置の提供する。【解決手段】巻上装置が横行台車１に設置され、巻上げ下げ作動時にのみ回転するシーブ（８、１２）にワイヤーロープ（７）を掛渡したクレーンにおいて、シーブ軸（６）に締結されたシーブ（８、１２）と、シーブ軸（６）に締結したブレーキディスク（４）と、シーブ軸受ブラケット（２）に固着させたブレーキ（３）とを含む制動機構を構成し、巻上げ装置の制御信号（２０）に基づいて、巻上げ下げ動作中以外にのみシーブ（８、１２）とワイヤーロープ間で滑りを起こさない範囲の制動を前記シーブ（８、１２）に作用させる装置である。更にクレーンに吊荷重計を設け、制動機構を複数で構成して、前記吊荷重計の実績値に対応させて制動をかける装置である。【選択図】　図１
2004091168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻上装置が横行台車（１）に設置され、巻上げ下げ作動時に回転するシーブ（８、１２）にワイヤーロープ（７）を掛渡したクレーンにおいて、シーブ軸（６）に締結されたシーブ（８、１２）と、シーブ軸（６）に締結したブレーキディスク（４）と、シーブ軸受ブラケット（２）に固着させたブレーキ（３）とを含む制動機構を構成し、巻上げ装置の制御信号（２０）に基づいて、巻上げ下げ動作中以外にのみシーブ（８、１２）とワイヤーロープ間で滑りを起こさない範囲の制動を前記シーブに作用させることを特徴とするクレーンのワイヤーロープ振れ止め装置。
【請求項２】
前記クレーンに吊荷重計を設け、前記制動機構を複数で構成して、前記吊荷重計の実績値に対応させて制動をかけることを特徴とする請求項１に記載のクレーンのワイヤーロープ振れ止め装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、クレーンのワイヤーロープ振れ止め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、鉄鋼業では沿岸荷役のための水平引き込み式クレーン、貨車やトラックなどへの荷役のための門型、半門型クレーン、建屋内運搬のための天井クレーン等多くの種類のクレーンが使用され、また、クレーンの運転方法も玉掛者とクレーン運転者によるもの、クレーン運転者のみのもの、自動運転のものなどがある。
【０００３】
玉掛者とクレーン運転者によるものでは、玉掛者が荷役先をクレーン運転者に指示し、吊荷又は吊具を支えてワイヤーロープの振れを防止しているが、吊荷等の重量が大きい場合は人力による振れ止めには限界がある。
また、専用吊具を具備したクレーン運転者のみのものでは、クレーン運転者自らが横走行方向を目視確認し位置合わせの操作をしている。目視による位置合わせに熟練を要することに加え、一般に運転室が専用吊具から離れているため位置合わせが行い難く、振れの減衰を待って着地操作を行っている。
自動運転のものでは、いずれも荷役場所すなわち荷の座標が定まった置場での荷役を対象とするため、各種の振れ止め方法が開発されているが、手動運転のクレーンには採用しにくいこと、及び横走行時のクレーン振動によるセンサーの信頼性・保全性に難点があり、設置費用も他のクレーンよりも劣るのが一般的である。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２５５９７４号公報には、コンテナガイドとコンテナとの位置あわせを容易にするヘッドブロックのロッキング抑制装置が紹介されている。クレーン運転者のみで操作するコンテナクレーンであって、クレーンブーム上を移動するトロリにヘッドブロックを介して吊下げられたスプレッダによりコンテナを吊上げ吊降ろしを行うヘッドブロックのロッキング抑制装置であって、ヘッドブロック上に配設したシーブに摩擦力を与えてシーブの回転を調整するブレーキを設けたのもである。
【０００５】
【特許文献２】特開平４−５９５９６号公報には、インチングなどの専門的な操作を自動化してオペレーターが振れ止めを意識せず荷役作業ができるクレーン自動振れ止め方法が開示されている。このクレーンもクレーン運転者のみで操作するもので、センサーにより荷の振れ状態を検知し、その検知した荷の振れ状態に基づき、オペレータが移動のスイッチをＯＮしている場合は、荷振れのない移動状態を、スイッチをＯＦＦした場合は、その位置に誤差少なく荷振れのない状態を自動制御によって得るものである。
【０００６】
【特許文献３】特開昭６０−２０２０８３号公報には、初期振れやロープ長誤差といった制御誤差要因の存在下でも高い精度で振れ止めする吊下体の振れ制御方式が紹介されている。このクレーンは自動運転クレーンであって、吊下体のふれ角、ふれ角速度の測定手段とロープ長さを調整するアークチュエータと該アークチュエータに与える制御指令を決定する制御機構を備えた天井走行型クレーンにおいて、時々刻々の上記ふれ角、ふれ角速度の測定情報により吊下長さを調整する事によって、走行体の状態量に合わせてふれ止めを行う手段を有するものである。
【０００７】
【特許文献４】特開平６−８０３８６号公報には、巻上げ横行装置近くまで高く吊り上げて移送する場合においても、荷振れを効果的に無くす巻上横行装置の荷振れ防止方法が紹介されている。このクレーンも自動運転クレーンであって、第１回加速横行後一旦等速とし、振れ角θが最大となった時点で第２回加速横行して、第２回加速横行後の振れ戻りを第３回加速横行で打ち消すようにするものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の特許文献２、特許文献３、特許文献４に記載の従来の振れ止め方法は、いずれも初期振れをそのまま許容した後に、巻上げ巻き下げ動作、若しくは横行動作により振れを減衰させるものであり、振れ止め動作時間分のクレーンのサイクルタイムを長くする欠点がある。
また、それらの欠点に加え、特許文献２開示の方法ではスイッチ操作が必要なためクレーン運転者にとって操作が煩わしく、特許文献３、及び４の振れ止め方法は、振れ角を基にした横行加速や吊上げ下げ動作により振れを打ち消すものであり、吊荷の荷重が考慮されていないという技術的課題がある。
【０００９】
一方、特許文献１に紹介のクレーンは、コンテナがガータ上の陸側に設けられた巻上装置により昇降するようになったものであるため、トロリの横行に際してもシーブが回転する機構である。そのため、振れ止め方法は、スプレダをコンテナ上に降ろして停止したとき、ヘッドブロックを吊下げている左右のロープのサグの変化によりヘッドブロック全体が長手方向の水平軸を中心に遥動するロッキングを、シーブにブレーキを作用させて摩擦力を与えることにより抑制するものであり、横行及び巻上げ動作を両方停止した後にしか振れ止め機構を動作させることができない。
【００１０】
また、特許文献１の振れ現象は、ヘッドブロック上面の２個一対のシーブ軸中心の仮想水平軸を支点に遥動するロッキング現象であるが、一般のクレーンでの振れは上部シーブ軸を支点とした振り子現象であり様相が異なる。
更に、特許文献１の振れ止め制御方法は、「ブレーキの摩擦力は図示しない制御装置から送られる指令により調節し、摩擦力によりシーブの回転を調整する。なお、ブレーキを急峻に働かせるとシーブとロープの間ですべりが発生し、ロープの寿命が短くなるので、穏やかに動作させるのが好ましい。」との記載があるのみで、ブレーキ力をどのように作動させるか記載が無く、クレーン運転手の技能に頼るしかないという問題がある。
【００１１】
そこで本発明は上述の諸課題を解決するためになされたものであり、そのうち請求項１記載の発明は、クレーンが自動・手動を問わず幅広い型式のクレーンに適用でき、かつクレーンタイムサイクルに影響を与えないでワイヤーロープの初期振れを抑制可能とするクレーンのワイヤーロープ振れ止め装置の提供を目的としている。
請求項２記載の発明は、請求項１の発明の目的に加えて、吊荷の重量に応じた制動を可能とするクレーンのワイヤーロープ振れ止め装置を提供せんとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、巻上装置が横行台車に設置され、巻上げ下げ作動時にのみ回転するシーブにワイヤーロープを掛渡したクレーンにおいて、シーブ軸に締結されたシーブと、シーブ軸に締結したブレーキディスクと、シーブ軸受ブラケットに固着させたブレーキとを含む制動機構を構成し、巻上げ装置の制御信号に基づいて、巻上げ下げ動作中以外にのみシーブとワイヤーロープ間で滑りを起こさない範囲の制動を前記シーブに作用させるものである。
【００１３】
本発明によると、横走行時に発生しやすいワーヤーロープの振れを、その期間シーブにブレーキをかけて初期振れを抑制できるため、振れ止め機構のない場合のクレーンサイクルタイムと同様の運転ができサイクルタイムを低下させない。
また、シーブとワーヤーロープ間で滑りを発生させない摩擦力である空荷の場合の最小のブレーキ力を機械的に設定してブレーキをかけることができるため、クレーン運転者のブレーキ力調整が不要でワイヤーロープを摩耗させることがない。
更に巻上装置の巻上下げ制御信号に基づいて、シーブが回転しない横走行中のみブレーキを自動的に作動させることができ、クレーンの手動・自動を問わず幅広いクレーンの振れ止めを行うことができる。
【００１４】
更に請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に、吊荷重計を設け、制動機構を複数で構成して、前記吊荷重計の実績値に対応させて制動をかけることを加えて構成したものである。
本発明によると、ワイヤーロープに滑りが発生しない摩擦力を設定した制動機構を複数設置して、吊荷の重量に応じて制動力をかけることができるため、振れ慣性力の大きい重量物に対して、ワイヤーロープを磨耗させないで振れ止め時間を短縮させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施の形態について、以下説明する。
図１は本発明のワイヤーロープ周りのスケルトン斜視図である。上部シーブとブレーキディスク４間にブレーキ制動トルクを伝達できるように構成した制動機構を例に以下説明する。発明者はクレーンの横走行時に上部シーブ８の軸心を支点としたワイヤーロープ７の振り子運動１５ａが各シーブ８の自転運動１５ｂを発生させ、シーブ８の運動方向は振り子運動１５ａと反対方向に作用することに着目し、少なくとも１箇所のシーブ８に制動ブレーキ３を設けて振り子の運動エネルギーをブレーキ３の制動エネルギーに吸収させれば振り子運動１５ａの振幅を強制減衰させることができ、且つ巻上装置の負荷を低減のためのシーブ回転機能を維持しつつブレーキ制動を行うには、巻上下げ動作中以外にのみブレーキ制動をかけることによって通常クレーン運転を阻害することなく振れ止めできることを見出し本発明を完成した。
【００１６】
図２は本発明の制動機構の例を説明するシーブ部分の断面模式図である、図３はその側面模式図で、図４はブレーキ制動トルク選定の説明図である。
本発明は、図１に示すように、巻上装置が横行台車１に設置され、巻上装置に取り付けられた図示しない電動機で回転制御されるドラム１１と横行台車１に固定されたワイヤーロープ７の固定端１３との間に、複数のシーブ８、１２を介して吊具１６が垂下されたクレーンに適用される。本発明の振れ止め用制動機構は、横行台車１に固定されたシーブ軸受ブラッケットにブレーキ３を取り付け、ブレーキディスク４と軸６をディスクキー５で固定する一方、少なくとも１ケのシーブ８、１２と軸６とをシーブキー９で固定し、当該シーブ８、１２と当該ブレーキディスク４とがブレーキ制動トルクが伝達できるように構成する。
そして、図示しない巻上装置の巻上制御装置から巻上下げ中でない状態信号２０を取り出し、該信号２０がＯＮのときのみブレーキ３が動作するように構成する。
【００１７】
シーブ８、１２とワイヤーロープ間で滑りを起こさない範囲の制動であるブレーキ力は次のバランス式▲１▼に基づく▲２▼式から、すべり限界ブレーキ制動トルクＴｓを求め、▲３▼式にてブレーキ選定トルクＴを決定することができる。（図４参照）
Ｆ　　＝ｅμθ＊ｆ　　　　　　　　　　　　・・・・・・・・・・・▲１▼
Ｔｓ　＝（ｅμθ−１）＊Ｒ＊ｆ　　　　　　　・・・・・・・・・・・▲２▼
Ｔ　　＝（１−ｋ）＊Ｔｓ
＝（１−ｋ）＊（ｅμθ−１）＊Ｒ＊ｆ　　　・・・・・・・・・・・▲３▼
但し、
Ｒ：　　　　シーブの半径
μ：　　　　シーブとワイヤーロープ間摩擦係数。
θ：　　　　シーブとワイヤーロープ間の巻きつけ角度〔単位：ｒａｄ　〕
ｆ：　　　　ワイヤーロープ張力（ゆるみ側）
Ｆ：　　　　ワイヤーロープ張力（張り側）
Ｔｓ：　　滑り限界ブレーキ制動トルク
Ｔ：　　　　ブレーキ選定トルク
ｋ：　　　　ロープ張力変動係数
【００１８】
すべり限界制動トルクの実用的な計算にはμ＝０．０５〜０．１０、ｆの値はクレーン静止状態でのワイヤー計算張力、クレーン走行時あるいは横行時のレール段差等に起因する荷重振動は静止状態における吊り荷重の±５％〜１０％程度であることが判っており、余裕を考慮しｋ＝０．１〜０．１５が好適である。その他は設計寸法を用いればよい。
ブレーキ制動は、常時制動トルクを掛けた状態で可能であるが、ブレーキディスク４およびブレーキパット３ａの摩耗による寿命を考慮すると巻上装置が作動していない期間に制動を掛けるのが望ましい。
【００１９】
次に、請求項２記載の発明について以下説明する。この振れ止め装置の実施形態は、クレーンに吊荷重計を設け、制動機構を複数で構成して、前記吊荷重計の実績値に対応させて制動をかけることを特徴とするものである。複数の制動機構をＮ個のブレーキ３で構成すると、ブレーキ３の制動トルクによる振り子運動１５ａの吸収エネルギーΔＥは、次の▲４▼式で関係付けられる。
ΔＥ＝α＊Ｔ・・・・・・・・・・・▲４▼
但し、
α：当該シーブ自転角の絶対値の累計〔単位：ｒａｄ　〕
【００２０】
そのため、ブレーキ選定トルクを大きくする程振れ止め効果が大きい反面、▲２▼式から判るように、滑り限界ブレーキ制動トルクＴｓは、ワイヤーロープ張力ｆと正の相関である。一方▲３▼式から判るように、ブレーキ選定トルクが一定の場合は当該シーブ８、１２とワーヤーロープ間の滑りを防止するために、吊り荷重範囲の荷重最小値すなわち吊荷重範囲のワイヤーロープ張力最小値にてブレーキ選定トルクを決定せねばならず、振れ止め効果の期待と相反することになる。
【００２１】
上記のことから、当該シーブ８、１２とワイヤーロープ７間の滑りを回避し、且つ振れ止め効果を効率よく発揮するためは、Ｎケのブレーキ３を設置し、クレーン吊り能力の荷重零から最大荷重をＮ分割した第１区分から第Ｎ区分のそれぞれの区分に対応する吊り荷重範囲を設定する。各区分毎の荷重範囲のワイヤー張力ｆｉを求め、▲２▼▲３▼式にて各区間の滑り限界ブレーキトルクＴｓｉおよびブレーキ選定トルクＴｉを求めことにより、Ｎケのブレーキ夫々の単体の選定トルクＴｂｉを▲５▼式にて算出し実機の調整をする。
Ｔｂｉ　＝Ｔｉ−Ｔｉ−１　・・・・・・・・・・・▲５▼
但し、
ｉ＝１〜Ｎ
Ｔｂｉの添字ｉはブレーキ番号を示す。
【００２２】
具体例としては、図５に示すように、上記で求められた各荷重区分毎の吊り荷重範囲および制動させるブレーキ番号を一対一に対応させた制動・開放選択テーブル１８を予め制御装置に登録しておき、巻上装置が作動していない時間帯は、巻上装置に設置されている吊荷重計の実測値１９から、制動・開放選択テーブル１８の荷重区分に対応する＃１〜♯Ｎの各ブレーキ３の制動・開放テーブル１８を索引し、各ブレーキ３へ信号２０を出力する。
巻上装置が作動している時間帯は、ブレーキディスク４およびブレーキパット３ａの摩耗を促進させないことを目的に全ブレーキ３へ開放信号２０を出力する。
【００２３】
以下本発明の作用について説明する。
吊具１６のみの空荷状態で吊荷１７の座標に向かって横行または走行する際は、吊荷重計実測値１９に対応する荷重区分のブレーキ３の制動トルクが働いており横行停止または走行停止した後は短時間で振り子運動１５ａの振幅が強制減衰し吊荷座標に精度よく停止できる。次に巻上装置にて下降させ吊荷１７を吊具１６で把持し巻上装置にて上昇させるが、巻上装置が作動している時間帯は全ブレーキ３は開放しているので、この間にはブレーキディスク４およびブレーキパット３ａの摩耗はない。
【００２４】
次に吊荷１７の移動先座標に向かって横行横行または走行する際は、吊荷重計の実測値１９に対応する荷重区分のブレーキ３の制動トルクが働いており横行停止または走行停止した後は短時間で振り子運動１５ａの振幅が強制減衰し吊荷１７の移動先座標に精度よく停止できる。次に巻上装置にて下降させ吊荷１７を吊具１６から外した後、巻上装置にて上昇させるが、巻上装置が作動している時間帯は全ブレーキ３は開放しているので、この間のブレーキディスク４およびブレーキパット３ａの摩耗はない。
【００２５】
上記の如く、吊荷重計の実測値１９によりブレーキ制動トルクを変更できシーブ８、１２とワイヤーロープ７の間で滑りが発生することなく大きな吸収エネルギで強制減衰が可能となり、作業の効率化を図ることができる。
荷重区分の数Ｎは、該当クレーンの実際の荷重範囲毎の度数分布および設置費用対効果から合理的に決定することが現実的である。
なお本発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、たとえばブレーキ３の設置は下部シーブ１２に設けてもよいし、複数のシーブ８、１２に設けてもよい。またディスクブレーキ式以外のブレーキ型式を用いてもよい等、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更し得ることは勿論である。
【００２６】
次に定量的効果の解析結果例を図６にて説明する。
本解析は、図１記載のクレーン構成を前提として、吊具１６を含めた吊荷重が１５ｔ、上下シーブ間距離が５．０ｍ、下シーブと吊荷重の重心間距離が２．５ｍ、シーブの半径２５０ｍｍ、シーブのベアリング直径が１５０ｍｍ、当該ベリング摩擦係数が０．０２、初期振幅が３２９ｍｍの条件で、本発明の振れ止めがない場合と、本発明の制動機構を上部シーブ８に一箇所取り付けてブレーキ選定トルク９３７Ｎ・ｍを作用させたままで停止させた場合を比較したものである。
図６は初期振幅３２９ｍｍからの振幅減衰曲線を示し、従来のブレーキ制動がない場合の振幅減衰曲線２２が、ブレーキ制動かけた場合は、太線の本発明の振幅減衰曲線２１となり、±３０ｍｍの許容振幅範囲２４になるまでの時間は約２０％に短縮されることがわかる。
【００２７】
【発明の効果】
この発明にかかるクレーンのワイヤーロープ振れ止め装置は、以上説明した如き内容のものなので、簡単な装置でシーブの軸に直角な面の吊荷の振れを短時間に減衰させるという効果がある。
以上説明したように、この発明のうち請求項１記載の発明は、横走行時に発生しやすいワーヤーロープの振れを、その期間シーブにブレーキをかけて初期振れを抑制できるため、振れ止め機構のない場合のクレーンサイクルタイムと同様の運転ができサイクルタイムを低下させない。また、シーブとワーヤーロープ間で滑りを発生させない摩擦力である空荷の場合の最小のブレーキ力を機械的に設定してブレーキをかけることができるため、クレーン運転者のブレーキ力調整が不要でワイヤーロープを摩耗させることがない。
更に巻上装置の巻上下げ制御信号に基づいて、横走行中のみブレーキを自動的に作動させることができ、クレーンの手動・自動を問わず幅広いクレーンの振れ止めを行うことができる効果がある。
また請求項２記載の発明はさらに振れ止め時間を短縮させて、習熟度の少ないクレーン運転者であっても短時間に吊位置精度よく荷役作業ができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のワイヤーロープ周りのスケルトン斜視図である。
【図２】本発明の一実施例である制動機構の断面模式図である。
【図３】図２の側面模式図である。
【図４】ブレーキ制動トルク選定を説明するシーブ概略図である。
【図５】本発明の制御内容を説明する流れ図である。
【図６】本発明の効果解析例の説明図である。
【符号の説明】
１　横行台車
２　シーブ軸受ブラケット
３　ブレーキ
３ａ　ブレーキパット
４　ブレーキディスク
５　ディスクキー
６　シーブ軸
７　ワイヤーロープ
８　上部シーブ
９　シーブキー
１０　ベアリング
１１　ドラム
１２　下部シーブ
１３　固定端
１４　斜視投影図
１５ａ　振り子運動
１５ｂ　シーブの自転運動
１６　吊具
１７　吊荷
１８　制動・開放選択テーブル
１９　荷重計実測値
２０　制御信号
２１　本発明の振幅減衰曲線
２２　従来の振幅減衰曲線
２３　初期振幅
２４　許容振幅範囲
【図１】
2004091168.tif 000003
【図２】
2004091168.tif 000004
【図３】
2004091168.tif 000005
【図４】
2004091168.tif 000006
【図５】
2004091168.tif 000007
【図６】
2004091168.tif 000008