JP6280838B2

JP6280838B2 - 移動装置、巻上機、クレーン装置、及びそれらに用いる車輪寿命推測方法

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Publication number: JP6280838B2
Application number: JP2014166649A
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: 2014-08-19
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2034-08-19
Also published as: JP2016041629A; CN105366464A; CN105366464B

Description

本発明は、移動装置、巻上機、クレーン装置に用いる車輪の寿命推測方法に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２０１１−１９５２５３号公報（特許文献１）がある。この特許文献１には、「簡単な構成でシーブ溝の摩耗量を正確に計測することができるエレベータの綱車摩耗量測定装置を提供する。」と記載されている。

特開２０１１−１９５２５３号公報

前記特許文献１では、シーブの回転数をパルス発生器で検出し、基準位置間を移動したときの回転数変化に応じて、シーブ有効径を算出し、摩耗を判断している。

しかし、この方式を、車輪の回転によって対象物を移動させる移動装置として、例えば巻上機やクレーン装置の車輪摩耗検出に適用する場合、一般的なクレーン装置の場合、地面と水平方向に移動（横行）する際には、パルス発生器で位置を検出していないため、新たにパルス発生器を設ける必要がある。

そこで、本発明は、パルス発生器を用いることなく、車輪の寿命を推測することができ、また、横行した際の荷重を考慮することで、精度の良い、車輪寿命推測装置を提供する。

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、車輪の回転によって対象物を移動させる移動装置であって、車輪を駆動するモータと、モータを制御する制御装置とを有し、制御装置は、モータに指示する運転速度と運転時間と、対象物の荷重から等価運転距離を算出し車輪の寿命を推測する構成とする。

本発明によれば、パルス発生器を用いることなく、精度の良い、車輪寿命推測を行うことができる。

インバータ式クレーン装置の全体構成を示す斜視図である。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である。運転距離による車輪摩耗の進行度合いが、荷重により変化することを示すグラフである。加速・減速時間を考慮した運転距離算出例である。荷重区分ごとの運転距離合計保存方法と、荷重係数による等価運転距離の算出例である。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

図１は本実施例による車輪寿命推測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２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。

図１において、インバータ式クレーン装置は、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、操作入力装置１３、走行用インバータ装置１７から構成されている。

また、図２において、巻上・横行インバータ装置１１は、巻上・横行インバータ制御部１２、巻上用インバータ１４、横行用インバータ１５を有し、また、走行用インバータ装置１７は、走行インバータ制御部１８および走行用インバータ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、横行用装置６にある車輪を、横行誘導電動機５が回転させ、横行用ガーダー７に沿って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、走行用装置９にある車輪を、走行誘導電動機８が回転させ、走行用ガーダー１０に沿ってＹ方向に移動する。

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２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。これにより、巻上用装置４の場合は、クレーンフック１に取り付けられた荷物を落下することなくＺ方向に移動させる。横行用装置６の場合は、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２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。

なお、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、巻上・横行インバータ装置１１、操作入力装置１３からなる巻上、横行の機能を有す部分を巻上機（ホイスト）と称する。よって、クレーン装置は、巻上機と、走行用の機能を有する走行誘導電動機８、走行用装置９、走行用インバータ装置１７、及び横行用ガーダー７、走行用ガーダー１０で構成される。

図３は車輪の運転距離による車輪摩耗の進行度合いが、荷重により変化することを示すグラフである。図３によれば、車輪摩耗は運転距離が延びると増えるが、さらに、荷重が重くなれば車輪摩耗が進行する。よって、運転距離と、定格荷重に対する荷重の割合である荷重率が分かれば車輪摩耗が推測でき、横行用装置６の車輪および走行用装置９の車輪の寿命予測ができる。

運転距離（Ｘ方向、Ｙ方向）は、巻上・横行インバータ制御部１２、走行インバータ制御部１８が、横行用インバータ１５、走行用インバータ１９に出力する運転指示周波数と、巻上・横行インバータ制御部１２、走行インバータ制御部１８が指示する運転時間から算出する。運転時間は、例えば、誘導電動機用ブレーキ１６を開放する時間で検出しても良い。

一般的なインバータ式クレーン装置の場合、運転指示周波数６０Ｈｚの場合が定格速度になり、また、入力装置１３からの指示で、動作開始してから定格速度へ到達する加速時間と、入力装置１３からの指示を停止した時に、定格速度から停止するまでの減速時間の設定がある。精度の良い運転距離を算出するためには、前記加速時間、減速時間を考慮する必要がある。

例えば、横行用装置６、走行用装置９の定格速度０.５ｍ／ｓ、加速時間２秒、減速時間２秒で、運転指示が６秒間継続した場合は、図４の（Ａ）のように、運転距離は速度×時間で台形の面積を求めることになるので３ｍになる。また、定格速度に到達しない、例えば２秒の運転指示の場合は、図４の（Ｂ）のように、加速完了時間２秒の半分の１秒が加速領域となるので加速領域終了時点での運転速度は０.５ｍ／ｓの半分の０.２５ｍ／ｓとなり、運転距離は三角形の面積を求めることになるので０.２５ｍとなる。よって、運転するごとに、運転距離を算出することで、精度の良い運転距離が判明する。

ここで、定格速度を事前に設定しておき、運転指示周波数から、速度を算出し、また、横行用装置６、走行用装置９の種類に応じて、定格速度を変更可能にすることは言うまでもない。

次に、荷重率の検出方法について説明する。巻上・横行インバータ制御部１２は、Ｚ方向に移動させたときの巻上用インバータ１４が出力する電流値を検出し、検出した電流値から間接的に荷重を推定する。推定した荷重に基づき、例えば、(1)軽負荷（０〜２５％）、(2)中負荷（２６〜５０％）、(3)重負荷（５１〜７５％）、(4)超重負荷（７６％〜１００％）、(5)過負荷（１０１％以上）の５区分に分割し、現在の荷重区分を判別する。なお、さらに細かく分類してもかなわないし、分類せずそのままの推定した荷重を用いてもよいが、推定荷重の精度と処理量を考慮して本実施例では５区分とした。

荷重区分を判別後、Ｘ方向、Ｙ方向の運転距離を測定したら、図５のように荷重区分ごとの運転距離合計値に加算する。

ここで、巻上用インバータ１４が出力する電流値で荷重を推定するのは、横行用インバータ１５では荷重による電流値の差が少なく、判別が難しいためである。また、クレーンは荷物を吊り上げた後、Ｘ方向、Ｙ方向に移動するので、Ｘ方向、Ｙ方向の運転距離を算出する際には、事前に荷重区分の判別が終了しているので問題ない。

なお、走行インバータ制御部１８は、Ｚ方向の動作をしないので、荷重区分の判別ができないが、巻上・横行インバータ制御部１２から、通信等で荷重区分の情報を伝達すれば、荷重区分が判明するので、走行インバータ制御部１８で車輪の寿命予測ができる。また、逆に、走行インバータ制御部１８から巻上・横行インバータ制御部１２に走行用装置９の車輪の運転距離に関する情報である運転指示周波数と運転時間情報を伝達することで、巻上・横行インバータ制御部１２で走行用装置９の車輪の寿命予測ができる。さらに、通信等で荷重区分の情報を伝達しなくても、一般的クレーンの荷重率は６３％と規定されているので、荷重区分を重負荷（５１〜７５％）として固定しても良い。また、走行インバータ制御部１８を設けず、巻上・横行インバータ制御部１２で直接走行用インバータ１９を制御すれば、走行用装置９の車輪の運転距離が判明する。

また、荷重の検出をインバータが出力する電流値で推定する代わりに、専用の秤を用いて測定してもよい。また、運転距離をエンコーダ等の位置検出装置を用いて測定してもよい。

次に、荷重区分ごとの運転距離から、車輪の寿命予測をする手段を説明する。

まず、図５のように、荷重区分ごとに荷重係数を設定し、「荷重係数×運転距離合計」で等価運転距離を算出する。例えば、荷重区分「軽負荷」の荷重係数を０.５、運転距離が５０００ｍの場合、等価運転距離は、２５００ｍになる。荷重区分ごとの等価運転距離を合計した値が、荷重を考慮した運転距離になる。ここで、荷重係数は事前に実験等で設定しておくことは言うまでもない。

等価運転距離を合計した値が、事前に設定しておいた運転距離を超える場合、車輪の寿命と判断し、巻上・横行インバータ制御部１２や、走行インバータ制御部１８に設けた表示部に、アラーム等出力すれば、車輪の寿命が推測できる。また、事前に設定しておいた運転距離から、等価運転距離を減算することで、残存運転可能距離を算出できるので、残存運転可能距離を巻上・横行インバータ制御部１２や、走行インバータ制御部１８の表示部に表示させることで、事前に寿命時期を予測でき、部品交換準備等のメンテナンス性向上につながる。

ここで、寿命と判断する運転距離は、車輪材質等で変化するので、事前に実験等で決定することは言うまでもない。

本実施例により、車輪の寿命を予測し、アラームを出力することができるので、メンテナンス時に車輪の点検を行うことで脱輪等の危険な状態になることが無く、安全性が向上する。

さらに、残存運転可能距離も表示できるので、交換部品の事前準備ができ、寿命に達してから部品を発注するタイムラグを除外でき、クレーンを使用している工場等の操業に影響を与えない、車輪寿命推測装置を提供することができる。

なお、本実施例では誘導電動機を用いて説明したが、これに限らず、同期電動機等のインバータ制御できる交流電動機であれば良く、一般的なモータとしてもよい。

以上のように本実施例は、車輪の回転によって対象物を移動させる移動装置であって、車輪を駆動するモータと、モータを制御する制御装置とを有し、制御装置は、モータに指示する運転速度と運転時間と、対象物の荷重から等価運転距離を算出し車輪の寿命を推測する構成とする。

また、移動装置は巻上機であって、対象物である荷物をＺ方向に巻上げる巻上用装置と該巻上用装置をＸ方向に移動する横行用装置を有し、車輪は、横行用装置に備えられ横行用ガーダーに沿って移動させる横行用車輪であって、モータは横行用車輪を駆動する横行モータであって、さらに、巻上用装置に備えられて荷物を巻上げ駆動する巻上モータを有し、制御装置は、横行モータと巻上モータを制御し、横行モータに指示する運転速度と運転時間と、対象物の荷重から等価運転距離を算出し横行用車輪の寿命を推測する構成とする。

また、制御装置は、巻上モータを制御する巻上用インバータと、横行モータを制御する横行用インバータと、巻上用インバータと横行用インバータを制御する巻上・横行インバータ制御部であって、巻上・横行インバータ制御部は、横行用インバータが横行モータに出力する周波数と、巻上・横行インバータ制御部が指示する運転時間から横行用車輪の運転距離を算出し、巻上用インバータが巻上モータに出力する電流値から荷物の荷重を算出し、算出した運転距離と荷重から横行用車輪の寿命を推測する構成とする。

また、移動装置はインバータ式クレーン装置であって、巻上用装置をＹ方向に移動する走行用装置と、走行用ガーダーと、横行用ガーダーと、走行用ガーダーに沿って移動させる走行用車輪と、走行用車輪を駆動する走行モータと、走行モータを制御する走行用インバータと、走行用インバータを制御する走行インバータ制御部を有し、走行インバータ制御部は、走行用インバータが走行モータに出力する周波数と、走行インバータ制御部が指示する運転時間から走行用車輪の運転距離を算出し、算出した運転距離と巻上・横行インバータ制御部で算出した荷重から走行用車輪の寿命を推測する構成とする。

また、巻上・横行インバータ制御部が走行インバータ制御部から走行用車輪の運転距離に関する情報を入手し、巻上・横行インバータ制御部が走行用車輪の寿命推測を行う構成とする。

また、対象物の荷重は規定値として車輪の寿命を推測しても良い。

また、車輪を寿命と判断した場合、外部に出力する手段を備える構成とする。

また、等価運転距離から残存運転可能距離を算出し外部に出力する手段を備える構成とする。

また、車輪を駆動するモータと、モータを制御する制御装置とを有し、車輪の回転によって対象物を移動させる移動装置の車輪寿命推測方法であって、制御装置がモータに指示する運転速度と運転時間から車輪の運転距離を算出し、運転距離と対象物の荷重から等価運転距離を算出し車輪の寿命を推測する。

また、移動装置は巻上機であって、巻上機は、対象物である荷物をＺ方向に巻上げる巻上用装置と該巻上用装置をＸ方向に移動する横行用装置を有し、車輪は、横行用装置に備えられ横行用ガーダーに沿って移動させる横行用車輪であって、モータは横行用車輪を駆動する横行モータであって、巻上用装置に備えられて荷物を巻上げ駆動する巻上モータを有し、制御装置は、巻上モータを制御する巻上用インバータと、横行モータを制御する横行用インバータと、巻上用インバータと横行用インバータを制御する巻上・横行インバータ制御部であって、横行用インバータが横行モータに出力する周波数と、巻上・横行インバータ制御部が指示する運転時間から横行用車輪の運転距離を算出し、巻上用インバータが巻上モータに出力する電流値から巻上・横行インバータ制御部が荷物の荷重を算出し、算出した運転距離と荷重から横行用車輪の寿命を推測する車輪寿命推測方法とする。

また、移動装置はインバータ式クレーン装置であって、さらに、巻上用装置をＹ方向に移動する走行用装置と、走行用ガーダーと、横行用ガーダーと、走行用ガーダーに沿って移動させる走行用車輪と、走行用車輪を駆動する走行モータと、走行モータを制御する走行用インバータと、走行用インバータを制御する走行インバータ制御部を有し、走行インバータ制御部は、走行用インバータが走行モータに出力する周波数と、走行インバータ制御部が指示する運転時間から走行用車輪の運転距離を算出し、算出した運転距離と巻上・横行インバータ制御部で算出した荷重から走行用車輪の寿命を推測する車輪寿命推測方法とする。

また、巻上・横行インバータ制御部が走行インバータ制御部から走行用車輪の運転距離に関する情報を入手し、巻上・横行インバータ制御部が走行用車輪の寿命推測を行う車輪寿命推測方法とする。

また、対象物の荷重は規定値として車輪の寿命を推測する車輪寿命推測方法とする。

さらに、対象物の荷重を荷重区分に分割し、分割した荷重区分ごとの運転距離を算出し、荷重区分ごとの運転距離から、荷重係数による等価運転距離を算出し、該等価運転距離から車輪の寿命を推測する車輪寿命推測方法とする。

以上のように、本実施例によれば、パルス発生器を用いることなく、車輪の寿命推測を行うことが出来る。また、荷重を考慮することで、精度の良い、車輪寿命推測方法、装置を提供する。

本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

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

Claims

車輪の回転によって対象物を移動させる移動装置であって、
前記車輪を駆動するモータと、
前記モータを制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、モータに指示する運転速度と運転時間と、前記対象物の荷重から等価運転距離を算出し前記車輪の寿命を推測し、
前記移動装置は巻上機であって、
前記対象物である荷物をＺ方向に巻上げる巻上用装置と該巻上用装置をＸ方向に移動する横行用装置を有し、
前記車輪は、前記横行用装置に備えられ横行用ガーダーに沿って移動させる横行用車輪であって、
前記モータは前記横行用車輪を駆動する横行モータであって、
さらに、前記巻上用装置に備えられて荷物を巻上げ駆動する巻上モータを有し、
前記制御装置は、前記横行モータと前記巻上モータを制御し、前記横行モータに指示する運転速度と運転時間と、前記対象物の荷重から等価運転距離を算出し前記横行用車輪の寿命を推測し、
さらに、前記制御装置は、前記巻上モータを制御する巻上用インバータと、前記横行モータを制御する横行用インバータと、前記巻上用インバータと横行用インバータを制御する巻上・横行インバータ制御部であって、
前記巻上・横行インバータ制御部は、前記横行用インバータが前記横行モータに出力する周波数と、前記巻上・横行インバータ制御部が指示する運転時間から前記横行用車輪の運転距離を算出し、前記巻上用インバータが前記巻上モータに出力する電流値から前記荷物の荷重を算出し、前記算出した運転距離と荷重から前記横行用車輪の寿命を推測することを特徴とする移動装置。
請求項１に記載の移動装置において、
前記移動装置はインバータ式クレーン装置であって、
さらに、前記巻上用装置をＹ方向に移動する走行用装置と、
走行用ガーダーと、横行用ガーダーと、
前記走行用ガーダーに沿って移動させる走行用車輪と、
前記走行用車輪を駆動する走行モータと、
前記走行モータを制御する走行用インバータと、
前記走行用インバータを制御する走行インバータ制御部を有し、
前記走行インバータ制御部は、前記走行用インバータが前記走行モータに出力する周波数と、前記走行インバータ制御部が指示する運転時間から前記走行用車輪の運転距離を算出し、前記算出した運転距離と前記巻上・横行インバータ制御部で算出した荷重から前記走行用車輪の寿命を推測することを特徴とする移動装置。
請求項２に記載の移動装置において、
前記巻上・横行インバータ制御部が前記走行インバータ制御部から前記走行用車輪の運転距離に関する情報を入手し、前記巻上・横行インバータ制御部が前記走行用車輪の寿命推測を行うことを特徴とする移動装置。
請求項３に記載の移動装置において、
前記対象物の荷重は規定値として前記車輪、横行用車輪または走行用車輪の寿命を推測することを特徴とする移動装置。
請求項４に記載の移動装置において、
前記横行用車輪または前記走行用車輪を寿命と判断した場合、外部に出力する手段を備えることを特徴とする移動装置。
請求項４に記載の移動装置において、
前記等価運転距離から残存運転可能距離を算出し外部に出力する手段を備えることを特徴とする移動装置。
請求項６に記載の移動装置において、
前記モータ、巻上モータ、横行モータまたは走行モータは誘導電動機であることを特徴とする移動装置。
車輪を駆動するモータと、該モータを制御する制御装置とを有し、前記車輪の回転によって対象物を移動させる移動装置の車輪寿命推測方法であって、
前記制御装置がモータに指示する運転速度と運転時間から前記車輪の運転距離を算出し、
該運転距離と前記対象物の荷重から等価運転距離を算出し前記車輪の寿命を推測し、
前記移動装置は巻上機であって、
該巻上機は、前記対象物である荷物をＺ方向に巻上げる巻上用装置と該巻上用装置をＸ方向に移動する横行用装置を有し、
前記車輪は、前記横行用装置に備えられ横行用ガーダーに沿って移動させる横行用車輪であって、
前記モータは前記横行用車輪を駆動する横行モータであって、
前記巻上用装置に備えられて荷物を巻上げ駆動する巻上モータを有し、
前記制御装置は、前記巻上モータを制御する巻上用インバータと、前記横行モータを制御する横行用インバータと、前記巻上用インバータと横行用インバータを制御する巻上・横行インバータ制御部であって、
前記横行用インバータが前記横行モータに出力する周波数と、前記巻上・横行インバータ制御部が指示する運転時間から前記横行用車輪の運転距離を算出し、前記巻上用インバータが前記巻上モータに出力する電流値から前記巻上・横行インバータ制御部が前記荷物の荷重を算出し、前記算出した運転距離と荷重から前記横行用車輪の寿命を推測することを特徴とする移動装置の車輪寿命推測方法。
請求項８に記載の移動装置の車輪寿命推測方法において、
前記移動装置はインバータ式クレーン装置であって、
さらに、前記巻上用装置をＹ方向に移動する走行用装置と、
走行用ガーダーと、横行用ガーダーと、
前記走行用ガーダーに沿って移動させる走行用車輪と、
前記走行用車輪を駆動する走行モータと、
前記走行モータを制御する走行用インバータと、
前記走行用インバータを制御する走行インバータ制御部を有し、
前記走行インバータ制御部は、前記走行用インバータが前記走行モータに出力する周波数と、前記走行インバータ制御部が指示する運転時間から前記走行用車輪の運転距離を算出し、前記算出した運転距離と前記巻上・横行インバータ制御部で算出した荷重から前記走行用車輪の寿命を推測することを特徴とする移動装置の車輪寿命推測方法。
請求項９に記載の移動装置の車輪寿命推測方法において、
前記巻上・横行インバータ制御部が前記走行インバータ制御部から前記走行用車輪の運転距離に関する情報を入手し、前記巻上・横行インバータ制御部が前記走行用車輪の寿命推測を行うことを特徴とする移動装置の車輪寿命推測方法。
請求項１０に記載の移動装置の車輪寿命推測方法において、
前記対象物の荷重は規定値として前記車輪、横行用車輪または走行用車輪の寿命を推測することを特徴とする移動装置の車輪寿命推測方法。
請求項１１に記載の移動装置の車輪寿命推測方法において、
前記対象物の荷重を荷重区分に分割し、
分割した荷重区分ごとの運転距離を算出し、
荷重区分ごとの運転距離から、荷重係数による等価運転距離を算出し、
該等価運転距離から前記車輪、横行用車輪または走行用車輪の寿命を推測することを特徴とする移動装置の車輪寿命推測方法。