JP2005516875A

JP2005516875A - ホイスト機構における荷重検出装置

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Publication number: JP2005516875A
Application number: JP2003565894A
Authority: JP
Inventors: フランツェンヘルマン; モーツオカパスヤニス
Original assignee: ゴットヴァルトポートテクノロジーゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング
Priority date: 2002-02-07
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2023-02-06
Also published as: US20040104191A1; DE10205434A1; WO2003066505A1; KR20040080925A; US7267241B2; EP1472175A1; ES2274206T3; AU2003206855A1; JP4260021B2; DK1472175T3; EP1472175B1; PT1472175E; KR100843757B1; ATE341521T1; DE50305255D1

Abstract

本発明は、少なくとも１つのロープ巻胴、少なくとも１つの駆動モータ、並びに前記駆動モータとロープ巻胴との間に配置されたホイスト機構用変速ギヤを備え、該変速ギヤが、ホイスト機構フレームに片側を支持されたホイスト機構用変速ギヤケース内に配置されており、しかも該ホイスト機構用変速ギヤケースが、一方の端面側の端部領域で、ロープ巻胴軸線に対して平行に延びる１本の軸線を中心として旋回可能に支承されており、かつ他方の端面側の端部領域では少なくとも１つのトルク支持座上に支持可能であり、該トルク支持座には、ロープに懸吊する荷重を間接的に検出するための測定装置が配設されている形式の、ホイスト機構、特にコンテナ積換え用クレーンのホイスト機構における荷重検出装置に関する。機械的な外的作用から防護して荷重検出をロープウィンチで直接行い、かつロープに懸吊する総荷重並びに個別荷重及び場合によっては荷重の重心点位置を検出できるような、ホイスト機構における荷重検出装置を提供するために、本発明の提案では、ホイスト機構が、それぞれ等方向に巻上げ・繰出し可能な１対の荷重ロープを有する等軸の同期駆動可能な２本の二重ロープ巻胴を装備しており、各荷重ロープ対の夫々一方の荷重ロープが、実質的に水平に延びて前記二重ロープ巻胴に接する共通の第１荷重案内平面に沿って案内されて変向案内プリーを中心として鉛直方向に変向案内されており、かつ各荷重ロープ対の他方の両荷重ロープが、前記二重ロープ巻胴に接する共通の第２荷重案内平面に沿って鉛直に案内されている。

Description

本発明は、少なくとも１つのロープ巻胴、少なくとも１つの駆動モータ、並びに前記駆動モータとロープ巻胴との間に配置されたホイスト機構用変速ギヤを備え、該変速ギヤが、ホイスト機構フレームに片側を支持されたホイスト機構用変速ギヤケース内に配置されており、しかも該ホイスト機構用変速ギヤケースが、一方の端面側の端部領域で、ロープ巻胴軸線に対して平行に延びる１本の軸線を中心として旋回可能に支承されており、かつ他方の端面側の端部領域では少なくとも１つのトルク支持座上に支持可能であり、該トルク支持座には、ロープに懸吊する荷重を間接的に検出するための測定装置が配設されている形式の、ホイスト機構、特にコンテナ積換え用クレーンのホイスト機構における荷重検出装置に関する。

自動的に稼働されるクレーン、特にコンテナ積換え用クレーンにおいて問題の中枢点をなすものは、クレーンによって収容される荷重を検出することにある。この荷重検出は、クレーン及びこれに関与する作業員の安全性に寄与し、これによって例えばクレーンの過負荷時には操業を停止することができ、荷重検出のため及びロープにおける荷重の分布を検出するため、或いは例えば不均等に積載されたコンテナの場合、貨物自体の重心点を検出するための秤量装置として役立つ。究極的には荷重検出は、計数された稼働時間と相俟って保守インターバルを統計的に求めるためのインジケータとしても役立つ。

荷重検出は、従来慣用の設備ではロープにおいてか又はホイスト機構において行われる。平歯車の斜歯歯列によって惹起されるホイスト機構用変速装置における軸方向力をロープ応力の比例量として測定することは公知ではあるが、しかしながら該ロープ応力の比例量測定によっては、どのみち不精確な荷重測定しか得られない。熱膨張及び外的温度作用から成る外乱ファクタは、多額な技術経費をかけてしか補償することができない。

公知の荷重検出技術では、ホイスト機構用変速装置をトルク支持座に支承することが使用される。この場合トルク支持座で測定される支持力は、ロープ応力に比例し、従ってロープに懸吊する質量に比例する。荷重検出装置は、ロープ巻胴から繰出される（巻戻される）全てのロープが接線方向で同一方向に案内される場合には比較的簡単に機能する。しかしロープが異なった方向に繰出される場合には、慣用の荷重検出装置はトルク支持座を介して検出することはできない。

複数本の巻上げロープが１本の共通巻胴に巻かれている場合には、ロープ応力の測定は各ロープストランド毎に行うことができる。この場合ロープ端部に測定装置が設置され、その場合、測定されるロープ応力の総和は貨物の質量に相当する。この場合測定装置には極度のエネルギ−、殊に電気エネルギーが供給されねばならず、該エネルギーはクレーンからロープ端部に搬送されねばならない。エネルギー導線及び測定装置は貨物収容手段に直接配置されている。このことは取りも直さず、エネルギー導線を機械的な外的作用に対して防護せねばならないことを意味しており、これによって著しい技術経費、ひいては高い製作費が惹起されることになる。

本発明の課題は、機械的な外的作用から防護して荷重検出を、直接的にロープウィンチで行い、かつロープに懸吊する全貨物並びに単個貨物の荷重、かつ場合によっては荷重の重心点も検出できるように、荷重検出装置をホイスト機構に設けることである。

前記課題を解決するために本発明は、ホイスト機構が、それぞれ等方向に巻上げ・繰出し可能な１対の荷重ロープを有する等軸の同期駆動可能な２本の二重ロープ巻胴を装備しており、各荷重ロープ対の夫々一方の荷重ロープが、実質的に水平に延びて前記二重ロープ巻胴に接する共通の第１荷重案内平面に沿って案内されて変向案内プリーを中心として鉛直方向に変向案内されており、かつ各荷重ロープ対の他方の両荷重ロープが、前記二重ロープ巻胴に接する共通の第２荷重案内平面に沿って鉛直に案内されていることを提案する。

実質的に互いに直交する２つの平面内で４本の荷重ロープを案内することが、特にコンテナ積換えのために使用されるような、４本のロープを有するホイスト機構において荷重を検出するための前提要件である。各荷重ロープ対の２本の荷重ロープが直接にロープ巻胴から垂直方向に繰出されかつ巻上げられるのに対して、残りの他の２本の荷重ロープは先ず実質的に水平方向に案内され、次いで変向案内プリーを介して鉛直方向に変向案内される。前記二重ロープ巻胴は、該ロープ巻胴の駆動時に共通の変速ギヤを介して、その都度４本全部のロープが同時にかつ同期的に巻上げられ、或いは繰出される。変速ギヤケースはその一方の側面で旋回可能に枢着されており、かつ他方の側面では測定装置を装備したトルク支持座に支持されているので、前記測定装置では、ロープ応力に相当する力を容易に検出することが可能である。

全てのロープのロープ応力の精確な検出、ひいてはロープに懸吊する荷重の大きさを確認できるようにするために、本発明が提案する更なる構成手段では、第１及び第２の荷重案内平面が、二重ロープ巻胴の回転軸線と変速ギヤケースの旋回軸線とを通って延びる第３の平面において交わり、この第３の平面が、変速ギヤケースの、変向案内プリー及びトルク支持座から離反した方の側に設けられており、かつ前記トルク支持座には、作用するロープ応力の総和を検出するための応力センサが配設されている。

本発明の提案によって、荷重案内平面、ひいては荷重ロープと変速ギヤケースの旋回軸線との間の幾何学的関連性が特定され、これによって荷重ロープ中点から、前記荷重案内平面に沿って案内される両ロープのための回転軸線に至る距離が等しくなる。この配置構成によって、ロープストランドにかかる個々のロープ応力には無関係に、トルク支持座に組込まれた応力センサは常時、懸吊荷重の総和を検出することになる。

本発明の択一的な別の実施形態では、旋回軸線が、変向案内プリー寄りでかつトルク支持座から離反した方の変速ギヤケース側に設けられており、前記変向案内プリー内には、変向案内された荷重ロープに鉛直に作用するロープ応力を検出するための測定軸が配置されており、かつ、鉛直方向に案内される他方の荷重ロープのロープ応力が、荷重ロープに隣接したトルク支持座の応力センサにおいて検出可能である。

この解決手段ではロープ応力を少なくとも１対ずつ別々に検出することが可能である。トルク支持座における応力センサが、直接鉛直方向に案内されるロープから結果的に作用するロープ応力を検出するのに対して、先ずほぼ水平方向に案内され、次いで変向案内される他方のロープのロープ応力は、変向案内プリーの回転軸内に位置する測定センサを介して検出することができる。このように構成すれば、明細書冒頭で述べた従来技術の場合のように測定装置を貨物収容手段の近くに配置する必要なしに、ロープストランドにおける荷重分布に関する一層精確な情報を得ることが可能になる。

本発明の更なる実施形態では、第２荷重案内平面に沿って鉛直に案内される荷重ロープのロープ応力が、前記荷重ロープに隣接されていて相互間隔をとって配置された２つのトルク支持座の応力センサによって検出可能であり、変速ギヤケースに対する前記トルク支持座の幾何学上の配置構成及び荷重ロープに対する間隔が一義的に特定可能であり、しかも前記変速ギヤケースの旋回軸線が傾動運動を許容する。

本発明の提案する解決手段は、ロープ応力の精確な検出によって、貨物の重心点に関する精確な位置情報を得ることも可能である。変向案内プリーをめぐって案内される荷重ロープは、変向案内プリーの測定軸において、各個のロープ内でその都度鉛直方向に作用するロープ応力の精確な検出を可能にする。荷重ロープが鉛直な荷重案内平面内において二重ロープ巻胴から直接繰出される場合、精確に幾何学的に特定可能にホイスト機構用変速ギヤケース及びホイスト機構用フレームに枢着された応力センサを対応配設した２つの相互に隔てられたトルク支持座を使用することによって、このような別々の荷重検出が可能になる。両応力センサは、変速ギヤケースを通る垂直中心平面の両側に特定の相互間隔をおいて対称的に配置されているのが殊に有利であり、その場合、夫々測定すべき荷重ロープに対して配置すべき応力センサの距離は既知である。従って幾何学的関係に基づいて、検出すべきロープ荷重は応力測定装置によって容易に検知され、両応力測定装置において相異した大きさの荷重が検出される場合には、これは重心点位置が偏心していることの情況証拠にほかならない。また変向案内プリーにおいて異なったロープ荷重が検出されることもあるので、コンピュータによって幾何学的関係を介して、荷重の重心点位置を精確に測定しかつ相応に評価することが可能である。

ロープの巻上げ時及び繰出し時には応力測定装置もしくはトルク支持座からのロープ間隔が変化するので、本発明の更なる構成手段によれば、第２荷重案内平面内のロープ間隔の可変データが電子的に検知されかつ監視される。この監視手段は原理的には公知であり、かつ本発明では各ストローク高さにおいて一義的な測定信号を得るために使用される。

本発明の提案するホイスト機構における荷重検出はロープウィンチで直接実施される。これによって測定装置は、外的な測定影響から充分に防護されており、貨物収容手段に沿って連行される応力センサによる相対的な測定の場合のような著しい加速度が発生することはない。本発明では常に絶対的な測定が行われる。

次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。

図１には、本発明を適用可能なクレーン装置の全体側面図が概略的に示されている。起立された橋形クレーン１はブリッジ２及びトロリー３から成っている。ホイスト機構４及び２つの二重ロープ巻胴４．１，４．２から、それぞれ２本のロープ、要するに全部で４本のロープ５．１〜５．４が、貨物７を支持する貨物収容手段６に達している。該貨物は図示の実施例ではＩＳＯ型コンテナである。

図２の詳細側面図では、トロリー３上のホイスト機構４が拡大して図示されている。該ホイスト機構４は、変速ギヤケース８を有する変速機、駆動モータ９、２つの二重ロープ巻胴４．１，４．２並びに２つの変向案内プリー１０．１，１０．２から成っている。前記変速ギヤケース８は、トロリー３の内部で両変速ギヤ軸受１１．１，１１．２及びトルク支持座１２に支持されている。

図２から判るように荷重ロープ５．３，５．４が、二重ロープ巻胴４．１，４．２と変向案内プリー１０．１，１０．２との間で第１の荷重水平案内平面に沿って案内されるのに対して、荷重ロープ５．１，５．２は二重ロープ巻胴４．１，４．２から直接鉛直方向に第２の共通な荷重鉛直案内平面に沿って案内されている。変速ギヤケース８の旋回軸線１３は両方の変速ギヤ軸受１１．１，１１．２を貫通して延びており、しかも前記旋回軸線１３は、両ロープ案内平面の交点と二重ロープ巻胴４．１，４．２の回転軸線とを通る平面１４内に位置している。ロープの走行プロセスが図示のように鉛直方向及び水平方向を辿る場合、この幾何学的条件ではロープ中点から旋回軸線１３に至る基準間隔は等しく、すなわちｙ＝ｚである。

ホイスト機構４を図示のように構成した場合、トルク支持座１２内に組込まれた応力センサ１５が、荷重ロープ５．１〜５．４における個々のロープ応力には無関係に、荷重の総和を検知することが保証される。勿論この構成によっては、貨物７の重心点に関する明確な情報を得ることは不可能である。

図３の概略的な斜視図では前記の解決手段が、幾何学的に単純化した形で再度図示されている。ホイスト機構４、両方の二重ロープ巻胴４．１，４．２及び両変向案内プリー１０．１，１０．２の配置構成が図３から明らかである。変速ギヤケース８はトロリー３内部で、変速ギヤ軸受１１．１，１１．２を通って延びる旋回軸線１３並びにトルク支持座１２の上に支持されている。旋回軸線１３はこの場合、一点鎖線で示唆した第３の平面１４内に位置しており、この第３の平面は、両荷重案内平面の交点と、両二重ロープ巻胴４．１，４．２の回転軸線とを通って延びている。すでに述べたようにロープ中点から旋回軸線１３に至る基準間隔は等しい。すなわちｙ＝ｚである。その場合ｙは荷重ロープ５．１と旋回軸線１３との間隔を、またｚは荷重ロープ５．３と旋回軸線１３との間隔を表わす。同等のことは、他方の二重ロープ巻胴の荷重ロープ５．２，５．４についても該当する。トルク支持座１２内に組込まれた応力センサ１５（詳細には図示せず）はこの構成によって荷重ロープ５．１〜５．４における個々のロープ応力には無関係に、荷重の総和を検知する。

本発明の更なる択一的な実施形態が図４に図示されている。この概略的な斜視図ではホイスト機構４のうち、両方の二重ロープ巻胴４．１，４．２及び変向案内プリー１０．１，１０．２が示されている。変速ギヤケース８はトロリー３の内部で両変速ギヤ軸受１６．１，１６．２並びにトルク支持座１７上に支持されている。荷重ロープ５．３，５．４におけるロープ応力は、変向案内プリー１０．１，１０．２の測定軸１９．１，１９．２を介して検知され、トルク支持座１７に組込まれた応力センサ１８は、荷重ロープ５．１，５．２において個別に鉛直方向に作用するロープ応力から荷重の和を検知する。従ってこの解決手段は、両変速機側のロープ応力を別々に検出することを可能にするが、この構成によっては、貨物７の重心点に関する明確な情報を得ることはできない。

図５に示した本発明の更なる択一的な実施形態においてもホイスト機構は符号４で図示されている。また両二重ロープ巻胴は符号４．１，４．２で示されている。両荷重ロープ５．３，５．４は変向案内プリー１０．１，１０．２を介して案内されており、両変向案内プリーは、図４に示した実施例の場合と同様に測定軸１９．１，１９．２を装備しており、かつ両荷重ロープ５．３，５．４におけるロープ応力を別々に検知することを可能にする。変速ギヤケース８はトロリー３の内部で変速ギヤ軸受２０及び両トルク支持座２１．１，２１．２に支持されている。前記トルク支持座２１．１，２１．２内には応力センサ２２．１，２２．２が組込まれており、各応力センサは、荷重ロープ５．１，５．２内で鉛直方向に作用するロープ応力を個別に検出する。この検出のために下記のデータは既知である。すなわち：
応力センサ２１．１，２１．２におけるコンスタントな測定値、コンスタントなトルク支持座間隔ａ、ロープ巻胴の成形溝の幾何学形状、ロープの巻上げ・繰出し時に変化する各ストローク高さに関連した基準間隔ｘである。これらの可変データは、従来技術において公知になっているように、電子式に伝送され、かつ監視される。

荷重ロープ５．３，５．４におけるロープ応力は別々に検出されたので、今や各個の荷重ロープ５．１〜５．４の全てのロープ応力は既知であり、かつ評価可能である。ホイスト機構支承装置をこのように構成した場合これらのロープ応力の精確な検出によって、貨物７の重心点の位置に関する正確な情報を得ることが可能になる。

本発明によるクレーン装置の概略的な全体側面図である本発明による荷重検出装置の詳細側面図である図２に示したホイスト機構の概略的な３次元的斜視図である本発明によるホイスト機構の第１実施形態の概略的な３次元的斜視図である本発明によるホイスト機構の第２実施形態の概略的な３次元的斜視図である

符号の説明

１橋形クレーン、２ブリッジ、３トロリー、４ホイスト機構、４．１，４．２二重ロープ巻胴、５．１，５．２，５．３，５．４荷重ロープ、６貨物収容手段、７貨物、８変速ギヤケース、９駆動モータ、１０．１，１０．２変向案内プリー、１１．１，１１．２変速ギヤ軸受、１２トルク支持座、１３旋回軸線、１４第３の平面、１５応力センサ、１６．１，１６．２変速ギヤ軸受、１７トルク支持座、１８応力センサ、１９．１，１９．２測定軸、２０変速ギヤ軸受、２１．１，２１．２トルク支持座、２２．１，２２．２応力センサ

Claims

少なくとも１つのロープ巻胴、少なくとも１つの駆動モータ、並びに前記駆動モータとロープ巻胴との間に配置されたホイスト機構用変速ギヤを備え、該変速ギヤが、ホイスト機構フレームに片側を支持されたホイスト機構用変速ギヤケース内に配置されており、しかも該ホイスト機構用変速ギヤケースが、一方の端面側の端部領域で、ロープ巻胴軸線に対して平行に延びる１本の軸線を中心として旋回可能に支承されており、かつ他方の端面側の端部領域では少なくとも１つのトルク支持座上に支持可能であり、該トルク支持座には、ロープに懸吊する荷重を間接的に検出するための測定装置が配設されている形式の、ホイスト機構、特にコンテナ積換え用クレーンのホイスト機構における荷重検出装置において、
ホイスト機構（４）が、それぞれ等方向に巻上げ・繰出し可能な１対の荷重ロープ（５．１〜５．４）を有する等軸の同期駆動可能な２つの二重ロープ巻胴（４．１，４．２）を装備しており、各荷重ロープ対（５．１；５．３及び５．２；５．４）の夫々一方の荷重ロープ（５．３；５．４）が、ほぼ水平に延びて前記二重ロープ巻胴（４．１，４．２）に接する共通の第１荷重案内平面に沿って案内されて変向案内プリー（１０．１；１０．２）を中心として鉛直方向に変向案内されており、かつ各荷重ロープ対（５．１；５．３及び５．２；５．４）の他方の両荷重ロープ（５．１；５．２）が、前記二重ロープ巻胴（４．１，４．２）に接する共通の第２荷重案内平面に沿って鉛直に案内されていることを特徴とする、ホイスト機構における荷重検出装置。
第１及び第２の荷重案内平面が、二重ロープ巻胴（４．１，４．２）の回転軸線と変速ギヤケース（８）の旋回軸線（１３）とを通って延びる第３の平面（１４）において交わり、この第３の平面が、変速ギヤケース（８）の、変向案内プリー（１０．１，１０．２）及びトルク支持座（１２）から離反した方の側に設けられており、かつ前記トルク支持座（１２）には、作用するロープ応力の総和を検出するための応力センサ（１５）が配設されている、請求項１記載の荷重検出装置。
旋回軸線（１３）が、変向案内プリー（１０．１，１０．２）寄りでかつトルク支持座（１７）から離反した方の変速ギヤケース（８）の側に設けられており、前記変向案内プリー（１０．１，１０．２）内には、変向案内された荷重ロープ（５．３，５．４）に鉛直に作用するロープ応力を検出するための測定軸（１９．１；１９．２）が配置されており、かつ、鉛直方向に案内される他方の荷重ロープ（５．１，５．２）のロープ応力が、荷重ロープ（５．１，５．２）に隣接したトルク支持座（１７）の応力センサ（１８）において検出可能である、請求項１記載の荷重検出装置。
第２荷重案内平面に沿って鉛直に案内される荷重ロープ（５．１，５．２）のロープ応力が、前記荷重ロープ（５．１，５．２）に隣接されていて相互間隔をとって配置された２つのトルク支持座（２１．１，２１．２）の応力センサ（２２．１，２２．２）によって検出可能であり、変速ギヤケース（８）に対する前記トルク支持座の幾何学上の配置構成及び荷重ロープ（５．１，５．２）に対する間隔（ｘ）が一義的に特定可能であり、しかも前記変速ギヤケース（８）の旋回軸線が傾動運動を許容する、請求項１記載の荷重検出装置。
第２の荷重案内平面内におけるロープ間隔の可変データが電子的に検知されかつ監視される、請求項１記載の荷重検出装置。