JP2010538944A - 運動補償システム - Google Patents

Abstract

ヒーブ補償システムまたは運動補償システム（１００）が、クレーン（２０）において使用され、該クレーンを搭載する船（２２）が直面するヒーブを補償する。ヒーブ補償システムは、クレーンのアーム（３６）の遠位端部分に取り付けられた、クレーンのアームの遠位端部分の運動（加速度）を測定する運動参照ユニット（１０２）を備えている。この情報が、クレーンによって保持されたウインチ（５０）の動作を制御して、クレーンの荷重線（３２）の繰り出しまたは巻き取りを行うために、プログラマブルロジック制御プロセッサ（１０４）へと送られる。荷重線の遠位端を、クレーンによって昇降させられる負荷へと接続することができる。
【選択図】 図４

Description

本出願は、２００７年９月１４日付の米国仮出願第６０／９９３，７５９号の利益を主張する。

本開示は、運動補償システムに関し、さらに詳しくは、船舶に搭載されたクレーンのためのヒーブ補償システムであって、クレーンによって昇降させられる負荷を船舶の垂直運動すなわちヒーブから絶縁するためのヒーブ補償システムに関する。

海洋の船舶におけるヒーブの補償は、歴史的に、能動ヒーブ補償システムまたは受動ヒーブ補償システムのいずれか、またはこれら２つのシステムの組み合わせによって行われている。能動ヒーブ補償システムは、ヒーブの量を測定するために船舶のデッキに搭載された運動参照センサに依存している。船舶のヒーブに起因する運動の補正が、運動参照ユニットセンサから導出される出力信号によってマルチ・ワイヤ・ロープ滑車アセンブリを駆動する油圧シリンダの動きによって実現される。

能動ヒーブ補償システムの限界は、ヒーブに起因する変位の補正が、油圧シリンダの行程によって制約される点にある。程度の大きいヒーブを補償するために、きわめて大きな油圧シリンダが必要になり、結果としてシステムの重量が大になり、関連部品が多くなる。また、能動ヒーブ補償システムでは、荷重支持線に加わる荷重の周波数のレベルを検出することができない。したがって、船舶ならびに下降中の負荷が同じ固有振動数を有する可能性があり、このことが最悪の結果につながる可能性がある。

受動ヒーブ補償システムは、典型的には、補償シリンダの圧縮に依存している。船舶のヒーブの際に、補償シリンダの一端が船舶へと接続され、他端（ロッド端）が荷重支持線へと接続されている。船舶のヒーブの際に、シリンダ内のピストンが往復運動し、ヒーブを補償する。シリンダ内の圧力は、ガスで満たされたアキュムレータを使用して正しいレベルへと調節される。認識されるであろうが、シリンダの圧力は、取り扱われる種々の荷重レベルとともに変更されなければならない。受動ヒーブ補償システムの欠点は、それらの応答時間が比較的ゆっくりである可能性があり、したがって荒れた海でのヒーブの作用に「追従」できない点にある。

したがって、既存の能動および受動補償システムの欠点を克服でき、かつ依然として比較的簡潔かつ単刀直入な設計であるヒーブ補償システムが、大いに有益であると考えられる。

この概要は、以下の詳細な説明でさらに説明される概念をまとめたものを簡単な形で紹介するために設けられる。この概要は、請求項に記載の主題の重要な特徴を特定しようとするものではなく、請求項に記載の主題の技術的範囲を限定する補助として使用されるものでもない。

周期的かつ過渡的な短期間の垂直運動にさらされる水上の船舶に搭載されるリフト機構のためのヒーブ補償システム。リフト機構が、船舶に位置する近位端と船舶から遠ざかるように延ばすことができる遠位端とを有しているブームを備えている。荷重線が、ブームに沿って延び、ブームによって支持されている。荷重線は、負荷へと接続することができる遠位端と、船舶が保持するウインチに係合させることができる近位端とを有している。ウインチが、荷重線を繰り出し、さらには荷重線を巻き取るように駆動される。ヒーブ補償システムが、ブームの遠位端に取り付けられ、ブームの遠位端の垂直運動を検出し、この運動に関する信号を送る加速度計を含んでいる。ウインチ制御システムが、ウインチの動作を制御する。ヒーブ補償制御システムが、加速度計からの信号を受信し、そのような信号を、ウインチ制御システムへと送られる制御信号であって、ウインチ制御システムに船舶が直面するヒーブを補償するようにウインチの動作を制御させるための制御信号へと変換する。

本発明のさらなる態様によれば、ウインチ制御システムが、ウインチによる荷重線の繰り出しおよび巻き取りの速度を制御する。

本発明のさらなる態様においては、ヒーブ補償制御システムが、加速度計からの信号を、ウインチ制御システムへと送られる制御信号であって、ウインチ制御システムに船舶が直面するヒーブを補償するようにウインチの動作の方向および速度を制御させるための制御信号へと変換する。

本発明の別の態様においては、調和振動荷重制御サブシステムが、荷重線における調和振動荷重状態の発生を検出し、そのような荷重線における調和振動荷重状態を解消するようにウインチの動作の速度を調節する。

本発明の別の態様においては、調和振動荷重制御サブシステムが、荷重線の荷重を時間の関数として検出し、調和振動荷重状態が検出される場合にウインチの動作の速度を調節する。荷重線の荷重を検出するための手段は、ウインチに組み込まれたトランスデューサを含むことができる。

本発明の別の態様においては、リフト機構が、水上の船舶に搭載することができるクレーンを含んでいる。クレーンが、船舶へと取り付けることができる近位端と、船舶から遠ざかるように展張できる遠位端とを備えるブームを有している。動力付きのウインチが、クレーンによって保持されており、荷重線が、ウインチからブームに沿って負荷へと接続することができる遠位端まで延びている。運動センサが、ブームの遠位端に取り付けられ、ブームの遠位端の垂直運動を検出し、この運動に関する信号を送る。ウインチ制御システムが、ウインチの動作を制御する。ヒーブ補償制御システムが、運動センサからの信号を受信し、そのような信号を、ウインチ制御システムに船舶が直面するヒーブを補償するようにウインチの動作を制御させるための制御信号へと変換する。

本発明の以上の態様および付随の利点の多くが、添付の図面と併せて検討されたときに以下の詳細な説明を参照することによってよりよく理解されることで、より容易に理解されるであろう。

本開示の運動／ヒーブ補償システムを利用しているクレーンの図である。 図１と同様の図であるが、クレーンが別の位置に示されており、さらにヒーブ補償システムの部品の位置が示されている。 図２および図３のクレーンの運動を示す概略図である。 本開示の運動補償システムの概略図である。 図４と同様の図であるが、油圧の供給がより詳しく示されている。 クレーンの油圧システムの略図である。

図面を参照し、とくに図１〜図３を参照すると、クレーン２０の形態のリフト機構が、船舶または船２２に取り付けられている。クレーン２０は、ベースプラットフォーム２６で構成されたベース構造２４を有しており、ベースプラットフォーム２６が、回転式の台座２８の上端に取り付けられ、台座２８を、船２２の対応する構造に受け入れることができる。台座により、クレーンを、標準的な構成であってよい回転駆動システムによって台座を中心にして回転させることができる。

さらに、クレーン２０は、下側アーム３０を備えており、下側アーム３０の下端が、ベース２４から上方へと延びている取り付け耳３２（互いに間隔を空けて位置している）に枢動可能に取り付けられている。横断ピン３３が、取り付け耳３２によって保持され、アーム３０の下端部分に形成された横穴を貫いて係合している。アーム３０を、下端がベース２４へとピン留めされ、上端がアームの長さの中間位置へとピン留めされた油圧シリンダ３４の形態であってよい流体直線アクチュエータの動作によって、昇降させることが可能である。

さらに、クレーン２０は、上側アーム３６を備えており、上側アーム３６の下端部分が、下側アーム３０の上端部分にピン留めされている。上側アーム３６は、下端部分が下側アーム３０の長さの中間位置へと枢動可能にピン留めされ、上端部分が上側アーム３６の長さの中間位置へと枢動可能にピン留めされた流体３８の形態であってよい直線アクチュエータによって、下側アーム３０に対して枢動可能に接続されている。

直線アクチュエータ３４および３８の動作によって、クレーン２０の上昇および下降ならびに展張および格納が可能である。この点に関し、クレーンの動きの範囲について、図３を参照されたい。

とくに図１および図２を参照すると、主荷重ウインチ５０が、スプール５４の周囲に巻き付けられる主荷重ワイヤ・ロープ・ケーブルまたは他の種類の線５２の繰り出しまたは巻き取りのために、アーム３０の下端部分に取り付けられている。フック５６が、線５２の遠位端に取り付けられている。スプール５４とフック５６との間において、線５２は、アーム３０の遠位端に取り付けられた案内滑車５８、アーム３６の下端または近位端に取り付けられたさらなる案内滑車６０、およびアーム３６の遠位端部分に取り付けられた遠位滑車６２を過ぎて延びている。

さらに、クレーン２０は、アーム３０およびアーム３６の長さに沿って延び、遠位端にフック７４を保持している補助線またはケーブル７２の繰り出しまたは巻き取りのために、同様にアーム３６の下端または近位端に取り付けられた補助インチ７０を備えている。ケーブル５２と同様に、ケーブル７２も、滑車５８に隣接する滑車７６、滑車６０に隣接する滑車７８、および滑車６２を過ぎて延びているアーム延長部８２の遠位端に位置する滑車８０によって案内されている。

さらに図４および図５を参照すると、ヒーブ補償システムまたは運動補償システム１００が、クレーンの動作時に船２２が直面するヒーブを補償するために、クレーン２０に使用されている。ヒーブ補償システムは、クレーンのアーム３６の遠位端部分に取り付けられた加速度計の形態の運動参照ユニット１０２を備えている。加速度計１０２が、アーム３６の遠位端の運動（加速度）を測定する。この情報が、プログラマブルロジック制御プロセッサ１０４の形態のマイクロプロセッサへと伝えられる。制御プロセッサ１０４が、ウインチ制御システムを制御し、次いで、ウインチ制御システムが、ウインチの動作を制御する。ウインチ制御システムは、油圧流体または他の液状媒体のウインチ５０への流れを制御し、ウインチのスプール５４の回転方向ならびにスプールの回転速度を操作する電気制御バルブ１０６および１０８を備えている。

加速度計１０２などの加速度計は、市販品である。運動補償システム１００における使用に適した加速度計が、航空宇宙産業において使用されている。

油圧流体が、配管１１０を通って制御バルブ１０６からウインチ５０へと流れる一方で、油圧流体が、配管１１２を通って制御バルブ１０８からウインチ５０へと流れる。油圧流体が配管１１２を通ってウインチ５０へと流れている場合に、同時に流体が配管１１０を通ってウインチ５０からも流れており、その逆も然りであることを、理解できるであろう。油圧流体が、バルブ１０６から配管１１６を通って油圧供給源１１４へと流れる一方で、油圧流体が、配管１１８を通ってバルブ１０８と供給源１１４との間を流れる。

図５においては、油圧流体が、配管１１６および１１８のそれぞれについて別個のリザーバ１２０および１２２に貯蔵されるものとして示されている。しかしながら、代わりに油圧流体をただ１つのリザーバに貯蔵してもよい。リザーバ１２０および１２２の油圧流体が、冷却水ポンプ１２８によってリザーバ１２０および１２２内の熱伝達装置１２４および１２６を通って送られる周囲の水を使用して冷却される。

さらに、運動補償システム１００は、滑車６２の回転、したがって線５２の位置および動きを測定するために、ブームアーム３６の遠位端に取り付けられたエンコーダ１４０を備えている。第２のエンコーダ１４２が、スプール５４の回転、したがって線５２の動きの速度ならびに繰り出しまたは巻き取りの程度を監視および測定するために、ウインチ５０に取り付けられている。この情報が、ロジック制御プロセッサ１０４へと送られる。

上述のように、制御プロセッサ１０４が、クレーンのアーム３６の遠位端における運動に関する信号を加速度計１０２から受信する。そのような運動は、船舶が直面するヒーブならびにクレーンのアームの運動に起因している。エンコーダ１４０および１４２からの情報も、制御プロセッサ１０４へと送られる。この情報により、制御プロセッサが、荷重線５２の繰り出しならびに線の巻き取りおよび線の速度を制御および検出する。そのような繰り出しおよび巻き取りは、船舶が直面するヒーブならびにクレーンそのものの動作に協調させられる。

さらに、制御プロセッサを、船舶が直面するヒーブの振幅および周波数の傾向を認識することによって、そのようなヒーブを本開示の運動補償システムによってよりよく補償できるように、プログラムすることができる。要約すると、制御プロセッサ１０４が、正弦波の形態または他の波形であってよいヒーブの「形状」をモデル化することができる。

さらに、本開示の運動補償システム１００は、線５２への荷重を検出するために、ウインチ５０に組み込まれた圧力トランスデューサ１４４を備えている。そのような圧力トランスデューサは、油圧によって動作するウインチの適切な位置における油圧を測定する。ウインチが電動の場合には、適切なトランスデューサを、ウインチの駆動システムまたは駆動機構に組み込むことができる。

一般に、図４に示す荷重１５０などの荷重が、線５２の端部へと取り付けられて昇降させられるとき、船舶２２が直面するヒーブによって、線５２に調和振動的な荷重が加わる結果となりうる。線において共振状態が生じると、結果的に線に加わる応力が、線の故障につながる可能性がある。したがって、トランスデューサ１４４が、線５２の荷重の時間経過を測定するために使用される。

動作時、ヒーブ補償システム１００が、加速度計１０２を使用することによって、ヒーブによるものだけでなく、クレーンそのものの動作にも起因するクレーンのブームの遠位端の垂直運動を測定する。そのような運動に対応する信号が、コントローラプロセッサ１０４へと伝えられる。コントローラプロセッサ１０４が、この情報を処理し、ヒーブおよびクレーンの遠位端において直面される他の運動を補償するために、線５２の繰り出しまたは巻き取りにおいてどのような調節を行うべきかを判断する。この点に関し、コントローラプロセッサが、電気制御バルブ１０６および１０８を操作し、ウインチのスプール５４の回転方向およびそのような回転の速度を制御する。このようにして、船舶２２のヒーブに起因するクレーンの動作の補正が、典型的な他の追加のヒーブ補償装置または設備を必要とすることなく、クレーンのウインチ５０を使用することによって達成される。このように、本開示によれば、ヒーブの補償が、追加の複雑または高価な装置または設備を必要とすることなく、より単刀直入な様式で達成される。

さらに、本開示の運動補償システムは、上述のように、共振状態が生じているか否かを含め、線５２における振動する荷重レベルを検出することができる。そのような場合に、運動補償システムが、スプール５４の動きの速度を調節し、共振状態の発生を排除することができる。たとえば、本出願人は、線５２の動きの速度をわずかに１５％だけ変更することで、線の共振状態を排除できることを発見した。

図６が、クレーン２０の油圧の概略図を示している。

例示の実施の形態を図示および説明したが、それらについて、本発明の技術的思想および技術的範囲から逸脱することなくさまざまな変更が可能であることを、理解できるであろう。

Claims (18)

1. 周期的かつ過渡的な短期間の垂直運動にさらされる水上の船舶に搭載され、前記船舶に位置する近位端と前記船舶から遠ざかるように延ばすことができる遠位端とを有しているブーム、ならびに前記ブームに沿って延び、前記ブームによって支持され、負荷へと接続することができる遠位端と、前記船舶が保持するウインチに係合させることができる近位端とを有している荷重線を備えており、前記ウインチが、前記荷重線を繰り出し、さらには前記荷重線を巻き取るために駆動されるリフト機構のためのヒーブ補償システムであって、
   （ａ）前記ブームの遠位端に取り付けられ、前記ブームの遠位端の垂直運動を検出し、該運動に関する信号を送る加速度計、
   （ｂ）前記ウインチの動作を制御するためのウインチ制御システム、および
   （ｃ）前記加速度計から前記信号を受信し、該信号を、前記ウインチ制御システムへと送られる制御信号であって、前記ウインチ制御システムに前記船舶が直面するヒーブを補償するようにウインチの動作を制御させるための制御信号へと変換するためのヒーブ補償制御システム
   を含むヒーブ補償システム。
2. 前記ウインチ制御システムが、前記ウインチによる荷重線の繰り出しおよび巻き取りの速度を制御する請求項１に記載のヒーブ補償システム。
3. 前記ヒーブ補償制御システムが、前記加速度計からの信号を、前記ウインチ制御システムへと送られる制御信号であって、前記ウインチ制御システムに前記船舶が直面するヒーブを補償するように前記ウインチの動作の方向および速度を制御させるための制御信号へと変換する請求項２に記載のヒーブ補償システム。
4. 前記ウインチ制御システムが、前記ウインチへの油圧流体の流れおよび前記ウインチからの油圧流体の流れを制御する請求項１に記載のヒーブ補償システム。
5. 前記ヒーブ補償制御システムが、ブームの荷重線における調和振動荷重の発生を検出し、該荷重線における調和振動荷重状態を解消するようにウインチの動作の速度を調節するための手段を含む調和振動荷重制御サブシステムをさらに含む請求項１に記載のヒーブ補償システム。
6. 前記調和振動荷重制御サブシステムが、前記荷重線の荷重を時間の関数として検出するための手段と、前記荷重線における調和振動荷重状態を解消するようにウインチの動作の速度を調節するための手段とを含む請求項５に記載のヒーブ補償システム。
7. 前記荷重線の荷重を検出するための手段が、前記ウインチに組み込まれたトランスデューサを備える請求項６に記載のヒーブ補償システム。
8. 前記ウインチが、油圧によって駆動され、前記検出手段が、油圧流体の圧力トランスデューサを備える請求項７に記載のヒーブ補償システム。
9. 波の作用にさらされる水上の船舶に搭載されたクレーンであって、前記船舶に位置する近位端と前記船舶から遠ざかるように展張できる遠位端とを有しているブーム、当該クレーンによって保持されたウインチ、および前記ウインチから前記ブームに沿って負荷へと接続可能な遠位端まで延びている荷重線を含んでいるクレーンのためのヒーブ補償システムであって、
   ａ．前記ブームの遠位端の垂直運動を測定し、該垂直運動に関する信号を送るための前記ブームの遠位端の計器、
   ｂ．前記ウインチの動作の方向および速度を制御するためのウインチ制御システム、および
   ｃ．前記ブームの遠位端の計器からの信号を受信し、該信号を、前記ウインチに前記船舶が直面するヒーブを補償させるように前記ウインチの動作を制御するためのウインチ制御信号へと変換するヒーブ補償制御システム
   を含むヒーブ補償システム。
10. 前記ウインチ制御システムが、ウインチによる荷重線の繰り出しおよび巻き取りの速度を制御する請求項９に記載のヒーブ補償システム。
11. 前記ヒーブ補償制御システムが、前記計器からの信号を、前記ウインチ制御システムへと送られる制御信号であって、前記ウインチ制御システムに前記船舶が直面するヒーブを補償するように前記ウインチの動作の方向および速度を制御させるための制御信号へと変換する請求項１０に記載のヒーブ補償システム。
12. 前記ウインチ制御システムが、前記ウインチへの油圧流体の流れおよび前記ウインチからの油圧流体の流れを制御する請求項９に記載のヒーブ補償システム。
13. 前記ヒーブ補償制御システムが、クレーンの荷重線における調和振動荷重の発生を検出し、該荷重線における調和振動荷重状態を解消するようにウインチの動作の速度を調節するための手段を含む調和振動荷重制御サブシステムをさらに含む請求項９に記載のヒーブ補償システム。
14. 前記調和振動荷重制御サブシステムが、前記線の荷重を時間の関数として検出するための手段と、前記荷重線における調和振動荷重状態を解消するようにウインチの動作の速度を調節するための手段とを含む請求項１３に記載のヒーブ補償システム。
15. 前記荷重線の荷重を検出するための手段が、前記ウインチに組み込まれたトランスデューサを備える請求項１４に記載のヒーブ補償システム。
16. 前記ウインチが、油圧によって駆動され、前記検出手段が、油圧流体の圧力トランスデューサを備える請求項１５に記載のヒーブ補償システム。
17. 周期的かつ過渡的な短期間の垂直運動にさらされる水上の船舶に搭載できるヒーブ補償付きのクレーンであって、
    ａ．船舶へと取り付けることができる近位端と、船舶から遠ざかるように展張できる遠位端とを有しているブーム、
    ｂ．当該クレーンによって保持された動力ウインチ、
    ｃ．前記ウインチから前記ブームに沿って延びており、負荷へと接続することができる遠位端を有している荷重線、
    ｄ．前記ブームの遠位端に取り付けられ、前記ブームの遠位端の垂直運動を検出し、該運動に関する信号を送る運動センサ、
    ｅ．前記ウインチの動作を制御するためのウインチ制御システム、および
    ｆ．前記運動センサからの信号を受信し、該信号を、前記ウインチ制御システムに前記船舶が直面するヒーブを補償するようにウインチの動作を制御させるための制御信号へと変換するためのヒーブ補償制御システム
    を備えるヒーブ補償付きクレーン。
18. 前記荷重線における調和振動荷重の発生を検出し、該荷重線における調和振動荷重状態を解消するようにウインチの動作の速度を調節するため調和振動荷重制御サブシステムをさらに備え、
    前記調和振動荷重制御サブシステムが、前記荷重線の荷重を時間の関数として検出し、前記荷重線における調和振動荷重状態の軽減にもとづいて前記ウインチの動作の速度を調節するための手段を含む請求項１７に記載のヒーブ補償付きクレーン。
    

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