JP2013032224A - クレーン用駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃エンジンである少なくとも１つの下部台車エンジンと少なくとも一つの上部台車駆動部とを有する下部台車と上部台車を有するクレーン用の駆動装置の燃料消費を改善する。
【解決手段】上部台車駆動部を、下部台車エンジンにより駆動されるトルク及び／または動力伝達機構で駆動できるようにする。
【選択図】図２

Description

本発明は、下部台車と上部台車を有するクレーン用の駆動装置と、クレーンとに関するものである。

大型のクレーンは、大型の下部台車エンジンと小型の上部台車エンジンとを有していることが多い。

クレーンの構造において、重量配分を最適化し、ひいてはクレーンの積載量を増やす試みが長年にわたってなされてきている。公共道路の交通には最大で１２トンの許容軸重が指定されているので、これ以上の性能の急激な向上は期待されていない。例えば、５軸のクレーンは、最大６０トンで道路上を移動することができる。したがって、５軸のクレーンの性能は、すべてのクレーンの製造メーカーでほぼ同じである。

クレーンの上部台車は、下部台車の垂直な回転軸に対して回転可能に装着されている。回転軸の周りには、一般に、下部台車と上部台車の連結部にロータリーユニオンが装着されている。この連結部は、流体結合でもよいし、電気的結合でもよい。

内燃エンジンは、最高速で最大性能を有し、この範囲で運転することができる。

また、大型で高出力のエンジンも使用することができる。このエンジンは、低速で運転してもよい。したがって、クレーンの運転時に、エンジンを最適性能の範囲で運転する必要はなく、最適燃料消費量の範囲で運転してもよい。他方、さらに重量がある。

このことは、大型の内燃エンジンの高燃料消費に対して設定すべきである。エンジンの各シリンダーは、摩擦損失、撹拌損失、その他を有している。

さらに、単一エンジン構造の可動式クレーンが知られている。これらのクレーンは、下部台車にエンジンを有し、いわゆる「油圧シャフト」を介してエネルギーを上部台車に供給する。ロータリーユニオンを介して油圧オイルが上部台車に導入され、直接的あるいは間接的にクレーンの各アクチュエータに供給される。しかしながら、この場合は高価である。

したがって、本発明の目的は、上述したクレーン用駆動装置を効果的に改良することである。

本発明によれば、上記の課題は請求項１の特徴を有する駆動装置により解決される。したがって、下部台車と上部台車を有するクレーン用の駆動装置は、下部台車に配置された少なくとも１つの下部台車エンジンを有し、下部台車エンジンが内燃エンジンで、かつ、下部台車エンジンによって駆動されるトルク及び／または動力伝達機構によって駆動される少なくとも一つの上部台車駆動部を有している。

このことにより、道路上でのクレーンの運転性能に関して、大型に構成された下部台車の内燃エンジンを、上部台車駆動部に利用することもできる。したがって、「小型の」エンジン、すなわち上部台車エンジンを、クレーン駆動から省略できる。この結果得られる質量に関する効果は、クレーンの上昇動力及び／または様々なアセンブリの安定性に利用することができる
したがって、一般的には使用されている重い構成部品を選択的に省略することによって、クレーン構造において性能の大幅な向上を達成でき、大幅に向上した性能データを得ることができる。エンジン、オイル及び燃料タンクのような重い構成部品を上部台車エンジンから省略することにより、性能向上と同時に質量を低減する目的を特に効果的に実現することができる。

トルク及び／または動力伝達機構は、機械式のトルク及び／または動力伝達機構であり、特に、下部台車エンジンから、上部台車に配置されているクレーンアクチュエータへの、エネルギー、トルク及び動力の機械的トランスミッションとして機能し、上部台車駆動部により駆動されるか駆動可能である。

さらに、特に排気ガスや雑音などに関して、一つのエンジンのみ、つまり下部台車エンジンを使用すると十分な効果がある。さらに、一つのエンジン、つまり下部台車エンジンだけをメンテナンスすればよいので、メンテナンス作業が容易になる。また、故障し得る構成部品が少ないので、安定性が向上する。

さらに、トルク及び／または動力伝達機構は、少なくとも１つのアーティキュレーテッドシャフト（関節付き軸）、特に垂直の軸にするか、少なくとも１つのアーティキュレーテッドシャフト、特に垂直軸を有するものにすることが可能である。

また、トルク及び／または動力伝達機構は、少なくとも１つのアンギュラートランスミッションにするか、アンギュラートランスミッションを有するものにすることができる。

さらに、トルク及び／または動力伝達機構は、上部台車駆動部と係合及び係合解除する少なくとも一つのクラッチを有し、クラッチは、下部台車に、あるいは下部台車辺りに配置することが好ましい。

さらに、トルク及び／または動力伝達機構は、下部台車エンジンの補助駆動部により直接に駆動することができ、及び／または、トルク及び／または動力伝達機構は、マニュアルまたはオートマチックトランスミッションの補助駆動部により駆動でき、及び／または、トルク及び／または動力伝達機構は、トランスファーギヤの補助駆動部により駆動することができる。

さらに、上部台車駆動部が、少なくとも１つのポンプトランスファーギヤを有している構成にすることが可能である。

下部台車エンジンから上部台車駆動部へのトルク、エネルギー、及び動力の伝達は、機械的にのみ行われるようにすることができる。

さらに、下部台車エンジンを高出力で大型の内燃エンジン、特にディーゼルエンジンにすることができ、クレーンの動作に必要な動力を、下部台車エンジンが低速で、特にアイドリング回転よりも速くてアイドリング回転の約２倍の速度までの範囲で得られるように設定するのが好ましい。

上部台車に、あるいは上部台車辺りに補助エンジンを向け、それによって上部台車駆動部を駆動することが可能である。

さらに、本発明は、請求項１０の特徴を有するクレーンに関する。したがって、クレーンには、請求項１から９のいずれか１つの駆動装置が設けられる。クレーンは可動式クレーンであることが好ましく、特に大型の可動式クレーンであることが好ましい。

図１は、クレーンの概略側面図である。 図２は、本発明の実施形態１に係る駆動装置の概略図である。 図３は、大型の内燃エンジンと小型の内燃エンジンの燃料消費特性を比較したグラフである。 本発明の他の実施形態に係る駆動装置の概略図である。

以下、本発明を図面に示された実施形態に関して詳細に説明する。

図１は、本発明に係る駆動装置を有するクレーン１の概略側面図である。クレーン１は可動式クレーン１である。

また、図２は本発明の実施形態１に係る駆動装置の概略図である。

本発明では、クレーン１の上部台車３に対する駆動は、アーティキュレーテッドシャフト（関節付き軸）１６を介して、旋回リングの中心である回転軸４にまで行われる。９０°に設定されるのが好ましいアンギュラートランスミッション（角度付きトランスミッション）１３は、車両のフレームの中心に挿入され、駆動部は上部台車３に接続される。上部台車３では、別のアンギュラートランスミッション１３がポンプトランスファーギヤ１４に動力を伝達するようになっている。必要であれば、ポンプトランスファーギヤ１４の適切な位置は、図示していないさらに別のアンギュラートランスミッション１３を接続できるように定めてもよい。上部台車３において、ブーム７及び昇降シリンダ８は旋回中心辺りで長手方向の軸辺りに配置されている。したがって、この範囲にするために、別のアンギュラートランスミッションが必要になることがある。

上部台車駆動部は、現存する公知の動力伝達装置から種々の方法で分岐させることができる。すなわち、
・トランスミッションをバイパスすることにより、ディーゼルエンジン１０の補助駆動部１０ａから直接分岐させたり、
・マニュアルまたはオートマチックトランスミッション１１で補助駆動部から分岐させたり、あるいは、
・シャフトがトランスファーギヤ１２を直接通過する状態で、トランスファーギヤ１２から補助駆動部で分岐させたり
することができる。

本発明のさらに別の目的は燃料を節約することであるから、配置とは無関係に上部台車駆動部を例えばクラッチ１８により切断でき、非常に効果的である。さらに、クラッチ５０が下部台車に設けられ、上部台車駆動部への分岐点に近い下部台車駆動部を積極的に切り離すと摩擦損失が少なくなる。

上部台車駆動部のギヤ比は要求に応じて自由に選択することができる。トランスファーギヤ１２に基づいて配列するとき、ギヤ比は、ギア段に基づいて必要に応じて設定することができる。しかしながら、ディーゼルエンジン１０に最適のギヤ比を選択することが好ましい。このギヤ比は、エンジンスピードに等しくなるようにしたり、高速モードまで大きくしたりすることができる。アンギュラートランスミッション１３も同様であり、１：１のギヤ比を有するようにしたり、高速モードに高めたりすることができる。

当然、トルクと動力が上部台車駆動部に伝達される。このトルクは、上部台車３のトルクを乱す影響をもたらす。仮にこのモーメントがローラーベアリングの旋回リング９の摩擦損失を超えると、別の手段を講じなければならない。したがって、必要な支持モーメントをコントローラによって算出し、旋回ギヤにより補正することができる。

大型型の下部台車エンジン１０は、クレーンの運転に十分な動力を有している。動力については、走行運転のために設定される。最大動力に関しては、上部台車エンジンはより小型のものを選択すべきであり、そうすることにより、質量とコストを低減することができる。しかし、これらの節約は、高速領域での運転に関して不利であり、燃料消費が多くなる。上部台車の運転時に、下部台車エンジン１０は、低速での燃料消費最適領域で運転することが好ましい。

クレーンの運転のために、ディーゼルエンジン１０を最適の燃料消費マップで運転することが重要である。供給動力と必要動力との動力比較において、エンジンスピードも考慮し、その結果、エンジンが最適燃料消費マップで運転される。

ディーゼルエンジン１０を１台だけ使用するときの他の問題に、排気ガスの経路設定がある。下部台車２が固定で上部台車３が回転軸４の周りで回転する。リフト作業に応じて、上部台車３ひいてはクレーンのキャビン５が、３６０°の円周上に位置する。上部台車３の位置が望ましくなく、風の状態も望ましくない場合であっても、排気ガスがクレーンのキャビン５に直接に導入されないようにするために、排気ガスの経路設定が適切な方法で行われる。このことにより、マフラー８０からの排気ガスが運転者のキャビン６に向かって行くのを可能な限り解決でき、さらに、排気ガス出口８１を上向きや横向きに実現できる。

さらに、今まではよく使用されている油圧ロータリーユニオンを省略することができる。エネルギーは、機械的に、あるいは実質的に機械的に伝達される。小径のスリップリング２０が、電気信号とエネルギーを伝達するのに必要なだけである。

さらに燃料を節約するために、下部台車の補助駆動部用のポンプ１７を、クラッチ１９を介して選択的に切り離せるように設計することが効果的である。しかし、このクラッチは、上部台車３から例えば走行操作（例えばステアリング操作（crab steering））を行えるようにするために、選択的に切り換え可能にもしなければならない。従来の技術によれば、ポンプ１７は切り換え可能ではなかった。

大型や小型のエンジンの燃料消費特性を示す図３から、別の観点で燃料の節約をすることができる。この図は、内燃エンジンの速度に依存する燃料消費量を簡略化して示している。

大型のディーゼルエンジン１０は低アイドリング速度ｎＬ_{ｌａｒｇｅ}で運転することができる。前述の小型ディーゼルエンジンは高アイドリング速度ｎＬ_{ｓｍａｌｌ}で運転しなければならなかった。さらに、燃料の節約は、前述した高運転速度ｎＢ_{ｓｍａｌｌ}と比較して低速の運転速度ｎＢ_{ｌａｒｇｅ}から実現することができる。

各アンギュラートランスミッション１３の効率は、約0.99から0.98である。したがって、上部台車３のポンプトランスファーギヤ１４で、やはり十分な動力を得ることができる。

さらに好ましい点は、ディーゼルエンジン１０を低速で運転できるので、ノイズの発生が少なくなることである。この点は、燃料消費にも影響することがある。ディーゼルエンジン１０は寸法が非常に大きいので、低速で運転することができ、発生する熱量が少ない。したがって、エンジンを冷却するファン５３を低速で運転することができ、あるいは全く運転しないこともできる。

代表的なクレーンの運転を考慮すると、一般的なディーゼルエンジン１０は、これまででも、その時間の５０％よりも多くがアイドリングモードで運転されていることに注目すべきである。このことは、例えば、ディーゼルエンジン１０がクレーンのキャビン５の空調システム５２に用いられているということが原因になっている。さらに、クレーンのオペレーターがディーゼルエンジン１０を停止させることはできなかった。

本発明のさらに別の態様によれば、補助エンジン３１を上部台車３に設けることができる。補助エンジン３１は色々なサイズに設計することができる。この補助エンジン３１は、スターター３３とジェネレーター３２を含ませることができる。スタンバイ中には、ジェネレーター３２は、照明などの電気的負荷への電力供給に対応することができる。夜間に、仮にクレーンがブームの高さが100mよりも高く立てられていると、この補助エンジン３１で飛行警告灯を駆動することもできる。分離可能なクラッチ３０を介して、空調システム５２または選択された部品の予熱を補助エンジン３１によって行うことができる。ディーゼルエンジン１０が故障した場合には、アーティキュレーテッドシャフト１６を介してポンプトランスファーギヤ１４を駆動する非常運転を行うことができる。この連結には分離可能なクラッチ５１を当然含ませることができる。下部台車のバッテリーが故障した場合には、補助エンジン３１を充電の目的で使用することもできる。もちろん、補助エンジン３１は上部台車３から分離するユニットにしてもよい。

図面に詳細には示していない別の実施形態は、内燃エンジンと回転導出部（rotary lead-through）の間の距離が非常に大きい大型のクレーンに関するものであることが好ましい。ここで、図２に示した解決手段では、非常に長い駆動軸１２がアンギュラートランスミッション１３に導かれている。この適用の場合、車軸の駆動軸１６を代わりに用いることもできる。したがって、アンギュラートランスミッション１３（図２参照）は、車軸駆動部から分岐した出力軸により駆動することができる。この解決手段では、各車軸にクラッチを設ける必要があり、その結果、クレーンの運転中に車輪が回転するのを防止するために、各車軸を駆動系統から切り離すことができる。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、下部台車と上部台車を有するクレーン用の駆動装置とクレーンについて有用である。

１ クレーン
２ 下部台車
３ 上部台車
10 下部台車エンジン
10a 補助駆動部
11 マニュアルまたはオートマチックトランスミッション
12 トランスファーギヤ
13 アンギュラートランスミッション
14 ポンプトランスファーギヤ
16 アーティキュレーテッドシャフト
18 クラッチ
31 補助エンジン

Claims (10)

1. クレーン（1）用の駆動装置であって、
   クレーン（1）が、下部台車（2）と上部台車（3）とを有し、下部台車（2）と上部台車（3）が、下部台車（2）に配置された内燃エンジンである少なくとも１つの下部台車エンジン（10）と、少なくとも１つの上部台車駆動部とを含み、上部台車駆動部が、下部台車エンジン（10）により駆動されるトルク及び／または動力伝達機構により駆動可能であることを特徴とする駆動装置。
2. 請求項１において、
   トルク及び／または動力伝達機構が、特に垂直の軸である少なくとも１つのアーティキュレーテッドシャフトである、及び／または該アーティキュレーテッドシャフトを含むことを特徴とする駆動装置。
3. 請求項１または２において、
   トルク及び／または動力伝達機構が、少なくとも１つのアンギュラートランスミッションである、及び／または該アンギュラートランスミッションを含むことを特徴とする駆動装置。
4. 請求項１から３の何れか１つにおいて、
   トルク及び／または動力伝達機構が、上部台車駆動部が係合及び係合解除可能な少なくとも１つのクラッチ（18）を含み、上記クラッチ（18）が好ましくは下部台車（2）にまたは下部台車（2）辺りに配置されていることを特徴とする駆動装置。
5. 請求項１から４の何れか１つにおいて、
   トルク及び／または動力伝達機構が、下部台車エンジン（10）の補助駆動部（10a）により直接に駆動可能である、及び／またはトルク及び／または動力伝達機構が、マニュアルまたはオートマチックトランスミッション（11）の補助駆動部により駆動可能である、及び／またはトルク及び／または動力伝達機構が、トランスファーギヤ（12）の補助駆動部により駆動可能であることを特徴とする駆動装置。
6. 請求項１から５の何れか１つにおいて、
   上部台車駆動部が少なくとも１つのポンプトランスファーギヤ（14）を含んでいることを特徴とする駆動装置。
7. 請求項１から６の何れか１つにおいて、
   下部台車エンジン（10）から上部台車駆動部へのトルク、エネルギー及び動力の伝達が機械的にのみ行われることを特徴とする駆動装置。
8. 請求項１から７の何れか１つにおいて、
   下部台車エンジン（10）が高出力で大型の内燃エンジン、特にディーゼルエンジンであり、下部台車エンジン（10）の動力が、好ましくは、クレーンの運転に必要な動力が、低エンジンスピード、特にアイドリング速度より大きくてアイドリング速度の２倍までの範囲の速度で、下部台車エンジン（10）により供給されるように設定されていることを特徴とする駆動装置。
9. 請求項１から８の何れか１つにおいて、
   上部台車（3）にまたは上部台車（3）辺りに、上部台車駆動部を駆動可能な補助エンジン（31）が設けられていることを特徴とする駆動装置。
10. 請求項１から９の何れか１つに係る少なくとも１つの駆動装置を備えたクレーンであって、
    好ましくは可動型クレーンであり、特に大型の可動型クレーンであることを特徴とするクレーン。

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