JP4986643B2 - タワークレーンにおける吊荷の位置表示方法及び吊荷位置表示装置を備えたタワークレーン - Google Patents

Description

本発明は、高層ビル建設など高所作業に用いるクライミングクレーンなどのタワークレーンにおける吊荷位置表示方法及び吊荷位置表示装置を備えたタワークレーンに関するものである。

ビルの高層化に伴い、その高層ビルの建設に用いられるタワークレーンなどの高所作業用クレーンも背高化が進んでいる。
タワークレーンなどの高所作業用クレーンは、地上やビル床部に架台が固定され、その架台へ直立にマストが設けられている。マスト上部にはフレームが設けられ、フレーム上にはジブが傾動可能に備えられている。
フレーム上に設けられた起伏ウインチには起伏ワイヤが前記ジブに一端を固定されて巻き取られており、起伏ウインチが起伏ワイヤを巻き取るとジブが起伏する。
また、同じくフレーム上に設けられた巻上ウインチには巻上ワイヤが巻き取られており、ジブ先端に備えられたシーブを介して巻上ワイヤが取り付けられ巻上ワイヤの先端には吊荷が取り付けられる巻上フックが設けられている。
また、クレーンオペレータがクレーンの操縦を行なう操縦室も前記フレーム上に備えられている。

クレーンの吊荷はジブの先端から降ろされる巻上ワイヤに吊り下げられるため、吊り下げられる吊荷の位置はジブの傾斜角度などクレーンの動作状況により決定される。
そのため、クレーンオペレータは、自身が目視できるところは確認しながら操作できるが、高層ビルなどの建設現場においては、高所にあるフレーム上に備えられた操縦席からはクレーンオペレータが吊荷を常に目視できる状態にはない。

そこで、従来からクレーンオペレータの目視のみに頼らず吊荷の位置を把握する試みが行なわれている。例えば、特許文献１に示すような吊荷の作業半径方向の位置、旋回位置、高さ位置に関するクレーン動作パラメータを検知するセンサー類を用いて、吊荷の位置を演算手段で算出し吊荷の平面位置と高さ位置を表示するようにするものがある。
これにより、クレーンの動作状況から現状の吊荷位置を算定し、その現状位置と吊荷の目標位置とを比較して表示部に表示される。
クレーンオペレータはこの表示情報により現状の吊荷位置を把握し、クレーン作業を行なう。

特開平６−２３９５８４号公報

高層ビル建設など高所作業に用いるタワークレーン、クライミングクレーンにおいて、マストの高さが高くなるにつれて、高所での荷重がマストへ与える影響が無視できなくなっている。
吊荷の荷重によるマストのたわみやマストを地上で支持する架台のたわみによりマスト最上部の位置が、吊荷の荷重が負荷されない状態に比べて吊荷のある方向（ジブの延長方向）に移動し、吊荷の位置が変えられてしまい、想定する吊荷の位置に大きくズレが発生する。
例えば、吊荷を地上又はトラックに置かれた状態でクレーンを用いて吊り上げる際に吊荷の位置とクレーンが吊ろうとする位置が異なると、吊荷が地上から離れるとき吊荷が位置のズレた分だけ横引きされ、吊荷が水平方向に急激に移動する。このとき吊荷の移動方向に対象物（例えば吊荷を積載しているトラック）があると衝突の危険があり、安全な作業が確保できない。

前述の特許文献１に記載の発明においてはブームの伸長量、ワイヤの繰り出し量、旋回角度などにより、吊荷の位置を判定しているが、タワークレーンのようなマスト高さが高層になり、そのマストのたわみによる影響が大きい場合には前記クレーンの動作状況だけでは吊荷の位置の算定ができず、実際の吊荷位置を正確には算定できない。
そのため、クレーンオペレータが今までの作業経験により、吊荷を吊り上げる位置の補正を行なっているのが現状であるが、クレーンオペレータの作業経験においても、操作するクレーンが異なればマスト剛性の違いや、マスト高さの違い、吊荷重量の大小など作業環境の違いからマストのたわみの大きさに影響が生じ、クレーンオペレータの作業経験からの補正では十分に対応できない。

したがって、本発明はタワークレーンの使用時において、吊荷の位置を正確に把握し、安全にクレーンを操作することを目的とする。

前記の課題を解決するため、本発明におけるタワークレーンは、架台と、該架台に直立して設けられるマストと、該マストの上部へ設けられるフレームと、該フレームへ一端をピン接続し、起伏ウインチにより傾斜自在になされ、他端側へ吊荷を巻上げるワイヤが設けられているジブと、前記ジブの傾斜角度を検出するジブ傾斜角度検出器と、前記ジブに加わる荷重によるモーメント負荷率を検出するモーメントリミッタと、算定に必要な設定値と数式を入力する入力手段と、前記入力手段で入力された設定値と数式とジブ傾斜角度検出器とモーメントリミッタで検出された数値を用いてジブ起伏による吊荷位置Ｒ１とマストのたわみによる吊荷位置の補正値Ａ１と架台のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ２を算出する演算手段と、 算出した補正値を表示する表示手段を備えることを特徴とする。
さらには、前記演算手段が、マストのたわみによる吊荷位置の補正値Ａ１を算出する際に、マストのたわみによる吊荷位置の補正値Ａ１＝｛基準全体たわみＴ０×（1−架台たわみ率Ｋ）×（実マスト高さＨ）^２／（基準マスト高さＨ０）^２｝×モーメント負荷率Ｍ、の算定式を用いて算出することを特徴とする。
さらには、前記演算手段が、架台のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ２を算出する際に、架台のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ２＝（基準全体たわみＴ０×架台たわみ率Ｋ×実マスト高さＨ／基準マスト高さＨ０）×モーメント負荷率Ｍ、の算定式を用いて算出することを特徴とする。

また、本発明におけるタワークレーンの吊荷の位置表示方法は、前記タワークレーンにおいて、基準マスト高さと基準全体たわみと架台たわみ率をあらかじめ設定値として前記入力手段で入力しておき、ジブ傾斜角度検出器とモーメントリミッタで検出された数値を演算手段へ送り、演算手段がジブ傾斜角度検出器で検出された数値からジブ傾斜角度を演算しジブ起伏による吊荷位置Ｒ１を算出し、演算手段がモーメントリミッタで検出された数値から計測時点でのモーメント負荷率Ｍと、計測時の実マスト高さＨと、あらかじめ入力されている基準マスト高さＨ０と、基準全体たわみＴ０と、架台たわみ率Ｋから演算手段により、マストのたわみによる吊荷位置の補正値Ａ１と、架台のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ２を算出し、ジブ起伏による吊荷位置Ｒ１と、マストのたわみによる吊荷位置の補正値Ａ１と、架台のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ２から吊荷の位置を算出し表示することを特徴とする。

本発明によれば、高所作業に用いるタワークレーンにおけるマスト、及び架台のたわみによる吊荷位置の補正値が算出されて、クレーンオペレータに対して表示されるので、吊荷のズレが解消され、クレーンオペレータは正確に吊荷の位置を制御したクレーン操作を行なうことができる。
そのため、クレーンによる吊荷の搬送を安全確実に実施することができ、特に吊り荷を吊り上げる際に起きる吊荷の急激な水平方向の移動を起こさずに、安全な吊荷の搬送を実現できる。
また、吊荷の搬送を正確に行なうため、吊荷の搬送作業が効率良くでき、作業時間の短縮を図ることが可能となる。

以下に本発明を実施するための最良の形態について、図を用いて説明する。
図１には吊荷の無い状態でのタワークレーンの構成を示している。
図２は本発明における吊荷の位置表示工程を示すフロー図である。

図１に示すタワークレーンは最下部に架台１が設けられ、地上部分に固定されてクレーン全体を支持している。架台１には円筒状のマスト２が高層に設けられ、クレーンのタワー部を形成している。マスト２の最上部にはフレーム３が設けられ、吊荷１１の荷役作業を行なう部分が構成される。このフレーム３には、吊荷１１を吊り下げるジブ４と、吊荷１１の巻上、巻き降ろしを行なう巻上ワイヤ８を巻き取る巻上ウインチ５と、ジブ４の起伏を行なう起伏ワイヤ９を巻き取る起伏ウインチ６と、前記巻上ワイヤ８と起伏ワイヤ９を中間支持するロッド７が備えられている。

ジブ４にはジブ４の傾斜角度を検出するジブ傾斜角度検出器１３が備えられており、起伏ワイヤ９により変動するジブ４の傾斜角度が検出できるようになされている。
また、クレーンが吊荷１１によるモーメント超過により転倒するのを防止するためにクレーンの吊荷荷重をロードセルで計測し、ジブ４の傾斜角度から換算した水平距離と掛け算してモーメントを算出するモーメントリミッタ１２が備えられている。

吊荷の位置表示装置として、情報を入力する入力手段１４と、入力手段１４から入力された情報とジブ傾斜角度検出器１３及びモーメントリミッタ１２から検出される信号から吊荷の位置補正値を演算する演算手段１５と、演算手段１５で算出された吊荷の位置補正値を表示する表示手段１６を備えている。
前記入力手段１４は後述する算定に必要な設定値やジブ長さ、マスト高さなどのクレーンの各種特定値、演算に用いる数式などをあらかじめ入力可能とし演算手段１５に送る。

演算手段１５は前記入力手段１４から送られる各設定値、数式を用いて吊荷の補正値を算出する。
演算手段１５は、ジブ傾斜角度検出器１３からの信号に基づいてジブ４の傾斜角度を演算により求める。また、モーメントリミット１２からの信号に基づいてあらかじめ定めた定格モーメントに対する実際に負荷されるモーメントリミット１２で検出されたモーメント値との比率であるモーメント負荷率Ｍを演算により求める。
ジブ４の傾斜角度からマスト２と架台１のたわみを考慮しない場合での吊荷１１の作業半径を演算する。
演算されたジブ４の傾斜角度とモーメント負荷率からマスト２のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ１と、架台１のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ２を演算する。この演算にはあらかじめ設定値として基準マスト高さＨ０と基準全体たわみＴ０及び架台たわみ率Ｋを実験から求めて経験値として設定し、実際のマスト高さＨを入力手段から入力することで、演算を行なう。

演算手段１５により算出したマスト２のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ１と、架台１のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ２を合わせた数値を全体の補正値として表示する表示手段１６がクレーンオペレータの操縦席に設けられている。

次に前記構成のタワークレーンにおける吊荷位置表示方法を具体的に説明する。
タワークレーンのように高層に構成されたクレーンは、吊荷１１が巻上ワイヤ５に吊り下げられると吊荷１１の重量により負荷が加えられ、塔状のマスト２やマスト２を支持する架台１に対して曲げ応力が加えられる。
本発明は、高層化することで増大化したマスト２と架台１のたわみにより生じる吊荷１１の位置のズレを演算によって算出し表示することでクレーンオペレータの作業負担を軽減するものである。

図１には吊荷１１の無い状態でのタワークレーンの状態を示している。
この状態でのジブの傾斜角度を１５°となるようになされている。
吊荷１１の無い状態でのタワークレーンでは、マスト２と架台１には大きなたわみは発生しない。
この状態では巻上フック１０の位置はクレーンの動作状態であるジブ４の傾斜角度、巻上ワイヤ８の繰り出し量などの情報によりジブ起伏による吊荷位置Ｒ１の算定が可能である。

しかしながら、吊荷１１が巻上フック１０に吊り下げられて吊荷１１の重量がクレーンに負荷されると、クレーンが高層に建てられ上部に加わる荷重によりマスト２及び架台１へ応力がかかる。その影響によりマスト２及び架台１にはたわみが発生する。
そのたわみによる吊荷位置のズレを以下の手順により演算し、クレーンオペレータに対し表示を行なう。

図３には吊荷１１の重量によりマスト２がたわみを生じた状態のタワークレーンを示している。
この状態では吊荷１１が巻上フック１０に吊り下げられた状態となり、マスト２へ吊荷１１の重量が加わり応力が発生する。マスト２には応力Ｐ１によるたわみが発生し、図２に示すようにマスト２のたわみによる補正値Ａ１だけ吊荷１１の位置にズレが生じる。
このマスト２のたわみによる補正値Ａ１を算定するには、基準マスト高さＨ０と基準全体たわみ量Ｔ０を経験値であらかじめ決め、その基準値からモーメントリミッタ１２により検出されるモーメント負荷率Ｍを用いて実際のマスト高さＨでのマスト２のたわみによる補正値Ａ１を算出する。
詳細には、以下の計算式１から求められる。

計算式１は、 マストのたわみによる吊荷位置の補正値Ａ１＝｛基準全体たわみＴ０×（1−架台たわみ率Ｋ）×（実マスト高さＨ）^２／（基準マスト高さＨ０）^２｝×モーメント負荷率Ｍ

この算定により、マスト２のたわみによる補正値Ａ１が算出される。
この算定式はマスト高さの二乗に比例してマスト２のたわみ量が増加することを利用してマスト２のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ１を算出するものである。
前記基準マスト高さＨ０と基準全体たわみＴ０は実験結果から該当クレーン特有の数値として基準マスト高さＨ０の時にたわみ量Ｔ０が発生すると想定し、これにモーメント負荷率Ｍを掛けることで、マスト２のたわみによる吊荷位置の補正値を算出する。
また前記架台たわみ率Ｋは同じく実験結果による経験値として全体たわみＴ０に対してマスト２と架台１による影響のうち架台１による影響度の比率を表わす数値である。

次に架台１のたわみによる補正値Ａ２を求める。
図４には吊荷１１の重量により架台１がたわみを生じた状態のタワークレーンを示している。
この図４は、架台１のたわみによる補正値Ａ２を模式的に示したものである。
吊荷１１による荷重により応力Ｐ２が作用し架台１にたわみが発生し、架台１に備えられたマスト２への傾きとして作用する。この架台１のたわみによる吊荷１１の位置のズレを図４中に架台１のたわみによる補正値Ａ２として示している。
架台１のたわみによる補正値Ａ２を算定するには、基準マスト高さＨ０と基準全体たわみ量Ｔ０を経験値であらかじめ決め、その基準値からモーメントリミッタにより検出されるモーメント負荷率Ｍを用いて実際のマスト高さＨでのマスト２のたわみによる補正値Ａ１を算出する。
詳細には、以下の計算式２から求められる。

計算式２は、 架台１のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ２＝（基準全体たわみＴ０×架台たわみ率Ｋ×実マスト高さＨ／基準マスト高さＨ０）×モーメント負荷率Ｍ

この算定により、架台１のたわみによる補正値Ａ２が算出される。

図５には吊荷の重量によりマストと架台が合わせてたわみを生じた状態のタワークレーンと、たわみによる位置のズレを補正した状態のタワークレーンとを重ねて図示している。
マストと架台が合わせてたわみを生じた状態のタワークレーンは、前記マストのたわみによる補正値Ａ１と架台のたわみによる補正値Ａ２を合わせた状態でのクレーンを示し、実際に吊荷の負荷を加えたクレーンの状態を表わしたものである。

前述のようにマスト２のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ１と、架台１のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ２が演算手段１５で算出されるとクレーンオペレータへ情報を表示する表示手段１６にはジブ起伏による吊荷位置Ｒ１と、マスト２のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ１と、架台１のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ２が加算された実際の吊荷位置Ｒ１＋Ａ１＋Ａ２が表示される。
本発明は、モーメントリミッタを用いて検出される吊荷によるモーメントから実際にクレーンに加わるモーメント負荷率を求め、このモーメント負荷率からたわみによる吊荷位置の補正値を算出する。
これにより、たわみによる吊荷位置の補正値がリアルタイムでクレーンの実際の負荷状態から求められるので、より正確に即時性の高い吊荷の位置調整を行なうことができる。

クレーンオペレータは、表示された実際の吊荷位置Ｒ１＋Ａ１＋Ａ２の表示によりジブの傾斜角度を調整し所望の吊荷位置となるように吊荷位置の調整を行なう。
図５のたわみによる位置のズレを補正した状態のタワークレーンに示すようにジブの傾斜角度を起伏させて１５°+補正角度Ｂとして、吊荷位置を所望の作業半径Ｒとなるように調整を行なう。

以下に実際にクレーン操作時に実施した例を示す。
実験であらかじめ求めた数値として、基準マスト高Ｈ０＝４５ｍ、基準全体たわみＴ０＝５５ｃｍ、架台たわみ率Ｋ＝０．１と設定した時に、ジブ起伏による吊荷位置Ｒ１＝４０ｍ、実マスト高さＨ＝３９ｍ、モーメント負荷率＝０．８であった場合には、
マストのたわみによる吊荷位置の補正値Ａ１＝２９．８ｃｍ
架台のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ２＝３．８ｃｍ
マストのたわみによる吊荷位置の補正値Ａ１＋架台のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ２＝３３．６ｃｍとなり、
補正後の吊荷位置：ジブ起伏による吊荷位置Ｒ１＋マストのたわみによる吊荷位置の補正値Ａ１＋架台のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ２＝４０ｍ＋３３．６ｃｍとなる。
クレーンオペレータはこの数値を確認しながら、補正後の吊荷位置を所望する吊荷位置に近づけるようにジブの傾斜角度を調整して吊荷の位置調整を行なうことができる。

他の実施例として演算結果を表示する表示手段は、マスト２のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ１と、架台１のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ２が加算された数値を表示することもできる。この表示方法では吊荷１１のズレのみの数値を表示し、クレーンオペレータはそのズレた分を補正するようにジブ４の傾斜角度を調整して吊荷の位置調整を行なうことができる。

また、他の実施例としてタワークレーンがクレーンの動作を制御するクレーン操作手段を備え、本発明の演算手段１５により算出された吊荷の位置補正値Ａ１、Ａ２及びジブの補正角度Ｂを前記クレーン操作手段に送るようにする。
クレーンの操作時にクレーン操作手段が各補正値に基づいて自動で補正を行ない、クレーンの操作を実施できる。これにより、クレーンオペレータが複雑な操作をすることなく、マスト、架台のたわみによる補正がなされた状態でクレーン操作を行なうことができる。

吊荷の無い状態でのタワークレーンの側面図。 本発明における吊荷の位置表示工程を示すフロー図。 マストがたわみを生じた状態のタワークレーンの側面図。 架台がたわみを生じた状態のタワークレーンの側面図。 たわみによる位置のズレを補正した状態のタワークレーンの側面図。

符号の説明

１ 架台
２ マスト
３ フレーム
４ ジブ
５ 巻上ウインチ
６ 起伏ウインチ
７ ロッド
９ 巻上ワイヤ
１０ 巻上フック
１１ 吊荷
１２ モーメントリミッタ
１３ ジブ角度検出器
１４ 入力手段
１５ 演算手段
１６ 出力手段

Claims (6)

1. 架台と、該架台に直立して設けられるマストと、該マストの上部へ設けられるフレームと、該フレームへ一端をピン接続し、起伏ウインチにより傾斜自在になされ、他端側へ吊荷を巻上げるワイヤが設けられているジブを有するタワークレーンにおいて、前記ジブの傾斜角度を検出するジブ傾斜角度検出器と、前記ジブに加わる荷重によるモーメント負荷率を検出するモーメントリミッタと、算定に必要な設定値と数式を入力する入力手段と、前記入力手段で入力された設定値と数式とジブ傾斜角度検出器とモーメントリミッタで検出された数値を用いてジブ起伏による吊荷位置Ｒ１とマストのたわみによる吊荷位置の補正値Ａ１と架台のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ２を算出する演算手段と、 算出した補正値を表示する表示手段を有する吊荷の位置検出装置
   を備えたタワークレーン。
2. 前記演算手段が、マストのたわみによる吊荷位置の補正値Ａ１を算出する際に、マストのたわみによる吊荷位置の補正値Ａ１＝｛基準全体たわみＴ０×（1−架台たわみ率Ｋ）×（実マスト高さＨ）^２／（基準マスト高さＨ０）^２｝×モーメント負荷率Ｍ、の算定式を用いて算出することを特徴とする請求項１記載のタワークレーン。
3. 前記演算手段が、架台のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ２を算出する際に、架台のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ２＝（基準全体たわみＴ０×架台たわみ率Ｋ×実マスト高さＨ／基準マスト高さＨ０）×モーメント負荷率Ｍ、の算定式を用いて算出することを特徴とする請求項１記載のタワークレーン。
4. 架台と、該架台に直立して設けられるマストと、該マストの上部へ設けられるフレームと、該フレームへ一端をピン接続し、起伏ウインチにより傾斜自在になされ、他端側へ吊荷を巻上げるワイヤが設けられているジブと、前記ジブの傾斜角度を検出するジブ傾斜角度検出器と、前記ジブに加わる荷重によるモーメント負荷率を検出するモーメントリミッタと、算定に必要な設定値と数式を入力する入力手段と、前記入力手段で入力された設定値と数式とジブ傾斜角度検出器とモーメントリミッタで検出された数値を用いてジブ起伏による吊荷位置Ｒ１とマストのたわみによる吊荷位置の補正値Ａ１と架台のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ２を算出する演算手段と、 算出した補正値を表示する表示手段を備えたタワークレーンにおいて、基準マスト高さと基準全体たわみと架台たわみ率をあらかじめ設定値として前記入力手段で入力しておき、以下の手順で行なう吊荷の位置表示方法、
   １ ジブ傾斜角度検出器とモーメントリミッタで検出された数値を演算手段へ送る、
   ２ 演算手段がジブ傾斜角度検出器で検出された数値からジブ傾斜角度を演算しジブ起伏による吊荷位置Ｒ１を算出する、
   ３ 演算手段がモーメントリミッタで検出された数値から計測時点でのモーメント負荷率Ｍを算出する、
   ４ 前記モーメント負荷率Ｍと、計測時の実マスト高さＨと、あらかじめ入力されている基準マスト高さＨ０と、基準全体たわみＴ０と、架台たわみ率Ｋから演算手段により、マストのたわみによる吊荷位置の補正値Ａ１と、架台のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ２を算出する、
   ５ ジブ起伏による吊荷位置Ｒ１と、マストのたわみによる吊荷位置の補正値Ａ１と、架台のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ２から吊荷の位置を算出し表示する。
   
5. 前記演算手段が、マストのたわみによる吊荷位置の補正値を算出する際に、マストのたわみによる吊荷位置の補正値Ａ１＝｛基準全体たわみＴ０×（1−架台たわみ率Ｋ）×（実マスト高さＨ）^２／（基準マスト高さＨ０）^２｝×モーメント負荷率Ｍの算定式を用いて算出することを特徴とする請求項４記載の吊荷の位置表示方法。
6. 前記演算手段が、架台のたわみによる吊荷位置の補正値を算出する際に、架台のたわみによる吊荷位置の補正値Ａ２＝（基準全体たわみＴ０×架台たわみ率Ｋ×実マスト高さＨ／基準マスト高さＨ０）×モーメント負荷率Ｍの算定式を用いて算出することを特徴とする請求項４記載の吊荷の位置表示方法。

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