JP5827039B2

JP5827039B2 - クレーン

Info

Publication number: JP5827039B2
Application number: JP2011121990A
Authority: JP
Inventors: 栢菅　信哉; 信哉栢菅
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2031-05-31
Also published as: JP2012246139A

Description

本発明は、港湾に位置するコンテナターミナルなどでコンテナの荷役に使用するクレーン等に、地震対策を施したクレーン（免震クレーン）に関するものである。

港湾に位置するコンテナターミナルでは、岸壁クレーン、門型クレーン、コンテナトレーラによって、船舶及びトレーラ間のコンテナの荷役を行っている。このコンテナターミナルにおける地震対策として、岸壁クレーンに免震構造と揺脚を備えたクレーンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図６に従来型の地震対策を施した岸壁クレーンの１例を示す。岸壁クレーン１Ｘは脚構造物３の下端に走行装置４を有し、上方にブーム３０及びガーダ３１を有している。このブーム３０及びガーダ３１に沿って、トロリ（荷役装置）３２が横行し、コンテナの荷役作業を行うように構成している。

この岸壁クレーン１Ｘは、免震装置として、走行装置４と陸側脚６ｂの間に、例えば積層ゴム等で構成したアイソレータからなる免震装置３３を有しており、海側脚６ａにピンジョイントを介して設置した揺脚３４を有している。なお、８は地表面（岸壁）、３５はポータルタイビーム、４０はコンテナ船を示している。また、ｘ軸は横行方向ｘ、ｚ軸は鉛直方向ｚを示している。

図７に、岸壁クレーン１Ｘの脚部のモデルを示す。このモデルでは、陸側脚６ｂの下端に、免震装置３３及び陸側シルビーム５ｂを介して、走行装置４を設置している。この免震装置３３は、積層ゴムで構成したアイソレータである。この陸側シルビーム５ｂは、岸壁に平行（図７の手前から奥に向かい方向）に設置した水平状の部材である。

また、海側脚６ａの下方にピンジョイントを介して揺脚３４を設置している。この揺脚３４の下端には、海側シルビーム５ａを介して走行装置４を設置している。更に、海側脚６ａと陸側脚６ｂを、岸壁に垂直となる方向（横行方向ｘ）に設置した水平材（ポータルタイビームともいう）３５で連結している。コンテナの荷役等を行う通常時に、免震装置３３は、せん断ピン等で固定して剛の状態となっている。また、揺脚３４は揺動可能な柔の状態となっている。なお、矢印はクレーン１Ｘの荷重を示している。

図８に、岸壁クレーン１Ｘのモデルに地震動を加えた状態を示す。地震動により、クレーン１Ｘに対して横行方向ｘ（図８の左右方向）の力が発生する。この力により、免震装置３３のせん断ピンが破断し、免震装置３３が作用する。このクレーン１Ｘは、従来の設計仕様である海陸方向に±３００ｍｍ程度の水平方向変位（スライド距離）を吸収することができる。

しかしながら、上記の岸壁クレーン１Ｘは、大規模地震が発生した場合、横行方向ｘの変位を十分に吸収することができないという問題を有している。ここで、大規模地震とは、例えば、平成１８年の港湾法改正により想定されている地震波であり、レベル２地震動と呼ばれるものである。このレベル２地震動とは、土木学会の第三次提言により、現在から将来にわたって当該地点で考えられる最大級の強さを持つ地震動と定義されている。

この岸壁クレーン１Ｘの有する従来の免震装置３３は、横行方向ｘに±３００ｍｍ程度のスライド距離を許容することができる。しかし、大規模地震発生時には、岸壁クレーン
１Ｘが許容すべきスライド距離は、±１０００ｍｍ程度と言われている。そのため、従来の岸壁クレーン１Ｘは、大規模地震に対して十分な免震効果を発揮することができないという問題を有している。ここで、クレーン１Ｘの最大のスライド距離が不十分である場合は、クレーン１Ｘが転倒、又は走行装置４の破壊等の事故につながる。

特開２００１−１９２１９７号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、大規模地震動に対応した大きなスライド距離を得ることができる免震構造を有する経済的なクレーンを提供することにある。つまり、地震動により海陸方向に約±３００ｍｍを超える変位が発生しても、クレーンが転倒せず、免震効果を得ることのできるクレーンを低コストで提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係るクレーンは、走行装置と、この走行装置の上方に配置されてその走行方向に延伸したシルビームと、前記走行装置と前記シルビームとの間に介在する免震ユニットとを有するクレーンにおいて、前記免震ユニットが、前記走行装置から上方に向かって突設されて前記シルビームを挟んで前記走行方向と直交する方向である横行方向に間隔をあけて対置された走行装置側アームと、前記シルビームから前記横行方向両側に突設されたシルビーム側アームと、前記シルビームを挟んで前記横行方向一方側と他方側にあるそれぞれの前記走行装置側アームと前記シルビーム側アームとを連結するリンク部材とを備え、前記リンク部材の上部を前記走行装置側アームに傾動自在に連結して前記リンク部材を前記走行装置側アームから懸吊し、前記リンク部材の下部を前記シルビーム側アームに傾動自在に連結し、前記走行装置側アームが前記シルビームを懸吊するように構成し、前記免震ユニットが、前記シルビームを挟んで前記横行方向一方側と他方側にある前記リンク部材の上端部どうしの間の水平距離が、これらリンク部材の下端部どうしの間の水平距離よりも小さくなるように構成した台形リンク構造を有していることを特徴とする。

この構成により、大規模地震動に対応した大きなスライド距離を有するクレーンを提供することができる。これは、クレーンのスライド距離が、免震ユニットを構成する走行装置側アーム、リンク部材及びシルビーム側アームの長さ、及び設置位置等の変更により容易に変更することができるためである。また、地震動を減衰する効果を向上することができる。これは、免震ユニットに働く初期状態に戻ろうとする力（復元力）に、クレーン本体（上部構造物）の位置エネルギを利用することができるためである。

また、上記台形リンク構造を有することにより、更に大きなスライド距離を有するクレーンを提供することができる。これは、走行装置の傾きにより発生する横行方向の変化をスライド距離として得ることができるためである。

上記のクレーンにおいて、前記免震ユニットが、通常時に前記走行装置に対して前記シルビームを固定し、地震発生時に、前記走行装置に対する前記シルビームの固定を解除する固定装置を有する構成にすることもできる。この構成により、通常時は安定して荷役作業が行え、地震発生時に高い耐震性能を有するクレーンを提供することができる。

上記のクレーンにおいて、前記免震ユニットが、前記走行装置と前記シルビームの間に
設置されて、前記走行装置と前記シルビームの相対移動を減衰する減衰機構を有する構成にすることもできる。この構成により、クレーンの耐震性能を向上することができる。これは、減衰機構の働きにより、クレーンの振動を早期に減衰し、停止させることができるためである。

本発明に係るクレーンによれば、大規模地震動に対応した大きなスライド距離を有する経済的な免震クレーンを提供することができる。すなわち、従来の免震装置では約±３００ｍｍのスライド距離にしか対応できなかったが、±１０００ｍｍ程度のスライド距離にも対応できる低コストなクレーンを提供することができる。

本発明に係る実施の形態のクレーンの通常時の概要を示した図である。本発明に係る実施の形態のクレーンの地震発生時の概要を示した図である。本発明の参考形態のクレーンのモデルを示した図である。本発明に係る実施の形態のクレーンのモデルを示した図である。本発明に係る実施の形態のクレーンの減衰機構の概略を示した図である。従来の免震機構を有したクレーンの概要を示した図である。従来の免震機構を有したクレーンのモデルを示した図である。従来の免震機構を有したクレーンのモデルを示した図である。

以下、本発明に係る実施の形態のクレーンについて、図面を参照しながら説明する。ここで、クレーンとは、岸壁クレーンや、門型クレーン等の大型クレーンを意味する。図１に、本発明に係る実施の形態のクレーン１の免震ユニット２周辺の概略を示す。クレーン１は、走行装置４とシルビーム５の間に設置した免震ユニット２を有している。

免震ユニット２は、走行装置４から上方に向かって突設した走行装置側アーム１０と、走行装置側アーム１０から傾動自在に吊り下げたリンク部材１１と、リンク部材１１の下方に連結したシルビーム側アーム１２を有している。つまり、シルビーム５は、走行装置側アーム１０、リンク部材１１及びシルビーム側アーム１２を介して、吊り下げられた状態となる。

ここで、Ｃは脚６の中心軸Ｃを示し、９はレールを示している。また、シルビーム５は、海側シルビーム５ａ及び陸側シルビーム５ｂの総称であり、脚６は、海側脚６ａ及び陸側脚６ｂの総称である。つまり、免震ユニット２は、クレーン１の４つの走行装置４にそれぞれ対応するように設置されている。加えて、ｘ軸は横行方向ｘ、ｙ軸は走行方向ｙ、ｚ軸は鉛直方向ｚを示している。

次に、免震ユニット２の動作について説明する。クレーン１の免震ユニット２は、通常時には走行装置４とシルビーム５の相対位置が変位しないように固定装置により固定されている。この固定装置は、具体的には、走行装置側アーム１０にリンク部材１１を固定したり、走行装置４とシルビーム５を直接固定したりするせん断ピン等で構成することができる。

図２に、地震発生時のクレーン１の免震ユニット２の状態を示す。地震発生により、走行装置４に地震力が加わると、せん断ピン等の破断により免震ユニット２の固定装置が解
除される。この免震ユニット２の作動により、シルビーム５は、走行装置４に対して横行方向ｘに揺動することが可能となる。この揺動により、走行装置４に作用した地震力が、シルビーム５及び脚６等のクレーン１の上部構造物には伝達されることを抑制する。

なお、図１及び図２では、１つの走行装置４に対して、２組（４つ）のリンク部材１１等を設置している。このリンク部材１１等の設置数は、免震ユニット２の剛性等から決定することが望ましい。つまり、１つの走行装置４に対して１組のリンク部材１１等、又は３組以上のリンク部材１１等を設置して、免震ユニット２を構成することが可能である。

図３に、本発明の参考形態のクレーン１の免震ユニット２周辺のモデルを示す。図３Ａは、通常時（初期状態）のクレーン１のモデルを示している。クレーン１は、走行装置４と、シルビーム５の間に、免震ユニット２を有している。免震ユニット２は、走行装置４から上方に伸びるように設置した走行装置側アーム１０と、シルビーム５に固定したシルビーム側アーム１２と、上方を走行装置側アーム１０に連結して下方をシルビーム側アーム１２に連結したリンク部材１１を有している。つまり、走行装置側アーム１０が、シルビーム５に固定したシルビーム側アーム１２を、リンク部材１１を介して懸吊している。ここで、２つのリンク部材１１は、互いに平行となるように構成している（以下、平行リンク構造と呼ぶ）。なお、７は、走行装置４に設置した車輪７を示している。この車輪７は、岸壁８に敷設したレール（図示しない）上を走行する。

図３Ｂに、地震発生時（振動状態）のクレーン１のモデルを示す。地震が発生すると、慣性力の作用を受けるシルビーム５に対して、走行装置４が横行方向ｘに移動する。このとき、免震ユニット２のリンク部材１１が傾動するため、シルビーム５を含むクレーン１の上部構造物は、地震力Ｆの影響をほとんど受けない。ここで、ｄｘ１は、免震ユニット２が水平方向に変位した量（スライド距離）ｄｘ１を示している。また、シルビーム５は、リンク部材１１の傾動により、若干上方に持上げられる。ｄｚ１は、このシルビーム５が持上げられた距離（上昇距離）ｄｚ１を示している。

上記の構成により、以下の作用効果を得ることができる。第１に、大規模地震動に対応した大きなスライド距離を有するクレーンを提供することができる。これは、クレーンのスライド距離が、免震ユニット２を構成する走行装置側アーム１０、リンク部材１１及びシルビーム側アーム１２の長さ、及び設置位置等の変更により決定されるためである。具体的には、例えば２本のリンク部材１１の間隔を広くすると、スライド距離を大きくすることができる。つまり、簡単な設計変更で、スライド距離を拡大することが可能となる。

第２に、地震動を減衰する効果を向上することができる。これは、免震ユニット２に働く初期状態に戻ろうとする力（復元力）が、大きくなるためである。このクレーンは、地震発生時に、シルビーム５等の上部構造物が上昇して、位置エネルギが増加する（図３Ｂ参照）。この位置エネルギが、シルビーム５等を初期状態（図３Ａ参照）で安定させるための復元力となる。

図４に、本発明に係る実施の形態のクレーン１ａの免震ユニット２ａ周辺のモデルを示す。図４Ａは、初期状態のクレーン１ａのモデルを示している。クレーン１ａは、２つのリンク部材１１ａにおいて、上端同士の水平距離に比べ、下端同士の水平距離が長くなるように構成している（以下、台形リンク構造と呼ぶ）。

図４Ｂに、振動状態のクレーン１ａのモデルを示す。地震が発生すると、慣性力の作用を受けるシルビーム５に対して、走行装置４が横行方向ｘに移動する。このとき、免震ユニット２のリンク部材１１ａが傾動するため、シルビーム５を含むクレーン１ａの上部構造物は、地震力Ｆの影響をほとんど受けない。更に、台形リンク構造の場合、走行装置４
に傾きが発生する。なお、レール上を走行する車輪７は、ピン支持と見なすことができる。ここで、ｄｘ２は、免震ユニット２のスライド距離ｄｘ２を示している。また、ｄｚ２は、シルビーム５の上昇距離ｄｚ２を示している。

上記の構成により、以下の作用効果を得ることができる。第１に、更に大きなスライド距離を有するクレーンを提供することができる。これは、リンク構造で得られる変化に加え、走行装置４の傾きにより発生する横行方向ｘの変化をスライド距離として得ることができるためである。このため、免震ユニット２ａの小型化が可能となる。

第２に、地震動を減衰する効果を得ることができる。これは、平行リンク構造と同様、シルビーム５を含むクレーン１ａの上部構造物が上昇して、位置エネルギが増加する（図４Ｂ参照）ためである。ただし、台形リンク構造の性質上、平行リンク構造の上昇距離ｄｚ１に比べ、上昇距離ｄｚ２は小さくなる。

図５に、本発明に係る異なる実施の形態のクレーン１ｂの減衰機構の１例を示す。減衰機構２０は、走行装置４側に固定した摺動ロッド２１と、摺動ロッド２１に沿って摺動するケーシング２２と、ケーシング２２からシルビーム５に形成した貫通孔（図示しない）に延伸した伸縮ロッド２３を有している。このシルビーム５に形成した貫通孔は、伸縮ロッド２３を水平方向（横行方向ｘ）にのみ拘束し、鉛直方向ｚに拘束しない。

次に、減衰機構２０の動作について説明する。地震が発生すると、走行装置４とシルビーム５が相対的に、横行方向ｘに揺動する。このシルビーム５の揺動に追従して、ケーシング２２は摺動ロッド２１に沿って移動する。ケーシング２２は、摺動ロッド２１上を往復しながら、摺動ロッド２１とケーシング２２の間に発生する摩擦抵抗により、クレーン１ｂの振動を減衰する。

なお、ケーシング２２は、初期状態に戻るための復元力を、シルビーム５の位置エネルギから得ることができる。そのため、摺動ロッド２１及びケーシング２２に、積層ゴムやバネ構造等の復元力を生じる構造を設置しなくてもよい。

上記の構成により、クレーンの耐震性能を向上することができる。これは、減衰機構２０の働きにより、クレーン１の振動を早期に減衰し、停止させることができるためである。また、摺動ロッド２１にケーシング２２を固定する固定装置により、免震ユニット２ｂの固定を実現してもよい。更に、減衰機構は、走行装置側アーム１０とリンク部材１１を連結する軸に、渦巻きバネ等の弾性体を設置した構成としてもよい。加えて、リンク部材１１の軸に、リンク部材１１の傾動を緩和する、又は、動作周期をコントロールするバネ構造やダンパ等を設置してもよい。ここで、動作周期のコントロールとは、リンク部材１１に負荷をかけ、共振を起す振動数を避けるの制御等をいう。

本発明は、岸壁クレーンの他に、門型クレーン等にも採用することができる。また、走行装置側アーム１０が、走行装置４に対して垂直に設置する構成に限られない。つまり、走行装置４に対して、走行装置側アーム１０を傾斜するように設置してもよい。

１クレーン（岸壁クレーン）
２免震ユニット
４走行装置
５シルビーム
１０走行装置側アーム
１１リンク部材
１２シルビーム側アーム
２０減衰機構

Claims

走行装置と、この走行装置の上方に配置されてその走行方向に延伸したシルビームと、前記走行装置と前記シルビームとの間に介在する免震ユニットとを有するクレーンにおいて、
前記免震ユニットが、前記走行装置から上方に向かって突設されて前記シルビームを挟んで前記走行方向と直交する方向である横行方向に間隔をあけて対置された走行装置側アームと、前記シルビームから前記横行方向両側に突設されたシルビーム側アームと、前記シルビームを挟んで前記横行方向一方側と他方側にあるそれぞれの前記走行装置側アームと前記シルビーム側アームとを連結するリンク部材とを備え、
前記リンク部材の上部を前記走行装置側アームに傾動自在に連結して前記リンク部材を前記走行装置側アームから懸吊し、前記リンク部材の下部を前記シルビーム側アームに傾動自在に連結し、前記走行装置側アームが前記シルビームを懸吊するように構成し、
前記免震ユニットが、前記シルビームを挟んで前記横行方向一方側と他方側にある前記リンク部材の上端部どうしの間の水平距離が、これらリンク部材の下端部どうしの間の水平距離よりも小さくなるように構成した台形リンク構造を有していることを特徴とするクレーン。
前記免震ユニットが、通常時に前記走行装置に対して前記シルビームを固定し、地震発生時に、前記走行装置に対する前記シルビームの固定を解除する固定装置を有する請求項１に記載のクレーン。
前記免震ユニットが、前記走行装置と前記シルビームの間に設置されて、前記走行装置と前記シルビームの相対移動を減衰する減衰機構を有する請求項１または２に記載のクレーン。
前記減衰機構が、前記対置された前記走行装置側アームに長手方向それぞれの端部が固定されて前記横行方向に延在する摺動ロッドと、この摺動ロッドに沿って摺動するケーシングと、このケーシングから前記シルビームに向かって上方に延在する伸縮ロッドとを備え、この伸縮ロッドが前記シルビームの下面に形成された貫通孔に延伸して、この貫通穴は前記伸縮ロッドを鉛直方向に拘束せずに水平方向にのみ拘束する構成にした請求項３に記載のクレーン。