JP2022024613A - 巻き上げ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】巻き上げるワイヤに巻き絞まりが発生することを抑える技術を提供する。【解決手段】巻き上げ装置３０は、ワイヤ３２を巻回する第１ドラム３６と、第１ドラム３６を回転させる第１モータ３８と、第１ドラム３６から送り出されたワイヤ３２を巻回する第２ドラム４２と、第２ドラム４２を回転させる第２モータ４４と、を備える。第１モータ３８の駆動により第１ドラム３６が回転してワイヤ３２を巻き上げ、第２モータ４４の駆動により第２ドラム４２が回転して第１ドラム３６から送り出されたワイヤ３２を巻き上げる。【選択図】図２

Description

本発明は、ワイヤを巻き上げる巻き上げ装置に関する。

特許文献１には、間伐材を伐採位置から荷卸し位置へ搬送する間伐材搬送システムが開示されている。この間伐材搬送システムは、作業道上の荷卸し位置の近傍に配置されているタワーヤーダと、タワーヤーダに設けられて第１ワイヤを巻く第１ウインチと、タワーヤーダに設けられて第２ワイヤを巻く第２ウインチと、第２ワイヤの進行経路の途中に連結され、第２ワイヤの進行方向を変換する複数の滑車と、間伐材を掛ける荷掛け具と、荷掛け具の進行経路の途中に連結され、荷掛け具の進行方向を変換する複数のジグザグ滑車とを備える。

特開２００８－１０９９１８号公報

特許文献１に記載する技術ではウインチでワイヤを巻き上げるが、巻き上げるワイヤの長さが長い場合、ワイヤをウインチに多層で巻き上げる可能性がある。ワイヤを多層で巻き上げるときにワイヤの張力が大きければ、ワイヤが下層のワイヤの隙間に食い込んで巻き絞まりが生じるおそれがある。

本発明の目的は、巻き上げるワイヤに巻き絞まりが発生することを抑える技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の巻き上げ装置は、ワイヤを巻回する第１ドラムと、第１ドラムを回転させる第１モータと、第１ドラムから送り出されたワイヤを巻回する第２ドラムと、第２ドラムを回転させる第２モータと、を備える。第１モータの駆動により第１ドラムが回転してワイヤを巻き上げ、第２モータの駆動により第２ドラムが回転して第１ドラムから送り出されたワイヤを巻き取る。

本発明によれば、巻き上げるワイヤに巻き絞まりが発生することを抑える技術を提供できる。

架線利用システムについて説明するための図である。 巻き上げ装置の斜視図である。 側方から見た巻き上げ装置を示す図である。 架線利用システムの機能構成を示す図である。

図１は、架線利用システム１について説明するための図である。架線利用システム１は、第１支柱１０ａ、第２支柱１０ｂ、第３支柱１０ｃ、第４支柱１０ｄ（これらを区別しない場合「支柱１０」という）、第１主索１２ａ、第２主索１２ｂ（これらを区別しない場合「主索１２」という）、第１作業索１４ａ、第２作業索１４ｂ、第３作業索１４ｃ、第４作業索１４ｄ、第５作業索１４ｅ、第６作業索１４ｆ（これらを区別しない場合「作業索１４」という）、第１移動装置１６ａ、第２移動装置１６ｂ（これらを区別しない場合「移動装置１６」という）、吊り下げ装置１８、ガイド滑車２２および巻き上げ装置２４を備える。

架線利用システム１は、いわゆるＨ型の架線利用システムであって、森林にて伐採された樹木２０を、空中に張った主索１２および作業索１４で吊り上げ、集材場所２６付近に搬送するために用いられる。これにより、道路を作成しなくても、森林から樹木２０を搬送できる。

４つの支柱１０は、立木の配置や集材場所２６の位置をもとに定められた架設に適した位置に立設される。支柱１０は、架線利用システム１の大きさ等に応じて５メートルから１０メートル程度の大きさに設定される。

主索１２および作業索１４は、架線として支柱１０に固定され、または支柱１０の滑車に掛けられる。第１主索１２ａは、第１支柱１０ａおよび第２支柱１０ｂに固定され、第２主索１２ｂは、第３支柱１０ｃおよび第４支柱１０ｄに固定され、空中でのレールとして機能する。第１主索１２ａおよび第２主索１２ｂは交差しないように設けられる。主索１２の長さは、３００メートルから１５００メートル程度である。

作業索１４は、移動装置１６または巻き上げ装置２４により巻き上げられる動索として機能する。第１作業索１４ａ、第２作業索１４ｂ、第３作業索１４ｃおよび第４作業索１４ｄは、支柱１０に設けられた滑車に掛けられ、一端が移動装置１６に連結され、他端が巻き上げ装置２４に連結される。第１作業索１４ａは、巻き上げ装置２４から第２支柱１０ｂと第１支柱１０ａを介して第１移動装置１６ａに連結される。第２作業索１４ｂは、巻き上げ装置２４から第２支柱１０ｂを介して第１移動装置１６ａに連結される。第３作業索１４ｃは、巻き上げ装置２４から第４支柱１０ｄと第３支柱１０ｃを介して第２移動装置１６ｂに連結される。第４作業索１４ｄは、巻き上げ装置２４から第４支柱１０ｄを介して第２移動装置１６ｂに連結される。第５作業索１４ｅおよび第６作業索１４ｆは、移動装置１６と吊り下げ装置１８とに連結される。

一対の移動装置１６は、一対の主索１２にそれぞれ支持され、主索１２に沿って移動可能である。第１移動装置１６ａには、第１作業索１４ａおよび第２作業索１４ｂと、第５作業索１４ｅが連結され、第２移動装置１６ｂには、第３作業索１４ｃおよび第４作業索１４ｄと、第６作業索１４ｆが連結される。第５作業索１４ｅは、第１移動装置１６ａと吊り下げ装置１８を連結し、第６作業索１４ｆは、第２移動装置１６ｂと吊り下げ装置１８を連結する。移動装置１６は、無線での指示信号に応じて第５作業索１４ｅおよび第６作業索１４ｆを巻き上げおよび巻き下げる機能を有する。

吊り下げ装置１８は、昇降用のワイヤロープと、昇降用のワイヤロープの先端に設けられた把持装置１９を有する。把持装置１９は、樹木２０を把持し、把持した状態で樹木２０を切断する。吊り下げ装置１８は、樹木２０を把持するために下ろされ、樹木２０を搬送するために持ち上げられ、および樹木２０を荷下ろすために下ろされる。なお、吊り下げ装置１８から吊り下げられる装置は、把持装置１９に限られず、樹木２０周辺を監視する監視装置や、樹木２０の位置や状態を検出する検査装置などであってよく、取り替え可能であってよい。いずれにしても作業索１４には空中を移動する装置が設けられる。

ガイド滑車２２は、掛けられた作業索１４の方向を変える。巻き上げ装置２４は、作業索１４をそれぞれ巻き上げるウインチとして機能し、それぞれの作業索１４を巻き上げまたは巻き下げるドラムと駆動源を有する。

架線利用システム１の動作について説明する。巻き上げ装置２４は、第１作業索１４ａおよび第２作業索１４ｂの一方を巻き上げて他方を巻き下げることで、第１移動装置１６ａを第１主索１２ａに沿って移動させる。また、巻き上げ装置２４は、第３作業索１４ｃおよび第４作業索１４ｄの一方を巻き上げて他方を巻き下げることで、第２移動装置１６ｂを第２主索１２ｂに沿って移動させる。これにより、吊り下げ装置１８が主索１２に沿って変位する。

移動装置１６は、第５作業索１４ｅおよび第６作業索１４ｆの一方を巻き上げて他方を巻き下げることで、吊り下げ装置１８が第１移動装置１６ａおよび第２移動装置１６ｂの間を移動する。これにより、吊り下げ装置１８が、４つの支柱１０に囲まれた領域内を水平方向に移動できる。

このように、巻き上げ装置２４および移動装置１６は、作業索１４（ワイヤ）を巻くことで、吊り下げ装置１８および把持装置１９を空中で水平方向に移動可能にする。なお、図１に示す架線利用システム１の態様では、第５作業索１４ｅおよび第６作業索１４ｆを巻き上げる移動装置１６が主索１２に連結されているが、この態様に限られず、第５作業索１４ｅおよび第６作業索１４ｆを巻き上げ装置２４の位置まで伸ばせば、移動装置１６の巻き上げ機能は巻き上げ装置２４と一体にできる。

図１では巻き上げ装置２４は、複数の作業索１４を巻き上げ可能に複数のドラムが設けられるが、１本の作業索１４毎に個別に設けられてよい。つまり、巻き上げ装置２４は、作業索１４毎に各支柱１０にそれぞれ設けられる。

図２は、巻き上げ装置３０の斜視図である。また、図３は、側方から見た巻き上げ装置３０を示す。巻き上げ装置３０は、ワイヤ３２、滑車３４、第１ドラム３６、第１モータ３８、トラバーサ４０、第２ドラム４２、第２モータ４４、台座４６および支柱４８を備える。この巻き上げ装置３０は、作業索１４毎に個別に設けられる点で、図１に示す巻き上げ装置２４と異なるが、巻き上げ装置２４に示すように複数の作業索１４をまとめて巻き取り可能に一体化することも可能である。

ワイヤ３２は、架線利用システム１で用いられる場合には作業索１４に対応する。架線利用システム１で用いる場合、ワイヤ３２は２００メートルから２０００メートル程度の長さを有し、巻き上げ装置３０は、最大で２０００メートルほどのワイヤ３２を巻き取り可能に設けられる。そのため、巻き上げ装置３０は、ワイヤ３２を多層にして巻き取るが、ワイヤ３２に高い張力、例えば１０００ニュートン以上の張力が生じていると、巻き絞まりが発生するおそれがある。多層に巻き取られたワイヤ３２は、巻き絞まりの発生によって、内層側のワイヤ３２の隙間に食い込み、変形が生じるとともに、巻き出し時に出にくくなるおそれがある。そこで、実施例の巻き上げ装置３０は、ワイヤ３２を低い張力で多層に巻き取るために２つのドラムを有し、巻き絞まりの発生を抑えている。この巻き上げ装置３０は、大型のクレーンや、船舶などに用いられてもよい。

滑車３４は、支柱４８の上部に設けられ、ワイヤ３２を掛けられてワイヤ３２の向きを変えて第１ドラム３６に案内する。支柱４８は、架線利用システム１では支柱１０から出た作業索１４を支持してよく、支柱１０であってもよい。

第１ドラム３６は、滑車３４の下方に設けられ、滑車３４から出たワイヤ３２を巻き上げ、第２ドラム４２にワイヤ３２を送り出す。第１ドラム３６は、ワイヤ３２を複数回巻回されるが、多層にはならず、単層で巻き取る。第１ドラム３６でのワイヤ３２の巻き数は、実験等により設定されるが、第２ドラム４２に送り出すワイヤ３２の張力が所定の基準値以下になるように設定される。所定の基準値は、例えば１０００ニュートンに設定される。例えば、１０００メートルのワイヤ３２を有する架線利用システム１において、第１ドラム３６は約１０周ほどワイヤ３２を巻回する。なお、所定の基準値は１０００ニュートンに限られない。

第１モータ３８は、第１ドラム３６を回転させ、ワイヤ３２を巻き上げおよび巻き下げることができる。第１ドラム３６で巻かれるワイヤ３２の張力は非常に高くなるので、第１モータ３８の出力も大きくなる。

第１ドラム３６から送り出されたワイヤ３２は、トラバーサ４０に接続され、トラバーサ４０から第２ドラム４２に送られる。トラバーサ４０は、プーリ部４０ａ、レール部４０ｂおよびスライド部４０ｃを有する。

プーリ部４０ａは、第１ドラム３６から送り出されたワイヤ３２を掛けられ、第２ドラム４２に案内する。レール部４０ｂは、第２ドラム４２の回転軸方向に平行に延在し、第２ドラム４２の上部に設けられる。スライド部４０ｃは、プーリ部４０ａを支持し、レール部４０ｂに沿ってスライド可能である。これにより、プーリ部４０ａが、ワイヤ３２が第２ドラム４２の巻き取り位置に延びる方向に対して直行する方向にスライドすることができる。

スライドによりプーリ部４０ａから出たワイヤ３２の位置４７と、第２ドラム４２のワイヤ３２を巻き取り位置４９とが上下方向に並ばせることができ、ワイヤ３２が垂直な状態で第２ドラム４２に巻き取られる。プーリ部４０ａから出たワイヤ３２の位置４７は、スライドにより第２ドラム４２の回転軸方向に変位し、第２ドラム４２の巻き取り位置４９は、ワイヤ３２の整列に応じて回転軸方向に変位する。プーリ部４０ａが第２ドラム４２の巻き取り位置４９に応じてスライドしてワイヤ３２を案内できるため、第２ドラム４２が巻き取るワイヤ３２のねじれを抑えることができる。トラバーサ４０は、ワイヤ３２を一層ずつ整列させて第２ドラム４２に巻き上げさせる。

第２ドラム４２は、第１ドラム３６からトラバーサ４０を介して送り出されたワイヤ３２を巻き取る。第２ドラム４２に巻かれるワイヤ３２は多層で巻回され、第２ドラム４２に保持される。第２モータ４４は、第２ドラム４２を回転させ、ワイヤ３２を巻き上げおよび巻き下げることができる。第２モータ４４は、ワイヤ３２の巻き上げおよび巻き下げを止めるブレーキ機能を有してよい。第１モータ３８および第２モータ４４は、不図示の制御装置によって駆動を制御される。

第１ドラム３６から送り出されるワイヤ３２の張力は、第１ドラム３６に巻き上げられる前のワイヤ３２の張力と比べて、第１ドラム３６の巻き数に応じて減少する。これは、ワイヤ３２の張力が、ワイヤ３２が第１ドラム３６に巻回する毎に内径方向に締め付ける力に変更されるためである。

第１ドラム３６は、高張力のワイヤ３２を巻回して、低張力のワイヤ３２を送り出し、
第２ドラム４２は、低張力のワイヤ３２を巻き上げる。つまり、第１ドラム３６は、ワイヤ３２の張力を低下させる機能を有し、第２ドラム４２は、第２ドラム４２を収容する機能を有する。第１モータ３８は、相対的に高張力のワイヤ３２を巻き上げるため、第２モータ４４より出力が高くなる。

第１ドラム３６はワイヤ３２を単層で巻回し、第２ドラム４２は、ワイヤ３２を多層で巻回する。そのため、第１ドラム３６が低張力のワイヤ３２を第２ドラム４２に送り出すため、ワイヤ３２を多層で巻回しても巻き絞まりの発生を抑えることができる。

トラバーサ４０のプーリ部４０ａは、第２ドラム４２の上方に位置し、第１ドラム３６よりも第２ドラム４２に近い位置に設けられる。つまり、プーリ部４０ａの回転中心は、第１ドラム３６の回転中心よりも第２ドラム４２の回転中心に近い位置に設けられる。これにより、第２ドラム４２の近い位置から、第２ドラム４２の巻き上げ方向に沿ってワイヤ３２を送り出すことができ、ワイヤ３２を安定して整列させることができる。また、図３に示す回転軸方向に見て、トラバーサ４０のプーリ部４０ａを第２ドラム４２に上下方向に重なる位置に配置することで、プーリ部４０ａが第２ドラム４２よりも図中右側に外れた位置に配置される場合より、ワイヤ３２の折れ角を小さくすることができる。

図３に示すように、ワイヤ３２は、滑車３４、第１ドラム３６、トラバーサ４０および第２ドラム４２にて曲げられる。図３に示す回転軸方向に見て、ワイヤ３２の曲げ方向は、いずれも時計回り方向であり、同じ方向に曲げられている。滑車３４、第１ドラム３６、トラバーサ４０および第２ドラム４２でのワイヤ３２の曲げが同じ方向になることで、ワイヤ３２の劣化を抑えることができる。

巻き上げ装置３０の各構成が台座４６に固定されることで、巻き上げ装置３０をユニット化することができる。また、支柱４８を架線利用システム１で用いられる支柱１０にすることで、架線利用システム１の支柱１０および駆動源を４つのユニットで構成することができる。

図４は、架線利用システム１の機能構成を示す。制御装置５０は、制御室に設けられ、吊り下げ装置１８および巻き上げ装置３０を遠隔で制御可能にする。吊り下げ装置１８および巻き上げ装置３０は、制御装置５０と無線で通信可能である。なお、図４には巻き上げ装置３０が１つだけ示されるが、実際には作業索１４毎に複数設けられ、それらの機能構成は同一であるため省略している。

吊り下げ装置１８は、位置検出部６４および撮像部６６を有する。位置検出部６４は、衛星測位システムを用いて吊り下げ装置１８の位置情報を検出する。撮像部６６は、吊り下げ装置１８に設けられたカメラであって、吊り下げ装置１８の下方を主に撮像し、把持装置１９を含む撮像画像を検出する。

巻き上げ装置３０の第１モータ３８および第２モータ４４は制御装置５０により遠隔で制御され、制御装置５０の制御に応じて駆動する。

制御装置５０は、表示部５２、処理部５４、受付部５６、位置取得部５８、画像取得部６０および制御部６２を有する。位置取得部５８は、吊り下げ装置１８から、吊り下げ装置１８の位置情報を取得する。画像取得部６０は、吊り下げ装置１８および把持装置１９から、撮像画像をそれぞれ取得する。受付部５６は、タッチパネルや機械式のコントローラーであって、作業員の操作を受け付ける。

処理部５４は、吊り下げ装置１８の位置情報と、吊り下げ装置１８および把持装置１９の撮像画像とをもとに、表示部５２に表示させる表示画像を生成する。作業員は、表示部５２に表示される吊り下げ装置１８の位置情報や撮像画像を見ながら、巻き上げ装置３０を操作する。

制御部６２は、受付部５６に入力された作業員の操作情報をもとに、巻き上げ装置３０を制御する。制御部６２は、操作情報をもとに算出したワイヤ３２の巻き上げ量に応じて、第１モータ３８を駆動させる。これにより、ワイヤ３２が第１ドラム３６により巻き上げられて、第２ドラム４２に送り出される。第２モータ４４は、第２ドラム４２が巻き取るワイヤ３２の張力が所定の基準値以下になる出力で駆動する。例えば、第２モータ４４は、１０００ニュートンでワイヤ３２を引っ張るように第２ドラム４２に回転トルクを付与する。これにより、第１ドラム３６から送り出されたワイヤ３２が第２ドラム４２に巻き取られる。

第１モータ３８は、制御部６２の指示信号に応じた量だけ回転させられ、第２モータ４４は、第１モータ３８の駆動に連動して所定の出力で駆動させられる。第２モータ４４は、第２ドラム４２が巻き取るワイヤ３２の張力が所定の基準値以下になるように、所定値以下の出力で駆動させられる。第２モータ４４は、予め設定された出力で駆動する。第２モータ４４は、第１モータ３８の駆動開始に合わせて駆動開始され、第１モータ３８の駆動終了に合わせて駆動終了し、第１モータ３８の駆動に連動する。これにより、第２ドラム４２が基準値以下の張力のワイヤ３２を多層に巻き取ることができ、巻き絞まりの発生を抑えることができる。

第２モータ４４の回転速度は、第１モータ３８より速くてよい。また、ワイヤ３２の巻き上げ時において、第２ドラム４２の時間当りの巻き上げ量は、第１ドラム３６の時間当りより大きくなるように設定されてよい。これにより、第１ドラム３６および第２ドラム４２の間でワイヤ３２が余ることを抑えられる。

第１ドラム３６の回転量または第１モータ３８の回転量を検出する回転検出センサが設けられ、制御部６２は、回転検出センサの検出結果をもとに第１モータ３８を制御してよい。また、制御部６２は、吊り下げ装置１８の位置情報をもとに、吊り下げ装置１８が所望の位置に到達するように第１モータ３８を制御してよい。

また、制御部６２は、操作情報をもとに算出したワイヤ３２の巻き下げ量に応じて、第１モータ３８を駆動させ、第１モータ３８に連動して第２モータ４４を駆動させる。

処理部５４は、吊り下げ装置１８の位置情報と撮像画像とをもとに、吊り下げ装置１８を所定の位置まで移動させる指示情報を生成させる。例えば、処理部５４は、伐採予定の樹木２０の位置に、吊り下げ装置１８を移動させる指示情報を生成する。処理部５４は、吊り下げ装置１８の目標位置に応じて各作業索１４の巻き上げ量または巻き下げ量を算出するプログラムを有してよい。制御部６２は、吊り下げ装置１８を所定の位置に移動させるよう、指示情報に応じて巻き上げ装置３０を制御する。つまり、吊り下げ装置１８を移動させるための巻き上げ装置３０の制御は、作業員の操作によって実行されてよく、処理部５４によって自動で実行されてよい。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。実施の形態はあくまでも例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば、実施例では、トラバーサ４０が第２ドラム４２の回転軸方向に沿ってスライドする態様を示したが、この態様に限られない。例えば、トラバーサ４０のプーリ部４０ａが上下方向に沿う回転軸を有するヒンジに取り付けられ、ヒンジが第２ドラム４２の巻き取り位置４９に応じて回転して、プーリ部４０ａが第２ドラム４２の巻き取り位置４９に向く。プーリ部４０ａがヒンジにより回転することで、プーリ部４０ａの回転軸がプーリ部４０ａから送り出されたワイヤ３２の延出方向に対して直交する。これにより、トラバーサ４０は、第２ドラム４２の巻き取り位置４９に応じて、プーリ部４０ａから送り出すワイヤ３２の向きを変えることができる。

１ 架線利用システム、 １８ 吊り下げ装置、 １９ 把持装置、 ３０ 巻き上げ装置、 ３２ ワイヤ、 ３４ 滑車、 ３６ 第１ドラム、 ３８ 第１モータ、 ４０ トラバーサ、 ４２ 第２ドラム、 ４４ 第２モータ、 ４６ 台座、 ４８ 支柱、 ４０ａ プーリ部、 ４０ｂ レール部、 ４０ｃ スライド部。

Claims (6)

1. ワイヤを巻回する第１ドラムと、
   前記第１ドラムを回転させる第１モータと、
   前記第１ドラムから送り出された前記ワイヤを巻回する第２ドラムと、
   前記第２ドラムを回転させる第２モータと、を備え、
   前記第１モータの駆動により前記第１ドラムが回転して前記ワイヤを巻き上げ、前記第２モータの駆動により前記第２ドラムが回転して前記第１ドラムから送り出された前記ワイヤを巻き取ることを特徴とする巻き上げ装置。
2. 前記第１モータは、前記第２モータより高出力であり、前記制御装置からの指示信号に応じて駆動を制御されることを特徴とする請求項１に記載の巻き上げ装置。
3. 前記第２モータは、前記第２ドラムが巻き取る前記ワイヤの張力が所定の基準値以下になる出力で駆動されることを特徴とする請求項１または２に記載の巻き上げ装置。
4. 前記第１ドラムは、前記ワイヤを単層で巻回し、
   前記第２ドラムは、前記ワイヤを多層で巻回することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の巻き上げ装置。
5. 前記第１ドラムおよび前記第２ドラムの間の前記ワイヤを支持し、前記ワイヤを前記第２ドラムに案内するトラバーサをさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の巻き上げ装置。
6. 前記ワイヤは、複数の支柱に支持され、所定の装置を連結されており、
   前記ワイヤの巻き上げまたは巻き下げによって前記所定の装置を空中で移動させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の巻き上げ装置。

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