JP2006076685A

JP2006076685A - トロリの空転防止制御装置およびこれを備えたクレーン

Info

Publication number: JP2006076685A
Application number: JP2004260769A
Authority: JP
Inventors: Koji Uchida; 浩二内田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】精度良くトロリの空転を防止することができるトロリの空転防止制御装置及びトロリの空転防止制御方法を提供すること。
【解決手段】コンテナクレーンが備える車輪駆動方式のトロリに対して空転防止制御装置２０が設けられ、該空転防止制御装置２０は、前記トロリの吊荷重量と、該吊荷の振れ量と、該トロリが備えるトロリモータのトルクとを検出するとともに、これらの値を計算モデルに当て嵌めて前記トロリの加速度を算出し、該計算上の加速度と実際のトロリの加速度との差が所定の閾値よりも大きい場合にトロリ加減速度を落とす指令を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばコンテナヤード等において、コンテナを陸揚げ、船積みする際に用いられるコンテナクレーンに適用可能なトロリの空転防止制御装置及びトロリの空転防止制御方法に関する。

周知のように、コンテナヤード等において、コンテナを陸揚げ、船積みする際には、荷役機械としてコンテナクレーンが使用されている。
図６にコンテナクレーン１０を示した。コンテナクレーン１０は、クレーンフレーム（クレーン本体）１５と、長手軸線方向に設けられたレール１７に沿って自走可能に設けられたトロリ１６とを備えている。このトロリ１６は車輪駆動方式とされており、モータ及び車輪を備えている。また、トロリ１６はコンテナ１３を把持するコンテナスプレッダ１９を備えている。
特開昭５４−５１１１０号公報特開平７−２４５８１２号公報

このようなコンテナクレーン１０は屋外で使用されるものであるため、雨等によりレールが濡れると車輪が空転することがあった。この対策としてレールを磨くブラシ等を設けた技術がある。しかし、ブラシの摩耗が多く頻繁に交換が必要であり、また、ブラシやレールの摩耗粉が出るといった問題があった。
また、電車等において走行車輪の空転制御を車速と車輪回転速度から行う技術が特許文献１に記載されている。しかしながらこの技術では車速計が必要である。また特許文献２にはモータトルクから加速度を推定し、速度を算出している。しかしながらクレーンの場合は吊荷の振れ（慣性力）があるため、地上を走る車両の制御方法では良好な精度を得ることができないという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、精度良くトロリの車輪の空転を防止することができるトロリの空転防止制御装置及びトロリの空転防止制御方法を提供することを目的とする。

本発明においては上記の課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に記載の発明は、クレーンが備える車輪駆動方式のトロリの車輪空転を防止する空転防止制御装置において、前記トロリの重量と、前記トロリの吊荷重量と、該吊荷の振れ量と、該トロリを駆動するトロリモータのトルクとを検出するとともに、これらの値を計算モデルに当て嵌めて前記トロリの推定加速度を算出し、該推定加速度と実際のトロリの加速度との差が所定の閾値よりも大きい場合にトロリ加減速度を落とす指令を出力することを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、コンテナクレーンが備える車輪駆動方式のトロリの車輪空転を防止する空転防止制御方法において、前記トロリの吊荷重量と、該吊荷の振れ量と、該トロリを駆動するトロリモータのトルクとを検出するとともに、これらの値を計算モデルに当て嵌めて前記トロリの加速度を算出し、該計算上の加速度と実際のトロリの加速度との差が所定の閾値よりも大きい場合にトロリ加減速度を落とすことを特徴とする。

算出して得られるトロリの推定加速度は、空転が起きていなかった場合の加速度である。すなわちトロリモータのトルクが適切にトロリを駆動していれば、計算で得られるトロリの加速度は実際の加速度と一致する。これらの差が大きい場合にトロリの車輪が空転していると判断し、トロリの加減速度（すなわちトロリの加速度または減速度）を落とす。
なおトロリの加減速度を落とすためには、モータの加減速度を制御しても良いし、直接モータのトルクを制御するようにしても良い。さらにトロリモータの速度指令を実際のトロリ速度とすることでモータ発生力＝０とし、これによって空転を防止するようにしても良い。

また、本発明によれば、上記トロリの空転防止制御装置を備えたクレーンを提供することができる。

本発明においては以下の効果を得ることができる。
新たな速度計等を設けることなく、吊荷の振れがあってもトロリ車輪の空転を検出することができるので、吊荷の搬送を確実かつ容易に行うことができる。

次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１の符号２０は本実施形態に係る空転防止制御装置である。トロリモータ２１は、トロリ１６（図６参照）を駆動するためのものであり、トロリ１６に設けられている。トロリモータ２１は、トロリモータ制御器２３によって制御される。空転防止制御装置２０には、トロリモータ制御器２３から駆動トルクおよびトロリモータ速度が与えられる。駆動トルクおよびトロリモータ速度はトロリモータ制御器２３が備えるインバータから得ることができる。また、空転防止制御装置２０には、既知であるトロリ重量が与えられている。さらに、トロリ１６が把持する吊荷（スプレッダ１９及びスプレッダ１９が把持するコンテナ１３の合計質量）の荷重を検出する荷重計２４の出力と、振れセンサ２５の出力が与えられている。振れセンサ２５は、図２に示したようにスプレッダ１９に設けられたターゲットとしてのレーザ光源２６と、トロリ１６に設けられ、レーザ光源２６を撮影するＣＣＤカメラ２７と、カメラ２７が撮影した映像を解析して振れ量を算出する不図示の処理装置とにより構成されている。ＣＣＤカメラ２７はレーザ光源２６が発するレーザ光の波長のみを通すフィルタを備えることで、レーザ光源２６の追跡が可能である。

次に空転防止制御装置２０の動作について説明する。空転防止制御装置２０は図３に示したトロリと吊荷のモデルを用い、各装置から与えられた入力値に基づいて加速度を推定する。この推定加速度と実際のモータ加速度とを比較し、これらがほぼ等しい場合は空転していない、所定の閾値以上異なる場合は空転していると判断する。詳細については図４のフローチャートに基づいて以下に説明する。

まずステップＳＴ１では、吊荷重量ｍ_ｃを荷重計２４によって検出する。次いでステップＳＴ２において、吊荷振れ量ｘ_ｃを振れセンサ２５により検出し、この吊荷振れ量ｘ_ｃを２回微分して吊荷振れ加速度を求める（ステップＳＴ３）。またステップＳＴ４においてトロリモータ制御器２３のインバータからモータ発生力Ｆを検出する。このように検出および算出した各値をステップＳＴ５で以下の式（４）に当て嵌め、トロリ加速度を計算する。式（４）は図３のトロリ吊荷モデルに基づく下記の運動方程式（１）〜（３）により導かれる。なお、各符号は以下の意味を有する。
ｍ_ｔ＝トロリ質量
ｍ_ｃ＝吊荷質量
ｘ_ｔ＝トロリ位置
ｘ_ｃ＝吊荷振れ量
Ｆ＝トロリ駆動力（モータ発生力）
ｌ＝振り子長さ
ｇ＝重力加速度
ｋ_ｖ＝モータの発生力換算定数（速度偏差に比例した力を発生する）
ｕ_ｔ＝トロリ速度指令
・は一回微分を示す
‥は二回微分を示す

次にステップＳＴ６においてトロリモータ制御器２３からトロリモータ速度を検出し、トロリ速度を求める。ステップＳＴ７において検出されたトロリ速度から加速度を求める。なお、トロリの速度は３．５ｍ／ｓ程度、加速度は０．５〜０．７ｍ／ｓ^２程度である。
このようにして検出された実際のトロリ加速度と、トロリ吊荷モデルに基づいて推定されたトロリ加速度との差をステップＳＴ８において比較する。予め決められた閾値αよりも差が大きければ、トロリの車輪が空転していると判断し、ステップＳＴ９においてトロリ加速度を下げる指令をトロリモータ制御器２３に与える。差が小さければトロリ加速度はそのままとする。

このように加速度を適宜落とすことにより、精度良くトロリの車輪の空転を防ぐことができるから、吊荷を確実かつ容易に搬送することができ、トロリ運転者の操作性を向上することができる。また空転の際の騒音・振動を防ぐことができるのはもちろんである。

また、空転防止制御装置２０の動作として、図５に示したように構成しても良い。図５のフローチャートは、ステップＳＴ１〜ＳＴ７は図４と同じであるが、ステップＳＴ８において、予め決められた閾値αよりも差が大きければ、トロリの車輪が空転していると判断し、ステップＳＴ９において、

とする指令をトロリモータ制御器２３に与える。差が小さければ速度指令はそのままとする。モータ発生力Ｆは、速度偏差（速度指令−トロリ速度ＦＢ）に比例するので、速度偏差＝０とすればモータ発生力Ｆとなり、スリップがなくなる。

なお、吊荷の振れの原因としては他に風力が挙げられる。したがって、空転防止制御装置２０が演算を行うトロリ吊荷モデルとして、風力を加えても良い。この場合、空転防止制御装置２０は風力計の出力を更に用いてトロリ加速度を計算すればよい。
また上記の例では空転防止制御装置２０の演算結果によってトロリ速度を変更するようにしているが、トロリのトルクを直接変更するようにしても良い。

本発明の実施形態に係る空転防止制御装置を示したブロック図である。コンテナクレーンに設けられた振れセンサについて示した図である。同空転防止制御装置が計算を行う際のトロリ吊荷モデルである。同空転防止制御装置の動作について示したフローチャートである。同フローチャートの変形例である。コンテナクレーンの概略構成図である。

符号の説明

１６トロリ
１９コンテナスプレッダ
２０空転防止制御装置
２１トロリモータ
２３トロリモータ制御器
２４荷重計
２５振れセンサ

Claims

クレーンが備える車輪駆動方式のトロリの車輪空転を防止する空転防止制御装置において、
前記トロリの重量と、前記トロリの吊荷重量と、該吊荷の振れ量と、該トロリを駆動するトロリモータのトルクとを検出するとともに、これらの値を計算モデルに当て嵌めて前記トロリの推定加速度を算出し、該推定加速度と実際のトロリの加速度との差が所定の閾値よりも大きい場合にトロリ加減速度を落とす指令を出力することを特徴とするトロリの空転防止制御装置。
ガーダ上を車輪によって走行するトロリと、
請求項１記載のトロリの空転防止制御装置と、
を備えていることを特徴とするクレーン。
クレーンが備える車輪駆動方式のトロリの車輪空転を防止する空転防止制御方法において、
前記トロリの吊荷重量と、該吊荷の振れ量と、該トロリを駆動するトロリモータのトルクとを検出するとともに、これらの値を計算モデルに当て嵌めて前記トロリの推定加速度を算出し、該推定加速度と実際のトロリの加速度との差が所定の閾値よりも大きい場合にトロリ加減速度を落とすことを特徴とするトロリの空転防止制御方法。