JP2011144044A

JP2011144044A - 走行式クレーンの免震構造

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Publication number: JP2011144044A
Application number: JP2010159545A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Murano; 健一村野
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2010-07-14
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2030-07-14
Also published as: JP5018936B2

Abstract

【課題】コンテナクレーンやアンローダなどのように、脚部を備えて門形に構成されたクレーン本体とそのクレーン本体をレールに沿って走行させるための車輪を備えた走行装置とを有する走行式クレーンにおいて、地震波に対して長周期地震動成分も含めて的確に免震性能を発揮することができる、走行式クレーンの免震構造を提供する。
【解決手段】クレーン本体１０と走行装置１２の間に下部免震装置３０Ｂが配置されているとともに、脚部１１が、縦部材２１と水平部材２２によって門型に構成された上部脚部１１ａと、縦部材２３と水平部材２４によって門型に構成された下部脚部１１ｂに分割されていて、その上部脚部１１ａと下部脚部１１ｂの間に上部免震装置３０Ａが配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンテナクレーンやアンローダなどのように、脚部を備えて門形に構成されたクレーン本体とそのクレーン本体をレールに沿って走行させるための車輪を備えた走行装置とを有する走行式クレーンにおける免震構造に関するものである。

コンテナクレーンやアンローダなどの走行式クレーン１（１Ｘ）は、その一例を図１６、図１７に示すように、４本の脚部１１を備えて門形に構成されたクレーン本体１０と、そのクレーン本体１０をレール１９に沿って走行させるための車輪１３を備えた走行装置１２とを有している。

従来、このようなコンテナクレーンやアンローダなどの走行式クレーンにおける免震を考える場合、クレーン本体と走行装置の間に免震装置を介在させる方法（例えば、特許文献１）が考えられている。

また、クレーン本体を下部本体と上部本体に分割し、その下部本体と上部本体とを免震装置を介して接続する方法（例えば、特許文献２）や、クレーン本体の構造斜材を相対移動可能にして構造を柔軟にした免震構造（例えば、特許文献３）も提案されている。

特開２００４−２１０５４６号公報特開２００２−３０２３７７号公報特開２００３−０１２２７５号公報特開２００５−３１４０２１号公報

近年、港湾法の改正によって、想定地震波に長周期地震動成分が加味されるようになった。

これに対して、特許文献１に記載されたような免震構造では、走行式クレーンの固有周期が約４秒付近となる場合、その固有周期と長周期の卓越周期が一致してしまい、長周期地震動成分に対する免震効果が得られないという問題点がある。

しかも、特許文献１に記載された免震構造は、免震装置がクレーン本体と走行装置の間に装備されているため、走行装置がレール支点で支持されていることから、レール直角方向（レールの延設方向に直交する水平方向、すなわち、走行装置の走行方向に直交する水平方向）の免震に関しては、免震装置のストロークが構造上制限され、長周期地震動における大きな変位に免震装置の変位が追従しない。

また、特許文献２、３に記載されているように、クレーン構造自体の剛性を変化させる免震技術でも、上記と同様な構造体の固有周期を有することから、長周期地震動成分に対する免震効果が得られないという問題点がある。

なお、特許文献１に記載されたような免震構造において、免震装置の復元要素（ばね）を柔らかくすれば、長周期の卓越周期から走行式クレーンの固有周期を外すことができ、長周期地震動成分に対する免震効果が得られるが、その場合、免震装置の変位ストロークが大きくなり、構造体全体を支持しながら偏芯を大きくとることの制約があるため、実現が困難である。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、コンテナクレーンやアンローダなどのように、脚部を備えて門形に構成されたクレーン本体とそのクレーン本体をレールに沿って走行させるための車輪を備えた走行装置とを有する走行式クレーンにおいて、地震波に対して長周期地震動成分も含めて的確に免震性能を発揮することができる、走行式クレーンの免震構造を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］脚部を備えて門形に構成されたクレーン本体とそのクレーン本体をレールに沿って走行させるための車輪を備えた走行装置とを有する走行式クレーンにおける免震構造であって、
前記クレーン本体と前記走行装置の間に、前記レールの延設方向に直交する水平方向に動作する下部免震装置が配置されているとともに、前記脚部が上部脚部と下部脚部に分割されていて、その上部脚部と下部脚部の間に、前記レールの延設方向に直交する水平方向に動作する上部免震装置が配置されており、前記上部免震装置と前記下部免震装置は、それぞれスライド機構と復元要素と減衰要素によって構成されていることを特徴とする走行式クレーンの免震構造。

［２］前記上部免震装置のストロークが前記下部免震装置のストロークよりも大きいことを特徴とする前記［１］に記載の走行式クレーンの免震構造。

［３］地震動が所定のレベルに達した時に前記上部免震装置と前記下部免震装置が作動するようにするためのトリガ装置が配置されていることを特徴とする前記［１］または［２］に記載の走行式クレーンの免震構造。

［４］前記トリガ装置は、地震動が所定のレベルに達した時に、前記上部免震装置および前記下部免震装置に発生する慣性力により自ら破断することによって、前記上部免震装置と前記下部免震装置が作動するようになっていることを特徴とする前記［３］に記載の走行式クレーンの免震構造。

［５］前記トリガ装置は、油圧シリンダを備えており、地震動による慣性力をセンサにより検知し、地震動が所定のレベルに達した時に、前記油圧シリンダのロックを解除して、前記上部免震装置と前記下部免震装置が作動するようになっていることを特徴とする前記［３］に記載の走行式クレーンの免震構造。

［６］前記トリガ装置は、油圧シリンダを備えており、緊急地震速報や地震計などの地震情報に基づいて、地震動が所定のレベルに達した時に、前記油圧シリンダのロックを解除することを特徴とする前記［３］に記載の走行式クレーンの免震構造。

［７］前記上部免震装置と前記下部免震装置のそれぞれのばね要素と並列に油圧シリンダや電動シリンダなどの力発生装置を配置し、能動的に振動を制御することを特徴とする前記［１］〜［６］のいずれかに記載の走行式クレーンの免震構造。

本発明では、コンテナクレーンやアンローダなどのように、脚部を備えて門形に構成されたクレーン本体とそのクレーン本体をレールに沿って走行させるための車輪を備えた走行装置とを有する走行式クレーンにおいて、クレーン本体と走行装置の間に下部免震装置が配置されているとともに、前記脚部が上部脚部と下部脚部に分割されていて、その上部脚部と下部脚部の間に上部免震装置が配置されているので、全体の固有周期の調整が可能となり、所要の免震性能を持たせることができることから、地震波に対して長周期地震動成分も含めて的確に免震性能を発揮することができる。

本発明の実施形態１における走行式クレーン（コンテナクレーン）を示す図である。本発明の実施形態１における下部免震装置を示す図である。本発明の実施形態１における上部免震装置を示す図である。本発明の実施形態１における上部免震装置を示す図である。本発明の実施形態１におけるトリガ装置を示す図である。本発明の実施形態２における上部免震装置を示す図である。本発明の実施形態２における上部免震装置を示す図である。本発明の実施形態２における上部免震装置を示す図である。本発明の実施形態２における上部免震装置を示す図である。本発明の実施形態２におけるトリガ装置を示す図である。本発明の実施形態２におけるトリガ装置を示す図である。本発明の実施形態３における上部免震装置を示す図である。本発明の実施形態３における上部免震装置を示す図である。本発明の実施形態３における上部免震装置を示す図である。本発明の実施形態４における上部免震装置と下部免震装置を示す図である。走行式クレーン（コンテナクレーン）を示す図である。走行式クレーン（コンテナクレーン）を示す図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、ここでは、走行式クレーンとしてコンテナクレーンを例にして述べる。

［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１におけるコンテナクレーン１（１Ａ）の基本的な構成を示す全体図である。

この実施形態１におけるコンテナクレーン１Ａは、４本の脚部１１を備えて門形に構成されたクレーン本体１０と、そのクレーン本体１０をレール１９に沿って走行させるための車輪１３を備えた走行装置１２とを有している。

そして、免震構造として、クレーン本体１０と走行装置１２の間に下部免震装置３０Ｂが配置されているとともに、脚部１１が、縦部材２１と水平部材２２によって門型に構成された上部脚部１１ａと、縦部材２３と水平部材２４によって門型に構成された下部脚部１１ｂに分割されていて、その上部脚部１１ａと下部脚部１１ｂの間に上部免震装置３０Ａが配置されている。

上部免震装置３０Ａと下部免震装置３０Ｂは、それぞれスライド機構と復元要素（ばね要素）と減衰要素によって構成されていて、レール直角方向（レール１９の延設方向に直交する水平方向）に動作するようになっている。

ここで、下部免震装置３０Ｂは、クレーン本体１０と走行装置１２の間に配置されているため、レール直角方向に関してはストロークが構造上制限され、長周期地震動における大きな変位に追従しにくいので、上部免震装置３０Ａのストロークが下部免震装置３０Ｂのストロークよりも大きいことが好ましい。

そして、地震動が所定のレベルに達した時に上部免震装置３０Ａと下部免震装置３０Ｂが作動するように、トリガ装置が配置されている。

図２は、この実施形態１における下部免震装置３０Ｂを示す図である。

図２に示すように、この実施形態１における下部免震装置３０Ｂは積層ゴム３１による免震装置３０Ｇである。ちなみに、積層ゴム３１は、水平方向の地震動に対して、スライド機構と復元要素（ばね要素）と減衰要素を兼ね備えている。

一方、図３、図４は、この実施形態１における上部免震装置３０Ａを示す図である。図３はレール直角方向から見た図であり、図４はレール延設方向から見た図である。

図３、図４に示すように、この実施形態１における上部免震装置３０Ａは、積層ゴム３１とダンパー３２とガイド機構３３によって構成された免震装置３０Ｐである。ここで、ガイド機構３３は、上部脚部１１ａに取り付けられた上ガイド部材３３ａと下部脚部１１ｂに取り付けられた下ガイド部材３３ｂとが互いにレール直角方向に摺動するようになっている。

これにより、この免震装置３０Ｐは、垂直方向の荷重を積層ゴム３１で支持し、水平方向の地震動に対して、ガイド機構３３と積層ゴム３１がスライド機構となり、積層ゴム３１が復元要素（ばね要素）となり、ダンパー３２と積層ゴム３１が減衰要素となっている。

なお、上部免震装置３０Ａ（免震装置３０Ｐ）に対するトリガ装置として、図５に示すように、上ガイド部材３３ａと下ガイド部材３３ｂとの間にシアピン３５が設置されており、上部免震装置３０Ａに発生する慣性力によりシアピン３５が自ら破断することによって、上部免震装置３０Ａが作動するようになっている。

上記のようにして、この実施形態１においては、上部免震装置３０Ａと下部免震装置３０Ｂの上下２個の免震装置を有することによって、全体の免震ストロークをかせぎ、さらに復元要素（ばね要素）が上下２重になることによる更なる全体免震周期の長周期化が図られる。また、上部免震装置３０Ａを上部脚部１１ａと下部脚部１１ｂの間に設けることにより、下部免震装置３０Ｂに比べてストロークを大きくとる構造が可能になっている。

すなわち、この実施形態１においては、全体の固有周期の調整が可能となり、所要の免震性能を持たせることができることから、地震波に対して長周期地震動成分も含めて的確に免震性能を発揮することができる。

なお、下部免震装置３０Ｂを配置せずに上部免震装置３０Ａのみを配置した場合では、レール直角方向の脚部１１に作用する地震荷重により縦部材２３と水平部材２４の接合部に生じるモーメント荷重が低減され難い。このため下部脚部１１ｂの補強が必要となり、結果として、全体の重量増となり、岸壁側への負担が大きくなる。

［実施形態２］
本発明の実施形態２におけるコンテナクレーンの基本的な構成は、上記の実施形態１におけるコンテナクレーンと同じである。その上で、実施形態２においては、上部免震装置３０Ａが実施形態１と異なっている。

図６〜図９は、この実施形態２における上部免震装置３０Ａを示す図である。図６はレール直角方向から見た図であり、図７は図６におけるＡ−Ａ矢視図、図８は図６におけるＢ−Ｂ矢視図、図９は図６におけるＣ−Ｃ矢視図である。

図６〜図９に示すように、この実施形態２における上部免震装置３０Ａは、上端部が上部脚部１１ａの縦部材２１に連結ピン２９で連結しているとともに、下端部が下部脚部１１ｂの水平部材２４に接続しており、ダンパー４１とばね４２と移動機構４３によって構成された免震装置３０Ｑである。

ここで、移動機構４３は、図６、図７に示すように、縦部材２１の下方に連結ピン２９で連結された支持部材４０の下部に取り付けられた車輪４４が、水平部材２４の上面にレール１９に直交する方向に延設されたレール４５上を移動するようになっている。その際に、支持部材４０の両側部に取り付けられた一対のアーム４６が、水平部材２４の両側面にそれぞれ取り付けられたガイド部材４７を抱え込むようにしてレール４５の延設方向に移動するようになっており、これによって、レール４５の延設方向と直交する水平方向の地震動等で車輪４４がレール４５から外れることを防止している。なお、ここでは、アーム４６はリニアガイド４８を介してガイド部材４７に沿って移動するようになっているが、リニアガイド４８に替えて、滑り材やローラであってもよい。

また、ばね４２は、図６、図８に示すように、一端が支持部材４０の下面に固定され、他端が水平部材２４の上面に固定されている。

同様に、ダンパー４１は、図６、図９に示すように、一端が支持部材４０の下面に固定され、他端が水平部材２４の上面に固定されている。

これにより、この免震装置３０Ｑは、垂直方向の荷重を水平部材４０と車輪４４とレール４５で支持し、水平方向の地震動に対して、走行機構４３がスライド機構となり、ばね４２が復元要素（ばね要素）となり、ダンパー４１が減衰要素となっている。

なお、上部免震装置３０Ａ（免震装置３０Ｑ）に対するトリガ装置として、特許文献４に記載のトリガ装置が用いられている。

すなわち、図１０、図１１に示すように、上部脚部１１ａの縦部材２１と下部脚部１１ｂの水平部材２４の間を接続する油圧シリンダ機構７２を備えており、地震動によるピストン７４の差動で生じるシリンダ７３内の油圧上昇を圧力センサにより検知し、シリンダ７３内の油圧上昇が所定のレベルに達した時に、油圧シリンダ機構７２のロック（油圧回路や電磁ブレーキ等）を解除して、上部免震装置３０Ａ（免震装置３０Ｑ）が作動するようになっている。

なお、上記において、緊急地震速報や地震計などの地震情報に基づいて、地震動が所定のレベルに達した時に、油圧シリンダ機構７２のロック（油圧回路や電磁ブレーキ等）を解除するようにしてもよい。

このようにして、この実施形態２においても、全体の固有周期の調整が可能となり、所要の免震性能を持たせることができることから、地震波に対して長周期地震動成分も含めて的確に免震性能を発揮することができる。

［実施形態３］
本発明の実施形態３におけるコンテナクレーンの基本的な構成は、上記の実施形態１、２におけるコンテナクレーンと同じである。その上で、実施形態３においては、上部免震装置３０Ａが実施形態１、２と異なっている。

図１２、図１３は、この実施形態３における上部免震装置３０Ａを示す図である。図１２はレール直角方向から見た図であり、図１３は図１２におけるＡ−Ａ矢視図である。

この実施形態３における上部免震装置３０Ａは、積層ゴムを用いた免震装置であるが、免震装置のストロークを大きくするために、背の高い積層ゴムを用いると不安定になるので、通常の高さの積層ゴムを上下２段に重ねて用いるようにしたものである。

すなわち、図１２、図１３に示すように、この実施形態３における上部免震装置３０Ａは、上端部が上部脚部１１ａの縦部材２１に連結ピン２９と球面軸受２８で連結しているとともに、下端部が下部脚部１１ｂの水平部材２４に接続しており、上段積層ゴム５２ａ、下段積層ゴム５２ｂと、上段ガイドローラ５３ａ、下段ガイドローラ５３ｂと、ダンパー５５によって構成された免震装置３０Ｒである。

ここで、上段積層ゴム５２ａは、縦部材２１の下方に連結ピン２９と球面軸受２８で連結された支持部材５０の下面と、縦部材２１と水平部材２４の中間に位置する中間部材５１の上面との間に配置され、下段積層ゴム５２ｂは、中間部材５１の下面と水平部材２４の上面との間に配置されている。

そして、上段積層ゴム５２ａがレール直角方向に変位する際の案内として、中間部材５１の上面をレール直角方向に移動する上段ガイドローラ５３ａが支持部材５０の下面に取り付けられ、下段積層ゴム５２ｂがレール直角方向に変位する際の案内として、水平部材２４の上面をレール直角方向に移動する下段ガイドローラ５３ｂが中間部材５１の下面に取り付けられている。なお、図１２中の５９ａは上段ガイドローラ５３ａのストッパー（上段ストッパー）であり、５９ｂは下段ガイドローラ５３ｂのストッパー（下段ストッパー）である。

また、ダンパー５５は、一端が支持部材５０に固定され、他端が水平部材２４側に固定されている。

これにより、この免震装置３０Ｒは、垂直方向の荷重を支持部材５０、上段積層ゴム５２ａ、中間部材５１、下段積層ゴム５２ｂで支持し、水平方向の地震動に対して、上段積層ゴム５２ａと上段ガイドローラ５３ａと下段積層ゴム５２ｂと下段ガイドローラ５３ｂがスライド機構となり、上段積層ゴム５２ａと下段積層ゴム５２ｂが復元要素（ばね要素）となり、ダンパー５５と上段積層ゴム５２ａと下段積層ゴム５２ｂが減衰要素となっている。

そして、地震動が所定のレベルに達した時に、トリガ装置（例えば、図１０、図１１に示したトリガ装置）の起動によって、上部免震装置３０Ａ（免震装置３０Ｒ）が作動するようになっている。

図１４は、上部免震装置３０Ａ（免震装置３０Ｒ）が作動した状態を示しており、上段積層ゴム５２ａがレール直角方向にδ１変位し、下段積層ゴム５２ｂがレール直角方向にδ２変位している。これによって、レール直角方向にδ１＋δ２の変位を得ることができる。

このようにして、この実施形態３においても、全体の固有周期の調整が可能となり、所要の免震性能を持たせることができることから、地震波に対して長周期地震動成分も含めて的確に免震性能を発揮することができる。

［実施形態４］
上記の実施形態１〜３においては、上部免震装置３０Ａと下部免震装置３０Ｂの上下２個の免震装置を有することによって、長周期化および免震層の変位が充分とれるようになるが、それでも地震波によっては、下部免震装置３０Ｂの変位が構造上の制限を超える場合がある。

このため、この実施形態４におけるコンテナクレーンでは、基本的な構成は実施形態１〜３と同様にした上で、図１５に示すように、上部免震装置３０Ａと下部免震装置３０Ｂのそれぞれのばね要素と並列に油圧シリンダや電動シリンダなどの力発生装置（アクチュエータ）を配置し、上部免震装置３０Ａと下部免震装置３０Ｂの加速度や変位をセンサにて検出して、上部免震装置３０Ａと下部免震装置３０Ｂの変位を能動的に制御することで、下部免震装置３０Ｂの変位を構造上の制限内に抑えている。

なお、一般的に変位を制限すると加速度が大きくなるというトレードオフの関係にあるが、制御系のパラメータを適切にすることにより、２つの目的関数（加速度、変位）を満足するような制御則を与えることが可能である。

１走行式クレーン
１Ａ走行式クレーン
１Ｘ走行式クレーン
１０クレーン本体
１１脚部
１１ａ上部脚部
１１ｂ下部脚部
１２走行装置
１３車輪
１９レール
２１縦部材
２２水平部材
２３縦部材
２４水平部材
２８球面軸受
２９連結ピン
３０Ａ上部免震装置
３０Ｂ下部免震装置
３０Ｇ免震装置
３０Ｐ免震装置
３０Ｑ免震装置
３０Ｒ免震装置
３１積層ゴム
３２ダンパー
３３ガイド部材
３３ａ上ガイド部材
３３ｂ下ガイド部材
３５シアピン
４０支持部材
４１ダンパー
４２ばね
４３走行機構
４４車輪
４５レール
４６アーム
４７ガイド部材
４８リニアガイド
５０支持部材
５１中間部材
５２ａ上段積層ゴム
５２ｂ下段積層ゴム
５３ａ上段ガイドローラ
５３ｂ下段ガイドローラ
５５ダンパー
５９ａ上段ストッパー
５９ｂ下段ストッパー
７２油圧シリンダ機構
７３シリンダ
７４ピストン

Claims

脚部を備えて門形に構成されたクレーン本体とそのクレーン本体をレールに沿って走行させるための車輪を備えた走行装置とを有する走行式クレーンにおける免震構造であって、
前記クレーン本体と前記走行装置の間に、前記レールの延設方向に直交する水平方向に動作する下部免震装置が配置されているとともに、前記脚部が上部脚部と下部脚部に分割されていて、その上部脚部と下部脚部の間に、前記レールの延設方向に直交する水平方向に動作する上部免震装置が配置されており、前記上部免震装置と前記下部免震装置は、それぞれスライド機構と復元要素と減衰要素によって構成されていることを特徴とする走行式クレーンの免震構造。
前記上部免震装置のストロークが前記下部免震装置のストロークよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の走行式クレーンの免震構造。
地震動が所定のレベルに達した時に前記上部免震装置と前記下部免震装置が作動するようにするためのトリガ装置が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の走行式クレーンの免震構造。
前記トリガ装置は、地震動が所定のレベルに達した時に、前記上部免震装置および前記下部免震装置に発生する慣性力により自ら破断することによって、前記上部免震装置と前記下部免震装置が作動するようになっていることを特徴とする請求項３に記載の走行式クレーンの免震構造。
前記トリガ装置は、油圧シリンダを備えており、地震動による慣性力をセンサにより検知し、地震動が所定のレベルに達した時に、前記油圧シリンダのロックを解除して、前記上部免震装置と前記下部免震装置が作動するようになっていることを特徴とする請求項３に記載の走行式クレーンの免震構造。
前記トリガ装置は、油圧シリンダを備えており、緊急地震速報や地震計などの地震情報に基づいて、地震動が所定のレベルに達した時に、前記油圧シリンダのロックを解除することを特徴とする請求項３に記載の走行式クレーンの免震構造。
前記上部免震装置と前記下部免震装置のそれぞれのばね要素と並列に油圧シリンダや電動シリンダなどの力発生装置を配置し、能動的に振動を制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の走行式クレーンの免震構造。