JP4010397B2 - 外観で劣化がわかる静索用ワイヤロープ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は荷役機械に使用するワイヤロープに関するものであり、特に、クレーンのブームを支持するペンダントロープ等に使用され且つ外観で劣化がわかる静索用ワイヤロープに関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
図４はブームをペンダントロープで支持するクレーンの一例として、クローラクレーン１を示し、該クローラクレーン１は下部走行体２と上部旋回体３とから構成される。上部旋回体３には、ブーム４、ガントリ５、ブーム起伏ウインチ６、ホイストウインチ７等が備えられている。ブーム起伏ロープ８の一端はブーム起伏ウインチ６内に固定され、他端は複数のシーブ９，９…を並べたベイル１０とブライドル１１を掛け回してガントリ５に固定されている。ブーム４の先端にはペンダントロープ１２の一端が固定され、ペンダントロープ１２の他端はブライドル１１に固定されている。従って、前記ブーム起伏ウインチ６に巻回されたブーム起伏ロープ８の巻き込みや巻き出しにより、該ブーム４を起伏させることができる。
【０００３】
該ブーム４の先端にはシーブ１３が取り付けられており、前記ホイストウインチ７に巻回されたホイストロープ１４を、シーブ１３とフックブロック１５との間に掛け回してフックブロック１５を吊り下げる。このフックブロック１５にはフック１６が備えられており、該フック１６に玉掛けロープ等を介して荷物を吊り下げ、前記ホイストウインチ７に巻回されたホイストロープ１４の巻き込みや巻き出しにより、フックブロック１５を上げ下げして荷物を昇降させることができる。当該クローラクレーン１には、作業内容に応じて、該フックブロック１５の代わりにクラムシェルバケットや、ハンマグラブバケット、リフティングマグネット等、種々のアタッチメントを装着することができる。
【０００４】
これらアタッチメントのうち、例えばフックブロック１５を使用する場合について説明すれば、フックブロック１５にて荷物を吊り上げるときは、前記ホイストウインチ７を巻き上げて行う。一方、荷物を降下させるときは、ホイストウインチ７を動力で巻き下げながら行う場合と、ホイストウインチ７を自由に回転させてフリー落下させる場合とがある。後者のフリー落下させた場合のペンダントロープ１２に掛かる荷重について述べれば、フックブロック１５にて荷物を吊っていない場合は、ペンダントロープ１２に掛かる荷重は、ブーム４とフックブロック１５の質量を支持する引張力のみである。これに対して、フックブロック１５にて荷物を吊っている場合は、前記引張力に荷物の質量を支持する引張力が加わる。
【０００５】
斯かる状態で、ホイストウインチ７を自由に回転させて、荷物をフリー落下させた場合は、荷物が急に接地することになり、その結果、ペンダントロープ１２に加わっていた荷物の質量を支持するための引張力が急激に抜けて、ペンダントロープ１２に接続されているブライドル１１が激しく振動する。また、ペンダントロープ１２はある程度のバネ定数を持ったバネ体と仮定することができ、前記振動はこのバネ体によって直ちには収まらずにある程度継続する。そのため、ペンダントロープ１２には引張力と曲げが連続して加わることになる。
【０００６】
一方、上部旋回体３を旋回させて急に停止した場合のペンダントロープ１２に加わる荷重を考えると、上部旋回体３を旋回させるとブーム４、ブライドル１１、ペンダントロープ１２、フックブロック１５、並びに、吊り下げている荷物等も一緒に回転して慣性力を持つ。斯かる状態で上部旋回体３を急停止させると、前記ブーム４、ブライドル１１、ペンダントロープ１２、フックブロック１５、荷物等に横荷重が加わり、それを支持しているペンダントロープ１２に曲げが発生する。
【０００７】
このように、前記ペンダントロープ１２には、絶えず複雑な荷重が繰り返し加わることになる。特に、バケット作業、リフティングマグネット作業、バイブロ作業、ハンマグラブバケット作業、動圧密作業等では、フリー落下や急旋回を多用することが多く、ペンダントロープ１２に加わる荷重は通常のクレーン作業に比べて厳しいものとなる。
【０００８】
図５はペンダントロープ１２を示し、ワイヤロープ１７の一端にフォークエンド１８と称される金具が圧締され、他端にはアイエンド１９と称される金具が圧締されている。フォークエンド１８とアイエンド１９には夫々孔２０が開穿されており、前記ブーム４及びブライドル１１にピンで連結できるように形成されている。ペンダントロープ１２の長さは、ブーム４の長さに応じて設定される。また、ペンダントロープ１２に使用されるワイヤロープ１７は、高張力に耐え得るように、鋼心を入れてある。
【０００９】
図６は一般的なペンダントロープ１２に使用される従来のワイヤロープ１７ｂの断面構造を示し、該ワイヤロープ１７ｂのロープ心（ＩＷＲＣ＝Independent Wire Rope Coreと称する）２０は、その中心に複数の鋼素線を撚った心ストランド（鋼心）２１を配設するとともに、該心ストランド２１の周囲に複数の鋼素線を撚った側ストランド２２を編んで形成される。更に、前記ロープ心（ＩＷＲＣ）２０の外周には、複数の外周ストランド２３と称される鋼線の撚り線を巻き付けてある。このように、従来は強度低下を防止するために、ロープ心（ＩＷＲＣ）２０は鋼心入りの構成にしたワイヤロープが一般的であった。
【００１０】
ここで、実際にリフティングマグネット作業やバケット作業を行っている機械から、ペンダントロープ１２を回収して損傷具合を調査してみると、前記ワイヤロープ１７ｂの外観は何ら損傷が見られないが、該ワイヤロープ１７ｂを分解してみると、内部のロープ心（ＩＷＲＣ）２０が損傷していることが分かった。即ち、ペンダントロープ１２の損傷は外部から観察することが困難であった。
【００１１】
ワイヤロープ１７ｂの内部を調査するためには、スパイキーと呼ばれる特殊な工具を使用し、外周ストランド２３同士を広げてロープ心（ＩＷＲＣ）２０の損傷具合を観察するか、或いは、磁束探傷機を使用して損傷具合を調査するしかない。しかし、外周ストランド２３同士を広げてロープ心（ＩＷＲＣ）２０の損傷具合を調査するには、相当な力と損傷具合を判断する専門知識が必要である。それに、外周ストランド２３同士を広げる範囲はロープ長の一部に限られるうえ、仮に無傷の場合であっても、外周ストランド２３を一度広げてしまうと元の状態に復旧することが困難であるため、再使用ができないという不具合が生じる。
【００１２】
しかも、外周ストランド２３とロープ心（ＩＷＲＣ）２０との間に樹脂などを介在させたワイヤロープでは、この調査方法は困難である。また、磁束探傷機は一般的に搬入に手間取り、誰でも取り扱える機械ではなく、専門のサービスが必要となる。何れにしても、これらの内部点検方法は一般的に日常点検にて行えるものではないため、使用者の点検作業に負担がかかり、点検作業がなおざりになる虞がある。
【００１３】
ここで、特許２８７６１４０号公報記載のワイヤロープの断面構造について説明すれば、ロープ心（ＩＷＲＣ）を熱可塑性樹脂で被覆してある。該ロープ心（ＩＷＲＣ）の中心には、図６に示したワイヤロープと同様に鋼心の心ストランドが配設されている。このように構成されたことにより、ロープ心（ＩＷＲＣ）と外周ストランドとの間ではフレッティングによる磨耗や疲労が軽減され、それなりの効果が見られるが、ロープ心（ＩＷＲＣ）内では心ストランドと側ストランドとの間での内部フレッティングによる磨耗や疲労という問題が残った。これは前述したペンダントロープ１２に加わる引張、振動、衝撃の各応力が、ロープ内部に対して想像以上に影響を与えているためである。
【００１４】
また、特開平８−７４１９０号公報記載のワイヤロープの断面構造について説明すれば、ロープ心（ＩＷＲＣ）の中心に含油された硬質の繊維心を配設して、耐内部腐食、耐内部磨耗を目的としている。しかし、この構成は、ロープ心（ＩＷＲＣ）と外周ストランドとの間に樹脂被膜等の手段が講じられていないため、ロープ心（ＩＷＲＣ）と外周ストランドとの間でフレッティングによる磨耗や疲労という問題が発生する。
【００１５】
そこで、建設機械等で使用したワイヤロープに関して、ワイヤロープの内部断線よりも外部断線を先行させるようにして、ワイヤロープの損傷具合を外部から観察できるようにすることにより、ワイヤロープの交換時期を容易且つ正確に判別可能にするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、複数の外周ストランドの中心に、ロープ心（ＩＷＲＣ）を配設してなるワイヤロープであって、前記ロープ心（ＩＷＲＣ）は中心に樹脂繊維心を配設し、その周りに撚り合わされて形成する側ストランドからなり、前記ロープ心（ＩＷＲＣ）にはその外周に熱可塑性樹脂を皮膜した外観で劣化がわかる静索用ワイヤロープに於いて、
上記外周ストランドの外層素線は角型の異形線にて構成され、且つ、クレーンのブームを支持するペンダントロープの使用に供されてなる外観で劣化がわかる静索用ワイヤロープを提供するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図１乃至図３に従って詳述する。尚、説明の都合上、従来技術と同一の構成部分には同一符号を付して、その説明を省略するものとする。図１は単純引張疲労試験機３０を示し、ペンダントロープ１２に使用されるワイヤロープと同じ構成の試供用ワイヤロープ１７ｘの一端にアイエンド３２を圧締するとともに他端にネジエンド３３を圧締する。そして、単純引張疲労試験機３０の変動側チャック３４に前記アイエンド３２をピン３５にて結合し、固定側チャック３６に前記ネジエンド３３をナット３７にて固定する。
【００１８】
ここで、前記変動側チャック３４は油圧シリンダ（図示せず）に連結されており、この油圧シリンダを伸縮駆動させることにより試供用ワイヤロープ１７ｘに応力振幅を与えることができる。この応力振幅を種々に変更して試験を行うことにより、実機のペンダントロープ１２に使用されるワイヤロープの損傷状態を再現できる条件を見つけることができる。
【００１９】
クローラクレーン１等の実機より回収したペンダントロープ１２と、前記単純引張疲労試験機３０にて応力振幅をある一定条件で行ったベンチ試験後のサンプルとを分解調査して比較した結果、実機レベルとベンチモデルでの内部損傷状況が、略同一な形態を示すことが判明した。即ち、ロープ心（ＩＷＲＣ）２０が先行的に損傷し、且つ、その損傷メカニズムも各素線がバラバラに切断されており、疲労、損傷の様相を呈していた。これは、ワイヤロープに対して繰り返しの引張応力が加わることにより、中のロープ心（ＩＷＲＣ）２０には想像以上の引張、振動、衝撃の各応力が作用して、疲労が加速されているものと思われる。従来の素線間のこすれによる磨耗に付加されたものと思われる。
【００２０】
図２は本発明に係るワイヤロープ１７ａの断面構造を示し、その内部構造は剛と柔との二重構造となっている。即ち、複数の外周ストランド２３の中に、ロープ心（ＩＷＲＣ）２０を配設してあり、該ロープ心（ＩＷＲＣ）２０は中心に設けた樹脂繊維心４０と、その周りに撚り合わされて形成される複数の側ストランド２２とからなり、前記ロープ心（ＩＷＲＣ）２０の外周に熱可塑性樹脂４１を被膜してある。また、外周ストランドの外層素線は、図示したように丸型ではなく角型の異形線にて構成される。従って、丸型の外周素線よりも強度が向上される。
【００２１】
本発明のワイヤロープ１７ａは、このように構成されたことにより、ロープに掛かる繰り返しの引張応力からくる内部への引張、振動、衝撃の各応力を、この二重構造で吸収することができる。しかも、当該ワイヤロープ１７ａは、従来の鋼素線を撚った心ストランド入りワイヤロープと同等な強度も保持することが可能である。即ち、鋼心の心ストランドがない分の強度低下は外周ストランド２３の素線の構成を変更して、ワイヤロープの強度を向上させている。また、ロープ構造上の耐型崩れ性も従来型と同等である。
【００２２】
以下、本発明に係るワイヤロープ１７ａと従来のワイヤロープ１７ｂとを、前記単純引張疲労試験機３０にて応力振幅をある一定条件で行ったベンチ試験の結果について説明する。そして、これらの試験結果を別表として図３に示す。
【００２３】
先ず、実施例１−１として、図２に示した本発明のワイヤロープ１７ａは、
▲１▼供試材； 樹脂繊維心及び樹脂被膜IWRC(6×7)6×P・WS(36)O/O φ32
▲２▼端末加工；両端ネジエンド加工
▲３▼評価方法；繰り返し引張疲労を供試材に加え、所定回数後の内部損傷状況（断線数）及び残存強度を調べる。
▲４▼試験機； ３００kN引張疲労試験機
▲５▼試験条件；応力振幅：３９２N/mm²、試験速度：１Hz
▲６▼結果； 外層素線の初切断後、内部ＩＷＲＣの断線はゼロであった。また、外周ストランド切断水準の疲労後についても内部ＩＷＲＣの断線は殆どなく、初期の目的とする内部先行損傷防止が達成された。
【００２４】
続いて、実施例１−２として、図２に示した本発明のワイヤロープ１７ａを使用した実施例１−１に於いて、▲５▼試験条件を下記のように変更する。
▲１▼供試材； 樹脂繊維心及び樹脂被膜IWRC(6×7)6×P・WS(36)O/O φ32
▲２▼端末加工；両端ネジエンド加工
▲３▼評価方法；繰り返し引張疲労を供試材に加え、所定回数後の内部損傷状況（断線数）及び残存強度を調べる。
▲４▼試験機； ３００kN引張疲労試験機
▲５▼試験条件；応力振幅：４１６N/mm²、試験速度：１Hz
▲６▼結果； この場合も前述の実施例１−１と同様に、外層素線の初切断後、内部ＩＷＲＣの断線はゼロであった。また、外周ストランド切断水準の疲労後についても内部ＩＷＲＣの断線は僅少であり、初期の目的とする内部先行損傷防止が達成された。
【００２５】
次に、比較例１−１として、図６に示した従来のワイヤロープ１７ｂは、
▲１▼供試材； IWRC(7×7)6×P・WS(36)O/O φ32
▲２▼端末加工；両端ネジエンド加工
▲３▼評価方法；繰り返し引張疲労を供試材に加え、所定回数後の内部損傷状況（断線数）及び残存強度を調べる。
▲４▼試験機； ３００kN引張疲労試験機
▲５▼試験条件；応力振幅：３９２N/mm²、試験速度：１Hz
▲６▼結果； 外周ストランドの外層素線の初切断時、ロープ心（ＩＷＲＣ）の断線は多発した。
【００２６】
続いて、比較例１−２として、図６に示した前記ワイヤロープ１７ｂを使用した比較例１−１に於いて、▲５▼試験条件を下記のように変更する。
▲１▼供試材； IWRC(7×7)6×P・WS(36)O/O φ32
▲２▼端末加工；両端ネジエンド加工
▲３▼評価方法；繰り返し引張疲労を供試材に加え、所定回数後の内部損傷状況（断線数）及び残存強度を調べる。
▲４▼試験機； ３００kN引張疲労試験機
▲５▼試験条件；応力振幅：４１６N/mm²、試験速度：１Hz
▲６▼結果； この場合も前述の比較例１−１と同様に、外周ストランドの外層素線の初切断時、ロープ心（ＩＷＲＣ）の断線は多発した。
【００２７】
本引張疲労試験は、実機でのワイヤロープにかかる繰り返しの引張応力を想定し、図３に示す最大、最小の繰り返し応力を与え、外周及び内部の損傷状況を調査した結果を示すものである。以下にその解説を記す。
1)安全率範囲：各最大、最小時の引張応力に対する保証破断荷重の倍率を示すもので、数値の高い程、安全側に応力が働いていることを示す。
2)振幅回数指数▲１▼は、外層素線の初断線が発生するまでの引張疲労サイクル数を示し、実施例１−１のサイクル数を100とした場合の各条件での回数を指数で表したものである。回数が少ないと指数も小さくなる。
3)ＩＷＲＣの断線状況▲２▼は、外層素線断線が発生した状況下で、外周ストランドを分解し、内部ＩＷＲＣの断線状況を調べたもので、比較例１−２即ち従来品は、外層素線が切れ始めの段階で、既に内部ＩＷＲＣが先行的に断線が相当進行していることが分かる。（逆に、実施例ではＩＷＲＣの断線がなく、外層の素線の点検でワイヤロープの損傷の把握ができることになる）
4)外周ストランド切断時の残存強度指数は、外周ストランド切断に至る繰り返しの引張疲労を加えた後、その試料の破断強度を測定したもので、実施例１−１の残存強度を100とした場合の各条件での残存強度を指数で表したものである。
5)振幅回数指数▲３▼は、外周ストランド切断が発生するまでの引張疲労サイクル数を示し、実施例１−１のサイクル数を100としたときの各条件での回数を指数で表したものである。比較例１−１、比較例１−２即ち従来品は、実施例に比べて早く外周ストランド切断が発生する。これはＩＷＲＣが先行的に断線が進行して、内部の心の形状が損なわれるため、それが外周ストランドにまで早く伝播するためである。
6)ＩＷＲＣの断線状況▲４▼は、外周ストランド切断が発生した状況下で、外周ストランドを分解し、内部ＩＷＲＣの断線状況を調べたもので、比較例１−１、比較例１−２即ち従来品は、素線が細断化された状態になっているのに対し、実施例では、ＩＷＲＣの形状を保ち、素線断線も散発〜僅少である。
【００２８】
このように、ベンチ試験の結果からも分かるように、本発明に係るワイヤロープ１７ａは、ロープの内部損傷よりも外周ストランド２１が先行して断線するため、該ワイヤロープ１７ａを使用したペンダントロープ１２の損傷程度は、ペンダントロープ１２の外部から観察することによって疲労や損傷の程度を簡単に判別できる。
【００２９】
尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は上記一実施の形態に詳述したように、外周ストランドの中に配設されるロープ心（ＩＷＲＣ）は、その中心に繊維心を配設するとともに繊維心の周りに側ストランドを撚り合わして形成し、更に、前記ロープ心（ＩＷＲＣ）の外周に熱可塑性樹脂を皮膜してあるので、外周ストランドとロープ心（ＩＷＲＣ）との疲労及び磨耗が軽減され、ワイヤロープの内部よりも外層が先行して断線する。従って、建設機械等で使用したワイヤロープの損傷具合を外部から観察できるようになり、ワイヤロープであって、ペンダント用として用いられるとき、該ワイヤロープの交換時期を容易且つ正確に判別して使用者に知らせることにより、ワイヤロープの交換を確実に行うことが可能となった。斯くして、ワイヤロープの破断による事故を未然に防止することができる。
【００３１】
また、本発明は、外周ストランドの外層素線を角型の異形線にて構成したので、丸型の外層素線と比較して角型の外層素線の方が強度を向上できる。

【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示し、単純引張疲労試験機の解説図。
【図２】本発明に係るワイヤロープの断面図。
【図３】各ワイヤロープのベンチ試験の結果を比較した別表を表す図。
【図４】クローラクレーンの側面図。
【図５】ペンダントロープを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。
【図６】従来の一般的なワイヤロープの断面図。
【符号の説明】
１２ ペンダントロープ
１７ａ ワイヤロープ
２０ ロープ心（ＩＷＲＣ）
２１ 心ストランド
２２ 側ストランド
２３ 外周ストランド
４０ 樹脂繊維心
４１ 熱可塑性樹脂

Claims (1)

1. 複数の外周ストランドの中心に、ロープ心（ＩＷＲＣ）を配設してなるワイヤロープであって、前記ロープ心（ＩＷＲＣ）は中心に樹脂繊維心を配設し、その周りに撚り合わされて形成する側ストランドからなり、前記ロープ心（ＩＷＲＣ）にはその外周に熱可塑性樹脂を皮膜した外観で劣化がわかる静索用ワイヤロープに於いて、
   上記外周ストランドの外層素線は角型の異形線にて構成され、且つ、クレーンのブームを支持するペンダントロープの使用に供されてなることを特徴とする外観で劣化がわかる静索用ワイヤロープ。

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