JP7419977B2

JP7419977B2 - 移動式クレーンの疲労損傷評価装置、疲労損傷評価プログラムおよび疲労損傷評価方法

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Publication number: JP7419977B2
Application number: JP2020097559A
Authority: JP
Inventors: 正裕石井
Original assignee: Tadano Ltd
Current assignee: Tadano Ltd
Priority date: 2020-06-04
Filing date: 2020-06-04
Publication date: 2024-01-23
Anticipated expiration: 2040-06-04
Also published as: JP2021187663A

Description

本発明は、移動式クレーンの疲労損傷評価装置、疲労損傷評価プログラムおよび疲労損傷評価方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、移動式クレーンの下部構造体の疲労損傷を評価するための装置、プログラムおよび方法に関する。

移動式クレーンの構成部材のメンテナンス時期の到来を作業量に基づき判断することがある。例えば、特許文献１には、ホイールクレーンの下部走行体の被害量を算出することが開示されている。港湾荷役を行なう場合、クレーン装置は約９０度の旋回範囲内での作業を繰り返す。そこで、上部旋回体の旋回中心周りに４つの旋回範囲を設け、旋回範囲毎に被害量を算出する。旋回範囲毎の被害量が均一になるように、オペレータがホイールクレーンの岸壁に対する向きを適宜変更する。そうすることで、下部走行体の特定箇所の部材が早期に疲労破壊することを抑制できる。

特開２０１３－１０７７６２号公報

移動式クレーンの場合、旋回台を支持する部材に生じる応力はブームの旋回角によって大きく変わる。しかし、従来技術では、ブームの旋回角を考慮して疲労損傷を評価することはなされておらず、評価精度が低かった。

本発明は上記事情に鑑み、移動式クレーンの構成部材の疲労損傷を精度よく評価できる疲労損傷評価装置、疲労損傷評価プログラムおよび疲労損傷評価方法を提供することを目的とする。

第１発明の疲労損傷評価装置は、評価対象部位を含む下部構造体と、該下部構造体に搭載された旋回台と、該旋回台に設けられたブームとを有する移動式クレーンの疲労損傷評価装置であって、前記ブームに作用する倒伏モーメントを測定するモーメント測定器と、前記ブームの旋回角を測定する旋回角測定器と、前記モーメント測定器および前記旋回角測定器の測定値が入力される演算装置と、を備え、前記演算装置は、吊荷の地切から着地までの一作業ごとに、前記倒伏モーメントおよび前記旋回角の測定値に基づき前記評価対象部位に生じる応力の変動幅の定格応力全振幅に対する比率である応力振幅比を求め、該応力振幅比から一作業疲労損傷値を求め、所定期間における前記一作業疲労損傷値を積算して、累積疲労損傷値を求めることを特徴とする。
第２発明の疲労損傷評価装置は、第１発明において、前記演算装置は、前記倒伏モーメントの測定値の定格値に対する比率である負荷率を求め、前記一作業の期間における前記旋回角の変化から前記評価対象部位に生じる応力の振幅率を求め、前記負荷率に前記振幅率を乗じて前記応力振幅比を求めることを特徴とする。
第３発明の疲労損傷評価装置は、第１または第２発明において、前記演算装置は、前記評価対象部位の使用開始時から現在までの前記累積疲労損傷値を求め、前記累積疲労損傷値が前記評価対象部位に対して定められた寿命閾値を超えたときに、前記評価対象部位の寿命が到来したと判断することを特徴とする。
第４発明の疲労損傷評価装置は、第１～第３発明のいずれかにおいて、前記評価対象部位は前記旋回台が搭載されたフレームの前方部分または後方部分であることを特徴とする。
第５発明の疲労損傷評価装置は、第１～第３発明のいずれかにおいて、前記評価対象部位は前記旋回台とフレームとの間に介在する旋回ベアリングを該フレームに固定するボルトであることを特徴とする。
第６発明の疲労損傷評価プログラムは、評価対象部位を含む下部構造体と、該下部構造体に搭載された旋回台と、該旋回台に設けられたブームとを有する移動式クレーンの疲労損傷評価をするようコンピュータを機能させるための疲労損傷評価プログラムであって、前記ブームに作用する倒伏モーメントおよび前記ブームの旋回角の測定値が入力され、吊荷の地切から着地までの一作業ごとに、前記倒伏モーメントおよび前記旋回角の測定値に基づき前記評価対象部位に生じる応力の変動幅の定格応力全振幅に対する比率である応力振幅比を求め、該応力振幅比から一作業疲労損傷値を求め、所定期間における前記一作業疲労損傷値を積算して、累積疲労損傷値を求めるよう、コンピュータを機能させることを特徴とする。
第７発明の疲労損傷評価プログラムは、第６発明において、前記倒伏モーメントの測定値の定格値に対する比率である負荷率を求め、前記一作業の期間における前記旋回角の変化から前記評価対象部位に生じる応力の振幅率を求め、前記負荷率に前記振幅率を乗じて前記応力振幅比を求めるよう、コンピュータを機能させることを特徴とする。
第８発明の疲労損傷評価プログラムは、第６または第７発明において、前記評価対象部位の使用開始時から現在までの前記累積疲労損傷値を求め、前記累積疲労損傷値が前記評価対象部位に対して定められた寿命閾値を超えたときに、前記評価対象部位の寿命が到来したと判断するよう、コンピュータを機能させることを特徴とする。
第９発明の疲労損傷評価方法は、評価対象部位を含む下部構造体と、該下部構造体に搭載された旋回台と、該旋回台に設けられたブームとを有する移動式クレーンの疲労損傷評価方法であって、前記ブームに作用する倒伏モーメントを測定し、前記ブームの旋回角を測定し、吊荷の地切から着地までの一作業ごとに、前記倒伏モーメントおよび前記旋回角の測定値に基づき前記評価対象部位に生じる応力の変動幅の定格応力全振幅に対する比率である応力振幅比を求め、該応力振幅比から一作業疲労損傷値を求め、所定期間における前記一作業疲労損傷値を積算して、累積疲労損傷値を求めることを特徴とする。
第１０発明の疲労損傷評価方法は、第９発明において、前記倒伏モーメントの測定値の定格値に対する比率である負荷率を求め、前記一作業の期間における前記旋回角の変化から前記評価対象部位に生じる応力の振幅率を求め、前記負荷率に前記振幅率を乗じて前記応力振幅比を求めることを特徴とする。
第１１発明の疲労損傷評価方法は、第９または第１０発明において、前記評価対象部位の使用開始時から現在までの前記累積疲労損傷値を求め、前記累積疲労損傷値が前記評価対象部位に対して定められた寿命閾値を超えたときに、前記評価対象部位の寿命が到来したと判断することを特徴とする。

第１および第２発明によれば、ブームの旋回角を考慮した応力振幅比に基づいて累積疲労損傷値を求めるため、評価対象部位の疲労損傷を精度よく評価できる。
第３発明によれば、評価対象部位の寿命が到来したことを検知できるので、適切な時期にメンテナンスを促すことができる。
第４発明によれば、フレームの前方部分または後方部分の疲労損傷を精度よく評価できる。
第５発明によれば、旋回ベアリングを固定するボルトの疲労損傷を精度よく評価できる。
第６および第７発明によれば、ブームの旋回角を考慮した応力振幅比に基づいて累積疲労損傷値を求めるため、評価対象部位の疲労損傷を精度よく評価できる。
第８発明によれば、評価対象部位の寿命が到来したことを検知できるので、適切な時期にメンテナンスを促すことができる。
第９および第１０発明によれば、ブームの旋回角を考慮した応力振幅比に基づいて累積疲労損傷値を求めるため、評価対象部位の疲労損傷を精度よく評価できる。
第１１発明によれば、評価対象部位の寿命が到来したことを検知できるので、適切な時期にメンテナンスを促すことができる。

積載形トラッククレーンの側面図である。アウトリガ装置の正面図である。アウトリガ装置の平面図である。旋回ベアリングの縦断面図である。第１実施形態に係る疲労損傷評価装置のブロック図である。疲労損傷評価の演算に用いられる座標系の説明図である。他の例における疲労損傷評価の演算に用いられる座標系の説明図である。第１実施形態における疲労損傷評価処理のフローチャートである。応力振幅比演算のフローチャートである。第２実施形態における疲労損傷評価処理のフローチャートである。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
〔第１実施形態〕
（移動式クレーン）
本発明の第１実施形態に係る疲労損傷評価装置は、移動式クレーンの疲労損傷を評価するのに用いられる。移動式クレーンの種類は特に限定されない。移動式クレーンとして、オールテレーンクレーン、ラフテレーンクレーン、トラッククレーン、積載形トラッククレーンなどが挙げられる。以下、積載形トラッククレーンの場合を例に説明する。

図１に示すように、積載形トラッククレーンＣＲは汎用トラック１０を有する。汎用トラック１０の前方部分には運転室１１が設けられており、後方部分には荷台１２が設けられている。汎用トラック１０の車両フレーム１３のうち、運転室１１と荷台１２との間の部分には、小型クレーン２０が搭載されている。

小型クレーン２０は車両フレーム１３上に固定されたフレーム２１を有する。フレーム２１には旋回台２２が旋回可能に設けられている。旋回台２２の上端部にはブーム２３が起伏可能に設けられている。旋回台２２にはウインチが内蔵されている。このウインチから延ばされたワイヤロープはブーム２３の先端部まで導かれている。ワイヤロープはブーム２３の先端部とフック２４とに設けられた滑車に掛け回されている。これにより、フック２４はブーム２３の先端部から吊り下げられている。フック２４には吊荷ＬＯが吊り下げられる。

小型クレーン２０は油圧回路により油圧駆動される。小型クレーン２０には油圧回路を操作する操作レバー群２５が設けられている。操作者は操作レバー群２５を用いて小型クレーン２０を操作できる。

小型クレーン２０は油圧回路を制御する制御装置２６を有する。制御装置２６はＣＰＵ、メモリなどで構成されたコンピュータである。制御装置２６からの制御信号に基づいて油圧回路が動作する。これにより、制御装置２６は小型クレーン２０の動作を制御する。

小型クレーン２０は制御装置２６と双方向に通信可能な遠隔操作端末を有してもよい。遠隔操作端末は、いわゆるラジコン送信機をはじめとする無線操作端末でもよいし、有線操作端末でもよい。操作者は遠隔操作端末を用いて小型クレーン２０を操作できる。

小型クレーン２０はアウトリガ装置３０を有する。図２に示すように、フレーム２１は水平に配置された筒部を有する。筒部は断面が略矩形の筒形の部材であり、両端が開口している。筒部の両端の開口部には、それぞれ、アウトリガ内箱３１が挿入されている。アウトリガ内箱３１は断面が略矩形の梁部材である。アウトリガ内箱３１の先端部にはアウトリガジャッキ３２が設けられている。アウトリガジャッキ３２は油圧シリンダで構成される。アウトリガジャッキ３２は積載形トラッククレーンＣＲの左右両側に配置される。

クレーン作業を行なう際にはアウトリガ装置３０を張り出す。アウトリガ装置３０を張り出すには、アウトリガ内箱３１を筒部から引き出し、アウトリガジャッキ３２を伸長してフロート３３を地面に接触させる。アウトリガジャッキ３２を接地すると、積載形トラッククレーンＣＲの重量の一部がアウトリガ装置３０にかかる。これにより積載形トラッククレーンＣＲが支持される。クレーン作業の終了後はアウトリガ装置３０を格納する。アウトリガ装置３０を格納するには、アウトリガジャッキ３２を収縮して、アウトリガ内箱３１を筒部に引き込む。

図４に示すように、フレーム２１と旋回台２２と間には旋回ベアリング２７が介在している。旋回ベアリング２７は、外輪２７ａと、外輪２７ａの内側に嵌め込まれた内輪２７ｂとを有する。外輪２７ａと内輪２７ｂとの間には複数のベアリングボールが介在しており、外輪２７ａは内輪２７ｂに対して旋回可能となっている。

外輪２７ａには複数のボルトにより旋回台２２が固定されている。また、内輪２７ｂはボルト２７ｃによりフレーム２１の天板２１ａに固定されている。ボルト２７ｃは内輪２７ｂの周方向に沿って複数設けられている。旋回ベアリング２７により、旋回台２２はフレーム２１に対して旋回可能となっている。

旋回ベアリング２７には駆動装置２８が設けられている。駆動装置２８は油圧モータ２８ａを有する。油圧モータ２８ａの回転軸は減速機２８ｂを介してピニオンギヤ２８ｃに連結している。外輪２７ａの外周面にはギヤが形成されている。外輪２７ａのギヤとピニオンギヤ２８ｃとが噛み合わされている。油圧モータ２８ａが駆動すると、ピニオンギヤ２８ｃが回転し、外輪２７ａが内輪２７ｂに対して旋回する。これにより、旋回台２２が旋回する。

なお、旋回ベアリング２７の外輪２７ａをフレーム２１に固定し、内輪２７ｂを旋回台２２に固定してもよい。この場合、内輪２７ｂの内周面に形成したギヤにピニオンギヤ２８ｃを噛み合わせれば、油圧モータ２８ａの駆動により旋回台２２を旋回させることができる。

特許請求の範囲に記載の「フレーム」は旋回台が搭載される部位であればよく、積載形トラッククレーンＣＲのフレーム２１に限定されない。例えば、オールテレーンクレーン、ラフテレーンクレーン、トラッククレーンなどの下部走行体のフレームも特許請求の範囲に記載の「フレーム」に相当する。

特許請求の範囲に記載の「下部構造体」は、旋回台が搭載される構造体であればよい。本実施形態の場合、フレーム２１のほか、アウトリガ装置３０も下部構造体の一部である。オールテレーンクレーン、ラフテレーンクレーン、トラッククレーンなどの下部走行体も特許請求の範囲に記載の「下部構造体」に相当する。

特許請求の範囲に記載の「旋回台」は、本実施形態の旋回台２２に限定されない。旋回台には運転席などが設けられてもよい。

（疲労損傷評価装置）
つぎに、本実施形態の疲労損傷評価装置の構成を説明する。
図５に示すように、疲労損傷評価装置ＡＡは演算装置４０を有する。演算装置４０はＣＰＵ、メモリなどで構成されたコンピュータである。コンピュータに疲労損傷評価プログラムをインストールすることで、演算装置４０としての機能が実現される。疲労損傷評価プログラムはコンピュータで読み取り可能な各種の記憶媒体に記憶することができる。演算装置４０を小型クレーン２０の油圧回路を制御する制御装置２６の一機能として実現してもよい。また、演算装置４０と制御装置２６とを別の装置としてもよい。

疲労損傷評価装置ＡＡはブーム２３に作用する倒伏モーメントＭを測定するモーメント測定器４１を有する。倒伏モーメントＭは吊荷ＬＯの荷重およびブーム２３の自重により生じる。モーメント測定器４１の構成は特に限定されないが、ブーム２３を起伏させる油圧シリンダ内の油圧を圧力センサで測定する構成が挙げられる。また、フック２４を吊り下げるワイヤロープの張力から吊荷ＬＯの荷重Ｗを求める荷重測定器、ブーム２３の長さＬを測定する長さ測定器およびブーム２３の起伏角φを測定する起伏角測定器からモーメント測定器４１を構成してもよい。吊荷ＬＯの荷重Ｗ、ブーム２３の長さＬおよび起伏角φから倒伏モーメントＭを求めることができる。

疲労損傷評価装置ＡＡはブーム２３の旋回角Θを測定する旋回角測定器４２を有する。旋回角測定器４２の構成は特に限定されないが、フレーム２１または旋回台２２に設けた複数の近接スイッチによりブーム２３の旋回角Θを離散的に検知する構成が挙げられる。また、旋回台２２の回転角をポテンショメータで読み取る構成が挙げられる。

演算装置４０にはモーメント測定器４１および旋回角測定器４２の測定値Ｍ、Θが入力されている。演算装置４０は倒伏モーメントＭおよび旋回角Θに基づいて、疲労損傷評価を行なう。

（疲労損傷評価方法）
つぎに、疲労損傷評価方法を説明する。
疲労損傷評価装置ＡＡは移動式クレーンの下部構造体に含まれる特定部位の疲労損傷を評価する。以下、疲労損傷を評価する対象の部位を「評価対象部位Ｐ」と称する。評価対象部位Ｐは下部構造体に含まれる部位であれば特に限定されないが、ブームを用いた作業により応力が変化する部位が好適に選択される。例えば、積載形トラッククレーンＣＲの場合、フレーム２１の前方部分、後方部分、旋回ベアリング２７をフレーム２１に固定するボルト２７ｃなどが評価対象部位Ｐとなる。

フレーム２１の前方部分とは、例えば、図３に示すＰ１の部分である。フレーム２１は旋回台２２を支持する部材である。そのため、ブーム２３に作用する倒伏モーメントＭにより前方部分Ｐ１に負荷が生じる。例えば、ブーム２３が前方に旋回すると前方部分Ｐ１に圧縮応力が発生する。ブーム２３が後方に旋回すると前方部分Ｐ１に引張応力が発生する。なお、前方部分Ｐ１の位置によっては、これと逆の場合もある。

フレーム２１の後方部分Ｐ２にもブーム２３に作用する倒伏モーメントＭにより負荷が生じる。例えば、ブーム２３が前方に旋回すると後方部分Ｐ２に引張応力が発生する。ブーム２３が後方に旋回すると後方部分Ｐ２に圧縮応力が発生する。なお、後方部分Ｐ２の位置によっては、これと逆の場合もある。

図４に示すように、旋回ベアリング２７をフレーム２１に固定する複数のボルト２７ｃのうち選択されたものを評価対象部位Ｐ３とすることもできる。ボルトＰ３には締結により生じる引張応力が生じている。ブーム２３がボルトＰ３の位置とは逆側に旋回すると、ボルトＰ３に生じる引張応力は大きくなる。ブーム２３がボルトＰ３の位置に旋回すると、ボルトＰ３に生じる引張応力は小さくなる。

図６に示すように、評価対象部位Ｐの水平面内での位置を基準として、疲労損傷評価の演算に用いられる座標系を定義する。ブーム２３の旋回中心をＯとする。ブーム２３の旋回中心Ｏと評価対象部位Ｐとを通る水平線を基準線ＢＬとする。ブーム２３の旋回中心Ｏを通り基準線ＢＬと直行する水平線を分画線ＤＬとする。分画線ＤＬより評価対象部位Ｐ側の領域を前方領域ＦＡとする。分画線ＤＬより評価対象部位Ｐとは反対側の領域を後方領域ＲＡとする。

この座標系におけるブーム２３の旋回角をθとする。ブーム２３の旋回中心Ｏを基準として評価対象部位Ｐの方向を「真正面」という。ブーム２３の旋回中心Ｏを基準として評価対象部位Ｐとは逆方向を「真後ろ」という。旋回角θはブーム２３が真正面に向いたときを０°とする。

なお、図６は評価対象部位Ｐがフレーム２１の前方部分である場合の座標系を示している。この座標系における前後は積載形トラッククレーンＣＲを基準とした前後と一致する。しかし、疲労損傷評価の演算に用いられる座標系における前後と移動式クレーンの前後とは必ずしも一致しない。

例えば、旋回ベアリング２７のボルト２７ｃは旋回中心Ｏの周りに複数設けられている。いずれのボルト２７ｃを評価対象とするかにより座標系が変わる。図７に示すように、位置Ｐ３に配置されたボルト２７ｃを評価対象部位とした場合、疲労損傷評価の演算に用いられる座標系における前後と積載形トラッククレーンＣＲの前後とは一致しなくなる。

一般に、旋回角測定器４２で測定される旋回角Θはブーム２３が積載形トラッククレーンＣＲの真正面に向いたときを０°としている。そのため、疲労損傷評価の演算に用いられる座標系における旋回角θと旋回角測定器４２で測定される旋回角Θとは必ずしも一致しない。そこで、演算装置４０は座標系と移動式クレーンの向きとの関係に基づき、旋回角測定器４２で測定された旋回角Θを座標系における旋回角θに変換する。

図８に示すように、演算装置４０は、概略すると、以下の手順で評価対象部位Ｐの疲労損傷評価を行なう。
ステップＳ１：一作業ごとに評価対象部位に生じる応力の応力振幅比を求める。
ステップＳ２：一作業ごとに応力振幅比から一作業疲労損傷値を求める。
ステップＳ３：一作業疲労損傷値を積算して累積疲労損傷値を求める。

ここで、「一作業」とは吊荷ＬＯの地切から着地までのクレーン作業を意味する。吊荷ＬＯの地切とは、フック２４に玉掛けされた吊荷ＬＯが地面、荷台などに置かれた状態から浮き上がることを意味する。吊荷ＬＯの着地とは、フック２４に吊り下げられた吊荷ＬＯが地面、荷台などに置かれることを意味する。したがって、一作業は一の吊荷ＬＯの荷重がブーム２３にかかっている間の作業といえる。

一作業の開始時には、ブーム２３は無負荷状態から吊荷ＬＯの荷重がかかった状態となる。また、一作業の終了時には、ブーム２３は吊荷ＬＯの荷重がかかった状態から無負荷状態となる。したがって、一作業の期間は、モーメント測定器４１で測定された倒伏モーメントＭの変化により判断できる。

以下、ステップＳ１～Ｓ３の各処理を詳説する。

（ステップＳ１）演算装置４０は、まず、一作業ごとに評価対象部位Ｐに生じる応力の応力振幅比ｒ_iを求める。ここで、「応力振幅比ｒ_i」とは、式（１）に示すように、評価対象部位Ｐに生じる応力の変動幅Δσ_iの定格応力全振幅σ_ppに対する比率である。「定格応力全振幅σ_pp」とは、ブーム２３に定格モーメントが作用している条件下でブーム２３を３６０°旋回したときに評価対象部位Ｐに生じる応力の全振幅（ピーク・トゥー・ピーク）である。

ここで、ｒ_iはｉ番目作業における応力振幅比、Δσ_iはｉ番目作業における評価対象部位Ｐに生じる応力の変動幅、σ_ppは定格応力全振幅を意味する。

応力振幅比ｒ_iはブーム２３に作用する倒伏モーメントＭおよびブーム２３の旋回角θの測定値に基づいて求めることができる。応力振幅比ｒ_iは、例えば、図９に示されるステップＳ１１～Ｓ１３により求められる。

（ステップＳ１１）演算装置４０は、まず、ブーム２３の負荷率ｆ_iを求める。式（２）に示すように、負荷率ｆ_iは倒伏モーメントの測定値Ｍ_iの定格値Ｍ_ｃに対する比率である。ここで、定格モーメントＭ_ｃは、ブーム２３に作用しうる倒伏モーメントＭの最大値である。一般に、定格モーメントＭ_ｃは、定格荷重の吊荷ＬＯを吊り下げたときブーム２３に生じる倒伏モーメントＭである。

ここで、ｆ_iはｉ番目作業における負荷率、Ｍ_iはｉ番目作業における倒伏モーメント、Ｍ_ｃは定格モーメントを意味する。

負荷率ｆ_iはブーム２３にかかる負荷の最大値に対する実負荷の比率を意味する。ブーム２３にかかる負荷の最大値は、ブーム２３に定格モーメントＭ_ｃが作用しているときにかかる負荷である。したがって、式（２）により負荷率ｆ_iが求まる。

（ステップＳ１２）つぎに、演算装置４０は、一作業の期間における旋回角θの変化から評価対象部位Ｐに生じる応力の振幅率ａ_iを求める。振幅率ａ_iは、ブーム２３が前方領域ＦＡおよび後方領域ＲＡの両方で旋回したか、一方で旋回したかにより具体的な計算方法が異なる。以下、それぞれの場合について、振幅率ａ_iの計算方法を順に説明する。

ケースＡ：ブームが前方領域および後方領域の両方で旋回した場合
一作業の期間においてブーム２３が前方領域ＦＡおよび後方領域ＲＡの両方に渡って旋回した場合、式（３）に基づいて、振幅率ａ_iを求めることができる。

ここで、ａ_iはｉ番目作業における振幅率、θ(t)はｉ番目作業の期間中の時刻ｔにおける旋回角、max{cosθ(t)}はcosθ(t)の最大値、min{cosθ(t)}はcosθ(t)の最小値、σ_fはブーム２３が真正面に向いたときに評価対象部位Ｐに生じる定格応力（定格圧縮応力または定格引張応力）の絶対値、σ_rはブーム２３が真後ろに向いたときに評価対象部位Ｐに生じる定格応力（定格引張応力または定格圧縮応力）の絶対値を意味する。

評価対象部位Ｐがフレーム２１の前方部分などの場合、図３においては（評価対象部位Ｐがフレーム２１の前方部分Ｐ１の場合には、図３の左側が前方領域ＦＡであり、右側が後方領域ＲＡである。）、ブーム２３の先端部が前方領域ＦＡにあると評価対象部位Ｐ１に圧縮応力が生じる。また、ブーム２３の先端部が後方領域ＲＡにあると評価対象部位Ｐ１に引張応力が生じる。なお、部位によってはその逆のこともある。

評価対象部位Ｐに生じうる圧縮応力の最大値を「定格圧縮応力」という。定格圧縮応力はブーム２３に定格モーメントＭ_ｃが作用している条件下でブーム２３を３６０°旋回したときに評価対象部位Ｐに生じる圧縮応力の最大値である。評価対象部位Ｐに生じうる引張応力の最大値を「定格引張応力」という。定格引張応力はブーム２３に定格モーメントＭ_ｃが作用している条件下でブーム２３を３６０°旋回したときに評価対象部位Ｐに生じる引張応力の最大値である。

ケースＢ：ブームが前方領域で旋回した場合
一作業の開始時および終了時はブーム２３に吊荷ＬＯの荷重がかからない。ブーム２３にかかる負荷は無負荷状態から吊荷ＬＯの荷重がかかった負荷状態に変化する。そのため、評価対象部位Ｐに生じる応力の振幅率ａ_iを求めるには、無負荷状態からの応力の変化を考慮する必要がある。そのため、ケースＢでは、つぎのように振幅率ａ_iを求める。

一作業の期間においてブーム２３が前方領域ＦＡのみで旋回した場合、式（４）に基づいて、振幅率ａ_iを求めることができる。

ケースＣ：ブームが後方領域で旋回した場合
ブームが後方領域で旋回した場合にも、無負荷状態からの応力の変化を考慮する必要がある。そのため、ケースＣでは、つぎのように振幅率ａ_iを求める。

一作業の期間においてブーム２３が後方領域ＲＡのみで旋回した場合、式（５）に基づいて、振幅率ａ_iを求めることができる。

式（３）～（５）は、評価対象部位Ｐの定格圧縮応力と定格引張応力の絶対値が異なることをも想定している。例えば、評価対象部位Ｐがフレーム２１の前方部分、後方部分などの場合、定格圧縮応力と定格引張応力の絶対値が異なる場合がある。また、旋回ベアリング２７のボルト２７ｃには、ブーム２３に作用する倒伏モーメントＭに起因する引張応力が生じるが、圧縮応力は生じない。

このように、評価対象部位Ｐによっては、定格圧縮応力と定格引張応力の絶対値が異なることがある。すなわち、ブーム２３を真正面に向けたときの圧縮応力（または引張応力）と、ブーム２３を真後ろに向けたときの引張応力（または圧縮応力）とで、絶対値が異なることがある。

なお、評価対象部位Ｐに生じる応力の変動には、いわゆる両振りと片振りとがある。両振りとは、ブーム２３を旋回させると、評価対象部位Ｐに圧縮応力と引張応力とが交互に生じることをいう。片振りの場合、評価対象部位Ｐに生じる応力は圧縮応力および引張応力のいずれかである。ブーム２３を旋回させると、評価対象部位Ｐに応力が生じた状態と、その応力が開放された状態とが交互に生じる。例えば、旋回ベアリング２７のボルト２７ｃには、引張応力が生じるが圧縮応力は生じない。このような片振りの場合、式（３）、（４）、（５）において、σ_fおよびσ_rのいずれかが０に設定される。

また、評価対象部位Ｐによっては、定格圧縮応力と定格引張応力の絶対値が同一になることがある。すなわち、ブーム２３を真正面に向けたときの圧縮応力（または引張応力）と、ブーム２３を真後ろに向けたときの引張応力（または圧縮応力）とで、絶対値が同一になることがある。つまり、σ_f＝σ_rという条件になる。

以下に示すとおり、式（３）においてσ_f＝σ_rとすると式（６）が導かれる。

また、以下に示すとおり、σ_f＝σ_rとすると、式（４）から式（７）が導かれ、式（５）から式（８）が導かれる。

（ステップＳ１３）図９に戻り説明する。演算装置４０は、式（９）に示すように、負荷率ｆ_iに振幅率ａ_iを乗じて応力振幅比ｒ_iを求める。

なお、定格応力全振幅はσ_ppである。したがって、負荷率ｆ_i（ブーム２３に倒伏モーメントＭ_iが作用している）条件下でブーム２３を３６０°旋回したときに評価対象部位Ｐに生じる応力の全振幅はｆ_iσ_ppである。振幅率をａ_iとすると応力変動幅Δσ_iは式（１０）で表される。

以下に示すとおり、式（１）のΔσ_iに式（１０）を代入すると、式（９）が得られる。すなわち、式（１）と式（９）は同義である。

以上のステップＳ１１～Ｓ１３で説明した方法は、一作業の期間においてブーム２３に作用する倒伏モーメントＭ_iが変化しないことを前提としている。しかし、ブーム２３の作業半径が変化すると倒伏モーメントＭ_iは増減する。そこで、一作業の期間における倒伏モーメントＭ_iの時間変化も考慮して応力振幅比ｒ_iを求めてもよい。

（ステップＳ２）図８に戻り説明する。演算装置４０は応力振幅比ｒ_iから一作業疲労損傷値ｄ_iを求める。一作業疲労損傷値は、例えば、式（１１）に基づいて求められる。

ここで、ｄ_iはｉ番目作業における一作業疲労損傷値、αは所定の定数を意味する。

ＪＩＳＢ８８２２－１：２００１には、クレーンの荷重スペクトル係数Ｋ_ｐを求めるにあたり、クレーンの使用中における個々の荷重の大きさ（荷重レベル）Ｐ_iをクレーンが取り扱うと予想される最大荷重（定格荷重）Ｐ_maxで除した値（Ｐ_i／Ｐ_max）を３乗した値を用いることが記載されている。これに倣うならば、α＝３とすればよい。ただし、試験結果、安全率などを考慮して、αを他の値に設定してもよい。

（ステップＳ３）つぎに、演算装置４０は、式（１２）に示すように、所定期間における一作業疲労損傷値ｄ_iを積算して累積疲労損傷値Ｄを求める。すなわち、ｍ番目の一作業からｎ番目の一作業まで、一作業ごとに求めた一作業疲労損傷値ｄ_iを積算して累積疲労損傷値Ｄを求める。

一作業疲労損傷値ｄ_iを積算する期間（開始時および終了時）は任意に定めることができる。例えば、積算期間を１時間、１日、１月または１年と定めることができる。演算装置４０は一作業ごとにステップＳ１～Ｓ３までの処理を行ない、これを積算期間の間繰り返し行なう。これにより、積算期間において評価対象部位Ｐに蓄積された累積疲労損傷値Ｄを求めることができる。

求められた累積疲労損傷値Ｄは、画面表示してもよいし、データとして他のデバイスに転送できるようにしてもよい。

本実施形態によれば、ブームの旋回角θを考慮した応力振幅比ｒ_iに基づいて累積疲労損傷値Ｄを求めるため、評価対象部位Ｐの疲労損傷を精度よく評価できる。評価対象部位Ｐとしてフレームの前方部分または後方部分を選択すれば、フレームの前方部分または後方部分の疲労損傷を精度よく評価できる。評価対象部位Ｐとしてアウトリガ外箱の先端部を選択すれば、アウトリガ外箱の疲労損傷を精度よく評価できる。評価対象部位Ｐとして旋回ベアリングをフレームに固定するボルトを選択すれば、そのボルトの疲労損傷を精度よく評価できる。

〔第２実施形態〕
つぎに、本発明の第２実施形態に係る疲労損傷評価装置ＡＡを説明する。
移動式クレーンを構成する各種部材は、使用するにしたがい疲労損傷が蓄積され、ひいては破損に至る。部材が破損する前に寿命の到来を検知できれば、補修、交換などのメンテナンスを行なうことができる。本実施形態の疲労損傷評価装置ＡＡは評価対象部位Ｐの寿命の到来を検知するものである。

図１０に示すように、演算装置４０は応力振幅比の演算（ステップＳ１）、一作業疲労損傷値の演算（ステップＳ２）および累積疲労損傷値の演算（ステップＳ３）を行なう。これらは第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

本実施形態において、演算装置４０は、評価対象部位Ｐの使用開始時から現在までの累積疲労損傷値Ｄを求める。すなわち、演算装置４０は一作業ごとにステップＳ１～Ｓ３までの処理を行ない、これを評価対象部位Ｐの使用開始時から現在まで繰り返し行なう。

そして、累積疲労損傷値Ｄを求める度（新たな一作業疲労損傷値ｄ_iを加算する度）に、累積疲労損傷値Ｄと寿命閾値Ｔとを比較する（ステップＳ４）。寿命閾値Ｔは評価対象部位Ｐに対して予め定められた値である。寿命閾値Ｔは試験などにより定められる。累積疲労損傷値Ｄが寿命閾値Ｔを超えない場合、処理はステップＳ１に戻る。

累積疲労損傷値Ｄが寿命閾値Ｔを超える場合、演算装置４０は評価対象部位Ｐの寿命が到来したと判断する。この場合、演算装置４０は警報を発して、寿命の到来をユーザに通知する（ステップＳ５）。警報の手段は特に限定されないが、インジケータランプの点灯、画面表示、音声などが挙げられる。

本実施形態によれば、評価対象部位Ｐの寿命が到来したことを検知できるので、移動式クレーンの使用状態に応じて、適切な時期にメンテナンスを促すことができる。そのため、ユーザは移動式クレーンの品質維持に効果的なメンテナンスが可能となる。

ＣＲ積載形トラッククレーン
１０汎用トラック
２０小型クレーン
２１フレーム
２２旋回台
２３ブーム
２７旋回ベアリング
３０アウトリガ装置
３１アウトリガ内箱
３２アウトリガジャッキ
ＡＡ疲労損傷評価装置
４０演算装置
４１モーメント測定器
４２旋回角測定器

Claims

評価対象部位を含む下部構造体と、該下部構造体に搭載された旋回台と、該旋回台に設けられたブームとを有する移動式クレーンの疲労損傷評価装置であって、
前記ブームに作用する倒伏モーメントを測定するモーメント測定器と、
前記ブームの旋回角を測定する旋回角測定器と、
前記モーメント測定器および前記旋回角測定器の測定値が入力される演算装置と、を備え、
前記演算装置は、
吊荷の地切から着地までの一作業ごとに、前記倒伏モーメントおよび前記旋回角の測定値に基づき前記評価対象部位に生じる応力の変動幅の定格応力全振幅に対する比率である応力振幅比を求め、該応力振幅比から一作業疲労損傷値を求め、
所定期間における前記一作業疲労損傷値を積算して、累積疲労損傷値を求める
ことを特徴とする疲労損傷評価装置。
前記演算装置は、
前記倒伏モーメントの測定値の定格値に対する比率である負荷率を求め、
前記一作業の期間における前記旋回角の変化から前記評価対象部位に生じる応力の振幅率を求め、
前記負荷率に前記振幅率を乗じて前記応力振幅比を求める
ことを特徴とする請求項１記載の疲労損傷評価装置。
前記演算装置は、
前記評価対象部位の使用開始時から現在までの前記累積疲労損傷値を求め、
前記累積疲労損傷値が前記評価対象部位に対して定められた寿命閾値を超えたときに、前記評価対象部位の寿命が到来したと判断する
ことを特徴とする請求項１または２記載の疲労損傷評価装置。
前記評価対象部位は前記旋回台が搭載されたフレームの前方部分または後方部分である
ことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の疲労損傷評価装置。
前記評価対象部位は前記旋回台とフレームとの間に介在する旋回ベアリングを該フレームに固定するボルトである
ことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の疲労損傷評価装置。
評価対象部位を含む下部構造体と、該下部構造体に搭載された旋回台と、該旋回台に設けられたブームとを有する移動式クレーンの疲労損傷評価をするようコンピュータを機能させるための疲労損傷評価プログラムであって、
前記ブームに作用する倒伏モーメントおよび前記ブームの旋回角の測定値が入力され、
吊荷の地切から着地までの一作業ごとに、前記倒伏モーメントおよび前記旋回角の測定値に基づき前記評価対象部位に生じる応力の変動幅の定格応力全振幅に対する比率である応力振幅比を求め、該応力振幅比から一作業疲労損傷値を求め、
所定期間における前記一作業疲労損傷値を積算して、累積疲労損傷値を求めるよう、コンピュータを機能させる
ことを特徴とする疲労損傷評価プログラム。
前記倒伏モーメントの測定値の定格値に対する比率である負荷率を求め、
前記一作業の期間における前記旋回角の変化から前記評価対象部位に生じる応力の振幅率を求め、
前記負荷率に前記振幅率を乗じて前記応力振幅比を求めるよう、コンピュータを機能させる
ことを特徴とする請求項６記載の疲労損傷評価プログラム。
前記評価対象部位の使用開始時から現在までの前記累積疲労損傷値を求め、
前記累積疲労損傷値が前記評価対象部位に対して定められた寿命閾値を超えたときに、前記評価対象部位の寿命が到来したと判断するよう、コンピュータを機能させる
ことを特徴とする請求項６または７記載の疲労損傷評価プログラム。
評価対象部位を含む下部構造体と、該下部構造体に搭載された旋回台と、該旋回台に設けられたブームとを有する移動式クレーンの疲労損傷評価方法であって、
前記ブームに作用する倒伏モーメントを測定し、
前記ブームの旋回角を測定し、
吊荷の地切から着地までの一作業ごとに、前記倒伏モーメントおよび前記旋回角の測定値に基づき前記評価対象部位に生じる応力の変動幅の定格応力全振幅に対する比率である応力振幅比を求め、該応力振幅比から一作業疲労損傷値を求め、
所定期間における前記一作業疲労損傷値を積算して、累積疲労損傷値を求める
ことを特徴とする疲労損傷評価方法。
前記倒伏モーメントの測定値の定格値に対する比率である負荷率を求め、
前記一作業の期間における前記旋回角の変化から前記評価対象部位に生じる応力の振幅率を求め、
前記負荷率に前記振幅率を乗じて前記応力振幅比を求める
ことを特徴とする請求項９記載の疲労損傷評価方法。
前記評価対象部位の使用開始時から現在までの前記累積疲労損傷値を求め、
前記累積疲労損傷値が前記評価対象部位に対して定められた寿命閾値を超えたときに、前記評価対象部位の寿命が到来したと判断する
ことを特徴とする請求項９または１０記載の疲労損傷評価方法。