JP5953571B2

JP5953571B2 - 索荷重計測装置

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Publication number: JP5953571B2
Application number: JP2013071073A
Authority: JP
Inventors: 章一加藤; 田中　信介; 信介田中
Original assignee: Fukushima Ltd
Current assignee: Fukushima Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP2014193762A

Description

本発明は、索荷重計測装置に係り、特に、油圧式ウインチによる牽引索の引張り荷重を計測する索荷重計測装置に関する。

油圧式ウインチは、例えば、船舶を岸壁に係留、海洋掘削リグ（ｒｉｇ）等の海洋構造物の牽引、係留固定に使用されるアンカーの操作等を行う機器として使用されている。
また、油圧式ウインチは、船舶、海洋構造物等を安定した状態で維持、固定する場合、干満、海流、貨物の有無等による海面の影響を避けるために、索を巻き取るか、若しくは、索を繰り出す必要がある。
この索の巻き取り、または、索の繰り出しの判断は、索の状態を目視で確認して行うことが多く、常時監視が必要となるばかりか、これらの船舶、海洋構造物等の安定した状態に維持、固定するのは容易でない、という問題があった。
なお、索、牽引索とはロープやチェーン等をいうが、主にロープ３３として説明する。

図７は、３点シーブ式荷重検査装置の全形を示す斜視図である。
従来、この問題を解決するためのものとしては、図７に示す３点シーブ式荷重検査装置４５が知られている（例えば、特許文献１）。３点シーブ式荷重検査装置４５は、左右に滑車４２，４３が配置され、その中央にもう一つの滑車４４がロープ３３を沈めるようにして配置されている。
ひとたび、ロープ３３に引張り荷重が作用した場合、ロープ３３が引張られ、ロープ３３に張力（荷重）が発生すると、中央の滑車４４がロープ３３に押し上げられる。３点シーブ式荷重検査装置４５は、この押し上げ力を図示しないロードセルによって検出し、力の方向が異なるロープ３３の引張り力に変換して算出する。

また、索荷重を計測する他の手段として、ウインチのドラムの軸端にロードセルを設け、ドラムの軸の回転力をロードセルによって直接計測する技術が知られている。このロードセル方式（図示せず）では、ロープに引張り荷重が掛かると、軸受部がロープ荷重に対する反力を受けるため、この反力からロープの引張り力を変換して算出する。

特開平１１−２１８４５３号公報（［０００２］、図５（ａ）参照）

しかしながら、３点シーブ式荷重検査装置４５の場合、図１に示すようなドラム幅が大きいウインチ３０の場合、ロープ３３がウインチ３０のドラム幅いっぱいに左右へ振られるため、３点シーブ式荷重検査装置４５も左右に振れなければならず、設置は容易でないという問題があった。
また、３点シーブ式荷重検査装置４５のロードセルの位置は、ロープ３３の引張り荷重の力の方向と直交しており、ロープ３３の引張り荷重は直行方向に方向変換して換算しなければならず、そのため計測精度が悪いという問題があった。さらに、索の径が大きくなった場合、３点シーブ式荷重検査装置４５の滑車４２，４３，４４にロープ３３を通すことは困難であるという問題があった。
もう一つのロードセル方式は、軸受部のロープ荷重に対する反力は、軸受部の加工精度によりバラツキが大きいため、この反力からロープ３３の引張り力を変換する方式では、計測精度が悪いという問題があった。

そこで、本発明は、簡易な構成により、高精度に油圧式ウインチの索荷重を計測して、油圧式ウインチの適切な制御に寄与することができる索荷重計測装置を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、牽引索を巻き取るドラムと、このドラムを駆動する油圧モータと、この油圧モータを制御する制御装置と、を有する油圧式ウインチによる牽引索の引張り荷重を計測する索荷重計測装置であって、前記油圧モータの作動室に供給される入力側の作動油の入力圧力を検出する入力圧力センサと、前記作動室の排出側の作動油の排出圧力を検出する排出圧力センサと、前記入力圧力と前記排出圧力の圧力差に予め設定された換算係数を乗算して前記牽引索の引張り荷重を算出する索荷重算出手段と、前記牽引索の巻き取りと繰り出しを切り換える前記油圧モータの方向切換弁の切り換え位置を検出する位置センサと、を備え、巻き取り時において、前記索荷重算出手段により算出した前記牽引索に作用する引張り荷重が予め設定した所定の閾値に到達した場合には、前記制御装置に前記牽引索を繰り出す指令を送り前記方向切換弁を切り換えて前記油圧モータを逆転させるとともに、前記換算係数は、前記油圧式ウインチの巻き取り動作時と繰り出し動作時で異なる換算係数を設定すること、を特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の索荷重計測装置であって、前記ドラムの回転数および回転方向を検出する回転センサと、この回転センサにより求めた回転数から前記牽引索を前記ドラムに巻き取る際の巻き付け段数を算出する巻き付け段数算出手段と、を備え、前記換算係数は、前記巻き付け段数算出手段により求めた巻き付け段数から算出した前記ドラムの巻き付け直径係数を含むことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、前記入力圧力センサにより検出した入力圧力と前記排出圧力センサにより検出した排出圧力の圧力差に予め設定された換算係数を乗算して牽引索の引張り荷重を算出するため、圧力センサを設けて比較的簡単なプログラム処理により、荷重が変化する動的な牽引索の引張り荷重を高精度に算出することができる。

また、前記圧力差と予め設定された換算係数を用いて種々の変動要因を網羅的に総合して処理することで、あえて油圧式ウインチの駆動力を算出するまでもなく、リアルタイムに刻々と変化する牽引索の引張り荷重を高精度に収集することができる。
このため、油圧式ウインチの動作の変化を迅速に把握することができるため、巻き取り時にドラムが停止するストーリング状態やドラムが逆回転するレンダリング状態に陥る前に危険状態を判定し、適正な制御を行うことが可能となる。

本発明は、圧力差に換算係数を乗算するという簡易な構成であるから、スペース的な制約から解放されるため、既設のウインチにも大幅な改造およびレイアウトを変更することなく、簡単に取り付けることができる。
このようにして、請求項１に記載の発明に係る索荷重計測装置は、簡易な構成により、油圧式ウインチの動作状態をリアルタイムに高精度に把握することができるため、油圧式ウインチのストーリング状態やレンダリング状態を効果的に回避して、油圧式ウインチを好適に制御することが可能となる。

また、前記油圧モータの方向切換弁の切り換え位置を検出する位置センサを備え、油圧式ウインチの動作状態に適した異なる換算係数を設定することで、牽引索の引張り荷重をより高精度に算出することができる。
つまり、油圧式ウインチで巻き取る場合には、油圧モータの駆動力によりドラムを回転させて牽引索を巻き取るのに対し、繰り出す場合には、牽引索が船舶等により引っ張られて油圧モータが回転させられるため、機械効率が逆になるから動作状態に適した別個の換算係数を設定する。
また、前記牽引索に作用する引張り荷重が予め設定した所定の閾値に到達した場合には、前記油圧式ウインチの制御装置に前記牽引索を繰り出す指令を送ることで、牽引索の引張り荷重を適正に制御することができる。
このため、本発明に係る索荷重計測装置を搭載した油圧式ウインチを採用することで、干満、海流、貨物の有無等による海面の変動による牽引索に作用する過大な負荷を緩和して、船舶、海洋構造物等を安定した状態で維持、固定することができる。

請求項３に記載の発明によれば、巻き付け段数算出手段により、前記牽引索の巻き付け段数を算出することで、巻き付け段数の違いによるドラムの巻き付け直径の変化率を算出して牽引索の引張り荷重をより高精度に算出することができる。

船舶の甲板に設置した油圧式ウインチを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はロープの３段巻きの状態を示す拡大断面図である。本発明の実施形態に係る索荷重計測装置を搭載した油圧式ウインチの構成を示す回路図である。図１に示すウインチ用油圧モータのＡ−Ａ線の断面図である。油圧モータの性能を示し、縦軸がロープの巻き取り速度（Ｖ）、横軸にロープにかかる負荷である荷重（ｌ）を示し、３作動室の油圧モータの速度−荷重性能曲線を示すグラフである。左縦軸に油圧モータに供給される油量（Ｑ）、右縦軸に油圧モータにかかる圧力（Ｐ）、横軸にロープにかかる荷重（ｌ）を設けた、荷重（負荷）〜油量・圧力線図である。索荷重計測装置の算出手順と判定手順を示すフローチャートである。従来の３点シーブ式荷重検査装置の全形を示す斜視図である。

本発明の実施形態に係る索荷重計測装置２０（図２参照）について、船舶の甲板に設置した油圧式ウインチであるウインチ３０（図１参照）に搭載した場合を例として適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

＜油圧式ウインチの構成＞
図１（ａ）に示すように、ウインチ３０は、船舶の甲板の先端部、後端部および中間部に複数台ずつ据付けられ、例えば、船舶の係留のための牽引索であるロープ３３を巻き取り、または、ロープ３３を繰り出すことができるロープ巻き取り機である。
なお、牽引索は、ロープ３３に限定されるものではなく、船舶、海洋構造物等の係留のために使用される錨を引き上げ、または、投下するチェーンであってもよい。

ウインチ３０は、ベッド３１上に載置された油圧モータ１０と、この油圧モータ１０の駆動軸５ｇに固定されたピニオンギヤ３４と、このピニオンギヤ３４が大ギヤ３５に噛み合い増力する減速装置と、大ギヤ３５に固定され、回転駆動を伝達する回転軸３２と、この回転軸３２に固定され、フェアリーダー３８に挿通されたロープ３３を巻き取るドラム３６と、ロープ３３を手で巻き取る作業に使うワーピングドラム３７と、油圧モータ１０の動作を制御する制御装置４０（図２参照）と、を備えている。ブレーキ装置４１はドラム３６の回転にブレーキをかけてドラム３６を停止及び固定する。

＜油圧モータの構成＞
油圧モータ１０は、図３に示すように、ケーシング２内に回転自在に軸支されたロータ５ａと、３つのいわゆるチャンバーである作動室（第１作動室５ｄ，第２作動室５ｅ，第３作動室５ｆ）と、各作動室５ｄ，５ｅ，５ｆに突出するようにロータ５ａに配設された３枚のベーン（５ｃ１，５ｃ２，５ｃ３）と、正転逆転を切り換える方向切換弁３と、作動室（５ｄ，５ｅ，５ｆ）に供給する作動油を分配する分配弁（第１分配弁４，第２分配弁６）と、作動油を供給する油圧ポンプ９（図２参照）と、油圧モータ１０の動作を制御する制御装置４０（図２参照）と、を備えている。

なお、本実施形態においては、索荷重計測装置２０を３つの作動室（チャンバー）からなる油圧モータ１０に適用した場合について説明するが、これに限定されるものではなく、種々の形式の油圧モータに適用することができる。

油圧モータ１０は、序盤の軽負荷時には第１作動室５ｄに高圧の作動油を供給してロータ５ａを駆動し、中盤の中負荷時にはさらに第２作動室５ｅが加勢し、終盤の高負荷時にはさらに第３作動室５ｆも加勢して３つの作動室５ｄ，５ｅ，５ｆによりロータ５ａを駆動するようになっている（図４と図５を参照）。

３枚のベーン５ｃ１，５ｃ２，５ｃ３は、第１作動室５ｄについて説明すると、始点部に配設されたベーン５ｃ１と、中間部に配設されたベーン５ｃ２と、終端部に配設されたベーン５ｃ３と、から構成されている。
かかる構成により、３枚のベーン５ｃ１，５ｃ２，５ｃ３に作用する作動油の圧力によりロータ５ａを回転駆動するようになっている。第２作動室５ｅ、および第３作動室５ｆも同様である。

＜第１分配弁の構成＞
図２に示すように、第１分配弁４は、第１分配弁４の作動圧力である第一圧（２．５ＭＰａ）を超えると、この第一圧によって第１分配弁４のポートが閉状態から開状態に自動的に切り換わり、第２主油路ｂを経由して第２作動室５ｅ（図３参照）に作動油が流入して第１作動室５ｄに加勢する。つまり、第１作動室５ｄと第２作動室５ｅでロータ５ａを回転駆動させる。

＜第２分配弁の構成＞
第２分配弁６は、第３主油路ｃに配置され、調整ばね式の３ポート２位置切換弁である。詳しくは、第２分配弁６は、第１主油路ａから分岐し、第３作動室５ｆへ通る第３主油路ｃに設けられている。また、第５主油路ｅとは油路ｆが接続されている。ロープ３３にかかる引張り荷重がさらに大きくなり、２つの作動室のみではトルク不足になると、作動油は荷重に見合ったトルクを出そうとさらに上昇する。第２分配弁６の作動圧力である第二圧（３．０ＭＰａ）を超えると、この第二圧によって第２分配弁６のポートが自動的に閉状態から開状態に切り換わり、第３主油路ｃを経由して第３作動室５ｆ（図３参照）に作動油が流入し、第１作動室５ｄと第２作動室５ｅに加勢する。つまり、第１作動室５ｄと第２作動室５ｅと第３作動室５ｆでロータ５ａを回転駆動させる。

方向切換弁３は、作業者が操作する切り換えレバー８により、または制御装置４０が遠隔操作する切り換え手段（不図示）により、油圧モータ１０の正転（巻き取り）、逆転（繰り出し）、および停止中立位置を切り換える７ポート３位置切換弁であり、油圧ポンプ９と作動室（５ｄ，５ｅ，５ｆ）の間、そして、第１主油路ａおよび第５主油路ｅの途中に設けられている。

油圧ポンプ９は、第三圧（４．０ＭＰａ）を超える４．５ＭＰａまで、作動油の圧力を高めることができるが、油圧ポンプ９の吐出圧力設定の上限は、安全装置であるリリーフ弁９ｂで行う。

図４は、本発明の油圧モータの性能を示し、縦軸がロープの巻き取り速度（Ｖ）、横軸にロープにかかる負荷である荷重（Ｌｏａｄ）を示し、第１作動室〜第３作動室の油圧モータの速度−荷重性能曲線を示すグラフである。図４に示すように、ロープ３３の巻き取り速度（Ｖ）は、ロープ３３にかかる荷重（Ｌｏａｄ）に対して全体が階段状になって低下する。
＜序盤の軽荷重＞
序盤の軽荷重では、第１作動室５ｄ一つで油圧モータ部５のロータ５ａが回転する。この序盤では１個の作動室（チャンバー）に３個分の作動油の油量が供給されるため、その最大速度は、定格速度の３倍の４５ｍ／ｍｉｎとなる。この結果、軽荷重の序盤は、ロープ３３が高速で巻き取られる。
＜中盤の中荷重＞
中盤の中荷重では、２個の作動室に３個分の油量を供給するため、油圧モータ１０の速度は、定格速度の１．５倍の２２．５ｍ／ｍｉｎとなる。
したがって、中荷重の中盤は、ロープ３３が中速で巻き取られる。
＜終盤の重荷重＞
終盤の重荷重では、３個の作動室で油圧モータ１０を回転する。３個の作動室に３個分の油量が流入するため、この終盤の最大速度は、定格速度の１５ｍ／ｍｉｎとなる。したがって、重荷重の終盤は、ロープ３３が低速で巻き取られる。
このように、３個の作動室から構成されたベーン式の油圧モータ１０としたことから、図４に示すように、作業者が操作することなしに、ロープ３３に作用する引張り荷重の負荷に応じて、自動的にドラム３６の回転速度が変化するように制御される。
なお、油圧モータ１０の回転速度は、油量Ｑをコントロール（レバー８で方向切換弁３を調整）することで、任意の回転速度にコントロールをすることが可能であり、油量Ｑの調整で自動切り換えの状態を作ることができる。

図５は、左縦軸に油圧モータに供給される油量（Ｑ）、右縦軸に油圧モータにかかる圧力（Ｐ）、横軸にロープにかかる荷重（Ｌｏａｄ）を示した荷重（負荷）〜油量・圧力線図である。図５に示すように、油圧モータ１０に供給される油量Ｑは一定である。
＜序盤の軽荷重＞
序盤は、ロープ３３にかかる負荷（Ｌｏａｄ）は全負荷（定格荷重）の２０％程度であり、油圧モータ１０にかかる圧力Ｐが２．５ＭＰａまで達すると、第１分配弁４が働き、中盤に移行する。
＜中盤の中荷重＞
中盤は、負荷が５０％で、圧力Ｐが３．０ＭＰａまで達すると、さらに、もう一つの第２分配弁６が働き、終盤に移行する。
＜終盤の重荷重＞
終盤は、油圧ポンプ９の近傍に配置したリリーフ弁９ｂの上限まで圧力が上昇する。このとき、負荷は１００％（定格荷重）であり、圧力Ｐが４．０ＭＰａで維持され、例えば、船舶を岸壁に接岸する。

＜索荷重計測装置＞
索荷重計測装置２０は、図２に示すように、油圧モータ１０の入力側の作動油の入力圧力を検出する入力圧力センサ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）と、排出側の作動油の排出圧力を検出する排出圧力センサ（Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）と、方向切換弁３の切り換え位置を検出する位置センサＰ７と、ドラム３６の回転数および回転方向を検出する回転センサＰ８と、演算処理装置２０ａと、ロープ３３をドラム３６に巻き取る際の巻き付け段数を算出する巻き付け段数算出手段２１と、入力圧力と排出圧力の圧力差に予め設定された換算係数を乗算してロープ３３の引張り荷重を算出する索荷重算出手段２２と、を備えている。

入力圧力センサＰ１は、第１主油路ａに設けられ第１作動室５ｄに供給される作動油の圧力を検出するセンサ、入力圧力センサＰ２は、第２主油路ｂに設けられ第２作動室５ｅに供給される作動油の圧力を検出するセンサ、入力圧力センサＰ３は、第３主油路ｃに設けられ第３作動室５ｆに供給される作動油の圧力を検出するセンサである。

排出圧力センサＰ４は、排出側の油路ｅに設けられ第１作動室５ｄから排出される作動油の圧力を検出するセンサ、排出圧力センサＰ５は、排出側の油路ｒに設けられ第２作動室５ｅから排出される作動油の圧力を検出するセンサ、排出圧力センサＰ６は、排出側の油路ｄに設けられ第３作動室５ｆから排出される作動油の圧力を検出するセンサである。

＜位置センサ＞
図２に示すように、位置センサＰ７は、方向切換弁３のレバー８の回動部に配置されている。図３に示すように、レバー８によるロープ３３の巻き取り、停止の中立位置、ロープ３３の繰り出しの切り換えは、作業者が直接レバー８を操作するか、または、制御装置４０が遠隔操作する切り換え手段（不図示）で操作する。この方向切換弁３の切り換え位置を位置センサＰ７が検出し、検出した検出信号は演算処理装置２０ａに入力する。なお、位置センサＰ７は、ポジンションコーダが好適である。

＜回転センサ＞
図１の（ａ）に示すように、回転センサＰ８は、油圧式ウインチ３０のドラム３６の回転数および回転方向を検出するために設けている。回転センサＰ８によって検出した検出信号は、演算処理装置２０ａに入力する。

回転センサＰ８は、ベース３９ｄを介して甲板上に配置されている。回転センサＰ８の回転軸には、小スプロケット３９ｂが固定されている。一方、ドラム３６の回転軸３２の外周には、大スプロケット３９ａが固定され、この大スプロケット３９ａと小スプロケット３９ｂがチェーン３９ｃを介してループ状に巻回されている。
かかる構成により、例えば、大スプロケット３９ａの歯数と、小スプロケット３９ｂの歯数とが２対１であれば、ドラム３６が１／２回転すれば、回転センサＰ８は、１回転してドラム３６の回転数を計測する。
なお、回転センサＰ８は、ロータリエンコーダが好適である。

演算処理装置２０ａは、図２に示すように、索荷重計測装置２０の演算処理および動作を制御する装置であり、油圧モータ１０の制御装置４０との間で通信できるようになっている。

＜巻き付け段数算出手段＞
巻き付け段数算出手段２１は、回転センサＰ８から回転数と回転方向の検出信号を受けてロープ３３をドラム３６に巻き取る際の巻き付け段数を算出する。
具体的には、ドラム３６の幅をＷ、ドラム径をＤ、ロープ径をｄとし、図１（ｂ）に示すように、幾何学的にロープの端面が隣接するロープと完全に接触状態であるとすると、各段の許容巻き数ｍは、ｍ＝Ｗ／ｄとなる。つまり、ｍ巻きまでが１段目、（ｍ＋１）〜２ｍ巻きまでが２段目、（２ｍ＋１）〜３ｍ巻きまでが３段目、…となる。
また、大スプロケット３９ａ（図１（ａ）参照）の歯数をＮ_０枚、小スプロケット３９ｂの歯数をＮ_１枚とすると、ドラム３６が一回転すると、回転センサＰ８は（Ｎ_０／Ｎ_１）回転する。
したがって、巻き付け段数算出手段２１は、ｍ×（Ｎ_０／Ｎ_１）回転ごとにロープ３３が各段に移動することを検出する。
これにより、回転センサＰ８の回転カウント値を基にリアルタイムで演算して現状のロープ３３の段数を求める。

＜ロープの巻き付け直径の算出＞
さらに、巻き付け段数算出手段２１は、回転センサＰ８の回転数から演算されたロープ３３の段数ｎと、ドラム径Ｄおよびロープ径ｄから、図１の（ｂ）に示すように、ロープ３３のｎ段目の巻き付け直径Ｄｎは、｛Ｄ＋（２ｎ−１）ｄ｝として算出する。
つまり、ドラム３６における巻き付け直径は、１段目はＤ＋ｄ、２段目はＤ＋３ｄ、３段目はＤ＋５ｄである。

＜索荷重算出手段＞
索荷重算出手段２２は、入力圧力と排出圧力の圧力差に予め設定された換算係数を乗算して前記牽引索の引張り荷重（索荷重）を算出する。

＜圧力差の算出＞
第１作動室５ｄにおける圧力差は、入力圧力センサＰ１が検出した入力圧力から排出圧力センサＰ４が検出した排出圧力を減算して求められる。第２作動室５ｅにおける圧力差、および第３作動室５ｆにおける圧力差も同様にして求められる。
入力圧力と排出圧力の圧力差は、第１作動室５ｄにおける圧力差、第２作動室５ｅにおける圧力差、および第３作動室５ｆにおける圧力差の合計として算出される。

＜換算係数の設定＞
換算係数は、入力圧力と排出圧力の圧力差（ＭＰａ）を索荷重（Ｔｏｎ）に換算するために導入した係数であり、減速比、損失効率、作動油の圧力変動、その他の種々の変動要因を網羅的に総合して処理することができる。
換算係数は、入力圧力と排出圧力の圧力差と、その圧力差におけるロープ３３の引張り荷重（索荷重）との関係を予め計算及び実験的に計測して決定される。換算係数は、方向切換弁３（図２参照）の位置が、巻き取り時であるか、繰り出し時であるかで動作効率が異なるため、それぞれの位置における換算係数（それぞれ、巻き取り時の換算係数、繰り出し時の換算係数）を設定する。

例えば、巻き取り時の換算係数は、巻き付け段数ｎが１である場合において、索荷重を１０Ｔｏｎに設定した場合における圧力差の合計が９ＭＰａであるときは、
索荷重（Ｔｏｎ）＝圧力差（ＭＰａ）×巻き取り時の換算係数×巻き付け直径係数
１０（Ｔｏｎ）＝９（ＭＰａ）×巻き取り時の換算係数×１．０であるから、
巻き取り時の換算係数＝１０（Ｔｏｎ）÷９（ＭＰａ）＝１．１
と設定することができる。

繰り出し時には、方向切換弁３（図２参照）により油圧モータ１０を逆回転させた状態において、例えば、ロープ３３が牽引する船舶等により引っ張られて油圧モータ１０がさらに回転させられる。このため、機械効率が逆になるから動作状態に適した別個の換算係数を設定する必要がある。
例えば、繰り出し時の換算係数は、巻き付け段数が１である場合において、索荷重を１０Ｔｏｎに設定した場合における圧力差の合計が７ＭＰａであるときは、
巻き取り時の換算係数＝１０（Ｔｏｎ）÷７（ＭＰａ）＝１．４
と設定することができる。

ここで、巻き付け直径係数は、１段目の巻き付け直径（１段目の巻き付け直径Ｄ＋ｄ）とｎ段目の巻き付け直径（Ｄｎ）の比であり（図１（ｂ）参照）、
巻き付け段数算出手段２１は、
巻き付け直径係数＝（Ｄ＋ｄ）／｛Ｄ＋（２ｎ−１）ｄ｝により、巻き付け直径係数を求める。

＜索荷重の算出＞
索荷重算出手段２２は、巻き付け段数算出手段２１により求めた巻き取り時における巻き付け段数がｎ段である場合において、圧力センサ（Ｐ１〜Ｐ６）により検出した圧力から算出した圧力差がＰｎであれば、
索荷重（Ｔｏｎ）＝圧力差Ｐｎ（ＭＰａ）×換算係数（１．１）×巻き付け直径係数
により、索荷重（Ｔｏｎ）を求めることができる。

以上のように構成された本実施形態に係る索荷重計測装置２０の動作について、主として図６を参照しながら説明する。
作業者（不図示）が方向切換弁３のレバー８（図３参照）を巻き取り（右側）に倒すと、ウインチ３０は、ロープ３３の巻き取りを開始し（ステップＳ１）、回転センサＰ８は、ドラム３６の回転数と回転方向を検出する（ステップＳ２）。
索荷重算出手段２２は、回転センサＰ８および位置センサＰ７により巻き取り時であるか、繰り出し時であるかを判定して、換算係数を選定する（ステップＳ３）。巻き取り時であれば、換算係数は、１．１を選択する。なお、繰り出し時であれば、換算係数は、１．４を選択する。

入力圧力センサ（Ｐ１〜Ｐ３）は、油圧モータ１０の入口側の圧力を検出する（ステップＳ４）。排出圧力センサ（Ｐ４〜Ｐ６）は、油圧モータ１０の排出側の圧力を検出する（ステップＳ５）。
巻き付け段数算出手段２１は、巻き付け段数ｎおよび巻き付け直径係数を求める（ステップＳ６）。
索荷重算出手段２２は、巻き付け時であれば、入力圧力と排出圧力の圧力差Ｐｎ（ＭＰａ）×換算係数（１．１）×巻き付け直径係数を演算して、索荷重（Ｔｏｎ）を求める（ステップＳ７）。このとき、索荷重算出手段２２は、制御装置４０（図２参照）に索荷重（Ｔｏｎ）を表示する指令を送り、制御装置４０は表示部４０ａに索荷重（Ｔｏｎ）を表示する。

索荷重計測装置２０は、索荷重算出手段２２が求めた索荷重が予め設定した所定の閾値に到達したか否かを判定する（ステップＳ８）。所定の閾値は、ロープ３３の許容荷重を考慮して、ストーリング状態やレンダリング状態を確実に回避できる閾値が設定される。
そして、索荷重計測装置２０は、索荷重算出手段２２が求めた索荷重が所定の閾値に到達していないと判定した場合には、続いて、巻き取りが完了したか否かを判定する（ステップＳ９）。巻き取りが完了していない判定の場合は、ステップＳ１に戻り、ウインチ３０による巻き取り動作を継続し、巻き取りが完了した判定の場合は、処理を終了する。
このように、ロープ３３の繰り出しと巻き取りを交互に行うことにより、ロープ３３の損傷を防止することができる。
なお、本実施形態においては、索荷重計測装置２０は、巻き取りが完了するまで巻き取りを継続したが、繰り出し動作中において、ロープ３３の引張り荷重が減少してロープ３３が弛んだことを検出し、ウインチ３０に繰り出し動作から巻き取り動作に移行する指令を送るようにしてもよい。

一方、索荷重計測装置２０は、索荷重算出手段２２が求めた索荷重が所定の閾値に到達したと判定した場合には、ロープ３３を繰り出す指令をウインチ３０の制御装置４０に送り、繰り出し動作が開始される（ステップＳ１０）。そして、ステップＳ２に戻る。このとき、索荷重計測装置２０は、索荷重算出手段２２が求めた索荷重が所定の閾値に到達したと判定したことを制御装置４０の表示部４０ａに表示するとともに、作業者にパトライト（登録商標）による光の点滅や警報音等により警告するようになっている。

続いて、本実施形態に係る索荷重計測装置２０の作用効果について説明する。
索荷重計測装置２０は、圧力センサ（Ｐ１〜Ｐ６）を設けて比較的簡単なプログラム処理により、荷重が変化する動的なロープ３３の引張り荷重を高精度に算出することができる。

また、予め設定された換算係数を用いて種々の変動要因を網羅的に総合して処理することで、あえて油圧モータ１０の駆動力を算出するまでもなく、リアルタイムに刻々と変化する牽引索の引張り荷重を高精度に収集することができる。
そして、ウインチ３０の動作の変化を迅速に把握することができるため、ストーリング状態やレンダリング状態に陥る前に適正な繰り出し動作を行わせることで、ストーリング状態やレンダリング状態を効果的に抑制することができる。
また、索荷重計測装置２０は、繰り出し動作中においても、例えば、ロープ３３の引張り荷重が減少してロープ３３が弛んだことを検出した場合には、ウインチ３０に繰り出し動作から巻き取り動作に移行する指令を送るようにする。

このため、索荷重計測装置２０は、過酷な状況下において、威力を発揮する。例えば、港の沖合いに錨を下ろした船舶、海洋構造物等においては、通常の状態では、ウインチ３０は、ブレーキ装置４１等の固定装置でロープ３３を固定した状態で、その位置を維持、固定しているが、台風の接近等による悪天候による強風や波浪の影響で、船舶、海洋構造物等が流されたり、激しく揺動したりする場合がある。この状態でウインチ３０をそのままにしておけば、ウインチ３０やロープ３３が破損、破断等が発生し、その結果、漂流したり座礁したりする恐れがある。この場合、ウインチ３０やロープ３３が破損、破断を回避し、船舶、海洋構造物等を安定した状態に維持、固定するために、ブレーキ装置４１を解除し、油圧モータ１０を運転し、索荷重計測装置２０によりロープ３３の引張り荷重を計測してストーリング状態やレンダリング状態を効果的に抑制しながらロープ３３の巻き取り、繰り出しを行う。

索荷重計測装置２０の制御装置４０は、過大な引張り荷重が作用したその時、ロープ３３に作用する荷重が許容範囲を超えているかをリアルタイムに判定し、作用した荷重が許容荷重を超えている場合は、ロープ３３を繰り出して、ロープ３３の損傷を回避する。強風が弱まったときにロープ３３を巻き取り、元の位置に戻る。このように、ロープ３３の繰り出しと巻き取りとを木目細かく行うことにより、ウインチ３０、ロープ３３の損傷を回避することができる。

なお、本発明はその技術思想の範囲内で種々の改造、変更が可能である。
例えば、巻き付け段数算出手段２１は、ここではロープ３３の直径とドラム３６の幅からロープ３３の巻き付け段数を演算して求めるが、その他の方法、例えば、ドラム３６のフランジ部に通し孔を設け、発光用と受光用の組み合わせからなる光センサをこの通し孔に複数セット配置し、ロープ３３の巻き付け段数を直接検出する方法であっても構わない。
なお、ウインチには、係船用ウインチのほか、ウインドラス（揚錨機）、係留用ウインチ、キャプスタン、ムアリングウィンチ、カーゴウインチ、ガイウインチ、トッピングウインチ、ランプドア用ウインチ、網巻ウインチ、観測ウインチ、ロープリール等を含むものとする。
また、巻き取り、繰り出しの制御は、制御装置４０の演算結果からの電気信号を、図示しないレバー８の遠隔操作器の制御信号として使用した自動制御としても構わない。

２ケーシング
３方向切換弁
４第１分配弁
５ａロータ
５ｄ第１作動室
５ｅ第２作動室
５ｆ第３作動室
５ｇ駆動軸
６第２分配弁
８レバー
９油圧ポンプ
９ａ電気モータ
９ｂリリーフ弁（ポンプリリーフ）
１０油圧モータ
２０索荷重計測装置
２０ａ演算処理手段
２１巻き付け段数算出手段
２２索荷重算出手段
３０ウインチ（油圧式ウインチ）
３３ロープ（牽引索）
４０制御装置
４０ａ表示部
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３入力圧力センサ
Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６排出圧力センサ
Ｐ７位置センサ
Ｐ８回転センサ

Claims

牽引索を巻き取るドラムと、このドラムを駆動する油圧モータと、この油圧モータを制御する制御装置と、を有する油圧式ウインチによる牽引索の引張り荷重を計測する索荷重計測装置であって、
前記油圧モータの作動室に供給される入力側の作動油の入力圧力を検出する入力圧力センサと、
前記作動室の排出側の作動油の排出圧力を検出する排出圧力センサと、
前記入力圧力と前記排出圧力の圧力差に予め実験して設定された換算係数を乗算して前記牽引索の引張り荷重を算出する索荷重算出手段と、
前記牽引索の巻き取りと繰り出しを切り換える前記油圧モータの方向切換弁の切り換え位置を検出する位置センサと、を備え、
巻き取り時において、前記索荷重算出手段により算出した前記牽引索に作用する引張り荷重が予め設定した所定の閾値に到達した場合には、前記制御装置に前記牽引索を繰り出す指令を送り前記方向切換弁を切り換えて前記油圧モータを逆転させるとともに、
前記換算係数は、前記油圧式ウインチの巻き取り動作時と繰り出し動作時で異なる換算係数を設定すること、
を特徴とする索荷重計測装置。
前記ドラムの回転数および回転方向を検出する回転センサと、
この回転センサにより求めた回転数から前記牽引索を前記ドラムに巻き取る際の巻き付け段数を算出する巻き付け段数算出手段と、を備え、
前記換算係数は、前記巻き付け段数算出手段により求めた巻き付け段数から算出した前記ドラムの巻き付け直径係数を含むことを特徴とする請求項１に記載の索荷重計測装置。