JP2004131205A

JP2004131205A - 吊り荷の振れ止め制御方法

Info

Publication number: JP2004131205A
Application number: JP2002295168A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Yasuma; 安間　孝之
Original assignee: IHI Corp; Ishikawajima Transport Machinery Co Ltd
Current assignee: IHI Corp; IHI Transport Machinery Co Ltd
Priority date: 2002-10-08
Filing date: 2002-10-08
Publication date: 2004-04-30
Anticipated expiration: 2022-10-08
Also published as: JP4155785B2

Abstract

【課題】簡略な装置構成にてクレーンの加速及び減速時に吊り荷が振れないようにし、これによって簡略な振れ止めを可能にする。
【解決手段】クレーン１の加速時は線形加速させ、走行開始点を死点Ｒ_０とする振り子が最下点Ｒ_１まで移動するときの下向き変位距離Δｈ_１と、振り子の１／４周期とを予め求めておき、クレーン１の停止時は線形減速させ、減速開始点を最下点とする振り子が死点まで移動するときの上向き変位距離と、振り子の１／４周期とを予め求めておき、クレーン１の加速時には、線形加速時間ｔを振り子の１／４周期の時間Ｔ／４に一致させ且つ振り子の１／４周期の時間Ｔ／４内で下向き変位距離Δｈ_１だけ吊り荷５を巻き下げ、クレーン１の停止時には、線形減速時間を振り子の１／４周期の時間に一致させ且つ振り子の１／４周期の時間内で上向き変位距離だけ吊り荷５を巻き上げる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は吊り荷の振れ止め制御方法に関し、更に詳しくは簡単な装置構成にてクレーンの吊り荷の振れを効果的に低減できるようにした吊り荷の振れ止め制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、横行トロリにより吊り荷を吊り上げて走行する形式のクレーンを示しており、クレーン１は、走行モータＭ１により駆動される走行車輪２によりレール３に沿って走行するようになっており、クレーン１には、巻上げモータＭ２により駆動されてロープ４を介し吊り荷５を吊り上げ下げするためのウインチドラム６が設けられている。
【０００３】
図７のクレーン１が吊り荷５を吊り下げた状態で矢印方向に走行を開始すると、吊り荷５は慣性によって破線で示すように後方に遅れ、このために吊り荷５は振れを発生する。また、所定の速度で走行しているクレーン１を減速させて停止する場合には、吊り荷５は慣性により二点鎖線で示すように前方に進み、このために吊り荷５は振れを発生する。この振れは、吊り荷５に慣性による重力バネが作用したために起こるものであり、こうした吊り荷５の振れはクレーン１の荷役作業における作業性や安全性を損なう要因となっている。
【０００４】
このような吊り荷の振れを止めるために、従来より種々の方法が提案されている。例えば、クレーンの速度を段階的に加速或いは減速して吊り荷の振れ幅を緩和する方法、吊り荷の振れを検出しその振れを低減するようにクレーンの加速或いは減速を制御する方法、吊り荷の吊り下げ荷重に一定値以上の重力バネが作用したときにその重力バネをなくすように加速或いは減速を制御する方法等がある。そして、上記した吊り荷の振れ止めは、いずれもフィードバック制御によって行われている。
【０００５】
このようなフィードバック制御による振れ止め方法は、特殊なセンサー類を必要とするために設備が高価になる問題があると共に、センサー類の検出精度が振れ止め効果に大きく影響するという問題がある。
【０００６】
このため、近年では、吊り荷の振れ周期の一周期に同期してクレーンを停止状態から起動して所定速度まで定加速度で加速し、また、吊り荷の振れ周期の一周期でクレーンを移動状態から所定速度まで定減速するようにして、フィードフォワードで吊り荷の振れを防止するようにした方法が提案されている（例えば特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−０９５４７７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に示された振れ止め方法は、クレーンの加速及び減速時に吊り荷が振れることを前提として制御するようにしたものである。しかし、このように振れが一旦生じてしまうと、振れの周期の一周期に同期してクレーンを加速或いは減速させるようにしても振れを確実に防止させることは難しいという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記したような従来の技術に存在する問題点に着目してなしたものであり、その目的とするところは、簡略な装置構成にてクレーンの加速及び減速時に吊り荷が振れないようにし、これによって簡略な振れ止めを可能にした吊り荷の振れ止め制御方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、クレーンの加速時はクレーンを設定した走行速度まで線形加速させるようにし、走行開始点を死点とする振り子が最下点まで移動するときの下向き変位距離と、該振り子の１／４周期とを予め演算して求めておき、一方、走行中のクレーンの停止時は走行速度から停止点まで線形減速させるようにし、減速開始点を最下点とする振り子が死点まで移動するときの上向き変位距離と、該振り子の１／４周期とを予め演算して求めておき、クレーンの加速時には、クレーンの線形加速時間を前記振り子の１／４周期の時間に一致させ且つ振り子の１／４周期の時間内で前記下向き変位距離だけ吊り荷を巻き下げ、一方、クレーンの停止時には、クレーンの線形減速時間を前記振り子の１／４周期の時間に一致させ且つ振り子の１／４周期の時間内で前記上向き変位距離だけ吊り荷を巻き上げることを特徴とする吊り荷の振れ止め制御方法、に係るものである。
【００１１】
請求項２記載の発明は、クレーンの走行速度を予め設定しておき、クレーンの加速時はクレーンを走行速度まで線形加速させるようにし、一方、クレーンの停止時はクレーンを走行速度から停止点まで線形減速させるようにし、前記線形加速と線形減速を吊り荷の振れの１／４周期の時間内で完了させることを特徴とする吊り荷の振れ止め制御方法、に係るものである。
【００１２】
上記手段によれば、以下のように作用する。
【００１３】
請求項１記載の発明では、クレーンの加速時には、クレーンの線形加速時間を振り子の１／４周期の時間に一致させ且つ振り子の１／４周期の時間内で下向き変位距離だけ吊り荷を巻き下げることによって吊り荷の重力バネを相殺し、一方、クレーンの停止時には、クレーンの線形減速時間を振り子の１／４周期の時間に一致させ且つ振り子の１／４周期の時間内で上向き変位距離だけ吊り荷を巻き上げることによって吊り荷の重力バネを相殺するようにしたので、クレーンの加速時と停止時に吊り荷が揺れないようにすることができる。従って、フィードフォワード制御により簡単な装置構成にて効果的な吊り荷の振れ止めが可能になる。
【００１４】
請求項２記載の発明では、クレーンの走行速度を予め設定しておき、クレーンの加速時はクレーンを走行速度まで線形加速させるようにし、一方、クレーンの停止時はクレーンを走行速度から停止点まで線形減速させるようにし、前記線形加速と線形減速を吊り荷の振れの１／４周期の時間内で完了させるようにしているので、更に簡便な方法によって吊り荷の振れ止めが行えるようになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１、図２は本発明の吊り荷の振れ止め制御方法を横行トロリに適用した場合の形態例を示したもので、図１はクレーンの加速時の作動を表わす説明図、図２はクレーンの停止時の作動を表わす説明図であり、図中、図７と同一の部分には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００１７】
図１、図２示すように、クレーン１に備えた巻上げモータＭ２にはロータリエンコーダ等からなる巻上げ検出装置７が設けてあり、該巻上げ検出装置７により吊り荷５の吊り高さＬを検出するようにしている。尚、吊り荷５の吊り高さＬの検出には図示例以外の種々の方式も採用することができる。
【００１８】
上記クレーン１の走行モータＭ１と巻上げモータＭ２は、制御装置８からの制御信号Ｓ１，Ｓ２によって駆動が制御されるようになっている。
【００１９】
制御装置８は図３のブロック図に示す演算装置９を備えており、該演算装置９には、クレーン１の走行速度Ｖ_１（設定した一定速度）と前記巻上げ検出装置７により検出した吊り荷５の吊り高さＬとが入力されている。
【００２０】
演算装置９は、図１（Ａ）に示すように、クレーンの加速時に、走行開始点（速度Ｖ_０）から走行速度Ｖ_１までを線形加速（一定加速度）で制御するようにしており、更に、図１（Ｂ）に示すように、加速時における走行開始点の吊り荷５の位置を死点Ｒ_０とする振り子が最下点Ｒ_１まで移動するときの重力バネである下向き変位距離Δｈ_１と、この振り子の周期Ｔの１／４周期、即ちＴ／４を予め演算して求めるようにしている。
【００２１】
更に、前記重力バネである下向き変位距離Δｈ_１を相殺するために前記線形加速時に吊り荷５を巻き下げるように制御し、この時の巻き下げ速度Ｖｖｍ_１を求めている。
【００２２】
下向き変位距離Δｈ_１は、吊り荷５が走行開始点を死点Ｒ_０として振り子の最下点Ｒ_１まで移動するときの位置エネルギＵと運動エネルギＫから求められる。即ち、
Ｕ＝ｍＧｈ
Ｋ＝１／２ｍＶ_１ ^２
であるので、Ｕ＝Ｋとおくことにより、下向き変位距離Δｈ_１は
【数１】
Δｈ_１＝Ｖ_１ ^２／２Ｇ・・・（１）
である。
【００２３】
また、角速度ωは
【数２】
ω＝√｛Ｇ／（Ｌ＋Δｈ_１）｝・・・（２）
であるので、周期Ｔは
【数３】
Ｔ＝２π／ω・・・（３）
である。
【００２４】
更に、重力バネである下向き変位距離Δｈ_１を相殺するために線形加速時に吊り荷５を巻き下げる巻き下げ速度Ｖｖｍ_１は
【数４】
Ｖｖｍ_１＝８Δｈ_１／Ｔ・・・（４）
である。また、この時の巻き下げ加速度αｖ_１は、αｖ_１＝±６４Δｈ_１／Ｔ^２である。＋符号は下向きを、−符号は上向きをそれぞれ示す。
【００２５】
この時の水平加速度α_ｈは
【数５】
α_ｈ＝４Ｖ_１／Ｔ・・・（５）
であり、よって線形加速時の速度ｖは
【数６】
ｖ＝α_ｈｔ・・・（６）
となる。
【００２６】
一方、演算装置９は、図２（Ａ）に示すように、走行中のクレーン１の停止時に、走行速度Ｖ_１の減速開始点から停止点までを線形減速（一定減速度）で制御するようにしており、更に、図２（Ｂ）に示すように、上記停止時における減速開始点を吊り荷５の最下点Ｆ_１として振り子がの死点Ｆ_０まで移動するときの重力バネである上向き変位距離Δｈ_２と、この振り子の周期Ｔの１／４周期、即ちＴ／４とを予め演算して求める。
【００２７】
また、前記重力バネである上向き変位距離Δｈ_２を相殺するために前記線形減速時に吊り荷５を巻き上げるようにし、この時の巻き上げ速度Ｖｖｍ_２を求める。
【００２８】
上向き変位距離Δｈ_２は、吊り荷５が減速開始点を最下点Ｆ_１として振り子の死点Ｆ_０まで移動するときの位置エネルギＵと運動エネルギＫから求められる。即ち、
Ｕ＝ｍＧｈ
Ｋ＝１／２ｍＶ_１ ^２
であるので、Ｕ＝Ｋとおくことにより、上向き変位距離Δｈ_２は
【数７】
Δｈ_２＝Ｖ_１ ^２／２Ｇ・・・（７）
である。
【００２９】
また、角速度ωは
【数８】
ω＝√（Ｇ／Ｌ）・・・（８）
であり、周期Ｔは
【数９】
Ｔ＝２π／ω・・・（９）
である。
【００３０】
更に、重力バネである上向き変位距離Δｈ_２を相殺するために線形減速時に吊り荷５を巻き上げる巻き上げ速度Ｖｖｍ_２は
【数１０】
Ｖｖｍ_２＝８Δｈ_２／Ｔ・・・（１０）
である。また、この時の巻き上げ加速度αｖ_２は、αｖ_２＝±６４Δｈ_２／Ｔ^２である。＋符号は下向きを、−符号は上向きをそれぞれ示す。
【００３１】
この時の水平減速度α_ｈは
【数１１】
α_ｈ＝４Ｖ_１／Ｔ・・・（１１）
であり、よって線形減速時の速度ｖ’は
【数１２】
ｖ’＝Ｖ_１−α_ｈｔ・・・（１２）
となる。
【００３２】
図３の演算装置９は上記演算の結果を記憶しており、クレーン１の加速時及び停止時にインバータ装置１０を介し制御信号Ｓ１を走行モータＭ１に出力してクレーン１の走行を制御し、同時に制御信号Ｓ２を巻上げモータＭ２に出力して吊り荷５の巻き上げ巻き下げを制御するようにしている。
【００３３】
次に、上記クレーン１の加速時における振れ止め制御方法を図１、図４を参照して説明する。
【００３４】
クレーン１の加速時は、図１（Ａ）に示すように、走行開始点（速度＝０）から設定した走行速度Ｖ_１までを線形加速（一定変化率で加速）するように走行モータＭ１を制御し、この時、クレーン１の線形加速時間ｔが演算装置９で予め求めた振り子の周期Ｔの１／４の時間であるＴ／４に一致して加速されるように走行を制御する。
【００３５】
更に、上記加速の開始と同時に、振り子の１／４周期の時間Ｔ／４内で、演算装置９で求めておいた下向き変位距離Δｈ_１だけ吊り荷５を巻き下げる。この時、吊り荷５を巻き下げ速度Ｖｖｍ_１で巻き下げる。このように振り子の１／４周期の時間Ｔ／４内で下向き変位距離Δｈ_１だけ吊り荷５を巻き下げると、吊り荷５は図１（Ｂ）に示す破線のように死点Ｒ_０から最下点Ｒ_１に移動することになるために重力バネが相殺され、これによって加速時に吊り荷５が振れる問題は生じなくなる。
【００３６】
クレーン１の走行速度Ｖ_１を１ｍ／ｓ、Ｌを１０ｍとした場合における下向き変位距離Δｈ_１と、周期Ｔと、下向き変位距離Δｈ_１の時の巻き下げ速度Ｖｖｍ_１とを前記式（１）〜式（４）を用いて求めた。
下向き変位距離Δｈ_１＝１／（２×９．８）＝０．０５１ｍ
角速度ω＝√｛９．８／（１０＋０．０５１）｝＝０．９８７ｒａｄ／ｓ
周期Ｔ＝２π／０．９８７＝６．３６ｓ
巻き下げ速度Ｖｖｍ_１＝８×０．０５１／６．３６＝０．０６４ｍ／ｓ
【００３７】
上記したように、クレーン１の加速時、線形加速を振り子の１／４周期の時間に一致させて行い、且つ同時に振り子の１／４周期の時間内で下向き変位距離Δｈ_１だけ吊り荷５を巻き下げることにより、加速によって生じる振り子の重力バネが相殺されて吊り荷５が振れなくなり、よって吊り荷５が振れないままクレーンは走行速度Ｖ_１に移行することができる。
【００３８】
次に、走行速度Ｖ_１で走行しているクレーン１の停止時における振れ止め制御方法を図２、図５を参照して説明する。
【００３９】
走行速度Ｖ_１で走行しているクレーン１の停止時は、図２（Ａ）に示すように、減速開始点（速度＝Ｖ_１）から停止点（速度＝Ｖ_０）までを線形減速（一定変化率で減速）するように走行モータＭ１を制御する。この時、クレーン１の線形減速時間ｔが演算装置９で予め求めた振り子の１／４周期の時間に一致して減速されるように制御する。
【００４０】
更に、上記減速開始と同時に、振り子の１／４周期の時間内で、演算装置９で求めておいた上向き変位距離Δｈ_２だけ吊り荷５を巻き上げる。このように振り子の１／４周期の時間Ｔ／４内で上向き変位距離Δｈ_２だけ吊り荷５を巻き上げると、吊り荷５は図２（Ｂ）に示す破線のように最下点Ｆ_１から死点Ｆ_０に移動することになるために重力バネは相殺され、これによって減速時に吊り荷５が振れる問題は生じなくなる。
【００４１】
クレーンの走行速度Ｖ_１を１ｍ／ｓ、Ｌを１０ｍとした場合における上向き変位距離Δｈ_２と、周期Ｔと、上向き変位距離Δｈ_２の時の巻き上げ速度Ｖｖｍ_２とを前記式（５）〜式（８）を用いて求めた。
上向き変位距離Δｈ_２＝１／（２×９．８）＝０．０５１ｍ
角速度ω＝√（９．８／１０）＝０．９９０ｒａｄ／ｓ
周期Ｔ＝２π／０．９９０＝６．３４ｓ
巻き上げ速度Ｖｖｍ_２＝８×０．０５１／６．３４＝０．０６４ｍ／ｓ
【００４２】
上記したように、クレーン１の停止時、線形減速を振り子の１／４周期の時間に一致させて行い、且つ同時に振り子の１／４周期の時間内で上向き変位距離Δｈ_２だけ吊り荷５を巻き上げることにより、減速によって生じる振り子の重力バネが相殺されて吊り荷５が振れなくなり、よって吊り荷５は停止点に正確に停止するようになる。
【００４３】
次に、本発明の吊り荷の振れ止め制御方法の簡便な形態例を図６について説明する。
【００４４】
クレーンの走行速度を予め設定しておき、クレーンの加速時は、走行開始点（速度Ｖ_０＝０）のクレーンがｔ時間後に最高速度の設定走行速度Ｖ_１になるように線形加速（一定変化率加速）させる。また、設定した走行速度Ｖ_１で走行しているクレーンの停止時は、予定した停止点で停止させるために、停止点よりｔ時間前の時点から線形減速（一定変化率減速）させる。そして、前記線形加速と線形減速の操作が、吊り荷の振れの周期Ｔ＝π／２ωの１／４周期の時間で完了するようにする。
【００４５】
このように、線形加速と線形減速の操作を、吊り荷の振れの１／４周期の時間内で完了させるという簡単な制御によっても、吊り荷の振れを低減することができる。
【００４６】
尚、本発明は上記形態例にのみ限定されるものではなく、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。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、クレーンの加速時には、クレーンの線形加速時間を振り子の１／４周期の時間に一致させ且つ振り子の１／４周期の時間内で下向き変位距離だけ吊り荷を巻き下げることによって吊り荷の重力バネを相殺し、一方、クレーンの停止時には、クレーンの線形減速時間を振り子の１／４周期の時間に一致させ且つ振り子の１／４周期の時間内で上向き変位距離だけ吊り荷を巻き上げることによって吊り荷の重力バネを相殺するようにしたので、クレーンの加速時と停止時に吊り荷が揺れないようにすることができる。従って、フィードフォワード制御により簡単な装置構成にて効果的な吊り荷の振れ止めが可能になる。
【００４８】
請求項２記載の発明では、クレーンの走行速度を予め設定しておき、クレーンの加速時はクレーンを走行速度まで線形加速させるようにし、一方、クレーンの停止時はクレーンを走行速度から停止点まで線形減速させるようにし、前記線形加速と線形減速を吊り荷の振れの１／４周期の時間内で完了させるようにしているので、更に簡便な方法によって吊り荷の振れ止めが行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明におけるクレーン加速時の速度制御方法を示す線図、（Ｂ）はクレーン加速時の吊り荷の振れ止め原理を示す線図である。
【図２】（Ａ）は本発明におけるクレーン停止時の速度制御方法を示す線図、（Ｂ）はクレーン停止時の吊り荷の振れ止め原理を示す線図である。
【図３】本発明を実施する制御装置のブロック図である。
【図４】本発明におけるクレーン加速時の吊り荷の振れ止め制御を行うフローチャートである。
【図５】本発明におけるクレーン停止時の吊り荷の振れ止め制御を行うフローチャートである。
【図６】本発明の吊り荷の振れ止め制御方法の簡便な形態例を示す線図である。
【図７】吊り荷の振れの発生原理を示す説明図である。
【符号の説明】
１　　クレーン
５　　吊り荷
Ｖ_１　　走行速度
Δｈ_１　　下向き変位距離
Δｈ_２　　上向き変位距離
Ｆ_０　　　　死点
Ｒ_０　　　　死点
Ｒ_１　　　　最下点
Ｔ　　　　　　周期

Claims

クレーンの加速時はクレーンを設定した走行速度まで線形加速させるようにし、走行開始点を死点とする振り子が最下点まで移動するときの下向き変位距離と、該振り子の１／４周期とを予め演算して求めておき、一方、走行中のクレーンの停止時は走行速度から停止点まで線形減速させるようにし、減速開始点を最下点とする振り子が死点まで移動するときの上向き変位距離と、該振り子の１／４周期とを予め演算して求めておき、クレーンの加速時には、クレーンの線形加速時間を前記振り子の１／４周期の時間に一致させ且つ振り子の１／４周期の時間内で前記下向き変位距離だけ吊り荷を巻き下げ、一方、クレーンの停止時には、クレーンの線形減速時間を前記振り子の１／４周期の時間に一致させ且つ振り子の１／４周期の時間内で前記上向き変位距離だけ吊り荷を巻き上げることを特徴とする吊り荷の振れ止め制御方法。
クレーンの走行速度を予め設定しておき、クレーンの加速時はクレーンを走行速度まで線形加速させるようにし、一方、クレーンの停止時はクレーンを走行速度から停止点まで線形減速させるようにし、前記線形加速と線形減速を吊り荷の振れの１／４周期の時間内で完了させることを特徴とする吊り荷の振れ止め制御方法。