JP3685732B2 - 懸吊装置の過負荷防止方法及び装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、懸吊装置の過負荷防止方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば、深海の海底調査などを行う場合には、図4に示す如き船体1の甲板2上に設置されて懸吊装置を成す観測装置3を使用し、該観測装置3を船体1の側方へ張り出して先端から海中にケーブル4(索状体)を介し観測機器(懸吊物)を吊り下ろして観測を行うようにしている。
【0003】
ここに図示している観測装置3においては、甲板2上に立設された固定ポスト5の上部に旋回フレーム6が旋回可能に設けられ、該旋回フレーム6には主ブーム7が俯仰自在にピン連結され、該主ブーム7の先端には補助ブーム8が揺動自在にピン連結されており、これら主ブーム7と補助ブーム8とにより中折れ式のジブ9が構成されている。
【0004】
そして、旋回フレーム6と主ブーム7との間に、該主ブーム7の俯仰作動を担う俯仰用油圧シリンダ10が設けられていると共に、主ブーム7と補助ブーム8との間には、該補助ブーム8の主ブーム7に対する揺動作動を担う揺動用油圧シリンダ11が設けられており、主たるジブ9の俯仰作動については前記俯仰用油圧シリンダ10が担うようにしてある。
【0005】
また、図示しないウインチのドラムから繰り出されたケーブル4が、旋回フレーム6のシーブ12と、主ブーム7先端のシーブ13と、補助ブーム8先端のシーブ14とに順次巻き掛けられてジブ9の先端から垂下しており、このケーブル4により観測機器が海中深くまで吊り下ろされるようになっている。
【0006】
ここで、この種の観測装置3を用いて海上で作業を行うに際しては、波浪の影響で船体1が揺動し、この揺動に起因して観測装置3のジブ9の先端が大きく上下動するので、ケーブル4の張力が大きく変動して最悪の場合に前記ケーブル4が切断し、高価な観測機器やケーブル4を亡失してしまう虞れがあった。
【0007】
この為、従来においては、図5に示す如き過負荷防止装置を装備することが行われており、ここに図示している過負荷防止装置においては、ジブ9の俯仰作動を担う俯仰用油圧シリンダ10の近傍に設けられたアキュームレータ15と、前記俯仰用油圧シリンダ10の伸長側油室との間を接続して相互に連通せしめ、前記アキュームレータ15内に導き入れた作動油16をピストン17を介し窒素ガス18で加圧保持するようにしてあり、この窒素ガス18については、所要場所に配置した複数の窒素ボンベ19から送風機20を介し適宜にアキュームレータ15に補充が成されて封止されるようになっている。
【0008】
而して、このような過負荷防止装置を採用すれば、アキュームレータ15が窒素ガス18の圧縮により緩衝装置(ダンパ)として機能することになり、例えば、船体1の揺動により観測装置3のジブ9の先端位置が上方へ大きく変位し、ケーブル4にかかる張力が著しく増大した場合、前記ジブ9に大きな引き下げ力が作用することになるが、この際にアキュームレータ15の窒素ガス18が圧縮して俯仰用油圧シリンダ10の伸長側油室からアキュームレータ15側へ作動油16が流れ込み、俯仰用油圧シリンダ10が短縮作動されるので、前記ジブ9が引き下げ力に追従して倒伏方向へ傾動し、これによりケーブル4にかかる過負荷が吸収されることになる。
【0009】
尚、これとは逆に、ジブ9の先端位置が下方へ変位してケーブル4にかかる張力が減少した場合には、アキュームレータ15の窒素ガス18が拡張してアキュームレータ15側から俯仰用油圧シリンダ10の伸長側油室へ作動油16が戻されて俯仰用油圧シリンダ10が伸長作動されるので、前記ジブ9が起立方向へ傾動してケーブル4の弛みが吸収されて該ケーブル4の張力が適正な範囲に保持されることになる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、斯かる従来の過負荷防止装置においては、船体1の揺動によりケーブル4の張力が大きく変動した結果として、受動的に観測装置3のジブ9の俯仰作動を追従させるようにしているに過ぎず、しかも、ジブ9の俯仰作動に関する慣性モーメントも大きいので、実際のケーブル4の張力変動に対する観測装置3側の応答が遅れがちとなり、ケーブル4にかかる過負荷を確実に回避できない虞れがあった。
【0011】
更に付言すれば、前述した如き従来の過負荷防止装置による受動的な作動形態にあっては、ケーブル4に波浪の影響を受けた強制振動が生じてしまうことが避けられず、深海の海底まで長く下ろしたケーブル4の途中に存在する共振点において、図6に示す如き当分野でキンクと称されている捩じれ現象が発生し、このキンクの発生箇所にてケーブル4が局所的な応力集中を受けて切断する懸念が依然として残っていた。
【0012】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、ケーブルなどの索状体にかかる過負荷を確実に回避して該索状体の切断を防止し得るようにした懸吊装置の過負荷防止方法及び装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、甲板上に設置されて船体の側方へ張り出し且つその先端から索状体を介し海中に懸吊物を吊り下ろして作業を行うようにした懸吊装置の過負荷防止方法であって、船体の揺動に対応して索状体の繰り出し位置と仮想の基準海面との間の距離が一定に保持されるように前記懸吊装置の俯仰作動を制御することを特徴とするものである。
【0014】
而して、このようにすれば、船体が波浪により揺動しても、その揺動に対応して懸吊装置の俯仰作動が能動的に制御され、該懸吊装置の先端における索状体の繰り出し位置と仮想の基準海面との間の距離が常に一定に保持されることになるので、地軸を基準とした索状体の繰り出し位置の座標点は殆ど不動なものとなり、懸吊装置の先端から懸吊物を吊り下げ支持しているケーブルなどの索状体に大きな張力変動や強制振動が生じなくなって、該索状体にかかる過負荷が確実に回避されることになる。
【0015】
また、本発明の方法を具体的に実施するに際しては、例えば、船体の適宜位置に取り付けられて当該取り付け位置の上下動の加速度を検出する加速度計と、船体のローリング角度を検出する角度計と、該角度計及び前記加速度計の検出値から船体のヒービング量を算出し且つ該ヒービング量及び前記角度計によるローリング角度に基づき懸吊装置の俯仰作動を担う油圧系を制御して前記索状体の繰り出し位置と仮想の基準海面との間の距離を一定に保持する制御装置とを備えたことを特徴とする懸吊装置の過負荷防止装置を採用すれば良い。
【0016】
而して、このような装置を採用した場合には、加速度計により船体の適宜位置における上下動の加速度が検出されると共に、角度計により船体のローリング角度が検出され、これらの検出された加速度とローリング角度に基づき制御装置にて船体のヒービング量が算出されるので、このヒービング量とローリング角度に基づき懸吊装置の先端における索状体の繰り出し位置でのヒービング量を割り出し、この索状体の繰り出し位置のヒービング量を相殺するように懸吊装置の俯仰作動を担う油圧系を制御することにより、索状体の繰り出し位置と仮想の基準海面との間の距離が一定に保持されることになる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【0018】
図1〜図3は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図4〜図6と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【0019】
図1及び図2に示す如く、前述した図4の観測装置3と略同様に、甲板2上に設置されて船体1の側方へ張り出し且つその先端からケーブル4(索状体)を介し海中に観測機器(懸吊物)を吊り下ろして作業を行うようにした観測装置3に関し、本形態例においては、船体1の左舷と右舷に一つずつ船体1の上下動の加速度を検出する加速度計21,22が夫々設けられていると共に、両加速度計21,22に挟まれた船体1の幅方向中間位置に該船体1のローリング角度を検出する角度計23が設けられており、該角度計23及び前記加速度計21,22からの検出信号がジブ9(主ブーム7)の俯仰作動を担う油圧系を制御するための制御装置24に入力されるようにしてある。
【0020】
ここで、ジブ9の俯仰作動を担う俯仰用油圧シリンダ10は、その伸長側油室と短縮側油室との間を双方向に作動油16を送給可能な容量可変ポンプ25を介して接続してあり、この容量可変ポンプ25を前記制御装置24からの制御信号26で制御することにより、伸長側油室と短縮側油室との間で適切に作動油16を移動させて俯仰用油圧シリンダ10の伸縮作動を精度良く制御し得るようにしてある。
【0021】
尚、厳密に言えば、伸長側油室と短縮側油室との間で作動油16を行き来させるにあたり、短縮側油室から伸長側油室に移動する作動油16の量がロッドの容積分だけ不足することになるが、この点については図示しない油量調節機構を油圧系に付属させて調節させるようにすれば良い。
【0022】
そして、前記制御装置24は、運転者からの操作指令を受けて容量可変ポンプ25へ向け制御信号26を出力し、これにより俯仰用油圧シリンダ10の伸縮作動を制御して運転者の指示通りの俯仰角度にジブ9を作動させることを基本的な制御ロジックとしているが、海中に観測機器を吊り下ろして作業を行う際における自動運転時にあっては、以下に詳述する如き制御ロジックでジブ9の俯仰作動を自動制御するようになっている。
【0023】
即ち、前記制御装置24の自動運転時の制御フローは図3に示す通りであり、先ず自動運転が開始されてからの最初のステップS1で、ジブ9の俯仰角度や、主ブーム7に対する補助ブーム8(図4参照)の中折れ角度、更には、角度計23による甲板2の傾斜角度(船体1のローリング角度)などといった観測装置3の姿勢に関する初期諸元値が計測される。
【0024】
尚、角度計23による甲板2面の傾斜角度以外の初期諸元値は、観測装置3の姿勢を制御する上で当然にして従来より計測されているものであり、ジブ9を構成する主ブーム7や補助ブーム8(図4参照)の傾動箇所にアブソリュートエンコーダなどを設置して計測された値が検出信号として前記制御装置24に入力されるようになっている。
【0025】
そして、次のステップS2においては、ステップS1にて計測された初期諸元値に基づき観測装置3の初期姿勢が認識され、その認識された観測装置3の初期姿勢におけるジブ9の先端におけるケーブル4の繰り出し位置と仮想の基準海面Lとの間の距離A0(図2参照)が算出される。
【0026】
ここで、仮想の基準海面Lとは、実際の波浪を生じている海面と無関係に、地軸を基準として仮に定めた固定の海面レベルのことを指しており、これに基づく距離A0も、これ以降の制御の指標とするべく仮に決定したものである。
【0027】
そして、ステップS3から実質的な制御が極めて微少な時間単位で繰り返し行われることになり、より具体的には、ステップS3にて現在の諸元値が改めて計測し直されると共に、両加速度計21,22による船体1の上下動の加速度が計測され、次のステップS4にて船体1のヒービング量Hとローリング角度Sとが算出される。
【0028】
つまり、両加速度計21,22により左舷と右舷とにおける図2中の矢印Xで示す上下動の加速度を計測すれば、夫々の加速度を二回積分することにより単位時間当たりの上下方向の変位量をヒービング量Hp,Hsとして求めることができるので、これらヒービング量Hp,Hsに基づいて船体1の幅方向中間位置におけるヒービング量Hを求めると共に、ヒービング量Hp,Hsに基づいて図2中の矢印Yで示すローリングの変位量を求め、このローリングの変位量を過去の最新のローリング角度の更新値に加算してローリング角度Sを算出するようにしている。
【0029】
次いで、ステップS5においては、ステップS4で算出したローリング角度Sを角度計23による実測のローリング角度θdnで除算することにより第一の修正係数αnが算出される。
【0030】
即ち、第一の修正係数αnは、両加速度計21,22による加速度をもとに算出したローリング角度Sと、角度計23による実測のローリング角度θdnと比較することで、両加速度計21,22により計測された加速度の信頼性を検討し、その信頼性に見合った修正をヒービング量Hに加えて該ヒービング量Hを真値に近づけることを目的としたものである。
【0031】
また、次のステップS6においては、ステップS4にて算出された今回のヒービング量Hが、過去に算出されたヒービング量Hの時系列データの移動平均値と比較されて第二の修正係数βnが算出される。
【0032】
即ち、第二の修正係数βnは、過去の時系列データから偶然変動や周期変動を除去して全体的な趨勢を抽出するために、過去に算出されたヒービング量Hの時系列データの移動平均値を参酌して該ヒービング量Hを真値に近づけることを目的としたものである。
【0033】
そして、ステップS7においては、ステップS5で求めた第一の修正係数αnと、ステップS6で求めた第二の修正係数βnとを、ステップS4で求めたヒービング量Hに乗算することによりヒービング量の真値hnが算出されることになる。
【0034】
更に、次のステップS8においては、このヒービング量の真値hnと、ステップS3で計測された実測のローリング角度θdnとに基づき、観測装置3のジブ9の先端位置におけるヒービング量H’が算出され、変位したジブ9の先端におけるケーブル4の繰り出し位置と仮想の基準海面Lとの間の距離Anが算出される。
【0035】
そして、次のステップS9においては、ステップS8で算出されたケーブル4の繰り出し位置と仮想の基準海面Lとの間の距離Anを初期の距離A0に復帰させるようジブ9を俯仰作動させるための制御データが演算され、次のステップS10にて制御装置24から俯仰用油圧シリンダ10の油圧系を成す容量可変ポンプ25へ向けて制御信号26が出力されてジブ9の適切な俯仰作動が実行される。
【0036】
尚、ステップS3〜ステップS10までの制御手順は、ステップS11にて自動運転停止の釦操作が確認されない限り繰り返し行われ、これにより自動運転が継続されることになる。
【0037】
而して、以上に述べた如き過負荷防止装置を採用して制御装置24により自動運転を行うようにすれば、船体1が波浪により揺動しても、その揺動に対応して観測装置3の俯仰作動が能動的に制御され、該観測装置3の先端におけるケーブル4の繰り出し位置と仮想の基準海面Lとの間の距離A0が常に一定に保持されることになるので、地軸を基準としたケーブル4の繰り出し位置の座標点は殆ど不動なものとなり、観測装置3の先端から観測機器を吊り下げ支持しているケーブル4に大きな張力変動や強制振動が生じなくなって、該ケーブル4にかかる過負荷が確実に回避されることになる。
【0038】
従って、上記形態例によれば、地軸を基準としたケーブル4の繰り出し位置の座標点を殆ど不動なものとして、観測装置3のジブ9先端から観測機器を吊り下げ支持しているケーブル4に大きな張力変動や強制振動が生じることを未然に回避することができるので、ケーブル4にかかる過負荷を確実に回避し得て該ケーブル4の切断を防止することができる。
【0039】
尚、本発明の懸吊装置の過負荷防止方法及び装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、懸吊装置は、海中に観測機器を吊り下ろして観測を行うようにした観測装置とする以外に、洋上荷役又は海中や海底での布設工事などを担う舶用ジブクレーンとしても良いこと、また、ジブの先端位置に加速度計を設置したり、懸吊装置の固定ポスト位置に角度計を設置したりして更なる精度向上を図るようにすることも可能であること、また、索状体はケーブル以外にロープなどであっても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【0040】
【発明の効果】
上記した本発明の懸吊装置の過負荷防止方法及び装置によれば、地軸を基準とした索状体の繰り出し位置の座標点を殆ど不動なものとして、懸吊装置の先端から懸吊物を吊り下げ支持しているケーブルなどの索状体に大きな張力変動や強制振動が生じることを未然に回避することができるので、索状体にかかる過負荷を確実に回避し得て該索状体の切断を防止することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図2】本発明の形態例における船体の揺動についての説明図である。
【図3】図1の制御装置における自動運転に関する制御フローを示すブロック図である。
【図4】一般的な懸吊装置の一例を示す概略図である。
【図5】従来例を示す概略図である。
【図6】図4のケーブルに捩じれ現象が生じた状態を示す図である。
【符号の説明】
1 船体
2 甲板
3 観測装置(懸吊装置)
4 ケーブル(索状体)
9 ジブ
10 俯仰用油圧シリンダ
21 加速度計
22 加速度計
23 角度計
24 制御装置
25 容量可変ポンプ(油圧系)
Claims (2)
- 甲板上に設置されて船体の側方へ張り出し且つその先端から索状体を介し海中に懸吊物を吊り下ろして作業を行うようにした懸吊装置の過負荷防止方法であって、船体の揺動に対応して索状体の繰り出し位置と仮想の基準海面との間の距離が一定に保持されるように前記懸吊装置の俯仰作動を制御することを特徴とする懸吊装置の過負荷防止方法。
- 甲板上に設置されて船体の側方へ張り出し且つその先端から索状体を介し海中に懸吊物を吊り下ろして作業を行うようにした懸吊装置の過負荷防止装置であって、船体の適宜位置に取り付けられて当該取り付け位置の上下動の加速度を検出する加速度計と、船体のローリング角度を検出する角度計と、該角度計及び前記加速度計の検出値から船体のヒービング量を算出し且つ該ヒービング量及び前記角度計によるローリング角度に基づき懸吊装置の俯仰作動を担う油圧系を制御して前記索状体の繰り出し位置と仮想の基準海面との間の距離を一定に保持する制御装置とを備えたことを特徴とする懸吊装置の過負荷防止装置。
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