JP4655271B2

JP4655271B2 - クランプユニットおよび吊りクランプ装置

Info

Publication number: JP4655271B2
Application number: JP2005142548A
Authority: JP
Inventors: 尋樹安藤; 祐助石川; 哲憲矢野
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2005-05-16
Filing date: 2005-05-16
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2025-05-16
Also published as: JP2006315846A

Description

本発明は、被把持物を吊り上げる揚重装置に用いるクランプ装置に係り、特に板状の被把持物を把持するのに好適なクランプユニットおよび吊りクランプ装置に関する。

鋼板などの板状のものを把持するクランプ装置は、一般に向き合う２つの面の一方が固定面となっており、他方の面が空圧や油圧などの推力手段によって、固定面に接離可能な可動面となっていて、これら２つの面で鋼板などを挟持する構造となっている（例えば、特許文献１）。このようなクランプ装置は、ホイストなどの揚重装置に取り付けて大型の変圧器の解体に使用される場合がある。

例えば、絶縁油としてＰＣＢが使用されていた大型変圧器を解体する場合、図９に示した手順によって行なわれる。すなわち、解体工場に搬入された変圧器は、ステップ１０に示したように、ドレン口から絶縁油（ＰＣＢ）を抜き取る抜油を行なったのち、有機溶剤を容器内に入れて容器内を粗洗浄する。次に、変圧器の容器の蓋を開け（ステップ１２）、鉄芯と銅線コイルとからなるコアを外して容器外に取り出す（ステップ１４）。取り外したコアは、コア解体工程に吊り搬送し、コア解体工程において固定して適宜の大きさに切断する（ステップ１６、１８）。切断したコアは、洗浄工程に吊り搬送して洗浄したのち（ステップ２０）、鉄芯と銅線とに分別し（ステップ２２）、再資源化のために出荷される。

一方、コアを取り外した容器は、固定して洗浄に適した適宜の大きさに切断する（ステップ２４、２６）。容器の切断は、粗洗浄に使用した引火性の高い洗浄液が残存していることや、ＰＣＢが高温にさらされるとダイオキシンに変化するため、ガス切断やプラズマ切断などを使用ができず、火花の出ないバンドソーなどによる機械的切断が主に用いられている。

切断された容器は、ホイストなどによって洗浄工程に吊り搬送され、洗浄されたのち（ステップ２８）、出荷される。洗浄工程における切断容器片の洗浄は、図１０に示したように、複数のホイスト３０のそれぞれに設けたクランプ装置３２によって切断容器片３４の適宜の箇所を把持し、ホイスト３０によって洗浄槽３６内に吊り込んで行なう。また、切断容器片３４を洗浄槽３６中の洗浄液に浸漬する際、洗浄槽３６の底部に設けた超音波振動子からの超音波により、ＰＣＢを効率的に切断容器片３４から剥離させるために、図１０に示したように、切断容器片３４を９０度回転させて姿勢を変えなければならない場合もある。
特開平７−１９６２９７号公報

特許文献１に記載されているクランプ装置により鋼板を吊り下げて搬送する場合、鋼板に与える損傷が小さく、吊りフックなどを特に設ける必要がないため、吊り搬送に優れている。しかし、上記の変圧器の解体作業に用いた場合、クランプ装置３２が特許文献１に記載されたものと同様のものである場合、把持力が接触面の摩擦に依存する。このため、クランプ装置３２の把持力は、鋼板やクランプ装置３２の把持面の清浄度、すなわち、油の付着や塗装膜の存在、切削屑などの異物の存在により大きく低下する。このため、吊り上げた切断容器片３４が落下したりするおそれがある。

また、変圧器の容器は、板圧が１．６〜４．５ｍｍ程度の薄板で形成してあり、剛性が小さい。このため、容器をバンドソーによって切断するために固定する場合、容器の底板近傍をバイスによって把持するとともに、鋼板からなる側板の上端部を複数のホイストのそれぞれに設けたクランプ装置３２で把持し、ワイヤを緊張させて床面に固定する必要があり、非常に煩雑で多くの時間を必要とする。さらに、切断容器片３４の姿勢を９０度回転させて洗浄槽３６に投入する場合、切断容器片３４に微量の絶縁油（ＰＣＢ）が付着しているとともに、切削屑が付着しているおそれがあり、クランプ装置３２により把持位置を変えると、切断容器片３４を吊り上げた際に落下する危険性がある。

本発明は、上記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、被把持物の表面状態によらずに板状部を確実に把持できるようにすることを目的としている。
また、本発明は、種々の厚さのものを容易、確実に把持できるようにすることを目的としている。

さらに、本発明は、剛性の小さな被把持物の撓みなどを防止できるようにすることを目的としている。
また、本発明は、適切な把持力が得られるようにすることなどを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明に係るクランプユニットは、支持ブロックに設けられて一方の先端部を先細状の円錐面に形成するとともに、他方の先端面に前記一方の先端部に対応した円錐状の凹部が形成され、協働して被把持物の板状部を把持する一対の把持体と、前記一対の把持体の少なくとも一方を他方に対して進退させるアクチュエータと、を有し、前記支持ブロックは、他の支持ブロックと相互に連結される連結部材を着脱自在に取付け可能な連結材取付け部を有している、ことを特徴としている。

支持ブロックは、一方の把持体を設けた第１支持ブロックと、他方の把持体が設けられて第１支持ブロックに対して相対移動可能な第２支持ブロックとから構成することができる。

そして、本発明に係る吊りクランプ装置は、上記に記載のいずれかのクランプユニットを備え、前記クランプユニット同士を前記連結部材により相互に連結して吊下げ可能とされており、前記一対の把持体に把持させた前記被把持物を吊り上げるために、被把持物の重量と前記板状部の厚みとに基づいて、予め求めた前記一対の把持体により被把持物にせん断破壊限度未満の凹みを与える把持力または前記アクチュエータの出力を記憶させた記憶部と、入力された被把持物の重量と板状部の厚みとに基づいて、前記記憶部に記憶させた前記把持力または前記出力を読み出して前記アクチュエータの出力を制御する制御部と、を有することを特徴としている。

上記のごとくなっている本発明に係るクランプユニットは、先細状に形成した一方の把持体と凹部を有する他方の把持体とによって被把持物の板状部を把持すると、板状部に凹みが形成される。このため、板状部の凹みが一方の把持体に掛止され、反対側に形成される凸部が他方の把持体に掛止される。このため、接触面の摩擦のみによって把持するのと異なり、被把持物の表面に油膜や塗装膜、切削屑などが存在していたとしても、吊り上げたときに容易に滑るようなことがない。したがって、被把持物の表面状態にかかわらず、被把持物を確実に把持することができる。

また、支持ブロックを相対移動可能な第１支持ブロックと第２支持ブロックとによって構成したことにより、被把持物の板状部の厚みによって、一対の把持体の相対距離を変えることができ、種々の厚みを有する板状部を容易、確実に把持することができる。そして、支持ブロックに連結材取付け部を設け、連結材によって一対のクランプユニットを相互に連結すると、例えば薄い鋼板から形成した剛性の小さな箱状のものであっても、被把持物に撓みなどを生ずることなく把持して吊ることができ、切断などを容易に行なうことができる。

また、本発明に係る吊りクランプ装置は、被把持物の重量、板状部の厚さに対応させて、予め一対の把持体による把持力またはアクチュエータの出力を求めて記憶部に記憶しておき、入力された被把持物の重量、板状部の厚みから記憶させてある把持力またはアクチュエータの出力を読み出してアクチュエータの出力を制御するため、被把持物の重量などに応じて適切な把持力を容易に得ることができる。

本発明に係るクランプユニットおよびクランプ装置の好ましい実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る吊りクランプ装置を模式的に示した説明図である。図１において、吊りクランプ装置４０は、一対のクランプユニット４２（４２ａ、４２ｂ）を有している。各クランプユニット４２は、連結部材である連結ロッド４４によって、所定の間隔を隔てて相互に連結してある。クランプユニット４２ａ、４２ｂは、同一構造を有していて、支持ブロック４６に設けた一対の把持体４８、５０を備えている。支持ブロック４６は、被把持物５２の板状部を挿入する把持口５４を設けたコ字状に形成してある。そして、支持ブロック４６は、上面に吊り環部５６が設けてあり、この吊り環部５６を介して把持口５４が下側となるようにホイストのワイヤ５８などによって吊ってある。なお、吊り環部５６は、回転自在に設けてもよい。

一方の把持体４８は、ロッド状に形成してあり、先端が把持口５４に臨んでいて、油圧シリンダ（アクチュエータ）６０によって他方の把持体５０に対して進退するようになっている。また、把持体４８は、図３に示したように、先端が円錐面となっていて、先細状に形成してある。実施形態の場合、把持体４８の先端円錐部４８ａの頂角（テーパ角）は、１２０度にしてある。そして、他方の把持体５０は、一方の把持体４８に対向して支持ブロック４６に固定してあって、先端面に把持体４８の円錐部４８ａに対応したテーパ角が１２０度の凹部が形成してある。このため、一対の把持体４８、５０によって鋼板からなる被把持物５２を把持した場合、図５に示したように、被把持物５２の把持体４８側の面に円錐状の凹み７８が形成され、反対の把持体５０側の面に凸部７９が形成される。なお、円錐部４８ａの頂角は、１２０度でなくともよい。また、被把持物５２は、実施形態の場合、鋼板によって形成した変圧器の容器を例にしている。

油圧シリンダ６０は、実施形態の場合、制御器８０によって出力が制御されるようになっている。制御器８０は、記憶部８２と制御部８４とを備えている。また、制御部８４には、キーボードやマウスなどからなる入力部８６が接続してあって、入力部８６から被把持物５２の重量Ｗ、被把持物５２のクランプユニット４２によって把持される部分（板状部）の板厚ｔなどの情報が入力するようになっている。そして、記憶部８２は、被把持物５２の重量Ｗと被把持物５２の把持する部分の板厚ｔとに対応させて、予め求めた重量Ｗの被把持物５２を一対のクランプユニット４２によって把持して吊り上げるために必要とする凹みの深さｓ、この凹み深さｓを得るために必要とする把持体４８の押付け力（把持力）Ｆまたは油圧シリンダ６０の出力（油圧シリンダ６０に供給する油圧ｐ）を記憶している。なお、凹み深さｓを得るための押付け力Ｆまたは油圧ｐは、クランプユニット４２が把持する部分の材質に対応させて求めてもよい。そして、制御部８４は、図示しない油圧ポンプの吐出圧や弁を制御して油圧シリンダ６０に供給される作動油の油圧ｐ、作動油の量を制御して、油圧シリンダ６０の出力を制御する。なお、油圧シリンダ６０に供給する作動油の量を制御し、油圧シリンダ６０のストローク量も制御するようにしてもよい。

支持ブロック４６の下面には、リング部６２が設けてある。リング部６２は、例えば被把持物５２をバンドソーなどによって切断する場合のように、吊りクランプ装置４０が把持した被把持物５２を固定する必要があるときなどに使用される。すなわち、被把持物５２を固定する場合、図１の２点鎖線に示したように、ワイヤなどの索状体６４の一端をリング部６２に結合し、索状体６４に張力を作用させた状態で他端を床面の適宜の箇所に結合する。

一対のクランプユニット４２を連結している連結ロッド４４は、実施形態の場合、着脱自在にクランプユニット４２に取り付けることができるようになっている。すなわち、各クランプユニット４２の支持ブロック４６の対向面には、図２に示したロッド取付け部（連結部材取付け部）６６が設けてある。ロッド取付け部６６は、上部の前面と上面とが開口した平面視Ｔ字状の取付け溝６８が形成してあり、この取付け溝６８に連結ロッド４４の大径部７０（図４参照）を挿入するようになっている。

連結ロッド４４は、実施形態の場合、図４に示したように円筒部７２と、円筒部７２に先端側を挿入したロッド部７４とを有し、伸縮自在に形成してある。そして、円筒部７２の先端部には、止めねじ７６が設けてあって、被把持物５２の大きさに合わせてロッド部７４の円筒部７２からの引き出し量を調節して固定できるようになっている。

このようになっている吊りクランプ装置４０は、例えば変圧器の容器などの被把持物５２の大きさに応じて連結ロッド４４を伸縮し、一対のクランプユニット４２の間隔を被把持物５２の両側を把持するように設定して固定する。その後、各クランプユニット４２の把持口５４に被把持物５２の上部を挿入する。そして、入力部８６から、被把持物５２の重量Ｗ、被把持物５２のクランプユニット４２が把持する部分の板厚ｔ、その部分の材質などを入力する。入力部８６から入力された被把持物５２に関する情報は、制御器８０の制御部８４に与えられる。制御部８４は、入力された被把持物５２の情報に基づいて、記憶部８２を検索し、一対のクランプユニット４２によって被把持物５２を把持して吊り上げるのに必要な凹み量ｓ、この凹み量ｓを得るための把持体４８の押付け力（把持力）Ｆ、または油圧シリンダ６０の出力（油圧シリンダ６０に供給する作動油の圧力ｐ）を読み出し、油圧シリンダ６０を制御する。すなわち、制御部８４は、油圧ポンプの吐出圧などを介して油圧シリンダ６０の出力を制御する。この際、弁を介して油圧シリンダ６０に供給する作動油量を制御し、油圧シリンダ６０のストローク量も制御するようにしてもよい。

油圧シリンダ６０に作動油が供給されると、把持体４８が把持体５０に向けて前進し、把持体４８、５０が協働して被把持物５２の上部を把持する。このとき、被把持物５２は、把持体４８の先端が先細状の円錐部４８ａとなっているとともに、把持体５０の前面に円錐部４８ａに対応した凹部が形成してあるため、円錐部４８ａによる凹み７８と、反対側の面の凸部７９とが形成される。このため、実施形態のクランプユニット４２は、従来のクランプ装置の接触面の摩擦のみによる把持と異なり、把持体４８の円錐部４８ａが被把持物５２の凹み７８を掛止し、把持体５０の凹部が把持体５２の凸部７９を掛止するため、被把持物５２の表面に油膜や切削屑などが存在していたとしても、確実に把持することができる。しかも、一対のクランプユニット４２を連結ロッド４４によって連結したことにより、被把持物５２が薄い鋼板などから形成されて剛性が小さいものである場合であっても、被把持物５２が撓んだりするのを防止することができる。なお、把持体４８の推力は、被把持物５２に把持に必要な深さの凹み７８を形成したのちは、凹み７８を形成するときよりも小さな推力（把持力）で被把持物５２を把持し、吊り上げることができる。

一対のクランプユニット４２によって把持した状態で被把持物５２をバンドソーなどによって切断する場合、各クランプユニット４２のリング部６２にワイヤなどの索状体６４を連結し、索状体６４に張力を作用させた状態で索状体６４の他端を床面などの適宜の箇所に連結してクランプユニット４２を固定する。これにより、被把持物５２が剛性の小さなものであっても、撓んだりするのを防止でき、容易に切断することができる。

なお、上記実施形態は、本発明の一態様を示したものであって、これに限定されるものではない。例えば、前記実施形態においては、アクチュエータが油圧シリンダ６０である場合について説明したが、アクチュエータは空気シリンダや電動モータなどであってもよい。また、前記実施形態においては、一対のクランプユニット４２を連結ロッド４４によって相互に連結した場合について説明したが、１つのクランプユニットによって被把持物を把持するようにしてもよい。この場合、被把持物に形成される凹み深さｓは、１つのクランプユニット４２によって吊り上げることができる深さである。また、被把持物は、クランプユニット４２が把持できる板状部を有していればよく、例えば軸などを有するものであってもよい。

発明者は、被把持物を吊り上げる際に必要とする把持力を、上記実施形態のクランプユニット４２と従来の摩擦力によるクランプ装置とについて計算し、両者を比較した。
例えば、質量１５０ｋｇの吊り荷を、従来の一般的な摩擦力を利用した１つのクランプ装置によって把持して吊り上げる場合、金属同士の摩擦係数μ＝０．１５、安全係数を５とした場合、吊り上げに必要な摩擦力（把持力）Ｆ_ｆは、垂直荷重（推力）をＲとすると、Ｆ_ｆ＝μＲであるから、

となる。

これに対して、実施形態の１つのクランプユニット４２によって吊り上げる場合、安全係数５を考慮した吊り荷重Ｗは、

である。

この吊り荷重Ｗが把持体４８の先端円錐面に作用する荷重は、図７に示したように、Ｗcosθである。また、吊り荷重がＷである吊り荷を実施形態の把持体４８、５０によって把持して吊り上げる場合、把持体４８による押付け力（把持力）Ｆの、把持体４８の先端円錐部４８ａの面に垂直方向の成分は、Ｆsinθである。そして、Ｆsinθ＝Ｗcosθであるから、

となる。実施形態の場合、先端円錐部４８ａの頂角は１２０度であるから、θ＝６０°である。したがって、

となる。すなわち、把持体４８に２．４５ｋＮの押付け力（推力）を与えればよいことになる。

ところで、図８に示した凸部７９がせん断破壊すると、保持力が大きく低下する。このため、凸部７９がせん断破壊しない変形を吊り荷に与える必要がある。吊り荷が一般構造用圧延鋼のＳＳ４００によって構成され、板厚が４．５ｍｍであるとする。また、吊り荷の凸部７９の引張強度がバウシンガー効果により半減したと仮定した場合、凸部７９の引張強度σは、

となる。

吊り荷に曲げ応力が最も大きく作用する危険断面１００がせん断破壊しないための最小面積Ａは、把持体４８側の保持力を無視すると、σ＝Ｗ／Ａより、

となる。したがって、危険断面１００の最小面積Ａを３６．７５ｍｍ^２としたときの半径ｒは、３．４２ｍｍ≒３．５ｍｍとなる。そこで、危険断面１００の半径ｒが３．５ｍｍとなる把持体４８による吊り荷の変形量（凹みの深さ）ｓは、

となる。すなわち、実施形態の１つのクランプユニット４２によって質量１５０ｋｇの吊り荷を把持して吊り上げる場合、把持体４８によって深さ２ｍｍの凹みを形成すればよい。

なお、発明者の実験によると、油圧シリンダ６０に２５ＭＰａの作動油を供給し、先端円錐部４８ａの頂角が１２０度である把持体４８に１８ｋＮの推力（押付け力）Ｆを与えた場合、板厚４．５ｍｍのＳＳ４００に対して、４．５ｍｍの変形量（凹み深さ）を与えることができた。また、油圧シリンダ６０に５０ＭＰａの作動油を供給して把持体４８に３６ｋＮの推力を与えた場合、板厚４．５ｍｍのＳＳ４００に対して６．５ｍｍの変形量を与えることができた。

図６は、他の実施形態に係るクランプユニットの斜視図である。このクランプユニット９０は、支持ブロックがロッド状の把持体４８を設けた第１支持ブロック９２と、把持体５０を固定した第２支持ブロック９４とからなっている。また、第２支持ブロック９４の上部には、間隔調整ロッド９６が固定してある。間隔調整ロッド９６は、先端部に台形ねじ９８が形成してあって、この台形ねじ９８に第１支持ブロック９２が螺合させてある。他の構成は、前記実施形態と同様となっている。

このようになっている実施形態のクランプユニット９０は、把持体４８、５０によって把持する被把持物の板厚と油圧シリンダ６０のストローク量を考慮して、第１支持ブロック９２と第２支持ブロック９４とを相対回転させ、両者の間隔ｄを調整することができる。これにより、被把持物の厚みに応じて、把持するのに適正な把持力を容易に得ることができる。なお、間隔調整ロッド９６を第２支持ブロック９４に対して回転自在に設け、間隔調整ロッド９６を回転させて第１支持ブロック９２を第２支持ブロック９４に対して相対移動させるようにしてもよい。この場合、第１、第２支持ブロック９２、９４間にガイドバーを渡すことが望ましい。このようにすると、両者の間隔ｄを容易に微調整することができる。

本発明の実施形態に係る吊りクランプ装置の模式的に示した説明図である。本発明の実施形態に係るクランプユニットの斜視図である。実施形態に係るクランプユニットの要部の正面図である。実施の形態に係る連結ロッドの詳細斜視図である。実施の形態に係るクランプユニットの作用を説明する図である。他の実施形態に係るクランプユニットの斜視図である。実施形態に係るクランプユニットの把持力を求める方法の説明図である。実施形態に係るクランプユニットによる被把持物に与える必要変形量の求め方を説明する図である。変圧器の分解工程の説明図である。変圧器の切断容器片の洗浄方法を説明する図である。

符号の説明

４０………吊りクランプ装置、４２、４２ａ、４２ｂ、９０………クランプユニット、４４………連結部材（連結ロッド）、４６………支持ブロック、４８、５０………把持体、５２………被把持物、６０………アクチュエータ（油圧シリンダ）、６６………連結材取付け部（ロッド取付け部）、８０………制御器、８２………記憶部、８４………制御部、８６………入力部、９２………第１支持ブロック、９４………第２支持ブロック、９６………間隔調整ロッド。

Claims

支持ブロックに設けられて一方の先端部を先細状の円錐面に形成するとともに、他方の先端面に前記一方の先端部に対応した円錐状の凹部が形成され、協働して被把持物の板状部を把持する一対の把持体と、
前記一対の把持体の少なくとも一方を他方に対して進退させるアクチュエータと、
を有し、
前記支持ブロックは、他の支持ブロックと相互に連結される連結部材を着脱自在に取付け可能な連結材取付け部を有している、
ことを特徴とするクランプユニット。
請求項１に記載のクランプユニットにおいて、
前記支持ブロックは、前記一方の把持体を設けた第１支持ブロックと、前記他方の把持体が設けられて前記第１支持ブロックに対して相対移動可能な第２支持ブロックとからなることを特徴とするクランプユニット。
請求項１または２に記載のクランプユニットを備え、
前記クランプユニット同士を前記連結部材により相互に連結して吊下げ可能とされており、
前記一対の把持体に把持させた前記被把持物を吊り上げるために、被把持物の重量と前記板状部の厚みとに基づいて、予め求めた前記一対の把持体により被把持物にせん断破壊限度未満の凹みを与える把持力または前記アクチュエータの出力を記憶させた記憶部と、
入力された被把持物の重量と板状部の厚みとに基づいて、前記記憶部に記憶させた前記把持力または前記出力を読み出して前記アクチュエータの出力を制御する制御部と、
を有することを特徴とする吊りクランプ装置。