JP2768217B2

JP2768217B2 - 天井クレーンの振動抑制方法

Info

Publication number: JP2768217B2
Application number: JP5145598A
Authority: JP
Inventors: 正明白井; 勲関口
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1993-05-25
Filing date: 1993-05-25
Publication date: 1998-06-25
Anticipated expiration: 2013-06-25
Also published as: JPH06336394A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、吊り荷の巻き上げ時
の外乱力の作用によって発生するガーダの上下振動およ
び吊り荷の上下振動を防止するための天井クレーンの振
動抑制方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】天井クレーンの上下方向の振動抑制技術
として、天井クレーンに受動的制振装置を付加すること
によりガーダの減衰を増加する方法が、特開昭55-56989
号公報に天井クレーンの耐震構造として提案されてい
る。この天井クレーンの耐震構造は、図２および図３に
示すように、ガーダ10と台車７とが剛に結合されている
天井クレーンにおいて、ガーダ10の長手方向に沿って２
個の受金５をガーダ10に設け、２個の受金５をガーダ10
の長手方向から挟んで押付けた吸振体６を設け、受金５
と吸振体６との接触面は雄雌の関係で重なり合いかつ円
弧状に設け、吸振体６はガーダ10の曲げ固有振動数と同
じ曲げ固有振動数を有するように設けられている。11は
ガーダ移動用のレール、20は移動台車（クラブ）、23は
移動台車用レールである（以下、「先行技術１」とい
う）。

【０００３】先行技術１によれば、図２および図３に示
すように、ガーダと同じ曲げ固有振動数を持つ受動的制
振装置（パッシブな制振装置）をガーダ内に付加し、ガ
ーダが外乱によって曲げ変形すると、摩擦により減衰が
増加し、特にガーダの共振点において、動吸振器として
はたらき、上下方向の振動応答を減少させることができ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】天井クレーンを用いる
作業の中には、組立等の上下方向の精度の要求される位
置決めを高頻度で行うものがある。このような作業にお
いては、吊り荷の上下振動が作業の障害となり、場合に
よっては機器の破損をもたらす。特に天井クレーンは、
鋼板溶接構造で製造されているため減衰が小さく、吊り
荷の微動送り時にインパルス状の負荷がかかる場合に
は、機械系共振が励起され、吊り荷の振動が長周期で持
続する。天井クレーンの上下方向の振動問題を扱った従
来技術としては、上述した先行技術１のように、地震対
策としてパッシブな制振装置をクレーンのガーダに組み
込んだ例がある。

【０００５】動吸振器を組み込んだパッシブな制振装置
を用いる先行技術１では、その固有振動数を制御対象の
抑制したい振動モードの周波数に合わせることが必要で
ある。ところが、天井クレーンの場合においては、ガー
ダ、移動台車（クラブ）等のクレーン本体の等価質量と
吊り荷の質量とがほぼ同じオーダであるため、吊り荷の
質量によって制御対象物全体の固有振動数が大幅に変動
してしまう。このため、十分な制振性能が得られない。

【０００６】従って、この発明の目的は、天井クレーン
に吊り荷巻き上げ時の外乱が作用した場合に、かかる天
井クレーンのガーダの過大な応答を防止することによ
り、吊り荷の上下方向振動を減少し、安全でサイクルタ
イムの短いクレーン作業を可能にすることができる天井
クレーンの振動抑制方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、ガーダ上に
吊り荷の巻き上げ機構を有する移動台車が配置され前記
移動台車が前記ガーダの長手方向に移動可能な天井クレ
ーンの振動抑制方法において、前記移動台車上にアクテ
ィブ方式動吸振器および振動検出器を設け、前記振動検
出器によって前記吊り荷の直上での前記移動台車の振動
を検出し、その検出値に基づいて前記アクティブ方式動
吸振器の制振力を制御し、かくして、前記ガーダおよび
前記吊り荷の振動を抑制することに特徴を有するもので
ある。

【０００８】図５から図８は、天井クレーンによる吊り
荷巻き上げを図４に示すような２質点系とみなした場合
の、外乱力に対するガーダ振動変位の周波数応答を示す
グラフである。図４中の符号は、Ｃ_G：ガーダ減衰係
数、Ｃ_L：吊り荷減衰係数、Ｋ_G：ガーダ弾性係数、Ｋ
_L：吊り荷弾性係数、ｍ_G：ガーダ質量、ｍ_L：吊り荷
質量、を各々示している。

【０００９】図５および図６からわかるように、吊り荷
が設計値に等しい場合、先行技術１のような動吸振器を
用いるパッシブな振動抑制方法（以下、「パッシブ方
式」という）とアクティブ方式動吸振器を用いる本発明
の振動抑制方法（以下、「アクティブ方式」という）と
では、その振動抑制効果において基本モードf₁に対して
は大差がない。

【００１０】ところが、吊り荷の質量が変化すると、系
の固有振動数もΔf₁だけ変化し、図７に示すように、特
定の固有振動数に調整されている動吸振器を組み込んだ
パッシブ方式では振動抑制効果が全く得られない。

【００１１】これに対し、アクティブ方式では制御対象
の振動応答の検出量に基づいて動作するため、たとえ固
有振動数が大幅に変化しようとも、図８に示すように振
動抑制効果を維持することが可能である。

【００１２】また、図５と図６との比較からわかるよう
に、パッシブ方式では１次振動モードのみ制振できるの
に対し、アクティブ方式では１次振動モードばかりでな
く２次以上の高次振動モードの制振が可能であり、広い
周波数にわたり振動抑制効果を持つという特徴がある。

【００１３】次に、この発明において、制振装置を移動
台車上に搭載する理由について説明する。先行技術１で
は、制振装置がガーダに固定されているために、移動台
車の位置によっては振動抑制が十分に行われないという
問題がある。本来、制振効果をもたらすためには、振動
を抑制したい対象の応答を検出しそしてこれを打ち消す
ような制御力を発生する必要がある。先行技術１のよう
に、ガーダの中央付近の振動応答を検出し、これにより
ガーダ中央部に制御力を発生し制振する方法では、移動
台車が中央部にない場合に振動抑制を最適に行うことが
できない。なぜなら、振動を抑制したい対象、即ち、吊
り荷は移動台車の直下にあり、ガーダ中央近傍に固定さ
れた検出器による振動応答は、必ずしも吊り荷の振動応
答を反映していないからである。

【００１４】このようにガーダ中央部に制振装置を固定
して用いる方法は、ガーダの振動モードとして基本モー
ドのみを考慮しているためにこのような配置をとってい
る。ガーダが基本モードで振動している場合には、モー
ドの節が両端に存在するため、移動台車がガーダのどの
位置にあってもかかる振動モードの情報は検出可能であ
る。ところが、２次以上の高次モードになると節がガー
ダ上に存在する。その中でも偶数次数振動モードにおい
ては、節がガーダ中央付近に存在するため、この近傍に
制振装置を配置する先行技術１のような方法では、該当
するモードの振動の情報が不足するため十分な振動抑制
効果を得ることができない。

【００１５】次に、これをシミュレーションの例によっ
て説明する。ここでは、制振装置がガーダ上中央部に固
定されている場合と、本発明のように制振装置を移動台
車上に設け吊り荷に追従させて移動可能とした場合と
を、シミュレーションによって比較する。図９は、下記
、の各場合について、吊り荷のインチング動作（寸
動）にともなうインパルス外乱が、ガーダに作用した場
合の基本周波数 0.5Hzのガーダの振動の時間応答を示す
グラフである。制振装置（アクティブ方式動吸振器および振動応答
検出器）をガーダ上中央部に固定、制振装置（アクティブ方式動吸振器および振動応答
検出器）が移動台車上にあり、吊り荷と共に移動可能。

【００１６】図９からわかるように、同一の制振装置を
用いているにも関わらず、アクティブ方式動吸振器が移
動台車上で移動可能の場合（上記）の方が、ガーダ上
に固定されている場合（上記）に比べて、振動の収束
が早く、実効振幅値も減少している。

【００１７】これを、図１０に示すようなガーダ振幅に
対する外乱力の周波数応答線図で示す。２次の振動モー
ドに相当する周波数において、制振装置をガーダ上中央
部で固定した場合には、節の近傍のガーダの振動応答を
検出し制御力を発生させているため、制振効果が得られ
ていない。これに対して、制振装置を移動台車上で吊り
荷と共に移動可能とした場合には、節点を回避できるた
め十分な振動抑制が可能となっている。

【００１８】更に、３次振動モードに関しても、移動台
車が該当モードの振動の腹に位置し、吊り荷の位置決め
にこの振動が悪影響を及ぼすが、制振装置が移動可能の
場合、振動応答の情報を十分に検出しているため、この
モードに対しても良好の振動抑制効果が得られる。

【００１９】ここで、吊り荷の上下方向の振れを止める
目的で、本来ならば吊り荷の振動応答を検出して制御力
を作用すべきところを、移動台車の振動応答を検出し移
動台車上で制御力を作用させる本発明の方式について説
明する。

【００２０】外乱力により吊り荷が上下振動する場合に
は移動台車もその振動に同期し、振動モードにより同位
相または逆位相で応答する。このような場合、制御力と
振動応答の検出が抑制したい振動成分の方向である上下
方向の同軸上で行われれば、移動台車の振動を抑制して
同時に吊り荷の振動も抑制することが可能である。

【００２１】以上に示したシミュレーション結果より、
移動台車上に制振装置を配置し、移動台車の振動応答を
検出して制御力の発生を行う本発明の方法が、制振装置
がガーダ中央近傍に固定されている先行技術１に比べ
て、より振動抑制の効果に優れることがわかる。

【００２２】

【作用】この発明によれば、移動台車上に制振装置、即
ち、アクティブ方式動吸振器と制御用の振動応答検出器
を設けることにより、吊り荷位置決めの際のインチング
動作時に発生するようなインパルス状の外乱力に対し、
先行技術１のようなパッシブ方式では達成できないよう
な振動抑制効果を実現でき、しかも、制振装置（アクテ
ィブ方式動吸振器および振動応答検出器）をガーダ上で
吊り荷直上に位置するように台車上に配置して吊り荷に
追従して移動させることで、基本モード以外の高次振動
モードの振動抑制が可能になる。結果として、外乱作用
下でも安全でサイクルタイムの短いクレーン作業が可能
になる。

【００２３】

【実施例】次に、この発明を図面に示す実施例に基づい
て詳細に説明する。図１はこの発明の実施例を示す概略
側面図である。図１に示すように、吊り荷40はワイヤ41
を介して移動台車（クラブ）20に設けられた巻き上げ機
構22により巻き上げられる。移動台車20上にはアクティ
ブ方式動吸振器３および加速度検出器21が設けられてい
る。移動台車20はガーダ10上に敷設された図示しないレ
ール上をガーダ10の長手方向に移動可能である。11はガ
ーダ移動用のレールである。

【００２４】吊り荷巻き上げ時にはインチング動作を行
うが、このとき周波数帯域の広いインパルス力が生じ
る。この外乱力の周波数成分のうち、ガーダと移動台車
および吊り荷とワイヤからなる機械系の固有振動数と一
致する成分の作用により、吊り荷40および移動台車20は
鉛直方向に振動する。この固有振動数は図４のように天
井クレーン系を２質点系とみなす場合には２点存在す
る。このように吊り荷が残留振動すると、特に天井クレ
ーンでは固有振動数が数Hzと小さいために吊り荷が整定
するまでに数十秒かかり、結果としてサイクルタイムが
長くなり作業能率が低下する。更に、組立作業において
は、他の機械部分との干渉により機器の破損を招く場合
がある。

【００２５】そこで、この実施例では、移動台車20上に
振動検出器21を設け、この信号に基づいてアクティブ方
式動吸振器３を駆動することでガーダ10から吊り荷まで
の機械系の減衰能を増加するような制振制御を行ってい
る。加速度検出器21とアクティブ方式動吸振器３は移動
台車20上にあり、常に吊り荷40の直上に位置するという
位置関係が保持される。このように、吊り荷巻き上げ機
構22を有する移動台車20上に振動検出器21を含めた制振
装置を配置することで、振動検出器とアクティブ方式動
吸振器と外乱力作用点とが１つの鉛直方向直線に位置す
るという、振動工学でいうコロケーションが成立するた
めに、常時、安定で減衰能の大きい制振が可能となる。

【００２６】この実施例では、アクティブ方式動吸振器
としてサーボモータ31をアクチェータとし、これにより
発生する回転力を、モータ軸に直結したボールネジ32の
雄ネジおよび直動拘束機構33により鉛直方向に変換し、
ボールネジ32の雌ネジおよび直動拘束機構33のベアリン
グ部が締結される付加質量30の慣性力とし、これを制御
力として制振効果を得る。

【００２７】ここで、アクティブ方式動吸振器の制御方
法について説明する。外乱力は、移動台車20の車軸、車
輪、および、ガーダ10上のレールからなる機械系を介し
て移動台車20に伝達する。しかし、ガーダの固有振動数
に比べて介在する機械系のそれが十分大きい場合、この
動特性を無視しガーダと移動台車は同振幅、同位相で振
動するとみなすことができる。そこで移動台車20上に鉛
直方向の加速度検出器21を設けてガーダの振動加速度を
間接的に検出し、これを積分器36により速度信号とす
る。この速度信号が直流増幅器35に送られ、増幅された
信号はサーボドライバ34を通り、振動速度に応じた慣性
力を発生するようにアクティブ方式動吸振器３が駆動さ
れる。この実施例では、速度信号をフィードバックして
いるので速度に比例した制御力をアクティブ方式動吸振
器により発生し、制御対象である吊り荷およびガーダの
減衰を増加する制御を行っていることになる。

【００２８】実施例の変更例を示す。実施例は、加速度
検出器からの信号を積分し速度フィードバックを行う制
御系を構成しているが、加速度以外の状態量および出力
量の検出、または、アクティブ方式動吸振器の状態量お
よび出力量の検出を行ない、状態フィードバック等の他
の制御則を用いることもできる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、従来の制振方法で十分に抑制できなかった２次以上
の高次振動モードの応答を抑制することが可能になり、
吊り荷の巻き上げおよび位置決めにともなう周波数帯域
の広い外乱の作用下において、安全且つ効率的に天井ク
レーン作業を行うことが可能になり、更に、制振装置を
移動台車上に配置することにより調整および保守が容易
になり、かくして、工業上有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１実施例を示す概略側面図

【図２】先行技術１を示す概略側面図

【図３】図２の平面図

【図４】ガーダと移動台車からなるクレーン本体部分
と、吊り荷を２質点系とみなす力学モデルを示す説明図

【図５】ガーダに動吸振器機構を持つパッシブ方式制振
装置を組み込んだ場合の、外乱に対するガーダの周波数
応答を示すグラフ

【図６】ガーダにアクティブ方式制振装置を組み込んだ
場合の、外乱に対するガーダの周波数応答を示すグラフ

【図７】ガーダに動吸振器機構を持つパッシブ方式制振
装置を組み込んだ場合で、吊り荷の質量が減少した場合
のガーダ振動変位の周波数応答を示すグラフ

【図８】ガーダにアクティブ方式制振装置を組み込んだ
場合で、吊り荷の質量が減少した場合のガーダ振動変位
の周波数応答を示すグラフ

【図９】アクティブ方式動吸振器を、ガーダ中央部に固
定した場合およびガーダ上を移動可能とした場合の各々
における吊り荷変位のインパルス応答を示すグラフ

【図１０】アクティブ方式動吸振器を、ガーダ中央部に
固定した場合およびガーダ上を移動可能とした場合の各
々における外乱に対するガーダ振動変位の周波数応答を
示すグラフ。

【符号の説明】

10 ガーダ（主振動系） 11 レール 20 移動台車（クラブ） 21 加速度検出器 22 吊り荷巻き上げ機構 23 レール３アクティブ方式動吸振器 30 付加質量 31 サーボモータ 32 ボールネジ 33 直動拘束機構 34 サーボドライバ 35 増幅器 36 積分器 40 吊り荷 41 ワイヤ５受金６吸振体７台車。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−200694（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−220083（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−56989（ＪＰ，Ａ) 特開平４−365664（ＪＰ，Ａ) 実開平４−14283（ＪＰ，Ｕ) 実開昭57−7781（ＪＰ，Ｕ) 実開平３−18081（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B66C 13/00 - 13/56 B66C 15/00 - 15/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ガーダ上に吊り荷の巻き上げ機構を有す
る移動台車が配置され前記移動台車が前記ガーダの長手
方向に移動可能な天井クレーンの振動抑制方法におい
て、前記移動台車上にアクティブ方式動吸振器および振
動検出器を設け、前記振動検出器によって前記吊り荷の
直上での前記移動台車の振動を検出し、その検出値に基
づいて前記アクティブ方式動吸振器の制振力を制御し、
かくして、前記ガーダおよび前記吊り荷の振動を抑制す
ることを特徴とする天井クレーンの振動抑制方法。