JP2006511416A - クレーンにおけるスプレッダの制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、クレーンにおけるスプレッダおよびそれに取り付けられた負荷の揺動の制御方法に関するものである。このクレーンは、トロリ（１）と、複数の巻上歯車（２）と、トロリ（１）からスプレッダ（７）を懸垂している複数の巻上ロープ（４）と、複数のモータおよびモータ制御装置を設けた複数の補助歯車（10）と、複数の補助ロープ（12）とを有する。本方法では、補助ロープがスプレッダに及ぼすロープ力は、トルク命令（Ｔ_control）によって補助歯車を用いて補助ロープを動かして制御し、このトルク命令は、補助ロープのロープ力（Ｆ_rope）と、補助歯車の回転速度のデータとに基づいて得られる。また、これによって、各補助歯車（10）の回転速度データは、補助歯車の計測回転速度（ｎ_act）と補助歯車の算出回転速度（ｎ_cal）との差として、各歯車に固有のものを生成する。

Description

発明の背景

本発明は、クレーンにおけるスプレッダおよびそれに取り付けられた負荷の揺動の制御方法に関するものである。このクレーンは、トロリと、トロリに設置された複数の巻胴を有する複数の巻上歯車と、巻胴に配されトロリからスプレッダを懸垂している複数の巻上ロープとを含み、これら巻上ロープはスプレッダに配設された駆動綱車を介してトロリへ戻る。このようにして、制御装置によって揺動を制御する。制御装置は、トロリ内に配置された複数のモータおよびモータ制御装置を含みロープ巻胴を有する４つの補助歯車と、これら補助歯車のロープ巻胴に配設した複数の補助ロープと、補助ロープ用の複数の駆動綱車とを有し、これらの駆動綱車はスプレッダ内に配され、これら駆動綱車を通って補助歯車のロープ巻胴から斜めに走行する補助ロープは、補助ロープ用巻胴内に配設した空間へ向かう。本方法では、補助ロープがスプレッダに及ぼす力は、トルク命令によって補助歯車を用いて補助ロープを動かして制御し、このトルク命令は、補助ロープのロープ力と、補助歯車の回転速度のデータとに基づき、制御ロジックを用いて得られる。この制御ロジックは、所望のロープ力を発生させてそれを維持し、補助歯車におけるモータの回転と揺動に対する抵抗とを制御するものである。

本発明による方法に関連して知られているフィンランド特許第101466号では、本方法は、ゴムタイヤで移動し巻上高さおよび巻上速度が適度なクレーンに関連して、開示されている。

このフィンランド特許第101466号の方法によれば、当該方法の本来の用途において、望ましくない負荷の動きを適度に減少させることができる。また例えば、フィンランド特許第108788号には、レール上を移動する波止場クレーンが開示されていて、このクレーンの巻上高さおよび移動速度は非常に大きい。補助ロープが斜めの幾何学的形状を有し、巻上運動に関連した進路変更および機能不全のためにすべての状況に適した補助歯車を非常に迅速に速度変更する必要がある状態では、フィンランド特許第101466号に開示されている方法は、補助歯車制御用に、誤った回転速度データを提供してしまう。

発明の簡単な説明

本発明は、上述の問題を解消することを目的とする。本目的は本発明による方法によって達成され、この方法は、制御ロジック回路に、補助歯車の回転速度データとしての速度命令を供給し、この回転速度データは、補助歯車の計測回転速度と、補助歯車の算出回転速度との差として、各歯車に固有に生成することを主たる特徴とする。

算出回転速度は、少なくとも、補助ロープの斜めの幾何学的形状により生じる補助歯車の算出回転速度を含む。

補助ロープを複数の層を成すように巻胴に巻いた場合、巻胴上で補助ロープ層の移動が起こると生じる、補助歯車の算出回転速度が、上記の算出回転速度へ加算される。

算出回転速度に対しさらに加算すると望ましいのは、巻胴軸に平行な軸付近に発生するスプレッダの揺動が、とりわけ、「リストギア」として公知のものの駆動動作によって行われた場合の、かかる揺動により生じる補助歯車の算出回転速度である。

また、巻上歯車装置の巻上速度の変動（特に故意に行われる「トリム駆動」）が生じた場合に、その変動によってスプレッダを巻胴の平行水平線から逸脱させる補助歯車の算出回転速度を、上記の算出回転速度に加算することも妥当なことである。

本発明による方法によれば、高い速度および巻上高さを有するように作られたクレーンからの、スプレッダおよび負荷の荒々しく予期できない修正動作を解消可能であり、これは、フィンランド特許第101466号から知られている方法では不可能であった。

本発明の詳細および利点は、以下の本発明の詳細な説明において述べる。

以下、本発明による方法をクレーンの構造によって詳細に説明する。本方法は添付図面を参照すれば首尾よく適用可能である。

発明の詳細な説明

添付図面に示すクレーン構造は、例えばフィンランド特許第108788号から知られているものであり、これは、クレーントロリ１に配された複数の巻胴３を有する２つの歯車２を含む。これらの要素はトロリ１内に配設され、その長手方向の軸は同一直線Ａ上にある。両方の巻上歯車２の巻胴３上には２つの巻上ロープ４が平行に配設され、巻胴３の表面のロープ用に設けられている溝５および６は、相対する方向を有する。吊り上げる負荷（図示しない）を留めるスプレッダ７は巻上ロープ４によって懸垂されている。このスプレッダには巻上ロープ４用の駆動綱車８が設けられ、これらを通って巻上ロープ４はトロリ１へ送り戻される。これらの駆動綱車８は、スプレッダ７のうち、巻胴３の長手方向の中心点の実質的に真下の位置に配されていて、これによって、巻上ロープの位置は、巻上高さの高低に拘らず、鉛直方向について実質的に対称となる。巻上ロープ４は追加の綱車９を介してトロリ１へ送られ、場合によっては過重防護手段（図示しない）を介してクレーンへ固定される。

本実施例では、巻上ロープ４は、リストギア18として知られているものによってその固定点へも固定されていて、２本の巻上ロープに対してかかるリストギアは１つ設けられている。換言すれば、このクレーンではリストギアの数は２つである。これらの歯車18を用いて、スプレッダ７を図２に示す矢印L1及びL2に従って前後方向に傾斜させている。このようなリストギア18は公知のものであるため、本文ではこれ以上は詳述しない。

このクレーン構造はまた、スプレッダ７およびそれに取り付けられる負荷の揺動を制御する、トロリ１内に配された４つの補助歯車10を有する。望ましくは、これらの補助歯車10は長方形状に（非対称配置も可能であるが）配し、各歯車10をその長方形の各角に配置するとよい。各補助歯車10のロープ巻胴11には一方の補助ロープ12が設けられ、これは斜めに走行してスプレッダ７に配置した駆動綱車13へ入り、そこから巻胴３へ向かって戻り、空間14に入る。この空間は望ましくは、巻胴３に、補助ロープ専用として設計されたものである。これらの駆動綱車13も望ましくは長方形状に配設し、各駆動綱車13はその長方形の各角に配置するとよい。これらの補助ロープ12を斜めに配設することは、揺動を防止しあるいは減少させるのに必要な垂直方向の力を、補助歯車12および補助ロープを用いてスプレッダ７およびその負荷に作用させるために、必要である。したがって、巻上ロープ４も完全に垂直に配置可能である。かかる揺動の制御を以下説明する。

補助ロープ12には、望ましくは、トロリ１に配設された少なくとも１組の追加の駆動綱車15が設けられていて、それら駆動綱車を介して、スプレッダ７およびその駆動綱車13の第１の組から到来する補助ロープ12は、巻胴３の補助ロープ用空間14へ送る。したがって、各補助ロープ12は、巻上高さに拘らず、トロリ１内にこれに関連した静止点を有し、これによって、トロリ１側の巻胴に対する補助ロープ12の動きが防止される。さらに、これらの補助ロープ用の空間14は、巻胴３の終端部の相当に狭小な区域に、例えばフランジ16を用いて形成し、これによって、補助ロープ12を巻き付けると複数の層とすることが可能である。こうすれば、これらの補助ロープ12の巻胴３に対する角度は、いかなる巻上高さにおいてもほぼ一定に保たれ、巻胴は従前のものより相当に短く作ることができる。

これらの追加の駆動綱車15と巻胴３との間にさらに配されているのは、駆動綱車17であり、これらを介して補助ロープ12が走行するが、これら駆動綱車17は主として、補助ロープ12に支障のない経路を確保するように配置されている。

フィンランド特許第101466号によれば、補助歯車10は、例えば、共通の、機械的に独立したシステムにしてよく、その制御はすべて電気で行い、補助ロープ12の計量データと、ロープ巻胴11すなわち補助歯車10の回転速度と、これらに類する変数とによって決定する。常に十分な量の補助ロープ12がロープ巻胴11には蓄えられているため、補助ロープ12および巻上ロープ４が様々な幾何学的形状をとることによって生成される補償は、自動的に解決される。各補助歯車10を制御する特定の制御ロジックＣによって、各補助ロープ12に作用する力は上述の変数に基づいて制御され、スプレッダ７およびこれに懸垂されている負荷は、揺動不能である。補助歯車10は、必ずしも完全に対称に配する必要はない。これは、上述の制御ロジックが対称性を事前に知らされている場合は、それを考慮に入れることが可能だからである。

ここで図５を参照し、スプレッダ７およびこれに取り付けられた負荷の動きが、本発明よって制御される様子を、以下、説明する。

トルク命令Ｔ_controlは、個別に設置された制御ロジック回路Ｃによって、各補助歯車10ごとに固有のものとして算出する。この回路Ｃについては、例えばフィンランド特許第101466号に公知の回路を参照されたい。同回路は、力制御装置および速度制御装置を有し、トルク命令Ｔ_controlを、各補助歯車10におけるロープ力の基準値Ｆ_refと、ロープ力Ｆ_ropeの計測データと、補助歯車10の回転速度Ｎとに基づいて計算する。このロープ力Ｆ_ropeによって、適切な計量センサによって計測される情報の一片を表現してもよいし、あるいは、このロープ力は、補助歯車10におけるモータ制御装置（例えば、周波数コンバータ）によって決定されるトルクの実値から算出してもよい。一方、回転速度データは、負荷がその均衡位置からどのように揺動するかを示す。ロープ力の基準値Ｆ_refの設定方法は、上述の特許に詳細に説明されているため、ここでは詳述しない。

本発明によれば、補助歯車10の計測回転速度ｎ_actと補助歯車10の算出回転速度ｎ_calcとの差として得られた値ｎ_controlが補助歯車10の回転速度データｎとしてフィードバックロジック回路Ｃへ供給される。

本実施例では、算出回転速度ｎ_calcは、少なくとも、補助ロープ12の斜めの幾何学的形状により生じる補助歯車10の算出回転速度ｎ_gと、巻胴２に発生する補助ロープ12の層の変化により生じる補助歯車10の算出回転速度ｎ_lとを有する。

巻上ロープ４が垂直に配置され、補助ロープ12が対称に配されていると仮定すると、

ここで、
a1は補助ロープ12の垂直幾何学的形状のパラメータ（a1−Ｈは補助ロープ12の傾斜部の垂直投影）、
a2は補助ロープ12の水平幾何学的形状のパラメータ（補助ロープの傾斜部の水平投影）、
a3は尺度因子、
Ｈはスプレッダ７の巻上高さ、
ｄＨはスプレッダ７の巻上速度である。

複数の層が補助ロープ12に形成される結果、その巻取ビームは変化するが、巻上ロープ４においては同じ状態を保つ。したがって、次の補償を提供する必要が生じる。それによって、補助ロープ12の層の変化に関連した回転速度が次の式によって計算される。
ｎ_l＝ｋ×ｄＨ，ここで、
ｋは変換因子定数であり、その値は、補助ロープ12が巻胴３上のある層から他の層へ移る場合に常に巻上高さの関数として段階的に変化し、
ｄＨはスプレッダ７の巻上速度である。

補助歯車12が非対称に配されている場合、各歯車は、幾何学的形状のパラメータa2における歯車に固有の変化に応じて、異なる振幅のｎ_gを有する。

上述のリストギア18を用いてスプレッダ７を前後に傾斜させると、すなわちスプレッダを巻胴３の軸と共に平行軸付近で方向L1およびL2に傾斜させると、補助歯車の算出傾斜回転速度ｎ_sは、算出回転速度ｎ_calcへ加算される。

スプレッダ７がやや傾斜して配されるように考案されたトリム駆動として知られている方法によって巻上歯車２が様々な速度で駆動される場合、すなわちスプレッダ７を巻胴３と平行な水平線から逸脱させる場合、これによって、補助歯車の算出トリム回転速度ｎ_tが、更に算出速度ｎ_calcに加算される。

本発明の明細書は、本発明による方法を、１つの好適な実施例によって説明したものにすぎない。しかし当業者であれば、本方法を、添付の特許請求の範囲内で広く応用可能である。したがって、フィンランド特許第101466号に示すクレーンでは、その負荷が従来の公知の方法によって適切に制御されているものの、これにも本発明による方法を用いることは可能である。特許請求の範囲に記載の本発明の範囲内に含まれる方法の詳細を実行する手段は、多数存在する。

クレーン構造をトロリの走行方向から見た概略図である。 図１に示す構造の側面図である。 図１に示す構造の平面図である。 補助ロープ用空間の拡大図である。 本発明による方法の簡略図である。

Claims (5)

1. クレーンにおけるスプレッダおよびそれに取り付けられた負荷の揺動を制御する方法であって、該クレーンは、
   トロリ（１）と、
   該トロリ（１）に設置された複数の巻胴（３）を有する複数の巻上歯車（２）と、
   該巻胴（３）に配され前記トロリ（１）から前記スプレッダ（７）を懸垂している複数の巻上ロープ（４）とを含み、該巻上ロープは前記スプレッダに配設された駆動綱車（８）を介して前記トロリへ戻り、
   これによって制御装置により揺動を制御し、該制御装置は、
   前記トロリ（１）内に配置された複数のモータおよびモータ制御装置を含みロープ巻胴（11）を有する４つの補助歯車（10）と、
   該補助歯車（10）のロープ巻胴（11）に配設した複数の補助ロープ（12）と、
   補助ロープ用の複数の駆動綱車（13）とを有し、該駆動綱車は前記スプレッダ（７）内に配され、該駆動綱車を通って補助歯車（10）のロープ巻胴（11）から斜めに走行する補助ロープ（12）は、補助ロープ用巻胴（２）内に配設した空間（14）へ向かい、
   前記方法では、前記補助ロープ（12）がスプレッダ（７）に及ぼす力は、トルク命令（Ｔ_control）によって補助歯車（10）を用いて補助ロープを動かして制御し、該トルク命令は、前記補助ロープのロープ力（Ｆ_rope）と、補助歯車の回転速度のデータ（ｎ）とに基づき、制御ロジック（Ｃ）を用いて得られ、該制御ロジックは、所望のロープ力を発生させてそれを維持し、前記補助歯車におけるモータの回転と揺動に対する抵抗とを制御する方法において、
   該制御ロジック回路（Ｃ）に、補助歯車（10）の回転速度データとしての速度（ｎ_control）を供給し、該回転速度データは、補助歯車の計測回転速度（ｎ_act）と、補助歯車の算出回転速度（ｎ_calc）との差として、各歯車に固有に生成することを主たる特徴とする。
2. 請求項１に記載の方法において、前記算出回転速度（ｎ_calc）は、少なくとも、補助ロープの斜めの幾何学的形状により生じる補助歯車（10）の算出回転速度（ｎ_g）を有し、これによって、巻上ロープ（４）が垂直に配置され、補助ロープ（12）が対称に配されていると仮定し、
   

   

   であり、ここで、
   a1は補助ロープ（12）の垂直幾何学的形状のパラメータ（a1−Ｈは補助ロープ（12）の傾斜部の垂直投影）、
   a2は補助ロープ（12）の水平幾何学的形状のパラメータ（補助ロープの傾斜部の水平投影）、
   a3は尺度因子、
   Ｈはスプレッダ（７）の巻上高さ、および
   ｄＨはスプレッダ（７）の巻上速度、とすることを特徴とする方法。
3. 請求項２に記載の方法において、前記巻胴（２）上に発生する補助ロープ（12）の層の変化により生じる補助歯車（10）の算出回転速度（ｎ_l）を、前記算出回転速度（ｎ_calc）に加算し、これによって、
   ｎ_l＝ｋ×ｄＨ，であり、ここで、
   ｋは変換因子定数であり、その値は、補助ロープ（12）が巻胴（３）上のある層から他の層へ移る場合に常に巻上高さの関数として段階的に変化し、
   ｄＨはスプレッダ（７）の巻上速度であることを特徴とする方法。
4. 請求項２または３に記載の方法において、前記巻胴（３）の軸に平行な軸付近に発生するスプレッダ（７）の揺動により生じる補助歯車の算出回転速度（ｎ_calc）も、前記算出回転速度（ｎ_calc）に加算することを特徴とする方法。
5. 請求項２ないし４のいずれかに記載の方法において、巻上歯車（２）の様々な回転速度により生じる、スプレッダ（７）を巻胴（３）と平行な水平線から逸脱させる補助歯車の算出回転速度（ｎ_t）も、前記算出回転速度（ｎ_calc）に加算することを特徴とする方法。

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