JP2024021895A - 係船索張力監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】伸長率センサを用いることなく係船索の係船柱側張力を検知することができる係船索張力監視システムを提供する。【解決手段】一実施形態に係る係船索張力監視システム１は、船体２１上の少なくとも１つの係船金物２２に掛け渡されるとともに先端が固定構造物３の係船柱３１に係止された係船索１０の張力を監視するものであり、係船索１０が巻き付けられたドラムを含む係船機４と、制御装置９を含む。制御装置９は、係船索１０のドラム側張力Ｐを算出するとともに、係船索１０が少なくとも１つの係船金物２２に掛け渡されることによる張力減衰率Ｒを決定し、ドラム側張力Ｐに張力減衰率Ｒを乗算するかドラム側張力Ｐを張力減衰率Ｒで除算することで係船索１０の係船柱側張力Ｐ０を算出する。【選択図】図１

Description

本開示は、係船索張力監視システムに関する。

船舶を岸壁や海上基地などの固定構造物に係留する際には、係船索が船体上の少なくとも１つの係船金物に掛け渡されるとともに係船索の先端が固定構造物の係船柱に係止される。係船索は、船体上に設けられた係船機（ムアリングウインチ）により巻き取られたり巻き出されたりする。

係船時には、潮位、積載量、風および潮流などにより係船索の張力が変化するため、係船索の張力を監視することが望まれる。例えば、特許文献１には、係船機が、係船索が巻き付けられたドラムと、ドラムの回転を禁止する拘束状態とドラムの回転を許容する開放状態との間で切り換えられるバンドブレーキを含み、バンドブレーキが拘束状態にあるときに、バンドブレーキに設けられたロードセルの検出値とドラム上の張力作用半径とから係船索の張力を算出することが記載されている。

また、特許文献２には、係船索として繊維ロープを用い、その繊維ロープの先端部分に伸長率センサを撚り込み、その伸長率センサの検出値から係船索の張力を算出することが記載されている。

特開２００２－２１１４７８号公報 国際公開第２０２０／１１０９０２号

特許文献１に記載されたように、バンドブレーキに設けられたロードセルの検出値とドラム上の張力作用半径とから係船索の張力を算出した場合、算出される張力は係船索におけるドラム近傍部分の張力である。上述したように係船索は船体上の少なくとも１つの係船金物に掛け渡されるため、係船索の張力は係船金物の前後で異なる。すなわち、特許文献１に記載された構成では、最も重要である係船索における係船金物と係船柱の間の部分の張力である係船柱側張力を検知することができない。

これに対し、特許文献２に記載された構成では、係船索の係船柱側張力を検知することができるが、伸長率センサを繊維ロープに撚り込む必要がある。

そこで、本開示は、伸長率センサを用いることなく係船索の係船柱側張力を検知することができる係船索張力監視システムを提供することを目的とする。

本開示は、船体上の少なくとも１つの係船金物に掛け渡されるとともに先端が固定構造物の係船柱に係止された係船索の張力を監視するシステムであって、前記係船索が巻き付けられたドラムを含む係船機と、前記係船索における前記係船機と前記少なくとも１つの係船金物との間の部分の張力であるドラム側張力を算出するとともに、前記係船索が前記少なくとも１つの係船金物に掛け渡されることによる張力減衰率を決定し、前記ドラム側張力に前記張力減衰率を乗算するか前記ドラム側張力を前記張力減衰率で除算することで前記係船索における前記少なくとも１つの係船金物と前記係船柱との間の部分の張力である係船柱側張力を算出する制御装置と、を備える、係船索張力監視システムを提供する。

本開示によれば、伸長率センサを用いることなく係船索の係船柱側張力を検知することができる係船索張力監視システムが提供される。

一実施形態に係る係船索張力監視システムの概略構成図である。 係船機の正面図である。 バンドブレーキの概略構成図である。

図１に、一実施形態に係る係船索張力監視システム１を示す。この係船索張力監視システム１は、船舶２が係船索１０によって岸壁や海上基地などの固定構造物３に係留されているときに、係船索１０の張力を監視するものである。

具体的に、係船索張力監視システム１は、船舶２の船体２１上に設けられた複数の係船機４と、これらの係船機４を制御する制御装置９を含む。各係船機４は、対応する係船索１０の巻き取りおよび巻き出しを行う。本実施形態では、船首側の左舷および右舷ならびに船尾側の左舷および右舷に４つの係船機４が配置されているが、係船機４の数および位置は適宜変更可能である。

船体２１上には複数の係船金物２２が設けられており、固定構造物３には複数の係船柱３１が設けられている。係船時、各係船索１０が少なくとも１つの係船金物２２に掛け渡されるとともに、係船索１０の先端が係船柱３１に係止される。図１では、全ての係船索１０が２つの係船金物２２に掛け渡されているが、各係船索１０が掛け渡される係船金物２２の数は、１つであっても３つ以上であってもよい。

係船金物２２は、例えば、スタンドローラ、フェアリーダ、デッキローラ、チョックなどである。係船柱３１は、例えば、ビット、ボラード、クイックリリースフックなどである。係船索１０は、繊維ロープであってもよいし、金属製のワイヤーであってもよい。繊維ロープの材質としては、例えば、ナイロン、超高分子量ポリエチレン（ＨＭＰＥ）などが挙げられる。係船索１０は、先端部分が繊維ロープで構成され、残りの大部分がワイヤーで構成されたものであってもよい。

図２に示すように、各係船機４は、係船索１０が巻き付けられたドラム７と、ドラム７を回転させるモータ５１を含む。なお、図２では、図面の簡略化のために係船索１０の作図を省略する。ドラム７は、支持台２５により回転可能に支持されている。本実施形態では、モータ５１とドラム７の間に減速機５２が設けられており、減速機５２とドラム７との間にクラッチ５３およびバンドブレーキ６が設けられている。つまり、モータ５１は、減速機５２およびクラッチ５３を介してドラム７を回転させる。

モータ５１は、係船索１０がドラム７に巻き取られる第１方向と、係船索１０がドラム７から巻き出される第２方向に回転する。本実施形態では、モータ５１が油圧モータであり、制御弁５５を介して油圧モータに対する作動油の供給および排出が行われる。制御弁５５が制御装置９によって制御されることで、モータ５１の停止、第１方向への回転および第２方向への回転が切り換えられる。ただし、モータ５１が電動モータであり、制御装置９によって直接的に制御されてもよい。

また、モータ５１には、当該モータ５１のトルクを検出するトルク検出器５０が設けられている。本実施形態では、モータ５１が油圧モータであるので、トルク検出器５０として、油圧モータに供給される作動油の流入圧を計測する圧力センサが用いられ、圧力センサで計測された流入圧がモータ５１のトルクに換算される。ただし、圧力センサに代えて、モータ５１のトルクを直接的に計測するトルクセンサが採用されてもよい。あるいは、モータ５１が電動モータである場合は、電動モータに流れる電流がトルクに換算されてもよい。

クラッチ５３は、ドラム７を減速機５２と連結する嵌状態と、ドラム７を減速機５２から切り離す脱状態との間で切り換えられる。本実施形態では、クラッチ５３が油圧シリンダを含む。この油圧シリンダは電磁弁８１と接続されており、電磁弁８１が制御装置９によって制御されることで、クラッチ５３が嵌状態から脱状態へまたはそれとは逆に切り換えらえる。ただし、クラッチ５３が油圧シリンダの代わりに電動シリンダを含み、その電動シリンダが制御装置９によって直接的に制御されてもよい。

バンドブレーキ６は、ドラム７の回転を禁止する拘束状態と、ドラム７の回転を許容する開放状態との間で切り換えられる。本実施形態では、図３に示すように、バンドブレーキ６が油圧シリンダ６６を含む。この油圧シリンダ６６は電磁弁８２（図２参照）と接続されており、電磁弁８２が制御装置９によって制御されることで、バンドブレーキ６が拘束状態から開放状態へまたはそれとは逆に切り換えらえる。ただし、バンドブレーキ６が油圧シリンダ６６の代わりに電動シリンダを含み、その電動シリンダが制御装置９によって直接的に制御されてもよい。

より詳しくは、バンドブレーキ６は、ドラム７と共に回転するブレーキドラム６１と、このブレーキドラム６１に沿う円弧状の一対のバンド６２，６３を含む。バンド６２，６３の一端同士はピン６４を介して連結されており、バンド６２，６３の他端がリンク機構６５を介して上述した油圧シリンダ６６に接続されている。油圧シリンダ６６がリンク機構６５を介してバンド６２，６３の他端同士を互いに遠ざけると、バンド６２，６３とブレーキドラム６１との間に僅かな隙間が形成され、バンドブレーキ６が開放状態となる。逆に、油圧シリンダ６６がリンク機構６５を介してバンド６２，６３の他端同士を互いに近づけると、バンド６２，６３がブレーキドラム６１を締め付け、バンドブレーキ６が拘束状態となる。

バンドブレーキ６には、拘束状態でバンド６２，６３に作用するバンド張力Ｆを検出するロードセル６０が設けられている。本実施形態では、ピン型のロードセル６０が採用されている。リンク機構６５はテンションバー６７を含み、このテンションバー６７が、船体２１上に設けられたブラケット２３とロードセル６０を介して連結されている。

制御装置９には係船機４ごとに操作信号が入力される。制御装置９は、入力される操作信号に基づいて、対応する係船機４の制御弁５５および電磁弁８１，８２を制御する。例えば、制御弁５５は船員が係船機４を手動で操作できるように操作レバーを含むため、操作レバーが傾倒されたときにその傾倒方向に応じた操作信号が制御装置９へ入力される。あるいは、自動操船が行われる場合は、制御装置９が自ら操作信号を生成してもよい。

制御装置９に関し、本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路、および/または、それらの組み合わせ、を含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本開示において、回路、ユニット、または手段は、列挙された機能を実行するハードウエアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウエアである。ハードウエアは、本明細書に開示されているハードウエアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウエアであってもよい。ハードウエアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段、またはユニットはハードウエアとソフトウエアの組み合わせであり、ソフトウエアはハードウエアおよび/またはプロセッサの構成に使用される。

さらに、制御装置９は、上述したトルク検出器５０およびロードセル６０と電気的に接続されている。本実施形態では、制御装置９が、巻層数検出器７０および２つのカメラ９１（図１参照）とも電気的に接続されている。巻層数検出器７０は、ドラム７上の係船索１０の巻層数を検出する。例えば、巻層数検出器７０は、ドラム７に巻き付けられた係船索１０の最外周面の位置を巻層数に換算する。

２つのカメラ９１のうち一方のカメラ９１は、船首側に配置された２つの係船機４およびこれらの係船機４から延びる係船索１０が掛け渡される可能性のある全ての係船金物２２を含む領域を撮影し、他方のカメラ９１は、船尾側に配置された２つの係船機４およびこれらの係船機４から延びる係船索１０が掛け渡される可能性のある全ての係船金物２２を含む領域を撮影する。

制御装置９は、トルク検出器５０、ロードセル６０および巻層数検出器７０の検出結果、ならびにカメラ９１の映像に基づいて、各係船索１０における係船金物２２と係船柱３１との間の部分の張力である係船柱側張力Ｐ０を算出する。

まず、制御装置９は、各係船索１０における係船機４と係船金物２２との間の部分の張力であるドラム側張力Ｐを算出する。具体的に、制御装置９は、バンドブレーキ６が開放状態にあるときは、トルク検出器５０で検出されるモータ５１のトルクＴおよび巻層数検出器７０で検出される巻層数Ｎに基づいてドラム側張力Ｐを算出する。例えば、制御装置９は、以下の式（１）を使用してドラム側張力Ｐを算出する。

ｒ：減速機５２の減速比［－］
η_Ｗ：係船機４の機械効率［－］
ｄ_Ｒ：係船索１０の直径「ｍｍ」
ｄ_Ｄ：ドラム７の直径［ｍｍ］

逆に、バンドブレーキ６が拘束状態にあるときは、制御装置９は、ロードセル６０で検出されるバンド張力Ｆおよび巻層数検出器７０で検出される巻層数Ｎに基づいてドラム側張力Ｐを算出する。例えば、制御装置９は、以下の式（２）を使用してドラム側張力Ｐを算出する。

Ｌ：ドラム７の中心からロードセル６０までの水平距離［ｍｍ］

次に、制御装置９は、係船索１０ごとに、当該係船索１０が係船金物２２に掛け渡されることによる張力減衰率Ｒを決定する。この張力減衰率Ｒの決定に、カメラ９１の映像が使用される。

制御装置９は、カメラ９１で撮影された映像から、各係船索１０がどの係船金物２２に掛け渡されているかと、各係船金物２２に対する係船索１０の巻き付け角度を判定する。そして、制御装置９は、各係船索１０が掛け渡された係船金物２２のそれぞれに対して個別減衰率Ｒ_ｉを算出する。なお、「ｉ」は、１つの係船索１０が掛け渡された係船金物２２の番号を指す。例えば、制御装置９は、以下の式（３）を使用して個別減衰率Ｒ_ｉを算出する。

μ_ｉ：ｉ番目の係船金物２２に関する摩擦係数
θ_ｉ：ｉ番目の係船金物２２に対する係船索１０の巻き付け角度
つまり、ｉ番目の係船金物２２の個別減衰率Ｒ_ｉは、摩擦係数μ_ｉおよび巻き付け角度θ_ｉを使用して算出される。

摩擦係数μ_ｉは、ｉ番目の係船金物２２の種類およびｉ番目の係船金物２２に掛け渡された係船索１０の種類に応じた係数である。制御装置９には、係船金物２２の種類および係船索１０の種類（材質および直径）と摩擦係数との対応関係を規定した摩擦係数テーブルが予め格納されており、制御装置９は、予め格納された係船索１０の種類およびカメラ９１の映像に基づき、その摩擦係数テーブルを使用してｉ番目の係船金物２２の摩擦係数μ_ｉを決定する。例えば、係船金物２２がチョックである場合の摩擦係数テーブルは表１の通りである。

制御装置９は、係船索１０が掛け渡される係船金物２２が１つである場合は、その係船金物２２の個別減衰率Ｒ_ｉを、係船索１０がその係船金物２２に掛け渡されることによる張力減衰率Ｒとして決定する。係船索１０が掛け渡される係船金物２２が複数である場合、制御装置９は、それらの係船金物２２の個別減衰率Ｒ_ｉを乗算し、その乗算値を係船索１０がそれらの係船金物２２に掛け渡されることによる張力減衰率Ｒとして決定する。つまり、制御装置９は、以下の式（４）を使用して係船索１０全体の張力減衰率Ｒを決定する。

ｎ：１つの係船索１０が掛け渡される係船金物２２の総数

その後、制御装置９は、ドラム７への係船索１０の巻き取り時には、ドラム側張力Ｐに張力減衰率Ｒを乗算することで係船柱側張力Ｐ０を算出し（Ｐ０＝Ｐ×Ｒ）、ドラム７からの係船索１０の巻き出し時およびドラム７の停止時には、ドラム側張力Ｐを張力減衰率Ｒで除算することで係船柱側張力Ｐ０を算出する（Ｐ０＝Ｐ÷Ｒ）。このため、ドラム側張力Ｐに対して張力減衰率Ｒを乗算するか除算するかを切り換えるだけで、係船索巻き取り時の係船柱側張力Ｐ０と係船索巻き出し時およびドラム停止時の係船柱側張力Ｐ０を算出することができる。

以上説明したように、本実施形態の係船索張力監視システム１では、張力減衰率Ｒを使用してドラム側張力Ｐが係船柱側張力Ｐ０に換算されるので、伸長率センサを用いることなく係船索１０の係船柱側張力Ｐ０を検知することができる。

しかも、本実施形態では式（４）を使用して張力減衰率Ｒが決定されるので、各係船金物２２の個別減衰率Ｒ_ｉを算出するだけで係船索１０全体の張力減衰率Ｒを算出することができる。

さらには、各係船金物２２の個別減衰率Ｒ_ｉが摩擦係数μ_ｉおよび巻き付け角度θ_ｉを使用して算出されるので、同じ数式を用いて個別減衰率Ｒ_ｉを算出することができる。

（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、巻層数検出器７０を用いる代わりに、ドラム７としてストレージドラムとテンションドラムを含むスプリットドラムが用いられ、係船時にはテンションドラムに係船索１０が巻き付けられてドラム７の中心から張力の作用線までの半径が一定とされもよい。しかし、この場合には、係船時に係船索１０をテンションドラムに巻き付ける作業が必要である。これに対し、巻層数検出器７０によりドラム７上の係船索１０の巻層数が検出されれば、スプリットドラムを用いた場合のような係船時の特別な作業が不要である。

また、船舶２によっては、係船索１０が掛け渡される係船金物２２が予め決まっていることがある。この場合、カメラ９１は不要であり、制御装置９に、船舶２の輪郭近くに位置する係船金物２２以外の各係船金物２２に対する係船索１０の巻き付け角度が予め格納されてもよい。

また、船舶２の輪郭近くに位置する係船金物２２、換言すれば係船索１０が掛け渡される係船金物２２のうちで係船柱３１の最も近くに位置する係船金物２２に対する係船索１０の巻き付け角度に関しては、制御装置９が、船舶２のＧＰＳ情報（緯度および経度）、ならびに予め制御装置９に格納された固定構造物３の地形情報（係船柱３１の緯度および経度を含む）に基づいて、係船柱３１の最も近くに位置する係船金物２２に対する係船索１０の巻き付け角度を算出してもよい。

（まとめ）
第１の態様として、本開示は、船体上の少なくとも１つの係船金物に掛け渡されるとともに先端が固定構造物の係船柱に係止された係船索の張力を監視するシステムであって、前記係船索が巻き付けられたドラムを含む係船機と、前記係船索における前記係船機と前記少なくとも１つの係船金物との間の部分の張力であるドラム側張力を算出するとともに、前記係船索が前記少なくとも１つの係船金物に掛け渡されることによる張力減衰率を決定し、前記ドラム側張力に前記張力減衰率を乗算するか前記ドラム側張力を前記張力減衰率で除算することで前記係船索における前記少なくとも１つの係船金物と前記係船柱との間の部分の張力である係船柱側張力を算出する制御装置と、を備える、係船索張力監視システムを提供する。

上記の構成によれば、張力減衰率を使用してドラム側張力が係船柱側張力に換算されるので、伸長率センサを用いることなく係船索の係船柱側張力を検知することができる。

第２の態様として、第１の態様において、前記少なくとも１つの係船金物は複数の係船金物を含み、前記制御装置は、前記複数の係船金物のそれぞれに対して個別減衰率を算出し、前記複数の係船金物の前記個別減衰率を乗算することで、前記係船索が前記複数の係船金物に掛け渡されることによる前記張力減衰率を決定してもよい。この構成によれば、各係船金物の個別減衰率を算出するだけで係船索全体の張力減衰率を算出することができる。

第３の態様として、第２の態様において、前記制御装置は、前記係船索および前記係船金物の種類に応じた摩擦係数と、前記係船金物に対する前記係船索の巻き付け角度を使用して前記個別減衰率を算出してもよい。この構成によれば、同じ数式を用いて個別減衰率を算出することができる。

第４の態様として、第１乃至第３の態様の何れかにおいて、前記制御装置は、前記ドラムへの前記係船索の巻き取り時、前記ドラム側張力に前記張力減衰率を乗算することで前記係船柱側張力を算出し、前記ドラムからの前記係船索の巻き出し時および前記ドラムの停止時、前記ドラム側張力を前記張力減衰率で除算することで前記係船柱側張力を算出してもよい。この構成によれば、ドラム側張力に対して張力減衰率を乗算するか除算するかを切り換えるだけで、係船索巻き取り時の係船柱側張力と係船索巻き出し時およびドラム停止時の係船柱側張力を算出することができる。

第５の態様として、第１乃至第４の態様の何れかにおいて、例えば、前記係船機は、前記ドラムを回転させるモータと、前記ドラムの回転を禁止する拘束状態と前記ドラムの回転を許容する開放状態との間で切り換えられるバンドブレーキを含み、前記制御装置は、前記バンドブレーキが前記開放状態にあるときは、前記モータのトルクに基づいて前記ドラム側張力を算出し、前記バンドブレーキが前記拘束状態にあるときは、前記バンドブレーキのバンド張力に基づいて前記ドラム側張力を算出してもよい。

１ 係船索張力監視システム
１０ 係船索
２ 船舶
２１ 船体
２２ 係船金物
４ 係船機
５１ モータ（油圧モータまたは電動モータ）
６ バンドブレーキ
７ ドラム
９ 制御装置

Claims (5)

1. 船体上の少なくとも１つの係船金物に掛け渡されるとともに先端が固定構造物の係船柱に係止された係船索の張力を監視するシステムであって、
   前記係船索が巻き付けられたドラムを含む係船機と、
   前記係船索における前記係船機と前記少なくとも１つの係船金物との間の部分の張力であるドラム側張力を算出するとともに、前記係船索が前記少なくとも１つの係船金物に掛け渡されることによる張力減衰率を決定し、前記ドラム側張力に前記張力減衰率を乗算するか前記ドラム側張力を前記張力減衰率で除算することで前記係船索における前記少なくとも１つの係船金物と前記係船柱との間の部分の張力である係船柱側張力を算出する制御装置と、
   を備える、係船索張力監視システム。
2. 前記少なくとも１つの係船金物は複数の係船金物を含み、
   前記制御装置は、前記複数の係船金物のそれぞれに対して個別減衰率を算出し、前記複数の係船金物の前記個別減衰率を乗算することで、前記係船索が前記複数の係船金物に掛け渡されることによる前記張力減衰率を決定する、請求項１に記載の係船索張力監視システム。
3. 前記制御装置は、前記係船索および前記係船金物の種類に応じた摩擦係数と、前記係船金物に対する前記係船索の巻き付け角度を使用して前記個別減衰率を算出する、請求項２に記載の係船索張力監視システム。
4. 前記制御装置は、前記ドラムへの前記係船索の巻き取り時、前記ドラム側張力に前記張力減衰率を乗算することで前記係船柱側張力を算出し、前記ドラムからの前記係船索の巻き出し時および前記ドラムの停止時、前記ドラム側張力を前記張力減衰率で除算することで前記係船柱側張力を算出する、請求項１～３の何れか一項に記載の係船索張力監視システム。
5. 前記係船機は、前記ドラムを回転させるモータと、前記ドラムの回転を禁止する拘束状態と前記ドラムの回転を許容する開放状態との間で切り換えられるバンドブレーキを含み、
   前記制御装置は、前記バンドブレーキが前記開放状態にあるときは、前記モータのトルクに基づいて前記ドラム側張力を算出し、前記バンドブレーキが前記拘束状態にあるときは、前記バンドブレーキのバンド張力に基づいて前記ドラム側張力を算出する、請求項１～３の何れか一項に記載の係船索張力監視システム。
   

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