JP3244498B2

JP3244498B2 - ケーブルクレーン用横行トロリの速度制御方法

Info

Publication number: JP3244498B2
Application number: JP35103399A
Authority: JP
Inventors: 真人館; 公夫谷田; 勝男廣本; 仁悟長谷; 英憲森川; 進岩倉
Original assignee: Maeda Corp; Sato Kogyo Co Ltd
Current assignee: Maeda Corp; Sato Kogyo Co Ltd
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2002-01-07
Anticipated expiration: 2019-12-10
Also published as: JP2001163576A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、横行トロリより吊
り下げられた荷の振れを防止しながら運搬を行うための
ケーブルクレーン用横行トロリの速度制御方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】特に、山間地におけるダム建設工事や橋
梁建設工事などでは、コンクリートの運搬輸送または施
工機材・材料の運搬輸送のために専らケーブルクレーン
設備が用いられている。

【０００３】このケーブルクレーン設備は、建設対象工
事区を跨いで張設された主索と、この主索に懸垂され前
後端に連結された横行索により主索に沿って移動自在と
される横行トロリと、前記横行トロリより垂下された巻
上げ索によって保持され昇降自在とされる吊りフック
と、各索部材毎に設置されるウインチとから主に構成さ
れるクレーン設備である。

【０００４】近年、特にダム建設工事においては、頻繁
に繰り返されるコンクリートの運搬作業を効率化するた
めにその自動化が進められてきた。

【０００５】ケーブルクレーンの自動化に関するものと
しては、たとえば特開平６−１１５８７８号公報（第１
先行例）、特開平６−１１５８７５号公報（第２先行
例）、特開平６−１１５８７６号公報（第３先行例）、
特開平６−１１５８７７号公報（第４先行例）などを挙
げることができる。ケーブルクレーンの自動化に当たっ
て、最も重要な制御項目となるのは、スタート座標およ
び目標座標におけるバケットの位置決め制御と、バケッ
トの振れを抑制するための振れ止め制御の２項目であ
る。

【０００６】後者のバケットの振れ止め制御に関し、前
記第１先行例では、加減速の特定時期において、振れ角
度及び角速度に応じた振れを相殺するためのフィードバ
ック制御量及びタイミングを演算し、加速時及び減速時
に振れ止めのためのフィードバック制御を行うことが開
示されている。具体的には、横行トロリ（以下、単にト
ロリともいう。）の運転開始後、トロリが加速されてい
る時点で、トロリの位置、速度およびバケットの振れ角
度および角速度を入力し、これらの値を振れ止め用の所
定の運動方程式に当てはめて振れ止め用の制御電圧を算
出するとともに、制御開始時間を計算し、開始するまで
制御待機状態とする。この状態は図１１(a)に示すよう
に、運転開始からトロリの速度が定速v1に至った時間を
t1とすると、バケットは応答遅れにより振れが生じ、振
れ幅v2で示されるように左右に振れる振り子状の正弦曲
線となり、その周期は吊索の長さが一定なら一定とな
り、また最大振幅となる。したがって、時刻t1以降にv2
＝０となるポイント時刻t2を求め、このポイントからv2
＝maxに該当する加速度を所定時間加えることにより振
れが相殺されることになる。開始時刻t2になったなら、
一次フィードバック制御を開始し、トロリに加速のため
の制御電圧を駆動装置に与え、その振れから応答計算を
行う。

【０００７】時刻t3まで一次フィードバック制御がなさ
れた状態は図１１(b)に示される。この間（時刻t2〜t3
間）におけるv2＝max＜許容値であるならばフィードバ
ック制御を終了する。これに対し、許容値を越えていた
ならば、前記と同様の手順により二次フィードバック開
始時刻t4を計算し、開始時刻となった場合には前記応答
計算より求められた制御電圧を所定時間加えるととも
に、その応答を計測し振れを算出する。二次フィードバ
ック制御がなされた状態を図１１(c)に示す。また、こ
の間（時刻t3〜t4間）におけるv2＝max＜許容値である
ならばフィードバック制御を終了するが、許容値を越え
ていたならば、許容値に収束するまで再度同様のフィー
ドバック制御を繰り返すようにする。なお、減速時にお
ける制御も同様に行われる。

【０００８】次いで、前記第２先行例では、搬送開始位
置および搬送終了位置に応じ、主索の撓み度合い、横行
トロリの横行索の繰出し長さ、前記吊索の繰出し長さを
算定要素として、予め前記主索、前記トロリおよびバケ
ットの挙動を解析して運転パターンをモデル化し、前記
ケーブルクレーンを運転する際に、設定条件に応じて前
記モデル化された運転パターンを選択して、この運転パ
ターンに従ってケーブルクレーンを自動制御し、バケッ
トをスタート座標から目標座標までモデル化された加速
度−定速度−減速および振れ止め用行き足のパターンに
よるプログラム内容に沿って横行および昇降制御するこ
とで、振れを防止しつつ目標位置まで自動運搬する方法
が開示されている。具体的には、図１２(a)に示すよう
に、ダムの対象領域を幾つかの小ブロックに分割し、各
ブロック毎に振れ止めを考慮してトロリの運転速度、バ
ケットの昇降速度を定め、最短時間での運転パターンを
算定する。また、トロリの運転パターンとしては、図１
２(b)に示されるように、スタート座標から段階的に加
速し、次いで一定速度となり、次いで段階的な減速によ
り目標座標で０となる運転パターンが設定されている。

【０００９】さらに第３先行例では、図１３に示される
ように、加速時および減速時に、主索に沿ったトロリの
実際の動きおよび該トロリから吊下されるバケットの実
際の動きを検出し、この検出結果に基づいてファジィ推
論により振れ角および角速度に応じた振れを相殺するた
めのフィードバック制御を行う振れ止め抑制方法が開示
されている。具体的には、出発時の速度とバケットの振
れとの関係を示す図１４に示すように、出発時より横行
速度が増すにつれてバケットの応答遅れによってバケッ
トは遅れ側（−）に振れる。この振れを例えば２段階の
速度制御で止める場合を想定すると、加速期間の途中で
所定期間デルタＴの間を定速に戻すと、その行き足によ
ってバケットは図中の位置まで進み側（＋）にある程
度振り戻される。

【００１０】の時点で再加速することで行き足と加速
とが同調し、再加速終了後定速状態になったときは、バ
ケットは図示の如く中立位置に停止するので、常時振れ
角と振れ方向、トロリ速度を検出して、振れ角とトロリ
速度との関係によりの時点、つまり設定された振れ幅
になったかどうかをファジィ推論し、となったならそ
れに基づいた数値で再加速すれば、加速終了時において
バケットは中立位置に停止する。なお、図１３において
速度が直線状となっているが、実際にはフィードバック
制御により加減速時には階段状の軌跡を描くことにな
る。

【００１１】また、最後の第４先行例では、トロリの加
速時および減速時において、主索に沿ったトロリの位置
および速度とバケットの振れ角度及び角速度とを検出し
てフィードバック制御によりバケットの振れを相殺する
振れ止め制御方法が開示されている。

【００１２】以上、第１先行例〜第４先行例について、
各々その振れ止め制御に係る横行トロリの運転方法を詳
述したが、これらの運転方法は、その具体的手法部分に
おいて相違はあるものの、横行トロリの加速（減速）区
間において、加速（減速）−定速−加速（減速）の階段
状の速度制御を行う点において共通している。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】前述した振れ止め制御
方法によれば、従来のようにクレーン運転士と合図者と
が無線等で連絡を取り合い、合図者の指示に従ってクレ
ーン運転士が手動操作によって振れ止め制御を行ってい
た従来法に比べると、人為操作ミスが無くなり、効果的
にバケットの振れ止め制御を行うことができ、かつクレ
ーン運転士が長時間の緊張状態から開放されるようにな
るなど、種々の効果がもたらされるようになる。

【００１４】しかしながら、横行トロリの位置、速度お
よびバケットの振れ角度、角速度等を把握（計測）した
上で、これらの計測量に基づいて種々の方法により制御
量を算出し、フィードバック制御により階段状の速度制
御を行うものであり、振れが収束するまでに時間が掛か
るとともに、前述の説明から判るように制御系または制
御方法が複雑であるなどの問題を有する。

【００１５】そこで本発明の主たる課題は、加減速時に
横行トロリから吊り下げられたバケット等の吊り荷の振
れを最小時間で止めることが出来るようにし、もって高
い精度での位置決めを可能としたケーブルクレーン用横
行トロリの速度制御方法を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明は、主索に沿って横行自在とされる横行トロリ
と、この横行トロリ位置から吊り下げられた巻取り索
と、この巻取り索の下端に吊持されたバケットとを備え
るケーブルクレーン設備において、前記横行トロリより
吊り下げられた前記バケットの振れを防止しながら運搬
するための横行トロリの速度制御方法であって、予め前
記バケットの振り子周期を計測し逆算から前記主索の上
空側に位置する仮想支点を求めるとともに、前記仮想支
点〜バケットまでの仮想振り子長さから横行トロリ〜バ
ケットまでの振り子長さを減じ、この減算値を横行トロ
リ〜バケットまでの振り子長さに加算する固有の加算長
として設定し、横行トロリの運行区間を加速横行区間、
定速横行区間および減速横行区間に区分するとともに、
前記横行トロリの速度制御を移動距離を制御関数として
制御する条件の下、前記加速横行区間において、横行ト
ロリの移動速度を移動距離に対する二次関数曲線に沿っ
て連続的に一定の加速度で運行制御するとともに、発進
時に生じたバケットの振れが前記加算長を考慮した仮想
振り子長さによる１周期の振り子運動を終了した時点で
定速横行に移行するようにし、前記定速横行区間におい
て、横行トロリとバケットとの間に相対速度差が出ない
ように横行トロリを定速横行させ、前記減速横行区間に
おいて、横行トロリの移動速度を移動距離に対する二次
関数曲線に沿って連続的に一定の減速度で運行制御する
とともに、減速横行移行時に生じたバケットの振れが前
記加算長を考慮した仮想振り子長さによる１周期の振り
子運動を終了した時点で停止させることを特徴とするも
のである。

【００１７】この場合において、前記定速横行区間の横
行速度は、予め設定された目標速度とされ、この目標速
度を基準として前記加速横行区間の加速度および前記減
速横行区間の減速度が設定されることが望ましい。

【００１８】また、前記定速横行区間において、横行ト
ロリの速度検出手段より得られた速度検出データと目標
速度との差分値に基づいて、横行装置の機械特性に合わ
せて設定された所定の制御関数を介してフィードバック
制御することにより定速度を維持するようにするのが望
ましい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳述する。図１はダム建設におけ
るケーブルクレーン１の配設状態図であり、図２はケー
ブルクレーン１の設備全体図である。

【００２０】図１に示されるように、山間部におけるダ
ム建設工事では、ダム建設のためのコンクリート、建設
用機械、資材等を運搬する目的で、ダム建設部位の上空
を横架する態様でケーブルクレーン１が設けられる。図
示の例では、右岸側にバッチャープラント２が設けら
れ、ここでダム建設に使用されるコンクリートが製造さ
れる。バッチャープラント２で製造されたコンクリート
は、バンカー線に沿って移動自在とされるトランスファ
ーカー３に搭載され、所定の運搬開始位置まで運搬され
る。この運搬開始位置にはトランスファーカー３に搭載
されているコンクリートをケーブルクレーンによって吊
下された運搬用バケット（以下、単にバケットとい
う。）に積み替えるためにバケット着床台４が設けられ
ている。

【００２１】トランスファーカー３が運搬開始位置に到
着し、バケット着床台４上に待機しているバケット１８
に対してコンクリートが移し変えられたならば、ケーブ
ルクレーン１によってコンクリート打設施工面に置かれ
た中継ホッパ５まで運搬される。

【００２２】前記ケーブルクレーン１は、図２に示され
るように、左岸および右岸に夫々、河川方向に沿って移
動自在とされる走行装置６Ｌ、６Ｒが設けられ、これら
走行装置６Ｌ、６Ｒ間に主索７が張架されている。この
主索７は、ケーブルクレーンの吊上げ荷重や、後述の横
行トロリ８およびハンガ装置９などの荷重を支持するた
めのものであり、走行装置６Ｒ側には主索７の張力を一
定に保つために張力調整装置２４が設けられている。

【００２３】前記主索７に対しては、懸垂状態で支持さ
れ主索７に沿って横行自在とされる横行トロリ８が設け
られるとともに、横行索や巻上げ索の垂れ下がりを防止
するためのハンガ装置９が主索７方向に所定間隔で設け
られている。

【００２４】前記横行トロリ８は、上部側に複数の車輪
８ａ、８ａ…を直列的に備え、これら車輪群８ａ、８ａ
…が主索７上を横行するようになっている。横行トロリ
８にはその前端部および後端部に夫々、横行索１０Ｌ、
１０Ｒが連結されるとともに、これら横行索１０Ｌ、１
０Ｒの他端が横行駆動装置Ｘ_Ｕの横行ウインチ１１に巻
き取られ、この横行ウインチ１１を正逆方向に回転させ
ることにより前記横行トロリ８が前後進自在となってい
る。なお、横行駆動装置Ｘ_Ｕにおいて、符号１２は減速
機、符号１３はブレーキ装置、符号１４は駆動用電動
機、符号１５は駆動用制御装置である。後述する巻上げ
駆動装置Ｚ_Ｕおよび走行駆動装置Ｙ_Ｌ、Ｙ _Ｒにおいて、
同符号は同じものを示している。

【００２５】前記横行トロリ８の位置検出機構は、前記
横行ウインチ１１のドラム外面に高精度の磁気スケール
を貼り付け、この磁気スケールにおける磁気の正弦波状
極性変化を非接触式検出器で読み取ることにより行う。
前記磁気スケールは、磁性体の基台にバリュームフェラ
イト粉を樹脂と混合した強磁性膜を接着し、２mm毎にＮ
極、Ｓ極を交互に垂直磁化したもので、リボンのような
形状となっているため、横行ウインチ１１のドラム曲面
に容易に貼り付けることが可能となっている。理想的に
は、横行索１０Ｌ、１０Ｒの芯の高さと同じ高さに設け
るようにすると、計測誤差や変換の過程で発生する演算
誤差を排除できるようになる。

【００２６】横行ウインチ１１に巻かれた横行索１０
Ｌ、１０Ｒの巻取りまたは繰出し、或いは前進または後
退の判定は、磁気極性の変化の方向で判定する。また、
検出器による読み取り結果をリアルタイムで制御データ
に変換して、磁気変化量をパルス化し、１パルス当たり
の移動量をパルス数に乗じて距離を算定する。さらに、
単位時間当たりの巻取り量または繰出し量、或いは前進
量または後退量から実際の速度が算出される。すなわ
ち、検出した磁気の正弦波状の極性変化を方形パルス化
し、一定の単位時間当たりのパルス量を計数し演算すれ
ば、実際の速度を正確に求めることができる。速度演算
の実行回数は、１秒当たり４回程度とするのが望まし
い。なお、距離の測定精度は、概ね測定長（ドラム周
長）をＬ(m)とすれば、±（１＋0.5Ｌ）mm以内のものが
好適に用いられる。

【００２７】前記横行トロリ８には、主索７方向に沿っ
て巻上げ索１６が設けられている。この巻上げ索１６
は、一方側端部が主索７と同様に、走行装置６Ｌ側に固
定され、横行トロリ８に設けられた溝車１９，１９を介
して下方に垂れ下がり、この垂れ下がり部分の最下部に
吊具装置１７が設けられ、バケット１８を吊持するよう
になっている。前記巻上げ索１６の他端側は所定のシー
ブを経て巻上げ駆動装置Ｚ_Ｕの巻上げウインチ２０に巻
き取られており、この巻上げウインチ２０の繰出し制御
および巻取り制御により前記吊具装置１７、すなわちバ
ケット１８が昇降操作されるようになっている。この巻
上げ索１６によって吊られるバケット１８の位置検出機
構は、前記横行トロリ８の場合と同様に、前記巻上げウ
インチ２０のドラムに高精度の磁気スケールを設け、こ
の磁気スケールにおける磁気の正弦波状極性変化を非接
触式検出器で読み取ることにより行う。その詳細につい
ては横行トロリ８の項で説明済みであるため省略する。

【００２８】一方、前記走行装置６Ｌ、６Ｒは、走行台
２０Ｌ、２０Ｒと、この走行台２０Ｌ、２０Ｒに沿って
移動自在とされる走行トロリ２１Ｌ、２１Ｒと、この走
行トロリ２１Ｌ、２１Ｒを移動させるための走行索２２
Ｌ、２２Ｒと、走行索２２Ｌ、２２Ｒの繰出しおよび巻
取りを行うための走行駆動装置Ｙ_Ｌ、Ｙ_Ｒとから構成さ
れている。これら左岸および右岸に夫々設置された走行
装置６Ｌ、６Ｒを同調しながら前後進させることによ
り、走行トロリ２１Ｌ、２１Ｒが河川方向に沿って移動
する。なお、符号２３は、クレーン運転室であり、前述
した横行駆動装置Ｘ_Ｕ、巻上げ駆動装置Ｚ_Ｕ、走行駆動
装置Ｙ_Ｌ、Ｙ_Ｒの制御を行うコントローラーが設備され
ている。

【００２９】以下、かかるケーブルクレーン１における
横行トロリ８の運転制御方法について詳述する。

【００３０】図３において、バッチャープラント２から
トランスファーカー３に所定量のコンクリートが積込み
されると、トランスファーカー３はバンカー線に沿って
バケット着床台４位置まで移動する。トランスファーカ
ー３からバケット着床台４上に待機しているバケット１
８にコンクリートを積み替え終わると、トランスファー
カー３から「積込み完了」の信号が発信され、これを受
信したトランスファーカー制御用コンピューター２５
は、この信号を通信系統を司る通信システム用コンピュ
ーター２６に送り、通信システム用コンピューター２６
はさらにこの信号をクレーン制御用コンピューター２７
に送る。

【００３１】前記トランスファーカー３は、バケット１
８への積み替えを終えるとバッチャープラント２位置ま
で戻るが、バケット１８から予め設定された距離まで離
れたと判定したとき、「巻上げ許可」の信号を発信し、
同じくトランスファーカー制御用コンピューター２５お
よび通信システム用コンピューター２６を介してクレー
ン制御用コンピューター２７に送られる。クレーン制御
用コンピューター２７は、これら「積込み完了」および
「巻上げ許可」の信号を確認した上で、ケーブルクレー
ン１の巻上げ動作を行う。クレーン制御は、前記クレー
ン制御用コンピューター２７の管理下に置かれたウイン
チ制御用コンピューター２８によって行われる。すなわ
ち、ウインチ制御用コンピューター２８は、クレーン制
御用コンピューター２７の指令に基づいて、必要な制御
値（制御電圧）に換算して、巻上げウインチ２０および
横行ウインチ１１の駆動用制御装置１５に出力する。ま
た、このウインチ制御用コンピューター２８は、ウイン
チドラムに設けられた磁気スケールの変化値を、磁気ス
ケール専用の検出器を介して読み取り、所定のフィルタ
リング（ノイズの除去）や検出結果である二相パルスを
回転方向の符号とパルス数を主軸回転数に変換するなど
の一次的な換算処理を行い、磁気スケールの変化値から
ウインチドラム速度の演算を行う。さらに、指令値に基
づいて電動機１４が運転されているか否かを判定し、制
御量を変更する必要があればフィードバック制御により
目標値に合致させる。

【００３２】バケット１８の巻上げ動作は、先ずバケッ
ト着床台４から僅かに巻き上げる「地切り」操作を行
い、次いでバケット着床台４付近に存在している構造物
などの障害物が運行上、邪魔にならない高さ位置まで巻
上げ動作を行う。バケット１８の底面が、すべての障害
物よりも高くなったことを確認した後、横行トロリ８の
横行動作（以下、実荷重での運搬工程となるため前進ま
たは前進動作ともいう。）を開始する。

【００３３】横行トロリ８が前進動作を開始しても、バ
ケット１８は横行トロリ８に同調して移動することはな
く、両者の間には相対的速度差が発生するため、バケッ
ト１８が振れ始める。このバケット１８の振れは振り子
運動とみなすことができる。すなわち、横行トロリ８の
スタート時には、横行トロリ８とバケット１８とは鉛直
線上に静止しており、当然に横行方向の位置ズレも速度
差も生じていないが、この状態から横行トロリ８を一定
の加速度で前進させると、一旦バケット１８はトロリ８
から遅れて動き出し、振り子運動を開始する。

【００３４】本発明では、バケット１８の振れを最小時
間で収束させるために、横行トロリの移動速度を移動距
離に対する二次関数曲線に沿って連続的に一定の加速度
で運行制御するとともに、発進時に生じた荷の振れが１
周期の振り子運動を終了した時点で定速横行に移行する
ようにしている。前記バケット１８は、横行トロリ８の
移動開始から僅かに遅れて、後方側（出発側）に振り子
運動を開始し、その後遅れ幅が最大になったところ（最
大振幅時）から速度を増し、横行トロリ８よりも速い速
度で追い付いてくる。この間、横行トロリ８は、移動距
離に対する二次関数曲線に沿って連続的に一定の加速度
で増速させているが、バケット１８が丁度、１周期の振
り子運動を終了し反対側の最大振幅点に位置した瞬間
に、加速度を０として定速横行に移行するようにしてい
る。なお、運搬の効率上、前記加速度を任意として１周
期の振り子運動を終了した瞬間を検出して定速横行に移
行することもできるが、定速横行移行時の速度は予め設
定された目標速度となるように、前記加速度を予め設定
するようにするのが望ましい。

【００３５】前記目標速度は、巻上げ駆動装置Ｚ_Ｕ、横
行駆動装置Ｘ_Ｕの定格速度以下とし、該巻上げ駆動装置
Ｚ_Ｕ、横行駆動装置Ｘ_Ｕの速度変動率、速度応答特性お
よび制御精度等を考慮して決定する。たとえば、速度変
動率が±１０％であるならば、目標速度は定格速度の８
５％程度に設定すればよい。

【００３６】一方、バケット１８は、横行トロリ８の定
速移行瞬間時に、横行トロリ８の鉛直線直下に位置し、
かつ振り子運動としての速度も０となる。すなわち、振
り子運動のみに着目した場合に停止した状態となり、横
行トロリ８とバケット１８との間に速度差が無くなるた
め、これ以降、振れがないまま同速度で横行するように
なる。

【００３７】以下、本発明の振れ止め制御原理について
図面を参照しながら詳述すると、図４および図５に示さ
れるように、横行トロリ８とバケット１８との間に相対
速度差があると、バケット１８はその相対速度差に応じ
た慣性力を受けて揺れ始める。

【００３８】今、横行トロリ８が一定の加速度αで増速
運動をしているとすると、この時の振り子運動の中心軸
は、水平分力を加速度α、垂直分力を重力の加速度Ｇと
した合成力で表され、その方向は加速度αの反対方向と
なる。なお、振り子の支点は滑車を介してバケット１８
が吊られていることから、主索７の上空側に存在する
（以下、この点を仮想支点という。）。この仮想支点の
位置はバケット１８の振り子周期を計測すれば逆算によ
り求めることができる。図４に示されるように、仮想振
り子の長さＳ’が求まれば、巻上げ索１６の位置検出に
より振り子の長さＳが既知であるため、加算長ｄＳが固
有値として求まる。

【００３９】横行トロリ８が、ある一定の加速度で横行
しているときの振り子の中心軸は、仮想支点をＯ’、振
り子の中心点をＡ、振り子の中心軸をＯ’Ａとすれば、
下式（１）で表される。

【００４０】Ｇ’＝Ｏ’Ａ＝（α^２＋Ｇ^２）^１／２ ……（１）ここで、Ｇ’は仮想重力であり、Ｏ’Ａは実際の振り子
中心軸である。また、実際の振り子の中心軸Ｏ’Ａの傾
きθ_０は、下式（２）で表される。 θ_０＝ｔａｎ^−１（α／Ｇ） ……（２）

【００４１】ここで、バケット１８の動きのみに着目し
てみると、横行トロリ８の横行を開始した瞬間ではバケ
ット１８は静止した状態で仮想支点Ｏ’の鉛直下にある
が、横行トロリ８が移動開始した時点から加速度αを受
けるため、θ分の傾きを有する仮想重力軸Ｏ’Ａを中心
軸とした振り子運動を行う。図８に示されるように、仮
想重力軸Ｏ’Ａを鉛直軸としてみると、振り子は右側の
最大振幅点（スタート点）より運動を開始し、その後仮
想重力軸Ｏ’Ａを通り、反対側の最大振幅点で折り返
す。この折り返し点での振り子としての速度は０であ
る。

【００４２】その後、戻りの振り子運動を行い、丁度１
サイクルの周期運動を終えてスタート地点に戻った瞬間
に、横行トロリ８の加速度を０として、すなわち定速横
行に移行させると、この瞬間に加速度分に相当するθ_０
分傾きが無くなり、横行トロリ８とバケット１８とを結
ぶ線が振り子運動の中心軸となる。また、この瞬間は、
振り子も最大振幅点に位置しているため速度も０となっ
ており、定速横行に移行した瞬間にθ_０分の傾きが無く
なって最も安定した状態（停止状態）である横行トロリ
８を通る重力線上にバケット１８が位置しているわけで
あるから、バケット１８の振れが無くなり振り子運動が
停止状態となる。振り子運動が停止されれば、後は両者
に相対速度差は存在しないため、振れを起こすこと無く
横行トロリ８と共に定速横行するようになる。

【００４３】なお、振り子の運動周期は、下式（３）に
よって与えられ、バケット重量には関係なく、振り子長
さＳによって一義的に決定される。

【００４４】Ｔ＝２π（Ｓ'／（Ｇ^２＋α^２）^１／２））^１／２ ……（３）ここで、Ｓ’は仮想振り子長さで、仮想支点をＯ’と振
り子中心点Ａとの距離である。

【００４５】一方、横行トロリ８を速度制御するための
運動方程式は、ニュートンの運動方程式を用い、移動距
離Ｘと加速度αに注目して運動方程式を変形すれば導き
出すことができる。その結果、横行トロリ８の運動式
は、初速を有しない等加速度運動式となり下式（４）お
よび（５）により示される。

【００４６】Ｘ_ａ＝１／２・α・ｔ^２ ……（４）Ｖ_ａ＝α・ｔ ……（５）

【００４７】（５）式を（４）式に代入すると、下式
（６）が得られる。Ｘ_ａ＝Ｖ_ａ ^２／２α ……（６）

【００４８】速度Ｖに着目すれば（６）式は下式（７）
に変形できる。Ｖ_ａ＝（２α・Ｘ_ａ）^１／２ ……（７）

【００４９】ここで、制御のための関数（以下、加速度
制御関数）をｋとすると、ｋ＝２α ^１／２となり、
（７）式は下式（８）となる。Ｖ_ａ＝ｋ・Ｘ_ａ ^１／２ ……（８）

【００５０】よって、横行トロリ８の速度Ｖ_ａは、横行
トロリ８の移動距離Ｘ_ａの二次関数となる。ここで、横
行トロリ８の速度Ｖ_ａを移動距離Ｘ_ａの二次関数とする
のは、制御上の理由によるものである。すなわち、フィ
ードバック制御を行うには、クローズドループにより構
成する必要があり、移動距離Ｘ_ａを制御関数とすれば時
間要素に関係無く、横行トロリ８の位置を把握でき、か
つ移動距離に対する速度で制御できるようになる。仮
に、時間Ｔを横軸にすると、横行トロリ８の位置が制御
量に直接関与しないため、横行トロリ８の位置が把握出
来ないことから、制御系はオープンループとなりフィー
ドバック制御を行うことが出来なくなってしまう。

【００５１】この加速時における横行トロリ８の速度軌
跡、バケット１８の速度軌跡および両者の相対距離Ｐ_ｂ
の軌跡を模式的に示すと図７のようになる。

【００５２】以上より、バケット１８の振れを無くすに
は、横行トロリ８をスタート開始時点から移動距離に対
する二次曲線に沿って連続的に一定加速度の加速すると
ともに、バケット１８が１サイクルの振り子運動を終了
した瞬間に定速横行に移行するようにすればよい。バケ
ット１８は、振り子運動の１サイクル周期運動のみの揺
れで、その後は揺れを起こすことなく横行トロリ８と共
に定速横行するようになる。換言すれば、横行トロリ８
は、速度０からスタートし、一定の加速度で加速させ、
目標速度に到達する時間と、振り子の１周期との時間を
合致させるようにすれば、加速完了時点でバケット１８
の振れを収束させることができる。なお、この加速時の
速度は、予め決められた加速度によって増速されるが、
実際速度を監視し、設定速度との間に差分があれば、フ
ィードバック制御により修正される。

【００５３】一旦、バケット１８の振れを収束させれ
ば、目標速度のままで横行しながら巻き下げを行っても
バケット１８は振れることはないため、定速横行に併行
して巻き下げを行う。

【００５４】定速横行中に、横行トロリ８とバケット１
８との間に相対速度差が生じると、振り子現象が発生す
る。定速横行中に、バケットの振れが発生すると、後述
の減速制御を行うことができない。すなわち、減速制御
でバケット１８を振れさせないためには、定速横行終了
時にバケット１８が振れていないことが条件となる。そ
の意味において、定速横行中における横行トロリ８の定
速横行制御は重要となる。横行トロリ８の速度制御は、
具体的には横行トロリ８の速度を一定時間毎にサンプリ
ングし、演算を行い統計的処理したデータを用いて数式
化することにより速度検出データと目標速度との差分デ
ータを得る。この速度の差分が無くなるように、一定の
制御関数を介して横行ウインチをフィードバック制御す
る。フィードバック制御のための制御関数は、適用する
横行駆動装置Ｘ_Ｕの機械特性に合わせて設定する。この
機械特性とは、横行駆動装置Ｘ_Ｕが保有するＧＤ^２（フ
ライホイール効果または、はずみ車効果）やブレーキの
能力・動作特性、ケーブルクレーンとして設置される場
所の地形から発生する主索７の勾配特性、主索７の張力
による勾配やバケット１８の重量による主索７の撓み量
の変化などを言う。

【００５５】その後、到着目標点から減速距離分手前の
位置まで横行した時、速やかに巻き下げ動作を停止し、
横行トロリ８の減速を開始する。

【００５６】横行トロリ８の減速に際しても、振れ止め
制御は加速時の原理と全く同様の手法により行うことが
できる。すなわち、定速横行から移動距離に対する二次
曲線に沿って連続的に一定減速度（負の加速度）で減速
に入ると、バケット１８は慣性力により横行トロリ８よ
りも前方側に進み振り子運動を開始する。バケット１８
は、加速時とは反対方向の加速度αを受け、θ分の傾き
を有する仮想重力軸Ｏ’Ａを中心軸とした振り子運動を
行う。その後、丁度１サイクルの周期運動を終えてスタ
ート地点に戻った瞬間に、横行トロリ８の速度が０（停
止）となるように減速すると、この瞬間に減速度分に相
当するθ_０分傾きが無くなり、横行トロリ８とバケット
１８とを結ぶ線が振り子運動の中心軸となる。また、こ
の瞬間は、振り子も最大振幅点に位置しているため速度
も０となっており、停止した瞬間にθ_０分の傾きが無く
なって最も安定した状態（停止状態）である横行トロリ
８を通る重力線上にバケット１８が位置しているわけで
あるから、バケット１８の振れが無くなり振り子運動が
停止状態となる。なお、減速時にはバケット１８を巻き
下げた分だけ、振り子の周期が長くなるため、減速時間
が長くなり、加速距離と比較すると減速距離の方が長く
なる。

【００５７】このように、横行トロリ８の減速を前記条
件に従って行えば、バケット１８は到達目標地点の直上
に振れることなく精度良く停止させることができるよう
になり、高い精度での位置決めが可能となる。その後、
横行トロリ８が停止した時点から、コンクリートの放出
点（中継ホッパ５の直近直上）の高さまで巻き下げ動作
を開始する。到着目標点に停止したバケットの高さが、
コンクリートを荷受けする面（中継ホッパ５のコンクリ
ート投入口面）からの高さが１ｍ以内であれば、巻き下
げ動作を補正する必要はないが、仮に２ｍ以上である場
合にはさらに設定高さ位置まで巻き下げる。そして、コ
ンクリート荷受け面からの高さが１ｍ以内になったと
き、コンクリートの放出を開始する。この際、コンクリ
ートの放出と共に主索７に掛かる荷重が減少するため、
主索７の撓み量が減り、主索７は無負荷状態まで跳ね上
がろうとする。そのため、コンクリートの放出を行って
いる間に、特にコンクリートの放出直後に多くの補正巻
き下げを行うようにする。なお、これらの巻下げおよび
巻上げ動作は、図３に示される中継ホッパ５部に配置さ
れた通信システムからの信号に基づいて成される。

【００５８】以上、バケット着床台４から到着目標地点
までの運行手順および横行トロリ８の速度制御方法につ
いて詳述したが、バケット着床台４〜到着目標地点間の
横行トロリ８の速度（Ｖｔ）軌跡、バケット１８の速度
（Ｖｂ）軌跡、両者の相対距離（Ｐｂ）軌跡を示せば図
９のようになる。また、加速区間、定速区間および減速
区間における巻上げ軌跡および巻き下げ軌跡を横行トロ
リ８の速度と共に示せば図１０のようになる。

【００５９】バケット１８に搭載されたすべてのコンク
リートを放出し終えたならば、空荷重の状態で到達目標
地点から出発位置までの戻り工程を開始する。この復路
工程においても、バケット１８を振れさせないために往
路と同じ横行トロリ８の速度制御が行われる。

【００６０】最初に、巻上げ動作を開始し、振り子の長
さを短くして、振り子の周期時間を短縮するようにす
る。ある程度まで振り子長さが短くなった時点で、横行
トロリ８の移動を開始する。出発位置の直上まで達した
ならば、バケット１８を巻き下げバケット着床台４に着
床させる。

【００６１】ところで、本例では往路において振り子長
さを一定としたままで横行トロリ８の増速を行い、かつ
減速運転に入るまえに巻下げ動作を停止し、また復路に
おいて巻上げ動作を終了してから横行トロリ８の移動を
開始するようにしているが、これらは巻下げ（または巻
上げ）しながら、減速（または加速）を行うと、振り子
の周期が巻下げ量（巻上げ量）の変化に比例して変わ
り、振り子の１周期の時間と、横行トロリ８を停止させ
るまでの減速時間（目標速度まで増速する加速時間）と
を一致させ得る加減速度を見つけるプログラム上での計
算が煩雑になり、演算時間の分だけ制御遅れを生じるよ
うになるためである。従って、加減速度算出プログラム
上、この点が考慮されておれば、巻下げ動作（巻上げ動
作）と減速動作（加速動作）とを併行して行うことがで
きる。

【００６２】

【発明の効果】以上詳説のとおり本発明によれば、加減
速時に横行トロリから吊り下げられたバケット等の吊り
荷の振れを最小時間で止めることが出来るようになり、
もって高い精度での位置決めが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ダム建設におけるケーブルクレーン１の配設状
態図である。

【図２】ケーブルクレーン１の設備全体図である。

【図３】通信および制御系統図である。

【図４】本発明に係る振れ止め制御方法の説明図（その
１）である。

【図５】本発明に係る振れ止め制御方法の説明図（その
２）である。

【図６】本発明に係る振れ止め制御方法の説明図（その
３）である。

【図７】本発明に係る振れ止め制御方法の説明図（その
４）である。

【図８】本発明に係る振れ止め制御方法の説明図（その
５）である。

【図９】横行トロリ８の速度軌跡、バケット１８の速度
軌跡、両者の相対距離軌跡図である。

【図１０】加速区間、定速区間および減速区間における
巻上げ軌跡および巻き下げ軌跡図である。

【図１１】従来の振れ止め制御方法の説明図（その１）
である。

【図１２】従来の振れ止め制御方法の説明図（その２）
である。

【図１３】従来の振れ止め制御方法の説明図（その３）
である。

【図１４】従来の振れ止め制御方法の説明図（その４）
である。

【符号の説明】

１…ケーブルクレーン、２…バッチャープラント、３…
トランスファーカー、４…バケット着床台、５…中継ホ
ッパ、６Ｌ・６Ｒ…走行装置、７…主索、８…横行トロ
リ、９…ハンガ装置、１０Ｌ・１０Ｒ…横行索、１１…
横行ウインチ、１２…減速機、１３…ブレーキ装置、１
４…駆動用電動機、１５…駆動用制御装置、１６…巻上
げ索、１８…バケット、Ｘ_Ｕ…横行駆動装置、Ｚ_Ｕ…巻
上げ駆動装置、Ｙ_Ｌ・Ｙ_Ｒ…走行駆動装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者谷田公夫愛知県名古屋市中区丸の内３丁目21番25 号佐藤工業株式会社名古屋支店内 (72)発明者廣本勝男愛知県名古屋市中区丸の内３丁目21番25 号佐藤工業株式会社名古屋支店内 (72)発明者長谷仁悟東京都千代田区富士見二丁目10番26号前田建設工業株式会社内 (72)発明者森川英憲東京都新宿区市谷田町２丁目35番大日本土木株式会社東京本社工務技術本部内 (72)発明者岩倉進東京都大田区城南島２丁目３番10号大都電機株式会社内 (56)参考文献特開平６−115878（ＪＰ，Ａ) 特開平６−305686（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B66C 13/22 B66C 21/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】主索に沿って横行自在とされる横行トロリ
と、この横行トロリ位置から吊り下げられた巻取り索
と、この巻取り索の下端に吊持されたバケットとを備え
るケーブルクレーン設備において、前記横行トロリより
吊り下げられた前記バケットの振れを防止しながら運搬
するための横行トロリの速度制御方法であって、予め前記バケットの振り子周期を計測し逆算から前記主
索の上空側に位置する仮想支点を求めるとともに、前記
仮想支点〜バケットまでの仮想振り子長さから横行トロ
リ〜バケットまでの振り子長さを減じ、この減算値を横
行トロリ〜バケットまでの振り子長さに加算する固有の
加算長として設定し、横行トロリの運行区間を加速横行区間、定速横行区間お
よび減速横行区間に区分するとともに、前記横行トロリ
の速度制御を移動距離を制御関数として制御する条件の
下、前記加速横行区間において、横行トロリの移動速度を移
動距離に対する二次関数曲線に沿って連続的に一定の加
速度で運行制御するとともに、発進時に生じたバケット
の振れが前記加算長を考慮した仮想振り子長さによる１
周期の振り子運動を終了した時点で定速横行に移行する
ようにし、前記定速横行区間において、横行トロリとバケットとの
間に相対速度差が出ないように横行トロリを定速横行さ
せ、前記減速横行区間において、横行トロリの移動速度を移
動距離に対する二次関数曲線に沿って連続的に一定の減
速度で運行制御するとともに、減速横行移行時に生じた
バケットの振れが前記加算長を考慮した仮想振り子長さ
による１周期の振り子運動を終了した時点で停止させる
ことを特徴とするケーブルクレーン用横行トロリの速度
制御方法。
【請求項２】前記定速横行区間の横行速度は、予め設定
された目標速度とされ、この目標速度を基準として前記
加速横行区間の加速度および前記減速横行区間の減速度
が設定されている請求項１記載のケーブルクレーン用横
行トロリの速度制御方法。
【請求項３】前記定速横行区間において、横行トロリの
速度検出手段より得られた速度検出データと目標速度と
の差分値に基づいて、横行装置の機械特性に合わせて設
定された所定の制御関数を介してフィードバック制御す
ることにより定速度を維持するようにする請求項１，２
いずれかに記載のケーブルクレーン用横行トロリの速度
制御方法。