JP2011213455A - Quay crane - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、港湾や内陸地のコンテナターミナルなどでコンテナの荷役に使用するクレーン等に、地震対策を施した岸壁クレーンに関するものである。 The present invention relates to a quay crane in which a crane or the like used for container handling at a port or an inland container terminal is provided with an earthquake countermeasure.
港湾や内陸地等のコンテナターミナルでは、岸壁クレーン、門型クレーン、コンテナトレーラによって、船舶及びトレーラ間のコンテナの荷役を行っている。このコンテナターミナルにおける地震対策として、岸壁クレーンの機械室を制振マス(おもり)として利用し、制振効果を得るように構成したクレーンが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Container terminals such as harbors and inland areas handle containers between ships and trailers by quay cranes, portal cranes, and container trailers. As a countermeasure against earthquakes in this container terminal, a crane has been proposed in which a machine room of a quay crane is used as a damping mass (weight) to obtain a damping effect (see, for example, Patent Document 1).
図5に従来型の地震対策を施した岸壁クレーンの1例を示す。岸壁クレーン1Xは、脚構造物2の下端に免震装置(アイソレータ)13を介して走行装置30を有し、上方にガーダ3及びブーム4を有している。この脚構造物2は、海側及び陸側の脚20と、脚20同士を連結する脚つなぎ構造物21を有している。
Fig. 5 shows an example of a quay crane with conventional earthquake countermeasures. The
また、このガーダ3及びブーム4に沿って、トロリ31が走行し、コンテナの荷役作業を行うように構成している。この走行装置30は、岸壁(地表面12)に敷設したレール上を走行する車輪を有している。また、免震装置13は、地表面12の振動からクレーン1Xを絶縁するための装置であり、例えば鋼板とゴムを交互に積層したアイソレータ等を使用している。
Further, the
更に、このクレーン1Xは、ガーダ3上に機械室6を利用した制振装置5Xを有している。この制振装置5Xは、機械室6の下面に車輪33を設置し、この機械室6がガーダ3上を海陸方向に移動できるように構成している。なお、x軸は海陸方向(クレーンの横行方向)を、y軸は岸壁に沿った方向(クレーンの走行方向)を、z軸は鉛直方向を示している。
Further, the
次に、図6に示す振動解析用にモデル化したクレーン1Xについて説明する。この振動解析用モデルは、クレーン1X(質量体)の重心であるクレーン質点Mと、制振マスmx(機械室6)の関係を示している。クレーン質点Mは、バネ機構9及びダンパー機構10でモデル化した免震装置13を介して、地表面12に設置している。また、制振マスmxは、同様にバネ機構9及びダンパー機構10でモデル化した減衰機構7を介して、ガーダ3に設置している。
Next, the
次に、このクレーン1Xの地震発生時の動作について説明する。地震発生時には、免震装置13を固定していたせん断ピン等が破断し、免震装置13が作動する。この免震装置13は、クレーン構造物を地表面12の振動から絶縁し、矢印で示すクレーン構造物の海陸方向振動S1の振動を抑制する。この構造により、クレーン1Xは免震効果を得ることができる。
Next, the operation of the
また、地震発生時には、機械室6を固定していたせん断ピン等が破断し、制振装置5Xが作動する。制振装置5Xは、機械室6がクレーン1Xに対して揺動自在となるように構成している。この機械室6は、クレーン1Xの振動と逆位相で、海陸方向(x軸方向)に振動する。
Further, when an earthquake occurs, the shear pin or the like that has fixed the
更に、機械室6とクレーン1Xの間に設置した減衰機構7(例えばバネ機構とダンパー
機構の組み合わせ)により、機械室6とクレーン1Xの相対運動を減衰するように構成している。つまり、機械室6を制振マス(制振用おもり)として利用できるように構成している。
Further, the relative motion between the
なお、制振装置は、現在、超高層ビル等で利用されている技術であり、建築物の屋上等に数十から数百トンのウエイト(制振マス)を揺動自在に設置して構成している。地震発生時には、ビルの振動が一端を固定し(地表面側)、他方を開放した(天側)梁と同様の振動モードとなる。そのため、ビルの振動と逆位相で振動する制振マスの存在により、ビルの振動を軽減することができる。 The vibration control device is a technology currently used in high-rise buildings, etc., and consists of several tens to several hundred tons of weight (vibration control mass) that can be swung freely on the rooftop of a building. is doing. When an earthquake occurs, the vibration of the building is in the same vibration mode as a beam with one end fixed (ground surface side) and the other open (top side). Therefore, the vibration of the building can be reduced due to the presence of the damping mass that vibrates in the opposite phase to the vibration of the building.
クレーン1Xは、上記の免震装置13及び制振装置5Xにより、海陸方向(x軸方向)の振動を抑制及び減衰することができる。なお、岸壁に沿った方向(y軸方向)の振動は、走行装置30に設置した金属製の車輪が、金属製のレール上を転動又は摺動するため、吸収することができる。つまり、岸壁クレーン1Xは、海陸方向(x軸方向)及び岸壁に沿った方向(y軸方向)の2方向に対して振動を抑制及び減衰することができる。
The
しかしながら、上記の構成を有するクレーン1Xは以下のような問題点を有している。第1に、クレーン1Xは、ガーダ3及びブーム4の端部を交互に上下移動するような縦ねじれ振動w1を抑制することができないという問題を有している。つまり、岸壁に沿った方向(y軸)を中心軸とする回転を抑制することができない。
However, the
この縦ねじれ振動w1により、クレーンの海側及び陸側の車輪が交互に浮き上がり、車輪がレールから脱線してしまうという事故が発生する。この事故の発生により、地震発生後のクレーンの復旧作業には膨大な時間がかかっていた。 The longitudinal torsional vibration w1 causes an accident that the sea side and land side wheels of the crane float alternately and the wheels derail from the rail. Due to the occurrence of this accident, it took a long time to restore the crane after the earthquake.
第2に、クレーン1Xは、ガーダ3及びブーム4が水平面内で回転するような横ねじれ振動w2を抑制することができないという問題を有している。つまり、鉛直方向(z軸)を中心軸とする回転を抑制することができない。
Secondly, the
これらの問題は、クレーンの主要構造物において、ガーダ3及びブーム4といった重要物を、重心から遠く離れた位置に配置しているために発生する。つまり、梁状の超高層ビル等においては、そのビル全体の重心を通る垂線上に制振マスを設置し、ビルの振動を減衰することが可能であった。しかし、複雑な形状の構造物であるクレーンは、複雑に振動するため1つの制振マスで全ての揺れを減衰することは困難であった。また、クレーンは、クレーン全体の重心を通る垂線上に大型の制振マスを設置するスペースを取れない場合が多かった。
These problems occur because important objects such as the
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、岸壁クレーンに発生する水平振動(横行方向振動及び走行方向振動)とねじれ振動(縦ねじれ振動及び横ねじれ振動)を抑制する制振構造を有した岸壁クレーンを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to suppress horizontal vibration (transverse direction vibration and traveling direction vibration) and torsional vibration (longitudinal torsional vibration and lateral torsional vibration) generated in a quay crane. An object of the present invention is to provide a quay crane having a vibration control structure.
上記の目的を達成するための本発明にかかる岸壁クレーンは、脚構造物の下方に走行装置を有し、上方にガーダ及びブームを有した岸壁クレーンにおいて、前記ガーダ及び前記
ブームにそれぞれ少なくとも1つの制振装置を設置し、前記制振装置が、前記ガーダ又は前記ブームに対して減衰機構を介して揺動自在に設置した制振マスを有していることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a quay crane according to the present invention is a quay crane having a traveling device below a leg structure and having a girder and a boom above, and each of the girder and the boom has at least one. A damping device is installed, and the damping device has a damping mass that is swingably installed with respect to the girder or the boom via a damping mechanism.
この構成により、脚構造物の内側に位置するクレーン重心に対して、離れた少なくとも2つの位置に制振マスを配置する構成となるため、クレーンの縦ねじれ振動及び横ねじれ振動を抑制及び減衰することができる。同時に、クレーンの水平振動を抑制及び減衰することができる。 With this configuration, since the damping mass is arranged at at least two positions away from the center of gravity of the crane located inside the leg structure, the vertical and horizontal torsional vibrations of the crane are suppressed and attenuated. be able to. At the same time, horizontal vibrations of the crane can be suppressed and damped.
上記の岸壁クレーンにおいて、前記脚構造物を構成する脚、及び前記脚と脚を連結する脚つなぎ構造物に少なくとも1つの制振装置を設置し、前記制振装置が、前記脚又は前記脚つなぎ構造物に対して減衰機構を介して揺動自在に設置した制振マスを有していることを特徴とする。 In the above quay crane, at least one vibration damping device is installed on the leg constituting the leg structure and the leg joint structure connecting the leg to each other, and the vibration damping device is the leg or the leg joint. It has the damping mass installed so that rocking was possible via the damping mechanism with respect to the structure.
この構成により、脚構造物の内部に位置するクレーン重心に対して、ガーダ及びブームに加え、脚構造物に制振装置を設置するため、クレーンのねじれ振動及び水平振動を抑制及び減衰する効果を向上することができる。 With this configuration, in addition to the girder and boom, the vibration control device is installed in the leg structure against the center of gravity of the crane located inside the leg structure, so that the torsional vibration and horizontal vibration of the crane are suppressed and attenuated. Can be improved.
上記の岸壁クレーンにおいて、前記制振装置の前記制振マスを、少なくとも鉛直方向に揺動可能に構成したことを特徴とする。この構成により、クレーンの縦ねじれ振動を抑制及び減衰することができる。 In the above quay crane, the damping mass of the damping device is configured to be swingable at least in the vertical direction. With this configuration, the vertical torsional vibration of the crane can be suppressed and attenuated.
上記の岸壁クレーンにおいて、前記制振装置の前記制振マスを、少なくとも前記ガーダ及び前記ブームの長手方向に対して交差する方向に揺動可能に構成したことを特徴とする。この構成により、クレーンの横ねじれ振動を抑制及び減衰することができる。 In the above quay crane, the damping mass of the damping device is configured to be swingable in a direction intersecting at least the longitudinal direction of the girder and the boom. With this configuration, the lateral torsional vibration of the crane can be suppressed and damped.
上記の岸壁クレーンにおいて、前記減衰機構が、少なくともバネ機構及びダンパー機構を有していることを特徴とする。 In the quay crane described above, the damping mechanism includes at least a spring mechanism and a damper mechanism.
上記の岸壁クレーンにおいて、前記ガーダ及び前記ブームの少なくとも一方を中空の柱状構造物で構成し、前記中空の柱状構造物の内部に少なくとも1つの前記制振装置を設置したことを特徴とする。この構成により、従来のクレーンに大幅な設計変更等を加えずに、制振装置を設置することができる。また、制振装置が風雨に曝されないため、クレーンのねじれ振動及び水平振動を抑制及び減衰する効果を安定的に維持することができる。 In the above quay crane, at least one of the girder and the boom is formed of a hollow columnar structure, and at least one vibration damping device is installed inside the hollow columnar structure. With this configuration, it is possible to install the vibration control device without adding a significant design change to the conventional crane. Moreover, since the vibration damping device is not exposed to wind and rain, the effect of suppressing and attenuating the torsional vibration and horizontal vibration of the crane can be stably maintained.
本発明に係るクレーンによれば、岸壁クレーンに発生するねじれ振動(縦ねじれ振動及び横ねじれ振動)を抑制及び減衰する制振構造を有した岸壁クレーンを提供することができる。また、岸壁クレーンに発生する水平振動(横行方向振動及び走行方向振動)を、抑制及び減衰する制振構造を有した岸壁クレーンを提供することができる。 The crane according to the present invention can provide a quay crane having a vibration control structure that suppresses and attenuates torsional vibration (vertical torsional vibration and lateral torsional vibration) generated in the quay crane. Moreover, the quay crane which has the damping structure which suppresses and damps the horizontal vibration (transverse direction vibration and traveling direction vibration) which generate | occur | produces in a quay crane can be provided.
以下、本発明に係る実施の形態のクレーンについて、図面を参照しながら説明する。図1に、複数の制振装置5を有したクレーン1の振動解析用側面モデルを示す。クレーン1は、ガーダ3及びブーム4(クレーン構造物とも言う)にそれぞれ制振装置5を設置している。制振装置5は、第1制振マスm1及び第2制振マスm2(以下、総称して制振マスmという)を、それぞれ減衰機構7を介して構造物に設置して構成している。制振マスmは、この減衰機構7により、ガーダ3及びブーム4に対して少なくとも鉛直方向(z軸方向)に揺動自在となるように設置している。
Hereinafter, a crane according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a side model for vibration analysis of a
この減衰機構7は、制振マスmを鉛直方向(z軸方向)に移動自在とし、且つ、制振マスmとクレーン構造物の相対運動を減衰する構造を有している必要がある。例えば、バネ機構とダンパー機構の組み合わせや、鋼板とゴムを積層して構成するアイソレータ等を利用することができる。図1では、減衰機構7をバネ機構及びダンパー機構でモデル化して示している。また、クレーン1は、地表面12との間に免震装置13を有している。この免震装置13もバネ機構及びダンパー機構でモデル化して示している。なお、クレーン1の重心をクレーン質点Mで示し、x軸方向は海陸方向、z軸方向は鉛直方向を示している
。
The damping
次に、地震発生時におけるクレーン1の動作を説明する。地震発生に伴い、クレーン1に縦ねじれ振動w1が発生した場合、ガーダ3及びブーム4の両端が破線で示す様に上下する。このガーダ3及びブーム4の縦ねじれ振動w1に対して、制振マスmは逆位相で振動する。
Next, the operation of the
なお、クレーン1の海陸方向(x軸方向)の海陸方向振動S1に対しては、通常時は固定状態である免震装置13を開放し、地表面12とクレーン構造物を絶縁し、地表面12の振動をクレーン1に伝えないように制御する。
For the land-and-land direction vibration S1 in the sea-and-land direction (x-axis direction) of the
上記の構成により、縦ねじれ振動w1を抑制及び減衰することができる。これは、制振マスmが、ガーダ3及びブーム4の縦ねじれ振動w1に対して、逆位相で振動して、クレーン全体が地震動に対してほとんど共振状態とならないためである。この縦ねじれ振動w1の抑制及び減衰により、地震発生時にクレーン1の走行装置30の車輪が浮き上がり、脱線するという事故を防止することができる。そのため、地震発生後のクレーン復旧が容易になり、荷役作業を迅速に再開することができる。
With the above configuration, the longitudinal torsional vibration w1 can be suppressed and attenuated. This is because the damping mass m vibrates in the opposite phase with respect to the longitudinal torsional vibration w1 of the
なお、制振装置5が抑制及び減衰する振動は、地震動に限らず、コンテナ等の荷役作業時に発生するクレーンの振動にも効果を発揮する。つまり、荷役作用時に発生するガーダ3及びブーム4の振動を、従来の岸壁クレーンに比べて、大幅に抑制することができ、それに伴い、クレーン1の操作性を向上することができる。
In addition, the vibration which the damping
また、制振マスmは、ガーダ3及びブーム4の端部に近い場所に設置することが望ましい。これは、制振マスmをガーダ3及びブーム4の先端に設置した方が、制振マスmの移動により発生するモーメントが大きくなり、縦ねじり振動w1を抑制及び減衰する効果が大きくなるためである。従って、制振マスmは、クレーン質点Mから離れた位置に設置することが望ましい。
Further, it is desirable that the damping mass m is installed at a location near the ends of the
更に、ガーダ3及びブーム4に3つ以上の制振装置5を設置し、制振効果を高めることも可能である。このとき、それぞれの制振マスmの質量、バネ機構のバネ常数、ダンパー機構の粘性係数を変更し、長周期の地震動に対してもクレーン1が共振状態とならないように構成することもできる。
Furthermore, it is possible to install three or more damping
図2に、図1に示したクレーン1の振動解析用平面モデルを示す。制振マスmは、減衰機構7により、ガーダ3及びブーム4に対して少なくとも岸壁に沿った方向(y軸方向)に揺動自在となるように設置している。
FIG. 2 shows a plane model for vibration analysis of the
次に、地震発生時におけるクレーン1の動作を説明する。地震発生に伴い、クレーン1に横ねじれ振動w2が発生した場合、ガーダ3及びブーム4の両端が破線で示す様に振動する。このガーダ3及びブーム4の横ねじれ振動w2に対して、制振マスmは逆位相で振動する。
Next, the operation of the
上記の構成により、横ねじれ振動w2を抑制及び減衰することができる。これは、ガーダ3及びブーム4の横ねじれ振動w2に対して、制振マスmが逆位相で振動して、クレーン全体として共振することを抑制できるためである。
With the above configuration, the lateral torsional vibration w2 can be suppressed and damped. This is because the damping mass m can be prevented from resonating with the crane as a whole with respect to the lateral torsional vibration w <b> 2 of the
以上より、少なくとも2つの制振装置5において、制振マスmが鉛直方向(z軸方向)に揺動可能であれば縦ねじれ振動w1を、制振マスmが岸壁に沿った方向(y軸方向)に揺動可能であれば横ねじれ振動w2を、抑制及び減衰することができる。更に、制振マスmを海陸方向(x軸方向)に揺動可能とし、海陸方向振動S1を抑制及び減衰するように構成することもできる。
From the above, in at least two damping
図3に、制振装置5の1例の概略を示す。制振装置5は、中空の柱状構造物であるガーダ3、ブーム4、脚20、又は脚つなぎ構造物21等の内部に、減衰機構7(例えばバネダンパー17)を介して制振マスmを設置した構成を有している。
FIG. 3 shows an outline of an example of the
制振マスmは、y軸方向台車14yにバネダンパー17zを介して設置している。この制振マスmは、y軸方向台車14yに形成した穴19内をスライドするように構成している。z軸方向に揺動可能に構成している。y軸方向台車14yは、x軸方向台車14xに設置したレール16y上を、車輪15yで走行可能に構成している。また、y軸方向台車14yは、バネダンパー17yを介してx軸方向台車14xと連結している。つまり、y軸方向に揺動可能に構成している。x軸方向台車14Xは、柱状構造物の内壁11に形成
したレール16x上を、車輪15xで走行可能に構成している。また、x軸方向台車14xは、バネダンパー17xを介して、内壁11と連結している。つまり、x軸方向に揺動可能に構成している。
The damping mass m is installed on the y-
制振装置5は、制振マスmがz軸方向に、y軸方向台車14yがy軸方向に、x軸方向台車14xがx軸方向に、それぞれ揺動する構成により、あらゆる方向の振動に対して制振効果を得ることができる。また、x軸方向台車14x及びy軸方向台車14yの質量を制振マスとして利用することもできる。この場合は、x軸方向が最も強い制振効果を得ることができる。そのため、ガーダ3等に設置する場合は、振動の大きい横行方向と、x軸方向台車14xの揺動方向が一致するように、制振装置5を設置することが望ましい。
The
なお、制振装置5をクレーン構造物の表面に設置することもできる。例えば、ガーダ又はブームの上面側に設置したり、下面側に吊るすように設置することができる。また、脚又は脚つなぎ構造物の側面に設置することもできる。このとき、制振装置の設置場所により、制振装置の揺動可能となる方向を選択してもよい。つまり、例えば脚の側面に設置した制振装置は、x軸方向及びy軸方向に揺動可能で、z軸方向には揺動しないように構成してもよい。
The
図4に、制振装置5のモデルを示す。制振装置5は、制振マスmと、ガーダ3又はブーム4の内壁11と、この制振マスmと内壁11を接続する減衰機構7を有している。減衰
機構7は、バネ機構9及びダンパー機構10の組合せで示している。
FIG. 4 shows a model of the
また、異なる軸方向の減衰機構7は、枠体18を介してそれぞれ設置することが望ましい。枠体18を利用する構成により、x軸、y軸、z軸等の方向の振動を、それぞれ独立して減衰することができる。なお、図3に示した制振装置5は、多重枠体構造を採用しており、x軸、y軸、z軸方向の振動を独立して減衰するように構成している。
Further, it is desirable that the
次に制振装置5の動作について説明する。この制振装置5は、制振マスmを岸壁に沿った方向(y軸方向)及び鉛直方向(z軸方向)に揺動自在となるように構成している。なお、制振マスmの固有振動数は、制振マスmの質量、バネ機構9のバネ定数k及びダンパー機構10の粘性係数cをパラメータとして任意に決定することができる。
Next, the operation of the
上記の構成により、制振装置5は、予め想定した地震動の周期に対して、最適な制振効果を得られるように設計することができる。つまり、クレーン1の形状及び想定される地震動の周期から、縦ねじれ振動w1及び横ねじれ振動w2を予め推定することができる。この推定されたねじれ振動に対して、制振装置5の最適なパラメータをクレーン1の設計段階で決定することができる。
With the above-described configuration, the
以上より、縦ねじれ振動w1及び横ねじれ振動w2を抑制及び減衰でき、高い制振効果を得られる岸壁クレーン1を提供することが可能となる。なお、本発明は、岸壁クレーンに限らず、ジブクレーン等の長尺ブーム等を有するクレーンにも同様に適用することが可能である。
From the above, it is possible to provide the
1 クレーン(岸壁クレーン)
2 脚構造物
3 ガーダ
4 ブーム
5 制振装置
7 減衰機構
9 バネ機構
10 ダンパー機構
11 内壁
m 制振マス
m1 第1制振マス
m2 第2制振マス
M クレーン重心質点
w ねじれ振動
w1 縦ねじれ振動
w2 横ねじれ振動
1 Crane (quay crane)
2
Claims (6)
前記ガーダ及び前記ブームにそれぞれ少なくとも1つの制振装置を設置し、
前記制振装置が、前記ガーダ又は前記ブームに対して減衰機構を介して揺動自在に設置した制振マスを有していることを特徴とする岸壁クレーン。 In a quay crane having a traveling device below the leg structure and having a girder and a boom above,
At least one damping device is installed on each of the girder and the boom,
The quay crane, wherein the vibration control device has a vibration control mass that is swingably installed with respect to the girder or the boom via a damping mechanism.
前記制振装置が、前記脚又は前記脚つなぎ構造物に対して減衰機構を介して揺動自在に設置した制振マスを有していることを特徴とする請求項1に記載の岸壁クレーン。 Installing at least one vibration control device on a leg constituting the leg structure and a leg connecting structure connecting the leg and the leg;
The quay crane according to claim 1, wherein the vibration control device includes a vibration control mass that is swingably installed on the leg or the leg connecting structure via a damping mechanism.
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