JP6275590B2

JP6275590B2 - クレーン

Info

Publication number: JP6275590B2
Application number: JP2014172258A
Authority: JP
Inventors: 欣也市村
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: 2014-08-27
Filing date: 2014-08-27
Publication date: 2018-02-07
Anticipated expiration: 2034-08-27
Also published as: JP2016044072A

Description

本発明は、クレーンに関し、より詳細には、重厚長大化を抑えつつ、走行装置による走行に起因するブームの走行装置の走行方向の揺れを低減して操作性を向上できるクレーンに関する。

橋形クレーンでは走行装置による走行に起因してクレーンの脚部などがたわんでブームが走行方向に揺れる。ある程度の時間が経過してもこのブームの揺れが収束しない場合には、ブーム上に配置されたトロリも揺れ続けて、トロリから吊り下げられる吊具と荷との位置を合わすことができなくなる。

このようにブームの揺れによりクレーンの操作性が悪化すると荷役作業時間が長期化して船の運搬スケジュールに遅れが生じる。そのため、クレーンの運転中のブームの揺れを防止して、操作性を向上するためにクレーンの脚部には高い剛性が求められていた。しかし、高剛性を実現するには、クレーンの脚部などの断面係数を大きくする必要があり、橋形クレーンの重厚長大化の原因となっていた。

クレーンではないが、重量の増大を抑制しながら構造物の剛性を向上することを目的として、懸架された鋼材桁の下面に炭素繊維補強部材を接着剤により接合した橋梁が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この橋梁は、鉛直荷重による曲げモーメントが鋼材桁下面では引張応力となることから鋼材桁と炭素繊維とを接合することで引張強度を向上している。

橋形クレーンの操作性を最も阻害するのはクレーンの走行に起因するブームの走行方向の揺れであり、鉛直荷重に対する強度向上や静的たわみの抑制では、橋形クレーンの動的な揺れの抑制には効果がない。そのため、特許文献１の発明を単純に利用しても有効な解決策とはならない。

特開２００３−１９３４２５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、その課題は、重厚長大化を抑えつつ、走行装置による走行に起因するブームの走行装置の走行方向の揺れを低減して操作性を向上できるクレーンを提供することである。

上記の課題を解決するための本発明のクレーンは、下部構造体と、この下部構造体の上端に接合された上部構造体とを備え、前記下部構造体が、下端部に走行装置が取り付けられた複数本の脚部と、前記走行装置の走行方向に対置された前記脚部どうしを連結する接合部材とを有し、前記脚部が矩形状横断面の箱型鋼構造物であり、前記上部構造体が、前記下部構造体に対して前記走行装置の走行方向と直交する一方向に張り出したブームを有するクレーンにおいて、前記脚部の前記走行装置の走行方向に対置された少なくとも一方の壁面に直接的または間接的に接合され、前記脚部に沿って上下方向に延在する炭素繊維補強部材を備え、この炭素繊維補強部材が上下方向に延びる多数本の炭素繊維を含んでい
ることを特徴とする。

本発明のクレーンによれば、クレーンが走行装置により走行して脚部が走行装置の走行方向にたわむ際に脚部の引張側となる壁面に鋼材と比較して引張応力に対する伸びが小さい炭素繊維で構成された炭素繊維補強部材が接合されているので、脚部の高剛性化に伴う重厚長大化を抑制しつつ、脚部のたわみを抑制できる。これにより、脚部のたわみを起因とする下部構造体の水平振動やねじれ振動の発生が抑制されて、ブームの揺れを低減できるので、荷の位置合わせなどのクレーンの操作性を向上できる。

また、脚部の断面係数やその壁面の厚みを小さくしても、炭素繊維補強部材による補強によって脚部にたわみ難さを一定水準以上に維持できるので、脚部の軽量化には有利になる。

ここで、前記炭素繊維補強部材が、前記脚部の前記走行装置の走行方向に対置されたそれぞれの壁面の外側面に、その脚部の全長に渡って連続して延在する構成にすることもできる。この構成によれば、炭素繊維補強部材よって脚部の全長に渡って脚部のたわみを抑制でき、ブームの揺れをより低減できる。なお、走行装置の走行方向に対置された両方の壁面のそれぞれに炭素繊維補強部材が接合されると、ブームの揺れの振幅を抑制するには有利になる。

また、前記炭素繊維補強部材が、前記脚部の前記走行装置の走行方向に対置されたそれぞれの壁面の内側面に、その脚部の全長に渡って連続して延在する構成にすることもできる。この構成によれば、炭素繊維補強部材が脚部の内部に配置されるので、炭素繊維補強部材の炭素繊維の紫外線による劣化や経年劣化を防ぐ。

また、前記炭素繊維補強部材が、前記接合部材の表面上に連続して延在してこの接合部材の表面に接合されている構成にすることもできる。この構成によれば、炭素繊維補強部材が接合部材にも接合されることで、脚部と接合部材との接合部も補強できるので、より下部構造体の水平振動やねじれ振動の発生を抑制する。

また、前記脚部が、前記走行装置の走行方向に対置された壁面の内側面または外側面の少なくとも一方の面から垂直に突設される突出部材を有し、この突出部材の突出端部に前記炭素繊維補強部材が接合されている構成にすることもできる。

この構成によれば、脚部の壁面に炭素繊維補強部材を直接的に接合できない場合にでも、脚部の壁面から突出している突出部材を介して間接的に炭素繊維補強部材を接合できる。なお、この突出部材としては、脚部の壁面の内側面から突出して脚部の壁面の座屈を防止する座屈防止部材を例示できる。

本発明のクレーンの第一実施形態を例示する側面図である。図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ部分拡大図であり、図３（ａ）は炭素繊維補強部材を一部厚く接着した状態、図３（ｂ）は炭素繊維補強部材を積層した状態を例示する。図１のクレーンが走行した際の変形状態を例示する説明図である。図１のクレーンが走行した際の別の変形状態を例示する説明図である。本発明のクレーンの第二実施形態を例示する側面図である。図６のＶＩＩ−ＶＩＩ部分拡大図である。本発明のクレーンの第三実施形態を例示する側面図である。図８のＩＸ−ＩＸ断面図の一例である。図８のＩＸ−ＩＸ断面図の他の例である。

以下、本発明のクレーンの実施形態について説明する。なお、図中では、走行装置の走行方向をｘ方向とし、ブームの張り出す方向をｙ方向（ｘ方向と直交する方向）とし、脚部の立設方向をｚ方向（ｘ方向及びｙ方向と直交する方向）とする。

図１に例示する第一実施形態のクレーン１Ａは下部構造体１０と上部構造体２０と複数の炭素繊維補強部材３０とを備える橋形クレーンである。下部構造体１０は走行装置１１と脚部１２とシルビーム１３とタイビーム１４とポータルタイビーム１５とを有している。下部構造体１０の上部に支持される上部構造体２０はガーダ２１とブーム２２とマスト２３とトロリ２４とワイヤーロープ２５とスプレッダ２６と運転室２７と機械室２８とを有している。

走行装置１１のそれぞれは下部構造体１０の下端の四隅に配置されて、岸壁２の縁２ａに沿って延設されたレール上をｘ方向に走行する。脚部１２のそれぞれは各走行装置１１の上端から上方に立設されている。また、ｘ方向に対向配置された海側の各脚部１２とｘ方向に対向配置された陸側の各脚部１２とがｙ方向に対向配置されている。シルビーム１３とタイビーム１４とはｘ方向に対向配置された脚部１２同士を接合する接合部材である。また、このシルビーム１３はｘ方向に延設されて、そのｘ方向の端部が対向配置された脚部１２のそれぞれの下端に接合されている。タイビーム１４はｘ方向に延設されて、そのｘ方向の端部が対向配置された脚部１２のそれぞれの上端に接合されている。ポータルタイビーム１５はｙ方向に延設されて、ｙ方向に対向配置された脚部１２同士を接合する。

ガーダ２１はｙ方向に延設されてタイビーム１４のそれぞれに接合され支持されている。ブーム２２はｙ方向に延設されて下部構造体１０からｙ方向の一方向に張り出している。また、このブーム２２は一端部がガーダ２１に接続され、その接続された部分を起点にして上方に起立可能に構成されている。マスト２３はガーダ２１とブーム２２とを支持している。トロリ２４はガーダ２１とブーム２２とをｙ方向に横行可能に構成されている。このトロリ２４を介してワイヤーロープ２５が垂下し、そのワイヤーロープ２５にスプレッダ２６が懸架されている。運転室２７はトロリ２４の後方側に配置されている。機械室２８はガーダ２１上に配置されて、トロリ２４の横行用ドラムやワイヤーロープ２５の巻き取り用ドラムなどの機器類が格納されている。

図２に示すように、脚部１２は鋼材により構成されている箱型鋼構造物で、ｘ方向に対向配置されている一対の壁面１６、１６とｙ方向に対向配置されている一対の壁面１７、１７とから横断面が矩形状に形成されている。

この脚部１２の内部には座屈防止部材としてのスティフナー１８と矩形状横断面の変形抑制部材としてのダイヤフラム１９とを有している。スティフナー１８は壁面１６の内側面１６ａ、又は壁面１７の内側面１７ａの面に垂直に突設されている。このスティフナー１８は脚部１２のｚ方向の一端部から他端部に渡って延設されている。ダイヤフラム１９はｘ−ｙ平面の板状に形成されてｚ方向に間隔を空けて複数配置されている。このダイヤフラム１９は各壁面１６及び各壁面１７に接合され、その平面の中央部が開口している。

そしてこのクレーン１Ａでは、炭素繊維補強部材３０がｘ方向に対向配置された各壁面１６の外側面１６ｂに接着されている。この炭素繊維補強部材３０はｚ方向を長さ方向とする多数本の炭素繊維３１に樹脂を含浸させて硬化させることによりシート状に形成され
ている。

炭素繊維３１の外径は例えば４μｍ〜１５０μｍであり、含浸させる樹脂は例えばエポキシ樹脂である。

シート状の炭素繊維補強部材３０の長さ（ｚ方向寸法）はクレーン１Ａが走行装置１１によってｘ方向に走行した際に引張応力が生じる脚部１２の範囲を網羅する長さであることが望ましい。特に、炭素繊維補強部材３０が脚部１２の下端部から上端部までの全長に渡って連続して延設されると、脚部１２の補強には有利になる。

また、炭素繊維補強部材３０の幅（ｙ方向寸法）は脚部１２の幅（ｙ方向寸法）よりも広く形成して、脚部１２からｙ方向にはみ出した部分が壁面１７にまで接着される構成にすることもできる。炭素繊維補強部材３０の幅は脚部１２の幅の５０％以上であることが好ましく、８０％以上が更に好ましい。

炭素繊維補強部材３０の厚さ（ｘ方向寸法）は一定でなくてもよい。図３の（ａ）に示すように、クレーン１Ａが走行装置１１によってｘ方向に走行した際に脚部１２に生じている引張応力が特に大きい部位１２ａではその他の部位よりも炭素繊維補強部材３０を厚くするとよい。また、図３の（ｂ）に示すように、クレーン１Ａが走行装置１１によってｘ方向に走行した際に脚部１２に生じる引張応力が特に大きい部位１２ａでは炭素繊維補強部材３０に別体の炭素繊維補強部材３２を積層してもよい。

図４及び図５に示すように、クレーン１Ａが走行装置１１によりｘ方向に走行すると、各脚部１２がｘ方向にたわもうとする。

詳しくは、図４に示す点線のように、海側の各脚部１２と陸側の各脚部１２とが同一方向にたわもうとすることがある。この場合、下部構造体１０は海側の各脚部１２と陸側の各脚部１２とが同位相に揺れ、ブーム２２がｘ方向に揺れる。

又は、図５に示す点線のように、海側の各脚部１２と陸側の各脚部１２とが異なる方向にたわもうとすることがある。この場合、下部構造体１０は海側の各脚部１２と陸側の各脚部１２とが逆位相に揺れ、ブーム２２がｘ方向に大きく揺れる。この逆位相の揺れはその揺れが継続する時間も長い。

例えば、クレーン１Ａの下部構造体１０のｙ方向の幅Ｌ１を３０ｍ、ブーム２２の張り出した長さＬ２を６５ｍとする。海側の各脚部１２と陸側の各脚部１２とがｘ方向の異なる方向に１０ｃｍずつたわむと、ブーム２２の先端は元の位置に対してｘ方向に±３１．６ｃｍの振幅で揺れることになる。このクレーン１Ａと同種のクレーンではブームが５ｃｍ程度揺れるとスプレッダ２６でコンテナを掴むことができなくなり、１ｍ程度揺れると荷役作業自体に支障を来す。

ところが、本発明のクレーン１Ａは、脚部１２の引張側となる各壁面１６に鋼材と比較して引張応力に対する伸びが小さい炭素繊維３１で構成された炭素繊維補強部材３０が接合されているので、各脚部１２のたわみが抑制される。

従って、このクレーン１Ａによれば、脚部１２を箱型鋼構造物のみで高剛性にせずに炭素繊維補強部材３０で補強することで、クレーン１Ａの重厚長大化を抑えつつ、脚部１２のたわみを起因とする下部構造体１０の水平振動やねじれ振動の発生を回避して、ブーム２２の揺れを低減できる。これにより、ブーム２２の揺れの影響によって、スプレッダ２６と荷との位置合わせが困難になること、その揺れが収まるまで作業を待機することなどがなくなるので、クレーン１Ａの操作性が向上する。

また、このクレーン１Ａによれば、脚部１２の断面面積や各壁面１６及び各壁面１７の厚みを小さくしても、炭素繊維補強部材３０による補強によって脚部１２にたわみ難さを一定水準以上に維持できるので、脚部１２の軽量化には有利になる。これにより、クレーン１Ａの製造コストを低減できるだけでなく、岸壁２の強度を必要以上に向上する必要もなくなり、建設費を低減できる。また、コンテナ船やバルク貨物船が大型化しても既存の岸壁強度の制限内に収まるクレーン１Ａを提供できる。

加えて、このクレーン１Ａによれば、炭素繊維補強部材３０が少なくとも脚部１２の下端部から上端部までの全長に渡って連続して延在するので、脚部１２の全域に渡って脚部１２のたわみを抑制できる。また、下部構造体１０に設けられた全ての壁面１６の外側面１６ｂのそれぞれに炭素繊維補強部材３０が対向接着されるので、クレーン１Ａが走行した際に脚部１２がｘ方向の左右に揺れても、引張応力が掛かる全ての部位に対してその引張応力に抵抗して脚部１２のたわみを抑制できる。

特に、上記のクレーン１Ａは、ブーム２２の揺れが収まるまでに長時間を有する逆位相の揺れに対して有効である。

なお、このクレーン１Ａにおいては、クレーン１Ａに対して外側に配置される壁面１６、又は内側に配置される壁面１６のどちらか一方に炭素繊維補強部材３０が対向接着される構成にすることもできる。

また、このクレーン１Ａにおいては、炭素繊維補強部材３０はｘ方向を長さ方向とする多数本の炭素繊維３１を含めば炭素繊維強化プラスチックや炭素繊維強化炭素複合材料などで構成することもできる。また、炭素繊維補強部材３０は炭素繊維３１を含有した材料をｚ方向に長さ方向を有する柱状に形成したもので構成することもできる。一つの壁面１６に対向接着される炭素繊維補強部材３０は一つに限定されずに、複数の炭素繊維補強部材３０がｚ方向に連続して対向接着されてもよい。

図６に例示する第二実施形態のクレーン１Ｂはクレーン１Ａと同様の構成のクレーンである。

但し、このクレーン１Ｂでは、炭素繊維補強部材３０がシルビーム１３からタイビーム１４までに渡って延設されて、壁面１６の外側面１６ｂとシルビーム１３の表面とタイビーム１４の表面に接着されている。

図７に示すように、一方の炭素繊維補強部材３０はクレーン１Ｂに対して外側に配置される壁面１６に対向接着されると共に、その炭素繊維補強部材３０の下端部が壁面１６から下方に突出してはみ出されている。そして、この下端部のはみ出された部位３３がシルビーム１３のｘ方向の端面１３ａに対向接着されている。

他方の炭素繊維補強部材３０はクレーン１Ｂに対して内側に配置される壁面１６に対向接着されると共に、その炭素繊維補強部材３０の下端部が壁面１６からシルビーム１３の延設方向であるｘ方向に湾曲して突出している。この下端部の湾曲部位３４を除いた突出した部位３５がシルビーム１３の上端面１３ｂに対向接着されている。

なお、炭素繊維補強部材３０の上端部も下端部と同様にタイビーム１４に接着されている。

上記のクレーン１Ｂによれば、第一実施形態と同様の効果を得ることに加えて、炭素繊維補強部材３０がシルビーム１３及びタイビーム１４にも接着されることで、脚部１２とシルビーム１３との接合部、及び脚部１２とタイビーム１４との接合部も補強でき、より下部構造体１０の水平振動やねじれ振動の発生を抑制する。

また、クレーン１Ｂに対して内側に配置される壁面１６に接合される炭素繊維補強部材３０の下端部が湾曲部位３４により緩やかに湾曲していることで、脚部１２とシルビーム１３とが離間しようとする際に互いを引き付ける力が伝達されてその接合部を補強する。この湾曲部位３４の曲率半径Ｒを大きくするとより力の伝達に有利である。

図８に例示する第三実施形態のクレーン１Ｃは脚部１２の内部の構成以外はクレーン１Ａと同様の構成のクレーンである。

図９に示すように、脚部１２はスティフナー１８とダイヤフラム１９とに加えて、突出部材として接合用スティフナー４０を有している。この接合用スティフナー４０は座屈防止部４１と複数の接合部４２とを有している。

座屈防止部４１はスティフナー１８と同様に壁面１６の内側面１６ａに垂直な方向に突設されている。この座屈防止部４１は脚部１２のｚ方向の一端部から他端部に渡って延設されている。複数の接合部４２はｚ方向に所定の間隔ごとに配置されて、座屈防止部４１に溶接されている。

そして、このクレーン１Ｃでは、炭素繊維補強部材３０が脚部１２の内側に配置されて、壁面１６の内側面１６ａに接合用スティフナー４０を介して間接的に接合されている。

炭素繊維補強部材３０はダイヤフラム１９の開口部内に配置されている。この炭素繊維補強部材３０はボルト締めにより接合用スティフナー４０の各接合部４２と接合されている。また、炭素繊維補強部材３０はダイヤフラム１９の開口部内に配置されているため、幅（ｙ方向寸法）が短くなるので、その分を補うように厚さ（ｘ方向寸法）を厚くすることが望ましい。

なお、図１０に示すように、炭素繊維補強部材３０が脚部１２の内側に配置されて、壁面１６の内側面１６ａに、突出部材として９０度アングルの形鋼材で構成された接合用スティフナー４３を介して間接的に接合されてもよい。

上記のクレーン１Ｃによれば、第一実施形態と同様の効果を得ることに加えて、壁面１６に炭素繊維補強部材３０を直接的に接合できない場合にでも、接合用スティフナー４０あるいは４３を介して間接的に脚部１２の壁面１６に炭素繊維補強部材３０を接合できる。

また、クレーン１Ｃによれば、炭素繊維補強部材３０が脚部１２の内部に配置されるので、炭素繊維３１の紫外線による劣化や経年劣化を防ぐには有利になる。

１Ａ、１Ｂ、１Ｃクレーン
１０下部構造体
１１走行装置
１２脚部
１３シルビーム
１４タイビーム
１６補強対象壁面
１６ａ内側面
１６ｂ外側面
１８スティフナー
１９ダイヤフラム
２０上部構造体
２２ブーム
３０炭素繊維補強部材
３１炭素繊維
４０、４３接合用スティフナー
４１座屈防止部
４２接合部

Claims

下部構造体と、この下部構造体の上端に接合された上部構造体とを備え、
前記下部構造体が、下端部に走行装置が取り付けられた複数本の脚部と、前記走行装置の走行方向に対置された前記脚部どうしを連結する接合部材とを有し、前記脚部が矩形状横断面の箱型鋼構造物であり、
前記上部構造体が、前記下部構造体に対して前記走行装置の走行方向と直交する一方向に張り出したブームを有するクレーンにおいて、
前記脚部の前記走行装置の走行方向に対置された少なくとも一方の壁面に直接的または間接的に接合され、前記脚部に沿って上下方向に延在する炭素繊維補強部材を備え、この炭素繊維補強部材が上下方向に延びる多数本の炭素繊維を含んでいることを特徴とするクレーン。
前記炭素繊維補強部材が、前記脚部の前記走行装置の走行方向に対置されたそれぞれの壁面の外側面に、その脚部の全長に渡って連続して延在する請求項１に記載のクレーン。
前記炭素繊維補強部材が、前記脚部の前記走行装置の走行方向に対置されたそれぞれの壁面の内側面に、その脚部の全長に渡って連続して延在する請求項１または２に記載のクレーン。
前記炭素繊維補強部材が、前記接合部材の表面上に連続して延在してこの接合部材の表面に接合されている請求項１〜３のいずれかに記載のクレーン。
前記脚部が、前記走行装置の走行方向に対置された壁面の内側面または外側面の少なくとも一方の面から垂直に突設される突出部材を有し、この突出部材の突出端部に前記炭素繊維補強部材が接合されている請求項１〜４のいずれかに記載のクレーン。