JP2782091B2 - 吊りワイヤーの振れ止め装置 - Google Patents

吊りワイヤーの振れ止め装置

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JP2782091B2 JP17158689A JP17158689A JP2782091B2 JP 2782091 B2 JP2782091 B2 JP 2782091B2 JP 17158689 A JP17158689 A JP 17158689A JP 17158689 A JP17158689 A JP 17158689A JP 2782091 B2 JP2782091 B2 JP 2782091B2
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能生 丸山
公裕 麻生
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、クレーンの移動によって発生するワイヤー
の振れ止めを行う吊りワイヤーの振れ止め装置に関す
る。
〈従来の技術〉 クレーンの水平又は上下移動によって発生するワイヤ
ーの振れを止める装置として、電動機の回転制御による
方式及びワイヤ案内シーブの移動による方式が知られて
いる。
電動機の回転制御方式 第11図に本方式によるクレーンの振れ止め装置におい
て、旋回の場合の振れ止めの例を示す。該振れ止め装置
は、回転検出部31と、比較演算回路部32と、回転制御部
33とで構成される。比較演算回路部32では、オペレータ
ーから送られる旋回モーターの回転量を示す設定信号34
と、回転検出部31からの旋回モーター35の回転信号36と
比較する。回転制御部33では、比較演算回路部32から送
られた制御信号37を受け、旋回モーター35の駆動制御を
行う。
第12a図,第12b図に示すように、一般にクレーンが旋
回する場合、ワイヤーに吊下げられた荷物は、後方に振
れた後、定速運動に入ると、前方へ振れ戻りが生じて振
動することになる。このため、予め振動を予測して、加
速度変化を第12b図のo<t<t1,t2<t<t3の中央部38
にあるようにいったんゆるめることにより、定速または
停止時に生じる振れ振動の収束を図っている。これらの
操作は、コンピュータによる制御を行わない場合は、オ
ペレーターが経験や勘を頼りに運転を行っているのが現
状である。
ワイヤ案内シーブの移動による方式 第13図〜第15図に本方式の一例を示す。可動懸架装置
41は、ワイヤー案内シーブ44を横移動,旋回,揺動及び
傾斜可能にクレーンブーム45に取り付けられている。例
えば、旋回時には第15図に示すように、ワイヤー42及び
荷物43は後方へ振られるが、ワイヤー案内シーブ44の横
移動d(P→P′)により振れ角θはθにとどま
り、振れ角度を少なくすることができる。
同様に、他の方向への荷物の動きについても、ワイヤ
ー案内シーブ44の動きによって振れ角度を少さくでき
る。
〈発明が解決しようとする課題〉 しかし、従来の電動機の回転制御方式では、予めクレ
ーンの運搬コースに沿って運搬パターンを設定してお
き、ワイヤーの振れ量に基づいた加速度の調整を予めプ
ログラムに組み込む必要があった。従って、運搬コース
の変更、荷重量の増減又は風などのいわゆる外乱に対し
ては対応できないため、実用化には至っていない。
また、ワイヤー案内シーブの移動による方式では、ク
レーン旋回時の半径方向の振れに対しては不十分であ
り、荷物の自転に対しては、全く効果がないなどの問題
点があった。
本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであ
り、その目的は、あらゆる方向の振れに対して対応する
ことができ、しかも前記した外乱などに影響されること
なく、短時間にワイヤーの振れを止めることができる吊
りワイヤーの振れ止め装置を提供することにある。
〈課題を解決するための手段〉 本発明は上記目的に鑑みてなされたものであり、その
要旨は、ウインチに捲回された吊りワイヤーがブームを
介して吊り下げられ、該吊りワイヤーの下端に把持部を
備えるクレーンにおいて、該クレーンの移動によって発
生する吊りワイヤーの振れを止める装置であって、前記
吊りワイヤーの振れ角とその方向を検知する振れ角検知
手段と、送り出された前記吊りワイヤーの長さを検知す
るワイヤー長検知手段と、前記吊りワイヤーにかかる荷
重の設定を行う荷重検知手段と、これら振れ角検知手
段、ワイヤー長検知手段及び荷重検知手段からの検知信
号に基づいて、圧送された流体の噴射量と方向とを演算
する演算部と、該演算部の演算結果により噴射量調整の
制御を行う制御部と、該制御部の制御に従って圧送され
た流体を噴射する噴射部とを備え、該噴射部が前記把持
部の上端部に設けられた吊りワイヤーの振れ止め装置に
ある。
〈作用〉 実施例に先立ち、本発明の基本原理を振り子の単振動
を例に説明する。
第1図に示すように、長さL[m]のワイヤーの末端
に質量M[kg]のおもりmが連結され、同一平面内で単
振動を行っている。このとき、前記単振動を抑制する向
きにおもりmから流体を噴射させた場合、この噴射によ
る力をF[]とし、鉛直下向き方向に対する振れ角θ
[rad]がロープ長L[m]に比べて十分小さいとする
と、おもりmの運動方程式は次式で表わされる。
ただし、θ;ワイヤーの振れ角 [rad] L;ワイヤーの長さ [m] M;おもりの質量 [kg] g;重力加速度 [9.8m/sec2] F;噴射による力 [] ここで、 と置けば(1)式は、 なる線形動的システムとして表わすことができる。これ
よりおもりmの振れを止める最適入力 として表わされる。ただし、q1,q2,rはパラメータであ
る。従って(3)式より噴射による力F[]は、おも
りの質量M[kg]、ワイヤーの長さL[m]及びワイヤ
ーの振れ角θ[rad]を計測することにより求めること
ができる。ただし、振れ角θ[rad]は、直接的に計測
することもできるが、第1図の矢印に示す水平方向に加
わる加速度αを計測し、この値を時間で積分して[ra
d/sec]が求まり、さらにこの値を時間で積分すること
により間接的にθ[rad]を求めることも可能である。
この基本原理をクレーンの吊りワイヤーの振れ止め装
置に応用するには、第2図に示すように、x方向の加速
度成分αx及びy方向の加速度成分αyを各々計測する
と共に、これらx方向,y方向に対応する向きに流体の噴
射口を設け、各成分ごとに上記(3)式によりF[
を算出する。この算出結果に基づいてx方向、y方向に
各々流体を噴射し、その噴射反力によって振れ止め制御
を行なう。
<実施例> 次に本発明に係る吊りワイヤーの振れ止め装置の一実
施例を添付図面に基づいて説明する。
第3図に、本発明に係る吊りワイヤーの振れ止め装置
を備えたジブクレーンを示す。ジブクレーン1の運転台
2付近には、油圧モーターによって駆動されるウインチ
3を設置しており、吊りワイヤー4の巻上げ又は巻下げ
を行う。吊りワイヤー4の下端部には、振れ止め装置本
体部6が連結されており、さらに、該振れ止め装置本体
部6の下には把持部としてのバケット5が固定されてい
る。
第4a図及び第4b図に振れ止め装置本体部6を示す。こ
の振れ止め装置本体部6の側面には、圧縮空気を噴出す
る噴射部8を四方向に配置している。噴射部8には、振
れ止め装置本体部6の半径方向に向けて相対する噴射口
7x,7yを設け、噴射する圧縮空気の反力によって、吊り
ワイヤー4の振れ止めを行うと共に、円周の接線方向に
向けて噴射口10,11を設け、噴射反力により吊りワイヤ
ー4に対するバケット5の回転修正を行う。
振れ止め装置本体部6の上部の吊りワイヤー4には、
歯車形状のホイール14が吊りワイヤー4に一体に取り付
けられ、該ホイール14に噛合する計測ホイール15′の回
転方向及び回転量から吊りワイヤー4に対するバケット
5の回転量を検知し、回転計15として機能する。
振れ止め装置本体部6の内部には、振れ止め制御を行
うために圧縮空気を密封した圧力容器と、吊りワイヤー
4の振れ角とその方向を検知する振れ角検知手段として
の加速度計(図示せず)と、後述する各入力情報に基づ
いて演算を行い、複数の三方向電磁バルブ12の動作制御
を行う中央処理装置21とを収納している。
加速度計は2台設置しており、第4b図に示すように、
水平面上において吊りワイヤー4との連結部を原点とし
て、それぞれx方向の加速度α、y方向の加速度α
を計測する。また、圧力容器はアタッチメント方式によ
り取替可能に設置されているが、この他にホースなどで
外部から圧縮空気を供給しても良い。
第5図に、噴射部8を示す。噴射部8は三方向電磁バ
ルブ12と、噴射口7x、11又は7y,10とで構成される。空
気供給管13を通して噴射部8に圧送された圧縮空気は、
三方向電磁バルブ12によって、噴射口7x方向、噴射口10
方向又は全閉とに制御される。なお、他の噴射部は、噴
射方向が異なるのみで同一の機構となっているので説明
は省略する。
第6図を参照して本発明の吊りワイヤーの振れ止め装
置の構成について説明する。ワイヤー長検出手段として
のロータリーエンコーダー16は、ウインチ3の回転数を
計測しており、前記(3)式中のワイヤー長さL[m]
に相当する吊りワイヤー4の送り出し量を検出する。荷
重検知手段としての荷重設定器17は、振れ止め装置6の
荷物としての本体重量、バケット重量及び吊り荷の重量
など、吊りワイヤー4にかかる荷重の設定を行うもので
あるが、例えば吊り荷重量の変動が激しい場合には、荷
重検知手段として張力計又はロードセルなどを設置し、
吊りワイヤー4にかかる荷重を検知することが好まし
い。加速度計18,19は、前記したx方向,y方向の加速度
αxを計測する。なお、クレーン操作信号20は、ジ
ブクレーン1におけるブームが移動している間は、本振
れ止め制御は行わず、ブームの移動が終了した後、直ち
に振れ止め制御を開始するための入力記号となる。
上記回転計15、ロータリーエンコーダ16、荷重設定器
17、加速度計18,19、クレーン操作信号20の各信号は、
中央処理装置21へ入力され、演算部で前記(3)式によ
る演算を行い、この結果を基に、制御部にて対応する各
電磁バルブ12の制御を行い、各方向に取付けた噴射部8
の噴射反力により、吊りワイヤー4の振れ止めを行う。
なお、具体的な噴射圧力等の詳細は、後述するシミュレ
ーション結果で示す。
第7図に本発明の振れ止め装置の他の制御例を示す。
クレーンのブーム22の先端部には、CCDカメラ23が鉛直
下向きに固定されており、これにより第8a図に示すよう
に、振れ止め装置本体部6の上部の円周に沿って90゜間
隔に配置された発光プレート24a,24b,24cの計測を行
い、吊りワイヤー4の振れ方向と振れ角、回転角及び長
さを検知する。これらは、いずれも画像解析により行う
ものであり、振れ方向、振れ角は、画像上の原点0と振
れ止め装置本体部6の中央部4を計測し、回転角は、第
8b図に示す発光プレート24a,24b,24cの配置を基準とし
て、計測時の各発光プレートの位置関係を計測すること
により求まる。
また、吊りワイヤー4の長さは、第9図に示すように
隣り合う発光プレート(例えば24aと24c)間の距離を計
測することにより検知できる。これはCCDカメラ23によ
る計測画像をfとすると、ワイヤー長l1の場合は、f上
にA,A′、又ワイヤー長l2の場合はf上にB,B′として計
測されることによるものである。
こうした画像解析結果を第6図に示す中央処理装置21
に入力し、演算を行った後、対応する各電磁バルブ12の
制御を行い、吊りワイヤー4の振れ止めを行うことも可
能である。
本実施例では、振れ止め制御を行う圧縮空気を圧力容
器(タンク)内に密封し、振れ止め装置本体部6内にア
タッチメント方式により取替可能に設置したが、これに
限定されるものではなく、クレーンとは別にエアーコン
プレッサを設置し、該エアーコンプレッサからエアーホ
ースを介し、振れ止め装置本体部6内に空気を供給する
ことも可能である。
また、振れ止め制御に使用される流体として空気を例
示したが、例えば比重の大きな水などを使用すれば、効
率的に振れ止め制御を行うことができる。
さらにまた、本発明では吊りワイヤーの振れ角検知手
段として加速度計及びCCDカメラによる画像解析を例示
したが、これに限定されるものではなく、二方向傾斜計
等、吊りワイヤーの振れ角とその方向を検知できるもの
であれば何ら支障はない。
以下に本発明に係る吊りワイヤーの振れ止め装置を用
いた数値シミュレーションの結果を示す。
数値設定 ・ワイヤーの長さ L=100[m] ・荷 重 M=13500[kgf] ・初期状態 θ=0.01[rad] ・パラメータ q1=10,q2=10,r=30 結 果 前記各数値を(3)式に代入し、第10図に示すシミュ
レーション結果が得られた。第10図より噴射による力F
は、 であれば、約10秒で吊りワイヤーの振れを止めることが
できる。
(4)式より噴射によるF[]は最大で690[
の力を出せれば良い。
次に(4)式の結果を基に、噴射の反力P[kgf],
空気の流量Q[m3/sec]を求める。
ただし、P0;噴射の圧力[kg・f/cm2] d;ノズル径 [cm] ただし、 γ;空気の比重 1kg/m3=9.8kgf/m3 水の比重 1000kg/m3=9800kgf/m3 (5)式でP0を50[kgf/cm2],100[kgf/cm2]と仮定
し、(6)式より流量Q[m3/sec]を求めた結果を表1
に示す。
表1より流体として水を使用した場合、空気を使用し
た場合に比べ、約1/30の体積でワイヤーの振れ止めを行
うことができる。
〈効果〉 本発明に係る吊りワイヤーの振れ止め装置は、振れ角
検知手段、ワイヤー長検知手段及び荷重設定手段により
吊りワイヤーの振動状況を連続して検知することができ
る。さらに、これらの検知結果に基づいて演算部で演算
し、該演算部の演算結果に基づく制御部の制御に従い噴
射部から吊りワイヤーの振動を抑制する方向に流体を噴
射させて、自動的にしかも短時間に吊りワイヤーの振れ
止めを行うことができる。従って、従来の振れ止め装置
の欠点であった風などによる影響を克服でき、クレーン
のオペレーターの負担を軽減させることができるなど多
くの効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】 第1図及び第2図は本発明の基本原理を示す説明図、第
3図は本発明に係る振れ止め装置を具備したジブクレー
ンを示す側面図、第4a図はバケットに取り付けた振れ止
め装置本体部を示す正面図であり、第4b図はその平面
図、第5図は噴射部8の内部機構の概略を示す説明図、
第6図は振れ止め装置をコントロールする制御装置の構
成を示すブロック図、第7図はCCDカメラを設置したジ
ブクレーンを示す要部側面図、第8a図〜第9図はCCDカ
メラによる検知方法を示す説明図、第10図はシミュレー
ション結果を示すチャート、第11図は従来の電動機の回
転制御方式による振れ止め機構を示す概要説明図、第12
a,12b図はクレーンのブームの移動に伴う吊りワイヤー
の振れ角の推移を示すチャート、第13図は従来例として
のワイヤ案内シーブの移動による他の振れ止め機構を示
す説明図、第14図は第13図のシーブ部分の拡大図、第15
図は第13図と第14図の作用説明図である。 1……ジブクレーン、4……吊りワイヤー、6……振れ
止め装置本体部、8……噴射部、16……ロータリーエン
コーダ(ワイヤー長検知手段)、17……荷重設定器(荷
重検知手段)、18,19……加速度計(振れ角検知手
段)、21……中央処理装置(演算部・制御部)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B66C 13/06 B66C 13/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ウインチに捲回された吊りワイヤーがブー
    ムを介して吊り下げられ、該吊りワイヤーの下端に把持
    部を備えるクレーンにおいて、該クレーンの移動によっ
    て発生する吊りワイヤーの振れを止める装置であって、 前記吊りワイヤーの振れ角とその方向を検知する振れ角
    検知手段と、 送り出された前記吊りワイヤーの長さを検知するワイヤ
    ー長検知手段と、 前記吊りワイヤーにかかる荷重の設定を行う荷重検知手
    段と、 これら振れ角検知手段、ワイヤー長検知手段及び荷重検
    知手段からの検知信号に基づいて、圧送された流体の噴
    射量と方向とを演算する演算部と、 該演算部の演算結果により噴射量調整の制御を行う制御
    部と、 該制御部の制御に従って圧送された流体を噴射する噴射
    部とを備え、該噴射部が前記把持部の上端に連設された
    吊りワイヤーの振れ止め装置。
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