JP6054795B2

JP6054795B2 - 巻上機寿命計算装置

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Publication number: JP6054795B2
Application number: JP2013070982A
Authority: JP
Inventors: 裕吾及川
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: EP2980001A4; CN104822618A; CN104822618B; EP3366634A1; WO2014156279A1; EP3366634B1; EP2980001B1; EP2980001A1; JP2014193760A

Description

本発明は、巻上機寿命計算装置に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２０１０−１８０００１号公報（特許文献１）がある。この公報には、「クレーンの寿命を荷重率及びその動作回数や動作時間を考慮した稼働状況に応じて精度良く推測するために必要な情報を得ることができるクレーンの稼働状況管理装置及びそれを備えたクレーンを提供する。」と記載されている。

特開２０１０−１８０００１号公報

前記特許文献１には巻上機の寿命を推測するため必要になる、巻上機の動作回数の計測について記載されている。しかし、特許文献１では「地切り回数及び上動作回数の双方をカウントする構成」で、下動作回数のカウントは行わない。このため、巻上機の寿命を精度良く推測することができない。

また、特許文献１では荷重ごとの動作回数と運転時間の計測だけで、休止時間の計測を行わない。そのため、巻上機の寿命を総合的に判断する測定値の一つである、運転時間と休止時間の比、すなわち使用頻度が正確に計測できない。

上記課題を考慮し、本発明は、精度良く巻上機の寿命を推測できる巻上機寿命計算装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、例えば、巻上及び巻下動作などの動作を行なう巻上機の寿命を計算する巻上機寿命計算装置であって、巻上機の吊荷の荷重を巻上機の制御インバータの電流値とモータの回転数から計算する荷重計算部と、前記荷重計算部で算出した荷重ごとの巻上機の上動作回数及び下動作回数の双方をカウントする動作回数測定部と、前記荷重計算部で算出した荷重ごとの運転時間をカウントする運転時間測定部と、前記運転時間測定部で測定した荷重ごとの運転時間から荷重率を算出し、また、得られた荷重率から巻上用装置の残存寿命を計算する残存寿命算出部と、を有し、運転時間測定部で測定した荷重ごとの運転時間から、運転時間と休止時間の割合である負荷時間率を測定する負荷時間率測定部を有することを特徴とする巻上機寿命計算装置。

本発明によれば、精度良く巻上機の寿命を推測できる巻上機寿命計算装置を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

巻上機寿命計算装置の構成図の例である。インバータ式クレーン装置の全体構成を示す斜視図の例である。インバータ式クレーン装置の主要部の構成を示すブロック図の例である。処理の開始タイミングを示すフローチャートの例である。荷重判別部の処理を説明するフローチャートの例である。運転時間測定部の処理を説明するフローチャートの例である。動作回数測定部の処理を説明するフローチャートの例である。負荷時間率計測部の処理を説明するフローチャートの例である。運転時間保存処理方法の例である。ＰＣなどで表示する場合の表示例である。巻上横行インバータ制御部の表示関係の構成例である。巻上横行インバータ制御部で表示させる場合の表示例である。出力周波数別の荷重判別値の例である。出力周波数別の荷重判別値の例である。

以下、実施例を図面を用いて説明する。
図１は、巻上機寿命計算装置の構成図の例である。図２は本実施例による巻上機寿命計算装置を設置するインバータ式クレーン装置の全体構成を示す斜視図、図３はインバータ式クレーン装置の主要部の構成を示すブロック図である。

まず、図１を用いて巻上機寿命計算装置と巻上機との関連動作について概要を説明する。入力装置より、入力された動作指示により、巻上機の制御部が駆動部であるモータ動作させ、また、モータに近接するブレーキを開放するように動作させるよう制御し、巻上機を駆動する。そして、モータの動作状況のデータが制御部に送られ、制御部では、表示部に対して表示制御を行い、運転内容と対応する運転状況をリストにした情報を表示する。また、表示部で表示したリストを印刷することが可能であってもよい。

次に図２を用いて、インバータ式クレーン装置の全体構成について説明する。
インバータ式クレーン装置１００は、クレーンフック１、ワイヤーロープ２、巻上誘導電動機３、巻上用装置４、横行誘導電動機５、横行用装置６、横行用ガーダー７、走行誘導電動機８、走行用装置９、走行用ガーダー１０、巻上・横行インバータ装置（主制御部と称す。）１１、後述する巻上・横行インバータ制御部１２、操作入力装置１３、後述する巻上用インバータ１４、後述する横行用インバータ１５、後述する誘導電動機用ブレーキ１６、走行用インバータ装置１７、後述する走行インバータ制御部１８および後述する走行用インバータ１９から構成されている。

インバータ式クレーン装置１００は、クレーンフック１に取り付けた荷物を、巻上誘導電動機３を備えた巻上用装置４によりワイヤーロープ２を巻上巻下することでＺ方向（Ｚ方向、−Ｚ方向の矢印で示す。）即ち、上下方向に荷物を移動する。また、Ｘ方向（Ｘ方向、−Ｘ方向の矢印で示す。）には、横行誘導電動機５を備えた横行用装置６と、横行用ガーダー７によりＸ方向に移動する。また、Ｙ方向（Ｙ方向、−Ｙ方向の矢印で示す。）には、走行誘導電動機８を備えた走行用装置９と走行用ガーダー１０によりＹ方向に移動する。

次に、図３を用いてインバータ式クレーン装置の制御構成につき説明する。
巻上誘導電動機３と横行誘導電動機５は、巻上・横行用インバータ装置１１に格納された図３の巻上・横行インバータ制御部１２により制御される。即ち、オペレータが操作入力装置１３からの所定の指示を入力すると、巻上・横行インバータ制御部１２は、巻上用インバータ１４と横行用インバータ１５を制御し、巻上用インバータ１４と横行用インバータ１５から制御に必要な周波数、電圧、電流を巻上誘導電動機３と横行誘導電動機５に加え、同時に誘導電動機用ブレーキ１６を開放制御することで、クレーンフック１に取り付けられた荷物が、落下することなくＺ方向に移動させる。横行用装置６の場合、横行用ガーダー７に沿って巻上用装置４をＸ方向に移動させる。

同様に走行用装置９に取り付けてある走行誘導電動機８は、オペレータが操作入力装置１３からの所定の指示を入力すると、走行用インバータ装置１７に格納された図３の走行インバータ制御部１８が走行用インバータ１９を制御し、走行用インバータ１９から制御に必要な周波数、電圧、電流を走行誘導電動機８に加え、同時に誘導電動機用ブレーキ１６を開放制御することで、走行用ガーダー１０に沿って巻上用装置４をＹ方向に移動させる。

また、巻上用インバータ１４は、電流測定部２０を有する。電流測定部２０は、巻上用誘導電動機３を駆動するための電流値を測定する。

また、巻上・横行インバータ制御部１２は、荷重変換部２１を有する。荷重変換部２１は、電流測定部２０で測定された電流値データを所定の計算によって荷重データに変換する。即ち、巻上用誘導電動機３を駆動するための電流値は、クレーンフック１に取り付けた荷物の重さに応じて電流値が変化するので、この電流値を荷重変換部２１で荷重データに変換することで、荷重を計測することができる。例えば、荷重が重くなれば、巻上用誘導電動機３を駆動する電流値は大きくなり、荷重が軽くなれば、巻上用誘導電動機３を駆動する電流値は小さくなる。

さらに、巻上・横行インバータ制御部１２は、スベリ量測定部２２を有する。スベリ量測定部２２は、巻上誘導電動機３の回転状況をパルス信号で出力するエンコーダ２３からの信号を回転数に換算し、運転周波数から算出される同期回転数と、測定した実回転数の差であるスベリ量を測定する。即ち、スベリ量は、クレーンフック１に取り付けた荷物の重さに応じてスベリ量が変化するので、このスベリ量を荷重変換部２１で荷重データに変換することで、荷重を計測することができる。例えば、荷重が重くなれば、巻上用誘導電動機３のスベリ量は大きくなり、荷重が軽くなれば、巻上用誘導電動機３のスベリ量は小さくなる。

ここで、インバータ制御の場合、定格速度以下の運転周波数で動作させる場合があるが、この場合、荷物の重さに応じて変化する電流値の変化量が、特に下げ方向の場合少なくなるため、精度よく判別することが難しいが、前記スベリ量による荷重判別の手段を持つことで、前記電流値の荷重判別と合わせて、精度良く荷重の判別が行える。

前記により検出した荷重はそのまま処理に使用するものとしてもよいがデータ量が膨大になる。そこで、本実施例では、巻上機の定格荷重（１００％）に対して、荷重無し（０％）、軽負荷（１〜２５％）、中負荷（２６〜５０％）、重負荷（５１〜７５％）、超重負荷（７６％〜）の５パターンに分類して処理に使用する。

なお、電流値と荷重データとの関係または、スベリ量と荷重データの関係は、前もって実験的に、あるいは、所定の計算により容易に求めることができることはいうまでもない。

荷重変換部２１の具体的な荷重判別方法を図４、５を用いて説明する。図４は荷重判別処理の開始タイミングを示すフロー図、図５は荷重判別処理のフロー図である。

荷重判別処理の開始は、例えば100msごとのソフトウェア割込み処理で、誘導電動機用ブレーキ１６が開放されたとき（Ｓ１）に、荷重判別処理を開始する（Ｓ４）。

荷重判別処理は、巻上機が加速中、減速中の状態の場合、前記電流値及びスベリ量が精度良く測定できないので一定速時に電流値及びスベリ量を測定する必要がある。そこで、図４に示すように「上」又は「下」方向の動作指示が有り（Ｓ１０１）、なおかつ、巻上用インバータ１４が巻上誘導電動機３へ出力する周波数を、巻上・横行インバータ制御部１２が指示する目標周波数と、実際に巻上用インバータ１４が出力している出力周波数を比較し（Ｓ１０２）、指示周波数と出力周波数が同じ、または、指示周波数より出力周波数の方が大きければ、一定速状態であるので、電流値、スベリ量を取得する（Ｓ１０３）。

前記の条件を満たさない場合は、荷重判別処理を初期状態に戻し処理を終了する（Ｓ１０９）。

なお、電流値とスベリ量は加速中、減速中などの巻上機の状態に関わらず、常時検出を行っている。

設定された取得回数の電流値、スベリ量の取得し（Ｓ１０４）、電流値とスベリ量の取得が完了したら、取得値のばらつきを抑えるため、例えば、５回分の取得値を保存後に（Ｓ１１０）、平均値を算出する（Ｓ１０５）。

電流値及び、スベリ量各々の平均値を算出し終えたら、取得値の合計値及び取得回数のカウンタをクリアする。（Ｓ１０６）そして、巻上用インバータ１４が出力している出力周波数の値と、設定された出力周波数の基準値（例えば３０Ｈｚ）とを比較し（Ｓ１０７）、基準値以下である場合、スベリ量を荷重判別のパラメータとして使用し、スベリ量平均と操作方向とから荷重クラスを判定する（Ｓ１０８）、一方基準値より大きい場合は電流値を荷重判別のパラメータとして使用し、電流値平均と操作方向とから荷重クラスを判定する（１１２）。

また、巻上機の動作方向（Ｚ方向）により、電流値、スベリ量は変化するので、荷重判別のパラメータには動作方向も判断する必要があるが、動作方向は操作入力装置１３から巻上・横行インバータ制御部１２への入力を確認すれば動作方向が分かる。

ここで、出力周波数により電流値またはスベリ量どちらか一方を荷重判別のパラメータに使用せず、両方を荷重判別のパラメータに使用してもよい。

前記により荷重を判別するパラメータが揃ったら、前もって図１３、図１４のように決めている、区分にそって、荷重を５パターンに分類する。例えば、出力周波数６０Ｈｚ、上方向の動作で電流値を１１Ａと検出した場合、荷重判別は中負荷と判別する（Ｓ１１２）。

次に図４に示した運転時間測定処理Ｓ５について説明する。図３に示すように巻上・横行インバータ制御部１２は、運転時間測定部２４を有する。運転時間測定部２４は、巻上・横行インバータ制御部１２が開放制御する、誘導電動機用ブレーキ１６の開放制御時間を測定し積算する。即ち、総運転時間を測定する。

さらに、運転時間測定部２４は、前記荷重判別処理により判別した荷重区分ごとの誘導電動機用ブレーキ１６の開放制御時間を測定し積算する。即ち、荷重区分ごとの運転時間を測定する。

運転時間測定部２４の具体的な運転時間測定方法を図４及び６を用いて説明する。図６は運転時間測定処理のフロー図である。

運転時間測定処理の開始は、例えば１００ｍｓごとのソフトウェア割込み処理で、誘導電動機用ブレーキ１６が開放されたとき（Ｓ１）に、荷重判別処理（Ｓ４）終了後、運転時間測定処理を開始する（Ｓ５）。

運転時間測定処理は処理が実行される度にまず、総運転時間のカウントを１進める（Ｓ２０１）。次に、判別した荷重区分から、各荷重区分ごとの運転時間のカウントを１進める（Ｓ２０６〜Ｓ２１０）。前記により総運転時間と荷重区分ごとの運転時間を測定できる。

なお、運転時間の積算した回数に対する実際の運転時間への換算は、運転時間測定処理の実行間隔で決定されることはいうまでもない。

次に図４に示した動作回数測定処理Ｓ６について説明する。図３に示すように巻上・横行インバータ制御部１２は、動作回数測定部２５を有する。動作回数測定部２５は、巻上・横行インバータ制御部１２が開放制御する、誘導電動機用ブレーキ１６の状態が開放された後、元に戻るときの回数を前記荷重判別処理により判別した荷重区分ごとに積算する。即ち、荷重区分ごとの動作回数を測定する。

動作回数測定部２５の具体的な動作回数測定方法を図４、７を用いて説明する。図７は動作回数測定処理のフロー図である。

図４で示すように、動作回数測定処理の開始は、例えば100msごとのソフトウェア割込み処理で、誘導電動機用ブレーキ１６が開放されたときに、ブレーキ開放フラグを１にセットし（Ｓ２）、誘導電動機用ブレーキ１６が制動されたときに、ブレーキ開放フラグを０にセットする（Ｓ３）。前記のようにブレーキ開放フラグの操作を行ってから動作回数測定処理を開始する（Ｓ６）。

図７に示すように、動作回数測定処理は処理が実行される度にまず、ブレーキ開放フラグの状態を確認し（Ｓ３０１）、また、ブレーキの動作状態も合わせて確認する（Ｓ３０２）。ブレーキ開放フラグが１、なおかつ、ブレーキが制動状態ならば、ブレーキ開放フラグを０にセットする（Ｓ３０３）。

ブレーキ開放フラグを０にセットしたら、総動作回数のカウントを１進める（Ｓ３０４）。次に、判別した荷重区分から、各荷重区分ごとの動作回数のカウントを１進める（Ｓ３０６〜Ｓ３１０）。前記により総動作回数と荷重区分ごとの動作回数を測定できる。

次に図４に示した負荷時間率測定処理Ｓ７について説明する。まず残存寿命の算出に関して説明する。図３に示すように巻上機の残存寿命を算出するために巻上・横行インバータ制御部１２は、残存寿命算出部２６を有する。残存寿命算出部２６は前記により検出した、荷重区分別の運転時間より、残存寿命の算出を行う。

残存寿命算出部２６が行う巻上機の残存寿命算出の具体的な方法について説明する。巻上機の残存寿命はまず、[数１]にもとづいて荷重率を算出する。

[数１]の荷重区分別の運転時間、総運転時間は前記により測定した値を、また、荷重割合は図１３、１４に記載している値を用いる。

次に、[数１]により算出した荷重率を、巻上機を一般的に使用した場合の荷重率０．６３で除算し、（数２）より価荷重率を算出する。

（数２）
等価荷重率＝（荷重率/０．６３）^３

次に、（数３）より価運転時間を算出する。ここで、総運転時間は前記により測定した値を用いる。

（数３）
等価運転時間＝総運転時間×等価荷重率

前記により、等価運転時間および、等価荷重率が判明したら、（数４）により残存寿命を算出する。

（数４）
残存寿命＝設定総運転時間×等価運転時間

（数４）の設定総運転時間は、巻上機の仕様から判断できるので、残存寿命算出部２６に初期値を設定しておけばよい。また、設定総運転時間は、後で変更可能にしておいてもよい。

ここで、残存寿命は前記により判明するが、巻上機の残存寿命を総合的に判別するために巻上機の休止時間と運転時間の比、すなわち、負荷時間率が必要である。これは、短時間で集中的に巻上機を運転した場合、巻上誘導電動機３や巻上用インバータ１４などに負荷が掛かるからである。

負荷時間率を測定するために、巻上・横行インバータ制御部１２は、負荷時間率測定部２７を有する。負荷時間率測定部２７は、巻上・横行インバータ制御部１２が開放制御する、誘導電動機用ブレーキ１６の開放制御時間を測定することで、運転時間及び、休止時間を判断し負荷時間率を算出する。

負荷時間率の具体的な測定方法を図４、８を用いて説明する。図８は負荷時間率測定処理のフロー図である。

まず、負荷時間率の一般的な算出について説明する。負荷時間率は、６０分間の間に何分間運転している時間があるのかを、単位％ＥＤを用いて表す。運転時間の測定は前記の誘導電動機用ブレーキ１６の動作状態を確認することで行えるので、休止時間の測定も同じく誘導電動機用ブレーキ１６の動作状態を確認することで行える。

負荷時間率の計測は図４のように例えば１００ｍｓごとのソフトウェア割込み処理で、誘導電動機用ブレーキ１６の状態によらず、常時、負荷時間率測定処理を行う（Ｓ７）。

負荷時間率測定処理は処理が実行される度にまず、誘導電動機用ブレーキ１６の動作状態を確認し運転中か停止中か判別する（Ｓ４０１）。運転中ならば運転時間累計に１００ｍｓを加算する（Ｓ４０２）。

次に、運転時間累計と停止時間累計の合計が１分以上か確認する（Ｓ４０３）。１分未満ならば負荷時間率計測の割込み処理を終了する。１分以上の場合、運転時間保存処理（Ｓ４０４）を実施する。

ここで、運転時間保存処理（Ｓ４０４）について図９を用いて説明する。運転時間保存処理（Ｓ４０４）は例えば１分間の運転時間を過去６０個すなわち、過去６０分間の運転時間を保存できるように、巻上・横行インバータ制御部１２の記憶部２８に６０個分の保存領域を設ける（［１］）。保存領域は、例えば、最新の運転時間を保存する領域を領域１、次に新しい運転時間を保存する領域を領域２、以下順番で、一番古い運転時間を保存する領域を領域６０とする。

次に、運転時間保存処理（Ｓ４０４）が実行されるたびに、前記領域に保存したデータで、一番古いデータを消去する（［２］）。一番古いデータの判断は、前記記憶部に６０個分の領域を取った時点で、例えば領域１のアドレスは００１、領域２のアドレスは００２、・・・領域６０のアドレスは０６０のようにアドレスが自動的に割り付けられる。このアドレスは連続しているのでアドレスを確認すれば、一番古いデータが判別できる。

次に、領域５９のデータを、領域６０に移動させ、さらに領域５８のデータを、領域５９に移動させる処理を、領域１のデータをデータ２に移動させるまで繰り返す（［３］）。

次に、最新の運転時間を領域１に保存（［４］）することで、過去６０分間の運転時間を保存することができる。

運転時間保存処理（Ｓ４０４）が終了したら、運転時間累計と停止時間累計をクリアする（Ｓ４０５）。クリアすることで、次の１分間の運転時間が測定可能になる。

次に、１５分間の負荷時間率を算出する（Ｓ４０６）。算出方法は運転時間保存処理（Ｓ４０４）で保存した最新のデータから１５分間分の運転時間を合計し、合計した運転時間を１５分で除算することで、１５分間の負荷時間率を算出することができる。ここで、算出した１５分間の負荷時間率は、前回算出した１５分間の負荷時間率と比較し、大きい方を最大値として保存してもよい。

次に、３０分間の負荷時間率（Ｓ４０７）、４５分間の負荷時間率（Ｓ４０８）、６０分間の負荷時間率（Ｓ４０９）を算出し、負荷時間率計測処理を終了する。各時間間隔の負荷時間率算出処理の方法は、１５分間の負荷時間率算出処理と同様であること、また、各時間は言うまでもない。また、負荷時間率算出処理の各時間間隔を増やしたり、短くするなどの変更は容易であることは言うまでもない。

前記により、測定や算出したデータが、電源が遮断される度に消去されると、データの蓄積ができないので意味がない。そこで、電源が遮断された際に消去されないよう保存する必要がある。

保存する方式としては、巻上・横行インバータ制御部１２にある記憶部２８に保存する。また、ハードディスクやＵＳＢ等の外部記憶装置に保存しても良い。前記により、測定や算出したデータを出力する形式として、例えばＰＣに接続し図１０のような図象を表示すれば、ひと目で測定や算出したデータが分かり、巻上機の残存寿命を総合的に判断することが容易である。

また、一般的なインバータ式クレーン装置の制御部に搭載されているデジタル表示器で測定や算出したデータを表示してもよい。本実施例ではデジタル表示器で測定や算出したデータを表示する方法を、図１１、図１２を用いて説明する。

測定や算出したデータを表示するため図１１のように、巻上横行インバータ制御部１２に、文字を表示させることが出来るデジタル表示器である７セグメントＬＥＤ表示器２９と、表示を操作するためのスイッチ３０を４つ備える。

図１２に７セグメントＬＥＤ表示器２９で表示させる、測定や算出したデータの表示構成及び表示させる操作方法の例を示す。

例えば、運転時間を表示させたい場合の操作は、初期表示が動作回数なので下矢印スイッチを操作し運転時間を選択する。運転時間を選択後、右矢印スイッチを操作すると総運転時間が表示される。次に、下矢印スイッチを操作すると無負荷の運転時間が表示される。以下下矢印スイッチまたは上矢印スイッチを操作すれば、総運転時間と荷重区分ごとの運転時間を表示することができる。

本実施例により、巻上機の残存寿命を表示することができ、休止時間も含めた稼働状況の計測を行うことで、精度の良い巻上機の負荷時間率すなわち使用頻度を計測し表示することができる、巻上機寿命計算装置を提供することができる。

さらに、総動作回数、荷重別の動作回数、総運転時間、荷重別運転時間を測定し表示することができるので、巻上機の寿命を推測する上での判断材料も提供することができる。

１：クレーンフック
２：ワイヤーロープ
３：巻上誘導電動機
４：巻上用装置
５：横行誘導電動機
６：横行用装置
７：横行用ガーダー
８：走行誘導電動機
９：走行用装置
１０：走行用ガーダー
１１：巻上・横行インバータ装置
１２：巻上・横行インバータ制御部
１３：操作入力装置
１４：巻上用インバータ
１５：横行用インバータ
１６：誘導電動機用ブレーキ
１７：走行用インバータ装置
１８：走行インバータ制御部
１９：走行用インバータ
２０：電流測定部
２１：荷重変換部
２２：スベリ量測定部
２３：エンコーダ
２４：運転時間測定部
２５：動作回数測定部
２６：残存寿命算出部
２７：負荷時間率測定部
２８：記憶部
２９：７セグメントＬＥＤ
３０：操作スイッチ

Claims

巻上及び巻下動作などの動作を行なう巻上機の寿命を計算する巻上機寿命計算装置であって、
巻上機の吊荷の荷重を巻上機の制御インバータの電流値とモータの回転数から計算する荷重計算部と、
前記荷重計算部で算出した荷重ごとの巻上機の上動作回数及び下動作回数の双方をカウントする動作回数測定部と、
前記荷重計算部で算出した荷重ごとの運転時間をカウントする運転時間測定部と、
前記運転時間測定部で測定した荷重ごとの運転時間から荷重率を算出し、また、得られた荷重率から巻上用装置の残存寿命を計算する残存寿命算出部と、を有し、
前記運転時間測定部で測定した荷重ごとの運転時間から、運転時間と休止時間の割合である負荷時間率を測定する負荷時間率測定部を有することを特徴とする巻上機寿命計算装置。
請求項１に記載の巻上機寿命計算装置であって、
前記負荷時間率を、時間区分ごとに表示可能な表示部を有することを特徴とした巻上機寿命計算装置。