JP2012206823A

JP2012206823A - クレーンの制御方法

Info

Publication number: JP2012206823A
Application number: JP2011073367A
Authority: JP
Inventors: Koji Oi; 孝二大井
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-10-25
Anticipated expiration: 2031-03-29
Also published as: JP5896615B2

Abstract

【課題】スプレッダを巻下ろしてコンテナに接近させる際に、スプレッダとコンテナの衝突を防止し、且つ、短時間でスプレッダとコンテナの接触を実現したクレーンの制御方法を提供する。
【解決手段】主巻ワイヤロープに吊られたスプレッダと、スプレッダと海上用輸送コンテナの間の距離を計測する距離計測センサを有するクレーン１の制御方法において、センサでスプレッダとコンテナ間の距離Ｌｘを計測する距離計測ステップと、距離Ｌｘ及びスプレッダのブレーキ時の加速度から上限速度Ｖｘを算出する算出ステップと、スプレッダ７の移動速度を上限速度Ｖｘに制御する減速ステップを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、海上用輸送コンテナを荷役する岸壁クレーン及び門型クレーン等による荷役の際に、コンテナとスプレッダの衝突を防止するクレーンの制御方法に関するものである。

港湾や内陸地等のコンテナターミナルでは、岸壁クレーンや門型クレーンによって船舶及びトレーラ間のコンテナの積み下ろしが行われている。

図３に岸壁クレーンの荷役時の概略を示す。岸壁クレーン１は岸壁２に走行可能に設置され、コンテナ船３からコンテナ４を荷下ろしする。この荷役作業は、ガーダ５上を移動する横行トロリ６が、コンテナ４上方に移動し、スプレッダ７を下ろしてコンテナ４を把持し、コンテナ４を吊り上げて、陸側のトレーラ８に運搬して行われる。また、スプレッダ７は機械室９のドラムから繰り出される主巻ワイヤロープ１０で吊られているが、この主巻ワイヤロープ１０は、複数のカテナリトロリ１１により支えられている。

なお、運転室１２は地上から４０〜６０ｍの位置にある。また、横行トロリ６の移動速度は２００〜３００ｍ／ｍｉｎ、主巻ワイヤロープ１０の巻上速度は空荷で１２０〜１８０ｍ／ｍｉｎ、フルロードで６０〜９０ｍ／ｍｉｎであり、巻下ろし速度は空荷で１２０〜１８０ｍ／ｍｉｎとなっている。

次に、荷役作業におけるオペレータのクレーン操作について説明する。図４に、横行トロリ６とスプレッダ７の概略図を示す。オペレータは、まず、横行トロリ６をコンテナ船３内のコンテナ４の上方に移動させる。オペレータは、運転室１２から肉眼又はカメラ等で、コンテナ４の位置を確認しながら、スプレッダ７を降下させる（図４左参照）。スプレッダ７とコンテナ４をツイストロックで連結した後、コンテナ４を巻上げる（図４右参照）。以上を繰り返し、オペレータは、コンテナ４の荷役作業を行う。

ここで、運転室１２からコンテナ４までの距離は、５０〜７０ｍ程度となる場合があり、オペレータによるコンテナ４の位置確認は困難となる。そのため、スプレッダ７が高速でコンテナ４に衝突し、着床する事故が多発する。この衝突を緩和するために、スプレッダ７下面のツイストロックに、油圧ダンパを設置した構成が開示されている（例えば特許文献１参照）。この油圧ダンパにより、スプレッダ７とコンテナ４の衝突による破損等を抑制することができる。

また、コンテナ４とスプレッダ７の衝突を防止するために、スプレッダ７にセンサを設置する構成が開示されている（例えば特許文献２参照）。このセンサにより、オペレータは、コンテナ４の種類（２０ｆｔコンテナ又は４０ｆｔコンテナ等）を識別することができる。このコンテナの識別により、スプレッダがコンテナと接触することを防止している。

しかしながら、上記のクレーンは、いくつかの問題点を有している。第１に、油圧ダンパ等の設置により、スプレッダとコンテナの衝突を緩和したとしても、ワイヤロープ１０が余分に繰り出されてしまう（図４左参照）という問題を有している。このたるみは、コンテナを巻上げワイヤロープ１０にコンテナ４の荷重がかかる瞬間、ワイヤロープ１０が跳ね上がり、ガーダ等に衝突して破壊する危険性を含んでいる。

第２に、センサにより２０ｆｔ及び４０ｆｔコンテナ等を識別する構成では、荷役効率の更なる向上が困難であるという問題を有している。つまり、コンテナの種類の違いにより発生する衝突事故は防止できるが、この識別作業のために、スプレッダがコンテナ上方で待機する時間が必要となり、荷役効率の向上が困難となる。

以上より、スプレッダ７を高速でコンテナ４上に着床させるような荷役を行うと、衝突が発生し、この衝突によりコンテナ４及びスプレッダ７が致命的な損傷を受け、コンテナターミナル全体の作業を停止してしまう問題を有している。また、この衝突の問題を回避するためにスプレッダ７の巻下げ速度を遅くすると、荷役のスピードが落ち、荷役効率を低下させることになる。つまり、衝突回避と荷役効率（荷役速度）の上昇は、一方が良好となると他方が悪化するというトレードオフの関係にあり、両方を同時に良好とすることは非常に難しいという問題がある。

特開平０９−３１５７５３号公報特開２００７−２５７０８７号公報

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、スプレッダを巻下ろしてコンテナに接近させる際に、スプレッダとコンテナの衝突を防止し、且つ、短時間でスプレッダとコンテナの接触を実現したクレーンの制御方法を提供することである。

上記の目的を達成するための本発明に係るクレーンの制御方法は、主巻ワイヤロープに吊られたスプレッダと、前記スプレッダと海上用輸送コンテナの間の距離を計測する距離計測センサを有するクレーンの制御方法において、前記センサで前記スプレッダと前記コンテナ間の距離Ｌｘを計測する距離計測ステップと、前記距離Ｌｘ及び前記スプレッダのブレーキ時の加速度ａから上限速度Ｖｘを算出する算出ステップと、前記スプレッダの移動速度を上限速度Ｖｘに制御する減速ステップを有することを特徴とする。

この構成により、スプレッダがコンテナに衝突する事故を防止することができる。また、スプレッダが、必要以上に低速でコンテナに接近し、荷役効率を低下する事態を防止することができる。なお、スプレッダのブレーキ時の加速度ａは、クレーン固有の値であり、設計時のブレーキ性能により決定されるものである。

上記のクレーンの制御方法において、前記上限速度Ｖｘの算出がＶｘ＝√（２×ａ×Ｌｘ）の式によるものであることを特徴とする。この構成により、スプレッダは、最も早い速度でコンテナに接近し、且つ、衝突直前に停止することができる。

上記のクレーンの制御方法において、前記計測ステップ、算出ステップ及び減速ステップを、前記スプレッダの移動中、繰り返し行うことを特徴とする。この構成により、荒天等の影響で距離Ｌｘの取得の精度が不十分であっても、スプレッダの減速制御を正確に行うことができる。つまり、制御を繰り返す構成により、制御の精度を向上することができる。また、スプレッダが、例えば海側に移動しながら降下する場合であっても、対象となる新たなコンテナとの距離を測定し、減速制御を行うことが可能となる。

上記のクレーンの制御方法において、前記クレーンが、前記主巻ワイヤロープの繰り出された長さを計測するエンコーダを有しており、初期値として、距離Ｌ０と主巻ワイヤロ
ープ長さＬ０の和を求める初期化ステップと、新たに距離Ｌ１と主巻ワイヤロープ長さＬ１を計測する距離計測ステップと、Ｌ１＋Ｌ１からＬ０＋Ｌ０を減じ、たるみ長さΔｄを算出するたるみ算出ステップと、前記距離Ｌ１からたるみ長さΔｄを減じ、真の距離Ｌｘ１を算出する補正ステップを有することを特徴とする。

この構成により、スプレッダの横揺れ等により多く見積もられた距離Ｌ１を補正し、正確な距離Ｌｘ１を取得することができる。そのため、スプレッダをコンテナと衝突する寸前で正確に停止させることも可能となる。

本発明に係るクレーンの制御方法によれば、スプレッダを巻下ろしてコンテナに接近させる際に、スプレッダとコンテナの衝突を防止し、且つ、短時間でスプレッダとコンテナの接触を実現したクレーンの制御方法を提供することができる。

本発明に係る実施の形態のクレーンの制御を示した図である。本発明に係る異なる実施の形態のクレーンの制御を示した図である。従来の岸壁クレーンの構成を示した図である。従来の横行トロリとスプレッダの構成を示した図である。

以下、本発明に係る実施の形態のクレーンの制御方法について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明に係る実施の形態のクレーンの制御のグラフを示す。図１のグラフは、縦軸を主巻ワイヤロープ１０の巻下げ速度の全速に対する割合とし、横軸をスプレッダ７の巻下げの経過時間を示しており、破線が従来の巻下げ制御の様子を示している。従来のスプレッダ７の巻下げ制御は、オペレータが肉眼、センサ、及びカメラ等を頼りに、速度を調整しながらスプレッダ７の巻下げを行う。そして、スプレッダ７が、着床間近の位置まで下がると、急停止が可能な速度まで十分減速し、コンテナ４にリミットスイッチ１３（図４参照）が接触して巻下げを終了としていた。

これに対して本発明に係る実施の形態のクレーンは、まず、距離センサ１５でコンテナ４とスプレッダ７の距離Ｌｘを計測する（距離計測ステップ）。この距離Ｌｘは、図１のグラフでは斜線を付した領域で示すことができる。また、スプレッダのブレーキ性能（加速度ａ）は、クレーンの性能として予め決まっており、この距離Ｌｘと加速度ａを以下の数１に基づいて計算し、その地点におけるスプレッダの上限速度Ｖｘを算出する（算出ステップ）。
（数１）Ｖｘ＝√（２×ａ×Ｌｘ）

次に、スプレッダの降下速度を、上限速度Ｖｘ以下とするように制御する。望ましくは、スプレッダの速度を上限速度Ｖｘと同一となるように制御する（減速ステップ）。ここで、距離Ｌｘが十分に大きいときは、上限速度Ｖｘが、スプレッダの全速を超える場合がある。この場合は、スプレッダは全速で降下するように制御される。そのため、図１に示すようにスプレッダは、２秒間全速で巻下げられた後、コンテナと衝突直前に停止するように一気に減速している。その後、スプレッダは全速の１０％以下の速度で、コンテナと接触して停止している。なお、距離計測ステップ、算出ステップ及び減速ステップは、繰り返し制御を行うことが望ましい。また、この制御の工程において、オペレータはスプレッダの降下操作のみを行えばよい。更に、距離センサ１５は、超音波センサや、反射型レーザ等を使用することができる。特に雨等の環境の変化に影響を受けにくい超音波センサを使用することが望ましい。

上記の構成により以下の作用効果を得ることができる。第１に、スプレッダがコンテナ
に衝突する事故を防止することができる。また、スプレッダが、必要以上に低速でコンテナに接近し、荷役効率を低下する事態を防止することができる。特に、スプレッダは、コンテナとの衝突直前に停止できる最大速度で降下することができるため、荷役効率を向上することができる。

第２に、上記の制御を繰り返し行う構成により、荒天等の影響で距離Ｌｘの取得の精度が不十分であっても、スプレッダの減速制御を正確に行うことができる。つまり、制御を繰り返す構成により、制御の精度を向上することができる。

次に、上記の制御に、エンコーダによる制御を加えた実施例について説明する。エンコーダは、スプレッダの上昇及び下降を制御する主巻ワイヤロープに設置しており、この主巻ワイヤロープから繰り出されたワイヤロープ長さＬｙを計測する機能を有している。まず、距離センサでスプレッダから荷役対象コンテナまでの距離を計測し、初期値として距離Ｌｘ０を取得する。同時に、エンコーダで、初期値として主巻ワイヤロープ長さＬｙ０を取得する（初期化ステップ）。

次に、スプレッダの降下を開始した際に、新たに距離Ｌｘ１と主巻ワイヤロープ長さＬｙ１を取得する（距離計測ステップ）。このスプレッダが移動している際、距離Ｌｘ０と主巻ワイヤロープ長さＬｙ０の合計に対して、距離Ｌｘ１と主巻ワイヤロープ長さＬｙ１の合計が長くなる場合がある。これは、高速でワイヤロープを繰り出す際に、ワイヤロープにたるみが発生しているためである。このたるみ長さΔｄを算出し（算出ステップ）、距離Ｌｘ１からΔｄを引き、真の距離Ｌｘ’を算出する（補正ステップ）。この補正ステップにより、スプレッダを停止する制御を行った際、スプレッダがたるみ長さΔｄだけ余分に降下して、スプレッダとコンテナが接触することを防止することができる。

図２に、本発明に係る異なる実施の形態のクレーンの制御のグラフを示す。破線は従来の制御を示している。この破線は、スプレッダの減速を開始する時間が遅れたために、スプレッダが十分に減速する前に、スプレッダがコンテナと接触し、停止した状態を示している。このとき、コンテナ及びスプレッダには、損傷が発生してしまう。また、主巻ワイヤロープの繰り出しを急に停止することができないため、余分なワイヤロープが繰り出され、たるみが発生した状態となっている。

これに対して、本発明のクレーンは、前述の制御により、スプレッダがコンテナ上方の予め定めた高さで、十分に減速している。スプレッダは、この高さから一定速度でコンテナに接近し、コンテナと接触して停止している。この制御により、たとえ、距離センサ及びエンコーダに測定誤差が発生した場合であっても、スプレッダとコンテナの衝突事故及び主巻ワイヤロープにおけるたるみの発生を防止することができる。

本発明の制御方法により、岸壁クレーン及び門型クレーンをはじめとするクレーンにおいて、スプレッダとコンテナの衝突を防止し、且つ、短時間でスプレッダとコンテナの接触を実現し、荷役効率を向上することができる。

１クレーン
７スプレッダ
１０主巻ワイヤロープ
Ｌｘ、Ｌｘ０、Ｌｘ１距離（スプレッダとコンテナの間の距離）
Ｌｙ、Ｌｙ０、Ｌｙ１主巻ワイヤロープ長さ
ａ加速度（ブレーキによる減速時の加速度）
Ｖｘ上限速度
Δｄたるみ長さ
Ｌｘ’ 真の距離

Claims

主巻ワイヤロープに吊られたスプレッダと、前記スプレッダと海上用輸送コンテナの間の距離を計測する距離計測センサを有するクレーンの制御方法において、
前記センサで前記スプレッダと前記コンテナ間の距離Ｌｘを計測する距離計測ステップと、
前記距離Ｌｘ及び前記スプレッダのブレーキ時の加速度ａから上限速度Ｖｘを算出する算出ステップと、
前記スプレッダの移動速度を上限速度Ｖｘに制御する減速ステップを有することを特徴とするクレーンの制御方法。
前記上限速度Ｖｘの算出がＶｘ＝√（２×ａ×Ｌｘ）の式によるものであることを特徴とする請求項１に記載のクレーンの制御方法。
前記計測ステップ、算出ステップ及び減速ステップを、前記スプレッダの移動中、繰り返し行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のクレーンの制御方法。
前記クレーンが、前記主巻ワイヤロープの繰り出された長さを計測するエンコーダを有しており、
初期値として、距離Ｌ０と主巻ワイヤロープ長さＬ０の和を求める初期化ステップと、
新たに距離Ｌ１と主巻ワイヤロープ長さＬ１を計測する距離計測ステップと、
Ｌ１＋Ｌ１からＬ０＋Ｌ０を減じ、たるみ長さΔｄを算出するたるみ算出ステップと、
前記距離Ｌ１からたるみ長さΔｄを減じ、真の距離Ｌｘ１を算出する補正ステップを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のクレーンの制御方法。